JPH10214804A - Device for monitoring flattening process for mechanical/ chemical polisher - Google Patents

Device for monitoring flattening process for mechanical/ chemical polisher

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Publication number
JPH10214804A
JPH10214804A JP1404297A JP1404297A JPH10214804A JP H10214804 A JPH10214804 A JP H10214804A JP 1404297 A JP1404297 A JP 1404297A JP 1404297 A JP1404297 A JP 1404297A JP H10214804 A JPH10214804 A JP H10214804A
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JP
Japan
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light
wafer
polishing
intensity
polished surface
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP1404297A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuyuki Watanabe
伸之 渡辺
Yukio Eda
幸夫 江田
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP1404297A priority Critical patent/JPH10214804A/en
Publication of JPH10214804A publication Critical patent/JPH10214804A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology by which the polishing surface of a wafer that is just polished with a mechanical/chemical polisher is investigated. SOLUTION: A mechanical/chemical polisher is provided with a wafer holding jig 102 and a polishing table 106, and the wafer holding jig 102 is supported rotatably by a shaft by a shaft 104 and the polishing table 106 is provided with a polishing cloth 108 on its upper surface. A wafer 120 is fixed onto the wafer holding jig 102 through suction, for example. A device for monitoring flattening process is provided with a light source 152 for emitting a measuring light, a light emitting window 164 for emitting the measuring light to a groove 150, a light receiving window 166 for receiving a light reflecting on the wafer 120, a diaphragm 168 for blocking a higher-order diffracted light by the wafer 120, a light measuring part 170 for generating a signal corresponding to the intensity of light passing through the diaphragm 168, and a computing part 178 for calculating the state of polishing surface of the wafer 120 according to the signal sent from the light measuring part 170.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、機械化学研磨装置
によって研磨されている最中のウェハの研磨面の状態を
調べるための装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for examining a state of a polished surface of a wafer being polished by a mechanical chemical polishing apparatus.

【０００２】[0002]

【従来の技術】現在、ＶＬＳＩの微細加工技術において
は、配線の細線化に伴ない、層間の絶縁膜等を平坦化す
る技術が重要になっている。例えば、ＤＲＡＭにおいて
は、大容量化に伴ない、多層配線構造が採用されてい
る。多層配線構造の作製においては、ウェハ全体にわた
って表面を平坦化する技術があり、これはグローバル平
坦化と呼ばれている。グローバル平坦化は、層間絶縁膜
の形成や、これを貫通するメタルフラグの形成などに用
いられる。グローバル平坦化に要求される精度は、配線
の微細化が進むに伴ない、今後さらに厳しくなると予想
される。2. Description of the Related Art At present, in the fine processing technology of VLSI, a technology for flattening an interlayer insulating film and the like is becoming important as wiring becomes thinner. For example, in a DRAM, a multi-layer wiring structure has been adopted along with an increase in capacity. In fabricating a multilayer wiring structure, there is a technique for planarizing the surface over the entire wafer, which is called global planarization. Global flattening is used for forming an interlayer insulating film, forming a metal flag penetrating therethrough, and the like. The accuracy required for global flattening is expected to become even more severe in the future as wiring becomes finer.

【０００３】ステッパにおいては、配線の微細化の進行
に伴なって、開口数の大きいレンズと波長の短い光が使
用されており、焦点深度は相当に浅いものとなってい
る。このため層間絶縁膜の表面の凹凸は、フォトリソグ
ラフィ技術におけるパターニングの解像度の低下を招
く。従って、グローバル平坦化はデバイスの歩留まりや
信頼性に大きく影響を与える。[0003] In a stepper, a lens having a large numerical aperture and light having a short wavelength are used with the progress of miniaturization of wiring, and the depth of focus is considerably shallow. Therefore, unevenness on the surface of the interlayer insulating film causes a reduction in the resolution of patterning in the photolithography technique. Therefore, global planarization greatly affects device yield and reliability.

【０００４】現在、層間絶縁膜やメタルフラグを形成す
るためのグローバル平坦化には機械化学研磨が用いられ
ている。機械化学研磨装置は、回転する研磨台と、ウェ
ハを保持するウェハ保持治具（キャリア）とを有してお
り、研磨の際、ウェハは研磨台に接触され、ウェハと研
磨台の間に研磨スラリが供給される。ウェハは、研磨ス
ラリによる化学的作用と、研磨スラリに含まれる微粒子
による機械的作用とによって、研磨台に接している面
（研磨面）が研磨され平坦化される。At present, mechanical chemical polishing is used for global planarization for forming an interlayer insulating film and a metal flag. The mechanical chemical polishing apparatus has a rotating polishing table and a wafer holding jig (carrier) for holding a wafer. During polishing, the wafer is brought into contact with the polishing table, and the polishing is performed between the wafer and the polishing table. Slurry is supplied. The surface (polishing surface) in contact with the polishing table is polished and flattened by the chemical action of the polishing slurry and the mechanical action of the fine particles contained in the polishing slurry.

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】機械化学研磨において
は、研磨の終了を正確に検知することが重要である。不
十分な研磨は研磨面に凹凸を残し、これは前述したよう
にステッパによるパターニングの解像度の低下を招く原
因となり、過度の研磨は層間絶縁膜やメタルフラグを薄
くするため、層間絶縁膜の上下の配線間で短絡が生じた
り、メタルフラグが所定の電流を供給する能力を持たな
いものとなったりする原因となる。In mechanical chemical polishing, it is important to accurately detect the end of polishing. Insufficient polishing leaves irregularities on the polished surface, which causes a reduction in the resolution of patterning by the stepper, as described above.Excessive polishing reduces the thickness of the interlayer insulating film and metal flags. Short circuit may occur between the wirings, or the metal flag may not have the ability to supply a predetermined current.

【０００６】研磨量の制御は一般には研磨時間を調整し
て行なわれている。この方法では、予想によって決めら
れた時間のあいだウェハが研磨され、その研磨量や研磨
面の平坦度は、いったんウェハを機械化学研磨装置から
取り外し、別の装置を用いて調べられる。研磨の不十分
なウェハは再び機械化学研磨装置に取り付けられ研磨さ
れる。このような手順は、研磨面の状態を調べる度に研
磨作業を中断するため、効率の悪いものと言える。[0006] The polishing amount is generally controlled by adjusting the polishing time. In this method, the wafer is polished for a predetermined time, and the amount of polishing and the flatness of the polished surface are once examined by removing the wafer from the mechanical chemical polishing apparatus and using another apparatus. Insufficiently polished wafers are again mounted on the mechanical chemical polishing apparatus and polished. Such a procedure is inefficient because the polishing operation is interrupted every time the state of the polished surface is checked.

【０００７】機械化学研磨の分野においては、研磨作業
を中断することなく、研磨中のウェハの研磨面の状態を
調べる技術の提供が望まれている。しかしながら、この
要望に十分に応える技術はいまだ提供されていない。In the field of mechanical chemical polishing, it is desired to provide a technique for examining the state of the polished surface of a wafer being polished without interrupting the polishing operation. However, a technology that sufficiently satisfies this demand has not yet been provided.

