JP2004106123A - Polishing method, cmp equipment, and film thickness measuring instrument - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨方法、ＣＭＰ装置及び膜厚測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学機械的研磨）を行なう際、予め決まった量を過不足無く研磨を行なうことが求められている。従来から、所定量の研磨を行なうための方法は種々提案されている。
例えば、ストッパとして剛性の高い金属からなるパターンを予め基板の上に形成して研磨を行なう方法が提案されている。研磨が進行してストッパが露出すると急激にターンテーブルのトルク電流が増加する。したがって、残したい膜厚となるようにパターンを予め形成しておき、トルク電流の急激な増加を検知して研磨を停止するようにすれば、決まった量の研磨を行なうことができる。
しかし、ストッパを形成するためのプロセスが別に必要になること、ストッパを形成するスペースが基板上に別に必要となるため基板の有効面積が小さくなること、というデメリットがある。
また、研磨時間を管理することで、研磨量を調整する方法も提案されている。しかし、研磨レートは環境によってばらつきがあるため、同じ時間だけ研磨しても研磨量にばらつきが生じるという欠点がある。すなわち、スラリーの湿度や温度、スラリーの流量変化、研磨布の状態などが研磨を行なうために変動するため、研磨レートがロットごとに異なってしまうのである。こうした欠点に対して、ロットの中の一枚の基板を先行ウエハとして、一定時間研磨後の研磨量を測定して研磨レートを算出した後、その他の基板を研磨する方法も考えられている。しかし、ロットごとに先行ウエハで研磨レートを測定するという工程が別途必要になってしまう。また、先行ウエハを研磨しすぎると、先行ウエハを活用することができなくなってしまう関係上、先行ウエハは少なめに削る必要が生じる。その結果、研磨レートを測定した後、再度先行ウエハを研磨するという余分な工程が必要になってしまう。
【０００３】
このような欠点を解決するために、基板ごとにリアルタイムで研磨量を測定することが出来るような研磨方法が求められている。
この一例として、特開平１１−１６２８９４号公報には、プロセスの終点検出（エンドポイント）に関する技術が開示されている。この方法は、加工開始から所定時間Ｍが経過するまでの間を第１時間領域とし、時間ｍだけ重畳するように第２時間領域を設定し、以下同様に時間領域を区切るとともに（当該図面の図３参照）、各時間領域について、研磨テーブル６を回転させる駆動モータの駆動電流値の共分散を計算し、例えば連続する時間領域について共分散が所定値をとったときをプロセスの終点と認識するような終点検出方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、共分散が変化するのは、層と層の境界部分であるから、層の中途まで研磨を行なうような場合は、上記方法は不適である。また、共分散がどのような値を具体的にとったときにプロセスの終点と認識すれば良いかの判断も容易でなく、必ずしも精度良く研磨量を調整できる方法ではない。
また、関連する技術として反射光量の変化から研磨状態をモニタリングする技術（特開２０００−２７６２２１号公報）も開示されているが、光を照射し、反射光を検知するための手段が別途必要になるというデメリットがある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、簡素な構成で精度良く研磨量を管理できるような研磨方法等を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、研磨クロスを備えるテーブルをモータで回転させて被加工物を研磨する研磨方法において、研磨中における前記モータのトルク電流値を、研磨プロセスに応じて区分された区間ごとに取得する工程と、各区間におけるトルク電流値を説明変数とした重回帰式に基いて被加工物の研磨レートをリアルタイムに算出し、この研磨レートと研磨する予定の膜厚値とから研磨時間を決定する工程とを備える研磨方法である。
また、本発明は前記被加工物を研磨していないときに、ドレッサを用いてドレッシングを行なうドレッシング工程を備え、このドレッシング工程における前記モータのトルク電流値および前記研磨プロセスに応じて区分された各区間におけるトルク電流値とを説明変数とした重回帰式に基いて被加工物の研磨時間または研磨レートを求めることを特徴とする前記研磨方法である。
