JPH10315124A - 研磨方法および研磨装置 - Google Patents
研磨方法および研磨装置Info
- Publication number
- JPH10315124A JPH10315124A JP12669797A JP12669797A JPH10315124A JP H10315124 A JPH10315124 A JP H10315124A JP 12669797 A JP12669797 A JP 12669797A JP 12669797 A JP12669797 A JP 12669797A JP H10315124 A JPH10315124 A JP H10315124A
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- Japan
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- polishing
- sliding resistance
- efficiency
- polishing efficiency
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- Grinding-Machine Dressing And Accessory Apparatuses (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】LSIウエハのCMPで、研磨能率ならびに研磨量を
その場で検出できる手段を提供する。 【解決手段】研磨パッド5の表面と、半導体基板の間に
働く摺動抵抗8を検知するようにした。さらに摺動抵抗8
と研磨能率の関係をあらかじめ測定しておくことで、研
磨能率のその場検出を可能とした。
その場で検出できる手段を提供する。 【解決手段】研磨パッド5の表面と、半導体基板の間に
働く摺動抵抗8を検知するようにした。さらに摺動抵抗8
と研磨能率の関係をあらかじめ測定しておくことで、研
磨能率のその場検出を可能とした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は研磨装置およびに研
磨方法に関する。
磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】高密度半導体集積回路素子の形成プロセ
スの過程で絶縁膜や金属膜のパターン形成等によってLS
Iウエハ表面は複雑な凹凸が生じる。この凹凸を持ったL
SIウエハ表面上に引き続きパターン形成を行うと、リソ
グラフィプロセスにおける焦点深度の余裕が無いために
パターン転写での解像度が不足したり、凹凸の段差部に
おける金属配線膜の欠損が生じるなど、高密度半導体集
積回路の作成上の障害となる場合があった。この問題を
解消するためLSIウエハ表面を研磨パッドを貼り付けた
研磨定盤に押し付けながら摺動し、凹凸を研磨により平
坦化するCMP法が採用されている。
スの過程で絶縁膜や金属膜のパターン形成等によってLS
Iウエハ表面は複雑な凹凸が生じる。この凹凸を持ったL
SIウエハ表面上に引き続きパターン形成を行うと、リソ
グラフィプロセスにおける焦点深度の余裕が無いために
パターン転写での解像度が不足したり、凹凸の段差部に
おける金属配線膜の欠損が生じるなど、高密度半導体集
積回路の作成上の障害となる場合があった。この問題を
解消するためLSIウエハ表面を研磨パッドを貼り付けた
研磨定盤に押し付けながら摺動し、凹凸を研磨により平
坦化するCMP法が採用されている。
【０００３】従来、CMP法における研磨量の管理は、単
位時間あたりの研磨量、すなわち研磨能率をあらかじめ
実験的に測定しておき、所望の研磨量を測定した研磨能
率で除して必要な研磨時間を決定することで行ってい
た。ところが研磨能率は研磨速度や研磨荷重といった研
磨条件を一定に保っていても、研磨の進行に伴って研磨
パッド表面が摩耗するために大きく変動する。このため
従来のCMP法では所定の研磨回数毎にダミー基板により
研磨能率を測定し、研磨時間の補正を行う必要がある。
また、表面が摩滅した研磨パッドは修復のためダイアモ
ンド砥石などを用いたドレシングを行う必要があるが、
その都度、研磨能率の測定校正を行っている。このよう
に従来の研磨量管理はきわめて煩雑であり、これを回避
するための技術開発が望まれていた。
位時間あたりの研磨量、すなわち研磨能率をあらかじめ
実験的に測定しておき、所望の研磨量を測定した研磨能
率で除して必要な研磨時間を決定することで行ってい
た。ところが研磨能率は研磨速度や研磨荷重といった研
磨条件を一定に保っていても、研磨の進行に伴って研磨
パッド表面が摩耗するために大きく変動する。このため
従来のCMP法では所定の研磨回数毎にダミー基板により
研磨能率を測定し、研磨時間の補正を行う必要がある。
また、表面が摩滅した研磨パッドは修復のためダイアモ
ンド砥石などを用いたドレシングを行う必要があるが、
その都度、研磨能率の測定校正を行っている。このよう
に従来の研磨量管理はきわめて煩雑であり、これを回避
