JP2002126998A - 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
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- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
- Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
- Grinding-Machine Dressing And Accessory Apparatuses (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】研磨加工プロセスにおいて、研磨中の研磨能率
をリアルタイムに自動測定する。 【解決手段】本研磨装置が備えるセンサ１は、研磨加工
中、研磨定盤１０に貼付された研磨パッド５と、ウエハ
６との間に生じる研磨抵抗を測定する。そして情報処理
装置１８は、センサ１から得た研磨抵抗と、所定の関数
とを用いて、研磨能率を算出する。そして、研磨能率の
変化に応じて、研磨加工の進行に伴って推移する研磨パ
ッド５の研磨性能を評価する。尚、こうした評価結果
は、研磨パッドに対するドレッシング処理の実行タイミ
ングの決定や、加工物の研磨量の算出に利用される。
をリアルタイムに自動測定する。 【解決手段】本研磨装置が備えるセンサ１は、研磨加工
中、研磨定盤１０に貼付された研磨パッド５と、ウエハ
６との間に生じる研磨抵抗を測定する。そして情報処理
装置１８は、センサ１から得た研磨抵抗と、所定の関数
とを用いて、研磨能率を算出する。そして、研磨能率の
変化に応じて、研磨加工の進行に伴って推移する研磨パ
ッド５の研磨性能を評価する。尚、こうした評価結果
は、研磨パッドに対するドレッシング処理の実行タイミ
ングの決定や、加工物の研磨量の算出に利用される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、加工物の表面の研
磨加工に係り、特に半導体製造プロセスにおけるＳｉウ
エハ表面の平坦化処理に適した研磨方法および研磨装置
に関する。
磨加工に係り、特に半導体製造プロセスにおけるＳｉウ
エハ表面の平坦化処理に適した研磨方法および研磨装置
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
スの過程において絶縁膜や金属膜のパターン形成等によ
ってＳｉウエハ表面は複雑な凹凸が生ずる。この凹凸を
持った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
のため、半導体プロセスにおける一工程として、前記凹
凸を平坦化するＣＭＰ（化学的機械的研磨法）が導入さ
れている。
スの過程において絶縁膜や金属膜のパターン形成等によ
ってＳｉウエハ表面は複雑な凹凸が生ずる。この凹凸を
持った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
のため、半導体プロセスにおける一工程として、前記凹
凸を平坦化するＣＭＰ（化学的機械的研磨法）が導入さ
れている。
【０００３】従来、ＣＭＰ等による上記Ｓｉウエハの研
磨工程においては、研磨の進行に伴う研磨パッド表面の
摩耗などによる研磨性能の変動を把握するため、所定枚
数のＳｉウエハを研磨する毎にダミー基板による研磨能
率（単位時間あたりの研磨量）の測定を行っている。具
体的には、研磨時間Ｔに対する、ダミー基板表面のＳｉ
酸化膜の研磨前後の厚さの差分１の比（１／Ｔ）を研磨
能率として算出している。
磨工程においては、研磨の進行に伴う研磨パッド表面の
摩耗などによる研磨性能の変動を把握するため、所定枚
数のＳｉウエハを研磨する毎にダミー基板による研磨能
率（単位時間あたりの研磨量）の測定を行っている。具
体的には、研磨時間Ｔに対する、ダミー基板表面のＳｉ
酸化膜の研磨前後の厚さの差分１の比（１／Ｔ）を研磨
能率として算出している。
【０００４】そして、目標とする研磨量を、前記研磨能
率により除した時間を研磨時間とすることにより、研磨
量に対する研磨性能の変動の影響を低減している。ま
た、研磨パッド表面の摩滅により前記研磨能率が所定の
値より低下した場合、修復のためドレッシング処理（ダ
イアモンド砥石等を用いて、磨滅等により平滑化された
研磨パッド表面を修正する処理）を行い、研磨能率の変
動範囲を抑制する。
率により除した時間を研磨時間とすることにより、研磨
量に対する研磨性能の変動の影響を低減している。ま
た、研磨パッド表面の摩滅により前記研磨能率が所定の
値より低下した場合、修復のためドレッシング処理（ダ
イアモンド砥石等を用いて、磨滅等により平滑化された
研磨パッド表面を修正する処理）を行い、研磨能率の変
