(57)【要約】化学機械研磨（ＣＭＰ）の際、ウェハ（１６）上の特定位置の、厚さや反射率等の、表面状況を判定する方法において、先ず、ウェハ表面上の測定サイトの場所を選択し、次に、測定サイト内の表面を、例えば窓（１４）を介して写真撮影（２２）し、次に、写真を解析する。これにより、正確な終点や正確なウェハ上の特定層の最終厚さが得られる。
2004507900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の測定サイトの場所を選択する工程と、
同測定サイト内の表面を写真撮影する工程と、
写真を解析して、それにより該表面の研磨状態を判定する工程と、
からなる目的物の表面の研磨状態を測定する方法。
【請求項２】
前記選択工程が、研磨されるべき面の配向を決める工程と、
研磨ヘッド上に目的物を装着する工程と、
該研磨ヘッドの相対位置をモニターする工程と、
からなる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記写真撮影する工程が、研磨盤内に窓を形成する工程と、
該窓を介して前記表面を照射する工程と、
ディジタル写真撮影をする工程と、
からなる請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記解析の工程が、パターン認識ソフトウェアを使用することによって必要な画素を判定する工程と、
該必要な画素を解析する工程と、
からなる請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記解析の工程が、前記研磨状態として反射率を判定する工程からなる請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記解析の工程が、前記研磨状態として色を判定する工程からなる請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記目的物を回転する工程と、
該回転と同期させた状態で写真撮影する工程と、
を更に含む工程からなる請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記研磨盤を回転する工程と、
該回転と同期させた状態で写真撮影する工程と、
を更に含む工程からなる請求項１に記載の方法。
【請求項９】
目的物と研磨盤とを回転させる工程と、
該回転に同期させた状態で写真撮影する工程と、
を更に含む工程からなる請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記選択工程が、前記研磨ヘッドの回転状況を実時間でモニターする工程と、
前記研磨ヘッドの移動状況を実時間でモニターする工程と、
前記研磨盤の回転状況を実時間でモニターする工程と、
からなる請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
表面の測定サイトの場所を選択する手段と、
同測定サイト内の表面を写真撮影する手段と、
写真を解析して、それにより該表面の研磨状態を判定する手段と、
からなる目的物の表面の研磨状態を測定する装置。
【請求項１２】
研磨されるべき面の配向を決める手段と、
前記研磨ヘッド上に目的物を装着する手段と、
該研磨ヘッドの相対位置をモニターする手段と、
を更に含む請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
窓を有する研磨盤と、
該窓を介して前記表面を照射する手段と、
ディジタル写真撮影をする手段と、
を更に含む請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
必要な画素を判定するためのパターン認識ソフトウェアと、該必要な画素を解析する手段と、
を更に含む請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
前記研磨状態として反射率を判定する手段を更に含む請求項１１に記載の装置。
【請求項１６】
前記研磨状態として色を判定する手段を更に含む請求項１１に記載の装置。
【請求項１７】
前記目的物を回転する手段と、
該回転と同期させた状態で写真撮影する手段と、
を更に含む請求項１１に記載の装置。
【請求項１８】
前記研磨盤を回転する手段と、
該回転と同期させた状態で写真撮影する手段と、
とから更になる請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
目的物と研磨盤とを回転させる手段と、
該回転に同期させた状態で写真撮影する手段と、
を更に含む請求項１１に記載の装置。
【請求項２０】
前記研磨ヘッドの回転状況を実時間でモニターする手段と、該研磨ヘッドの移動状況を実時間でモニターする手段と、
前記研磨盤の回転状況を実時間でモニターする手段と、
