(57)【要約】【課題】本発明は、設備が簡単で検出精度を向上させることができるウェーハ研磨装置の研磨終点検出装置を提供する。【解決手段】研磨終点検出装置１２は、Ｃｕ膜を検出した際に研磨終点を判断する。フィルタ４４はａ波長域の光のみを透過し、フィルタ４６はｂ波長域の光のみを透過する。コンピュータ３６は、ウェーハＷが研磨されてＣｕ膜が露出すると、反射光の光強度がＸ、Ｙに変化するので、これに基づき研磨の終点判定を行う。この時、終点判定を行うための情報量としては、Ｘ、Ｙの２つの情報量を有しているので、Ｘは検出したがＹを検出できない場合には、終点に到達していないと判断し、研磨を継続させる。そして、Ｘ、Ｙ双方を検出した時に、終点に到達したと判断し、ウェーハ研磨装置１０の制御部２２に研磨終点信号を出力し、研磨工程を終了させる。【選択図】          図３
2005032790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハの研磨面に光を照射する投光手段と、
該投光手段から前記ウェーハの研磨面に照射された光の反射光を受光する受光手段と、
該受光手段によって受光された前記反射光を複数の光路に光を分ける手段と、
該光を分ける手段によって分けられた複数の光路毎に設けられ、ウェーハの膜種に対応した波長域の光のみを取り出す、複数の特定波長域光取出手段と、
前記複数の特定波長域光取出手段によって取り出された光を、各波長域毎に光強度に応じた電気信号に変換し、各波長域毎の光強度信号として出力する複数の光電変換手段と、
該複数の光電変換手段から出力された各波長域毎の光強度信号に基づいて研磨終点を判定する終点判別手段と、
を有することを特徴とするウェーハ研磨装置の研磨終点検出装置。
【請求項２】
前記特定波長域光取出手段は、前記ウェーハの膜種に対応した波長域の光のみを透過させる、透過波長域の異なる複数のフィルタ、又はプリズム、若しくは回折格子であることを特徴とする請求項１に記載のウェーハ研磨装置の研磨終点検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学的機械研磨法（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ  ）によって半導体ウェーハを研磨する、ウェーハ研磨装置の研磨終点検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＭＰによるウェーハの研磨は、回転する研磨パッドにウェーハを回転させながら所定の圧力で押し付け、その研磨パッドとウェーハとの間にメカノケミカル研磨剤（スラリー）を供給することによって行われる。このＣＭＰの主な目的は、ウェーハ上のＩＣ回路の表面に形成される段差を除去し、ＩＣ回路の高密度化の達成を容易にすること、及び不要な膜厚の層を除去することにある。
【０００３】
この際、ＩＣ回路を形成する各層の膜厚は非常に小さく、前記段差が除去された後にも、僅かの膜厚を残していたりすることもある。したがって、不要な膜を除去した時点でＣＭＰを停止させるＣＭＰの終点検出は非常に重要である。特に、装置稼働率の向上、生産性の向上等の観点より、ＣＭＰ処理中での終点検出がなされることが多く、そのための各種手段が提案されている。
【０００４】
従来の終点検出手段としては、投光装置からウェーハの研磨面に光を照射し、その反射光の分光強度分布を測定することにより研磨終点を検出するものが知られている（特許文献２）。すなわち、ウェーハの膜種に応じて分光強度が異なるため、分光強度の変化を検出することにより終点検出を行う。この場合、投光装置としては、レーザ光等の単波長の光、又は白色光等の広域の波長域を有する光が使用されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２９１６８６号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２０００−１８６９１８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、投光装置としてレーザ光等の単波長の光を使用したものは、終点検出を簡易な設備で実施できるものの、分光強度を得るための情報量が不足しているため、高い検出精度を得ることができないという欠点があった。
【０００８】
