JP2001239459A - 半導体基板の研磨条件の判定方法 - Google Patents
半導体基板の研磨条件の判定方法Info
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Abstract
仕上げ研磨不良に起因する問題を非破壊で迅速に評価す
る。 【解決手段】 同一の工程を経て製造された複数の半導
体基板を用意し、これらの半導体基板のそれぞれに対し
て研磨パッド又は研磨スラリーのいずれか一方又は双方
を変えた異なる複数の研磨条件で研磨し、研磨したこれ
らの半導体基板の表面粗さを非接触法により測定し、そ
の５μｍ〜１ｍｍの空間波長成分領域の波長成分強度の
大小により、複数の研磨条件のそれぞれの良否を判定す
る。
Description
に代表される半導体基板の研磨条件の良否を判定する方
法に関する。更に詳しくは半導体基板の表面の最終的な
面質を決定する仕上げ研磨条件を判定する方法に関する
ものである。
びウェーハの大口径化の要求に伴い、ウェーハ表面のマ
イクロラフネスや平坦度で評価されるシリコンウェーハ
の表面の面質は益々重要視されてきている。この最終的
な面質を決定するプロセスとして、シリコンウェーハの
研磨工程、特に仕上げ研磨工程が挙げられる。従ってシ
リコンウェーハの表面の面質を高めるためには、仕上げ
研磨における研磨条件を最適にする必要がある。そのた
めに摩耗した研磨パッドの交換時期、或いは新規な研磨
パッドの慣らし運転時間、新規な研磨パッドや新規な研
磨スラリーの適否等の研磨条件を的確に判定する方法が
求められている。
ートの大小により判定している。研磨レートは単位時間
当りの研磨によるウェーハ表面の取り代（stock remova
l）である。この方法では研磨した取り代やそれに費や
した研磨時間により研磨パッドの摩耗状態、研磨スラリ
ーを評価している。また仕上げ研磨の良否は、パーティ
クルカウンタを用いて研磨後の基板表面に光を照射し、
そのヘイズ値の多寡により基板表面のマイクロラフネス
を測定した後、或いは原子間力顕微鏡（Atomic Force M
icroscope、以下、ＡＦＭという。）を用いて基板表面
のマイクロラフネスを測定した後、このマイクロラフネ
スに基づいて判定している。更に別の方法としては、研
磨後の基板表面に酸化膜を形成し、この酸化膜の耐圧特
性から仕上げ研磨条件の良否を判定している。
より研磨条件の良否を判定する方法では、この方法を仕
上げ研磨に適用した場合、仕上げ研磨による取り代が小
さいため、研磨レートを測定するのが困難であり、良否
判定が難しい問題点があった。また、パーティクルカウ
ンタやＡＦＭを用いてマイクロラフネスを測定した後、
この値から研磨条件の良否を判定する方法や、或いは基
板表面の酸化膜耐圧特性から研磨条件の良否を判定する
方法では、研磨条件の良否の要因を特定することが難し
く、また研磨後の基板を加工する必要があり、時間とコ
ストがかかる問題点があった。本発明の目的は、半導体
基板の研磨の最適な条件を見い出し得る半導体基板の研
磨条件の判定方法を提供することにある。本発明の別の
目的は、仕上げ研磨不良に起因する問題を非破壊で迅速
に評価する半導体基板の研磨条件の判定方法を提供する
ことにある。
同一の工程を経て製造された複数の半導体基板を用意
し、前記複数の半導体基板のそれぞれに対して研磨パッ
ド又は研磨スラリーのいずれか一方又は双方を変えた異
なる複数の研磨条件で研磨し、研磨したこれらの半導体
基板の表面粗さを非接触法により測定し、その５μｍ〜
１ｍｍの空間波長成分領域の波長成分強度の大小によ
り、上記複数の研磨条件のそれぞれの良否を判定する半
導体基板の研磨条件の判定方法である。請求項１に係る
発明では、異なった複数の研磨条件で研磨した複数の半
導体基板の表面粗さを非接触法により測定し、そのとき
の空間波長成分領域が５μｍ〜１ｍｍの範囲の波長成分
強度の値を各基板間で比較して波長成分強度の値が小さ
い研磨条件を良好な条件であると判定する。
粗さを非接触法により測定し、その５μｍ〜１ｍｍの空
間波長成分領域の第１波長成分強度を測定し、上記半導
体基板を所定の研磨条件で研磨し、この研磨した半導体
基板の表面粗さを上記非接触法により測定し、その５μ
ｍ〜１ｍｍの空間波長成分領域の第２波長成分強度を測
定し、第１波長成分強度と第２波長成分強度を比較する
ことにより、上記研磨条件の良否を判定する半導体基板