【０００８】特願平７−２３５５２０号は、導電体層と
誘電体層の反射率の違いを利用し、研磨中のウェハの研
磨面に垂直に光を照射し、その反射光の強度を調べるこ
とによって、誘電体層の露出を検知する装置を開示して
いる。しかし、この装置では、導電体層が除去され誘電
体層が露出されたことを検知することはできるが、誘電
体層の研磨面の平坦度を調べることはできない。その理
由の一つは、誘電体層の表面の凹凸による反射光の変化
が小さいため、反射光の変化に基づいては凹凸を判断で
きないことがあげられる。また、別の理由としては、誘
電体層は透光性が比較的高いためにその下層の導電体層
からの反射光の影響が大きく、このため、場合によって
は下層の導電体層からの反射光が誘電体層表面からの反
射光を上回ることがあげられる。Japanese Patent Application No. 7-235520 discloses a method of irradiating light vertically to a polished surface of a wafer being polished by utilizing the difference in reflectance between a conductive layer and a dielectric layer, and examining the intensity of the reflected light. Thus, an apparatus for detecting exposure of a dielectric layer is disclosed. However, this apparatus can detect that the conductive layer has been removed and the dielectric layer has been exposed, but cannot examine the flatness of the polished surface of the dielectric layer. One of the reasons is that since the change in reflected light due to the unevenness of the surface of the dielectric layer is small, the unevenness cannot be determined based on the change in the reflected light. Another reason is that the dielectric layer has a relatively high light-transmitting property, so that the reflected light from the underlying conductive layer has a large effect. Light may exceed light reflected from the surface of the dielectric layer.

【０００９】本発明は、このような現状を鑑みて成され
たものであり、その目的は、機械化学研磨装置によって
研磨されている最中のウェハの研磨面の状態を調べるた
めの平坦化過程モニター装置を提供することである。The present invention has been made in view of the above situation, and has as its object to provide a flattening process for examining the state of a polished surface of a wafer being polished by a mechanical chemical polishing apparatus. To provide a monitoring device.

【００１０】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の第一の主眼によ
る平坦化過程モニター装置は、偏光面が制御された測定
光を射出する光源部と、測定光を研磨の最中のウェハの
研磨面に対して臨界角よりも大きい角度で入射させる手
段と、ウェハで反射・回折された光の中から特定の方向
に伝搬する光を選別する手段と、選別された光の強度に
対応した信号を生成する光測定部と、光測定部からの信
号に基づいてウェハの研磨面の状態を算出する演算処理
部とを有している。According to a first aspect of the present invention, there is provided a flattening process monitoring apparatus comprising: a light source unit for emitting a measuring light beam whose polarization plane is controlled; and polishing of a wafer during polishing of the measuring light beam. Means for entering the surface at an angle larger than the critical angle, means for selecting light propagating in a specific direction from light reflected and diffracted by the wafer, and a signal corresponding to the intensity of the selected light And a calculation processing unit that calculates the state of the polished surface of the wafer based on a signal from the light measurement unit.

【００１１】本発明の第二の主眼による平坦化過程モニ
ター装置では、光測定部が、選別された光を互いに直交
する二つの偏光成分の光に分離する手段と、分離された
一方の偏光成分の光を受けその強度に対応する信号を出
力する第一の受光素子と、分離された他方の偏光成分の
光を受けその強度に対応する信号を出力する第二の受光
素子とを有している。In the flattening process monitoring apparatus according to the second principal aspect of the present invention, the light measuring section includes means for separating the selected light into two polarized light components orthogonal to each other, and one of the separated polarized light components. Having a first light receiving element for receiving a light and outputting a signal corresponding to the intensity thereof, and a second light receiving element for receiving a light of the other separated polarization component and outputting a signal corresponding to the intensity thereof I have.

【００１２】本発明の第三の主眼による平坦化過程モニ
ター装置では、機械化学研磨装置の研磨台はこれを貫通
する貫通穴を有し、平坦化過程モニター装置は貫通穴の
内側に設けられた空気噴射管を更に有しており、空気噴
射管はその上端の噴射口から清浄な空気を噴射し、空気
噴射管からの空気の噴射によってウェハの研磨面に残留
する研磨スラリが除去され、この部分に光源部からの測
定光が照射される。[0012] In the flattening process monitoring apparatus according to the third main aspect of the present invention, the polishing table of the mechanical chemical polishing apparatus has a through hole penetrating therethrough, and the flattening process monitoring apparatus is provided inside the through hole. The air injection pipe further has an air injection pipe which injects clean air from an injection port at an upper end of the air injection pipe to remove polishing slurry remaining on a polishing surface of the wafer by injection of air from the air injection pipe. The portion is irradiated with measurement light from the light source.

【００１３】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。 〔第一の実施の形態〕第一の実施の形態による機械化学
研磨装置用の平坦化過程モニター装置について図１〜図
６を参照しながら説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. [First Embodiment] A flattening process monitoring device for a mechanical chemical polishing apparatus according to a first embodiment will be described with reference to FIGS.

【００１４】図１に示されるように、機械化学研磨装置
はウェハ保持治具（キャリア）１０２と研磨台１０６を
有し、ウェハ保持治具１０２は軸１０４により回転可能
に支持されており、研磨台１０６はその上面に研磨布１
０８を有している。研磨対象物であるウェハ１２０は例
えば吸引によってウェハ保持治具１０２に固定される。As shown in FIG. 1, the mechanical and chemical polishing apparatus has a wafer holding jig (carrier) 102 and a polishing table 106, and the wafer holding jig 102 is rotatably supported by a shaft 104. The table 106 has a polishing cloth 1 on its upper surface.
08. The wafer 120 to be polished is fixed to the wafer holding jig 102 by, for example, suction.

【００１５】ウェハ１２０は例えばシリコン基板１２０
とその上に設けられたメタル配線１２４とこれを覆う誘
電体層１２６とを有しており、この誘電体層１２６が研
磨により平坦化される。メタル配線１２４は例えばアル
ミ電極であり、誘電体層１２６は例えばＳｉＯ2 層であ
る。The wafer 120 is, for example, a silicon substrate 120
And a metal wiring 124 provided thereon and a dielectric layer 126 covering the metal wiring 124. The dielectric layer 126 is planarized by polishing. The metal wiring 124 is, for example, an aluminum electrode, and the dielectric layer 126 is, for example, a SiO2 layer.

【００１６】研磨布１０８には研磨スラリ１１０が供給
される。研磨スラリの供給は研磨の間は継続される。図
１では、研磨布１０８と研磨スラリ１１０は分けて描か
れているが、実際には、研磨布１０８は、例えば発砲ウ
レタンで作られていて、その表面に毛の様に細長く柔ら
かい多数の突起を有しており、研磨スラリ１１０はそれ
らの間に浸透している。また、研磨布１０８とウェハ１
２０は離して描かれているが、実際には、研磨布１０８
の突起とウェハ１２０の誘電体層１２６は接触してい
る。The polishing slurry 108 is supplied to the polishing cloth 108. The supply of the polishing slurry is continued during the polishing. In FIG. 1, the polishing cloth 108 and the polishing slurry 110 are illustrated separately. However, in actuality, the polishing cloth 108 is made of, for example, urethane foam, and has a large number of long and thin soft protrusions like hairs on its surface. And the polishing slurry 110 penetrates between them. The polishing cloth 108 and the wafer 1
Although 20 is drawn apart, in practice the polishing cloth 108
Are in contact with the dielectric layer 126 of the wafer 120.

【００１７】ＳｉＯ2 層の平坦化のための研磨スラリ１
１０は例えばリシカ粒子が分散されたＫＯＨ液である。
シリカ粒子の径は１０〜５０ｎｍ程度である。所望の粒
径は、アルカリ溶液のｐＨを変化させて、シリカ表面の
電荷を変化させることによって得られる。Polishing slurry 1 for flattening SiO2 layer
Reference numeral 10 denotes a KOH solution in which, for example, Rishica particles are dispersed.
The diameter of the silica particles is about 10 to 50 nm. The desired particle size is obtained by changing the pH of the alkaline solution to change the charge on the silica surface.