また、投光装置として白色光分光器を使用すると、情報量は多くなることから検出精度は上がるが、設備として複雑になるという欠点があった。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、設備が簡単で検出精度を向上させることができるウェーハ研磨装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために、ウェーハの研磨面に光を照射する投光手段と、該投光手段から前記ウェーハの研磨面に照射された光の反射光を受光する受光手段と、該受光手段によって受光された前記反射光を複数の光路に光を分ける手段と、該光を分ける手段によって分けられた複数の光路毎に設けられ、ウェーハの膜種に対応した波長域の光のみを取り出す、複数の特定波長域光取出手段と、前記複数の特定波長域光取出手段によって取り出された光を、各波長域毎に光強度に応じた電気信号に変換し、各波長域毎の光強度信号として出力する複数の光電変換手段と、該複数の光電変換手段から出力された各波長域毎の光強度信号に基づいて研磨終点を判定する終点判別手段と、を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、ウェーハの研磨面に投光手段から光を照射し、その反射光を受光手段によって受光する。この場合、投光手段としては、広域の波長域を有する白色光が好ましい。次に、受光した光を、光を分ける段によって複数の光路に分け、そして、これらの光路毎に設けられた特定波長域光取出手段によって、ウェーハの膜種に対応した波長域の光のみを取り出す。特定波長域光取出手段は、ウェーハの膜種に対応した波長域の光のみを透過させる、透過波長域の異なるフィルタ、又はプリズム、若しくは回折格子（グレーティング）である。複数の特定波長域光取出手段によって取り出された光を、光毎に複数の光電変換手段によって各波長域毎に光強度に応じた電気信号に変換し、各波長域毎の光強度信号として終点判別手段に出力する。終点判別手段は、複数の光電変換手段から出力された各波長域毎の光強度信号に基づいて研磨終点を判定する。すなわち、本発明は、分けた光路の数に対応した複数の情報量に基づいて研磨終点を判定する装置なので、簡単な設備で済み、且つ検出精度が向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明に係るウェーハ研磨装置の研磨終点検出装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００１３】
図１は、実施の形態のウェーハ研磨装置１０及び研磨終点検出装置１２の構成を示したブロック図である。
【００１４】
ウェーハ研磨装置１０は、図示しないモータに駆動されて水平に回転するプラテン１４と、このプラテン１４の表面に貼着された研磨パッド１６と、ウェーハＷを保持して研磨パッド１６に所定の圧力で押し付けるウェーハ保持ヘッド１８と、研磨パッド１６の表面にスラリを供給するスラリ供給ノズル２０と、装置全体の駆動を統括制御する制御部２２とによって構成されている。
【００１５】
プラテン１４は、円盤状に形成されるとともに所定の位置に観測孔２４が開口されている。観測孔２４は、プラテン１４を貫通して形成され、その上端開口部に対応する研磨パッド１６には透明な観測窓２６が取り付けられている。
【００１６】
ウェーハ保持ヘッド１８は、プラテン１４の回転中心から偏心した位置でウェーハＷを研磨パッド１６に押圧するとともに、図示しないモータに駆動されて水平に回転する。また、このウェーハ保持ヘッド１８は、図示しない昇降手段に駆動されることにより、研磨パッド１６に対して垂直に昇降する。
【００１７】
ウェーハＷの研磨は、ウェーハ保持ヘッド１８で保持したウェーハＷを研磨パッド１６に所定の圧力で押し付け、その研磨パッド１６とウェーハＷとを回転させながら、スラリ供給ノズル２０から研磨パッド１６にスラリを供給することにより行われる。
【００１８】
研磨終点検出装置１２は、主として照射・受光光学系２８、２分岐ライトガイド３０、光源ユニット３２、光分器３４及びコンピュータ３６によって構成されている。
【００１９】
照射・受光光学系２８は、図示しないブラケットに支持されて観測孔２４の下方位置に設置される。この照射・受光光学系２８は、図２の如くレンズ鏡筒３８と、そのレンズ鏡筒３８内に設置された集光レンズ４０とで構成されている。
【００２０】
図１の２分岐ライトガイド３０は、多数本の光ファイバーを結束して構成されたもので、途中部分において２本に分岐されている。分岐された１本目のライトガイド３０Ａは照射側ライトガイドとして光源ユニット３２に接続され、２本目のライトガイド３０Ｂは受光側ライトガイドとして光分器３４に接続される。また、２分岐ライトガイド３０の結束端部３１は、図２の如く照射・受光光学系２８に接続される。
【００２１】
図１に示した光源ユニット３２は、ハロゲンランプを内蔵しており、このハロゲンランプからの白色光が照射側ライトガイド３０Ａを介して照射・受光光学系２８に導かれる。そして、その２分岐ライトガイド３０から出射された白色光が照射・受光光学系２８の集光レンズ４０で集光されたのち、プラテン１４に形成された観測孔２４から観察窓２６を介して研磨パッド１６上のウェーハＷの研磨面（下面）に照射される。そして、その反射光が照射・受光光学系２８の集光レンズ４０で集光されて２分岐ライトガイド３０へと導かれ、受光側ライトガイド３０Ｂを介して光分器３４へと導かれる。
【００２２】
