(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定光を研磨対象物に照射し、前記測定光の照射により前記研磨対象物から得られる光に基づいて、前記研磨対象物の研磨状況をその研磨中にモニタする研磨状況モニタ方法において、
前記研磨対象物の研磨終点が検出された後は、研磨終点検出信号に応答して、前記測定光を前記研磨対象物に対して遮断させ、
前記遮断は、基準信号を得るためのレファレンスミラーを遮光部材として含む機械式のシャッタ機構、及び、ダークノイズを計測するためのダークノイズ計測部材を遮光部材として含む機械式のシャッタ機構の、少なくとも一方を用いて行うことを特徴とする研磨状況モニタ方法。
【請求項２】
前記研磨状況のモニタ中に、前記測定光を前記研磨対象物に対して照射させる第１の期間と、前記測定光を前記研磨対象物に対して遮断又は減光させる第２の期間とを、繰り返すことを特徴とする請求項１記載の研磨状況モニタ方法。
【請求項３】
前記研磨対象物がＣｕを有するプロセスウエハであることを特徴とする請求項１又は２記載の研磨状況モニタ方法。
【請求項４】
研磨体と研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物との間に荷重を加え、かつ相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する際に、その研磨状況をその研磨中にモニタする研磨状況モニタ装置であって、
測定光を前記研磨対象物に照射し、前記測定光の照射により前記研磨対象物から得られる光に基づいて、前記研磨状況をモニタする研磨状況モニタ装置において、
研磨終点検出信号に応答して、前記測定光を前記研磨対象物に対して遮断又は減光させる第１の測定光制御部を備え、
前記第１の測定光制御部は、基準信号を得るためのレファレンスミラーを遮光部材として含む機械式のシャッタ機構を含むことを特徴とする研磨状況モニタ装置。
【請求項５】
研磨体と研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物との間に荷重を加え、かつ相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する際に、その研磨状況をその研磨中にモニタする研磨状況モニタ装置であって、
測定光を前記研磨対象物に照射し、前記測定光の照射により前記研磨対象物から得られる光に基づいて、前記研磨状況をモニタする研磨状況モニタ装置において、
研磨終点検出信号に応答して、前記測定光を前記研磨対象物に対して遮断又は減光させる第１の測定光制御部を備え、
前記第１の測定光制御部は、ダークノイズを計測するためのダークノイズ計測部材を遮光部材として含む機械式のシャッタ機構を含むことを特徴とする研磨状況モニタ装置。
【請求項６】
前記研磨状況のモニタ中に、前記測定光を前記研磨対象物に対して照射させる第１の期間と、前記測定光を前記研磨対象物に対して遮断又は減光させる第２の期間とを、繰り返させる第２の測定光制御部を備えたことを特徴とする請求項４又は５記載の研磨状況モニタ装置。
【請求項７】
前記第１の測定光制御部の少なくとも一部と前記第２の測定光制御部の少なくとも一部とが兼用されたことを特徴とする請求項６記載の研磨状況モニタ装置。
【請求項８】
研磨体と研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物との間に荷重を加え、かつ相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する際に、その研磨状況をその研磨中にモニタする研磨状況モニタ装置であって、
測定光を前記研磨対象物に照射し、前記測定光の照射により前記研磨対象物から得られる光に基づいて、前記研磨状況をモニタする研磨状況モニタ装置において、
基準信号を得るためのレファレンスミラーと、
前記レファレンスミラーを前記測定光の光路に対して進出及び退避させる移動機構とを備えたことを特徴とする研磨状況モニタ装置。
【請求項９】
研磨体と研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物との間に荷重を加え、かつ相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する際に、その研磨状況をその研磨中にモニタする研磨状況モニタ装置であって、
測定光を前記研磨対象物に照射し、前記測定光の照射により前記研磨対象物から得られる光に基づいて、前記研磨状況をモニタする研磨状況モニタ装置において、
ダークノイズを計測するためのダークノイズ計測部材と、
前記ダークノイズ計測部材を前記測定光の光路に対して進出及び退避させる移動機構とを備えたことを特徴とする研磨状況モニタ装置。
【請求項１０】
