(57)【要約】【課題】研磨終点を正確に検出することができる化学的機械研磨装置の研磨終点検出装置を提供する。【解決手段】研磨前、ブリュースター角（ウエハ３の表面に露出している被研磨膜と研磨スラリーとの屈折率で決まる）に相当する傾きをウエハ３表面の法線に対してもつ光源７から測定光１２を出射し、ウエハ３の表面から反射光を、該反射光のｓ偏光波を除去するように偏光軸を配置した偏光板１５を通過させ、受光器８に入射した反射光により光電変換する。この構成によって、被研磨膜と屈折率が異なる膜が露出した場合、ブリュースターの条件を満たさないため、ウエハ３からの反射波にｐ偏光波が含まれる。よって、このｐ偏光波の光強度変化により研磨終点を検出することができる。【選択図】図１
2005294365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学的機械研磨法によりウエハを研磨するウエハ研磨装置に用いられる研磨終点検出方法であって、
ウエハ表面に対してほぼ垂直に入射される光学式研磨終点検出装置の光源から出射した平行光を、ウエハ表面法線方向に対してブリュースター角（研磨スラリーと被研磨膜の屈折率から決まる、表面反射光にｐ偏光波が含まれなくなる角度）で斜めに照射し、ウエハの表面から反射されたｓ偏光波を偏光素子を用いて除去することを特徴とする研磨終点検出方法。
【請求項２】
ウエハ表面上のそれぞれの膜の屈折率と前記研磨スラリーの屈折率で決まる前記ブリュースター角に測定光を照射するように調整された前記研磨終点検出装置を複数個備え、かつウエハ表面に対し入射角の異なる測定光をウエハ表面上の同一領域に照射することを特徴とする請求項１記載の研磨終点検出方法。
【請求項３】
化学的機械研磨法によりウエハを研磨するウエハ研磨装置における研磨終点検出装置であって、
光源の発する光を平行な測定光とするための凸レンズと、ウエハ表面法線方向となす角度がブリュースター角（研磨スラリーと被研磨膜の屈折率から決まる、表面反射光がｓ偏光波を含まなくなる角度）となる角度で測定光をウエハ表面に照射するように光源およびレンズと、ウエハ表面からの反射光のｓ偏光波を除去するための偏光素子と、反射光強度を電気信号変化に変換するための光電変換素子とを備えたことを特徴とする研磨終点検出装置。
【請求項４】
ウエハ表面上のパターンを構成する膜の屈折率と前記研磨スラリーの屈折率で決まる各々のブリュースター角に相当する傾きを持った２つの測定光を、ウエハ表面同一領域に照射するように前記光源および前記レンズを配置し、それぞれの反射光からのｓ偏光波を除去するための偏光板を２対備えたことを特徴とする請求項３記載の研磨終点検出装置。
【請求項５】
研磨の進行に伴う２種類のウエハ上の膜からの反射光強度の比を取り、ウエハの表面反射率の変化を拡大することにより精度を高めることを特徴とする請求項４記載の研磨終点検出装置。
【請求項６】
２つの受光器からの出力の比を計算する演算回路を備え、前記演算回路の出力を研磨終点検出回路に入力し、時間に対する２つの受光器からの出力比に基づき研磨終点を検出することを特徴とする請求項４記載の研磨終点検出装置。
【請求項７】
光源から出射した平行光の角度を可変にし、ウエハからの反射光を受光できるように受光器側に受光角度と位置とを変える機構を備えたことを特徴とする請求項４記載の研磨終点検出装置。
【請求項８】
前記研磨終点検出装置において光源として１点から光を発し、かつウエハ表面への測定光入射角が１５°から４５°までの範囲の光源と、受光器として任意の反射角の測定光の強度を検出できるリニア電荷結合素子とを備えたことを特徴とする請求項３記載の研磨終点検出装置。
【請求項９】
前記研磨終点検出装置において平行光を得るための光源と凸レンズとに代えて、レーザ光源を備えたことを特徴とする請求項３記載の研磨終点検出装置。
【請求項１０】
