JP2005252036A - Method and system of chemicalmechanical polishing and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、化学的機械的研磨（Chemical Mechanical Polishing：ＣＭＰ）に際しての研磨レート等の研磨条件を研磨実績に基づき精度高く算出するのに適用して有効な技術に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device manufacturing technique, and in particular, a technique that is effective when applied to accurately calculate polishing conditions such as a polishing rate in chemical mechanical polishing (CMP) based on polishing results. It is about.
以下に説明する技術は、本発明を完成するに際し、本発明者によって検討されたものであり、その概要は次のとおりである。 The technology described below has been studied by the present inventors in completing the present invention, and the outline thereof is as follows.
化学的機械的研磨技術は、近年、益々半導体装置の高集積化が要求されるなか、半導体ウエハの高精度平坦化において極めて重要な技術として位置づけられている。化学的機械的研磨は、回転する研磨パッドと半導体ウエハの被研磨面との間に、砥粒と薬液とからなるスラリーを供給しながら行う研磨である。 In recent years, the chemical mechanical polishing technique is positioned as an extremely important technique in high-precision planarization of semiconductor wafers as semiconductor devices are increasingly required to be highly integrated. Chemical mechanical polishing is polishing performed while supplying a slurry composed of abrasive grains and a chemical solution between a rotating polishing pad and a surface to be polished of a semiconductor wafer.
かかる化学的機械的研磨では、実際の製品ウエハの研磨に先立ち、ダミーウエハを用いて使用する化学的機械的研磨装置での基準の研磨レートを設定する。かかる設定された基準研磨レートで実際のウエハを何枚か先行研磨し、先行研磨した結果から研磨時間の過不足を確認し、先に設定した基準研磨レートに適した最適研磨時間を設定してその後の製品研磨を行う。基準研磨レートは、研磨時間の設定精度を含めて、研磨の良否を左右する極めて重要なファクターであるため、その後の製品研磨において、定期的に見直しを行いできるだけ正確な値を用いるようにしている。 In such chemical mechanical polishing, prior to actual polishing of a product wafer, a reference polishing rate in a chemical mechanical polishing apparatus used using a dummy wafer is set. Pre-polishing some actual wafers at the set reference polishing rate, confirming whether the polishing time is excessive or insufficient based on the results of the preceding polishing, and setting the optimum polishing time suitable for the previously set reference polishing rate The product is then polished. Since the reference polishing rate is an extremely important factor that determines the quality of polishing, including the setting accuracy of the polishing time, it is regularly reviewed in subsequent product polishing to use the most accurate value possible. .
このように、化学的機械的研磨においては製品ウエハの研磨を開始する前に、ダミーウエハを用いたり、先行研磨を行ったり等して、製品ウエハの基準研磨レートの設定をも含めて諸種の研磨条件を設定するためにかなりの前作業を行っている。 As described above, in chemical mechanical polishing, various types of polishing including setting of the reference polishing rate of the product wafer are performed by using a dummy wafer or performing prior polishing before starting the polishing of the product wafer. A considerable amount of pre-work has been done to set the conditions.
また、適切な基準研磨レートが設定できない場合には、かかる研磨レートに基づき所定時間かけて化学的機械的研磨した結果が研磨不足や過剰研磨となり、追加研磨あるいは研磨済みウエハの廃棄に繋がり、結果として化学的機械的研磨工程のスループットを著しく低下させることとなる。 In addition, when an appropriate reference polishing rate cannot be set, the result of chemical mechanical polishing over a predetermined time based on the polishing rate results in insufficient polishing or excessive polishing, resulting in additional polishing or disposal of the polished wafer, resulting in As a result, the throughput of the chemical mechanical polishing process is significantly reduced.
そこで、かかる研磨レートを効率よく、高精度に算出する技術が求められている。かかる技術の一つとして、研磨前の膜厚データと研磨後の膜厚データの差と、実際の研磨時間とから、最新の研磨レートを算出し、工場ホストコンピュータからプロセスレシピ情報を最適レシピとして化学的機械的研磨装置へ設定する技術が提案されている（特許文献１参照）。 Therefore, a technique for calculating such a polishing rate efficiently and with high accuracy is required. As one of such technologies, the latest polishing rate is calculated from the difference between the film thickness data before polishing and the film thickness data after polishing, and the actual polishing time, and the process recipe information from the factory host computer as the optimum recipe A technique for setting a chemical mechanical polishing apparatus has been proposed (see Patent Document 1).
被研磨材の研磨前の厚さ、研磨時間、研磨後の厚さ及び被研磨体の厚さの目標値を含むパラメータと演算子を用いて、任意に設定された計算式に基づき被研磨体の最適研磨時間を算出する技術も提案されている（特許文献２参照）。 The object to be polished based on an arbitrarily set calculation formula using parameters and operators including the target value of the thickness before polishing, the polishing time, the thickness after polishing and the thickness of the object to be polished. A technique for calculating the optimum polishing time is also proposed (see Patent Document 2).
さらには、推定研磨レートを算出して、品種／工程／製造設備ごとに推定研磨時間を決定する技術も提案されている（特許文献３参照）。
ところが、上記研磨レートの設定技術においては、以下の課題があることを本発明者は見出した。 However, the present inventor has found that the above polishing rate setting technique has the following problems.
すなわち、特許文献１記載の技術では、被研磨パターン形状または被研磨膜質によって研磨レートが異なるため、多品種生産には不向きな研磨レートの設定技術である。 That is, the technique described in Patent Document 1 is a technique for setting a polishing rate that is unsuitable for multi-product production because the polishing rate differs depending on the shape of the pattern to be polished or the quality of the film to be polished.
特許文献２記載の方法では、装置消耗部材の状態により時々刻々と変化する研磨レートの変動が考慮されておらず、研磨レート算出の精度を高めることは期待できない。また、かかる技術では、最適研磨時間を算出するための計算式の決定方法が述べられておらず、どのようにして研磨レートの算出を行えばよいか不明である。 In the method described in Patent Document 2, the fluctuation of the polishing rate that changes every moment depending on the state of the apparatus consumable member is not taken into consideration, and it is not expected to increase the accuracy of the polishing rate calculation. Further, in this technique, a method for determining a calculation formula for calculating the optimum polishing time is not described, and it is unclear how the polishing rate should be calculated.
一方、特許文献３に記載の技術では、重み付けを用いて推定研磨レートの算出を行うことができるように配慮されている。しかし、かかる重み付けの定義が不明確である。そのため、推定研磨レート自体の定義が曖昧となり、算出する推定研磨レートの精度を確保することができない。さらには、モデル式が実際とズレていた場合には、その補正機能がないため、研磨量あるいは研磨時間のコントロールができない不都合もある。 On the other hand, in the technique described in Patent Document 3, consideration is given so that the estimated polishing rate can be calculated using weighting. However, the definition of such weighting is unclear. For this reason, the definition of the estimated polishing rate itself becomes ambiguous, and the accuracy of the estimated polishing rate to be calculated cannot be ensured. In addition, when the model formula is not exactly the same, there is a disadvantage that the amount of polishing or the polishing time cannot be controlled because there is no correction function.
また、実際の化学的機械的研磨においては、研磨対象としている膜の凹凸パターンによって、研磨状況が大きく変わるが、かかる点の研磨レートへの配慮を行った技術は見られない。 Further, in actual chemical mechanical polishing, the polishing situation varies greatly depending on the uneven pattern of the film to be polished, but no technology that takes into consideration the polishing rate in this respect has been found.
さらに、化学的機械的研磨においては、同一ロットの製品ウエハの研磨においても、複数台の化学的機械的研磨装置を使用したり、あるいは一台の化学的機械的研磨装置でも、複数の研磨ヘッドを使用したりする場合があり、かかる装置間あるいはヘッド間の差としての所謂機差の研磨レートへの影響を考慮した技術が見当たらない。本発明者は、精度の高い研磨レートの算出には、かかる点の配慮を行うことが重要であると考えた。 Further, in chemical mechanical polishing, even when polishing the same lot of product wafers, a plurality of chemical mechanical polishing apparatuses can be used, or even a single chemical mechanical polishing apparatus can be used with a plurality of polishing heads. However, there is no technique that takes into account the influence of the so-called machine difference as a difference between the apparatuses or the heads on the polishing rate. The present inventor has considered that it is important to consider this point in calculating a highly accurate polishing rate.
本発明の目的は、化学的機械的研磨における研磨レートや研磨時間の設定を高精度に行えるようにすることにある。 An object of the present invention is to enable the setting of a polishing rate and a polishing time in chemical mechanical polishing with high accuracy.
他の本発明の目的は、化学的機械的研磨における研磨レートや研磨時間の設定に際して、装置間の機差を考慮できるようにすることにある。 Another object of the present invention is to enable consideration of machine differences between apparatuses when setting a polishing rate and a polishing time in chemical mechanical polishing.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
研磨レートあるいは研磨時間の算出式を、膜質に関するパラメータ、研磨対象の膜の凹凸パターンに関するパラメータ、装置間機差を示すパラメータを入れた式とすることで、膜質、凹凸パターン、装置間機差に基づく影響を考慮した研磨レート、研磨時間の算出を行う。 The formula for calculating the polishing rate or polishing time is a formula that includes parameters related to film quality, parameters related to the uneven pattern of the film to be polished, and parameters indicating machine-to-machine differences. The polishing rate and polishing time are calculated in consideration of the influence based on the above.
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。 Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.
研磨レートあるいは研磨時間の算出式に、膜質に関するパラメータ、凹凸パターンに関するパラメータ、化学的機械的研磨装置の装置間機差に関するパラメータを含めることで、高精度の化学的機械的研磨を行うことができる。 Highly accurate chemical mechanical polishing can be performed by including parameters relating to film quality, parameters relating to uneven patterns, and parameters relating to machine-to-machine differences in chemical mechanical polishing equipment in the calculation formula for polishing rate or polishing time. .
かかる研磨レートを、実際の製品ウエハの研磨実績に基づき補正することで、より研磨レートの算出精度を高めることができ、より一層の研磨工程の効率化を図ることができる。 By correcting the polishing rate based on the actual polishing result of the product wafer, the calculation accuracy of the polishing rate can be further increased, and the efficiency of the polishing process can be further improved.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材等には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof may be omitted.
本発明の化学的機械的研磨方法では、新規の算出式を用いて、研磨レートあるいは研磨時間等の研磨条件を算出して、化学的機械的研磨を行う。かかる新規の算出式は、化学的機械的研磨対象の製品ウエハに依存する項、製品ウエハを化学的機械的研磨する装置に依存する項とから構成され、かかる各々の項が演算子により結合されている。 In the chemical mechanical polishing method of the present invention, the chemical mechanical polishing is performed by calculating a polishing condition such as a polishing rate or a polishing time using a new calculation formula. Such a new calculation formula is composed of a term that depends on the product wafer to be chemically mechanically polished and a term that depends on an apparatus for chemically and mechanically polishing the product wafer, and these terms are combined by an operator. ing.
製品ウエハに依存する項は、使用する化学的機械的研磨装置の研磨条件への影響が同様と見做せる条件で、研磨条件への膜質等の膜性状の影響を専ら示すパラメータＡと、研磨条件への研磨対象の膜の凹凸パターン等の起伏状態の影響を専ら示すパラメータＢとを少なくとも有している。パラメータＡとパラメータＢとは各々独立に数値設定することができるものとする。かかるパラメータＡ、Ｂは、それぞれ演算子で結合され、製品ウエハに依存する項を構成している。 The term that depends on the product wafer is a condition that the influence on the polishing conditions of the chemical mechanical polishing apparatus to be used is considered to be the same. Parameter A that exclusively indicates the influence of film properties such as film quality on the polishing conditions, and polishing At least a parameter B that exclusively indicates the influence of the undulation state such as the uneven pattern of the film to be polished on the conditions. It is assumed that the parameter A and the parameter B can be numerically set independently. The parameters A and B are combined by an operator and constitute a term that depends on the product wafer.
