(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルに関する異常を検出するためのシステムであって、
サンプルが化学機械研磨を受けている際に前記サンプルに近接するよう構成された対物レンズと、
前記サンプルが化学機械研磨を受けている際に、入射ビームを生成し、前記対物レンズを通して前記サンプルの方向に前記入射ビームを向けるよう構成されたビーム源と、
前記サンプルが化学機械研磨を受けている際に、前記サンプルに関する少なくとも１つの異常から反射され、前記少なくとも１つの異常の特徴を示し、前記入射ビームに対応する散乱光を検出するよう構成されたセンサと、を備え、
前記対物レンズは、
パッドに設けられた穴部の内側に配置され、前記入射ビームを前記サンプルの方向に向けるよう構成された光学素子と、
前記入射ビームに対して光学的に透明な液体を流すための流体流動機構と、を備え、
前記液体は、前記穴部の内側において、前記光学素子と前記サンプルに接触して前記サンプルの一部分の上に流され、
前記入射ビームは、前記液体によってさらに前記サンプルの前記一部分に向けられる、システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記液体は、前記サンプルに隣接する少なくとも一部分から異物を取り除く、システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載のシステムにおいて、
前記少なくとも１つの異常の前記特徴は、前記異常の大きさに関する値である、システム。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のシステムにおいて、
前記少なくとも１つの異常とは、前記サンプルに損傷を与える程度の大きさを有する粒子であり、前記少なくとも１つの異常の前記特徴とは、粒子の種類である、システム。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載のシステムにおいて、
前記入射ビームに応じて前記サンプルから反射する反射光を検出するよう構成されたセンサをさらに備える、システム。
【請求項６】
請求項５に記載のシステムにおいて、
前記反射光には、前記サンプル上のフィルムの厚さを示す反射率の値に関する情報が含まれており、前記システムは、前記反射率の値を分析して前記フィルムの端面位置を決定するためのコンピュータをさらに備える、システム。
【請求項７】
請求項５または６に記載のシステムにおいて、
前記反射光に対する前記散乱光を正規化するためのコンピュータをさらに備える、システム。
【請求項８】
請求項１ないし４のいずれかに記載のシステムにおいて、
前記サンプルが化学機械研磨を受けている際に、前記サンプルに関する少なくとも１つの異常から反射される、前記入射ビームに対応する複数の散乱光を検出するよう構成された複数のセンサをさらに備える、システム。
【請求項９】
請求項８に記載のシステムにおいて、
前記センサは、複数の角度で前記散乱光を検出するよう構成されている、システム。
【請求項１０】
請求項８に記載のシステムにおいて、
前記センサは、複数の平面内で前記散乱光を検出するよう構成されている、システム。
【請求項１１】
請求項８に記載のシステムにおいて、
前記センサは、複数の平面のうちの選択された平面内で前記散乱光を検出するよう移動可能である、システム。
【請求項１２】
請求項１ないし４のいずれかに記載のシステムにおいて、
前記センサは、光電管（ＰＭＴ）型の検出器である、システム。
【請求項１３】
請求項１ないし４のいずれかに記載のシステムにおいて、
前記センサは、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）型の検出器である、システム。
【請求項１４】
請求項１ないし４のいずれかに記載のシステムにおいて、
前記センサは、前記検出された散乱光を受け取って、分析のためにコンピュータに前記散乱光を出力するための送信機をさらに備える、システム。
【請求項１５】
請求項１ないし４のいずれかに記載のシステムにおいて、
前記センサは、複数の角度で複数の散乱光を捕集するよう構成されている、システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のシステムにおいて、
前記センサは、複数の平面内で前記複数の散乱光を捕集するように、さらに構成されている、システム。
【請求項１７】
請求項１６に記載のシステムにおいて、
前記センサは、楕円形の捕集器である、システム。
【請求項１８】
請求項１６に記載のシステムにおいて、
前記センサは、小型パラボラ捕集器である、システム。
【請求項１９】
サンプルを研磨剤で研磨し、前記研磨と同時にそのサンプルを監視する化学機械研磨装置であって、
観察口を有する研磨テーブルと、
前記研磨テーブルの上方に前記サンプルを保持するよう構成されたサンプル台であって、前記研磨テーブルおよび前記サンプル台は、前記サンプルと前記研磨テーブルとの間に研磨剤を収容し、前記研磨テーブルと前記サンプル台とを相対的に移動させることによって、前記サンプルを研磨するよう構成されているサンプル台と、
前記観察口の内側に配置された光学素子であって、光信号を受信し、前記観察口を通して前記サンプルの方向へ前記光信号を向けるよう構成された光学素子と、
前記光信号に対応し、前記サンプルに関する少なくとも１つの異常から反射された散乱光を検出するよう構成された測定装置と、
前記光信号に対して光学的に透明なスラリーではない液体を流すための流体流動機構と、を備え、
前記液体は、前記光学素子と前記サンプルに接触して前記サンプルの一部分の上に流され、
