JP2000340537A - ポリッシング装置及び方法 - Google Patents
ポリッシング装置及び方法Info
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Landscapes
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Abstract
膜厚のばらつきを一定の公差範囲内に収めることができ
るようにしたポリッシング装置及び方法を提供する。 【解決手段】 研磨面を有したターンテーブル17と、
半導体ウエハWを研磨面に押圧するトップリング26と
を有し、ターンテーブル17を回転させるとともにトッ
プリング26を回転させて半導体ウエハWの表面の成膜
を研磨するポリッシング装置において、研磨中にターン
テーブル17およびトップリング26の駆動モータ2
7,28に供給される電流値を測定する電流値測定部2
7a,28aと、研磨中のトップリング26の振動,研
磨中の音,研磨中の摩擦熱等の研磨に伴う半導体ウエハ
Wの被研磨面とターンテーブル17の研磨面との物理的
接触によって生ずる物理量を測定する物理量測定部3
0,31,33,34,38とを備えた。
Description
び方法に係り、特に半導体ウエハ等のポリッシング対象
物の表面に積層した成膜を平坦且つ鏡面状に研磨するに
あたり、残存する成膜(残膜)の膜厚のばらつきを極力
少なくできるようにしたポリッシング装置及び方法に関
する。
につれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭く
なりつつある。特に線幅が0.5μm以下の光リソグラ
フィの場合、焦点深度が浅くなるためステッパーの結像
面の平坦度を必要とする。そこで、半導体ウエハの表面
を平坦化することが必要となるが、この平坦化法の1手
段としてポリッシング装置により研磨(ポリッシング)
することが行われている。
独立した回転数で回転する、上面に研磨布を貼り付けた
ターンテーブルと、もしくは上面に研磨面を有する砥石
により構成されるターンテーブルと、トップリングとを
有し、トップリングが所定の圧力をターンテーブルに与
え、ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシン
グ対象物を介在させて該ポリッシング対象物の表面を平
坦且つ鏡面に研磨している。
表面の成膜をポリッシングする際には、ポリッシングの
終点を検出して残存する成膜の膜厚のばらつきを少なく
する必要がある。このため、ポリッシングの終点検知手
段の1つとして、研磨が異材質の物質に移行した際の研
磨摩擦力の変化を検知する方法が知られている。詳しく
は、ポリッシング対象物である半導体ウエハは、半導
体、導体、絶縁体の異なる材質からなる積層構造を有し
ており、異材質間で摩擦係数が異なるため、研磨が異材
質間に移行することによって生じる研磨摩擦力の変化を
検知する方法である。この方法によれば、研磨が異材質
層に達した時がポリッシングの終点となる。
ように検出される。研磨摩擦力はターンテーブル回転中
心から偏心した位置に作用するため、回転するターンテ
ーブルには負荷トルクとして作用する。このため、研磨
摩擦力はターンテーブルに働くトルクとして検出するこ
とができる。ターンテーブルを回転駆動させる手段が電
動モータの場合には、トルクはモータを流れる電流とし
て測定することができる。このため、モータ電流を電流
計でモニタし、信号処理を施すことによってポリッシン
グの終点が検知される。ポリッシングの終点検知は、電
流値以外にも、例えば、被研磨面から生ずる振動、音、
摩擦熱などの物理量をとらえて行うこともなされてい
た。
イスとしての集積度が高まるつれて、ポリッシング後に
残存する成膜の膜厚のばらつきが大きさが問題となる。
例えば、酸化膜形成プロセスにあっては、図4(A)に
示すように、シリコン基板1の表面にトレンチ2を設
け、トレンチ2を除いたシリコン基板1の表面にSiN
膜3を形成した後、トレンチ2およびSiN膜3の表面
にSiO2膜4を堆積させる。次に、図4(B)に示す
ように、SiO2膜4の表面を平坦かつ鏡面状に研磨す
る。その後、図4(C)に示すように、エッチングによ
ってSiN膜3を除去してシャロー・トレンチ5を形成