【００１８】研磨の間、ウェハ保持治具１０２は、図２
において、矢印ａで示されるように１００〜２００ｒｐ
ｍの回転数で自転しながら、矢印ｂで示されるように公
転する。また、公転の径は一定である。During polishing, the wafer holding jig 102
At 100 to 200 rpm as indicated by the arrow a.
While revolving at a rotational speed of m, it revolves as shown by arrow b. In addition, the diameter of the revolution is constant.

【００１９】ところで、自転周期が公転周期の整数倍の
関係にあるときは、溝部１５０の上を通過するウェハ１
２０の部分が変化しない。すなわち、ウェハ１２０の特
定部分の平坦化のみをモニターすることになり、平坦化
過程モニター装置として好ましいとは言えない。そこ
で、本装置においては、溝部１５０の上を通過するウェ
ハ１２０の部分が絶えず変化する自転周期と公転周期と
を選択するものとする。When the rotation period is an integral multiple of the revolution period, the wafer 1 passing over the groove 150 is
20 part does not change. That is, only the flattening of a specific portion of the wafer 120 is monitored, which is not preferable as a flattening process monitoring device. Therefore, in the present apparatus, the rotation period and the revolution period in which the portion of the wafer 120 passing over the groove 150 constantly changes are selected.

【００２０】図２に示されるように、研磨台１０６は、
その上面の一箇所あるいは数箇所に溝部１５０を有して
おり、この溝部１５０に本発明による平坦化過程モニタ
ー装置が組み込まれている。平坦化過程モニター装置
は、溝部１５０を通して、ウェハ１２０に光を照射し、
その反射光を受光して、研磨面（ここでは誘電体層１２
６である。以下、ウェハの研磨面とする）の平坦さや研
磨面の材質等を調べる。As shown in FIG. 2, the polishing table 106
A groove 150 is provided at one or several places on the upper surface, and the flattening process monitoring device according to the present invention is incorporated in the groove 150. The planarization process monitor irradiates the wafer 120 with light through the groove 150,
The reflected light is received and the polished surface (here, the dielectric layer 12
6. In the following, the flatness of the wafer and the material of the polished surface are examined.

【００２１】前述したように、溝部１５０の上を通過す
るウェハ１２０の部分は絶えず変わる。従って、平坦化
過程モニター装置によって調べられるウェハ１２０の箇
所も絶えず変わる。これは、平坦化過程モニター装置に
よる測定箇所がウェハ１２０のほぼ全面にわたることを
意味し、従って、好ましいことに、ウェハ１２０の研磨
面に関する全体的な平坦さの情報が得られる。As described above, the portion of the wafer 120 that passes over the groove 150 is constantly changing. Accordingly, the location of the wafer 120 examined by the planarization process monitoring device is constantly changing. This means that the measurement point by the planarization process monitoring device covers almost the entire surface of the wafer 120, and therefore, it is preferable to obtain information on the overall flatness of the polished surface of the wafer 120.

【００２２】平坦化過程モニター装置は、図１に示され
るように、測定光を射出する光源部１５２と、測定光を
溝部１５０内に向けて射出するための射出窓１６４と、
ウェハ１２０で反射された光を受けるための受光窓１６
６と、ウェハ１２０による高次回折光を遮断する絞り１
６８と、絞り１６８を通過した光の強度に対応した信号
を生成する光測定部１７０と、光測定部１７０からの信
号に基づいてウェハ１２０の研磨面の状態（平坦さや材
質等）を算出する演算処理部１７８とを有している。As shown in FIG. 1, the flattening process monitor includes a light source 152 for emitting measurement light, an emission window 164 for emitting measurement light into the groove 150, and
Light receiving window 16 for receiving light reflected by wafer 120
6 and stop 1 for blocking high-order diffracted light from wafer 120
68, a light measurement unit 170 that generates a signal corresponding to the intensity of light that has passed through the stop 168, and a state (flatness, material, etc.) of the polished surface of the wafer 120 is calculated based on a signal from the light measurement unit 170. And an arithmetic processing unit 178.

【００２３】光源部１５２は、強度が安定化されたレー
ザー光源１５４と、特定の偏光面を持つ光だけを透過す
る偏光子１５６と、光の強度を変調する変調器１５８と
を有している。本明細書では、光軸に直交する面におい
て、図１の紙面に平行な偏光面を持つ光を横偏光と呼
び、図１の紙面に垂直な偏光面を持つ光を縦偏光と呼ぶ
ことにする。偏光子１５６は、光軸に直交する面におい
て図１の紙面に対して４５度傾いた偏光面を持つ光を透
過するように配置されている。従って、光源部１５２か
ら射出される測定光は等量の横偏光と縦偏光を含んでい
る。The light source section 152 has a laser light source 154 whose intensity is stabilized, a polarizer 156 that transmits only light having a specific polarization plane, and a modulator 158 that modulates the light intensity. . In this specification, light having a plane of polarization parallel to the plane of FIG. 1 in a plane perpendicular to the optical axis is referred to as laterally polarized light, and light having a plane of polarization perpendicular to the plane of FIG. 1 is referred to as longitudinally polarized light. I do. The polarizer 156 is arranged to transmit light having a polarization plane inclined by 45 degrees with respect to the plane of FIG. 1 on a plane perpendicular to the optical axis. Therefore, the measurement light emitted from the light source unit 152 contains equal amounts of horizontal polarization and vertical polarization.

【００２４】光源部１５２は、この構成に限られるもの
ではなく、別の構成であってもよい。例えば、光源部１
５２は、研磨台１０６から離して配置されたレーザー光
源と、レーザー光源からのレーザー光を研磨台１０６の
内部に導く光ファイバーとを有していてもよい。この様
に構成することで、光ファイバーの扱い易さから設計の
自由度が上がる。また、光源部１５２を研磨台１０６か
ら離すことで、光源部１５２が熱源となり装置が熱膨張
を起こす等、測定精度に対する悪影響をさけることがで
きる。あるいは、偏光子１５６に代えて、レーザー光源
１５４からの直線偏光を円偏光に変換する１／４波長板
が配置されてもよい。この様に構成することで、偏光子
１５６を取付時のアライメントが容易である。The light source section 152 is not limited to this configuration, but may have another configuration. For example, the light source unit 1
52 may include a laser light source disposed apart from the polishing table 106, and an optical fiber for guiding laser light from the laser light source to the inside of the polishing table 106. With this configuration, the degree of freedom in design is increased due to the ease of handling the optical fiber. Further, by separating the light source unit 152 from the polishing table 106, adverse effects on measurement accuracy, such as the light source unit 152 acting as a heat source and causing thermal expansion of the apparatus, can be avoided. Alternatively, instead of the polarizer 156, a quarter-wave plate that converts linearly polarized light from the laser light source 154 into circularly polarized light may be provided. With such a configuration, alignment at the time of attaching the polarizer 156 is easy.

【００２５】射出窓１６４は例えば対向する二つの端面
を持つガラス棒からなり、好ましくは、光源部側の端面
には空気用の無反射コートを有し、溝部側の端面には研
磨スラリ用の無反射コートを有している。受光窓１６６
は例えば対向する二つの端面を持つガラス棒からなり、
好ましくは、溝部側の端面には研磨スラリ用の無反射コ
ートを有し、その反対側の光測定部側の端面には空気用
の無反射コートを有している。上述の受光窓１６６の両
端の無反射コートによれば、後述する受光素子１７４、
１７６で受光されるウェハ１２０の研磨面からの反射光
の減衰を抑えることができる。The exit window 164 is made of, for example, a glass rod having two end faces facing each other, and preferably has an anti-reflection coat for air on the end face on the light source side, and has a polishing slurry slurry on the end face on the groove side. It has a non-reflective coating. Light receiving window 166
Consists of, for example, a glass rod with two opposite end faces,
Preferably, an end face on the groove side has an anti-reflection coat for polishing slurry, and an end face on the opposite side of the light measurement section has an anti-reflection coat for air. According to the anti-reflection coats on both ends of the light receiving window 166 described above, a light receiving element 174 described later,
Attenuation of the reflected light from the polished surface of the wafer 120 received at 176 can be suppressed.

