JPH1083977A

JPH1083977A - 機械化学的ポリッシング装置用のポリッシングパッドへの透明窓の形成

Info

Publication number: JPH1083977A
Application number: JP22173797A
Authority: JP
Inventors: Manoocher Birang; ビラングマヌーシェア; Allan Gleason; グリーソンアラン; William L Guthrie; エル．ガスリーウィリアム
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1996-08-16
Filing date: 1997-08-18
Publication date: 1998-03-31
Anticipated expiration: 2017-08-18
Also published as: US6280290B1; SG54539A1; US7011565B2; SG111000A1; KR100334203B1; US7255629B2; EP0824995A1; TW339460B; US20010036805A1; US7118450B2; US20060014476A1; US6045439A; JP3327817B2; US6910944B2; US20030190867A1; US5893796A; KR19980018667A; US20070021037A1; KR19980018668A

Abstract

(57)【要約】【課題】機械化学的ポリッシング（ＣＭＰ）装置によ
るＣＭＰプロセスにおいて、プロセス終点を正確に決定
するための手段を提供すること。【解決手段】本発明は、上記課題を解決すべく、ＣＭ
Ｐ装置１０用のポリッシングパッド１８およびそれを製
作する方法を提供している。ポリッシングパッド１８
は、ポリッシング面を持つ被覆層２２と、プラテン１６
に隣接する裏打ち層２０とを有する。第１の断面積を持
つ被覆層２２の第１開口６３０と、第２の、異なる断面
積を持つ裏打ち層２０の第２開口６３２とが、ポリッシ
ングパッド１８を貫通する開口６１２を形成する。実質
的に透明なポリウレタンプラグ６００がその開口に配置
され、接着剤６１４がそのプラグ６００をその開口６１
２に固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的には半導体
製造に関し、より詳細には機械化学的ポリッシング（Ｃ
ＭＰ）に用いられるポリッシングパッドに透明窓を形成
する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最新の半導体集積回路（ＩＣ）を製造す
るプロセスでは、先行するプロセスで形成された層や構
造の上に、様々な材料層や構造を形成する必要がある。
しかしながら、先に形成された処理中のウェーハの上面
は、バンプや、高さの不揃いな部分、谷、溝、および／
またはその他の凹凸により、幾何学的に著しく不規則な
ままであることが多い。これらの凹凸は次の層を形成す
るときに問題を生じる。例えば、先に形成された層の上
に小さな寸法形状のフォトリソグラフィックパターンを
印刷する場合、非常に浅い焦点深度が必要である。従っ
て、平坦で平らな面であることが不可欠となり、さもな
いと、パターンの一部の焦点が合っても、他の部分では
焦点が合わないことになる。実際には、２５×２５ｍｍ
のダイ上にわたって、表面変動は１０００オングストロ
ーム以下のオーダーであることが望ましいと考えられ
る。更に、それぞれの主要処理ステップでその凹凸が平
準化（leveling）されていないと、ウェーハの表面は、
幾何学的に一層不規則にさえなり、その後の処理で層が
堆積するにつれて、更に問題を生じることになる。使用
するダイのタイプと寸法形状により、表面凹凸が歩留ま
りと装置性能の低下を招く場合がある。従って、ＩＣ構
造の或る種の平坦化、すなわち平準化を実現することが
望ましい。実際に、最高密度のＩＣ製作技術は何らかの
方法を利用して、製造プロセスの重要段階で平坦化した
ウェーハ表面を形成するようにしている。

【０００３】半導体ウェーハの平坦化、つまり幾何学的
除去を達成する一つの方法は、機械化学的ポリッシング
（ＣＭＰ）プロセスである。一般に、機械化学的ポリッ
シング（ＣＭＰ）プロセスは、制御しながら圧力を加え
て、回転ポリッシングプラテンにウェーハを保持および
／または回転させるステップを含む。図１に示すよう
に、代表的なＣＭＰ装置１０は、半導体ウェーハ１４を
ポリッシングプラテン１６に保持するためのポリッシン
グヘッド１２を含む。ポリッシングプラテン１６は、パ
ッド１８で覆われている。このパッド１８は、普通は、
プラテンの表面と接する裏打ち層２０と、化学ポリッシ
ングスラリとともに用いられてウェーハ１４をポリッシ
ングする被覆層２２とを有する。しかし、パッドの中に
は、被覆層だけを持ち、裏打ち層のないものもある。被
覆層２２は通常、連続気泡の発泡ポリウレタン（例え
ば、Rodel IC1000）、または溝付き表面を持つポリウレ
タンシート（例えば、Rodel EX2000）のいずれかであ
る。パッドの材料は、砥粒と化学物質の両方を含む化学
ポリッシングスラリで濡らされている。一つの代表的な
化学スラリは、ＫＯＨ（水酸化カリウム）と薫蒸シリカ
(fumed-silica)粒子とを含む。プラテンは通常、その中
心軸２４周りに回転される。更に、ポリッシングヘッド
は通常、その中心軸２６周りに回転され、並進アーム２
８を介してプラテン１６の表面を横切って並進する。図
１にはポリッシングヘッドが一つしか図示されていない
が、ＣＭＰ装置には通常、二つ以上のヘッドが、ポリッ
シングプラテンの周りに間隔を空けて円周方向に配置さ
れる。

【０００４】ＣＭＰプロセス中に遭遇する問題は、部品
が希望の平坦度、つまり相対的厚さまで平坦化された、
と判定するところにある。一般に、希望の表面特性や平
面状態に到達した時点を検出する必要がある。これは様
々な方法で達成されている。以前は、ＣＭＰプロセス中
のウェーハ特性のモニターは不可能だった。通常、ウェ
ーハはＣＭＰ装置から外されて別の場所で検査されてい
た。ウェーハが希望の仕様に合致しない場合、ウェーハ
をＣＭＰ装置に再び取り付けて再処理しなければならな
かった。これは時間と人手のかかる手順であった。その
外に、検査において材料が過剰に除去されているのが発
見された場合、その部分は使用不能になった。従って、
この分野では、ＣＭＰプロセス時に、その場で（in-sit
u）、希望の表面特性や厚さが得られた時点を検出でき
る装置に対するニーズがあった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ＣＭＰプロセス中での
終点のその場検出のために、いくつもの装置と方法が開
発されている。例えば、超音波の使用したり、機械抵
抗、電気的インピーダンス、あるいはウェーハ表面温度
の変化の検出を取り込んだ装置と方法が使用されてい
る。これらの装置と方法は、ウェーハやその層の厚さを
測定することと、厚さ変化をモニターしてプロセスの終
点を確定することに依存している。ウェーハの表面層を
薄くする加工をしている場合、厚さの変化を利用して、
表面層が何時、所望の深さになったかが決定される。凹
凸表面を有する、パターン処理されたウェーハを平坦化
する場合は、厚さの変化をモニターして、表面凹凸の近
似的な深さを知ることによって、終点が決定される。厚
さの変化が凹凸の深さに等しくなった時点で、ＣＭＰプ
ロセスは終了する。これらの装置と方法は、意図される
用途についてはほぼ満足に働くが、終点をより精確に決
定するシステムに対するニーズは依然としてある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】概略的に述べるならば、
本発明は、一態様において、機械化学的ポリッシング装
置用のポリッシングパッドに関する。ポリッシングパッ
ドは、内部に開口が形成されたポリッシング面を備えて
いる。この開口は、第１の寸法を持つ第１セクション
と、第２の寸法を持つ第２セクションとを含む。実質的
に透明なプラグが開口内に位置決めされている。プラグ
は、開口の第１セクション内に位置決めされた第１部分
と、開口の第２セクション内に位置決めされた第２部分
とを有する。開口内には、プラグを固定する手段があ
る。

【０００７】また、本発明は、別の態様において、ポリ
ッシングパッド形成方法に関する。開口は、第１の寸法
を持つ第１セクションと、第２の寸法を持つ第２セクシ
ョンとを含むように、ポリッシングパッド内に形成され
る。実質的に透明なプラグが開口内に設けられる。プラ
グの第１部分は開口の第１セクション内に位置決めさ
れ、プラグの第２部分は開口の第２セクション内に位置
決めされる。プラグは開口部内に固定される。

【０００８】具体的な実施態様では以下の点を含む。固
定手段は接着材料を含むのがよい。プラグの第１部分
は、開口の第１セクションと実質的に同一寸法で、プラ
グの第２セクションは、開口の第２セクションと実質的
に同一寸法とするのがよい。第１の寸法は第２の寸法よ
り大きい。プラグはポリウレタン材でもよいし、接着材
はゴム弾性ポリウレタン材でもよい。開口の第１セクシ
ョンを第１層中に形成し、開口の第２セクションを第２
層中に形成してよい。取り外しステップは、第１セクシ
ョンをポリッシングパッドの第１層から取り外すステッ
プと、第２セクションをポリッシングパッドの第２層か
ら取り外すステップとを含むことができる。第１層のデ
ュロメータ測定値は、第２層のデユロメータ測定値より
大きくてよい。プラグの上面はポリッシング面と同一面
でよく、プラグの第２部分の厚さは、開口の第２セクシ
ョンの深さより小さくてよい。

【０００９】本発明の更なる目的と利点は以下の説明に
記載され、一部はその説明から明らかとなり、さもなけ
れば本発明を実施することによって理解されるだろう。
本発明の目的と利点は、クレームに詳細に指摘された手
段と組合せによって実現することができる。

【００１０】なお、本明細書の一部を構成する添付図面
は、本発明の実施形態を概略的に示し、上記の一般的な
説明および下記の詳細な説明とともに、本発明の原理の
説明に役立つものとなろう。

【００１１】

【発明の実施の形態】図２は、本発明の一実施形態に従
って改良されたＣＭＰ装置の一部を示す。孔３０が、プ
ラテン１６と、その上の位置するプラテンパッド１８と
に形成されている。この孔３０は、ポリッシングヘッド
１２の並進位置に拘らず、プラテンの回転中の一時期、
ポリッシングヘッド１２により保持されたウェーハ１４
が見えるように位置決めされている。レーザー干渉計３
２はプラテン１６の下方の適所に固定されており、その
位置では、レーザー干渉計３２から投射されたレーザー
ビーム３４が、プラテン１６の孔３０を通り、孔３０が
ウェーハ１４に隣接している間、上に位置するウェーハ
１４表面に当たることができる。