前記光信号は、前記液体によってさらに前記サンプルの前記一部分に向けられる、装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の装置において、
前記少なくとも１つの異常は、前記サンプルに損傷を与える程度の大きさを有する粒子である、装置。
【請求項２１】
請求項１９または２０に記載の装置において、
前記液体は、前記サンプルに隣接する少なくとも一部分から異物を取り除く、装置。
【請求項２２】
請求項１９ないし２１のいずれかに記載の装置において、
前記測定装置は、ビーム源により生成された入射ビームに応じて前記サンプルから反射する反射光を検出するように、さらに構成されている、装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の装置において、
前記反射光には、前記サンプル上のフィルムの厚さを示す反射率の値に関する情報が含まれており、前記システムは、前記反射率の値を分析して前記フィルムの端面位置を決定するためのコンピュータをさらに備える、装置。
【請求項２４】
請求項２２に記載の装置において、
前記反射光に対する前記散乱光を正規化するためのコンピュータをさらに備える、装置。
【請求項２５】
請求項１９に記載の装置において、
前記測定装置は、前記サンプルが化学機械研磨を受けている際に、前記サンプルに関する少なくとも１つの異常から反射される、ビーム源により生成された入射ビームに対応する複数の散乱光を検出するように、さらに構成されている、装置。
【請求項２６】
請求項２５に記載の装置において、
前記測定装置は、複数の角度で前記散乱光を検出するよう構成されている、装置。
【請求項２７】
請求項２５に記載の装置において、
前記測定装置は、複数の平面内で前記散乱光を検出するよう構成されている、装置。
【請求項２８】
請求項１９に記載の装置において、
前記検出された散乱光を受け取って、分析のためにコンピュータに前記散乱光を出力するための送信機をさらに備える、装置。
【請求項２９】
請求項１９に記載の装置において、
前記研磨剤は、スラリおよび前記サンプルに対して反応性を有する流体からなる群からの１つ以上を含む、装置。
【請求項３０】
サンプルの異常を検出する方法であって、
化学機械研磨処理がサンプルに対して実行されている際に、光学素子をパッドに設けられた穴部の内側に配置し、入射ビームを前記サンプルの方向に向けるように構成する工程と、
前記穴部の内側において、液体を前記光学素子と前記サンプルに接触させて前記サンプルの一部分の上に流し、前記入射ビームを前記液体によってさらに前記サンプルの前記一部分に向ける工程と、
前記入射ビームに対応し、前記サンプルに関する少なくとも１つの異常から反射された少なくとも１つの散乱光を捕集する工程と、
前記少なくとも１つの散乱光を分析して、前記少なくとも１つの異常が前記サンプルに損傷を与える程度の大きさを有する粒子であるか否かを決定する工程と、
を備える、方法。
【請求項３１】
請求項３０に記載の方法において、
前記少なくとも１つの異常が前記粒子であると決定された場合に、前記化学機械研磨処理を調整する工程をさらに備える、方法。
【請求項３２】
請求項３１に記載の方法において、
前記少なくとも１つの異常が前記粒子ではないと決定された場合に、前記入射ビームから生じる少なくとも１つの反射光を捕集する工程と、前記反射光を分析して、前記サンプルの特徴を決定する工程と、をさらに備える、方法。
【請求項３３】
請求項３２に記載の方法において、
前記特徴は、前記サンプル上で研磨されているフィルムの端面位置である、方法。
【請求項３４】
請求項３２または３３に記載の方法において、
前記液体は、前記サンプル上を流れることにより、前記反射光の光路を妨害する可能性のあるすべての異物を除去する、方法。
【請求項３５】
請求項３０に記載の方法において、
前記液体は、前記サンプル上を流れることにより、前記散乱光の光路を妨害する可能性のあるすべての異物を除去する、方法。
【請求項３６】
請求項３１ないし３３のいずれかに記載の方法において、
前記少なくとも１つの異常が前記粒子ではないと決定された場合に、前記入射ビームから生じる少なくとも１つの反射光を捕集する工程と、前記反射光を用いて、前記散乱光を標準化する工程と、をさらに備える、方法。
【請求項３７】
請求項３０に記載の方法において、
複数の散乱光が、別個に捕集および分析される、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、化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスを監視するための装置に関する。特に、本発明は、ＣＭＰプロセスに関する異常の検出に関する。さらに、本発明は、そのような監視を可能とするよう構成されたＣＭＰパッドおよび／またはプラテンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
化学機械研磨（ＣＭＰ）を受けるウエハの表面は、通例、ウエハキャリアに装着されたウエハをプラテン頂部に設けられたパッドに対して擦りつけることによって研磨される。スラリは、通例、ウエハ表面に蒸着されたフィルムの一部の除去を機械的かつ化学的に促進するために使用される。パッドは、研磨を促進するための埋め込みの研磨剤を含んでよい。ＣＭＰ中に、ウエハ表面に欠陥が生じることがある。もちろん、ウエハ表面の欠陥は、１または複数のチップの性能に悪影響を及ぼす可能性を持つ。さらに、半導体素子の小型化が進むにつれて、素子は、粒子汚染に対して非常に過敏になっている。すなわち、微小な粒子ほど、素子の完全性に悪影響を及ぼす可能性が高い。
【０００３】
