(57)【要約】      （修正有）【課題】光学式終点検出を用いた研磨において、パターン配置や下地膜厚ばらつき等に起因する、終点検出精度の低下を防止する。【解決手段】ウェハ１を回転させるとともに研磨パッド３に押し付けてウェハ１を研磨する際に、ウェハ表面に光を照射し、その反射光の変化により研磨するウェハ１の終点を検出する。また、ウェハ１はキャリア２に保持され、研磨パッド３は窓部９を有するとともに光照射部７および受光部８を設けた定盤４に貼付され、ウェハ１と定盤４とがともに同一面で回転し、窓部９を通して光照射部７よりウェハ表面に光を照射し、その反射光を受光部８で受光することでウェハ表面状態を光学的に検知する終点検出を行い、かつウェハ１表面への光照射位置が同じになるように定盤回転数、キャリア回転数を設定する。これにより、終点検出を行うウェハ１表面の箇所を常に同一とすることができる。【選択図】図２
2004363201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハを回転させるとともに研磨パッドに押し付けて前記ウェハを研磨する際に、ウェハ表面に光を照射し、その反射光の変化により研磨する前記ウェハの終点を検出するウェハの研磨方法であって、前記終点検出の際に照射する光は、前記ウェハ表面の同一箇所に照射することを特徴とするウェハの研磨方法。
【請求項２】
ウェハはキャリアに保持され、研磨パッドは窓部を有するとともに光照射部および受光部を設けた定盤に貼付され、前記ウェハと前記定盤とがともに同一面で回転し、前記窓部を通して前記光照射部より前記ウェハ表面に光を照射し、その反射光を前記受光部で受光することで前記ウェハ表面状態を光学的に検知する終点検出を行い、かつ前記ウェハ表面への光照射位置が同じになるように定盤回転数、キャリア回転数を設定する請求項１記載のウェハの研磨方法。
【請求項３】
キャリア回転数は、定盤回転数の２以上の整数倍である請求項２記載のウェハの研磨方法。
【請求項４】
定盤回転数は６０ｒｐｍ以下である請求項２記載のウェハの研磨方法。
【請求項５】
定盤回転数がキャリア回転数の２倍以上の整数倍であり、ウェハ表面への光照射位置が同じになるときの反射光を、選択的に終点検出に用いる請求項２記載のウェハの研磨方法。
【請求項６】
定盤回転数は６０ｒｐｍ以上である請求項２記載のウェハの研磨方法。
【請求項７】
窓部が、定盤回転軸を中心とした同一半径上に等間隔で複数個存在し、それぞれの窓部からウェハ表面への照射位置が同じになるように、定盤回転数、キャリア回転数を設定する請求項２記載のウェハの研磨方法。
【請求項８】
研磨パッドは回転するベルト上に貼付されるとともにこのベルトに貫通した窓部を有し、ウェハは前記ベルト上で回転するキャリアに保持され、ウェハ真下のベルト下に光照射部および受光部を配置し、前記窓部を通して前記光照射部より前記ウェハ表面に光を照射し、その反射光を前記受光部で受光することで前記ウェハ表面状態を光学的に検知する終点検出を行い、かつ前記ウェハ表面への光照射位置が同じになるようにベルト回転数、キャリア回転数を設定する請求項１記載のウェハの研磨方法。
【請求項９】
キャリア回転数は、ベルト回転数の２以上の整数倍である請求項８記載のウェハの研磨方法。
【請求項１０】
ベルト回転数は６０ｒｐｍ以下である請求項８記載のウェハの研磨方法。
【請求項１１】
ベルト回転数がキャリア回転数の２倍以上の整数倍であり、ウェハ表面への光照射位置が同じになるときの反射光を、選択的に終点検出に用いる請求項８記載のウェハの研磨方法。
【請求項１２】
ベルト回転数は６０ｒｐｍ以上である請求項８記載のウェハの研磨方法。
【請求項１３】
窓部が、ベルトに等間隔で複数個存在し、それぞれの窓部からウェハ表面への照射位置が同じになるように、ベルト回転数、キャリア回転数を設定する請求項８記載のウェハの研磨方法。
【請求項１４】
ウェハを保持するキャリアと、前記ウェハを押し付ける研磨パッドが貼付された定盤とが、ともに同一面で回転する研磨方式であり、前記定盤に光照射部および受光部を設けるとともに前記研磨パッドに窓部を設け、この窓部を通して前記光照射部より前記ウェハ表面に光を照射し、その反射光を前記受光部で受光することで前記ウェハ表面状態を光学的に検知する終点検出機構を備えているウェハの研磨装置であって、前記ウェハ表面への光照射位置が同じになるように定盤回転数、キャリア回転数が設定されていることを特徴とするウェハの研磨装置。
【請求項１５】
研磨パッドが貼付された回転するベルト上で、ウェハを保持するキャリアが回転する研磨方式であり、ウェハ真下のベルト下の固定定盤に光照射部と受光部を設けるとともに、前記研磨パッドおよび前記ベルトに貫通する窓部を設け、この窓部を通して前記光照射部より前記ウェハ表面に光を照射し、その反射光を前記受光部で受光することで前記ウェハ表面状態を光学的に検知する終点検出機構を備えているウェハの研磨装置であって、前記ウェハ表面への光照射位置が同じになるようにベルト回転数、キャリア回転数が設定されていることを特徴とするウェハの研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体集積回路の製造工程等における、光学式ＥＰＤ（Ｅｎｄ  Ｐｏｉｎｔ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ；終点検出装置）を備えたＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ；化学機械研磨）を用いたウェハの研磨方法および研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のウェハの研磨方法について図７〜図１０を用いて説明する。