するための技術開発が望まれていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】研磨パッド表面と半導
体基板表面間の摺動抵抗の検出による、研磨能率のその
場検出の手段を提供する。
体基板表面間の摺動抵抗の検出による、研磨能率のその
場検出の手段を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】研磨パッド表面と、半導
体基板の間に働く摺動抵抗を検知するようにした。さら
に摺動抵抗と研磨能率の関係をあらかじめ測定しておく
ことで、研磨能率のその場検出を可能とした。
体基板の間に働く摺動抵抗を検知するようにした。さら
に摺動抵抗と研磨能率の関係をあらかじめ測定しておく
ことで、研磨能率のその場検出を可能とした。
【０００６】LSIウエハの研磨で、ウエハに与えられた
総仕事量Wはウエハ、研磨パッド間の摺動抵抗を摺動距
離で積分したものとなり、摺動抵抗をF、摺動距離をｘ
とすれば、(W=∫F(x)dx)で表される。ウエハ表面の除去
に要する仕事量は、この総仕事量Wの一部であり、残り
の仕事量は摺動に伴う摩擦熱などに変化する。従って、
総仕事量のうち、ウエハ表面の除去に使われる仕事量の
割合がほぼ一定の範囲では総仕事量とウエハ表面の除去
量、すなわち研磨量は比例し、比例計数をk、研磨量をv
とすれば(v= k∫F(x)dx)となる。ここで摺動距離xは研
磨速度uの時間積分(x=∫u(t)dt)であるから、これを(v=
k∫F(x)dx)に代入して両辺の時間微分を取ると(dv/dt=
kF(t)u(t))なる関係が得られる。研磨速度(u(t))が時間
によらず一定であれば、摺動抵抗Fと研磨量の時間微分
(dv/dt) 、すなわち研磨能率が比例することがわかる。
実用的には研磨条件の影響を受けるために必ずしも摺動
抵抗と研磨能率は比例しないと考えられるが、任意の研
磨条件の下における摺動抵抗と研磨能率の関係をあらか
じめ測定し、これを用いることで研磨中の摺動抵抗Fか
ら研磨能率(dv/dt)を把握できる。
総仕事量Wはウエハ、研磨パッド間の摺動抵抗を摺動距
離で積分したものとなり、摺動抵抗をF、摺動距離をｘ
とすれば、(W=∫F(x)dx)で表される。ウエハ表面の除去
に要する仕事量は、この総仕事量Wの一部であり、残り
の仕事量は摺動に伴う摩擦熱などに変化する。従って、
総仕事量のうち、ウエハ表面の除去に使われる仕事量の
割合がほぼ一定の範囲では総仕事量とウエハ表面の除去
量、すなわち研磨量は比例し、比例計数をk、研磨量をv
とすれば(v= k∫F(x)dx)となる。ここで摺動距離xは研
磨速度uの時間積分(x=∫u(t)dt)であるから、これを(v=
k∫F(x)dx)に代入して両辺の時間微分を取ると(dv/dt=
kF(t)u(t))なる関係が得られる。研磨速度(u(t))が時間
によらず一定であれば、摺動抵抗Fと研磨量の時間微分
(dv/dt) 、すなわち研磨能率が比例することがわかる。
実用的には研磨条件の影響を受けるために必ずしも摺動
抵抗と研磨能率は比例しないと考えられるが、任意の研
磨条件の下における摺動抵抗と研磨能率の関係をあらか
じめ測定し、これを用いることで研磨中の摺動抵抗Fか
ら研磨能率(dv/dt)を把握できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照しなが
ら、本発明の一実施例について説明する。
ら、本発明の一実施例について説明する。
【０００８】図１は本発明の摺動抵抗検出方法の概略図
である。研磨荷重2を印加してウエハ6を研磨する際、研
磨パッド5、ウエハ6間に発生する摺動抵抗8はチャック
7、主軸3、軸受4を介して荷重変換器1によって摺動抵抗
信号9に変換される。研磨パッド半径上のウエハの位置
によって研磨中の摺動抵抗の方向は異なるため、荷重変
換器１は主軸と直交する平面内で直交する二分力を測定
し、この二分力の合力を摺動抵抗信号9とする。
である。研磨荷重2を印加してウエハ6を研磨する際、研
磨パッド5、ウエハ6間に発生する摺動抵抗8はチャック
7、主軸3、軸受4を介して荷重変換器1によって摺動抵抗
信号9に変換される。研磨パッド半径上のウエハの位置
によって研磨中の摺動抵抗の方向は異なるため、荷重変
換器１は主軸と直交する平面内で直交する二分力を測定
し、この二分力の合力を摺動抵抗信号9とする。
【０００９】図２は本発明の研磨装置のブロック図であ
る。研磨中に荷重変換器1からの摺動抵抗信号9はA/D変
換器20によりA/D変換後、パーソナルコンピュータ18に
入力され、予め測定しておいた摺動抵抗と研磨能率の参
照データ21より後述の方法で研磨能率に変換される。こ
の研磨能率を研磨時間で積算してゆくことで研磨量を算
出する。算出された研磨量は表示器19に表示し、所望の
研磨量に達した場合は定盤駆動モータコントローラ17に
停止信号を送り、定盤駆動モータ11を自動的に停止させ
る。さらに、研磨中の研磨能率の監視を随時行い、研磨
能率が所定の値より低下した場合、パーソナルコンピュ
ータ18から空気流路切り替えバルブ14を切り替える信号
を送り、エアコンプレッサ15からの圧縮空気をエアシリ