市場からは、個々のチップのコストを下げ続けるよう要求されている。したがって、製造業者は、例えば、ウエハあたりの欠陥数を低減することによりチップの歩留まりを最大化するよう努めている。ウエハのプロセスを調整できるように、欠陥が生じた際に欠陥を検出することだけでなく、欠陥が生じる前に防ぐことも重要である。したがって、製造業者は、欠陥を防ぐことができるように、欠陥の原因を見つけるよう試みている。
【０００４】
欠陥の原因として最も可能性の高いものは、１または複数の「キラー粒子」である。例えば、キラー粒子は、一般に、ＣＭＰの際にウエハに対して物理的な欠陥（例えば、微細な擦り傷、ショート、その他の損傷）を引き起こすのに十分な大きさを有する。例えば、１または複数の粒子が、ＣＭＰ中にウエハに擦りつけられると、ウエハ表面に擦り傷が生じる。
【０００５】
キラー粒子は、多数の発生源から生じることもある。例えば、キラー粒子は、スラリ自体の中に存在する可能性もある。そのため、スラリは、通例、その中のキラー粒子を検出するためにＣＭＰプロセスの前に検査される。残念ながら、キラー粒子は、ウエハ、ウエハキャリア、研磨パッドへの汚染の結果として、スラリ内またはウエハ上に導入されることもある。さらに、ウエハ自体の一部が破損して、キラー粒子を形成する可能性もある。
【０００６】
従来技術では、ＣＭＰプロセスの開始後に、スラリ内およびウエハ上にキラー粒子が導入された場合、オフラインまたは他の場所で検査するためにＣＭＰプロセスからウエハを外すことにより、キラー粒子を検出する。すなわち、ウエハは、検査ツールに移動される。ＣＭＰプロセスを中断してウエハを検査することは、困難であり時間が掛かるため、ウエハは、定期的にのみ検査される。結果として、キラー粒子は、かなりの時間が経つまで検出されないことがある。そのため、キラー粒子は、ＣＭＰプロセス中にウエハに欠陥を引き起こした後に検出されることがある。
【０００７】
要するに、ＣＭＰ中にリアルタイムに（すなわち、原位置で）、キラー粒子などの異常を、効率的かつ確実に検出するための測定装置および技術が求められている。
【０００８】
【発明の概要】
したがって、本発明は、ＣＭＰプロセス中に異常を検出するための装置および方法を提供することによって、上述の問題を解決する。概して言うと、ＣＭＰシステムのプラテンよおびパッドに穴部が設けられる。一実施形態では、サンプルの測定および／またはサンプルに関する異常の検出のための光路を提供するために、穴部内に光学素子が配置されている。さらに、光路から異物を取り除くために、光学素子とサンプルとの間に流体を流してもよい。
【０００９】
一実施形態では、本発明は、サンプルに関する異常を検査するシステムに関する。システムは、サンプルが化学機械研磨を受けている際に、サンプルに近接するよう配置された対物レンズと、サンプルが化学機械研磨を受けている際に、入射ビームを生成し、対物レンズを介してサンプルの方向にその入射ビームを向けるよう構成されたビーム源とを備える。システムは、さらに、サンプルが化学機械研磨を受けている際に、サンプルに関する少なくとも１つの異常から反射される散乱ビームを検出するよう構成されたセンサを備える。散乱ビームは、入射ビームに反応したものである。散乱ビームは、異常の特徴を示す。好ましい実施形態では、その特徴は粒子のサイズである。
【００１０】
別の実施形態では、サンプルを研磨剤で研磨しつつ監視するための原位置化学機械研磨装置が開示されている。その装置は、観察口を有する研磨テーブルと、研磨テーブルの上方にサンプルを保持するよう構成されたサンプル台とを備える。研磨テーブルおよびサンプル台は、サンプルと研磨テーブルとの間に研磨剤を収容し、研磨テーブルとサンプル台とを相対的に移動させることによって、サンプルを研磨するよう構成されている。その装置は、さらに、観察口に近接した光学素子を備える。この光学素子は、光信号を受信し、受信した信号を、観察口を介してサンプルの方向に向けるよう構成されている。その装置は、さらに、光信号と、サンプルに関する少なくとも１つの異常との結果として生じる散乱ビームを検出するよう構成された測定装置を備える。
【００１１】
別の実施形態では、穴部を有する化学機械研磨パッドが開示されている。その穴部は、ビームをサンプルの方向に向けるよう構成された光学素子と、サンプルに近接する少なくとも一部分から実質的に異物を取り除くように光学素子とサンプルとの間を流れる実質的に透明な流体とを備える。光学素子および流体は、ビームをサンプルの方向に向ける。
【００１２】
別の態様では、本発明は、サンプルにおける異常を検出する方法に関する。化学機械研磨がサンプルに対して実行されている間に、入射ビームがサンプルの方向に向けられる。入射ビームと、サンプルに関する少なくとも１つの異常との結果として生じる少なくとも１つの非反射ビームが捕集される。非反射ビームは、少なくとも１つの異常がキラー粒子であるか否かを決定するために分析される。好ましい実施形態では、少なくとも１つの異常がキラー粒子であると決定された場合に、化学機械研磨の手順が調整される。
【００１３】
本発明の以下の詳細な説明と本発明の原理を例示した添付図面から、本発明の上述およびその他の特徴と利点がさらに詳しく示される。
【００１４】
本発明は、添付図面との関連で行う以下の詳細な説明によって容易に理解されるだろう。添付図面では、同様の参照番号は同様の構成要素を示している。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の特定の実施形態について詳しく説明する。これら特定の実施形態の例が、添付の図面に示されている。以下では、本発明をこれら特定の実施形態と関連付けて説明するが、これは、本発明をこれらの実施形態に限定することを意図するものではない。逆に、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の趣旨および範囲内に含まれる代替物、変更態様、および均等物を網羅するよう意図されている。以下では、本発明を十分に理解できるよう、多くの詳細な内容について説明している。しかしながら、本発明は、これらの詳細な内容の一部または全てがなくとも実施可能である。そのほか、本発明が不必要に不明瞭となるのを避けるため、周知のプロセス動作については詳しく説明していない。