【００１２】プラテン孔３０とウェーハ１４（ウェーハ
がプラテン孔３０の上に重なる時点）の詳細を図３の
（Ａ）〜（Ｃ）に示す。図３の（Ａ）から分かるよう
に、プラテン孔３０は段付きの内径部を持ち、従って肩
部３６を形成する。この肩部３６は、レーザービーム３
４用の窓として働く石英インサート３８を収容、保持す
るために使用される。プラテン１６とインサート３８と
の間の境界は封止されているので、ウェーハ１４とイン
サート３８との間に入り込んだ化学（化学薬品）スラリ
４０はプラテン１６の底まで漏洩することはない。石英
インサート３８はプラテン１６の上面の上方に、一部が
プラテンパッド１８の中まで突出している。インサート
３８のこの突出は、インサート３８の上面とウェーハ１
４の表面との間の間隙を最小にすることを意図してい
る。この間隙を最小にすることによって、間隙に捕捉さ
れるスラリ４０の量が最小になる。このことは、スラリ
４０が自らを通過する光を散乱させる傾向があるので、
レーザー干渉計３２から発射されたレーザービームを減
衰させてしまうという観点において、有利となる。イン
サート３８とウェーハ１４との間のスラリ４０の層が薄
い程、レーザービーム３４とウェーハからの反射光の減
衰は少なくなる。間隙が約１ｍｍであると、ＣＭＰプロ
セスの減衰値は許容可能であると考えられる。しかし、
この間隙は更に小さくすることが望ましい。間隙はでき
るだけ小さくしなければならないが、同時に、ＣＭＰプ
ロセス中は常に、インサート３８がウェーハ１４に触れ
ないようにする必要がある。本発明の実施例では、イン
サート３８とウェーハ１４の間の間隙を１０ミル（２５
０μｍ）にセットして、満足すべき結果を得た。

【００１３】図３の（Ｂ）は、プラテン１６とパッド１
８の別の実施形態を示している。この実施形態では、石
英インサートは除かれており、パッド１８には貫通孔が
存在しない。その代わりに、プラテン１６の孔３０の上
に位置する部分で、パッド１８の裏打ち層２０（存在す
る場合）が除去されている。これによって、ウェーハ１
４と、プラテン１６の底との間にはパッド１８のポリウ
レタン被覆層２２だけが残る。被覆層２２で使用される
ポリウレタン材は、レーザー干渉計３２からのレーザー
ビーム３４を実質的に透過させることが分かっている。
従って、プラテン孔３０上に位置する被覆層２２の部分
がレーザービーム３４の窓として働く。この代替構造に
は著しい利点がある。第１に、パッド１８自体が窓とし
て使用されるので、目に見える間隙は存在しない。従っ
て、レーザービームの好ましくない散乱の原因となるス
ラリ４０は殆どない。この代替実施形態の別の利点は、
パッドの磨耗が無関係になることである。最初に説明し
た図３の（Ａ）の実施形態では、石英インサート３８と
ウェーハ１４との間の間隙をできるだけ小さくした。し
かし、パッド１８が磨耗するにつれて、この間隙は更に
小さくなる傾向がある。結局、磨耗が非常に大きくなる
と、インサート３８の上面がウェーハ１４に触れて、そ
れを損傷させる可能性がある。図３の（Ｂ）の代替実施
形態では、パッド１８を窓として使用してウェーハ１４
と接触状態にするように設計されるので、パッド１８の
磨耗による悪影響はない。半透明の連続気泡タイプのパ
ッドと、透明な溝付表面タイプのパッドの両者を使った
試験では、透明な溝付き表面パッドの方がレーザービー
ムの減衰が少ないことが分かった。従って、なるべくこ
のタイプのパッドを使用することが望ましい。

【００１４】パッドの被覆層で使用されるポリウレタン
材料はレーザービームを実質的に透過できるが、ナイロ
ン微小球体等の或る種の添加物を含み、この添加物がそ
の透過性を妨げる。この問題は、図３の（Ｃ）に記載さ
れた本発明の実施形態で解消される。この実施形態で
は、プラテン孔３０上に位置する領域の代表的なパッド
材料が、中実のポリウレタンプラグ４２と置き換わって
いる。このプラグ４２は、レーザービーム用の窓として
働くが、ナイロン微小球体を含まないポリウレタン材料
でできている。従って、プラグ４２を通るレーザービー
ム３４の減衰は最小になる。プラグ４２はパッド１８の
中に一体成形してもよい。

【００１５】例えば、ポリッシングパッドに既に切削加
工してある孔内へ、流体ポリウレタンを注入して、プラ
グを形成してもよい。液体ポリウレタンを硬化させて、
ポリッシングパッド内に一体成形されたプラグを成形す
る。或はまた、プラグを中実インサートとして予め成形
することもできるだろう。このインサートを、溶融した
ポリッシングパッドバルク材料中に入れてから、プラグ
４２の材料とポリッシングパッド１８の材料とが接合す
るように、そのアセンブリ全体を硬化させることができ
る。アセンブリが冷却されると、ポリウレタンプラグ４
２がポリッシングパッドの中に一体成形されることにな
る。しかしながら、ポリッシングパッド１８の材料、特
に被覆層２２の材料は、ポリウレタンプラグ４２の材料
とは異なる。従って、アセンブリが硬化するときにプラ
グ４２の材料が収縮して、窓を上か下に座屈させる傾向
がある。これによって、スラリを集積させるくぼみか、
ウェーハ１４を損傷させる隆起のいずれかが発生する。

【００１６】図３の（Ｄ）によれば、別の実施形態で
は、２段型プラグ６００が、プラテン孔３０の上のポリ
ッシングパッド１８中に位置決めされている。この２段
型プラグ６００は、レーザービーム用の窓として働く比
較的透明な材料で形成される。２段型プラグ６００の材
料は、ニュージャージー州ニューアークのRodel から商
品名ＥＸ−２０００として入出可能な、実質的に純粋な
ポリウレタンとすることができる。上記材料は、ポリッ
シングプロセスに関して化学的に不活性で、ポリッシン
グパッドと同じ速度で侵食する。２段型プラグ６００
は、上側プラグ部６０２と下側プラグ部６０４とを含
む。上側プラグ部６０２は被覆層２２の孔、つまり開口
６３０に嵌合し、下側プラグ部６０４は裏打ち層２０の
孔、つまり開口６３２に嵌合する。上側プラグ部６０２
の上面６０６は、ポリッシングパッド１８の上面２３と
同一平面である。下側プラグ部６０４の下面６０８とプ
ラテン１６の上面１７との間に、間隙６１０があっても
よい。

【００１７】ウェーハ１４からポリッシングパッド１８
上へ荷重が加えられると、裏打ち層２０が圧縮される。
従って、間隙６１０の幅は減少する。間隙６１０の大き
さは、ウェーハ１４がプラテン孔３０の上に位置する場
合でも、下面６０８がプラテン１６の上面１７に接触し
ないように充分大きく選定される。上面６０６はウェー
ハ１４に接触するが、間隙６１０によってウェーハ上に
圧力が働かない。従って、２段型プラグ６００のより密
度の高い材料が局部的に増加する負荷を生成することは
ない。従って、２段型プラグ６００はウェーハ１４のポ
リッシングに悪影響を及ぼすことはない。

【００１８】図３の（Ｅ）と（Ｆ）によれば、ポリッシ
ングパッド１８を以下のように組み立ててもよい。中実
のポリウレタンピースから２段型プラグ６００を機械加
工するか成形加工する。ポリッシングパッド１８に開口
６１２を切削加工する。或は、ポリッシングパッド１８
を開口６１２と一体に成形してもよい。開口６１２は２
つのセクションを含む。開口の第１セクションを被覆層
２２の孔６３０とし、開口の第２セクションを裏打ち層
２０の孔６３２としてもよい。開口６１２は２段型プラ
グ６００の形状に合わせる。プラグの形は、異なる断面
積を持つ隣接する長方形の平板でもよい。具体的には、
下側プラグ部６０４の断面積は、上側プラグ部６０２の
断面積より大きい。例えば、上側プラグ部６０２の長さ
Ｌ₁を約２．０インチ（５．０８ｃｍ）とし、高さＨ₁を
約０．５インチ（１．２７ｃｍ）とする。また、下側プ
ラグ部６０４の長さＬ₂を約２．２インチ（５．５９ｃ
ｍ）、高さＨ₂を約０．７インチ（１．７８ｃｍ）とす
ることができる。こうして、下側プラグ部６４は上側プ
ラグ部６０２よりも広がり、約０．１インチ（２．５４
ｍｍ）の幅Ｗ₁を持つリム６１６を形成する。プラグの
配向は、その長手方向軸がポリッシングパッドの半径に
沿うようにするのがよい。図３の（Ｄ）〜（Ｆ）には、
上側プラグ部６０２の断面積が下側プラグ部６０４の断
面積よりも小さく図示されているが、必ずしもその必要
はない。そうではなく、上側プラグ部６０２を下側プラ
グ部６０よりも小さくしてもよい。上側プラグ部６０２
の厚さＴ₁は、被覆層２２の厚さに等しく、約５０ミル
（１２７０μｍ）である。従って、厚さＴ₁は、開口の
第１セクションの深さＤ₁に等しい。下側プラグ部６０
４は、裏打ち層２０よりも約１０ミル（２５４μｍ）薄
い。下側プラグ部６０４の厚さＴ₂は、約４０ミル（１
０１６μｍ）でもよい。従って、厚さＴ₂は、開口の第
２セクションの深さＤ₂より小さくなる。

【００１９】接着剤６１４を下側プラグ部６０４のリム
６１６の上に塗布する。接着剤６１４は、カリフォルニ
ア州、 Van Nuys のBerman Industries から、商品名Ｗ
Ｃ−５７５Ａ／Ｂで入手可能なゴム弾性ポリウレタンが
よい。他の接着剤、例えばゴムセメントやエポキシを接
着剤６１４として使用してもよい。

【００２０】被覆層２２の下側の領域６１８は、接着剤
の残渣をかき取り、アセトンでそこを洗浄して清浄にす
る。次いで、開口６１２に２段型プラグ６００を、その
リム６１６がポリッシングパッド１８の領域６１８に接
触するまで挿入する。この接触領域には、約１５から２
０ポンド／平方インチの荷重がかかっている。このこと
により、上側プラグ部６０２と被覆層２２の間、または
下側プラグ部６０４と裏打ち層２０との間の間隙に、接
着剤６１４が押し込まれる。室温で数日後、接着剤６１
４は硬化して、プラグ６００が開口６１２に固定され
る。接着剤６１４に熱を加えればもっと早く硬化する
が、過剰な温度により、裏打ち材２０が変形してしまう
かもしれない。