また、前記トルク電流値の時間に対する変化率に基いて前記研磨プロセスの区分を行なうことを特徴とする前記研磨方法である。
また、研磨クロスを備えるテーブルをモータで回転させて被加工物を研磨する研磨方法において、研磨中における前記モータのトルク電流値を、前記トルク電流値の変化率に基いて分割された区分ごとに取得し、各トルク電流値に基いて前記被加工物の研磨時間または研磨レートを決定することを特徴とする研磨方法である。
【０００６】
また、研磨クロスを備えるテーブルを回転させて被加工物を研磨する研磨工程と、前記被加工物を研磨していないときに、ドレッサを用いてドレッシングを行なうドレッシング工程とを備える研磨方法において、前記ドレッシング工程における前記テーブルの回転トルクを示す情報に基いて前記研磨工程における前記被加工物の研磨時間を決定することを特徴とする研磨方法である。
また、研磨クロスを備えるテーブルと、このテーブルを回転駆動させるモータと、このモータのトルク電流に基いて被加工物の研磨時間または研磨レートを決定する決定手段とを備えるＣＭＰ装置において、前記決定手段は、研磨中における前記モータのトルク電流値を、研磨プロセスに応じて区分された区間ごとに取得する手段と、各区間におけるトルク電流値を説明変数とした重回帰式に基いて被加工物の研磨時間を決定する手段とを備えることを特徴とするＣＭＰ装置である。
また、研磨クロスを備えるテーブルと、このテーブルを回転駆動させるモータとを少なくとも備えるＣＭＰ装置の前記モータのトルク電流に基いた信号を入力として被加工物の研磨時間を決定する膜厚測定装置において、研磨中における前記モータのトルク電流値を、研磨プロセスに応じて区分された区間ごとに取得する手段と、各区間におけるトルク電流値を説明変数とした重回帰式に基いて被加工物の研磨時間を決定する手段と、前記研磨時間に達した時点で前記ＣＭＰ装置に研磨を終了させるための信号を出力させる手段とを備えることを特徴とする膜厚測定装置である。
【０００７】
また、半導体領域を有する基板に成膜を行なう工程と、成膜された基板の研磨を行なう工程とを備える半導体装置の製造方法において、前記研磨工程は、研磨クロスを備えるテーブルをモータで回転させる工程と、研磨中における前記モータのトルク電流値を、研磨プロセスに応じて区分された区間ごとに取得する工程と、各区間におけるトルク電流値を説明変数とした重回帰式に基いて被加工物の研磨時間を決定する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について図面を用いて説明する。
図１は、本実施の形態に係るＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学機械的研磨）装置１０の概略構成を示した図であり、図２はこのＣＭＰ装置１０の研磨本体部分１２の概略構成を示した図である。
図１に示されるようにこのＣＭＰ装置１０は、研磨部１２と膜厚測定部１４（モニタ部）とに大分される。モニタ部１４は、具体的にはＡＤカード１６と、データベース１８（ＤＢ）を有するパーソナルコンピュータ２０（ＰＣ）とから構成されている。研磨部１２のターンテーブル２２を回転駆動させるモータのトルク電流（巻線電流）の値は、ＡＤカードによりデジタル変換され、ＰＣ２０に取り込まれる。ＰＣ２０にあっては、入力されたトルク電流値及び重回帰式を用いたアルゴリズムを利用して研磨量を計算し、所定の研磨量に達したときに、研磨を終了させる制御信号を研磨部１２に送信する構成となっている。
研磨部１２（図２参照）は、一般的なＣＭＰ装置を適用可能であり、例えば、表面に研磨布（研磨クロス）２４が貼り付けられた円盤状のターンテーブル２２が、図示しない駆動モータにより軸中心に回転駆動するとともに、この研磨布２４に対向するように、円盤状のドレッサ２６及び円盤状のトップリング２８が配設されている構成である。これらドレッサ２６及びトップリング２８は、ターンテーブル２２よりも小径であるとともに、必要に応じて研磨布２４と接触または離間可能なように、鉛直方向に移動可能な構成となっている。これらドレッサ２６及びトップリング２８の回転軸は、ターンテーブル２２の回転軸と略平行であるとともに、図２に示されるようにそれぞれ同方向で回転する。
【０００９】
ドレッサ２６は、良く知られているように、研磨プロセスにより研磨布２４に残留した残留物を除去等するためのものであり、本実施の形態にあっては、１枚のウエハを研磨するごとにドレッサ２６を用いてドレッシングを行なう。