研磨体と、研磨対象物を保持する保持部とを備え、前記研磨体と前記研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物との間に荷重を加え、かつ相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する研磨装置において、請求項４乃至９のいずれかに記載の研磨状況モニタ装置を備えたことを特徴とする研磨装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の研磨装置を用いて半導体ウエハの表面を平坦化する工程を有することを特徴とする半導体デバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、ＵＬＳＩなどの半導体デバイスを製造する方法において、半導体デバイスの平坦化研磨等に用いるのに好適な研磨状況モニタ方法及びその装置、研磨装置、半導体デバイス製造方法、並びに半導体デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイス等の表面のグローバル平坦化技術として、化学的機械的研磨（Chemical Mechanical Polishing又はChemical Mechanical Planarization、以下ではＣＭＰと称す）技術が採用されている。ＣＭＰは、物理的研磨に化学的な作用（研磨剤、溶液による溶かし出し）を併用してウエハの表面凹凸を除いていく工程である。ＣＭＰによる研磨を行う研磨装置は、研磨体と、研磨対象物を保持する保持部とを備え、前記研磨体と前記研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物との間に荷重を加え、かつ相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する。
【０００３】
ＣＭＰ技術では、研磨工程を行いながらの（in-situの）研磨状況のモニタ（研磨量、膜厚又は研磨終点の検出等）が課題となっており、これは、工程効率化のためにも要請が大きい。
【０００４】
そこで、最近では、光学測定、すなわち、分光によらない反射光測定や分光反射測定による研磨状況のモニタ（in-situ終点判定及びin-situ膜厚計測など）が有効とされている（特許第２５６１８１２号公報、特開平１１−３３９０１号公報等）。これらの光学測定による研磨状況モニタを行う研磨状況モニタ装置では、ＣＭＰにおいて、研磨対象物であるウエハに測定光を照射し、ウエハから得られる光に基づいて、その反射率の変化や分光反射率の変化により膜厚、研磨量又は研磨終点を研磨中に検知する。
【０００５】
そして、従来は、前記測定光は、あるウエハの研磨が終了しても、次に研磨するべきウエハに備えて常時一定の光量で照射され続けていた。したがって、ウエハの研磨の終了が検出された後であっても、当該ウエハが研磨位置（前記測定光の照射位置）から移動されるまでの間は、当該ウエハには前記測定光が一定の光量で照射され続けていた。
【０００６】
ところで、従来技術ではないが、例えば、分光反射測定による研磨状況のモニタを行う研磨状況モニタ装置では、研磨状況のモニタ精度を向上するべく、ウエハ等の研磨対象物の研磨に先立って、基準信号の取得及びダークノイズの計測を行うことが考えられる。基準信号の取得は、ウエハ等と同一の大きさを有し所定の反射特性を持つレファレンスミラーを、例えばウエハ等を研磨位置に搬送する搬送装置で研磨位置に搬送し、測定光をレファレンスミラーに照射することによって行うことが考えられる。基準信号を予め取得しておくことによって、研磨対象物に測定光を照射することによって得た測定信号を基準信号と比較することにより、研磨状況のモニタ精度が高まる。また、ダークノイズの計測は、ウエハ等と同一の大きさを有しほぼ完全な光吸収性を持つダークノイズ計測部材を、例えばウエハ等を研磨位置に搬送する搬送装置で研磨位置に搬送し、測定光をダークノイズ計測部材に照射することによって行うことが考えられる。この状態で検出器から得られる信号は、光学系の迷光によるノイズ（フレアノイズ等）と検出器等の電気系のノイズの両方のノイズ（ダークノイズ）を示すことになる。ダークノイズを予め計測しておくことによって、研磨対象物に測定光を照射することによって得た測定信号からダークノイズ分を差し引いてノイズ分を除去することによって、研磨状況のモニタ精度が高まる。なお、基準信号の取得及びダークノイズの計測は、適当な頻度で定期的に行われる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、研磨後にもウエハに測定光を照射し続けると、例えばＣｕを有するプロセスウエハの研磨などの場合に、不都合が生ずるおそれがあることが判明してきた。今、ｐｎ接合を有するトランジスタ等のデバイス及びＳｉＯ２からなる層間絶縁膜が順次形成され、更にその上の全面にＣｕ膜が形成された状態のプロセスウエハについて、前記Ｃｕ膜を研磨していわゆるダマシン（damascene）を形成する場合を、例として考える。このプロセスウエハは、Ｃｕ膜の研磨前であれば、光が照射されても、その光は全面を覆っているＣｕ膜により遮光されるので、支障はない。Ｃｕ膜の研磨が進行していくと、Ｃｕ膜が徐々に薄くなっていき、やがて層間絶縁膜の孔内の部分以外のＣｕ膜が除去されてダマシンが形成され、研磨が終了される。このように、層間絶縁膜の孔内の部分以外のＣｕ膜が除去されると、露出した層間絶縁膜を介して外部からの光がｐｎ接合に到達し、当該ｐｎ接合で光起電力が生じ、光電池効果でＣｕが腐食する（錆びる）おそれがある。
【０００８】
また、前述したように、基準信号の取得及びダークノイズを計測することによって研磨状況のモニタ精度を高めることが考えられるが、ウエハ等と同じ大きさのレファレンスミラーやダークノイズ計測部材を、ウエハ等の研磨対象物に代えて、ウエハ等の搬送装置を用いて研磨位置に搬送しても良い。しかし、この場合には、研磨対象物の研磨位置への又は研磨位置からの搬送と、基準信号の取得やダークノイズの計測とを並行して行うことができず、研磨のスループットが低下するおそれがある。
【０００９】