動範囲を抑制する。
【０００５】上記の結果、研磨加工中、研磨能率の変動
が抑制され、かつ研磨量が制御されるために研磨量の誤
差を一定レベルに保持することができる。
が抑制され、かつ研磨量が制御されるために研磨量の誤
差を一定レベルに保持することができる。
【０００６】尚、以下、ここで説明した研磨加工を、従
来の研磨加工と呼ぶ。
来の研磨加工と呼ぶ。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
研磨加工中に採用されている研磨能率の測定方法には、
研磨加工の進行と共に推移する研磨パッドの研磨能率を
リアルタイムに測定することができないという欠点があ
る。従って、研磨パッドの修正処理や研磨時間の補正処
理を実行する最適タイミングを逸する可能性がある。ま
た、ダミー基板による測定プロセスを経なければならな
いため、Ｓｉウエハの製造効率が低下する欠点もある。
研磨加工中に採用されている研磨能率の測定方法には、
研磨加工の進行と共に推移する研磨パッドの研磨能率を
リアルタイムに測定することができないという欠点があ
る。従って、研磨パッドの修正処理や研磨時間の補正処
理を実行する最適タイミングを逸する可能性がある。ま
た、ダミー基板による測定プロセスを経なければならな
いため、Ｓｉウエハの製造効率が低下する欠点もある。
【０００８】そこで本発明は、研磨加工プロセスにおい
て、使用中の研磨パッドの研磨性能をリアルタイムに自
動測定することができる測定システムを備えた研磨装置
を提供し、研磨加工の効率化を図ることを一つの目的と
する。更に、こうした測定システムにより測定される研
磨パッドの研磨性能に基づいて研磨条件の最適化を図る
ことを一つの目的とする。
て、使用中の研磨パッドの研磨性能をリアルタイムに自
動測定することができる測定システムを備えた研磨装置
を提供し、研磨加工の効率化を図ることを一つの目的と
する。更に、こうした測定システムにより測定される研
磨パッドの研磨性能に基づいて研磨条件の最適化を図る
ことを一つの目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、加工物の表面を研磨する研磨方法であっ
て、研磨工具で前記加工物の表面を研磨する研磨ステッ
プと、前記研磨工具と前記加工物間に生じる研磨抵抗を
測定するステップと、前記測定した前記研磨抵抗に基づ
いて研磨性能に関連する前記研磨工具の特性を定量化す
るステップと、前記定量化した前記研磨工具の特性が所
定の基準よりも劣ったか否かを判定するステップとから
なる、繰り返し実行される測定ステップと、前記測定ス
テップで前記研磨工具の特性が前記所定の基準よりも劣
ったと判定された場合に、前記研磨工具にドレッシング
処理を施すドレッシングステップとを有することを特徴
とする研磨方法を提供する。
に、本発明は、加工物の表面を研磨する研磨方法であっ
て、研磨工具で前記加工物の表面を研磨する研磨ステッ
プと、前記研磨工具と前記加工物間に生じる研磨抵抗を
測定するステップと、前記測定した前記研磨抵抗に基づ
いて研磨性能に関連する前記研磨工具の特性を定量化す
るステップと、前記定量化した前記研磨工具の特性が所
定の基準よりも劣ったか否かを判定するステップとから
なる、繰り返し実行される測定ステップと、前記測定ス
テップで前記研磨工具の特性が前記所定の基準よりも劣
ったと判定された場合に、前記研磨工具にドレッシング
処理を施すドレッシングステップとを有することを特徴
とする研磨方法を提供する。
【００１０】また、研磨工具と加工物に相対的な運動を
与えて前記加工物の表面を研磨する研磨装置であって、
前記研磨工具と前記加工物とをそれぞれ保持し、前記研
磨工具と前記加工物とに前記相対的な運動を与える駆動
手段と、前記駆動手段に保持された前記研磨工具と前記
加工物との間に生じる研磨抵抗を測定する測定手段と、
前記測定手段が測定した前記研磨工具と前記加工物との
間に生じる研磨抵抗に基づいて、研磨性能に関連する前
記研磨工具の特性を定量化する定量化手段と、前記定量
化手段が定量化した前記研磨工具の特性が前記所定の基
準よりも劣ったか否かを判定する判定手段と、前記判定
手段が前記研磨工具の研磨特性が所定の基準よりも劣っ
たと判定した場合に、前記研磨工具にドレッシング処理
を施す研磨手段とを備えることを特徴とする研磨装置を
提供する。
与えて前記加工物の表面を研磨する研磨装置であって、
前記研磨工具と前記加工物とをそれぞれ保持し、前記研
磨工具と前記加工物とに前記相対的な運動を与える駆動
手段と、前記駆動手段に保持された前記研磨工具と前記
加工物との間に生じる研磨抵抗を測定する測定手段と、
前記測定手段が測定した前記研磨工具と前記加工物との
間に生じる研磨抵抗に基づいて、研磨性能に関連する前
記研磨工具の特性を定量化する定量化手段と、前記定量
