專利名稱：拋光狀態(tài)監(jiān)視方法、拋光狀態(tài)監(jiān)視裝置、拋光設備、加工晶片、半導體器件制造方法和半導 ...的制作方法
技術范圍本發(fā)明不僅涉及拋光狀態(tài)監(jiān)視方法、拋光狀態(tài)監(jiān)視裝置和在制造半導體器件(例如ULSI[器件]等)的工藝中適合在半導體器件平面化方面使用的拋光設備，而且涉及在這種拋光設備中使用的加工晶片、使用這種拋光設備的制造半導體方法和由這種方法制造的半導體器件。
背景技術：
隨著半導體集成電路集成得越來越密集而在尺寸上越來越小，對像這樣的半導體[集成電路]的制造所要求的工藝越來越多而復雜。因此，半導體器件的表面不再總是平坦的。在半導體器件表面上存在的階狀差異導致引線斷開和電阻局部增大等等，并由此造成電路損壞和電容下降。而且，這也導致耐壓性能降低和在絕緣薄膜中出現(xiàn)漏電。
同時，隨著半導體集成電路集成得越來越密集而在尺寸上越來越小，在光刻中使用的半導體曝光設備的光源波長越來越短，而像這樣的半導體曝光設備中的投射透鏡的數值孔徑，即所謂的NA越來越大。因此，半導體曝光設備中的投射透鏡的焦深大體上變得較淺。為了應付焦深上述的增大的淺度，必須使半導體器件表面變平到比以前已達到的更平坦的程度。
就具體地描述以上這一點來說，例如

圖11(a)和11(b)所示的變平技術在半導體工藝中是必不可少的。[在圖里]，在硅晶片21表面上形成半導體器件24、由SiO2組成的層間絕緣薄膜22和由Al組成的金屬薄膜23。圖11(a)說明使半導體器件表面上的層間絕緣薄膜22變平的一種例子。圖11(b)說明拋光半導體器件表面上的金屬薄膜23，以致形成所謂的“霧狀花紋”的一種例子?；瘜W機械拋光或化學機械平面化(下文稱之為“CMP”)作為平化上述的半導體器件表面的一種方法已引起關注。
CMP是一種通過化學作用(用拋光劑或拋光液洗提)與物理拋光組合來消除晶片表面中的不平整的工藝技術；這種工藝技術是一種整體變平技術的有影響的選擇技術。實際上，使用把拋光微粒(一般是二氧化硅、氧化鋁或氧化鈰等)彌散在拋光物能溶解的像酸或堿之類的媒劑中的所謂“懸浮液”的拋光劑；通過用合適的拋光布對晶片表面施加壓力，并通過借助于相對運動研磨表面來進行拋光。通過使在整個晶片表面上的施加壓力均勻和使相對運動速度均勻，能夠完成在[表面的]平面范圍內均勻拋光。
這種工藝技術仍有許多在與常規(guī)的半導體工藝相配合方面等等的許多問題；一般地說，尚待解決的主要問題是在進行拋光工藝過程時拋光狀態(tài)(檢測的拋光量或拋光邊界點)的監(jiān)視(即，現(xiàn)場[拋光狀態(tài)監(jiān)視])。從改進工藝效率的觀點來看，對此也有很大需求。
在CMP中，不但由于在拋光盤表面上溫度分布的局部差異和懸浮液供給狀況的差異，而且由于壓力分布的差異出現(xiàn)拋光速度的變化。此外，還有由因為表面處治造成的拋光盤表面狀態(tài)變化、隨被處理晶片數量不同而不同的拋光速度降低(使用造成磨損)和使用的拋光盤的各種差異等等所引起的拋光速度的差異。由于像這樣的一些問題，所以難以通過拋光時間控制確定所規(guī)定拋光量的邊界點。
因此，提出在測量電機轉矩或振動等等時確定邊界點而不是現(xiàn)場通過時間控制確定邊界點的方法。像這樣的方法在拋光物的材料變化的CMP(例如布線材料的CMP或者出現(xiàn)填料層的CMP)的情況中多少有些效果。然而，在具有復雜圖形的硅片的情況中，在拋光物的材料中有細小的變化；因此，可能有確定邊界點困難的情況。而且，在層間絕緣薄膜的CMP的情況中，必須控制布線間電容；因此，需要控制剩余薄膜厚度而不是[控制]拋光邊界點。使用由現(xiàn)場測量電機轉矩振動等等確定邊界點的方法難以測量薄膜厚度。
但是最近，像(例如)Japanese Patent Applicatiou Kokai H11-3390所述的用光測量，準確地說用光譜反射測量監(jiān)視拋光狀態(tài)被認為是有效果的。在像這樣的用光譜反射測量監(jiān)視拋光狀態(tài)的情況中，在CMP期間用探測光照射為拋光物的晶片，并且在拋光期間根據從晶片反射的光的光譜反射性的變化測定拋光量或拋光邊界點。
從形成半導體元件的晶片拋光表面反射的光可以看成為來自器件(疊層結構的薄膜)的不同薄層和不同部分的光波的疊加；光譜反射性的波形隨被拋光的薄層(即最上面的薄層)的厚度不同而變化。這種變化是穩(wěn)定的(可重復的)，并且這種變化往往不會受放入懸浮液、薄膜厚度不均勻性或凹處以及表面或面間中的刻痕等等影響。因此，如果監(jiān)視由測量上述的光譜反射確定的拋光狀態(tài)，則能夠不管上述的干擾因素而精確地測定晶片厚度、拋光量或拋光邊界點。而且，能夠從晶片的初始厚度和晶片的測量厚度直接測得拋光量。
在上述常規(guī)的用光譜反射測量監(jiān)視拋光狀態(tài)中，為由晶片反射光的光譜(在不同波長處的強度)的測量光譜表示光譜反射性；因此，似乎從測量光譜能夠立即測定薄膜厚度等等。
然而，在這樣的情況中出現(xiàn)下列問題準確地說，測量光譜不僅受被拋光的晶片中的薄層(即最上面薄層)的厚度影響，而且受發(fā)射照射晶片的探測光的光源的光譜特性影響。因此，隨光源的光譜特性不同而干擾測量光譜的波形，以致不可能始終以足夠的精確度測定薄膜厚度等等，因而不可能精確監(jiān)視拋光狀態(tài)。加之，由于光源的光譜特性隨時間流逝而變化，因此監(jiān)視拋光狀態(tài)的精確度隨著時間消逝而降低。
而且，由于測量光譜也受接收反射光的光接收傳感器的光譜靈敏度特性影響，這些光譜靈敏度特性同樣干擾測量光譜的波形，因此在這方面監(jiān)視拋光狀態(tài)的精確度同樣也降低。況且，由于光接收傳感器的光譜靈敏度特性也隨時間流逝而變化，所以在這方面監(jiān)視拋光狀態(tài)的精確度同樣下降。
此外，即使[精確度]不會受放入的懸浮液影響，最理想的還是為了增大監(jiān)視拋光狀態(tài)的精確度更進一步減小放入的懸浮液的影響。
發(fā)明的公開內容鑒于以上實情作出本發(fā)明；本發(fā)明的一個目的是提供可以實現(xiàn)提高監(jiān)視拋光狀態(tài)的精確度的拋光狀態(tài)監(jiān)視方法和拋光狀態(tài)監(jiān)視裝置，以及使用這種拋光狀態(tài)監(jiān)視方法和拋光狀態(tài)監(jiān)視裝置的拋光設備。
而且，本發(fā)明的另一個目的是提供適合實現(xiàn)像這樣的拋光狀態(tài)監(jiān)視方法的加工晶片。
此外，本發(fā)明的再一個目的是提供(a)通過以很高的精確度監(jiān)視拋光狀態(tài)使工藝過程效率更高以致能夠以比常規(guī)半導體器件制造方法低的成本制造半導體器件的半導體器件方法，和(b)低成本半導體器件。
下面將描述本發(fā)明的內容(權利要求1所申請專利范圍的發(fā)明)權利要求1所申請專利范圍的發(fā)明是拋光狀態(tài)，監(jiān)視方法(a)在該拋光狀態(tài)監(jiān)視方法中在拋光期間監(jiān)視通過在拋光底盤和拋光物之間放入拋光劑的狀況下在這樣的拋光底盤和拋光物之間施加負載，并且使[拋光底盤和拋光物]互相相對移動來拋光的拋光物的拋光狀態(tài)，和(b)在該拋光狀態(tài)監(jiān)視方法中(i)用從規(guī)定的光源發(fā)射的探測光照射上述的拋光物、(ii)在拋光期間獲得是由上述的拋光物反射的光的光譜的測量光譜和(iii)在拋光期間根據上述的測量光譜監(jiān)視上述的拋光狀態(tài)。