【０００３】
定盤４４に貼り付けた研磨パッド４３上に、スラリー配管４５を通してスラリー４６を滴下するとともに、キャリア４２を介してウェハ４１を研磨パッド４３に押し付けながら、キャリア４２と定盤４４を回転させることでウェハ４１の研磨を行う。
【０００４】
この場合の定盤４４とキャリア４２の回転数は、互いに素である数値を用いる。これは、ウェハ４１上の１点に着目した場合、この点が、研磨パッド４３上のある点を何度も通過しないようにするためである。ドレッシングによる研磨パッド４３の表面の荒らし方が均一でない場合、効果が高い。回転数としては、例えば、定盤４４が６１ｒｐｍ、キャリア４２が４３ｒｐｍなどといった数値が挙げられる。回転方法は、ＣＷ方向、ＣＣＷ方向のどちらでも構わないが、ウェハ外周部の点に着目した場合、相対速度の変動の波が激しくならないよう、通常は同一方向に回転される（以上図７、特許文献１参照）。
【０００５】
上記は、ロータリー方式の研磨装置に関するものであるが、研磨パッドが直線的に移動するベルト方式の研磨装置でも同じ事が言える。図８を用いて説明する。
【０００６】
ＳＵＳなどの材料からなるベルト６４に貼り付けた研磨パッド６３上に、スラリー配管６６を通してスラリー６７を滴下するとともに、キャリア６２を介してウェハ６１を研磨パッド６３に押し付ける。キャリア６２下方の、ベルト６４下には定盤６８があり、定盤６８からベルト６４裏面に高圧エアーを吹き付けることで、ベルト６４を微妙に浮かせる。この状態で、ベルト６４を２つのローラー６５を軸にして回転させるとともに、キャリア６２も回転させる。この場合、ロータリー方式の研磨装置と同様な理由から、例えば、ベルト長さが２．３８ｍｍの場合、ベルト６４の線速度は４５．６ｍ／ｍｉｎ、キャリア６２の回転数は５ｒｐｍなどといった数値が挙げられる。この場合のベルト６４の回転数は約１９ｒｐｍである。回転方向は、ロータリー式と異なり、特に制約はない。
【０００７】
ところで、Ｃｕ（銅）やＷ（タングステン）、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）−ＣＭＰでは、さまざまな手法で終点検出を行っており、現在は、ウェハ表面に光をあて、その反射光の強度変化により終点を検出する光学式ＥＰＤが主流になりつつある。定盤やキャリアの回転モータートルクの変化から終点を検出する手法がＷ−ＣＭＰ等に適用されてきた例もあるが、間接的な検出であるため、Ｗ膜質が変化するとトルク波形も変化し、終点を正常に検出できない場合がある。
【０００８】
ロータリー方式の光学式ＥＰＤに関して、図９を用いて一例を説明する。定盤４４中に埋め込まれた光学式終点検出機構５０の発光部４７から、研磨パッド４３のＥＰＤ用窓４９を介してウェハ４１の表面に光（赤色レーザー）を照射し、ウェハ４１表面からの反射光を受光部４８で受光する。研磨パッド４３のＥＰＤ用窓４９は、研磨パッド４３と同一材質（ウレタン）で、かつ半透明となっている。Ｃｕなどの金属膜の場合、反射強度が弱くなることで終点を検出する。ＳＴＩ−ＣＭＰの場合、研磨の進行とともにＥＰＤ波形は波打つが、経験的に分かっている特定のピークや谷で終点を検出する。定盤４４は終点検出機構５０を内在させて回転するため、ウェハ４１表面の任意の点でＥＰＤ波形を取得することができる。尚、定盤４４の回転数とキャリア４２の回転数の互いの関係に関しては、光学式ＥＰＤ使用時に対して特に言及されておらず、研磨レートのウェハ面内均一性が最も良くなる条件を使用している。
【０００９】
ベルト方式の光学式ＥＰＤに関して、図１０を用いて一例を説明する。定盤６８下の光学式終点検出機構７２の発光部６９から、ベルト６４と研磨パッド６３のＥＰＤ用窓７１を介してウェハ６１表面に光（白色光）を照射し、ウェハ６１表面からの反射光を受光部７０で受光する。ベルト６４のＥＰＤ用窓７１は穴のみであり、研磨パッド６３のＥＰＤ用窓７１は、透明なシールが貼付されている。Ｃｕなどの金属膜の場合、反射強度が弱くなることで終点を検出する。ＳＴＩ−ＣＭＰの場合、強度変化の大きい２波長を選択し、その強度の比の変化から終点を検出する。定盤６８のＥＰＤ用窓７１はその中心に１個存在し、また、定盤６８はウェハ６１の真下に位置していることから、ウェハ６１の中心でＥＰＤ波形を取得する。尚、ベルト６４の回転数（またはベルトの線速度）とキャリア６２の回転数の互いの関係に関しては、光学式ＥＰＤ使用時に対して特に言及されておらず、研磨レートのウェハ面内均一性が最も良くなる条件を使用している。
【００１０】
【特許文献１】