化手段が定量化した前記研磨工具の特性が前記所定の基
準よりも劣ったか否かを判定する判定手段と、前記判定
手段が前記研磨工具の研磨特性が所定の基準よりも劣っ
たと判定した場合に、前記研磨工具にドレッシング処理
を施す研磨手段とを備えることを特徴とする研磨装置を
提供する。
【００１１】また、こうした研磨装置であって、研磨工
具と加工物の間に生じる研磨抵抗と、当該研磨抵抗を生
じる研磨工具の研磨能率とを対応付ける情報を記憶する
記憶手段と、前記記憶手段が記憶した前記情報により前
記測定手段が測定した前記研磨抵抗に対応付けられる前
記研磨工具の研磨能率を用いて、前記加工物の総研磨量
を算出する算出手段と、前記算出手段が算出した前記加
工物の総研磨量に応じて前記駆動手段を制御する制御手
段とを備えることを特徴とする研磨装置を提供する。
具と加工物の間に生じる研磨抵抗と、当該研磨抵抗を生
じる研磨工具の研磨能率とを対応付ける情報を記憶する
記憶手段と、前記記憶手段が記憶した前記情報により前
記測定手段が測定した前記研磨抵抗に対応付けられる前
記研磨工具の研磨能率を用いて、前記加工物の総研磨量
を算出する算出手段と、前記算出手段が算出した前記加
工物の総研磨量に応じて前記駆動手段を制御する制御手
段とを備えることを特徴とする研磨装置を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照しなが
ら、本発明に係る一実施の形態について説明する。
ら、本発明に係る一実施の形態について説明する。
【００１３】最初に、図１により、本実施の形態に係る
研磨装置の基本構成について概略を説明する。尚、本実
施例の形態では、従来技術の欄にて説明したＣＭＰ等を
行う研磨装置と同形式の研磨装置（即ち、研磨パッド５
を貼付した研磨定盤１０をモータ１１で回転させること
により、任意の研磨圧で加工物と研磨パッド５とを摺動
させる研磨装置）を用いることとし、ここでは、本研磨
装置の特徴とする構成を中心に説明する。
研磨装置の基本構成について概略を説明する。尚、本実
施例の形態では、従来技術の欄にて説明したＣＭＰ等を
行う研磨装置と同形式の研磨装置（即ち、研磨パッド５
を貼付した研磨定盤１０をモータ１１で回転させること
により、任意の研磨圧で加工物と研磨パッド５とを摺動
させる研磨装置）を用いることとし、ここでは、本研磨
装置の特徴とする構成を中心に説明する。
【００１４】本研磨装置は、研磨装置としての周知の基
本構成に加えて、更に、研磨定盤１０に貼付された研磨
パッド５と、Ｓｉウエハ６の間に生じる研磨抵抗を測定
するセンサ１と、後述の研磨パッド５の研磨性能の評価
処理や本装置全体の制御等を実行する情報処理装置１８
と、研磨定盤１０に貼付された研磨パッド５の研磨性能
を回復させる修正部２４と、研磨定盤１０を回転させる
モータ１１を制御するコントローラ１７と、研磨パッド
５の研磨性能の評価結果等を表示する表示装置１９と、
目標とする研磨量等の所定の設定値を入力する入力装置
２１とを備える。
本構成に加えて、更に、研磨定盤１０に貼付された研磨
パッド５と、Ｓｉウエハ６の間に生じる研磨抵抗を測定
するセンサ１と、後述の研磨パッド５の研磨性能の評価
処理や本装置全体の制御等を実行する情報処理装置１８
と、研磨定盤１０に貼付された研磨パッド５の研磨性能
を回復させる修正部２４と、研磨定盤１０を回転させる
モータ１１を制御するコントローラ１７と、研磨パッド
５の研磨性能の評価結果等を表示する表示装置１９と、
目標とする研磨量等の所定の設定値を入力する入力装置
２１とを備える。
【００１５】以下、図１に示した本研磨装置が備える各
構成について、詳細に説明する。
構成について、詳細に説明する。
【００１６】まず、図２によりセンサ１による研磨抵抗
測定方法について説明する。
測定方法について説明する。
【００１７】研磨圧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間に生じる研磨抵抗８はチ
ャック７，主軸３，軸受４を介してセンサ１によって研
磨抵抗信号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研磨抵抗の方向は異なるため、
センサ１は主軸と直交する平面内において直交する２分
力を測定し、この２分力の合力を研磨抵抗信号９として
いる。研磨抵抗信号９はＡ／Ｄ変換機２０でデジタル変
換された後、情報処理装置１８に入力される（図１参
照）。
際、研磨パッド５，ウエハ６間に生じる研磨抵抗８はチ
ャック７，主軸３，軸受４を介してセンサ１によって研
磨抵抗信号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研磨抵抗の方向は異なるため、
センサ１は主軸と直交する平面内において直交する２分
