JPH1177525A - 化学機械的研磨中に多重波長分光計を用いた厚みをその場でモニタする方法及び装置 - Google Patents
化学機械的研磨中に多重波長分光計を用いた厚みをその場でモニタする方法及び装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 研磨工具と、基板層の厚さを求める膜厚モニ
タとを用いた基板の化学機械的研磨（ＣＭＰ）技術を提
供することにある。 【解決手段】 研磨工具及び膜厚モニタを用いた基板の
化学機械的研磨（ＣＭＰ）中に、多重波長分光計を用い
て基板層の厚さをその場（現場）でモニタリングする装
置及び方法。工具には開口が設けられている。開口内に
はモニタリング窓が固定され、モニタリングチャンネル
を形成している。膜厚モニタが、モニタリングチャンネ
ルを介して基板を観察し、基板上に支持された膜の厚さ
を表示する。この情報は、ＣＭＰプロセスの終了点の決
定、基板の任意の所与の周囲における除去量の決定、基
板表面の全体に亘る平均除去量の決定、基板表面の全体
に亘る除去量偏差の決定、及び除去量及び均一性の最適
化に使用される。膜厚モニタは、分光計を有している。
タとを用いた基板の化学機械的研磨（ＣＭＰ）技術を提
供することにある。 【解決手段】 研磨工具及び膜厚モニタを用いた基板の
化学機械的研磨（ＣＭＰ）中に、多重波長分光計を用い
て基板層の厚さをその場（現場）でモニタリングする装
置及び方法。工具には開口が設けられている。開口内に
はモニタリング窓が固定され、モニタリングチャンネル
を形成している。膜厚モニタが、モニタリングチャンネ
ルを介して基板を観察し、基板上に支持された膜の厚さ
を表示する。この情報は、ＣＭＰプロセスの終了点の決
定、基板の任意の所与の周囲における除去量の決定、基
板表面の全体に亘る平均除去量の決定、基板表面の全体
に亘る除去量偏差の決定、及び除去量及び均一性の最適
化に使用される。膜厚モニタは、分光計を有している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板の加工
の分野に関し、より詳しくは、半導体基板の化学機械的
研磨中に除去される物質のモニタリングに関する。
の分野に関し、より詳しくは、半導体基板の化学機械的
研磨中に除去される物質のモニタリングに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】集積回
路デバイスの製造には、基板上に、必要なコンポーネン
ツ及び相互接続を形成するための種々の層（導体層、半
導体層及び不導体層）の形成を必要とする。種々のコン
ポーネンツ及び相互接続を形成し又は平坦化するには、
製造プロセス中に或る層の除去又は層の一部の除去を行
なわなくてはならない。集積回路加工の種々の段階で、
シリコン基板のような半導体基板の表面を平坦化するた
め、化学機械的研磨（chemical-mechanical polishing:
ＣＭＰ）が広く行なわれている。光学的表面の研磨に
は、測定サンプル、マイクロマシン及び種々の金属ベー
ス基板及び半導体ベース基板も使用される。ＣＭＰは、
研磨パッドに研磨剤を用いて、半導体表面上の物質を研
磨除去する技術である。基板に対するパッドの機械的移
動と、研磨剤の化学的作用との組合せが、基板（又は基
板上に形成された層）の露出表面を平坦化するための、
化学的腐食による研摩力を与える。
路デバイスの製造には、基板上に、必要なコンポーネン
ツ及び相互接続を形成するための種々の層（導体層、半
導体層及び不導体層）の形成を必要とする。種々のコン
ポーネンツ及び相互接続を形成し又は平坦化するには、
製造プロセス中に或る層の除去又は層の一部の除去を行
なわなくてはならない。集積回路加工の種々の段階で、
シリコン基板のような半導体基板の表面を平坦化するた
め、化学機械的研磨（chemical-mechanical polishing:
ＣＭＰ）が広く行なわれている。光学的表面の研磨に
は、測定サンプル、マイクロマシン及び種々の金属ベー
ス基板及び半導体ベース基板も使用される。ＣＭＰは、
研磨パッドに研磨剤を用いて、半導体表面上の物質を研
磨除去する技術である。基板に対するパッドの機械的移
動と、研磨剤の化学的作用との組合せが、基板（又は基
板上に形成された層）の露出表面を平坦化するための、
化学的腐食による研摩力を与える。
【０００３】ＣＭＰを遂行する最も一般的な方法では、
回転ウェーハホルダがウェーハを支持し、研磨パッドが
ウェーハ表面に対して回転する。平坦化プロセス中に、
ウェーハホルダは研磨パッドに対してウェーハ表面を押
し付け、かつ研磨パッドに対して第１軸線の回りでウェ
ーハを回転させる（例えば、米国特許第5,329,732 号参
照) 。機械的研磨力は、第１軸線とは異なる第２軸線の
回りで回転する研磨パッドの速度及びウェーハホルダの
押え力により得られる。ウェーハホルダの下には研磨剤
が常時運ばれ、ウェーハホルダの回転は、研磨剤の供給
及びウェーハ全体に亘る局部的偏差の平均化を補助す
る。ウェーハ表面に適用される研摩量は、基板と研磨パ
ッドとの間の相対速度に比例するので、ウェーハ表面上
の選択された位置での研磨量は、２つの主回転軸線（す
なわち、ウェーハホルダの回転軸線及び研磨パッドの回
転軸線）からの選択位置の距離に基づいて定まる。これ
は、基板表面の全体に亘る不均一速度分布、従って不均
一研磨を引き起こす。また、優れた平坦化性能を得るに
は、ウェーハと研磨パッドとの間に高い相対速度が望ま
れることが、ＣＭＰの当業者により一般的に受け入れら
れている（例えば、Stell 等の「デバイス及び回路用の
最新メタライゼーション−科学、技術及び製造可能性
（"Advanced Metallization for Devices and Circuits
- Science, Technology and Manufacturability")（e
d. S.P. Murarka, A. Katz, K.N. Tu and K. Maex, 第
１５１頁）参照）。しかしながら、この形態での平均相
対速度が高くなると、基板表面の全体に亘る速度分布が
好ましくなくなり、従って研摩の均一性が低下する。
回転ウェーハホルダがウェーハを支持し、研磨パッドが
ウェーハ表面に対して回転する。平坦化プロセス中に、
ウェーハホルダは研磨パッドに対してウェーハ表面を押
し付け、かつ研磨パッドに対して第１軸線の回りでウェ
ーハを回転させる（例えば、米国特許第5,329,732 号参
照) 。機械的研磨力は、第１軸線とは異なる第２軸線の
回りで回転する研磨パッドの速度及びウェーハホルダの
押え力により得られる。ウェーハホルダの下には研磨剤
が常時運ばれ、ウェーハホルダの回転は、研磨剤の供給
及びウェーハ全体に亘る局部的偏差の平均化を補助す
る。ウェーハ表面に適用される研摩量は、基板と研磨パ
ッドとの間の相対速度に比例するので、ウェーハ表面上
の選択された位置での研磨量は、２つの主回転軸線（す
なわち、ウェーハホルダの回転軸線及び研磨パッドの回
転軸線）からの選択位置の距離に基づいて定まる。これ
は、基板表面の全体に亘る不均一速度分布、従って不均
一研磨を引き起こす。また、優れた平坦化性能を得るに
は、ウェーハと研磨パッドとの間に高い相対速度が望ま
れることが、ＣＭＰの当業者により一般的に受け入れら
れている（例えば、Stell 等の「デバイス及び回路用の
最新メタライゼーション−科学、技術及び製造可能性
（"Advanced Metallization for Devices and Circuits
- Science, Technology and Manufacturability")（e
d. S.P. Murarka, A. Katz, K.N. Tu and K. Maex, 第
１５１頁）参照）。しかしながら、この形態での平均相
対速度が高くなると、基板表面の全体に亘る速度分布が
好ましくなくなり、従って研摩の均一性が低下する。
【０００４】この問題は、リニアポリシャを用いること
により解決される。リニアポリシャでは、回転パッドの
代わりに、ベルトが、基板表面の全体に亘ってパッドを
直線的に移動させ、基板表面の全体に亘ってより均一な
速度分布を与える。基板は、この場合も回転ポリシャの
場合のように回転され、局部的偏差が平均化される。し
かしながら、回転ポリシャとは異なり、リニアポリシャ
は、全ＣＭＰプロセスを通して基板表面の全体に亘って
均一な研磨量が得られ、基板を均一に研磨する。また、
リニアポリシャは、可撓性ベルト（この上にパッドが配
置される）の使用を可能にする。この可撓性はベルトが
撓むことを許容し、このため、基板に作用するパッド圧
力の変動を引き起こす。基板表面に沿う種々の位置で基
板に作用するパッド圧力を制御して、基板表面の全体に
亘る研磨量の分布を制御するのに、静止プラテンにより
形成される流体ベアリングを使用できる。
により解決される。リニアポリシャでは、回転パッドの
代わりに、ベルトが、基板表面の全体に亘ってパッドを
直線的に移動させ、基板表面の全体に亘ってより均一な
速度分布を与える。基板は、この場合も回転ポリシャの
場合のように回転され、局部的偏差が平均化される。し
かしながら、回転ポリシャとは異なり、リニアポリシャ
は、全ＣＭＰプロセスを通して基板表面の全体に亘って
均一な研磨量が得られ、基板を均一に研磨する。また、
リニアポリシャは、可撓性ベルト（この上にパッドが配
置される）の使用を可能にする。この可撓性はベルトが
撓むことを許容し、このため、基板に作用するパッド圧
力の変動を引き起こす。基板表面に沿う種々の位置で基
板に作用するパッド圧力を制御して、基板表面の全体に
亘る研磨量の分布を制御するのに、静止プラテンにより
形成される流体ベアリングを使用できる。
【０００５】リニアポリシャは、「基板表面の全体に亘
る化学機械的研磨量の制御（"Control of Chemical-Mec
hanical Polishing Rate Across A Subrtrate Surfac
e") 」という名称の１９９６年４月２６日付米国特許出
願第08/638,464号及び「リニアポリシャ及び半導体ウェ
ーハの平均化方法（Linear Polisher and Method for S
emiconductor Wafer Planarization) 」という名称の１
９９６年１２月３日付米国特許出願第08/759,172号に記
載されている。また、「リニアポリシャでの基板表面全
体に亘る化学機械的研磨量の制御（"Control Of Chemic
al-Mechanical Polishing Rate Across A Substrate Su
rface For A Linear Polisher") 」という名称の１９９
６年４月２６日付米国特許出願第08/638,462号及び米国
特許第5,558,568 号には、流体ベアリングが記載されて
いる。
る化学機械的研磨量の制御（"Control of Chemical-Mec
hanical Polishing Rate Across A Subrtrate Surfac
e") 」という名称の１９９６年４月２６日付米国特許出
願第08/638,464号及び「リニアポリシャ及び半導体ウェ
ーハの平均化方法（Linear Polisher and Method for S
emiconductor Wafer Planarization) 」という名称の１
９９６年１２月３日付米国特許出願第08/759,172号に記
載されている。また、「リニアポリシャでの基板表面全
体に亘る化学機械的研磨量の制御（"Control Of Chemic
al-Mechanical Polishing Rate Across A Substrate Su
rface For A Linear Polisher") 」という名称の１９９
６年４月２６日付米国特許出願第08/638,462号及び米国
特許第5,558,568 号には、流体ベアリングが記載されて
いる。
【０００６】種々のその場（現場）でのモニタリング技
術を採用した回転ＣＭＰシステムが設計されている。例
えば、米国特許第5,081,421 号には、導体基板上の誘電
体層の厚さの静電容量的測定により検出を行なう、その
場でのモニタリング技術が開示されている。米国特許第
5,240,552 号及び第5,439,551 号には、基板からの音波
を用いて終了点を決定する技術が開示されている。米国
特許第5,597,442 号には、赤外線温度測定装置を用いて
研磨パッドの温度をモニタリングすることにより終了点
を検出する技術が開示されている。米国特許第5,595,52
6 号には、ポリシャにより消費される全エネルギの割当
量にほぼ比例する量を用いて終了点を決定する技術が開
示されている。米国特許第5,413,941 号、第5,433,651
号及び欧州特許出願第EP 0 738 561 A1 号には、終了点
を決定する光学的方法が開示されている。
術を採用した回転ＣＭＰシステムが設計されている。例
えば、米国特許第5,081,421 号には、導体基板上の誘電
体層の厚さの静電容量的測定により検出を行なう、その
場でのモニタリング技術が開示されている。米国特許第
5,240,552 号及び第5,439,551 号には、基板からの音波
を用いて終了点を決定する技術が開示されている。米国
特許第5,597,442 号には、赤外線温度測定装置を用いて
研磨パッドの温度をモニタリングすることにより終了点
を検出する技術が開示されている。米国特許第5,595,52
6 号には、ポリシャにより消費される全エネルギの割当
量にほぼ比例する量を用いて終了点を決定する技術が開
示されている。米国特許第5,413,941 号、第5,433,651
号及び欧州特許出願第EP 0 738 561 A1 号には、終了点
を決定する光学的方法が開示されている。
【０００７】米国特許第5,413,941 号の技術では、レー
ザ光が、基板に対する垂線から７０°より大きい角度で
基板の一領域に衝突し、衝突したレーザ光は、主とし
