(57)【要約】【課題】  終点検出における精度を改善した終点検出システム及び方法を提供する。【解決手段】  第一の広域光ビーム（１３２）によりウェハ（３００）の表面の第一の部分を照射することを含む、化学機械研磨プロセス中に終点を検出するシステム及び方法が開示される。第一の反射スペクトルデータが受信される。第一の反射スペクトルのデータ（３０８）は、ウェハの表面の第一の照射部分から反射された光の第一のスペクトルに対応する。第二の反射スペクトルのデータは、ウェハの表面の第二の照射部分から反射された光の第二のスペクトルに対応する。終点は、標準化された第一のスペクトルデータと標準化された第二のスペクトルデータとの間の差に基づいて決定される。
2005522025.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学機械研磨プロセス中に終点を検出する方法であって、
第一の広帯域光ビームによりウェハの表面の第一の部分を照射する工程と、
前記ウェハ表面の前記第一の照射部分から反射された光の第一の複数のスペクトルに対応する第一の反射スペクトルデータを受信する工程と、
第二の広帯域光ビームにより前記ウェハ表面の第二の部分を照射する工程と、
前記ウェハ表面の前記第二の照射部分から反射された光の第二の複数のスペクトルに対応する第二の反射スペクトルデータを受信する工程と、
前記第一の反射スペクトルデータを標準化する工程と、
前記第二の反射スペクトルデータを標準化する工程と、
前記標準化された第一のスペクトルデータと前記標準化された第二のスペクトルデータとの間の差に基づいて終点を決定する工程と、
を備える方法。
【請求項２】
前記第一のスペクトルデータは、前記対応する第一のスペクトル内の複数の波長のそれぞれに対応する強度レベルを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記対応する第一のスペクトル内の前記複数の波長は、約３００ｎｍ乃至約７２０ｎｍの範囲を含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記対応する第一のスペクトル内の前記複数の波長は、約２００乃至約５２０個の範囲の個別データポイントを含む、請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記第一のスペクトルデータを標準化する工程は、前記対応する強度値を実質的に除去する工程を含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記対応する強度値を実質的に除去する工程は、前記複数の波長のそれぞれの前記強度値の合計がゼロに等しくなり、前記複数の波長のそれぞれの前記強度値の二乗の合計が１に等しくなるように、前記複数の波長のそれぞれの前記強度値を修正する工程を含む、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記標準化された第一のスペクトルデータと前記標準化された第二のスペクトルデータとの間の前記差に基づいて前記終点を決定する工程は、前記第一のスペクトル及び前記第二のスペクトル内の前記複数の波長の少なくとも一部の強度の割合における変化を決定する工程を含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記第一のスペクトル及び前記第二のスペクトル内の前記複数の波長の少なくとも一部の強度の割合における前記変化を決定する工程は、
前記標準化された第一のスペクトルデータを第一のベクトルに変換する工程と、
前記標準化された第二のスペクトルデータを第二のベクトルに変換する工程と、
前記第一のベクトルと前記第二のベクトルとの間の距離を計算する工程と、
前記第一及び第二のベクトル間の距離が閾値距離より大きい或いは閾値距離と等しいかを判定する工程と、
前記第一及び第二のベクトル間の距離が前記閾値距離より大きい或いは前記閾値距離と等しい場合、前記第一のスペクトル及び前記第二のスペクトル内の前記複数の波長の少なくとも一部の強度の割合における変化を特定する工程と、
を含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記第二のベクトルは、前記第一のベクトルより小さい、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記第一の反射スペクトルデータを標準化する工程は、前記対応する第一のスペクトル内の複数の波長のそれぞれに対応する強度レベルのノイズ部分を実質的に排除する工程を含む、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
終点を検出するシステムであって、
ウェハ表面の一部を照射する広帯域光源と
複数のショットのそれぞれについて、前記ウェハ表面の前記照射部分から反射された光の複数のスペクトルに対応する反射スペクトルデータを受信する光学検出器と、
第一のショットに対応する第一の反射スペクトルデータを標準化するロジックと、
第二のショットに対応する第二の反射スペクトルデータを標準化するロジックと、
前記標準化された第一のスペクトルデータと前記標準化された第二のスペクトルデータとの間の差に基づいて終点を決定するロジックと、
を備えるシステム。
【請求項１２】
前記標準化された第一のスペクトルデータと前記標準化された第二のスペクトルデータとの間の前記差に基づいて前記終点を決定する前記ロジックは、前記第一のスペクトル及び前記第二のスペクトル内の前記複数の波長の少なくとも一部の強度の割合における変化を決定するロジックを含む、請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
前記第一のスペクトル及び前記第二のスペクトル内の前記複数の波長の少なくとも一部の強度の割合における前記変化を決定する工程は、
前記標準化された第一のスペクトルデータを第一のベクトルに変換するロジックと、