【００２１】スラリの分布を改善するために、ポリッシ
ングパッド１８の被覆層２２に溝を切ったり細孔６２０
を設けてもよい。これらの溝や細孔６２０は、下側プラ
グ部６０４の上方に配置され、純粋なポリウレタン材料
６２２で充填される。更に、２段型プラグ６００の上面
６０６には溝を付けないままにしておく。２段型プラグ
６００の領域には溝やくぼみが存在しないので、レーザ
ービーム３４を遮るようなスラリの集積がない。コンデ
ィショニングプロセス中には、ポリッシングパッド１８
の粗さを回復するために、パッドコンディショナで被覆
層２２の上面２３を研削除去するが、２段型プラグ６０
０の上面６０６も引っかれて磨耗する。しかし、ポリウ
レタンは拡散性の材料なので、上面６０６の磨耗はレー
ザー干渉計３２の性能に殆ど影響を与えない。

【００２２】２段型プラグ６００によって提供される窓
は、レーザービーム３４を遮る、プラテン孔３０上への
スラリ集積を防止する。プラグ６００は、スラリ４０に
対する化学的耐性を持つ材料で成形され、ポリッシング
プロセスに関して化学的に不活性である。プラグは、ポ
リッシングパッド１８の残部と同じ速度で侵食する。プ
ラグは、プラテン孔３０へのスラリ４０の漏れを防ぐた
めに開口内に密止され、またウェーハに局部的な負荷増
加を防ぐために押し下げられる。

【００２３】作動時には、本発明によるＣＭＰ装置は、
レーザー干渉計からのレーザービームを使って、ウェー
ハ表面から除去された材料の量を判定したり、平坦化し
た時点を判定する。このプロセスの開始を、図４を参照
して説明する。レーザーとコリメータ４４、ビームスプ
リッタ４６、および検知器４８が、レーザー干渉計３２
の構成要素として図示されている。これは、ＣＭＰの作
動に関する前記説明を容易にするためである。更に、便
宜のために、石英インサート３８を窓として使用する図
３の（Ａ）の実施形態を示す。勿論、図示された構成は
単なる一つの可能な編成であって、他の構成も使用でき
る。例えば、前記のいずれの窓構造も使用可能であり、
またレーザー干渉計３２の代替実施形態も可能である。
一つの代替干渉計編成では、或る角度でウェーハ間に入
射するビームを発生させるためにレーザーが使用される
だろう。その実施形態では、ウェーハからの反射光が当
たる位置に検知器が配置されるだろう。また、その代替
実施形態では、ビームスプリッタは必要ないだろう。

【００２４】図４に示すように、レーザーとコリメータ
４４は、ビームスプリッタ４６の下部に入射する平行レ
ーザービーム３４を発生する。ビーム３４の一部はビー
ムスプリッタ４６と石英インサート３８を通って伝播す
る。ビーム３４のこの部分がインサート３８の上端を離
れると、ビームはスラリ４０を通って伝播してウェーハ
１４の表面に当たる。ウェーハ１４は、図５で詳しく示
すように、シリコン製基板５０とその上に重なる酸化物
層５２（すなわちＳｉＯ₂）を持つ。

【００２５】ウェーハ１４に当たる前記一部のビーム３
４は、酸化物層５２の表面で部分的に反射され、第１反
射ビーム５４を形成する。しかし、その光線の一部も、
酸化物層５２を透過して、下に重なる基板５０に当たる
透過ビーム５６を形成する。基板５０に到達する透過ビ
ーム５６からの光の少なくともいくらかは酸化物層５２
を通って再び反射され、第２の反射ビーム５８を形成す
ることになる。第１と第２の反射ビーム５４、５６は、
双方の位相関係によって互いに建設的にまたは破壊的に
干渉して、合成ビーム６０を形成する。この場合、この
位相関係は、主として酸化物層５２の厚さの関数であ
る。

【００２６】上記実施形態は、単一の酸化物層を持つシ
リコン基板を使用しているが、当該技術に精通した者な
らこの干渉プロセスが他の基板や他の酸化物層でも発生
することを十分理解するだろう。重要な点は、当たった
ビームを、酸化物層が部分的に反射して、部分的に透過
させ、基板がそれを少なくとも部分的に反射することで
ある。更に、干渉プロセスは基板上に積層する複数の層
を持つウェーハにも適用できる。繰り返すが、各層が部
分的に反射して部分的に透過する性質があれば、合成干
渉ビームが形成される。もっとも、それはすべての層と
基板から反射されたビームの組合せではある。

【００２７】再び図４を参照すると、第１と第２の反射
ビーム５４、５８（図５）の組合せを表す合成ビーム６
０が、スラリ４０とインサート３８を通ってビームスプ
リッタ４６の上部に再び伝播することが分かる。ビーム
スプリッタ４６は、合成ビーム６０の一部を検知器４８
の方向に向ける。

【００２８】プラテン１６は通常、ＣＭＰプロセス中は
回転している。従って、プラテン孔３０は、その回転の
一部の期間だけウェーハ１４を見ることができない。従
って、レーザー干渉計３２からの検知器信号をサンプリ
ングできるのは、レーザービーム３４がウェーハ１４に
当たるときに限られる。重要なのは、レーザービーム３
４が孔３０を通過して部分的に伝えられるときは、プラ
テン１６の底の孔縁で一部が遮られるときと同様、サン
プリングは行なわれないという点である。理由は、これ
によって信号に著しいノイズが生じるからである。この
発生を防止するために位置センサ装置が組み込まれたの
である。本発明の実施例では光学遮断型センサが使用さ
れ、後続の図で示されているが、ホール効果、渦電流、
光学遮断器（インターラプタ）、または音響センサ等の
任意の周知の近接センサが使用できるだろう。レーザー
干渉計３２を同期するための、本発明による装置を図６
に示すが、光学遮断型センサ６２（例えばＬＥＤ／光ダ
イオードの対）が、プラテン１６の周縁が見えるよう
に、ＣＭＰ装置のシャーシの固定位置に取り付けられ
る。このタイプのセンサ６２は、そのセンサが発生する
光学ビームが遮られたときに作動する。位置センサフラ
グ６４がプラテン１６の外周に取り付けられている。フ
ラグ６４の取付け位置と長さは、レーザー干渉計３２か
らのレーザービーム３４が先に説明した窓構造６６を完
全に透過したときに限って、フラグがセンサの光学信号
を妨げるように決められる。例えば図６に示すように、
センサ６２はプラテン１６の中心に対してレーザー干渉
計３２の直径方向反対側に取り付けられる。フラグ６４
は、窓構造６６の直径方向反対側の位置でプラテンに取
り付けられる。フラグ６４の長さは、破線６８によって
ほぼ決定されるが、フラグ６４の正確な長さは、フラグ
６４がセンサ６２によって検出されている期間中、レー
ザービームがプラテン１６によって完全には妨げられな
い状態になるように、微調整される。この微調整は、位
置センサのノイズや不正確さ、レーザー干渉計３２の応
答性等をすべて補償する。一旦、センサ６２が作動する
と、干渉計３２からの検知器信号をいつサンプリングす
べきかの決定に使用される信号が発生する。

【００２９】位置センサ信号を使って、ウェーハがレー
ザービームに対して見得る状態である時にレーザー干渉
計信号をサンプリングできるデータ収集システムは、こ
の分野では周知技術であり、本発明の新規部分を構成す
るものではない。従って、ここで詳細な説明を行なわな
い。しかしながら、適切なシステムの選択にあたって、
何らかの考慮がなされなければならない。例えば、干渉
計からの信号を或る期間にわたって積分することが望ま
しい。この積分によって、積分された期間の高周波ノイ
ズを平均化することによってＳ／Ｎ比が改善される。こ
のノイズは様々な原因があり、例えばプラテンとウェー
ハの回転による振動や、不均等な平坦化によるウェーハ
面の変動である。上記の装置では、石英窓の直径とプラ
テンの回転数が、信号を積分するためにプラテンの回転
中に利用可能な時間を決定する。しかしながら、状況に
よっては、この利用可能な時間は充分でないかもしれな
い。例えば、許容可能なＳ／Ｎ比が、より長い積分時間
を要求するかもしれないし、選択されたデータ収集シス
テムで使用されるインタフェース回路が、ワンパスの間
に利用できる時間を超える最小積分時間を要求するかも
しれない。

【００３０】この問題に対する一つの解決策は、プラテ
ンの回転方向に沿ってプラテン孔を拡張することであ
る。言い換えると、窓構造６６’（すなわち、インサー
トやパッドやプラグ）の形状を、図７に示すような円弧
形にする。勿論、フラグ６４’を拡張して、より長寸の
窓構造６６’を収容させる。或はまた、窓はそのままに
して、レーザー干渉計を窓の真下の回転するプラテンに
取り付けることもできる。この場合、プラテンの下に干
渉計を収容するようＣＭＰ装置を改変しなければならな
いだろうし、干渉計からの検知器信号のルートを準備す
る必要があるだろう。しかしながら、両方法の最終的な
結果は、プラテンの各回転毎のデータ収集時間を延長す
ることになるだろう。

【００３１】プラテン孔と窓の拡張は有利だが、実際に
はプラテンパッドの表面積を多少削減する。従って、プ
ラテンの回転の一部分で、窓の上に重なるディスク領域
の平坦化速度は減少する。更に、プラテン孔と窓の長さ
はウェーハの縁部を超えて拡張してはならないし、また
ウェーハの並進位置と関係なく、窓がウェーハの縁部を
超えたときにデータサンプリングを行なってはならな
い。従って、拡張されたプラテン孔と窓の長さ、すなわ
ちプラテンに取り付けられた干渉計をサンプリングでき
る時間は、ポリッシングパッドのあらゆる並進運動によ
って制限される。