し、図4(D)に示すように、このシャロー・トレンチ
5内に例えばCu等の配線材料6を形成する。ここで、
ポリッシング後に残存するSiN膜3の膜厚tは、一定
の厚さであることが必要であり、このため、ポリッシン
グ後に残存する成膜の膜厚のばらつきを、例えば±20
0Åといった一定の公差範囲内に収めることが望まれて
いる。
ング後に残存する成膜の膜厚のばらつきを一定の公差範
囲内に収めようとしても、上述したように、モータ電流
や振動,音,摩擦熱などの物理量をとらえて、ポリッシ
ングの終点を検知してポリッシングを終了しているた
め、この膜厚の制御には限界があり、特に酸化膜プロセ
スにおいては有効なポリッシングの終点検知方法がない
というのが現状であった。
で、ポリッシング対象物の表面に残存する成膜の膜厚の
ばらつきを一定の公差範囲内に収めることができるよう
にしたポリッシング装置及び方法を提供することを目的
とする。
置は、研磨面を有したターンテーブルと、ポリッシング
対象物を前記研磨面に押圧するトップリングとを有し、
ターンテーブルを回転させるとともにトップリングを回
転させてポリッシング対象物表面の成膜を研磨するポリ
ッシング装置において、研磨中にターンテーブルおよび
トップリングの駆動モータに供給される電流値を測定す
る電流値測定部と、研磨中のトップリングの振動,研磨
中の音,研磨中の摩擦熱等の研磨に伴うポリッシング対
象物の被研磨面とターンテーブルの研磨面との物理的接
触によって生ずる物理量を測定する物理量測定部とを備
えたことを特徴とするものである。前記演算部は、前記
成膜の研磨量を推定した後に研磨前の膜厚から残存する
成膜の膜厚を推定可能であることを特徴とする。
定できるレンジが非常に狭い膜厚測定器で測定できる膜
厚となるまで、ポリッシング対象物表面の成膜の研磨量
を電流値測定部および物理量測定部からの信号に基づい
て推定しつつ研磨することができる。そして、膜厚測定
器で実際に膜厚を測定した後、所定の膜厚となるように
再度研磨することにより、加工精度を高めて、膜厚のば
らつきを一定の公差範囲内に収めることができる。
したターンテーブルと、ポリッシング対象物を前記研磨
面に押圧するトップリングとを有し、ターンテーブルを
回転させるとともにトップリングを回転させてポリッシ
ング対象物表面の成膜を研磨するポリッシング方法にお
いて、前記ポリッシング対象物表面の成膜の研磨の状態
をポリッシング中に監視しながら該成膜の研磨量を推定
し該研磨量が所定の値に達するまで1次研磨を行う工程
と、前記1次研磨終了後のポリッシング対象物表面に残
存する成膜の膜厚を測定する工程と、前記残存する膜厚
の測定値を基に2次研磨を行う工程とを備えたことを特
徴とするものである。
定できるレンジが非常に狭い膜厚測定器で測定できる膜
厚となるまで1次研磨し、膜厚測定器で実際に膜厚を測
定した後、所定の膜厚となるように再度研磨すること
で、加工精度を高めて、膜厚のばらつきを一定の公差範
囲内に収めることができる。
装置及び方法の一実施形態を図1乃至図3に基づいて説
明する。図1は、本発明のポリッシング装置の全体構成
を示す平面図であり、図2は研磨部の構成を示す側面図
であり、図3は半導体ウエハの研磨の一例を示す説明図
である。
・アンロード部11、搬送ロボット12、3つの洗浄機
13a,13b,13c、及び反転機14を備えてい
る。搬送ロボット12は、図1に示すようなレール上を
自走する形式でも、多関節アームの先端にロボットハン
ドを有する固定型でもよい。前記ロード・アンロード部
11に載置されたウエハカセット50から搬送ロボット
12により取り出される半導体ウエハWの搬送経路に沿
った位置には、膜厚測定器15を備えた膜厚測定部16
が配置されている。一方、前記研磨部10には、上面に
研磨布を有したターンテーブル17が備えられ、このタ
ーンテーブル17の側方に、半導体ウエハWの受け渡し
を行うプッシャ18と、膜厚測定器19を備えた膜厚測
定部20が配置されている。
前に半導体ウエハWの表面の成膜の膜厚、例えば図3
(A)に示すSiO2膜4の膜厚t1を測定するもので
あり、測定できるレンジがかなり広いものが使用されて
いる。一方、膜厚測定器19は、所定の時間だけ研磨し
た1次研磨後の半導体ウエハWの表面に残存する成膜の