前記標準化された第二のスペクトルデータを第二のベクトルに変換するロジックと、
前記第一のベクトルと前記第二のベクトルとの間の距離を計算するロジックと、
前記第一及び第二のベクトル間の前記距離が閾値距離より大きい或いは閾値距離と等しいかを判定するロジックと、
前記第一及び第二のベクトル間の前記距離が前記閾値距離より大きい或いは前記閾値距離と等しい場合、前記第一のスペクトル及び前記第二のスペクトル内の前記複数の波長の少なくとも一部の強度の割合における変化を特定するロジックと、
を含む、請求項１２記載のシステム。
【請求項１４】
前記第一のスペクトルデータは、前記対応する第一のスペクトル内の複数の波長のそれぞれに対応する強度レベルを含む、請求項１１記載のシステム。
【請求項１５】
前記対応する第一のスペクトル内の前記複数の波長は、約３００ｎｍ乃至約７２０ｎｍの範囲を含む、請求項１４記載のシステム。
【請求項１６】
前記対応する第一のスペクトル内の前記複数の波長は、約２００乃至約５２０個の範囲の個別データポイントを含む、請求項１５記載のシステム。
【請求項１７】
前記第一のスペクトルデータを標準化する前記ロジックは、前記対応する強度値を実質的に除去するロジックを含む、請求項１１記載のシステム。
【請求項１８】
前記対応する強度値を実質的に除去する前記ロジックは、前記複数の波長のそれぞれの前記強度値の合計がゼロに等しくなり、前記複数の波長のそれぞれの前記強度値の二乗の合計が１に等しくなるように、前記複数の波長のそれぞれの前記強度値を修正するロジックを含む、請求項１７記載のシステム。
【請求項１９】
前記第一の反射スペクトルデータを標準化する前記ロジックは、前記対応する第一のスペクトル内の前記複数の波長のそれぞれに対応する強度レベルのノイズ部分を実質的に排除する工程を含む、請求項１１記載のシステム。
【請求項２０】
更に、ＣＭＰプロセスツールを備え、
前記ＣＭＰプロセスツールは、
パッドスロットを含む研磨パッドと、
化学機械研磨プロセスの特定のポイントの間に前記パッドスロットに整合し得るプラテンスロットを有するプラテンと、
を含み、
前記広帯域光源は、前記プラテンスロット及び前記パッドスロットを通して前記ウェハの前記一部を照射するように配向される、請求項１１記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学機械研磨プロセスの終点検出に関し、特に、広域反射スペクトルの光学干渉を使用する終点検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造において、通常、集積回路デバイスは、マルチレベル構造の形態となる。基板レベルでは、拡散領域を有するトランジスタデバイスが形成される。後続のレベルでは、相互接続金属化ラインがパターン形成され、望ましい機能デバイスを定めるためにトランジスタデバイスに電気的に接続される。周知のように、パターン形成された導電層は、二酸化ケイ素等の誘電材料によって、他の導電層から絶縁される。金属化レベル及び関連する誘電層が更に形成されるにつれ、誘電材料を平坦化する必要性は大きくなる。平坦化しなければ、追加的な金属化層の作成は、表面のトポグラフィの大きな変化により、実質的に更に難しくなる。その他の応用においては、金属化ラインパターンが誘電材料内に形成され、その後、余分な金属化部分を除去するために、金属化学機械研磨（ＣＭＰ）工程が実行される。
【０００３】
従来技術において、ＣＭＰシステムは、通常、ベルト、軌道、またはブラシステーションにより実施され、この中で、ベルト、パッド、またはブラシを使用して、ウェハの片面または両面をスクラブ、バフ研磨、または研磨する。スラリは、ＣＭＰ工程を促進及び強化するために使用される。スラリは、最も一般的には、例えば、ベルト、パッド、ブラシ、及びその他といった移動準備面上に導入され、準備面と、バフ研磨、研磨、またはＣＭＰプロセスによるその他の準備が行われている半導体ウェハの表面とに分配される。分配は、通常、準備面の運動と、半導体ウェハの運動と、半導体ウェハ及び準備面の間に形成された摩擦との組み合わせによって達成される。
【０００４】
図１Ａは、ダマシン及びデュアルダマシン相互接続金属化ラインの構築に共通する製造プロセスが施されている誘電層１０２の断面図を示している。誘電層１０２は、誘電層１０２のエッチングパターン形成面上に堆積させた拡散障壁層１０４を有する。拡散障壁層は、周知のように、通常は、窒化チタン（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、または窒化タンタル（ＴａＮ）とタンタル（Ｔａ）との組み合わせである。拡散障壁層１０４を望ましい厚さで堆積させた後、銅層１０６が、拡散障壁層上に、誘電層１０２のエッチング特徴部を充填するように形成される。一部の余分な拡散障壁及び金属化材料も、必然的に、フィールド領域上に蒸着される。こうした過剰被覆材料を取り除き、望ましい相互接続金属化ラインと関連するバイア（図示なし）とを定めるために、化学機械平坦化（ＣＭＰ）工程が実行される。
【０００５】
上記のように、ＣＭＰ工程は、誘電層１０２上から、最上部の金属化材料を除去するように設計される。例えば、図１Ｂに示すように、銅層１０６と拡散障壁層１０４との過剰被覆部分が除去される。ＣＭＰ工程に共通であるように、このＣＭＰ工程は、全ての過剰被覆金属化及び拡散障壁材料１０４が、誘電層１０２上から除去されるまで継続する必要がある。しかしながら、全ての拡散障壁層１０４を誘電層１０２上から確実に除去するためには、ＣＭＰ処理中のプロセス状態とウェハ表面の状態とをモニタする方法が必要である。これは、一般に、終点検出と呼ばれる。銅のための終点検出が実行されるのは、時限式の方法を使用して銅を上手く研磨することができないためである。銅層の時限式研磨では、ＣＭＰプロセスによる除去速度が十分に安定しないため、時限式研磨は、銅では機能しない。ＣＭＰプロセスによる銅層の除去速度は、大幅に変化する。したがって、終点に達した時期を決定するためにモニタリングが必要となる。マルチステップのＣＭＰ工程では、（１）拡散障壁層上からＣｕを確実に除去するため、及び（２）誘電層上から拡散障壁層を確実に除去するために、多数の終点を確認する必要がある。したがって、終点検出手法を使用して、望ましい過剰被覆材料を全て確実に除去する。