【００２６】射出窓１６４は、そこから射出された測定
光がウェハ１２０の研磨面に対して臨界角よりも大きい
角度で入射するように配置されている。受光窓１６６と
絞り１６８は、ウェハ１２０の研磨面で正反射された光
すなわち零次回折光が選択的に光測定部１７０に良好に
伝達されるように設けられている。The exit window 164 is arranged so that the measurement light emitted therefrom enters the polished surface of the wafer 120 at an angle larger than the critical angle. The light receiving window 166 and the stop 168 are provided so that the light regularly reflected on the polished surface of the wafer 120, that is, the zero-order diffracted light, can be selectively transmitted to the optical measurement unit 170 satisfactorily.

【００２７】光測定部１７０は、絞り１６８を通過した
光を横偏光と縦偏光に分離するための偏光ビームスプリ
ッター１７２と、偏光ビームスプリッター１７２を通過
した光を受けその強度に対応する信号を出力する受光素
子１７４と、偏光ビームスプリッター１７２で反射され
た光を受けその強度に対応する信号を出力する受光素子
１７６とを有している。偏光ビームスプリッター１７２
は例えば横偏光を透過し縦偏光を反射する。従って、受
光素子１７４は横偏光の強度に対応した信号を出力し、
受光素子１７６は縦偏光の強度に対応した信号を出力す
る。The light measuring section 170 receives the light passing through the polarizing beam splitter 172 for separating the light passing through the stop 168 into horizontal polarized light and vertical polarized light, and outputs a signal corresponding to the intensity thereof. And a light receiving element 176 that receives the light reflected by the polarization beam splitter 172 and outputs a signal corresponding to the intensity of the light. Polarizing beam splitter 172
Transmits, for example, horizontally polarized light and reflects vertically polarized light. Therefore, the light receiving element 174 outputs a signal corresponding to the intensity of the horizontally polarized light,
The light receiving element 176 outputs a signal corresponding to the intensity of the vertically polarized light.

【００２８】平坦化過程モニター装置は更に、光源部１
５２と射出窓１６４の間に配置された無偏光ビームスプ
リッター１６０と、無偏光ビームスプリッター１６０で
反射された光を受けその強度に応じた信号を出力する受
光素子１６２を有している。無偏光ビームスプリッター
１６０は、偏光面の向き関係無く光を分離する光学素子
を意味しており、その一例としてはハーフミラーがあ
る。The flattening process monitor further includes a light source unit 1
It has a non-polarizing beam splitter 160 disposed between the light source 52 and the exit window 164, and a light receiving element 162 that receives light reflected by the non-polarizing beam splitter 160 and outputs a signal corresponding to the intensity thereof. The non-polarization beam splitter 160 is an optical element that separates light regardless of the direction of the polarization plane, and a half mirror is one example.

【００２９】演算処理部１７８は、受光素子１７４から
の信号を受光素子１６２からの信号と比較することによ
り、ウェハ１２０の研磨面への入射光に対する反射光中
の横偏光の強度（横偏光の相対強度）を算出し、また受
光素子１７６からの信号を受光素子１６２からの信号と
比較することにより、ウェハ１２０の研磨面への入射光
に対する反射光中の縦偏光の強度（縦偏光の相対強度）
を算出する。あるいは、横偏光と縦偏光を区別すること
なく、受光素子１７４からの信号と受光素子１７６から
の信号とを加算し、その和信号を受光素子１６２からの
信号と比較することにより、ウェハ１２０の研磨面への
入射光に対する反射光の全体的な強度（反射光全体の相
対強度）を算出する。The arithmetic processing unit 178 compares the signal from the light receiving element 174 with the signal from the light receiving element 162 to determine the intensity of the horizontal polarization (the horizontal polarization of the horizontal polarization) in the reflected light with respect to the light incident on the polished surface of the wafer 120. By calculating the relative intensity) and comparing the signal from the light receiving element 176 with the signal from the light receiving element 162, the intensity of the vertically polarized light (relative to the vertically polarized light) in the reflected light with respect to the light incident on the polished surface of the wafer 120 is calculated. Strength)
Is calculated. Alternatively, the signal from the light receiving element 174 and the signal from the light receiving element 176 are added without discriminating between the horizontally polarized light and the vertically polarized light, and the sum signal is compared with the signal from the light receiving element 162 to obtain the wafer 120. The overall intensity of the reflected light relative to the light incident on the polished surface (the relative intensity of the entire reflected light) is calculated.

【００３０】光源部１５２から射出されるレーザー光は
変調器１５８によって変調されており、受光素子１７４
からの信号と受光素子１７６からの信号は演算処理部１
７８によって受光素子１６２からの信号に従ってロック
イン検出される。この構成は、演算処理部１７８によっ
て検出される受光素子１７４からの信号と受光素子１７
６からの信号のＳ／Ｎを高め、従って平坦化過程モニタ
ー装置の精度の向上に貢献している。The laser light emitted from the light source unit 152 is modulated by the modulator 158, and is modulated by the light receiving element 174.
And the signal from the light receiving element 176 are
At 78, lock-in is detected in accordance with a signal from the light receiving element 162. In this configuration, the signal from the light receiving element 174 detected by the arithmetic processing unit 178 and the light receiving element 17
6 improves the S / N ratio of the signal from the device 6, and thus contributes to the improvement of the accuracy of the flattening process monitor device.

【００３１】図１において、レーザー光源１５４から射
出された測定光は、偏光子１５６によって不所望な偏光
成分が除去され、変調器１５８によって変調され、無偏
光ビームスプリッター１６０を通り、射出窓１６４から
溝部１５０の中に射出される。無偏光ビームスプリッタ
ー１６０を通過する際、測定光はそこで一部が反射さ
れ、反射された一部の光は受光素子１６２に入射する。In FIG. 1, the measurement light emitted from the laser light source 154 has an unwanted polarization component removed by a polarizer 156, is modulated by a modulator 158, passes through a non-polarization beam splitter 160, and passes through an exit window 164. It is injected into the groove 150. When passing through the non-polarizing beam splitter 160, the measurement light is partially reflected there, and the reflected light partially enters the light receiving element 162.

【００３２】射出窓１６４から射出された光は、研磨ス
ラリ１１０の中を伝搬し、ウェハ１２０が溝部１５０の
上に位置する間はウェハ１２０の研磨面によって反射・
回折される。The light emitted from the emission window 164 propagates through the polishing slurry 110, and is reflected and polished by the polished surface of the wafer 120 while the wafer 120 is located on the groove 150.
Diffracted.

【００３３】測定光は臨界角よりも大きい入射角で入射
する。ここで臨界角とは、測定光の中に含まれている研
磨面に対するｓ偏光（本明細書における縦偏光がこれに
あたる）が誘電体１２６の内部に入射した後に、シリコ
ン基板１２２との境界面で全反射し、その全反射光が再
度研磨面で全反射される最小の角度のことである。研磨
面に入射した測定光は、研磨面において、一部が正反射
され、一部が回折される。研磨面で正反射された光は、
別の言い方をすれば零次回折光のことであり、続く説明
では、これを単に反射光と呼ぶことにし、また、一次以
上の回折光を総称して高次回折光と呼ぶことにする。The measuring light enters at an incident angle larger than the critical angle. Here, the critical angle refers to a boundary surface between the silicon substrate 122 and s-polarized light (vertical polarized light in this specification) corresponding to the polished surface included in the measurement light enters the dielectric 126. Is the minimum angle at which the total reflected light is totally reflected again by the polished surface. The measurement light that has entered the polished surface is partially specularly reflected and partially diffracted on the polished surface. The light specularly reflected on the polished surface is
In other words, it is a zero-order diffracted light, and in the following description, it is simply referred to as reflected light, and first-order or higher-order diffracted light is collectively referred to as higher-order diffracted light.