本発明は、前述したような事情に鑑みてなされたもので、研磨状況のモニタのための測定光が研磨対象物に与える影響を低減するか又はなくすことができる研磨状況モニタ方法及びその装置、及びこれを用いた研磨装置を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、研磨状況のモニタのための測定光によるＣｕ膜の錆などの問題が生ずるおそれを低減又はなくすことによって、歩留りを向上させることができ、それにより従来の半導体デバイス製造方法に比べて低コストで半導体デバイスを製造することができる半導体デバイス製造方法、及び低コストの半導体デバイスを提供することを目的とする。
【００１１】
さらに、本発明は、研磨対象物の研磨位置への又は研磨位置からの搬送と、基準信号の取得やダークノイズの計測とを並行して行うことができ、研磨のスループットを向上させることができる研磨状況モニタ装置を提供することを目的とする。
【００１２】
さらにまた、本発明は、研磨のスループットを向上させることができ、それにより従来の半導体デバイス製造方法に比べて低コストで半導体デバイスを製造することができる半導体デバイス製造方法、及び低コストの半導体デバイスを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の第１の態様による研磨状況モニタ方法は、測定光を研磨対象物に照射し、前記測定光の照射により前記研磨対象物から得られる光に基づいて、前記研磨対象物の研磨状況をその研磨中にモニタする研磨状況モニタ方法において、前記研磨対象物の研磨終点が検出された後は、研磨終点検出信号に応答して、前記測定光を前記研磨対象物に対して遮断させ、前記遮断は、基準信号を得るためのレファレンスミラーを遮光部材として含む機械式のシャッタ機構、及び、ダークノイズを計測するためのダークノイズ計測部材を遮光部材として含む機械式のシャッタ機構の、少なくとも一方を用いて行うものである。
【００１４】
この第１の態様によれば、研磨対象物の研磨終点が検出された後には、研磨状況のモニタのための測定光が研磨対象物に対して遮断されるので、研磨状況をモニタするための測定光が研磨対象物に与える影響を低減するか又はなくすことができる。
【００１５】
前記研磨対象物は特に限定されるものではないが、例えば、研磨対象物がＣｕを有するプロセスウエハである場合には、Ｃｕの腐食を防止することができる。この点は、後述する各態様についても同様である。
【００１６】
本発明の第２の態様による研磨状況モニタ方法は、前記第１の態様において、前記研磨状況のモニタ中に、前記測定光を前記研磨対象物に対して照射させる第１の期間と、前記測定光を前記研磨対象物に対して遮断又は減光させる第２の期間とを、繰り返すものである。
【００１７】
研磨対象物の研磨の終了前であっても、測定光が研磨対象物に照射されると、測定光が研磨対象物に悪影響を与える場合もある。このような場合であっても、前記第２の態様によれば、前記第１及び第２の期間が繰り返されることから、研磨状況のモニタ中に研磨対象物に照射される全体の光量が低減されるので、測定光が研磨対象物に与える影響を一層低減することができる。なお、前記第２の態様では、研磨状況のモニタ中に測定光を常時一定の光量で照射するわけではないが、前記第１及び第２の期間の繰り返し周期を適当に短くしておけば、実質的にリアルタイムに研磨状況をモニタし得る。
【００１８】
本発明の第３の態様による研磨状況モニタ方法は、前記第１又は第２の態様において、前記研磨対象物がＣｕを有するプロセスウエハであるものである。
【００２０】
本発明の第４の態様による研磨状況モニタ装置は、研磨体と研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物との間に荷重を加え、かつ相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する際に、その研磨状況をその研磨中にモニタする研磨状況モニタ装置であって、測定光を前記研磨対象物に照射し、前記測定光の照射により前記研磨対象物から得られる光に基づいて、前記研磨状況をモニタする研磨状況モニタ装置において、研磨終点検出信号に応答して、前記測定光を前記研磨対象物に対して遮断又は減光させる第１の測定光制御部を備え、前記第１の測定光制御部は、基準信号を得るためのレファレンスミラーを遮光部材として含む機械式のシャッタ機構を含むものである。
【００２２】
本発明の第５の態様による研磨状況モニタ装置は、研磨体と研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物との間に荷重を加え、かつ相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する際に、その研磨状況をその研磨中にモニタする研磨状況モニタ装置であって、測定光を前記研磨対象物に照射し、前記測定光の照射により前記研磨対象物から得られる光に基づいて、前記研磨状況をモニタする研磨状況モニタ装置において、研磨終点検出信号に応答して、前記測定光を前記研磨対象物に対して遮断又は減光させる第１の測定光制御部を備え、前記第１の測定光制御部は、ダークノイズを計測するためのダークノイズ計測部材を遮光部材として含む機械式のシャッタ機構を含むものである。
【００３０】
本発明の第６の態様による研磨状況モニタ装置は、前記第４又は第５の態様において、前記研磨状況のモニタ中に、前記測定光を前記研磨対象物に対して照射させる第１の期間と、前記測定光を前記研磨対象物に対して遮断又は減光させる第２の期間とを、繰り返させる第２の測定光制御部を備えたものである。