て、ここを透過するのではなく反射する。反射光の強度
は、研摩の結果としての基板の平面度の変化の測定値と
して使用される。米国特許第5,433,651 号の技術では、
回転研磨テーブルには窓が埋入されており、該窓は、研
磨パッドではなく研磨テーブルと同一面内にある。テー
ブルが回転すると、研磨プロセスの終了点を表示する反
射率測定行なう現場モニタ上を窓が通る。欧州特許出願
第0 738 561 A1の技術では、回転研磨テーブルには窓が
埋入されており、該窓は、米国特許第5,438,651 号の技
術とは異なり、研磨パッドと同一面内にあるか、研磨パ
ッドにより形成される。窓が現場モニタ上を通るとき
に、レーザ干渉計を使用して研磨プロセスの終了点を決
定する。
ザ光が、基板に対する垂線から７０°より大きい角度で
基板の一領域に衝突し、衝突したレーザ光は、主とし
て、ここを透過するのではなく反射する。反射光の強度
は、研摩の結果としての基板の平面度の変化の測定値と
して使用される。米国特許第5,433,651 号の技術では、
回転研磨テーブルには窓が埋入されており、該窓は、研
磨パッドではなく研磨テーブルと同一面内にある。テー
ブルが回転すると、研磨プロセスの終了点を表示する反
射率測定行なう現場モニタ上を窓が通る。欧州特許出願
第0 738 561 A1の技術では、回転研磨テーブルには窓が
埋入されており、該窓は、米国特許第5,438,651 号の技
術とは異なり、研磨パッドと同一面内にあるか、研磨パ
ッドにより形成される。窓が現場モニタ上を通るとき
に、レーザ干渉計を使用して研磨プロセスの終了点を決
定する。
【０００８】レーザ干渉計を用いて終了点検出を現場モ
ニタリングできるリニアポリシャが、本件出願人の所有
する米国特許出願（代理人整理番号No. 7103/27)に記載
されている。しかしながら、レーザ干渉計は幾つかの固
有の欠点を有している。第１に、レーザ干渉計は、上に
横たわる基板層から放射される光の絶対強度を測定する
が、これは研磨すべき材料により異なる。第２に、レー
ザ干渉計では、入射光により測定される膜厚が、実際に
所望の仕上げ厚さであるか、その整数倍であるか否かを
オペレータが直接決定できない。また、これらの終了点
検出モニタリングシステムの固有の限界は、干渉曲線を
分析して、これを合理的な近似に適合させなくてはなら
ないことにある。従って、使用される波長及び膜特性に
よっては、干渉曲線が合理的な大きさの精度に適合され
る前に、一定の除去量（2,000 〜4,000 Å）がある。ま
た、単一波長の使用は、せいぜい除去量を与えるに過ぎ
ず、除去量及び酸化物の初期厚さの従来の知識に基づい
て、酸化物の残留厚さが見積もられる。通常、製造工場
では、誘電体の初期厚さは、蒸着／成長プロセスの制御
限度内で変化する。従って、酸化物の特定初期厚さを仮
定すると、少なくとも、蒸着プロセスの自然（６シグ
マ）散乱に等しい誤差を創出する。また、除去量の合理
的見積りがなされる前に少なくとも2,000 〜4,000 Å除
去する必要性は、特に、各クラスタが2,000 Å以下の量
を除去することをプロセスが要求するマルチクラスタツ
ールの場合に、実行が困難である。
ニタリングできるリニアポリシャが、本件出願人の所有
する米国特許出願（代理人整理番号No. 7103/27)に記載
されている。しかしながら、レーザ干渉計は幾つかの固
有の欠点を有している。第１に、レーザ干渉計は、上に
横たわる基板層から放射される光の絶対強度を測定する
が、これは研磨すべき材料により異なる。第２に、レー
ザ干渉計では、入射光により測定される膜厚が、実際に
所望の仕上げ厚さであるか、その整数倍であるか否かを
オペレータが直接決定できない。また、これらの終了点
検出モニタリングシステムの固有の限界は、干渉曲線を
分析して、これを合理的な近似に適合させなくてはなら
ないことにある。従って、使用される波長及び膜特性に
よっては、干渉曲線が合理的な大きさの精度に適合され
る前に、一定の除去量（2,000 〜4,000 Å）がある。ま
た、単一波長の使用は、せいぜい除去量を与えるに過ぎ
ず、除去量及び酸化物の初期厚さの従来の知識に基づい
て、酸化物の残留厚さが見積もられる。通常、製造工場
では、誘電体の初期厚さは、蒸着／成長プロセスの制御
限度内で変化する。従って、酸化物の特定初期厚さを仮
定すると、少なくとも、蒸着プロセスの自然（６シグ
マ）散乱に等しい誤差を創出する。また、除去量の合理
的見積りがなされる前に少なくとも2,000 〜4,000 Å除
去する必要性は、特に、各クラスタが2,000 Å以下の量
を除去することをプロセスが要求するマルチクラスタツ
ールの場合に、実行が困難である。
【０００９】エリプソメータ、ビームプロファイル反射
率計及び光応力発生ビームに基づく技術は、ＣＭＰプロ
セスのその場（現場）でのモニタに使用して厚さ測定を
行なうことができる（米国特許出願（代理人整理番号N
o. 7103/28)参照) 。これらの技術は、前のパラグラフ
で述べた問題を解決するが、これらに付随する付加的問
題がある。例えば、エリプソメータは、リニアベルトの
ような何らかのＣＭＰ工具での実施が困難な技術であ
る。ビームプロファイル反射率計は、厳密な合焦ビーム
及び大きい光学素子の特徴（これらは、ＣＭＰに使用す
るための潜在的な問題である）を必要とする。光応力発
生ビームに基づく技術は、複雑で、ＣＭＰ環境での実施
が困難である。従って、（ｉ）自らの軸線の回りで回転
するか、軌道の態様で回転するか、直線状又は円形状に
振動するプラテンベースシステム、（ii）無端又は有端
ベルトを使用するベルトベースシステム、又は(iii）従
来技術の欠点を解消する振動キャリヤヘッドシステムの
何れかを使用して、ＣＭＰプロセスにより、その場（現
場）での厚さ測定を行なうことが要望されている。
率計及び光応力発生ビームに基づく技術は、ＣＭＰプロ
セスのその場（現場）でのモニタに使用して厚さ測定を
行なうことができる（米国特許出願（代理人整理番号N
o. 7103/28)参照) 。これらの技術は、前のパラグラフ
で述べた問題を解決するが、これらに付随する付加的問
題がある。例えば、エリプソメータは、リニアベルトの
ような何らかのＣＭＰ工具での実施が困難な技術であ
る。ビームプロファイル反射率計は、厳密な合焦ビーム
及び大きい光学素子の特徴（これらは、ＣＭＰに使用す
るための潜在的な問題である）を必要とする。光応力発
生ビームに基づく技術は、複雑で、ＣＭＰ環境での実施
が困難である。従って、（ｉ）自らの軸線の回りで回転
するか、軌道の態様で回転するか、直線状又は円形状に
振動するプラテンベースシステム、（ii）無端又は有端
ベルトを使用するベルトベースシステム、又は(iii）従
来技術の欠点を解消する振動キャリヤヘッドシステムの
何れかを使用して、ＣＭＰプロセスにより、その場（現
場）での厚さ測定を行なうことが要望されている。
【００１０】本発明は、研磨工具と、基板層の厚さを求
める膜厚モニタとを用いた基板の化学機械的研磨（ＣＭ
Ｐ）技術を提供することにある。
める膜厚モニタとを用いた基板の化学機械的研磨（ＣＭ
Ｐ）技術を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の第１態様によれ
ば、研磨要素には開口が形成されている。モニタリング
窓は開口を閉じてモニタリングチャンネルを形成するよ
うに研磨要素に固定されている。膜厚モニタは、モニタ
リングチャンネルを介して基板を観察し、基板に支持さ
れた膜厚の表示を与える。膜厚モニタは、分光計を有し
ている。本発明の第２態様によれば、膜厚モニタは、光
源と、該光源からの強度をモニタリングするための、分
光計のような光感応検出器と、光を多くの検出器により
検出される多重波長に分配する分光計と、該分光計から
の信号を処理して、基板上の任意の膜の厚さを見積もる
ためのデータ処理要素とを有している。光源は、移動す
る基板又は研磨要素と同期する光線を放射するフラッシ
ュランプ、又は正しい時点で光を出力するための、移動
する基板又は研磨要素と同期して作動するシャッタを備
えた実質的に連続的に作動する光源で構成できる。
ば、研磨要素には開口が形成されている。モニタリング
窓は開口を閉じてモニタリングチャンネルを形成するよ
うに研磨要素に固定されている。膜厚モニタは、モニタ
リングチャンネルを介して基板を観察し、基板に支持さ
れた膜厚の表示を与える。膜厚モニタは、分光計を有し
ている。本発明の第２態様によれば、膜厚モニタは、光
源と、該光源からの強度をモニタリングするための、分
光計のような光感応検出器と、光を多くの検出器により
検出される多重波長に分配する分光計と、該分光計から
の信号を処理して、基板上の任意の膜の厚さを見積もる
ためのデータ処理要素とを有している。光源は、移動す
る基板又は研磨要素と同期する光線を放射するフラッシ
ュランプ、又は正しい時点で光を出力するための、移動
する基板又は研磨要素と同期して作動するシャッタを備
えた実質的に連続的に作動する光源で構成できる。
【００１２】本発明の第３態様によれば、駆動手段は、
研磨要素を基板を通る直線経路内で研磨要素を駆動すべ
く作動する複数のローラと、中心を通る軸線の回りで回
転し、基板を通る湾曲経路内で研磨要素を駆動すべく作
動するプラテンと、中心を通らない軸線の回りで回転
し、基板を通る湾曲経路内で研磨要素を駆動すべく作動
するプラテンとからなるか、又は閉経路に沿って移動
し、基板を通る湾曲経路内で研磨要素を駆動すべく作動
するプラテンとからなる。本発明の第４態様によれば、
基板キャリヤは閉経路に沿って移動する。本発明の第５
態様によれば、研磨要素は、多重波長分光計を用いて基
板層の厚さを決定する方法に使用される。本発明の第６
態様によれば、研磨要素は、所定の厚さに到達したか否
かを決定すべく基板の膜厚を反復測定することにより、
ＣＭＰプロセスの終了点を決定する方法に使用され、こ
の場合、終了点に到達したという事実が表示されかつＣ
ＭＰプロセスが終了される。
研磨要素を基板を通る直線経路内で研磨要素を駆動すべ
く作動する複数のローラと、中心を通る軸線の回りで回
転し、基板を通る湾曲経路内で研磨要素を駆動すべく作
動するプラテンと、中心を通らない軸線の回りで回転
し、基板を通る湾曲経路内で研磨要素を駆動すべく作動
するプラテンとからなるか、又は閉経路に沿って移動
し、基板を通る湾曲経路内で研磨要素を駆動すべく作動
するプラテンとからなる。本発明の第４態様によれば、
基板キャリヤは閉経路に沿って移動する。本発明の第５
態様によれば、研磨要素は、多重波長分光計を用いて基
板層の厚さを決定する方法に使用される。本発明の第６
態様によれば、研磨要素は、所定の厚さに到達したか否
かを決定すべく基板の膜厚を反復測定することにより、
ＣＭＰプロセスの終了点を決定する方法に使用され、こ
の場合、終了点に到達したという事実が表示されかつＣ
ＭＰプロセスが終了される。
【００１３】本発明の第７態様によれば、研磨要素は、
ＣＭＰの遂行中に、研磨要素の同じモニタリングチャン
ネルを介してなされる２つの連続膜厚測定値の差を決定
することにより、基板の任意の所与の周囲における除去
量を決定する方法に使用される。本発明の第８態様によ
れば、研磨要素は、ＣＭＰの遂行中に、少なくとも２つ
の膜厚モニタリング装置により得られる少なくとも２つ
の連続膜厚測定値の差の平均を決定することにより、基
板表面の全体に亘る平均除去量を決定する方法に使用さ
れる。本発明の第９態様によれば、研磨要素は、ＣＭＰ
の遂行中に、少なくとも２つの膜厚モニタリング装置に
より得られる少なくとも２つの連続膜厚測定値の差の偏
差を決定することにより、基板表面の全体に亘る除去量
の偏差を決定する方法に使用される。
ＣＭＰの遂行中に、研磨要素の同じモニタリングチャン
ネルを介してなされる２つの連続膜厚測定値の差を決定
することにより、基板の任意の所与の周囲における除去
量を決定する方法に使用される。本発明の第８態様によ
れば、研磨要素は、ＣＭＰの遂行中に、少なくとも２つ
の膜厚モニタリング装置により得られる少なくとも２つ
の連続膜厚測定値の差の平均を決定することにより、基
板表面の全体に亘る平均除去量を決定する方法に使用さ
れる。本発明の第９態様によれば、研磨要素は、ＣＭＰ
の遂行中に、少なくとも２つの膜厚モニタリング装置に
より得られる少なくとも２つの連続膜厚測定値の差の偏
差を決定することにより、基板表面の全体に亘る除去量
の偏差を決定する方法に使用される。
【００１４】本発明の第１０態様によれば、研磨要素
は、加工パラメータの効果を決定すべく研磨プロセスを
特徴付け、次に、除去量及び除去量の偏差を決定し、次
に、除去量及び均一性を最適化すべく研磨プロセスのパ
ラメータを調節することにより、ＣＭＰプロセスを最適
化する方法に使用される。
は、加工パラメータの効果を決定すべく研磨プロセスを
特徴付け、次に、除去量及び除去量の偏差を決定し、次
に、除去量及び均一性を最適化すべく研磨プロセスのパ
ラメータを調節することにより、ＣＭＰプロセスを最適
化する方法に使用される。
【００１５】
【発明の実施の形態】ここで図面を参照すると、図１
は、従来技術において化学機械的研磨（ＣＭＰ）として
広く知られた技術を用いて基板（図示せず）を平坦化す
るのに使用される従来技術のリニアポリシャ１００を示
すものである。図１に示すように、リニアポリシャ１０
０は、基板を固定する研磨ヘッド１０５に取り付けられ
た基板キャリヤ１１０を有する。本願明細書で使用する
用語「ベルト」は、少なくとも１つの層（この少なくと
も１つの層は研磨材料からなる層である）を備えた閉ル
ープ要素をいう。ベルト要素の層（単一又は複数）につ
いては後述する。研磨剤分配機構１４０は、ベルト１２
０の頂面上に研磨剤１５０を供給する。研磨剤１５０は
ベルト１２０と一緒に基板の下を移動し、かつ研磨プロ
セス中の任意の瞬時に、基板と部分的又は完全に接触す
る。プラテン１５５が、基板キャリヤ１１０の下でベル
ト１２０を支持する。
は、従来技術において化学機械的研磨（ＣＭＰ）として
広く知られた技術を用いて基板（図示せず）を平坦化す