化学的機械研磨法によりウエハを研磨するウエハ研磨装置に用いられる研磨終点検出方法にて用いて製作される半導体装置であって、
請求項１記載の研磨終点検出方法により製作されたことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエハ研磨装置の研磨終点検出方法，研磨終点検出装置、それらによって製作された半導体装置に係り、特に化学的機械研磨法（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing ）によってウエハを研磨するウエハ研磨装置の研磨終点検出の技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路装置の高集積化、高機能化及び高速化を実現するため、配線の微細化が急速に進んでいる。一方、配線の微細化のためには、高解像度を得るために、高開口率のレンズを使ったステッパーを必要とする。
【０００３】
しかし、高開口率のレンズの使用は、フォトリソグラフィーの焦点深度マージンを小さくし、ウエハ上の段差がリソグラフィーの焦点ずれを引き起こす。そのため、配線微細化の進んだプロセスにおいてはウエハ表面の高い平坦度が要求される。この要求を満たすため、化学的機械研磨が広く用いられている。
【０００４】
化学的機械研磨によって半導体集積回路装置の平坦化を行う場合、研磨時間を固定する方法では設備、あるいは消耗資材の状態変化によって起こる研磨速度の変動、あるいは被研磨膜の初期堆積膜厚の変動などの影響を受けるため、研磨後の残膜厚にばらつきが生じるという問題がある。
【０００５】
そこで正確な研磨後残膜厚を得るため、残膜厚を測定しながら研磨を行い、目標の残膜厚で研磨を停止する研磨終点検出法が利用されている（特許文献１，２参照）。
【０００６】
例えば化学的機械研磨の研磨終点検出法の一つとして、図８に示すような光学式研磨終点検出装置が使用されている。
【０００７】
図８において、１は研磨布、２は研磨定盤、３はウエハ、４はウエハを保持するキャリア、５は研磨スラリー供給系、６は研磨定盤回転軸、７は研磨終点検出用の光源、８は受光器、９は研磨終点検出用の光源駆動回路、１０は分光器と光電変換回路、１１は信号処理回路、１２は測定光、１３は測定光通過のための窓、１４はスラリーを示す。
【０００８】
図８の光学式研磨終点検出装置は、ウエハ３の表面に対して、ほぼ垂直に測定光１２を照射し、反射光の強度とスペクトルの変化を分析して研磨終点の検出を行うものである。受光器８に入射する反射光は、ウエハ３の表面に堆積された膜の表面からの反射光と下地シリコン基板からの反射光とを加えたものである。
【０００９】
研磨が進むと、ウエハ３の表面上の誘電体膜の厚さの変化によって反射光が干渉し、反射光の強度は周期的に変化する。光学式研磨終点検出法は、光の干渉による反射光の強度変化を所定の研磨終点検出アルゴリズムに従って演算処理し、研磨終点検出を行うものである（特許文献１参照）。
【特許文献１】特許２００２−１９８３４２号公報
【特許文献２】特開平１０−２７０３９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、前記構成の光学式研磨終点検出装置では、ウエハ上のパターン密度の違いによる研磨終点検出のバラツキが避けられない。
【００１１】
図９（ａ）〜（ｄ）はパターン密度が研磨終点検出に与える影響を説明する図である。
【００１２】
図９（ａ）は窒化珪素膜（以下、Ｓｉ３Ｎ４膜と表記）と高密度プラズマＮＳＧ膜(以下、ＨＤＰ−ＮＳＧ膜と表記)との２種類の膜種からなり、それぞれの膜種のパターン占有率が均等なウエハを表している。
【００１３】
図９（ｃ）は図９（ａ）のウエハを研磨したときの研磨時間とウエハからの反射光強度の変化を表す。また図９（ｂ）は、Ｓｉ３Ｎ４膜とＨＤＰ−ＮＳＧ膜との表面積占有比率が約３：１となったウエハを表し、図９（ｄ）は図９（ｂ）のウエハを研磨したときの研磨時間とウエハからの反射光強度の変化を表している。