【００３２】
本発明の第７の態様による研磨状況モニタ装置は、前記第６の態様において、前記第１の測定光制御部の少なくとも一部と前記第２の測定光制御部の少なくとも一部とが兼用されたものである。
【００３３】
前記第６の態様では、前記第１及び第２の測定光制御部は互いに独立して構成することもできるが、前記第７の態様のように少なくとも一部を兼用して構成すると、構成が簡単となり、コストダウンを図ることができる。
【００３６】
本発明の第８の態様による研磨状況モニタ装置は、研磨体と研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物との間に荷重を加え、かつ相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する際に、その研磨状況をその研磨中にモニタする研磨状況モニタ装置であって、測定光を前記研磨対象物に照射し、前記測定光の照射により前記研磨対象物から得られる光に基づいて、前記研磨状況をモニタする研磨状況モニタ装置において、基準信号を得るためのレファレンスミラーと、前記レファレンスミラーを前記測定光の光路に対して進出及び退避させる移動機構とを備えたものである。
【００３７】
この第８の態様によれば、移動機構により、レファレンスミラーを測定光の光路に対して進出及び退避させることができる。このため、前述した従来の研磨状況モニタ装置と異なり、ウエハ等の研磨対象物の研磨位置への又は研磨位置からの搬送と並行して、レファレンスミラーを測定光の光路に進出及び退避させて、基準信号の取得を行うことができる。したがって、前記第８の態様によれば、研磨のスループットが向上する。
【００３８】
本発明の第９の態様による研磨状況モニタ装置は、研磨体と研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物との間に荷重を加え、かつ相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する際に、その研磨状況をその研磨中にモニタする研磨状況モニタ装置であって、測定光を前記研磨対象物に照射し、前記測定光の照射により前記研磨対象物から得られる光に基づいて、前記研磨状況をモニタする研磨状況モニタ装置において、ダークノイズを計測するためのダークノイズ計測部材と、前記ダークノイズ計測部材を前記測定光の光路に対して進出及び退避させる移動機構とを備えたものである。
【００３９】
この第９の態様によれば、移動機構により、ダークノイズ計測部材を測定光の光路に対して進出及び退避させることができる。このため、前述した従来の研磨状況モニタ装置と異なり、ウエハ等の研磨対象物の研磨位置への又は研磨位置からの搬送と並行して、ダークノイズ計測部材を測定光の光路に進出及び退避させて、ダークノイズを計測することができる。したがって、前記第９の態様によれば、研磨のスループットが向上する。
【００４０】
本発明の第１０の態様による研磨装置は、研磨体と、研磨対象物を保持する保持部とを備え、前記研磨体と前記研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物との間に荷重を加え、かつ相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する研磨装置において、前記第４乃至第９のいずれかの態様による研磨状況モニタ装置を備えたものである。
【００４１】
この第１０の態様によれば、第４乃至第９のいずれかの態様による研磨状況モニタ装置を備えているので、研磨状況をモニタするための測定光が研磨対象物に与える影響を低減又はなくすことができるという利点、及び、研磨のスループットを向上させることができるという利点のいずれか一方の利点又は両方の利点を得ることができる。
【００４２】
本発明の第１１の態様による半導体デバイス製造方法は、前記第１０の態様による研磨装置を用いて半導体ウエハの表面を平坦化する工程を有するものである。
【００４３】
この第１１の態様によれば、第１０の態様による研磨装置は、前記第４乃至第９のいずれかの態様による研磨状況モニタ装置を備えているので、研磨状況のモニタのための測定光によるＣｕ膜の錆などの問題が生ずるおそれを低減又はなくすことによって、歩留りを向上させることができ、それにより従来の半導体デバイス製造方法に比べて低コストで半導体デバイスを製造することができるという利点が得られる。また、前記第１１の態様によれば、この利点に代えて又はこの利点に加えて、研磨のスループットを向上させることができ、それにより従来の半導体デバイス製造方法に比べて低コストで半導体デバイスを製造することができるという利点が得られる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による研磨状況モニタ方法及びその装置、研磨装置、半導体デバイス製造方法、並びに半導体デバイスについて、図面を参照して説明する。
【００４６】
［参考例１］
【００４７】
図１は、参考例１による研磨装置を模式的に示す概略構成図である。
【００４８】
この研磨装置は、研磨部材１と、該研磨部材１の下側に研磨対象物としての例えばＣｕを有するプロセスウエハ２を保持する研磨対象物保持部３（以下、ウエハホルダと称す）と、ウエハ２上に研磨剤（スラリー）を供給する研磨剤供給部（図示せず）とを備えている。
【００４９】