の研磨条件の判定方法である。請求項２に係る発明で
は、ある研磨条件で単一の半導体基板を研磨し、その研
磨前後における第１波長成分強度と第２波長成分強度の
比較から、上記研磨条件が良好であったか否か判定す
る。
する。本発明の判定する研磨条件は、半導体基板の表面
の最終的な面質を決定する仕上げ研磨条件である。本発
明ではこの研磨条件における研磨パッドの摩耗状態又は
研磨スラリーの良否を判定する。仕上げ研磨は通常、片
面研磨方法によって行われる。図２に基づいて片面研磨
方法について述べる。この研磨装置２０は回転定盤２１
と基板保持具２２を備える。回転定盤２１は大きな円板
であり、その底面中心に接続されたシャフト２３によっ
て回転する。回転定盤２１の上面には研磨パッド２４が
貼付けられる。基板保持具２２は加圧ヘッド２２ａとこ
れに接続して加圧ヘッド２２ａを回転させるシャフト２
２ｂからなる。加圧ヘッド２２ａの下面には研磨プレー
ト２６が取付けられる。研磨プレート２６の下面には複
数枚の半導体基板１０が貼付けられる。回転定盤２１の
上部には研磨スラリー２７を供給するための配管２８が
設けられる。この研磨装置２０により半導体基板１０を
研磨する場合には、加圧ヘッド２２ａを下降して半導体
基板１０に所定の圧力を加えて基板１０を押さえる。配
管２８から研磨スラリー２７を研磨パッド２４に供給し
ながら、加圧ヘッド２２ａと回転定盤２１とを同一方向
に回転させて、基板１０の表面を平坦に研磨する。
前述のＡＦＭ以外に、マルチビーム干渉法（Multi-Beam
Interferometry）、低出力光学顕微鏡（Low power opt
icalMicroscope）、高出力光学顕微鏡（High power opt
ical Microscope）、微分干渉顕微鏡（Differential In
terference Microscope）、位相差顕微鏡(Phase-Contra
st Microscope)、円錐レーザ走査型光学顕微鏡（cone-f
ocal laser ScanningOptical Microscope）、走査型電
子顕微鏡（Scanning Electron Microscope）、透過型電
子顕微鏡（Transmission Electron Microscope）、反射
型電子顕微鏡（Reflection Electron Microscope）、電
界イオン顕微鏡（Field Ion Microscope）、走査型トン
ネル顕微鏡（Scanning Tunneling Microscope）等が挙
げられる。
置について説明する。上記研磨装置で研磨したときの仕
上げ研磨条件のうち、研磨パッドの摩耗状態と研磨スラ
リーの良否を図１に示す検査装置１１で半導体基板１０
表面のマイクロラフネスの特定波長域成分を検査するこ
とにより判定する。この検査装置１１は、レーザ発振器
１２と、基板１０表面上を移動可能に形成された移動測
定ヘッド１３と、基板１０に照射したレーザ光の反射偏
光を検出する検出器１４ａ、１４ｂと、ノンポラライジ
ングビームスプリッタ１６と、ポラライジングビームス
プリッタ１７とを備える。レーザ発振器１２より発振さ
れたレーザ光は、図示しない偏光板、１／４波長板によ
り光量の制御が行われ、円偏光となる。円偏光は実線矢
印に示すように、ノンポラライジングビームスプリッタ
１６を通った後、移動測定ヘッド１３のペンタプリズム
１３ａに入射する。移動測定ヘッド１３は１００ｍｍの
範囲で移動可能に構成され、その位置情報は１μｍ又は
０．２μｍの分解能で図示しないコンピュータに取込ま
れる。入射光はペンタプリズム１３ａで９０°下方に反
射され、ノマルスキプリズム１３ｂでＰ偏光、Ｓ偏光に
分離され、対物レンズ１３ｃを通って基板１０表面で結
像する。基板１０表面で反射されたＰ偏光及びＳ偏光は
再びノマルスキプリズム１３ｂで合成され、破線矢印で
示すように、ペンタプリズム１３ａ、ノンポラライジン
グビームスプリッタ１６を経て、ポラライジングビーム
スプリッタ１７にて各偏光成分に分離され検出器１４
ａ、１４ｂにより偏光成分の強度が電圧にて検出され
る。この検出された各偏光成分の強度から表面粗さプロ
ファイルを測定し、更にプロファイルをフーリエ変換す
ることにより波長成分強度（Power Spectral Density、
以下、ＰＳＤという。）が算出される。
を経て製造された、基板間に差異のないと考えられる複
数の半導体基板に対して、上記研磨装置により異なった