而且，在這樣的監(jiān)視中，不是在上述的拋光物拋光之前就是在上述的拋光物拋光期間用上述的光源的光(例如，這種光可以是與[上述的]探測光一樣的，或者可以是從[上述的]光源發(fā)射并單獨從探測光分裂的光)照射特定的反射物體，并且獲得是由以上所述的反射物體反射的光的光譜的參考光譜；然后，在上述的拋光物的拋光期間根據上述的測量光譜與上述參考光譜的關系曲線監(jiān)視上述的拋光狀態(tài)。此外，像白光等等之類的具有許多波長成分的光被用作上述的探測光和照射上述的反射物體的光。
最理想的是上述的反射物體具有平坦的光譜特性；然而，這種反射物體也可具有特定的光譜特性。為了改進獲得的測量光譜的S/N比率，最理想的是上述的反射物體的反射率為20％或更大；30％或更大的反射率更理想，50％或更大的反射率愈加理想，70％或更大的反射率還要理想而90％或更大的反射率更加理想。
上述的關系曲線是以參考光譜作為基準用有關的光譜代換測量光譜的關系曲線。可以舉出測量光譜對參考光譜的強度比率(即，在各個波長上測量光譜強度對參考光譜強度之比)為上述的關系曲線的例子；然而，[本發(fā)明]不局限于像這樣的關系曲線。
在本發(fā)明中，在拋光期間獲得[上述的]測量光譜，并且在拋光期間(現(xiàn)場)根據這樣的測量光譜來監(jiān)視拋光狀態(tài)；所以基本上根據光譜反射測量實現(xiàn)拋光狀態(tài)監(jiān)視。
而且在本發(fā)明中，不“照原來樣子”使用測量光譜；而不是在拋光以前就是在拋光期間用從探測光光源發(fā)射的光照射特定的反射物體，并獲得由這樣的反射物體反射的光的光譜(參考光譜)；然后，在拋光期間根據測量光譜對參考光譜的關系曲線監(jiān)視拋光狀態(tài)。
因此，即使測量光譜本身的波形受光源的光譜特性干擾而引起變化而且自始致終變化，但是光源的光譜特性也以相同的方式影響參考光譜和測量光譜；因此，能夠大體上從上述的關系曲線排除光源的光譜特性的影響。此外，如果用同一光接收傳感器接收在獲得測量光譜和參考光譜時接收的各束反射光，則光接收傳感器的光譜靈敏度特性以同樣的方式影響參考光譜和測量光譜；因此，從上述的關系曲線大體上能夠排除光接收傳感器的光譜靈敏度特性的影響。所以在本發(fā)明中，由于根據上述的關系曲線監(jiān)視拋光狀態(tài)，因此，增加監(jiān)視拋光狀態(tài)監(jiān)視的精確度。
而且，在拋光以前獲得參考光譜的情況中，為了盡可能排除在工作時間范圍內變化的影響，最理想的是在拋光開始以前或者在緊接開始拋光瞬間的時刻立即獲得參考光譜。當然，由于在短時間內不出現(xiàn)在工作時間范圍內光源或光接收傳感器的光譜靈敏度特性上的變化，因此如果從參考光譜獲得到拋光開始的時間的是足夠短以致沒有明顯出現(xiàn)在工作時間范圍內上述的變化的影響的時間，那么就足可以了。
此外，上述的拋光狀態(tài)的例子包括檢測(或確定)的剩余薄膜厚度、拋光量或者拋光邊界點。
(權利要求2所申請專利范圍的發(fā)明)
權利要求2所申請專利范圍的發(fā)明[其特征在于]在權利要求2所申請專利范圍的發(fā)明的事實，使上述的探測光和對準上述的反射物體的上述的光經由在上述的的拋光底盤內形成的一個或更多個窗口射向上述的拋光物或上述的反射物體，否則就使上述的探測光和對準上述的反射物的上述的光射向上述的拋光物或上述的反射物體從上述的拋光底盤露出的部分。
在權利要求1所申請專利范圍的發(fā)明中，如同在權利要求2所申請專利范圍的發(fā)明中，在上述的拋光底盤內可以設窗口或者窗口不在拋光底盤內。
(權利要求3所申請專利范圍的發(fā)明)權利要求3所申請專利范圍的發(fā)明[其特征在于]權利要求1所申請專利范圍的發(fā)明或權利要求2所申請專利范圍的發(fā)明的事實，在射向上述的反射物體的上述的光的光徑和從這個反射物體反射的光的[光徑]內放入上述的拋光劑的狀況下獲得上述的參考光譜。
在權利要求1所申請專利范圍的發(fā)明和權利要求2所申請專利范圍的發(fā)明中，在沒有放入拋光劑的情況下也可以獲得參考光譜。然而，如果如同本發(fā)明放入拋光劑，則在緊接獲得測量光譜的狀況的狀況下能夠獲得顯示拋光劑的影響的參考光譜；因此，能夠減小拋光劑對上述的關系曲線的影響，以致能夠進一步增加監(jiān)視拋光狀態(tài)的精確度。
(權利要求4所申請專利范圍的發(fā)明)權利要求4所申請專利范圍的發(fā)明[其特征在于]權利要求1所申請專利范圍的發(fā)明或權利要求2所申請專利范圍的發(fā)明的事實，在射向上述的反射物體的上述的光的光徑和從這個反射物體反射的光的(光徑)中放入上述的拋光劑和在上述的拋光底盤和上述的反射物體之間施加與在上述的拋光物的拋光期間施加的負載大體上是一樣的負載的狀況下獲得上述的參考光譜。
在權利要求3所申請專利范圍的發(fā)明中，在獲得參考光譜的時候在拋光物和反射物體之間不需要施加負載。然而，如果如同本發(fā)明，在拋光物和反射物體之間施加大體上與在拋光物拋光期間施加的負載一樣的負載時獲得參考光譜，則放入的拋光劑的薄層厚度也類似于在獲得測量光譜的時候的拋光劑薄層的厚度。因此，在本發(fā)明中，獲得在比權利要求3所申請專利范圍的發(fā)明中的情況更接近在獲得測量光譜時達到的狀況的狀況下反映拋光劑的影響的參考光譜；因此，能夠進一步減小拋光劑對上述的關系曲線的影響，以致能夠更進一步增加監(jiān)視拋光狀態(tài)的精確度。
(權利要求5所申請專利范圍的發(fā)明)權利要求5所申請專利范圍的發(fā)明[其特征在于]權利要求1所申請專利范圍的發(fā)明或權利要求2所申請專利范圍的發(fā)明的事實，在射向上述的反射物體的上述的光的光徑和從這個反射物體反射的光的[光徑]中放入上述的拋光劑時和在大體上與用于拋光上述的拋光物的拋光條件相同的條件下拋光上述的反射物體時獲得上述的參考光譜。
在權利要求4所申請專利范圍的發(fā)明中，在獲得參考光譜時候不需要拋光反射物體。然而，如果如同本發(fā)明，在大體上與用于拋光拋光物的拋光條件相同的條件下拋光反射物體時獲得參考光譜，則隨拋光條件不同而在拋光劑薄層厚度上的變化的影響和在拋光物和拋光底盤相對運動期間摻和的泡沫的影響等等也將被反映在參考光譜中。因此，與權利要求4所申請專利范圍的發(fā)明相比較，本發(fā)明能在更接近在獲得測量光譜時達到的狀況的狀況下獲得反映拋光劑的影響的參考光譜。因此，進一步減小拋光劑對上述的關系曲線的影響，以致更進一步增加監(jiān)視拋光狀態(tài)的精確度。
(權利要求6所申請專利范圍的發(fā)明)權利要求6所申請專利范圍的發(fā)明[其特征在于]權利要求1一直到權利要求5所申請專利范圍的發(fā)明中的任一所申請專利范圍的發(fā)明的事實，上述的反射物體或者具有這樣的反射的物體的組成部分具有大體上與上述的拋光物相同的形狀和尺寸。
在權利要求1一直到權利要求5所申請專利范圍的發(fā)明中，對反射物體或者具有反射物體的組成部分沒有特別限制。然而在本發(fā)明中，能夠以與拋光物相同的方式裝卸反射物體或者具有反射物體的組成部分，這是最理想的。