研磨部材１は、研磨定盤５の下面に研磨体（研磨パッド）６を設置したものであり、図示しない機構によって、図１中の矢印で示すように、回転、上下動及び左右に揺動（往復動）できるようになっている。研磨体６としては、例えば、シート状の発泡ポリウレタン、あるいは表面に溝構造を有した無発泡樹脂などを用いることができる。
【００５０】
ウエハ２は、ウエハホルダ３上に保持され、ウエハ２の上面が研磨面となっている。ウエハホルダ３は、アクチュエータとして電動モータを用いた図示しない機構によって、図１中の矢印で示すように、回転できるようになっている。
【００５１】
参考例１では、研磨部材１の径がウエハ２の径より小さくされ、装置全体のフットプリントが小さくなっている。もっとも、本発明では、研磨部材１の径はウエハ２の径と同じかそれより大きくてもよい。これらの場合であっても、研磨中の研磨部材１の揺動により、ウエハ２の一部を一時的に研磨部材１から露出させることができる。また、ウエハ２の一部が一時的にも研磨部材１から露出しない場合には、周知のように、測定光をウエハ２に照射するための窓を、研磨部材１に形成しておけばよい。
【００５２】
ここで、この研磨装置によるウエハ２の研磨について説明する。研磨部材１は、回転しながら揺動して、ウエハホルダ３上のウエハ２の上面に所定の圧力で押し付けられる。ウエハホルダ３を回転させてウエハ２も回転させ、ウエハ２と研磨部材１との間で相対運動を行わせる。この状態で、研磨剤が研磨剤供給部からウエハ２上に供給され、研磨剤はウエハ２上で拡散し、研磨部材１とウエハ２の相対運動に伴って研磨体６とウエハ２との間に入り込み、ウエハ２の研磨面を研磨する。すなわち、研磨部材１とウエハ２の相対運動による機械的研磨と、研磨剤の化学的作用が相乗的に作用して良好な研磨が行われる。この研磨装置は、研磨のために必要な前述した動作を実現するため、研磨部材１の回転や揺動等やウエハホルダ３の回転を行わせる各部のモータを制御する研磨制御部９を有している。
【００５３】
また、この研磨装置は、図１に示すように、研磨状況モニタ装置を構成する測定光学系１０、パーソナルコンピュータ等からなる信号処理部１１、モニタ結果を表示するＣＲＴ等の表示部１２、及び、測定光学系１０に設けられたシャッタ機構１３を制御するシャッタ機構制御部１４も備えている。
【００５４】
測定光学系１０は、ウエハ２の研磨面（上面）における研磨部材１から露出した部分（以下、露出部分という）に測定光を照射し、ウエハ２の研磨面にて反射された反射光を受光センサで受光し反射光に関する検出信号を得る。この検出信号が、モニタ信号として、信号処理部１１に取り込まれる。信号処理部１１は、前記検出信号に基づいて、研磨状況をモニタする処理を行う。参考例１では、信号処理部１１は、表示部１２に研磨状況を表示させたり、研磨終点の判定を行い、研磨終点を検知したときに研磨終点検出信号を研磨制御部９及びシャッタ機構制御部１４にそれぞれ供給する。研磨制御部９は、この研磨終点検出信号に応答して、研磨動作を終了させる。
【００５５】
ここで、測定光学系１０について、説明する。図１において、２１は、多波長成分を持つ白色光源で、例えば、白色ＬＥＤやキセノンランプやハロゲンランプを使用することができる。必要に応じて、光源２１からの光を光ファイバで導くようにしてもよい。光源２１からの光は、後述するシャッタ機構１３の遮光部材１３ａが光路から退避していれば、レンズ２２により平行光束に変換され、視野絞り２３を通った後、ビームスプリッタ２４に入射される。この光は、ビームスプリッタ２４において９０゜方向を変えられ、リレーレンズ２５，２６を通過した後に再び平行光束とされ、ウエハ２の研磨面における露出部分に測定光として照射される。
【００５６】
ウエハ２からの反射光は、再びリレーレンズ２６，２５を通して、ビームスプリッタ２４に平行光束として入射され、ビームスプリッタ２４を通過し、レンズ２７で遮光板２８のピンホール（スリットでもよい。）２８ａ上に集光される。そして、遮光板２８により散乱光、回折光等のノイズ成分が除去され、ピンホール２８ａを通過した光（正反射光（０次光））は、レンズ２９を介して分光器としての回折格子（分光プリズムなどの他の分光器でもよい。）３０に投射され、分光される。分光された光は、受光センサとしてのリニアセンサ３１に入射し、分光強度（波長ごとの強度、すなわち、スペクトル）が測定される。
【００５７】
参考例１では、信号処理部１１は、リニアセンサ３１から得られた分光強度に基づいて、ウエハ２の研磨状況のモニタ結果を演算し、その結果を表示部１２に表示させたり、研磨終点の判定を行い、研磨終点を検知したときに研磨終点検出信号を研磨制御部９及びシャッタ機構制御部１４にそれぞれ供給する。例えば、分光強度（分光反射率に相当）の波形の極大及び極小の位置（波長）等の特徴量から、研磨している層（最上層）の膜厚を演算し、当該膜厚をモニタ結果として表示部１２に表示させ、当該膜厚が所期の膜厚に達したか否かによって研磨終点を検出する。また、例えば、ウエハ２の初期厚さと、研磨している層（最上層）の膜厚とから、研磨量を求め、これをモニタ結果として表示部１２に表示させる。もっとも、分光強度からモニタ結果を求める演算手法や研磨終点を検知する手法は、前述した例に限定されるものではなく、例えば、特開平１０−３３５２８８号公報や特開平１１−３３９０１号公報などに開示されている他の手法を採用してもよい。
【００５８】
なお、参考例１では、前述したように、測定光学系１０は分光反射測定を行い、信号処理部１１は分光反射強度に基づいて研磨状況をモニタしているが、本発明では、これに限定されるものではなく、例えば、測定光学系１０が分光によらない反射光測定（所定波長の光の反射率の測定）を行い、測定光学系１０が測定された反射率に基づいて研磨終点を検知するように構成してもよい。この点は、後述する各実施の形態についても同様である。