るのに使用される従来技術のリニアポリシャ１００を示
すものである。図１に示すように、リニアポリシャ１０
０は、基板を固定する研磨ヘッド１０５に取り付けられ
た基板キャリヤ１１０を有する。本願明細書で使用する
用語「ベルト」は、少なくとも１つの層（この少なくと
も１つの層は研磨材料からなる層である）を備えた閉ル
ープ要素をいう。ベルト要素の層（単一又は複数）につ
いては後述する。研磨剤分配機構１４０は、ベルト１２
０の頂面上に研磨剤１５０を供給する。研磨剤１５０は
ベルト１２０と一緒に基板の下を移動し、かつ研磨プロ
セス中の任意の瞬時に、基板と部分的又は完全に接触す
る。プラテン１５５が、基板キャリヤ１１０の下でベル
ト１２０を支持する。
【００１６】一般に、基板キャリヤ１１０は、ベルト１
２０上で基板を回転させる。一般に、リテーナリング及
び／又は真空等の機械的保持手段が基板を所定位置に保
持する。ベルト１２０は連続体でありかつローラ１３
０、１３５の回りで回転する。モータ（図示せず）のよ
うな駆動手段がローラ１３０、１３５を回転させ、これ
により、ベルト１２０が基板の表面に対して直線運動で
移動する。ベルト１２０が直線方向に移動するとき、研
磨剤分配機構１４０は、研磨剤１５０をベルト１２０上
に供給する。使用中にベルト１２０のコンディショニン
グを行なうため、一般にコンディショナ（図示せず）を
使用してベルト１２０を常時掻き落とすことにより研磨
剤の残留堆積物及び／又はパッド変形を除去する。
２０上で基板を回転させる。一般に、リテーナリング及
び／又は真空等の機械的保持手段が基板を所定位置に保
持する。ベルト１２０は連続体でありかつローラ１３
０、１３５の回りで回転する。モータ（図示せず）のよ
うな駆動手段がローラ１３０、１３５を回転させ、これ
により、ベルト１２０が基板の表面に対して直線運動で
移動する。ベルト１２０が直線方向に移動するとき、研
磨剤分配機構１４０は、研磨剤１５０をベルト１２０上
に供給する。使用中にベルト１２０のコンディショニン
グを行なうため、一般にコンディショナ（図示せず）を
使用してベルト１２０を常時掻き落とすことにより研磨
剤の残留堆積物及び／又はパッド変形を除去する。
【００１７】図１に示すように、ベルト１２０はプラテ
ン１５５と基板との間で移動する。プラテン１５５の主
目的は、ベルト１２０の下面での支持プラットホームを
形成し、ベルト１２０を基板と充分に接触させて均一研
摩を達成することにある。一般に、基板キャリヤ１１０
は、ＣＭＰを遂行すべく、適当な力でベルト１２０を下
方に押圧し、ベルト１２０を基板に充分に接触させる。
ベルト１２０は可撓性を有し、基板がベルトを下方に押
圧すると下がるので、プラテン１５５は、この下向きの
力に対する必然的な反作用支持体を形成する。プラテン
１５５は、中実プラットホームで構成するか、流体ベア
リング（１つ以上の流体チャンネルを備えた流体ベアリ
ング）で構成できる。プラテン１５５からの流体の流れ
は、ベルト１２０の下面に作用する力の制御に使用でき
るため、流体ベアリングが好ましい。流体の流れのこの
ような制御により、ベルト１２０が基板に作用する圧力
変動が制御され、基板のより均一な研磨量が得られる。
前掲の特許出願及び米国特許第5,558,568 号には、流体
ベアリングの例が開示されており、各特許出願及び米国
特許は本願に援用する。
ン１５５と基板との間で移動する。プラテン１５５の主
目的は、ベルト１２０の下面での支持プラットホームを
形成し、ベルト１２０を基板と充分に接触させて均一研
摩を達成することにある。一般に、基板キャリヤ１１０
は、ＣＭＰを遂行すべく、適当な力でベルト１２０を下
方に押圧し、ベルト１２０を基板に充分に接触させる。
ベルト１２０は可撓性を有し、基板がベルトを下方に押
圧すると下がるので、プラテン１５５は、この下向きの
力に対する必然的な反作用支持体を形成する。プラテン
１５５は、中実プラットホームで構成するか、流体ベア
リング（１つ以上の流体チャンネルを備えた流体ベアリ
ング）で構成できる。プラテン１５５からの流体の流れ
は、ベルト１２０の下面に作用する力の制御に使用でき
るため、流体ベアリングが好ましい。流体の流れのこの
ような制御により、ベルト１２０が基板に作用する圧力
変動が制御され、基板のより均一な研磨量が得られる。
前掲の特許出願及び米国特許第5,558,568 号には、流体
ベアリングの例が開示されており、各特許出願及び米国
特許は本願に援用する。
【００１８】図２は、上記従来技術のリニアポリシャ１
００を改良した本発明の好ましい第１実施形態を示す断
面図である。従来技術のリニアポリシャにおけるよう
に、図２のリニアポリシャ２００は、基板（図示せず）
にＣＭＰを遂行するための基板キャリヤ２１０と、研磨
剤２１５の層と、ベルト２２０と、プラテン２４０とを
有している。ベルト２２０は、研磨材料の層（図示せ
ず）と、内面２０１と、外面２０２とを有する（ベルト
２２０の組成については、より詳細に後述する）。この
実施形態の新規な点は、ベルト２２０に開口２３０（該
開口はベルトの内面２０１から外面２０２まで延びてい
る）を設けたこと、及びプラテン２４０に開口２４５を
設けたことにある。また、ベルト２２０とプラテン２４
０との間には、脱イオン水の層２５５のような液体ミス
トの層が存在する。
００を改良した本発明の好ましい第１実施形態を示す断
面図である。従来技術のリニアポリシャにおけるよう
に、図２のリニアポリシャ２００は、基板（図示せず）
にＣＭＰを遂行するための基板キャリヤ２１０と、研磨
剤２１５の層と、ベルト２２０と、プラテン２４０とを
有している。ベルト２２０は、研磨材料の層（図示せ
ず）と、内面２０１と、外面２０２とを有する（ベルト
２２０の組成については、より詳細に後述する）。この
実施形態の新規な点は、ベルト２２０に開口２３０（該
開口はベルトの内面２０１から外面２０２まで延びてい
る）を設けたこと、及びプラテン２４０に開口２４５を
設けたことにある。また、ベルト２２０とプラテン２４
０との間には、脱イオン水の層２５５のような液体ミス
トの層が存在する。
【００１９】この実施形態は、上記従来技術のリニアポ
リシャ１００と同じ態様でＣＭＰを遂行する。上記ポリ
シャ１００とは異なり、このポリシャ２００には、現場
膜厚モニタ２５０を使用できる。より詳しくは、ベルト
２２０の開口２３０、２４５及びプラテン２４０は、モ
ニタ２５０による基板の現場モニタリングに使用され
る。ＣＭＰプロセス中にベルト２２０が基板の下で直線
方向に移動するとき、ベルト２２０の開口２３０は、プ
ラテン２４０の開口２４５上を移動する。両開口２３
０、２４５が整合するとき（図２参照）、基板と膜厚モ
ニタ２５０との間の光学的回路が完成し、現場モニタリ
ングを遂行できる。このモニタリングプロセスは、より
詳細に後述する。ベルト２２０及びプラテン２４０の開
口２３０、２４５は開いた状態にしておくこともできる
が、これらの開口２３０、２４５には、モニタリング窓
２３２、２４２が埋入される。ベルト２２０のモニタリ
ング窓２３２は、選択された範囲内の光波長の光を実質
的に透過できかつベルト２２０の内面２０１と外面２０
２との間で完全に又は部分的に延びている。一般に、ベ
ルト２２０のモニタリング窓２３２は、いかなる研磨剤
２１５又は水もベルト２２０の下面に漏洩しないことを
保証する。ベルト２２０の外面２０２と同一面にするこ
とにより、研磨プロセスに付随する問題が回避される。
ベルト２２０の内面２０１と同一面にすることにより、
プラテン２４０の流体ベアリング中の乱流領域の発生が
回避される（乱流発生は、隆起又は凹みが僅かであれば
回避できる）。
リシャ１００と同じ態様でＣＭＰを遂行する。上記ポリ
シャ１００とは異なり、このポリシャ２００には、現場
膜厚モニタ２５０を使用できる。より詳しくは、ベルト
２２０の開口２３０、２４５及びプラテン２４０は、モ
ニタ２５０による基板の現場モニタリングに使用され
る。ＣＭＰプロセス中にベルト２２０が基板の下で直線
方向に移動するとき、ベルト２２０の開口２３０は、プ
ラテン２４０の開口２４５上を移動する。両開口２３
０、２４５が整合するとき（図２参照）、基板と膜厚モ
ニタ２５０との間の光学的回路が完成し、現場モニタリ
ングを遂行できる。このモニタリングプロセスは、より
詳細に後述する。ベルト２２０及びプラテン２４０の開
口２３０、２４５は開いた状態にしておくこともできる
が、これらの開口２３０、２４５には、モニタリング窓
２３２、２４２が埋入される。ベルト２２０のモニタリ
ング窓２３２は、選択された範囲内の光波長の光を実質
的に透過できかつベルト２２０の内面２０１と外面２０
２との間で完全に又は部分的に延びている。一般に、ベ
ルト２２０のモニタリング窓２３２は、いかなる研磨剤
２１５又は水もベルト２２０の下面に漏洩しないことを
保証する。ベルト２２０の外面２０２と同一面にするこ
とにより、研磨プロセスに付随する問題が回避される。
ベルト２２０の内面２０１と同一面にすることにより、
プラテン２４０の流体ベアリング中の乱流領域の発生が
回避される（乱流発生は、隆起又は凹みが僅かであれば
回避できる）。
【００２０】従来技術の回転プラテンシステムの窓とは
異なり、モニタリング窓２３２は、ベルト２２０を駆動
するローラ（直径は２〜４０インチの範囲内に定められ
る）上を充分に周回できる可撓性を有するべきでありか
つ窓の存在が研磨結果に与える効果が最小になるように
すべきである。使用されるモニタリングシステムに基づ
いて、モニタリング窓２３２にも特別な光学的特徴（例
えば、最小の吸収又は散乱で、約２００〜2,000 nmの範
囲の放射線の最大透過性を有する）をもたせる必要があ
る。プラテン２４０の開口２４５を充填するモニタリン
グ窓２４２は、プラテン２４０の頂面と同一面内にあ
り、研磨剤が膜厚モニタ２５０内に流入することを防止
しかつプラテン２４０の流体ベアリング中に乱流領域が
発生することを回避できるようにするのが好ましい。ベ
ルト２２０のモニタリング窓２３２と同様に、プラテン
２４０のモニタリング窓２４２は、好ましい光学的特徴
（例えば、モニタ２５０から発生されかつ基板表面から
反射された光スペクトルを最大透過性を有する）を有す
ることが好ましい。
異なり、モニタリング窓２３２は、ベルト２２０を駆動
するローラ（直径は２〜４０インチの範囲内に定められ
る）上を充分に周回できる可撓性を有するべきでありか
つ窓の存在が研磨結果に与える効果が最小になるように
すべきである。使用されるモニタリングシステムに基づ
いて、モニタリング窓２３２にも特別な光学的特徴（例
えば、最小の吸収又は散乱で、約２００〜2,000 nmの範
囲の放射線の最大透過性を有する）をもたせる必要があ
る。プラテン２４０の開口２４５を充填するモニタリン
グ窓２４２は、プラテン２４０の頂面と同一面内にあ
り、研磨剤が膜厚モニタ２５０内に流入することを防止
しかつプラテン２４０の流体ベアリング中に乱流領域が
発生することを回避できるようにするのが好ましい。ベ
ルト２２０のモニタリング窓２３２と同様に、プラテン
２４０のモニタリング窓２４２は、好ましい光学的特徴
（例えば、モニタ２５０から発生されかつ基板表面から
反射された光スペクトルを最大透過性を有する）を有す
ることが好ましい。
【００２１】好ましい第２実施形態 上記実施形態のベルト２２０は１つのみの開口を有する
が、複数の開口を使用することもできる。図３に示すよ
うに、ベルト３１０には複数の開口３２０、３２２、３
２４、３２６、３２８を設けることができる。ベルト３
１０の各開口３２０、３２２、３２４、３２６、３２８
に対し、基板キャリヤ３４０の下のプラテンには、対応
する開口３３０、３３２、３３４、３３６、３３８が設
けられている。各開口３３０、３３２、３３４、３３
６、３３８は、それぞれの膜厚モニタと整合している。
前述のように、各開口はモニタリング窓により閉じられ
る。図３の実施形態では５つの開口が設けられており、
１つの開口は基板の中央に配置され、他の４つは９０°
間隔を隔てて配置されている。開口の数及びパターンは
設計的選択事項であることが理解されよう。例えば、開
口は直線状又は同心状に配置することもできる。ベルト
３１０のそれぞれの位置の下に幾つかの膜厚モニタを配
置することにより、基板表面の全体に亘る研磨プロセス
の不均一性を確認できる。別の構成として、図１０に示
すように、ベルト１０１０の単一開口１０２０には、プ
ラテンの多数の開口１０３０、１０３２、１０３４を使
用でき、各開口はそれぞれの膜厚モニタに対応する。前
述のように、各開口はモニタリング窓で閉じることがで
きる。プラテンの開口１０３０、１０３２、１０３４
は、ベルト１０１０の移動方向に平行な直線に整合して
いる。ベルトの開口１０２０がプラテンの開口１０３
０、１０３２、１０３４の１つと整合されると、当該プ
ラテンの開口に対応する膜厚モニタが、研磨された物体
の表面状態を測定する。この構成では、ベルト１０１０
の単一開口により、多数の表面領域の状態をモニタリン
グできる。プラテン開口の数及び位置、並びにベルト１
０１０に平行な直線の数は設計的選択事項であることに
留意することが重要である。
が、複数の開口を使用することもできる。図３に示すよ
うに、ベルト３１０には複数の開口３２０、３２２、３
２４、３２６、３２８を設けることができる。ベルト３
１０の各開口３２０、３２２、３２４、３２６、３２８
に対し、基板キャリヤ３４０の下のプラテンには、対応
する開口３３０、３３２、３３４、３３６、３３８が設
けられている。各開口３３０、３３２、３３４、３３
６、３３８は、それぞれの膜厚モニタと整合している。
前述のように、各開口はモニタリング窓により閉じられ
る。図３の実施形態では５つの開口が設けられており、
１つの開口は基板の中央に配置され、他の４つは９０°
間隔を隔てて配置されている。開口の数及びパターンは
設計的選択事項であることが理解されよう。例えば、開
口は直線状又は同心状に配置することもできる。ベルト
３１０のそれぞれの位置の下に幾つかの膜厚モニタを配
置することにより、基板表面の全体に亘る研磨プロセス
