(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の反射率を有する材料の下側層と、上記下側層の上に位置決めされ第２の反射率を有する材料の上側層とを有するマイクロエレクトロニック基板の平面化の終了点を検出する方法であって、上記上側層は上記基板から材料を除去するプロセスを用いて平面化されて上記基板上に平面化された表面が形成されるようになっており、上記方法は、
上記基板の回路のトポグラフィにおける選択された位置で上記上側層と下側層との間の境界によって定められる上記基板上の終了点サイトを選択するステップと、
上記基板の終了点サイトに光ビームを導き、上記基板から反射した光ビームを光センサに導くステップと、
上記基板の終了点サイトから反射した光ビームの実際の強度を感知するステップと、
上記終了点サイトから反射した光ビームの上記実際の強度と、上記終了点サイトから反射する光ビームの予測される強度とを比較して、上記基板の平面化プロセスの所望の終了点を指示するステップと、
を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項２】
上記反射光ビームの上記実際の強度と上記予測強度とを比較した結果上記終了点が検出されない場合には、上記方法は、上記基板を再平面化して上記基板上に再平面化された表面を形成させるステップと、上記再平面化された表面に対する上記導き、感知、及び比較動作を繰り返すステップとを更に含んでいることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記終了点サイトを選択するステップは、上記基板上に複数の終了点サイトを選択するステップと、
各終了点サイトにおいて上記導き、感知、及び比較動作を別々に遂行するステップとを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
上記終了点サイトを選択するステップは、上記基板上の複数の点を推定するステップを含み、
上記複数の点における上記上側層の複数の部分は、上記所望終了点に到達するまでに一貫して上記基板から望ましく除去される上記上側層の最後の部分であり、研磨された試験基板上の上記推定点を走査して上記基板上の実際の点を決定するステップを更に含み、
上記実際の点における上記上側層の複数の部分は、上記所望終了点に到達するまでに一貫して上記基板から望ましく除去される上記上側層の最後の部分であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
上記基板からの反射光ビームの実際の強度と予測強度とを比較するステップは、上記実際の強度と上記上側層及び下側層の一方からの反射光の予測強度とを比較するステップを更に含み、上記実際の強度が上記下側層からの反射光の予測強度と同一であるか、または上記上側層からの反射光の予測強度とは異なっている場合に上記終了点が検出されたとすることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
上記基板は複数のダイを有し、上記各ダイはマイクロエレクトロニックデバイスの回路パターンを有しており、
上記光ビームを基板に導くステップは、上記各ダイ上の回路パターンを走査するステップと、
上記光ビームの通路内に上記終了点サイトを位置決めするステップとを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
上記上側層は反射性材料で形成され、上記下側層は非反射性材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
上記上側層はアルミニウムで形成されていることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
上記上側層はタングステンで形成されていることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
上記基板上の平面化された表面は流体内に配置され、上記光ビームを上記基板に導き、上記光ビームの実際の強度を感知することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
マイクロエレクトロニックデバイスの製造中にマイクロエレクトロニック基板を平面化する方法であって、
