JP2002110603A - Chemical and mechanical polishing method and chemical and mechanical polishing device - Google Patents
Chemical and mechanical polishing method and chemical and mechanical polishing deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
工程において、特に詳しくは多層配線を設ける工程にお
いて用いられる化学機械研磨方法および化学機械研磨装
置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a chemical mechanical polishing method and a chemical mechanical polishing apparatus used in a process of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, in a process of providing a multilayer wiring.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化に伴い、多
層配線構造が用いられている。多層配線構造を実現する
上で重要な技術として化学機械研磨（以下、「ＣＭＰ」
という。）による平坦化工程が挙げられる。これは、フ
ォトリソグラフィー法を用いて微細なパターンを形成す
る場合に下地となる絶縁性の層間膜の段差を緩和し、半
導体装置の微細化と多層化とを両立する技術である。2. Description of the Related Art In recent years, a multi-layer wiring structure has been used in accordance with high integration of a semiconductor device. Chemical-mechanical polishing (hereinafter referred to as “CMP”) is an important technology for realizing a multilayer wiring structure.
That. ). This is a technique for mitigating a step in an insulating interlayer film serving as a base when a fine pattern is formed by using a photolithography method, thereby achieving both miniaturization and multilayering of a semiconductor device.
【０００３】下地パターンには、代表的なデュアルダマ
シン法等で形成される埋込配線と、導電膜の形成後にド
ライエッチングにより形成される非埋込配線とがある。
アルミニウムやアルミニウム合金といったアルミニウム
を含有する材料からなる配線（以下、「アルミニウム系
配線」という。）は後者に属する。The underlying pattern includes a buried wiring formed by a typical dual damascene method or the like and a non-buried wiring formed by dry etching after forming a conductive film.
Wiring made of a material containing aluminum such as aluminum or an aluminum alloy (hereinafter referred to as “aluminum-based wiring”) belongs to the latter.
【０００４】アルミニウム系配線による多層構造は、最
初にアルミニウム系配線による第一の配線層を形成し、
その上に該配線層を被覆するように絶縁性の層間膜を形
成し、更にこの層間膜をＣＭＰにより研磨して平坦化
し、この平坦化された層間膜の上に第二の配線層を形成
することによって（更に層間膜形成、ＣＭＰ、配線層形
成を繰り返し行ってもよい）作製することができる。In a multilayer structure using aluminum-based wiring, first, a first wiring layer made of aluminum-based wiring is formed,
An insulating interlayer film is formed thereon so as to cover the wiring layer, and the interlayer film is polished and flattened by CMP, and a second wiring layer is formed on the flattened interlayer film. (Furthermore, formation of an interlayer film, CMP and formation of a wiring layer may be repeated).
【０００５】次に図を用いてＣＭＰによる平坦化につい
て説明する。図４は従来のＣＭＰによって層間膜を平坦
化する工程を示している。図４（ａ）はＣＭＰによって
平坦化される前の状態を示しており、下地パターン２１
となるアルミニウム系配線がプラズマＴＥＯＳ膜等の絶
縁性の層間膜２０で被覆された状態を示している。下地
パターン２１は平坦な絶縁性の基板２２の上に形成され
ており、層間膜２０は下地パターン２１の上に絶縁性の
材料を堆積させて形成されている。また、下地パターン
２１が基板２０から突起して形成されているため、層間
膜２０にはこれに対応した凸部２０ａが形成されてい
る。上方から見たとき、この凸部２０ａは下地パターン
２１よりも大きく、そのため層間膜２０の面積密度は下
地パターン２１の面積密度よりも大きくなっている。Next, flattening by CMP will be described with reference to the drawings. FIG. 4 shows a step of flattening an interlayer film by conventional CMP. FIG. 4A shows a state before being flattened by CMP.
Shows a state in which an aluminum-based wiring to be used is covered with an insulating interlayer film 20 such as a plasma TEOS film. The underlying pattern 21 is formed on a flat insulating substrate 22, and the interlayer film 20 is formed by depositing an insulating material on the underlying pattern 21. In addition, since the base pattern 21 is formed so as to protrude from the substrate 20, a corresponding projection 20 a is formed in the interlayer film 20. When viewed from above, the protrusions 20 a are larger than the underlying pattern 21, so that the area density of the interlayer film 20 is greater than the area density of the underlying pattern 21.