また、パラメータＡ、Ｂの数値データは、設計データ、あるいは製品ウエハの研磨実績の測定結果等に基づき、必要に応じて、変更あるいは編集等して更新することができる。 Also, the numerical data of the parameters A and B can be updated by changing or editing as necessary based on the design data or the measurement result of the polishing result of the product wafer.
本明細書で製品ウエハとは、化学的機械的研磨を施す生産対象であるウエハを意味し、化学的機械的研磨の条件出し等に使用されるダミーウエハと区別するために用いた言葉である。 In the present specification, the product wafer means a wafer that is a production target to be subjected to chemical mechanical polishing, and is a term used to distinguish it from a dummy wafer used for setting conditions for chemical mechanical polishing.
パラメータＡに関しての膜性状とは、研磨条件に影響を及ぼす膜の化学的性状、あるいは物理的性状を意味するもので、膜性状の一例としては、膜の硬さや柔らかさを示す膜質が挙げられる。 The film property relating to the parameter A means a chemical property or physical property of the film that affects the polishing conditions. Examples of the film property include a film quality indicating the hardness and softness of the film. .
パラメータＢに関しての起伏状態とは、化学的機械的研磨の対象となる膜面の凹凸の状態を意味するもので、膜がカバーしている下層のパターン密度、成膜時の膜厚均一性の乱れ等に起因して発生する起伏の状態を意味している。 The undulation state with respect to the parameter B means an uneven state of the film surface to be subjected to chemical mechanical polishing. The pattern density of the lower layer covered by the film, and the film thickness uniformity during film formation It means the undulating state caused by turbulence and the like.
研磨実績とは、製品ウエハの化学的機械的研磨を実際に行ってその研磨状況を数値として把握できるものを意味し、例えば、研磨後の膜厚、研磨量等がその意味するものの一例として挙げられる。 Polishing results mean that the chemical mechanical polishing of the product wafer is actually performed and the polishing status can be grasped as a numerical value, for example, the film thickness after polishing, the polishing amount, etc. are examples of what it means It is done.
研磨条件とは、化学的機械的研磨装置で実際に化学的機械的研磨を行わせるにあたり、考慮する条件を意味し、例えば、研磨量、研磨速度、研磨レート、あるいは研磨時間等を一例として挙げることができる。 The polishing condition means a condition to be considered when actually performing chemical mechanical polishing with a chemical mechanical polishing apparatus. For example, a polishing amount, a polishing rate, a polishing rate, a polishing time, or the like is given as an example. be able to.
また、装置に依存する項は、研磨対象とする製品ウエハの研磨条件への影響が同様と見做せる条件で、研磨条件への化学的機械的研磨装置の影響を専らに示すパラメータＣを有する。パラメータＣは化学的機械的研磨装置毎に設定することができるものとし、装置に依存する項を構成する。 Further, the term depending on the apparatus has a parameter C that exclusively indicates the influence of the chemical mechanical polishing apparatus on the polishing condition under the condition that the influence on the polishing condition of the product wafer to be polished is considered to be the same. . The parameter C can be set for each chemical mechanical polishing apparatus, and constitutes a term depending on the apparatus.
パラメータＣは、複数台の化学的機械的研磨装置を使用する場合には、上記のように、個々の化学的機械的研磨装置毎に各々設定することができる。また、例えば、１台の化学的機械的研磨装置でも複数の研磨ヘッドを有するマルチヘッド構成の場合には、複数の研磨ヘッド毎にパラメータＣを設定する。従って、かかるパラメータＣは、装置間の機差を示すパラメータとして把握することができる。 The parameter C can be set for each chemical mechanical polishing apparatus as described above when a plurality of chemical mechanical polishing apparatuses are used. For example, in the case of a multi-head configuration having a plurality of polishing heads even with one chemical mechanical polishing apparatus, the parameter C is set for each of the plurality of polishing heads. Therefore, the parameter C can be grasped as a parameter indicating a machine difference between apparatuses.
加減乗除（＋、−、×、÷）のいずれかを示す演算子を記号＊で示せば、本発明に係る算出式は、次のように表すことができる。すなわち、
研磨条件（研磨レート、研磨時間等）＝製品ウエハ依存項＊装置依存項・・・式１
製品ウエハ依存項＝ｆ（Ａ、Ｂ）、装置依存項＝ｇ（Ｃ）；ｆ、ｇは関数・・・式２
上記算出式をより具体的に示す一例としては、以下の式を挙げることができる。以下の算出式では、膜性状に依存するパラメータＡ、膜の起伏状態に依存するパラメータＢ、装置間機差に依存するパラメータＣがそれぞれ演算子を介して結合されている。すなわち、
研磨レート＝｛（研磨前膜厚−目標膜厚）−（Ｂ＋Ｃ）｝／（Ａ×研磨時間）・・・式３
研磨時間＝｛（研磨前膜厚−目標膜厚）−（Ｂ＋Ｃ）｝／（Ａ×研磨レート）・・・式４
上記式４は、式３を変形したもので同一式である。
If an operator indicating any of addition / subtraction / multiplication / division (+, −, ×, ÷) is indicated by a symbol *, the calculation formula according to the present invention can be expressed as follows. That is,
Polishing conditions (polishing rate, polishing time, etc.) = Product wafer dependent term * device dependent term.
Product wafer dependent term = f (A, B), device dependent term = g (C); f, g are functions.
As an example showing the above calculation formula more specifically, the following formula can be given. In the following calculation formula, a parameter A that depends on the film properties, a parameter B that depends on the undulation state of the film, and a parameter C that depends on the machine-to-device difference are combined via operators. That is,
Polishing rate = {(film thickness before polishing−target film thickness) − (B + C)} / (A × polishing time) Equation 3
Polishing time = {(film thickness before polishing−target film thickness) − (B + C)} / (A × polishing rate) Equation 4
The above formula 4 is a modified version of the formula 3 and is the same formula.
上記式３あるいは式４の研磨量を示す（研磨前膜厚−目標膜厚）は、Ａ×（研磨レート×研磨時間）＋（Ｂ）の項と、Ｃからなる項とが、演算子で結合された式である。Ａ×（研磨レート×研磨時間）＋（Ｂ）は、パラメータＡ、Ｂが演算子で結合された製品ウエハ依存の項と言える。Ｃの項は、装置間の機差を示すパラメータＣからなる装置依存項と言うことができる。すなわち、式３あるいは式４は、式１、あるいは式２をより具体的に例示したものと言える。 The polishing amount of the above formula 3 or 4 (film thickness before polishing−target film thickness) is an operator of the term A × (polishing rate × polishing time) + (B) and the term consisting of C. It is a combined expression. A × (polishing rate × polishing time) + (B) can be said to be a product wafer-dependent term in which parameters A and B are combined by an operator. The term C can be said to be a device-dependent term consisting of a parameter C indicating the machine difference between devices. That is, it can be said that Formula 3 or Formula 4 is a more specific example of Formula 1 or Formula 2.
本発明者は、かかる提案の算出式を、製品ウエハの実際の化学的機械的研磨を観察する中で、化学的機械的研磨状況をよく近似するものとして見出した。 The present inventor has found the proposed calculation formula as a close approximation of the chemical mechanical polishing situation in observing the actual chemical mechanical polishing of the product wafer.
すなわち、実際の製品ウエハの化学的機械的研磨で、化学的機械的研磨を行いながら、膜厚をモニタリングすると、対数近似的に膜厚が研磨時間と共に変化する。かかる様子を研磨量と研磨時間との２軸のグラフとして示すと、例えば、図１（ａ）、（ｂ）に示すようになる。すなわち、化学的機械的研磨の状況は、対数近似曲線ｈで把握することができる。対数近似曲線ｈ上の点Ｐが、目標研磨量を示す点である。 That is, when the film thickness is monitored while performing chemical mechanical polishing on the actual chemical mechanical polishing of the product wafer, the film thickness changes logarithmically with the polishing time. Such a state is shown as a biaxial graph of the polishing amount and the polishing time, for example, as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b). That is, the state of chemical mechanical polishing can be grasped by the logarithmic approximate curve h. A point P on the logarithmic approximate curve h is a point indicating the target polishing amount.
尚、図１（ａ）に示す場合は、研磨対象の製品ウエハの膜表面における凹凸パターンの凸部で膜厚モニタリングを行った場合であり、図１（ｂ）の場合は凹部で膜厚モニタリングを行った場合である。 In the case shown in FIG. 1A, the film thickness is monitored at the convex portion of the concavo-convex pattern on the film surface of the product wafer to be polished. In the case of FIG. 1B, the film thickness is monitored at the concave portion. Is the case.
本発明者は、対数近似曲線ｈは、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、研磨開始から目標研磨量に達して研磨が終了するまでの推移が、研磨される側の製品ウエハの状況に依存して、大きく２パターンに分けられることに気がついた。かかるパターンを、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、被研磨パターンＩ、IIとして示した。 As shown in FIGS. 1A and 1B, the present inventor has shown that the transition from the start of polishing to the target polishing amount and the end of polishing is the product wafer on the polishing side, as shown in FIGS. I noticed that it can be divided into two patterns depending on the situation. Such patterns are shown as polished patterns I and II as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b).
研磨前の膜表面に凹凸起伏がある状態から、化学的機械的研磨を開始してある程度に膜表面が平らになる迄のパターン（図中、被研磨パターンＩと表示）と、膜表面がある程度平らになった後、目標膜厚まで膜表面全体が化学的機械的研磨されて行く迄のパターン（図中、被研磨パターンIIと表示）とに分けられることに気がついた。実際の研磨状況は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、被研磨パターンＩを経て、被研磨パターンIIに推移すると把握することができる。 From the state where the film surface is uneven before and after polishing, the pattern from the start of chemical mechanical polishing until the film surface becomes flat to some extent (indicated as pattern I to be polished in the figure) and the film surface to some extent After flattening, it was noticed that the entire film surface was chemically and mechanically polished up to the target film thickness (denoted as polishing pattern II in the figure). As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), the actual polishing state can be grasped when the pattern changes to the polishing pattern II via the polishing pattern I.
図１（ａ）の場合を例に挙げて説明すると、被研磨パターンＩでは、化学的機械的研磨が開始されると、研磨対象の膜表面の凹凸パターンの凸部が当初研磨されて行くため、単位時間当たりの研磨量は大きく急峻に上昇している。研磨が進行して、凸部が少なくなるにつれて、単位時間当たりの研磨量を示す急峻なカーブの傾きは鈍ってくる。 The case of FIG. 1A will be described as an example. In the polished pattern I, when chemical mechanical polishing is started, the convex portions of the concavo-convex pattern on the film surface to be polished are initially polished. The amount of polishing per unit time has increased greatly and steeply. As the polishing progresses and the number of convex portions decreases, the steep curve indicating the polishing amount per unit time becomes dull.
図１（ａ）に示すように、研磨開始からｔ１時間経過後には、単位時間当たりの研磨量は略一定の傾きの直線で近似できるようになってくる。かかる時間ｔ１が、被研磨パターンＩから被研磨パターンIIへの変わり目の時間である。被研磨パターンＩは、膜の起伏状態の影響が専ら研磨量、研磨速度、研磨時間等の研磨条件に影響を与えているパターンと理解することができる。 As shown in FIG. 1A, the polishing amount per unit time can be approximated by a straight line having a substantially constant slope after the elapse of t1 time from the start of polishing. The time t1 is a time at which the pattern to be polished I changes to the pattern to be polished II. The to-be-polished pattern I can be understood as a pattern in which the influence of the undulation state of the film exclusively affects the polishing conditions such as the polishing amount, the polishing rate, and the polishing time.