複数の研磨条件で研磨を行い、それぞれ研磨した半導体
基板の表面に上記レーザ発振器より発振されたレーザ光
を照射する。ここで異なった複数の研磨条件とは、材質
の異なる研磨パッド、同一材質でも摩耗程度の異なる研
磨パッド、性状の異なる研磨スラリーを用いた場合をい
う。材質の異なる研磨パッド又は性状の異なる研磨スラ
リーとは、従来使用していた研磨パッド、研磨スラリー
とは異なる新規に採用された研磨パッド、研磨スラリー
をいう。同一材質でも摩耗程度の異なる研磨パッドと
は、同一製品であっても新品の研磨パッド、摩耗程度が
中位、或いは摩耗が極端に進んだ研磨パッドをいう。研
磨条件が異なると、研磨前に同一の表面を有していた複
数の半導体基板も研磨後には、各表面のマイクロラフネ
スや平坦度が変化する。
ぞれ研磨した複数の半導体基板の表面にレーザ光を照射
すると、研磨後のウェーハ表面特性であるマイクロラフ
ネスや平坦度の程度に応じて異なった反射偏光を生ず
る。この反射偏光より検出された各偏光成分から表面粗
さプロファイルを測定し、更にプロファイルをフーリエ
変換して５μｍ〜１ｍｍの空間波長成分領域のＰＳＤを
測定し、その大小を比較することにより、複数の研磨条
件毎にその研磨パッド、研磨スラリーの良否を判定す
る。空間波長成分領域を５μｍ〜１ｍｍにするのはこの
領域では波長成分が緩やかに減少していき、研磨状態を
評価するのに適しているからである。５μｍ未満の波長
成分は、研磨後表面に対する短時間の化学的エッチング
によって左右されるため、研磨パッド、研磨スラリーの
良否判定には向かず、１ｍｍを越えると仕上げ研磨では
殆ど粗さ成分が変化せず、他の要因で粗さ成分が決まる
ためである。この空間波長成分領域は好ましくは１０μ
ｍ〜１００μｍである。
体基板の研磨前後における第１ＰＳＤ及び第２ＰＳＤを
それぞれ測定し、両ＰＳＤの比較により当該研磨条件の
良否を判定する。この方法は異なった研磨条件の判定の
みならず、同一条件で大量に半導体基板を研磨している
ときの抜取り検査にも適する。即ち、仕上げ研磨が良好
な場合のＰＳＤと、不良な場合のＰＳＤを予め測定して
おき、これらのＰＳＤに対して、サンプリングした半導
体基板から得られたＰＳＤを比較することにより、当該
研磨条件を半導体基板を破壊することなく、迅速に評価
することができる。仕上げ研磨後にこの方法を用いれ
ば、従来仕上げ研磨不良に起因した、基板表面に残存す
るスクラッチ、酸化膜耐圧不良などの種々の問題を未然
に防止することができる。
る。 ＜実施例１＞通常の粗研磨を終えた半導体基板であるシ
リコンウェーハを４枚用意し、シリコンウェーハ毎に同
一の研磨スラリーを用いて研磨パッドを変えて仕上げ研
磨を行った。この仕上げ研磨に用いた研磨スラリーはＳ
ｉＯ2の研磨粒子が分散した市販されている仕上げ研磨
用スラリー原液を純水で３０倍に希釈して調製した（こ
れを研磨スラリーＡという。）また研磨パッドにはそれ
ぞれ同一製品であるが、使用履歴の異なる４種類を用意
した（これらを研磨パッドＡ、研磨パッドＢ、研磨パッ
ドＣ及び研磨パッドＤという。）。研磨パッドＡは一度
も使用されていないパッド、研磨パッドＢは１０時間使
用されたパッド、研磨パッドＣは１５０時間使用された
パッド、研磨パッドＤは１０時間使用されているが何ら
かの理由で仕上げ研磨がうまく行われないパッドであ
る。４枚のシリコンウェーハの仕上げ研磨を各研磨パッ
ド毎に図２に示す研磨装置により研磨圧力１．１８×１
０4Ｐａで各１０分間行った。仕上げ研磨を終えた４枚
のシリコンウェーハの表面を図１に示す微分干渉式表面
プロファイラを用いて、表面粗さプロファイルを測定
し、空間波長成分領域が１０〜１００μｍの範囲のＰＳ
Ｄを求めた。このＰＳＤの積分した値を表１に示す。単
位は任意単位（a.u.：arbitary unit）であって、次に
述べる実施例及び比較例も同じである。
たシリコンウェーハ表面を光散乱式パーティクルカウン
タによりヘイズ値を測定した。その結果を表１に示す。 ＜比較例２＞実施例１の仕上げ研磨を終えたシリコンウ
ェーハ表面をＡＦＭにより１０μｍ×１０μｍの領域の
平均マイクロラフネス（average microroughness、以
下、Ｒａという。）を測定した。その結果を表１に示
す。
の測定結果に比較して実施例１の測定結果は、各研磨条
件の差が顕著に現れ、仕上げ研磨の良否を良く反映して
いた。特に、１０時間使用した研磨パッドＢによる研磨