【００５９】
そして、参考例１では、前述したように、測定光学系１０には、機械式のシャッタ機構１３が設けられている。参考例１では、シャッタ機構１３は、遮光部材１３ａと、光源２１とレンズ２２との間の光路（光源２１とウエハ２との間の光路であれば、いずれの箇所でもよい。）に対して遮光部材１３ａを進出及び退避させる移動機構としての、ステッピングモータなどのモータ１３ｂとから構成されている。図面には示していないが、光源２１は、電源が投入されると、継続して一定の光量で点灯するように駆動されるようになっている。なお、遮光部材１３ａに変えて、減光フィルタを用いることも可能である。
【００６０】
シャッタ機構制御部１４は、研磨制御部９から発せられ信号処理部１１を介してシャッタ機構制御部１４に供給されるモニタ開始指令に応答して、遮光部材１３ａが光路から退避するようにモータ１３ｂを制御する。なお、モニタ開始指令は、例えば、ウエハ２の研磨開始時に発せられるようにしてもよいし、ウエハ２の研磨開始時から所定時間経過した後に発せられるようにしもよい。また、シャッタ機構制御部１４は、信号処理部１１からの研磨終点検出信号に応答して、遮光部材１３ａが光路に進出するようにモータ１３ｂを制御する。この制御により、図２に示すように、モニタ開始指令を受けた時点ｔ１から研磨終点検出信号を受けた時点ｔ２までの期間中だけ、測定光がウエハ２に照射される。
【００６１】
以上の説明からわかるように、参考例１では、シャッタ機構１３及びシャッタ機構制御部１４が、研磨終点検出信号に応答して測定光をウエハ２に対して遮断（遮光部材１３ａに代えて減光フィルタを用いた場合には、減光）させる第１の測定光制御部を構成している。
【００６２】
参考例１によれば、ウエハ２の研磨終点が検出された後には、研磨状況のモニタのための測定光がウエハ２に対して遮断又は減光されるので、研磨状況をモニタするための測定光がウエハ２に与える影響を低減するか又はなくすことができる。
【００６３】
ところで、参考例１では、図２に示すように、研磨状況のモニタ中（すなわち、モニタ開始指令を受けた時点ｔ１から研磨終点検出信号を受けた時点ｔ２までの期間中）においては、一定の光量で継続して測定光がウエハ２に照射される。
【００６４】
これに対し、図３に示すように、研磨状況のモニタ中において、測定光をウエハ２に対して照射させる第１の期間Ｔ１と、測定光をウエハ２に対して遮断（又は減光）させる第２の期間Ｔ２とを、繰り返すようにしてもよい。この場合、シャッタ機構制御部１４は、モニタ開始指令に応答して、モータ１３ｂを継続して回転させ続ける（このとき、遮光部材１３ａにより測定光がチョッピングされることになる。）とともに、研磨終点検出信号に応答して、遮光部材１３ａが光路に進出した位置で停止するようモータ１３ａを停止させればよい。このとき、図面には示していないが、例えば、モータ１３ａの回転位置を検出するエンコーダ等の位置検出器を設けておき、信号処理部１１は、前記位置検出器からの信号に同期して、遮光部材１３ａにより遮光されていない期間Ｔ１内にリニアセンサ３１へ入射した光の検出が行われるようにするとともに、遮光部材１３ａにより遮光されている期間Ｔ２内に光検出信号のデータ取り込みとそれに基づく膜厚算出及び終点判定などの演算を行うようにすればよい。
【００６５】
この場合は、シャッタ機構１３及びシャッタ機構制御部１４は、研磨状況のモニタ中に、測定光をウエハ２に対して照射させる第１の期間Ｔ１と、測定光をウエハ２に対して遮断（又は減光）させる第２の期間Ｔ２とを、繰り返させる第２の測定光制御部としても、機能することになる。
【００６６】
図３に示すようなウエハ２に対する測定光の照射パターンを実現する場合には、ウエハ２の研磨の終了前であっても測定光がウエハ２に照射されると、測定光がウエハ２に悪影響を与える場合であっても、ウエハ２の研磨状況のモニタ中にウエハ２に照射される全体の光量が低減されるので、測定光がウエハ２に与える影響を一層低減することができる。
【００６９】
［参考例２］
【００７０】
図４は、参考例２による研磨装置を模式的に示す概略構成図である。図４において、図１中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００７１】
参考例２が前記参考例１と異なる所は、シャッタ機構１３及びシャッタ機構制御部１４に代えて、光源制御部３４が用いられている点のみである。光源２１としては、これに対する電気的な制御によりオン・オフしても寿命や応答性などの点で問題の生じない光源、例えば、白色ＬＥＤが用いられている。光源制御部３４は、前記参考例１と同様の図２に示すようなウエハ２に対する測定光の照射パターンを実現するように、光源２１の発光状態を電気的に制御する。あるいは、光源制御部３４は、前述した図３に示すようなウエハ２に対する測定光の照射パターンを実現するように、光源２１の発光状態を電気的に制御してもよい。なお、図２及び図３のＯＦＦの期間においては、光源２１の発光を完全に停止させるのではなく、発光量を低減させた状態（減光状態）にしてもよい。
【００７２】
参考例２によっても、前記参考例１と同様の利点が得られる。
【００７３】
［第１の実施の形態］
【００７４】
図５は、本発明の第１の実施の形態による研磨装置を模式的に示す概略構成図である。図５において、図１中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００７５】
