研磨监视方法、研磨方法、研磨监视装置及研磨装置的制造方法

研磨监视方法、研磨方法、研磨监视装置及研磨装置的制造方法
【专利说明】
[0001] 本发明是申请日为2011年3月2日、申请号为201110019961. 8、发明创造名称为： 研磨监视方法、研磨方法、研磨监视装置及研磨装置的申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及监视半导体晶片等基板的研磨的进展的方法，特别涉及基于由来自基 板的反射光得到的波谱的变化监视研磨的进展、决定研磨终点的方法。
[0003] 此外，本发明涉及执行这样的研磨监视方法的研磨监视装置。
[0004] 进而，本发明涉及利用这样的研磨监视方法的基板的研磨方法及研磨装置。
【背景技术】
[0005] 在半导体器件的制造工序中，在硅晶片上将各种材料反复形成为膜状，形成.层 叠构造。为了形成该层叠构造，使最上层的表面变得平坦的技术变得重要。作为这样的平 坦化的一种方法，广泛地使用化学机械研磨（CMP)。
[0006] 化学机械研磨（CMP)由研磨装置进行。这种研磨装置一般具备支承研磨垫板的研 磨工作台、保持基板（具有膜的晶片）的顶圈（卜7 ）、和将研磨液供给到研磨垫 板上的研磨液供给机构。在研磨基板时，一边从研磨液供给机构将研磨液供给到研磨垫板 上，一边通过顶圈将基板的表面推压在研磨垫板上。进而，通过使顶圈和研磨工作台分别旋 转而使基板与研磨垫板相对移动，对形成基板的表面的膜进行研磨。
[0007] 研磨装置通常具备研磨终点检测装置。作为研磨终点检测装置的一例，有对基板 的表面照射光、基于从基板反射来的光的波谱决定研磨终点的光学式研磨终点检测装置。 例如，在专利文献1所公开的方法中，对反射光的强度实施用来除去噪声成分的规定的处 理而生成特性值，根据该特性值的时间性变化的特征点（极大点或极小点）决定研磨终点。
[0008] 波谱（spectrum)是以波长的顺序排列的光的强度的排列，表示各波长下的光的 强度。由波谱生成的特性值如图1所示，随着研磨时间而周期性地变化，极大点和极小点交 替地出现。这是因光波的干涉带来的现象。即，照射在基板上的光被介质与膜的界面、和膜 与处于该膜之下的层的界面反射，由这些界面反射的光的波相互地干涉。该光波的干涉的 方式根据膜的厚度（即光路长）而变化。因此，从基板返回的反射光的强度与膜的厚度一 起周期性地变化。光的强度也可以表示为反射率或相对反射率等的相对值。
[0009] 上述光学式研磨终点检测装置如图1所示，在研磨中计数特性值的时间变化的特 征点（极大点或极小点）的数量，根据该特征点的数量监视研磨的进展。并且，在从特征点 的数量达到规定值的时刻起经过了规定时间的时刻结束研磨。
[0010] 除此以外，还有将在研磨中得到的波谱与预先准备的基准波谱比较来决定研磨终 点的方法（例如专利文献2)。在该方法中，将研磨中的各时刻的波谱与基准波谱比较，将两 波谱间的差满足目标差的条件的时刻作为研磨终点。基准波谱通过研磨与作为研磨对象的 基板相同种类的试样基板而预先准备。
[0011] 将在试样基板的研磨中得到的包括基准波谱的多个波谱与相关于研磨时间或研 磨工作台的旋转速度的索引值建立关联而作为库存储。这样，通过将在别的基板的研磨中 得到的波谱与库内的波谱进行比较，能够将研磨中的各时刻的基板的研磨状态用索引值表 示。这样，索引值可以称作相对或间接地表示基板的膜厚的指标。
[0012] 但是，在实际的基板中，具有不同的配线图案的配线层及不同种类的绝缘膜多重 重叠而形成多层配线构造，光学传感器通过上层的绝缘膜的没有配线的部分也检测来自下 层的绝缘膜的光。因此，如果在基板间在下层的绝缘膜的厚度及光学常数中存在离差，则波 谱受到影响。结果，在上述方法中，不能正确地测量上层膜（被研磨膜）的厚度，难以正确 地监视研磨的进展。还有检测到的研磨终点在基板间不同的问题。