の不均一性を確認できる。別の構成として、図１０に示
すように、ベルト１０１０の単一開口１０２０には、プ
ラテンの多数の開口１０３０、１０３２、１０３４を使
用でき、各開口はそれぞれの膜厚モニタに対応する。前
述のように、各開口はモニタリング窓で閉じることがで
きる。プラテンの開口１０３０、１０３２、１０３４
は、ベルト１０１０の移動方向に平行な直線に整合して
いる。ベルトの開口１０２０がプラテンの開口１０３
０、１０３２、１０３４の１つと整合されると、当該プ
ラテンの開口に対応する膜厚モニタが、研磨された物体
の表面状態を測定する。この構成では、ベルト１０１０
の単一開口により、多数の表面領域の状態をモニタリン
グできる。プラテン開口の数及び位置、並びにベルト１
０１０に平行な直線の数は設計的選択事項であることに
留意することが重要である。
【００２２】好ましい第３実施形態 図４には他の実施形態が示されている。この実施形態で
は、モニタリングチャンネルのための開口がプラテンに
設けられていない。その代わり、拡大されたモニタリン
グチャンネル用の開口４２０がベルト４１５に形成され
ている。図４は、２つの層（その１つは層４１０であ
る）、内面４０１、外面４０２、第１側面４０３及び第
２側面４０４を備えたベルト４１５が示されている。モ
ニタリングチャンネル４２０は、光路が、外面４０２か
ら第１側面４０３までベルト４１５の一方の層４１０の
上面に平行に横方向に延びるように構成されている。膜
厚モニタ４４０は、ベルト４１５の下方ではなく、ベル
ト４１５の第１側面４０３に隣接して配置されている。
この実施形態では、モニタリング窓が開口４２０を充填
して、基板から膜厚モニタ４４０への光学的回路を完成
している。このモニタリング窓は、可撓性光ファイバで
構成できる。前述の実施形態と同様に、この実施形態も
１つ以上のモニタリングチャンネルに実施できる。図５
は、複数のモニタリングチャンネル５２０、５２２、５
２４、５２６、５２８を備えた実施形態を示す平面図で
ある。ここには、直線状に整合した傾斜孔パターンがベ
ルト５１０に形成されているものが示されている。光フ
ァイバ伝送路の遠位端は、直線的に移動するベルト５１
０の側面に沿って配置された１列の膜厚モニタ５３０、
５３２、５３４、５３６、５３８に隣接して終端してい
る。この構成では、膜厚モニタが移動可能に構成されて
いるので、膜厚モニタの位置が光ファイバと整合するよ
うに調節できる。かくして、この実施形態は、膜厚モニ
タ５３０、５３２、５３４、５３６、５３８の位置を調
節できるため、モニタリングチャンネルの配置における
厳格な条件をなくすことができる。
は、モニタリングチャンネルのための開口がプラテンに
設けられていない。その代わり、拡大されたモニタリン
グチャンネル用の開口４２０がベルト４１５に形成され
ている。図４は、２つの層（その１つは層４１０であ
る）、内面４０１、外面４０２、第１側面４０３及び第
２側面４０４を備えたベルト４１５が示されている。モ
ニタリングチャンネル４２０は、光路が、外面４０２か
ら第１側面４０３までベルト４１５の一方の層４１０の
上面に平行に横方向に延びるように構成されている。膜
厚モニタ４４０は、ベルト４１５の下方ではなく、ベル
ト４１５の第１側面４０３に隣接して配置されている。
この実施形態では、モニタリング窓が開口４２０を充填
して、基板から膜厚モニタ４４０への光学的回路を完成
している。このモニタリング窓は、可撓性光ファイバで
構成できる。前述の実施形態と同様に、この実施形態も
１つ以上のモニタリングチャンネルに実施できる。図５
は、複数のモニタリングチャンネル５２０、５２２、５
２４、５２６、５２８を備えた実施形態を示す平面図で
ある。ここには、直線状に整合した傾斜孔パターンがベ
ルト５１０に形成されているものが示されている。光フ
ァイバ伝送路の遠位端は、直線的に移動するベルト５１
０の側面に沿って配置された１列の膜厚モニタ５３０、
５３２、５３４、５３６、５３８に隣接して終端してい
る。この構成では、膜厚モニタが移動可能に構成されて
いるので、膜厚モニタの位置が光ファイバと整合するよ
うに調節できる。かくして、この実施形態は、膜厚モニ
タ５３０、５３２、５３４、５３６、５３８の位置を調
節できるため、モニタリングチャンネルの配置における
厳格な条件をなくすことができる。
【００２３】図５には複数の膜厚モニタを示したが、図
６に示すように、単一の膜厚モニタ６３０を使用でき
る。移動ベルト６１０の側面に沿って単一の膜厚モニタ
６３０が配置されており、該膜厚モニタ６３０は多数の
膜厚モニタの代わりをする。この実施形態では、膜厚モ
ニタ６３０を横切るように、光ファイバ充填形モニタリ
ングチャンネル６２０、６２２、６２４、６２６、６２
８を直線状に配置できる。多数の膜厚モニタを使用する
場合と同様に、多数のモニタリングチャンネルでの検出
を同時に遂行できるが、データは各モニタリングチャン
ネルについて得ることができる。上記実施形態におい
て、モニタリングチャンネルは、ベルトの外面から第１
側面に延びる構成（この場合には、モニタはベルトの側
面に沿って配置される）にするか、ベルトの外面から内
面に延びる構成（この場合には、モニタの少なくとも一
部がベルト内に配置される）にできることに留意するこ
とが重要である。また、ベルトの１回転につき多数回の
測定が行なえるようにするには、ベルトの開口のパター
ンを１回以上反復できることに留意することは重要であ
る。これにより、より多くの単位時間当たりデータ点が
得られ、従って、得られる結果の質が高められる。
６に示すように、単一の膜厚モニタ６３０を使用でき
る。移動ベルト６１０の側面に沿って単一の膜厚モニタ
６３０が配置されており、該膜厚モニタ６３０は多数の
膜厚モニタの代わりをする。この実施形態では、膜厚モ
ニタ６３０を横切るように、光ファイバ充填形モニタリ
ングチャンネル６２０、６２２、６２４、６２６、６２
８を直線状に配置できる。多数の膜厚モニタを使用する
場合と同様に、多数のモニタリングチャンネルでの検出
を同時に遂行できるが、データは各モニタリングチャン
ネルについて得ることができる。上記実施形態におい
て、モニタリングチャンネルは、ベルトの外面から第１
側面に延びる構成（この場合には、モニタはベルトの側
面に沿って配置される）にするか、ベルトの外面から内
面に延びる構成（この場合には、モニタの少なくとも一
部がベルト内に配置される）にできることに留意するこ
とが重要である。また、ベルトの１回転につき多数回の
測定が行なえるようにするには、ベルトの開口のパター
ンを１回以上反復できることに留意することは重要であ
る。これにより、より多くの単位時間当たりデータ点が
得られ、従って、得られる結果の質が高められる。
【００２４】最良の形態及びベルト構造 モニタリングデータを使用してプラテンの種々の位置の
流体圧力を調節し、研磨プロセス中に現場補正を行なう
ことができるため、流体ベアリング（好ましくは空気ベ
アリング）を使用する方が固体プラテンを使用するより
も有効である。プラテンは、約１〜３０個の流体流れチ
ャンネルを有することが好ましい。また、流れチャンネ
ルの詰まりを防止するため、プラテンとベルトとの間に
脱イオン水ミストの予湿層（pre-wet layer)を使用し
て、ベルトの下面に滲み出ることがあるあらゆる研磨剤
を洗い流すことも好ましい。プラテンのモニタリング窓
は、サファイヤのような硬い耐スクラッチ材料で作るの
が好ましい。Swiss Jewel Company (Part No. W12.55)
から提供されるサファイヤ窓が好ましい。プラテンのモ
ニタリング窓は、ＣＭＰプロセスの条件に充分耐える強
度を有する接着剤で所定位置に固定される。モニタリン
グ窓の一方又は両方の表面には、反射防止コーティング
を設けるのが好ましい。上記実施形態の使用に際し、基
板と基板キャリヤとの間には、Rodel (DF200)から市販
されているようなキャリヤフィルムを使用することが好
ましい。基板キャリヤは、約５psi の圧力で基板をベル
トに押圧するのが好ましい。研磨剤は、約1.5 〜１２の
pHを有している。使用できる研磨剤の一形式としてHoec
hst から市販されているKlebesolがあるが、用途に応じ
て他の形式の研磨剤を使用することもできる。
流体圧力を調節し、研磨プロセス中に現場補正を行なう
ことができるため、流体ベアリング（好ましくは空気ベ
アリング）を使用する方が固体プラテンを使用するより
も有効である。プラテンは、約１〜３０個の流体流れチ
ャンネルを有することが好ましい。また、流れチャンネ
ルの詰まりを防止するため、プラテンとベルトとの間に
脱イオン水ミストの予湿層（pre-wet layer)を使用し
て、ベルトの下面に滲み出ることがあるあらゆる研磨剤
を洗い流すことも好ましい。プラテンのモニタリング窓
は、サファイヤのような硬い耐スクラッチ材料で作るの
が好ましい。Swiss Jewel Company (Part No. W12.55)
から提供されるサファイヤ窓が好ましい。プラテンのモ
ニタリング窓は、ＣＭＰプロセスの条件に充分耐える強
度を有する接着剤で所定位置に固定される。モニタリン
グ窓の一方又は両方の表面には、反射防止コーティング
を設けるのが好ましい。上記実施形態の使用に際し、基
板と基板キャリヤとの間には、Rodel (DF200)から市販
されているようなキャリヤフィルムを使用することが好
ましい。基板キャリヤは、約５psi の圧力で基板をベル
トに押圧するのが好ましい。研磨剤は、約1.5 〜１２の
pHを有している。使用できる研磨剤の一形式としてHoec
hst から市販されているKlebesolがあるが、用途に応じ
て他の形式の研磨剤を使用することもできる。
【００２５】ＣＭＰプロセス中、ローラは、約４００フ
ィート／分のベルト速度を与えるように回転される。ベ
ルトは、約６００ポンドの力で引っ張るべきである。前
述のように、「ベルト」は少なくとも１つの材料の層か
らなり、該層の１つは研磨材料の層である。ベルトの製
造方法には幾つかの方法がある。１つの方法は、Belt T
echnologies から入手できるステンレス鋼ベルト（約１
４インチの幅及び約93.7インチの長さを有する）を使用
するものである（ステンレス鋼に加え、アラミド、綿、
金属、合金又はポリマーからなる群から選択されたベー
ス層を使用できる）。この多層ベルトの好ましい構造は
次の通りである。ステンレス鋼ベルトがＣＭＰ機械の１
組のローラ上に置かれ、ベルトには約2,000 ポンドの張
力が付与される。ステンレス鋼ベルトに張力が付与され
たならば、該ベルト上に、研磨材料の層（好ましくは、
Rodel のIC 1,000研磨パッド）が置かれる。ステンレス
鋼ベルトの下面には、ＣＭＰプロセスの条件に耐え得る
接着剤により、アンダーパッド（ＰＶＣで作られたもの
が好ましい）が取り付けられる。このように構成された
ベルトは約９０ミルの全厚さを有し、このうち、約５０
ミルは研磨材料の層、約２０ミルはステンレス鋼ベル
ト、及び約２０ミルはＰＶＣのアンダーパッドである。
ィート／分のベルト速度を与えるように回転される。ベ
ルトは、約６００ポンドの力で引っ張るべきである。前
述のように、「ベルト」は少なくとも１つの材料の層か
らなり、該層の１つは研磨材料の層である。ベルトの製
造方法には幾つかの方法がある。１つの方法は、Belt T
echnologies から入手できるステンレス鋼ベルト（約１
４インチの幅及び約93.7インチの長さを有する）を使用
するものである（ステンレス鋼に加え、アラミド、綿、
金属、合金又はポリマーからなる群から選択されたベー
ス層を使用できる）。この多層ベルトの好ましい構造は
次の通りである。ステンレス鋼ベルトがＣＭＰ機械の１
組のローラ上に置かれ、ベルトには約2,000 ポンドの張
力が付与される。ステンレス鋼ベルトに張力が付与され
たならば、該ベルト上に、研磨材料の層（好ましくは、
Rodel のIC 1,000研磨パッド）が置かれる。ステンレス
鋼ベルトの下面には、ＣＭＰプロセスの条件に耐え得る
接着剤により、アンダーパッド（ＰＶＣで作られたもの
が好ましい）が取り付けられる。このように構成された
ベルトは約９０ミルの全厚さを有し、このうち、約５０
ミルは研磨材料の層、約２０ミルはステンレス鋼ベル
ト、及び約２０ミルはＰＶＣのアンダーパッドである。
【００２６】上記構成方法には幾つかの欠点がある。第
１の欠点は、ステンレス鋼ベルトはローラ上で張力を付
与する必要があるため、ＣＭＰ機械の休止時間があるこ
とである。第２の欠点は、この構成は、パッドをステン
レス鋼ベルト上に配置する技術及び時間を要することで
ある。これらの欠点をなくすため、ベルトは、本願に援
用する「化学機械的研磨用一体形パッド／ベルト ("Int
egrated Pad and Belt for Chemical Mechanical Polis
hing")」という名称の１９９７年２月１４日付米国特許
出願第08/800,373号に記載されているような一体形部品
として形成できる。このような組立体の好ましい構造は
次の通りである。このベルトは、ケブラー（Kevlar) 織
布の周囲に形成される。16/3ケブラー、1,500 デニール
フィル（Denier fill)及び16/2綿、６５０デニールワー
プが最高の織成特性を与えることが判明している。当業
界で良く知られているように、「フィル（fill) 」とは
引張り支持方向の糸（yarn) であり、「ワープ（warp)
」とは引張り支持方向に対して垂直な方向の糸であ
る。「デニール（denier) 」は、モノフィラメントの密
度及び直径を定義する。最初の数字は１インチ当たりの
ヨリ数を表し、第２番目の数字は１インチに撚られるフ
ィラメント数を表す。
１の欠点は、ステンレス鋼ベルトはローラ上で張力を付
与する必要があるため、ＣＭＰ機械の休止時間があるこ
とである。第２の欠点は、この構成は、パッドをステン
レス鋼ベルト上に配置する技術及び時間を要することで
ある。これらの欠点をなくすため、ベルトは、本願に援