【００１４】
図９（ｃ），（ｄ）から、図９（ｂ）のウエハを研磨した場合のＳｉ３Ｎ４膜からの表面反射光強度IＳｉ３Ｎ４は、図９（a）のウエハを研磨した場合のＳｉ３Ｎ４膜からの表面反射光強度IＳｉ３Ｎ４に比べて、１．５倍の強度となり、逆に図９（ｂ）のウエハを研磨した場合のＨＤＰ-ＮＳＧ膜のからの表面反射光強度IＨＤＰ-ＮＳＧは、図９（a）のウエハを研磨した場合のＨＤＰ-ＮＳＧ膜からの表面反射光強度IＨＤＰ-ＮＳＧに比べて０．５倍となる。
【００１５】
図９（c），（d）において、ウエハからの表面反射光強度IＨＤＰ-ＮＳＧ＋Ｓｉ３Ｎ４は、Ｓｉ３Ｎ４膜からの表面反射光強度IＳｉ３Ｎ４とＨＤＰ-ＮＳＧ膜からの表面反射光強度IＨＤＰ-ＮＳＧとを加えたものであるが、図９（ｄ）のＩＳｉ３Ｎ４＋ＨＤＰ-ＮＳＧは図９（ｃ)のＩＳｉ３Ｎ４＋ＨＤＰ-ＮＳＧと形状が異なる。
【００１６】
例えば、表面反射光の強度の時間微係数が負になった時点を研磨終点とするアルゴリズムによって動作する研磨終点検出装置では、図９（ｃ)ではＡ点で研磨が終了するのに対して、図９（ｄ）ではＢ点で研磨が終了する事になる。すなわち、Ｂ点はＡ点と比べて早い時点で研磨が終了するので、図９（ｂ）のウエハの方が図９（ａ）のウエハに比較して、残膜厚が厚く残ることになる。
【００１７】
このような理由で、従来の光学的研磨終点検出装置では研磨後の残膜厚にパターンの依存性が発生する。
【００１８】
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであり、研磨中あるいは研磨後に２種類以上の膜が露出するパターンウエハの化学的機械研磨における研磨終点検出装置のもつ研磨後残膜厚のパターン依存性を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記課題を解決するため、本発明の化学的機械研磨用終点検出装置は、研磨終点検出用の測定光をウエハ表面にブリュースター角（Brewster angle）θｂで入射させる。ブリュースター角θｂとは以下の式（数１）で定義される。
【００２０】
【数１】
2005294365.tif 000003
図１０はブリュースター角の説明図であり、横軸は入射角度、縦軸は反射率を表す。図１０中のｓ偏光波とは入射面に対して電界の振動面が平行な偏光波、ｐ偏光波とは入斜面に対して電界の振動面が垂直な偏光波を表す。屈折率ｎ１の空気から屈折率ｎ２の液体に光束が界面の法線に対して、ある角度θで入射していたものとする。
【００２１】
図１０中のｐ偏光波成分の反射率は、ブリュースター角θｂで零となることが分かる。よって、図１１に示すように、ウエハ表面に２種類の屈折率の異なる膜が存在する場合、どちらかの一方の膜種に対するブリュースター角に測定光の入射角を合わせ、さらに反射光をｓ偏光波が通過しない偏向角で設置した偏光板を通して受光器に入射させる。これによって、ブリュースター角θｂに入射角を合わせた方の表面反射光は、偏光板で遮られるため、２つの膜種から来た光を分離することができる。
【００２２】
本発明の研磨用終点検出装置は、研磨中のウエハ表面に測定光を照射する光源，偏光フィルタ，反射光を捕らえる受光系を備え、光源をウエハ上の２種類の膜種の内、一方の膜種と空気の屈折率で決まるブリュースター角でウエハ表面に入射させ、その反射光からｓ偏光波が通過しない所定の角度で偏光板を設置して、受光器に入射させる構成とするものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ウエハ表面に下地膜が露出した時点における表面反射光の強度変化を研磨終点として検出するものであるため、パターンにより研磨後残膜が異なるパターン依存性の影響を受けにくく、正確な研磨終点検出が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００２５】