【００１６】
概して、本発明は、ＣＭＰプロセス、または、キラー粒子の検出を必要とする任意の他のプロセスの実施中に、異常を検出するための機構を提供する。ＣＭＰ中に原位置でキラー粒子の検出を実行するために、任意の適切な装置を用いてよい。例えば、親特許出願に記載されているような自己清浄型の対物レンズを用いてもよい。自己清浄型の対物レンズは、光学測定路を妨害する可能性のある異物を生じるＣＭＰプロセス中に、様々な光学測定を実行することを可能にする。以下に説明するように、自己清浄型の対物レンズは、キラー粒子の検出システムに接続されてもよいし、ＣＭＰ装置に組み込まれてもよい。
【００１７】
図１は、本発明に従って、自己清浄型の対物レンズ１００を示した概略図である。自己清浄型の対物レンズ１００は、光学素子１０６と、流動流体１０４とを備える。光学素子１０６は、流動流体１０４と協調し合い、光学ビーム１０８ａをサンプル１０２の方向に向けるように作用する。反射された光学ビーム１０８ｂは、流動流体１０４および光学素子１０６を通過した後に、サンプルから反射して検出される。流動流体１０４は、さらに、光学素子１０６とサンプル１０２との間にある相当量の異物を取り除くように機能する。光学素子１０６とサンプル１０２との間に流動流体１０４を流すことにより、異物によって大きく歪められることなしに光学ビームを、光学素子１０６および流動流体を通して、サンプル１０２に照射し、光路１０８ｂに沿って屈折させることが可能になる。また、流体は、光学測定を実行するために除去することもできる。例えば、スラリ内のキラー粒子を検出できるようにするには、ＣＭＰスラリを取り除くための流体を用いないようにする。この場合、スラリがビームを通すように、ほぼ透明のスラリを用いたり、ビームの波長を選択したりする。
【００１８】
ビームは、方向付け、整形、集束、コリメート、またはその他の修正を加えることが可能な任意の適切な１または複数の波長の電磁放射であってよい。一実施形態では、ビームは、光学範囲（すなわち、１９０ｎｍと１０μｍの間）の波長を有する。ビームは、可視範囲（すなわち、４００ｎｍと８００ｎｍの間）の波長を有することが好ましい。表面の状態を調べるために用いるので、表面の分析を可能とするようなビームを選択する。したがって、流動流体１０４は、ビームに用いられている種類の放射を実質的に透過する任意の適切な組成を有してよい。例えば、流体は、４００ｎｍ〜１０００ｎｍの光ビームがそれほど散乱せずに通過できる水から成っていてよい。しかしながら、水に微粒子（例えば、スラリまたは研磨の残留物に由来するもの）が含まれる場合には、微粒子による散乱を低減するために比較的長い波長（例えば８００〜９００ｎｍ）の光を用いてよい。あるいは、取り除かれる異物よりも単に光学的に優れている（必ずしも、完全にビームを透過するわけではない）流体を選択してもよい。例えば、流体は、液体または気体であってよく、無機物または有機物であってよい。
【００１９】
一実施形態では、自己清浄型の対物レンズは、異常（例えば、キラー粒子）検出システムと接続されている。これで、サンプルにおける異常の測定を不明瞭にする異物を取り除くために、自己清浄型の対物レンズを用いることができる。例えば、自己清浄型の対物レンズを様々なウエハ測定システムと接続してもよい。自己清浄型の対物レンズは、反射率計、偏光解析器、干渉計、パルス反射光音響システムなど、任意の他の適切な測定システムに接続してもよい。自己清浄型の対物レンズは、サンプルの測定を妨げる異物の原因となる任意のサンプル処理装置内で用いてもよい。図に示した実施形態では、自己清浄型の対物レンズは、サンプルへの測定路を遮るスラリおよびフィルムの残留物を必然的に生じるＣＭＰシステムに組み込まれている。
【００２０】
この測定デバイスは、様々な構成が可能である。反射率計は、複数の入射ビーム角または単一のビーム角を用いて反射率を測定できる。さらに、反射率計は、様々な複数の波長または単一の波長での反射率を測定できる。同様に、偏光解析器および異常検出器は、複数の角度、単一の角度、複数の波長、および単一の波長を任意に組み合わせて測定を行うよう構成してよい。
【００２１】
Ｎｏｒｔｏｎなどによる米国特許第５，７４７，８１３号およびＷａｎｇなどによる１９９９年４月２２日付けの米国特許出願第０９／２９８，００７号には、いくつかの反射率測定装置および反射率分析技術が記載されている。Ｐｉｗｏｎｋａ‐Ｃｏｒｌｅなどによる米国特許第５，９１０，８４２号には、偏光解析装置および方法の実施形態がいくつか記載されている。Ｎｉｋｏｏｎａｈａｄなどによる１９９８年２月２４日付けの米国特許出願第０９／０２８，４１７号およびＭ．  Ｎｉｋｏｏｎａｈａｄなどによる論文「Ｐｉｃｏｓｅｃｏｎｄ  Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃｓ  ｕｓｉｎｇ  Ｃｏｍｍｏｎ  Ｐａｔｈ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ」、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、  ｖｏｌ  ７６、  Ｎｏ４、  ２０００年１月２４日、には、パルス反射光音響システムおよび方法が記載されている。
【００２２】