第１の反射率を有する材料の下側層、及び上記下側層上に位置決めされ第２の反射率を有する材料の上側層を有する基板を、平面化流体が存在する中で、研磨パッドの研磨表面に接して位置決めするステップと、
上記基板及び上記研磨パッドの少なくとも一方を他方に対して運動させてそれらの間に相対運動を生じさせ、上記基板から材料を除去して上記基板上に平面化された表面を発生させるステップと、
選択された終了点サイトにおける上記基板の平面化された表面に光ビームを導き、反射した光ビームを光センサに導くステップと、を含み、
上記終了点サイトは、上記基板上にあるマイクロエレクトロニックデバイスの回路のトポグラフィにおける選択された位置で上記上側層と下側層との間の境界によって定められ、
上記方法は更に、
上記反射光ビームの実際の強度を感知するステップと、
上記反射光ビームの実際の強度と、予測される強度とを比較して、上記基板の平面化プロセスの所望の終了点を指示するステップと、
を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項１２】
上記反射ビームの実際の強度と上記予測強度とを比較した時に上記終了点が検出されない場合には、上記方法は、上記平面化流体が存在する中で、上記基板を上記研磨パッドの研磨表面に接して再位置決めするステップと、
上記基板及び上記研磨パッドの少なくとも一方を他方に対して運動させてそれらの間に相対運動を生じさせ、上記基板から付加的な材料を除去して上記基板上に再平面化された表面を発生させるステップと、
上記再平面化された表面に対して上記導き、感知、及び比較動作を繰り返すステップと、を更に含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
上記基板上に複数の終了点サイトを選択するステップと、
各終了点サイトにおいて上記導き、感知、及び比較動作を遂行するステップとを更に含んでいることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
上記終了点サイトを選択するステップは、上記基板上の複数の点を推定するステップを含み、
上記複数の点における上記上側層の複数の部分は、上記所望終了点に到達するまでに一貫して上記基板から望ましく除去される上記上側層の最後の部分であり、研磨された試験基板上の上記推定点を走査して上記基板上の実際の点を決定するステップを更に含み、
上記実際の点における上記上側層の複数の部分は、上記所望終了点に到達するまでに一貫して上記基板から望ましく除去される上記上側層の最後の部分であることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
上記反射光ビームの実際の強度と予測強度とを比較するステップは、上記反射光ビームの実際の強度と、上記上側層及び下側層の一方からの反射光の予測強度とを比較するステップを含んでいることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
上記上側層は反射性材料で形成され、上記下側層は非反射性材料で形成されていることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
上記上側層はアルミニウムで形成されていることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
上記上側層はタングステンで形成されていることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
上記基板上の研磨された表面は流体内に配置され、上記光ビームを上記基板に導き、上記反射ビームの実際の強度を感知することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
第１の反射率を有する材料の下側層、及び上記下側層上に位置決めされ第２の反射率を有する材料の上側層を有するマイクロエレクトロニック基板の平面化の終了点を検出する終了点検出器であって、上記基板上に研磨された表面を形成するために上記上側層が機械研磨プロセスを用いて研磨されるようになっており、上記検出器は、
上記基板上の回路の回路パターン、及び上記回路パターン上の終了点サイトの位置を含むデータベースを有するパターン認識モジュールを備え、
上記終了点サイトは、上記回路のトポグラフィにおける選択された位置で上記上側層と下側層との間の境界によって定められ、
上記検出器は更に、