【０００６】
金属のＣＭＰにおける終点検出には、多くのアプローチが提案されている。従来技術の方法は、一般に、研磨の物理状態の直接的及び間接的な検出として分類できる。直接的な方法では、明確な外部信号ソースまたは化学物質を使用して、研磨中のウェハ状態を調べる。一方、間接的な方法は、研磨プロセス中に必然的に発生する物理的または化学的変化により、ツール内で内部的に生成した信号をモニタする。
【０００７】
間接的終点検出方法は、研磨パッド／ウェハ表面の温度と、パッド及び研磨ヘッド間の摩擦力と、スラリの電気化学ポテンシャルと、アコースティックエミッションとをモニタすることを含む。温度法では、研磨スラリが研磨中の金属膜と選択的に反応する際の発熱プロセス反応を利用する。米国特許第５，６４３，０５０号は、このアプローチの例である。米国特許第５，６４３，０５０号及び米国特許第５，３０８，４３８号では、異なる金属層が研磨される際のモータ電流の変化をモニタする摩擦に基づく方法を開示している。
【０００８】
欧州特許出願ＥＰ０  ７３９  ６８７  Ａ２において開示された別の終点検出方法では、グラインドプロセスにより生じるアコースティックエミッションを復調して、研磨プロセスに関する情報を発生させる。アコースティックエミッションのモニタリングは、一般に、金属の終点を検出するために使用される。方法は、研磨中に起こるグラインド作用をモニタする。マイクロフォンをウェハから所定の距離に位置決めし、除去された材料の深さが境界面から特定の決定可能な距離に達した時に生成される音波を感知し、これにより出力検出信号を生成する。こうした全ての方法は、研磨状態の大域的な尺度を提供し、プロセスパラメータの設定と消耗品の選択とに対する強い依存性を有する。しかしながら、摩擦感知を除き、産業において何らかの商業的成功を達成した方法は存在しない。
【０００９】
直接的終点検出方法は、音波速度と、光反射率及び光学干渉と、インピーダンス／コンダクタンスと、特定の化学物質の導入による電気化学ポテンシャルの変化とを使用してウェハ表面をモニタする。米国特許第５，３９９，２３４号及び米国特許第５，２７１，２７４号では、音波を使用する金属用の終点検出の方法を開示している。こうした特許は、金属の終点を検出するためにウェハ／スラリを通じて伝搬する音波速度をモニタするアプローチを説明している。ある金属層から別のものへの遷移が存在する時、音波速度は変化し、これが終点の検出に使用されてきた。更に、米国特許第６，１８６，８６５号では、センサを使用して、研磨パッド下に位置する液体ベアリングからの液圧をモニタする終点検出の方法を開示している。センサは、ある材料層から次のものへ研磨が遷移した時の剪断力における変化に対応する研磨中の液圧における変化を検出するために使用される。残念なことに、この方法は、プロセスの変化に対して強固ではない。更に、検出される終点が大域的であるため、この方法は、ウェハ表面上の特定のポイントにおける局所的終点を検出できない。更に、第６，１８６，８６５号特許の方法は、空気ベアリングを必要とする直線研磨に限定される。
【００１０】
ウェハ表面からの光学干渉を使用して終点を検出するために多くの提案がなされてきた。これらは、二種類のカテゴリ、即ち、レーザソースを使用して単一波長の反射光信号をモニタすること、或いは、電磁スペクトルの可視域全体をカバーする広帯域光源を使用することにグループ分けできる。米国特許第５，４３３，６５１号では、レーザソースからの光信号をウェハ表面に衝突させ、反射信号を終点検出のためにモニタする単一波長を使用した終点検出方法を開示している。ある金属から別のものへ研磨が移動する際の反射率の変化を使用して、遷移を検出する。
【００１１】
広帯域法は、通常、電磁スペクトラムの多数の波長における情報を使用することに依存する。米国特許第６，１０６，６６２号では、光学スペクトルの可視域での反射光の強度スペクトルを得るためにスペクトロメータを使用することを開示している。ある金属から別のものへ研磨が移動する際の反射率の変化に対する良好な感度を提供する二つの波長帯域が、スペクトルにおいて選択される。選択された二つの帯域における平均強度の比を計算することで、その後、検出信号が定義される。検出信号における大幅なシフトは、ある金属から別のものへの遷移を示す。
【００１２】
現在の終点検出手法に共通する問題点は、誘電層１０２上から導電材料（例えば、金属化材料または拡散障壁層１０４）を全て確実に除去し、金属化ライン間での不慮の電気的相互接続を防止するために、ある程度の過剰研磨が必要になることである。不適切な終点検出または過剰研磨の悪影響は、誘電層１０２内に残存することが望ましい金属化層で、ディッシング１０８が発生することである。ディッシング効果では、基本的には、望ましいものより多くの金属化材料が除去され、金属化ライン上に皿状の特徴が残る。ディッシングは、相互接続金属化ラインの性能に否定的な形で影響を与えることが知られており、過度のディッシングにより、希望する集積回路が意図した目的で機能しなくなる可能性もある。
【００１３】
従来技術の方法は、通常、実際の終点を大まかに予測することのみが可能で、実際の終点を本当に検出することはできない。従来技術は、材料が半透明になる（例えば、全部の波長ではないが一部の波長に対して材料が実質的に透明になる）時に発生するような、いくつかの波長の強度が変化する時期を検出する。材料が半透明になる時、一部の波長の強度が変化するのは、現在除去中の材料の下にある層によって、こうした波長が反射されるためである。
【００１４】
