(57)【要約】【解決手段】化学機械平坦化処理の状態と基板の表面成分の赤外線検出を実装するための化学機械平坦化システムおよびその方法が開示されている。一例によれば、化学機械平坦化システムは、基板を保持、回転させるための基板チャックと、処理キャリアに取り付けられている処理ヘッドと、調整キャリアに取り付けられている調整ヘッドを備える。処理ヘッドは、基板にあてがわれ、少なくとも、基板の表面全域よりも狭い基板領域に重なるよう配置されている。システムはさらに、基板の表面からの赤外線放射を検知するために、基板の上方に配置される赤外線センサを有する。単点、走査、配列赤外線センサを含む赤外線センサの例がいくつか開示されている。他の例では、赤外線走査を用いて処理状態や基板の表面成分を判断する方法が開示されている。化学機械平坦化の間、赤外線センサは、基板の表面からの赤外線放射を検知し、処理状態を判断するために赤外線放射を分析し、基板のトポグラフィの詳細を作成するために配置される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学機械平坦化システムであって、
処理が施される一層以上の成形層を有する基板を保持し、回転させる基板チャックと、
前記基板の処理面にあてがわれるように配置された処理ヘッドを有する処理キャリアで、前記処理ヘッドは、少なくとも前記基板の処理面の全体領域よりも狭い前記基板の処理面領域に重なるように配置されており、
前記基板の処理面からの赤外線放射を検知するように配置された赤外線センサと
を備える化学機械平坦化システム。
【請求項２】
請求項１記載の化学機械平坦化システムであって、さらに、前記赤外線センサからの赤外線データを処理するために構成された赤外線信号処理装置を備える化学機械平坦化システム。
【請求項３】
請求項１記載の化学機械平坦化システムであって、前記赤外線センサは、前記基板の処理面全域の複数の単点から、前記基板の処理面からの赤外線放射を検知するために構成された、単点赤外線センサである化学機械平坦化システム。
【請求項４】
請求項１記載の化学機械平坦化システムであって、前記赤外線センサは、前記基板の処理面全域を走査することにより、前記基板の処理面からの赤外線放射を検知するために構成された赤外線走査センサである化学機械平坦化システム。
【請求項５】
請求項１記載の化学機械平坦化システムであって、前記赤外線センサは、配列で構成された複数の赤外線センサにより、前記基板の処理面からの赤外線放射を検知するために構成された赤外線センサ配列であり、前記複数の赤外線センサは、前記基板の処理面全域の複数の単点を検査する配列で構成されている化学機械平坦化システム。
【請求項６】
請求項１記載の化学機械平坦化システムであって、前記赤外線センサは、配列で構成された複数の赤外線センサにより、前記基板の処理面からの赤外線放射を検知するために構成された赤外線センサ配列であり、前記複数の赤外線センサのそれぞれは、前記基板の処理面全域を走査する配列で構成されている化学機械平坦化システム。
【請求項７】
請求項２記載の化学機械平坦化システムであって、前記赤外線信号処理装置は、赤外線エネルギを前記基板の処理面に伝達するための赤外線トランスミッタを含む化学機械平坦化システム。
【請求項８】
請求項２記載の化学機械平坦化システムであって、前記赤外線信号処理装置は、ウェハの表面状態と、前記基板の化学機械平坦化処理の終点を判断するために、前記赤外線センサから受信した前記赤外線データを評価する化学機械平坦化システム。
【請求項９】
請求項２記載の化学機械平坦化システムであって、前記赤外線信号処理装置は、前記基板の表面状態の特徴を示す、前記基板の処理表面の赤外線放射マップを作成するために、前記赤外線センサからの前記赤外線データを検査する化学機械平坦化システム。
【請求項１０】
請求項８記載の化学機械平坦化システムであって、基板の前記化学機械平坦化処理の終点は、赤外線放射の波長プロット上で測定可能である化学機械平坦化システム。
【請求項１１】
請求項１０記載の化学機械平坦化システムであって、さらに、前記赤外線信号処理装置からの赤外線データを表示するために構成されたモニタを備える化学機械平坦化システム。
【請求項１２】
請求項１１記載の化学機械平坦化システムであって、表示される赤外線データは、赤外線放射の波長プロットを含む化学機械平坦化システム。
【請求項１３】
請求項１１記載の化学機械平坦化システムであって、表示される赤外線データは、前記基板の処理面の赤外線マップを含む化学機械平坦化システム。
【請求項１４】
処理面による化学機械平坦化中に、ウェハ表面の処理状態を監視する制御方法であって、
前記ウェハの表面から第１の物質層を除去するために、前記処理面と前記ウェハの表面を接合し、
前記第１の物質層を除去する間、前記ウェハの表面からの赤外線放射を検知することを備える制御方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の処理面による化学機械平坦化中に、ウェハ表面の処理状態を監視する制御方法であって、さらに、前記第１の物質層を除去する間、前記ウェハ表面からの前記赤外線放射を評価し、前記赤外線放射は、前記ウェハの表面からの前記第１の物質層除去の完了を示すことを備える制御方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の処理面による化学機械平坦化中に、ウェハ表面の処理状態を監視する制御方法であって、前記第１の物質層は金属層である制御処理方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の処理面による化学機械平坦化中に、ウェハ表面の処理状態を監視する制御方法であって、前記金属層は酸化膜層の上にある制御処理方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の処理面による化学機械平坦化中に、ウェハ表面の処理状態を監視する制御方法であって、さらに、
前記金属層の赤外線吸収係数を計算し、
前記酸化物層の赤外線吸収係数を計算し、
前記化学機械平坦化処理中に前記ウェハの表面からの前記赤外線放射のグラフを作成することを備える制御方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の処理面による化学機械平坦化中に、ウェハ表面の処理状態を監視する制御方法であって、さらに、前記ウェハの表面からの前記赤外線放射の前記作成されたグラフによって与えられる結果に応じて、前記化学機械平坦化のパラメータを調整することを備える制御処理方法。
【請求項２０】
請求項２０記載の処理面による化学機械平坦化中に、ウェハ表面の処理状態を監視する制御方法であって、前記化学機械平坦化の前記調整されたパラメータは、前記処理面の再配置と前記化学機械平坦化の停止を含む制御処理方法。
【請求項２１】
終点検出制御方法であって、
ウェハ処理面から除去される第１の物質層を有するウェハを供給し、
研磨パッドを供給し、
前記第１の物質層を除去するために、前記ウェハ処理面と前記研磨パッドの間に摩擦を発生させ、
前記第１の物質層を除去する間、前記ウェハ処理面からの赤外線放射を検知し、
前記ウェハ処理面からの前記第１の物質層除去が完了したことを判断するために、前記第１の物質層を除去する間、前記ウェハ処理面からの赤外線放射を評価することを備える終点検出制御方法。
【請求項２２】
請求項２１の終点検出制御方法であって、前記第１の物質層は金属層である制御方法。
【請求項２３】