而且在權利要求1一直到權利要求5所申請專利范圍的發(fā)明中，對反射物體沒有特別限制；例如，這樣的反射物體可以由通過形成具有上述的反射率的金屬薄膜制作的反射鏡或鏡面拋光的平板(例如金屬板或鏡面拋光硅片等等)組成。像這樣的組成部分也適合作在本發(fā)明中使用權的反射物體。
(權利要求7所申請專利范圍的發(fā)明)權利要求7所申請專利范圍的發(fā)明[其特征在于]權利要求6所申請專利范圍的發(fā)明的事實，(a)上述的拋光物是加工晶片，(b)上述的反射物體或上述的組成部分在待發(fā)期間也事先存儲在寄存上述的加工晶片的貯存盒內，和(c)在獲得上述的參考光譜時候使用把上述的加工晶片從上述的貯存盒裝置在上述規(guī)定的拋光位置的裝置把上述的反射物體或上述的組成部分裝置在規(guī)定的拋光位置。
在本發(fā)明中，能夠以與加工晶片同樣的方式裝卸反射物體或具有上述的反射物體的組成部分；因此，使獲取參考光譜簡化，這是最理想的。(權利要求8所申請專利范圍的發(fā)明)權利要求8所申請專利范圍的發(fā)明[其特征在于]權利要求1一直到權利要求5所申請專利范圍的發(fā)明中的任一所申請專利范圍的發(fā)明事實，在拋光期間把上述的反射物體安裝在固定上述的拋光物的固定部件內。
如果如同本發(fā)明，把反射物體安裝在固定拋光物的固定部件內，則在獲得參考光譜時不需要把反射物體放置在拋光位置(如同在權利要求7所申請專利范圍的發(fā)明)的步驟。而且，在拋光期間獲得參考光譜是可以實現(xiàn)的。
(權利要求9所申請專利范圍的發(fā)明)權利要求9所申請專利范圍的發(fā)明[其特征在于]權利要求1一直到權利要求5所申請專利范圍的發(fā)明中的任一所申請專利范圍的發(fā)明的事實，上述的拋光物是加工晶片，并且在這樣的晶片除器件區(qū)域以外的區(qū)域內(即在所謂的空區(qū)域內)形成上述的反射物體。
在這樣的情況下，例如，能夠使反射物體制作成形成具有上述的反射率的金屬薄膜的所謂空方格。制作反射物體的面積可以是相當于一個芯片(大)的面積，或者可以是較小的面積。
如果如同本發(fā)明，在(構成拋光物的)加工晶片其本身上形成反射物體，則不需要單獨制備反射物體。
(權利要求10所申請專利范圍的發(fā)明)權利要求10所申請專利范圍的發(fā)明是加工晶片，在加工晶片中(a)在除器件區(qū)域以外的區(qū)域內的拋光表面?zhèn)壬现谱鞣瓷湮矬w，和(b)形成上述的反射物體的面積尺寸比射向上述的反射物體的光斑點大，以便獲取參考光譜(是上述的反射物體反射光的光譜)。權利要求10所申請專利范圍的發(fā)明是能夠在權利要求9所申請專利范圍的發(fā)明中使用的加工晶片。
(權利要求11所申請專利范圍的發(fā)明)權利要求11所申請專利范圍的發(fā)明是使用權利要求1一直到權利要求9所申請專利范圍的發(fā)明中的任一所申請專利范圍的發(fā)明的監(jiān)視拋光狀態(tài)方法監(jiān)視上述的拋光物的拋光狀態(tài)的拋光狀態(tài)監(jiān)視裝置。本發(fā)明的使以與權利要求1一直到權利要求9所申請專利范圍的發(fā)明相同的方式達到拋光狀態(tài)的非常精確監(jiān)視能實現(xiàn)。
(權利要求12所申請專利范圍的發(fā)明)權利要求12所申請專利范圍的發(fā)明是裝有拋光底盤和在拋光期間固定拋光物的固定部件的拋光設備，并且在拋光設備中在上述的拋光底盤和上述的拋光物之間放入拋光劑的狀況下通過在上述的拋光底盤和上述的拋光物之間施加負載以及通過造成[以上所述的拋光底盤和拋光物的]相對移動來拋光上述的拋光物。這樣的拋光設備裝有構成權利要求11所申請專利范圍的發(fā)明的拋光狀態(tài)監(jiān)視裝置。由于本發(fā)明裝有構成權利要求11所申請專利范圍的發(fā)明的拋光狀態(tài)監(jiān)視裝置，所以能夠以令人滿意的精確度監(jiān)視拋光狀態(tài)；因此，能夠使拋光工藝效率更高。
(權利要求13所申請專利范圍的發(fā)明)權利要求13所申請專利范圍的發(fā)明是裝有拋光底盤和在拋光期間固定拋光物的固定部件的拋光設備，并且在拋光設備中在上述的拋光底盤和上述的拋光物之間放入拋光劑的狀況下通過在上述的拋光底盤和上述的拋光物之間施加負載以及通過造成[以上所述的拋光底盤和拋光物的]相對移動來拋光上述的拋光物。[在這樣的拋光設備中，]把反射物體配置在上述的固定部件上面，以使這樣的反射物體貼向與固定上述的拋光物的側面相同的側面。
在本發(fā)明中，由于把反射物體固定在固定部件里，因此能夠提供適合于實施構成權利要求8所申請專利范圍的發(fā)明的拋光狀態(tài)監(jiān)視方法的拋光狀態(tài)監(jiān)視裝置。
(權利要求14所申請專利范圍的發(fā)明)權利要求14所申請專利范圍的發(fā)明的具有采用構成權利要求12所申請專利范圍的發(fā)明或者權利要求13所申請專利范圍的發(fā)明的拋光設備使半導體晶片的表面變平整的工藝的半導體器件制造方法。
在本發(fā)明中，通過以令人滿意的精確度監(jiān)視拋光狀態(tài)使工藝效率更高；因此，能夠以比常規(guī)半導體器件制造方法更低的成本制造半導體器件。
(權利要求15所申請專利范圍的發(fā)明)權利要求15所申請專利范圍的發(fā)明是用構成權利要求14所申請專利范圍的發(fā)明的半導體器件制造方法制造的半導體器件。這發(fā)明使提供低成本半導體器件可以實現(xiàn)。
在以上所述的各個發(fā)明中用金屬作上述的反射物體的情況下，[合適的]金屬的例子包括Al、W、Cu、Si、Ag、Cr、Ni和不銹鋼等等。
如以上所述，本發(fā)明能夠提供使改進拋光狀態(tài)的監(jiān)視精確度可以實現(xiàn)的拋光狀態(tài)監(jiān)視方法和裝置，以及采用以上所述的監(jiān)視方法和裝置的拋光設備。
而且，本發(fā)明能夠提供適合于實施像這樣的拋光狀態(tài)監(jiān)視方法的加式晶片。
此外，本發(fā)明能夠提供(a)通過以令人滿意精確度監(jiān)視拋光狀態(tài)而增高工藝效率的半導體制造方法，和(b)低成本半導體器件。
附圖的簡略描述圖1是以模型的形式表示本發(fā)明的一種實施構造的拋光設備的示意結構圖。
圖2表示圖1所示的拋光設備的部分放大截面圖和以模型的形式表示測量光學系統(tǒng)的圖。
圖3是以模型的形式表示構成本發(fā)明的另一種實施構造的加工晶片的平面視圖。
圖4是表示構成本發(fā)明的又一種實施構造的拋光設備的主要部分的圖。
圖5是以模型的形式表示構成本發(fā)明的又一種實施構造的拋光設備的示意結構圖。
圖6是舉例說明構成本發(fā)明的又一種實施構造的半導體器件制造工藝的流程圖。
圖7是表示在實驗例1中獲得的測量光譜對參考光譜的強度比的曲線圖。
圖8是表示在實驗例1中獲得的剩余的晶片厚度的曲線圖。
圖9是以模型的形式表示在實驗例中使用的拋光設備的示意結構圖。
圖10是表示在比較例子中獲得的測量光譜對參考光譜的強度比的曲線圖。
圖11表示舉例說明在半導體制造工藝中采用的變平技術的基本原理圖。
發(fā)明的最佳實施構造在下面為了更詳細地描述本發(fā)明，參閱附圖將描述本發(fā)明的最佳實施構造。然而，不言而喻，這些實施構造的內容不限制本發(fā)明的范圍。