従来技術のプロセスによって実際に検出されるイベントは、除去中の層（金属層等）が存在しなくなる（即ち、完全に除去される）時ではなく、半透明になる時であるため、従来技術のプロセスは、次に、実際の終点（即ち、希望する材料の全てが実際に完全除去される時）を予測する必要がある。一例において、検出される実際のイベント、即ち、半透明ポイントは、金属が厚さ５００Åである時に発生する。以前のプロセスから、ＣＭＰプロセスは、毎分３０００Åの速度で材料を除去することが分かっている。したがって、実際の終点は、下の式１によって予測される。
式１：（半透明材料の厚さ）／（材料除去速度）＝予測終点までの時間遅延
現在の例において：（５００Å）／（３０００Å／分）＝１０秒
【００１５】
したがって、従来技術のＣＭＰプロセスは、実際の検出イベントが発生した後、更に十秒間に渡ってＣＭＰ除去プロセスを継続する。更に、この時間遅延は、事前の経験に基づいて計算されており、更に、一定した除去速度を想定している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
前記を考慮すると、終点検出における精度を改善する終点検出システム及び方法の必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
大まかに言って、本発明は、広帯域光学終点検出のシステム及び方法を提供することで、こうした必要性を満たす。本発明は、プロセス、装置、システム、コンピュータ読取可能な媒体、またはデバイスを含め、多様な方法で実施し得ることは理解されたい。以下、本発明のいくつかの発明実施形態を説明する。
【００１８】
第一の広域光ビームによりウェハの表面の第一の部分を照射することを含む、化学機械研磨プロセス中に終点を検出するシステム及び方法が開示される。第一の反射スペクトルデータが受信される。第一の反射スペクトルのデータは、ウェハの表面の第一の照射部分から反射された光の第一のスペクトルに対応する。ウェハの表面の第二の部分は、第二の広域光ビームにより照射される。第二の反射スペクトルデータが受信される。第二の反射スペクトルのデータは、ウェハの表面の第二の照射部分から反射された光の第二のスペクトルに対応する。第一の反射スペクトルデータが標準化され、第二の反射スペクトルが標準化される。終点は、標準化された第一のスペクトルデータと標準化された第二のスペクトルデータとの間の差に基づいて決定される。
【００１９】
一実施形態において、第一のスペクトルデータは、対応する第一のスペクトル内の波長のそれぞれに対応する強度レベルを含む。一実施形態において、第二のスペクトルデータは、対応する第二のスペクトル内の波長のそれぞれに対応する強度レベルを含む。
【００２０】
一実施形態において、第一のスペクトル及び第二のスペクトル内の波長は、約３００ｎｍ乃至約７２０ｎｍの範囲を含んでよい。
【００２１】
一実施形態において、第一のスペクトル及び第二のスペクトルは、約２００乃至約５２０の個別データポイントを含んでよい。
【００２２】
一実施形態において、第一のスペクトルデータを標準化することは、対応する強度値を実質的に除去することで、プロセスに関連する強度の変動を実質的に除去することを含む。一実施形態において、第二のスペクトルデータを標準化することは、対応する強度値を実質的に除去することで、プロセスに関連する強度の変動を実質的に除去することを含む。
【００２３】
一実施形態において、対応する強度値を実質的に除去することは、波長のそれぞれの強度値の合計がゼロに等しくなり、波長のそれぞれの強度値の二乗の合計が１に等しくなるように、波長のそれぞれの強度値を修正することを含んでよい。
【００２４】
一実施形態において、標準化された第一のスペクトルデータと標準化された第二のスペクトルデータとの間の差に基づいて終点を決定することは、第一のスペクトル及び第二のスペクトル内の複数の波長の少なくとも一部の標準化強度の割合における変化を決定することを含んでよい。
【００２５】
一実施形態において、第一のスペクトル及び第二のスペクトル内の波長の少なくとも一部の標準化強度の割合における変化を決定することは、標準化された第一のスペクトルデータを第一のベクトルに変換することと、標準化された第二のスペクトルデータを第二のベクトルに変換することとを含んでよい。第一のベクトルと第二のベクトルとの間の距離は、計算できる。第一のベクトルと第二のベクトルとの間の距離は、閾値距離と比較することが可能であり、第一及び第二のベクトル間の距離が閾値距離より大きい或いは閾値距離と等しい場合、第一のスペクトル及び第二のスペクトル内の複数の波長の少なくとも一部の標準化強度の割合における変化が特定される。
【００２６】
本発明のその他の態様及び利点は、本発明の原理を例示する添付図面と併せて考慮することで、以下の詳細な説明から明らかになろう。
【００２７】
本発明は、同様の参照数字が同様の構造要素を指定する添付図面と併せて、以下の詳細な説明により容易に理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
次に、終点を光学的に決定するいくつかの例示的な実施形態について説明する。本明細書で述べる特定の詳細の一部または全部を備えずに本発明を実施し得ることは、当業者には明らかであろう。
【００２９】
化学機械研磨（ＣＭＰ）システムの重要な制御の態様は、プロセスが終了する時期、即ちＣＭＰプロセスを停止する時期を決定することである。上記の従来技術のシステムは、通常、様々な検出データポイントに基づいて終点を予測するが、下で更に詳細に説明するような厳密な終点を正確に検出することができない。
【００３０】
図２Ａは、本発明の実施形態による、パッド２５０がローラ２５１を中心に回転するように設計されたＣＭＰシステムを示す図。プラテン２５４は、パッド２５０の下に位置決めされ、キャリヤ２５２を使用してウェハを当接させるべき表面を提供する。終点検出は、図２Ｂに示すように、プラテン２５４を通し、パッド２５０を通して、研磨中のウェハ２００の表面上に光を当てる光学検出器２６０を使用して実行される。光学終点検出を達成するために、パッド２５０にはパッドスロット２５０ａが形成される。一部の実施形態において、パッド２５０は、パッド２５０の様々な位置に戦略的に配置された多数のパッドスロット２５０ａを含んでもよい。通常、パッドスロット２５０ａは、研磨工程への影響を最小化する上で十分に小さく設計される。パッドスロット２５０ａに加えて、プラテンスロット２５４ａが、プラテン２５４に定められる。プラテンスロット２５４ａは、プラテン２５４を通し、パッド２５０を通して、研磨中のウェハ２００の望ましい表面に広帯域光ビームを当てることができるように設計される。