光ビームを上記基板に導く光源と、
上記基板の研磨された表面から反射する反射ビームの強度を感知するフォトセンサと、
上記光ビーム源または上記基板の一方に接続され、上記光ビームが上記基板の研磨された表面を横切るように、上記基板の研磨された表面に平行な面内において上記光ビームまたは上記基板の一方を運動させるアクチュエータと、
上記パターン認識モジュール、上記フォトセンサ、及び上記アクチュエータが接続されている上記光ビーム源または上記基板の一方に作動的に結合されているコントローラと、を備え、
上記コントローラは上記フォトセンサからの信号と上記パターン認識モジュール内の回路パターンとを相関させて上記光ビームが上記基板の何処に衝突しているかを決定し、また上記コントローラは上記アクチュエータに指令して上記光ビームが上記終了点サイトと整列するまで上記光ビームまたは上記基板の一方を運動させ、上記フォトセンサは上記終了点サイトにおける上記研磨された表面上の材料の反射率を感知し、上記コントローラは上記終了点サイトにおいて感知された反射率と上記上側層または下側層の何れかの予測反射率とを比較して、上記基板の平面化プロセスの所望の終了点を指示する、
ことを特徴とする終了点検出器。
【請求項２１】
上記光ビームに対面するように位置決めされている光窓を有する水トラックを更に備え、上記トラックは水で満たされ、上記基板の研磨された表面は上記光窓と整列されて上記水中に浸漬され、そして上記放出器は上記光窓及び水を通して上記光ビームを上記基板の研磨された表面上の終了点サイトに衝突するように導く、ことを特徴とする請求項２０に記載の終了点検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は半導体ウェーハの化学・機械研磨の終了点（エンドポイント）を検出する方法及び装置に関し、詳述すれば、本発明はウェーハ上の臨界領域（そこでは材料の上側層がウェーハから容易に除去されない）における終了点を検出する。
【０００２】
【発明の背景】
化学・機械研磨（“ＣＭＰ”）プロセスは、超高密度集積回路の生産中にウェーハの表面から材料を除去する。典型的なＣＭＰプロセスでは、制御された化学的、圧力、速度、及び温度条件の下で、スラリが存在する中でウェーハを研磨パッドに押付ける。一般にスラリ溶液は、ウェーハの表面を磨り減らす小さい摩耗粒子、及びウェーハの表面をエッチング及び／または酸化させる薬品を含んでいる。一般に研磨パッドは、ポリウレタンのような連続相マトリックス材料で作られている平面パッドである。従ってパッド及び／またはウェーハを他方に対して運動させると、スラリ内の摩耗粒子によって（機械的に）、及び薬品によって（化学的に）ウェーハの表面から材料が除去される。
【０００３】
図１に概要を示す普通のＣＭＰマシン１０は、プラテン２０、ウェーハキャリヤ３０、研磨パッド４０、及び研磨パッド上のスラリ４４を有している。典型的には、プラテン２０の上面２２にアンダーパッド２５が取付けられ、研磨パッド４０はアンダーパッド２５の上に位置決めされる。普通のＣＭＰマシンにおいては、駆動アセンブリ２６がプラテン２０を矢印Ａで示すように回転させる。他の既存ＣＭＰマシンにおいては、駆動アセンブリ２６はプラテン２０を矢印Ｂで示すように前後に往復動させる。研磨パッド４０は摩擦的にアンダーパッド２５と係合しているので、プラテン２０の運動はアンダーパッド２５を通してパッド４０に伝えられる。ウェーハ１２はウェーハキャリヤ３０の下面３２に取付けることも、またはウェーハ１２と下面３２との間に位置決めされている弾力性パッド３４に取付けることもできる。ウェーハキャリヤ３０は重み付けされた自由浮遊ウェーハキャリヤであることができるが、アクチュエータアセンブリ３６をウェーハキャリヤ３０に取付けて矢印Ｃ及びＤで示すように軸方向運動及び回転運動をそれぞれ与えることが好ましい。
【０００４】
普通のＣＭＰマシン１０を動作させる場合、ウェーハ１２を研磨パッド４０に対して下向きに対面させ、次いでプラテン２０及びウェーハキャリヤ３０を互いに運動させる。ウェーハ１２の面が研磨パッド４０の平面化表面４２を横切って運動するにつれて、研磨パッド４０及びスラリ４４がウェーハ１２から材料を除去する。典型的には、ＣＭＰプロセスはウェーハの表面から導電性材料または絶縁性材料の何れかを除去して平らな均一な表面を生じさせ、その上にデバイスの付加的な層を形成させることを可能にする。
【０００５】