を更に含む請求項１１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、目的物の表面の研磨状態を測定するための方法と装置、特に化学機械研磨（ＣＭＰ）の際のウェハ表面の研磨状態を測定するための方法と装置、に関する。
【０００２】
発明の背景
集積回路は基板上、特にシリコンウェハ上に形成されるのが一般的である。集積回路は、導体、半導体、或いは絶縁体等の多様な層を成膜することにより形成される。各層の成膜後、エッチング等により、電気回路のフィーチャ（配線）が組み込まれる。一連の工程によって、基板の上面は平坦ではなくなる。従って、基板の表面は平坦化されて、殆ど平坦な表面を形成する必要がある。
【０００３】
例えば、そのような平坦化はＣＭＰによって達成される。ＣＭＰ工程の際に、基板はキャリア或いは研磨ヘッドに装着される。基板の露出面は研磨盤上の回転する研磨パッドに対して移動するのが一般的である。研磨スラリーは研磨パッド上に分散される。スラリーは研磨剤と少なくとも１つの化学反応剤とを含み、従って、研磨化学溶液はパッドとウェハとの間に供給されて研磨を最適化する。
【０００４】
一般的に、研磨の終点を見出す、或いは層の厚さを判定するために、ＣＭＰ工程を制御することが望まれる。
従来技術の制御工程では、ウェハの研磨前後の測定が、手動や自動フィードバック制御によってなされた。研磨の前後に直ちに濡れたウェハを測定することが可能なシステムは得られる。研磨前後の表面状態のモニタリングにより、研磨パラメータを変化させて、連続生産の際の研磨を最適化することは可能である。しかしながら、このような研磨前後の測定法には問題がある。最初の或いは最初の数枚のウェハはパラメータを最適化せずに研磨される。即ち、盲研磨である。更に、連続生産の際にウェハの外観は変化するので、研磨前後の測定法はこのような変化を考慮し得ない。
【０００５】
研磨の終点を正確に見出すために、複数の終点決定法を使用し得る。現在の方法は、温度、摩擦、振動、音響レベル、および周波数を測定する方法からなる。更に、反射率測定法等の種々の光学測定法も使用し得る。残念ながら、これらの方法はすべての材料に使用可能ではない。特に、酸化物を研磨する場合は問題である。本発明はこれらの或いは他の問題点や従来技術の限界を、軽減或いは回避するための方法や装置を提供することを目的としている。
【０００６】
好ましい実施例の詳細説明
本発明によると、目的物の表面の研磨状態の測定法は下記の工程からなる：表面の測定サイトの場所を選択する工程；測定サイト内の表面を写真撮影する工程；写真を解析し、それにより表面の研磨状態を判定する工程。
【０００７】
本発明の他の形態によると、目的物の表面の研磨状態の測定装置は下記を含む：表面の測定サイトの場所を選択する手段；測定サイト内の表面を写真撮影する手段；写真の解析及び表面の研磨状態を判定する手段。
【０００８】
図１で、研磨盤１０は研磨パッド１２を載せている。研磨盤１０と研磨パッド１２との中に窓１４を形成する。研磨ヘッド（不図示）に載ったウェハ１６が研磨パッド１２上に位置する。研磨盤１０の下には、光源２０と光検出器２２とを搭載したＸＹステージ１８が設けられている。図示した部品の別の配置も可能である。例えば、光源２０と光検出器２２とは相互により近接してもよいし、及び／或いはウェハ１６に対して、図１の図示よりも異なる角度で配置されていてもよい。光学特性を変化させるために配置を変化させてもよい。更に、光源２０と光検出器２２とをウェハ１６に対して更に近接させることも可能である。これにより、多様な研磨法が可能になる。
【０００９】
本発明の好ましい実施例によると、ウェハ１６の表面は、研磨ヘッドに搭載される前に配向が決められる。研磨ヘッドは１つでも複数でもよい。
研磨ヘッドの回転及び／或いは平行移動の状況は、研磨ヘッドや研磨ヘッドのシャフト上に含まれる装置によってモニターされる。更に、装置は、研磨盤１０の実時間での回転状況をモニターするために、研磨盤１０中にも含まれることも可能である。従って、研磨ヘッドの実時間での回転状況、研磨ヘッドの実時間での平行移動状況、及び、研磨盤１０の実時間での回転状況、が分かる。
【００１０】
結局、研磨工程の際のすべての時間における、ウェハ１６のすべての場所の状況、及びウェハ１６の、研磨盤１０上のすべての場所との状況との関係が予測し得る。この情報は、数ミリメータ内で測定されるべき測定サイト２４（測定サイト２４、図２，３）の位置を決めるために使用される。研磨盤１０と研磨パッド１２との中の、ウェハ１６と窓１４との相関する状況を知ることにより、ウェハ１６上の測定サイト２４が窓１４の上にある時が分かる。ウェハ１６上の測定サイト２４が、パッド１２中の窓１４の上にある時に、窓１４を介して、好ましくは高解像度ディジタルカメラ２２を使用して、ウェハ１６の表面が写真撮影される。通常の研磨工程では１分間に１５〜２００回転するので、カメラ２２は高速度カメラでなければならない。従って、実時間においての特定された測定サイト２４の写真撮影の時間は非常に短い。光捕捉システムの前端に顕微鏡を使用してもよい。明解な写真を得るために、ウェハ１４上の測定サイト２４は光源によって照射される。