特願平１１−１４５９７７号（特開２０００−３４０５３６号公報）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ベルト方式の場合、ウェハ６１の中心に光を照射しているとしたが、実際は、完全にウェハ６１の中心に照射されてはいない。発光部６９で発光した光が、定盤６８のＥＰＤ用窓７１下まで、複数の光ファイバーを通して伝達され、ウェハ６１表面に照射される。ウェハ６１表面からの反射光が、同じく、定盤６８のＥＰＤ用窓７１下の別の複数の光ファイバーを通って、受光部７０に伝達される。ウェハ表面への照射用光ファイバー束と、反射用光ファイバー束が、定盤６８のＥＰＤ用窓７１下に半々に配置されるため、ウェハ６１表面への光照射領域７３は図１１に示すようになる。よって、毎回の反射光は、ウェハ６１表面の同一パターンからの反射というわけではない。ロータリー方式の場合は、定盤が回転するため、尚一層、反射を拾う場所が異なる。
【００１２】
従来の技術で述べたが、研磨レートのウェハ面内均一性向上のため、ウェハ表面の任意の１点に着目した場合、研磨パッド表面の同一箇所を頻繁に通らないように、例えばロータリー方式の場合、定盤とキャリアの回転数は互いに素な数値を用いている。しかしながら、光学式ＥＰＤの点から見た場合、この概念は、ＥＰＤ波形を一層不安定なものとしている。
【００１３】
したがって、この発明の目的は、光学式終点検出を用いた研磨において、ウェハ表面に照射される光の位置が同一でないため、パターン配置や下地膜厚ばらつき等に起因する反射光むらが発生し、終点検出精度が低下することを防止するウェハの研磨方法および研磨装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためにこの発明の請求項１記載のウェハの研磨方法は、ウェハを回転させるとともに研磨パッドに押し付けて前記ウェハを研磨する際に、ウェハ表面に光を照射し、その反射光の変化により研磨する前記ウェハの終点を検出するウェハの研磨方法であって、前記終点検出の際に照射する光は、前記ウェハ表面の同一箇所に照射する。
【００１５】
このように、終点検出の際に照射する光は、ウェハ表面の同一箇所に照射するので、終点検出を行うウェハ表面の箇所を常に同一とすることができる。これにより、パターン形状に起因する反射光ばらつきと、ウェハ面内での膜厚ばらつきに起因する反射光ばらつきを完全に除外することができる。
【００１６】
請求項２記載のウェハの研磨方法は、請求項１記載のウェハの研磨方法において、ウェハはキャリアに保持され、研磨パッドは窓部を有するとともに光照射部および受光部を設けた定盤に貼付され、前記ウェハと前記定盤とがともに同一面で回転し、前記窓部を通して前記光照射部より前記ウェハ表面に光を照射し、その反射光を前記受光部で受光することで前記ウェハ表面状態を光学的に検知する終点検出を行い、かつ前記ウェハ表面への光照射位置が同じになるように定盤回転数、キャリア回転数を設定する。
【００１７】
このように、ウェハと定盤とがともに同一面で回転し、窓部を通して光照射部よりウェハ表面に光を照射し、その反射光を受光部で受光することでウェハ表面状態を光学的に検知する終点検出を行い、かつウェハ表面への光照射位置が同じになるように定盤回転数、キャリア回転数を設定するので、研磨パッドが定盤とともに回転するロータリー方式の光学式ＥＰＤを備えた研磨装置において、終点検出を行うウェハ表面の箇所を常に同一とすることができる。これにより、同じウェハ表面でも、パターンの形状、配置またはウェハ面内の膜厚ばらつきに起因する光反射状態のばらつき成分を除外することができ、ＥＰＤの精度が向上する。
【００１８】
請求項３記載のウェハの研磨方法は、請求項２記載のウェハの研磨方法において、キャリア回転数は、定盤回転数の２以上の整数倍である。ドレッサーや研磨パッドなどの対策から、研磨パッド表面の均一ドレッシング技術が向上し、ロータリー方式においては、定盤とキャリアの回転数が同一でも、研磨レートのウェハ面内均一性は極端に悪化しないが、上記のようにキャリア回転数は、定盤回転数の２以上の整数倍であることが好ましい。これは、ウェハ表面の任意の１点が、少しでも研磨パッドの同一箇所を通らないようにするためであり、整数倍の数値が大きい方がなお一層効果的である。整数倍の数値が大きい方が、研磨パッドの表面の均一ドレッシングが不十分な場合にも、研磨レートのウェハ面内均一性を確保することができるためである。
【００１９】
請求項４記載のウェハの研磨方法は、請求項２記載のウェハの研磨方法において、定盤回転数は６０ｒｐｍ以下である。このように、定盤回転数は６０ｒｐｍ以下であるので、定盤の回転数が比較的遅い場合であり、反射光データの取り込みは、定盤が１回転するごとに実施される。キャリアに関して見れば、数回転で１回実施されることになる。
【００２０】
請求項５記載のウェハの研磨方法は、請求項２記載のウェハの研磨方法において、定盤回転数がキャリア回転数の２倍以上の整数倍であり、ウェハ表面への光照射位置が同じになるときの反射光を、選択的に終点検出に用いる。このように、定盤回転数がキャリア回転数の２倍以上の整数倍であり、ウェハ表面への光照射位置が同じになるときの反射光を、選択的に終点検出に用いるので、ウェハ表面の任意の１点が、少しでも研磨パッドの同一箇所を通らないようにすることができ、整数倍の数値が大きい方が、研磨パッドの表面の均一ドレッシングが不十分な場合にも、研磨レートのウェハ面内均一性を確保することができる。また、全ての反射データを時系列に並べてＥＰＤ波形を描かせるのではなく、ウェハ表面への光照射位置が同じもののみをピックアップするか、移動平均化処理を行えばよい。