導電層をウェーハから研磨する場合、ＣＭＰプロセスは、所望の終了点においてウェーハの研磨を正確に停止させなければならない。典型的には、導電層は絶縁層の上に堆積されて絶縁層内のバイアまたは溝を埋め、ウェーハ上のデバイスの特色の間に電気的な相互接続を形成している。相互接続を互いに電気的に絶縁するためには、絶縁層の頂部の下で、且つバイア及び溝内の導電性材料の底の上でＣＭＰプロセスを停止させることが望ましい。もし所望の終了点に到達する前にＣＭＰプロセスを停止させれば、相互接続は互いに電気的に絶縁されずに回路内に短絡が発生する（“研磨不足”）。反対に、もし所望の終了点に到達した後にＣＭＰプロセスを停止させれば、相互接続がウェーハから完全に除去されてしまう恐れがある（“過研磨”）。従って、ウェーハ内に重大な欠陥が発生するのを回避するためには、所望の終了点においてＣＭＰプロセスを停止させることが高度に望まれる。
【０００６】
Lustigらの米国特許第5,433,651号に開示されているＣＭＰプロセスの終了点を決定する装置及び方法では、研磨パッド内の窓を通過させたレーザビームをウェーハの研磨表面に衝突させる。レーザビームはウェーハの表面を横切って走査し、フォトセンサはウェーハから反射するビームの強度を感知する。アルミニウムのような導電性材料の反射率が約90％であるのに対して、ホウ燐酸シリコンガラス（“ＢＰＳＧ”）のような絶縁性材料の反射率は約35％である。従って、ＣＭＰプロセスの終了点においては、レーザビームがウェーハを横切って走査すると、反射ビームの強度は、導電性材料の強度と絶縁性材料のと強度との間を交替する。Lustigらの特許は、反射ビームの強度が導電性材料の強度から、導電性材料及び絶縁性材料の平均強度まで変化した時をもってＣＭＰプロセスの終了点を検出したものとしている。
【０００７】
Lustigらの特許に開示されているＣＭＰの終了点を決定する方法の１つの問題は、それが小さい“臨界領域”を有するウェーハ上の終了点を正確に検出できないことである。これらの臨界領域は、典型的にはウェーハの表面上の凹みであって、それ以後はＣＭＰ処理によって導電性材料が除去されてしまうウェーハ上の最後の点である。臨界領域の位置及びサイズは回路設計、及びウェーハの表面を横切る研磨の均一性の関数である。その結果、臨界領域はダイの型毎に変化し、また典型的にそれらはウェーハ表面の極めて小さい部分を占める。Lustigらの特許に開示されている方法は、ウェーハ上の多くの臨界領域におけるＣＭＰプロセスの状態を検出することはできない。何故ならば、これらの臨界領域が生成する幾つかの反射信号が、実質的により多数の相互接続からの反射信号の総合平均反射率に統計的に影響を与える程、ウェーハ上でこれらの臨界領域が占めるパーセンテージは大きくないからである。従って、たとえLustigらの特許が臨界領域の問題を認識しているとしても、ウェーハ上の臨界領域においてＣＭＰプロセスの終了点を正確に検出することはできない。
【０００８】
ウェーハ上の臨界領域におけるＣＭＰプロセスの終了点の検出に伴う諸問題に鑑みて、半導体ウェーハ上の所定の臨界領域においてＣＭＰ処理の終了点を迅速且つ正確に検出する方法を開発することが望まれている。
【０００９】
【発明の概要】
本発明の方法及び装置は、半導体ウェーハ上のＣＭＰ処理の終了点を検出するようになっており、第１の反射率を有する材料の下側層は第２の反射率を有する材料の上側層の下に位置決めされる。初めに、ウェーハ上の臨界領域内に終了点サイトが選択される。臨界領域においては、上側層と下側層との間の境界がＣＭＰプロセスの所望の終了点を定める。ウェーハ上の臨界領域は、ウェーハのダイ上の回路設計を解析し、先に研磨された試験ウェーハの特色を研磨することによって、そして好ましくは、それ以後は上側層がＣＭＰ処理によって望ましく除去される最後の点を示すことによって決定される。終了点サイトを選択した後に、ウェーハの研磨された表面に光ビームを衝突させ、ウェーハの表面からフォトセンサに向けて反射させる。フォトセンサは、反射光ビームの実際の強度を感知する。反射光ビームの実際の強度と予測（される）強度とを比較し、ウェーハから上側層が終了点において除去されたか否かを決定する。実際の強度は、上側層または下側層の一方から反射した光に関して予測強度と比較することが好ましく、また反射光ビームの実際の強度が下側層から反射する光の予測強度と実質的に同一になるか、または上側層から反射する光の予測強度とは実質的に異なった時に終了点が検出されたとすることが好ましい。