【００３１】
光学検出器２６０を使用することで、ウェハ表面からの特定の膜の除去のレベルを確認することが可能になる。この検出手法は、光学検出器２６０が受信した干渉パターンを検査することで、膜の厚さを測定するように設計される。加えて、プラテン２５４は、パッド２５０にある程度の背圧を戦略的に加え、ウェハ２００から層を正確に除去できるように設計されている。
【００３２】
図３は、本発明の一実施形態による、ＣＭＰプロセス中に広帯域光源によって照射されるウェハ３００の部分を示す図である。ウェハ３００は、シリコン基板３０２と、基板３０２上に配置された酸化物層３０４と、酸化物層３０４上に形成された銅層３０６とを含む。銅層３０６は、ダマシンＣＭＰプロセス中に形成された過剰被覆の銅を表す。一般に、銅層３０６は、銅の相互接続用のトレンチを形成するために初期のステップでエッチングされた酸化物層３０４の上に堆積させる。過剰被覆の銅は、その後、酸化物層３０４を露出するために研磨することで除去され、したがって、トレンチ内の導電線のみが残る。デュアルダマシンは、同様の形で発生し、金属プラグと相互接続との形成を同時に可能にする。
【００３３】
研磨プロセス中、光学終点検出システムは、光学干渉を使用して、銅３０６が除去された時期を決定する。当初、ビュー３０１ａに図示したように、銅層３０６は、相対的に厚く（例えば、約１０，０００Å）、したがって不透明である。この時点で、ウェハ３００の表面を照射する光３０８は、干渉が殆どない状態または存在しない状態で後方へ反射される。銅が下方に研磨されるにつれ、銅層３０６は、薄金属となる（例えば、厚さ約３００乃至４００Å）。これは薄金属区域として知られている。この時点で、ビュー３０１ｂに図示したように、銅層３０６は、光３１２の少なくとも一部の波長に対して透明となり、こうした波長は、銅層３０６を通過して、下の層を照射できる。
【００３４】
光３１２の一部の波長が層３０４の照射を開始する時、光３１２の他の波長は、引き続き、薄金属区域の銅層３０６の表面で後方へ反射される。銅層３０６の下にある層３０４と層３０２との間の境界面で反射された光３１８の反射波長の強度は、銅層３０６で反射された光３１４の同じ波長の強度とは異なる。しかしながら、層３０４と層３０２との間の境界面で反射される波長の強度のみが変化する。銅層３０６で反射された光３１４の残りの波長の強度は変化しない。
【００３５】
光３１８の波長の強度が変化する理由の一つは、様々な層３０２乃至３０６のそれぞれが対応する反射指数を有するという事実によるものである。反射指数は、その層から反射された光の強度に影響を与える。
【００３６】
銅が完全に除去されると、ビュー３０１ｃに図示したように、銅層３０６は、もはや存在しなくなり、光３２２のいずれかの波長の通過を反射または遮断しなくなる。そのため、光３２２の全波長が、銅層３０６の下に存在する層３０４を照射可能になる。層３０４から後方へ反射される光３２４の実質的に全ての波長が、銅層３０６から反射される光の同じ波長の強度と比較して、強度レベルの変化を有する。
【００３７】
光学検出器２６０は、反射光３０８、３１４、３１８、３２４を検出する。したがって、本発明の一実施形態において、終点は、反射光の実質的に全ての波長が強度における変化を有する時に決定される。
【００３８】
したがって、銅層３０６が厚い時、光３０８の波長の強度は変化しない。しかしながら、スラリの厚さと、ベルトの干渉と、その他のソースとのような他の多数の干渉源は、反射光の全波長の強度を変化させ得る強度「ノイズ」を引き起こす可能性がある。そのため、終点は、様々な強度ノイズ源から差別化する必要がある。一実施形態において、本発明は、実際の終点を検出し、その終点を様々な強度ノイズ源から差別化することができる。
【００３９】
図４Ａは、本発明の一実施形態による、ＣＭＰプロセスのための終点を決定する際に実行される方法ステップを例示するフローチャート図である。ステップ４０２において、ウェハの表面の第一の部分が、広帯域光の第一のビームにより照射される。ステップ４０４において、第一の反射スペクトルデータ（即ち、第一のショット）が受信される。第一のショットは、ウェハの表面の第一の照射部分から反射された光のスペクトルの第一のセットに対応する。一実施形態において、第一のショットは、対応する第一のスペクトル内のいくつかの波長のそれぞれに対応する強度レベルを含む。一実施形態において、第一の反射スペクトルは、約２００ｎｍ乃至約７２０ｎｍの範囲の波長である。検出可能な個別の波長の数は、光学検出器２６０の能力によってのみ限定される。一実施形態では、５１２の個別波長が検出されるが、しかしながら、これより少ないまたは多い数の個別波長を検出することもできる。
【００４０】
ステップ４０６において、ウェハの表面の第二の部分が、広帯域光の第二のビームにより照射される。ステップ４０８において、第二の反射スペクトルデータが受信される（即ち、第二のショット）。第二のショットは、ウェハの表面の第二の照射部分から反射された光のスペクトルの第二のセットに対応する。
【００４１】
図５Ａは、上の図４Ａのステップ４０４において受信された第一のショットのような、本発明の一実施形態による、受信された一反射スペクトルのデータ（即ち、ショット）を例示している。約５１２の個別波長が、ｘ軸に渡って図示されている。強度は、ｙ軸に図示されている。
【００４２】