【００３４】研磨面で発生される種々の高次回折光と反
射光の割合は、研磨面の平坦さに依存する。従って、反
射光の相対強度（研磨面への入射光の強度に対する反射
光の相対的な強度）を調べることによって研磨面の平坦
さを知ることができる。また、反射光中の横偏光と縦偏
光の比は研磨面の材質によっては異なる。従って、反射
光中の横偏光と縦偏光の比の変化を調べることによって
研磨面の材質の変化を知ることができる。これについて
は後に図３と図４を参照しながら詳しく説明する。The proportion of various higher-order diffracted light and reflected light generated on the polished surface depends on the flatness of the polished surface. Therefore, the flatness of the polished surface can be known by examining the relative intensity of the reflected light (the relative intensity of the reflected light with respect to the intensity of the light incident on the polished surface). Further, the ratio between the horizontal polarization and the vertical polarization in the reflected light differs depending on the material of the polished surface. Therefore, a change in the material of the polished surface can be known by examining the change in the ratio between the horizontal polarization and the vertical polarization in the reflected light. This will be described later in detail with reference to FIGS.

【００３５】ウェハ１２０の研磨面からの反射光は、研
磨スラリ１１０の中を伝搬し、受光窓１６６と絞り１６
８を通り、光測定部１７０に達する。ウェハ１２０の研
磨面からの高次回折光の一部も受光窓１６６に入射する
かも知れないが、そのほとんどは絞り１６８によって遮
られ、実質的には光測定部１７０には達しない。光測定
部１７０に達した光（研磨面からの反射光）は、偏光ビ
ームスプリッター１７２によって二本に分割され、その
各々はそれぞれ受光素子１７４と受光素子１７６に入射
する。より詳しくは、横偏光は偏光ビームスプリッター
１７０を通過し受光素子１７４に入射し、縦偏光は偏光
ビームスプリッター１７０で反射され受光素子１７６に
入射する。Light reflected from the polished surface of the wafer 120 propagates through the polishing slurry 110, and is received by the light receiving window 166 and the stop 16.
8, the light reaches the light measuring unit 170. Some of the higher-order diffracted light from the polished surface of the wafer 120 may also enter the light receiving window 166, but most of the light is blocked by the stop 168, and does not substantially reach the light measuring section 170. The light (reflected light from the polished surface) that has reached the light measuring unit 170 is split into two light beams by the polarizing beam splitter 172, and each of the light beams enters the light receiving element 174 and the light receiving element 176. More specifically, the horizontally polarized light passes through the polarizing beam splitter 170 and enters the light receiving element 174, and the vertically polarized light is reflected by the polarizing beam splitter 170 and enters the light receiving element 176.

【００３６】演算処理部１７８は、受光素子１６２から
の信号に基づいて、受光素子１７４からの信号と受光素
子１７６からの信号をロックイン検出する。演算処理部
１７８は、受光素子１７４からの信号と受光素子１７６
からの信号を加算し、その和信号と受光素子１６２から
の信号との比率を取り反射光全体の相対強度を算出す
る。演算処理部１７８には研磨面の平坦さと反射光全体
の相対強度との関係が予め与えられており、演算処理部
１７８は、この関係に基づいてウェハ１２０の研磨面の
平坦さを判断する。The arithmetic processing unit 178 locks in the signal from the light receiving element 174 and the signal from the light receiving element 176 based on the signal from the light receiving element 162. The arithmetic processing unit 178 receives the signal from the light receiving element 174 and the light receiving element 176.
, And the ratio between the sum signal and the signal from the light receiving element 162 is taken to calculate the relative intensity of the entire reflected light. The relationship between the flatness of the polished surface and the relative intensity of the entire reflected light is given in advance to the arithmetic processing unit 178, and the arithmetic processing unit 178 determines the flatness of the polished surface of the wafer 120 based on this relationship.

【００３７】また、演算処理部１７８は、受光素子１７
４からの信号と受光素子１７６からの信号とを別々に受
光素子１６２からの信号と比較し、その比率を取り、横
偏光の相対強度と縦偏光の相対強度を算出する。演算処
理部１７８には研磨面の状態と横偏光の相対強度および
縦偏光の相対強度との関係が予め与えられており、演算
処理部１７８は、この関係に基づいて、研磨面の状態を
判断する。The arithmetic processing unit 178 includes the light receiving element 17
The signal from the light receiving element 176 and the signal from the light receiving element 176 are separately compared with the signal from the light receiving element 162, the ratio is obtained, and the relative intensity of the horizontally polarized light and the relative intensity of the vertically polarized light are calculated. The relationship between the state of the polished surface and the relative intensities of the horizontally polarized light and the vertically polarized light is given to the arithmetic processing unit 178 in advance, and the arithmetic processing unit 178 determines the state of the polished surface based on this relationship. I do.

【００３８】以下、図３（Ａ）と図３（Ｂ）を参照しな
がら、ＶＬＳＩの作製途中のウェハ１２０の誘電体層１
２６が研磨により平坦化され、層間絶縁膜１２８が形成
される際の研磨面の状態の判断について説明する。Hereinafter, with reference to FIGS. 3A and 3B, the dielectric layer 1 of the wafer 120 in the process of manufacturing the VLSI will be described.
The determination of the state of the polished surface when the layer 26 is planarized by polishing to form the interlayer insulating film 128 will be described.

【００３９】図３（Ａ）に示されるように、平坦化され
る前のウェハ１２０では、誘電体層１２６の表面はメタ
ル配線１２４のパターンを反映した凹凸を有している。
ＶＬＳＩの配線は規則的な部分が多いため、誘電体層１
２６の表面の凹凸も規則的な部分を多く持つ。このよう
に規則的な凹凸を持つ表面は、これを照射する光に対し
て実質的に回折格子として作用する。As shown in FIG. 3A, in the wafer 120 before planarization, the surface of the dielectric layer 126 has irregularities reflecting the pattern of the metal wiring 124.
Since VLSI wiring has many regular parts, the dielectric layer 1
The surface irregularities of 26 also have many regular portions. Such a surface having regular irregularities substantially acts as a diffraction grating for light illuminating the surface.

【００４０】測定光Ｍi は、誘電体層１２６と研磨スラ
リ１１０の間の屈折率差により決まる臨界角よりも大き
い入射角をもって、ウェハ１２０の研磨面に入射する。
臨界角を規定するための基準面には、研磨によって得ら
れる平坦面が想定されている。研磨面に入射した測定光
Ｍi はそこで反射・回折され、反射光Ｒi と高次回折光
ＤiaとＤibが生じる。図３（Ａ）と図３（Ｂ）に描かれ
ている二つの高次回折光ＤiaとＤibは実際に生じる高次
回折光を代表的に示しており、実際には色々な高次回折
光が生じている。測定光Ｍi は、臨界角よりも大きい角
度で研磨面に入射するため、誘電体層１２６に入射し、
下層のシリコンや金属等の基板で反射した光は、正反射
方向に関して誘電体層１２６の外部に漏れないと考えて
よい。The measuring light Mi is incident on the polished surface of the wafer 120 at an incident angle larger than a critical angle determined by a difference in refractive index between the dielectric layer 126 and the polishing slurry 110.
The reference surface for defining the critical angle is assumed to be a flat surface obtained by polishing. The measurement light Mi incident on the polished surface is reflected and diffracted there, and a reflected light Ri and higher-order diffracted lights Dia and Dib are generated. The two higher-order diffracted lights Dia and Dib depicted in FIGS. 3A and 3B are representative of actually generated higher-order diffracted lights, and actually, various higher-order diffracted lights are generated. I have. Since the measurement light Mi enters the polished surface at an angle larger than the critical angle, it enters the dielectric layer 126,
It may be considered that light reflected by the lower substrate such as silicon or metal does not leak out of the dielectric layer 126 in the regular reflection direction.