本発明を実施する場合、化学的機械研磨装置の他に、膜の屈折率に合わせて計算されたブリュースター角に相当する傾斜角でウエハに入射する測定光源と、反射光のｐ成分を除去する偏光板と、反射光を受ける受光器とを研磨定盤に組み込むことが必要である。
【００２６】
前記説明では、ウエハ表面は空気と接していると仮定しているが、実際は研磨布に設けた測定光通過用の窓材あるいは研磨スラリーと接している。そのため研磨スラリーの屈折率を水の屈折率とほぼ等しいと考えて１．３とし、ＨＤＰ−ＮＳＧの屈折率を１．５として計算されたブリュースター角４８．４°の傾きをウエハの法線方向に対してつけて、ウエハパターン面に光を入射させるとよい。
【００２７】
図１は本発明の実施形態１を説明するための研磨終点検出装置の構成図であり、１は研磨布、２は研磨定盤、３はウエハ、７は光源、８は受光器、１２は測定光、１３は研磨終点検出用の測定光を通過する窓、１５は偏光板を示す。
【００２８】
実施形態１において、まず、ウエハ３表面の法線方向に対して研磨スラリーとＳｉ３Ｎ４膜の屈折率で決まるブリュースター角θｂの傾斜をもつ光源７より測定光１２が照射される。この光源のスペクトルに制限はない。
【００２９】
測定光１２は光源に組み込まれた凸レンズ（図示せず）によって所定の断面積に絞られている。光源としてはレーザを用いてもよい。測定光１２のスポット径の大きさに制約はない。測定光１２は、研磨定盤２に設けられた光学窓１３を通過し、ウエハ３表面で反射される。このとき、測定光１２が光学窓１３により散乱されるのを避けるため、光学窓１３の表面は平坦である必要がある。
【００３０】
ここで浅溝素子分離への応用の場合、研磨初期段階でウエハ表面全体がＨＤＰ−ＮＳＧ膜で覆われており、測定光１２はＨＤＰ−ＮＳＧ膜に対するブリュースターの条件を満たしていないため、反射光はｓ偏光波とｐ偏光波成分を含む。研磨が進行して、ウエハ表面にＨＤＰ−ＮＳＧ膜とＳｉ３Ｎ４膜が露出すると、反射光に占めるｐ偏光波成分の大きさが変化する。この反射光は偏光板１５を通して受光器８に入り、電気信号に変換される。
【００３１】
偏光板１５はウエハ３からの反射光のｓ偏光波成分を除去する偏光角で配置されている。反射光のｐ偏光成分の強度の変化からＳｉ３Ｎ４膜の露出を検知することができ、研磨終点検出を行うことができる。
【００３２】
図２は本発明の実施形態２である２つのブリュースター角の傾きをもった２つの光源を用いた研磨終点検出装置の構成図であり、１は研磨布、２は研磨定盤、３はウエハ、１３は研磨布に設けられた測定光通過のための光学窓、１６は第一光源駆動回路、１７は第二光源駆動回路、１８は第一光源、１９は第二光源、２０は第一光源１８から出射した光を集束し平行光とするための第一光源用レンズ、２１は第二光源１９から出射した光を集束し平行光とするための第二光源用レンズ、２２は第一測定光、２３は第二測定光、２４は第一測定光２２のｓ偏光波を取り除くための第一偏光板、２５は第二測定光２３のｓ偏光波を取り除くための偏光板、２６は第一測定光を集光し受光器に導く第一集光レンズ、２７は第二測定光を集光し受光器に導く第二集光レンズ、２８は第一受光器、２９は第二受光器、３０は第一受光器２８の電気出力を処理する第一光電変換回路、３１は第二受光器２９の電気出力を処理する第二光電変換回路、３２はウエハ表面散乱反射光だけを受光するための散乱光除去マスクである。
【００３３】
実施形態２において、２種類の測定光２２，２３を準備する。それぞれの光源１８，１９にて出射する光の波長に制限はない。光源１８，１９から出射した光は、それぞれレンズ２０，２１で絞られて平行度の高いビーム状にされ、ウエハ３に照射される。このとき、２つの測定光２２，２３はウエハ３上の同一領域に照射される。
【００３４】
