(57)【要約】  研磨終了点に達した研磨対象物の分光反射スペクトルを予め求めておき、研磨中に研磨対象物の分光反射スペクトルを求め、これらの相関係数をパラメータ１とする。一方、これらの一次微分値の差の絶対値を加算したものをパラメータ２とする。そして、パラメータ１が所定値を超えた範囲で、パラメータ２が極小値をとったとき、研磨終了点と判断する。これにより、信頼性の高いＣＭＰ研磨装置における研磨終了点検出方法を提供することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程を有することを特徴とするＣＭＰ研磨装置における研磨終了点検出方法。
(a) ＣＭＰ研磨中において、研磨終了点に達した研磨対象物の分光反射スペクトルを、予め求めておく工程
(b) ＣＭＰ研磨中において、研磨対象物の分光反射スペクトルを求め、（ａ）の工程において求められた前記研磨終了点に達した研磨対象物の分光反射スペクトルとの相関係数を求める工程
(c) ＣＭＰ研磨中の時間帯において、(a)の工程において求められた分光反射スペクトルの波長に対する一次微分値と、(b)の工程において求められた分光反射スペクトルの波長に対する一次微分値との、波長毎の差の絶対値の和、又は波長毎の差の２乗の和を求める工程
(d) (b)の工程において求められた相関係数が所定の閾値以上となった範囲で、(c)の工程において求められた波長毎の差の和、又は波長毎の差の２乗の和が極小値をとったときを、研磨終了点とする工程
【請求項２】
(c)の工程において、一次微分値を求めた後にスムージングを行い、スムージングされた値を、波長毎の差の絶対値の和、又は波長毎の差の２乗の和の計算に使用することを特徴とする請求項１に記載のＣＭＰ研磨装置における研磨終了点検出方法。
【請求項３】
以下の工程を有することを特徴とするＣＭＰ研磨装置における研磨終了点検出方法。
(a) ＣＭＰ研磨中において、研磨終了点に達した研磨対象物研磨対象物の分光反射スペクトルと共に、研磨途中の研磨対象物研磨対象物の分光反射スペクトルを複数、予め求めておく工程
(b) ＣＭＰ研磨中の時間帯において、研磨対象物研磨対象物の分光反射スペクトルを求め、（ａ）の工程において求められた前記研磨終了点に達した研磨対象物研磨対象物の分光反射スペクトル及び研磨工程中の研磨対象物研磨対象物の分光反射スペクトルとの相関係数を求める工程
(c) (b)の工程で求められた相関係数のうち、予め求められた前記研磨終了点に達した研磨対象物研磨対象物の分光反射スペクトルとの相関係数が、他の研磨途中の研磨対象物の分光反射スペクトルとの相関係数に比べて高くなったときを、研磨終了点とする工程
【請求項４】
以下の工程を有することを特徴とするＣＭＰ研磨装置における研磨終了点検出方法。
(a) ＣＭＰ研磨中において、研磨終了点に達した研磨対象物研磨対象物の分光反射スペクトルと共に、研磨途中の研磨対象物研磨対象物の分光反射スペクトルを複数、予め求めておく工程
(b) ＣＭＰ研磨中の時間帯において、研磨対象物研磨対象物の分光反射スペクトルを求め、（ａ）の工程において求められた前記研磨終了点に達した研磨対象物研磨対象物の分光反射スペクトル及び研磨工程中の研磨対象物研磨対象物の分光反射スペクトルとの相関係数を求める工程
(c) ＣＭＰ研磨中の時間帯において、(a)の工程において求められた研磨終了点に達した研磨対象物研磨対象物の分光反射スペクトルの波長に対する一次微分値と、(b)の工程において求められた分光反射スペクトルの波長に対する一次微分値との、波長毎の差の絶対値の和、又は波長毎の差の２乗の和を求める工程
(d) (b)の工程で求められた相関係数のうち、予め求められた前記研磨終了点に達した研磨対象物の分光反射スペクトルとの相関係数が一番高くなり、かつ、(c)の工程において求められた波長毎の差の絶対値の波長毎の和、又は波長毎の差の２乗の波長毎の和が極小値をとったときを、研磨終了点とする工程
【請求項５】
(c)の工程において、一次微分値を求めた後にスムージングを行い、スムージングされた値を、波長毎の差の絶対値の和、又は波長毎の差の２乗の和の計算に使用することを特徴とする請求項４に記載のＣＭＰ研磨装置における研磨終了点検出方法。
【請求項６】
分光反射スペクトルを測定するための光源として白色ＬＥＤを使用し、前記白色ＬＥＤに印加する電流を一定に制御し、前記研磨対象物研磨対象物からの反射光量が所定範囲に入るように、可変ＮＤフィルタを用いて照射光量を制御することを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載のＣＭＰ研磨装置における研磨終了点検出方法。
【請求項７】
分光反射スペクトルを測定するための光源として白色ＬＥＤを使用し、前記研磨対象物研磨対象物からの反射光量が所定範囲に入るように、前記白色ＬＥＤに印加する電流を制御し、前記白色ＬＥＤに印加する電流が変化することによる前記白色ＬＥＤの発光スペクトルの変化に起因する前記研磨対象物研磨対象物の分光反射スペクトルを、予め求めておいた前記白色ＬＥＤの発光スペクトルと印加電流との関係に基づいて補正することを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載のＣＭＰ研磨装置における研磨終了点検出方法。
【請求項８】
前記分光反射スペクトルは、ＣＭＰ研磨中の研磨対象物が１回転する間の平均値又は積分値であることを特徴とする請求項１から請求項７のうちいずれか１項に記載のＣＭＰ研磨装置における研磨終了点検出方法。
【請求項９】
研磨終了点に達した研磨対象物の分光反射スペクトルの代わりに、研磨終了点に達する所定時間前の研磨対象物の分光反射スペクトルを用いることを特徴とする請求項１から請求項８のうちいずれか１項に記載のＣＭＰ研磨装置における研磨終了点検出方法。
【請求項１０】
以下の工程を有することを特徴とするＣＭＰ研磨装置における研磨終了点検出方法。
(a) ＣＭＰ研磨中において、研磨終了点に達した後に過剰研磨を行い、過剰研磨中の１点又は複数点における研磨対象物の分光反射スペクトルを、予め求めておく工程
(b) ＣＭＰ研磨中において、研磨対象物の分光反射スペクトルを求め、（ａ）の工程において求められた過剰研磨中の研磨対象物の分光反射スペクトルのいずれかとの相関係数を求める工程
(c) (b)の工程において求められた相関係数が所定の閾値以上となったときを、研磨終了点とする工程
【請求項１１】
請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載のＣＭＰ研磨装置における研磨終了点検出方法であって、以下の工程を有する研磨終了点検出方法を併せて有し、いずれかの研磨終了点検出方法において、最初に研磨終了点が検出されたときを研磨終了点とすることを特徴とするＣＭＰ研磨装置における研磨終了点検出方法。
(a) ＣＭＰ研磨中において、研磨終了点に達した後に過剰研磨を行い、過剰研磨中の１点又は複数点における研磨対象物の分光反射スペクトルを、予め求めておく工程