力を測定し、この２分力の合力を研磨抵抗信号９として
いる。研磨抵抗信号９はＡ／Ｄ変換機２０でデジタル変
換された後、情報処理装置１８に入力される（図１参
照）。
【００１８】次に、情報処理装置１８の機能的な構成に
ついて説明する。
ついて説明する。
【００１９】本情報処理装置１８は、研磨パッドの研磨
性能を評価し、また研磨量を算出する演算部１８ｂと、
修正部２４とコントローラ１７を制御する制御部１８ａ
を備える。尚、実際には演算部１８ｂ，制御部１８ａと
は、ＣＰＵ（不図示）と、メモリ１８ｃに格納されたデ
ータとにより実現されるプロセスのことである。以下、
１８ｂ，１８ａで実行される処理について説明する。
性能を評価し、また研磨量を算出する演算部１８ｂと、
修正部２４とコントローラ１７を制御する制御部１８ａ
を備える。尚、実際には演算部１８ｂ，制御部１８ａと
は、ＣＰＵ（不図示）と、メモリ１８ｃに格納されたデ
ータとにより実現されるプロセスのことである。以下、
１８ｂ，１８ａで実行される処理について説明する。
【００２０】演算部１８ｂは、センサ１からの研磨抵抗
信号９と、研磨抵抗と研磨能率を関係付ける関数ｆとを
用いて、研磨能率を算出する。その結果、研磨抵抗は研
磨の進行に伴って、図３に示すように推移することが確
認される。これは、研磨開始前、またはドレッシング処
理直後の研磨パッド５の表面の凹凸が研磨の進行に伴い
摩滅することにより研磨抵抗が減少するためである。
尚、図３は以下に示すような研磨条件の研磨加工におい
て、厚さ約２μｍのＳｉ酸化膜が形成されたＳｉウエハ
（直径１５０ｍｍ）を圧縮弾性率１００Ｍｐａの発泡ポ
リウレタンを主成分とする研磨パッド（厚さ約１ｍｍ）
を用いて研磨した結果である。
信号９と、研磨抵抗と研磨能率を関係付ける関数ｆとを
用いて、研磨能率を算出する。その結果、研磨抵抗は研
磨の進行に伴って、図３に示すように推移することが確
認される。これは、研磨開始前、またはドレッシング処
理直後の研磨パッド５の表面の凹凸が研磨の進行に伴い
摩滅することにより研磨抵抗が減少するためである。
尚、図３は以下に示すような研磨条件の研磨加工におい
て、厚さ約２μｍのＳｉ酸化膜が形成されたＳｉウエハ
（直径１５０ｍｍ）を圧縮弾性率１００Ｍｐａの発泡ポ
リウレタンを主成分とする研磨パッド（厚さ約１ｍｍ）
を用いて研磨した結果である。
【００２１】 （１）スラリー：ＳｉＯ2砥粒含有率３％の水溶液 （２）スラリー供給速度：１００ｍｌ／ｍｉｎ （３）研磨圧：５００ｇ／ｃｍ2 （４）研磨定盤の回転速度：３００ｍｍ／ｓ （５）Ｓｉウエハの回転角速度：１２６ｒａｄ／ｍｉｎ また、ここで述べる研磨抵抗と研磨能率を関係付ける関
数ｆとは、実験データに基づいて予め作成しておいた関
数のことである。即ち、図３に示すように、研磨抵抗の
測定と同時に、従来技術と同様な測定方法によって研磨
能率ｋ（ｔ）を逐次測定し、これを前記研磨抵抗とを対
応付けて表示すると、図４に示すように、おおむね両者
の値を一意に対応付けることができる関数が存在するこ
とが判る。この関数ｆがここで述べた研磨抵抗と研磨能
率とを関連付ける関数ｆである。尚、この関数ｆは加工
物、研磨パッドの材質、及びスラリーの材質や砥粒含有
率、前記研磨条件等の影響を受けて変化する。このた
め、前記材質、研磨条件毎に関数ｆの補正を行う。
数ｆとは、実験データに基づいて予め作成しておいた関
数のことである。即ち、図３に示すように、研磨抵抗の
測定と同時に、従来技術と同様な測定方法によって研磨
能率ｋ（ｔ）を逐次測定し、これを前記研磨抵抗とを対
応付けて表示すると、図４に示すように、おおむね両者
の値を一意に対応付けることができる関数が存在するこ
とが判る。この関数ｆがここで述べた研磨抵抗と研磨能
率とを関連付ける関数ｆである。尚、この関数ｆは加工
物、研磨パッドの材質、及びスラリーの材質や砥粒含有
率、前記研磨条件等の影響を受けて変化する。このた
め、前記材質、研磨条件毎に関数ｆの補正を行う。
【００２２】そして、逐次算出される研磨能率ｋ（ｔ）
に基づいて、研磨加工中の研磨パッドの研磨性能の優劣
を評価する。尚、本実施の形態では、上記研磨能率ｋが
所定の値を下回った時点で、研磨パッドの研磨性能が劣
化したと判定する。また、上記研磨パッドの研磨能率ｋ
が所定の値を上回った時点で、研磨パッドの研磨性能が
回復したと判定する。
に基づいて、研磨加工中の研磨パッドの研磨性能の優劣
を評価する。尚、本実施の形態では、上記研磨能率ｋが
所定の値を下回った時点で、研磨パッドの研磨性能が劣
化したと判定する。また、上記研磨パッドの研磨能率ｋ
が所定の値を上回った時点で、研磨パッドの研磨性能が
回復したと判定する。
【００２３】更に、逐次算出された研磨能率ｋ（ｔ）を
用いて、研磨加工開始から現時点に到る迄のＳｉウエハ
の研磨量（Σｋ（ｔ）ｄｔ）を算出する。尚、研磨能率