【００１０】
【発明の詳細な説明】
本発明は、半導体ウェーハの表面上の臨界領域におけるＣＭＰ処理の終了点を検出する方法及び装置である。本発明の重要な一面は、ウェーハ上の所定の終了点サイトに光ビームを衝突させ、反射光の強度を測定することである。本発明の別の重要な面は、ウェーハ上の臨界領域において終了点サイトを選択することである。これらの終了点サイトは、典型的には、それ以後はＣＭＰ処理によって上側層の材料が望ましく除去されるウェーハ上の最後の点である。本発明の方法はウェーハの臨界領域内の終了点サイトにおける反射光ビームの強度を選択的に測定することによって、ＣＭＰプロセスがウェーハ上の最も問題の多い領域からでさえも必須量の材料を除去することを保証する。従って、本発明の終了点検出方法は、臨界領域におけるウェーハの過研磨または研磨不足によって生ずる欠陥の数を減少させる。図２−５は、本発明の方法と、本発明の方法が動作する半導体ウェーハを示している。これらの図を通して、同一部品に対しては同一の参照番号を付してある。
【００１１】
図２は、図１に関連して上述したようなＣＭＰマシン１０によって研磨される前のウェーハ１２を示している。ウェーハ１２は典型的なウェーハであり、このウェーハ１２上において本発明の方法が動作してＣＭＰ研磨プロセスの終了点を検出するのであるが、本発明の終了点検出方法はどのような特定のウェーハ設計またはウェーハ上の回路設計にも限定されるものではないことを理解されたい。ウェーハ１２は基板（サブストレート）５０、基板５０上に形成された複数の大きいデバイス５２、及び大きいデバイス５２の間の基板５０上に形成された小さいデバイス５４を有している。大きいデバイス５２及び小さいデバイス５４は、ウェーハ１２の個々のダイ上の集積回路の極めて小さい電気的成分を形成しているフィルムスタックである。各フィルムスタック内の層数に依存して、大きいデバイス５２及び小さいデバイス５４の頂部表面は一般的に基板５０の上面５１から異なる軸方向距離（線Ｚ−Ｚで示す垂直軸に対して測定）だけ突出している。
【００１２】
下側層６０は基板５０及びデバイス５２及び５４上に堆積されてデバイス５２及び５４上にプラットフォームを作り、このプラットフォーム上に付加的なデバイスを形成させることができる。一般に、下側層６０は基板５０及びデバイス５２及び５４のトポグラフィに追随しているから、下側層６０は大きいデバイス５２上に位置する高い点６２、及び大きいデバイス５２と小さいデバイス５４との間に位置する凹み６４とを有している。複数のバイア６６が下側層６０内にエッチングされていてデバイス５２及び５４へのアクセスを与えているので、下側層６０のトップに製造される他のデバイス（図示してない）をデバイス５２及び５４に電気的に結合することができる。一般に、下側層６０はＢＰＳＧ、二酸化シリコン、窒化シリコン、その他の公知の絶縁性材料のような絶縁性材料で形成される。下側層６０を形成する材料は第１の反射率を有しており、ＢＰＳＧの場合の反射率は約0.35である。
【００１３】
上側層７０は下側層６０の上に、及びバイア６６内に堆積され、デバイス特色５２及び５４との相互接続７６を形成している。一般的に上側層７０は第２の反射率を有する導電性材料で形成され、アルミニウムの場合の反射率は約0.90である。一般的に上側層７０は、上側層７０の底が下側層６０内の凹み６４を埋めるように下側層６０の輪郭に追随している。
【００１４】
凹み６４はウェーハ上の臨界領域９２を定める。これらの臨界領域は、ＣＭＰ処理によってウェーハから上側層７０の材料が望ましく除去される上側層７０の最後の部分である。１つのデバイスを別のデバイスに短絡させて回路の動作を駆逐する恐れがあるウェーハ１２の頂部を横切る不要な導電性ラインが形成されるのを回避するために、凹み６４内の上側層７０の全ての導電性材料をウェーハから除去しなければならない。従って、ウェーハ１２上の臨界領域９２は、ＣＭＰ処理によってウェーハ１２の表面から除去される上側層７０の最後の望ましい部分によって定められる。
【００１５】