(b) ＣＭＰ研磨中において、研磨対象物の分光反射スペクトルを求め、（ａ）の工程において求められた過剰研磨中の研磨対象物の分光反射スペクトルのいずれかとの相関係数を求める工程
(c) (b)の工程において求められた相関係数が所定の閾値以上となったときを、研磨終了点とする工程
【請求項１２】
以下の工程を有することを特徴とするＣＭＰ研磨装置における研磨終了点検出方法。
(a) ＣＭＰ研磨中において、研磨終了点に達した研磨対象物の分光反射スペクトルを、予め求めておく工程
(b) ＣＭＰ研磨中において、研磨対象物の分光反射スペクトルを求める工程
(c) ＣＭＰ研磨中の時間帯において、(a)の工程において求められた分光反射スペクトルの波長に対する一次微分値と、(b)の工程において求められた分光反射スペクトルの波長に対する一次微分値との、波長毎の差の絶対値の和、又は波長毎の差の２乗の和を求める工程
(d) (c)の工程において求められた波長毎の差の和、又は波長毎の差の２乗の和が極小値をとったときを、研磨終了点とする工程
【請求項１３】
推定された研磨終了点に近くなるまでの時間が経過した後に、(b)、(c)、(d)の工程を開始することを特徴とする請求項１２に記載のＣＭＰ研磨装置における研磨終了点検出方法。
【請求項１４】
以下の工程を有することを特徴とするＣＭＰ研磨装置における研磨終了点検出方法。
(a) ＣＭＰ研磨中において、研磨終了点に達した研磨対象物の分光反射スペクトルを、予め求めておく工程
(b) ＣＭＰ研磨中において、研磨対象物の分光反射スペクトルを求め、この分光反射スペクトルと（ａ）の工程において求められた前記研磨終了点に達した研磨対象物の分光反射スペクトルとから得られる、研磨終了点に向かって正規化された値（例えば１など）に近づいていく第１のパラメータを求める工程
(c) ＣＭＰ研磨中の時間帯において、(a)の工程において求められた分光反射スペクトルと(b)の工程において求められた分光反射スペクトルとから得られる、研磨終了点において極小値をとる第２のパラメータを求める工程
(d) (b)の工程において求められた第１のパラメータが所定の閾値以上となった範囲で、(c)の工程において求められた第２のパラメータが極小値をとったときを、研磨終了点とする工程
【請求項１５】
以下の工程を有することを特徴とするＣＭＰ研磨装置における研磨終了点検出方法。
(a) ＣＭＰ研磨中において、研磨終了点に達した研磨対象物の分光反射スペクトルを、予め求めておく工程
(b) ＣＭＰ研磨中において、研磨対象物の分光反射スペクトルを求め、（ａ）の工程において求められた前記研磨終了点に達した研磨対象物の分光反射スペクトルとの相関係数を求める工程
(c) ＣＭＰ研磨中の時間帯において、 (b)の工程において求められた相関係数が所定の閾値以上となった範囲で、(a)の工程において求められた分光反射スペクトルの波長に対する一次微分値と、(b)の工程において求められた分光反射スペクトルの波長に対する一次微分値との、波長毎の差の絶対値の和、又は波長毎の差の２乗の和を求める工程
(d) (c)の工程において求められた波長毎の差の和、又は波長毎の差の２乗の和が極小値をとったときを、研磨終了点とする工程
【請求項１６】
研磨対象物の研磨終了点を、前記研磨対象物の分光反射スペクトルから求める研磨終了判定装置を有するＣＭＰ研磨装置であって、前記研磨終了判定装置は、請求項１から請求項１５のうちいずれか１項に記載のＣＭＰ研磨装置における研磨終了点検出方法を用いて研磨対象物の研磨終了点を求めるものであることを特徴とするＣＭＰ研磨装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載のＣＭＰ研磨装置を用いて、ウエハを研磨する工程を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＭＰ研磨装置における研磨終了点検出方法、ＣＭＰ研磨装置、及び半導体デバイスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの高密度化は限界を見せず進展を続けており、高密度化するにつれ、多層配線と、それに伴う層間絶縁膜形成や、プラグ、ダマシンなどの電極形成の技術の重要度は大きく増加している。当然こうした層間絶縁膜や金属膜の厚みや形状（正しく埋め込まれているかどうかなど）のモニタは大きな課題となる。勿論、膜厚のモニタは薄膜形成やエッチングといった工程でも必要とされるが、最近特に問題視されているのは、平坦化プロセスにおける研磨終了点の検知である。【０００３】
このような研磨終了点の検出には、光学的な手法が使用される。すなわち、研磨終了点におけるウエハ等の研磨対象物の分光反射スペクトルを予め求めておき、研磨中に観測される研磨体対象物の分光反射スペクトルが予め求めておいた分光反射スペクトルに近くなったとき、研磨終了点と判定するものである。このような方法は、例えば、特許第３３６０６１０号公報（特許文献１）に記載されている。
【特許文献１】特許第３３６０６１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されるような方法は、研磨終了点検出方法として信頼性の高い方法であるが、研磨対象物の種類によっては、研磨の途中において観測される研磨体対象物の分光反射スペクトルが予め求めておいた分光反射スペクトルに近くなったり、逆にノイズ等の影響のために、研磨終了点に達しても、観測される研磨体対象物の分光反射スペクトルが予め求めておいた分光反射スペクトルに近くならない場合もある。【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、従来考えられていた方法とは別の方法により、信頼性の高いＣＭＰ研磨装置における研磨終了点検出方法、この方法を用いたＣＭＰ研磨装置、さらには、このＣＭＰ研磨装置を用いた半導体デバイスの製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための第１の手段は、以下の工程を有することを特徴とするＣＭＰ研磨装置における研磨終了点検出方法である。【０００７】
(a) ＣＭＰ研磨中において、研磨終了点に達した研磨対象物の分光反射スペクトルを、予め求めておく工程
(b) ＣＭＰ研磨中の時間帯において、研磨対象物の分光反射スペクトルを求め、（ａ）の工程において求められた前記研磨終了点に達した研磨対象物の分光反射スペクトルとの相関係数を求める工程
(c) ＣＭＰ研磨中の時間帯において、(a)の工程において求められた分光反射スペクトルの波長に対する一次微分値と、(b)の工程において求められた分光反射スペクトルの波長に対する一次微分値との、波長毎の差の絶対値の和、又は波長毎の差の２乗の和を求める工程
(d) (b)の工程において求められた相関係数が所定の閾値以上となった範囲で、(c)の工程において求められた波長毎の差の絶対値の和、又は波長毎の差の２乗の和が極小値をとったときを、研磨終了点とする工程