再び図４Ａを参照すると、それぞれステップ４１０及び４１２において、第一のショット及び第二のショットが標準化される。一実施形態によれば、第一のショット及び第二のショットを標準化することは、ショットから強度の態様を実質的に除去することを含む。一実施形態では、全検出波長の全強度の合計がゼロに等しくなり、全検出波長の全強度の二乗の合計が１に等しくなるように、検出波長のそれぞれの強度を調節することで、強度は、実質的に除去される。
【００４３】
図５Ｂは、上の図４のステップ４１０において決定された標準化された第一のショットのような、本発明の一実施形態による、標準化された一反射スペクトルのデータ（即ち、標準化ショット）を例示している。約５１２の個別波長が、ｘ軸に渡って図示されている。強度は、ｙ軸に図示されている。強度の合計は、ゼロに等しく、全検出波長の全強度の二乗の合計は、１に等しい。ショットを標準化する方法ステップについては、下で更に詳細に説明する。
【００４４】
再び図４Ａを参照すると、ステップ４１４において、標準化された第一のショットと標準化された第二のショットとの間の差が決定され、ＣＭＰプロセスの終点を決定するために使用される。一実施形態において、標準化された第一のショットと標準化された第二のショットとの間の差を決定することは、第一及び第二のスペクトル内の波長の少なくとも一部の強度の割合における変化を決定することを含む
【００４５】
図４Ｂは、本発明の一実施形態による、第一及び第二のスペクトル内の波長の少なくとも一部の割合における変化を計算する際の方法ステップ４５０のフローチャート図である。ステップ４５２において、標準化された第一のスペクトルデータは、第一のベクトルに変換される。ステップ４５４において、標準化された第二のスペクトルデータは、第二のベクトルに変換される。ステップ４５６において、第一及び第二のベクトル間の距離が計算される。第一及び第二のベクトル間の距離は、閾値距離と比較され、第一及び第二のベクトル間の距離が閾値距離より大きい或いは閾値距離と等しいかが、ステップ４５８において決定される。第一及び第二のベクトル間の距離が閾値距離より大きい或いは閾値距離と等しい場合、ステップ４６０において、強度の割合における変化が、第一及び第二のスペクトル内の波長の少なくとも一部について特定され、方法ステップは終了する。
【００４６】
図５Ｃは、本発明の一実施形態による、いくつかの非標準化ショットの三次元グラフ図である。ｎｍを単位とする波長は、ｚ軸の起点端部における約２００ｎｍ乃至約８００ｎｍの範囲となる。強度は、ｙ軸に図示されている。ｘ軸は、ショット番号を示しており、約１３ショット（ショット３乃至１５）が図示されている。図示されたショット番号は、ＣＭＰ処理時間（即ち、研磨時間）に対応させることができる。一実施形態において、サンプリングレートは、研磨ベルト速度とベルト内の終点検出窓の量との関数である。ｘ軸の線は、第一のショットにおける一定の波長の強度を、後続のショットにおける同じ波長の強度に結び付けるために描かれている。例えば、ポインタ５５１は、ショット３（ショット０乃至２は図示なし）における約３１０ｎｍの強度レベルを特定する。ポインタ５５２は、ショット４における同じ３１０ｎｍ波長の対応する強度レベルを特定する。様々な検出波長の強度は、ショット毎に変化するが、全波長の強度が同時に上方または下方にシフトしている点において、変化量は、実質的に比例している。これは、強度の次元におけるノイズを示すが、ショットを反射する実際の表面材料における変化は示さない。
【００４７】
１３番目のショット（ポインタ５５５）では、後続のショット１４及び１５について、全波長の強度での著しい下向きの傾向が始まることが図示されている。ポインタ５５５が示す下向きの傾向は、ショットを反射する材料における変化を特定する。
【００４８】
図６及び７は、本発明の一実施形態による、上の図５Ｃに図示したデータのグラフである。図６において、反射データは、図示したショットのそれぞれに対する反射光の強度における広範な変化量を発生させる絶対強度の変化等、不要な情報を含む。
【００４９】
反対に、図７は、相対強度に対して標準化された同じ反射データを例示している。標準化することにより、図示したショットのそれぞれに対する反射光の強度において狭小な変化量が生じる。
【００５０】
反射データの分解能は、絶対強度値ではなく、反射係数の変化を分析することで、高めることができる。反射係数の変化は、次のような式２によって生成できる。
【数１】
2005522025.tif 000003
【００５１】
反射係数における変化は、終点（即ち、望ましい層が完全に除去された時期）を指示できる。
【００５２】
図８及び９は、本発明の一実施形態による、強化された上の図５Ｃに図示したデータの二次元グラフである。図８には、波長及び時間毎の反射係数の絶対値が図示されている。図９には、波長及び時間毎の反射係数の変化が図示されている。このステップは、膜（光を反射する材料）の特徴的痕跡が境界面の影響に依存すること定めている。透明膜の特性、即ち、二つの表面が会合する場所は、光を反射する。銅のプロセスでは、反射データの変化は、可視スペクトルにおいて不透明な銅から、銅層を下回る透明膜層へ変化することを含む。上記の質的な方法で反射データが取得された後、データは、この変化に基づいた終点検出を構築するために処理できる。
【００５３】
図１０は、本発明の一実施形態による、強度と相対的に標準化されていない波長毎の反射係数の時間による変化を有する反射データのグラフ表現である。図１１は、本発明の一実施形態による、強度標準化反射係数の変化を有する反射データのグラフ表現である。図１１は、測定値が何らかの高周波振動を有する直線１１０２、１１０４から、明確な正弦波の干渉関連振動１１０６、１１０８、１１１０、１１１２と遷移状態１１１４、１１１６を有する線とへ変化することを実証している。
【００５４】
透明膜の第二の特性と厚さ及び屈折指数の関数（図示なし）とは、更に、反射データに影響を与える可能性がある。例えば、異なる周波数の正弦関数は、ある膜から別のものへの遷移に関連する。
【００５５】