とＳｉウエハの研磨量は、それぞれ、表示装置１９に表
示される。
用いて、研磨加工開始から現時点に到る迄のＳｉウエハ
の研磨量（Σｋ（ｔ）ｄｔ）を算出する。尚、研磨能率
とＳｉウエハの研磨量は、それぞれ、表示装置１９に表
示される。
【００２４】一方、制御部１８ａは、演算部１８ｂが研
磨パッドの研磨性能の劣化、あるいは回復を判定した場
合には、後述の修正部２４のバルブ１４、およびコント
ローラ１７に動作指令を与える。更に、演算部１８ｂが
算出したＳｉウエハの研磨量が、目標研磨量に達した場
合には、後述のコントローラ１７に対して停止命令を与
える。
磨パッドの研磨性能の劣化、あるいは回復を判定した場
合には、後述の修正部２４のバルブ１４、およびコント
ローラ１７に動作指令を与える。更に、演算部１８ｂが
算出したＳｉウエハの研磨量が、目標研磨量に達した場
合には、後述のコントローラ１７に対して停止命令を与
える。
【００２５】次に、修正部２４とコントローラ１７につ
いて説明する。
いて説明する。
【００２６】情報処理装置１８の制御部１８ａから停止
命令が与えられると、コンローラ１７は、研磨パッド５
を貼付した研磨定盤１０を回転させるモータ１１を停止
させて、現在研磨中のＳｉウエハに対する研磨加工を終
了する。
命令が与えられると、コンローラ１７は、研磨パッド５
を貼付した研磨定盤１０を回転させるモータ１１を停止
させて、現在研磨中のＳｉウエハに対する研磨加工を終
了する。
【００２７】一方、情報処理装置１８の制御部１８ａか
ら動作指令が与えられると、修正部２４のバルブ１４
は、エアコンプレッサ１５のエアシリンダ１２の１２ａ
との間の流路２２ａとシリンダ２２の１２ｂと外界との
間の流路２２ｂとを解放する。その結果、研磨パッド５
の表面には、モータ（不図示）が回転させているダイア
モンド砥石１６により、ドレッシング処理が施される。
尚、このときの研磨圧は、圧力レギュレータ１３によっ
て制御されている。
ら動作指令が与えられると、修正部２４のバルブ１４
は、エアコンプレッサ１５のエアシリンダ１２の１２ａ
との間の流路２２ａとシリンダ２２の１２ｂと外界との
間の流路２２ｂとを解放する。その結果、研磨パッド５
の表面には、モータ（不図示）が回転させているダイア
モンド砥石１６により、ドレッシング処理が施される。
尚、このときの研磨圧は、圧力レギュレータ１３によっ
て制御されている。
【００２８】また、こうしたドレッシング処理の最中
に、情報処理装置１８の制御部１８ａから停止指令が与
えられると、修正部２４のバルブ１４は、現在解放して
いる流路２２ａ，２２ｂを閉鎖してから、エアシリンダ
１２の１２ａと外界との間の流路との間の流路２３ａ
と、エアコンプレッサ１５とシリンダ１２の１２ｂとの
間の流路２３ｂとを解放する。その結果、研磨パッド５
の表面に対するドレッシング処理が終了する。
に、情報処理装置１８の制御部１８ａから停止指令が与
えられると、修正部２４のバルブ１４は、現在解放して
いる流路２２ａ，２２ｂを閉鎖してから、エアシリンダ
１２の１２ａと外界との間の流路との間の流路２３ａ
と、エアコンプレッサ１５とシリンダ１２の１２ｂとの
間の流路２３ｂとを解放する。その結果、研磨パッド５
の表面に対するドレッシング処理が終了する。
【００２９】以上で、本研磨装置が備える各構成につい
ての説明を終る。
ての説明を終る。
【００３０】尚、本実施の形態では、情報処理装置１８
がコントローラ１７と修正部２４のバルブ１４を制御す
るようにしているが、必ずしもこのようにする必要はな
く、表示装置１９の表示を監視する作業者に、ドレッシ
ング処理のタイミングと研磨加工終了のタイミングを判
断させて、必要に応じて、コントローラ１７と修正部２
４のバルブ１４を手動で操作させるようにしても構わな
い。
がコントローラ１７と修正部２４のバルブ１４を制御す
るようにしているが、必ずしもこのようにする必要はな
く、表示装置１９の表示を監視する作業者に、ドレッシ
ング処理のタイミングと研磨加工終了のタイミングを判
断させて、必要に応じて、コントローラ１７と修正部２
４のバルブ１４を手動で操作させるようにしても構わな
い。
【００３１】また、本研磨装置では、２種類以上の材質
の膜が形成されたＳｉウエハの研磨加工において、膜の
材質が変化した時点を研磨抵抗の変化により検知でき
る。このため、本実施の形態では、研磨量の算出を研磨
加工開始の時点から始めているが、研磨量の算出の開始
を前記研磨抵抗の変化時点より始めれば、前記２種類以
上の材質の膜が形成されたＳｉウエハの任意の膜におけ
る研磨量の制御が可能となる。
の膜が形成されたＳｉウエハの研磨加工において、膜の
材質が変化した時点を研磨抵抗の変化により検知でき
る。このため、本実施の形態では、研磨量の算出を研磨
加工開始の時点から始めているが、研磨量の算出の開始