用する「化学機械的研磨用一体形パッド／ベルト ("Int
egrated Pad and Belt for Chemical Mechanical Polis
hing")」という名称の１９９７年２月１４日付米国特許
出願第08/800,373号に記載されているような一体形部品
として形成できる。このような組立体の好ましい構造は
次の通りである。このベルトは、ケブラー（Kevlar) 織
布の周囲に形成される。16/3ケブラー、1,500 デニール
フィル（Denier fill)及び16/2綿、６５０デニールワー
プが最高の織成特性を与えることが判明している。当業
界で良く知られているように、「フィル（fill) 」とは
引張り支持方向の糸（yarn) であり、「ワープ（warp)
」とは引張り支持方向に対して垂直な方向の糸であ
る。「デニール（denier) 」は、モノフィラメントの密
度及び直径を定義する。最初の数字は１インチ当たりの
ヨリ数を表し、第２番目の数字は１インチに撚られるフ
ィラメント数を表す。
【００２７】好ましくは上記ステンレス鋼ベルトと同じ
寸法をもつ金型内に、織布が置かれる。透明ポリウレタ
ン樹脂（より詳細に後述する）が、真空引きされた金型
内に注入され、次に、ベーキングされ、金型から取り出
され、硬化されかつ所望寸法に研磨される。所望の材料
特性及び／又は研磨特性を達成するため、樹脂が充填剤
又は接着剤と混合される。研磨層内の充填剤及び接着剤
の粒子が、研磨された物品を引っ掻くので、粒子の平均
粒度は約１００ミクロン以下であるのが好ましい。この
ようなベルトの予成形されたものが、Belting Industri
esから入手できる。ポリウレタンで織布を成形しかつベ
ーキングする代わりに、研磨材料がステンレス鋼ベルト
に取り付けられるときに、研磨材料の層、好ましくはRo
del IC 1,000研磨パッドを、織布又は予成形ベルトに取
り付けることができる。
寸法をもつ金型内に、織布が置かれる。透明ポリウレタ
ン樹脂（より詳細に後述する）が、真空引きされた金型
内に注入され、次に、ベーキングされ、金型から取り出
され、硬化されかつ所望寸法に研磨される。所望の材料
特性及び／又は研磨特性を達成するため、樹脂が充填剤
又は接着剤と混合される。研磨層内の充填剤及び接着剤
の粒子が、研磨された物品を引っ掻くので、粒子の平均
粒度は約１００ミクロン以下であるのが好ましい。この
ようなベルトの予成形されたものが、Belting Industri
esから入手できる。ポリウレタンで織布を成形しかつベ
ーキングする代わりに、研磨材料がステンレス鋼ベルト
に取り付けられるときに、研磨材料の層、好ましくはRo
del IC 1,000研磨パッドを、織布又は予成形ベルトに取
り付けることができる。
【００２８】これらのいずれのベルト構造においても、
充填剤及び／又は接着剤粒子（１００ミクロン以下の平
均粒度を有する）を研磨層の全体に亘って分散させ、研
磨剤に低密度の砥粒の使用を可能にすることができる。
研磨剤の砥粒密度の低下は、大幅なコスト低減をもたら
す（一般に、研磨剤のコストは、ＣＭＰプロセスの全コ
ストの３０〜４０％である）。また、研磨剤の砥粒密度
の低下は、研磨剤粒子の存在による光拡散の低減をもも
たらす。これは、モニタにより得られる信号のノイズを
低減させかつより正確で反復可能な結果を得る補助をす
る。研磨層には、研磨剤搬送チャンネルを設けることも
できる。研磨剤搬送チャンネルは、研磨層の表面にエッ
チング成形又は金型成形された溝（凹み）の形態をなす
テクスチュア（表面構造）すなわちパターンである。こ
れらの溝は、例えば、矩形、Ｕ形又はＶ形に形成でき
る。一般に、これらのチャンネルは、研磨層の上面にお
いて、４０ミルの深さ及び１mm以下の幅を有する。研磨
剤搬送チャンネルは、一般に、これらが研磨表面の長さ
方向に延びるパターンで配置される。しかしながら、研
磨剤搬送チャンネルは、任意の他のパターンに配置する
こともできる。これらのチャンネルの存在は、研磨層と
研磨基板との間での研磨剤の搬送を大幅に高める。これ
は、基板表面の全体に亘る研磨量及び均一性を改善す
る。
充填剤及び／又は接着剤粒子（１００ミクロン以下の平
均粒度を有する）を研磨層の全体に亘って分散させ、研
磨剤に低密度の砥粒の使用を可能にすることができる。
研磨剤の砥粒密度の低下は、大幅なコスト低減をもたら
す（一般に、研磨剤のコストは、ＣＭＰプロセスの全コ
ストの３０〜４０％である）。また、研磨剤の砥粒密度
の低下は、研磨剤粒子の存在による光拡散の低減をもも
たらす。これは、モニタにより得られる信号のノイズを
低減させかつより正確で反復可能な結果を得る補助をす
る。研磨層には、研磨剤搬送チャンネルを設けることも
できる。研磨剤搬送チャンネルは、研磨層の表面にエッ
チング成形又は金型成形された溝（凹み）の形態をなす
テクスチュア（表面構造）すなわちパターンである。こ
れらの溝は、例えば、矩形、Ｕ形又はＶ形に形成でき
る。一般に、これらのチャンネルは、研磨層の上面にお
いて、４０ミルの深さ及び１mm以下の幅を有する。研磨
剤搬送チャンネルは、一般に、これらが研磨表面の長さ
方向に延びるパターンで配置される。しかしながら、研
磨剤搬送チャンネルは、任意の他のパターンに配置する
こともできる。これらのチャンネルの存在は、研磨層と
研磨基板との間での研磨剤の搬送を大幅に高める。これ
は、基板表面の全体に亘る研磨量及び均一性を改善す
る。
【００２９】上記いずれのベルトでも、所望の位置でベ
ルトにパンチング孔を穿け、開口を形成できる。ベルト
の開口は、幅（ベルトを横切る方向）が１／２インチ、
長さ（ベルトに沿う方向）が３・1/2 インチであるのが
好ましい。ベルトの開口を充填するモニタリング窓は、
透明ポリウレタン（中実、充填、吹込み又は押出し）Ｐ
ＶＣ、透明シリコーン又は他の多くのプラスチックのよ
うな種々の材料で作ることができる。しかしながら、約
２００〜2,000 nmの波長の放射線を、最小の吸収及び散
乱で最大に透過できることから、透明ポリウレタンが望
ましい。適当な透明ウレタン樹脂は、Cal Polymers, In
c.（2115 Gaylord St., Long Beach, カリフォルニア
州）から市販されている"Calthane ND 2300 System" 及
び"Calthane ND 3200 System" を購入できる。研磨材料
の層は、研磨結果に最小の効果を与える同様な材料から
作ることができる。
ルトにパンチング孔を穿け、開口を形成できる。ベルト
の開口は、幅（ベルトを横切る方向）が１／２インチ、
長さ（ベルトに沿う方向）が３・1/2 インチであるのが
好ましい。ベルトの開口を充填するモニタリング窓は、
透明ポリウレタン（中実、充填、吹込み又は押出し）Ｐ
ＶＣ、透明シリコーン又は他の多くのプラスチックのよ
うな種々の材料で作ることができる。しかしながら、約
２００〜2,000 nmの波長の放射線を、最小の吸収及び散
乱で最大に透過できることから、透明ポリウレタンが望
ましい。適当な透明ウレタン樹脂は、Cal Polymers, In
c.（2115 Gaylord St., Long Beach, カリフォルニア
州）から市販されている"Calthane ND 2300 System" 及
び"Calthane ND 3200 System" を購入できる。研磨材料
の層は、研磨結果に最小の効果を与える同様な材料から
作ることができる。
【００３０】モニタリング窓は、ＣＭＰプロセス中にモ
ニタリング窓を所定位置に保持するのに充分な強度を有
する接着剤により開口に固定できる。接着剤は、3M（Mi
nneapolis,ミネソタ州）から入手できる2141 Rubber an
d Gasket接着剤が好ましい。別の構成として、モニタリ
ング窓はベルトに直接成形することができる。ステンレ
ス鋼の層を備えたベルトの場合には、ポリウレタン樹脂
を開口内に鋳込むことができる。硬化工程中に、鏡面仕
上げされたゴムライニングを開口の両側に配置すること
ができる。織布層を備えたベルトの場合には、織布を金
型内に配置する前に、織布に開口を形成することができ
る。上記ベーキング工程の後に、ベルトの開口内にポリ
ウレタンのモニタリング窓を入れることができる。ベル
トに開口を設ける代わりに、ベルトの各層の一部又は全
部を、約２００〜2,000 nmの光波長をもつ選択された範
囲内の光を実質的に透過する材料で作ることができ、こ
れにより、ベルトにモニタリング窓を設ける必要性をな
くすことができる。例えば、織物は、これに開口が形成
されるようにケブラー又は他の何らかの材料で織成する
か、光学的に透明な繊維で構成することもできる。次
に、透明ポリエチレン（又は他の何らかの透明材料）
が、前述の方法で織物上に成形される。
ニタリング窓を所定位置に保持するのに充分な強度を有
する接着剤により開口に固定できる。接着剤は、3M（Mi
nneapolis,ミネソタ州）から入手できる2141 Rubber an
d Gasket接着剤が好ましい。別の構成として、モニタリ
ング窓はベルトに直接成形することができる。ステンレ
ス鋼の層を備えたベルトの場合には、ポリウレタン樹脂
を開口内に鋳込むことができる。硬化工程中に、鏡面仕
上げされたゴムライニングを開口の両側に配置すること
ができる。織布層を備えたベルトの場合には、織布を金
型内に配置する前に、織布に開口を形成することができ
る。上記ベーキング工程の後に、ベルトの開口内にポリ
ウレタンのモニタリング窓を入れることができる。ベル
トに開口を設ける代わりに、ベルトの各層の一部又は全
部を、約２００〜2,000 nmの光波長をもつ選択された範
囲内の光を実質的に透過する材料で作ることができ、こ
れにより、ベルトにモニタリング窓を設ける必要性をな
くすことができる。例えば、織物は、これに開口が形成
されるようにケブラー又は他の何らかの材料で織成する
か、光学的に透明な繊維で構成することもできる。次
に、透明ポリエチレン（又は他の何らかの透明材料）
が、前述の方法で織物上に成形される。
【００３１】好ましい第４実施形態 図９は、好ましい第４実施形態を示す。この実施形態で
は、リニアベルトの代わりに、回転研磨装置７００がＣ
ＭＰに使用される。このような装置は、従来技術におい
て良く知られている（米国特許第5,329,732 号、第5,08
1,796 号、第5,433,651 号、第4,193,226 号、第4,811,
522 号及び第3,841,031 号参照。これらは本願に援用す
る）。図９に示すように、回転ウェーハホルダ９２０が
ウェーハを支持し、研磨要素（プラテン９１２上に支持
された研磨パッド９３０）がウェーハ表面に対して回転
する。ウェーハホルダ９２０は、平坦化プロセス中に研
磨パッド９３０に対してウェーハ表面を押圧し、かつウ
ェーハを、第１軸線９１０の回りで研磨パッド９３０に
対して回転させる（例えば、米国特許第5,329,732 号参
照) 。一般に、研磨パッド９３０は押出し成形されたポ
リウレタンのような比較的柔軟な湿潤材料であり、プラ
テン９１２と一緒に軸線９１５の回りで回転する（この
点で、リニアベルトに使用される静止プラテンとは異な
る）。機械的研磨力は、第１軸線９１０ではなく第２軸
線９１５の回りで回転する研磨パッド９３０の速度と、
ウェーハホルダ９２０の下方押圧力９２０とにより与え
られる。研磨剤（リニア研磨工具について前述した特別
のもの）がウェーハホルダ９２０の下に常時搬送され、
ウェーハホルダ９２０の回転は研磨剤の供給を補助す
る。
は、リニアベルトの代わりに、回転研磨装置７００がＣ
ＭＰに使用される。このような装置は、従来技術におい
て良く知られている（米国特許第5,329,732 号、第5,08
1,796 号、第5,433,651 号、第4,193,226 号、第4,811,
522 号及び第3,841,031 号参照。これらは本願に援用す
る）。図９に示すように、回転ウェーハホルダ９２０が
ウェーハを支持し、研磨要素（プラテン９１２上に支持
された研磨パッド９３０）がウェーハ表面に対して回転
する。ウェーハホルダ９２０は、平坦化プロセス中に研
磨パッド９３０に対してウェーハ表面を押圧し、かつウ
ェーハを、第１軸線９１０の回りで研磨パッド９３０に
対して回転させる（例えば、米国特許第5,329,732 号参
照) 。一般に、研磨パッド９３０は押出し成形されたポ
リウレタンのような比較的柔軟な湿潤材料であり、プラ
テン９１２と一緒に軸線９１５の回りで回転する（この
点で、リニアベルトに使用される静止プラテンとは異な
る）。機械的研磨力は、第１軸線９１０ではなく第２軸
線９１５の回りで回転する研磨パッド９３０の速度と、
ウェーハホルダ９２０の下方押圧力９２０とにより与え
られる。研磨剤（リニア研磨工具について前述した特別
のもの）がウェーハホルダ９２０の下に常時搬送され、
ウェーハホルダ９２０の回転は研磨剤の供給を補助す
る。
【００３２】ウェーハ表面に加えられる研磨速度は基板
と研磨パッド９３０との間の相対速度に比例するので、
ウェーハ表面上の選択位置での研磨速度は、２つの主要
回転軸線（ウェーハホルダ９２０の回転軸線及び研磨パ
ッド９３０の回転軸線）から選択位置までの距離に基づ
いて定まる。このため、基板の表面全体に亘る不均一な
速度分布、従って不均一な研磨が生じる。その場（現
場）でのモニタリングは、回転プラテン９１２又は回転
パッド９３０、又はこれらの両者に開口９４０を設ける
ことにより、このような装置に行なうことができる。少
なくともプラテン９１２の開口を閉じるため、モニタリ
ング窓が研磨要素に取り付けられ、研磨要素にモニタリ
ングチャンネルを形成する。プラテン９１２及び研磨パ
ッド９３０の角回転中の或る時点で開口９４０の下に膜
厚モニタ９５０が配置される（モニタ９５０の使用方法
については後で詳述する）。多数の開口、モニタリング
窓及び膜厚モニタを使用できることに留意することが重
要である。中心を通る軸線の回りで回転するプラテンに
加え、中心を通らない軸線の回りで回転するプラテンを
使用して、基板を通る湾曲経路内で研磨要素を駆動する