[0013][专利文献1]日本特开2004-154928号公报
[0014][专利文献2]日本特表2009-505847号公报

【发明内容】

[0015] 本发明是鉴于上述以往的问题而做出的，其目的是提供一种能够正确地监视研磨 的进展、还有能够检测正确的研磨终点的方法及装置。
[0016] 此外，本发明的目的是提供一种使用这样的研磨监视方法的基板的研磨方法及研 磨装置。
[0017] 为了达到上述目的，本发明的一技术方案，是一种监视具有膜的基板的研磨的方 法，其特征在于，在基板的研磨中对上述基板照射光；接收来自上述基板的反射光；按各波 长测量上述反射光的强度；由上述强度的测量值生成表示强度与波长之间的关系的波谱； 计算出每规定时间的上述波谱的变化量；将上述基板研磨途中的时刻作为起点，沿着研磨 时间累积上述波谱的变化量而计算出波谱累积变化量；基于上述波谱累积变化量监视上述 基板的研磨中的研磨量。
[0018] 本发明的优选的技术方案的特征在于，上述波谱的变化量是在两个不同的时刻生 成的两个波谱的相对变化的大小。
[0019] 本发明的优选的技术方案的特征在于，上述相对变化的大小是规定的波长范围中 的上述两个波谱间的上述强度的差分的平方平均平方根。
[0020] 本发明的优选的技术方案的特征在于，上述相对变化的大小是规定的波长范围中 的上述两个波谱间的上述强度的差分的绝对值的平均。
[0021] 本发明的优选的技术方案的特征在于，上述波谱的变化量是通过将上述相对变化 的大小用上述两个时刻间的时间间隔除而得到的波谱变化速度。
[0022] 本发明的优选的技术方案的特征在于，上述波谱的变化量具有正或负的符号。
[0023] 本发明的优选的技术方案的特征在于，上述波谱是表示波长、与将各波长下的强 度用规定的波长范围下的强度的平均值除而得到的标准化的强度之间的关系的波谱。
[0024] 本发明的优选的技术方案的特征在于，上述基板是在具有相同构造的第1基板之 后被研磨的第2基板；上述方法还包括以下的工序：在上述第1基板的研磨中对上述第1基 板照射光；受光来自上述第1基板的反射光；对各波长测量上述反射光的强度；由上述强度 的测量值生成表示强度与波长之间的关系的基准波谱；计算出每规定时间的上述基准波谱 的变化量；将上述基准波谱的变化量沿着研磨时间累积而计算出基准波谱累积变化量；基 于上述基准波谱累积变化量、上述第1基板的初始膜厚和上述第1基板的最终膜厚，将关于 上述第2基板的上述波谱累积变化量变换为上述第2基板的膜的除去量。
[0025] 本发明的优选的技术方案的特征在于，还包括以下的工序：取得上述第2基板的 初始膜厚；通过从上述第2基板的初始膜厚减去上述除去量，将上述除去量变换为上述第2 基板的膜的厚度。
[0026] 本发明的优选的技术方案的特征在于，上述基板的研磨是用于调节形成在上述基 板的金属配线的高度的研磨。
[0027] 本发明的优选的技术方案的特征在于，上述基板具有上述膜、形成在上述膜之上 的隔离层和形成在上述膜内的上述金属配线；基于上述波谱变化量决定上述隔离层的除去 时刻。
[0028] 本发明的优选的技术方案的特征在于，在上述基板的表面上形成有台阶；上述波 谱累积变化量的计算从上述台阶被除去了的时刻开始。
[0029] 本发明的优选的技术方案的特征在于，基于上述波谱累积变化量决定上述基板的 研磨终点。
[0030] 本发明的另一技术方案是一种研磨具有膜的基板的方法，其特征在于，使上述基 板与研磨垫板滑动接触而研磨该基板；在基板的研磨中对上述基板照射光；受光来自上述 基板的反射光；对各波长测量上述反射光的强度；根据上述强度的测量值生成表示强度与 波长之间的关系的波谱；计算出每规定时间的上述波谱的变化量；将上述波谱的变化量沿 着研磨时间累积而计算出波谱累积变化量；基于上述波谱累积变化量监视上述基板的研磨 的进展。