【００３２】従って、充分なデータ収集積分時間を得る
ためのより好ましい方法は、プラテンの１回転を超えて
データを収集することである。図８によれば、ステップ
１０２において、レーザー干渉計信号が、プラテンの各
回転で入手できるデータ収集時間の間にサンプリングさ
れる。次に、ステップ１０４と１０６では、サンプリン
グされた各信号が前記のデータ収集時間にわたって積分
され、その積分値が記憶される。次に、ステップ１０８
と１１０では、プラテンの各回転後に積算サンプル時間
が計算されて、望ましい最小サンプル時間と比較され
る。勿論、一つしかサンプルを取らない場合のサンプル
回数は一回だけになる。積算サンプル時間が、望ましい
最小サンプル時間に等しいかそれを超える場合、ステッ
プ１１２に示すように、記憶された積分値が転送され
て、合計される。そうでない場合は、積算サンプル時間
の、サンプリング、積分、記憶、積算サンプル時間計
算、および望ましい最小サンプル時間とそれとの比較、
の各プロセスが継続される。最終ステップ１１４では、
記憶された積分値の転送と合計の度毎に作成された合計
積分値が、データ信号として出力される。ここで述べた
データ収集方法は、論理回路か、ソフトウェアアルゴリ
ズムのいずれかを使って、いくつもの周知の方法で実行
できる。これらの方法はよく知られているので、詳細な
説明は不要であり、従って省略した。区分的なデータ収
集方法が、窓の直径やプラテンの回転数の値に関係な
く、望ましい最小サンプル時間を満たすという問題の解
決を提供することに注目したい。実際、プロセスが位置
センサ装置に関係する場合は、プラテン回転数は変化す
るかもしれないが、それでも信頼できるデータを得るこ
とができるだろう。必要なデータを得るために要求され
るプラテン回転数だけが変化するだろう。

【００３３】合成ビーム６０を形成した前記第１と第２
の反射ビームによって、図４及び図５に示すように、検
知器４８の位置で干渉が認められる。第１と第２のビー
ムが互いに同相の場合、それらは検知器４８で極大値を
生じる。一方、両ビームの位相が１８０°ずれている
と、それらは検知器４８で極小値を生じる。両反射ビー
ム間の他の位相関係は、すべて、検知器４８で認められ
る極大値と極小値の間の干渉信号となる。その結果、検
知器４８からの信号出力は、酸化物層５２の厚さがＣＭ
Ｐプロセス中に減少するにつれて、その厚さと共に周期
的に変化することになる。実際に、検知器４８からの信
号出力は、図９の（Ａ）と（Ｂ）のグラフで示すよう
に、正弦波状に変化することが観察された。図９の
（Ａ）のグラフは、時間（ｘ軸）に対する、各サンプル
期間中の検知器信号の積分振幅（ｙ軸）を示す。このデ
ータは、図４の装置のレーザー干渉計出力をモニターし
て得られたもので、その間、シリコン基板（すなわち、
ブランク酸化物ウェーハ）上に積層する平滑な酸化物層
を持つウェーハに対してＣＭＰプロセスが実行された。
図９の（Ｂ）のグラフは、図９の（Ａ）のグラフからの
データを濾波したバージョンである。この濾波バージョ
ンは、干渉計の出力信号の周期変動を極めて明瞭に示し
ている。干渉信号の周期は、ＣＭＰプロセス時に材料が
酸化物層から除去される速度によってコントロールされ
ることに注目する必要がある。従って、プラテンパッド
に押し付けるようウェーハに加えられる下向きの力や、
プラテンとウェーハ間の相対速度等の要因がその周期を
決める。図９の（Ａ）と（Ｂ）にプロットされた出力信
号のそれぞれの周期の間に一定厚さの酸化物層が除去さ
れる。除去される厚さは、レーザービームの波長と、酸
化物層の屈折率とに比例する。具体的には、１周期当た
りに除去される厚さの量はほぼλ／２ｎで、λはレーザ
ービームの自由空間波長、ｎは酸化物層の屈折率であ
る。かくして、図１０の（Ａ）に示した方法を使って、
ＣＭＰプロセス中、その場で、どれだけの酸化物層が除
去されるかを決定できる。まず、ステップ２０２では、
データ信号によって示されるサイクル数がカウントされ
る。次に、ステップ２０４で、出力信号の１サイクル間
に除去される材料の厚さが、レーザービームの波長とウ
ェーハの酸化物層の屈折率から計算される。次に、ステ
ップ２０６では、酸化物層から除去すべき希望の材料厚
さが、実際の除去厚さと比較される。実際の除去厚さ
は、データ信号によって示されるサイクル数と、１サイ
クル中に除去される材料厚さの積に等しい。最終ステッ
プ２０８では、除去される厚さが除去すべき希望の材料
厚さに等しいかそれを超えたとき、常にＣＭＰプロセス
を終了する。

【００３４】或はまた、除去材料の量を決定するために
完全１サイクル未満を使うことができる。この方法で
は、希望の量を超えて除去される余分の材料を最小にで
きる。図１０の（Ａ）のステップ２０２の括弧部分に示
すように、１サイクルの指定部分の発生数が、それぞれ
の繰り返しでカウントされる。例えば、極大値（すなわ
ちピーク）と極小値（すなわち谷）またはその逆のそれ
ぞれの発生が、サイクルの指定部分を構成する。極大値
と極小値は周知の信号処理方法によって容易に検出でき
るので、サイクルのこの指定部分は都合がよい。次に、
ステップ２０４では、１サイクル中に除去される材料量
を決定した後、この厚さに、前記の指定部分が相当する
サイクルの端数を掛ける。例えば、極大値と極小値の発
生をカウントする場合、それは１サイクルの１／２に相
当するので、サイクルの指定部分の間に除去される酸化
物層の厚さを求めるには、計算された１サイクルの厚さ
に１／２を掛ける。この方法の残りのステップはそのま
ま変わらない。この代替方法の最終結果は、サイクルの
一部分の発生後にＣＭＰプロセスを終了できる、という
ことである。従って、余分の除去材料は、大抵の場合、
除去される材料量を決定する基準として完全１サイクル
を使用したときの除去量に比べて、少なくなるだろう。

【００３５】ここで説明した方法は、サイクルの最後ま
たはその中途で振り返って、希望量の材料が除去された
か否かを決定するものである。しかし、上記に示唆する
ように、除去材料量が希望量を超えるかもしれない。用
途によっては、この余分な材料除去は許容できないだろ
う。このような場合には別の方法を使用できる。すなわ
ち、先を見て、これから先の期間に除去される材料量を
予想し、希望厚さが除去されたと予想される時点で手順
を終了する方法である。この代替方法の好ましい実施形
態を図１０の（Ｂ）に示す。この図から分かるように、
第１ステップ３０２は、検知器信号中の極大値と極小値
との間、またはその逆の間、最初の発生の間の時間を測
定するステップを含む（もっとも、完全１サイクルまた
はその任意の部分を使用できたかもしれない）。次に、
ステップ３０４では、サイクルの当該部分の間に除去さ
れる材料量が前記方法によって決定される。次に、ステ
ップ３０６で示すように、除去された材料量を測定時間
で除算することによって、除去速度が計算される。これ
は、材料がサイクルの先行部分で除去された速度を構成
する。次のステップ３０８では、ステップ３０４で計算
された除去材料の厚さが、除去すべき希望の厚さから差
し引かれ、残りの除去厚さが決定される。次にステップ
３１０では、この残りの除去厚さをその除去速度で除
し、終了前にどれだけの時間ＣＭＰプロセスを続けるべ
きかが決定される。

【００３６】しかしながら、注目すべきことに、検知器
信号の周期、従って除去速度は通常、ＣＭＰプロセスの
進行と共に変化する。従って、これを補償するために上
記方法が繰り返される。換言すれば、一旦、残り時間が
計算されると、極大値と極小値またはその逆の発生の度
毎に、そのプロセスが繰り返される。従って、この方法
の最初の作業(iteration) と全く同様に、次に発生する
極大値と極小値との間の時間が測定され、この極大値と
極小値の発生によって代表されるサイクルの部分（すな
わち１／２）の間に除去される材料厚さが測定時間によ
って除算されて、除去速度が算出される。しかし、次の
ステップ３０８では括弧で示すように、すべての先行す
る繰り返し作業の間に除去された材料の総量が、希望の
厚さから差し引かれる前に決定される。この方法のその
他の部分は、除去すべき残りの厚さが新たに計算された
除去速度によって除されて、残りのＣＭＰプロセス時間
が決定されるので、そのまま変わらない。このようにし
て、残りのプロセス時間は、検知器信号の１サイクルの
指定部分の発生の度毎に再計算される。この作業は、残
りのＣＭＰプロセス時間が終了し次の繰返し作業が始ま
るまで継続される。ステップ３１２に示すように、その
時点でＣＭＰプロセスが終了する。通常、除去すべき厚
さは、検知器信号の最初の半サイクルでは獲得されず、
また直前の半サイクルに対して計算された後の除去速度
の変動は小さい。従って、この前向き法（forward-look
ing method）は、希望の厚さだけをウェーハから除去す
る、非常に正確な方法を提供するものと考えられる。

【００３７】ここで説明したモニター手順は、薄層化加
工中の滑らかな表面を持つブランク酸化物ウェーハにつ
いては良好に機能するが、この手順を使って幾何的表面
が極めて不規則なパターン処理済ウェーハを平坦化しよ
うとしても大部分は旨くいかないことが分かっている。
その理由は、通常のパターン処理済ウェーハは、異なる
サイズの様々な表面特徴部を示すダイ(dies)を含むから
である。これらの異なるサイズの表面特徴部は異なる速
度でポリッシングされる傾向がある。例えば、他の特徴
部から比較的離れて位置する小形の表面特徴部は大形の
特徴部よりも早く小さくなる傾向がある。図１１の
（Ａ）〜（Ｃ）は、代表的なパターン処理済ウェーハ１
４に見られる、下地構造７８、８０、８２を伴う酸化物
層５２の表面特徴部７２、７４、７６のセットと、ＣＭ
Ｐプロセス中にそれらが受ける変化とを例示する。特徴
部７２は比較的小形で、特徴部７４は中間サイズ、特徴
部７６は比較的大形である。図１１の（Ａ）は、ポリッ
シング前の特徴部７２、７４、７６を示し、図１１の
（Ｂ）はポリッシングプロセスのほぼ中間の特徴部７
２、７４、７６を示し、図１１の（Ｃ）はポリッシング
プロセスの終了間際の特徴部７２、７４、７６を示す。
図１１の（Ａ）では、小形の特徴部７２が中形や大形の
特徴部７４、７６よりも早い速度で小さくなる。更に、
中形の特徴部７４は大形の特徴部７６よりも早い速度で
小さくなる。特徴部７２、７４、７６が小さくなる速度
も、ポリッシングプロセスの進行と共に減少する。例え
ば、小形の特徴部７２は、当初は高い減少速度を持つ
が、この速度はポリッシングプロセスの間に低下する。
従って、図１１の（Ｂ）は、特徴部７２、７４、７６の
高さが平坦化し始める状態を示し、図１１の（Ｃ）は特
徴部７２、７４、７６が基本的に平坦化した状態を示
す。異なるサイズの特徴部は異なる速度で減少すると共
に、これらの速度は変化しているので、各特徴部から生
成される干渉信号は異なる位相と周波数を持つ。従っ
て、各特徴部７２、７４、７６からのすべての個々の反
射から部分的に構成される合成干渉信号は、先に記載し
た周期的な正弦信号ではなく、外見上、ランダムな形で
変動することになる。