ことができる。また、プラテンは、閉経路に沿って移動
させ、基板を通る湾曲経路内で研磨要素を駆動すること
ができる（T. Cleary and C. Barnes の「ＣＭＰのため
の軌道研磨技術("Orbital Polishing Techniques for C
MP")」（1996年VMIC会議の予稿集、第４４３頁、1996年
６月、及びWO96/36459参照) ) 。また、上記任意のＣＭ
Ｐシステムにおいて、基板キャリヤは閉経路に沿って移
動させることができる。
と研磨パッド９３０との間の相対速度に比例するので、
ウェーハ表面上の選択位置での研磨速度は、２つの主要
回転軸線（ウェーハホルダ９２０の回転軸線及び研磨パ
ッド９３０の回転軸線）から選択位置までの距離に基づ
いて定まる。このため、基板の表面全体に亘る不均一な
速度分布、従って不均一な研磨が生じる。その場（現
場）でのモニタリングは、回転プラテン９１２又は回転
パッド９３０、又はこれらの両者に開口９４０を設ける
ことにより、このような装置に行なうことができる。少
なくともプラテン９１２の開口を閉じるため、モニタリ
ング窓が研磨要素に取り付けられ、研磨要素にモニタリ
ングチャンネルを形成する。プラテン９１２及び研磨パ
ッド９３０の角回転中の或る時点で開口９４０の下に膜
厚モニタ９５０が配置される（モニタ９５０の使用方法
については後で詳述する）。多数の開口、モニタリング
窓及び膜厚モニタを使用できることに留意することが重
要である。中心を通る軸線の回りで回転するプラテンに
加え、中心を通らない軸線の回りで回転するプラテンを
使用して、基板を通る湾曲経路内で研磨要素を駆動する
ことができる。また、プラテンは、閉経路に沿って移動
させ、基板を通る湾曲経路内で研磨要素を駆動すること
ができる（T. Cleary and C. Barnes の「ＣＭＰのため
の軌道研磨技術("Orbital Polishing Techniques for C
MP")」（1996年VMIC会議の予稿集、第４４３頁、1996年
６月、及びWO96/36459参照) ) 。また、上記任意のＣＭ
Ｐシステムにおいて、基板キャリヤは閉経路に沿って移
動させることができる。
【００３３】膜厚モニタ 上記膜厚モニタは、基板上の層の厚さを計算するのに使
用できる。上記好ましい実施形態には、膜厚を知ること
ができる任意の適当な膜厚モニタを使用できる。例え
ば、ここに援用しかつ本件出願人の所有する米国特許出
願第 号（代理人整理番号No. 7103/28)に記載
されているように、膜厚は、エリプソメータ、ビームプ
ロファイル反射率計又は光応力発生ビームに基づく技術
により測定できる。しかしながら、以下に説明する技術
の方が好ましい。
用できる。上記好ましい実施形態には、膜厚を知ること
ができる任意の適当な膜厚モニタを使用できる。例え
ば、ここに援用しかつ本件出願人の所有する米国特許出
願第 号（代理人整理番号No. 7103/28)に記載
されているように、膜厚は、エリプソメータ、ビームプ
ロファイル反射率計又は光応力発生ビームに基づく技術
により測定できる。しかしながら、以下に説明する技術
の方が好ましい。
【００３４】多重波長分光計 図７は、多重波長照射を用いた好ましいモニタリングシ
ステムを示す。システム７００は、フラッシュランプ７
０５及びトリガを備えた電源７１０からなる照射モジュ
ール７０３を有する。システム７００は更に、分光計７
３０、Ａ／Ｄ変換器７３５、シンクロナザ及びバスイン
ターフェース７４０、第１及び第２データファイル７５
０及び７５５、基準チャンネル７６５、基準チャンネル
プロセッサ７７０、窓センサ７４５、データ処理及びア
ルゴリズム開発ブロック（data processing and algori
thm development block)７６０を有する。光ファイバ７
７５は、フラッシュランプ７０５、基準チャンネル７６
５及び分光計７３０を、プラテン７９５のビーム形成モ
ジュール７２０に光学的に連結する。このシステム７０
０は、後述のように、プラテン７９５上に置かれたウェ
ーハ上の膜の厚さを計算するのに使用される。
ステムを示す。システム７００は、フラッシュランプ７
０５及びトリガを備えた電源７１０からなる照射モジュ
ール７０３を有する。システム７００は更に、分光計７
３０、Ａ／Ｄ変換器７３５、シンクロナザ及びバスイン
ターフェース７４０、第１及び第２データファイル７５
０及び７５５、基準チャンネル７６５、基準チャンネル
プロセッサ７７０、窓センサ７４５、データ処理及びア
ルゴリズム開発ブロック（data processing and algori
thm development block)７６０を有する。光ファイバ７
７５は、フラッシュランプ７０５、基準チャンネル７６
５及び分光計７３０を、プラテン７９５のビーム形成モ
ジュール７２０に光学的に連結する。このシステム７０
０は、後述のように、プラテン７９５上に置かれたウェ
ーハ上の膜の厚さを計算するのに使用される。
【００３５】フラッシュランプ７０５は、約２００nm〜
２ミクロンの範囲内の光を発生する。光ファイバ７７５
は、フラッシュランプ７０５からの光の一部を基準チャ
ンネル７６５に伝送する。基準チャンネル７６５は、光
の全エネルギを測定しかつ該全エネルギを表すアナログ
信号を基準チャンネルプロセッサ７７０に伝送する。基
準チャンネルプロセッサ７７０は、アナログ信号をデジ
タル信号に変換しかつ該デジタル信号を第２データファ
イル７５５に伝送する。第２データファイル７５５に記
憶された情報の使用について、いかに詳細に説明する。
光ファイバ７７５はまた、フラッシュランプ７０５から
の光の他の部分を、プラテン７９５内のビーム形成モジ
ュール７２０に伝送する。ビーム形成モジュール７２０
は、光の直径を変化させて合焦させるか、特定スポット
サイズの平行ビームをウェーハ（図示せず）上に照射す
る。ビーム形成モジュール７２０は、単一又は複数のレ
ンズ又は顕微鏡対物レンズ及び孔窓を有している。レン
ズは、照射スポットサイズを定めかつ反射光を光ファイ
バ７７５上に戻して合焦させる。孔窓は、反射光のどの
部分を収集するかを定める。
２ミクロンの範囲内の光を発生する。光ファイバ７７５
は、フラッシュランプ７０５からの光の一部を基準チャ
ンネル７６５に伝送する。基準チャンネル７６５は、光
の全エネルギを測定しかつ該全エネルギを表すアナログ
信号を基準チャンネルプロセッサ７７０に伝送する。基
準チャンネルプロセッサ７７０は、アナログ信号をデジ
タル信号に変換しかつ該デジタル信号を第２データファ
イル７５５に伝送する。第２データファイル７５５に記
憶された情報の使用について、いかに詳細に説明する。
光ファイバ７７５はまた、フラッシュランプ７０５から
の光の他の部分を、プラテン７９５内のビーム形成モジ
ュール７２０に伝送する。ビーム形成モジュール７２０
は、光の直径を変化させて合焦させるか、特定スポット
サイズの平行ビームをウェーハ（図示せず）上に照射す
る。ビーム形成モジュール７２０は、単一又は複数のレ
ンズ又は顕微鏡対物レンズ及び孔窓を有している。レン
ズは、照射スポットサイズを定めかつ反射光を光ファイ
バ７７５上に戻して合焦させる。孔窓は、反射光のどの
部分を収集するかを定める。
【００３６】光ビームがウェーハを照射すると、ウェー
ハは光ビームの一部を反射する。分光計７３０は、反射
光のスペクトルを測定しかつ反射率のスペクトルを表す
アナログ信号を発生する。Ａ／Ｄ変換器７３５は、アナ
ログ信号をデジタル信号に変換しかつ該デジタル信号を
シンクロナザ及びバスインターフェース７４０に伝送す
る。シンクロナザ及びバスインターフェース７４０は、
センサ７４５に応答する。センサ７４５は、ベルトの窓
がプラテンの窓と整合する時点を検出して、インターフ
ェース７４０が適当なときに光ビームを発生できるよう
にしかつウェーハから反射されたビームのスペクトルを
検出できるようにする。センサ７４５から信号を受ける
と、シンクロナザ及びバスインターフェース７４０は、
３つの機能を調整させる。インターフェース７４０は、
第１に、トリガを電源７１０に伝送して、フラッシュラ
ンプ７０５ウェーハを照射する光パルスをフラッシュラ
ンプ７０５に発生させる。第２に、シンクロナザ及びバ
スインターフェース７４０は、基準チャンネル７６５に
導かれる光パルスの部分の全エネルギを基準チャンネル
７６５に測定させる。この測定値は、第２データファイ
ル７５５に記録される。第３に、シンクロナザ及びバス
インターフェース７４０は、Ａ／Ｄ変換器７３５からの
デジタル信号を第１データファイル７５０に記録する。
この調整（coordination) により、第１データファイル
７５５が、ウェーハが照射されたときに収集されるデー
タのみを記録することが確保される。
ハは光ビームの一部を反射する。分光計７３０は、反射
光のスペクトルを測定しかつ反射率のスペクトルを表す
アナログ信号を発生する。Ａ／Ｄ変換器７３５は、アナ
ログ信号をデジタル信号に変換しかつ該デジタル信号を
シンクロナザ及びバスインターフェース７４０に伝送す
る。シンクロナザ及びバスインターフェース７４０は、
センサ７４５に応答する。センサ７４５は、ベルトの窓
がプラテンの窓と整合する時点を検出して、インターフ
ェース７４０が適当なときに光ビームを発生できるよう
にしかつウェーハから反射されたビームのスペクトルを
検出できるようにする。センサ７４５から信号を受ける
と、シンクロナザ及びバスインターフェース７４０は、
３つの機能を調整させる。インターフェース７４０は、
第１に、トリガを電源７１０に伝送して、フラッシュラ
ンプ７０５ウェーハを照射する光パルスをフラッシュラ
ンプ７０５に発生させる。第２に、シンクロナザ及びバ
スインターフェース７４０は、基準チャンネル７６５に
導かれる光パルスの部分の全エネルギを基準チャンネル
７６５に測定させる。この測定値は、第２データファイ
ル７５５に記録される。第３に、シンクロナザ及びバス
インターフェース７４０は、Ａ／Ｄ変換器７３５からの
デジタル信号を第１データファイル７５０に記録する。
この調整（coordination) により、第１データファイル
７５５が、ウェーハが照射されたときに収集されるデー
タのみを記録することが確保される。
【００３７】第１及び第２データファイル７５０及び７
５５に記憶された情報は、データ処理及びアルゴリズム
開発ブロック７６０で使用される。ブロック７６０は、
第２データファイル７５５に記憶された情報を使用し
て、例えばフラッシュランプ７０５の経年変化により引
き起こされるパルス強度の変化に対し、第２データファ
イル７５５の情報を正規化する。次に、ブロック７６０
は、この正規化された情報及び第１データファイル７５
０に記憶された情報を使用して、測定点でのウェーハの
膜厚を計算する。検出されたスペクトル反射関数（特
に、その最大値及び最小値）をコンピュータ解析するこ
とにより、膜厚を求めることができ、或る場合には測定
膜の屈折率をも求めることができる。分光測定法に関す
る他の情報は、Bell, R. J. の「フーリエ変換分光学序
説（"Introductory Fourier Transform Spectroscop
y")」（Academic Press, ニューヨーク、1972年) 及びH
utley, M. C. の「回折格子（"Diffraction Gratin
g")」（Academic Press, ロンドン、1982年）にも見出
すことができる。分光測定法は、米国特許第5,517,312
号、第5,486,701 号、第4,308,586 号及び第4,844,617
号にも開示されている。
５５に記憶された情報は、データ処理及びアルゴリズム
開発ブロック７６０で使用される。ブロック７６０は、
第２データファイル７５５に記憶された情報を使用し
て、例えばフラッシュランプ７０５の経年変化により引
き起こされるパルス強度の変化に対し、第２データファ
イル７５５の情報を正規化する。次に、ブロック７６０
は、この正規化された情報及び第１データファイル７５
０に記憶された情報を使用して、測定点でのウェーハの
膜厚を計算する。検出されたスペクトル反射関数（特
に、その最大値及び最小値）をコンピュータ解析するこ
とにより、膜厚を求めることができ、或る場合には測定
膜の屈折率をも求めることができる。分光測定法に関す
る他の情報は、Bell, R. J. の「フーリエ変換分光学序
説（"Introductory Fourier Transform Spectroscop
y")」（Academic Press, ニューヨーク、1972年) 及びH
utley, M. C. の「回折格子（"Diffraction Gratin
g")」（Academic Press, ロンドン、1982年）にも見出
すことができる。分光測定法は、米国特許第5,517,312
号、第5,486,701 号、第4,308,586 号及び第4,844,617
号にも開示されている。
【００３８】変更態様 フラッシュランプ７０５の代わりに、実質的に連続発光
光源を使用し、これに、基板が光源上に配置されたとき
に光を出力すべく、移動基板と同期して作動するシャッ
タ又はチョッパホイールを組み合わせることができる。
他の変更形態のシステム８００では、図７の基準チャン
ネル７６５及び基準チャンネルプロセッサ７７０の代わ
りに、基準分光計８１０、基準Ａ／Ｄ変換器８２０及び
基準シンクロナザ及びバスインターフェース８３０を使
用している。システム８００の他の構成部品は、システ
ム７００の構成部品と同じである。システム７００で
は、基準チャンネルとして単に全エネルギを測定する
が、基準分光計８１０は、ウェーハを照射する光パルス
のスペクトルを測定する。基準Ａ／Ｄ変換器８２０は、
スペクトル情報を搬送するアナログ信号をデジタル信号
に変換し、変換されたデジタル信号は基準シンクロナザ
及びバスインターフェース８３０に伝送される。基準シ
ンクロナザ及びバスインターフェース８３０は、センサ
８４５からの信号に応答して、スペクトル情報を第２デ
