研磨監(jiān)視方法、研磨方法、研磨監(jiān)視裝置及研磨裝置的制造方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 本發(fā)明是申請(qǐng)日為2011年3月2日、申請(qǐng)?zhí)枮?01110019961. 8、發(fā)明創(chuàng)造名稱為： 研磨監(jiān)視方法、研磨方法、研磨監(jiān)視裝置及研磨裝置的申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及監(jiān)視半導(dǎo)體晶片等基板的研磨的進(jìn)展的方法，特別涉及基于由來(lái)自基 板的反射光得到的波譜的變化監(jiān)視研磨的進(jìn)展、決定研磨終點(diǎn)的方法。
[0003] 此外，本發(fā)明涉及執(zhí)行這樣的研磨監(jiān)視方法的研磨監(jiān)視裝置。
[0004] 進(jìn)而，本發(fā)明涉及利用這樣的研磨監(jiān)視方法的基板的研磨方法及研磨裝置。
【背景技術(shù)】
[0005] 在半導(dǎo)體器件的制造工序中，在硅晶片上將各種材料反復(fù)形成為膜狀，形成.層 疊構(gòu)造。為了形成該層疊構(gòu)造，使最上層的表面變得平坦的技術(shù)變得重要。作為這樣的平 坦化的一種方法，廣泛地使用化學(xué)機(jī)械研磨（CMP)。
[0006] 化學(xué)機(jī)械研磨（CMP)由研磨裝置進(jìn)行。這種研磨裝置一般具備支承研磨墊板的研 磨工作臺(tái)、保持基板（具有膜的晶片）的頂圈（卜7 ）、和將研磨液供給到研磨墊 板上的研磨液供給機(jī)構(gòu)。在研磨基板時(shí)，一邊從研磨液供給機(jī)構(gòu)將研磨液供給到研磨墊板 上，一邊通過(guò)頂圈將基板的表面推壓在研磨墊板上。進(jìn)而，通過(guò)使頂圈和研磨工作臺(tái)分別旋 轉(zhuǎn)而使基板與研磨墊板相對(duì)移動(dòng)，對(duì)形成基板的表面的膜進(jìn)行研磨。
[0007] 研磨裝置通常具備研磨終點(diǎn)檢測(cè)裝置。作為研磨終點(diǎn)檢測(cè)裝置的一例，有對(duì)基板 的表面照射光、基于從基板反射來(lái)的光的波譜決定研磨終點(diǎn)的光學(xué)式研磨終點(diǎn)檢測(cè)裝置。 例如，在專利文獻(xiàn)1所公開(kāi)的方法中，對(duì)反射光的強(qiáng)度實(shí)施用來(lái)除去噪聲成分的規(guī)定的處 理而生成特性值，根據(jù)該特性值的時(shí)間性變化的特征點(diǎn)（極大點(diǎn)或極小點(diǎn)）決定研磨終點(diǎn)。
[0008] 波譜（spectrum)是以波長(zhǎng)的順序排列的光的強(qiáng)度的排列，表示各波長(zhǎng)下的光的 強(qiáng)度。由波譜生成的特性值如圖1所示，隨著研磨時(shí)間而周期性地變化，極大點(diǎn)和極小點(diǎn)交 替地出現(xiàn)。這是因光波的干涉帶來(lái)的現(xiàn)象。即，照射在基板上的光被介質(zhì)與膜的界面、和膜 與處于該膜之下的層的界面反射，由這些界面反射的光的波相互地干涉。該光波的干涉的 方式根據(jù)膜的厚度（即光路長(zhǎng)）而變化。因此，從基板返回的反射光的強(qiáng)度與膜的厚度一 起周期性地變化。光的強(qiáng)度也可以表示為反射率或相對(duì)反射率等的相對(duì)值。
[0009] 上述光學(xué)式研磨終點(diǎn)檢測(cè)裝置如圖1所示，在研磨中計(jì)數(shù)特性值的時(shí)間變化的特 征點(diǎn)（極大點(diǎn)或極小點(diǎn)）的數(shù)量，根據(jù)該特征點(diǎn)的數(shù)量監(jiān)視研磨的進(jìn)展。并且，在從特征點(diǎn) 的數(shù)量達(dá)到規(guī)定值的時(shí)刻起經(jīng)過(guò)了規(guī)定時(shí)間的時(shí)刻結(jié)束研磨。