臨界領域９２の位置及びサイズは、特定の回路設計、プロセスの流れにおける先行平面化ステップ、及びウェーハの面上の各ダイの位置における研磨特性の関数である。回路設計は、ウェーハの他の領域よりも低いか、または研磨パッドに到達するのが困難な凹みまたは他の領域をウェーハの表面上に生じさせることが多い。例えば図２の凹み６４の底は、下側層６０の表面上の最低点である。下側層６０の頂部表面６２が凹み６４を取り囲んで研磨パッド（図示してない）の表面を凹み６４上で支えてしまうので、研磨パッドが凹み６４に到達することも困難である。更に、研磨レートはウェーハの面を横切って変化するので、ウェーハ内の１つのダイは別のダイとは異なる研磨レートを有し得る。従って、特定の設計のための臨界領域９２を決定するためには、回路設計及び研磨特性を解析して、ＣＭＰ処理によってウェーハから上側層７０の最後の望ましい部分が典型的に除去されるようなウェーハ上の領域を決定することが重要である。
【００１６】
図２及び３は、一緒になって本発明の方法の動作を示している。方法の最初のステップ１１０は、ウェーハ１２内の臨界領域９２における終了点サイト９０を選択することである。終了点サイト９０は、ＣＭＰプロセスが終了点に達した時にウェーハ１２から上側層７０の全ての導電性材料が除去されているようにするために、臨界領域９２の最低点の直下に位置することが好ましい。臨界領域９２及び終了点サイト９０は、ウェーハ上のダイの特定回路構造を解析して臨界領域の最もそれらしい位置を推定し、次いで、選択されたＣＭＰプロセスの研磨パラメータを使用して特定の回路構造を有する幾つかの試験ウェーハを研磨することによって決定される。試験ウェーハを研磨した後に臨界領域の推定された位置をレーザで走査し、ウェーハ１２上の臨界位置９２の実際の位置を経験的に決定する。臨界領域の位置及び終了点サイトを確かめた後に、好ましくは各ウェーハ上に幾つかの終了点サイトを選択し、ウェーハの全面を横切るＣＭＰプロセスの所望の終了点を入手する。
【００１７】
好ましい実施の形態においては、本発明の方法の第２のステップ１２０はレーザビームをウェーハ１２上の終了点サイト９０に整列させることである。概述すれば、放出器８２を有するレーザ８０は、レーザビーム８４をウェーハ１２の表面に衝突させ、反射したビーム８６をウェーハ１２の表面からフォトセンサ８８へ反射させるように導く。フォトセンサ８８は、レーザビーム８４が上側層７０に衝突したのか、または下側層６０に衝突したのかに依存する反射ビーム８６の強度を感知する。レーザビーム８４がウェーハ１２の面上を横切るようにレーザ放出器８２またはウェーハ１２の何れかを運動させることによって、レーザビーム８４と終了点サイト９０とを整列させることができる。１つの実施の形態においては、ウェーハの表面上の基準点に対する終了点サイト９０のＸ，Ｙ座標を定め、次いで終了点サイトのＸ，Ｙ座標をレーザビーム８４の通路内に位置決めするようにウェーハを運動させることによってレーザビーム８４を終了点サイト９０に整列させる。好ましい実施の形態では、イスラエルのNOVA Corporation製のNovaScan 210のようなパターン認識分光光度計を使用してウェーハ１２を位置決めすることによって、レーザビームを終了点９０に整列させている。典型的なパターン認識分光光度計では、レーザは回路上を通過して回路のパターンを記録する。記録された回路のパターンはパターン認識モジュール内にプログラムされている実際の回路図形と相関され、ウェーハ上の回路の成分に対するレーザビーム８４の位置が決定される。レーザビーム８４は、終了点サイトの中心の約1.0μｍ以内で終了点サイト９０に整列させることが好ましい。レーザビームを終了点サイト９０に適切に整列させることができる他の適当な分光光度計は、カリフォルニア州のTencor Corporation製、及びカリフォルニア州のThermawave Corporation製の分光光度計を含む。
【００１８】
レーザビーム８４を終了点サイト９０に整列させた後の本発明の方法の次のステップ１３０は、レーザビーム８４をウェーハ１２に衝突させることである。１つの実施の形態では、ウェーハの表面はきれいな空気環境内に位置決めされ、レーザビーム８４は空気を通過して直接ウェーハ１２の表面に衝突する。しかしながら、ウェーハの表面を空気内に位置決めすることに伴う１つの問題は、ウェーハの表面が乾燥してしまい、掻き傷を回避するためには、ウェーハが再研磨可能になる前にきれいにして濡らさなければならないことである。従って、好ましい実施の形態においては、ＣＭＰマシンから取り外した直後にウェーハ１２の面を水中に配置し、レーザビーム８４は水を通してウェーハの表面に衝突させる。ウェーハ１２の面を水中に配置することによって、ウェーハはウェーハをきれいにして濡らすことなく再研磨することができる。ウェーハの面を水中に置きながらレーザビームをウェーハに衝突させる１つの適当な分光光度計は、前記NOVA製のNovaScan 210である。