【００３８】しかしながら、上記で示唆したように、特
徴部７２、７４、７６のポリッシング速度は、平坦化点
により近く収束する傾向がある。従って、特徴部７２、
７４、７６によって生成される干渉ビーム間の位相と周
波数の差はゼロに近付く傾向がある。その結果、合成干
渉信号が周期的な正弦波形として認識できるようにな
る。従って、いつ正弦干渉信号が始まったかを検出する
ことによって、パターン処理済ウェーハの表面が平坦化
された時点を決定することができる。この方法を図１２
に示す。まず、ステップ４０２では、干渉計信号の前記
の正弦変動が探索される。その正弦変動が発見される
と、ステップ４０４に示すように、ＣＭＰ手順は終了す
る。

【００３９】図１３は、ＣＭＰ手順中のパターン処理済
ウェーハに関しての、時間に対する検知器信号の振幅を
プロットしたグラフである。このグラフの作成に使用さ
れるサンプリングデータは、次回の値が報告されるまで
先の積分値に保持されるので、図示の、平らにカットさ
れたピーク値の説明になる。よく調べると、識別可能な
正弦サイクルが約２５０秒の所で姿を見せ始めているの
が分かる。これは、パターン処理済ウェーハが最初に平
坦化された位置と一致する。勿論、干渉計の出力信号の
リアルタイム・モニタリングで、何時この周期変動が始
まるかを正確に知ることは不可能だろう。むしろ、周期
変動が始まったことが確認される前に、サイクルの少な
くとも或る部分が発生していたと考えられる。ＣＭＰ手
順を終了する前に、１サイクル以下の経過を許容するこ
とが望ましい。１サイクルという制限は実際的な選択で
ある。というのは、それによって、単にウェーハ表面の
異なるサイズの特徴部のポリッシングによって生じるノ
イズ変動を示す信号ではなく、周期変動が実際に始まっ
たのだ、という強い確信が得られるからである。更に、
この１サイクル制限によって、平坦化達成後に、ウェー
ハ表面からごく小量の材料が確実に除去される。平坦化
の程度は、２サイクル後も、１サイクル後の状態と基本
的には同一なことが分かっている。従って、ＣＭＰ手順
の継続を許容することは、ウェーハの表面からの更なる
材料除去に役立つだけだろう。一旦、パターン処理済ウ
ェーハが平坦化された後、ＣＭＰプロセスを終了しよう
とする場合に１サイクルの猶予が好ましいとは言え、本
発明をその時間枠に限定するつもりはない。信号が特に
強い場合は、サイクルの一部だけの後で同じレベルの確
信を得ることができるかもしれない。反対に、信号が特
に弱い場合、必要な確信を得るのに１サイクル以上かか
るかもしれない。その選択は、使用するシステムの特性
次第であろう。例えば、石英窓とウェーハ表面の間の間
隙のサイズが信号の強さに影響するし、またＣＭＰプロ
セスを終了する前に何サイクル待つべきかの決定も同様
である。

【００４０】レーザー干渉計からの信号がいつ実際に周
期変動し、従ってウェーハ表面が平坦化された状態を示
しているかに関する実際の決定は、様々な方法で行なわ
れる。例えば、信号はディジタル的に処理されて、或る
アルゴリズムを使って決定が行なわれる。そのような方
法は米国特許第５，０９７，４３０号明細書に開示され
ており、そこでは信号の勾配を使って決定が行なわれて
いる。更に、各種の周知の曲線近似アルゴリズム(curve
fitting algorithms)が利用可能である。これらの方法
は基本的に、干渉計信号を正弦曲線と比較するために使
用されるようである。或る所定の公差内で一致が生じた
ときに周期変動が始まったと決定される。一部の半導体
用途では、パターン処理済ウェーハのダイ上に形成され
た構造に積層する材料の厚さ（すなわち皮膜厚さ）が一
定深さにあることや、この皮膜厚さがダイからダイ、お
よびウェーハからウェーハへと再現可能であることが要
求される。通常のパターン処理済ウェーハを平坦化する
前記方法は、必ずしもこの望ましい再現可能な皮膜厚さ
を作り出すわけではない。この平坦化方法の目的は平滑
な表面を作り出すことであって、特定の皮膜厚さを作る
ことではない。従って、特定の構造や類似サイズの構造
グループの上の皮膜厚さをコントロールすることが望ま
しい場合、別の方法を用いなければならない。この代替
方法を以下に説明する。

【００４１】先に示唆したように、ダイ上のパターン処
理済構造の上に酸化物層を形成することによる異なるサ
イズの各表面特徴部は、独特の周波数と位相を持つ反射
干渉信号を生成する傾向がある。異なるサイズの各特徴
部の周波数と位相が収束するのは、平坦化点に近付くと
きだけである。この収束の前に、様々な異なるサイズの
特徴部によって生じる干渉信号の独特な周波数と位相が
組み合わされて、ランダムに変化するように見える検知
器信号を生成する。しかしながら、この信号を処理し
て、特定サイズの特徴部や類似サイズの特徴部のグルー
プを除き、異なる速度でポリッシングされるすべての特
徴部の干渉信号成分を取り除くことは可能である。一
旦、特定サイズの特徴部や特徴部グループに伴う干渉信
号が分離されると、ブランク酸化物ディスクからの材料
除去に関して検討された方法を使用して、希望の皮膜厚
さを得るのに必要な材料の量だけが除去される。

【００４２】勿論、信号処理の前に、対象(interest)と
なる特徴部によって生じた干渉信号成分の周波数を決定
しなければならない。この周波数は、特定の積層皮膜厚
さを持つべき構造に対応する構造によって排他的にパタ
ーン処理されたダイを含む試験片にＣＭＰプロセスを施
すことによって、容易に決定できるものと考えられる。
このＣＭＰプロセス中に生成された検知器信号は周知の
方法によって解析され、上記構造に伴う表面特徴部によ
って生じた干渉信号の独特の周波数が決定される。

【００４３】ウェーハのＣＭＰ処理中に、その場で、ダ
イ上の特定構造や類似サイズの構造グループの上の皮膜
厚さをコントロールする上記方法を実行するために必要
な具体的ステップを、図１４に関して説明する。ステッ
プ５０２では、対象となる構造に伴う所定の周波数を持
つ信号成分だけを通すように、検知器信号が濾波され
る。このステップは、周知のバンドパスフィルタ技術を
使って達成される。次に、ステップ５０４では、検知器
信号中の極大値と極小値、またはその逆の最初の発生の
間の時間が測定される（もっとも、完全１サイクルまた
はその任意の部分を使用できたかもしれない）。サイク
ルの当該部分（すなわち１／２サイクル）の間に除去さ
れる材料の量は、ステップ５０６で、前記方法によって
決定される。次に、ステップ５０８で示すように、除去
された材料量を測定時間で除することによって、除去速
度が算出される。これは、材料がサイクルの直前部分で
除去された速度を構成する。次のステップ５１０では、
ステップ５０６で算出された除去材料の厚さが、除去す
べき希望厚さ（すなわち、除去されたとき、対象となる
構造上に積層する希望皮膜厚さになる厚さ）から差し引
かれ、残りの除去厚さが決定される。次にステップ５１
２では、この残りの除去厚さを前記の除去速度で割っ
て、終了までにどれだけの時間ＣＭＰプロセスを続ける
べきかが決定される。一旦、残りの時間が算出される
と、極大値と極小値、またはその逆の発生の度毎にその
プロセスが繰り返される。従って、この方法の最初の作
業(iteration) と全く同様に、次に発生する極大値と極
小値の間の時間が測定され、この極大値と極小値の発生
によって代表されるサイクルの部分（すなわち１／２）
の間に除去される材料厚さを、測定時間で除算して、除
去速度が算出される。しかし、次のステップ５１０で
は、括弧で示すように、すべての先行する繰り返し作業
の間に除去された材料の総量が、希望の厚さから差し引
かれる前に決定される。この方法のその他の部分は、除
去すべき残りの厚さが新たに算出された除去速度によっ
て除されて、残りのＣＭＰプロセス時間が決定されるの
で、そのまま変わらない。この作業は、残りのＣＭＰプ
ロセス時間が終了して次の繰返し作業が始まるまで継続
される。ステップ５１４に示すように、その時点でＣＭ
Ｐプロセスが終了する。

【００４４】皮膜厚さをコントロールする上記方法は、
図１０の（Ｂ）で示すＣＭＰプロセスの終点を決定する
方法を利用しているが、希望すれば、本明細書に記載さ
れる他の終点決定方法もすべて使用できることを言及し
ておく。

【００４５】更に、レーザー干渉計が発生するレーザー
ビームのビーム直径（すなわちスポット）と波長を有利
に操作できることも更に注目される。図１５の（Ａ）と
（Ｂ）に示すように、細幅ビーム８４、すなわち使用波
長に対してできるだけ小さいスポットに集束されたビー
ムは、よい広幅で集束の劣るビーム８６よりも照射する
ウェーハの表面積が小さい。この細幅ビーム８４は、広
幅ビーム８６よりも表面凹凸９０による散乱（すなわち
ビーム８８）を受け易い。というのは、広幅ビーム８６
はウェーハ１４の表面領域のより広い部分に拡がって、
より多くの表面凹凸９０を包含するからである。従っ
て、広幅ビーム８６は統合的効果を持ち、ウェーハ１４
の表面を横切るときに、反射した干渉信号の極端な変動
を受けにくいと考えられる。従って、この理由から広幅
ビーム８６の方が好ましい。レーザービーム幅は周知の
光学装置を使って拡張できる。