膜厚、例えば図3(B)に示すSiN膜3の膜厚t2を
測定するものであり、測定精度が高く、測定できるレン
ジがかなり狭いものが使用されている。
り囲むように複数の直立したローラ21を配置し、ロー
ラ21の頂部に形成した把持溝によって半導体ウエハW
の縁部を保持し、ローラ21の回転によって半導体ウエ
ハWを回転させる低速回転型の洗浄機である。洗浄機1
3b,13cは、回転軸22の上端に半導体ウエハWを
把持するアーム23が放射状に延びて形成された回転テ
ーブル24を有する高速回転型の洗浄機である。いずれ
の洗浄機の場合も、半導体ウエハWの表面に洗浄液等を
供給するノズル、スプラッシュの飛散を防止する周壁及
びミストの拡散を防止するための下降気流を形成するダ
クト等が設けられている。
25を上面に貼設した前記ターンテーブル17と、半導
体ウエハWを保持し研磨布25に押圧するとともに半導
体ウエハWを回転させるトップリング26と、トップリ
ング26をターンテーブル17上で回転駆動するモータ
27と、ターンテーブル17を回転駆動するモータ28
とを備えている。トップリング26は揺動アーム29の
自由端側に保持されて揺動可能になっており、ターンテ
ーブル17とプッシャ18と膜厚測定部20にアクセス
できるようになっている。また研磨布25上には砥液供
給ノズル41から研磨砥液Qが供給できるようになって
いる。また図示しないが、砥石によって構成されるター
ンテーブルの場合には研磨布25は不要であり、砥石で
構成されたターンテーブル17上に砥液Qもしくは純水
等を供給する構造となっている。
中における研磨布25もしくは砥石の表面温度を測定す
る放射温度計30が配置され、トップリング26には、
研磨中のトップリング26の振動を測定する加速度セン
サ31及び/又は図示しない振幅センサが取付けられて
いる。また、ターンテーブル17の内部に温調水を供給
する温調水配管32が配設され、この温調水配管32の
入口及び出口に温調水の温度を測定する温度計33,3
4が取付けられている。さらに、トップリング26の近
傍に、研磨中の騒音を測定する騒音測定器38が設けら
れている。前記ターンテーブル17に隣接して配置され
た膜厚測定器19は、ロボット35のアーム35aの先
端に取付けられている。
と追加研磨条件設定部37が設けられ、演算部36に前
記膜厚測定器15および19の測定値、ターンテーブル
駆動用モータ28とトップリング駆動用モータ27を流
れる電流を測定する電流値測定部27a,28aからの
電流値、前記放射温度計30、加速度センサ31、振幅
センサ、温度計33,34及び騒音測定器38の測定値
が入力される。また追加研磨条件設定部37に前記膜厚
測定器19の測定値が入力される。前記放射温度計3
0、加速度センサ31、振幅センサ、温度計33,34
及び騒音測定器38は物理量測定部を構成している。
の成膜の研磨の状態をポリッシング中に監視しながら該
成膜の研磨量を推定するものである。すなわち、研磨す
る半導体ウエハWに対する仕事量としては、ターンテー
ブル駆動用モータ27とトップリング駆動用モータ28
を流れる電流の電流値の積分値が対応する。またエネル
ギの損失としては、トップリング26を暴れさせる振
動、音のエネルギとなって逃げる騒音、熱として研磨布
25の表面またはターンテーブル17に熱交換された熱
のロスがある。そこで、前記ターンテーブル駆動用モー
タ27とトップリング駆動用モータ28を流れる電流の
電流値の積分値を∫f(1)、前記放射温度計30の測定値
に基づく積分値を∫f(2)、加速度センサ31の測定値に
基づく積分値を∫f(3)、温度計33,34の測定値に基
づく積分値を∫f(4)、騒音測定器38の測定値に基づく
積分値を∫f(5)とした時、 研磨量=∫f(1)−∫f(2)−∫f(3)−∫f(4)−∫f(5) として、研磨量を推定することができる。
の測定値が入力される。この膜厚測定器15は、半導体
ウエハWの表面の成膜の膜厚をポリッシング前に測定す
るものであり、この測定値から前記推定した研磨量を差
し引くことで、残存する成膜の膜厚が求められる。そし
て、この残存する成膜の膜厚が一定の値に達したとき
に、演算部36は、ポリッシング装置の制御装置40に
信号を出力するように構成されている。
厚測定器19の測定値を基に追加研磨条件を設定するも