一方、研磨時間ｔ１経過後は、化学的機械的研磨の上記研磨条件に影響するファクターは、膜表面の凹凸パターン等の起伏状態ではなくなり、膜質等の膜性状の影響が主として出てくると理解することができる。すなわち、被研磨パターンＩの領域ではパラメータＢの影響が大きく効き、被研磨パターンIIの領域ではパラメータＡの影響が大きく効くものと、本発明者は把握した。 On the other hand, it is understood that after the polishing time t1, the factor affecting the above polishing conditions for chemical mechanical polishing is not the undulation state such as the concavo-convex pattern on the film surface, and the influence of the film properties such as the film quality mainly appears. can do. That is, the present inventor has grasped that the influence of the parameter B is greatly effective in the region of the polished pattern I and that the influence of the parameter A is greatly effective in the region of the polished pattern II.
化学的機械的研磨に際しては、理想的には、かかる実際の化学的機械的研磨状況を示す対数近似曲線ｈの式を求めて、かかる式から研磨レートあるいは研磨時間等の必要な研磨条件を算出して、化学的機械的研磨を行えば、実際の化学的機械的研磨状況に則した研磨レートあるいは研磨時間の推定ができ好ましい。しかし、現実には、種々の要因を考慮した対数近似曲線ｈは複雑な式となることが予想され、数式として実際に関数表示することは現実的には困難である。 In chemical mechanical polishing, ideally, an equation of a logarithmic approximation curve h indicating the actual chemical mechanical polishing state is obtained, and necessary polishing conditions such as a polishing rate or a polishing time are calculated from the equation. Thus, it is preferable to perform chemical mechanical polishing because it is possible to estimate the polishing rate or polishing time in accordance with the actual chemical mechanical polishing situation. However, in reality, the logarithmic approximate curve h considering various factors is expected to be a complex expression, and it is actually difficult to actually display the function as an expression.
そこで、如何に、かかる対数近似曲線ｈで示される実際の化学的機械的研磨状況に合わせた近似式を算出式として導き出すことができるかが、より正確な研磨レート、あるいは研磨時間の推定算出に際して必要なこととなる。 Therefore, how to calculate an approximate expression in accordance with the actual chemical mechanical polishing situation indicated by the logarithmic approximate curve h as a calculation formula is more accurate in estimating and calculating the polishing rate or polishing time. It will be necessary.
本発明者は、このような中、対数近似曲線ｈの近似といっても、対数近似曲線ｈの全体を近似する必要はないと考えた。対数近似曲線ｈのうち、被研磨パターンＩの領域に属する部分は、上記説明のように、化学的機械的研磨開始当初の状況を示す部分で、最終研磨量を示す研磨終点は、被研磨パターンIIの領域に存在する筈である。 Under such circumstances, the present inventor considered that it is not necessary to approximate the entire logarithmic approximate curve h even if it is approximated to the logarithmic approximate curve h. In the logarithmic approximate curve h, the portion belonging to the region of the pattern I to be polished is a portion indicating the initial state of chemical mechanical polishing as described above, and the polishing end point indicating the final polishing amount is the pattern to be polished. It should be present in the area of II.
そこで、被研磨パターンIIの領域における対数近似曲線ｈ部分の近似が行えればよいのではないかと着想した。 Accordingly, the inventors have conceived that it is only necessary to approximate the logarithmic approximate curve h in the region of the polished pattern II.
図１（ａ）に示すように、被研磨パターンIIの領域では、対数近似曲線ｈは、傾きが一定の直線で推移しており、かかる部分は対数近似曲線ｈの漸近線として十分に良好な近似を行うことができると考えた。研磨終点を示す点、すなわち、最終研磨量を示す点は、かかる漸近線の直線式上にあると仮定しても十分に有効なものと考えられる。かかる漸近線を直線ｉ（図中、太線表示）として示す。直線ｉは、切片を有する直線式で示される筈である。 As shown in FIG. 1A, in the region of the polished pattern II, the logarithmic approximate curve h is a straight line with a constant slope, and such a portion is sufficiently good as an asymptotic line of the logarithmic approximate curve h. We thought that approximation could be done. Even if it is assumed that the point indicating the polishing end point, that is, the point indicating the final polishing amount, is on the linear formula of the asymptotic line, it is considered to be sufficiently effective. Such an asymptote is shown as a straight line i (indicated by a bold line in the figure). The straight line i is a ridge shown by a linear expression having an intercept.
直線ｉは、図１（ａ）に示すように、被研磨パターンIIの領域では、膜質等の膜性状に依存し、且つ、研磨時間、研磨レート（単位時間当たりの研磨量）に比例する関数として表現できる筈である。膜質等の膜性状に関するパラメータと研磨時間との関数となる。 As shown in FIG. 1A, the straight line i is a function that depends on film properties such as film quality and is proportional to the polishing time and the polishing rate (polishing amount per unit time) in the region of the pattern II to be polished. It can be expressed as This is a function of a parameter relating to film properties such as film quality and polishing time.
一方、切片部分は、研磨対象の膜表面の凹凸パターン等の起伏状態の影響を示す被研磨パターンＩの領域に起因しているものと見做すことができる。そこで、かかる切片部分は、凹凸パターンに関係するパラメータの関数となるものと思われる。 On the other hand, the cut portion can be considered to be caused by a region of the pattern I to be polished which shows the influence of the undulation state such as the uneven pattern on the surface of the film to be polished. Therefore, it is considered that such a section becomes a function of parameters related to the uneven pattern.
そこで、本発明者は、上記諸点を考慮して、前述の如く膜質等の膜性状に関してのパラメータをＡ、膜の凹凸パターン等の起伏状態に関するパラメータをＢ、装置間機差に関してのパラメータをＣとすれば、例えば、以下の近似式が成立するものと着想した。 In view of the above points, the present inventor considered that the parameters related to the film properties such as the film quality are A, the parameters related to the undulation state such as the concavo-convex pattern of the film are B, and the parameters related to the machine difference between the devices are C Then, for example, the idea is that the following approximate expression holds.
すなわち、
研磨量＝（Ａ×研磨レート×研磨時間＋Ｂ）＊Ｃ・・・式５
上記式５では、装置間機差に関してのパラメータＣは、加減乗除のいずれかの演算子を用いて、研磨パラメータＡ、Ｂに関与していることを示している。
That is,
Polishing amount = (A × polishing rate × polishing time + B) * C Equation 5
In the above formula 5, it is shown that the parameter C relating to the machine difference between apparatuses is involved in the polishing parameters A and B by using any operator of addition, subtraction, multiplication and division.
本発明者は、装置間の機差として、現実的に化学的機械的研磨に影響を及ぼす場合としては、例えば、研磨時間の計時開始と実際の研磨開始とに時間差が発生している場合を挙げることができる。すなわち本来０であるべき時間差が０でない場合がある。かかる時間差は、化学的機械的研磨装置間で、同一時間を設定しても、実際の研磨時間が装置毎に異なるもので、装置間の機差として研磨量等の研磨条件に影響を及ぼすこととなる。 The present inventor, as a machine difference between apparatuses, actually affects chemical mechanical polishing, for example, when there is a time difference between the start of polishing time measurement and the actual start of polishing. Can be mentioned. That is, the time difference that should be zero in some cases is not zero. Even if the same time is set between chemical mechanical polishing devices, the actual time is different for each device, and the time difference affects the polishing conditions such as the polishing amount. It becomes.
例えば、かかる計時開始と研磨開始との時間差を示すものとして機差を示すパラメータＣを定義すれば、パラメータＣは、図１（ａ）における対数近似曲線ｈの立ち上がり位置が原点０ではなく、ズレた位置から立ち上がることとなり、結果的には、直線ｉの切片の値に影響を及ぼすものとなる筈である。 For example, if the parameter C indicating the machine difference is defined as indicating the time difference between the start of time measurement and the start of polishing, the parameter C is not the origin 0 at the rising position of the logarithmic approximate curve h in FIG. As a result, the value of the intercept of the straight line i should be affected.
そこで、機差を示すパラメータＣとして、例えば、計時開始と研磨開始の時間差等を挙げれば、上記式５は、以下のように表すことができる。すなわち、
研磨量＝Ａ×研磨レート×研磨時間＋Ｂ＋Ｃ・・・式６
ここで、研磨量は、化学的機械的研磨を施す前の膜厚と、目標膜厚との差に依存するため、研磨量に研磨前膜厚−目標膜厚を代入することで、上記式６は、前述の式３あるいは式４に帰属することとなる。
Therefore, as the parameter C indicating the machine difference, for example, if the time difference between the start of timing and the start of polishing is given, the above formula 5 can be expressed as follows. That is,
Polishing amount = A × polishing rate × polishing time + B + C Equation 6
Here, since the polishing amount depends on the difference between the film thickness before chemical mechanical polishing and the target film thickness, the above formula is obtained by substituting the film thickness before polishing−target film thickness into the polishing amount. 6 belongs to the above-mentioned formula 3 or formula 4.
このように本発明で用いる算出式は、実際の化学的機械的研磨状況を示す対数近似曲線ｈの実際の目標研磨量に係る部分を直線として近似することで得られた式であり、実際の化学的機械的研磨状況に沿って精度高く、研磨レート、研磨時間の算出を行うことができる式と言える。 Thus, the calculation formula used in the present invention is an equation obtained by approximating a portion relating to the actual target polishing amount of the logarithmic approximation curve h indicating the actual chemical mechanical polishing situation as a straight line. It can be said that the calculation of the polishing rate and the polishing time can be performed with high accuracy in accordance with the chemical mechanical polishing situation.
一方、化学的機械的研磨において、パラメータＡ、Ｂを考慮しないこれまでの方法では、対数表示の研磨量は研磨時間に比例するという仮定を行っていた。かかる場合を、図１（ａ）で示すと、縦軸に対数研磨量、横軸に研磨時間を示すグラフで、原点０と目標研磨量を示す点Ｐとを通る直線ｇとして近似して、化学的機械的研磨状況の把握をしていたこととなる。すなわち、目標研磨量を示す点Ｐに至るまでは、研磨レートは一定で、研磨量は時間に比例すると仮定する考え方である。 On the other hand, in the chemical mechanical polishing, in the conventional methods that do not consider the parameters A and B, it is assumed that the logarithmic amount of polishing is proportional to the polishing time. In such a case, as shown in FIG. 1 (a), the logarithmic polishing amount is plotted on the vertical axis and the polishing time is plotted on the horizontal axis, and approximated as a straight line g passing through the origin 0 and the point P indicating the target polishing amount, It was to grasp the chemical mechanical polishing situation. That is, it is an idea that the polishing rate is constant and the polishing amount is proportional to time until the point P indicating the target polishing amount is reached.
直線ｇによるこれまでの近似方法では、図１（ａ）からも明らかなように、実際の化学的機械的研磨状況を示す対数近似曲線ｈとの相似部分は見つけ難い。一方、本発明で提案する式３、あるいは式４、あるいは式６として表現される算出式は、前述の如く、被研磨パターンIIの領域で対数近似曲線ｈを十分に近似している。 In the conventional approximation method using the straight line g, as is apparent from FIG. 1A, it is difficult to find a similar part to the logarithmic approximation curve h indicating the actual chemical mechanical polishing state. On the other hand, the calculation expression expressed as the expression 3, 4 or 6 proposed in the present invention sufficiently approximates the logarithmic approximate curve h in the region of the polished pattern II as described above.