自己清浄型の対物レンズを備えた測定システムをサンプル処理システムに組み込む、または、接続すると、処理の最中にサンプルを明瞭に監視することが可能になる。測定システムの自己清浄型対物レンズは、サンプルへの観察路から異物を取り除くための機構を提供する。したがって、異物によって光路が妨げられることなしに、サンプルを光学的に監視することが可能になる。自己清浄型の対物レンズを有する測定システムを用いることができる処理システムの例としては、エピタキシャル結晶成長、パイプ洗浄、様々なエッチング処理、ＣＭＰなどの様々なウエハ処理などが挙げられる。
【００２３】
図２は、本発明の一実施形態に従って、異常を検出する能力をさらに提供する化学機械研磨（ＣＭＰ）装置２００の断面を示す概略図である。図に示した実施形態では、ＣＭＰ装置は、さらに、ＣＭＰ中にフィルムの端点を検出するための反射率の測定など、他の測定を実行するよう動作することができる。図に示すように、ＣＭＰ装置２００は、サンプルホルダ２０１と、穴部２０８を有するパッド２０７およびプラテン２０６とを含む。サンプルホルダ２０１は、パッド２０７およびプラテン２０６に向かってサンプル２０２を保持するよう構成されている。スラリ２０４および／または反応性の流体は、サンプル２０２と、プラテン２０６の頂部にあるパッド２０７との間に流される。パッドは、研磨を促進するための埋め込みの研磨粒子を含んでいてよい。パッドが研磨粒子を含む場合には、反応性の流体は、研磨粒子と共に作用して研磨を促進することができる。サンプルがパッド２０７に対して移動されると、スラリ２０４は、サンプル２０２を機械的および／または化学的に研磨するように作用する。もちろん、任意の適切な研磨剤を用いてよい。
【００２４】
パッド２０７およびプラテン２０６の穴部２０８は、図１に示した上述の自己清浄型の対物レンズ１００など、任意の適切な対物レンズを備えることにより、それを介して、光学的測定を実行できるよう構成されてもよい。パッドおよびプラテン内の穴部は、任意の適切なサイズを有してよい。例えば、穴部は、約０．１ｍｍ〜５０ｍｍの範囲の直径を有してよい。穴部は、約１〜１０ｍｍの範囲の直径を有することがさらに好ましい。穴部は、任意の適切な形状を有してよい。例えば、穴部は、丸い円筒形の空間（または、平行な底面または非平行な底面を有する任意の他の円筒形の空間または角柱形の空間）、立方形の空間、円錐形の空間などを取り囲んでいてもよい。さらに、パッドは、複数の穴部を備えてもよい。その際、様々な穴部に、様々な種類の対物レンズまたはセンサを挿入できるようにしてもよい。複数の対物レンズからの光は、個別に分析してもよいし、統合してもよい。
【００２５】
研磨の結果として、サンプルの表面と光学素子２１０との間に様々な異物が生じる。この異物は、一般に不透明かつ不均一であるスラリを含む。さらに、研磨中に、サンプルの一部分が、サンプルから研磨除去される。この残留物は、スラリの中に集積する。異物（例えばスラリおよび残留物）が集積すると、研磨プロセスを監視するためにサンプル表面の方向に向けられた光ビームが、大きく歪められることがある。例えば、光学測定装置を用いて、サンプルから特定のサンプル層を除去するための端点を検出することは困難である。流体は、サンプルの一部分を明瞭に監視できるように、この異物の一部を取り除くために用いることができる。
【００２６】
図に示すように、図２の自己清浄型の対物レンズは、光学素子２１０と、流動流体２１３とを備える。自己清浄型の対物レンズの流動流体２１３を生成するために、任意の適切な機構を実装してよい。図に示すように、自己清浄型の対物レンズは、さらに、光学素子２１０とサンプル表面２０２との間に一定の流体の流れを実現する流体ポンプ２１２と流体出口２１４とを備える。あるいは、流動流体２１３を生成する単一の装置内に、流体ポンピングシステムを実装してもよい。また、中心に流体が供給される観察領域の周りに、環状の穴部を形成してもよい。そうすれば、環状の穴部を通して流体が流出する。
【００２７】
流体ポンプ２１２は、流速を調節するための制御バルブ（図示せず）を備えてもよい。同様に、流体出口２１４は、流体出口２１４への流速をある程度制御する真空空間を備えてもよい。用途に応じて異なるレベルで異物を取り除くことができるように、用途または研磨条件に応じて流体の流速を調節してもよい。例えば、流体の流速は、スラリの種類、研磨速度、流体リザーバのサイズ、光学素子の構成、光の波長、スラリの濃度、プロセスへの影響の程度、などによって決まる。図に示すように、パッド２０７とサンプル２０２との間に配置されたスラリ２０４は、流動流体２１３によって、サンプル２０２の観察面から実質的に取り除かれる。
【００２８】
流体ポンプ２１２は、さらに、サンプルが自己清浄型の対物レンズにいつ近づくかを判定するよう構成されたセンサ（図示せず）を備えてもよい。センサは、サンプルの位置を決定するために、圧力や、光学的入力またはその他の入力を用いてよい。そうして、自己清浄型の対物レンズの近くまたは上にサンプルが存在する際に、流動流体を調節することができる。この構成は、自己清浄型の対物レンズに近接したスラリを過度に希釈することなしに、光路に沿って異物を取り除くことができる。それにより、サンプルを効果的に研磨できないほどにスラリを希釈することを回避できる。
【００２９】
図に示した実施形態では、入射ビーム２１６は、ビーム生成器２３０によってサンプル２０２の方向に向けられる。ビーム生成器は、光信号を出力するための任意の適切な形態を有してよい。ビーム生成器２３０は、レーザ源の形態をとることが好ましい。レーザ源２３０は、レーザダイオードなどのいくつかのレーザ源を含んでもよいし、複数のレーザビームに分割される単一のレーザ源を含んでもよい。光学ビームは、コリメータ２３４によってコリメートされる。発散ビームは、各コリメータに入力され、実質的に平行なビームとして、対応するコリメータから出力される。もちろん、コリメータは、例えば、比較的小さいサイズの粒子（例えば、サブミクロンの範囲）を検出するためのキラー粒子検出の実施中に、サンプル上でより厳密に焦点を合わせる必要がある場合など、特定の用途では取り除いてもよい。入射ビームの焦点をより厳密に合わせると、散乱信号が強くなる。