ンダ12に送り、ダイアモンド砥石16を研磨定盤10に貼付
された研磨パッド5に押しつけドレシングを行う機能を
備える。なお、押しつけ圧力は圧力レギュレータ13で任
意の値に調整でき、ダイアモンド砥石は図示されていな
いモータにより任意の回転数で自転できるようになって
いる。また、研磨試料には直径150mmのSiウエハ表面に
液状ガラスを回転塗布した後、熱処理を行い約2μmの厚
さのSi酸化膜を形成したものを用いた。
る。研磨中に荷重変換器1からの摺動抵抗信号9はA/D変
換器20によりA/D変換後、パーソナルコンピュータ18に
入力され、予め測定しておいた摺動抵抗と研磨能率の参
照データ21より後述の方法で研磨能率に変換される。こ
の研磨能率を研磨時間で積算してゆくことで研磨量を算
出する。算出された研磨量は表示器19に表示し、所望の
研磨量に達した場合は定盤駆動モータコントローラ17に
停止信号を送り、定盤駆動モータ11を自動的に停止させ
る。さらに、研磨中の研磨能率の監視を随時行い、研磨
能率が所定の値より低下した場合、パーソナルコンピュ
ータ18から空気流路切り替えバルブ14を切り替える信号
を送り、エアコンプレッサ15からの圧縮空気をエアシリ
ンダ12に送り、ダイアモンド砥石16を研磨定盤10に貼付
された研磨パッド5に押しつけドレシングを行う機能を
備える。なお、押しつけ圧力は圧力レギュレータ13で任
意の値に調整でき、ダイアモンド砥石は図示されていな
いモータにより任意の回転数で自転できるようになって
いる。また、研磨試料には直径150mmのSiウエハ表面に
液状ガラスを回転塗布した後、熱処理を行い約2μmの厚
さのSi酸化膜を形成したものを用いた。
【００１０】図３はSiウエハをSiO2砥粒濃度3%の水溶液
を圧縮弾性率100Mpa、厚さ1mmの発泡ポリウレタンを表
面に貼付した研磨定盤上に100ml/minの割合で供給して
研磨を行った場合の摺動抵抗および研磨能率のウエハ研
磨枚数に伴う変化を表したものである。このときの研磨
定盤へのSiウエハの押しつけ圧力は500g/cm2、Siウエハ
中心位置での研磨定盤の摺動速度は300mm/sである。ま
た、Siウエハは20r/minで自転させた。同図よりウエハ
の研磨枚数が増加するに従って、摺動抵抗，研磨能率と
も減少することがわかる。なお、研磨能率の測定は研磨
前にSiウエハ上のSi酸化膜膜厚を(米)Nanometrix社製の
薄膜厚さ計Nanospec4100を用いて測定し、研磨後に再度
Si酸化膜膜厚の測定を行い、研磨前後の膜厚の差を研磨
時間で除して求めた。
を圧縮弾性率100Mpa、厚さ1mmの発泡ポリウレタンを表
面に貼付した研磨定盤上に100ml/minの割合で供給して
研磨を行った場合の摺動抵抗および研磨能率のウエハ研
磨枚数に伴う変化を表したものである。このときの研磨
定盤へのSiウエハの押しつけ圧力は500g/cm2、Siウエハ
中心位置での研磨定盤の摺動速度は300mm/sである。ま
た、Siウエハは20r/minで自転させた。同図よりウエハ
の研磨枚数が増加するに従って、摺動抵抗，研磨能率と
も減少することがわかる。なお、研磨能率の測定は研磨
前にSiウエハ上のSi酸化膜膜厚を(米)Nanometrix社製の
薄膜厚さ計Nanospec4100を用いて測定し、研磨後に再度
Si酸化膜膜厚の測定を行い、研磨前後の膜厚の差を研磨
時間で除して求めた。
【００１１】図４は図３の結果から摺動抵抗と研磨能率
の相関を示した。このデータから研磨能率を摺動抵抗の
多項式として近似を行い、その場検出された摺動抵抗よ
りパーソナルコンピュータを用い実時間で研磨能率を算
出し、さらにパーソナルコンピュータ上で研磨能率の時
間積分を行い研磨量を算出する。
の相関を示した。このデータから研磨能率を摺動抵抗の
多項式として近似を行い、その場検出された摺動抵抗よ
りパーソナルコンピュータを用い実時間で研磨能率を算
出し、さらにパーソナルコンピュータ上で研磨能率の時
間積分を行い研磨量を算出する。
【００１２】以上の結果を用いて、研磨量1μmを目標と
し、研磨パッドのドレシングを行わず、ウエハを25枚連
続して研磨を行った。各ウエハは研磨開始後、表示器に
表示された研磨量が1μmになった時点で研磨を終了し
た。その結果、従来の研磨方法では研磨量に約±0.15μ
mのばらつきが生じるのに対して、本研磨装置を用いた
研磨加工では研磨量のばらつきが約±0.03μmに抑制さ
れることが確認された（図５参照）。
し、研磨パッドのドレシングを行わず、ウエハを25枚連
続して研磨を行った。各ウエハは研磨開始後、表示器に
表示された研磨量が1μmになった時点で研磨を終了し
た。その結果、従来の研磨方法では研磨量に約±0.15μ
mのばらつきが生じるのに対して、本研磨装置を用いた
研磨加工では研磨量のばらつきが約±0.03μmに抑制さ
れることが確認された（図５参照）。
【００１３】次に、研磨能率が所定の値より低下した場
合に研磨パッドのドレシングを自動的に行うシーケンス
を実行し、従来方法との比較を行った。従来方法はSiウ
エハ10枚を研磨する毎にダミーウエハによる研磨能率の
実測を行い、研磨時間の補正ならびに研磨能率が所定の