そのため本発明で提案する算出式を用いることで、最適な研磨時間を精度高く設定することができる。例えば、目標研磨量を示す点Ｐまで化学的機械的研磨を行ったが、目標研磨量の設定不具合等により、さらに追加研磨を行い最終研磨量を示す点Ｑを再設定する必要が発生したとする。 Therefore, the optimum polishing time can be set with high accuracy by using the calculation formula proposed in the present invention. For example, the chemical mechanical polishing is performed up to the point P indicating the target polishing amount, but it is necessary to perform additional polishing and reset the point Q indicating the final polishing amount due to the setting failure of the target polishing amount. To do.
この場合、最終研磨量を示す点Ｑは、対数近似曲線ｈの被研磨パターンII領域の点Ｐより先にある筈である。かかる場合に、追加研磨に必要な時間は、図１（ａ）に示すように、研磨時間ｔｐ、ｔｑの差であるΔｔｑとなる。 In this case, the point Q indicating the final polishing amount should be ahead of the point P in the polished pattern II region of the logarithmic approximate curve h. In such a case, the time required for the additional polishing is Δtq which is the difference between the polishing times tp and tq, as shown in FIG.
一方、これまでの方法では化学的機械的研磨状況は、目標研磨量を示す点Ｐと原点を結ぶ直線ｇで近似しているため、追加研磨の時間は、直線ｇにおける最終研磨量を示す点Ｑ１における研磨時間ｔｑ１と、点Ｐにおける時間ｔｐとの差であるΔｔｑ１となる。しかし、図１（ａ）に示す如く、Δｔｑ１<<Δｔｑで、大きな誤差が発生することが分かる。これに反して、本発明での式は、漸近線を良く近似する直線ｉとなる算出式を用いているため、かなりの精度でΔｔｑに近い追加研磨に必要な時間を算出することができる。 On the other hand, in the conventional methods, the chemical mechanical polishing situation is approximated by a straight line g connecting the point P indicating the target polishing amount and the origin, so that the additional polishing time indicates the final polishing amount on the straight line g. Δtq1 is a difference between the polishing time tq1 at Q1 and the time tp at the point P. However, as shown in FIG. 1A, it can be seen that a large error occurs when Δtq1 << Δtq. On the other hand, the formula in the present invention uses a calculation formula that is a straight line i that closely approximates the asymptote, so that the time required for additional polishing close to Δtq can be calculated with considerable accuracy.
上記説明では、本発明で提案する式が、実際の化学的機械的研磨状況を良く近似するものであることを、図１（ａ）に示す場合、すなわち、研磨対象の製品ウエハの膜表面における凹凸パターンの凸部で膜厚モニタリングを行った場合を例に挙げて説明したが、膜厚モニタリングを凹部で行った図１（ｂ）に示す場合からも同様にその有効性について説明することができる。本発明で提案する算出式は、化学的機械的研磨対象の膜表面の凹凸いずれのパターンにも適う式である。 In the above description, it is shown in FIG. 1A that the formula proposed in the present invention closely approximates the actual chemical mechanical polishing situation, that is, on the film surface of the product wafer to be polished. Although the case where film thickness monitoring was performed by the convex part of the concavo-convex pattern was described as an example, the effectiveness can also be explained from the case shown in FIG. it can. The calculation formula proposed in the present invention is suitable for any pattern of irregularities on the surface of the film to be chemically mechanically polished.
以下、本発明における提案の算出式が、凹部で膜厚モニタリングを行った図１（ｂ）に示す場合からも、十分にその有効性が検証できることを説明する。 Hereinafter, it will be described that the effectiveness of the proposed calculation formula in the present invention can be sufficiently verified even from the case shown in FIG.
実際の化学的機械的研磨状況が図１（ｂ）の対数近似曲線ｈで示される凹部で膜厚モニタリングを行った場合は、化学的機械的研磨が開始されると、被研磨パターンＩでは、研磨対象の膜表面の凹凸パターンの凹部は当初研磨されないため、単位時間当たりの当初研磨量はそれ程大きくはならないが、研磨が進行するにつれ研磨量は次第に増えて行く。さらに、研磨が進行すると、被研磨パターンＩから被研磨パターンIIへ移行する。この変わり目を時間ｔ１とすると、研磨開始からｔ１時間経過後には、単位時間当たりの研磨量は略一定の傾きの直線で近似できるようになってくる。 When the film thickness monitoring is performed in the concave portion indicated by the logarithmic approximate curve h in FIG. 1B as the actual chemical mechanical polishing situation, when chemical mechanical polishing is started, Since the concave portions of the concavo-convex pattern on the film surface to be polished are not initially polished, the initial polishing amount per unit time does not increase that much, but the polishing amount gradually increases as polishing progresses. Further, when polishing proceeds, the pattern to be polished I shifts to the pattern to be polished II. Assuming this transition as time t1, the polishing amount per unit time can be approximated by a straight line having a substantially constant slope after elapse of t1 from the start of polishing.
そこで、図１（ｂ）に示す場合にも、図１（ａ）に示す場合と同様に、被研磨パターンＩは、膜の起伏状態の影響が専ら研磨量、研磨速度、研磨時間等の研磨条件に影響を与えているパターンと理解することができる。研磨時間ｔ１経過後は、化学的機械的研磨の上記研磨条件に影響するファクターは、膜表面の凹凸パターン等の起伏状態ではなくなり、膜質等の膜性状の影響が主として出てくると理解することもできる。 Therefore, also in the case shown in FIG. 1B, as in the case shown in FIG. 1A, the pattern I to be polished is polished by the influence of the undulation state of the film exclusively on the polishing amount, polishing speed, polishing time, and the like. It can be understood as a pattern affecting the conditions. It should be understood that after the polishing time t1, the factor affecting the above polishing conditions for chemical mechanical polishing is not the undulation state such as the uneven pattern on the film surface, but mainly the influence of the film properties such as film quality. You can also.
すなわち、図１（ｂ）に示す場合も、図１（ａ）に示す場合と同様に、被研磨パターンＩの領域ではパラメータＢの影響が大きく効き、被研磨パターンIIの領域ではパラメータＡの影響が大きく効くものと把握しても構わない。 That is, in the case shown in FIG. 1B as well, as in the case shown in FIG. 1A, the influence of the parameter B greatly affects the area of the pattern I to be polished, and the influence of the parameter A affects the area of the pattern II to be polished. It may be understood that is greatly effective.
また、化学的機械的研磨の研磨レート、研磨時間等の研磨条件の算出に際しては、図１（ｂ）の場合も、図１（ａ）と同様に考えて、対数近似曲線ｈの全体を近似する必要はなく、最終研磨量に関わる研磨終点の情報が得られる被研磨パターンIIの領域における対数近似曲線ｈ部分の近似が行えればよいと考えることができる。 When calculating polishing conditions such as the polishing rate and polishing time for chemical mechanical polishing, the entire logarithmic approximation curve h is approximated in the same way as in FIG. 1A in the case of FIG. It can be considered that it is only necessary to approximate the logarithmic approximate curve h in the region of the pattern II to be polished from which information of the polishing end point relating to the final polishing amount can be obtained.
図１（ｂ）に示す場合も、前記のように、被研磨パターンIIの領域では、対数近似曲線ｈは、傾きが一定の直線で推移しており、かかる部分は対数近似曲線ｈの漸近線として十分に良好な近似を行うことができる筈である。かかる漸近線を直線ｉ（図中、太線表示）として示すと、直線ｉは切片を有する直線式で示される筈である。 Also in the case shown in FIG. 1B, as described above, in the region of the polished pattern II, the logarithmic approximate curve h is a straight line having a constant slope, and this portion is an asymptotic line of the logarithmic approximate curve h. A sufficiently good approximation should be possible. When such an asymptote is shown as a straight line i (indicated by a thick line in the figure), the straight line i is an eaves represented by a linear expression having an intercept.
また、かかる直線ｉは、図１（ｂ）に示す場合も、図１（ａ）に示すと同様に、パラメータＡの影響が大きく効く被研磨パターンIIの領域では、膜質等の膜性状に依存し、且つ、研磨時間、研磨レート（単位時間当たりの研磨量）に比例する関数として表現できる筈で、膜質等の膜性状に関するパラメータＡと研磨時間との関数となる。切片部分は、研磨対象の膜表面の凹凸パターン等の起伏状態の影響を示す被研磨パターンＩの領域に起因しているものと見做すことができ、凹凸パターンに関係するパラメータＢの関数となる筈である。そこで、直線ｉに適う式としては、前述の式５で示す近似式を想定することができる。 Also, in the case shown in FIG. 1B, the straight line i also depends on the film properties such as the film quality in the region of the pattern II to be polished in which the influence of the parameter A is greatly affected, as shown in FIG. 1A. In addition, it can be expressed as a function proportional to the polishing time and the polishing rate (polishing amount per unit time), and is a function of the parameter A relating to film properties such as film quality and the polishing time. The section portion can be considered to be caused by a region of the pattern I to be polished that shows the influence of the undulation state such as the concavo-convex pattern on the film surface to be polished, and a function of the parameter B related to the concavo-convex pattern That's it. Therefore, as an expression suitable for the straight line i, the approximate expression shown in the above-described Expression 5 can be assumed.
また、機差を示すパラメータＣを、例えば、計時開始と研磨開始の時間差等を示すものとして把握し、研磨量を研磨前膜厚−目標膜厚と把握することで、図１（ｂ）に示す対数近似曲線ｈの被研磨パターンII部分を良く近似する式として提案した式５は、図１（ａ）の場合と同様に、式６として、さらには式３あるいは式４として表現することができる。 In addition, by grasping the parameter C indicating the machine difference as indicating, for example, the time difference between the start of timing and the start of polishing, and by grasping the polishing amount as the film thickness before polishing−the target film thickness, FIG. Formula 5 proposed as a formula that closely approximates the polished pattern II portion of the logarithmic approximate curve h shown can be expressed as Formula 6, and also as Formula 3 or Formula 4, as in the case of FIG. it can.
従って、本発明で用いる算出式は、化学的機械的研磨対象の膜表面の凹凸パターンの如何に関わらず適用できる式であることが分かる。膜表面の凹凸パターンのいずれか一方のモデルにしか適わないという性質のものではなく、双方のモデルに有効に適用できるもので、極めて汎用性の高い算出式ということができる。かかる算出式を用いれば、実際の化学的機械的研磨状況に沿って精度高く、研磨レート、研磨時間の算出を行うことができる。 Therefore, it can be seen that the calculation formula used in the present invention is a formula that can be applied regardless of the concavo-convex pattern on the surface of the film to be chemically mechanically polished. This is not a property that is suitable only for one of the models of the uneven pattern on the film surface, but can be effectively applied to both models, and can be an extremely versatile calculation formula. By using this calculation formula, it is possible to calculate the polishing rate and the polishing time with high accuracy in accordance with the actual chemical mechanical polishing situation.
さらに、図１（ｂ）に示す場合でも、これまでの近似方法と、本発明で提案する算出式を用いた場合とでは、例えば、追加研磨における精度は、図１（ａ）に示す場合と同様に、はるかに本発明に関わる算出式を用いた方が精度が高い。 Further, even in the case shown in FIG. 1B, the accuracy in the additional polishing is, for example, as shown in FIG. 1A between the conventional approximation method and the calculation formula proposed in the present invention. Similarly, it is much more accurate to use the calculation formula according to the present invention.
図１（ｂ）に示す場合も、これまでの近似方法では、前述の説明の如く、原点と目標研磨量の点Ｐとを結ぶ直線ｇで近似が行われている。かかる場合に、目標研磨量を示す点Ｐまで化学的機械的研磨を行ったが、目標研磨量の設定不具合等により、さらに追加研磨を行い最終研磨量を示す点Ｑを再設定する必要が発生したと想定する。 Also in the case shown in FIG. 1B, in the conventional approximation method, the approximation is performed by the straight line g connecting the origin and the target polishing amount point P as described above. In such a case, the chemical mechanical polishing was performed up to the point P indicating the target polishing amount. However, due to the setting failure of the target polishing amount, it is necessary to perform additional polishing and reset the point Q indicating the final polishing amount. Assuming that
この場合、最終研磨量を示す点Ｑは、対数近似曲線ｈの被研磨パターンII領域の点Ｐより先にある筈で、追加研磨に必要な時間は、図１（ｂ）に示すように、研磨時間ｔｐ、ｔｑの差であるΔｔｑとなる。 In this case, the point Q indicating the final polishing amount should be ahead of the point P in the pattern II region to be polished of the logarithmic approximate curve h, and the time required for the additional polishing is as shown in FIG. It becomes Δtq which is the difference between the polishing times tp and tq.