のである。すなわち、この追加研磨条件設定部37に
は、残存させるべき成膜の膜厚が設定値として予め入力
されており、この設定値と膜厚測定器19の測定値とを
比較することで、例えば追加研磨時間等の追加研磨条件
が設定され、この出力信号がポリッシング装置の制御装
置40に入力されるように構成されている。
よるポリッシング動作について説明する。図3は、ポリ
ッシング対象物である半導体ウエハWの断面図を示すも
のであり、図3(A)に示すように、シリコン基板1の
表面にトレンチ2を設け、該トレンチ2を除いたシリコ
ン基板1の表面にSiN膜3を形成した後、トレンチ2
およびSiN膜3の表面にSiO2膜4を堆積させた半
導体ウエハWがウエハカセット50に収容されている。
れたウエハカセット50から半導体ウエハWを搬送ロボ
ット12により取出し、膜厚測定部16に搬送する。そ
して、膜厚測定器15で半導体ウエハWの表面の成膜の
膜厚、すなわちSiO2膜4の膜厚t1を測定する(図
3(A)参照)。しかる後、搬送ロボット12により半
導体ウエハWをプッシャ18に搬送し、トップリング2
6に受け渡す。
ング26をモータ27の駆動によって回転させながら、
ターンテーブル17をモータ28の駆動によって回転さ
せる。そして、トップリング26によって半導体ウエハ
Wを研磨布25に押圧し、同時に研磨布25に砥液供給
ノズル41から砥液Qを供給する。これにより、半導体
ウエハWの表面の成膜、すなわち図3(A)に示すSi
O2膜4、更には該SiO2膜4とSiN膜3を同時に
研磨(1次研磨)する。
28とトップリング駆動用モータ27を流れる電流の電
流値、前記放射温度計30、加速度センサ31、温度計
33,34及び騒音測定器38の測定値を演算部36に
入力し、この演算部36で成膜の研磨量を推定する。そ
して、前記初期の成膜の膜厚t1からこの研磨量を差し
引いた値が、例えば4500〜5500Åといった一定
の値に達した時に、ポリッシング装置の制御装置40に
信号を送る。
し、揺動アーム29を旋回させ、図2に示すように半導
体ウエハWをトップリング26で保持したまま膜厚測定
部20に位置させる。そして、膜厚測定器19で残存す
る成膜の膜厚、すなわち図3(B)に示すSiN膜3の
膜厚t2を測定し、この測定結果を追加研磨条件設定部
37に入力する。このように、研磨量を推定しつつ1次
研磨を行うことで、測定精度が高く膜厚を測定できるレ
ンジが非常に狭い膜厚測定器19でSiN膜3の膜厚t
2を測定することが可能となる。
9からの信号を受けると、この測定値と予め入力された
設定値とを比較し、この差に基づいて、例えば追加研磨
時間等の追加研磨条件を設定して、ポリッシング装置の
制御装置40に信号を送る。この場合、追加研磨時間を
求めるためには、研磨速度を知る必要があるが、膜厚測
定器15の測定値と膜厚測定器19の測定値とから研磨
量を演算部36にて演算し、この研磨量を研磨時間で割
ることにより求めることができる。
を回転させながら、回転しているターンテーブル17の
研磨布25に対して半導体ウエハWを押圧し、同時に研
磨布25に砥液Qを供給することで、半導体ウエハW表
面の成膜、すなわちSiO2膜4とSiN膜3を同時に
研磨(2次研磨)する。これにより、図3(C)に示す
ように、SiO2膜4の膜厚t3及びSiN膜3の膜厚
t4が所定値となるようにして、ポリッシングを完了す
る。以上の工程を経て、加工精度を高めて、ポリッシン
グ後に残存する成膜のばらつきが、例えば±200Åと
いった一定の公差範囲内に収まるようにすることができ
る。
ハWを洗浄機13aに搬送し、ここで、半導体ウエハW
を回転させながら、半導体ウエハWの上下面に純水や洗
浄液を供給しつつ上下から洗浄部材によりスクラブ洗浄
(1次洗浄)を行なう。しかる後、洗浄機13bまたは
13cに移送する。
エハWを100〜500rpm程度の低速で回転させな
がら、例えば超音波で加振された純水を半導体ウエハW
の中心部を通過するように供給して、半導体ウエハWの
表面の仕上げ洗浄(2次洗浄)を行う。そして、純水の
供給を止め、半導体ウエハWの回転速度を1500〜5
000rpm程度の高速回転に移し、必要に応じて清浄
な不活性ガスを供給しながら半導体ウエハWの乾燥工程