は通常良好な研磨が行われるという事実が比較例１及び
２に比べて実施例１で最も良く示され、実施例１の測定
方法が研磨パッドの摩耗状態、良否状態を的確に判定し
ていた。
ーハを更に４枚用意した。シリコンウェーハ毎に同一の
研磨パッドを用いて研磨スラリーを変えて仕上げ研磨を
行った。研磨パッドは実施例１の研磨パッドＢを用い、
研磨スラリーは種類の異なる市販されている仕上げ研磨
用スラリー原液を純水で３０倍に希釈して調製した（以
下、これらを研磨スラリーＡ、Ｂ及びＣという。）。４
枚のシリコンウェーハの仕上げ研磨を各研磨スラリー毎
に実施例１と同様に行った。仕上げ研磨を終えた４枚の
シリコンウェーハの表面を微分干渉式表面プロファイラ
を用いて、表面粗さプロファイルを測定し、空間波長成
分領域が１０〜１００μｍの範囲のＰＳＤを求めた。こ
のＰＳＤの積分した値を表２に示す。
たシリコンウェーハ表面を光散乱式パーティクルカウン
タによりヘイズ値を測定した。その結果を表２に示す。 ＜比較例４＞実施例２の仕上げ研磨を終えたシリコンウ
ェーハ表面をＡＦＭにより１０μｍ×１０μｍの領域の
Ｒａを測定した。その結果を表２に示す。
の測定結果に比較して実施例２の測定結果は、各研磨条
件の差が顕著に現れ、研磨スラリーによる仕上げ研磨の
良否を良く反映していた。
用いる研磨パッドの摩耗状態や研磨スラリーに基づく研
磨条件の良否を半導体基板表面のマイクロラフネスの特
定波長域成分により判定することにより、研磨条件を最
適化することができ、研磨パッド、研磨スラリーの最適
な組合わせを迅速に決定することができる。また、仕上
げ研磨の状態を研磨前後のＰＳＤ値の変化によって評価
し、研磨布やスラリーの性質等の研磨条件を変化させる
ことでスラリーや研磨パッドの開発に役立てることもで
きる。更に、酸化膜耐圧特性による研磨条件の判定と異
なり、仕上げ研磨不良に起因する問題を非破壊で迅速に
防止して、低コストで研磨条件を判定することができ
る。
Claims (2)
- 【請求項１】 同一の工程を経て製造された複数の半導
体基板を用意し、前記複数の半導体基板のそれぞれに対
して研磨パッド又は研磨スラリーのいずれか一方又は双
方を変えた異なる複数の研磨条件で研磨し、前記研磨し
た複数の半導体基板の表面粗さを非接触法により測定
し、その５μｍ〜１ｍｍの空間波長成分領域の波長成分
強度の大小により、前記複数の研磨条件のそれぞれの良
否を判定する半導体基板の研磨条件の判定方法。 - 【請求項２】 半導体基板の表面粗さを非接触法により
測定し、その５μｍ〜１ｍｍの空間波長成分領域の第１
波長成分強度を測定し、前記半導体基板を所定の研磨条
件で研磨し、前記研磨した半導体基板の表面粗さを前記
非接触法により測定し、その５μｍ〜１ｍｍの空間波長
成分領域の第２波長成分強度を測定し、前記第１波長成
分強度と前記第２波長成分強度を比較することにより、
前記研磨条件の良否を判定する半導体基板の研磨条件の
判定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000049396A JP3642250B2 (ja) | 2000-02-25 | 2000-02-25 | 半導体基板の研磨条件の判定方法 |
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Publications (2)
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Cited By (3)
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2000
- 2000-02-25 JP JP2000049396A patent/JP3642250B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| US10175394B2 (en) | 2013-09-27 | 2019-01-08 | Hoya Corporation | Substrate with multilayer reflective film, mask blank, transfer mask and method of manufacturing semiconductor device |
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