一方、直線ｇで近似するこれまでの方法では、追加研磨の時間は、直線ｇにおける最終研磨量を示す点Ｑ１における研磨時間ｔｑ１と、点Ｐにおける時間ｔｐとの差であるΔｔｑ１となる。しかし、図１（ｂ）に示す如く、Δｔｑ１>>Δｔｑで、大きな誤差が発生することとなる。 On the other hand, in the conventional method approximated by the straight line g, the additional polishing time is Δtq1 which is a difference between the polishing time tq1 at the point Q1 indicating the final polishing amount on the straight line g and the time tp at the point P. However, as shown in FIG. 1B, a large error occurs when Δtq1 >> Δtq.
図１（ｂ）の場合においては、直線ｇによるこれまでの近似方法を用いた追加研磨時間の設定では、過剰研磨が行われ製品ウエハの廃棄に繋がる極めて重大な障害パターンとなる可能性が高いと言える。しかし、本発明における式は、漸近線を良く近似する直線ｉとなる算出式を用いているため、かなりの精度でΔｔｑに近い追加研磨に必要な時間を算出することができ、追加研磨における製品ウエハの過剰研磨による廃棄の危険性を十分に回避することができる。 In the case of FIG. 1B, the setting of the additional polishing time using the conventional approximation method using the straight line g is likely to cause an extremely serious failure pattern that leads to the excessive wafer polishing and the disposal of the product wafer. It can be said. However, since the formula in the present invention uses a calculation formula that is a straight line i that closely approximates the asymptote, the time required for additional polishing close to Δtq can be calculated with considerable accuracy, and the product in additional polishing can be calculated. The risk of disposal due to excessive polishing of the wafer can be sufficiently avoided.
本発明の化学的機械的研磨方法では、前記式３あるいは式４等で表現される上記説明の算出式を用いて、研磨条件である研磨レートあるいは研磨時間を算出し、それに基づき化学的機械的研磨を行う。次に、前記説明の算出式の使い方について説明する。 In the chemical mechanical polishing method of the present invention, the polishing rate or the polishing time, which is a polishing condition, is calculated using the calculation formula described above expressed by the above formula 3 or 4 and the chemical mechanical polishing is calculated based on the calculation rate. Polish. Next, how to use the calculation formula described above will be described.
前記説明のように、これまでは、製品ウエハの研磨に際しては、ダミーウエハを用いて基準研磨レートを設定していた。基準研磨レートから必要な研磨時間を求め、実際に製品ウエハを用いて先行研磨を行い、その研磨結果から研磨時間の過不足を補正して以降の製品ウエハを所定枚数化学的機械的研磨していた。 As described above, heretofore, when polishing a product wafer, a reference polishing rate has been set using a dummy wafer. The required polishing time is obtained from the reference polishing rate, the actual polishing is performed using the product wafer, the excess or deficiency of the polishing time is corrected based on the polishing result, and a predetermined number of subsequent product wafers are chemically and mechanically polished. It was.
所定枚数の製品ウエハの化学的機械的研磨が終了した時点で、そのときの実際の研磨量を研磨時間で割ることにより、研磨レートを再設定する。再設定した研磨レートに見合った研磨時間を再度設定して、この再設定研磨時間で所定枚数の製品ウエハの化学的機械的研磨を行う。このようにして、基準研磨レートを定期的に再設定しながら、製品ウエハの化学的機械的研磨を行っている。 When chemical mechanical polishing of a predetermined number of product wafers is completed, the polishing rate is reset by dividing the actual polishing amount at that time by the polishing time. A polishing time corresponding to the reset polishing rate is set again, and chemical mechanical polishing of a predetermined number of product wafers is performed with the reset polishing time. In this way, the chemical mechanical polishing of the product wafer is performed while periodically resetting the reference polishing rate.
これまでの基準研磨レートは、所定枚数化学的機械的研磨を行う間は、設定した基準研磨レートが変化しないとの大前提に立っている。しかし、実際は、化学的機械的研磨は、所定押圧力で研磨パッドを被研磨面に当て、間に砥粒を含むスラリーで研磨するため、研磨パッド等の消耗材は時々刻々消耗している筈である。しかし、これまでの方法では、かかる研磨パッド等の消耗材は消耗しないとの前提に立っているのである。 The conventional reference polishing rate is based on the premise that the set reference polishing rate does not change during a predetermined number of chemical mechanical polishings. However, in reality, chemical mechanical polishing is performed by applying a polishing pad to a surface to be polished with a predetermined pressing force and polishing with a slurry containing abrasive grains, so that consumables such as the polishing pad are consumed every moment. It is. However, the conventional methods are based on the premise that such consumable materials as the polishing pad are not consumed.
図２に、縦軸に研磨レート、横軸に消耗材使用時間を取った場合の実際の研磨レートの推移を模式的に曲線で示した。研磨レートは、時間と共に研磨パッド等の消耗材が消耗して行くために、模式的には、研磨レートは連続的に下がる曲線で示すことができる。 In FIG. 2, the transition of the actual polishing rate when the polishing rate is taken on the vertical axis and the consumable usage time is taken on the horizontal axis is schematically shown by a curve. Since the polishing rate is such that a consumable material such as a polishing pad is consumed over time, the polishing rate can be schematically shown by a curve that continuously decreases.
しかし、図２の階段状の破線で示すように、製品ウエハを所定枚数毎に化学的機械的研磨し終えた状態で、品質管理（ＱＣ）時毎に段階的に基準研磨レートの見直しを行うこれまでの手法では、基準研磨レートを設定し直した直後は実際の研磨レートとのズレは少ないものの、所定枚数の化学的機械的研磨を行って基準研磨レートを見直す必要が生じた時点では、当初設定していた基準研磨レートより実際の研磨レートは低くなっており、追加研磨処理が必要な場合が発生する筈である。かかる基準研磨レートの差を図ではΔｒとして示した。 However, as shown by the stepped broken lines in FIG. 2, the reference polishing rate is reviewed step by step at every quality control (QC) in a state where the chemical mechanical polishing is completed for every predetermined number of product wafers. In the method so far, the deviation from the actual polishing rate is small immediately after resetting the reference polishing rate, but when it becomes necessary to review the reference polishing rate by performing a predetermined number of chemical mechanical polishing, The actual polishing rate is lower than the initially set reference polishing rate, and additional polishing processing should be required. The difference in the reference polishing rate is shown as Δr in the figure.
しかし、本発明の算出式は、前述の如く、以下の式３として示されるので、
研磨レート＝｛（研磨前膜厚−目標膜厚）−（Ｂ＋Ｃ）｝／（Ａ×研磨時間）・・・式３
この式３において、目標膜厚を実際の研磨に際して得られた研磨後の膜厚とすることにより、
基準研磨レート＝｛（研磨前膜厚−研磨後膜厚）−（Ｂ＋Ｃ）｝／（Ａ×研磨時間）・・・式７
と変形することができ、この式７にパラメータＡ、Ｂ、Ｃの値と、直前の化学的機械的研磨の研磨実績に基づく研磨時間、実際の研磨量とを代入することで、直前の製品ウエハの化学的機械的研磨の実際に基づく最新の研磨レートを基準研磨レートとして算出することができる。すなわち、常に、消耗材の消耗に伴う低下を反映した研磨レートをリアルタイムに算出して、基準研磨レートとすることができる。
However, since the calculation formula of the present invention is expressed as the following formula 3 as described above,
Polishing rate = {(film thickness before polishing−target film thickness) − (B + C)} / (A × polishing time) Equation 3
In Equation 3, by setting the target film thickness to the film thickness after polishing obtained in actual polishing,
Reference polishing rate = {(film thickness before polishing−film thickness after polishing) − (B + C)} / (A × polishing time) Equation 7
By substituting the values of parameters A, B, and C, the polishing time based on the polishing performance of the previous chemical mechanical polishing, and the actual polishing amount into this equation 7, the previous product The latest polishing rate based on the actual chemical mechanical polishing of the wafer can be calculated as the reference polishing rate. That is, it is possible to always calculate the polishing rate reflecting the decrease accompanying the consumption of the consumable material in real time and to use it as the reference polishing rate.
かかる算出式は、次のように表現することができる。すなわち、
（最適研磨時間）n＝｛（研磨前膜厚−目標膜厚）−（Ｂ＋Ｃ）｝／Ａ×（基準研磨レート）n-1・・・式８
（最適研磨時間）n：ｎ番目の製品ウエハの最適研磨時間
（基準研磨レート）n-1：ｎ−１番目の製品ウエハの研磨実績により求めた研磨レート
そこで、製品ウエハの最適研磨時間は、これから化学的機械的研磨を行おうとする製品ウエハの直前の製品ウエハの研磨実績を踏まえた最新の研磨レートを基準研磨レートとして採用しながら設定できることとなり、例えば、図２に示すような、研磨レートの連続的推移を反映した最適な研磨時間で化学的機械的研磨を行うことができる。
Such a calculation formula can be expressed as follows. That is,
(Optimal polishing time) n = {(film thickness before polishing−target film thickness) − (B + C)} / A × (reference polishing rate) n−1 Expression 8
(Optimal polishing time) n : Optimal polishing time of the nth product wafer (Reference polishing rate) n-1 : Polishing rate obtained from the polishing performance of the n-1st product wafer The optimal polishing time of the product wafer is From now on, the latest polishing rate based on the polishing performance of the product wafer immediately before the product wafer to be subjected to chemical mechanical polishing can be set as the reference polishing rate. For example, as shown in FIG. Chemical mechanical polishing can be performed with an optimal polishing time reflecting the continuous transition of the above.
そのため、研磨終了後の追加研磨、あるいは過剰研磨による廃棄を避けることができる。結果として、化学的機械的研磨工程におけるスループットの向上を図ることができる。 Therefore, it is possible to avoid additional polishing after polishing or discard due to excessive polishing. As a result, it is possible to improve the throughput in the chemical mechanical polishing process.
このように、本発明で提案の算出式を用いれば、常に最新の研磨レートを基準研磨レートとして用いることで、一度設定した基準研磨レートを所定枚数の製品ウエハの化学的機械的研磨の間は一定であるとの仮定を設けることなく、直前の研磨実績に基づく精度の高い値を基準研磨レートとして使用して、研磨時間を精度高く設定することができる。 As described above, when the calculation formula proposed in the present invention is used, the reference polishing rate set once is always used as the reference polishing rate. Without making the assumption that the polishing time is constant, the polishing time can be set with high accuracy by using a highly accurate value based on the previous polishing performance as the reference polishing rate.
このように算出式を用いることで、実際の化学的機械的研磨の研磨実績を常に研磨レートに反映することができる。さらには、実際の化学的機械的研磨の研磨実績に基づき、パラメータＡ、Ｂの値をも実際の研磨状況に算出式が沿うように補正することもできる。 By using the calculation formula in this way, the actual performance of chemical mechanical polishing can always be reflected in the polishing rate. Furthermore, based on the actual chemical mechanical polishing results, the values of the parameters A and B can also be corrected so that the calculation formula follows the actual polishing situation.
