JPH10294300A - ウェーハ研磨方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】精度よくウェーハを研磨することができるウェ
ーハ研磨方法及び装置の提供。 【解決手段】研磨前と研磨後のウェーハの板厚又は膜厚
の測定結果からウェーハの研磨量を算出し、その算出さ
れた研磨量に基づいて、次に研磨するウェーハの研磨条
件を修正する。このように研磨することにより、時々刻
々と変化する研磨状態に応じて、適切な研磨条件を順次
設定することができ、この結果、精度の高いウェーハを
安定して得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はウェーハ研磨方法及
び装置に係り、特にＣＰＭ装置に適用されるウェーハ研
磨方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＭＰ装置等の研磨装置では、加工中に
ウェーハの研磨量を直接測定することが困難であるた
め、従来は、研磨時間を調整することにより、ウェーハ
の研磨量を制御していた。そして、この研磨時間の設定
は、ダミーウェーハを研磨して、その研磨結果に基づい
て設定していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ウェー
ハが研磨される条件は、そのときの研磨パッドの状態な
どにより、ウェーハ１枚ごとに異なり、必ずしもダミー
ウェーハと同じ条件で研磨されるとは限られない。この
ため、従来の方法は、研磨精度に限界があるという欠点
があった。

【０００４】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、精度よくウェーハを研磨することができるウェ
ーハ研磨方法及び装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、ウェーハを研磨するウェーハ研磨方法にお
いて、研磨前と研磨後のウェーハの板厚又は膜厚を測定
し、その測定結果から前記ウェーハの研磨量を算出し、
その算出された研磨量とあらかじめ設定された所定の研
磨量とを比較して、その比較結果に基づき、次に研磨す
るウェーハが前記所定の研磨量で研磨されるように、研
磨条件を修正することを特徴とする。

【０００６】本発明では、研磨前と研磨後のウェーハの
板厚又は膜厚の測定結果からウェーハの研磨量を算出
し、その算出された研磨量に基づいて、次に研磨するウ
ェーハの研磨条件を修正する。すなわち、前回の研磨結
果をフィードバックして、次回の研磨条件を修正する。
このように研磨することにより、時々刻々と変化する研
磨状態に応じて、適切な研磨条件を順次設定することが
できる。この結果、精度の高いウェーハを安定して得る
ことができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下添付図面に従って本発明に係
るウェーハ研磨方法及び装置の好ましい実施の形態につ
いて詳説する。図１は、本発明に係るウェーハ研磨装置
の実施の形態の構成を示すブロック図である。同図に示
すようにウェーハ研磨装置１０は、主として格納部１
２、測定部１４、研磨部１６、及び制御部１８から構成
されている。

【０００８】前記格納部１２は、研磨前のウェーハを格
納する供給カセットと、研磨後のウェーハを格納する回
収カセットとを有している。供給カセットに格納された
ウェーハは、第１搬送装置２２によって測定部１４に搬
送される。前記測定部１４は、研磨前と研磨後のウェー
ハの膜厚を測定する。したがって、前記第１搬送手段に
よって搬送されてきたウェーハは、まず、この測定部１
４で研磨前の膜厚を測定される。そして、測定結果は、
後述する制御部１８に出力される。

【０００９】ここで、前記ウェーハの膜厚の測定する方
法について説明する。膜厚の測定には、酸化膜を測定す
る場合とメタル膜を測定する場合があり、まず、酸化膜
の膜厚を測定する場合について説明する。図２に示すよ
うに、ウェーハＷは、回転自在なウェーハテーブル３０
上に載置され、該ウェーハテーブル３０上に真空吸着に
よって固定される。ウェーハテーブル３０にはモータ３
２のスピンドル３２Ａが連結されており、このモータ３
２を駆動することにより、ウェーハテーブル３０は回転
する。また、前記ウェーハテーブル３０の上方には、ウ
ェーハテーブル３０の表面に沿って走行する白色干渉膜
厚計３４が設置されており、ウェーハＷは、この白色干
渉膜厚計３４によって、その酸化膜の膜厚を測定され
る。

【００１０】なお、その測定方法は、次の通りである。
まず、ウェーハＷをウェーハテーブル３０上に載置し、
真空吸着によって固定する。次いで、ウェーハテーブル
３０に連結されたモータ３２を駆動してウェーハＷを回
転させ、その回転するウェーハＷの表面を白色干渉膜厚
計３４でスキャンする。これにより、ウェーハ表面の各
点における膜厚が測定される。