を前記研磨抵抗の変化時点より始めれば、前記２種類以
上の材質の膜が形成されたＳｉウエハの任意の膜におけ
る研磨量の制御が可能となる。
【００３２】ここで、半導体製造プロセスにおける平坦
化研磨工程に本研磨装置を採用することにより得られる
効果についてまとめておく。
化研磨工程に本研磨装置を採用することにより得られる
効果についてまとめておく。
【００３３】研磨加工の進行と共に推移する研磨能率を
リアルタイムに自動計測することができるので、時間と
手間をかけることなく、研磨加工の進行に伴って推移す
る研磨パッドの研磨性能を正確に把握することができ
る。このような効果は、以下に示すような効果を派生さ
せ、最終製品であるＬＳＩの性能を一層向上させる。
リアルタイムに自動計測することができるので、時間と
手間をかけることなく、研磨加工の進行に伴って推移す
る研磨パッドの研磨性能を正確に把握することができ
る。このような効果は、以下に示すような効果を派生さ
せ、最終製品であるＬＳＩの性能を一層向上させる。
【００３４】（１）研磨パッドのドレッシング処理の最
適タイミングを逃さないため、研磨パッドの研磨性能を
常に一定レベルに保持することができる。
適タイミングを逃さないため、研磨パッドの研磨性能を
常に一定レベルに保持することができる。
【００３５】（２）より正確な研磨量を推定することが
できるので、より適切な研磨加工をＳｉウエハに施すこ
とができる。
できるので、より適切な研磨加工をＳｉウエハに施すこ
とができる。
【００３６】また、研磨工程ラインを止めずに研磨能率
を測定することができるので、Ｓｉウエハの製造効率が
低下しないという第二の効果もある。
を測定することができるので、Ｓｉウエハの製造効率が
低下しないという第二の効果もある。
【００３７】尚、本実施の形態では、Ｓｉウエハを研磨
対象としているが、これ以外の加工物を研磨対象として
も、これと同様な効果が達成される。
対象としているが、これ以外の加工物を研磨対象として
も、これと同様な効果が達成される。
【００３８】以下、図１に示した研磨装置を用いた研磨
加工の実施例について、従来の研磨加工の実施例と比較
しながら説明する。尚、本実施例では、発明の実施の形
態の欄で述べた研磨条件と同様な研磨条件を設定する。
また、研磨対象とするＳｉウエハの目標研磨量は１μｍ
である。
加工の実施例について、従来の研磨加工の実施例と比較
しながら説明する。尚、本実施例では、発明の実施の形
態の欄で述べた研磨条件と同様な研磨条件を設定する。
また、研磨対象とするＳｉウエハの目標研磨量は１μｍ
である。
【００３９】まず、上記（２）の効果を確認する。
【００４０】両研磨加工によって、それぞれ、２５枚の
Ｓｉウエハを連続して研磨した後、各Ｓｉウエハの研磨
量を測定する。尚、ここでは、両研磨加工とも、研磨加
工中に研磨パッド５に対してドレッシング処理を施さな
いこととする。
Ｓｉウエハを連続して研磨した後、各Ｓｉウエハの研磨
量を測定する。尚、ここでは、両研磨加工とも、研磨加
工中に研磨パッド５に対してドレッシング処理を施さな
いこととする。
【００４１】その結果、従来の研磨加工によれば、Ｓｉ
ウエハの研磨量に約±０．１５μｍ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によれば、Ｓ
ｉウエハの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）。
ウエハの研磨量に約±０．１５μｍ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によれば、Ｓ
ｉウエハの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）。
【００４２】以上の結果から、上記（２）の効果が達成
されていることが確認された。
されていることが確認された。
【００４３】次に、上記（１）の効果を確認する。
【００４４】両研磨加工によって、それぞれ、１００枚
のＳｉウエハを連続して研磨した後、各Ｓｉウエハの研
磨量を測定する。尚、このときには、従来の研磨加工に
おいては、１０枚のＳｉウエハを研磨する毎に研磨能率
を測定し直して研磨時間を補正することとする。また、
本研磨装置を用いた研磨加工においては研磨パッド５の
研磨能率が所定の値より低下した場合に、研磨パッド５
に対してドレッシング処理を与すこととする。
のＳｉウエハを連続して研磨した後、各Ｓｉウエハの研
磨量を測定する。尚、このときには、従来の研磨加工に
おいては、１０枚のＳｉウエハを研磨する毎に研磨能率
を測定し直して研磨時間を補正することとする。また、
本研磨装置を用いた研磨加工においては研磨パッド５の
研磨能率が所定の値より低下した場合に、研磨パッド５
に対してドレッシング処理を与すこととする。