請求項２２の終点検出制御方法であって、前記金属層は酸化物層の上に生成されている制御方法。
【請求項２４】
請求項２３記載の終点検出制御方法であって、さらに、
前記金属層の赤外線吸収係数を計算し、
前記酸化物層の赤外線吸収係数を計算し、
前記ウェハの表面からの前記赤外線放射のプロットを作成することを備える制御方法。
【請求項２５】
請求項２４記載の終点検出制御方法であって、さらに、
オペレータが分析するためのプロットを表示することを備える制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して、基板の化学機械平坦化（ＣＭＰ）に関し、詳しくは、ＣＭＰにおける終点検出の技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造では、平滑化、バフ研磨および基板洗浄を含む化学機械平坦化（ＣＭＰ）工程を行う必要がある。集積回路装置は一般に、多層構造の形態をとる。基板層には、拡散領域を有するトランジスタ素子が形成される。続く層には、金属配線がパターニングされ、所望の機能装置を定義するため、トランジスタ素子に電気的に接続される。周知のように、パターニングされた導電層は、二酸化シリコンのような絶縁物質によって、他の導電層と絶縁されている。各金属層では、金属物質もしくは付随する絶縁物質を平坦化する必要がある。平坦化処理を行わない場合、表面のトポグラフィのばらつきが一層多くなるため、金属層の積層が実質的により困難になる。その他の実装例では、まず絶縁物質に金属配線パターンが形成され、続いて銅などの余分なメタライゼーションを除去するために金属ＣＭＰ工程が行われる。
【０００３】
従来技術では、ＣＭＰシステムは通例、ベルト方式、オービタル方式、またはブラシ方式のステーションを実装しており、ステーション内で、ベルト、パッド、またはブラシによって、基板のスクラブ、バフ研磨その他処理を行う。いくつかの実装例においては、ＣＭＰ工程を円滑に進め、効果を高めるために、スラリとよばれる懸濁液中に研磨剤を混ぜたものを用いる。スラリは通常、ベルト、パッド、ブラシなどの動的処理面に最も導入され、バフ研磨、研磨あるいはその他のＣＭＰプロセスによる処理を施す基板の表面と同様、処理面全体にも散布される。一般に、スラリの散布は、処理面の動き、半導体ウエハの動きおよび半導体ウエハと処理面の間に生じる摩擦との組み合わせにより実現する。
【０００４】
図１Ａは、ダマシン、デュアルダマシンの金属配線工程において一般的な加工処理を受けた、絶縁層１０２の断面図を示す。絶縁層１０２は、エッチングパターン面の上全体に堆積する拡散障壁層１０４を有する。拡散障壁層は、周知のように、窒化チタン、タンタル、窒化タンタル、もしくはそれらを組み合わせたものが一般的である。一旦、拡散障壁層１０４が所望の厚さまで堆積すると、銅などの金属層１０４が、絶縁層１０２にエッチングされた溝を埋めるように、拡散障壁層上に形成される。必然的に、余分な拡散障壁層やメタライゼーション部分がこの領域上に堆積する。化学機械平坦化（ＣＭＰ）工程は、これらの余分な堆積物を除去し、所望の金属配線や対応ビア（図示せず）を規定するために行われる。
【０００５】
既に上述のとおり、金属ＣＭＰ工程は、絶縁層１０２から、最上層の金属部分を取り除くための工程である。例えば図１Ｂに示されるように、銅層１０６と拡散防壁層１０４の余分な堆積部分が除去されている。ＣＭＰ工程では一般的に、ＣＭＰ工程は、絶縁層１０２に堆積した余分な金属と拡散防壁層１０４のすべてが除かれるまで、続けなければならない。しかしながら、絶縁層１０２上から拡散防壁層１０４のすべてが除去されたことを確実に知るためには、ＣＭＰプロセスの間、プロセス状況やウェハの表面状態を監視する方法が必要となる。これを一般に、「終点検出」という。マルチステップのＣＭＰ工程では、複数の終点を確実に検知する必要がある（例えば、銅（Ｃｕ）が拡散防止層上から除去されたか、拡散防止層は絶縁層上から除去されたかを確実に知るなど）。このように、終点検出技術は、所望の余分な堆積物がすべて除かれたことを確実に知るために用いられる技術である。最近の終点検出技術に伴う一般的な問題としては、過剰研磨としても知られる過剰処理の問題がいくつかあり、金属線同士の不慮の短絡を防止するために、すべての導電物質（例えば金属物質や拡散防壁層１０４）が絶縁層１０２上から除去されていることを、確実に検知する必要がある。
【０００６】
不適切な終点検出や過剰研磨がもたらす問題の一面として、絶縁層１０２中にとどめた金属素子の上にディッシング１０８が発生する問題がある。ディッシング作用は、基本的に、所望以上の金属物質を除去し、皿上の窪みを金属線上に残すことである。ディッシングは金属配線に悪影響を及ぼすものと考えられ、ディッシングの数が多すぎると、集積回路は意図された目的を果たさなくなる。
【０００７】
ディッシングはさらに、半導体ウェハの層厚にむらをつくる原因にもなる。周知のように、回路加工の実装例によっては、作動素子を精密に製造するために物質を特定の厚みに維持する必要がある。一例として、絶縁層１０２は、そこで定義される金属線と対応する導電ビアに適した特定の層厚に維持される必要がある。
【０００８】
終点検出の実施方法の一つに、光学検出器を用いた終点検知がある。光学検出技術を用いることにより、指定の膜がウェハの表面から除去されている程度を確定できる。この光学検出技術は、光学検出器が受ける干渉縞を検査することにより、ウェハの表面成分の変化を検出する技術である。光学終点検出は実装例によっては適しているものの、終点検出が半導体ウェハの異なる領域やゾーンで要求される場合は不十分となり得る。
【０００９】
図２Ａは、最上層の銅層がＣＭＰプロセスを受けた後の半導体チップ２０１の典型例を示した部分断面図である。通常の不純物注入、フォトリソグラフィおよびエッチング技術を用いて、Ｐ型とトランジスタとＮ型トランジスタがＰ型シリコン基板２００に形成される。図示されるように、各トランジスタは適応するウェル中に形成されるゲート、ソースおよびドレインを有している。Ｐ型トランジスタとＮ型トランジスタの交互パターンにより、相補型金属−誘電体―半導体（ＣＭＯＳ）装置が生成される。
【００１０】
第１の絶縁層２０２は、トランジスタと基板２００の上に形成される。従来のフォトリソグラフィ、エッチング及び堆積技術は、タングステンプラグ２１０および銅線２１２を形成するために用いられる。タングステンプラグ２１０により、銅線２１２とトランジスタの活性部との間が電気的に接続される。第２の絶縁層２０４は、第１の絶縁層２０２と銅線２１２の上に形成される。従来のフォトリソグラフィ、エッチング及び堆積技術は、第２の絶縁層２０４に、銅ビア２２０および銅線２１４を形成するために用いられる。銅ビア２２０により、第２層の銅線２１４と第１層の銅線２１２もしくはタングステンプラグ２１０が電気的に接続される。
【００１１】
一般に、次にウェハは、溝に金属のみを残してその他の余分なメタライゼーション物質を除去するために銅ＣＭＰ処理を施され、ウェハの表面全体は図１Ａおよび１Ｂに示されるように、できるだけ平坦化される。銅ＣＭＰプロセスが終了すると、ウェハはウェハ洗浄システムで洗浄される。
【００１２】
図２Ｂは、ウェハが光学終点検出工程を受けた後の部分断面図を示す。図示のとおり、最上層上の銅線２１４は検出プロセス中に光浸食を受けている。光侵食は、その一部は光学検出器から照射された光量子が太陽電池素子として動作し得るＰＮ接合に到達することによって引き起こされると考えられている。残念なことに、この光量は一般に、光学検出としては普通の量だが、破壊的な侵食作用を招き得る。
