加工终点检测方法、研磨方法及研磨装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及计算基板等加工对象物的被加工面的特性值，并检测加工终点（研磨停止、研磨条件的变更等）的定时的方法。该方法通过使用基准被加工物、或模拟计算，生成表示加工终点上的反射强度与波长的关系的分光波形；基于上述分光波形，选择反射强度成为极大值及极小值的波长；根据上述选择的波长上的反射强度，计算对于被加工面的特性值；将加工终点上的特性值的时间变化的特征点设定为加工终点；在加工对象物的加工中检测上述特征点从而检测被加工物的加工终点。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及加工终点检测方法，计算基板等加工对象物的被加工面的 特性值，并检测加工终点(研磨停止、研磨条件的变更、蚀刻停止、成膜 停止等)的定时。另外，本专利技术涉及研磨方法及研磨装置，对半导体晶片等的基板进行 研磨并使其平坦化。
技术介绍
由于与近年来的半导体器件的高集成度相伴的布线的精细化以及多层 化的要求，要求基板的表面的平坦度。因此，正在进行通过化学机械研磨(CMP)来除去基板的表面的凹凸而使其表面平坦化的工作。在上述化学机械研磨中，在进行了规定时间的研磨之后需要在希望的 位置上结束研磨。例如，有希望在Cu或AL等金属布线的上部残留Si02 等绝缘层(由于在其后的工序中在绝缘层之上进一步形成金属等的层，这 样的绝缘层被称为层间膜。)的情况。这样的情况下，如果超过需要地进行 研磨，则下层的金属膜露出至表面，所以需要结束研磨以使层间膜残留规 定的膜厚量。另外，存在以下情况即，在基板上预先形成规定的图案的布线用的 沟，在其中填充了Cu (铜)或其合金之后，通过化学机械研磨(CMP)除 去表面的不需要部分。通过CMP处理研磨Cu层时，需要仅残留在布线用 沟的内部形成的Cu层，而从基板上选择性地除去Cu层。SP，寻求在布线 用的沟以外的位置上，除去Cu层直到(包含SiC^等的)绝缘膜露出。在该情况下，如果过量研磨，将布线用的沟内的Cu层与绝缘膜一起研 磨，则电路电阻上升，不得不丢弃整块基板，造成很大损失。反之，如果 研磨不充分，Cu层在绝缘膜上残留，则电路的分离不良，发生短路，其结 果，需要重新研磨，制造成本增高。为此，已知以下研磨状态监视装置，使用光学式传感器测定反射光强度，基于测定的反射光强度检测CMP处理的加工终点。g卩，设置具备发光 元件和受光元件的光学式传感器，从该光学式传感器向基板的被研磨面照 射光。然后，检测被研磨面上的光的反射强度的变化，检测CMP处理的加 工终点。在此，作为在上述CMP处理中测定光学特性的方法，已知以下的内容。(1) 将半导体激光器或发光二极管(LED)等单色光源照射至被研磨 面，并检测其反射强度的变化。(2) 将白色光照射至被研磨面，并将其分光(比)反射强度与预先记 录的研磨终点的分光(比)反射强度进行比较。最近，还开发了以下研磨状态监视装置，推定基板的初始膜厚，将激 光照射至基板上，对反射的反射光的反射强度的测定值的时间变化以正弦 波的模型函数进行近似来计算膜厚。另外，还提出了以下方法，通过在将光照射在基板上得到的光谱数据 上乘以加权函数来积分，从而计算基板的特性值，并根据该特性值的时间 变化检测研磨终点(例如，参照日本特开2004-154928号公报)。但是，在现有方法中，难以捕捉作为表示研磨终点的指标的特征点(反 射强度或特性值的特征变化点)，难以检测正确的研磨终点。例如，在使用 单色光源的情况下，对于光源波长，膜厚与反射强度信号的关系是唯一确 定的，并不限于在应该进行终点检测的膜厚上一定出现特征点。另外，对 其进行修正也是困难的。另一方面，在使用白色光等的多波长的情况下，能够任意选择波长， 所以可以做出在希望的膜厚上的反射强度的特征点。但是，要选择对被研 磨物的构造最合适的波长，需要实验纠错，所以存在以下问题在选择上 需要大量时间，或难以确认最合适的波长。作为进行上述CMP的研磨装置，己知能够独立调整顶环(top ring) 内的多个室的压力的装置。在该研磨装置中，例如由传感器测定与基板上 的膜厚相关联的物理量，并基于该物理量生成监控信号。在基板的研磨前， 预先准备表示监控信号与时间的关系的基准信号，在研磨中，调节顶环的 按压力，以使基板上的各个计测点上的监控信号收敛至基准信号。由此，在基板面内实现均匀的残留膜厚(例如，参照WO 2005/123335)。近年来，随着半导体器件的高速化、高集成化，在一个半导体芯片内 载入存储器部或运算部等各项功能而进行CPU的高功能化。在这样的半导 体芯片内，图案的密度和构造不同的区域混杂存在。另外，芯片尺寸逐年 变大，CCD器件中还存在膜尺寸(flim size) 24X36mm的尺寸。