【００２１】
請求項６記載のウェハの研磨方法は、請求項２記載のウェハの研磨方法において、定盤回転数は６０ｒｐｍ以上である。このように、定盤回転数は６０ｒｐｍ以上であるので、定盤の回転数が比較的に速い場合であり、反射光データの取り込みは、ウェハ表面への光照射位置が同じになるときの反射光を、選択的に終点検出に用いる。
【００２２】
請求項７記載のウェハの研磨方法は、請求項２記載のウェハの研磨方法において、窓部が、定盤回転軸を中心とした同一半径上に等間隔で複数個存在し、それぞれの窓部からウェハ表面への照射位置が同じになるように、定盤回転数、キャリア回転数を設定する。このように、窓部が、定盤回転軸を中心とした同一半径上に等間隔で複数個存在し、それぞれの窓部からウェハ表面への照射位置が同じになるように、定盤回転数、キャリア回転数を設定するので、窓部の個数分だけ、回転数のマージンが広がる一方、窓部が１個の場合と同じ回転数を使用したとしても得られる反射光データは増加するためＥＰＤ精度が向上する。
【００２３】
請求項８記載のウェハの研磨方法は、請求項１記載のウェハの研磨方法において、研磨パッドは回転するベルト上に貼付されるとともにこのベルトに貫通した窓部を有し、ウェハは前記ベルト上で回転するキャリアに保持され、ウェハ真下のベルト下に光照射部および受光部を配置し、前記窓部を通して前記光照射部より前記ウェハ表面に光を照射し、その反射光を前記受光部で受光することで前記ウェハ表面状態を光学的に検知する終点検出を行い、かつ前記ウェハ表面への光照射位置が同じになるようにベルト回転数、キャリア回転数を設定する。
【００２４】
このように、ウェハ真下のベルト下に光照射部および受光部を配置し、窓部を通して光照射部よりウェハ表面に光を照射し、その反射光を受光部で受光することでウェハ表面状態を光学的に検知する終点検出を行い、かつウェハ表面への光照射位置が同じになるようにベルト回転数、キャリア回転数を設定するので、研磨パッドが直線的に移動するベルト方式の光学式ＥＰＤを備えた研磨装置において、終点検出を行うウェハ表面の箇所を常に同一とすることができる。これにより、同じウェハ表面でも、パターンの形状、配置またはウェハ面内の膜厚ばらつきに起因する光反射状態のばらつき成分を除外することができ、ＥＰＤの精度が向上する。
【００２５】
請求項９記載のウェハの研磨方法は、請求項８記載のウェハの研磨方法において、キャリア回転数は、ベルト回転数の２以上の整数倍である。ドレッサーや研磨パッドなどの対策から、研磨パッド表面の均一ドレッシング技術が向上し、ベルト方式においては、ベルトとキャリアの回転数が同一でも、研磨レートのウェハ面内均一性は極端に悪化しないが、上記のようにキャリア回転数は、ベルト回転数の２以上の整数倍であることが好ましい。これは、ウェハ表面の任意の１点が、少しでも研磨パッドの同一箇所を通らないようにするためであり、整数倍の数値が大きい方がなお一層効果的である。
【００２６】
請求項１０記載のウェハの研磨方法は、請求項８記載のウェハの研磨方法において、ベルト回転数は６０ｒｐｍ以下である。このように、ベルト回転数は６０ｒｐｍ以下であるので、ベルトの回転数が比較的遅い場合であり、反射光データの取り込みは、ベルトが１回転するごとに実施される。キャリアに関して見れば、数回転で１回実施されることになる。
【００２７】
請求項１１記載のウェハの研磨方法は、請求項８記載のウェハの研磨方法において、ベルト回転数がキャリア回転数の２倍以上の整数倍であり、ウェハ表面への光照射位置が同じになるときの反射光を、選択的に終点検出に用いる。このように、ベルト回転数がキャリア回転数の２倍以上の整数倍であり、ウェハ表面への光照射位置が同じになるときの反射光を、選択的に終点検出に用いるので、ウェハ表面の任意の１点が、少しでも研磨パッドの同一箇所を通らないようにすることができ、整数倍の数値が大きい方が、研磨パッドの表面の均一ドレッシングが不十分な場合にも、研磨レートのウェハ面内均一性を確保することができる。また、全ての反射データを時系列に並べてＥＰＤ波形を描かせるのではなく、ウェハ表面への光照射位置が同じもののみをピックアップするか、移動平均化処理を行えばよい。
【００２８】
請求項１２記載のウェハの研磨方法は、請求項８記載のウェハの研磨方法において、ベルト回転数は６０ｒｐｍ以上である。このように、ベルト回転数は６０ｒｐｍ以上であるので、ベルトの回転数が比較的に速い場合であり、反射光データの取り込みは、ウェハ表面への光照射位置が同じになるときの反射光を、選択的に終点検出に用いる。
【００２９】
請求項１３記載のウェハの研磨方法は、請求項８記載のウェハの研磨方法において、窓部が、ベルトに等間隔で複数個存在し、それぞれの窓部からウェハ表面への照射位置が同じになるように、ベルト回転数、キャリア回転数を設定する。このように、窓部が、ベルトに等間隔で複数個存在し、それぞれの窓部からウェハ表面への照射位置が同じになるように、ベルト回転数、キャリア回転数を設定するので、窓部の個数分だけ、回転数のマージンが広がる一方、窓部が１個の場合と同じ回転数を使用したとしても得られる反射光データは増加するためＥＰＤ精度が向上する。