また、トップリング２８は、静電チャック方式等の方式で被加工物であるウエハＷを支持するものであり、ウエハＷを砥液を介して研磨布２４方向に押圧することによりウエハＷの研磨を行なう。ドレッシング時には、研磨が行なわれないようにウエハＷを上方に退避させる。
これらドレッサ２６及びトップリング２８も、それぞれ図示しないモータにより回転駆動される構成となっている。
さらに、各モータはインバータにより駆動制御されるものであるが、研磨プロセス及びドレッシングプロセスともに一定速度でターンテーブル２２が回転駆動するように駆動制御されている。このため、回転を妨げるような抵抗が大きくなると、回転トルクを大きくしようとして大電流がモータ巻線に流れ、抵抗が小さくなると回転トルクを小さくしようモータ巻線に流れる電流が小さくなる。こうした電流値は、ＡＤカード１６を介してＰＣ１８に逐時取り込まれる。
【００１０】
なお、研磨プロセスにおいては、砥液等供給部３０から砥液及び分散剤が供給される。本実施の形態においては、砥液としていわゆるＤＬＳ（Ｄｉｓｈｉｎｇｌｅｓｓ Ｓｌｕｒｒｙ）が用いられる。このＤＬＳを用いると、高圧力で接触する部分の研磨レートをそうでない部分の研磨レートの約２倍に保つことが可能となる。
上記したようなＣＭＰ装置１０を用いて研磨を行なう。
図３に被加工物の一例を示す。シリコン基板Ｓ上に金属配線Ｗが複数本形成させた後、基板全面にＣＶＤによりＳｉＯ２が絶縁膜Ｉとして成膜されたものである。このため、表面は凹凸状となっている。このようなシリコン基板Ｓを鉛直下側、すなわち凹凸な基板表面と研磨布２４とが対向するようにトップリング２８で保持して研磨が行なわれる。
図４は一連のプロセス（ドレッシングプロセス及び研磨プロセスを含む）におけるターンテーブル２２のトルク電流の時間変化を示したグラフである。グラフにおいて１０秒前後から２５秒くらいまでの約１５秒間は、トルク電流が約１．５Ａ程度でほぼ安定している。この時間帯では、ドレッサ２６により研磨布２４がドレッシングされている。このとき、ウエハＷは上方に退避しており研磨は行なわれていない。この時間帯において、ドレッサ２６は、研磨布２４方向にほぼ一定圧力で押圧しているため、この時間帯のトルク電流はほぼ一定である。
【００１１】
２５秒から５０秒前の間はドレッシングから研磨工程への移行期間である。この間、トルク電流は０．３Ａ程度で安定するが、これはターンテーブル２２の回転を妨げるような負荷がほとんど発生していないため小電流でターンテーブル２２の一定回転が可能なためである。
５０秒付近で研磨プロセスが開始されトルク電流が約３Ａに増加する。これはウエハＷが砥液越しに研磨布２４を押圧するためターンテーブル２２の回転を妨げるような摩擦力が発生するためである。そして、トルク電流はなだらかに増加して６４秒時点でほぼ３．４Ａとなる。このように次第にトルク電流が増加するのは、研磨が進行するに従って凸部が平坦化されるため次第に負荷が増加するためである。６４秒付近から７３秒までの間トルク電流はそれまでよりも大きな変化率でトルク電流は増加し、３５秒時点でほぼ４Ａとなる。その後、トルク電流はほぼ４Ａで一定となる。これは研磨により凹凸がほぼ消失し、平坦となったためと考えられる。
その後、下の重回帰式に基いてＰＣにより研磨レートが算出される。
Ｐ／Ｒ＝−１５０・Ｔ１＋８００・Ｔ２−１５００Ｔ３＋１３００・Ｔ４−３０００
ここで、Ｐ／Ｒは研磨レートを示している。また、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は重回帰式の説明変数であり、夫々区間▲１▼（１２秒〜１８秒：ドレッシング時）、区間▲２▼（５３秒〜６６秒：ウエハＷの表面に凹凸が残っている状態）、区間▲３▼（６６秒〜７６秒：ウエハＷの表面に凹凸が残っている状態）、区間▲４▼（７６秒〜９８秒：ウエハＷがほぼ平坦になった状態）におけるトルク電流の平均値が代入される。また、重回帰式の偏回帰係数は、Ｐ／Ｒを解とするように、各区間▲１▼〜▲４▼において種々のトルク電流で研磨を行なったときの研磨量を測定することにより求められる実験的な値である。
【００１２】
そして、Ｐ／Ｒに基いて、残りの研磨量と、残りの研磨時間を求め、その研磨時間に達した時点で研磨を停止する。停止信号は、ＰＣから研磨部１２へと送信される。
このように、ドレッシングを含む一連の研磨工程の複数の区間について回転トルク電流と研磨レートとの相関を予め求めておくとともに、モータの回転トルク電流をリアルタイムで取り込んで各区間における回転トルク電流を説明変数とする重回帰式に基いて枚葉で（研磨を行なうごとに）研磨量を管理することとしたので、精度良いエンドポイント検出が可能となる。