(a)の工程においては、予め実験により、ＣＭＰ研磨中において、研磨終了点に達した研磨対象物の分光反射スペクトルを求めておく。研磨対象物の分光反射スペクトルは、光源の波長分布や、研磨液等の影響を受けるので、このスペクトルを求める際には、研磨作業中に求める。例えば、研磨作業中に研磨対象物の分光反射スペクトルを求める作業を続行しておき、他の手段により研磨終了点に達したことを求め、そのときの研磨対象物の分光反射スペクトルを記憶しておき、研磨対象物を取り出して、真に研磨終了点に達していたならその分光反射スペクトルを採用するという作業を、トライアル・アンド・エラー的に繰り返して求めることができる。なお、分光反射スペクトルは、離散的な波長について求める。以下の説明のために求められた分光反射スペクトルをｆ（λ）とする。ｆ（λ）は、波長がλのときのスペクトル強度である。【０００８】
(b)の工程においては、研磨工程中に被研磨対象物の分光反射スペクトルを測定する。この分光反射スペクトルは、光源の波長分布や研磨液等の影響を受ける。測定された分光反射スペクトルを、以下の説明のためにｇ（λ）とする。ｇ（λ）は、波長がλのときのスペクトル強度である。そして、ｆ（λ）とｇ（λ）との相関係数を求める。相互相関係数は、ｇ（λ）をｆ（λ）で回帰したときの相関係数であり、
ｇ（λ）＝ａ・ｆ（λ）＋ｂ
で一次回帰を行った場合の回帰係数ａのことである。研磨の進行と共に、回帰係数は上下変動しながら次第に１に近づいていく。ｆ（λ）とｇ（λ）が完全に一致すれば１となる。勿論、ｆｍ（λ）をｇｎ（λ）で回帰するようにしてもよい。【０００９】
(c) の工程においては、研磨工程中に
【数１】
2006126420.tif 000002
を求める。なお、α、βは、計算に使用する波長の下限値と上限値であり、例えば、αは波長λのうち小なるもの、βは波長λのうち大なるものを採用することができる。実際には、採取されるデータが離散的なので、これらのデータを、なめらかな関数形である関数ｆ（λ）、ｇ（λ）にそれぞれ当てはめ、これを一次微分することが好ましい。関数に当てはめない場合は、これらの１次微分は数値計算による差分として求められ、上記の積分は積算値として求められる。これらの値は、研磨の初期段階では不安定であるが、研磨の進行と共に単調減少するようになり、研磨終了点で極小値をとり、その後上昇に転ずる。なお、分光反射スペクトルの一次微分の差をとっているのは、分光反射スペクトル同士の差をとった場合、研磨液の状況等によって分光反射スペクトルにオフセットが生じ、これが誤差となる場合があるが、一次微分をとることにより、このオフセットを消去することができるからである。【００１０】
(d)の工程では、(b)の工程において求められた相関係数が所定の閾値以上となった範囲で、(c)の工程において求められた波長毎の差の絶対値の和、又は波長毎の差の２乗の和が極小値をとったときを、研磨終了点と判断する。前述のように、(b)の工程において求められた相関係数は研磨の進行と共に上昇して１に近づく傾向にあるが、研磨終了点前でも極大値をとることがあり、研磨終了点の判断に直接使用するのには不都合な場合がある。よって、これが所定の閾値を超えたときに研磨終了点が近づいたとの判断に使用することにしている。【００１１】
これに対し、(c)の工程において求められた波長毎の差の絶対値の波長毎の和、又は波長毎の差の２乗の波長毎の和は、研磨の初期においては不安定であるが、研磨がある程度進行すると単調減少となり、研磨終了点で極小値をとる。よって、前述のように、相関係数が閾値を超えたことにより、(c)の工程において求められた波長毎の差の絶対値の和、又は波長毎の差の２乗の和が単調減少となる領域（研磨終了点近く）に入ったことを知り、その範囲でこれらの値が極小値となった点を求めれば、研磨終了点を正確に判断することができる。【００１２】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、(c)の工程において、一次微分値を求めた後にスムージングを行い、スムージングされた値を、波長毎の差の絶対値の和、又は波長毎の差の２乗の和の計算に使用することを特徴とするものである。【００１３】
一次微分をとる際に、微小なノイズによって一次微分値が大きく変化する場合がある。このような場合には、求められた一次微分値を平滑化して使用することが望ましい。平滑化手段としては、移動平均法、指数平滑法等の周知のものを使用することができる。【００１４】
前記課題を解決するための第３の手段は、以下の工程を有することを特徴とするＣＭＰ研磨装置における研磨終了点検出方法である。【００１５】
(a) ＣＭＰ研磨中において、研磨終了点に達した研磨対象物の分光反射スペクトルと共に、研磨途中の研磨対象物の分光反射スペクトルを複数、予め求めておく工程
(b) ＣＭＰ研磨中の時間帯において、研磨対象物の分光反射スペクトルを求め、（ａ）の工程において求められた前記研磨終了点に達した研磨対象物の分光反射スペクトル及び研磨工程中の研磨対象物の分光反射スペクトルとの相関係数を求める工程
(c) (b)の工程で求められた相関係数のうち、予め求められた前記研磨終了点に達した研磨対象物の分光反射スペクトルとの相関係数が、他の研磨途中の研磨対象物の分光反射スペクトルとの相関係数に比べて高くなったときを、研磨終了点とする工程
本手段においては、(a)の工程においてＣＭＰ研磨中において、研磨終了点に達した研磨対象物の分光反射スペクトルと共に、研磨途中の研磨対象物の分光反射スペクトルを複数、予め求めておく。例えば、求められた研磨対象物の分光反射スペクトルを、研磨の進行順に、ｆ１（λ）、ｆ２（λ）、…、ｆｋ（λ）とし、ｆｋ（λ）が研磨対象物の研磨終了時点の分光反射スペクトルであるとする。【００１６】
(b)の工程においては、前記第１の手段と同じように、研磨対象物の分光反射スペクトルを求める。これをｇ（λ）とする。そして、このｇ（λ）と、ｆ１（λ）、ｆ２（λ）、…、ｆｋ（λ）それぞれとの相関係数を、前記第１の手段と同じようにして求める。【００１７】
(c)の工程では、(b)の工程で求められた各相関係数のうち、ｇ（λ）とｆｋ（λ）の相関係数が一番大きくなったときに研磨終了点に達したと判断する。すなわち、ｆ１（λ）、ｆ２（λ）、…、ｆｋ−１（λ）は、研磨未完了時点の分光スペクトルである。ｇ（λ）とこれら研磨未完了時の分光反射スペクトルを比較することにより、研磨終了点検知の誤動作を低減できる。【００１８】
前記課題を解決するための第４の手段は、以下の工程を有することを特徴とするＣＭＰ研磨装置における研磨終了点検出方法である。【００１９】
(a) ＣＭＰ研磨中において、研磨終了点に達した研磨対象物の分光反射スペクトルと共に、研磨途中の研磨対象物の分光反射スペクトルを複数、予め求めておく工程
(b) ＣＭＰ研磨中の時間帯において、研磨対象物の分光反射スペクトルを求め、（ａ）の工程において求められた前記研磨終了点に達した研磨対象物の分光反射スペクトル及び研磨工程中の研磨対象物の分光反射スペクトルとの相関係数を求める工程