【００１１】次に、メタル膜の膜厚を測定する場合につ
いて説明する。メタル膜の膜厚は、ウェーハＷの板厚を
測定することにより行う。図３に示すように、ウェーハ
Ｗは、リング状に形成された回転自在なウェーハテーブ
ル４０に載置される。このウェーハテーブル４０は、保
持リング４２にベアリング４４を介して回動自在に支持
されており、該保持リング４２は、ベース４６に水平に
支持されている。また、前記ウェーハテーブル４０の下
面には、従動ギア４８が固着されており、該従動ギア４
８には、モータ５０のスピンドルに固着された駆動ギア
５２が噛合されている。前記ウェーハテーブル４０は、
このモータ５０を駆動することにより回転する。

【００１２】前記ウェーハテーブル４０の近傍には、前
記ウェーハテーブル４０上に載置されたウェーハＷと平
行にスライド移動するスライダ５４が設置されており、
該スライダ５４には、コの字状に形成されたアーム５６
が固着されている。このアーム５６の先端には、それぞ
れピエゾ素子５８、５８を介して容量センサ６０、６０
が固着されており、該容量センサ６０、６０は、前記ウ
ェーハテーブル４０上に載置されたウェーハＷを挟ん
で、互いに対向するように設置されている。前記ウェー
ハテーブル４０上に載置されたウェーハＷは、この一対
の容量センサ６０で差動計測されることにより、その板
厚（メタル膜の膜厚）を測定される。

【００１３】なお、その測定方法は、次の通りである。
まず、ウェーハＷをウェーハテーブル３０上に載置し、
ウェーハテーブル３０に連結されたモータ３２を駆動し
てウェーハＷを回転させる。次いで、その回転するウェ
ーハＷの板厚を一対の容量センサ６０、６０で作動計測
する。これにより、ウェーハ表面の各点における板厚
（メタル膜の膜厚）が測定される。

【００１４】前記のごとく、その膜厚を測定されたウェ
ーハは、第２搬送装置２４によって、研磨部１６に搬送
される。前記研磨部１６は、前記第２搬送装置２４で搬
送されてきたウェーハの研磨を行う。なお、ここで行う
ウェーハの研磨は、以下に説明する化学機械研磨（ＣＭ
Ｐ）法でウェーハを研磨する。

【００１５】図４は、研磨部１６の構成図である。同図
に示すように、研磨部１６は、研磨定盤７０を有してお
り、該研磨定盤７０の表面には研磨布７２が貼付されて
いる。この研磨定盤７０の下面同軸上には、スピンドル
７４が連結されており、該スピンドル７４には図示しな
いモータが連結されている。前記研磨定盤７０は、この
モータを駆動することにより回転する。

【００１６】前記研磨定盤７０の上方には、ウェーハＷ
を保持するヘッド７６が設けられている。このヘッド７
６の上面同軸上には、スピンドル７８が連結されてお
り、該スピンドル７８には図示しないモータが連結され
ている。前記ヘッド７６は、このモータに駆動されて回
転する。また、前記研磨定盤７０の上方には、図示しな
い研磨液供給管が設けられている。前記研磨布７２上に
は、この研磨液供給管から研磨液が滴下される。

【００１７】以上のように構成された研磨部１６におい
て、前記ウェーハＷは、次のようにして研磨される。ま
ず、研磨定盤７０を回転させながら、その研磨布７２上
に研磨液を滴下する。そして、この回転する研磨定盤７
０に向けてヘッド７６に保持されたウェーハＷを押し付
ける。これにより、ウェーハＷは、圧力及び相対速度を
受けて研磨される。

【００１８】このとき、ウェーハＷは、その表面に凹凸
部があると、凸部においては、研磨布７２との接触圧力
が大きいため相対研磨速度が高くなって研磨される一
方、凹部においては、研磨布７２との接触圧力が小さい
ため殆ど研磨されない。この結果、ウェーハＷは、その
表面の凹凸が緩和されて、表面が平坦になる。前記のご
とく研磨されたウェーハＷは、再び、前記第２搬送装置
２４によって測定部１４に搬送される。前記測定部１４
では、その研磨後のウェーハの膜厚を測定し、その測定
結果を後述する制御部１８に出力する。そして、この測
定後、ウェーハは、再び第１搬送装置２２に搬送され
て、格納部１２の回収カセットに格納される。