【００１３】
本断面図の例によると、銅線、銅ビアもしくはタングステンプラグは、ＰＮ接合の異なる部分に電気的に接続されている。ウェハの表面にスラリ薬剤と化学溶液の両方もしくはどちらか一方は、電解質を含んでいる可能性があり、このことは、電子ｅ−と正孔ｈ＋がＰＮ接合を通過して移動するため、電気回路を閉じる効果がある。接合部分で光生成される電子と正孔のペアは、電気領域から離される。導入されたキャリアは接合の両端間に電位差を誘発する。この電位差は、光の強度によって増加する。よって、接合部分のＰ側に接続される電極で、銅が侵食する。すなわち、Ｃｕ→Ｃｕ２＋＋２ｅ−となる。生成された溶解性イオン等は、反対側の電極に拡散し、そこで還元が起こる。すなわち、Ｃｕ２＋＋２ｅ−→Ｃｕとなる。ここで、通常の金属侵食式は、いずれも次の式、Ｍ→Ｍｎ＋＋ｎｅ−、通常の金属還元式は、次の式、Ｍｎ＋＋ｎｅ−→Ｍとなる。光侵食作用に関する詳細は、Ｂｅｖｅｒｉｎａ ｅｔ ａｌ．による、「Ｐｈｏｔｏ−Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｅｆｆｅｃｔｓ Ｄｕｒｉｎｇ Ｃｕ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｃｌｅａｎｉｎｇｓ（Ｃｕ配線洗浄中の光侵食作用）」、第１９６回ＥＣＳ会議、ホノルル、ハワイ（１９９９年１０月発行）を参照されたい。
【００１４】
光侵食は銅線を腐食し、図２Ｂに示されるように、意図した銅素子の物理的トポグラフィを破壊する。Ｐ型トランジスタを覆うウェハ表面の場所によっては、光侵食によって侵食された銅線２２４や溶解された銅線２２６が発生し得る。すなわち、光侵食によって、銅線がもはや存在しなくなるほど、完全に侵食されることがある。一方、Ｎ型トランジスタ上には、光侵食作用によって銅の堆積層２２２が形成される。銅線の侵食を含む歪んだトポグラフィは、チップ全体を動作不能にしてしまう装置欠陥を引き起こし得る。一つ欠陥素子があるとチップ全体の廃棄につながるため、歩留まりは低くなり、製造工程のコストが大幅に増加する。また一方、ウェハの至る箇所でこのような作用が発生するため、ウェハ上のチップの多くが破壊される。よって、当然製造コストが増加する。
【００１５】
以上の点から、光学検出器を実装せずに、ディッシングを防止し、過剰な研磨処理を行う必要のない、正確な終点検出を可能とするＣＭＰ終点検出システムが必要である。
【００１６】
【発明の概要】
概して、本発明は、赤外線放射を用いて基板のＣＭＰ処理過程での処理状況を判断し、基板の赤外線表面マップを作成するシステムおよび方法を提供することによって、上述の要求を満たす。本発明は、プロセス、装置、システム、デバイス、方法、コンピュータ読み取り可能媒体を含む種々の形態で実施され得る。以下では、本発明の実施形態をいくつか説明する。
【００１７】
一実施態様において、化学機械平坦化システムが開示されている。本システムは、ＣＭＰ処理が施される少なくとも一層の加工層を有する基板を保持し、回転させる基板チャックを含む。本システムはさらに、基板の処理面にあてがわれる処理ヘッドを備える処理キャリアを含み、処理ヘッドは、少なくとも基板の処理面全体領域よりも狭い基板の処理面領域に重なる。最後に、本システムは基板の処理面からの赤外線放射を検知する赤外線センサを含む。
【００１８】
別の実施態様において、化学機械平坦化処理の間、ウエハの表面の処理状態を監視する方法が開示されている。その方法は、ウェハの表面から第１の物質層を除去するために、処理面とウェハの表面を接合することを含む。本方法はさらに、ウェハの処理状態を判断し、監視するために、第１の物質層を除去する間、ウェハの表面からの赤外線放射を検知することを備える。
【００１９】
さらに別の実施態様において、終点検出方法が開示されている。その方法は、ウェハ処理面から除去される第１の物質層を有するウェハを供給し、研磨パッドを供給することを含む。その方法は、次に、第１の物質層を除去するために、ウェハ処理面と研磨パッドの間に摩擦を発生させる。本方法は、最後に、第１の物質層を除去する間、ウェハ処理面からの赤外線放射を検知し、処理の終点を判断するために赤外線放射を評価することを含む。
【００２０】
本発明には、数多くの利点がある。本発明の注目すべき利点および効果の一つは、赤外線放射の活用によってプロセスの正確な終点判断が与えられ、従来技術における光侵食の問題を受けないことである。別の利点としては、赤外線クリアランス検出と、正確かつ制御しやすいＣＭＰプロセスをもたらす可変パーシャルパッドウェハオーバーラップＣＭＰ処理との組み合わせがある。さらに別の利点としては、赤外線走査を用いて、ＣＭＰ処理中の基板の表面全域の赤外線マップを作成できることである。赤外線マッピングは、処理状況だけでなく表面のトポグラフィや成分を明らかにするため、より高精度な半導体製造が実現できる。
【００２１】
本発明のその他の利点は、本発明の原理を例示した添付図面と関連付けながら行う以下の詳細な説明から明らかになる。
【００２２】
【好ましい実施態様の詳細な説明】
ＣＭＰ工程における、赤外線終点検出のための発明が開示されている。好ましい実施態様において、赤外線クリアランス検出システムは、可変パーシャルパッドウェハオーバーラップＣＭＰシステムに構成され、ＣＭＰ処理状況を評価し、赤外線放射の基板表面マップを供給するために用いられる赤外線センサを含む。プロセス状況の評価と基板表面マップの作成に赤外線放射を用いる方法もまた、開示されている。以下の説明では、本発明の完全な理解を促すために、数々の具体例が示されている。しかしながら、当業者にとっては、本発明がこれらの具体的な詳細の一部もしくはすべてがなくとも実行可能であることが理解される。そのほか、本発明が不必要に不明瞭となることを避けるため、周知の処理工程の説明は省略した。
【００２３】
図３Ａは、本発明の一実施形態における、単点、赤外線（ＩＲ）クリアランス検出装置（単点クリアランス検出システム）３００を実装する、可変パーシャルパッドウェハオーバーラップ（ＶａＰＯ）ＣＭＰシステムを示す。ＶａＰＯ  ＣＭＰシステムは、研磨パッドとウェハとの接触面が、ある時点でウェハの表面面積よりも小さくなり得るサブアパーチャ研磨構成を有する。本出願においては、「ＶａＰＯ」という用語を用いており、この用語は「サブアパーチャ」システムを表しているものと解されるべきである。
【００２４】
単点クリアランス検出システム３００は、処理キャリアシャフト３０２にあてがわれた処理キャリア３０４に取り付けられている処理ヘッド３０６を有する。処理キャリアシャフト３０２は、処理キャリア３０４や、研磨パッド、バフ研磨パッド、ブラシ、固定研磨パッドなどで構成する処理ヘッド３０６に回転を加える。一実施態様において、処理キャリアシャフト３０２は、処理キャリア３０４および処理ヘッド３０６に、回転のほか振動も加える。
【００２５】
基板３１２は、チャックシャフト３０８に取り付けられている基板チャック３１０上の、処理ヘッド３０６の下側の対面する位置に配置されている。基板３１２は、基板３１２を載せた基板チャック３１０を回転させるチャックシャフト３０８への回転を利用することによって回転する。
【００２６】
図示する実施態様において、調整ヘッド３１８は、基板３０６の隣側に同じ面で置かれる。調整ヘッド３１８は、調整キャリアシャフト３１４にあてがわれた調整キャリア３１６に取り付けられている。基板３１２と同様の方法で、調整ヘッド３１８は、調整キャリアシフト３１４への回転を利用することによって回転する。調整ヘッド３１８としては、パッド、ブラシ、その他の研磨物などが利用可能で、ＣＭＰ工程中、処理ヘッド３０６を継続的に調整するために備えられる。