また、研磨工程のみならず、ドレッシング工程におけるトルク電流（回転トルクを示す情報）を用いて研磨時間を決定したのでより一層精度の良いエンドポイント検出が可能になった。すなわち、研磨布２４の状態は、研磨を行なうに従って刻々と変化するものであるが、ドレッシング時におけるトルク電流がまさに研磨布２４の状態を示す情報であるとの知見を得て、これを利用してエンドポイント検出を行なうこととした。図５にドレッシング時におけるターンテーブル２２の平均トルク電流と、研磨レートの関係を表したグラフを示す。縦軸は、１ｍｉｎごとの研磨量（ｎｍ）であり（すなわち研磨レート）、横軸はドレッシング時におけるターンテーブル２２の平均トルク電流（Ａ）である。この図に示されるように、平均トルク電流が大きいほど、研磨レートは小さくなり、平均トルク電流が小さいほど研磨レートが大きくなることがわかった。従って、ドレッシング工程におけるモータのトルク電流（駆動電流）値が大きいほど研磨時間が長くなるように研磨時間を決定すればよい（このことは、重回帰式でＴ１に負の偏回帰係数が付されていることにも示される）。
【００１３】
また、例えば区間▲４▼における平均トルク電流と研磨レートとの関係を図６に示す。この図に示されるように、区間▲４▼（ほぼトルク電流が一定となった研磨プロセス）にあっては、平均トルク電流が大きいほど研磨レートが大きくなることがわかる。従って、この区間におけるモータのトルク電流（駆動電流）値が大きいほど研磨時間が短くなるように研磨時間を決定すればよい。
また、区分の仕方は、ドレッシング工程、研磨工程という明らかに異なるプロセスで区分することのみならず、同じ研磨工程の中でも区分することも含む。本実施の形態においては、研磨工程を区分▲２▼，▲３▼，▲４▼に区分した。すなわち、トルク電流の増加率に基いて、増加率が変化している区間（▲２▼及び▲３▼）と、増加率がほぼ一定している区間（▲４▼）に区分した。さらに区分▲２▼と区分▲３▼も、増加率の変化率が小さい区間（▲２▼）と、変化率が大きい区間（▲３▼）に区分した。本実施の形態においては、トルク電流の変化率が異なる区間では、異なるプロセスが発生しているものと扱って区分したものである。このようにトルク電流の変化率に応じて区分しておき、予めその区分の平均トルク電流と、研磨レートとの関係をとっておけば、より精度の高い終点検出が可能となる。
【００１４】
また、さらに細かく区分し、その区分の平均トルク電流と、研磨レートの関係を出して、終点検出を行なっても良い。逆に区分数を少なくしても良い。
また、ターンテーブル２２の回転トルクを示す情報であれば、トルク電流以外の情報を用いても良い。
なお、ＤＬＳ以外の研磨プロセスに応じて同様の相関関係を求めておけば、その他の研磨プロセスにも適用可能である。このような情報は、例えばＤＢ２０に記録すればよい。すなわち、各説明変数の係数は、実験的に求められたものに過ぎず、研磨対象やプロセス、研磨条件（例えば砥液流量）等に応じて種々変化するものであるから、各条件に応じて種々の係数をＤＢ２０に保存することで、種々の研磨に適用可能である。
また、単純化のために区間のトルク電流の平均値を説明変数としたが、その他の値を用いても良い。また、重回帰式ではなくとも、その他の多変量解析手法を用いてエンドポイント検出を行なっても良い。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、研磨クロスや砥液流量等の変化の影響の小さいエンドポイント検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の本実施の形態に係るＣＭＰ装置１０の概略構成を示した図。
【図２】本発明の実施の形態におけるＣＭＰ装置１０の研磨本体部分１２の概略構成を示した図。
【図３】被加工物の一例を示した図。
【図４】本発明の実施の形態において、一連の研磨プロセス（ドレッシングプロセス及び研磨プロセスを含む）におけるターンテーブル２２のトルク電流の時間変化を示した図。
【図５】本発明の実施の形態において、ドレッシング時におけるターンテーブル２２の平均トルク電流と、研磨レートの関係を表した図。
【図６】本発明の実施の形態において、研磨中における平均トルク電流と研磨レートとの関係を示した図。
【符号の説明】
１０ ＣＭＰ装置，１２ 研磨部，２２ ターンテーブル，２４ 研磨布，２６ ドレッサ，Ｗ ウエハ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a polishing method, a CMP device, and a film thickness measuring device.