【００１９】以上のように構成されたウェーハ研磨装置
１０は、その全体の駆動を制御部１８によって制御され
ている。特に、研磨部１６は、測定部１４で測定された
研磨前と研磨後のウェーハの膜厚の測定値に基づいて、
その駆動を次のように制御されている。まず、最初のウ
ェーハＷの研磨については、オペレータが、あらかじめ
制御部１８に入力しておいた初期研磨条件に従ってウェ
ーハＷを研磨する。このとき、この最初のウェーハＷ
は、その研磨前と研磨後の膜厚を測定部１４によって測
定されており、その測定結果を制御部１８に出力されて
いる。なお、前述したように、測定対象が、酸化膜の場
合は膜厚が測定され、メタル膜の場合はウェーハの板厚
が測定される。

【００２０】制御部１８は、この最初のウェーハＷの研
磨前と研磨後のウェーハの膜厚の測定結果から、前記初
期研磨条件におけるウェーハＷの研磨量を算出する。そ
して、この算出された研磨量が、あらかじめ制御部１８
に入力されている基準研磨量（研磨すべき研磨量）と一
致している場合は、次に研磨するウェーハＷも前記初期
研磨条件と同一の条件で研磨する。

【００２１】一方、前記制御部１８で算出された研磨量
が、前記基準研磨量に達していない場合又は前記基準研
磨量をオーバーしている場合は、次に研磨するウェーハ
Ｗの研磨条件を修正する。この研磨条件の修正として
は、例えば、研磨時間を修正することにより行う。この
場合、まず、前記制御部１８は、該制御部１８で算出さ
れた研磨量から、前記初期研磨条件下における単位時間
当たりのウェーハの研磨量を算出する。そして、その算
出された単位時間当たりの研磨量から、次に研磨するウ
ェーハＷが、前記基準研磨量で研磨されるための研磨時
間を算出する。

【００２２】制御部１８は、その算出された研磨時間
で、次のウェーハＷが研磨されるように研磨時間を修正
し、その修正した新たな研磨条件（以下、修正研磨条件
という）を研磨部１６に出力する。この結果、次に研磨
されるウェーハは、より基準研磨量に近い値で研磨され
ることとなる。

【００２３】なお、この次に研磨されるウェーハ、すな
わち２枚目のウェーハに関しても、前記最初のウェーハ
と同様に、研磨前と研磨後のウェーハの膜厚が測定さ
れ、その測定結果から制御部１８において、前記修正研
磨条件下又は初期研磨条件下におけるウェーハの研磨量
が算出される。そして、その算出された研磨量が、前記
基準研磨量と一致している場合は、次に研磨するウェー
ハＷ、すなわち３枚目のウェーハも前記修正研磨条件と
同一の条件で研磨する（ただし、２枚目のウェーハの研
磨に際して、初期研磨条件を修正していない場合は、初
期研磨条件と同一の条件で研磨する）。

【００２４】一方、前記制御部１８で算出された研磨量
が、前記基準研磨量に達していない場合又は前記基準研
磨量をオーバーしている場合は、前記同様の手順で、次
に研磨するウェーハＷ、すなわち３枚目のウェーハが前
記基準研磨量で研磨されるように、その修正研磨条件を
修正する（ただし、２枚目のウェーハの研磨に際して、
初期研磨条件を修正していない場合は、初期研磨条件を
修正する。）。

【００２５】以降、同様の手順で、実際の研磨量が基準
研磨量と一致していない場合は、順次、研磨条件を修正
しながら研磨してゆく。このように、制御部１８は、前
回の研磨結果をフィードバックして、次に研磨するウェ
ーハが、所定の基準研磨量で研磨されるように研磨条件
を修正する。このように研磨することにより、時々刻々
と変化する研磨状態（研磨布の消耗具合や研磨液の供給
具合等）に応じて、適切な研磨条件を順次設定すること
ができる。この結果、ウェーハを精度よく研磨すること
ができる。また、ウェーハは、常に基準研磨量付近の研
磨量で研磨されるので、研磨精度の高いウェーハを安定
して得ることが可能になる。

【００２６】さらに、次回の研磨条件が自動的に修正さ
れるため、人手による研磨条件の修正が不要になる。こ
の結果、装置の稼働効率が向上し、スループットが向上
する。また、１枚ごと研磨量を管理しているので、研磨
布７２の消耗具合を把握することができ、これにより、
メンテナンス時期等の判断が容易になる。

【００２７】なお、現在の研磨条件が、どの様に設定さ
れているか、また、前回研磨されたウェーハの研磨前と
研磨後の膜厚の測定値はいくらであるか、さらに、その
測定値から算出した研磨量はいくらであるか等を、オペ
レータが認識できるように、これらの項目については、
モニタ２０に表示される。オペレータは、このモニタ２
０の表示から、前述したメンテナンス時期等を判断す
る。