【００３０】
請求項１４記載のウェハの研磨装置は、ウェハを保持するキャリアと、前記ウェハを押し付ける研磨パッドが貼付された定盤とが、ともに同一面で回転する研磨方式であり、前記定盤に光照射部および受光部を設けるとともに前記研磨パッドに窓部を設け、この窓部を通して前記光照射部より前記ウェハ表面に光を照射し、その反射光を前記受光部で受光することで前記ウェハ表面状態を光学的に検知する終点検出機構を備えているウェハの研磨装置であって、前記ウェハ表面への光照射位置が同じになるように定盤回転数、キャリア回転数が設定されている。
【００３１】
このように、ロータリー方式研磨装置においてウェハ表面への光照射位置が同じになるように定盤回転数、キャリア回転数が設定されているので、終点検出機構により検出するウェハ表面の箇所を常に同一とすることができる。これにより、同じウェハ表面でも、パターンの形状、配置またはウェハ面内の膜厚ばらつきに起因する光反射状態のばらつき成分を除外することができ、ＥＰＤの精度が向上する。
【００３２】
請求項１５記載のウェハの研磨装置は、研磨パッドが貼付された回転するベルト上で、ウェハを保持するキャリアが回転する研磨方式であり、ウェハ真下のベルト下の固定定盤に光照射部と受光部を設けるとともに、前記研磨パッドおよび前記ベルトに貫通する窓部を設け、この窓部を通して前記光照射部より前記ウェハ表面に光を照射し、その反射光を前記受光部で受光することで前記ウェハ表面状態を光学的に検知する終点検出機構を備えているウェハの研磨装置であって、前記ウェハ表面への光照射位置が同じになるようにベルト回転数、キャリア回転数が設定されている。
【００３３】
このように、ベルト方式研磨装置においてウェハ表面への光照射位置が同じになるようにベルト回転数、キャリア回転数が設定されているので、終点検出機構により終点検出するウェハ表面の箇所を常に同一とすることができる。これにより、同じウェハ表面でも、パターンの形状、配置またはウェハ面内の膜厚ばらつきに起因する光反射状態のばらつき成分を除外することができ、ＥＰＤの精度が向上する。
【００３４】
【発明の実施の形態】
この発明の第１の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。図１はこの発明の第１の実施形態に係る光学式終点検出を用いた研磨方法を行う研磨装置の概略を示す斜視図、図２はその断面図である。
【００３５】
図１，２に示すように、ウェハ１を保持するキャリア２と、ウェハを押し付ける研磨パッド３が貼付された定盤４とが、スラリー配管５からスラリー６を研磨パッド３上に滴下しながら、ともに同一面で圧接回転する研磨方式である。また、定盤４中に発光部（光照射部）７および受光部８を設置するとともに研磨パッド３に透明または半透明なＥＰＤ用窓（窓部）９を設け、この窓９を通して発光部７よりウェハ表面に光を照射し、その反射光を受光部８で受光することでウェハ表面状態を光学的に検知する終点検出機構１０を備えている。これによりウェハ１を研磨する際に、ウェハ表面に光を照射し、その反射光の変化により研磨するウェハ１の終点を検出する。
【００３６】
この研磨装置において、ウェハ１の表面への光照射位置が常に同じになるようにすることを特徴とし、その方法としては、定盤４の回転数、キャリア２の回転数を調整することによって達成する。なお、図１，２において、定盤４の回転方向１１と、キャリア２の回転方向１２を示しているが、ともに逆回転でも構わない。さらに、研磨レートの面内均一性が悪化しないなら、互いに回転方向が違っていてもよい。
【００３７】
まず、定盤４に存在するＥＰＤ用窓９が１つの場合に関して説明する。
【００３８】
定盤４の回転数が比較的遅い場合は、キャリア２の回転数は定盤４の回転数の２以上の整数倍であることが望ましい。この場合の定盤４の回転数は、例えば６０ｒｐｍ以下が挙げられる。反射光データの取り込みは、定盤４が１回転するごとに実施される。キャリア２に関して見れば、数回転で１回実施されることになる。
【００３９】
整数倍の数値が大きい方が、研磨パッド３の表面の均一ドレッシングが不十分な場合にも、研磨レートのウェハ面内均一性を確保することができるため、より好ましい。キャリア２の回転数の上限はないが、実際は、回転モーターの信頼性という点から２００ｒｐｍ以下が使われる。
【００４０】
キャリア２の回転数は定盤４の回転数の２以上の整数倍としたが、研磨パッド３の表面のドレッシングが均一に実施できる場合は、定盤４とキャリア２が同一回転数でも問題ない。ドレッシングする際の、ドレッサーの回転数、スゥイープ速度、定盤回転数などを最適に制御することで、均一ドレッシングは可能である。
【００４１】
次に、定盤４の回転数が比較的速い場合は、定盤４の回転数はキャリア２の回転数の２以上の整数倍であることが望ましい。この場合の定盤４の回転数は、例えば６０ｒｐｍ以上が挙げられる。反射光データの取り込みは、複数の方法が挙げられる。例えば、ウェハ表面への光照射位置が同じになるときの反射光を、選択的に終点検出に用いる方法がある。１つ目は、キャリア２が１回転するごとに発光し、反射光データを取り込む方法である。キャリア２が１回転する間に定盤４は２回以上回転するが、ＥＰＤ用窓９上にウェハ１があっても、ウェハ１への光照射位置が同一でない場合は、光は発光しない。２つ目は、ＥＰＤ用窓９上にウェハ１が到来した場合、常に発光するが、反射光データとしては、ウェハ１への光照射位置が同一のもののみ取り込む方法である。また、別の方法として３つ目は、ＥＰＤ用窓９上にウェハ１が到来した場合、常に発光し、全ての反射光データを取り込むが、この反射光データを移動平均化処理する方法である。平均化に用いる反射光データ数は、キャリア２に対する定盤４の回転数比とする。