圖1是以模型的形式舉例說明構成本發(fā)明第一實施構造的拋光設備(或平面化設備)的示意結構圖。圖2表示這種拋光設備的部分放大截面圖和以模型的形式舉例說明測量光學系統(tǒng)16的圖。
這種拋光設備裝備有拋光組成部件1、許多固定拋光物部件2(下文稱之為“拋光頭”)和輸送拋光劑(懸浮液)5的拋光劑輸送部件3。
在圖1和圖2所表示的狀況中，用作構成拋光物的加工晶片的硅晶片4是通過真空吸在圖左邊所示的拋光頭2上固定的，拋光頭2被配置在面向拋光組成部件1的位置。如將在下面描述的那樣，在拋光晶片4以前，在拋光頭2上固定反射物體19而不是固定晶片4。在本實施構造中，反射物體19具有與晶片4大體上一樣的形狀和尺寸；例如，可以使用通過形成金屬薄膜制成的反射鏡，或者鏡面拋光的平片(例如金屬平片或鏡面拋光的硅晶片)。另一個方法是，可以用具有與晶片4大體上一樣的形狀和尺寸并且具有在構成組成部分中的一部分的區(qū)域(即包括與以后將描述的窗口15相對應的區(qū)域的一個區(qū)域)內制成的反射物體的這樣的組成部分代替反射物體19。像這樣的組成部分的的一個例子是在玻璃平片表面上的部分區(qū)域內制成金屬薄膜的一種組成部分。
用支架7通過各個機械裝置6吊住相應的拋光頭2，并且把各個拋光頭2裝配成用相應的機械裝置6能使各個拋光頭2如由圖1中的箭頭所示的那樣轉動、垂直移動或相對于支架7擺向左邊和右邊(成往復擺動)。而且，把設備裝配成通過支架7的轉動能夠使各個拋光頭2定位在如圖1中的箭頭所示的貼向拋光組成部件1的位置(即拋光位置)、貼向作好準備的平臺8的位置(即等待位置)或者貼向在圖中沒有表示出的卸料平臺的位置(即取出位置)。
此外，在等待周期期間[為了拋光]把許多晶片4和反射物體19裝在用作寄存將被拋光的晶片4的貯存器的晶片盒9里面。把晶片盒9里面的反射物體19和許多晶片4用自動傳送裝置10從反射物體19開始依次傳送到作好準備的平臺8，并且處在等待位置的拋光頭2用真空吸盤等等吸住已傳送到作好準備的平臺的反射物體19或晶片4。
同時，如下文所述對吸在處于拋光位置的拋光頭2上的反射物體19或晶片4進行獲取參考光譜或拋光。在這以前，已完成參考光譜獲取操作或拋光[處理]的反射物體19或晶片4被從拋光頭2的取出位置移送到卸料平臺，并被在圖中未表示出的自動傳送裝置運送到另一晶片盒(圖中未表示出)。
當完成各個位置內的處理時，轉動支架7以使各個拋光頭2定位在下一步驟的位置。如圖2所示，各個拋光頭2各具有用來防止晶片飛脫的護圈11(在圖1中略去)。這種護圈11不是絕對必需的。
如圖1和2所示，拋光組成部件1是一種把拋光底盤(拋光盤)13配置在具有開孔部分14的臺板12上的組成部件。用雙面膠帶或粘合劑把拋光底盤13粘接到臺板12上。把拋光組成部件裝配成能夠在圖1中的箭頭表示的方向上轉動拋光組成部件1a使開孔部分14的中心裝配成與處于拋光位置的拋光頭2當這樣的拋光頭2定位在樞軸中心時的轉動中心相吻合。
如圖2所示，拋光底盤13是通過把二層由泡沫聚氨基甲酸酯等等組成的片狀拋光盤13a和13b粘接在一起形成的雙層盤。在上拋光盤13a內形成稍大的開孔部分，而在下拋光盤13b內形成稍小的開孔部分。這些開孔部分的中心與拋光頭2的轉動中心吻合。把透明聚丙烯窗口15嵌入并固定在上拋光盤13a的開孔部分中的適當位置。使在拋光物的側面上的窗口15的表面相對于拋光底盤13中的拋光盤13a與晶片4接觸表面稍微內凹。因此，晶片4和窗口15互相不接觸，以致消除晶片4和窗口15的擦傷。從拋光劑輸送部件3輸送的拋光劑5進入這樣的凹進部分。圖2表示拋光劑5已進入這樣的凹進部分的狀況。
在這里將描述由定位在拋光位置的拋光頭2固定的晶片4拋光。上述的拋光頭2一面使上述的晶片4轉動一面使這晶片4[向后和向前]擺動，并且以規(guī)定的壓力把晶片4壓向拋光組成部件1中的拋光底盤13。在這樣的狀況下，把拋光劑5從拋光劑輸送部件3輸送到拋光底盤13的表面；這樣的拋光劑5分散在拋光底盤13的表面上面，并且隨著拋光組成部件1和晶片4互相相對移動進入拋光底盤13和晶片4之間的空隙，因此使晶片4的拋光表面拋光。準確地說，通過拋光組成部件1與晶片4的相對移動引起的機械拋光和拋光劑5的化學作用的協(xié)合效力進行有促進作用的拋光。
而且，如圖1所示，這種拋光設備還裝備有測量光學系統(tǒng)16、由個人計算機等等組成的信號處理部分17和顯示監(jiān)視結果的例如CRT等等的顯示部分18；這些部分構成拋光狀態(tài)監(jiān)視裝置。
測量光學系統(tǒng)16用探測光經由窗口15照射固定在處于拋光位置的拋光頭2上的晶片4或反射物體19的拋光表面；晶片4的拋光表面或反射物體19反射的光被分離成光譜，并且用光接收傳感器檢測在各個波長上的強度。這樣的檢測信號當作測量光譜或參考光譜輸入到信號處理部分17，并用以后將描述的方法處理這樣的檢測信號。
參閱圖2，將描述測量光學系統(tǒng)16的一個具體的例子。在圖2中，用透鏡32把從構成照射光源的氙燈31發(fā)射的光聚焦成平行光束。這樣的光束通過狹縫33，并被透鏡36聚焦在光束分裂器35上。已通過光速分裂器35的光用透鏡36再聚焦成平行光束；這樣的光通過窗口15，并射向晶片4的拋光表面或者射向反射物體19。
反射光再通過窗口15和透鏡36，并被聚焦在光束分裂器35。在光速分裂器35中，反射光的方向被改變90°，并被透鏡37再聚焦成平行光束。然后[光]被反射鏡38反射并被透鏡39聚焦在針孔40。下一步，去除像散射光、衍射光等等之類干擾成分，并且經由透鏡41投射到衍射光柵42，以使光被分離成光譜。像這樣分離成光譜的光是投射到用作光接收傳感器的線性傳感器43的，并且測量光譜強度(在各個波長上的強度，即光譜[的強度])。
在本實施構造中，調整投射到晶片4或反射物體19上的探測光光斑的尺寸(即在本例中的直徑)d以使這樣的尺寸充分地大于在晶片4上器件中的最小結構。許多是小的獨立部分聚集的間斷結構出現(xiàn)在是拋光物的晶片4上，因此在精細地觀察時晶片4是不均勻。所以，如果照射探測光的光斑直徑d是小的，則反射光受上述的精細結構影響，因此反射光隨著照射位置不同而變化，導致以上所述將引起干擾的可能性。然而，如果使照射探測光的光斑直徑d充分地大于在晶片上器件中的最小結構，則反射光將是恒定的，與探測光的照射位置無關，因此能夠獲得穩(wěn)定的信號。
在這里，將描述在本實施構造中在晶片4的拋光以前進行的參考光譜獲取工藝過程。
在[這個工藝過程]的第一例中，把在(a)處于拋光位置的拋光頭2上固定反射物體19，(b)拋光組成部件1不轉動，并且既不轉動上述的拋光頭2又不使不上述的拋光頭2擺動，(c)壓緊壓力(負載)近乎零(在反射物體19和拋光底盤13之間或是保留間隙或是不保留間隙的情況下)，以及(d)在反射物體19和窗口15之間沒有放入拋光劑5的狀況下用測量光學系統(tǒng)16測量的光譜作為參考光譜存儲在信號處理部分17中的存儲器(圖中未表示出)。