【００３０】
理論的に、入射ビームは、次に、反射された反射ビーム２１８としてサンプル２０２で反射する。反射ビーム２１８は、対応する光ファイバケーブル２３８に接続されたレンズ２３２ｃによって捕集される。レンズ２３２ｃは、反射されるビームに対して直角に配置される。反射信号は、次に、反射検出器２２４によって感知される。反射検出器２２４は、検出された信号をデータ取得ブロック２２６およびコンピュータ２２８に出力する。次いで、サンプル２０２上の複数のフィルム層の様々な厚さを決定するために、反射ビーム２１８の強度または反射率を分析してよい。ここでは、任意の適切な反射率分析を実施してよく、このような技術は当業者にとって周知である。Ｎｏｒｔｏｎなどによる米国特許第５，７４７，８１３号には、反射率の測定および分析技術がいくつか記載されている。
【００３１】
反射率は、図２に示した実施形態にわずかな修正を加えて複数の角度で測定してもよい。例えば、（反射検出器２２４に加えて）複数の反射検出器が、他の光ファイバケーブル（例えば、レンズ２３２ａおよび２３２ｂ）に接続されていてもよい。複数の角度で反射率を測定することにより、単一の入射角を用いた測定のみを提供する従来の原位置測定システムに勝るいくつかの利点を提供することができる。例えば、反射率の相対値を比較することによって、ＣＭＰシステム内で端点を検出してもよい。つまり、様々な入射角の反射率をプロットすると、得られた曲線の形を分析することによって、端点を決定できる。逆に、単一の入射角を利用した従来のシステムでは、単一の反射率の絶対値を分析しなければならないが、この反射率は、スラリやサンプル残留物、ことによると対物レンズの状態によって大きく歪められることがある。このような歪みによる信号の減衰の程度を測定することは不可能なので、測定された反射率は、表面の状態を正確に示すものではない。したがって、本発明による複数角の実施形態は、ＣＭＰプロセス中の端点を、より確実に検出する。
【００３２】
図に示した測定装置２００は、反射率の測定を実行することに加えて、キラー粒子を検出するために用いられる。あるいは、装置２００は、キラー粒子の検出のみに用いてもよい。キラー粒子が入射ビーム２１６の経路内に存在すると、その粒子は、反射ビームを反射ビーム路２１８から散乱させるよう作用する。図に示すように、入射ビーム２１６は、キラー粒子２５０に衝突し、散乱ビーム２２０は、レンズ２３２ｄによって捕集される。さらに、ファイババンドル２３６に接続されたレンズ２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｅ、２３２ｆなど、複数の他の非反射レンズによって、複数の散乱ビームが捕集されてもよい。レンズは、複数の角度で散乱を捕集するよう複数の角度に配置されているので、図２の構成により、暗視野において、往復の両方向で散乱を捕集することができる。非反射ビーム（例えば、散乱ビーム）は、非反射検出器２２２によって捕集および感知される。これら検出された散乱ビームは、次に、キラー粒子が存在するか否か決定するために、データ取得ブロック２２６およびコンピュータ２２８によって分析してもよい。
【００３３】
キラー粒子の存在を判定するために、任意の適切な分析技術を用いてよく、そのような技術は当業者にとって周知である。（１）Ｎｉｋｏｏｎａｈａｄなどによる米国特許第５，８８３，７１０号「ＳＣＡＮＮＩＮＧ  ＳＹＳＴＥＭ  ＦＯＲ  ＩＮＳＰＥＣＴＩＮＧ  ＡＮＯＭＡＬＩＥＳ  ＯＮ  ＳＵＲＦＡＣＥＳ」、（２）Ｚｈａｏなどによる米国特許出願第０８／９０４，８９２号「ＳＹＳＴＥＭ  ＦＯＲ  ＤＥＴＥＣＴＩＮＧ  ＡＮＯＭＡＬＩＥＳ  ＡＮＤ／ＯＲ  ＦＥＡＴＵＲＥＳ  ＯＦ  Ａ  ＳＵＲＦＡＣＥ」、（３）Ｒｏｓｅｎｇａｕｓなどによる米国特許出願第０９／０７０，４３７号「Ａ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＩＮＳＰＥＣＴＩＮＧ  ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ  ＷＡＦＥＲＳ」に、キラー粒子を検出するための散乱分析技術がいくつか記載されている。
【００３４】
さらに、流体の流れ２１３は、ある特定の条件下のキラー粒子の検出を実質上妨害しないように、キラー粒子の検出中には削減または停止されてよい。例えば、流れ２１３は、スラリ自体の中でキラー粒子を検出するために停止される。逆に、キラー粒子がサンプル２０２自体において検出されている際には、流れ２１３は持続してよい。流体の流れの圧力は、スラリの特定の特性（例えば、不透明のレベル）や、対物レンズおよび穴部の特定の構成（例えば、サイズまたは形状）など、任意の適切な要素に基づいて選択される。
【００３５】
粒子による散乱の検出は、１つの波長での１回の照射または入射ビームしか必要としない。しかしながら、キラー粒子の分類のためのさらなる情報を提供するために、様々な角度および／または様々な波長のさらに多くの入射ビームを用いてもよい。入射ビームは、粒子の散乱に対して高い信号対ノイズ比を得るために最適であると思われる斜めの入射角を有することが好ましい。標準の入射角は、ある種の粒子の検出がそのような構成を必要とする場合に用いてもよい。反射ビーム（例えば、２１８）は、任意の適切な目的のために測定および分析されてよい。上述のように、反射ビームは、反射率のデータや、サンプルの特徴を示す他の情報を提供できる。さらに、反射ビームは、粒子の検出中に非反射ビームを標準化するために用いてもよい。
【００３６】