【００４５】その結果、従来の研磨加工によれば、Ｓｉ
ウエハの研磨量に約±０．１５μｍ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によれば、Ｓ
ｉウエハの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）。
ウエハの研磨量に約±０．１５μｍ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によれば、Ｓ
ｉウエハの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）。
【００４６】以上の結果から、上記（１）の効果が達成
されていることが確認された。
されていることが確認された。
【００４７】尚、１００枚のＳｉウエハを研磨するため
の所要時間は、従来の方法を利用した研磨加工では約１
４００分であったのに対し、本研磨装置による研磨加工
ではその１／３の５００分であった。すなわち、上記第
二の効果が達成されていることが確認された。
の所要時間は、従来の方法を利用した研磨加工では約１
４００分であったのに対し、本研磨装置による研磨加工
ではその１／３の５００分であった。すなわち、上記第
二の効果が達成されていることが確認された。
【００４８】
【発明の効果】本発明に係る研磨方法及び研磨装置によ
れば、研磨加工プロセスにおいて、研磨中の研磨能率を
リアルタイムに自動測定できる。従って、従来研磨能率
の測定に費やされていた時間と手間を削減できる。ま
た、研磨加工の進行に伴って推移する研磨能率を正確に
把握できるので、より最適な研磨加工を実現することが
できる。
れば、研磨加工プロセスにおいて、研磨中の研磨能率を
リアルタイムに自動測定できる。従って、従来研磨能率
の測定に費やされていた時間と手間を削減できる。ま
た、研磨加工の進行に伴って推移する研磨能率を正確に
把握できるので、より最適な研磨加工を実現することが
できる。
【図１】本発明の実施の形態に係る研磨装置の基本構成
を示した図である。
を示した図である。
【図２】研磨抵抗の測定方法を説明するための図であ
る。
る。
【図３】研磨能率と研磨抵抗を、Ｓｉウエハの研磨総数
に対応づけて表示した図である。
に対応づけて表示した図である。
【図４】研磨抵抗と研磨能率との関係を示した図であ
る。
る。
【図５】本発明の実施の形態に係る研磨装置を使用する
ことにより得られる効果を説明するための図である。
ことにより得られる効果を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る研磨装置を使用する
ことにより得られる効果を説明するための図である。
ことにより得られる効果を説明するための図である。
１…センサ、２…研磨圧、３…主軸、４…軸受、５…研
磨パッド、６…ウエハ、７…チャック、８…研磨抵抗、
９…研磨抵抗信号、１０…研磨定盤、１１…モータ、１
２…エアシリンダ、１３…圧力レギュレータ、１４…バ
ルブ、１５…エアコンプレッサ、１６…ダイアモンド砥
石、１７…コントローラ、１８…情報処理装置、１９…
表示装置、２０…Ａ／Ｄ変換器、２１…入力装置、２２
…エア流路、２３…エア流路、２４…修正部。
磨パッド、６…ウエハ、７…チャック、８…研磨抵抗、
９…研磨抵抗信号、１０…研磨定盤、１１…モータ、１
２…エアシリンダ、１３…圧力レギュレータ、１４…バ
ルブ、１５…エアコンプレッサ、１６…ダイアモンド砥
石、１７…コントローラ、１８…情報処理装置、１９…
表示装置、２０…Ａ／Ｄ変換器、２１…入力装置、２２
…エア流路、２３…エア流路、２４…修正部。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２２ Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２２Ｓ ６２２Ｆ ６２２Ｍ (72)発明者 佐藤 秀己 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 Ｆターム(参考） 3C034 AA13 AA19 BB92 CA14 CA16 DD05 3C047 AA02 AA08 AA34 3C058 AA07 AA19 AB04 AC02 BA01 BA09 BB02 BB09 BC02 CB03 DA17
Claims (7)
- 【請求項１】 加工物の表面を研磨する研磨方法であっ
て、 研磨工具で前記加工物の表面を研磨する研磨ステップ
と、 前記研磨工具と前記加工物間に生じる研磨抵抗を測定す
るステップと、前記測定した前記研磨抵抗に基づいて研
磨性能に関連する前記研磨工具の特性を定量化するステ
ップと、前記定量化した前記研磨工具の特性が所定の基
準よりも劣ったか否かを判定するステップとからなる、