【００４６】ビームが完全に窓の境界内に含まれる時間
は、細幅ビームの場合より少ないので、広幅ビームの方
がプラテン１回転当りの利用可能なデータ収集時間を削
減することも指摘しなければならない。しかし、前記デ
ータ収集方法に関して、このことにより大きな問題が生
じてはならない。更に、広幅ビームは細幅ビームよりも
広い面積に光のエネルギーを拡散させるので、反射の強
さが多少弱くなる。この欠点はレーザー干渉計からのレ
ーザービームの出力を増すことによって矯正できるの
で、反射ビームの強さの損失は検出時の要因ではない。

【００４７】レーザービームの波長については、遠赤外
線から紫外線までの任意の波長を使用できる。しかしな
がら、レッドライトレンジのビームを使用することが望
ましい。この理由は２つあって、第１に、より短い波長
は、散乱がレーザービームの周波数の４乗に比例するの
で、化学スラリによって生じる散乱量の増加をもたら
す。従って、波長が長い程、散乱は少なくなる。しかし
ながら、波長を長くすると、１周期当りに除去される材
料の量はほぼλ／２ｎに等しいので、干渉信号の１周期
当りに除去される酸化物層の量が多くなる。従って、波
長が短い程、１周期に除去される材料は少なくなる。余
分の材料を除去する可能性を最小にするために、各周期
の間に、できるだけ少量の材料を除去することが望まし
い。例えば、サイクル数またはその一部をカウントして
除去酸化物層の厚さを決定する前記方法を使用するシス
テムでは、各サイクルまたはその一部の間に除去される
材料量をできるだけ少なくすれば、希望量を超えて除去
される余分の材料は最小になるだろう。

【００４８】レッドライトレーザービームを選べば、波
長選択時のこれらの２つの競合要因が最適にバランスさ
れると考えられる。レッドライトは許容可能な散乱度を
提供すると共に、制御不能な量の材料がサイクル当りに
除去されることがない。

【００４９】第２の実施形態生成される干渉波形は、ポリッシングプロセスに関する
かなりの追加情報を提供する。この追加情報を使って、
ポリッシング層の均一性の直接測定を行なうことができ
る。また、それを使って、ＣＭＰシステムが仕様通り作
動していない（すなわち、希望通りに作動していない）
ことを検出することもできる。これらの両方の用途につ
いて説明する。

【００５０】均一性の測定ＣＭＰ装置で実行されるポリッシングおよび／または平
坦化作業では一般に、ウェーハ／基板の表面全体にわた
り均一な表面層の生成が要求される。言い換えれば、ウ
ェーハの中心部はその縁部と同じ速度でポリッシングさ
れなければならない。通常、ポリッシング層の厚さは約
５〜１０％以上変化してはならない。この均一性レベル
が達成されない場合、装置の歩留まりが許容できないほ
ど低下するので、ウェーハを使用できない場合がある。
実際には、ウェーハ全体にわたる均一なポリッシング速
度の獲得はかなり難しい場合が多い。通常、仕様範囲内
での実行を維持するためには、様々な変数を最適化する
必要がある。前記の終点検知器は、ポリッシング中の層
の均一性をモニターする極めて便利なツールを提供し、
またそのモニターは、直接的なデータ収集とデータ処理
の両方について実施できる。

【００５１】我々は、ポリッシング中に干渉計によって
生成される干渉波形が、ポリッシング中の層の均一性に
関する情報を提供することを見いだした。上記のよう
に、表面層（例えば酸化物層）がポリッシングされてい
るときに干渉計の出力が正弦信号として現われる。その
信号のピーク間の距離が、除去された材料量を示す。そ
の正弦信号の上には別の高次周波の正弦信号も存在する
だろう。その高次周波信号の振幅は、ウェーハの表面全
体でどれだけポリッシング層の厚さが変動しているかを
示す。

【００５２】高周波信号が現われる理由は下記の通りで
ある。ポリッシングが行なわれているとき、干渉計は通
常、ウェーハ表面を横切って異なる場所をサンプリング
する（または調べる）。これは、ポリッシング中、プラ
テンとウェーハの両者が回転しており、更にウェーハも
プラテンに対して軸方向に移動しているからである。か
くして、ポリッシング中、ウェーハ表面の異なる部分が
プラテンの孔の上を通過し、干渉計はその孔を通してポ
リッシング中の層を見ることになる。ポリッシング層が
完全に一様であれば、合成干渉波形は、ウェーハ表面を
横切る異なる場所のサンプリングによって影響を受ける
ことはないだろう。つまり、それは実質的に同一の振幅
を持つことになる。他方、ポリッシング層が均一でない
場合、異なる場所のサンプリングは正弦基本信号の上に
更なる変動をもたらす。この更なる変動は、使用される
回転速度と走査速度に依存する周波数を持ち、またポリ
ッシング層の不均一の程度に比例した振幅を持つ。その
ような波形の例を図１６に示す。この例では、不均一性
が比較的大きかったので、高周波信号をはっきり示して
いる。

【００５３】均一性の尺度は、低周波信号のピーク対ピ
ーク振幅Ａ_lfに対する、高周波信号のピーク対ピーク振
幅Ａ_hfの比である。この比が小さい程、ポリッシング層
の均一性が向上し、反対にこの比が大きい程、不均一性
が大きくなる。

【００５４】均一性の尺度を作成するＣＭＰ装置を図１
７に示す。先に記載の図２に示すコンポーネントの他
に、装置はコンピュータを含み、このコンピュータは干
渉計の動作を制御すると共に、干渉信号をもとに均一性
の尺度を生成するために必要な信号解析を行なうように
プログラムされており、また装置は、様々な情報と結果
をオペレータに表示する表示装置１６０を含む。コンピ
ュータ１５０は、例えば、適切にプログラムされた標準
ＰＣと、専用として特別設計されたディジタル演算処理
装置を含め、制御および信号処理機能を実行できる任意
の装置でよい。表示装置１６０は、ビデオディスプレ
イ、プリンタ、またはＣＭＰ装置オペレータに情報を連
絡する任意の適切な装置およびその組合せでよい。

【００５５】均一性の尺度を作成するために、コンピュ
ータ１５０は、図１８に示す信号処理その他の機能を実
装して実行するようにプログラムされている。それに関
して、コンピュータ１５０は、２つのプログラム可能な
バンドパスフィルタ、すなわち高周波フィルタ１５２と
低周波フィルタ１５４とを実装している。高周波フィル
タ１５２は、均一性情報を含む高周波信号の周波数を中
心とする通過帯域を持ち、低周波フィルタ１５４は、ポ
リッシング速度情報を含む低周波信号の周波数を中心と
する通過帯域を持つ。これらの両通過帯域の幅は、周期
が数十秒のオーダーの場合、数ミリヘルツのオーダーで
ある。実際には、通過帯域の幅は、中心周波数に比例し
て変化するように、また言い換えると、調査される信号
の周期に反比例して変化するようにプログラムされる。
すなわち、関連信号の周期が増大すれば、バンドパスフ
ィルタの帯域幅は減少し、その逆も成り立つ。

【００５６】図１９の（Ａ）は実際の装置から得られた
干渉計信号の例を示す。最初、信号は層が全く均一であ
ること、すなわち、識別可能な高周波信号が低周波信号
の上に乗っていないことを示しているのに注目された
い。短時間のポリッシングが行なわれた後に高周波信号
が現われ始め、或るレベルの不均一性を示す。低周波フ
ィルタ１５４は低周波成分を選択してその他の周波数を
濾波し、図１９の（Ｂ）に示す形の出力信号を発生させ
る。同様に、高周波フィルタ１５２は高周波成分を選択
してその他の周波数を濾波し、図１９の（Ｃ）に示す形
の出力信号を生成する。

【００５７】コンピュータ１５０は、フィルタ１５２と
１５４の出力信号のピーク対ピーク振幅をそれぞれ測定
する２つの振幅測定機能１５６と１５８を実装してい
る。濾波された２つの信号の振幅が決定されると、コン
ピュータ１５０は、低周波信号のｐ−ｐ振幅に対する高
周波信号のｐ−ｐ振幅の比（すなわち、Ａ_hf／Ａ_lf）
（機能ブロック１６２参照）を計算する。その比を計算
した後、コンピュータ１５０はその算出比を、ローカル
メモリへ先に記憶された閾値、つまり基準値１６４と比
較する。算出比が記憶された閾値を超える場合、コンピ
ュータ１５０は、ポリッシング層の不均一性が許容量を
超えている旨、オペレータに警告する。それに応じて、
オペレータはプロセスパラメータを調節して、プロセス
を仕様内に戻すことができる。

【００５８】高周波信号はポリッシングがある程度行な
われた後のみに現われる傾向があるので、不均一性の測
定は待ってから行うのが有益である。実際は、その比を
定期的に自動計算して、ポリッシング作業全体を通して
ポリッシング層の不均一性をモニターすることが望まし
いかもしれない。その場合、ポリッシングプロセスに現
われている変化および／または傾向をオペレータが検出
できるように、コンピュータ１５０がプロセス全体を通
して、その算出比を出力することも望ましいだろう。ポ
リッシング中の実際の生産品ウェーハに対して直接的に
モニターを行なった場合は、この点は特に有益であろ
う。

【００５９】ここで記載した機能は、コンピュータ上で
動作するソフトウェアを介して実行できるか、この特定
目的のために製作した専用回路を介して実行できること
に注意されたい。

【００６０】バンドパスフィルタは、当該技術に精通す
る者にとっては周知の技術を使って実装できる。記載の
実施例では、それらは周波数と時間領域のいずれかで実
行可能なＦＩＲ（有限インパルス応答）フィルタであ
る。しかしながら、干渉計信号が入手可能な状態の時に
リアルタイムで濾波を行なうために、発生時にその波形
に適切な関数を絡ませることによって、時間領域で濾波
が行なわれる。その適切な関数は、勿論、言うまでもな
く希望の特性（すなわち、中心周波数と帯域幅）を持つ
バンドパスフィルタの時間領域表示である。