[0010] 除此以外，還有將在研磨中得到的波譜與預(yù)先準(zhǔn)備的基準(zhǔn)波譜比較來(lái)決定研磨終 點(diǎn)的方法（例如專利文獻(xiàn)2)。在該方法中，將研磨中的各時(shí)刻的波譜與基準(zhǔn)波譜比較，將兩 波譜間的差滿足目標(biāo)差的條件的時(shí)刻作為研磨終點(diǎn)?；鶞?zhǔn)波譜通過(guò)研磨與作為研磨對(duì)象的 基板相同種類的試樣基板而預(yù)先準(zhǔn)備。
[0011] 將在試樣基板的研磨中得到的包括基準(zhǔn)波譜的多個(gè)波譜與相關(guān)于研磨時(shí)間或研 磨工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)速度的索引值建立關(guān)聯(lián)而作為庫(kù)存儲(chǔ)。這樣，通過(guò)將在別的基板的研磨中 得到的波譜與庫(kù)內(nèi)的波譜進(jìn)行比較，能夠?qū)⒀心ブ械母鲿r(shí)刻的基板的研磨狀態(tài)用索引值表 示。這樣，索引值可以稱作相對(duì)或間接地表示基板的膜厚的指標(biāo)。
[0012] 但是，在實(shí)際的基板中，具有不同的配線圖案的配線層及不同種類的絕緣膜多重 重疊而形成多層配線構(gòu)造，光學(xué)傳感器通過(guò)上層的絕緣膜的沒(méi)有配線的部分也檢測(cè)來(lái)自下 層的絕緣膜的光。因此，如果在基板間在下層的絕緣膜的厚度及光學(xué)常數(shù)中存在離差，則波 譜受到影響。結(jié)果，在上述方法中，不能正確地測(cè)量上層膜（被研磨膜）的厚度，難以正確 地監(jiān)視研磨的進(jìn)展。還有檢測(cè)到的研磨終點(diǎn)在基板間不同的問(wèn)題。
[0013][專利文獻(xiàn)1]日本特開(kāi)2004-154928號(hào)公報(bào)
[0014][專利文獻(xiàn)2]日本特表2009-505847號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 本發(fā)明是鑒于上述以往的問(wèn)題而做出的，其目的是提供一種能夠正確地監(jiān)視研磨 的進(jìn)展、還有能夠檢測(cè)正確的研磨終點(diǎn)的方法及裝置。
[0016] 此外，本發(fā)明的目的是提供一種使用這樣的研磨監(jiān)視方法的基板的研磨方法及研 磨裝置。
[0017] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一技術(shù)方案，是一種監(jiān)視具有膜的基板的研磨的方 法，其特征在于，在基板的研磨中對(duì)上述基板照射光；接收來(lái)自上述基板的反射光；按各波 長(zhǎng)測(cè)量上述反射光的強(qiáng)度；由上述強(qiáng)度的測(cè)量值生成表示強(qiáng)度與波長(zhǎng)之間的關(guān)系的波譜； 計(jì)算出每規(guī)定時(shí)間的上述波譜的變化量；將上述基板研磨途中的時(shí)刻作為起點(diǎn)，沿著研磨 時(shí)間累積上述波譜的變化量而計(jì)算出波譜累積變化量；基于上述波譜累積變化量監(jiān)視上述 基板的研磨中的研磨量。
[0018] 本發(fā)明的優(yōu)選的技術(shù)方案的特征在于，上述波譜的變化量是在兩個(gè)不同的時(shí)刻生 成的兩個(gè)波譜的相對(duì)變化的大小。
[0019] 本發(fā)明的優(yōu)選的技術(shù)方案的特征在于，上述相對(duì)變化的大小是規(guī)定的波長(zhǎng)范圍中 的上述兩個(gè)波譜間的上述強(qiáng)度的差分的平方平均平方根。
[0020] 本發(fā)明的優(yōu)選的技術(shù)方案的特征在于，上述相對(duì)變化的大小是規(guī)定的波長(zhǎng)范圍中 的上述兩個(gè)波譜間的上述強(qiáng)度的差分的絕對(duì)值的平均。