[0002]
[Prior art]
When performing CMP (Chemical Mechanical Polishing), it is required that a predetermined amount be polished without excess or deficiency. Conventionally, various methods for performing a predetermined amount of polishing have been proposed.
For example, a method has been proposed in which a pattern made of a highly rigid metal is formed on a substrate in advance as a stopper and polishing is performed. When the polishing progresses and the stopper is exposed, the torque current of the turntable rapidly increases. Therefore, a predetermined amount of polishing can be performed by forming a pattern in advance so as to have a desired film thickness and stopping the polishing by detecting a sudden increase in torque current.
However, there are disadvantages in that a separate process for forming the stopper is required, and an effective area of the substrate is reduced because a space for forming the stopper is separately required on the substrate.
Further, a method of adjusting the polishing amount by controlling the polishing time has been proposed. However, since the polishing rate varies depending on the environment, there is a disadvantage that the polishing amount varies even if polishing is performed for the same time. That is, since the humidity and temperature of the slurry, the change in the flow rate of the slurry, the state of the polishing cloth, and the like change for polishing, the polishing rate differs from lot to lot. To cope with such a drawback, a method has been considered in which one substrate in a lot is used as a preceding wafer, a polishing amount is measured after polishing for a certain period of time, a polishing rate is calculated, and then other substrates are polished. However, a separate step of measuring the polishing rate for the preceding wafer for each lot is required separately. In addition, if the preceding wafer is polished too much, the preceding wafer cannot be utilized, so that the preceding wafer needs to be slightly shaved. As a result, an extra step of polishing the preceding wafer again after measuring the polishing rate is required.
[0003]
In order to solve such a defect, a polishing method capable of measuring a polishing amount in real time for each substrate is required.
As an example of this, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-162894 discloses a technique relating to end point detection (end point) of a process. In this method, a period from the start of machining until a predetermined time M elapses is set as a first time region, a second time region is set so as to overlap by a time m, and the time regions are similarly divided (see FIG. For each time domain, the covariance of the drive current value of the drive motor for rotating the polishing table 6 is calculated, and for example, when the covariance takes a predetermined value for continuous time domains, it is recognized as the end point of the process. This is an end point detection method.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the covariance changes at the boundary between layers, the above method is unsuitable when polishing is performed halfway through the layer. Further, it is not easy to determine what value the covariance takes specifically when it is necessary to recognize the end point of the process, and it is not always a method that can accurately adjust the polishing amount.
As a related technique, a technique of monitoring a polishing state from a change in the amount of reflected light (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-276221) is also disclosed. However, means for irradiating light and detecting reflected light is separately required. There is a disadvantage that it becomes.
The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to provide a polishing method or the like that can accurately control a polishing amount with a simple configuration.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a polishing method for polishing a workpiece by rotating a table provided with a polishing cloth by a motor, wherein a torque current value of the motor during polishing is obtained for each section divided according to a polishing process. And calculating a polishing rate of the workpiece in real time based on a multiple regression equation using a torque current value in each section as an explanatory variable, and determining a polishing time from the polishing rate and a film thickness to be polished. And a polishing method comprising:
Further, the present invention includes a dressing step of performing dressing using a dresser when the workpiece is not polished, wherein each of the motors is classified according to a torque current value of the motor and the polishing process in the dressing step. The above polishing method is characterized in that a polishing time or a polishing rate of a workpiece is obtained based on a multiple regression equation using a torque current value in a section as an explanatory variable.
The polishing method is characterized in that the polishing process is divided based on a rate of change of the torque current value with respect to time.
Further, in a polishing method for polishing a workpiece by rotating a table provided with a polishing cloth by a motor, a torque current value of the motor during polishing is divided into sections based on a change rate of the torque current value. The polishing method is characterized in that a polishing time or a polishing rate of the workpiece is determined based on the obtained torque current values.
[0006]
Further, in a polishing method comprising: a polishing step of rotating a table provided with a polishing cloth to polish a workpiece; and a dressing step of performing dressing using a dresser when the workpiece is not polished. A polishing method characterized in that a polishing time of the workpiece in the polishing step is determined based on information indicating a rotation torque of the table in a dressing step.