【００２７】
赤外線信号搬送路およびセンサ取り付けブラケット３２２が、処理キャリアシャフト３０２の隣に示される。赤外線信号搬送路およびセンサ取り付けブラケット３２２は、赤外線信号処理装置（図７参照方）との赤外線信号の授受を行うよう構成されている。一態様において、単点赤外線センサ３２０はパッシブセンサで、受信した信号は、赤外線信号処理装置へ送信される。別の態様において、単点赤外線センサ３２０はアクティブセンサで、赤外線信号は、単点赤外線センサ３２０と赤外線信号処理装置間で授受される。
【００２８】
赤外線信号搬送路およびセンサ取り付けブラケット３２２は、ＣＭＰ処理中、基板３１２の赤外線検査および評価が可能となるように単点赤外線センサ３２０の位置を合わせる。図示する実施態様において、好適な位置はＶａＰＯ  ＣＭＰシステムによって処理される基板３１２の真上である。赤外線信号搬送路およびセンサ取り付けブラケット３２２は処理中、単点赤外線センサ３２０の位置を基板３１２の表面全域の複数ポイントに位置を合わせるよう配置し、また、処理キャリア３０４と独立して動く。例えば処理キャリア３０４が、基板３１２の中心から第１の方向の基板の端部に移動して基板３１２にＣＭＰ処理を施す場合、赤外線信号搬送路およびセンサ取り付けブラケット３２２は、基板３１２の中心から第１の方向とは逆の第２の方向の基板の端部に移動して、基板３１２の表面上で単点赤外線センサ３２０の位置を合わせる。したがって、処理ヘッド３０６が基板３１２上を中心から端部に移動すると、単点赤外線センサは基板３１２上を、処理ヘッド３０６とは反対方向へ移動する。円形の基板３１２はＣＭＰ処理中、回転しているため、単点赤外線センサ３２０は、処理ヘッド３０６によってＣＭＰ処理が施されている基板３１２の同一面を検査する。
【００２９】
他の態様において、赤外線信号搬送路およびセンサ取り付けブラケット３２２は、ＣＭＰシステム以外の場所に取り付けられており、センサはＣＭＰ処理中、基板３１２の上側に装着され、ＣＭＰ処理が終わると外される。
【００３０】
上述のように、一態様において、単点赤外線センサは処理ヘッド３０６の隣に設置され、基板３１２の表面に焦点が合わせられる。単点赤外線センサ３２０と基板３１２の表面との間の距離は、ＣＭＰ処理の種類（例えば、スラリを使用しているかどうか、どんな種類のスラリを使用しているかなど）や、単点赤外線システムがアクティブかパッシブかによって決まる。基板３１２の表面と単点赤外線センサ３２０のレンズもしくは「目」との距離は、およそ１／２〜２０インチ（１２．７ｍｍ〜５０８ｍｍ）の範囲となり、２〜３インチ（５０．８ｍｍ〜７６．２ｍｍ）が好適な距離である。ある一態様において、赤外線信号搬送路およびセンサ取り付けブラケット３２２は、単点赤外線センサ３２０を、基板３１２の表面上の複数ポイントに合う位置で、同時に基板の表面から好適な距離に配置する。
【００３１】
図３Ｂは、本発明の一実施態様における、基板３１２の表面全域の単点赤外線センサ３２０の位置あわせを示す。図３Ｂにおいて、真上からの透視図は、互いに隣接し基板処理方向３２６に回転する基板３１２および調整ヘッド３１８を示す。処理ヘッド３０６は図示する実施態様において、基板３１２と調整ヘッド３１８真上に位置し、基板処理方向３２６と同じ方向の処理方向３２８の方に回転するよう示されている。別の実施態様では、基板処理方向３２６と処理方向３２８は逆方向である。処理ヘッド方向３２８への回転に加え、処理ヘッド３０６は振動３３０を有する。
【００３２】
センサポイント３２４が基板３１２の中心部分Ｉ１から基板３１２の端部Ｉｎに進む様子が図示されている。単点クリアランス検出システム３００の一態様において、アクティブもしくはパッシブ単点赤外線センサ３２０は、ＣＭＰ処理状況を判断するために、基板からの赤外線放射を検査する。一態様によれば、単点赤外線センサ３２０は、基板３１２の除去率が最も高いポイント、通常は基板３１２の中心で、赤外線放射の検査を開始する。赤外線信号処理装置（図７参照方）からの赤外線信号を処理することにより、指定のセンサポイント３２４でのＣＭＰ処理の終点が決定し、処理ヘッド３０６は基板３１２の中心から端部方向へ移動される。所望の除去が実現し、終点が決定すると、単点赤外線センサ３２０は処理ヘッド３０６と同時および相補的に、インクリメント移動される。この方法で、処理ヘッド３０６が基板３１２の中心から基板の端部方向に次のポジションへ移動すると、単点赤外線センサ３２０も同様に、基板３１２の中心から端部方向へ、次のセンサポイントにインクリメントする。処理ヘッド３０６と単点赤外線センサ３２０両方のプロセスおよびインクリメント移動は、基板３１２の全表面にＣＭＰ処理が施され、所望の除去を達成したと判断されるまで続く。
【００３３】
図４Ａは、本発明の一実施態様における、赤外線走査センサクリアランス検出装置（走査センサクリアランス検出システム）３３５を実装するＶａＰＯ  ＣＭＰシステムを示す。図４Ａに図示されるＶａＰＯ  ＣＭＰシステムは、図３Ａで示し、解説した図と同一である。図示されるＶａＰＯ  ＣＭＰシステム構成は図３Ａに示す符号表示と同一であるため、ここでは記載を省く。走査センサクリアランス検出システム３３５には本発明の実施態様であり、さらに説明される。
【００３４】
図４Ａは、走査赤外線センサ３３４を支持する赤外線信号搬送路およびセンサ取り付けブラケット３２２を示す。図示する実施態様において、赤外線信号搬送路およびセンサ取り付けブラケット３２２は、処理キャリアシャフト３０２を囲む筺体に接合されて、あるいは近傍に示される。他の態様において、赤外線信号搬送路およびセンサ取り付けブラケット３２２は、ＶａＰＯ  ＣＭＰシステム以外の場所に設置され、その後ＣＭＰ処理の間、基板３１２上に位置が合うように配置される。赤外線信号搬送路およびセンサ取り付けブラケット３２２は、ＣＭＰ処理が完了すると、ＣＭＰ処理環境から走査赤外線センサ３３４を外すこととしてもよい。
【００３５】
ＣＭＰ処理中、走査赤外線センサ３３４は、処理対象の基板３１２上に位置が合うよう配置される。図３Ａにおいて記載されたように、基板３１２と走査赤外線センサ３３４のレンズとの距離はプロセス要求によって決まり、およそ１／２〜２０インチ（１２．７ｍｍ〜５０８ｍｍ）がとり得る範囲で、２〜３インチ（５０．８ｍｍ〜７６．２ｍｍ）が好適な距離である。一態様によると、走査赤外線センサ３３４は、基板３１２の露出面の中心付近に固定されて配置される（例えば、処理ヘッド３０６によって遮られない基板の部分）。このような態様において、走査赤外線センサは、ＣＭＰ処理の間固定の位置に静止したまま、固定位置から基板３１２の表面全域を前後左右に走査することによって、基板の表面全体を検出範囲とする。他の態様において、赤外線搬送路およびセンサ取り付けブラケット３２２は、ＣＭＰ処理が始まると、基板３１２の中心付近の処理ヘッド３０６のすぐ隣に走査赤外線センサ３３４の最初の位置を合わせ、次に、処理ヘッド３０６が基板３１２の中心付近から基板の端部方向へインクリメント移動するのに合わせて、走査赤外線センサ３３４を基板３１２の中心から基板の端部方向へインクリメント移動させる。この態様によると、走査赤外線センサ３３４の走査行為により、基板表面の赤外線マップを供給することが可能となり、より正確な処理のための終点予測だけでなく、基板３１２の広範囲における表面状態の判断も可能となる。
【００３６】