【００１９】
本発明の次のステップ１４０は、反射光ビーム８６の実際の強度を感知することである。反射光ビーム８６の通路内に位置決めされたフォトセンサ８８は、反射光ビームの強度を元のレーザビーム８４の強度のパーセンテージとして感知する。反射光の強度を異なる波長において測定し、材料のより信頼できるサインを得ることができるように、異なる波長の光を使用することができる。反射光ビーム８６の強度は、レーザビーム８４が衝突するウェーハの表面における材料の型に依存する。もしウェーハの研磨された表面が基板５０の表面５１から線Ａ−Ａによって定められた高さだけ垂直に離間するようにＣＭＰプロセスが停止すれば、反射光ビーム８６の強度は理論的に、レーザビーム８４の強度と上側層７０の反射率との積に等しい。アルミニウムまたはタングステンのような導電性材料の場合には反射率は約0.9であり、反射ビーム８６の強度は元のレーザビーム８４の強度の約90％である。同様に、もしウェーハの研磨された表面が基板５０の表面５１から線Ｂ−Ｂによって定められた高さだけ垂直に離間するようにＣＭＰプロセスが停止すれば、反射光ビーム８６の強度は理論的に、レーザビーム８４の強度と下側層６０の反射率との積に等しい。約0.35の反射率を有するＢＰＳＧの場合には、線Ｂ−Ｂによって示されている高さにおいて反射するビームの強度は元のレーザビーム８４の強度の約35％である。この場合も前記NovaScan 210分光光度計が反射ビーム８６の強度の変化を検出する。終了点９０は好ましくは凹み６４の最低点の直下の面（線Ｂ−Ｂによって示されている）内に位置しているので、所望終了点における反射ビーム８６の予測強度は上側層７０から反射した光の理論的強度から、下側層６０から反射した光の理論的強度へ変化する。
【００２０】
本方法の最終ステップ１５０は、反射光ビーム８６の実際の強度と、ＣＭＰプロセスの終了点における予測強度とを比較することである。ＣＭＰプロセスの終了点における反射ビームの予測強度は、上側層７０または下側層６０の何れかから反射する光の理論的強度である。予測強度が上側層７０から反射する光の理論値である場合には、反射ビーム８６の実際の強度が、上側層７０から反射する光の理論強度の値とは実質的に異なった時が終了点に到達したのである。予測強度が下側層６０から反射する光の理論値である場合には、反射ビーム８６の実際の強度が、下側層６０から反射する光の理論強度と実質的に等しくなった時が終了点に到達したことを指示している。
【００２１】
本発明の方法の長所は図４及び５に最も良く示されている。図４を参照する。ウェーハ１２の表面は線Ａ−Ａによって示されているレベルまでの研磨不足であって、ウェーハの研磨された表面上には凹み６４内の上側層７０の小さい部分が残されている。これらの臨界領域はウェーハの表面積の小さいパーセンテージを占めるだけであり、僅かな数の高反射信号しか生成できないので、もしLustigらの特許に従ってレーザによってウェーハ１２の終了点を走査しても、これらの臨界領域の存在を検出することはできない。Lustigらの特許は臨界領域からの高反射信号をウェーハ上の別の相互接続から到来するものとして処理するから、これらの臨界領域からの僅かな数の反射信号が、相互接続からの遙かに多数の反射信号の総合平均に対して統計的に影響を及ぼすことはない。従って、Lustigらの特許に開示されている走査デバイスは、臨界領域における導電性材料の存在を特定的に検出することはないので、ＣＭＰプロセスの終了点に到達したことを誤って指示する可能性がある。
【００２２】
本発明の方法の主たる長所は、凹み６４内の上側層７０の材料を、レーザ８０によって検出されるようにしたことである。レーザビーム８４は臨界領域９２の底の下に位置する終了点サイトと整列しているから、本発明の方法はウェーハ上の臨界領域における反射率を十分に測定する。図４及び５を一緒に参照する。本発明の方法は、ＣＭＰプロセスがウェーハの表面を線Ａ−Ａにおけるレベルから線Ｂ−Ｂにおけるレベルまで更に平面化すべきであることを指示する。従って本発明は、材料の上側層の最後の部分がウェーハから望ましく除去されるような、ウェーハ上の将に最も問題の多い点におけるＣＭＰプロセスの終了点を正確に検出する方法を提供する。
【００２３】