値より低下していた場合には研磨パッドのドレシングを
行うようにした。研磨量の目標値は1μmとし、ウエハ10
0枚を連続して研磨した。その結果、従来の研磨加工法
では研磨量におよそ±0.15μmのばらつきが生じるのに
対し、本発明では研磨量のばらつきが約±0.03μmに抑
制されることが確認された（図６参照）。また、このと
きのSiウエハ100枚を研磨するための所要時間は従来の
方法を利用した研磨加工では約1400分であったのに対
し、本研磨装置を利用した研磨加工ではその1/3の500mi
nであり、ウエハ製造効率の向上が確認された。
合に研磨パッドのドレシングを自動的に行うシーケンス
を実行し、従来方法との比較を行った。従来方法はSiウ
エハ10枚を研磨する毎にダミーウエハによる研磨能率の
実測を行い、研磨時間の補正ならびに研磨能率が所定の
値より低下していた場合には研磨パッドのドレシングを
行うようにした。研磨量の目標値は1μmとし、ウエハ10
0枚を連続して研磨した。その結果、従来の研磨加工法
では研磨量におよそ±0.15μmのばらつきが生じるのに
対し、本発明では研磨量のばらつきが約±0.03μmに抑
制されることが確認された（図６参照）。また、このと
きのSiウエハ100枚を研磨するための所要時間は従来の
方法を利用した研磨加工では約1400分であったのに対
し、本研磨装置を利用した研磨加工ではその1/3の500mi
nであり、ウエハ製造効率の向上が確認された。
【００１４】
【発明の効果】本発明により得られる最大の効果はCMP
で問題となる研磨量の管理が従来以上に簡便に行えるこ
とにある。また、付加的に得られる効果としては、その
管理の自動化が可能な点にあり、製造工程の大幅な簡略
化ができる。
で問題となる研磨量の管理が従来以上に簡便に行えるこ
とにある。また、付加的に得られる効果としては、その
管理の自動化が可能な点にあり、製造工程の大幅な簡略
化ができる。
【図１】摺動抵抗検出方法の説明図。
【図２】研磨装置のブロック図。
【図３】ウエハ研磨枚数と摺動抵抗および研磨能率の相
関の特性図。
関の特性図。
【図４】摺動抵抗と研磨能率の相関の特性図。
【図５】ウエハ研磨枚数に伴う研磨量の変動についての
本発明と従来法の比較の説明図。
本発明と従来法の比較の説明図。
【図６】ウエハ研磨枚数に伴う研磨量の変動についての
本発明と従来法の比較の説明図。
本発明と従来法の比較の説明図。
１…荷重変換器、２…研磨荷重、３…主軸、４…軸受、
５…研磨パッド、６…ウエハ、７…チャック、８…摺動
抵抗、９…摺動抵抗信号。
５…研磨パッド、６…ウエハ、７…チャック、８…摺動
抵抗、９…摺動抵抗信号。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 萱場 信雄 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 西口 隆 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内
Claims (5)
- 【請求項１】微細回路パターンを形成した半導体基板の
表面を加圧ヘッドを介して研磨定盤に貼付された研磨パ
ッドに押し付け、前記微細回路パターンの形成に伴って
生じた凹凸を平坦に研磨する研磨装置に於いて、前記半
導体基板の表面と前記研磨パッド間に生じる摺動抵抗を
検出する機能を有することを特徴とする研磨装置。 - 【請求項２】請求項１に於いて、前記摺動抵抗の変化と
研磨時間とから研磨の進行状況の監視を行う研磨方法。 - 【請求項３】請求項２に記載の研磨方法を動作シーケン
スに組み込んだ研磨装置。 - 【請求項４】請求項１に於いて、前記摺動抵抗から前記
研磨パッド表面の摩滅状態を判定して前記研磨パッド表
面の修復を行う研磨方法。 - 【請求項５】請求項４の前記研磨方法を動作シーケンス
に組み込んだ研磨装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12669797A JPH10315124A (ja) | 1997-05-16 | 1997-05-16 | 研磨方法および研磨装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12669797A JPH10315124A (ja) | 1997-05-16 | 1997-05-16 | 研磨方法および研磨装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10315124A true JPH10315124A (ja) | 1998-12-02 |
Family
ID=14941619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12669797A Pending JPH10315124A (ja) | 1997-05-16 | 1997-05-16 | 研磨方法および研磨装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10315124A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6093080A (en) * | 1998-05-19 | 2000-07-25 | Nec Corporation | Polishing apparatus and method |