【００６１】適切なフィルタパラメータを規定するため
には、そのフィルタが選択すべき信号の周波数を知る必
要がある。この情報は、干渉計の信号波形から容易に入
手できる。例えば、低周波フィルタの中心周波数は、ウ
ェーハ（例えば、単一の酸化物被覆を持つブランクウェ
ーハ）の一バッチ（例えば２５枚）を実行してポリッシ
ング速度の正確な尺度を得ることによって入手できる。
代替として、ポリッシング速度は、低周波信号のピーク
間の距離を測定することによって、ポリッシング実行の
最初の時点で決定できる。勿論、この代替方法を使用し
た結果は、大量のウェーハに対する測定値を平均する場
合ほど正確ではない。いずれにしても、ポリッシング速
度がバンドパスフィルタの中心周波数を決定し、またフ
ィルタの希望帯域幅と共にその中心周波数を知ることに
よって、時間領域フィルタ関数の正確な形および／また
はＦＩＲフィルタの係数を容易に決定できる。

【００６２】高周波信号の周波数は、同様の方法、すな
わちＣＭＰ装置によるウェーハポリッシング中に、干渉
計によって生成されるトレースから直接に入手できる。
言い換えれば、オペレータは単に高周波信号のピーク間
の距離を測定するだけである。このプロセスは、オペレ
ータが指示装置（例えばマウス）の助けを借りてビデオ
ディスプレイに現われる波形上の２点をマークできるよ
うに、またコンピュータがプログラミングによってその
周波数を自動計算した後に適切なフィルタ係数を作成で
きるように、容易に自動化できる。次に、そのフィルタ
関数のフィルタ係数および／または時間領域表示は、後
からポリッシング時に使用して濾波作業を行なうため
に、ローカルメモリに記憶される。

【００６３】プロセス・サイン(process signature) 干渉計の波形は、その波形が得られた装置のサインの代
わりにもなる（すなわち、それが装置の特徴を表す）。
これによって、その波形は、生産作業に関して装置を評
価するための有益な情報を提供する。希望通り作動して
いることが分かっている装置に対してサインが得られた
場合、そのサイン波形（または波形から抽出された特
徴）を、後から生成されたサインを比較する基準として
使用して、後からサインが得られた当該装置が仕様内で
機能しているか否かを決定することができる。例えば、
ポリッシングパッドが交換されたり、新しいバッチのス
ラリをＣＭＰ装置で使用する場合、オペレータは、その
変更は、装置が実行するポリッシングの質に有害に作用
したか否かを知る必要がある。我々は、ＣＰＭ装置の性
能の変化がサインの変化をもたらすことを見いだした。
つまり、以前は存在しなかった或る特徴が波形の中に現
われるか、さもなければ前から存在する特徴が変化す
る。これらの変化を検出することによって、装置が希望
通り作動していない時を検出できる。

【００６４】上記実施形態では、干渉計波形から抽出さ
れる特徴は、ポリッシング速度と均一性の尺度である。
これらの特徴はいずれも、ポリッシング中に生成される
干渉計の波形から、先に記載の方法を使って容易に得る
ことができる。適切に作動する装置は、特定のポリッシ
ング速度と特定の均一性の尺度を作り出す。これらの基
準値からのずれは、装置が望ましい作業ポイントから逸
脱している指標を与えると共に、製品の破壊を避けるた
めに、オペレータに是正措置の必要性を警告する。

【００６５】ＣＭＰ装置のサインを使用する方法を図２
０の（Ａ）に示し、ここで説明する。最初、最適作動状
態にあること分かっているＣＭＰ装置に対して干渉計波
形（すなわち、サイン）が作成される（ステップ２５
０）。システムが最適作動状態にあるか否かの決定は、
一組のテストウェーハを処理して結果を解析することに
よって経験的に決定される。生じた結果が仕様内にある
ときは、その構成と一連の作業状態に対してサインを作
成できる。干渉計波形の一部を取り込む前に、波形がそ
のポリッシング装置の真のサインになるように、酸化物
の厚さの５０〜１００％の間でウェーハをポリッシング
することが望ましい。

【００６６】波形が得られた後、作成された波形から関
連する特定の特徴が抽出され（ステップ２５２）、将来
その装置性能を評価するための基準として、後で使用す
るために記憶される（ステップ２５４）。代替として、
波形自体を記憶して基準として使用することもできる。
記載の実施形態では、抽出された特徴は、ポリッシング
速度と均一性の尺度とであり、両方とも上記のように、
波形から決定できる。

【００６７】図２０の（Ｂ）を参照すると、後刻、記憶
されたサイン（または抽出された特徴）を使って、当該
装置や別の装置を生産用途に対して評価することができ
る。或る装置を生産に対して評価するには、その装置に
対する新しいサインを獲得して（ステップ２５８）、関
連する特徴をその新しいサインから抽出する（ステップ
２６０）。抽出された特徴は、次に、記憶された特徴の
基準セットと比較される（ステップ２６４）。抽出され
た特徴のセットの性質を持つ作業ポイントが、記憶され
た特徴の基準セットによって定義された基準ポイント付
近の所定の領域内にある場合、その装置は適切に作動し
ており、また製品ウェーハの処理のためにその装置を稼
働させることができる旨、決定される（ステップ２６
６）。このプロセスを自動化すれば、コンピュータは、
プロセスが仕様内にあることをこの時点でオペレータに
知らせることになる。これに反して、作業ポイントが所
定の領域外にある場合、それは、装置が仕様範囲内で作
動していないことを示し、是正措置を取れるように、こ
の問題に対してオペレータに警告される（ステップ２６
８）。是正措置は、プロセスを仕様範囲内に引き戻すた
めにプロセスパラメータを適切に調節するステップを含
んでもよい。例えば、ポリッシング速度が早すぎるか、
酸化物の不均一性が許容値を超える場合、オペレータ
は、スラリの新しいバッチの使用や、パッドに働く圧力
の調節や、更にはパッドの交換さえも適切であると認識
できる。選択される是正措置のそれぞれの内容は、勿
論、装置が望ましい作業ポイントからどれだけ逸脱して
いるかの詳細、その装置の構成と作業パラメータ、およ
びオペレータの経験による学習に依存している。

【００６８】更なる有益情報をオペレータに提供するた
めに、コンピュータは、その表示装置を介して、抽出し
た特徴に関する情報をオプションとしても出力する（ス
テップ２６２）。表示される情報は、抽出された特徴
や、波形や、記憶された基準セットの様々な特徴に対す
る、抽出された各種の特徴の近似の程度として提示でき
るし、オペレータに最も有益であると判っているあらゆ
る方法で提示できる。

【００６９】勿論、直接的なリアルタイムの上記モニタ
ー手順は、生産ウェーハを処理しながら定期的に使用で
きるし、ＣＭＰ装置の何らかのプロセスパラメータが変
更されて（例えば、新しいポリッシングパッド使用、パ
ッド圧力調節、新バッチスラリの使用）ＣＭＰプロセス
がまだ仕様範囲内にあることを知る必要が生じたとき
は、いつでも使用できる。更に、それは、実際の製品に
使用する前にＣＭＰ装置を評価するために、実際の製品
の代わりに、ブランクとしてウェーハに対しても使用で
きる。

【００７０】我々は、サイン波形から情報を抽出するス
テップに対する直截的で単純なアプローチ、すなわちポ
リッシング速度と均一性の尺度を使って説明したが、サ
インまたは干渉計はより精巧な技術を使って解析できる
（例えば、１、２の例を挙げるだけだが、パターン認識
や特徴認識その他の画像解析アルゴリズム、または神経
ネットワーク）。装置の動作に関して各種の抽出された
特徴がもたらす情報は、経験を通して決定できるし、ま
たオペレータにとって最も重要と思われる情報をもたら
す特徴が使用できる。

【００７１】また、オペレータに対する干渉計波形（例
えばプロセスのサイン）の単なる表示が、装置は如何に
よく機能しているかの貴重なフィードバックを与えるこ
とも注目すべきである。通常、人間の目は、期待するイ
メージからの微妙な変化を検出する点で極めて敏感であ
る。従って、若干の経験の後、オペレータはしばしば、
単に波形を見るだけでＣＭＰ装置の総合的な性能の変化
と切迫した問題を検出することができる。かくして、当
該実施形態では、コンピュータが、処理中にオペレータ
にサイン波形も表示するので、オペレータもそれを使っ
て装置の性能をモニターできる。

【００７２】なお、当業者には公知の技術を使って、オ
ペレータが探索する変化を自動的に認識または検出する
と共に、特定の問題に対してオペレータに警告を発する
ソフトウェアを容易に開発できる。

【００７３】性能を改善するための変形実施形態別の実施形態は、干渉計とウェーハとの間の、パッド内
の窓に対する改変を含む。パッドは干渉計レーザービー
ムの実質的部分を透過するが、パッドの底面からの反射
成分もかなり存在することが分かっている。この状態を
図２１の（Ａ）に示すが、この場合、レーザー干渉計３
２から発射されるレーザービーム３４の一部が、パッド
２２を透過して、透過ビーム７０２を形成し、レーザー
ビーム３４の一部はパッド２２の裏面７０４で反射し
て、反射ビーム７０６を形成する。この反射ビーム７０
６は、データ信号中にかなりの直流（ＤＣ）シフトを生
成する。図２１の（Ｂ）にこのシフトを示す（明瞭化の
ために誇張されている）。この例において、反射レーザ
ー光がもたらすＤＣシフトにより、信号全体に約８．０
ボルトが追加される。ＤＣシフトは、データ信号の有効
部分の解析で問題を生じる。例えば、データ解析設備が
０〜１０ボルトの範囲で作動する場合、信号のＤＣ成分
を削減または除去しない限り、対象部分のレベルアップ
のためのＤＣシフト信号の増幅は殆ど不可能である。Ｄ
Ｃ成分を除去しないと、設備は増幅信号によって飽和し
てしまうだろう。ＤＣ成分を電子的に削減したり除去し
たりするには、追加の信号処理技術が必要で、信号の有
効部分の劣化をもたらすかもしれない。ＤＣシフトがこ
こに記載した程大きくない場合でも、これを除去するに
は、まだ何らかの信号処理を必要とするかもしれない。
従って、この望ましくないＤＣ成分を削減または除去す
る非電子的方法が望まれる。

【００７４】図２１の（Ｃ）に示すように、パッド２２
の裏側の窓を構成する部分に拡散面７０４’を造ること
によって、その表面からの反射光が減衰することが判明
した。かくして、データ信号の望ましくないＤＣ成分が
削減される。この拡散面７０４’は、非透過レーザー光
７０８の大部分を干渉計３２の方向に反射するのではな
く、実質的に散乱させる。ウェーハからの反射信号も当
然、拡散面７０４’を通過するので、それによってその
一部も散乱する。しかしながら、これは干渉計の性能を
大きく劣化させないことが分かっている。