図６は、レベルＡ−Ａまで研磨した後の別のウェーハ１４を示している。ウェーハ１４は、基板５０を横切って互いに非対称的に離間している複数のデバイス５８（ａ）−（ｃ）を有している。デバイス５８（ａ）と（ｂ）との間の距離は下側層６０内に小さい凹み６４を発生させ、一方デバイス（ｂ）と（ｃ）との間の距離は大きく深い凹み６４を発生させる。図２及び４に示した凹み６４と同様に上側層７０は凹み６４を埋め、ウェーハ１４上に別のセットの臨界領域（これらの臨界領域から、上側層７０が望ましく除去される）を定める。本発明の方法は、図２及び４のウェーハ１２と同一の手法でウェーハ１４の終了点も検出する。以上のように、本発明の方法は、多くの異なるウェーハ構造上の終了点を検出するために使用することができる。
【００２４】
図７は、本発明の方法を遂行するための終了点検出器１００を示している。終了点検出器１００は、レーザビーム８４をウェーハ１２の表面上の臨界領域に選択的に衝突させるためのパターン認識分光光高度計１１０、及びウェーハ１２を位置決めしている水トラック１７０を有している。パターン認識分光光高度計１１０内では、レーザ８０に接続されているアクチュエータ１２０が、Ｘ−Ｙ軸によって定められるウェーハ１２の面に実質的に平行な面内でレーザ８０を並進させる。図２及び３に関連して説明済みのレーザ８０は、レーザビーム８４をウェーハ１２に導く放出器８２、及びウェーハ１２からの反射ビーム８６を感知するフォトセンサ８８を有している。プロセッサ／コントローラ１３０は、アクチュエータ１２０と、パターン認識モジュール１４０とに作動的に接続されている。重要なことに、パターン認識モジュール４０は、ウェーハ１２上の特定集積回路の回路パターンと、その回路内の臨界領域の位置とを含むデータベースを有している。プロセッサ／コントローラ１３０は、ライン８９を介してフォトセンサ８８から信号を受信し、フォトセンサ８８からの信号を認識モジュール１４０内の回路パターンと比較してウェーハ１２の面上のレーザビーム８４の位置を決定する。１つの適当な終了点検出器１００は、データベースがウェーハ上の回路の回路パターンと、回路パターン上の終了点サイトの位置とを含むパターン認識モジュールを有する前記NovaScan 210である。
【００２５】
動作を説明する。ウェーハ１２は、水トラック１７０の底内の光窓１７４と整列するように、且つウェーハ１２の面が水面１７２の下に位置決めされる。放出器８２がレーザビーム８４を光窓１７４を通してウェーハ１２に導き、反射ビーム８６は光窓１７４を通ってフォトセンサ８８へ戻る。アクチュエータ１２０がウェーハを横切ってレーザを運動させるにつれて、プロセッサ／コントローラ１３０はフォトセンサ８８からの信号をパターン認識モジュール１４０内にプログラムされている回路パターンと相関させ、ウェーハ１２上の回路のパターンに対するレーザビーム８４の位置を決定する。次いでプロセッサ／コントローラ１３０がアクチュエータ１２０に指令し、レーザビーム８４がある臨界位置に整列するまでウェーハ１２の表面を横切ってレーザビーム８４を運動させる。フォトセンサ８８はその臨界領域におけるウェーハ１２の反射率を感知し、その臨界領域における反射率を表す信号をプロセッサ／コントローラ１３０へ送る。本発明の方法に関して上述したように、プロセッサ／コントローラ１３０は、その臨界領域における材料の実際の反射率と、ＣＭＰプログラムの終了点における予測反射率とを比較し、ウェーハが所望の終了点にあるか否かを決定する。
【００２６】
以上、例示の目的で本発明の特定の実施の形態を説明したが、本発明の思想及び範囲から逸脱することなくさまざまな変更が可能である。従って、本発明は特許請求の範囲のみによって限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の技術によるＣＭＰマシンの概要断面図である。
【図２】  本発明の終了点検出方法が動作するウェーハの部分概要断面図である。
【図３】  本発明による終了点検出方法の流れ図である。
【図４】  本発明による終了点検出方法の１つの点における図２のウェーハの部分概要断面図である。
【図５】  本発明による終了点検出方法の別の点における図２のウェーハの部分概要断面図である。
【図６】  本発明の終了点検出方法が動作する別のウェーハの部分概要断面図である。
【図７】  本発明による終了点検出器の回路図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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