【０００６】この凸部２０ａを有する層間膜２０に対
し、図４（ｂ）に示すように凸部（２０ａ、２０ｂ）が
消失し、膜厚が目標値となるまでＣＭＰによって研磨を
行うことで、図４（ｃ）に示すような層間膜２０の平坦
化が図られる。As shown in FIG. 4B, the interlayer film 20 having the protrusions 20a is polished by CMP until the protrusions (20a, 20b) disappear and the film thickness reaches a target value. Then, the interlayer film 20 is flattened as shown in FIG.
【０００７】ところで、一般に目標の膜厚までＣＭＰに
よって研磨を行う場合、凸部２０ａが占める割合に応じ
て凸部２０ａの研磨時間が変化するため、下地パターン
のパターン密度に応じて研磨時間を設定する必要があ
る。例えば同じパターンのウエハを研磨する場合であれ
ば、数枚のテスト研磨を行うことで予めそのパターンに
最適な研磨時間を設定することができる。しかし、実際
の量産の現場では種々のパターンを研磨する必要がある
ため、予めテスト研磨を行うことは非常に非効率的であ
るといえる。一方、残膜制御の精度を高めることができ
れば、テスト研磨を行わないで目標の膜厚とすることで
きる。そのため、研磨工程を二回に分割して残膜制御の
精度を高めた（精度の高い研磨時間を求める）方法が採
用されている。In general, when polishing is performed by CMP to a target film thickness, the polishing time of the projections 20a changes according to the ratio occupied by the projections 20a. Therefore, the polishing time is set according to the pattern density of the underlying pattern. There is a need to. For example, in the case of polishing a wafer having the same pattern, it is possible to set an optimum polishing time for the pattern in advance by performing several test polishings. However, since it is necessary to polish various patterns at the actual mass production site, it can be said that performing test polishing in advance is very inefficient. On the other hand, if the accuracy of residual film control can be improved, the target film thickness can be obtained without performing test polishing. For this reason, a method is employed in which the polishing process is divided into two steps to increase the accuracy of remaining film control (to obtain a highly accurate polishing time).
【０００８】図５は従来の研磨工程を二回に分割して研
磨を行う場合のプロセスフローを示している。図５に示
すように、最初にロット内の全ウエハに対し一律にある
特定の時間研磨を行って、アルミニウム配線の上に形成
された凸部を消失させる（１ｓｔ研磨：Ｓ５０）。凸部
の消失後洗浄を行い（Ｓ５１）、残膜厚を測定する（Ｓ
５２）。凸部の消失後はシートウエハ（平坦な層間膜が
一面に形成されたウエハ）を研磨する研磨レートと同じ
レートで研磨されるため、測定された残膜厚から２ｎｄ
研磨に必要な研磨時間を計算することができる。このよ
うにして、残膜厚の値から研磨終了までの時間を計算し
た上で（Ｓ５２）、１ｓｔ研磨を終了したウエハのうち
数枚（先行ウエハ）を研磨する（２ｎｄ先行研磨：Ｓ５
３）。FIG. 5 shows a process flow when polishing is performed by dividing the conventional polishing step into two steps. As shown in FIG. 5, first, all the wafers in a lot are uniformly polished for a specific period of time to eliminate the protrusions formed on the aluminum wiring (1st polishing: S50). After the disappearance of the projections, cleaning is performed (S51), and the remaining film thickness is measured (S51).
52). After the disappearance of the protrusions, the sheet is polished at the same polishing rate as that for polishing a sheet wafer (a wafer having a flat interlayer film formed on one surface).
The polishing time required for polishing can be calculated. In this way, after calculating the time until the end of polishing from the value of the remaining film thickness (S52), several wafers (preceding wafers) are polished out of the wafers after the first polishing (2nd pre-polishing: S5).
3).