(c) ＣＭＰ研磨中の時間帯において、(a)の工程において求められた研磨終了点に達した研磨対象物の分光反射スペクトルの波長に対する一次微分値と、(b)の工程において求められた分光反射スペクトルの波長に対する一次微分値との、波長毎の差の絶対値の和、又は波長毎の差の２乗の和を求める工程
(d) (b)の工程で求められた相関係数のうち、予め求められた前記研磨終了点に達した研磨対象物の分光反射スペクトルとの相関係数が一番高くなり、かつ、(c)の工程において求められた波長毎の差の絶対値の和、又は波長毎の差の２乗の和が極小値をとったときを、研磨終了点とする工程
本手段においては、(a)の工程と(b)の工程は、前記第３の手段と同じである。又、(c)の工程は前記第１の手段と同じである。(d)の工程においては、(b)の工程で求められた相関係数のうち、予め求められた前記研磨終了点に達した研磨対象物の分光反射スペクトルとの相関係数が一番高くなり、かつ、(c)の工程において求められた波長毎の差の絶対値の和、又は波長毎の差の２乗の和が極小値をとったときを研磨終了点と判断している。【００２０】
すなわち、研磨終了点判断の基本的な手法は前記第１の手段と同じであるが、(c)の工程において求められた波長毎の差の絶対値の和、又は波長毎の差の２乗の和が、単調減少をする段階に入ったかどうかを判断するのに、前記第３の手段で用いた方法を使用している。このような方法においても、研磨終了点を正確に求めることができる。【００２１】
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第４の手段であって、(c)の工程において、一次微分値を求めた後にスムージングを行い、スムージングされた値を、波長毎の差の絶対値の波長毎の和、又は波長毎の差の２乗の波長毎の和の計算に使用することを特徴とするものである。【００２２】
本手段において、一次微分値のスムージングを行う技術的意味と効果は、前記第２の手段と同じである。【００２３】
前記課題を解決するための第６の手段は、前記第１の手段から第５の手段のいずれかであって、分光反射スペクトルを測定するための光源として白色ＬＥＤを使用し、前記白色ＬＥＤに印加する電流を一定に制御し、前記研磨対象物からの反射光量が所定範囲に入るように、可変ＮＤフィルタを用いて照射光量を制御することを特徴とするＣＭＰ研磨装置における研磨終了点検出方法である。【００２４】
白色ＬＥＤは光源のスペクトル分布が安定しているので、分光測定に有利な光源である。しかし、光量を変化させるために印加する電流を変えるとスペクトル分布が変化するので、本方式のように分光反射スペクトルの時系列的挙動をパラメータとする方式には不都合である。そこで、本手段においては、一定電流で使用している。一方、ＣＭＰ研磨装置において、研磨中に研磨対象物の分光反射スペクトルを測定する場合には、スラリーの厚さ等の影響で反射光量が変化する。特に反射光量が少なくなるとＳ／Ｎ比が悪くなるので、受光量は、所定の範囲になるように制御することが好ましい。よって、本手段においては、白色ＬＥＤから強めの光を出しておき、それを可変ＮＤフィルタで減光させて測定用光源として使用している。そして、研磨対象物から反射される受光量をモニタし、それが所定範囲に入るように可変ＮＤフィルタの透過率を調整している。【００２５】
前記課題を解決するための第７の手段は、前記第１の手段から第５の手段のいずれかであって、分光反射スペクトルを測定するための光源として白色ＬＥＤを使用し、前記研磨対象物からの反射光量が所定範囲に入るように、前記白色ＬＥＤに印加する電流を制御し、前記白色ＬＥＤに印加する電流が変化することによる前記白色ＬＥＤの発光スペクトルの変化に起因する前記研磨対象物の分光反射スペクトルを、予め求めておいた前記白色ＬＥＤの発光スペクトルと印加電流との関係に基づいて補正することを特徴とするものである。【００２６】
研磨対象物から反射される受光量をモニタし、それが所定範囲に入るようにするためには、白色ＬＥＤに印加する電流を変化させてもよいが、前述のように発光スペクトル分布が変化するという問題点がある。本手段においては、白色ＬＥＤの発光スペクトルと印加電流との関係を予め求めておき、実際に研磨対象物の反射光から得られた分光反射スペクトルを、この関係に基づいて補正し、正規化して使用している。よって、白色ＬＥＤに印加する電流を変化させても、正確な研磨終了点の検出が可能となる。【００２７】
前記課題を解決するための第８の手段は、前記第１の手段から第７の手段のいずれかであって、前記分光反射スペクトルは、ＣＭＰ研磨中の研磨対象物が１回転する間の平均値又は積分値であることを特徴とするものである。【００２８】
本手段においては、研磨対象物の研磨むらがある場合でも、それを平均化して、研磨終了点を検出することができる。【００２９】
前記課題を解決するための第９の手段は、前記第１の手段から第８の手段のいずれかであって、研磨終了点に達した研磨対象物の分光反射スペクトルの代わりに、研磨終了点に達する所定時間前の研磨対象物の分光反射スペクトルを用いることを特徴とするものである。【００３０】
特に前記第１の手段、第４の手段を基本として研磨終了点を判定しようとする場合、極小点の判別が必要となる。極小点であるか否かを判別するためには、極小点を通り過ぎてからもデータをとり続ける必要があるため、実際に研磨終了点の判断が行えるのは、研磨終了点を通り越してからである。このようなことが問題になる場合には、本手段が有効である。また、同時に、平均化による判定遅れも修正することができる。【００３１】
本手段においては、研磨終了点に達したときの研磨対象物の分光反射スペクトルで無く、研磨終了点に達する所定時間前の研磨対象物の分光反射スペクトルを基準スペクトルとして採用している。この所定時間は、前記の極小値が表れてから、それが極小値であると判断できるまでの経過時間に近い値を採用するのが好ましい。このようにすると、極小値であると判断された時点で、実際に研磨終了点となっていることになり、正確に研磨終了点で研磨を終了させることができる。【００３２】
前記課題を解決するための第１０の手段は、以下の工程を有することを特徴とするＣＭＰ研磨装置における研磨終了点検出方法である。【００３３】
(a) ＣＭＰ研磨中において、研磨終了点に達した後に過剰研磨を行い、過剰研磨中の１点又は複数点における研磨対象物の分光反射スペクトルを、予め求めておく工程
(b) ＣＭＰ研磨中において、研磨対象物の分光反射スペクトルを求め、（ａ）の工程において求められた過剰研磨中の研磨対象物の分光反射スペクトルのいずれかとの相関係数を求める工程
(c) (b)の工程において求められた相関係数が所定の閾値以上となったときを、研磨終了点とする工程【００３４】
前記課題を解決するための第１１の手段は、前記第１の手段から第５の手段のいずれかであって、以下の工程を有する研磨終了点検出方法を併せて有し、いずれかの研磨終了点検出方法において、最初に研磨終了点が検出されたときを研磨終了点とすることを特徴とするＣＭＰ研磨装置における研磨終了点検出方法である。【００３５】
