[发明专利]抛光状态监视方法、抛光状态监视装置、抛光设备、加工晶片、半导体器件制造方法和半导体器件

说明书

本申请是申请日为2000年12月19日、申请号为00804131.8、 发明名称为“抛光状态监视方法、抛光状态监视装置、抛光设备、加 工晶片、半导体器件制造方法和半导体器件”的中国发明专利申请的 分案申请。

技术领域

本发明不仅涉及抛光状态监视方法、抛光状态监视装置和在制造半 导体器件(例如ULSI[器件]等)的工艺中适合在半导体器件平面化方面 使用的抛光设备，而且涉及在这种抛光设备中使用的加工晶片、使用这 种抛光设备的制造半导体方法和由这种方法制造的半导体器件。

背景技术

随着半导体集成电路集成得越来越密集而在尺寸上越来越小，对像 这样的半导体[集成电路]的制造所要求的工艺越来越多而复杂。因此，半 导体器件的表面不再总是平坦的。在半导体器件表面上存在的阶状差异 导致引线断开和电阻局部增大等等，并由此造成电路损坏和电容下降。 而且，这也导致耐压性能降低和在绝缘薄膜中出现漏电。

同时，随着半导体集成电路集成得越来越密集而在尺寸上越来越小， 在光刻中使用的半导体曝光设备的光源波长越来越短，而像这样的半导 体曝光设备中的投射透镜的数值孔径，即所谓的NA越来越大。因此， 半导体曝光设备中的投射透镜的焦深大体上变得较浅。为了应付焦深上 述的增大的浅度，必须使半导体器件表面变平到比以前已达到的更平坦 的程度。

就具体地描述以上这一点来说，例如图11(a)和11(b)所示的变 平技术在半导体工艺中是必不可少的。[在图里]，在硅晶片21表面上形 成半导体器件24、由SiO₂组成的层间绝缘薄膜22和由Al组成的金属薄 膜23。图11(a)说明使半导体器件表面上的层间绝缘薄膜22变平的一 种例子。图11(b)说明抛光半导体器件表面上的金属薄膜23，以致形 成所谓的“雾状花纹”的一种例子。化学机械抛光或化学机械平面化(下 文称之为“CMP”)作为平化上述的半导体器件表面的一种方法已引起关 注。

CMP是一种通过化学作用(用抛光剂或抛光液洗提)与物理抛光组 合来消除晶片表面中的不平整的工艺技术；这种工艺技术是一种整体变 平技术的有影响的选择技术。实际上，使用把抛光微粒(一般是二氧化 硅、氧化铝或氧化铈等)弥散在抛光物能溶解的像酸或碱之类的媒剂中 的所谓“悬浮液”的抛光剂；通过用合适的抛光布对晶片表面施加压力， 并通过借助于相对运动研磨表面来进行抛光。通过使在整个晶片表面上 的施加压力均匀和使相对运动速度均匀，能够完成在[表面的]平面范围内 均匀抛光。

这种工艺技术仍有许多在与常规的半导体工艺相配合方面等等的许 多问题；一般地说，尚待解决的主要问题是在进行抛光工艺过程时抛光 状态(检测的抛光量或抛光边界点)的监视(即，现场[抛光状态监视])。 从改进工艺效率的观点来看，对此也有很大需求。

在CMP中，不但由于在抛光盘表面上温度分布的局部差异和悬浮液 供给状况的差异，而且由于压力分布的差异出现抛光速度的变化。此外， 还有由因为表面处治造成的抛光盘表面状态变化、随被处理晶片数量不 同而不同的抛光速度降低(使用造成磨损)和使用的抛光盘的各种差异 等等所引起的抛光速度的差异。由于像这样的一些问题，所以难以通过 抛光时间控制确定所规定抛光量的边界点。

因此，提出在测量电机转矩或振动等等时确定边界点而不是现场通 过时间控制确定边界点的方法。像这样的方法在抛光物的材料变化的 CMP(例如布线材料的CMP或者出现填料层的CMP)的情况中多少有 些效果。然而，在具有复杂图形的硅片的情况中，在抛光物的材料中有 细小的变化；因此，可能有确定边界点困难的情况。而且，在层间绝缘 薄膜的CMP的情况中，必须控制布线间电容；因此，需要控制剩余薄膜 厚度而不是[控制]抛光边界点。使用由现场测量电机转矩振动等等确定边 界点的方法难以测量薄膜厚度。

但是最近，像(例如)Japanese Patent Applicatiou Kokai H11-3390 所述的用光测量，准确地说用光谱反射测量监视抛光状态被认为是有效 果的。在像这样的用光谱反射测量监视抛光状态的情况中，在CMP期间 用探测光照射为抛光物的晶片，并且在抛光期间根据从晶片反射的光的 光谱反射性的变化测定抛光量或抛光边界点。