监视设备、监视方法、抛光装置和半导体晶片的制造方法制造方法及图纸

将第一光纤维（６２）的第二边缘端插入滚柱轴承（３６）的中央的内圈并固定到内圈。第二边缘与旋转轴（１１）的预定位置对准固定，以便发射探测光和接收反射的信号光。从第二光纤维（６１）的第二边缘发射的探测光经过透明窗口（２３）照射将抛光的衬底（４２），反射信号光在相反的方向再经过透明窗口（２３）并进入第二光纤维（６１）的第二边缘。这样，即使在抛光设备的抛光衬垫旋转的工作期间，第一光纤维（６２）可以保持不旋转，结果提供非旋转空间用于容纳光源（２４）、束分离器（２５）、光电检测器（２６）和第一耦合透镜（６３）。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及监视设备和监视方法，用于监视衬底、尤其是其上在半导体制造工艺中形成了半导体元件的半导体晶片的抛光过程中的抛光条件，还涉及将此监视设备引入其中的抛光装置和半导体晶片的制造方法。
技术介绍
随着半导体集成电路的集成度的无限增加，用于制造这种电路的半导体工艺技术变得越来越精细，并且已经从0.5微米时代进入0.25微米时代。结果，增加了用在光刻曝光工艺中的曝光装置的数值孔径(NA)，结果，这种曝光装置的焦深变得越来越浅。此外，还有一个明显的倾向是器件结构的三维化、在电极布线中多层结构的形成和这种结构的复杂性的增加。近来，CMP(化学-机械抛光或化学-机械平面化)作为在半导体工艺中用于内层绝缘膜的整体整平技术吸引了人们的注意，人们将其作为处理这种倾向的重要技术。在用于此CMP工艺的衬底抛光装置中，如附图说明图11中的1所表示的，在安装在衬底保持部分102中的衬底(半导体晶片)107被压在抛光衬垫103上的同时，使衬底107进行相对运动，所述抛光衬底固定在抛光表面板104上，通过抛光剂(浆料)105的化学抛光作用和机械抛光作用整平抛光衬底的表面，所述抛光剂是由抛光剂供应机构106提供的。在这种衬底抛光装置中，抛光中剩余膜厚的测量和工艺终点的确定是其中最重要的性能要求。此测量的精度大大影响利用此装置制造的半导体元件的质量，也就是集成电路的质量。然而，传统的衬底抛光装置都是现有装置的延伸，目前不能满足工作精度增加的需要。尤其是关于批之间的剩余膜厚的变化，在通过设定工作时间的控制方法下，除了抛光衬垫的堵塞之外，不能够控制每单位时间的抛光量(抛光速度)的波动因素，例如，在偶然情况下波动的各种因素如抛光压力、供应的抛光剂的量和衬底的环境温度等。此外，还使用了下列方法，其中借助于特殊的测量设备(椭圆计等)随着工作的进行测量剩余膜厚，通过将此信息回转到衬底抛光装置中来控制剩余膜厚。然而，此方法有一个缺陷是为了进行测量必须暂时停止抛光工作。此外，即使通过这种测量得到了抛光衬底的精确的剩余膜厚值，此测量也只是间歇地进行；结果，在存在上述波动因素的条件下，精确地确定工艺的终点是不可能的。因此不能够实现精确地获得目标剩余膜厚的目的，并且不能忽略批之间膜厚的变化。因此，在过去，除了其中通过时间控制检测抛光终点的方法之外，还提出了通过检测驱动抛光衬底表面板的马达的扭矩的波动作为在抛光进行的同时检测抛光终点的检测方法。这种方法利用了下列事实在抛光终点当衬底的抛光表面的材料变化时，抛光阻力也变化。通过监视马达扭矩检测抛光阻力的波动，从马达扭矩的变化检测抛光终点。然而，尽管在抛光终点材料出现变化的情况下(例如，在抛光氧化物膜的工序中露出底层硅的情况)，利用检测马达扭矩波动的方法是有效的，但是当希望整平由相同的材料构成的相同的膜表面的凹凸不平、使整个膜具有高精度(大约±100nm或更高)时，这种方法在精度方面是不够的。