[0021] 本發(fā)明的優(yōu)選的技術(shù)方案的特征在于，上述波譜的變化量是通過(guò)將上述相對(duì)變化 的大小用上述兩個(gè)時(shí)刻間的時(shí)間間隔除而得到的波譜變化速度。
[0022] 本發(fā)明的優(yōu)選的技術(shù)方案的特征在于，上述波譜的變化量具有正或負(fù)的符號(hào)。
[0023] 本發(fā)明的優(yōu)選的技術(shù)方案的特征在于，上述波譜是表示波長(zhǎng)、與將各波長(zhǎng)下的強(qiáng) 度用規(guī)定的波長(zhǎng)范圍下的強(qiáng)度的平均值除而得到的標(biāo)準(zhǔn)化的強(qiáng)度之間的關(guān)系的波譜。
[0024] 本發(fā)明的優(yōu)選的技術(shù)方案的特征在于，上述基板是在具有相同構(gòu)造的第1基板之 后被研磨的第2基板；上述方法還包括以下的工序：在上述第1基板的研磨中對(duì)上述第1基 板照射光；受光來(lái)自上述第1基板的反射光；對(duì)各波長(zhǎng)測(cè)量上述反射光的強(qiáng)度；由上述強(qiáng)度 的測(cè)量值生成表示強(qiáng)度與波長(zhǎng)之間的關(guān)系的基準(zhǔn)波譜；計(jì)算出每規(guī)定時(shí)間的上述基準(zhǔn)波譜 的變化量；將上述基準(zhǔn)波譜的變化量沿著研磨時(shí)間累積而計(jì)算出基準(zhǔn)波譜累積變化量；基 于上述基準(zhǔn)波譜累積變化量、上述第1基板的初始膜厚和上述第1基板的最終膜厚，將關(guān)于 上述第2基板的上述波譜累積變化量變換為上述第2基板的膜的除去量。
[0025] 本發(fā)明的優(yōu)選的技術(shù)方案的特征在于，還包括以下的工序：取得上述第2基板的 初始膜厚；通過(guò)從上述第2基板的初始膜厚減去上述除去量，將上述除去量變換為上述第2 基板的膜的厚度。
[0026] 本發(fā)明的優(yōu)選的技術(shù)方案的特征在于，上述基板的研磨是用于調(diào)節(jié)形成在上述基 板的金屬配線的高度的研磨。
[0027] 本發(fā)明的優(yōu)選的技術(shù)方案的特征在于，上述基板具有上述膜、形成在上述膜之上 的隔離層和形成在上述膜內(nèi)的上述金屬配線；基于上述波譜變化量決定上述隔離層的除去 時(shí)刻。
[0028] 本發(fā)明的優(yōu)選的技術(shù)方案的特征在于，在上述基板的表面上形成有臺(tái)階；上述波 譜累積變化量的計(jì)算從上述臺(tái)階被除去了的時(shí)刻開(kāi)始。
[0029] 本發(fā)明的優(yōu)選的技術(shù)方案的特征在于，基于上述波譜累積變化量決定上述基板的 研磨終點(diǎn)。
[0030] 本發(fā)明的另一技術(shù)方案是一種研磨具有膜的基板的方法，其特征在于，使上述基 板與研磨墊板滑動(dòng)接觸而研磨該基板；在基板的研磨中對(duì)上述基板照射光；受光來(lái)自上述 基板的反射光；對(duì)各波長(zhǎng)測(cè)量上述反射光的強(qiáng)度；根據(jù)上述強(qiáng)度的測(cè)量值生成表示強(qiáng)度與 波長(zhǎng)之間的關(guān)系的波譜；計(jì)算出每規(guī)定時(shí)間的上述波譜的變化量；將上述波譜的變化量沿 著研磨時(shí)間累積而計(jì)算出波譜累積變化量；基于上述波譜累積變化量監(jiān)視上述基板的研磨 的進(jìn)展。
[0031] 本發(fā)明的另一技術(shù)方案是一種研磨監(jiān)視裝置，其特征在于，具備：投光部，在基板 的研磨中對(duì)上述基板照射光；受光部，接收來(lái)自上述基板的反射光；分光器，按各波長(zhǎng)測(cè)量 上述反射光的強(qiáng)度；以及處理裝置，處理上述分光器的測(cè)量數(shù)據(jù)；上述處理裝置進(jìn)行下述 處理：由上述強(qiáng)度的測(cè)量值生成表示強(qiáng)度與波長(zhǎng)之間的關(guān)系的波譜；計(jì)算出每規(guī)定時(shí)間的 上述波譜的變化量；以上述基板的研磨途中的時(shí)刻作為起點(diǎn)，沿著研磨時(shí)間累積上述波譜 的變化量而計(jì)算出波譜累積變化量；基于上述波譜累積變化量監(jiān)視上述基板的研磨中的研 磨量。