第一測定光２２は、パターンを形成する２種類の膜の内の一方の膜の屈折率と研磨スラリーの屈折率で決まるブリュースター角に相当する傾きをウエハ３表面の法線方向に対して持っている。同様に第二測定光２３は、パターンを形成する他方の膜の屈折率と研磨スラリーの屈折率で決まるブリュースター角に相当する傾きをウエハ３の表面の法線方向に対して持って配置されている。
【００３５】
また、第一受光器２８は第一光源１８からの平行光だけを受光し、第二受光器２９は第二光源１９からの平行光だけを受光するように、対応するレンズ２６，２７がそれぞれ配置されている。
【００３６】
本実施形態を浅溝分離の化学的機械研磨への応用例によって、より具体的に説明する。
【００３７】
素子分離への埋め込み膜の種類をＨＤＰ−ＮＳＧとし、トレンチエッチングのときに使用するハードマスクをＳｉ３Ｎ４膜とする。この場合、それぞれの屈折率は１．５と２．０５であるので、屈折率１．３である研磨スラリーに対するブリュースター角θｂは、それぞれ４９．１°と５７．６°である。よって、第一測定光２２がウエハ３表面の法線に対して４９．１°の傾きを持つように第一光源１８を配置し、第二光源１９はウエハ３の法線に対して５７．６°の傾きで配置する。第一受光器２８は第一光源１８のブリュースター角のウエハ反射光成分だけを受光できるように配置され、同様に第二受光器２９は第二光源１９のブリュースター角のウエハ反射光成分だけを受光できるように配置される。
【００３８】
研磨の初期段階では、ウエハ３全面がＨＤＰ−ＮＳＧ膜で覆われているため、第一光源１８から出た第二測定光２３は、ウエハ３で反射するとき、電界の振動方向が入射面に対して平行なｓ偏光波だけとなる。ｓ偏光波だけからなる反射光は、第一偏光板２４ですべて除去されて、第一受光器２８に入射しない。第一受光器２８で検出される反射光は、ＨＤＰ−ＮＳＧ膜の下のシリコン基板からの成分だけになる。
【００３９】
また、第二光源１９から出射した第二測定光２３は、ウエハ３の表面で反射されるとき、ＨＤＰ−ＮＳＧ膜と研磨スラリーの屈折率で決まるブリュースター角θｂで入射しないため、反射光はｓ偏光成分の他に、光源からの光を１００％として１％程度のｐ偏光の表面反射成分を含む。この反射光は、第二受光器２９の前で第二偏光板２５によりｓ偏光成分が除去され、第二受光器２９にｐ偏光成分だけ入射する。その後、光電変換素子などによって光が電気信号に変換される。
【００４０】
研磨が進行し、ウエハ３の表面にＨＤＰ−ＮＳＧ膜とＳｉ３Ｎ４膜が露出すると、第一光源１８から出射した測定光２２のうち、ＨＤＰ−ＮＳＧ膜領域からの反射光はｓ偏光波成分だけを含むが、Ｓｉ３Ｎ４膜からの反射光はｓ偏光波成分の他にｐ偏光波の表面反射成分を含む。ｓ偏光波は、第一偏光板２４で除去されるため、第一受光器２８の出力はＳｉ３Ｎ４膜領域からのｐ偏光波の反射光成分を含む。
【００４１】
また、第二光源１９から出射した測定光２３の内、ウエハ３上のＨＤＰ−ＮＳＧ膜領域からの反射光は、ｓ偏光波成分とｐ偏光波成分を含み、Ｓｉ３Ｎ４膜からの反射光は、ブリュースター条件を満たしているため、ｓ偏光波成分だけからなる。よって、ｓ偏光波が第二偏光板２５で除去されるので、第二受光器２９の出力はＮＳＧ膜からのｐ偏光波の反射光成分だけとなる。
【００４２】
前記説明を図３に示す研磨量と受光器の検出光強度変化の関係図を用いて具体的に説明する。図３は浅溝素子分離の化学的機械研磨に本実施形態を応用した場合の研磨量と反射光強度の関係を示し、図３中、横軸は研磨量を表し、縦軸は反射光の強度を表している。
【００４３】
図３において、Ｉ１は第一受光器２８の出力であり、Ｉ２は第二受光器２９の出力である。研磨開始時はＨＤＰ−ＮＳＧ膜で全面が覆われていることから、第一光源１８から出射した光のウエハ反射光は、下地のウエハからのｐ偏光波の反射光が、入射光のｐ偏光波の２５％程度あるが、ブリュースター条件を満たしているため、表面からのｐ偏光波成分の反射光はない。すべて下層からの反射光である。