在[這個工藝過程]的第二例中，把在(a)處于拋光位置的拋光頭2上固定反射物體19，(b)拋光組成部件1不轉動，并且既不轉動上述的拋光頭2又不使上述的拋光頭2擺動，(c)壓緊壓力(負載)近乎零(在反射物體19和拋光底盤13之間或是保留間隙或是不保留間隙的情況下)，以及(d)在反射物體19和窗口15之間放入[上述的]拋光劑5的狀況下用測量光學系統(tǒng)16測量的光譜作為參考光譜存儲在信號處理部分17中的存儲器(圖中未表示出)。而且，在提前從拋光劑輸送部件3輸送拋光劑5等等時通過轉動拋光組成部件1能夠把[上述的]拋光劑放入反射物體19和窗口15之間。
在[這個工藝過程]的第三例中，把在(a)處于拋光位置的拋光頭2上固定反射物體19，(b)拋光組成部件1不轉動，并且既不轉動上述的拋光頭2又不使上述的拋光頭2擺動，(c)用與在晶片4的拋光期間施加的壓緊壓力(負載)大體上相同的壓力把反射物19壓向拋光底盤13，以及(d)在反射物體19和窗口15之間放入[上述的]拋光劑5的狀況下用測量光學系統(tǒng)16測量的光譜作為參考光譜存儲在信號處理部分17中的存儲器(圖中未表示出)。
在[這個工藝過程]的第四例中，把在(a)處于拋光位置的拋光頭2上固定反射物體19，(b)在反射物體19和窗口15之間放入(上述的)拋光劑5，以及(c)在與晶片4的拋光期間采用的拋光條件大體上相同的條件下拋光反射物體19的狀況下用測量光學系統(tǒng)16測量的光譜作為參考光譜存儲在信號處理部分17中的存儲器(圖中未表示出)。
而且，在本實施構造中，由測量光學系統(tǒng)16在晶片4的拋光期間陸續(xù)測量的一些光譜作為一些在以上所述的各個時刻[獲得]的測量光譜存儲在信號處理部分17中的存儲器(圖中未表示出)。
此外，每當在晶片4的拋光期間的規(guī)定時刻獲得測量光譜的時候，信號處理部分17計算(例如)這樣的測量光譜對上述的參考光譜的強度比率(即在各個波長上的測量光譜對參考光譜[在這些波長時]的強度之比)，作為測量光譜與參考光譜的關系曲線。然后，信號處理部分17根據像這樣計算的相對于波長的強度比計算晶片4的拋光狀態(tài)監(jiān)視結果，而且在顯示部分上顯示這些結果，或者確定拋光邊界點，并且當檢測出邊界點時向上述的拋光設備中的控制部分發(fā)出結束拋光的指令。
例如，根據測測量光譜對參考光譜強度之比的波形中的最大和最小位置(波長)計算被拋光的薄層(即最上面的薄層)的薄膜厚度，并在顯示部分18上顯示以上所述的薄膜厚度作為監(jiān)視結果。然后根據這樣[測量的]薄膜厚度是否達到了規(guī)定的薄膜厚度檢測出拋光邊界點。或者，例如根據晶片的初始厚度和被拋光的薄層(即最上面的薄層)的薄膜厚度確定拋光量，并且在顯示部分18上顯示以上所述的[拋光量]作為監(jiān)視結果。
當然，在本實施構造中，根據相對于測量光譜的一些波長用參考光譜作基準的強度比率確定監(jiān)視結果的計算方法和用來檢測出拋光邊界點的方法不局限于以上所述的例子。
在本實施構造中，當撇除以上描述時，不“照原來樣子”使用測量光譜；而在拋光以前以用來獲得測量光譜的探測光照射反射物體19，獲取由反射物體19反射的光的光譜(即參考光譜)，并且在拋光期間根據測量光譜對參考光譜的關系曲線監(jiān)視拋光狀態(tài)。
因此，雖然由于受光源31的光譜特性和在工作時間范圍內這些特性上的變化干擾，使測量光譜本身的波形改變，但是在參考光譜和測量光譜中同樣地反映光源31的光譜特性；因此，從測量光譜對參考光譜的強度比率中大體上排除光源31的光譜特性的影響。
而且，由于在獲得測量光譜和參考光譜時由一同一線性傳感器43接收各束反射光(束)，所以在參考光譜和測量光譜中同樣地反映線性傳感器43的光譜靈敏度特性；因此，從測量光譜對參考光譜的強度比率中大體上排除線性傳感器43的光譜靈敏度的影響。所以，由于在本實施構造中根據上述的強度比率監(jiān)視拋光狀態(tài)，因此增加拋光狀態(tài)的監(jiān)視精確度。
此外，在本實施構造中，由于反射物體19具有與晶片4大體上相同的形狀和尺寸，所以如上所述那樣，能夠以與晶片4相同方式使用晶片盒9，作好準備的平臺8和自動傳送裝置10來裝卸反射物體9。因此，使參考光譜的獲取簡化。
圖3是以模型形式表示在本發(fā)明的第二實施構造中使用的加工晶片104的平面視圖。
本實施構造和上述的第一實施構造之間主要的不同點是[如下所述準確說，在本實施構造中]不使用反射物體19，是使用圖3所示的加工晶片104而不是普通的加工晶片4；更進一步說，參考光譜獲取工藝過程因此不同。在[所有]其他方面，[本實施構造]都類似于上述的第一實施構造。
如圖3所示，加工晶片104與普通加工晶片4不同在于[在這樣的加工晶片104上]在除器件區(qū)域以外的區(qū)域內形成用來獲取參考光譜的反射物體105。在圖3中，除形成反射物體105的區(qū)域以外的各個方格式區(qū)域表示一些有一個芯片尺寸的器件區(qū)域。在本實施構造中，在具有一個芯片尺寸的區(qū)域內形成反射物體105，并且使像Al薄膜等等之類的金屬薄膜形成為在上述的加工晶片104的拋光表面?zhèn)壬媳榧熬哂幸粋€芯片尺寸這樣的整個區(qū)域反射物體105。
形成反射物體105的區(qū)域尺寸遠遠大于圖2中探測光的光斑直徑d。當然，也可以在比具有一個芯片尺寸的器件區(qū)域小的區(qū)域內形成反射物體，只要這樣的區(qū)域大于圖2中探測光的光斑直徑d。在圖3中，106表示缺口。此外，在本實施構造中，在位于晶片104中央的區(qū)域形成反射物體105；然而，可以用考慮到的與窗口15等等的位置關系恰當地確定反射物體105的位置。
在本實施構造中，例如，可以如下面的例子所述那樣進行參考光譜獲取工藝過程在[以上所述的工藝過程的]第一例中，把在(a)處于拋光位置的拋光頭2上固定晶片104，(b)拋光組成部件1不轉動，并且既不轉動上述的拋光頭2又不使上述的拋光頭2擺動，(c)壓緊壓力(負載)近乎零(在晶片104和拋光底盤13之間或是保留間隙或是不保留間隙的情況下)，以及(d)在反射物體105和鑲面窗口15之間沒有放入拋光劑5的狀況下用測量光學系統(tǒng)16測量的光譜作為參考光譜存儲在信號處理部分17中的存儲器(圖中未表示出)。在晶片104的拋光以前進行這樣的工藝過程。
在[以上所述的工藝過程的]第二例中，把在(a)處于拋光位置的拋光頭2上固定晶片104，(b)拋光組成部件1不轉動，并且既不轉動上述的拋光頭2又不使上述的拋光頭2擺動，(c)壓緊壓力(負載)近乎零(在晶片104和拋光底盤13之間或是保留間隙或是不保留間隙的情況下)，以及(d)在反射物體105和窗口15之間放入[上述的]拋光劑5的狀況下用測量光學系統(tǒng)16測量的光譜作為參考光譜存儲在信號處理部分17中的存儲器(圖中未表示出)。在晶片104的拋光以前進行這樣的工藝過程。
在[以上所述的工藝過程的]第三例中，把在(a)處于拋光位置的拋光頭2上固定晶片104，(b)拋光組成部件1不轉動，并且既不轉動上述的拋光頭2又不使上述的拋光頭2擺動，(c)用與在晶片104的拋光期間施加的壓緊壓力(負載)大體上相同的壓力把晶片104壓向拋光底盤13，以及(d)在反射物體105和窗口15之間放入(上述的)拋光劑5的狀況下用測量光學系統(tǒng)16測量的光譜作為參考光譜存儲在信號處理部分17中的存儲器(圖中未表示出)。在晶片104的拋光以前進行這樣的工藝過程。