パラメータＡ、Ｂ、Ｃは、当初より固定値を用いても、かかるパラメータＡ、Ｂ、Ｃを用いない場合より、研磨レートあるいは研磨時間の算出を精度高く行うことができることは前述の通りであるが、より精度を高める手段として、パラメータＡ、Ｂの自己補正を行うようにしてもよい。 As described above, the parameters A, B, and C can be calculated with higher accuracy even when fixed values are used from the beginning than when the parameters A, B, and C are not used. However, as a means for improving the accuracy, the parameters A and B may be self-corrected.
かかるパラメータＡ、Ｂの自己補正は、次のようにして行う。すなわち、現在行っている化学的機械的研磨について、製品ウエハ毎に研磨が終了したら、研磨実績を、研磨時間、研磨量をそれぞれ示す２軸上の点として把握する。例えば、図３に示すように、研磨実績を打点する。研磨実績の打点は化学的機械的研磨を行う製品ウエハの処理数に応じて増えるので、ある程度の打点数が確保された時点で、例えば、最小二乗法等用いて、複数打点に対応した相関係数が高くなる適切な直線式を設定することができる。かかる直線式に重なるように算出式のパラメータＡ、Ｂを変えることで、パラメータＡ、Ｂの値を補正することができる。かかる操作は、実際には、コンピュータの演算機能を用いて行うようにすれば、容易に行える。 Such self-correction of the parameters A and B is performed as follows. That is, regarding the currently performed chemical mechanical polishing, when polishing is completed for each product wafer, the polishing performance is grasped as a point on two axes indicating the polishing time and the polishing amount. For example, as shown in FIG. The number of points of polishing performance increases according to the number of processed product wafers subjected to chemical mechanical polishing, so when a certain number of points is secured, for example, using the least square method, etc., the correlation corresponding to multiple points It is possible to set an appropriate linear expression that increases the number. The values of the parameters A and B can be corrected by changing the parameters A and B of the calculation formula so as to overlap the linear formula. In practice, such an operation can be easily performed by using a calculation function of a computer.
図３には、かかる様子を示した。すなわち、横の破線で示す目標研磨量に対して、研磨実績を示す打点が複数図示されている。かかる打点は、設計データ等から設定したパラメータＡ、Ｂ、Ｃを用いて表現した算出式により算出した研磨条件で、実際に研磨を行って、その研磨毎の実績を示したものである。 FIG. 3 shows such a state. That is, a plurality of dots indicating the polishing performance are shown with respect to the target polishing amount indicated by the horizontal broken line. The hit points indicate the actual results of each polishing performed under the polishing conditions calculated by the calculation formula expressed using the parameters A, B, and C set from the design data and the like.
図３では、研磨実績を示す打点数が多くなるにつれて、当初の設計データ等から設定したパラメータＡ、Ｂ、Ｃを用いた算出式を示す直線ｊと打点との相関関係が低くなり、直線ｋが研磨実績の打点との相関係数が高い直線となっている様子を示す。この場合に、直線ｋを示す式のパラメータＡ、Ｂに相当する項がα、βの値を示しているとすれば、当初設定していたパラメータＡ、Ｂをα、βに自己補正することで、より現状の研磨実績に沿った形の算出式に変更することができる。すなわち、
研磨量＝α×研磨レート×研磨時間＋β＋Ｃ・・・式６
上記パラメータＡ、Ｂの補正を適宜行うことで、常に現在行っている化学的機械的研磨状況に合わせた算出式を形成していることとなる。パラメータＡ、Ｂ、Ｃを固定方式とする場合は、当初の算出式で表現された化学的機械的研磨モデルに実際の化学的機械的研磨状況が固定される場合を前提としているが、かかるパラメータＡ、Ｂの自己補正を行う方法では、実際の化学的機械的研磨状況を示す化学的機械的研磨モデルが微妙に変化していることを受けた対応と言える。
In FIG. 3, as the number of hit points indicating the polishing performance increases, the correlation between the straight line j indicating the calculation formula using the parameters A, B, and C set from the initial design data and the hit point decreases, and the straight line k Shows a straight line having a high correlation coefficient with the hit point of the polishing results. In this case, if the terms corresponding to the parameters A and B in the equation indicating the straight line k indicate the values of α and β, the parameters A and B that were initially set are self-corrected to α and β. Thus, the calculation formula can be changed to a shape that more closely matches the current polishing performance. That is,
Polishing amount = α × polishing rate × polishing time + β + C Expression 6
By appropriately correcting the parameters A and B, a calculation formula is always formed in accordance with the currently performed chemical mechanical polishing situation. When the parameters A, B, and C are fixed, it is assumed that the actual chemical mechanical polishing state is fixed to the chemical mechanical polishing model expressed by the initial calculation formula. In the method of performing self-correction of A and B, it can be said that the chemical mechanical polishing model indicating the actual chemical mechanical polishing situation has been slightly changed.
次に、算出式におけるパラメータＡ、Ｂ、Ｃの扱いについて説明する。パラメータＡは化学的機械的研磨対象の膜質等の膜性状に関するもので、製品ウエハの化学的機械的研磨に際しては、既に同種の製品ウエハにおいて、かかる算出式を用いた化学的機械的研磨実績がある場合には、そこで用いたパラメータＡの値を踏襲して化学的機械的研磨を開始する。化学的機械的研磨の開始後、前記説明のように、実際の研磨状況に合わせてパラメータを自己補正することで、より実際に行っている化学的機械的研磨の状況を反映したパラメータＡの設定を行うことができる。 Next, handling of parameters A, B, and C in the calculation formula will be described. Parameter A relates to the film properties such as the film quality of the chemical mechanical polishing target. When chemical mechanical polishing of a product wafer is already performed, the chemical mechanical polishing results using such a calculation formula have already been obtained for the same type of product wafer. In some cases, the chemical mechanical polishing is started following the value of the parameter A used there. After the start of chemical mechanical polishing, as described above, the parameter A is set to reflect the actual state of chemical mechanical polishing more by self-correcting the parameter according to the actual polishing state. It can be performed.
パラメータＢは、前述の如く、化学的機械的研磨対象の膜の凹凸パターン等の起伏状態に関してのものである。かかるパラメータＢに関しては、上記パラメータＡと同様に、既に算出式を用いた化学的機械的研磨実績がある場合には、そこで用いた値を当初使用すればよい。その後は、実際の化学的機械的研磨状況に合わせて、パラメータＢの補正を行いながら、より実際の化学的機械的研磨状況に合わせるようにすればよい。 The parameter B relates to the undulation state such as the uneven pattern of the film to be chemically and mechanically polished as described above. As for the parameter B, as in the case of the parameter A, if there is already a chemical mechanical polishing record using the calculation formula, the value used there may be used initially. After that, the parameter B may be corrected in accordance with the actual chemical mechanical polishing state, and the actual chemical mechanical polishing state may be adjusted.
パラメータＣは、前述の如く、複数台の化学的機械的研磨装置を使用する場合の研磨量等の研磨条件における装置間機差、あるいは、同一化学的機械的研磨装置における複数の研磨ヘッドを用いる際のヘッド間機差を表すものである。化学的機械的研磨装置、研磨ヘッドに係る以外の製品ウエハ側の条件を同様と見做せる下で、化学的機械的研磨を行った際の装置間の研磨状況の差を示すものとして定義すればよい。 As described above, the parameter C uses a difference between apparatuses in polishing conditions such as a polishing amount when a plurality of chemical mechanical polishing apparatuses are used, or uses a plurality of polishing heads in the same chemical mechanical polishing apparatus. This represents the machine difference between the heads. Other than chemical mechanical polishing equipment and polishing head, the conditions on the product wafer side are considered to be the same, and it is defined as showing the difference in the polishing situation between the equipment when chemical mechanical polishing is performed. That's fine.
かかるパラメータＣは、装置毎、ヘッド毎に予め設定しておき、実際の化学的機械的研磨を行う装置、ヘッド毎にその値を選定して使用すればよい。パラメータＣは、このように装置あるいはヘッドに固有の値として設定するもので、製品ウエハの研磨実績につれて変化するものではない。かかるパラメータＣとしては、例えば、前述の如く、研磨時間の計時開始と実際の研磨開始の時間差等として定義することができる。 The parameter C may be set in advance for each apparatus and each head, and the value may be selected and used for each apparatus and head that performs actual chemical mechanical polishing. The parameter C is set as a value unique to the apparatus or the head in this way, and does not change with the polishing performance of the product wafer. The parameter C can be defined as the time difference between the start of polishing time and the actual start of polishing as described above.
上記時間差としてパラメータＣを定義する場合は、パラメータＣは、式３等に示すように、加算（＋）の演算子を用いて算出式中に含ませればよい。パラメータＣの定義の仕方に応じて、適宜、算出式中に、乗算（×）、あるいは除算（÷）の演算子を用いて含ませるようにしても構わない。 When the parameter C is defined as the time difference, the parameter C may be included in the calculation formula using an addition (+) operator as shown in Formula 3 and the like. Depending on how the parameter C is defined, it may be appropriately included in the calculation formula using a multiplication (×) or division (÷) operator.
また、上記パラメータＡ、Ｂ、Ｃの算出に際して、新品種の製品ウエハ、あるいは新しい工程の実施等で、過去に研磨実績がない場合には、製品ウエハの設計データを用いればよい。あるいは、製品ウエハに類似した製品ウエハの過去の実績データを用いるようにしても構わない。 Further, when calculating the parameters A, B, and C, if there is no polishing record in the past due to a new product wafer or a new process, the product wafer design data may be used. Alternatively, past result data of a product wafer similar to the product wafer may be used.
新品種、新工程においては、上記の如くパラメータを新たに設定する必要があるが、算出式のパラメータＡは、研磨対象の膜質等の膜性状に依存しており、パラメータＢは研磨対象の膜表面の起伏状態に依存しているので、半導体デバイスの設計データ、例えばパターン占有率、パターンの疎密、パターンの高さ等のデータから決定することができる性質のものである。 In new varieties and new processes, it is necessary to newly set parameters as described above, but the parameter A of the calculation formula depends on the film properties such as the film quality to be polished, and the parameter B is the film to be polished. Since it depends on the undulation state of the surface, it has a property that can be determined from design data of the semiconductor device, for example, data such as pattern occupancy, pattern density, and pattern height.
このように予めパラメータを設計データ等から決定することができるため、パラメータ決定のための条件出しが不要となり、ダミーウエハを用いたり、先行研磨を行ったり等する必要がなく、人手を要する面倒な条件出し処理の手間が省け、省人化、工数削減を図ることができる。 Since parameters can be determined in advance from design data in this way, there is no need to set conditions for parameter determination, no need to use dummy wafers or pre-polishing, etc. This saves time and effort and reduces man-hours.
さらには、条件出しに際しては、実際に使用する化学的機械的研磨装置を用いて行うため、これまでは条件出しの処理を行う間は、実際の製品ウエハの化学的機械的研磨を行うことができなかった。しかし、かかる条件出しを不要とすることができるため、化学的機械的研磨装置の生産能力を損なわずに済む。 Furthermore, since the condition setting is performed using a chemical mechanical polishing apparatus that is actually used, until now the chemical product mechanical polishing of the actual product wafer can be performed during the condition setting process. could not. However, since it is not necessary to determine the conditions, the production capacity of the chemical mechanical polishing apparatus is not impaired.
上記説明の算出式を用いることで、これまでの方法とは異なり、より実際に適用している化学的機械的研磨の状況に沿った精度の高い基準研磨レート、あるいは最適研磨時間を設定して化学的機械的研磨が行えることについては、前述の説明の如くであるが、半導体装置の製造においてかかる化学的機械的研磨方法を実施する際に有効に使用することができる化学的機械的研磨システムについて、以下説明する。 By using the calculation formula described above, unlike the conventional methods, a more accurate reference polishing rate or optimum polishing time can be set in accordance with the actual chemical mechanical polishing situation. Although the chemical mechanical polishing can be performed as described above, the chemical mechanical polishing system that can be used effectively when the chemical mechanical polishing method is performed in the manufacture of a semiconductor device. Will be described below.