本実施の形態が前記参考例１と異なる所は、以下に説明する点である。すなわち、本実施の形態では、図１中のシャッタ機構１３及びシャッタ機構制御部１４が取り除かれている。一方、本実施の形態では、基準信号を取得するための所定の反射特性を持つレファレンスミラー４２と、すべての光学素子等の位置で測定光の最もウエハ２側の光路に対してレファレンスミラー４２を進出及び退避させる移動機構としてのモータ４３と、ダークノイズを計測するためのほぼ完全な光吸収性を持つダークノイズ計測部材４４と、すべての光学素子等の位置で測定光の最もウエハ２側の光路に対してダークノイズ計測部材４４を進出及び退避させる移動機構としてのモータ４５と、モータ４３，４５を制御する制御部４１と、が追加されている。
【００７６】
本実施の形態では、制御部４１は、研磨制御部９から信号処理部１１を介して基準信号取得開始指令（通常は、ウエハ２の研磨中以外の適当なタイミングで発せられる。）を受け、この指令に応答して、レファレンスミラー４２が光路に進出するようにモータ４３を制御する。レファレンスミラー４２が光路に進出しているときに、信号処理部１１は、リニアセンサ３１からの信号を基準信号として取り込む。この基準信号は、研磨状況のモニタ中にウエハ２に測定光を照射することによって得られるリニアセンサ３１からの測定信号を比較する基準として用いられ、その比較に基づいて、前述した膜厚等の演算が行われる。そして、制御部４１は、基準信号の取得が終了した時に信号処理部１１から発せられる基準信号取得終了指令に応答して、レファレンスミラー４２が光路から退避するようにモータ４３を制御する。
【００７７】
また、本実施の形態では、制御部４１は、研磨制御部９から信号処理部１１を介してダークノイズ計測開始指令（通常は、ウエハ２の研磨中以外の適当なタイミングで発せられる。）を受け、この指令に応答して、ダークノイズ計測部材４４が光路に進出するようにモータ４５を制御する。ダークノイズ計測部材４４が光路に進出しているときに、信号処理部１１は、リニアセンサ３１からの信号をダークノイズ計測信号として取り込む。この計測信号は、研磨状況のモニタ中にウエハ２に測定光を照射することによって得られるリニアセンサ３１からの測定信号からダークノイズ分を差し引くために用いられ、その差し引いた信号に基づいて、前述した膜厚等の演算が行われる。そして、制御部４１は、ダークノイズの計測が終了した時に信号処理部１１から発せられるダークノイズ計測終了指令に応答して、ダークノイズ計測部材４４が光路から退避するようにモータ４５を制御する。
【００７８】
本実施の形態によれば、モータ４３，４５によりレファレンスミラー４２及びダークノイズ計測部材４４をそれぞれ測定光の光路に対して進出及び退避させて、基準信号の取得及びダークノイズの計測を行うことができる。したがって、本実施の形態によれば、ウエハ２の研磨位置への又は研磨位置からの搬送と並行して、基準信号の取得及びダークノイズの計測を行うことができるので、研磨のスループットが向上する。また、本実施の形態によれば、研磨のスループットを向上させつつ、頻繁に、基準信号の取得やダークノイズの計測を行うことができるので、最新の基準信号やダークノイズに基づいてウエハ２の研磨状況をモニタすることができ、ひいては、研磨状況のモニタの精度が向上する。
【００７９】
ところで、本実施の形態では、必ずしも、前述した図２や図３に示すようなウエハ２に対する測定光の照射パターンを実現する必要はなく、研磨状況のモニタ中及び研磨終了後にも、常時一定の光量で照射光を照射してもよい。
【００８０】
しかしながら、本実施の形態においても、測定光が研磨対象物に影響を与える場合には前述した図２や図３に示すようなウエハ２に対する測定光の照射パターンを実現することが好ましいことは、言うまでもない。この場合、レファレンスミラー４２やダークノイズ計測部材４４は、測定光をウエハ２に対して遮断する遮光部材として作用することから、モータ４３及びレファレンスミラー４２、又は、モータ４５及びダークノイズ計測部材４４を、図１中の機械式のシャッタ機構１３に相当するシャッタ機構として兼用することができる。この場合には、制御部４１が図１中のシャッタ機構制御部１４と同様の制御も行うように、制御部４１を構成すればよい。本実施の形態において、モータ４３，４５、ミラー４２及び部材４４とは別に、図１中の機械式のシャッタ機構１３を設けてもよいが、前述したように兼用すれば、構成が簡単となり、コストダウンを図ることができる。
【００８１】
［第２の実施の形態］
【００８２】
図６は、半導体デバイス製造プロセスを示すフローチャートである。半導体デバイス製造プロセスをスタートして、まずステップＳ２００で、次に挙げるステップＳ２０１〜Ｓ２０４の中から適切な処理工程を選択する。選択に従って、ステップＳ２０１〜Ｓ２０４のいずれかに進む。
【００８３】
ステップＳ２０１はシリコンウエハの表面を酸化させる酸化工程である。ステップＳ２０２はＣＶＤ等によりシリコンウエハ表面に絶縁膜を形成するＣＶＤ工程である。ステップＳ２０３はシリコンウエハ上に電極膜を蒸着等の工程で形成する電極形成工程である。ステップＳ２０４はシリコンウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込み工程である。
【００８４】