反射および非反射検出器は、光信号を検出するための任意の適切な構成を有してよい。それらの検出器は、同一の形態であっても異なる形態であってもよい。例えば、非反射検出器２２２は、少量の散乱光に比較的敏感な、光電管（ＰＭＴ）またはアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）であってよい。データ取得ブロック２２６およびコンピュータ２２８は、データを取得および分析するための任意の適切なハードウェア構成およびソフトウェア構成を有してよい。データ取得ブロック２２６は、さらに、無線送信機を備えてもよい。この実施形態では、データ取得ブロック２２６は、検出されたデータを受信してデジタル化し、デジタル化されたデータを、さらなる分析のために遠隔の受信機およびプロセッサに送信する。無線送信機を用いると、ＣＭＰツール２００内の配線数を大きく減少させることが可能である。この構成は、高速で動いているシステム（例えば、高速回転中のＣＭＰプラテン）から多くの配線を引きたくない場合に有用である。あるいは、データ取得ブロック２２６からコンピュータ２２８にデータを送信するために、スリップリングと組み合わせて、ユニバーサルシリアルバスを用いてもよい。
【００３７】
光学素子２１０は、入射光学ビーム間の角度を狭めるように構成してもよい（例えば光学素子を入射ビームに対してカーブさせる）。つまり、光学素子に入る前の入射光学ビーム間の角度が、光学素子から出た後よりも大きいようにする。そうすると、サンプルに衝突する際の入射ビーム間の角度は、従来の複数角システムと比べて大きくなる（例えば、通常時から７０度以上）。入射ビームの全体的な角度の散らばりが小さくなるので、従来のシステムと比べて、光学素子２１０に入力する光学ビームの数を増やすことが可能である。
【００３８】
キラー粒子によって散乱された光の捕集は、図２の実施形態の他にも、任意の適切な方法で実行してよい。例えば、複数角のファイバケーブルの散乱ビームは、散乱光の角度の分布に関する情報を提供するために、別個に検出および分析されてもよい。この情報は、次いで、粒子のサイズおよび種類の確認に用いられてもよい。
【００３９】
図３は、本発明の一実施形態に従って、異常を検査するためのプロセスを示すフローチャートである。まず、散乱された非反射光が捕集される（３０２）。散乱光の強度は、粒子のサイズに関係する。そのため、散乱光の強度によって、粒子のサイズを決定することができる（３０４）。次いで、粒子のサイズが所定の閾値を超えているか否かを決定する（３０６）。粒子が所定の閾値を超えている場合には、根本的な原因を修正するための任意の適切な動作または手順（例えば、故障に対する手順）を実行してよい（３０８）。一実施形態では、特定の試験パターンと共に、連鎖解析またはＡＰＣ（自動プロセス制御）を用いて、そのような根本的な原因を修正する動作を容易にする。例えば、コンピュータ２２８は、ＣＭＰプロセスを制御下に置いたり停止したりできるように警告を送信する。しかしながら、粒子のサイズが所定の閾値を超えない場合には、ＣＭＰの手順は、通常の動作を継続してよい。図に示した実施形態では、現在研磨されているフィルムの端点を検出するために、反射光に関して、反射率の分析が実行される（３１０）。
【００４０】
図４は、本発明の第２の実施形態に従って、異常を検出する能力を提供する化学機械研磨（ＣＭＰ）装置の断面を示す概略図である。この実施形態では、散乱光は、複数の平面内で捕集される。図に示すように、ＣＭＰ装置４００は、第１のアーク４１０と、第１のアーク４１０と異なる平面に存在する第２のアーク４１２とを備える。両方のアークは、パッドおよびプラテン４０２の穴部に挿入された光学素子４０８の上方のほぼ中心に配置されている。入射ビームは、レーザ源４１４から生成される。入射ビームは、第１のアーク４１０、光学素子４０８、パッドおよびプラテン４０２の穴部を通り、下方にあるＣＭＰを受けているサンプルに至るように方向付けられる。
【００４１】
第１のセットのレンズは、入射ビームと同じ平面内に散乱された光を捕集するように、第１のアーク４１０に配置されている。明確にするために、平面内のアーク４１０の半分のみを示している。第２のセットのレンズは、入射ビームと異なる平面内に散乱された光を捕集するように、第２のアーク４１２に配置されている。平面内および平面外の散乱光は両方とも、ファイババンドル４２２に捕集される。平面内の散乱光は、ＰＭＴ検出器４１８に進み、平面外の散乱光は、ＰＭＴ検出器４１６に進む。アーク４１０および４１２の一方または両方は、様々な平面内の光を捕集するために可動であってよい。例えば、平面外のアーク４１２は、光学素子４０８の中央を軸として回転する。
【００４２】
キラー粒子の検出のために平面内および平面外の散乱光を分析するために、任意の適切な方法を実施してよく、そのような技術は当業者にとって周知である。いくつかの技術は、上で参照した米国特許第５，８８３，７１０号に記載されている。複数の平面からの散乱光を用いると、キラー粒子の検出の信頼性と正確さがかなり向上する。この理由は、散乱光の角度の分布が、静止した粒子のサイズおよび／または形状によって決まることにある。
【００４３】
上述のように、反射率の測定は、図４のＣＭＰ装置４００で得られてもよい。例えば、平面内の軸４１０は、反射リターンビームを受けるよう配置されてもよい。そうして、フィルムの厚さや端点など、サンプルの特徴を決定するために、反射リターンビームを検出および分析することができる。
【００４４】
さらに、キラー粒子の検出および／または反射率の測定中に、光路から異物を取り除いてもよい。図に示すように、流体は、パッドおよびプラテン４０２の穴部４０４を通って入り、穴部４０６を通って出ることができる。流体は、サンプルと光学素子４０８の間を流れ、スラリなどの異物を取り除く。もちろん、流体の流れは、ある条件下で（例えば、スラリ内のキラー粒子を検出するために）停止してよい。