図１２は、本発明の一実施形態による、終点を検出するための方法ステップ１２００のフローチャート図である。ステップ１２１０において、第一のショットに対するウェハの反射係数は、次のように式３により計算される。
式３：Ｒi（λj）＝Ｉwi（λj）／ＩLi（λj），ｊ＝１，．．．，５１２
【００５６】
ステップ１２１５において、反射係数は、次のように式４により標準化され、相対強度の単位で提供される。
【数２】
2005522025.tif 000004
【００５７】
ステップ１２２０において、標準化反射係数における変化（即ち、材料における変化）が、次のように上で説明したような式５により計算される。
【数３】
2005522025.tif 000005
【００５８】
ステップ１２２５において、現在のＲ｀iと事前に選択された製法の基準値Ｒ｀kとの間のベクトル距離二乗（ＶＤ）が、次のように式６により計算される。
【数４】
2005522025.tif 000006
【００５９】
ステップ１２３０において、計算されたベクタ距離は、閾値ベクタ距離と比較される。閾値ＶＤは、一実施形態において、下層を露出するために除去対象の層を除去した際の以前の経験から決定されたベクタ距離における既知の変化にしてよい。代替として、閾値ＶＤは、変化における方向性を示す事前に選択された数にしてよい（例えば、標準化反射係数における上向きまたは下向きの傾向）。計算されたＶＤが閾値ＶＤ以下である場合、Ｉwi（λj）とＩLi（λj）とは、上で説明したようなステップ１２１０に対する入力となり、方法ステップ２１０乃至１２３０が反復される。しかしながら、ステップ１２３０において、計算されたＶＤが閾値ＶＤより大きい或いは閾値ＶＤに等しい場合は、終点が決定されており、ＣＭＰプロセスを即座に停止できる。
【００６０】
図１３は、本発明の一実施形態による、材料除去プロセスのベクタ距離二乗（ＶＤ）のグラフである。ｙ軸は、ＶＤである。ｘ軸は、時間、或いは更に正確には、ショット数である。起点からおよそ１２番目のショットまで、グラフは、ＶＤがほぼ一定の値にとどまることを図示している。１２番目のショットと１３番目のショットとの間のＶＤは、グラフに図示されるように、遙かに大きい。１２番目のショットにおいて例示されるＶＤの変化は、終点が検出されたことを示す。
【００６１】
銅層を除去する時の終点の決定に関して、本発明の様々な態様及び実施形態を上で説明したが、本明細書で説明した方法及びシステムは、他の任意の材料の除去プロセスに同様に応用できると理解されたい。本明細書で説明した方法及びシステムは、異なる不透明または非不透明材料の上に存在する他の不透明または非不透明材料の除去に同様に応用できる。例として、本明細書で説明した方法及びシステムは、銅層（不透明層）上の酸化物層（非不透明層）を除去する除去プロセスの終点を決定するために使用できる。同様に、別の非不透明材料層上の酸化物層（非不透明層）を除去するための終点に使用できる。
【００６２】
反射広帯域光のスペクトルに沿った５１２の別個のデータポイント（例えば、波長）を使用して終点を決定すること（例えば、ｊ＝１〜５１２である式６）に関連して、本発明の様々な態様及び実施形態について説明した。しかしながら、本発明は、５１２の別個のデータポイントのみに限定されず、任意の数のデータポイントを使用できる。使用されたデータポイントの数は、受信されたデータの粒度に類似する。データの高い分解能のためには、より多数の個別データポイントを収集及び使用する必要がある。しかしながら、より多数の収集個別データポイントは、計算負荷を増加させる。５１２の個別データポイントは、プロセスの一レベルの粒度を例示するために使用されている。約２００以下のような、更に少ない個別データポイントを使用することもできる。代替として、約５２０データポイントを上回るような、追加的な波長を使用することもできる。
【００６３】
本明細書で説明したように、二つの異なる尺度が、同じ広帯域幅光のために使用される。第一の尺度は、広帯域光のスペクトルに含まれる波長である。一実施形態において、広帯域光のスペクトルは、約３００乃至約７２０ｎｍである。しかしながら、使用される広帯域光のスペクトルは、より短い及び／または長い光の波長を含むように拡張できる。一実施形態において、広帯域光のスペクトルは、ＣＭＰプロセスにおいて処理されている材料に対応するように選択される。一実施形態では、より広範なスペクトルを、より広範な種類の材料のために使用できる。
【００６４】
広帯域幅光の検出を説明するために使用された第二の尺度は、広帯域光のスペクトルに渡って分布するデータポイントの数である。一実施形態において、データポイント数が５１２であり、広帯域スペクトルが約３００乃至約７２０である場合、第一のデータポイントは、約２９８．６ｎｍの波長に対応し、５１２番目のデータポイントは約７１９．３ｎｍの波長に対応する。広帯域スペクトルに渡るデータポイントの数及び分布は、特定の光学検出器製造業者によって決定される。通常、データポイントは、スペクトルに渡って均等に分布する。データポイントは、ピクセルと呼ぶこともできる。
【００６５】
上記の実施形態を考慮すると、本発明は、コンピュータシステムに格納されたデータを含む様々なコンピュータ実施ステップを利用してよいと理解されたい。こうしたステップは、物理量の物理的操作を必要とするものである。通常は、必ずではないものの、こうした量は、格納、転送、組み合わせ、比較、及びその他の形の操作が可能な電気または磁気信号の形態をとる。更に、実行される操作は、生成、特定、決定、または比較といった用語で呼ばれる場合が多い。
【００６６】
本明細書で説明した、本発明の一部を形成する任意のステップは、有用な機械ステップである。本発明は、更に、こうしたステップを実行するデバイスまたは装置に関する。装置は、必要な目的のために特別に構築してよく、或いは、コンピュータに格納されたコンピュータプログラムによって選択的に起動または構成される汎用コンピュータにしてよい。特に、様々な汎用機を、本明細書の教示内容に従って書かれたコンピュータプログラムで使用してよく、或いは、必要なステップを実行するために、更に特化した装置を構築することが好都合である場合もある。