図４は、本発明の半導体装置の製造に際しての化学的機械的研磨方法を行うための化学的機械的研磨システムの構成を模式的に示す図である。 FIG. 4 is a diagram schematically showing a configuration of a chemical mechanical polishing system for performing a chemical mechanical polishing method in manufacturing the semiconductor device of the present invention.
図４に示す化学的機械的研磨システムの構成では、化学的機械的研磨工程より以前の工程で成膜した製品ウエハの膜厚を測定する測定手段１０、化学的機械的研磨を行う化学的機械的研磨手段２０、化学的機械的研磨後の製品ウエハの膜厚を測定する測定手段３０を有する。かかる測定手段１０、３０、化学的機械的研磨手段２０は、化学的機械的研磨工程の管理手段４０としてのホストコンピュータ４０ａにデータのやりとり可能に接続されている。
In the configuration of the chemical mechanical polishing system shown in FIG. 4, the measuring means 10 for measuring the film thickness of the product wafer formed in the process prior to the chemical mechanical polishing process, the chemical machine for performing chemical mechanical polishing. Polishing means 20 and measuring means 30 for measuring the film thickness of the product wafer after chemical mechanical polishing. The measuring means 10 and 30 and the chemical mechanical polishing means 20 are connected to a
また、ホストコンピュータ４０ａは、化学的機械的研磨手段２０の製品ウエハの研磨レート、あるいは研磨時間等の研磨条件を演算する演算手段５０としての演算コンピュータ５０ａに、データのやりとり可能に接続されている。演算コンピュータ５０ａは、製品ウエハの堆積パターンや目標膜厚等の半導体デバイス等の半導体装置の設計データを有するデータ記憶手段６０にデータのやりとり可能に接続されている。
The
さらに、演算コンピュータ５０ａの処理に際して、使用する算出式のパラメータを必要に応じて変更、編集等して必要の都度、クリーンルームの外等からパラメータのデータ更新を行うことができるように、演算コンピュータ５０ａはデータ更新手段７０としてのコンピュータ７０ａにデータ更新可能に接続されている。
Further, in the processing of the
かかる図４に示す化学的機械的研磨システムを用いて、製品ウエハの化学的機械的研磨を行うに際しては、先ず、化学的機械的研磨工程の管理手段４０としてのホストコンピュータ４０ａで、これから行う化学的機械的研磨における製品ウエハの種類、半導体装置の製造工程のどの工程に当該化学的機械的研磨工程が該当するか、どの化学的機械的研磨装置を使用するか等の設定がレシピに合わせて行われる。
When the chemical mechanical polishing of the product wafer is performed using the chemical mechanical polishing system shown in FIG. 4, first, the
ホストコンピュータ４０ａからの指令により、演算コンピュータ５０ａでは、前記説明の式４で示す算出式に基づき、製品ウエハの化学的機械的研磨を行うに際しての研磨条件の算出を行う。算出に際して必要なデータは、演算コンピュータ５０ａ内に予め保持されたパラメータテーブル５１内から選択される。
In accordance with a command from the
パラメータテーブル５１内には、図４に示すように、算出式に含まれるパラメータＡ、Ｂ、Ｃの数値データが、過去の研磨実績等に基づき保持されている。パラメータＡ、Ｂは、製品ウエハの品種、工程毎に個々に数値データとして保持されている。パラメータＣは、化学的機械的研磨装置毎に、１台に複数の研磨ヘッドを有する場合にはヘッド毎に、設定された数値データが保持されている。 In the parameter table 51, as shown in FIG. 4, numerical data of parameters A, B, and C included in the calculation formula are held based on past polishing results and the like. The parameters A and B are individually held as numerical data for each product wafer type and process. The parameter C holds numerical data that is set for each chemical mechanical polishing apparatus when each of the chemical polishing apparatuses has a plurality of polishing heads.
前述のように、これから行おうとする製品ウエハが新品種の場合、あるいは新工程での化学的機械的研磨等の場合には、過去の研磨実績に基づく数値データは存在しないので、演算コンピュータ５０ａは、記憶手段６０にアクセスして、記憶手段６０に保持されている製品ウエハ毎の設計データから、パラメータＡ、Ｂとして使用する数値データを選択する。
As described above, when the product wafer to be performed is a new type, or in the case of chemical mechanical polishing in a new process, there is no numerical data based on past polishing results. Then, the
また、算出式で必要とする目標膜厚の値は、ホストコンピュータ４０ａが有する化学的機械的研磨のレシピから得られる。勿論、記憶手段６０の有する設計データを参照して取得するようにしても構わない。
The target film thickness value required by the calculation formula is obtained from the chemical mechanical polishing recipe of the
併せて、化学的機械的研磨対象の製品ウエハの膜厚については、測定手段１０を構成する非接触式の膜厚測定装置１０ａ等を用いて製品ウエハ毎に測定し、かかる膜厚測定データをホストコンピュータ４０ａを介して演算コンピュータ５０ａが入手する。精度は劣るが、場合によっては、記憶手段６０にアクセスして、設計データから化学的機械的研磨対象とする膜の成膜時の目標膜厚データを使用することも考えられる。
At the same time, the film thickness of the product wafer to be chemically mechanically polished is measured for each product wafer using a non-contact type film
研磨レートは、過去の研磨実績があればその数値データを用いればよいが、過去の研磨実績が全くない場合、もしくは人為的要因により研磨レートの変動が予想される場合には、初回に限り品質管理（ＱＣ）を実施し設定すればよい。 As for the polishing rate, numerical data can be used if there is past polishing record, but if there is no past polishing record, or if the polishing rate is expected to change due to human factors, quality is limited to the first time. Management (QC) may be performed and set.
このようにして、研磨前膜厚、目標膜厚、パラメータＡ、Ｂ、Ｃ、研磨レートを設定することにより、演算コンピュータ５０ａでは、算出式として例えば以下の式４を用いて、
研磨時間＝｛（研磨前膜厚−目標膜厚）−（Ｂ＋Ｃ）｝／（Ａ×研磨レート）・・・式４
から最初の製品ウエハの研磨時間を算出する。
In this way, by setting the film thickness before polishing, the target film thickness, the parameters A, B, C, and the polishing rate, the
Polishing time = {(film thickness before polishing−target film thickness) − (B + C)} / (A × polishing rate) Equation 4
To calculate the polishing time of the first product wafer.
かかる算出した研磨時間をホストコンピュータ４０ａは入手し、化学的機械的研磨のレシピに合わせてかかる研磨時間で、特定した化学的機械的研磨手段２０の化学的機械的研磨装置２０ａで化学的機械的研磨を行う。
The
化学的機械的研磨終了後は、製品ウエハの研磨後の膜厚が、測定手段３０を構成する非接触式の膜厚測定装置３０ａ等で測定され、ホストコンピュータ４０ａに送られる。最初の製品ウエハの化学的機械的研磨の進行に応じて、２枚目の製品ウエハの研磨前膜厚も測定手段１０により測定され、ホストコンピュータ４０ａに前記要領で送られる。
After the chemical mechanical polishing is finished, the thickness of the product wafer after polishing is measured by a non-contact type film
２枚目の製品ウエハの研磨時間は、演算コンピュータ５０ａにより、最初の製品ウエハの研磨後の膜厚データを用いて式７により算出した基準研磨レート、最初の製品ウエハの研磨時間の算定に使用したパラメータＡ、Ｂ、Ｃと、２枚目の製品ウエハの研磨前の膜厚実測データとから、式８を用いて、２枚目の製品ウエハの研磨時間を算出する。
The polishing time of the second product wafer is used to calculate the reference polishing rate calculated by Equation 7 using the film thickness data after polishing of the first product wafer and the polishing time of the first product wafer by the
算出した２枚目の製品ウエハの研磨時間を用いて化学的機械的研磨を実際に行う。このようにして、直前の製品ウエハの研磨実績から算出した研磨レートを基準として次の製品ウエハの化学的機械的研磨を行う。 Chemical mechanical polishing is actually performed using the calculated polishing time of the second product wafer. In this way, the next product wafer is subjected to chemical mechanical polishing based on the polishing rate calculated from the previous polishing result of the product wafer.
尚、基準研磨レートとして、上記説明では、直前の製品ウエハの研磨実績から算定した研磨レートを基準とする場合について説明したが、製品ウエハが新品種、あるいは新工程での研磨等の場合には、製品ウエハの化学的機械的研磨が安定していない場合も十分に想定されるため、化学的機械的研磨が安定したと見做されるまでは、初期設定の研磨レートを基準として化学的機械的研磨を行い、その後に、化学的機械的研磨が安定したと見做された段階で、直前の製品ウエハの研磨実績を次の製品ウエハの研磨時間の算出に使用するようにしてもよい。 In the above description, the reference polishing rate has been described based on the polishing rate calculated from the previous polishing result of the product wafer. However, when the product wafer is a new type or polishing in a new process, etc. Since the chemical mechanical polishing of the product wafer is assumed to be unstable, it is assumed that the chemical mechanical polishing is based on the default polishing rate until the chemical mechanical polishing is considered stable. Then, when it is considered that chemical mechanical polishing is stable, the polishing result of the immediately previous product wafer may be used for calculating the polishing time of the next product wafer.
さらには、直前の製品ウエハの研磨実績のみを基準研磨レートとして採用する場合には、万が一、直前の製品ウエハの研磨が異常である場合には、かかる異常値を基準として採用する虞も十分にあるため、直前の製品ウエハ迄の過去の複数枚の製品ウエハの研磨実績に基づき、例えば、平均研磨レートを用いる等して、基準研磨レートを算出する方法を採用しても勿論構わない。 Furthermore, if only the polishing result of the immediately preceding product wafer is used as the reference polishing rate, in the unlikely event that the polishing of the immediately preceding product wafer is abnormal, there is a sufficient possibility that such an abnormal value will be used as a reference. Therefore, of course, a method of calculating the reference polishing rate by using, for example, an average polishing rate based on the past polishing results of a plurality of product wafers up to the immediately preceding product wafer may be adopted.
このようにして上記構成の化学的機械的研磨システムを使用することで、半導体装置の製造における化学的機械的研磨工程では、これまでとは異なり、製品ウエハの化学的機械的研磨に先立ってのダミーウエハ、あるいは先行研磨を行う等の条件出しを省くことができ、半導体装置の製造コストの低減等を図ることができる。 In this way, by using the chemical mechanical polishing system having the above-described configuration, the chemical mechanical polishing process in the manufacture of the semiconductor device is different from the conventional chemical mechanical polishing of the product wafer. It is possible to omit conditions such as dummy wafers or pre-polishing, and to reduce the manufacturing cost of the semiconductor device.