[0032] 本發(fā)明的另一技術(shù)方案是一種研磨裝置，其特征在于，具備：上述研磨監(jiān)視裝置； 研磨工作臺(tái)，用來(lái)支承研磨墊板；以及頂圈，用來(lái)將基板推壓在上述研磨墊板上。
[0033] 發(fā)明效果：
[0034] 在本發(fā)明中，由于基于波譜整體的變化量監(jiān)視研磨的進(jìn)展，所以能夠?qū)⒈景l(fā)明用 在各種構(gòu)造的基板的研磨中。特別是，即使如調(diào)節(jié)銅配線的高度的研磨過(guò)程那樣、研磨量較 小、并且將折射率較大地不同的透明膜層疊而波譜的極值點(diǎn)的波長(zhǎng)的變化較小的情況下， 也能夠正確地捕捉被研磨膜的厚度的變化。此外，由于將波譜的變化量累積而得到的波譜 累積變化量對(duì)應(yīng)于研磨量（即除去量、膜厚的變化），所以能夠不受基板間的下層膜的厚度 的偏差影響而進(jìn)行精度較高的研磨終點(diǎn)檢測(cè)。進(jìn)而，即使在基板具有復(fù)雜的多層構(gòu)造的情 況下，波譜累積變化量也原則上在研磨中單調(diào)增加。因而，容易根據(jù)波譜累積變化量掌握基 板的研磨的進(jìn)展。即，通過(guò)波譜累積變化量與規(guī)定目標(biāo)值或閾值的簡(jiǎn)單的比較，能夠容易地 檢測(cè)研磨終點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0035] 圖1是表示特性值隨著研磨時(shí)間變化的狀況的曲線圖。
[0036] 圖2A是用來(lái)說(shuō)明有關(guān)本發(fā)明的一實(shí)施方式的研磨監(jiān)視方法的原理的示意圖。
[0037] 圖2B是表示基板與研磨工作臺(tái)的位置關(guān)系的俯視圖。
[0038] 圖3是表示基于光的干涉理論進(jìn)行模擬而得到的反射光的波譜的曲線圖。
[0039] 圖4是表示圖3所示的波譜中的相鄰的兩個(gè)波譜的曲線圖。
[0040] 圖5A是表示模擬圖2A中記載的基板的研磨的結(jié)果的曲線圖。
[0041] 圖5B是表示模擬圖2A中記載的基板的研磨的結(jié)果的曲線圖。
[0042] 圖5C是表示模擬圖2A中記載的基板的研磨的結(jié)果的曲線圖。
[0043] 圖是表示模擬圖2A中記載的基板的研磨的結(jié)果的曲線圖。
[0044] 圖6A是表示波譜累積變化量A ( 0 )的曲線圖。
[0045] 圖6B是表示波譜累積變化量A ( 0 )的曲線圖。
[0046] 圖6C是表示波譜累積變化量A ( 0 )的曲線圖。
[0047] 圖6D是表示波譜累積變化量A ( 0 )的曲線圖。
[0048] 圖7A是表示根據(jù)基板研磨的模擬結(jié)果得到的研磨量的誤差的曲線圖。
[0049] 圖7B是表示根據(jù)基板研磨的模擬結(jié)果得到的研磨量的誤差的曲線圖。
[0050] 圖7C是表示根據(jù)基板研磨的模擬結(jié)果得到的研磨量的誤差的曲線圖。
[0051] 圖7D是表示根據(jù)基板研磨的模擬結(jié)果得到的研磨量的誤差的曲線圖。
[0052] 圖8是表示Cu配線形成工序中的基板的構(gòu)造的一例的剖視圖。
[0053] 圖9是表示研磨模擬用的基板模型的剖視圖。
[0054] 圖10是表示由將圖9所示的上層SiOj莫僅研磨100nm的模擬結(jié)果得到的波譜的 推移的曲線圖。
[0055] 圖11是表示圖10所示的波譜的極大點(diǎn)及極小點(diǎn)的波長(zhǎng)的變化的曲線圖。
[0056] 圖12是表示根據(jù)圖10所示的波譜的變化計(jì)算出的波譜累積變化量的變化的曲線 圖。
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