図４Ｂは、図４Ａに示す走査センサクリアランス検出システム３３５の赤外線走査経路３３６を示す。図示される実施態様において、基板３１２は調整ヘッド３１８に隣接して示される。基板３１２と調整３１８のちょうど真上にあるのが、処理ヘッド３０６である。図４Ｂから分かる通り、基板３１２の大部分はＶａＰＯ  ＣＭＰシステムによる処理中露出している。走査センサクリアランス検出システム３３５の走査経路３３６は、基板３１２の表面全域をカバーし、重なっている走査経路の基板３１２の表面からの赤外線データを得て、基板表面の詳細な赤外線マップを供給することができる。一実施態様において、表面マップは、パッシブ赤外線センサから取得される。他の実施態様では、表面マップは、アクティブ赤外線センサから取得される。どちらの態様を用いても、走査赤外線センサ３３４は、継続的もしくは断続的な走査モードを利用して、基板３１２がＣＭＰ処理を受けている際に取得される赤外線センサデータを用いて赤外線放射を検査し、プロセス終点の正確な予測に加え、ＣＭＰ処理における正確な終点判断を行う。
【００３７】
図５Ａは、本発明のさらに別の実施態様における、センサ配列クリアランス検出システム３４０を示す。センサ配列クリアランス検出システム３４０は、図３Ａに関連して記述されたとおり、ＶａＰＯ  ＣＭＰシステムに構成されるよう示される。図示されるＶａＰＯ  ＣＭＰシステムの構成要素は図３Ａに示す符号表示と同一であるため、ここでは記載を省く。センサ配列クリアランス検出システム３４０については、本発明の実施態様であり、さらに説明される。
【００３８】
赤外線信号搬送路およびセンサ取り付けブラケット３４４は、ＣＭＰ処理を受ける基板３１２上に赤外線センサ配列３４２の位置が合うよう図示されている。図示する実施態様において、赤外線信号搬送路およびセンサ取り付けブラケット３４４は、処理キャリアシャフト３０２を囲む筺体に接合される構成以外の構成で示される。このような態様において、赤外線信号搬送路およびセンサ取り付けブラケットは、ＣＭＰ処理中、基板３１２の上側に位置が合うよう赤外線センサ配列３４２を配置し、処理が完了したら処理環境から赤外線センサ配列３４２を外すこととしてもよい。本発明の他の態様において、赤外線信号搬送路およびセンサ取り付けブラケット３４４は、図３Ａ、４Ａに記載された実施態様のように、処理キャリアシャフト３０２を囲む筺体に接合される。
【００３９】
赤外線センサ配列３４２は、単一のセンサ筺体内に互いに隣接して配置される、複数の独立した赤外線センサによって構成される。一態様によると、赤外線センサ配列３４２は、単一のセンサ筺体内に一列もしくは配列して配置される複数の単点赤外線センサ３２０（図３Ａ参照方）に類似する。別の態様によると、赤外線センサ配列３４２は、単一のセンサ筺体内に一列もしくは配列して配置される複数の走査赤外線センサ３３４（図４Ａ参照方）に類似する。赤外線走査配列３４２は次に、処理が施される基板３１２の上側に位置を合わせて配置され、ＣＭＰ処理中、基板３１２表面上のできるだけ広い領域を検査できるよう構成される。一般に、赤外線走査配列３４２は基板３１２の表面全域を被覆領域とし、大型基板の表面全域のマッピングに対応可能である。
【００４０】
図５Ｂは、図５Ａに示される走査配列クリアランス検出システム３４０の典型的なセンサ配列ポイントを示す。センサ配列クリアランス検出システム３４０は、パッシブシステムかアクティブシステムである。一実施態様において、赤外線走査配列３４２は基板３１２の表面全域の複数の走査配列ポイント３４６を、同時に検査する。別の実施態様において、赤外線走査配列３４２は基板の表面全域の複数の走査配列ポイント３４６を、順次検査する。さらに別の実施態様において、赤外線走査配列３４２は基板の表面全域の複数の走査配列ポイント３４６を、シーケンシャルパターンおよび赤外線データの同時収集の両方を活用して、段階的に所定の順に検査する。
【００４１】
赤外線データを収集する一方、走査配列クリアランス検出システム３４０は、処理中に適宜どのポイントでも、基板表面のマッピングだけでなく、処理の終点を判断あるいは予測するために、基板３１２の表面全域の複数の走査配列ポイント３４６から赤外線データを受け取る。センサ配列クリアランス検出システム３４０は、基板３１２のトポグラフィや処理状態を正確な判断を与える。基板３１２の表面全域の複数走査により、センサ配列クリアランス検出システムは、基板３１２の表面上のスラリ、基板の表面成分の層間遷移その他正確な赤外線マッピングやデータ収集に対する障害によって発生し得る、データのばらつきに対するフィルタリングや補正を行う。
【００４２】
図６Ａは、本発明の一実施態様における、赤外線終点検出器３６０を備えるベルトＣＭＰシステムを示す。図示されている、赤外線終点検出器３６０を備えるベルトＣＭＰシステムは、二つのローラー３７７によって駆動されるＣＭＰベルト３７６を含む。基板３６６は、チャックシャフト３６２によって駆動されるチャック３６４に取り付けられている。ベルト３７６の連続調整は、ベルト３７６の上方に位置すると共にポジショニングトラック３７０によってベルト３７６を横断する調整ヘッド３７２によって行われる。プラテン３７８は、基板３６６と、基板３６６にＣＭＰ処理を施すチャック３６４の下側領域にある、ベルト３７６の下に配置されている。プラテン３７８は、基板３６６にＣＭＰ処理を施すために、基板３６６が力を受けてベルト３７６にあてがわれた部分に、硬いソリッド面を供給する。プラテン３７８は空気軸受（図示されず）を含むとしてもよい。
【００４３】
本発明の一実施態様によると、赤外線センサ３８０は、プラテン３７８の下に配置される。赤外線センサ３８０は、赤外線信号搬送路およびセンサ取り付けブラケット３８２に取り付けられている。赤外線センサ３８０は、上向きにプラテン３７８、ベルト３７６を通り、基板３６６で焦点を合わせられる。赤外線ベルトウィンドウ３７４ａから３７４ｄは、詳細は後述されるが、赤外線センサ３８０がベルト３７６を通って赤外線エネルギの授受を行うことができるように、ベルト３７６に形成されている。
【００４４】
図６Ｂは、図６Ａに示す赤外線終点検出器３６０を備えるベルトＣＭＰシステムにおける赤外線エネルギの授受を側面から詳しく示す。一つの実施態様において、赤外線信号搬送路およびセンサ取り付けブラケット３８２は、赤外線センサ３８０を、プラテン３７８の真下の位置に合わせて配置すると共に、基板３６６に向けて上向けに配向する。基板３６６のＣＭＰ処理が進むにつれて、チャックシャフト３６２、チャック３６４を通じて伝わる力Ｆが、ベルト３７６、プラテン３７８に加えられる。赤外線終点検出は、パッシブシステム、アクティブシステムのいずれかによって実現され得る。基板３６６の表面から放射され、反射された赤外線エネルギは、赤外線センサ３８０に受け取られ、赤外線信号搬送路およびセンサ取り付けブラケット３８２を介して、赤外線信号処理装置（図７参照方）で分析するために送られる。赤外線エネルギは、設置されている赤外線ベルトウィンドウ３７４を通ってベルト３７６を通過する。赤外線信号処理装置（図７参照方）は、一実施態様によると、赤外線ベルトウィンドウ３７４を通って、ＣＭＰ処理状況と終点検出の複合判断を可能にする断続的な赤外線信号を吸収するために構成されている。赤外線プラテンウィンドウ３８４は、赤外線センサ３８０の真上にあり、赤外線センサ３８０と基板３６６間の赤外線エネルギを搬送するための一定の経路を供給する。
【００４５】
図７は、本発明の一実施態様における、赤外線終点検出システム図３９０である。赤外線センサ検出システム図は、赤外線センサ３９１、赤外線信号搬送路３９２および赤外線信号処理装置３９４を含む。
【００４６】