| US6191038B1 (en) | 1997-09-02 | 2001-02-20 | Matsushita Electronics Corporation | Apparatus and method for chemical/mechanical polishing |
| US6231425B1 (en) | 1998-08-18 | 2001-05-15 | Nec Corporation | Polishing apparatus and method |
| EP1222056A1 (en) * | 1999-08-31 | 2002-07-17 | Micron Technology, Inc. | Apparatus and method for conditioning and monitoring media used for chemical-mechanical planarization |
| US6531399B2 (en) | 2000-10-26 | 2003-03-11 | Hitachi, Ltd. | Polishing method |
| CN104858786A (zh) * | 2010-09-09 | 2015-08-26 | 株式会社荏原制作所 | 研磨装置 |
| JP2016129931A (ja) * | 2012-08-28 | 2016-07-21 | 株式会社荏原製作所 | ドレッシングプロセスの監視方法および研磨装置 |
-
1997
- 1997-05-16 JP JP12669797A patent/JPH10315124A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6191038B1 (en) | 1997-09-02 | 2001-02-20 | Matsushita Electronics Corporation | Apparatus and method for chemical/mechanical polishing |
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| EP1222056A4 (en) * | 1999-08-31 | 2005-01-05 | Micron Technology Inc | METHOD AND DEVICE FOR CONDITIONING AND MONITORING MEDIA USED FOR CHEMICAL MECHANICAL PLANARIZATION |
| EP1222056A1 (en) * | 1999-08-31 | 2002-07-17 | Micron Technology, Inc. | Apparatus and method for conditioning and monitoring media used for chemical-mechanical planarization |
| US7172491B2 (en) | 1999-08-31 | 2007-02-06 | Micron Technology, Inc. | Apparatus and method for conditioning and monitoring media used for chemical-mechanical planarization |
| US7229336B2 (en) | 1999-08-31 | 2007-06-12 | Micron Technology, Inc. | Apparatus and method for conditioning and monitoring media used for chemical-mechanical planarization |
| US6531399B2 (en) | 2000-10-26 | 2003-03-11 | Hitachi, Ltd. | Polishing method |
| US6648728B2 (en) * | 2000-10-26 | 2003-11-18 | Hitachi, Ltd. | Polishing system |
| SG106633A1 (en) * | 2000-10-26 | 2004-10-29 | Hitachi Ltd | Polishing system |
| CN104858786A (zh) * | 2010-09-09 | 2015-08-26 | 株式会社荏原制作所 | 研磨装置 |
| JP2016129931A (ja) * | 2012-08-28 | 2016-07-21 | 株式会社荏原製作所 | ドレッシングプロセスの監視方法および研磨装置 |
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