Further, in a CMP apparatus comprising: a table having a polishing cloth; a motor for driving the table to rotate; and a determining means for determining a polishing time or a polishing rate of a workpiece based on a torque current of the motor. Means for obtaining the torque current value of the motor during polishing for each section divided according to the polishing process, and a method for obtaining the torque current value of the workpiece based on the multiple regression equation using the torque current value in each section as an explanatory variable. Means for determining a polishing time.
Also, a table provided with a polishing cloth, and a film thickness measuring device that determines a polishing time of a workpiece by inputting a signal based on a torque current of the motor of a CMP device including at least a motor that rotationally drives the table, Means for obtaining the torque current value of the motor during polishing for each section divided according to the polishing process; and polishing time of the workpiece based on the multiple regression equation using the torque current value in each section as an explanatory variable. And a means for outputting a signal for terminating polishing to the CMP apparatus when the polishing time has been reached.
[0007]
Further, in the method for manufacturing a semiconductor device including a step of forming a film on a substrate having a semiconductor region and a step of polishing the formed substrate, the polishing step includes rotating a table including a polishing cloth with a motor. A process, a step of obtaining a torque current value of the motor during polishing for each section divided according to a polishing process, and a work piece based on a multiple regression equation using the torque current value in each section as an explanatory variable. Determining a polishing time for the semiconductor device.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a view showing a schematic configuration of a CMP (Chemical Mechanical Polishing)
As shown in FIG. 1, the
As the polishing unit 12 (see FIG. 2), a general CMP apparatus is applicable. For example, a disk-shaped turntable 22 having a polishing cloth (polishing cloth) 24 adhered to a surface thereof is driven by a drive motor (not shown). In this configuration, a disk-shaped dresser 26 and a disk-shaped top ring 28 are arranged so as to rotate around the axis and to face the polishing pad 24. The dresser 26 and the top ring 28 are smaller in diameter than the turntable 22 and are configured to be movable in the vertical direction so that they can be in contact with or separated from the polishing pad 24 as needed. The rotation axes of the dresser 26 and the top ring 28 are substantially parallel to the rotation axis of the turntable 22, and rotate in the same direction as shown in FIG.
[0009]
As is well known, the dresser 26 is for removing a residue remaining on the polishing pad 24 by a polishing process. In the present embodiment, the dresser 26 is used for polishing one wafer. Is dressed using a dresser 26.
The top ring 28 supports the wafer W as a workpiece by a method such as an electrostatic chuck method, and presses the wafer W in the direction of the polishing cloth 24 via an abrasive liquid to polish the wafer W. Perform At the time of dressing, the wafer W is retracted upward so that polishing is not performed.
The dresser 26 and the top ring 28 are also driven to rotate by motors (not shown).
Further, each motor is driven and controlled by an inverter, and is driven and controlled such that the turntable 22 is driven to rotate at a constant speed in both the polishing process and the dressing process. For this reason, when the resistance that hinders rotation increases, a large current flows through the motor winding to increase the rotational torque, and when the resistance decreases, the current that flows through the motor winding decreases to reduce the rotational torque. These current values are sequentially taken into the PC 18 via the AD card 16.
[0010]
In the polishing process, an abrasive liquid and a dispersant are supplied from an abrasive
Polishing is performed using the
FIG. 3 shows an example of the workpiece. After a plurality of metal wirings W are formed on a silicon substrate S, SiO 2 is formed as an insulating film I on the entire surface of the substrate by CVD. For this reason, the surface is uneven. Polishing is performed by holding such a silicon substrate S with a top ring 28 such that the polishing cloth 24 faces the vertically lower side, that is, the uneven substrate surface.
FIG. 4 is a graph showing a time change of the torque current of the turntable 22 in a series of processes (including a dressing process and a polishing process). In the graph, for about 15 seconds from about 10 seconds to about 25 seconds, the torque current is almost stable at about 1.5 A. During this time period, the polishing pad 24 is dressed by the dresser 26. At this time, the wafer W is retracted upward and polishing is not performed. In this time period, the dresser 26 presses the polishing pad 24 in the direction of the polishing pad 24 with a substantially constant pressure, so that the torque current in this time period is substantially constant.
[0011]
The period from 25 seconds to 50 seconds before is a transition period from the dressing to the polishing step. During this time, the torque current stabilizes at about 0.3 A, because a load that hinders the rotation of the turntable 22 is hardly generated, so that the turntable 22 can rotate at a constant current with a small current.