(a) ＣＭＰ研磨中において、研磨終了点に達した後に過剰研磨を行い、過剰研磨中の１点又は複数点における研磨対象物の分光反射スペクトルを、予め求めておく工程
(b) ＣＭＰ研磨中において、研磨対象物の分光反射スペクトルを求め、（ａ）の工程において求められた過剰研磨中の研磨対象物の分光反射スペクトルのいずれかとの相関係数を求める工程
(c) (b)の工程において求められた相関係数が所定の閾値以上となったときを、研磨終了点とする工程【００３６】
前記課題を解決するための第１２の手段は、以下の工程を有することを特徴とするＣＭＰ研磨装置における研磨終了点検出方法である。【００３７】
(a) ＣＭＰ研磨中において、研磨終了点に達した研磨対象物の分光反射スペクトルを、予め求めておく工程
(b) ＣＭＰ研磨中において、研磨対象物の分光反射スペクトルを求める工程
(c) ＣＭＰ研磨中の時間帯において、(a)の工程において求められた分光反射スペクトルの波長に対する一次微分値と、(b)の工程において求められた分光反射スペクトルの波長に対する一次微分値との、波長毎の差の絶対値の和、又は波長毎の差の２乗の和を求める工程
(d) (c)の工程において求められた波長毎の差の和、又は波長毎の差の２乗の和が極小値をとったときを、研磨終了点とする工程【００３８】
前記課題を解決するための第１３の手段は、前記第１２の手段であって、推定された研磨終了点に近くなるまでの時間が経過した後に、(b)、(c)、(d)の工程を開始することを特徴とするＣＭＰ研磨装置における研磨終了点検出方法である。【００３９】
前記課題を解決するための第１４の手段は、以下の工程を有することを特徴とするＣＭＰ研磨装置における研磨終了点検出方法である。【００４０】
(a) ＣＭＰ研磨中において、研磨終了点に達した研磨対象物の分光反射スペクトルを、予め求めておく工程
(b) ＣＭＰ研磨中において、研磨対象物の分光反射スペクトルを求め、この分光反射スペクトルと（ａ）の工程において求められた前記研磨終了点に達した研磨対象物の分光反射スペクトルとから得られる、研磨終了点に向かって正規化された値（例えば１など）に近づいていく第１のパラメータを求める工程
(c) ＣＭＰ研磨中の時間帯において、(a)の工程において求められた分光反射スペクトルと(b)の工程において求められた分光反射スペクトルとから得られる、研磨終了点において極小値をとる第２のパラメータを求める工程
(d) (b)の工程において求められた第１のパラメータが所定の閾値以上となった範囲で、(c)の工程において求められた第２のパラメータが極小値をとったときを、研磨終了点とする工程【００４１】
前記課題を解決するための第１５の手段は、以下の工程を有することを特徴とするＣＭＰ研磨装置における研磨終了点検出方法である。【００４２】
(a) ＣＭＰ研磨中において、研磨終了点に達した研磨対象物の分光反射スペクトルを、予め求めておく工程
(b) ＣＭＰ研磨中において、研磨対象物の分光反射スペクトルを求め、（ａ）の工程において求められた前記研磨終了点に達した研磨対象物の分光反射スペクトルとの相関係数を求める工程
(c) ＣＭＰ研磨中の時間帯において、 (b)の工程において求められた相関係数が所定の閾値以上となった範囲で、(a)の工程において求められた分光反射スペクトルの波長に対する一次微分値と、(b)の工程において求められた分光反射スペクトルの波長に対する一次微分値との、波長毎の差の絶対値の和、又は波長毎の差の２乗の和を求める工程
(d) (c)の工程において求められた波長毎の差の和、又は波長毎の差の２乗の和が極小値をとったときを、研磨終了点とする工程【００４３】
前記課題を解決するための第１６の手段は、研磨対象物の研磨終了点を、前記研磨対象物の分光反射スペクトルから求める研磨終了判定装置を有するＣＭＰ研磨装置であって、前記研磨終了判定装置は、前記第１の手段から第１５の手段のうちいずれかのＣＭＰ研磨装置における研磨終了点検出方法を用いて研磨対象物の研磨終了点を求めるものであることを特徴とするＣＭＰ研磨装置である。【００４４】
本手段においては、研磨対象物の研磨終了点を正確に把握できるので、正確な研磨を行うことができる。【００４５】
前記課題を解決するための第１７の手段は、前記第１６の手段であるＣＭＰ研磨装置を用いて、ウエハを研磨する工程を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法である。【００４６】
本手段においては、正確なＣＭＰ研磨が可能であるので、微細な構造を有する半導体デバイスを歩留良く製造することができる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明によれば、信頼性の高いＣＭＰ研磨装置における研磨終了点検出方法、この方法を用いたＣＭＰ研磨装置、さらには、このＣＭＰ研磨装置を用いた半導体デバイスの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態であるＣＭＰ研磨装置における研磨終了点検出方法を使用したＣＭＰ研磨終了点検出装置の光学系の例を示す図である。
【図２】図１に示すような光学系を有する研磨終了点検出装置と、実際のＣＭＰ研磨装置との関係を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態である半導体デバイスの製造方法を示す図である。
【図４】本発明の実施例で研磨を行ったウエハの構造を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施例で得られたターゲット（基準）分光反射スペクトルを示す図である。
【図６】本発明の第１の実施例におけるパラメータ１とパラメータ２の推移を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施例におけるターゲット分光反射スペクトルと工程終了点時の分光反射スペクトルを示す図である。
【図８】本発明の第２の実施例における研磨終了点での分光反射スペクトル（ターゲット分光反射スペクトル）を示す図である。
【図９】白色ＬＥＤに印加する電流を変化させた場合の発光スペクトル分布の変化を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施例におけるパラメータ１とパラメータ２の変化の様子を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施例において基準とした分光反射スペクトル（ターゲットスペクトル）と実際の研磨工程終了時の分光反射スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１…白色ＬＥＤ、２…レンズ、３…可変ＮＤフィルタ、４…照明エリア制御スリット、５…レンズ、６…ビームスプリッタ、７…レンズ、８…被測定ウエハ、９…レンズ、１０…ミラー、１１…レンズ、１２…スリット、１３…レンズ、１４…回折格子、１５…リニアセンサ、２１…ホルダ、２２…研磨板、２３…研磨体、２４…研磨液供給部、２５…研磨液、２６…研磨終了点検出装置、２７…光検出器、２８…カバー、３１…シリコン基板、３２…酸化膜、３３…low-k膜、３４…ＣＡＰ層、３５…Ta/TaＮ層、３６…銅、３７…トレンチ部