此外，由于在这种情况下，在抛光终点马达扭矩没有出现明显的波动，因此检测抛光终点实际上是不可能的。因此，近来已经探索用基于光学系统的终点检测来代替由这种扭矩波动的终点检测。图12显示了这种光学终点检测技术的典型例子。在图12中，衬底(半导体晶片)107安装在衬底保持部分102上，抛光衬垫固定到抛光表面板104上，在衬底107压在抛光衬垫103上的同时，抛光装置1通过衬底的旋转运动100和抛光衬垫的运动101产生相对运动，通过由抛光剂供应机构106提供的抛光剂(浆料)105的化学抛光作用和机械抛光作用整体抛光衬底的表面。在此技术中，从监视设备109发射的探测光通过透明窗110照射半导体晶片107，所述透明窗形成在抛光衬垫103和抛光表面板104中，通过监视设备配备的光电检测设备接受来自半导体晶片107的反射光实现工艺终点的确定。然而，对于这种终点检测方法来说，仅仅依据方法的原理公开了方法的范围；没有清楚地公开构成部件的设置例如具体的光学系统。例如，可以引用日本专利申请特开No.H9-36072中描述的技术作为接近于图12所示的技术的例子；然而，在此专利中没有描述光学传感器的构成。此外，如图12所示，监视设备109必须固定到旋转的抛光表面板104上。由于监视设备配置有光源和光监测器，为了在监视设备旋转的情况下容纳此监视设备，在抛光表面板104的下部需要不可忽略的尺寸容纳空间。这就极大地限制了CMP抛光装置的设计。通常，在如CMP抛光装置的装置工作在昂贵的清洁室内的情况下，尤其需要减小装置的尺寸和重量。这样，这种容纳空间的增加不仅减小了设计的自由度，而且还是CMP抛光装置的尺寸和重量减小的障碍。专利技术公开本专利技术的一个目的是解决上述问题，提供一种监视设备和监视方法，使其能够不考虑衬底的实际材料，通过光学装置高精度测量剩余膜厚和检测工艺终点。本专利技术的另一个目的是提供一种小巧、轻量的抛光装置，它配置有此监视设备，并且能够高精度抛光。本专利技术的再一个目的是提供一种抛光方法和利用此抛光装置高精度制造半导体晶片的方法。用来实现上述目的的第一专利技术是配置有抛光体部分的监视设备，抛光体部分具有带加工面的可旋转的抛光体和保持衬底的衬底保持部分，当通过在上述旋转加工表面和上述衬底的抛光表面之间设置抛光剂并且在这两部分之间产生相对运动来抛光此抛光表面时，监视设备借助于通过用探测光照射此抛光表面得到的反射信号光监视抛光条件，此监视设备的特征在于，此设备配置有发射上述探测光的非旋转光源，接收上述反射信号光的非旋转光检测器，和回转(turnback)光学部分，当上述探测光入射到上述抛光体部分的旋转轴的特定位置时，回转光学部分从此特定位置发射上述反射信号光，将上述回转光学部分结合到上述抛光体部分中，以便此回转光学部分可以和上述抛光体一起旋转。这里，术语“抛光体部分”不仅指抛光体、抛光表面板和轴，而且还指配置有旋转机构的机械系统等。用于实现上述目的的第二专利技术是在上述第一专利技术的基础上，进一步的特征在于上述回转光学部分配置有光耦合透镜和具有n0折射率的第二光纤维，上述监视设备进一步配置有非旋转第一光纤维。用于实现上述目的的第三专利技术是在上述第一专利技术的基础上，进一步的特征在于上述监视设备配置有非旋转的第一反射镜，上述回转光学部分配置有第二反射镜和第三反射镜。用于实现上述目的的第四专利技术是在上述第一至第三专利技术的任何一个的基础上，进一步的特征在于，上述回转光学部分配置有具有折射率n1的透明窗口，向上述抛光表面透射上述探测光，并且在相反的方向上透射上述反射的信号光。用于实现上述目的的第五专利技术是在上述第四专利技术的基础上，进一步的特征在于，上述第二光纤维的端部和上述透明窗口通过粘合剂粘结，粘合剂的折射率与n0的差为±17％或更小，与n1的差为±17％或更小。