【００６７】
本発明は、更に、コンピュータ可読媒体上のコンピュータ可読コードとして実施できる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータシステムによって後で読むことが可能なデータを格納できる任意のデータ記憶デバイスである。コンピュータ可読媒体の例は、ハードドライブと、ネットワーク接続ストレージ（ＮＡＳ）と、読み出し専用メモリと、ランダムアクセスメモリと、ＣＤ−ＲＯＭと、ＣＤ−Ｒと、ＣＤ−ＲＷと、磁気テープと、その他の光学式及び非光学式データ記憶デバイスとを含む。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読コードが分散形式で格納及び実行されるように、ネットワークに接続されたコンピュータシステム上で分散させることも可能である。
【００６８】
更に、図４Ａ、４Ｂ、及び１２のステップによって表される指示は、例示の順序で実行する必要はなく、ステップによって表される全ての処理は、本発明の実施する上で必要ではない場合もあると理解されるであろう。更に、図４Ａ、４Ｂ、及び１２において説明されたプロセスは、コンピュータ可読媒体の任意の一つまたは組み合わせに格納されるソフトウェアにおいて実施することもできる。
【００６９】
前記の発明は、明確な理解のために、ある程度詳細に説明されているが、付記した特許請求の範囲内で、特定の変更及び変形を為し得ることは明らかであろう。したがって、本実施形態は、限定的ではなく例示的なものと見做されるべきであり、本発明は、本明細書に記載された詳細に限定されることなく、付記した特許請求の範囲及び等価物の中で変形可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１Ａ】ダマシン及びデュアルダマシン相互接続金属化ラインの構築に共通する製造プロセスが施されている誘電層の断面図である。
【図１Ｂ】ダマシン及びデュアルダマシン相互接続金属化ラインの構築に共通する製造プロセスが施されている誘電層の断面図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態による、パッドがローラを中心に回転するように設計されたＣＭＰシステムを示す図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態による、終点検出システムを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による、ＣＭＰプロセス中に広帯域光源によって照射されるウェハの部分を示す図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態による、ＣＭＰプロセスのための終点を決定する際に実行される方法ステップを例示するフローチャート図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態による、第一及び第二のスペクトル内の波長の少なくとも一部の割合における変化を計算する際の方法ステップ４５０のフローチャート図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態による、受信された一反射スペクトルのデータ（即ち、ショット）を例示する図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態による、標準化された一反射スペクトルのデータ（即ち、標準化ショット）を例示する図である。
【図５Ｃ】本発明の一実施形態による、いくつかの非標準化ショットの三次元グラフ図である。
【図６】本発明の一実施形態による、上の図５Ｃに図示したデータのグラフである。
【図７】本発明の一実施形態による、上の図５Ｃに図示したデータのグラフである。
【図８】本発明の一実施形態による、強化された上の図５Ｃに図示したデータの二次元グラフである。
【図９】本発明の一実施形態による、強化された上の図５Ｃに図示したデータの二次元グラフである。
【図１０】本発明の一実施形態による、強度と相対的に標準化されていない波長毎の反射係数の時間による変化を有する反射データのグラフ表現を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態による、強度標準化反射係数の変化を有する反射データのグラフ表現を示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態による、終点を検出するための方法ステップのフローチャート図である。
【図１３】本発明の一実施形態による、材料除去プロセスのベクタ距離二乗（ＶＤ）のグラフである。
【図１Ａ】
2005522025.tif 000007
【図１Ｂ】
2005522025.tif 000008
【図２Ａ】
2005522025.tif 000009
【図２Ｂ】
2005522025.tif 000010
【図３】
2005522025.tif 000011
【図４Ａ】
2005522025.tif 000012
【図４Ｂ】
2005522025.tif 000013
【図５Ａ】
2005522025.tif 000014
【図５Ｂ】
2005522025.tif 000015
【図５Ｃ】
2005522025.tif 000016
【図６】
2005522025.tif 000017
【図７】
2005522025.tif 000018
【図８】
2005522025.tif 000019
【図９】
2005522025.tif 000020
【図１０】
2005522025.tif 000021
【図１１】
2005522025.tif 000022
【図１２】
2005522025.tif 000023
【図１３】
2005522025.tif 000024
【国際調査報告】
2005522025.tif 000025
2005522025.tif 000026