在半 导体制造中，为了在一块基板内形成多个这样的芯片，在基板的表面内图 案的密度和构造不同的区域分散存在。进而，为了评价器件的完成，还有 在基板的一部分上存在与器件的图案构造大为不同的电特性评价用的图案 的情况。在研磨这样的基板时进行将光照射至基板的表面并通过光学式传感 器检测其反射光，从而监控基板表面的膜厚变化。但是，来自基板表面的 反射光的强度不仅受到基于研磨的膜厚变化、而且受到器件图案或构造的 影响而复杂地变化。即，在研磨中，研磨台与顶环一起旋转，所以在研磨 台上搭载的光学式传感器扫描基板表面时，每次传感器都通过基板上的图 案的密度或构造不同的区域。因此，反射光的强度受到器件图案或构造的 影响而变化，这成为很大的噪声而与表示膜厚变化的信号重叠。这种情况 下，即使施加用于对信号进行平滑化的处理，由于噪声大，所以也无法正 确地监控膜厚变化，对研磨终点检测精度或用于得到均匀的膜厚的研磨控 制带来影响。研磨对象物是铜膜的情况下，为了测定膜厚多使用涡电流式传感器。 该铜膜一般通过电镀来形成。进行镀铜的电镀装置一般具有在基板的周缘 部等间隔配置的阴极(cathode)电极，通过密封部件保持被供给至基板的 表面的电镀液，并且在阴极电极与电镀液中的阳极(anode)电极之间施 加电压，将铜镀在基板的表面上。使用这样的电镀装置的情况下，由于阴 极电极的接触电阻或密封部件的密封性的不均匀，在基板的周缘部，在周 向上产生膜厚的不均匀。其结果，在研磨时，在某个时间，传感器仅扫描 膜厚较厚的部位或较薄的部位，无法把握平均的膜厚。
技术实现思路
本专利技术是鉴于这样的问题而做成的，其第一目的在于，提供一种能够12简便地得到在目标膜厚上具有极大值或极小值等特征变化点的特性值的加 工终点检测方法及加工装置，并实现高精度的加工终点检测。另外，本专利技术的第二目的在于，提供一种研磨方法及研磨装置，能够 减轻传感器的输出信号由于图案的密度或构造不同的区域所受的影响、或 由于在成膜工序中产生的周向的膜厚的不均匀所受的影响，并实现高精度 的研磨终点检测及膜厚均匀性。为了达到上述第一目的，本专利技术的一个方式是一种加工终点检测方法， 根据使用反射光的分光波形计算的被加工面的特性值，检测加工终点，该 反射光通过在被加工物的被加工面上照射光而得到，其特征在于，通过使 用基准被加工物、或模拟计算，生成表示加工终点上的反射强度与波长的 关系的分光波形，基于上述分光波形，选择反射强度成为极大值及极小值 的波长，根据上述选择的波长的反射强度，计算被加工面的特性值，将被 加工物的加工终点上的特性值的时间变化的特征点设定为加工终点，在被 加工物的加工中检测上述特征点从而检测被加工物的加工终点。其中，作为加工的具体例，可以举出具有膜的基板的研磨、或向基板 上的成膜。本专利技术的优选方式的特征在于，求出上述基准被加工物的加工时间内 的各波长的平均反射强度，以上述平均反射强度去除上述基准被加工物的 加工终点上的反射强度，从而生成基准分光波形，基于上述基准分光波形 进行对成为极大值及极小值的波长的上述选择。本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加工终点检测方法，根据使用反射光的分光波形算出的被加工面的特性值，检测加工终点，该反射光通过在被加工物的被加工面上照射光而得到，其特征在于，　通过使用基准被加工物、或模拟计算，生成表示加工终点上的反射强度与波长的关系的分光波形；　 　基于上述分光波形，选择反射强度成为极大值及极小值的波长；　根据上述选择的波长的反射强度，计算被加工面的特性值；　将被加工物的加工终点上的特性值的时间变化的特征点设定为加工终点；　在被加工物的加工中检测上述特征点从而检 测被加工物的加工终点。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2006-10-6 274622/2006;JP 2006-12-7 330383/20061、一种加工终点检测方法，根据使用反射光的分光波形算出的被加工面的特性值，检测加工终点，该反射光通过在被加工物的被加工面上照射光而得到，其特征在于，通过使用基准被加工物、或模拟计算，生成表示加工终点上的反射强度与波长的关系的分光波形；基于上述分光波形，选择反射强度成为极大值及极小值的波长；根据上述选择的波长的反射强度，计算被加工面的特性值；将被加工物的加工终点上的特性值的时间变化的特征点设定为加工终点；在被加工物的加工中检测上述特征点从而检测被加工物的加工终点。2、 如权利要求1所述的加工终点检测方法，其特征在于， 求出上述基准被加工物的加工时间内的各波长的平均反射强度； 用上述平均反射强度去除上述基准被加工物的加工终点上的反射强度，从而生成基准分光波形；基于上述基准分光波形选择成为极大值及极小值的波长。