用于实现上述目的的第六专利技术是在上述第四专利技术的基础上，进一步的特征在于，上述第二光纤维的端部和上述透明窗口通过粘合剂粘结，粘合剂的折射率与n0的差为±17％或更小，至少在上述透明窗口的粘结部分上形成抗反射膜，此抗反射膜用于减小上述粘合剂和上述透明窗口之间的界面反射。用于实现上述目的的第七专利技术是在上述第四专利技术的基础上，进一步的特征在于，上述回转光学部分进一步配置有光学系统，光学系统安装在上述透明窗口和上述第二光纤维的端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种监视设备，配置有抛光体部分，抛光体部分具有带加工面的可旋转的抛光体和保持衬底的衬底保持部分，当通过在上述旋转加工表面和上述衬底的抛光表面之间设置抛光剂并且在这两部分之间产生相对运动来抛光此抛光表面时，监视设备借助于通过用探测光照射此抛光表面得到的反射信号光监视抛光条件，此监视设备的特征在于，此设备配置有发射上述探测光的非旋转光源，接收上述反射信号光的非旋转光检测器，和回转光学部分，当上述探测光入射到上述抛光体部分的旋转轴的特定位置时，回转光学部分从此特定位 置发射上述反射信号光，将上述回转光学部分结合到上述抛光体部分中，以便此回转光学部分可以和上述抛光体一起旋转。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2000-1-25 15365/00;JP 2000-11-21 354603/001.一种监视设备，配置有抛光体部分，抛光体部分具有带加工面的可旋转的抛光体和保持衬底的衬底保持部分，当通过在上述旋转加工表面和上述衬底的抛光表面之间设置抛光剂并且在这两部分之间产生相对运动来抛光此抛光表面时，监视设备借助于通过用探测光照射此抛光表面得到的反射信号光监视抛光条件，此监视设备的特征在于，此设备配置有发射上述探测光的非旋转光源，接收上述反射信号光的非旋转光检测器，和回转光学部分，当上述探测光入射到上述抛光体部分的旋转轴的特定位置时，回转光学部分从此特定位置发射上述反射信号光，将上述回转光学部分结合到上述抛光体部分中，以便此回转光学部分可以和上述抛光体一起旋转。2.权利要求1所述的监视设备，其特征在于，上述回转光学部分配置有光耦合透镜和具有n0折射率的第二光纤维，上述监视设备进一步配置有非旋转第一光纤维。3.权利要求1所述的监视设备，其特征在于，上述监视设备配置有非旋转的第一反射镜，上述回转光学部分配置有第二反射镜和第三反射镜。4.权利要求1至3中任一个所述的监视设备，其特征在于，上述回转光学部分配置有具有折射率n1的透明窗口，向上述抛光表面透射上述探测光，并且在相反的方向上透射上述反射的信号光。5.权利要求4所述的监视设备，其特征在于，上述第二光纤维的端部和上述透明窗口通过粘合剂粘结，粘合剂的折射率与n0的差为±17％或更小，与n1的差为±17％或更小。6.权利要求4所述的监视设备，其特征在于，上述第二光纤维的端部和上述透明窗口通过粘合剂粘结，粘合剂的折射率与n0的差为±17％或更小，至少在上述透明窗口的粘结部分上形成抗反射膜，此抗反射膜用于减小上述粘合剂和上述透明窗口之间的界面反射。7.权利要求4所述的监视设备，其特征在于，上述回转光学部分进一步配置有光学系统，光学系统安装在上述透明窗口和上述第二光纤维的端面之间，并具有用来用探测光照射上述抛光表面并将上述反射信号光聚焦在上述第二光纤维的上述端面上的凸放大率，所述探测光是从...

【专利技术属性】
技术研发人员：杉山喜和，大内泰司，
申请(专利权)人：株式会社尼康，
类型：发明
国别省市：JP[日本]