光分器３４は、受光側ライトガイド３０Ｂによって導かれた反射光を複数の光路に光を分けるとともに、その分けた光を所定のフィルタに通過させることにより、２つの波長域の光を取得し、そして、取得した２つの波長域の光を、各波長域毎に光強度に応じた電気信号に変換し、各波長域毎の光強度信号としてコンピュータ３６に出力する。
【００２３】
光分器３４は図３の如く、ビームスプリッタ（光を分ける手段）４２、フィルタ（特定波長域光取出手段）４４、４６、アレイ受光素子４８、５０等によって構成されている。受光側ライトガイド３０Ｂによって光分器３４に導かれた反射光は、ビームスプリッタ４２によって２つの光路Ａ、Ｂに光が分けられ、光路Ａの光はフィルタ４４に、光路Ｂの光はフィルタ４６にそれぞれ導かれる。
【００２４】
実施の形態の研磨終点検出装置１２は、Ｃｕ膜を検出した際に研磨終点を判断する装置である。この場合、Ｃｕ膜は図４において、反射光の波長がａ波長域の光であると、Ｘ値の強度を有することが知られており、また、反射光の波長がｂ波長域の光であると、Ｙ値の強度を有することが知られている。
【００２５】
そこで、フィルタ４４としてはａ波長域の光のみを透過させるフィルタが使用され、フィルタ４６としてはｂ波長域の光のみを透過させるフィルタが使用されている。これらのフィルタ４４、４６を透過した、そのａ、ｂ波長域の光は、アレイ受光素子４８、５０に結像される。アレイ受光素子４８、５０に結像された光は、アレイ受光素子４８、５０によって各波長域毎に光強度に応じた電気信号に変換され、各波長域毎の光強度信号としてコンピュータ３６に出力される。
【００２６】
コンピュータ３６は、光分器３４から出力された反射光の各波長域毎の光強度信号に基づいて研磨の終点判定を行う。すなわち、ウェーハＷが研磨されてＣｕ膜が露出すると、反射光の光強度がＸ、Ｙに変化するので、コンピュータ３６は、これに基づき研磨の終点判定を行う。この時、終点判定を行うための情報量としては、Ｘ、Ｙの２つの情報量を有しているので、例えば、Ｘは検出したがＹを検出できない場合には、終点に到達していないと判断し、研磨を継続させる。そして、Ｘ、Ｙ双方を検出した時に、終点に到達したと判断し、ウェーハ研磨装置１０の制御部２２に研磨終点信号を出力し、研磨工程を終了させる。
【００２７】
このように、実施の形態の研磨終点検出装置１２は、分けた光の光路Ａ、Ｂの数に対応した２つの情報量に基づいて研磨終点を判定するので、簡単な設備で済み、且つ検出精度が向上する。
【００２８】
なお、分ける光路の数は２つに限定されるものではなく、また、投光手段もハロゲンランプに限定されるものではない。複数波長域の光を照射するレーザ光照射装置、複数波長域の光を照射するＬＥＤ装置でも適用できる。
【００２９】
また、実施の形態では、特定波長域光取出手段として、ウェーハの膜種に対応した波長域の光のみを透過させる、透過波長域の異なるフィルタ４４、４６について説明したが、これに限られるものではなく、フイルタ４４、４６に代えてプリズム、若しくは回折格子（グレーティング）を適用することができる。
【００３０】
プリズムを適用した場合には、プリズムによって波長域毎に分散された光のうち、ウェーハの膜種に対応した波長域の光のみをＬＥＤ等の光電変換素子に受光させれば同様の効果を得ることができる。
【００３１】
また、回折格子を適用した場合には、回折格子も白色光を波長域毎の光に分散させる光学素子なので、プリズムの場合と同様に、波長域毎に分散された光のうち、ウェーハの膜種に対応した波長域の光のみをＬＥＤ等の光電変換素子に受光させればよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るウェーハ研磨装置の研磨終点検出装置によれば、分けた光路の数に対応した複数の情報量に基づいて研磨終点を判定するので、簡単な設備で済み、且つ検出精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態のウェーハ研磨装置及び研磨終点検出装置の全体構成図
【図２】図１に示したウェーハ研磨装置の研磨パッド及び照射・受光光学系の断面図
【図３】図１に示した光分器の構成を示したブロック図
【図４】Ｃｕ膜における反射光の波長と強度との関係を示したグラフ
【符号の説明】
１０…ウェーハ研磨装置、１２…研磨終点検出装置、１４…プラテン、１６…研磨パッド、１８…ウェーハ保持ヘッド、２０…スラリ供給ノズル、２２…制御部、２４…観測孔、２６…観測窓、２８…照射・受光光学系、３０…２分岐ライトガイド、３２…光源ユニット、３４…光分器、３６…コンピュータ、３８…レンズ鏡筒、４２…ビームスプリッタ、４４、４６…フィルタ、４８、５０…アレイ受光素子
【図１】
2005032790.tif 000003
【図２】
2005032790.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005032790.tif 000006