ータファイル８５５に記録する。
光源を使用し、これに、基板が光源上に配置されたとき
に光を出力すべく、移動基板と同期して作動するシャッ
タ又はチョッパホイールを組み合わせることができる。
他の変更形態のシステム８００では、図７の基準チャン
ネル７６５及び基準チャンネルプロセッサ７７０の代わ
りに、基準分光計８１０、基準Ａ／Ｄ変換器８２０及び
基準シンクロナザ及びバスインターフェース８３０を使
用している。システム８００の他の構成部品は、システ
ム７００の構成部品と同じである。システム７００で
は、基準チャンネルとして単に全エネルギを測定する
が、基準分光計８１０は、ウェーハを照射する光パルス
のスペクトルを測定する。基準Ａ／Ｄ変換器８２０は、
スペクトル情報を搬送するアナログ信号をデジタル信号
に変換し、変換されたデジタル信号は基準シンクロナザ
及びバスインターフェース８３０に伝送される。基準シ
ンクロナザ及びバスインターフェース８３０は、センサ
８４５からの信号に応答して、スペクトル情報を第２デ
ータファイル８５５に記録する。
【００３９】光ビームがビーム形成モジュールを出る
と、光ビームは、例えば、ウェーハに出合う前に通る媒
体から歪みを受ける。ビームの歪みが光源の変動より非
常に大きい場合には、基準チャンネルが与える粗い測定
で充分である。しかしながら、ビームの歪みが光源の変
動より非常に大きくはない場合には、この変更態様の基
準分光計により与えられる、より詳細な測定が好まし
い。他の変更態様は、反射光と照射光とを分離するビー
ムスプリッタを備えた二股組立体の代わりに単一ファイ
バ束を使用するものである。
と、光ビームは、例えば、ウェーハに出合う前に通る媒
体から歪みを受ける。ビームの歪みが光源の変動より非
常に大きい場合には、基準チャンネルが与える粗い測定
で充分である。しかしながら、ビームの歪みが光源の変
動より非常に大きくはない場合には、この変更態様の基
準分光計により与えられる、より詳細な測定が好まし
い。他の変更態様は、反射光と照射光とを分離するビー
ムスプリッタを備えた二股組立体の代わりに単一ファイ
バ束を使用するものである。
【００４０】最良形態 フラッシュランプ及びトリガを備えた電源には、それぞ
れ、キセノンフラッシュランプ（例えば、Hamamatsu の
モデルNo.L4633) 及びトリガソケット（例えば、Hamama
tsu のモデルNo.L4479) を備えた電源を使用するのが好
ましい。センサは、短距離拡散反射センサ（例えば、Su
nxのモデルNo.CX-24) が好ましい。分光計及び基準分光
計は、モノリシック小形分光計（例えば、Zeiss のモデ
ルNo.MMSI)が好ましい。基準チャンネルは、例えばHama
matsu により市販されているフォトダイオードで構成す
るのが好ましい。シンクロナザ及びバスインターフェー
ス、及び基準シンクロナザ及びバスインターフェースに
はTEC5により市販されている装置を組み込むのが好まし
い。第１及び第２データファイルには、ハードディスク
ドライブ、ＲＡＭ等のコンピュータに使用される任意の
適当な記憶媒体を使用できる。当業者には良く知られて
いるように、第１及び第２データファイル、及びデータ
処理及びアルゴリズム開発ブロックは、外部ユニットと
してではなく、モニタリングシステムと一体の部品とし
て構成できる。
れ、キセノンフラッシュランプ（例えば、Hamamatsu の
モデルNo.L4633) 及びトリガソケット（例えば、Hamama
tsu のモデルNo.L4479) を備えた電源を使用するのが好
ましい。センサは、短距離拡散反射センサ（例えば、Su
nxのモデルNo.CX-24) が好ましい。分光計及び基準分光
計は、モノリシック小形分光計（例えば、Zeiss のモデ
ルNo.MMSI)が好ましい。基準チャンネルは、例えばHama
matsu により市販されているフォトダイオードで構成す
るのが好ましい。シンクロナザ及びバスインターフェー
ス、及び基準シンクロナザ及びバスインターフェースに
はTEC5により市販されている装置を組み込むのが好まし
い。第１及び第２データファイルには、ハードディスク
ドライブ、ＲＡＭ等のコンピュータに使用される任意の
適当な記憶媒体を使用できる。当業者には良く知られて
いるように、第１及び第２データファイル、及びデータ
処理及びアルゴリズム開発ブロックは、外部ユニットと
してではなく、モニタリングシステムと一体の部品とし
て構成できる。
【００４１】前述の「従来の技術」の項目中に掲示した
参考文献には、種々のデータ処理及びアルゴリズム開発
ブロックが記載されている。光ファイバは、二股の溶融
シリカファイバ束が好ましい。光スプリッタは、ファイ
バ束の必要部分を逸らせることにより実施される。ファ
イバ束の最小直径は３mmが好ましい。基準チャンネル又
は基準分光計に逸らせるファイバは、５％以下であるの
が好ましい。反射ビームの収集のため、付加ファイバ
（ビームの照射部分と同数であるのが好ましい）が付加
される。上記説明はベルトのモニタリングチャンネルに
絞って説明したが、上記モニタリングシステムは、モニ
タリングチャンネルを備えた回転プラテンにも使用でき
ることは容易に理解されよう。しかしながら、センサの
機能はリニアベルトにおけるものとは異なる。すなわ
ち、リニア研磨要素を使用する上記各実施形態では、セ
ンサは、ベルトのモニタリングチャンネルが膜厚モニタ
と整合する時点を検出する。しかしながら、回転プラテ
ンシステムでは、センサは、モニタリングチャンネルが
膜厚モニタと整合する時点を検出するのではなく、ウェ
ーハが移動プラテンの単一モニタリングチャンネルと整
合する時点を検出する。
参考文献には、種々のデータ処理及びアルゴリズム開発
ブロックが記載されている。光ファイバは、二股の溶融
シリカファイバ束が好ましい。光スプリッタは、ファイ
バ束の必要部分を逸らせることにより実施される。ファ
イバ束の最小直径は３mmが好ましい。基準チャンネル又
は基準分光計に逸らせるファイバは、５％以下であるの
が好ましい。反射ビームの収集のため、付加ファイバ
（ビームの照射部分と同数であるのが好ましい）が付加
される。上記説明はベルトのモニタリングチャンネルに
絞って説明したが、上記モニタリングシステムは、モニ
タリングチャンネルを備えた回転プラテンにも使用でき
ることは容易に理解されよう。しかしながら、センサの
機能はリニアベルトにおけるものとは異なる。すなわ
ち、リニア研磨要素を使用する上記各実施形態では、セ
ンサは、ベルトのモニタリングチャンネルが膜厚モニタ
と整合する時点を検出する。しかしながら、回転プラテ
ンシステムでは、センサは、モニタリングチャンネルが
膜厚モニタと整合する時点を検出するのではなく、ウェ
ーハが移動プラテンの単一モニタリングチャンネルと整
合する時点を検出する。
【００４２】厚さ測定を用いる方法 上記実施形態は、ＣＭＰプロセス中に基板層の厚さを決
定する方法に使用できる。第１に、基板キャリヤはモニ
タリングチャンネル（前述）を備えているか研磨剤によ
り湿潤される直線移動ベルト又は回転プラテンに対して
基板を保持する。ベルト又は回転プラテンのモニタリン
グチャンネルが膜厚モニタと整合すると、基板の層厚
は、上記のようにして決定できる。膜厚に関する情報
は、幾つかの用途を有する。例えば、最後の好ましくな
い層が除去されたときにＣＭＰプロセスを停止させるこ
とが重要である。このため、最終層が除去されたとき
に、終了点を検出する必要がありかつ強く望まれてい
る。終了点の検出は、基板層の厚さにより決定される。
この情報により、ＣＭＰプロセスを自動的に又は手動で
終了させることができる。より詳しくは、ＣＭＰ工具の
モニタリングチャンネルが膜厚モニタと整合すると、膜
厚モニタと基板との間に光学的回路が完成される。これ
により、基板の表面状態の測定が可能になる。ＣＭＰ工
具が膜厚モニタと整合する度毎に、ＣＭＰプロセス中に
膜厚測定が連続的に行なわれる。従って、上記実施形態
では、終了点を決定しかつ表示すること及びＣＭＰプロ
セスを手動又は自動的に停止させるのに上記膜厚モニタ
が使用される。
定する方法に使用できる。第１に、基板キャリヤはモニ
タリングチャンネル（前述）を備えているか研磨剤によ
り湿潤される直線移動ベルト又は回転プラテンに対して
基板を保持する。ベルト又は回転プラテンのモニタリン
グチャンネルが膜厚モニタと整合すると、基板の層厚
は、上記のようにして決定できる。膜厚に関する情報
は、幾つかの用途を有する。例えば、最後の好ましくな
い層が除去されたときにＣＭＰプロセスを停止させるこ
とが重要である。このため、最終層が除去されたとき
に、終了点を検出する必要がありかつ強く望まれてい
る。終了点の検出は、基板層の厚さにより決定される。
この情報により、ＣＭＰプロセスを自動的に又は手動で
終了させることができる。より詳しくは、ＣＭＰ工具の
モニタリングチャンネルが膜厚モニタと整合すると、膜
厚モニタと基板との間に光学的回路が完成される。これ
により、基板の表面状態の測定が可能になる。ＣＭＰ工
具が膜厚モニタと整合する度毎に、ＣＭＰプロセス中に
膜厚測定が連続的に行なわれる。従って、上記実施形態
では、終了点を決定しかつ表示すること及びＣＭＰプロ
セスを手動又は自動的に停止させるのに上記膜厚モニタ
が使用される。
【００４３】厚さ情報は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）プ
ロセス中に、基板の任意の所与の周囲における除去量を
決定する方法にも使用できる。ＣＭＰ工具のモニタリン
グチャンネルが膜厚モニタと整合すると、膜厚モニタ
は、上記のようにして、基板の任意の所与の周囲の膜厚
を決定する。ＣＭＰ工具の同じモニタリングチャンネル
を介してなされる２つの連続膜厚測定の差は、研磨要素
の１回転当たりの膜除去量である。従って、知られた工
具速度を与えると、単位時間当たりの厚さとしての基板
の除去量が決定される。また、この方法は、基板表面の
全体に亘る除去量の偏差及び平均除去量を決定するのに
も適用される。これは、ＣＭＰ工具の多モニタリングチ
ャンネルを使用して、上記と同様な方法で達成される。
この場合、各モニタリングチャンネルは、ウェーハ基板
の所定の周囲での膜厚測定をもたらす。従って、研磨要
素の回転毎に、基板表面の全体に亘って多膜厚測定が行
なわれる。上記のように、各測定値は除去量に変換され
る。かくして、基板表面の全体に亘る平均除去量及び除
去量の偏差が計算される。例えば、測定値の標準偏差
は、基板表面の全体に亘る除去量の偏差を表す。
ロセス中に、基板の任意の所与の周囲における除去量を
決定する方法にも使用できる。ＣＭＰ工具のモニタリン
グチャンネルが膜厚モニタと整合すると、膜厚モニタ
は、上記のようにして、基板の任意の所与の周囲の膜厚
を決定する。ＣＭＰ工具の同じモニタリングチャンネル
を介してなされる２つの連続膜厚測定の差は、研磨要素
の１回転当たりの膜除去量である。従って、知られた工
具速度を与えると、単位時間当たりの厚さとしての基板
の除去量が決定される。また、この方法は、基板表面の
全体に亘る除去量の偏差及び平均除去量を決定するのに
も適用される。これは、ＣＭＰ工具の多モニタリングチ
ャンネルを使用して、上記と同様な方法で達成される。
この場合、各モニタリングチャンネルは、ウェーハ基板
の所定の周囲での膜厚測定をもたらす。従って、研磨要
素の回転毎に、基板表面の全体に亘って多膜厚測定が行
なわれる。上記のように、各測定値は除去量に変換され
る。かくして、基板表面の全体に亘る平均除去量及び除
去量の偏差が計算される。例えば、測定値の標準偏差
は、基板表面の全体に亘る除去量の偏差を表す。
【００４４】また、膜厚に関する情報は、ＣＭＰ装置の
加工パラメータを調節するのに使用できる。除去均一性
は、ベルト（又は移動プラテン）及び基板キャリヤの状
態の変化の結果として、基板の研磨中に変化できる。上
記膜厚モニタによれば、基板層の厚さは、例えば、基板
の中央部が縁部と同量に研磨されているか否かを決定す
るのに使用される。この情報を用いれば、手動又は自動
的に研磨工具パラメータを修正して、検出された不均一
性を補償することができる。より詳しくは、第１に、研
磨プロセスは、研磨圧力、ベルト又はプラテンの速度、
キャリヤ速度、研磨剤の流れ等の研磨パラメータの効果
を決定するため、基板除去量、均一性等に応答して特徴
付けられる。BBN Softwareから入手できるRS/1等のソフ
トウェアを用いて適当なモデルを作ることができる。研
磨プロセス中、基板の全体に亘る除去量及び除去量の偏
差（均一性）は、上記のように決定される。この情報
は、次に、除去量及び／又は均一性を最適化するため、
研磨パラメータ（例えば押圧力、ベルト速度及びキャリ
ヤ速度等であるが、これらに限定されるものではない）
を調節すべく開発されたモデルに関連して使用される。
この最適化は、リアルタイムに、又は遅延態様で行なわ
れる。
加工パラメータを調節するのに使用できる。除去均一性
は、ベルト（又は移動プラテン）及び基板キャリヤの状
態の変化の結果として、基板の研磨中に変化できる。上
記膜厚モニタによれば、基板層の厚さは、例えば、基板
の中央部が縁部と同量に研磨されているか否かを決定す
るのに使用される。この情報を用いれば、手動又は自動
的に研磨工具パラメータを修正して、検出された不均一
性を補償することができる。より詳しくは、第１に、研
磨プロセスは、研磨圧力、ベルト又はプラテンの速度、
キャリヤ速度、研磨剤の流れ等の研磨パラメータの効果
を決定するため、基板除去量、均一性等に応答して特徴
付けられる。BBN Softwareから入手できるRS/1等のソフ
トウェアを用いて適当なモデルを作ることができる。研
磨プロセス中、基板の全体に亘る除去量及び除去量の偏
差（均一性）は、上記のように決定される。この情報
は、次に、除去量及び／又は均一性を最適化するため、
研磨パラメータ（例えば押圧力、ベルト速度及びキャリ
ヤ速度等であるが、これらに限定されるものではない）
を調節すべく開発されたモデルに関連して使用される。
この最適化は、リアルタイムに、又は遅延態様で行なわ