【００１１】
精密な位置決めのために、光源２０と光検出器２２とは小型のＸＹステージ１８上に搭載されることが望ましい。搭載される光源２０とカメラ２２との位置関係は自由で、ウェハ１６を好都合に見出し得ればよい。
【００１２】
研磨パッド１２中の窓１４は、使用される光の波長に対して透明であることは重要である。更に、光の挙動に及ぼす研磨スラリーの影響も考慮しなければならない。短波長光の光解像度は良いので、短波長光を使用することが望ましい。しかしながら、波長は窓の材質やスラリー中の化学組成と両立しなければならない。
【００１３】
ウェハ１６の、測定サイトを含むと予測された部分の写真撮影の後、写真は解析される。その解析のために、写真はパターン認識ソフトウェアを有するコンピュータに送付されて正確な測定場所が決定される。次に、関係のある適当な画素が解析される。画素の解析により、例えば、反射率や色の情報が得られる。反射率は、金属研磨工程の際の終点を判定するために使用される。終点は、金属層の除去によって反射率が変化した時である。解析される領域の色を判定することによって、酸化物層や窒化物層の厚さが分かる。
【００１４】
本発明の多様な実施例において、多くの変形が可能である。例えば、ウェハ上の複数の地点の同時測定も可能であり、これはコンピュータとビデオ撮影との速度によってのみ制限される。
【００１５】
図２は、研磨されるウェハ１６の代表的な表面の概略図である。領域２６、２８、３０、３２、３４、はウェハ１６上の異なった回路フィーチャの代表点である。数２４は、研磨中に解析される測定サイトを表す。パッド１２中の窓１４を介した写真撮影の後、この広域写真はパターン認識ソフトウェアによって解析される。
【００１６】
図３は測定サイト２４の拡大図である。パターン認識ソフトウェアを基に、微細な配列が達成され、規定された領域内の必要な画素の、例えば、色や強度が記憶される。スペクトル解析、色変化の速度、色、強度、等の記憶された情報が適切に処理される。
【００１７】
このようにして、工程を稼動させながら、測定サイトを含むウェハの上の特定地点を測定するための方法と装置とが提供された。この方法と装置とにより、実際の残存膜厚や特定の構造の反射率の実時間測定によって、正確な終点が与えられる。更にこの装置は、研磨前後の測定も可能である。
【００１８】
図４は、目的物（例えばウェハ１６）の表面研磨状態（例えば厚さ）を測定する方法１００のフローチャートである。方法１００は、表面の測定サイト２４の位置を選択する工程１１０；測定サイト２４の表面を写真撮影する工程、及び、写真の解析により表面の研磨状態を判定する工程、を含む。
【００１９】
選択工程１１０は、研磨される表面の配向を決める工程１１２；研磨ヘッドに目的物を搭載する工程１１４；研磨ヘッドの相対的状況をモニター１１６することを含むのが望ましい。
【００２０】
写真撮影工程１２０は、研磨盤１０中に窓１４を備える工程１２２；窓１４を介して表面を照射する工程１２４；ディジタル写真を撮影する工程１２５；を含むのが望ましい。
【００２１】
解析工程１３０は、パターン認識ソフトウェア（当業者には周知なので不図示）を使用して必要な画素を判定１３２する工程；必要な画素を解析１３４する工程；を含むのが望ましい。
【００２２】
解析工程１３０は、研磨状態として反射率を判定１３６する、或いは、研磨状態として色（例えばウェハの）を判定１３８する工程を含むのが望ましい。
方法１００は、目的物を回転して、回転と同期させて写真撮影する工程を含むのが望ましい。或いは、研磨盤１０が回転し、研磨盤の回転と同期させて写真撮影する。或いは、回転を組み合わせて、目的物と研磨盤とが回転し、その回転と同期させて写真撮影する。
【００２３】
上記のように、選択の工程は、実時間で研磨ヘッドの回転状況をモニターする；実時間で研磨ヘッドの平行移動状況をモニターする；実時間で研磨盤の回転状況をモニターする；からなるのが好ましい。
【００２４】
本発明を、特定の構造、装置、方法、で説明したが、本説明は単なる例示であって、本発明の全範囲は請求項によって適切に決定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＣＭＰ装置の一部分の概略図。
【図２】ウェハの部分図。
【図３】図２の部分の拡大図。
【図４】本発明による方法のフロー図。
【図４】
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【国際公開パンフレット】
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2004507900.tif 000005
2004507900.tif 000006
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2004507900.tif 000009