【００４１】測定光Ｍi の回折効率は研磨面の凹凸の程
度に依存して変化する。従って、反射光Ｒi の強度は研
磨面の平坦さに依存して変化する。より詳しくは、反射
光Ｍi に含まれる横偏光の強度および縦偏光の強度が誘
電体層１２６の表面の平坦さに依存して変化する。これ
は、平坦な誘電体の表面の反射透過係数がその面に対す
る光の偏光面に依存することから容易に理解される。反
射透過係数の偏光依存性は例えば Max Born, Emil Wolf
著「光学の原理Ｉ」邦訳版５９−７８頁に詳しく述べら
れている。The diffraction efficiency of the measuring light Mi changes depending on the degree of unevenness of the polished surface. Therefore, the intensity of the reflected light Ri changes depending on the flatness of the polished surface. More specifically, the intensity of the horizontally polarized light and the intensity of the vertically polarized light contained in the reflected light Mi change depending on the flatness of the surface of the dielectric layer 126. This is easily understood from the fact that the reflection and transmission coefficients of a flat dielectric surface depend on the plane of polarization of light relative to that surface. The polarization dependence of the reflection and transmission coefficients can be found, for example, in Max Born, Emil Wolf
This is described in detail in "Principles of Optics I", Japanese translation, pp. 59-78.

【００４２】ウェハ１２０の研磨面が平坦化されるにつ
れて、反射光Ｒi の強度は増加し、高次回折光ＤiaとＤ
ibの強度は減少する。図３（Ｂ）に示されるように、ウ
ェハ１２０の研磨面が十分に平坦化された後では、反射
光Ｒi の強度は一定である。ここで、ウェハ１２０の研
磨面が十分に平坦化されたとは、研磨面の表面粗さが機
械化学研磨装置の研磨精度程度に達したという意味であ
る。このように平坦化された誘電体層１２８は、その上
に配線等が良好に形成され得る層間絶縁膜として機能し
得る。As the polished surface of the wafer 120 is flattened, the intensity of the reflected light Ri increases, and the higher-order diffracted lights Dia and D
The strength of the ib decreases. As shown in FIG. 3B, after the polished surface of the wafer 120 is sufficiently flattened, the intensity of the reflected light Ri is constant. Here, that the polished surface of the wafer 120 has been sufficiently flattened means that the surface roughness of the polished surface has reached the level of the polishing accuracy of the mechanical chemical polishing apparatus. The dielectric layer 128 planarized in this manner can function as an interlayer insulating film on which wirings and the like can be formed satisfactorily.

【００４３】従って、反射光Ｒi の強度を調べることに
より、誘電体層１２６が平坦化され、良好な層間絶縁膜
１２８が形成されたことが確認され得る。より正確な判
断のためには、反射光Ｒi の横偏光と縦偏光を分離して
多変量として扱うことが好ましい。雑音の要因や研磨面
の平坦さの局所的な違いのために、各偏光の多変量の経
時的な変化が特有のパターンを有することがある。この
ような場合に対してパターン判別や分類の手法として人
工知能的な手法を用いることが有効である。図５には、
Ｆ1 、Ｆ2 、Ｆ3 の順にＳｉＯ2 層の表面の平坦さが増
していることが示されている。Therefore, by examining the intensity of the reflected light Ri, it can be confirmed that the dielectric layer 126 has been planarized and a good interlayer insulating film 128 has been formed. For more accurate judgment, it is preferable that the horizontal polarization and the vertical polarization of the reflected light Ri are separated and treated as a multivariate. Due to noise factors and local differences in the flatness of the polished surface, the multivariate changes over time of each polarization may have a unique pattern. In such a case, it is effective to use an artificial intelligence technique as a technique for pattern discrimination and classification. In FIG.
It is shown that the flatness of the surface of the SiO2 layer increases in the order of F1, F2 and F3.

【００４４】次に、図４（Ａ）〜図４（Ｂ）を参照しな
がら、ＶＬＳＩの作製途中のウェハ１２０の導電体層１
３４が研磨され、層間絶縁膜１３０のコンタクトホール
１３２を埋めるメタルフラグ１３８が形成される際の研
磨面の状態の判断について説明する。Next, referring to FIGS. 4A and 4B, the conductor layer 1 of the wafer 120 in the process of manufacturing the VLSI will be described.
The determination of the state of the polished surface when the metal flag 138 that fills the contact hole 132 of the interlayer insulating film 130 is polished and formed will be described.

【００４５】図４（Ａ）に示されるように、研磨される
前のウェハ１２０では、導電体層１３４の表面には所々
に、層間絶縁膜１３０に開けられたコンタクトホール１
３２の影響により陥入部位１３６がある。このため、導
電体層１３４の表面はほぼ規則的な凹凸を有しており、
これは測定光Ｍm に対しては実質的に回折格子として作
用する。As shown in FIG. 4A, in the wafer 120 before being polished, the contact hole 1 formed in the interlayer insulating film 130 is partially formed on the surface of the conductive layer 134.
There is an invaginated site 136 due to the influence of 32. For this reason, the surface of the conductor layer 134 has substantially regular irregularities,
This substantially acts as a diffraction grating for the measuring light Mm.

【００４６】測定光Ｍm は、層間絶縁膜１３０と研磨ス
ラリ１１０の間の屈折率差により決まる臨界角よりも大
きい入射角をもって、ウェハ１２０の研磨面に入射し、
そこで反射・回折され、反射光Ｒm と高次回折光Ｄmaと
Ｄmbが生じる。図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に描かれている
二つの高次回折光ＤmaとＤmbは実際に生じる高次回折光
を代表的に示しており、実際には色々な高次回折光が生
じている。The measuring light Mm is incident on the polished surface of the wafer 120 at an incident angle larger than the critical angle determined by the refractive index difference between the interlayer insulating film 130 and the polishing slurry 110,
There, they are reflected and diffracted to produce reflected light Rm and higher-order diffracted lights Dma and Dmb. The two higher-order diffracted lights Dma and Dmb depicted in FIGS. 4A to 4C are representative of actually generated higher-order diffracted lights, and actually, various higher-order diffracted lights are generated. I have.

【００４７】測定光Ｍm の回折効率は研磨面の凹凸と研
磨面の材質に依存している。従って、反射光Ｒm の強度
は研磨面の平坦さとその材質に依存して変化する。反射
光Ｒm は導電体層１３６の表面が平坦化されるつれて強
くなり、図４（Ｂ）に示されるように十分に平坦化され
た後はほぼ一定になる。一般に知られているように、導
電体（金属）の反射率は入射光の偏光面の向きに関係無
く一定であるため、反射光Ｒm に含まれる横偏光の光強
度と縦偏光の光強度は等しい。The diffraction efficiency of the measuring light Mm depends on the unevenness of the polished surface and the material of the polished surface. Therefore, the intensity of the reflected light Rm changes depending on the flatness of the polished surface and the material thereof. The reflected light Rm becomes stronger as the surface of the conductor layer 136 is flattened, and becomes substantially constant after being sufficiently flattened as shown in FIG. As is generally known, since the reflectance of the conductor (metal) is constant regardless of the direction of the polarization plane of the incident light, the light intensity of the horizontally polarized light and the light intensity of the vertically polarized light contained in the reflected light Rm are equal.