3、 如权利要求1所述的加工终点检测方法，其特征在于， 定义加权函数，该加权函数具有以上述选择的成为极大值的波长为中心的权重；在将光照射至被加工物的被加工面而得到的反射光的反射强度上，乘 以上述加权函数进行积分，从而计算上述被加工面的特性值；检测上述特性值的时间变化的特性点，从而检测被加工物的加工终点。4、 如权利要求1所述的加工终点检测方法，其特征在于， 使上述选择的波长向前后的波长偏移。5、 一种加工终点检测方法，根据使用反射光的分光波形算出的被加工 面的特性值，检测加工终点，该反射光通过在被加工物的被加工面上照射包括多波长的光而得到，其特征在于，通过使用基准被加工物、或模拟计算，求出加工时间内的各波长的平均反射强度；对基准分光波形进行监控从而检测被加工物的加工终点，上述基准分 光波形是用上述基准被加工物的平均反射强度去除反射光的分光波形的反 射强度而得到的，上述反射光是在被加工物的加工中照射包括多波长的光 而得到的。6、 一种加工装置，其特征在于，具有 光源，将光照射在被加工物的被加工面上； 受光部，接收来自上述被加工面的光；分光器单元，对在上述受光部中接收的光进行分光，并转换为电信息；以及运算部，对来自上述分光器单元的电信息进行运算； 上述运算部求出基准被加工物的加工时间内的各波长的平均反射强 度，用上述平均反射强度去除上述基准被加工物的加工终点的反射强度， 从而生成基准分光波形，选择该基准分光波形成为极大值及极小值的波长， 根据上述选择的波长的反射强度，计算上述基准被加工物的被加工面的特 性值，将被加工物的加工终点的特性值的时间变化的特征点设定为加工终 点，在加工中检测上述特征点从而检测被加工物的加工终点。7、 如权利要求6所述的加工装置，其特征在于， 使上述选择的波长向前后的波长偏移。8、 如权利要求6所述的加工装置，其特征在于，上述运算部定义加权函数，该加权函数具有以上述选择的成为极大值 的波长为中心的权重，在将光照射至被加工物的被加工面而得到的反射光 的反射强度上，乘以上述加权函数进行积分，从而计算上述被加工面的特 性值，检测上述特性值的时间变化的特性点，从而检测被加工物的加工终 点。9、 一种加工装置，其特征在于，具有光源，将包括多波长的光照射在被加工物的被加工面上； 受光部，接收来自上述被加工面的光；分光器单元，对在上述受光部中接收的光进行分光，并转换为电信息；以及运算部，对来自上述分光器单元的电信息进行运算；上述运算部求出基准被加工物的加工时间内的各波长的平均反射强 度，对基准分光波形进行监控从而检测被加工物的加工终点，上述基准分 光波形是用上述基准被加工物的平均反射强度去除反射光的分光波形的反 射强度而得到的，上述反射光是在被加工物的加工中照射包括多波长的光 而得到的。10、 一种研磨方法，其特征在于，包括由顶环保持被研磨物并且使该被研磨物旋转，将被研磨物按压 在旋转的研磨台上的研磨面上并研磨该被研磨物，通过设置于上述研磨台 的传感器监控研磨中的被研磨物的表面状态的工序，设定上述顶环和上述研磨台的旋转速度，以使规定的测定时间内上述 传感器在被研磨物的表面划过的轨迹跨上述被研磨物的表面的全周大致均 匀分布。11、 如权利要求10记载的研磨方法，其特征在于，设定上述顶环和上述研磨台的旋转速度，以使上述规定的测定时间内上述传感器的轨迹在被研磨物的表面旋转大致0.5XN次，其中N为自然 数。12、 如权利要求10记载的研磨方法，其特征在于，上述规定的测定时间是对从上述传感器得到的监控信号进行移动平均 处理时的移动平均时间。13、 如权利要求10记载的研磨方法，其特征在于， 由上述传感器监控被研磨物的表面状态，并检测研磨终点。14、 如权利要求10记载的研磨方法，其特征在于， 一边由上述传感器监控被研磨物的表面状态， 一边进行研磨以使该被研磨物的表面的膜厚均匀。15、 如权利要求10记载的研磨方法，其特征在于， 规定的测定时间是上述研磨台旋转以下次数的时间，上述次数是从4到16XV的自然数中选择的次数，其中V表示上述研磨台的旋转速度。16、 一种研磨方法，其特征在于，包括由顶环保持被研磨物并且使该被研磨物旋转，将被研磨物按压在旋转 的研磨台上的研磨面上并研磨该被研磨物，通过设置于上述研磨台的传感 器监控研磨中的被研磨物的表面状态的工序，设定上述顶环和上述研磨台的旋转速度，以使在上述研磨台旋转由第 一自然数表示的规定的次数期间，上述顶环旋转与和上述第一自然数互质 的第二自然数相等的次数，上述第一自然数为4以上，在16秒期间上述研磨台旋转的次数以下。17、 如权利要求16记载的研磨方法，其特征在于， 由上述传感器监控被研磨物的表...

【专利技术属性】
技术研发人员：清水展，大田真朗，丸山浩二，小林洋一，三谷隆一郎，中井俊辅，重田厚，
申请(专利权)人：株式会社荏原制作所，株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]