【００４２】
定盤４の回転数はキャリア２の回転数の２以上の整数倍であることが望ましいとしたが、整数倍の数値が大きい方が、研磨パッド３の表面の均一ドレッシングが不十分な場合にも、研磨レートのウェハ面内均一性を確保することができるため、より好ましい。ただし、整数倍の数値が大きくなると、反射光データ取り込みのインターバルが長くなり、終点検出精度が低下するため、実際は、定盤４の回転数はキャリア２の回転数の１０倍以下で使用するのが好ましい。
【００４３】
次に、定盤４にＥＰＤ用窓９が複数存在する場合に関して説明する。図３はこの発明の第１の実施形態に係る複数個のＥＰＤ用窓の配置した定盤の平面図である。
【００４４】
図３に示すように、ＥＰＤ用窓９は、定盤４内の定盤回転軸を中心とした同一半径上に等間隔で配置され（同図では、ＥＰＤ用窓４個）、ウェハ１の表面への光照射位置がいずれのＥＰＤ用窓９でも同じになるように、定盤４とキャリア２の回転数を設定するのが最も好ましい。ただしその場合、発光部７、受光部８の個体間差、研磨パッド３のＥＰＤ用窓９の材質などのばらつきを極力低減させる必要がある。ＥＰＤ用窓９が複数個存在する場合、ＥＰＤ用窓９の個数分だけ、回転数のマージンが広がる一方、ＥＰＤ用窓が１個の場合と同じ回転数を使用したとしても得られる反射光データは増加するためＥＰＤ精度が向上する。
【００４５】
この発明の第２の実施の形態を図４〜図６に基づいて説明する。図４はこの発明の第２の実施形態に係る光学式終点検出を用いた研磨方法を行う研磨装置の概略を示す斜視図、図５はその断面図である。
【００４６】
図４，５に示すように、研磨パッド２３が貼付され、２本のローラー２５を介して回転するベルト２４上で、ウェハ２１を保持するキャリア２２が、スラリー配管２６からスラリー２７を研磨パッド２３上に滴下しながら、ともに回転する研磨方式である。また、ウェハ２１真下のベルト２４下の固定された定盤２８に発光部（光照射部）２９と受光部３０を設置するとともに、研磨パッド２３およびベルト２４に貫通するＥＰＤ用窓（窓部）３１を設け、この窓３１を通して発光部２９よりウェハ表面に光を照射し、その反射光を受光部３０で受光することでウェハ表面状態を光学的に検知する終点検出機構３２を備えている。これによりウェハ２１を研磨する際に、ウェハ表面に光を照射し、その反射光の変化により研磨するウェハ２１の終点を検出する。
【００４７】
この研磨装置において、ウェハ２１の表面への光照射位置が常に同じになるようにすることを特徴とし、その方法としては、ベルト２４の回転数、キャリア２２の回転数を調整することによって達成する。なお、図４，５において、ベルト２４の進行方向３３と、キャリア２２の回転方向３４を示しているが、これらの方向はどちらの向きでも構わない。
【００４８】
まず、ベルト２４に存在するＥＰＤ用窓が１つの場合に関して説明する。
【００４９】
ベルト２４の回転数が比較的遅い場合は、キャリア２２の回転数はベルト２４の回転数の２以上の整数倍であることが望ましい。この場合のベルト２４の回転数は、例えば６０ｒｐｍ以下が挙げられる。ロータリー方式の研磨の場合、定盤が１回転する際にウェハ表面を通過する長さは１ｍ程度であるのに対し、ベルト方式の場合２ｍ程度以上となる。よって、線速度（相対速度）の観点からは、同じ回転数であってもベルト方式の方が２倍大きくなる。反射光データの取り込みは、ベルト２４が１回転するごとに実施される。キャリア２２に関して見れば、数回転で１回実施されることになる。
【００５０】
整数倍の数値が大きい方が、研磨パッド２３の表面の均一ドレッシングが不十分な場合にも、研磨レートのウェハ面内均一性を確保することができるため、より好ましい。キャリア２２の回転数の上限はないが、実際は、回転モーターの信頼性という点から２００ｒｐｍ以下が使われる。
【００５１】
キャリア２２の回転数はベルト２４の回転数の２以上の整数倍としたが、研磨パッド２３の表面のドレッシングが均一に実施できる場合は、ベルト２４とキャリア２２が同一回転数でも問題ない。ドレッシングする際の、ドレッサーの回転数、スゥイープ速度、ベルト回転数などを最適に制御することで、均一ドレッシングは可能である。
【００５２】
次に、ベルト２４の回転数が比較的速い場合は、ベルト２４の回転数はキャリア２２の回転数の２以上の整数倍であることが望ましい。この場合のベルト２４の回転数は、例えば６０ｒｐｍ以上が挙げられる。反射光データの取り込みは、複数の方法が挙げられる。例えば、ウェハ表面への光照射位置が同じになるときの反射光を、選択的に終点検出に用いる方法がある。１つ目は、キャリア２２が１回転するごとに発光し、反射光データを取り込む方法である。キャリア２２が１回転する間にベルト２４は２回以上回転するが、ＥＰＤ用窓３１上にウェハ２１があっても、ウェハ２１への光照射位置が同一でない場合は、光は発光しない。２つ目は、ＥＰＤ用窓３１上にウェハ２１が到来した場合、常に発光するが、反射光データとしては、ウェハ２１への光照射位置が同一のもののみ取り込む方法である。また、別の方法として３つ目は、ＥＰＤ用窓３１上にウェハ２１が到来した場合、常に発光し、全ての反射光データを取り込むが、この反射光データを移動平均化処理する方法である。平均化に用いる反射光データ数は、キャリア２２に対するベルト２４の回転数比とする。