在[以上所述的工藝過程的]第四例中，把在晶片104的拋光期間反射物體105貼向窗口15的狀況下用測量光學系統(tǒng)16測量的光譜作為參考光譜存儲在信號處理部分17中的存儲器(圖中未表示出)。在這一點上，在晶片104的拋光期間陸續(xù)地獲取參考光譜的情況中(在本例中，例如，也可以僅獲取[參考光譜]一次)，在用參考光譜作基準確定測量光譜的強度比率時(例如)可以使用在分析當中的時刻的最新參考光譜。
在本實施構造中，有與上述的第一實施構造的優(yōu)點一樣的優(yōu)點；而且，有不需要制備單獨的反射物體19的附加優(yōu)點。此外，如果應用上述的第四例，則能夠獲得反映的獲取測量光譜的狀況中拋光劑的影響的參考光譜；因此，能夠進一步減小拋光劑對測量光譜與參考光譜的強度比率的影響，以致能夠更進一步增加拋光狀態(tài)的監(jiān)視精確度。
圖4是舉例說明構成本發(fā)明第三實施構造的拋光設備中的主要部分的圖；這個圖與圖2相對應。在圖4中，與圖2相同的元件或者與圖2中的元件相對應的元件用一樣的符號標明，并且省略這些元件的重復描述。本實施構造僅在下列方面與上述的第一實施構造不同在本實施構造中，不使用反射物體19；而是，在與固定晶片4的側面同一側面(即圖4中較近的側面)上把反射物體50配置在拋光頭2中的護圈11上。在本實施構造中，使僅射物體50構成為通過在由透明聚丙烯樹脂組成的圓環(huán)狀板51的上表面上形成金屬薄膜50制成的圓環(huán)狀反射鏡。
把這樣的反射物體50固定到護圈11以使透明聚丙烯樹脂板51的表面與護圈11的表面相合。因此，在晶片4的拋光期間，反射物體50也被拋光。在上拋光盤13a內形成稍大的開孔部分而在下拋光盤13b內形成稍小的開孔部分。在反射物體50的直徑方向上這些開孔部分的中心與反射物體的寬度中心相吻合。
把透明聚丙烯窗口115嵌入并固定在上拋光盤13a的開孔部分空間內。如同在窗口15的情況下，使在拋光物側面上的窗口115表面相對于晶片4接觸的拋光底盤13中的拋光盤13a的表面稍微凹入。從拋光劑輸送部件3輸送的拋光劑5也進入這樣的凹口；圖4表示拋光劑5已進入這樣的凹口的狀況。在平臺12內當使處于拋光位置的拋光頭2定位在樞軸中心時面向反射物體的位置形成開孔部分114。
在本實施構造中，此外，如圖4所示，把在圖中所示的配置在透鏡32和狹縫33之間的半透明鏡60、反射鏡61、與在圖中所示的元件33一直到36一致的狹縫133、透鏡134、光束分裂器135和透鏡136，以及與在圖中所示的光學系統(tǒng)44一致的光學系統(tǒng)144加到在圖2中所示的測量光學系統(tǒng)16。因此，能夠同時完成參考光譜獲取和測量光譜獲取。
準確地說，通過從氙燈31發(fā)射光和使穿過透鏡32的光被半透鏡60分裂而獲得的一束光束(探測光)穿過窗口15并射向晶片4，并且從線性傳感器43獲得所得到的反射光的光譜強度(測量光譜)。同時，通過從同一氙燈31發(fā)射光和使穿過透鏡32的光被半透鏡60分裂而獲得的另一束光束穿過窗口115并射向反射物體50；用與光學系統(tǒng)44一致的光學系統(tǒng)144處理這束光，并且從安裝在光學系統(tǒng)144中的(與光學系統(tǒng)44中的線性傳感受器44一致的)線性傳感器獲得所得到的反射光的光譜強度(參考光譜)。
在本實施構造中，例如，如下列例子所述，可以進行參考光譜獲取工藝過程在[這個工藝過程的]第一例中，把在(a)處于拋光位置的拋光頭2上固定晶片4，(b)拋光組成部件1不轉動，并且既不轉動上述的拋光頭2又不使上述的拋光頭2擺動，(c)壓緊壓力(負載)近乎零(在反射物體50和拋光底盤13之間或是保留間隙或是不保留間隙的情況下)，以及(d)在反射物體50和鑲面窗口115之間沒有放入拋光劑5的狀況下從測量光學系統(tǒng)16中的光學系統(tǒng)144的線傳感器獲得的參考光譜存儲在信號處理部分17中的存儲器(圖中未表示出)。在晶片4的拋光以前進行這樣的工藝過程。
在[這個工藝過程的]第二例中，把在(a)處于拋光位置的拋光頭2上固定晶片4，(b)拋光組成部件1不轉動，并且既不轉動上述的拋光頭2又不使上述的拋光頭2擺動，(c)壓緊壓力(負載)近乎零(在反射物體50和拋光底盤13之間或是保留間隙或是不保留間隙的情況下)，以及(d)在反射物體50和窗口115之間放入(上述的)拋光劑5的狀況下從測量光學系統(tǒng)16測量的光學系統(tǒng)144的線性傳感器獲得的參考光譜存儲在信號處理部分17中的存儲器(圖中未表示出)。在晶片4的拋光以前進行這樣的工藝過程。
在[這個工藝過程的]第三例中，把在(a)處于拋光位置的拋光頭2上固定晶片4，(b)拋光組成部件1不轉動，并且既不轉動上述的拋光頭2又不使上述的拋光頭2擺動，(c)用與在晶片4的拋光期間施加的壓緊壓力(負載)大體上一樣的壓力把晶片4壓向拋光底盤13，以及(d)在反射物體和窗口115之間放入(上述的)拋光劑5的狀況下從測量光學系統(tǒng)16中的光學系統(tǒng)144的線性傳感器獲得的參考光譜存儲在信號處理部分17中的存儲器(圖中未表示出)。在晶片4的拋光以前進行這樣的工藝過程。
在[這個工藝過程的]第四例中，把在晶片4的拋光期間反射物體50貼向窗口15的狀況下從測量光學系統(tǒng)16中的光學系統(tǒng)144的線性傳感器獲得的參考光譜存儲在信號處理部分17中的存儲器(圖中未表示出)。在這點上，在晶片4的拋光期間與一些測量光譜同時陸續(xù)獲得一些參考光譜的情況下(在本例中，例如，[參考光譜]也可以僅獲得一次)，在用參考光譜作基準確定測量光譜的強度比率時可以使用(例如)在分析當中的時刻的最新參考光譜。
在本實施構造中，有一些與上述的第一實施構造中的優(yōu)點一樣的優(yōu)點。而且，如果使用上述的第四例，則能夠獲得反映在獲取測量光譜的狀況下拋光劑的影響的參考光譜；因此，能夠進一步減小拋光劑對測量光譜與參考光譜的強度比率的影響，以致能夠更進一步增加拋光狀態(tài)的監(jiān)視精確度。
圖5是以模型的形式表示構成本發(fā)明第四實施構造的拋光設備的示意結構圖。在圖5中，與圖4中相同的元件或者與圖4中一致的元件用一樣的符號標明，并且省略這些元件的重復描述。
本實施構造在下列方面與上述的第一實施構造不同準確地說，在上述的第一實施構造中，使拋光組成部件1構成拋光組成部件1大于晶片4；在本實施構造中，相反，使拋光組成部件1構成拋光組成部件1小于晶片4，并且適當加上一些變換。在本實施構造中，由于拋光組成部件1小于晶片4，因此用從測量光學系統(tǒng)16射出的探測光照射從拋光組成部件1露出的一部分晶片4或者反射物體19，并且在拋光底盤13內沒有形成窗口15。
使用權用本實施構造也能夠獲得與上述的第一實施構造的優(yōu)點一樣的優(yōu)點。
而且，通過以與變更第一實施構造獲得第四實施構造的相同方式變更上述的第二和第三實施構造可以獲得類似于圖4所示的實施構造的實施構造。
此外，在上述的第一到第三實施構造中，如果在使拋光頭2擺動時使晶片4或反射物體伸出拋光組成部件1，并且[系統(tǒng)]安裝成用從測量光學系統(tǒng)射出的光照射伸出部分(曝露部分)，則在拋光底盤13內不需要形成窗口15或115。
圖6是舉例說明[本發(fā)明的]半導體器件制造工藝的流程圖。在半導體器件制造工藝開始時，首先在步驟S200內從下面所述的步驟S201一直到步驟S204中選擇一種合適的實施工藝。然后根據這個選擇工藝過程轉到步驟S201到S204其中之一。