赤外線センサ３９１は、赤外線信号を授受し、ＣＭＰ処理中、基板の表面からの赤外線放射を検知するために構成されている。赤外線センサ３９１は、周知の赤外線技術に従って送信される信号を方向付け、送受信される信号に商店を合わせるレンズ３９１ａを有する。赤外線センサの例として、イリノイ州バーノンヒルのＣｏｌｅ−Ｐａｒｍｅｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ社によって供給される、Ｋ型熱電対アダプタ付コンパクト赤外線センサがある。
【００４７】
上述の種々の実施態様において、赤外線センサ３９１は、ＣＭＰ処理中、基板の表面からの赤外線放射の検知を可能とするために、単点赤外線センサ３９１、走査赤外線センサ３９１、赤外線センサ配列３９１、あるいはその他の構成をとることができる。レンズ３９１ａは、単点に焦点を合わせるため、走査するため、不連続状もしくは連続の配列に焦点を合わせるため、あるいは所望の赤外線終点検出、表面のマッピングおよび関連する応用に従うその他の実装例のために構成されている。
【００４８】
赤外線信号は、赤外線センサ３９１と赤外線信号処理装置３９４間を、赤外線信号搬送路３９２を通って移動する。赤外線信号の搬送は周知であり、赤外線信号搬送路３９２は、一般的な赤外線搬送方法を用いている。
【００４９】
赤外線信号処理装置３９４は、所望の終点検出の指定の実施態様に準じて、複数の構成部を有する。アクティブ終点検出の目的で、トランスミッタ３９５と、レシーバ３９６の両方をそこに含むとしてもよい。別の態様において、すべての赤外線信号処理装置３９４がトランスミッタ３９５とレシーバ３９６の両方を含んでいるが、トランスミッタ３９５はアクティブ赤外線プロセスのみに用いられる。レシーバ３９６はパッシブ赤外線終点検出と、アクティブ終点検出で用いられる。別の実施態様によると、トランスミッタ３９５（必要であれば）とレシーバ３９６の両方が、赤外線センサ３９１に含まれ（赤外線信号処理装置３９４の代替として）、赤外線信号処理装置３９４は後述する信号処理機能のみ実行する。
【００５０】
周知のように、パッシブ赤外線検出および分析は、ソースからの赤外線放射の感受および分析を必要とする。一例を挙げると、熱をもったソース（例えば、ＣＭＰ処理が施されている基板）はいずれも、様々なレベルの赤外線エネルギを放射し、この赤外線エネルギは、ソースに関する多くの特性を判断するために感受され、分析される。ソースに関する情報や詳細が充実すればするほど、より多くの情報がその赤外線放射の分析から有効になる。
【００５１】
同様にアクティブ赤外線分析も、ソースからの赤外線放射の感受および解析を必要とする。しかしながら、アクティブ赤外線分析では、赤外線エネルギが赤外線トランスミッタ３９５からソースに加えられ、感受されて分析された赤外線エネルギは、ソース赤外線に加えて反射した赤外線を含む。本発明には、アクティブ赤外線終点検出とパッシブ赤外線終点検出の両方を有する実施例が含まれる。
【００５２】
赤外線信号処理装置３９４は、赤外線分析のための赤外線分光器を含む。周知のように、赤外線分光器３９７は一般に、赤外線エネルギをスペクトルに分光し、種々の波長における赤外線強度を測定するために較正される。本発明において、赤外線分光器３９７は、算出された波長全域の赤外線エネルギを分光する。次に、赤外線スペクトル分析部３９８は、λ１からλ２の範囲の赤外線強度を測定する。一実施態様によると、赤外線信号処理装置３９４は、処理対象となる指定の基板に準じた終点検出処理を行うために、較正される。別の実施態様によると、赤外線信号処理装置３９４は、指定の基板に関するトポグラフィの詳細を作成するための基板マッピングのために較正される。このような実施態様において、基板マップやトポグラフィの詳細は、システムユーザに図形表示にて（図示されず）表示することができる。システムユーザは、基板処理中にシステムを調整するために、表示された基板マップやトポグラフィの詳細を評価することができる。図８Ａから図９Ｂまでは、赤外線信号処理装置３９４の較正検討事項を示す。
【００５３】
図８Ａは、本発明の一実施態様における、典型的な銅ＣＭＰ処理の吸収係数を示すグラフである。吸収係数４０８はアクティブ赤外線終点検出のために計算される。図８Ａの吸収係数４０８はシステム係数で、銅層の吸収、その下の絶縁層やデバイスの吸収、シリコンの吸収、スラリの吸収および赤外線エネルギを吸収または保持するその他のシステム要素を含む。吸収係数４０８は、波長λ１４０２から波長λ２４０４間の範囲にプロットされる。直線４０６は、アクティブ赤外線実装例において適用される赤外線エネルギを表し、λ１４０２からλ２４０４間の範囲で一定として示される。図示される実施態様において、システム吸収４０８は、λ１４０２で最低値をとり、図８Ａに示すカーブの通りとなる。図示された吸収係数カーブ４０８は、ＣＭＰ処理中の銅の除去に直接対応するよう決定される。
【００５４】
図８Ｂは、図８Ａのグラフで有用な反射を示す。図８Ｂにおいて、反射される赤外線エネルギ４１０は、図８Ａでプロットされている適用された赤外線エネルギ４０６と、吸収係数４０８に対応して、λ１４０２からλ２４０４間の範囲にプロットされている。図８Ｂに示すように、最適な除去ゾーン４１２、つまりプロセスの終点は、反射赤外線エネルギ４１０を表すカーブの一番底の部分で示される。本実施例によると、赤外線信号処理装置３９４（図７参照方）は、好適な除去ゾーン４１２内の終点を検知し、予測するために較正される。所望の除去ポイントはまた、コンピュータモニタによって、システムユーザに図形表示することができる。コンピュータモニタを用いて、ユーザはパフォーマンス向上のために、手動でＣＭＰを設定したり調整することも可能である。
【００５５】
図９Ａは、本発明による赤外線スペクトル分析の他の実施態様を示す。図９Ａにおいて、適用される赤外線エネルギ４０６はこれまでと同じく、λ１４０２からλ２４０４の間にプロットされる。図８Ａでプロットされているシステム吸収係数の代わりに、図９Ａでは、二本の吸収係数カーブ、銅吸収係数４１４および酸素吸収係数４１６がプロットされている。図９Ｂにその結果として示す反射赤外線エネルギカーブ４１８は、銅除去と、酸化物露光ポイントをより正確に特定するものである。特定された最適な除去ゾーン４２０はプロセスの終点を明確にするため、基板の成分やプロセス要求に基く正確なプロセスの終点が特定可能である。さらに、具体的に識別される基板成分の吸収カーブ（例えば銅や酸化物など）は、一実施態様において、赤外線スペクトル分析に基づく基板表面トポグラフィのマップ作成に利用することができる。
【００５６】
理解を深めるために従来技術をある程度詳しく説明したが、添付の特許請求の範囲内で所定の変更と修正を行ってもよいことは明らかである。したがって、本実施形態は、例示的なものであって、制限的なものではないとみなされ、本発明は、本明細書に示した詳細に限定されず、添付の特許請求の範囲および等価物の範囲内で変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】ダマシン、デュアルダマシンの金属配線工程において一般的な加工処理を受けた、絶縁層の断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａにおける銅層と拡散防壁層の余分な堆積部分が除去されたあとの断面図である。