【００５３】
ベルト２４の回転数はキャリア２２の回転数の２以上の整数倍であることが望ましいとしたが、整数倍の数値が大きい方が、研磨パッド２３の表面の均一ドレッシングが不十分な場合にも、研磨レートのウェハ内均一性を確保することができるため、より好ましい。ただし、整数倍の数値が大きくなると、反射光データ取り込みのインターバルが長くなり、終点検出精度が低下するため、実際は、ベルト２４の回転数はキャリア２２の回転数の１０倍以下で使用するのが好ましい。
【００５４】
次に、ベルト２４にＥＰＤ用窓３１が複数存在する場合に関して説明する。図６はこの発明の第２の実施形態に係る複数個のＥＰＤ用窓の配置したベルトの展開図である。
【００５５】
図６に示すように、ＥＰＤ用窓３１は、ベルト２４の進行方向の同一直線上に、等間隔で配置され（同図では、ＥＰＤ用窓３個）、ウェハ２１の表面への光照射位置がいずれのＥＰＤ用窓３１でも同じになるように、ベルト２４とキャリア２２の回転数を設定するのが最も好ましい。ただしその場合、研磨パッド２３のＥＰＤ用窓３１の材質などのばらつきを極力低減させる必要がある。光学式終点検出機構３２は、ロータリー方式の研磨装置と異なり、複数個設置する必要がないというメリットがある。ＥＰＤ用窓３１が複数個存在する場合、ＥＰＤ用窓３１の個数分だけ、回転数のマージンが広がる一方、ＥＰＤ用窓が１個の場合と同じ回転数を使用したとしても得られる反射光データは増加するため終点検出精度が向上する。
【００５６】
【発明の効果】
この発明の請求項１記載のウェハの研磨方法によれば、終点検出の際に照射する光は、ウェハ表面の同一箇所に照射するので、終点検出を行うウェハ表面の箇所を常に同一とすることができる。これにより、パターン形状に起因する反射光ばらつきと、ウェハ面内での膜厚ばらつきに起因する反射光ばらつきを完全に除外することができる。
【００５７】
請求項２では、ウェハと定盤とがともに同一面で回転し、窓部を通して光照射部よりウェハ表面に光を照射し、その反射光を受光部で受光することでウェハ表面状態を光学的に検知する終点検出を行い、かつウェハ表面への光照射位置が同じになるように定盤回転数、キャリア回転数を設定するので、研磨パッドが定盤とともに回転するロータリー方式の光学式ＥＰＤを備えた研磨装置において、終点検出を行うウェハ表面の箇所を常に同一とすることができる。これにより、同じウェハ表面でも、パターンの形状、配置またはウェハ面内の膜厚ばらつきに起因する光反射状態のばらつき成分を除外することができ、ＥＰＤの精度が向上する。
【００５８】
請求項３では、キャリア回転数は、定盤回転数の２以上の整数倍であるので、ウェハ表面の任意の１点が、少しでも研磨パッドの同一箇所を通らないようにすることができる。この際、整数倍の数値が大きい方が、研磨パッドの表面の均一ドレッシングが不十分な場合にも、研磨レートのウェハ面内均一性を確保することができる。
【００５９】
請求項４では、定盤回転数は６０ｒｐｍ以下であるので、定盤の回転数が比較的遅い場合であり、反射光データの取り込みは、定盤が１回転するごとに実施される。キャリアに関して見れば、数回転で１回実施されることになる。
【００６０】
請求項５では、定盤回転数がキャリア回転数の２倍以上の整数倍であり、ウェハ表面への光照射位置が同じになるときの反射光を、選択的に終点検出に用いるので、ウェハ表面の任意の１点が、少しでも研磨パッドの同一箇所を通らないようにすることができ、整数倍の数値が大きい方が、研磨パッドの表面の均一ドレッシングが不十分な場合にも、研磨レートのウェハ面内均一性を確保することができる。また、全ての反射データを時系列に並べてＥＰＤ波形を描かせるのではなく、ウェハ表面への光照射位置が同じもののみをピックアップするか、移動平均化処理を行えばよい。
【００６１】
請求項６では、定盤回転数は６０ｒｐｍ以上であるので、定盤の回転数が比較的に速い場合であり、反射光データの取り込みは、ウェハ表面への光照射位置が同じになるときの反射光を、選択的に終点検出に用いる。
【００６２】
請求項７では、窓部が、定盤回転軸を中心とした同一半径上に等間隔で複数個存在し、それぞれの窓部からウェハ表面への照射位置が同じになるように、定盤回転数、キャリア回転数を設定するので、窓部の個数分だけ、回転数のマージンが広がる一方、窓部が１個の場合と同じ回転数を使用したとしても得られる反射光データは増加するためＥＰＤ精度が向上する。
【００６３】