步驟S201是硅片表面被氧化的氧化工過程。工步驟S202是用CVD等等在硅片表面上形成絕緣薄膜的VCD工藝過程。步驟S203是用像蒸發(fā)等等之類的工藝方法在硅片上形成電極的電極制作工藝過程。步驟S204是把注入到硅片的離子注入工藝過程。
繼VCD工藝過程或電極制作工藝過程之后，操作轉到步驟S205。步驟S205是CMP工藝過程。在這樣的CMP工藝過程中，使用本發(fā)明的拋光設備通過在半導體器件表面上的金屬薄膜等等的拋光進行層間絕緣薄膜變平或形成霧狀花紋。
繼CMP工藝過程或氧化工藝過程之后，操作轉到步驟S206。步驟S206是光刻工藝過程。在這樣的光刻工藝過程中，用光致抗蝕劑涂敷硅片，通過用曝光設備曝光在硅片上烙上電路圖形，并且使曝光過的硅片顯影。此外，下一步驟S207是蝕刻工藝過程，在蝕刻工藝過程中通過蝕刻去除除顯出光致抗蝕劑圖像以外的部分，并且然后剝離光致抗蝕劑，以便當完成蝕刻時清除不必要的光致抗蝕劑。
其次，在步驟S208中，就是否完成全部必要的工藝過程進行判斷；如果沒有完成[這些工藝過程]，則[操作]返回到步驟S200，并且重復以前的一些步驟，以使在硅片上形成電路圖形。如果在步驟S208中判定所有工藝過程完成了，則結束[操作]。
由于本發(fā)明的拋光設備用于構成本實施構造的半導體器件制造工藝過程中的CMP工藝過程，因此能夠增加在CMP工藝過程中拋光邊界點檢測的精確度或薄膜厚度測量的精確度，以致改進CMP工藝過程的生產率。因此，能夠以比在通常半導體器件制造方法中低的成本制造半導體器件。
而且，本發(fā)明的拋光設備還能夠用于除上述的半導體器件制造工藝以外的一些半導體器件制造工藝過程中的CMP工藝過程。
用本發(fā)明的半導體器件制造方法制造本發(fā)明的半導體器件。因此，能夠以比在通常半導體器件制造方法中低的成本制造這樣的半導體器件是可以實現(xiàn)的。
實驗例1涉及上述的第一實施構造。在這樣的實驗例中，由RodelCO.制造的IC1000拋光盤和Suba400拋光盤被作用1和2所示的拋光設備中的拋光盤13a和13b。在這些拋光盤內的開孔部分的各個尺寸被設定為60毫米×20毫米和50毫米×10毫米。透明聚丙烯窗口15的表面從拋光盤13a的表面內凹0.2毫米。
形成0.1微米厚度的熱氧化薄膜的6英寸硅片被用作構成拋光物的晶片4。通過在具有0.6毫米厚度并具有與上述的晶片一樣的形狀的玻璃平板上真空蒸發(fā)2微米厚度的鋁而形成的反射鏡被用作反射物體19。
然后，首先把用作反射物體19的上述的反射鏡固定在處于拋光位置的拋光頭2上以使反射鏡的玻璃表面面朝下(即，以使[這個表面]接觸拋光盤13a)。
以后，把拋光劑5(用于晶片的拋光的拋光劑(以后描述))從拋光劑輸送部件3輸送到拋光底盤13的表面，并且把這樣的拋光劑5放到窗口15上。下一步，在與以下描述的拋光條件中采用的壓緊條件一樣的壓緊條件下把上述的反射鏡壓向拋光底盤13。在這樣的狀況中，在沒有引起拋光頭2的一點轉動或擺動的情況下，用測量光學系統(tǒng)16測得從上述的反射鏡反射的光的光譜，并且把這樣的光譜作為參考光譜存儲在信號處理部分17中的存儲器。
下一步，在拋光頭2上固定上述的晶片，而不是固定上述的反射鏡，并且在下面說明的拋光條件下拋光這樣的晶片時現(xiàn)場測量在上述的晶片上氧化薄膜的厚度作為拋光狀態(tài)監(jiān)視結果；在顯示部分18上顯示這樣的厚度。
上述的拋光條件設定如下即，拋光頭2的轉數/分50圈/分，拋光組成部件1的轉數/分(臺板每分鐘轉數)50圈/分，拋光頭2和拋光組成部件1之間施加的負載1.96×10-2帕，拋光頭2的擺動一點也沒有，使用的拋光劑由CabotCo制造的SS25(稀釋2x)，拋光劑流速200毫升/分。
準確地說，把在上述的晶片的拋光期間用測量光學系統(tǒng)16陸續(xù)測得的一些光譜分別輸入到信號處理部分17作為在[進行測量的]各個時刻獲得的一些測量光譜。每當獲得相對于各個時刻的測量光譜時，信號處理部分17計算測量光譜對上述的參考光譜的強度比率；而且，根據這樣的波形(強度比率相對于[各個波長]的波形)的最大和最小位置計算上述的氧化薄膜的薄膜厚度(剩余薄膜厚度)，并在顯示部分18上顯示在各個時刻的薄膜厚度。
圖7表示在這樣的情況下在某一時刻獲得的測量光譜對上述的參考光譜的強度比率。此外，在圖8中表示由這樣的實施獲得的作為監(jiān)視結果的氧化薄膜剩余薄膜厚度。從圖7看到，在測量光譜對參考光譜的強度比率中很好地反映氧化薄膜的組成，并且拋光劑等等幾乎沒有影響[這些結果]。此外，從圖8看到，監(jiān)視結果也是好的。
實驗例2涉及上述的第三實施構造。在這樣的實驗例中，由RodalCo.制造的IC1000拋光盤和Suba400R拋光盤被用作圖4所示的拋光設備中的拋光盤13a和13b。拋光盤13a中的兩個開孔部分的尺寸被分別設定為60毫米×20毫米，而在拋光盤13b中的兩個開孔部分的尺寸被分別設定為50毫米×10毫米。透明聚丙烯窗口15和115的表面從拋光盤13a的表面內凹0.2毫米。窗口15和115的中心間距以及在平臺12內開孔部分14和114的中心間距被分別設定在100毫米。在透明聚丙烯樹脂板51上使鋁真空蒸發(fā)到成2微米厚度的金屬薄膜的組成部分被用作反射物體50。
如同在實驗例1中，形成0.1微米厚度的熱氧化薄膜的6英寸硅片被用作構成拋光物的晶片4。把晶片固定在處于拋光位置的拋光頭2上，并且在與上述實驗例1中一樣的拋光條件下拋光晶片時現(xiàn)場測量作為拋光狀態(tài)結果的上述的晶片上氧化薄膜的厚度；在顯示部分18上顯示這樣的厚度。
準確地說，把在上述的晶片的拋光期間用測量光學系統(tǒng)16測量的參考光譜和測量光譜陸續(xù)輸入到信號處理部分17。每當獲得相對于各個時刻的參考光譜和測量光譜時，信號處理部分17計算這樣的測量光譜對同時獲得的參考光譜的強度比率；而且，根據這樣波形(強度比率相對于[各個]波長的波形)中的最大位置和最小位置計算上述的氧化薄膜的薄膜厚度(剩余薄膜厚度)，并且在顯示部件18上顯示在各個時刻的薄膜厚度。
在這樣的情況下在某一時刻獲得的測量光譜對在同一時刻獲得的上述的參考光譜的強度比率類似于圖7所示的比率。而且，由以上所述的實驗獲得的作為監(jiān)視結果的氧化薄膜剩余厚度類似于圖8所示的氧化薄膜剩余厚度。因而，在測量光譜對參考光譜的強度比率中很好地反映氧化薄膜的組成，而拋光劑等等幾乎沒有影響[這些結果]，并且監(jiān)視結果也是好的。
作為一種比較例，使用把圖1和2所示的拋光設備改換為圖9所示的拋光設備。在圖9中，與圖2中的元件一樣的元件用相同的符號標明。
在圖9所示的拋光設備中，把配置在透鏡32和狹縫33之間的半透鏡80，以及分別與圖中元件39一直到43一致的透鏡139、針孔140、透鏡141、衍射光柵142和線性傳感器143添加到圖2所示的測量光學系統(tǒng)。因此，從線性傳感器143獲得通過光從氙燈31射出和穿過透鏡32被半透鏡80分裂而獲得的一些光束中的一光束(不用來獲得測量光譜的探測光)的光譜強度(光譜)。這樣的比較例中，如以后將描述的那樣，從線性傳感器143獲得的光譜被用作參考光譜。
在這樣的比較例中，如同在上述的實驗例1中，由RodelCo.制造IC1000拋光盤和Suba400拋光盤被用作拋光盤13a和13b；在這些[拋光盤]內的開孔部分的尺寸被分別設定在60毫米×20毫米和50毫米×10毫米，并且透明聚丙烯窗口15的表面從拋光盤13a的表面內凹0.2毫米。