【図２Ａ】最上層の銅層がＣＭＰプロセスを受けた後の半導体チップの典型例を示した部分断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａにおけるウェハが光学終点検出工程を受けた後の部分断面図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態における、単点、赤外線クリアランス検出装置を実装する、可変パーシャルパッドウェハオーバーラップ（ＶａＰＯ）ＣＭＰシステムである。
【図３Ｂ】本発明の一実施態様における、基板の表面全域での単点赤外線センサの位置合わせである。
【図４Ａ】本発明の一実施態様における、赤外線走査センサクリアランス検出装置を実装するＶａＰＯ  ＣＭＰシステムを示す。
【図４Ｂ】図４Ａに示す走査センサクリアランス検出システムの赤外線センサ経路を示す。
【図５Ａ】本発明のさらに別の実施態様における、赤外線センサ配列クリアランス検出システムである。
【図５Ｂ】図５Ａに示す赤外線センサ配列クリアランス検出システムのそれぞれのセンサ配列ポイントである。
【図６Ａ】本発明のさらに別の実施態様における、赤外線終点検出を備えるベルトＣＭＰシステムである。
【図６Ｂ】図６Ａに示す赤外線終点検出を備えるベルトＣＭＰシステムにおける赤外線エネルギ授受の側面詳細図である。
【図７】本発明の一実施態様における、赤外線終点検出システムである。
【図８Ａ】本発明の一実施態様における、典型的な銅ＣＭＰプロセスの吸収係数を示すグラフである
【図８Ｂ】図８Ａプロットされた赤外線エネルギと吸収係数の適用値に対応してλ１とλ２間にプロットされた反射赤外線エネルギのグラフである。
【図９Ａ】本発明の一実施態様における、λ１とλ２間にプロットされた銅吸収係数カーブと酸素吸収係数カーブのグラフである。
【図９Ｂ】図９Ａにおけるデータに基づいてプロットされた、結果の反射赤外線エネルギカーブのグラフである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
2005505122.tif 000013
【図７】
2005505122.tif 000014
【図８Ａ】
2005505122.tif 000015
【図８Ｂ】
2005505122.tif 000016
【図９Ａ】
2005505122.tif 000017
【図９Ｂ】
2005505122.tif 000018
【国際公開パンフレット】
2005505122.tif 000019
2005505122.tif 000020
2005505122.tif 000021
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2005505122.tif 000052
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005505122.tif 000053
【手続補正書】
【提出日】平成14年7月11日(2002.7.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学機械平坦化システムであって、
処理を施される一層以上の成形層を有する基板を保持し、回転させる基板チャックと、
前記基板の処理面にあてがわれるように配置された処理ヘッドを有する処理キャリアで、前記処理ヘッドは、少なくとも前記基板の処理面の全体領域よりも狭い前記基板の処理面領域に重なるように配置されており、
前記基板の処理面からの赤外線放射を検知するように配置された赤外線センサと、
前記赤外線センサからの赤外線データを処理するために構成された赤外線信号処理装置と
を備える化学機械平坦化システムであって、前記赤外線信号処理装置は、前記基板の前記処理面に赤外線エネルギを伝達するための赤外線トランスミッタを含む化学機械平坦化システム。
【請求項２】
請求項１記載の化学機械平坦化システムであって、前記赤外線センサは、前記基板の処理面全域の複数の単点から、前記基板の処理面からの赤外線放射を検知するために構成された、単点赤外線センサである化学機械平坦化システム。
【請求項３】
請求項１記載の化学機械平坦化システムであって、前記赤外線センサは、前記基板の処理面全域を走査することにより、前記基板の処理面からの赤外線放射を検知するために構成された赤外線走査センサである化学機械平坦化システム。
【請求項４】
請求項１記載の化学機械平坦化システムであって、前記赤外線センサは、配列で構成された複数の赤外線センサにより、前記基板の処理面からの赤外線放射を検知するために構成された赤外線センサ配列であり、前記複数の赤外線センサは、前記基板の処理面全域の複数の単点を検査する配列で構成されている化学機械平坦化システム。
【請求項５】
請求項１記載の化学機械平坦化システムであって、前記赤外線センサは、配列で構成された複数の赤外線センサにより、前記基板の処理面からの赤外線放射を検知するために構成された赤外線センサ配列であり、前記複数の赤外線センサのそれぞれは、前記基板の処理面全域を走査する配列で構成されている化学機械平坦化システム。
【請求項６】
請求項１記載の化学機械平坦化システムであって、前記赤外線信号処理装置は、ウェハの表面状態と、前記基板の化学機械平坦化処理の終点を判断するために、前記赤外線センサから受信した前記赤外線データを評価する化学機械平坦化システム。
【請求項７】
請求項１記載の化学機械平坦化システムであって、前記赤外線信号処理装置は、前記基板の表面状態の特徴を示す、前記基板の処理表面の赤外線放射マップを作成するために、前記赤外線センサからの前記赤外線データを検査する化学機械平坦化システム。
【請求項８】
請求項６記載の化学機械平坦化システムであって、基板の前記化学機械平坦化処理の終点は、赤外線放射の波長プロット上で測定可能である化学機械平坦化システム。
【請求項９】
請求項８記載の化学機械平坦化システムであって、さらに、前記赤外線信号処理装置からの赤外線データを表示するために構成されたモニタを備える化学機械平坦化システム。
【請求項１０】
請求項９記載の化学機械平坦化システムであって、表示される赤外線データは、赤外線放射の波長プロットを含む化学機械平坦化システム。
【請求項１１】
請求項９記載の化学機械平坦化システムであって、表示される赤外線データは、前記基板の処理面の赤外線マップを含む化学機械平坦化システム。
【請求項１２】
処理面による化学機械平坦化中に、ウェハ表面の処理状態を監視する制御方法であって、
前記ウェハの表面から第１の物質層を除去するために、前記処理面と前記ウェハの表面を接合し、
前記第１の物質層を除去する間、前記ウェハの表面へ赤外線エネルギを伝達し、
前記第１の物質層を除去する間、前記ウェハの表面からの赤外線放射を検知すること
を備える制御方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の処理面による化学機械平坦化中に、ウェハ表面の処理状態を監視する制御方法であって、さらに、
前記金属層の赤外線吸収係数を計算し、
前記酸化物層の赤外線吸収係数を計算し、
前記化学機械平坦化処理中に前記ウェハの表面からの前記赤外線放射のグラフを作成することを備える制御方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の処理面による化学機械平坦化中に、ウェハ表面の処理状態を監視する制御方法であって、さらに、前記第１の物質層を除去する間、前記ウェハ表面からの前記赤外線放射を評価し、前記赤外線放射は、前記ウェハの表面からの前記第１の物質層除去の完了を示すことを備える制御方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の処理面による化学機械平坦化中に、ウェハ表面の処理状態を監視する制御方法であって、前記第１の物質層は金属層である制御処理方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の処理面による化学機械平坦化中に、ウェハ表面の処理状態を監視する制御方法であって、前記金属層は酸化膜層の上にある制御処理方法。