ＣＶＤ工程もしくは電極形成工程の後で、ステップＳ２０９に進み、ＣＭＰ工程を行うかどうかを判断する。行わない場合はステップＳ２０６に進むが、行う場合はステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５はＣＭＰ工程であり、この工程では、本発明に係る研磨装置を用いて、層間絶縁膜の平坦化や、半導体デバイスの表面の金属膜（Ｃｕ膜等）の研磨によるダマシン（damascene）の形成等が行われる。
【００８５】
ＣＭＰ工程または酸化工程の後でステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６はフォトリソ工程である。フォトリソ工程では、シリコンウエハへのレジストの塗布、露光装置を用いた露光によるシリコンウエハへの回路パターンの焼き付け、露光したシリコンウエハの現像が行われる。さらに次のステップＳ２０７は、現像したレジスト像以外の部分をエッチングにより削り、その後レジスト剥離を行い、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くエッチング工程である。
【００８６】
次にステップＳ２０８で必要な全工程が完了したかを判断し、完了していなければステップＳ２００に戻り、先のステップを繰り返して、シリコンウエハ上に回路パターンが形成される。ステップＳ２０８で全工程が完了したと判断されればエンドとなる。
【００８７】
本発明に係る半導体デバイス製造方法では、ＣＭＰ工程において本発明に係る研磨装置を用いているため、研磨状況のモニタのための測定光によるＣｕ膜の錆などの問題が生ずるおそれを低減又はなくすことによって、歩留りを向上させることができ、それにより従来の半導体デバイス製造方法に比べて低コストで半導体デバイスを製造することができるという利点が得られる。また、本発明に係る半導体デバイス製造方法では、この利点に代えて又はこの利点に加えて、研磨のスループットを向上させることができ、それにより従来の半導体デバイス製造方法に比べて低コストで半導体デバイスを製造することができるという利点が得られる。これにより、従来の半導体デバイス製造方法に比べて低コストで半導体デバイスを製造することができるという効果がある。
【００８８】
なお、上記の半導体デバイス製造プロセス以外の半導体デバイス製造プロセスのＣＭＰ工程に本発明に係る研磨装置を用いても良い。
【００８９】
本発明に係る半導体デバイスは、本発明に係る半導体デバイス製造方法により製造される。これにより、従来の半導体デバイス製造方法に比べて低コストで半導体デバイスを製造することができ、半導体デバイスの製造原価を低下することができるという効果がある。
【００９０】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００９１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、研磨状況のモニタのための測定光が研磨対象物に与える影響を低減するか又はなくすことができる研磨状況モニタ方法及びその装置、及びこれを用いた研磨装置を提供することができる。
【００９２】
また、本発明によれば、研磨状況のモニタのための測定光によるＣｕ膜の錆などの問題が生ずるおそれを低減又はなくすことによって、歩留りを向上させることができ、それにより従来の半導体デバイス製造方法に比べて低コストで半導体デバイスを製造することができる半導体デバイス製造方法、及び低コストの半導体デバイスを提供することができる。
【００９３】
さらに、本発明によれば、研磨対象物の研磨位置への又は研磨位置からの搬送と、基準信号の取得やダークノイズの計測とを並行して行うことができ、研磨のスループットを向上させることできる研磨状況モニタ装置を提供することができる。
【００９４】
さらにまた、本発明によれば、研磨のスループットを向上させることができ、それにより従来の半導体デバイス製造方法に比べて低コストで半導体デバイスを製造することができる半導体デバイス製造方法、及び低コストの半導体デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  参考例１による研磨装置を模式的に示す概略構成図である。
【図２】ウエハに対する測定光の照射パターンの一例を示すタイムチャートである。
【図３】ウエハに対する測定光の照射パターンの他の例を示すタイムチャートである。
【図４】  参考例２による研磨装置を模式的に示す概略構成図である。
【図５】  本発明の第１の実施の形態による研磨装置を模式的に示す概略構成図である。
【図６】本発明の更に他の実施の形態による半導体デバイス製造プロセスを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  研磨部材
２  研磨対象物（ウエハ）
３  研磨対象物保持部（ウエハホルダ）
５  研磨定盤
６  研磨体（研磨パッド）
９  研磨制御部
１０  測定光学系
１１  信号処理部
１２  表示部
１３  シャッタ機構
１３ａ  遮光部材
１３ｂ  モータ
１４  シャッタ機構制御部
２１  光源
３４  光源制御部
４１  制御部
４２  レファレンスミラー
４３，４５  モータ
４４  ダークノイズ計測部材
【図１】
0004810728.tif 000002
【図２】
0004810728.tif 000003
【図３】
0004810728.tif 000004
【図４】
0004810728.tif 000005
【図５】
0004810728.tif 000006
【図６】
0004810728.tif 000007