2004507900.tif 000010
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2004507900.tif 000012
2004507900.tif 000013
2004507900.tif 000014
2004507900.tif 000015
2004507900.tif 000016
2004507900.tif 000017
2004507900.tif 000018
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004507900.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成14年9月10日(2002.9.10)
【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】
研磨されるべき表面の配向を決める工程と、
研磨盤に支持された研磨パッドに対向して目的物を装着する工程であって、研磨パッドと研磨盤とは該表面の一部を露出するための窓を有することと、
窓を介して該表面の一部を照射する工程と、
該表面の照射された部分の測定サイトの場所を選択する工程と、
同測定サイト内の表面を写真撮影する工程と、
該写真を解析して、それにより該表面の研磨状態を判定する工程と、
からなる目的物の表面の研磨状態を測定する方法。
【請求項２】
前記解析の工程が、パターン認識ソフトウェアを使用することによって必要な画素を判定する工程と、
該必要な画素を解析する工程と、
からなる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記解析の工程が、前記研磨状態として反射率を判定する工程からなる請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記解析の工程が、前記研磨状態として色を判定する工程からなる請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記目的物を回転する工程と、
該回転と同期させた状態で写真撮影する工程と、
を更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記研磨盤を回転する工程と、
該回転と同期させた状態で写真撮影する工程と、
を更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
目的物と研磨盤とを回転させる工程と、
該回転に同期させて写真撮影する工程と、
からなる請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記選択工程が、前記研磨ヘッドの回転状況を実時間でモニターする工程と、
前記研磨ヘッドの移動状況を実時間でモニターする工程と、
前記研磨盤の回転状況を実時間でモニターする工程と、
からなる請求項１に記載の方法。
【請求項９】
研磨されるべき表面の配向を決める手段と、
研磨盤に支持された研磨パッドに対向して目的物を装着する手段であって、該研磨パッドと研磨盤とは該表面の一部を露出するための窓を有することと、
窓を介して該表面の一部を照射する手段と、
前記測定サイト内の該表面を写真撮影する手段と、
写真を解析して、それにより該表面の研磨状態を判定する手段と、
からなる目的物の表面の研磨状態を測定する装置。
【請求項１０】
必要な画素を判定するためのパターン認識ソフトウェアと、
該必要な画素を解析する手段と、
から更になる請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記研磨状態として反射率を判定する手段から更になる請求項１１に記載の装置。
【請求項１２】
前記研磨状態として色を判定する手段から更になる請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
前記目的物を回転する手段と、
該回転と同期させた状態で写真撮影する手段と、
から更になる請求項９に記載の装置。
【請求項１４】
前記研磨盤を回転する手段と、
該回転と同期させた状態で写真撮影する手段と、
とから更になる請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記目的物と研磨盤とを回転させる手段と、
該回転に同期させて写真撮影する手段と、
から更になる請求項９に記載の装置。
【請求項１６】
前記研磨ヘッドの回転状況を実時間でモニターする手段と、
該研磨ヘッドの移動状況を実時間でモニターする手段と、
前記研磨盤の回転状況を実時間でモニターする手段と、
からなる請求項９に記載の装置。
【国際調査報告】
2004507900.tif 000020
2004507900.tif 000021
2004507900.tif 000022