【請求項１７】
請求項１３記載の処理面による化学機械平坦化中に、ウェハ表面の処理状態を監視する制御方法であって、さらに、前記ウェハの表面からの前記赤外線放射の前記作成されたグラフによって与えられる結果に応じて、前記化学機械平坦化のパラメータを調整することを備える制御処理方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の処理面による化学機械平坦化中に、ウェハ表面の処理状態を監視する制御方法であって、前記化学機械平坦化の前記調整されたパラメータは、前記処理面の再配置と前記化学機械平坦化の停止を含む制御処理方法。
【請求項１９】
請求項１３記載の処理面による化学機械平坦化中に、ウェハ表面の処理状態を監視する制御方法であって、さらに、オペレータ分析のための前記赤外線放射のグラフを表示することを備える制御方法。
【手続補正書】
【提出日】平成14年12月27日(2002.12.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学機械平坦化システムであって、
処理を施される一層以上の成形層を有する基板を保持し、回転させる基板チャックと、
前記基板の処理面にあてがわれるように配置された処理ヘッドを有する処理キャリアで、前記処理ヘッドは、少なくとも前記基板の処理面の全体領域よりも狭い前記基板の処理面領域に重なるように配置されており、
前記基板の処理面からの赤外線放射を検知するように配置された赤外線センサと、
前記赤外線センサからの赤外線データを処理するために構成された赤外線信号処理装置と
を備える化学機械平坦化システムであって、前記赤外線信号処理装置は、前記赤外線センサを介して前記基板の前記処理面に赤外線エネルギを伝達するための赤外線トランスミッタを含む化学機械平坦化システム。
【請求項２】
請求項１記載の化学機械平坦化システムであって、前記赤外線センサは、前記基板の処理面全域の複数の単点から、前記基板の処理面からの赤外線放射を検知するために構成された、単点赤外線センサである化学機械平坦化システム。
【請求項３】
請求項１記載の化学機械平坦化システムであって、前記赤外線センサは、前記基板の処理面全域を走査することにより、前記基板の処理面からの赤外線放射を検知するために構成された赤外線走査センサである化学機械平坦化システム。
【請求項４】
請求項１記載の化学機械平坦化システムであって、前記赤外線センサは、配列で構成された複数の赤外線センサにより、前記基板の処理面からの赤外線放射を検知するために構成された赤外線センサ配列であり、前記複数の赤外線センサは、前記基板の処理面全域の複数の単点を検査する配列で構成されている化学機械平坦化システム。
【請求項５】
請求項１記載の化学機械平坦化システムであって、前記赤外線センサは、配列で構成された複数の赤外線センサにより、前記基板の処理面からの赤外線放射を検知するために構成された赤外線センサ配列であり、前記複数の赤外線センサのそれぞれは、前記基板の処理面全域を走査する配列で構成されている化学機械平坦化システム。
【請求項６】
請求項１記載の化学機械平坦化システムであって、前記赤外線信号処理装置は、ウェハの表面状態と、前記基板の化学機械平坦化処理の終点を判断するために、前記赤外線センサから受信した前記赤外線データを評価する化学機械平坦化システム。
【請求項７】
請求項１記載の化学機械平坦化システムであって、前記赤外線信号処理装置は、前記基板の表面状態の特徴を示す、前記基板の処理表面の赤外線放射マップを作成するために、前記赤外線センサからの前記赤外線データを検査する化学機械平坦化システム。
【請求項８】
請求項６記載の化学機械平坦化システムであって、基板の前記化学機械平坦化処理の終点は、赤外線放射の波長プロット上で測定可能である化学機械平坦化システム。
【請求項９】
請求項８記載の化学機械平坦化システムであって、さらに、前記赤外線信号処理装置からの赤外線データを表示するために構成されたモニタを備える化学機械平坦化システム。
【請求項１０】
請求項９記載の化学機械平坦化システムであって、表示される赤外線データは、赤外線放射の波長プロットを含む化学機械平坦化システム。
【請求項１１】
請求項９記載の化学機械平坦化システムであって、表示される赤外線データは、前記基板の処理面の赤外線マップを含む化学機械平坦化システム。
【請求項１２】
処理面による化学機械平坦化中に、ウェハ表面の処理状態を監視する制御方法であって、
前記ウェハの表面から第１の物質層を除去するために、前記処理面と前記ウェハの表面を接合し、
前記第１の物質層を除去する間、前記ウェハの表面へ赤外線エネルギを伝達し、
前記第１の物質層を除去する間、前記ウェハの表面から反射された赤外線エネルギを含む赤外線放射を検知すること
を備える制御方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の処理面による化学機械平坦化中に、ウェハ表面の処理状態を監視する制御方法であって、さらに、
前記金属層の赤外線吸収係数を計算し、
前記酸化物層の赤外線吸収係数を計算し、
前記化学機械平坦化処理中に前記ウェハの表面からの前記赤外線放射のグラフを作成することを備える制御方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の処理面による化学機械平坦化中に、ウェハ表面の処理状態を監視する制御方法であって、さらに、前記第１の物質層を除去する間、前記ウェハ表面からの前記赤外線放射を評価し、前記赤外線放射は、前記ウェハの表面からの前記第１の物質層除去の完了を示すことを備える制御方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の処理面による化学機械平坦化中に、ウェハ表面の処理状態を監視する制御方法であって、前記第１の物質層は金属層である制御処理方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の処理面による化学機械平坦化中に、ウェハ表面の処理状態を監視する制御方法であって、前記金属層は酸化膜層の上にある制御処理方法。
【請求項１７】
請求項１３記載の処理面による化学機械平坦化中に、ウェハ表面の処理状態を監視する制御方法であって、さらに、前記ウェハの表面からの前記赤外線放射の前記作成されたグラフによって与えられる結果に応じて、前記化学機械平坦化のパラメータを調整することを備える制御処理方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の処理面による化学機械平坦化中に、ウェハ表面の処理状態を監視する制御方法であって、前記化学機械平坦化の前記調整されたパラメータは、前記処理面の再配置と前記化学機械平坦化の停止を含む制御処理方法。
【請求項１９】
請求項１３記載の処理面による化学機械平坦化中に、ウェハ表面の処理状態を監視する制御方法であって、さらに、オペレータ分析のための前記赤外線放射のグラフを表示することを備える制御方法。
【国際調査報告】
2005505122.tif 000054
2005505122.tif 000055
2005505122.tif 000056