を行なう。洗浄・乾燥工程を終えた半導体ウエハWは搬
送ロボット12の清浄なハンドによってロード・アンロ
ード部11に載置されたウエハカセット50に戻され
る。
測定精度が高く膜厚を測定できるレンジが非常に狭い膜
厚測定器で測定できる膜厚となるまでポリッシング対象
物表面の成膜の研磨量を推定しつつ研磨することができ
る。そして、膜厚測定器で実際に膜厚を測定した後、所
定の膜厚となるように再度研磨することで、加工精度を
高めて、膜厚のばらつきを一定の公差範囲内に収めるこ
とができる。
構成を示す平面図である。
る研磨部の構成を示す側面図である。
導体ウエハの表面を示す拡大断面図であり、図3(A)
は研磨前、図3(B)は1次研磨後、図3(C)は2次
研磨後を示す。
体ウエハの表面を示す拡大断面図であり、図4(A)は
研磨前、図4(B)は研磨後、図4(C)はエッチング
後、図4(D)は配線後を示す。
Claims (5)
- 【請求項1】 研磨面を有したターンテーブルと、ポリ
ッシング対象物を前記研磨面に押圧するトップリングと
を有し、ターンテーブルを回転させるとともにトップリ
ングを回転させてポリッシング対象物表面の成膜を研磨
するポリッシング装置において、 研磨中にターンテーブルおよびトップリングの駆動モー
タに供給される電流値を測定する電流値測定部と、研磨
中のトップリングの振動,研磨中の音,研磨中の摩擦熱
等の研磨に伴うポリッシング対象物の被研磨面とターン
テーブルの研磨面との物理的接触によって生ずる物理量
を測定する物理量測定部とを備えたことを特徴とするポ
リッシング装置。 - 【請求項2】 前記電流値測定部および物理量測定部か
らの信号に基づいて、ポリッシング対象物表面の成膜の
研磨量を推定する演算部を備えたことを特徴とする請求
項1記載のポリッシング装置。 - 【請求項3】 前記ポリッシング対象物表面の成膜の膜
厚を研磨開始前に測定する膜厚測定器と、研磨後にポリ
ッシング対象物表面に残存する成膜の膜厚を測定する膜
厚測定器とを備えたことを特徴とする請求項1記載のポ
リッシング装置。 - 【請求項4】 研磨後にポリッシング対象物の表面に残
存する成膜の膜厚を測定し、この測定結果から追加研磨
条件を設定する追加研磨条件設定部を備えたことを特徴
とする請求項2記載のポリッシング装置。 - 【請求項5】 研磨面を有したターンテーブルと、ポリ
ッシング対象物を前記研磨面に押圧するトップリングと
を有し、ターンテーブルを回転させるとともにトップリ
ングを回転させてポリッシング対象物表面の成膜を研磨
するポリッシング方法において、 前記ポリッシング対象物表面の成膜の研磨の状態をポリ
ッシング中に監視しながら該成膜の研磨量を推定し該研
磨量が所定の値に達するまで1次研磨を行う工程と、 前記1次研磨終了後のポリッシング対象物表面に残存す
る成膜の膜厚を測定する工程と、 前記残存する膜厚の測定値を基に2次研磨を行う工程と
を備えたことを特徴とするポリッシング方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14977899A JP3853106B2 (ja) | 1999-05-28 | 1999-05-28 | ポリッシング装置及び方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP14977899A JP3853106B2 (ja) | 1999-05-28 | 1999-05-28 | ポリッシング装置及び方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000340537A true JP2000340537A (ja) | 2000-12-08 |
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| JP14977899A Expired - Fee Related JP3853106B2 (ja) | 1999-05-28 | 1999-05-28 | ポリッシング装置及び方法 |
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1999
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