At around 50 seconds, the polishing process starts and the torque current increases to about 3A. This is because the wafer W presses the polishing pad 24 over the polishing liquid, so that a frictional force is generated that hinders the rotation of the turntable 22. Then, the torque current gradually increases to approximately 3.4 A at 64 seconds. The reason why the torque current gradually increases in this manner is that the load gradually increases because the protrusions are flattened as polishing proceeds. From around 64 seconds to 73 seconds, the torque current increases at a larger rate of change than before, and reaches approximately 4 A at 35 seconds. Thereafter, the torque current becomes constant at approximately 4A. This is presumably because the unevenness almost disappeared due to the polishing and became flat.
Thereafter, the polishing rate is calculated by the PC based on the multiple regression equation below.
P / R = -150T1 + 800T2-1500T3 + 1300T4-3000
Here, P / R indicates a polishing rate. Further, T1, T2, T3, and T4 are explanatory variables of the multiple regression equation, and each of the section (1) (12 seconds to 18 seconds: at the time of dressing) and section (2) (53 seconds to 66 seconds: the surface of the wafer W) , Section (3) (66 seconds to 76 seconds: a state in which irregularities remain on the surface of the wafer W), section (4) (76 seconds to 98 seconds: the wafer W is almost flat). The average value of the torque current in the above state) is substituted. The partial regression coefficient of the multiple regression equation is obtained by measuring the amount of polishing when polishing is performed with various torque currents in each section (1) to (4) so that P / R is used as a solution. Is an experimental value.
[0012]
Then, the remaining polishing amount and the remaining polishing time are obtained based on the P / R, and the polishing is stopped when the remaining polishing time is reached. The stop signal is transmitted from the PC to the polishing unit 12.
As described above, the correlation between the rotational torque current and the polishing rate is obtained in advance for a plurality of sections of a series of polishing steps including dressing, and the rotational torque current of the motor is taken in real time to explain the rotational torque current in each section. Since the polishing amount is controlled for each wafer (every time polishing is performed) based on the multiple regression equation as a variable, accurate endpoint detection can be performed.
Further, since the polishing time is determined not only by the polishing step but also by using the torque current (information indicating the rotational torque) in the dressing step, it is possible to detect the end point with higher accuracy. That is, although the state of the polishing pad 24 changes every moment as polishing is performed, the knowledge that the torque current at the time of dressing is exactly the information indicating the state of the polishing pad 24 is obtained, and this is used. Endpoint detection. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the average torque current of the turntable 22 during dressing and the polishing rate. The vertical axis represents the polishing amount (nm) per minute (that is, the polishing rate), and the horizontal axis represents the average torque current (A) of the turntable 22 during dressing. As shown in this figure, it has been found that the polishing rate decreases as the average torque current increases, and the polishing rate increases as the average torque current decreases. Therefore, the polishing time may be determined such that the larger the torque current (drive current) of the motor in the dressing process, the longer the polishing time (this is because a negative partial regression coefficient is added to T1 in the multiple regression equation). Is also shown).
[0013]
FIG. 6 shows the relationship between the average torque current and the polishing rate in the section (4), for example. As shown in this figure, in the section (4) (polishing process in which the torque current is almost constant), it can be seen that the polishing rate increases as the average torque current increases. Therefore, the polishing time may be determined such that the larger the torque current (drive current) of the motor in this section, the shorter the polishing time.
In addition, the method of division includes not only the distinction between the dressing step and the polishing step but distinctly different processes, but also the division within the same polishing step. In the present embodiment, the polishing step is divided into sections (2), (3), and (4). That is, on the basis of the increase rate of the torque current, the section is divided into a section where the increase rate changes ((2) and (3)) and a section where the increase rate is almost constant ((4)). In addition, the sections (2) and (3) are also divided into a section (2) where the rate of change of the increase rate is small and a section (3) where the rate of change is large. In the present embodiment, sections in which the rate of change of the torque current is different are classified by treating different processes as occurring. As described above, if the torque current is classified according to the change rate of the current and the relationship between the average torque current and the polishing rate is determined in advance, the end point can be detected with higher accuracy.
[0014]
Further, the end point detection may be performed by further subdividing the area and obtaining the relationship between the average torque current and the polishing rate in the section. Conversely, the number of sections may be reduced.
Further, any information other than the torque current may be used as long as the information indicates the rotation torque of the turntable 22.
Note that if a similar correlation is obtained according to a polishing process other than DLS, the present invention can be applied to other polishing processes. Such information may be recorded in the
Further, for simplicity, the average value of the torque current in the section is used as the explanatory variable, but another value may be used. Further, the end point detection may be performed by using other multivariate analysis methods instead of the multiple regression equation.