【００４４】
また、第二光源１９から出射した光のウエハ反射光は、入射光のｐ偏光波の２５％程度あるが、このうち、１％程度はＨＤＰ−ＮＳＧ膜の表面で反射されたものである。これは第二光源１９の傾きが、ＨＤＰ−ＮＳＧ膜とスラリーのブリュースター条件を満たしていないためである。よって、第二受光部１８からの出力は、ウエハの下地層からの反射光とＨＤＰ-ＮＳＧ膜表面からの反射成分との和である。
【００４５】
研磨が進んでＳｉ３Ｎ４膜が露出すると、第一光源１８から出射した光のうち、ＨＤＰ−ＮＳＧ膜部分で反射された光はｓ偏光波成分だけであるが、Ｓｉ３Ｎ４膜から反射された光はｐ偏光波を含む。すなわち、反射光にＳｉ３Ｎ４膜の露出分だけ、表面から反射されるｐ偏光波成分が加わる。
【００４６】
また、第二光源１９から出射した光のうち、ＮＳＧ膜で反射された光は、ｐ偏光波成分を含むが、Ｓｉ３Ｎ４膜で反射された光はｐ偏光波を含まない。よって、第二光源１９より出射した測定光は、ＨＤＰ-ＮＳＧ膜の面積が減った分、ｐ反射光が減少する。その減少の程度は、ウエハ上のＮＳＧ膜占有率を５０％とすると、入射光を１００％として０．５％程度である。
【００４７】
以上説明したように、研磨の進行に伴うＳｉ３Ｎ４膜の露出によって、第一測定光２２の反射光のｐ偏光波成分は０．５％減少し、第二測定光２３の反射光のｐ偏光波成分は０．５％増加する。
【００４８】
小さな変化であるが、第一測定光２２と第二測定光２３は同一点に照射されており、ウエハ下地からの反射光成分を電気的に除去（図３のＡの領域）すること、二つの強度の比を取ることで、さらに研磨終点検出が容易かつ安定となる。
【００４９】
図４は図３の表面以外からの反射光成分であるＡ領域を除去し、Ｉ１とＩ２の比をとることにより、Ｓｉ３Ｎ４膜の露出点での変化を大きくすることができることを説明するものである。いま、Ｉ１とＩ２の比の微係数が負になったとき（図４中のａ点）を研磨終点とするアルゴリズムであると、図４中のａ点が終点検出点となる。このような演算は図５に示す演算回路により行うことができ、研磨終点検出回路により研磨時間にフィードバックされる。
【００５０】
図６は本発明の実施形態３である任意の膜種に対応可能な研磨終点検出装置の構成図である。
【００５１】
図６において、１は研磨布、２は研磨定盤、３はウエハ、７は光源、８は受光器、１３は研磨定盤２の研磨終点検出光通過用の窓、１２は測定光、３３は光源７から出射した光を絞るためのレンズ、３４は測定光の角度を変えるための傾き調整機構であり、１５はウエハ３の表面からの反射光からｓ偏光波成分を除去する偏光板、３５はウエハ３からの反射光を集光する集光レンズ、３６は受光角度を調整する傾き調整機構、３７は受光器の位置を前後する受光器前後移動機構、３８は光源の測定光出射角度を変えるためのアクチュエータ、３９は受光角度を変化させるアクチュエータ、４０は受光器を前後するためのアクチュエータ、４１はそれぞれのアクチュエータを制御する制御装置である。
【００５２】
実施形態３では、被研磨膜のデータを入力すると、コンピュータを内蔵した制御装置４１により、光源７と受光器８は最適な配置にされる。このような構造とすることにより、任意の膜種のブリュースター角に対応でき、膜種に制限されない化学的機械研磨の研磨終点検出装置を構成することができる。
【００５３】
図７は本発明の実施形態４であるリニアＣＣＤ（電荷結合素子）を用いた任意の膜種に対応可能な研磨終点検出装置の構成図である。
【００５４】
図７において、１は研磨布、２は研磨定盤、３はウエハ、７は光源、９は光源駆動回路、１２は光源から照射された測定光、１３は測定光通過のための窓、１５は偏光板、４２はリニアＣＣＤ、４３はリニアＣＣＤ光信号処理回路、４４は信号演算回路である。
【００５５】