【００２８】なお、本実施の形態では、研磨条件を修正
する例として、ウェーハの研磨時間を修正する場合につ
いて説明したが、この他、研磨圧力を修正したり、研磨
定盤７０又はヘッド７６の回転数を修正したり、又は、
これらを組み合わせて研磨条件を修正するようにして
も、同様の目的を達成するこができる。また、本実施の
形態では、研磨部１６で研磨されたウェーハは、そのま
ま測定部１４に搬送されて、研磨後の膜厚を測定するよ
うに構成しているが、図５に示すように、洗浄部８０を
設け、研磨後に、その洗浄部８０でウェーハを洗浄した
後、研磨後のウェーハの膜厚を測定するように構成して
もよい。これにより、より高精度な研磨量の把握が可能
となり、より精度良くウェーハを研磨することが可能に
なる。

【００２９】また、この他に、研磨後の測定の結果、研
磨不良を発生しているウェーハについては、回収部９０
で回収するように構成してもよい。これにより、後に検
査をすることなく、自動的に不良ウェーハの回収を行う
ことができる。また、本実施の形態では、膜厚を測定す
る例で説明したが、ウェーハの板厚を測定することによ
っても、同様の効果を得ることができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
前回の研磨結果をフィードバックして、次回の研磨条件
を順次修正するので、時々刻々と変化する研磨状態に応
じて、適切な研磨条件を設定することができる。この結
果、精度の高いウェーハを安定して得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るウェーハ装置の実施の形態の構成
を示すブロック図

【図２】測定部の構成図（酸化膜を測定する場合の測定
部）

【図３】測定部の構成図（メタル膜を測定する場合の測
定部）

【図４】研磨部の構成図

【図５】本発明に係るウェーハ装置の他の実施の形態の
構成を示すブロック図

【符号の説明】

１０…研磨装置 １２…格納部 １４…測定部 １６…研磨部 １８…制御部 ２０…モニタ ２２…第１搬送装置 ２４…第２搬送装置 Ｗ…ウェーハ

フロントページの続き (72)発明者 小栗 正明 東京都三鷹市下連雀９丁目７番１号 株式 会社東京精密内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウェーハを研磨するウェーハ研磨方法に
   おいて、 研磨前と研磨後のウェーハの板厚又は膜厚を測定し、そ
   の測定結果から前記ウェーハの研磨量を算出し、その算
   出された研磨量とあらかじめ設定された所定の研磨量と
   を比較して、その比較結果に基づき、次に研磨するウェ
   ーハが前記所定の研磨量で研磨されるように、研磨条件
   を修正することを特徴とするウェーハ研磨方法。
2. 【請求項２】 前記ウェーハの研磨条件の修正は、ウェ
   ーハの研磨時間を修正することにより行うことを特徴と
   する請求項１記載のウェーハ研磨方法。
3. 【請求項３】 算出された研磨量が前記所定の研磨量よ
   りも少ない場合は、再度ウェーハを研磨し直すことを特
   徴とする請求項１記載のウェーハ研磨方法。
4. 【請求項４】 ウェーハを研磨するウェーハ研磨装置に
   おいて、 研磨前のウェーハが多数格納された供給カセットと、研
   磨後のウェーハが多数格納される回収カセットとを有す
   る格納部と、 ウェーハを研磨する研磨部と、 研磨前と研磨後のウェーハの板厚又は膜厚を測定する測
   定部と、 前記格納部と前記測定部との間でウェーハの搬送を行う
   第１搬送手段と、 前記測定部と前記研磨部との間でウェーハの搬送を行う
   第２搬送手段と、 前記測定部で測定された研磨前と研磨後のウェーハの板
   厚又は膜厚から前記研磨部で研磨されたウェーハの研磨
   量を算出し、その算出された研磨量とあらかじめ設定さ
   れた所定の研磨量とを比較して、その比較結果に基づ
   き、次に研磨するウェーハが前記所定の研磨量で研磨さ
   れるように、前記研磨部で研磨するウェーハの研磨条件
   を修正する制御部と、からなることを特徴とするウェー
   ハ研磨装置。
5. 【請求項５】 前記ウェーハの研磨条件の修正は、ウェ
   ーハの研磨時間を修正することにより行うことを特徴と
   する請求項４記載のウェーハ研磨装置。