【００４８】導電体層１３６が更に研磨され、図４
（Ｃ）に示されるように層間絶縁膜１３０が露出する
と、反射光Ｒm は図４（Ｂ）のそれに比べて弱くなる。
しかも、研磨面に導電体（金属）と絶縁体（誘電体）と
が混在し、誘電体の反射率は入射光の偏光面の向きに依
存しているため、反射光Ｒm に含まれる横偏光の光強度
と縦偏光の光強度の間に違いが生じる。The conductive layer 136 is further polished,
When the interlayer insulating film 130 is exposed as shown in FIG. 4C, the reflected light Rm becomes weaker than that in FIG.
In addition, a conductor (metal) and an insulator (dielectric) are mixed on the polished surface, and the reflectivity of the dielectric depends on the direction of the polarization plane of the incident light. There is a difference between the light intensity of the vertical polarization and the light intensity of the vertical polarization.

【００４９】従って、反射光Ｒm の強度を調べることに
よって、導電体層１３６の表面が十分に平坦化されたこ
とが確認される。さらに、反射光Ｒm に含まれる横偏光
の光強度と縦偏光の光強度を別々に調べることによっ
て、層間絶縁膜１３０が露出したことが確認される。Therefore, by examining the intensity of the reflected light Rm, it is confirmed that the surface of the conductor layer 136 has been sufficiently flattened. Further, by separately examining the light intensity of the horizontally polarized light and the light intensity of the vertically polarized light contained in the reflected light Rm, it is confirmed that the interlayer insulating film 130 has been exposed.

【００５０】図１の平坦化過程モニター装置の変形例に
ついて図６を参照しながら説明する。この変形例は、図
１の装置に対して、光源部の構成が異なるだけで、それ
以外の構成は同一である。従って、既に説明した部材は
図中に同一の参照符号で示すにとどめ、その詳しい説明
は省略する。A modification of the flattening process monitor device shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. This modified example is different from the device in FIG. 1 only in the configuration of the light source unit, and the other configurations are the same. Therefore, members already described are denoted by the same reference numerals in the drawings, and detailed description thereof will be omitted.

【００５１】図６に示されるように、光源部１５２は、
強度が安定化されたレーザー光源１５４と、光の強度を
変調する変調器１５８と、ブリュースター角を利用した
反射型偏光子１８２とを有している。反射型偏光子１８
２はガラス板からなり、これは反射面として働く平面を
有し、この平面の法線と測定光の光軸とが成す角はブリ
ュースター角よりも大きく、従って、反射型偏光子１８
２に入射した測定光は、その平面によって、その平面に
対するｓ偏光だけが反射される。反射型偏光子１８２
は、そこで反射された直線偏光がウェハの基盤面に対し
て横偏光と縦偏光を含むように、その反射面は紙面に対
して傾けて配置されている。例えば、反射型偏光子１８
２からの直線偏光が横偏光と縦偏光を等しく含むよう
に、反射型偏光子１８２の前述の平面は紙面に対して４
５度の角度で配置されている。As shown in FIG. 6, the light source 152
It has a laser light source 154 whose intensity is stabilized, a modulator 158 that modulates the intensity of light, and a reflective polarizer 182 using Brewster's angle. Reflective polarizer 18
2 is a glass plate, which has a plane acting as a reflecting surface, and the angle between the normal of this plane and the optical axis of the measuring light is larger than the Brewster angle.
The measurement light incident on 2 reflects only s-polarized light with respect to the plane by the plane. Reflective polarizer 182
The reflection surface is inclined with respect to the plane of the paper such that the linearly polarized light reflected therefrom includes the horizontal polarization and the vertical polarization with respect to the base surface of the wafer. For example, the reflective polarizer 18
The aforementioned plane of the reflective polarizer 182 is 4 ° with respect to the plane of the paper, so that the linearly polarized light from
They are arranged at an angle of 5 degrees.

【００５２】ブリュースター角を利用した反射型偏光子
１８２の使用は、レーザー光源１５４と変調器１５８と
無偏光ビームスプリッター１６０が、それらを通る光軸
が研磨布１０８の面に対して大きな角度を持って配置さ
れることを許容する。これは、これらの光学素子の配置
の自由度を増加させ、これらの光学素子の取り付けを容
易にする。従って、図６の装置は、レーザー光源１５４
と変調器１５８と無偏光ビームスプリッター１６０の支
持機構や調整機構の設計等に関して、図１の装置よりも
高い自由度を有している。The use of the reflective polarizer 182 utilizing the Brewster angle is such that the laser light source 154, the modulator 158, and the non-polarizing beam splitter 160 make the optical axis passing therethrough a large angle with respect to the surface of the polishing cloth 108. It is allowed to be held and placed. This increases the degree of freedom of the arrangement of these optical elements and facilitates the mounting of these optical elements. Accordingly, the apparatus of FIG.
1 has a higher degree of freedom than the apparatus of FIG.

【００５３】〔第二の実施の形態〕第二の実施の形態に
よる平坦化過程モニター装置について図７を参照しなが
ら説明する。図中、前述の実施の形態の説明の中で既に
述べた部材は同一の参照符号で示してあり、続く説明で
はその詳しい記述は省略する。[Second Embodiment] A flattening process monitoring apparatus according to a second embodiment will be described with reference to FIG. In the drawings, members already described in the description of the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted in the following description.

【００５４】図７に示されるように、研磨台１０６は、
溝部１５０を通ってこれを貫通する貫通穴１８６を有し
ており、その内側には空気噴射管１８８が設けられてい
る。空気噴射管１８８はその上端の噴射口から清浄な空
気を噴射する。空気噴射管１８８からの空気の噴射は、
これを受けたウェハ１２０の研磨面に残留する研磨スラ
リ１１０を除去する。光源部１５２からの測定光は、こ
の研磨スラリが除去された部分に照射される。As shown in FIG. 7, the polishing table 106
It has a through hole 186 which passes through the groove 150 and penetrates it, and an air injection tube 188 is provided inside the through hole 186. The air injection pipe 188 injects clean air from an injection port at an upper end thereof. The injection of air from the air injection pipe 188 is
The polishing slurry 110 remaining on the polished surface of the wafer 120 having received this is removed. The measurement light from the light source 152 is applied to the portion where the polishing slurry has been removed.

【００５５】空気の噴射による研磨スラリの除去は、次
に述べる二つの不利益から解放するため、測定精度を向
上させる。ウェハ１２０の研磨面に残存する研磨スラリ
は、その屈折率が誘電体層の屈折率に近いために、研磨
面の凹凸による測定光の回折効率を低下させる。この結
果、光測定部１７０に達する光が減少してしまう。The removal of the polishing slurry by the injection of air releases the following two disadvantages, thereby improving the measurement accuracy. Since the polishing slurry remaining on the polished surface of the wafer 120 has a refractive index close to that of the dielectric layer, it lowers the diffraction efficiency of measurement light due to unevenness of the polished surface. As a result, the amount of light reaching the light measurement unit 170 decreases.