[0015]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to detect an end point that is less affected by a change in the polishing cloth, the flow rate of the polishing liquid, and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a polishing main body portion 12 of the
FIG. 3 is a diagram showing an example of a workpiece.
FIG. 4 is a diagram showing a time change of a torque current of the turntable 22 in a series of polishing processes (including a dressing process and a polishing process) in the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between an average torque current of the turntable 22 and a polishing rate during dressing in the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between an average torque current during polishing and a polishing rate in the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 CMP apparatus, 12 polishing unit, 22 turntable, 24 polishing cloth, 26 dresser, W wafer.
Claims (10)
研磨中における前記モータのトルク電流値を、研磨プロセスに応じて区分された区間ごとに取得する工程と、
各区間におけるトルク電流値を説明変数とした重回帰式に基いて被加工物の研磨レートをリアルタイムに算出し、この研磨レートと研磨する予定の膜厚値とから研磨時間を決定する工程とを備えることを特徴とする研磨方法。In a polishing method for polishing a workpiece by rotating a table having a polishing cloth with a motor,
A step of obtaining the torque current value of the motor during polishing for each section divided according to a polishing process,
Calculating a polishing rate of the workpiece in real time based on a multiple regression equation using a torque current value in each section as an explanatory variable, and determining a polishing time from the polishing rate and a film thickness to be polished. A polishing method, comprising:
このドレッシング工程における前記モータのトルク電流値および前記研磨プロセスに応じて区分された各区間におけるトルク電流値とを説明変数とした重回帰式に基いて被加工物の研磨時間を求めることを特徴とする請求項１記載の研磨方法。When the workpiece is not polished, comprises a dressing step of dressing using a dresser,
The polishing time of the workpiece is obtained based on a multiple regression equation using the torque current value of the motor in the dressing step and the torque current value in each section divided according to the polishing process as an explanatory variable. The polishing method according to claim 1, wherein the polishing is performed.
研磨中における前記モータのトルク電流値を、前記トルク電流値の変化率に基いて分割された区分ごとに取得し、各トルク電流値に基いて前記被加工物の研磨時間を決定することを特徴とする研磨方法。In a polishing method for polishing a workpiece by rotating a table having a polishing cloth with a motor,
A torque current value of the motor during polishing is obtained for each of the divided sections based on a change rate of the torque current value, and a polishing time of the workpiece is determined based on each torque current value. And polishing method.
前記ドレッシング工程における前記テーブルの回転トルクを示す情報に基いて前記研磨工程における前記被加工物の研磨時間を決定することを特徴とする研磨方法。A polishing method comprising: a polishing step of rotating a table provided with a polishing cloth to polish a workpiece, and a dressing step of performing dressing using a dresser when the workpiece is not polished,
A polishing method, comprising: determining a polishing time of the workpiece in the polishing step based on information indicating a rotation torque of the table in the dressing step.
前記決定手段は、
研磨中における前記モータのトルク電流値を、研磨プロセスに応じて区分された区間ごとに取得する手段と、
各区間におけるトルク電流値を説明変数とした重回帰式に基いて被加工物の研磨時間を決定する手段とを備えることを特徴とするＣＭＰ装置。A table including a polishing cloth, a motor for rotating the table, and a CMP apparatus including a determination unit for determining a polishing time of a workpiece based on a torque current of the motor,
The determining means comprises:
Means for obtaining the torque current value of the motor during polishing, for each section divided according to the polishing process,
Means for determining a polishing time of a workpiece based on a multiple regression equation using a torque current value in each section as an explanatory variable.
研磨中における前記モータのトルク電流値を、研磨プロセスに応じて区分された区間ごとに取得する手段と、
各区間におけるトルク電流値を説明変数とした重回帰式に基いて被加工物の研磨時間を決定する手段と、
前記研磨時間に達した時点で前記ＣＭＰ装置に研磨を終了させるための信号を出力させる手段とを備えることを特徴とする膜厚測定装置。A table provided with a polishing cloth, and a film thickness measuring device that determines a polishing time of a workpiece by inputting a signal based on a torque current of the motor of a CMP device having at least a motor that rotationally drives the table
Means for obtaining the torque current value of the motor during polishing, for each section divided according to the polishing process,
Means for determining the polishing time of the workpiece based on the multiple regression equation with the torque current value in each section as an explanatory variable,
Means for outputting a signal for terminating polishing to the CMP apparatus when the polishing time has been reached.
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