実施形態４では、光源７が、駆動回路９によって駆動されて、測定光１２をウエハ３に照射する。また本例の測定光１２は、一点から広がるものであって、ウエハ３の法線に対して７５°から４５°の角度でウエハ３に照射されている。反射光は偏光板１５を通してリニアＣＣＤ４２によって電気信号に変換される。ウエハ３からの反射光強度を反映した電気信号は位置情報を含んでおり、リニアＣＣＤ４２を構成する光電変換素子は、一つ一つが光源７とウエハ３の幾何学的な位置関係から決まるブリュースター角が割り付けられており、パターンを構成する膜の屈折率を指定すると、自動的に各々の膜のブリュースター角となるリニアＣＣＤ４２の光電変換素子における電気信号を取得するものである。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明に係る化学的機械研磨用光学式研磨終点検出装置は、研磨中に異なる膜の露出を正確に検知することができ、誘電体膜用化学的機械研磨装置の研磨終点検出装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施形態１を説明するための研磨終点検出装置の構成図
【図２】本発明の実施形態２である２つのブリュースター角の傾きをもった２つの光源を用いた研磨終点検出装置の構成図
【図３】本実施形態に係る研磨量と反射光強度変化の関係図
【図４】本実施形態に係る研磨量とウエハ上に存在する２種類の膜の反射光強度比の関係
【図５】本実施形態に係る２対の研磨終点検出装置を使用した場合の信号演算回路の構成を示すブロック図
【図６】本発明の実施形態３である任意の膜種に対応可能な研磨終点検出装置の構成図
【図７】本発明の実施形態４であるリニアＣＣＤを用いた任意の膜種に対応可能な研磨終点検出装置の構成図
【図８】従来の化学的機械研磨用光学式研磨終点検出装置の断面図
【図９】研磨終点検出のパターン依存性の説明図
【図１０】ブリュースター角に関する説明図
【図１１】屈折率の異なる２種類の膜が存在するウエハ表面からの反射光の説明図
【符号の説明】
【００５８】
１  研磨布
２  研磨定盤
３  ウエハ
４  キャリア
５  スラリー供給系
６  定盤回転軸
７  光源
８  受光器
９  光源駆動回路
１０  分光器と光電変換回路
１１  信号処理回路
１２  測定光
１３  測定光通過のための窓
１４  研磨スラリー
１５  偏光板
１６  第一光源駆動回路
１７  第二光源駆動回路
１８  第一光源
１９  第二光源
２０  第一光源用レンズ
２１  第二光源用レンズ
２２  第一測定光
２３  第二測定光
２４  第一偏光板
２５  第二偏光板
２６  第一集光レンズ
２７  第二集光レンズ
２８  第一受光器
２９  第二受光器
３０  第一光電変換回路
３１  第二光電変換回路
３２  散乱光除去マスク
３３  レンズ
３４  傾き調整機構（光源側）
３５  集光レンズ
３６  受光角度調整機構（受光器側）
３７  受光器前後移動機構
３８  傾き調整機構アクチュエータ（光源側）
３９  傾き調整機構アクチュエータ（受光側）
４０  受光器前後移動機構アクチュエータ
４１  アクチュエータ制御回路
４２  リニアＣＣＤ
４３  リニアＣＣＤ光信号処理回路
４４  信号演算回路
【図１】
2005294365.tif 000004
【図２】
2005294365.tif 000005
【図３】
2005294365.tif 000006
【図４】
2005294365.tif 000007
【図５】
2005294365.tif 000008
【図６】
2005294365.tif 000009
【図７】
2005294365.tif 000010
【図８】
2005294365.tif 000011
【図９】
2005294365.tif 000012
【図１０】
2005294365.tif 000013
【図１１】
2005294365.tif 000014