【００５６】また、研磨スラリの光学的性質（光の吸収
特性と屈折率）は局所的に異なると考えられる。この様
な光学的性質の不均一さは、光測定部１７０に達する光
の強度を変化させる原因となる。例えば、ＳｉＯ2 層の
ための研磨スラリは、アルカリの溶液中に分散されたシ
リカの微粒子を含んでおり、この微粒子による測定光の
散乱は光測定部１７０で測定される光強度に変化を与え
る。It is considered that the optical properties (light absorption characteristics and refractive index) of the polishing slurry are locally different. Such non-uniformity of optical properties causes a change in the intensity of light reaching the light measuring unit 170. For example, the polishing slurry for the SiO2 layer contains silica fine particles dispersed in an alkaline solution, and the scattering of the measuring light by the fine particles changes the light intensity measured by the light measuring unit 170.

【００５７】この様な回折効率の低下や光の散乱は共に
測定精度を低下させる要因である。ウェハ１２０への空
気の噴射は、測定光が照射される部分に残存する研磨ス
ラリを除去するので、これが原因で生じる測定精度に関
する不利益が除かれ、その結果として測定精度が改善さ
れる。Such a decrease in diffraction efficiency and light scattering are both factors that lower the measurement accuracy. Injecting air into the wafer 120 removes polishing slurry remaining on the portion irradiated with the measurement light, thereby eliminating the disadvantage of measurement accuracy caused by this, and as a result, improving measurement accuracy.

【００５８】なお、ＳｉＯ2 層は親水性であるため、研
磨スラリは空気の噴射により完全に除去されるわけでは
なく、ＳｉＯ2 層の表面に数分子程度の厚さ分が残って
しまうことは避けられないが、ウェハに要求される平坦
化度は数十〜数百ｎｍ程度であることを考慮すれば、研
磨面に残存する研磨スラリの厚さ寸法はそれよりも遥か
に小さく、測定精度を大きく低減させる原因には成り得
ない。Since the SiO.sub.2 layer is hydrophilic, the polishing slurry is not completely removed by jetting air, and the surface of the SiO.sub.2 layer is prevented from having a thickness of several molecules. However, considering that the degree of planarization required for the wafer is about several tens to several hundreds of nm, the thickness dimension of the polishing slurry remaining on the polishing surface is much smaller than that, and the measurement accuracy is increased. It cannot be the cause of reduction.

【００５９】本発明は、上述の実施の形態に限るもので
はなく、その主題を逸脱しない範囲内のあらゆる実施を
含む。すなわち、前述の実施の形態に様々な変形を施す
ことは可能であるが、その様な変形はすべて本発明に含
まれる。The present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes all implementations without departing from the subject matter. That is, various modifications can be made to the above-described embodiment, but all such modifications are included in the present invention.

【００６０】[0060]

【発明の効果】本発明によれば、機械化学研磨装置によ
って研磨されている最中のウェハの研磨面の状態を調べ
るための平坦化過程モニター装置が提供される。これに
より、グローバル平坦化が良好に行なわれるようにな
り、その結果、デバイスの歩留まりや信頼性が向上され
る。According to the present invention, there is provided a flattening process monitoring apparatus for examining a state of a polished surface of a wafer being polished by a mechanical chemical polishing apparatus. As a result, global flattening can be performed favorably, and as a result, the yield and reliability of the device are improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の第一の実施の形態による平坦化過程モ
ニター装置を概略的に示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a flattening process monitoring device according to a first embodiment of the present invention.

【図２】機械化学研磨装置のウェハ保持治具の研磨台に
対する運動を示している。FIG. 2 shows the movement of a wafer holding jig of a mechanical chemical polishing apparatus with respect to a polishing table.

【図３】ＶＬＳＩの作製途中のウェハの誘電体層が研磨
により平坦化され、層間絶縁膜が形成される様子を示し
ている。FIG. 3 shows a state in which a dielectric layer of a wafer in the process of manufacturing a VLSI is planarized by polishing to form an interlayer insulating film.

【図４】ＶＬＳＩの作製途中のウェハの導電体層が研磨
され、層間絶縁膜のコンタクトホールを埋めるメタルフ
ラグが形成される様子を示している。FIG. 4 illustrates a state in which a conductive layer of a wafer in the process of manufacturing a VLSI is polished to form a metal flag that fills a contact hole in an interlayer insulating film.

【図５】反射光の横偏光と縦偏光を多変量として扱うこ
とにより得られる、各偏光の経時的な変化のパターンを
示している。FIG. 5 shows a temporal change pattern of each polarization obtained by treating the horizontal polarization and the vertical polarization of the reflected light as multivariate.

【図６】図１の平坦化過程モニター装置の変形例の装置
を概略的に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a modification of the planarization process monitor of FIG. 1;

【図７】本発明の第二の実施の形態による平坦化過程モ
ニター装置を概略的に示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view schematically illustrating a planarization process monitoring device according to a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１５２ 光源部 １６４ 射出窓 １６６ 受光窓 １６８ 絞り １７０ 光測定部 １７８ 演算処理部 152 Light source unit 164 Emission window 166 Light receiving window 168 Aperture 170 Light measurement unit 178 Operation processing unit

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】機械化学研磨装置によって研磨されている
最中のウェハの研磨面の状態を調べるための平坦化過程
モニター装置であって、 偏光面が制御された測定光を射出する光源部と、 測定光を研磨の最中のウェハの研磨面に対して臨界角よ
りも大きい角度で入射させる手段と、 ウェハで反射・回折された光の中から特定の方向に伝搬
する光を選別する手段と、 選別された光の強度に対応した信号を生成する光測定部
と、 光測定部からの信号に基づいてウェハの研磨面の状態を
算出する演算処理部とを有している、機械化学研磨装置
用の平坦化過程モニター装置。1. A flattening process monitoring device for examining a state of a polished surface of a wafer being polished by a mechanical chemical polishing device, comprising: a light source unit for emitting measurement light whose polarization plane is controlled; Means for causing the measurement light to enter the polished surface of the wafer being polished at an angle larger than the critical angle; and means for selecting light propagating in a specific direction from light reflected and diffracted by the wafer. A light measuring unit that generates a signal corresponding to the intensity of the selected light, and a processing unit that calculates a state of the polished surface of the wafer based on the signal from the light measuring unit. Flattening process monitor for polishing equipment. 【請求項２】請求項１において、光測定部は、 選別された光を互いに直交する二つの偏光成分の光に分
離する手段と、 分離された一方の偏光成分の光を受けその強度に対応す
る信号を出力する第一の受光素子と、 分離された他方の偏光成分の光を受けその強度に対応す
る信号を出力する第二の受光素子とを有している、機械
化学研磨装置用の平坦化過程モニター装置。2. The light measuring section according to claim 1, wherein the light measuring section comprises means for separating the selected light into two polarized light components orthogonal to each other, and receives the separated one polarized light component and responds to the intensity thereof. A first light-receiving element for outputting a signal to be transmitted, and a second light-receiving element for receiving light of the other separated polarization component and outputting a signal corresponding to the intensity thereof, for a mechanical chemical polishing apparatus. Monitoring device for flattening process. 【請求項３】請求項１において、 機械化学研磨装置の研磨台はこれを貫通する貫通穴を有
し、 平坦化過程モニター装置は貫通穴の内側に設けられた空
気噴射管を更に有しており、空気噴射管はその上端の噴
射口から清浄な空気を噴射し、空気噴射管からの空気の
噴射によってウェハの研磨面に残留する研磨スラリが除
去され、この部分に光源部からの測定光が照射される、
機械化学研磨装置用の平坦化過程モニター装置。3. The polishing table according to claim 1, wherein the polishing table of the mechanical chemical polishing apparatus has a through hole penetrating the polishing table, and the flattening process monitoring device further includes an air injection pipe provided inside the through hole. The air injection pipe injects clean air from an injection port at the upper end thereof, and the polishing slurry remaining on the polishing surface of the wafer is removed by the injection of air from the air injection pipe. Is irradiated,
Flattening process monitor for mechanical chemical polishing equipment.
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