【００４５】
散乱光を捕集するための他のレンズ配置も考慮されている。図２および４の例は、例示的なものに過ぎず、本発明の範囲を限定することを意図しない。すなわち、レンズは、アークだけでなく、他の構成で配置されてもよい。例えば、レンズは、アークに配置される代わりに、入射平面を横切る直線の水平線に配置されてもよい。単一のレンズが、サンプルからの１つの角度の散乱光を捕集するために用いられてもよいし、複数の角度から捕集するよう構成されてもよい。
【００４６】
図５は、本発明の第３の実施形態に従って、異常を検出する能力を提供する化学機械研磨（ＣＭＰ）装置５００を示す断面図である。概して、単一の光捕集器が、複数の角度で散乱光を捕集するよう形成されている。図に示すように、ＣＭＰを受けているサンプル５０２は、パッドおよびプラテン５０６に対して移動される。スラリ５０４および／または反応性の液体は、サンプル５０２と、プラテン５０６の頂部にあるパッド（図示せず）との間に流される。
【００４７】
パッドおよびプラテン５０６は、光捕集器５１０および光学素子５０８を挿入する穴部を備える。入射ビーム５３０は、ビーム源５１２によって生成され、光学素子５０８を通してサンプル５０２の方向に向けられる。キラー粒子５２２に入射ビーム５３０が放射されると、散乱光５２４および／または反射ビーム５２６が発生する。光捕集器は、複数の角度で散乱ビームを捕集するための任意の適切な構成を有してよい。例えば、光捕集器５１０は、楕円または小型パラボラ捕集器（ＣＰＣ）であってよい。換言すれば、光捕集器５１０は、複数の角度および複数の平面で散乱ビームを捕集できる三次元楕円形の内面を有する。光捕集器５１０は、さらに、捕集したビームを１つのＰＭＴ検出器５１８の方向に向けるよう配置される。もちろん、散乱ビームを検出するために、任意の適切な検出器を用いてよい。ＰＭＴ検出器５１８は、次に、散乱信号５２０を出力する。次に、この散乱信号５２０を、キラー粒子の存在を検出するために、分析してよい。
【００４８】
ＣＭＰ装置５００は、さらに、第２の検出器５１４を備えてもよい。第２の検出器５１４は、サンプル５０２から反射する反射ビームを検出するよう配置されている。反射ビームを、フィルムの厚さや端点など、サンプルの特徴を決定するために、分析してよい。
【００４９】
以上では、理解を明確にする目的で本発明を詳しく説明したが、添付した特許請求の範囲を逸脱しない範囲内で、特定の変更および修正が可能であることは明らかである。ここで、本発明によるプロセスおよび装置を実施する別の方法が数多く存在することに注意する必要がある。例えば、本発明は、キラー粒子の検出に即して説明されているが、本発明は、光学ビームを散乱するような作用を持ちうるサンプル上の大きな欠陥を検出するために用いてもよい。さらに、本発明は、記載されたＣＭＰプロセスに加えて、他のプロセスにおいて用いてもよい。
【００５０】
したがって、以上で取り上げた実施形態は、例示を目的としたものであって、本発明の内容を限定するものではない。このため本発明は、本明細書で特定した詳細に限定されることなく、添付した特許請求の範囲と同等物を逸脱しない範囲で、種々の変更を加えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に従って、自己清浄型の対物レンズを示す概略図である。
【図２】  本発明の一実施形態に従って、異常を検出する能力をさらに提供する化学機械研磨（ＣＭＰ）装置の断面を示す概略図である。
【図３】  本発明の一実施形態に従って、異常を検査するためのプロセスを示すフローチャートである。
【図４】  本発明の第２の実施形態に従って、異常を検出する能力を提供する化学機械研磨（ＣＭＰ）装置の断面を示す概略図である。
【図５】  本発明の第３の実施形態に従って、異常を検出する能力を提供する化学機械研磨（ＣＭＰ）装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１００…自己清浄型の対物レンズ
１０２…サンプル
１０４…流動流体
１０６…光学素子
１０８ａ…光学ビーム
１０８ｂ…反射された光学ビーム
２００…化学機械研磨装置
２０１…サンプルホルダ
２０２…サンプル
２０４…スラリ
２０６…パッド
２０７…プラテン
２０８…穴部
２１０…光学素子
２１２…流体ポンプ
２１３…流動流体
２１４…流体出口
２１６…入射ビーム
２１８…反射ビーム
２２０…散乱ビーム
２２２…非反射検出器
２２４…反射検出器
２２６…データ取得ブロック
２２８…コンピュータ
２３０…ビーム生成器
２３２ａ…レンズ
２３２ｂ…レンズ
２３２ｃ…レンズ
２３２ｄ…レンズ
２３２ｅ…レンズ
２３２ｆ…レンズ
２３４…コリメータ
２３６…ファイババンドル
２３８…光ファイバケーブル
２５０…キラー粒子
４００…ＣＭＰ装置
４０２…パッドおよびプラテン
４０４…穴部
４０６…穴部
４０８…光学要素
４１０…第１のアーク
４１２…第２のアーク
４１４…レーザ源
４１６…ＰＭＴ検出器
４１８…ＰＭＴ検出器
４２２…ファイババンドル
５００…ＣＭＰ装置
５０２…サンプル
５０４…スラリ
５０６…パッドおよびプラテン
５０８…光学素子
５１０…光捕集器
５１２…ビーム源
５１４…第２の検出器
５１８…ＰＭＴ検出器
５２０…散乱信号
５２２…キラー粒子
５２４…散乱光
５２６…反射ビーム
５３０…入射ビーム
【図１】
0005066318.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005066318.tif 000004
【図４】
0005066318.tif 000005
【図５】
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