繰り返し実行される測定ステップと、 前記測定ステップで前記研磨工具の特性が前記所定の基
準よりも劣ったと判定された場合に、前記研磨工具にド
レッシング処理を施すドレッシングステップとを有する
ことを特徴とする研磨方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の研磨方法であって、 前記測定ステップは、前記研磨ステップの実行中にも実
行されることを特徴とする研磨方法。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の研磨方法であっ
て、 前記測定ステップは、前記研磨工具の特性として、前記
研磨工具の研磨能率を算出し、 当該研磨方法は、 前記測定ステップで繰り返し実行される前記研磨工具の
特性を定量化するステップにおいて算出された前記研磨
工具の各研磨能率を用いて前記加工物の表面の総研磨量
を算出し、当該加工物の総研磨量に応じて前記研磨工具
と前記加工物に与える相対的な運動を制御する第７ステ
ップを有することを特徴とする研磨方法。 - 【請求項４】 研磨工具と加工物に相対的な運動を与え
て前記加工物の表面を研磨する研磨装置であって、 前記研磨工具と前記加工物とをそれぞれ保持し、前記研
磨工具と前記加工物とに前記相対的な運動を与える駆動
手段と、 前記駆動手段に保持された前記研磨工具と前記加工物と
の間に生じる研磨抵抗を測定する測定手段と、 前記測定手段が測定した前記研磨工具と前記加工物との
間に生じる研磨抵抗に基づいて、研磨性能に関連する前
記研磨工具の特性を定量化する定量化手段と、 前記定量化手段が定量化した前記研磨工具の特性が前記
所定の基準よりも劣ったか否かを判定する判定手段と、 前記判定手段が前記研磨工具の研磨特性が所定の基準よ
りも劣ったと判定した場合に、前記研磨工具にドレッシ
ング処理を施す研磨手段とを備えることを特徴とする研
磨装置。 - 【請求項５】 前記請求項４の研磨装置であって、 前記研磨手段は、前記ドレッシング処理を定義したプロ
グラムに従って、前記研磨工具に前記ドレッシング処理
を施すことを特徴とする研磨装置。 - 【請求項６】 研磨工具と加工物に相対的な運動を与え
て前記加工物の表面を研磨する研磨装置であって、前記
研磨工具と前記加工物とをそれぞれ保持し、前記研磨工
具と前記加工物とに前記相対的な運動を与える駆動手段
と、 前記駆動手段に保持された前記研磨工具と前記加工物と
の間に生じる研磨抵抗を測定する測定手段と、 前記測定手段が測定した前記研磨工具と前記加工物との
間に生じる研磨抵抗に基づいて、研磨性能に関連する前
記研磨工具の特性を定量化する定量化手段と、 前記定量化手段が定量化した前記研磨工具の特性を出力
する出力手段とを備えることを特徴とする研磨装置。 - 【請求項７】 請求項４，５または６記載の研磨装置で
あって、 研磨工具と加工物の間に生じる研磨抵抗と、当該研磨抵
抗を生じる研磨工具の研磨能率とを対応付ける情報を記
憶する記憶手段と、 前記記憶手段が記憶した前記情報により前記測定手段が
測定した前記研磨抵抗に対応付けられる前記研磨工具の
研磨能率を用いて、前記加工物の総研磨量を算出する算
出手段と、 前記算出手段が算出した前記加工物の総研磨量に応じて
前記駆動手段を制御する制御手段とを備えることを特徴
とする研磨装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| US09/949,605 US6648728B2 (en) | 2000-10-26 | 2001-09-12 | Polishing system |
| SG200105586A SG106633A1 (en) | 2000-10-26 | 2001-09-12 | Polishing system |
| US09/949,642 US6531399B2 (en) | 2000-10-26 | 2001-09-12 | Polishing method |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000332134A JP2002126998A (ja) | 2000-10-26 | 2000-10-26 | 研磨方法および研磨装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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|---|---|---|---|
| JP2000332134A Pending JP2002126998A (ja) | 2000-10-26 | 2000-10-26 | 研磨方法および研磨装置 |
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