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態であるＣＭＰ研磨装置における研磨終了点検出方法を使用したＣＭＰ研磨終了点検出装置の光学系の例を示す図である。【００５１】
光源である白色ＬＥＤ１からの光は、レンズ２により平行光束に変換され、可変ＮＤフィルタ３、照明エリア制御スリット４を通った後、レンズ５によりビームスプリッタ６に集光される。ビームスプリッタ６を通過した光は、レンズ７により再び平行光束とされ、研磨対象物である被測定ウエハ８の表面に照射される。【００５２】
被測定ウエハ８よりの反射光は、再びレンズ７を通してビームスプリッタ６に集光される。ビームスプリッタ６において、反射光は９０°方向を変えられ、レンズ９により平行光束とされる。そして、ミラー１０で反射され、レンズ１１で、０次光のみを選別する開口を有する遮光手段であるスリット１２上に集光される。そして、散乱光、回折光等のノイズ成分を除去され、レンズ１３を介して分光手段である回折格子１４に投射され、分光される。分光された光は、光電変換素子であるリニアセンサ１５に入射し、分光強度が測定される。【００５３】
この光学系において、白色ＬＥＤ１の像はビームスプリッタ６に結像し、その結像位置がレンズ７の前方焦点に位置している。よって、被測定ウエハ８面は一様に、かつほぼ垂直な平行光により照明される。また、スリット１２は、被測定ウエハ８からの垂直反射光の集光位置に設けられている。よって、その開口の径を調整することにより、反射光のＮＡ、すなわちその開口を通過する光の反射角度を調整することができる。なお、ビームスプリッタ６が偏光ビームスプリッタである場合には、レンズ７と被測定ウエハ８の間にλ／４板が挿入される。【００５４】
このような光学系を有する研磨終了点検出装置と、実際のＣＭＰ研磨装置との関係を図２に示す。図２において、図１に示された構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付してその説明を省略する。２１は研磨対象物保持部(以下、ホルダという)、２２は研磨板、２３は研磨体、２４は研磨液供給部、２５は研磨液（スラリー）、２６は研磨終了点検出装置、２７は光検出器、２８はカバーである。光検出器２７は、図１における、ビームスプリッタ６で反射された後に光が通過する光学系をまとめて図示している。【００５５】
研磨装置本体はホルダ２１、研磨板２２、研磨板２２に貼り付けられている研磨体２３、及び研磨液供給部２４から構成されている。そして、ホルダ２１には研磨対象物である被測定ウエハ８が取り付けられ、研磨液供給部２４は研磨液２５を供給する。【００５６】
研磨体２３としては、発泡ポリウレタンよりなるシート状の研磨パッド、あるいは表面に溝構造を有した無発泡樹脂の研磨パッドが使用されている。ホルダ２１は適当な手段により軸Ａを中心に矢印ａの方向に回転され、研磨板２２は適当な手段により軸Ｂを中心に矢印ｂの方向に回転される。更に軸Ｂは、矢印ｃのように、軸Ａに直線的に近づいたり離れたりする揺動を行う。これらの過程で、研磨液２５と研磨体２３との作用により、被測定ウエハ８の研磨面(研磨体２３と接触している面)が研磨される。【００５７】
研磨終了点測定装置２６は、被測定ウエハ８の上部に設置されている。研磨終了点判定装置２６への研磨液の飛散を防止するために、研磨終了点測定装置２６はカバー２８でほぼ覆われている。【００５８】
研磨終了点判定装置２６の構成要素として、図においては白色ＬＥＤ光源１、ビームスプリッタ６、光検出器２７のみを示し、細部は図示を省略しているが、研磨終了点判定装置２６の実際の光学系は、図１に示されたものが用いられている。【００５９】
以下、このような構成の研磨終了点判定装置を用いた、研磨終了点の判別方法の実施の形態の例を説明する。この方法は、実際には、研磨終了点判定装置２６の中に内蔵されたコンピュータを中心として行われる。【００６０】
第１の実施の形態においては、まず、研磨終了点判別の基準となる被測定ウエハの分光反射スペクトルを取得しておく。比較される分光反射スペクトルは研磨工程中に測定されるので、基準となる分光反射スペクトルも研磨工程中に取得する必要がある。その方法としては、他の何らかの方法（例えば研磨経過時間）等によって、研磨終了点近くとなったことを判定し、そのときの被測定ウエハの分光反射スペクトルを取得すると共に研磨を終了する。これを、複数枚の被測定ウエハについて（例えば、研磨経過時間を少しずつ変えて）行い、得られたもののうちで、最も終点研磨状態に近かったものを選出し、それに対応する分光反射スペクトルを基準として採用すればよい。【００６１】
なお、本明細書で「分光反射スペクトル」と言っているのは、上記の説明からも分かるように、研磨状態での分光反射スペクトルであるので、スラリー等の分光透過率の影響を受けたものである。又、物理学的な分光反射スペクトル、すなわち、完全白色光で照明を行ったときの分光反射スペクトルであっても良く、所定のスペクトル分布を持った光源で照明したときの分光反射スペクトル（すなわち、光源の影響を受ける）ものでもよい。後者の場合は、得られたスペクトル分布をそのまま用いることができる。前者の場合は、得られたスペクトル分布を、光源のスペクトル分布で正規化しておく必要がある。得られた分光反射スペクトル分布をｆ（λ）とする。λは波長で、離散的な値である。【００６２】
このような準備を行った後、実際にウエハを研磨するときに、そのウエハの分光反射スペクトルを測定する。得られた分光反射スペクトル分布をｇ（λ）とする。λは波長で、離散的な値である。通常、ｆ（λ）を測定するときのλとｇ（λ）を測定するときのλは、すべて同じ波長としておくことが好ましい。【００６３】
分光反射スペクトル分布ｇ（λ）が得られた場合、これと基準である分光反射スペクトルｆ（λ）との相関係数を求める。相関係数は、統計学的に多用されているもので、
ｇ（λ）＝ａ・ｆ（λ）＋ｂ
として、一次回帰を行った場合の回帰係数ａのことである。研磨の進行と共に、回帰係数は上下変動しながら次第に１に近づいていく。ｆ（λ）とｇ（λ）が完全に一致すれば１となる。【００６４】
これと同時に、得られた分光反射スペクトルｇ（λ）のλに対する一次微分と基準である分光反射スペクトルｆ（λ）のλに対する一次微分との差の絶対値を、測定範囲の波長域で積分したもの、又は、得られた分光反射スペクトルｇ（λ）のλに対する一次微分と基準である分光反射スペクトルｆ（λ）のλに対する一次微分との差の絶対値の２乗を、測定範囲の波長域で積分したものを求める。一次微分を求める方法としては、ｆ（λ）とｇ（λ）をそれぞれなめらかな関数形ｆ（λ）、ｇ（λ）に当てはめて、その一次微分を求める方法、数値計算による差分により一次微分を求める方法があるが、後者の場合、微小なノイズによりハンチングが発生する場合があるので、前者の方が好ましい。後者の方を採用する場合は、得られた一次微分値を、λに対する移動平均、指数平滑等を使用して平滑化して用いることが好ましい。このようにして求めた値をｃとする。【００６５】