[0031] 本发明的另一技术方案是一种研磨监视装置，其特征在于，具备：投光部，在基板 的研磨中对上述基板照射光；受光部，接收来自上述基板的反射光；分光器，按各波长测量 上述反射光的强度；以及处理装置，处理上述分光器的测量数据；上述处理装置进行下述 处理：由上述强度的测量值生成表示强度与波长之间的关系的波谱；计算出每规定时间的 上述波谱的变化量；以上述基板的研磨途中的时刻作为起点，沿着研磨时间累积上述波谱 的变化量而计算出波谱累积变化量；基于上述波谱累积变化量监视上述基板的研磨中的研 磨量。
[0032] 本发明的另一技术方案是一种研磨装置，其特征在于，具备：上述研磨监视装置； 研磨工作台，用来支承研磨垫板；以及顶圈，用来将基板推压在上述研磨垫板上。
[0033] 发明效果：
[0034] 在本发明中，由于基于波谱整体的变化量监视研磨的进展，所以能够将本发明用 在各种构造的基板的研磨中。特别是，即使如调节铜配线的高度的研磨过程那样、研磨量较 小、并且将折射率较大地不同的透明膜层叠而波谱的极值点的波长的变化较小的情况下， 也能够正确地捕捉被研磨膜的厚度的变化。此外，由于将波谱的变化量累积而得到的波谱 累积变化量对应于研磨量（即除去量、膜厚的变化），所以能够不受基板间的下层膜的厚度 的偏差影响而进行精度较高的研磨终点检测。进而，即使在基板具有复杂的多层构造的情 况下，波谱累积变化量也原则上在研磨中单调增加。因而，容易根据波谱累积变化量掌握基 板的研磨的进展。即，通过波谱累积变化量与规定目标值或阈值的简单的比较，能够容易地 检测研磨终点。
【附图说明】
[0035] 图1是表示特性值随着研磨时间变化的状况的曲线图。
[0036] 图2A是用来说明有关本发明的一实施方式的研磨监视方法的原理的示意图。
[0037] 图2B是表示基板与研磨工作台的位置关系的俯视图。
[0038] 图3是表示基于光的干涉理论进行模拟而得到的反射光的波谱的曲线图。
[0039] 图4是表示图3所示的波谱中的相邻的两个波谱的曲线图。
[0040] 图5A是表示模拟图2A中记载的基板的研磨的结果的曲线图。
[0041] 图5B是表示模拟图2A中记载的基板的研磨的结果的曲线图。
[0042] 图5C是表示模拟图2A中记载的基板的研磨的结果的曲线图。
[0043] 图是表示模拟图2A中记载的基板的研磨的结果的曲线图。
[0044] 图6A是表示波谱累积变化量A ( 0 )的曲线图。
[0045] 图6B是表示波谱累积变化量A ( 0 )的曲线图。
[0046] 图6C是表示波谱累积变化量A ( 0 )的曲线图。
[0047] 图6D是表示波谱累积变化量A ( 0 )的曲线图。
[0048] 图7A是表示根据基板研磨的模拟结果得到的研磨量的误差的曲线图。
[0049] 图7B是表示根据基板研磨的模拟结果得到的研磨量的误差的曲线图。
[0050] 图7C是表示根据基板研磨的模拟结果得到的研磨量的误差的曲线图。
[0051] 图7D是表示根据基板研磨的模拟结果得到的研磨量的误差的曲线图。
[0052] 图8是表示Cu配线形成工序中的基板的构造的一例的剖视图。
[0053] 图9是表示研磨模拟用的基板模型的剖视图。
[0054] 图10是表示由将图9所示的上层SiOj莫仅研磨100nm的模拟结果得到的波谱的 推移的曲线图。
[0055] 图11是表示图10所示的波谱的极大点及极小点的波长的变化的曲线图。
[0056] 图12是表示根据图10所示的波谱的变化计算出的波谱累积变化量的变化的曲线 图。
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