【００７５】図２１の（Ｄ）は、拡散面７０４’を使用
したときに得られるデータ信号を示す。見て分かるよう
に、ＤＣ成分が除去されているので、それを電子的に除
去する必要なしに信号を容易に増幅、処理することがで
きる。

【００７６】いかにして拡散面を作るかは大した問題で
はない。ポリッシングパッドの裏面の窓付近をサンディ
ングするか、拡散材料の皮膜を塗布するか、あるいは希
望の結果を生じる他の任意の方法で作ることができる本発明を好ましい実施形態によって説明したが、本発明
は図示、説明された実施形態に限定されるものではな
く、本発明の適用範囲は特許請求の範囲に定義される。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術を代表する機械化学的ポリッシング
（ＣＭＰ）装置の側面図である。

【図２】本発明によって構成された終点検出装置を有す
る機械化学的ポリッシング装置の側面図である。

【図３】（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ、図２の装置の窓
部分の実施形態の断面略図であり、（Ｅ）は、図３の
（Ｄ）の窓部分に使用される透明プラグの平面略図であ
り、（Ｆ）は、図３の（Ｄ）の窓部分のアセンブリを示
す断面略図である。

【図４】図２の装置の窓部分の断面略図であって、レー
ザー干渉計のコンポーネントがレーザービームを発生し
て反射干渉ビームを検出する状態を示す図である。

【図５】図２の装置で処理されている状態の、ブランク
酸化物ウェーハの断面略図であって、ウェーハ上に衝突
するレーザービームと反射ビームとが、合成干渉ビーム
を形成する状態を概略的に示す図である。

【図６】図２の装置のプラテンの平面略図であって、窓
とセンサーフラグとの間、およびセンサとレーザー干渉
計との間で可能な一つの相対編成を示す図である。

【図７】図２の装置のプラテンの平面図であって、窓と
センサーフラグとの間、およびセンサとレーザーとの間
の相対編成を示し、窓の形状は円弧であることを示す図
である。

【図８】本発明による区分的データ収集方法の流れ図で
ある。

【図９】（Ａ）および（Ｂ）は、ブランク酸化物ウェー
ハを薄くする加工時間全体にわたる、レーザー干渉計か
らのデータ信号の周期変動を示すグラフであり、（Ａ）
は、希望のサンプル時間にわたって積分されたデータ信
号の積分値を示すグラフ、（Ｂ）は、その積分値の濾波
された値を示すグラフである。

【図１０】（Ａ）は、本発明による、ブランク酸化物ウ
ェーハの酸化物層を薄くするＣＭＰプロセスで終点を決
定する後向き法(backward-looking method) のブロック
図であり、（Ｂ）は、本発明による、ブランクとしての
酸化物ウェーハの酸化物層を薄くするＣＭＰプロセスで
終点を決定する前向き法(forward-looking method)のブ
ロック図である。

【図１１】（Ａ）〜（Ｃ）は、図２の装置によって処理
中の、不規則面を持ちパターン処理されたウェーハの断
面略図であって、（Ａ）は、ＣＭＰプロセス開始時のウ
ェーハを示し、（Ｂ）は、プロセスのほぼ中間時のウェ
ーハを示し、（Ｃ）は、平坦化時点に近いウェーハを示
す図である。

【図１２】本発明による、不規則面を持ちパターン処理
されたウェーハを平坦化するためのＣＭＰプロセスであ
って、終点を決定する方法の流れ図である。

【図１３】パターン処理されたウェーハの平坦化時間全
体にわたる、レーザー干渉計からのデータ信号の変動を
示すグラフである。

【図１４】本発明による、特定サイズの構造または類似
サイズの構造グループの上に積層させる皮膜厚さを制御
するための、ＣＭＰプロセスの終点を決定する方法のブ
ロック図である。

【図１５】（Ａ）は、表面欠陥に小径レーザービームが
照射された、ウェーハの断面略図であり、（Ｂ）は、表
面欠陥に大径レーザービームが照射された、ウェーハの
断面略図である。

【図１６】ブランク酸化物ウェーハを薄くする加工時間
全体にわたる、レーザー干渉計からのデータ信号の周期
変動を示すグラフであって、不均一なウェーハ表面に伴
う高周波信号を含んでいるグラフである。

【図１７】干渉計と、干渉計波形の出力信号を解析、応
答するようにプログラムされたコンピュータとを含む、
代表的なＣＭＰ装置の概略図である。

【図１８】均一性を直接その場でモニターするためにコ
ンピュータ内で実行される機能性を示すブロック図であ
る。

【図１９】（Ａ）〜（Ｃ）は干渉計信号の例を示し、そ
れぞれ、低周波バンドパスフィルタによって濾波された
後の干渉計信号と、高周波バンドパスフィルタによって
濾波された後の干渉計信号を示すグラフである。

【図２０】（Ａ）および（Ｂ）は、ＣＭＰ装置のサイン
を作成した後にそれを使って、装置を生産用に評価する
手順を示す流れ図である。

【図２１】（Ａ）は、ポリッシングパッドを窓として使
用する、図２の装置の窓部分の実施例の断面略図であっ
て、パッドの裏側からの反射を示す図であり、（Ｂ）
は、時間に対するレーザー干渉計からのデータ信号の周
期変動を示すグラフで、図２１の（Ａ）の実施形態のパ
ッドの裏からの反射によって大きな直流成分が生じてい
るところを示すグラフ、（Ｃ）は、反射を抑えるため
に、拡散処理された裏面を持つ窓としてポリッシングパ
ッドを使用した、図２の装置の窓部分の実施例の断面略
図、（Ｄ）は、時間に対するレーザー干渉計からのデー
タ信号の周期変動を示すグラフであり、図２１の（Ｃ）
の実施例の拡散処理した裏面による、パッドの裏側から
の反射で生じる大直流成分は無い状態を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１０…機械化学的ポリッシング、１２…ポリッシングヘ
ッド、１４…ウェーハ、１６…プラテン、１８…プラテ
ンパッド（ポリッシングパッド）、ポリシングヘッド、
２０…裏打ち層、２２…被覆層、６００…プラグ、６１
２…開口、６１４…接着剤、６３０…開口（第１開
口）、６３２…開口（第２開口）。

フロントページの続き (72)発明者アラングリーソンアメリカ合衆国，カリフォルニア州，サンノゼ，ノースフィフティーンスストリート 617 (72)発明者ウィリアムエル．ガスリーアメリカ合衆国，カリフォルニア州，サラトガ，シーガルロード 20422

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機械化学的ポリッシング装置用のポリッ
シングパッドであって、ポリッシング面と、前記ポリッシング面に形成され、第１の寸法を持つ第１
セクションおよび異なる第２の寸法を持つ第２セクショ
ンを含む開口と、前記開口の前記第１セクション内に位置決めされた第１
部分と、前記開口の前記第２セクション内に位置決めさ
れた第２部分とを有する実質的に透明なプラグと、前記プラグを前記開口内に固定する手段と、を備えるポ
リッシングパッド。
【請求項２】前記プラグがポリウレタン材料で造られ
ている、請求項１に記載のポリッシングパッド。
【請求項３】前記固定手段が接着材料を含む、請求項
１に記載のポリッシングパッド。
【請求項４】前記接着材料がゴム弾性ポリウレタン材
で造られている、請求項３に記載のポリッシングパッ
ド。
【請求項５】前記プラグの前記第１部分が前記開口の
前記第１セクションと実質的に同一寸法であり、前記プ
ラグの前記第２部分が前記開口の前記第２セクションと
実質的に同一寸法である、請求項１に記載のポリッシン
グパッド。
【請求項６】前記プラグの前記第１部分が、前記ポリ
ッシング面と同一面である上面を含む、請求項５に記載
のポリッシングパッド。
【請求項７】前記プラグの前記第２セクションの厚さ
が前記開口の前記第２セクションの深さより小さい、請
求項６に記載のポリッシングパッド。
【請求項８】前記第１の寸法が前記第２の寸法より大
きい、請求項６に記載のポリッシングパッド。
【請求項９】前記プラグがリムを含む、請求項１に記
載のポリッシングパッド。
【請求項１０】前記固定手段が、前記リム上に配置さ
れた接着材料を含む、請求項１に記載のポリッシングパ
ッド。
【請求項１１】機械化学的ポリッシング装置用のポリ
ッシングパッドであって、ポリッシング面を有する第１層と、前記第１層に隣接する第２層と、前記第１層および前記第２層を貫通し、第１の断面積を
持つ前記第１層内の第１開口、および、より小さい第２
の断面積を持つ前記第２層の第２開口とを含む開口と、前記開口に配置され、前記開口の前記第１セクション内
に位置決めされた第１部分と、前記開口の前記第２セク
ション内に位置決めされた第２部分とを有するプラグ
と、前記プラグを前記開口に固定する接着材料と、を備える
ポリッシングパッド。
【請求項１２】前記第１層が第１デュロメータ測定値
を持ち、前記第２層が第２の、より小さいデュロメータ
測定値を持つ、請求項１１に記載のポリッシングパッ
ド。
【請求項１３】ポリッシングパッドを形成する方法で
あって、開口が第１の寸法を持つ第１セクション、および、異な
る第２の寸法を持つ第２セクションを含むように、ポリ
ッシングパッドに前記開口を形成するステップと、実質的に透明なプラグを、前記プラグが前記開口の前記
第１セクション内に位置決めされた第１部分と前記開口
の前記第２セクション内に位置決めされた第２部分とを
有する状態で、前記開口に配置するステップと、前記プラグを前記開口に固定する固定ステップと、を備
えるポリッシングパッド形成方法。
【請求項１４】前記固定ステップが、前記プラグを接
着材料で前記開口に固定するステップを含む、請求項１
３に記載のポリッシングパッド形成方法。
【請求項１５】前記開口を形成するステップが、前記
ポリッシングパッドから材料を除去する除去ステップを
含む、請求項１３に記載のポリッシングパッド形成方
法。
【請求項１６】前記除去ステップが、前記ポリッシン
グパッドの第１層から前記第１セクションを除去するス
テップと、前記ポリッシングパッドの第２層から前記第
２セクションを除去するステップとを含む、請求項１５
に記載のポリッシングパッド形成方法。