このようにして求めた相関係数（回帰係数）ａが所定値以上であり、ｃの値が極小値をとったとき、研磨の終点に達したと判断する。これにより、正確に研磨の終点を検出することができる。なお、上記のような研磨中のウエハの分光反射スペクトルの測定や、それに伴う判定処理は、全研磨工程中に行う必要はない、研磨終了点までの研磨時間の推定がある程度可能な場合は、研磨終了点に近くなるまでの時間が経過した後に開始してもよい。【００６６】
第２の実施の形態においても、まず、第１の実施の形態と同じように、研磨終了点判別の基準となる被測定ウエハの分光反射スペクトルを取得しておくが、それと共に、研磨途中における適当な間隔（一定間隔である必要はない）において、被測定ウエハの分光反射スペクトルを複数測定しておく。求められた研磨対象物の分光反射スペクトルを、研磨の進行順に、ｆ１（λ）、ｆ２（λ）、…、ｆｋ（λ）とし、ｆｋ（λ）が研磨対象物の研磨終了時点の分光反射スペクトルであるとする。【００６７】
実際のウエハの研磨中には、前記第１の実施の形態と同じように、研磨対象物の分光反射スペクトルを求める。これをｇ（λ）とする。そして、このｇ（λ）と、ｆ１（λ）、ｆ２（λ）、…、ｆｋ（λ）それぞれとの相関係数を、前記第１の実施の形態と同じようにして求める。そして、求められた各相関係数のうち、ｇ（λ）とｆｋ（λ）の相関係数が一番大きくなったときに研磨終了点に達したと判断する。仮に、ｇ（λ）とｆｉ（λ）  （ｉ≠ｋ）との相関係数が大きくなっても、ｆｉ（λ）は真の研磨終了時のスペクトルではないので、終点判定は行われない。【００６８】
第３の実施の形態においては、まず、第１の実施の形態と同じように、研磨終了点判別の基準となる被測定ウエハの分光反射スペクトルを取得しておくが、それと共に、研磨途中における適当な間隔（一定間隔である必要はない）において、被測定ウエハの分光反射スペクトルを複数測定しておく。求められた研磨対象物の分光反射スペクトルを、研磨の進行順に、ｆ１（λ）、ｆ２（λ）、…、ｆｋ（λ）とし、ｆｋ（λ）が研磨対象物の研磨終了時点の分光反射スペクトルであるとする。【００６９】
実際のウエハの研磨中には、前記第１の実施の形態と同じように、研磨対象物の分光反射スペクトルを求める。これをｇ（λ）とする。そして、このｇ（λ）と、ｆ１（λ）、ｆ２（λ）、…、ｆｋ（λ）それぞれとの相関係数を、前記第１の実施の形態と同じようにして求める。以上の工程は、前記第２の実施の形態と同じである。【００７０】
それと同時に、前記第１の実施の形態と同じようにして、得られた分光反射スペクトルｇ（λ）のλに対する一次微分と基準である分光反射スペクトルｆ（λ）のλに対する一次微分との差の絶対値を、測定範囲の波長域で積分したもの、又は、得られた分光反射スペクトルｇ（λ）のλに対する一次微分と基準である分光反射スペクトルｆ（λ）のλに対する一次微分との差の絶対値の２乗を、測定範囲の波長域で積分したものを求める。この値をｃとする。【００７１】
そして、ｇ（λ）と、ｆ１（λ）、ｆ２（λ）、…、ｆｋ（λ）それぞれとの相関係数のうち、ｇ（λ）とｆｋ（λ）の相関係数が最大となっており、かつ、ｃの値が極小値をとったときに、研磨終了点に達したと判断する。【００７２】
以上の実施の形態のうち、特に第１の実施の形態と第３の実施の形態においては、極小値の判断を行っている。極小値の判断は、判断される値が再び増加するまで行うことができず、しかも、ノイズの影響を避けようとすると、所定値以上の増加が認められるまで判断を待たざるを得ない。よって、極小となったことを判断する時点は、極小となった時点から所定時間後になる。通常はこの遅延時間は問題にならないが、もし問題となる場合は、基準とする分光反射スペクトルを、研磨終了時における分光反射スペクトルとせず、それより前記の遅延時間だけ前の分光反射スペクトルとするようにすればよい。このようにすると、極小となったという判断がなされた時点で、ちょうど研磨の終了点に達するようにすることができる。第２の実施の形態においても、同じような考え方をとることも可能である。【００７３】
以上の実施の形態において、分光反射スペクトルをＳ／Ｎの良好な状態で測定するためには、被測定ウエハ８からの反射光の強度がある程度強くなければならない。受光光学系で観測される強度は、研磨液２５の厚さ等により変化し、場合によっては十分な光量が得られないことがある。これを防止するために、白色ＬＥＤ１の発光強度を大きくして、印加電流を一定に保ち、通常の状態では、可変ＮＤフィルタ３により光を弱めて被測定ウエハ８に照射するようにしておく。そして、例えば、レンズ９を透過した光をハーフミラー等で２分割して一方を受光素子に導き、この受光素子の出力が所定範囲（又は一定）となるように、可変ＮＤフィルタ３の透過率を調整するようにする。このようにすれば、白色ＬＥＤ１に印加する電流を変化させることなく、受光光学系で受光される反射光を所定範囲（又は一定）に保つことができる。【００７４】
受光光学系で受光される反射光を所定範囲（又は一定）に保つためには、白色ＬＥＤ１に印加する電流を調整して発光強度を変化させることも考えられるが、そうすると、白色ＬＥＤ１の発光スペクトルが変化するので好ましくない。よって、このような方法を採用する場合は、予め印加電流と発光スペクトルの関係を調べておき、印加電流に応じた発光スペクトルで、検出された被測定ウエハ８の分光反射スペクトルを正規化して使用する必要がある。【００７５】
第４の実施の形態においては、予め分光反射スペクトルを取得する際に、研磨終了点を過ぎても過剰研磨を行い、研磨終了点を過ぎた後の分光反射スペクトルを、予め取得しておく。そして、研磨終点点を判定するに際しては、実研磨中に測定した分光反射スペクトルと、予め取得した研磨終了点より後の分光反射スペクトルとの相関係数を求めて、この相関係数が所定値（予め設定した閾値）となったら、研磨終了点と判断して直ちに研磨を停止する。研磨終了点の判定に用いる、予め取得した研磨終了点より後の分光反射スペクトルは、一つでもよいし、２つ以上でもよい。【００７６】
第４の実施の形態は、前述の第１の実施の形態から第３の実施の形態のいずれかと組み合わせて用いると効果的である。すなわち、研磨速度が極端に速い場合には、第１の実施の形態から第３の実施の形態の何れにおいても、研磨終了点の判定がうまくいかず、研磨が停止せずに過剰研磨となってしまう恐れがある。しかしながら、これらの実施の形態に第４の実施の形態を組み合わせることにより、第１の実施の形態から第３の実施の形態では、研磨終了点の判定がうまくできなかった場合でも、第４の実施の形態において研磨終了点が判定できるので、過剰研磨を防止することができる。【００７７】