如同在實驗例1中，形成0.1微米厚度的熱氧化薄膜的6英寸硅片被用作構成拋光物的晶片4。把這樣的晶片固定在處于拋光位置的拋光頭2上，并且在與上述的實驗例1中一樣的拋光條件下拋光這樣的晶片時，把由測量光學系統(tǒng)同時測得的參考光譜(從線性傳感器140獲得的光譜)和測量光譜(從線性傳感器43獲得的光譜)陸續(xù)輸入到信號處理部分17。每當獲得相對于各個時刻的參考光譜和測量光譜時，由信號處理部分17計算這個測量光譜對同時獲得的參考光譜的強度比率。
這樣獲得的強度比率具有小的S/N比率，并且出現(xiàn)由于拋光劑等等的散射和吸收引起的強烈波動和變形。為了分析這樣的波形(強度比率相對于[各個]波長的波形)需要像噪聲削除和信號歸一化等等之類的復雜操作；而且還包含大量難以分析的數據。圖10表示在本比較例中在某時刻獲得的測量光譜對參考光譜的強度比率。
工業(yè)中應用的可能性在拋光設備中通過應用本發(fā)明的拋光狀態(tài)監(jiān)視方法和裝置能改進拋光狀態(tài)監(jiān)視精確度。而且在半導體器件等等的表面拋光中能使用本發(fā)明的拋光設備，并使改進拋光精確度能夠實現(xiàn)。
在高精度半導體器體制造中能使用本發(fā)明的加工晶片。本發(fā)明的半導體器件制造方法能應用于制應用于制造高精度半導體器件。本發(fā)明的半導體器件能夠作為高精度半導體器件廣泛用于電子電路。
權利要求
1.一種拋光狀態(tài)監(jiān)視方法，其特征在于(a)其中在拋光期間監(jiān)視通過在拋光底盤和拋光物之間放入拋光劑的狀況下在上述的拋光底盤和上述的拋光物之間施加負載，以及通過使[拋光底盤和拋光物]相互相對移動來拋光的上述的拋光物的拋光狀態(tài)，和(b)其中(i)用從光源射出的探測光照射上述的拋光物、(ii)在拋光期間獲取是由上述的拋光物反射的光的光譜的測量光譜，和(iii)在拋光期間根據上述的測量光譜監(jiān)視上述的拋光狀態(tài)，[1]或是在上述的拋光物的拋光以前或是在上述的拋光物的拋光期間用從上述的光源射出的光照射特定的反射物體，[2]獲取是由上所述的反射物體反射的光的光譜的參考光譜，[3]在上述的拋光物的拋光期間根據上述的測量光譜對上述參考光譜的關系曲線監(jiān)視上述的拋光狀態(tài)的拋光狀態(tài)監(jiān)視方法。
2.根據權利要求1所述的拋光狀態(tài)監(jiān)視方法，該方法其特征在于使上述的探測光和射向上述的反射物體的[上述的]光經由一個或多個在上述的拋光底盤內形成的窗口射向上述的拋光物或者上述的反射物體，要不然使上述的探測光和射向上述的反射物體的[上述的]光射向上述的拋光物或者上述的反射物體中的從上述的拋光底盤露出的部分。
3.根據權利要求1或權利要求2所述的拋光狀態(tài)監(jiān)視方法，該方法其特征在于在射向上述的反射物體的上述的光的光徑和從這樣的反射物體反射的光[的光徑]內放入上述的拋光劑的狀況下獲取上述的參考光譜。
4.根據權利要求1或權利要求2所述的拋光狀態(tài)監(jiān)視方法，該方法其特征在于在射向上述的反射物體的上述的光的光徑和從這樣的反射物體反射的光[的光徑]內放入上述的拋光劑以及在上述的拋光底盤和上述的反射物體之間施加與在上述的拋光物的拋光期間施加的負載大體上一樣的負載的狀況下獲取上述的參考光譜。
5.根據權利要求1或權利要求2所述的拋光狀態(tài)監(jiān)視方法，該方法其特征在于在射向上述的反射物體的上述的光的光徑和從這樣的反射物體反射的光[的光徑]內放入上述的拋光劑時以及在與用于上述的拋光物的拋光的拋光條件大體上一樣的條件下拋光上述的反射物體時獲取上述的參考光譜。
6.根據權利要求1～5中的任一權利要求所述的拋光狀態(tài)監(jiān)視方法，該方法其特征在于上述的反射物體或具有這樣的反射物體的組成部分具有與上述的拋光物大體上一樣的形狀和尺寸。
7.根據權利要求6所述的拋光狀態(tài)監(jiān)視方法，該方法其特征在于(a)上述的拋光物是加工薄征，(b)事先也把上述的反射物體或者上述的組成部分保存在等待階段期間寄存在上述的加工晶片的盒內，和[c]用從上述的盒中把上述的加工晶片裝在規(guī)定的拋光位置上的裝置把上述的反射物體或者上述的組成部分裝在獲取上述的參考光譜時候規(guī)定的拋光位置。
8.根據權利要求1～5中任一權利要求所述的拋光狀態(tài)監(jiān)視方法，該方法其特征在于把上述的反射物體安裝在拋光期間固定上述的拋光物的固定部件內。
9.根據權利要求1～5中的任一權利要求所述的拋光狀態(tài)監(jiān)視方法，該方法其特征在于上述的拋光物是加工晶片，并且在這樣的加工晶片的除器件區(qū)域以外的區(qū)域內形成上述的反射物體。
10.其特征在于[a]在除器件區(qū)域以外的區(qū)域內的拋光表面?zhèn)壬闲纬煞瓷湮矬w，和[b]為了獲取是由上述的反射物體反射的光譜的參考光譜，形成上述反射物體的區(qū)域的尺寸大于射在上述的反射物體上的光斑的加工晶片。
11.一種拋光狀態(tài)監(jiān)視裝置，特征在于采用權利要求1～9中的任一權利要求所述的拋光狀態(tài)監(jiān)視方法監(jiān)視上述的拋光物的拋光狀態(tài)。
12.一種拋光設備，特征在于在裝備有拋光底盤和在拋光期間固定拋光物的固定部件，以及在上述的拋光底盤和上述的拋光物之間放入拋光劑狀況下通過在上述的拋光底盤和上述的拋光物之間施加負載并且通過使[這樣的拋光底盤和拋光物]相對移動來拋光上述的拋光物的拋光設備中，用權利要求11所述的拋光狀態(tài)監(jiān)視裝置裝備上述的拋光設備。
13.一種拋光設備，其特征在于在裝備有拋光底盤和在拋光期間固定拋光物的固定部件，以及在上述的拋光底盤和上述的拋光物之間放入拋光劑狀況下通過在上述的拋光底盤和上述的拋光物之間施加負載并且通過使[這樣的拋光底盤和拋光物]相對移動來拋光上述的拋光物的拋光設備中，把反射物體配置在上述的固定部件上以使這樣的反射物體貼向與固定上述的拋光物的側面相同的側面。
14.一種半導體器件制造方法，其特征在于這樣的方法具有使用權利要求12或權利要求13所述的拋光設備使半導體晶片變平的工藝過程。
15.一種半導體器件，其特征在于用權利要求14所述的半導體器件制造方法制造這樣的器件。
全文摘要
在晶片4的拋光以前，把具有與晶片4一樣的形狀和尺寸的反射物體替換晶片4固定在拋光頭2上。在拋光底盤13中的窗口15和反射物體之間放入拋光劑5，并且用與晶片4的拋光期間施加的壓力一樣的壓力把反射物體壓向拋光底盤13。在這樣的狀況下，用從光源31發(fā)射的探測光經由窗口15照射反射物體，并且從傳感器43獲得反射光的光譜強度作為參考光譜。在晶片4的拋光期間，從傳感器43陸續(xù)獲得從晶片4反射的光的光譜強度作為一些測量光譜。測定這些測量光譜對上述的參考光譜的強度比率，并根據這樣的強度比率監(jiān)視晶片4的拋光狀態(tài)。
文檔編號B24B37/013GK1500290SQ0080413
公開日2004年5月26日 申請日期2000年12月19日 優(yōu)先權日1999年12月27日
發(fā)明者石川彰, 潮嘉次郎, 郎 申請人:株式會社尼康