請求項８では、ウェハ真下のベルト下に光照射部および受光部を配置し、窓部を通して光照射部よりウェハ表面に光を照射し、その反射光を受光部で受光することでウェハ表面状態を光学的に検知する終点検出を行い、かつウェハ表面への光照射位置が同じになるようにベルト回転数、キャリア回転数を設定するので、研磨パッドが直線的に移動するベルト方式の光学式ＥＰＤを備えた研磨装置において、終点検出を行うウェハ表面の箇所を常に同一とすることができる。これにより、同じウェハ表面でも、パターンの形状、配置またはウェハ面内の膜厚ばらつきに起因する光反射状態のばらつき成分を除外することができ、ＥＰＤの精度が向上する。
【００６４】
請求項９では、キャリア回転数は、ベルト回転数の２以上の整数倍であるので、ウェハ表面の任意の１点が、少しでも研磨パッドの同一箇所を通らないようにすることができ、研磨レートのウェハ面内均一性が向上する。
【００６５】
請求項１０では、ベルト回転数は６０ｒｐｍ以下であるので、ベルトの回転数が比較的遅い場合である。この場合、キャリアの回転数はベルトの回転数の２以上の整数倍であることが望ましい。整数倍の数値が大きい方が、研磨パッドの表面の均一ドレッシングが不十分な場合にも、研磨レートのウェハ面内均一性を確保することができるためである。
【００６６】
請求項１１では、ベルト回転数がキャリア回転数の２倍以上の整数倍であり、ウェハ表面への光照射位置が同じになるときの反射光を、選択的に終点検出に用いるので、ウェハ表面の任意の１点が、少しでも研磨パッドの同一箇所を通らないようにすることができ、整数倍の数値が大きい方が、研磨パッドの表面の均一ドレッシングが不十分な場合にも、研磨レートのウェハ面内均一性を確保することができる。また、全ての反射データを時系列に並べてＥＰＤ波形を描かせるのではなく、ウェハ表面への光照射位置が同じもののみをピックアップするか、移動平均化処理を行えばよい。
【００６７】
請求項１２では、ベルト回転数は６０ｒｐｍ以上であるので、ベルトの回転数が比較的に速い場合であり、反射光データの取り込みは、ウェハ表面への光照射位置が同じになるときの反射光を、選択的に終点検出に用いる。
【００６８】
請求項１３では、窓部が、ベルトに等間隔で複数個存在し、それぞれの窓部からウェハ表面への照射位置が同じになるように、ベルト回転数、キャリア回転数を設定するので、窓部の個数分だけ、回転数のマージンが広がる一方、窓部が１個の場合と同じ回転数を使用したとしても得られる反射光データは増加するためＥＰＤ精度が向上する。
【００６９】
この発明の請求項１４記載のウェハの研磨装置によれば、ロータリー方式研磨装置においてウェハ表面への光照射位置が同じになるように定盤回転数、キャリア回転数が設定されているので、終点検出機構により検出するウェハ表面の箇所を常に同一とすることができる。これにより、同じウェハ表面でも、パターンの形状、配置またはウェハ面内の膜厚ばらつきに起因する光反射状態のばらつき成分を除外することができ、ＥＰＤの精度が向上する。
【００７０】
この発明の請求項１５記載のウェハの研磨装置によれば、ベルト方式研磨装置においてウェハ表面への光照射位置が同じになるようにベルト回転数、キャリア回転数が設定されているので、終点検出機構により検出するウェハ表面の箇所を常に同一とすることができる。これにより、同じウェハ表面でも、パターンの形状、配置またはウェハ面内の膜厚ばらつきに起因する光反射状態のばらつき成分を除外することができ、ＥＰＤの精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る光学式終点検出を用いた研磨方法を行う研磨装置の概略を示す斜視図である。
【図２】図１の断面図である。
【図３】この発明の第１の実施形態に係る複数個のＥＰＤ用窓の配置した定盤の平面図である。
【図４】この発明の第２の実施形態に係る光学式終点検出を用いた研磨方法を行う研磨装置の概略を示す斜視図である。
【図５】図４の断面図である。
【図６】この発明の第２の実施形態に係る複数個のＥＰＤ用窓の配置したベルトの展開図である。
【図７】従来例のロータリー方式の研磨装置の概略を示す斜視図である。
【図８】従来例のベルト方式の研磨装置の概略を示す斜視図である。
【図９】従来例のロータリー方式の光学式終点検出を示す概略断面図である。
【図１０】従来例のベルト方式の光学式終点検出を示す概略断面図である。
【図１１】ベルト方式におけるウェハ表面への光照射領域を示す説明図である。
【符号の説明】
１，２１  ウェハ
２，２２  キャリア
３，２３  研磨パッド
４  定盤
５，２６  スラリー配管
６，２７  スラリー
７，２９  発光部
８，３０  受光部
９，３１  ＥＰＤ用窓
１０，３２  光学式終点検出機構
１１  定盤回転方向
１２，３４  キャリア回転方向
２４  ベルト
２５  ローラー
２８  固定定盤
３３  ベルト進行方向
【図１】
2004363201.tif 000003
【図２】
2004363201.tif 000004
【図３】
2004363201.tif 000005
【図４】
2004363201.tif 000006
【図５】
2004363201.tif 000007
【図６】
2004363201.tif 000008
【図７】
2004363201.tif 000009
【図８】
2004363201.tif 000010
【図９】
2004363201.tif 000011
【図１０】
2004363201.tif 000012
【図１１】
2004363201.tif 000013