図２に示すＣＭＰ研磨装置においては、被測定ウエハ８の径よりも、研磨体２３の径の方が小さく、かつ、被測定ウエハの表面が上を向いている。よって、研磨終了点検出装置２６を一定の位置においた場合には、同一半径上の一周分の分光反射スペクトルを測定することが可能である。よって、これらの一周分の分光反射スペクトルを平均化又は積分して使用すれば、場所による研磨むらの影響及びパターンによる回折の影響を理論上完全に消失させることができる。【００７８】
図３は、本発明の実施の形態である半導体デバイスの製造方法を示す図である。半導体製造プロセスをスタートすると、まずステップＳ２００で次に挙げるステップＳ２０１〜Ｓ２０４の中から適切な処理工程を選択し、いずれかのステップに進む。【００７９】
ここで、ステップＳ２０１はウエハの表面を酸化させる酸化工程である。ステップＳ２０２はＣＶＤ等によりウエハ表面に絶縁膜や誘電体膜を形成するＣＶＤ工程である。ステップＳ２０３はウエハに電極を蒸着等により形成する電極形成工程である。ステップＳ２０４はウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込み工程である。【００８０】
ＣＶＤ工程(Ｓ２０２)もしくは電極形成工程(Ｓ２０３)の後で、ステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５はＣＭＰ工程である。ＣＭＰ工程では本発明による研磨装置により、層間絶縁膜の平坦化や半導体デバイス表面の金属膜の研磨、誘電体膜の研磨によるダマシン（damascene）の形成等が行われる。【００８１】
ＣＭＰ工程(Ｓ２０５)もしくは酸化工程(Ｓ２０１)の後でステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６はフォトリソグラフィ工程である。この工程ではウエハへのレジストの塗布、露光装置を用いた露光によるウエハへの回路パターンの焼き付け、露光したウエハの現像が行われる。さらに、次のステップＳ２０７は現像したレジスト像以外の部分をエッチングにより削り、その後レジスト剥離が行われ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くエッチング工程である。【００８２】
次に、ステップＳ２０８で必要な全工程が完了したかを判断し、完了していなければステップＳ２００に戻り、先のステップを繰り返してウエハ上に回路パターンが形成される。ステップＳ２０８で全工程が完了したと判断されればエンドとなる。【００８３】
本発明による半導体デバイス製造方法では、ＣＭＰ工程において本発明にかかるＣＭＰ研磨装置を用いているため、細かなパターンを有するウエハを精度よく研磨することができ、より性能の良い半導体デバイスを製造することができる。
【実施例】
【００８４】
（実施例１）
図４に示すような構造のウエハの研磨を行い、本発明の第１の実施の形態の方法により、研磨終了点の検出を行った。図４に示すウエハは、シリコン基板３１上に酸化膜３２、low-k膜３３、ＣＡＰ層３４、Ta/TaＮ層３５、銅３６の順で積層されたもので、low-k膜３３、ＣＡＰ層３４、Ta/TaＮ層３５にはトレンチ部３７が形成され、そこに銅３６が埋め込まれている。【００８５】
ＣＭＰ研磨装置はNPS3301(ニコン製：ＮＰＳは登録商標)を使用した。NPS3301は、図２に示すように加工面が常に目視で観測でき、工程終了点を検知する計測器が加工面上部に備わっている。計測器は加工中にウエハのエッジから10mmの円周上を常にモニタするようにした。【００８６】
ターゲット（基準）分光反射スペクトルの決定のため、図４の構造を持つパターンウエハを一枚研磨した。Ta/TaＮ３５の終点判定後、追加研磨を行い、ＣＡＰ層残膜を50nmとし、この点を研磨終了点とした。この時の分光反射スペクトル(ターゲット分光反射スペクトル)の相対値を図５に示す。新たに図４の構造を持つウエハを用意し、第１の実施の形態に示した方法で研磨終了点検出を行った。その結果を図６に示す。図６中の破線（パラメータ１）はターゲットと工程中に観測される反射率スペクトルの相関係数（相対値）を示す。また実線（パラメータ２）はターゲット分光反射スペクトルの一次微分と研磨工程中に観測された分光反射スペクトルの一次微分を計算し、両者の差の絶対値を、各波長毎に求め、その和を計算したもの（相対値）である。破線で示される値が0.8を超えた範囲で、実線で示される値が極小値をとるときに研磨終了点であると判断することにし、ＣＭＰ研磨を自動停止させた。その時の残膜はCAP層約50nmとなっており、ターゲット分光反射スペクトルとほぼ同じ膜厚状態で工程終了点を確認することができた。ターゲット分光反射スペクトルと工程終了点時の分光反射スペクトルを図７に示す。図７から明らかなように両者の反射率の形状はほとんど一致している。この結果からウエハの任意の残膜で再現性ある工程終了点を検知できることが確認された。【００８７】
（実施例２）
実施例１と同じ構造のウエハの研磨を行い、その終点検出を行った。但し、使用したウエハの各層の膜厚は、実施例１のものとは異なっている。研磨終了点での分光反射スペクトル（ターゲット反射率）は研磨圧1.5psiの研磨条件のときに取得した。この時のホルダ回転数は61rpmで、白色ＬＥＤの印可電流値は10（相対値）であった。白色ＬＥＤの印可電流値はウエハからの反射光が最適な状態になるように自動的に制御されるようにした。【００８８】
この条件下で取得した研磨終了点での分光反射スペクトル（ターゲット分光反射スペクトル）を図８に示す。次に研磨圧力を0.05psiに変更し研磨を行った。研磨圧力の変更に伴い、研磨条件(ホルダ回転数)が変更された。その結果、ホルダ回転数の変更のため、ウエハ全周計測する条件が異なってしまった。またスラリーによる外乱状態も変化し、白色ＬＥＤに印加される電流値は20（相対値）となった。その結果白色ＬＥＤの発光特性が図９に示すように変化し、同じ構造を持つウエハを研磨しても、検出器で検出される分光反射スペクトルが異なり、正確な研磨終了検出ができないことが分かった。そこで、白色ＬＥＤへの印加電流量を一定とし、可変ＮＤフィルターを挿入することで光量調節を行った。【００８９】
白色ＬＥＤへの印可電流量を一定とし、可変ＮＤフィルターを挿入することで光量調節を行って、第１の実施の形態により研磨終了検出を行ったときの、パラメータ１とパラメータ２（それぞれ、図６に示したものと同じ意味を有する）の変化の様子を図１０に示す。又、基準とした分光反射スペクトル（ターゲットスペクトル）と実際の研磨工程終了時の分光反射スペクトルを図１１に示す。研磨圧力が変更されても同形状の分光反射スペクトルを検知し、また加工後のウエハ残膜は同じ結果を示した。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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