れる。
【００４５】上記実施形態での被加工物品として「基
板」を例示したが、任意の研磨物品を使用できることに
留意することは重要である。上記詳細な説明は、本発明
がとり得る選択された形態であり、本発明を限定するも
のではないと理解すべきである。本発明の範囲は、あら
ゆる均等物を含む特許請求の範囲の記載にのみ基づいて
定められる。
板」を例示したが、任意の研磨物品を使用できることに
留意することは重要である。上記詳細な説明は、本発明
がとり得る選択された形態であり、本発明を限定するも
のではないと理解すべきである。本発明の範囲は、あら
ゆる均等物を含む特許請求の範囲の記載にのみ基づいて
定められる。
【図１】 従来技術によるリニアポリシャを示す概略図
である。
である。
【図２】 好ましい第１実施形態の断面図である。
【図３】 プラテンの開口の配置及びプラテンの開口と
整合するベルトの開口パターンを示す平面図である。
整合するベルトの開口パターンを示す平面図である。
【図４】 ベルトの外面からベルトの第１側面までの延
長された光信号経路を形成するための、ベルトの２つの
層の間に配置された光ファイバ伝送路を示す断面図であ
る。
長された光信号経路を形成するための、ベルトの２つの
層の間に配置された光ファイバ伝送路を示す断面図であ
る。
【図５】 プラテンではなくベルトにおける検出位置の
配置であって、多膜厚モニタに図４の光ファイバ構成を
使用した配置を示す平面図である。
配置であって、多膜厚モニタに図４の光ファイバ構成を
使用した配置を示す平面図である。
【図６】 プラテンではなくベルトにおける検出位置の
配置であって、単一の膜厚モニタに図４の光ファイバ構
成を使用した配置を示す平面図である。
配置であって、単一の膜厚モニタに図４の光ファイバ構
成を使用した配置を示す平面図である。
【図７】 分光計に多重波長照射を用いたモニタリング
システムを示すブロック図である。
システムを示すブロック図である。
【図８】 基準チャンネルに代えて基準分光計を使用し
た他のモニタリングシステムを示すブロック図である。
た他のモニタリングシステムを示すブロック図である。
【図９】 膜厚モニタを備えた回転プラテンＣＭＰ装置
を示す概略図である。
を示す概略図である。
【図１０】 プラテンの複数の開口の配置及び単一の開
口を備えたベルトを示す平面図である。
口を備えたベルトを示す平面図である。
１００ リニアポリシャ １０５ 研磨ヘッド １１０ 基板キャリヤ １２０ ベルト １４０ 研磨剤分配機構 １５０ 研磨剤 １５５ プラテン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジリ ペセン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94306 パロ アルト モンロー ドライ ヴ 132 (72)発明者 ジョン フィールデン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95130 サン ホセ ヴァーウッド ドラ イヴ 2427 (72)発明者 サケット チャッダ アメリカ合衆国 コロラド州 80906 コ ロラド スプリングス ボックスツリー コート 1625 (72)発明者 ロイド ジェイ ラコーム ジュニア アメリカ合衆国 アリゾナ州 85718 ツ ーソン ノース オゾナ ドライヴ 6960 (72)発明者 ラフル ジャイラス アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95120 サン ホセ マッツオーン ドラ イヴ 1075 (72)発明者 ウィルバー シー クラッセル アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94303 パロ アルト ルイス ロード 2742
Claims (21)
- 【請求項１】 研磨要素と、研磨経路に沿って研磨要素
を移動させる駆動手段と、研磨作業中に研磨要素に対し
て基板を押圧するための、研磨要素に隣接して配置され
た基板キャリヤとを有する形式の化学機械的研磨装置に
おいて、 前記研磨要素には少なくとも１つの開口が形成されてお
り、該開口は研磨作業中に移動して、基板と間欠的に整
合できるように配置され、 前記研磨要素は更に、開口を閉じて研磨要素内にモニタ
リングチャンネルを形成するように研磨要素に固定され
たモニタリング窓を備え、 前記化学機械的研磨装置は更に膜厚モニタを有し、該膜
厚モニタは、研磨作業中に基板からモニタリングチャン
ネルを通って反射される光線に応答して、基板に支持さ
れた膜厚の表示を与える分光計を有することを特徴とす
る化学機械的研磨装置。 - 【請求項２】 前記基板キャリヤが閉経路に沿って移動
することを特徴とする請求項１に記載の化学機械的研磨
装置。 - 【請求項３】 前記膜厚モニタは、研磨作業中に、光線
によりモニタリングチャンネルを介して基板を照射すべ
く作動する光源を有することを特徴とする請求項１又は
２に記載の化学機械的研磨装置。 - 【請求項４】 前記膜厚モニタは光源を有しかつ約３０
０〜1,000nm の間の波長で作動することを特徴とする請
求項１又は２に記載の化学機械的研磨装置。 - 【請求項５】 前記駆動手段は、基板を通る直線経路内
で研磨要素を駆動すべく作動する複数のローラを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の化学機械的研磨装
置。 - 【請求項６】 前記膜厚モニタは、研磨要素のモニタリ
ング窓が膜厚モニタと整合する時点を検出するセンサを
更に有していることを特徴とする請求項５に記載の化学
機械的研磨装置。 - 【請求項７】 前記駆動手段は、中心を通る軸線の回り
で回転しかつ基板を通る湾曲経路内で研磨要素を駆動す
べく作動するプラテンを有することを特徴とする請求項
１に記載の化学機械的研磨装置。 - 【請求項８】 前記駆動手段は、中心を通らない軸線の
回りで回転しかつ基板を通る湾曲経路内で研磨要素を駆
動すべく作動するプラテンを有することを特徴とする請
求項１に記載の化学機械的研磨装置。 - 【請求項９】 前記駆動手段は、閉経路に沿って移動し
かつ基板を通る湾曲経路内で研磨要素を駆動すべく作動
するプラテンを有することを特徴とする請求項１に記載
の化学機械的研磨装置。 - 【請求項１０】 化学機械的研磨中に基板上の層の厚さ
を決定する方法において、 （ａ）基板を、研磨要素に当接させて基板キャリヤ内に
保持することにより基板の化学機械的研磨を行なう段階
と、 （ｂ）化学機械的研磨中、分光計を有する膜厚モニタを
使用して、研磨要素のモニタリングチャンネルが膜厚モ
ニタと整合するときに基板上の層の厚さを決定する段階
とを有することを特徴とする方法。 - 【請求項１１】 前記膜厚モニタが、 （ａ）光源と、 （ｂ）該光源からの強度をモニタリングするための光感
応検出器と、 （ｃ）光を多くの検出器により検出される多重波長に分
配する分光計と、 （ｄ）該分光計からの信号を処理して、基板上の膜の厚
さを見積もるためのデータ処理要素とを有することを特
徴とする請求項１０に記載の方法。 - 【請求項１２】 前記光源は、移動する基板と同期する
光線を放射するフラッシュランプであることを特徴とす
る請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１３】 前記光源は実質的に連続的に作動する
光源であり、基板が光源上に配置されたときに光を出力
するための、移動する基板と同期して作動するシャッタ
を更に有することを特徴とする請求項１１に記載の方
法。 - 【請求項１４】 前記光感応検出器が分光計であること
を特徴とする請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１５】 化学機械的研磨プロセスの終了点を決
定する方法において、 （ａ）化学機械的研磨プロセス中、研磨要素のモニタリ
ングチャンネルが、分光計を有する膜厚モニタと整合す
るときに基板の膜厚を測定する段階と、 （ｂ）測定した膜厚が所定の厚さに到達するまで、段階
（ａ）を反復する段階と、 （ｃ）終了点に到達したことを表示する段階とを有する
ことを特徴とする方法。 - 【請求項１６】 前記膜厚が所定の厚さに到達したとき
に化学機械的研磨プロセスを終了させる段階を更に有す
ることを特徴とする請求項１５に記載の方法。 - 【請求項１７】 化学機械的研磨プロセスを遂行する間
に、基板の任意の所与の周囲での研磨要素の１回転当た
りの除去量を決定する方法において、 （ａ）化学機械的研磨プロセス中、研磨要素のモニタリ
ングチャンネルが、分光計を有する膜厚モニタと整合す
るときに基板の第１膜厚を測定する段階と、 （ｂ）化学機械的研磨プロセス中、研磨要素のモニタリ
ングチャンネルが、分光計を有する膜厚モニタと再整合
するときに基板の第２膜厚を測定する段階と、 （ｃ）第２膜厚と第１膜厚との差を計算する段階とを有
することを特徴とする方法。 - 【請求項１８】 化学機械的研磨プロセスを遂行する間
に、基板表面の全体に亘る研磨要素の１回転当たりの平
均除去量を決定する方法において、 （ａ）化学機械的研磨プロセス中、研磨要素の第１モニ
タリングチャンネルが、分光計を有する第１膜厚モニタ
と整合するときに基板の第１膜厚を測定する段階と、 （ｂ）化学機械的研磨プロセス中、研磨要素の第１モニ
タリングチャンネルが、分光計を有する第１膜厚モニタ
と再整合するときに基板の第２膜厚を測定する段階と、 （ｃ）化学機械的研磨プロセス中、研磨要素の第２モニ
タリングチャンネルが、分光計を有する第２膜厚モニタ
と整合するときに基板の第３膜厚を測定する段階と、 （ｄ）化学機械的研磨プロセス中、研磨要素の第２モニ
タリングチャンネルが、分光計を有する第２膜厚モニタ
と再整合するときに基板の第４膜厚を測定する段階と、 （ｅ）段階（ｂ）の第２膜厚と段階（ａ）の第１膜厚と
の差を計算する段階と、 （ｆ）段階（ｄ）の第４膜厚と段階（ｃ）の第３膜厚と
の差を計算する段階と、 （ｇ）段階（ｅ）及び段階（ｆ）における差の平均を計
算する段階とを有することを特徴とする方法。 - 【請求項１９】 化学機械的研磨プロセスを遂行する間
に、基板表面の全体に亘る研磨要素の１回転当たりの除
去量偏差を決定する方法において、 （ａ）化学機械的研磨プロセス中、研磨要素の第１モニ
タリングチャンネルが、分光計を有する第１膜厚モニタ
と整合するときに基板の第１膜厚を測定する段階と、 （ｂ）化学機械的研磨プロセス中、研磨要素の第１モニ
タリングチャンネルが、分光計を有する第１膜厚モニタ
と再整合するときに基板の第２膜厚を測定する段階と、 （ｃ）化学機械的研磨プロセス中、研磨要素の第２モニ
タリングチャンネルが、分光計を有する第２膜厚モニタ
と整合するときに基板の第３膜厚を測定する段階と、 （ｄ）化学機械的研磨プロセス中、研磨要素の第２モニ
タリングチャンネルが、分光計を有する第２膜厚モニタ
と再整合するときに基板の第４膜厚を測定する段階と、 （ｅ）段階（ｂ）の第２膜厚と段階（ａ）の第１膜厚と
の差を計算する段階と、 （ｆ）段階（ｄ）の第４膜厚と段階（ｃ）の第３膜厚と
の差を計算する段階と、 （ｇ）段階（ｅ）及び段階（ｆ）における差の偏差を計
算する段階とを有することを特徴とする方法。 - 【請求項２０】 化学機械的研磨プロセスを最適化する
方法において、 （ａ）加工パラメータの効果を決定すべく研磨プロセス
を特徴付ける段階と、 （ｂ）除去量を決定する段階と、 （ｃ）研磨プロセスのパラメータを調節して除去量を最
適化する段階とを有することを特徴とする方法。 - 【請求項２１】 （ｄ）除去量の偏差を決定する段階
と、 （ｅ）研磨プロセスのパラメータを調節して均一性を最
適化する段階とを更に有することを特徴とする請求項２
０に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/863644 | 1997-05-28 | ||
| US08/863,644 US6111634A (en) | 1997-05-28 | 1997-05-28 | Method and apparatus for in-situ monitoring of thickness using a multi-wavelength spectrometer during chemical-mechanical polishing |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1177525A true JPH1177525A (ja) | 1999-03-23 |
Family
ID=25341477
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18677698A Pending JPH1177525A (ja) | 1997-05-28 | 1998-05-28 | 化学機械的研磨中に多重波長分光計を用いた厚みをその場でモニタする方法及び装置 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6111634A (ja) |
| EP (1) | EP0881040B1 (ja) |
| JP (1) | JPH1177525A (ja) |
| KR (1) | KR100510919B1 (ja) |
| AT (1) | ATE222523T1 (ja) |
| DE (1) | DE69807287T2 (ja) |
| TW (1) | TW455937B (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2006527476A (ja) * | 2003-04-17 | 2006-11-30 | ピーピージー インダストリーズ オハイオ， インコーポレイテッド | ウインドウを備える研磨パッド |
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