また、上記構成の化学的機械的研磨システムを使用することで、演算コンピュータ５０ａで演算するに際して使用する算出式中の当初設定のパラメータＡ、Ｂを、研磨実績に合わせて適正値に適宜補正することもできる。例えば、上記説明の要領で当初設定したパラメータＡ、Ｂ、Ｃを用いて製品ウエハの化学的機械的研磨を実施し、研磨実績を前記説明のように研磨量、研磨時間の２軸で示す象限内に打点し、この打点との相関係数が高くなるように当初の算出式のパラメータを変更する。
In addition, by using the chemical mechanical polishing system having the above-described configuration, the parameters A and B that are initially set in the calculation formula used when calculating by the
上記算出式の変更に際しては、演算コンピュータ５０ａ等の演算手段５０を用いて、パラメータＡ、Ｂに種々の値を入力しながら行えばよい。このようにして研磨実績を示す打点との相関係数が高くなるように変更した場合のパラメータＡ、Ｂの値を、当初設定のパラメータＡ、Ｂの値と置き換えることで漸次算出式を自己補正して、より実際の化学的機械的研磨状況に合った化学的機械的研磨を行うようにすることができる。
The calculation formula may be changed while inputting various values to the parameters A and B using the calculation means 50 such as the
尚、かかるパラメータＡ、Ｂの自己補正に関しても、研磨実績の数が少ない場合には、異常値を元に補正する虞もあるため、ある程度の研磨時実績が蓄積されるまでは、かかるパラメータの自己補正を行わないように、パラメータの補正機能の設定、解除が自在に行えるようにしておいても構わない。 As for the self-correction of parameters A and B, if there are a small number of polishing results, there is a possibility of correction based on an abnormal value. Therefore, until a certain amount of polishing results are accumulated, The parameter correction function may be set and canceled freely so as not to perform self-correction.
また、演算コンピュータ５０ａにおける研磨時間、研磨レート等の研磨条件の算出に用いる算出式に関しては、パラメータの定義を変えたり、あるいは、別系統の化学的機械的研磨における状況からパラメータの値を全く異なる値に変更したり、あるいは、別のパラメータを追加したり、あるいは減らしたりする等のパラメータ編集が必要となる場合も十分に想定される。
In addition, regarding calculation formulas used for calculation of polishing conditions such as polishing time and polishing rate in the
かかる場合には、図４に示す化学的機械的研磨システムでは、データ更新手段７０としてのコンピュータ７０ａ等から演算コンピュータ５０ａ内の算出式に含まれるパラメータの編集を適宜行って更新することができる。かかるコンピュータ７０ａは、製品ウエハの化学的機械的研磨を行う当該化学的機械的研磨装置が接続されているネットワーク、あるいは、かかるネットワークが接続されている基幹ネットワークに接続させておく等して、当該化学的機械的研磨装置が収容されているクリーンルームの外から、パラメータの編集等の更新処理が行えるようにしておいても構わない。
In such a case, in the chemical mechanical polishing system shown in FIG. 4, the parameters included in the calculation formula in the
このようなシステム構成にしておけば、クリーンルームの外で、現在進行中の化学的機械的研磨の状況を把握することができ、都度クリーンルーム内に立ち入って化学的機械的研磨の状況確認、あるいは、ホストコンピュータ４０ａからのパラメータ更新処理を行わなくても済み、かかる間接業務の省力化、効率化をも図ることができる。
If you have such a system configuration, you can grasp the status of chemical mechanical polishing that is currently in progress outside the clean room, enter the clean room each time and check the status of chemical mechanical polishing, or It is not necessary to perform parameter update processing from the
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
例えば、上記説明では膜性状に関するパラメータとして膜質に関する場合を一例として挙げたが、膜質以外の他の膜性状を示すパラメータを用いて構わない。 For example, in the above description, the case relating to the film quality is given as an example of the parameter relating to the film quality, but a parameter indicating the film quality other than the film quality may be used.
装置間機差を示すパラメータとして、計時開始と研磨開始の時間差を示す場合を一実施例として挙げたが、これ以外の機差を示すパラメータを用いても構わない。 Although the case where the time difference between the start of timing and the start of polishing is shown as an example as a parameter indicating the machine difference between apparatuses, a parameter indicating a machine difference other than this may be used.
上記説明の化学的機械的研磨システムの構成では、測定手段と化学的機械的研磨手段とを独立して図示説明したが、化学的機械的研磨手段を構成する化学的機械的研磨装置が測定手段を併有する構成であっても構わない。 In the configuration of the chemical mechanical polishing system described above, the measuring means and the chemical mechanical polishing means are illustrated and described independently. However, the chemical mechanical polishing apparatus constituting the chemical mechanical polishing means is the measuring means. It is also possible to have a configuration having both.
さらには、ホストコンピュータ、演算手段、記憶手段をそれぞれ独立して図示説明したが、適宜、各々の手段として機能する装置内に他の手段を併有しても構わないことは言うまでもない。各手段間のデータのやりとりはケーブルを介しても、無線でも構わない。勿論、必要に応じて、運搬可能なＣＤ、ＤＶＤ、ＦＤ等のデータ格納手段を用いても構わない。 Furthermore, although the host computer, the calculation means, and the storage means have been illustrated and described independently, it goes without saying that other means may be included in the apparatus functioning as each means as appropriate. Data exchange between each means may be via a cable or wirelessly. Of course, if necessary, a data storage means such as a transportable CD, DVD, FD or the like may be used.
本発明は、化学的機械的研磨を行う半導体装置の製造分野で利用することができる。 The present invention can be used in the field of manufacturing semiconductor devices that perform chemical mechanical polishing.
１０ 測定手段
１０ａ 膜厚測定装置
２０ 化学的機械的研磨手段
２０ａ 化学的機械的研磨装置
３０ 測定手段
３０ａ 膜厚測定装置
４０ 管理手段
４０ａ ホストコンピュータ
５０ 演算手段
５０ａ 演算コンピュータ
５１ パラメータテーブル
６０ 記憶手段
７０ データ更新手段
７０ａ コンピュータ
Ｐ 点
Ｑ 点
Ｑ１ 点
ｇ 直線
ｈ 対数近似曲線
ｉ 直線
ｊ 直線
ｋ 直線
ｔ 研磨時間
ｔ１ 研磨時間
ｔｐ 研磨時間
ｔｑ 研磨時間
ｔｑ１ 研磨時間
Δｒ 基準研磨レートの差
DESCRIPTION OF
Claims (16)
（ａ）前記化学的機械的研磨に対する被研磨膜の膜性状の影響を示すパラメータ、
（ｂ）前記化学的機械的研磨に対する被研磨膜の起伏状態の影響を示すパラメータ。 A chemical mechanical polishing method characterized by performing chemical mechanical polishing with a value calculated by a calculation formula using the following parameters;
(A) a parameter indicating the influence of film properties of the film to be polished on the chemical mechanical polishing;
(B) A parameter indicating the influence of the undulation state of the film to be polished on the chemical mechanical polishing.
前記算出式に含まれる前記パラメータの少なくとも一つを、製品ウエハの研磨状態に沿って修正することを特徴とする化学的機械的研磨方法。 The chemical mechanical polishing method according to claim 4, wherein
A chemical mechanical polishing method, wherein at least one of the parameters included in the calculation formula is corrected in accordance with a polishing state of a product wafer.
（ａ）前記化学的機械的研磨に対する被研磨膜の膜性状の影響を示すパラメータ、
（ｂ）前記化学的機械的研磨に対する被研磨膜の起伏状態の影響を示すパラメータ、
（ｃ）前記化学的機械的研磨に対する化学的機械的研磨装置の装置間機差の影響を示すパラメータ。 A chemical mechanical polishing method characterized by performing chemical mechanical polishing with a value calculated by a calculation formula using the following parameters;
(A) a parameter indicating the influence of film properties of the film to be polished on the chemical mechanical polishing;
(B) a parameter indicating the influence of the undulation state of the film to be polished on the chemical mechanical polishing;
(C) A parameter indicating the influence of the machine-to-machine difference of the chemical mechanical polishing apparatus on the chemical mechanical polishing.
前記算出式に含まれる前記パラメータの少なくとも一つを、製品ウエハの研磨状態に沿って修正することを特徴とする化学的機械的研磨方法。 The chemical mechanical polishing method according to claim 6, wherein
A chemical mechanical polishing method, wherein at least one of the parameters included in the calculation formula is corrected in accordance with a polishing state of a product wafer.
（ａ）算出式に基づき研磨条件を演算する演算手段、
（ｂ）前記算出式を構成するパラメータのデータを保持するデータ記憶手段、
（ｃ）前記パラメータのデータを製品ウエハの研磨実績に基づき更新するデータ更新手段、
（ｄ）前記製品ウエハの研磨実績を測定する測定手段、
（ｅ）前記製品ウエハを前記算出式に基づき演算した前記研磨条件で化学的機械的研磨を行う化学的機械的研磨手段。 A chemical mechanical polishing system comprising the following means;
(A) a computing means for computing polishing conditions based on the calculation formula;
(B) data storage means for holding parameter data constituting the calculation formula;
(C) data updating means for updating the data of the parameters based on the product wafer polishing results;
(D) measuring means for measuring the polishing performance of the product wafer;
(E) Chemical mechanical polishing means for performing chemical mechanical polishing on the product wafer under the polishing conditions calculated based on the calculation formula.
前記化学的機械的研磨手段が複数設けられていることを特徴とする化学的機械的研磨システム。 The chemical mechanical polishing system of claim 9, wherein
A chemical mechanical polishing system comprising a plurality of the chemical mechanical polishing means.
（ａ）製品ウエハの化学的機械的研磨を行うに先立って設定する基準研磨レートを、ダミーウエハを用いることなく前記製品ウエハを用いて設定する処理。 A method of manufacturing a semiconductor device, comprising a chemical mechanical polishing step for performing the following processing;
(A) A process of setting a reference polishing rate that is set prior to chemical mechanical polishing of a product wafer using the product wafer without using a dummy wafer.
（ａ）製品ウエハの化学的機械的研磨を行うに先立って、製品ウエハとは異なるウエハを用いて設定した基準研磨レートから算出した前記製品ウエハの研磨時間と、前記製品ウエハを前記基準研磨レートで化学的機械的研磨を行った際の実測研磨時間との差を見出す先行研磨を行わずに、前記製品ウエハの化学的機械的研磨を行う処理。 A method of manufacturing a semiconductor device, comprising a chemical mechanical polishing step for performing the following processing;
(A) Prior to performing chemical mechanical polishing of a product wafer, the polishing time of the product wafer calculated from a reference polishing rate set using a wafer different from the product wafer, and the reference polishing rate of the product wafer. A process of performing chemical mechanical polishing of the product wafer without performing prior polishing to find a difference from the actual polishing time when chemical mechanical polishing is performed.
（ａ）前記化学的機械的研磨に対する被研磨膜の膜性状の影響を示すパラメータ、
（ｂ）前記化学的機械的研磨に対する被研磨膜の起伏状態の影響を示すパラメータ。 A method of manufacturing a semiconductor device comprising a step of performing chemical mechanical polishing using a value calculated by a calculation formula using the following parameters;
(A) a parameter indicating the influence of film properties of the film to be polished on the chemical mechanical polishing;
(B) A parameter indicating the influence of the undulation state of the film to be polished on the chemical mechanical polishing.
前記算出式に含まれる前記パラメータの少なくとも一つを、製品ウエハの研磨状態に沿って修正することを特徴とする半導体装置の製造方法。 14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein at least one of the parameters included in the calculation formula is corrected according to a polishing state of a product wafer.
（ａ）前記化学的機械的研磨に対する被研磨膜の膜性状の影響を示すパラメータ、
（ｂ）前記化学的機械的研磨に対する被研磨膜の起伏状態の影響を示すパラメータ、
（ｃ）前記化学的機械的研磨に対する化学的機械的研磨装置の装置間機差の影響を示すパラメータ。 A method of manufacturing a semiconductor device comprising a step of performing chemical mechanical polishing using a value calculated by a calculation formula using the following parameters;
(A) a parameter indicating the influence of film properties of the film to be polished on the chemical mechanical polishing;
(B) a parameter indicating the influence of the undulation state of the film to be polished on the chemical mechanical polishing;
(C) A parameter indicating the influence of the machine-to-machine difference of the chemical mechanical polishing apparatus on the chemical mechanical polishing.
前記算出式に含まれる前記パラメータの少なくとも一つを、製品ウエハの研磨状態に沿って修正することを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 15,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein at least one of the parameters included in the calculation formula is corrected according to a polishing state of a product wafer.
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