【０００９】次に、洗浄工程（Ｓ５４）の後、先行ウエ
ハの残膜厚を測定し、２ｎｄ研磨時間の補正を行う（Ｓ
５５）。補正を行った２ｎｄ研磨時間を未だ２ｎｄ研磨
を行っていない他のウエハ（本体ウエハ）の研磨（２ｎ
ｄ本体研磨：Ｓ５６）に適用する。研磨終了後、洗浄を
行い（Ｓ５７）、任意のウエハを取り出して残膜の測定
を行う（Ｓ５８）。残膜に異常がないことが確認されれ
ば、ウエハは次行程に移行される。Next, after the cleaning step (S54), the remaining film thickness of the preceding wafer is measured, and the second polishing time is corrected (S54).
55). The corrected 2nd polishing time is reduced by polishing another wafer (body wafer) that has not yet been subjected to 2nd polishing (2n polishing).
d Body polishing: This is applied to S56). After the polishing is completed, cleaning is performed (S57), an arbitrary wafer is taken out, and the remaining film is measured (S58). If it is confirmed that there is no abnormality in the remaining film, the wafer is transferred to the next step.
【００１０】このように、従来の二回研磨プロセスにお
いては、１ｓｔ研磨は研磨時間を固定して層間膜の凸部
が消失するまで行われ、次に１ｓｔ研磨後の層間膜の残
膜厚が測定され、この測定値とパターンのないシートウ
エハの研磨レートとから必要な研磨時間が算出され、こ
の算出された研磨時間に基づいて２ｎｄ研磨が行われ
る。As described above, in the conventional double polishing process, the first polishing is performed until the protrusion of the interlayer film disappears with a fixed polishing time, and then the remaining film thickness of the interlayer film after the first polishing is reduced. The required polishing time is calculated from the measured value and the polishing rate of the sheet wafer having no pattern, and the second polishing is performed based on the calculated polishing time.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
方法では、一層の層間膜を平坦化するのに一旦研磨を中
断し、研磨を二回に分ける必要があるため、工程が複雑
なものとなる。そのため、装置の能力限界から製造量の
拡大が困難であるという問題や、製造コストの上昇、さ
らにスループットの低下などの問題が生じている。この
ため、一層の層間膜の平坦化は、研磨を中断することな
く一回のＣＭＰによって行うことが望まれている。However, in the above-described method, it is necessary to suspend the polishing once to flatten the one interlayer film and to divide the polishing into two times, so that the process becomes complicated. . For this reason, there are problems that it is difficult to increase the production amount due to the capacity limit of the device, that the production cost increases, and that the throughput decreases. For this reason, it is desired that the planarization of one interlayer film be performed by one CMP without interrupting polishing.
【００１２】また、特開平９―８０３８号公報には、平
坦性のシミュレーションを行ってある時間研磨したあと
のチップ内の段差を計算し、平坦性の評価を行う方法が
記載されている。具体的には、あるチップを多数のセル
に分割し、層間膜を形成した後の凸部占有率をセルごと
に求め、その値をもとに、一定時間経過毎のセル間の高
さの違いをシミュレートするというものである。この方
法を利用すれば研磨工程後の残膜の厚みをシミュレート
でき、よって、残膜の測定を行うことなく研磨時間を設
定できるので研磨工程を分割することなく残膜厚を所望
の値とできる。Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-8038 describes a method of performing a flatness simulation, calculating a step in a chip after polishing for a certain time, and evaluating the flatness. Specifically, a certain chip is divided into a large number of cells, and the occupancy of the convex portions after forming the interlayer film is obtained for each cell. Simulate the difference. By using this method, the thickness of the remaining film after the polishing process can be simulated, and therefore, the polishing time can be set without measuring the remaining film, so that the remaining film thickness can be set to a desired value without dividing the polishing process. it can.
【００１３】しかしながら、特開平９―８０３８号公報
に記載の方法では、研磨をある一定の時間で区切り、各
区間の状態を常にフィードバックしてその時点での段差
を予想するものであるため、複雑な計算が必要となる。
そのため、この方法を利用しても所望の残膜厚に研磨す
るための研磨時間を求めるのは容易ではなく、複雑な計
算を行うことなく研磨時間を求め得る方法が望まれてい
る。However, in the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-8038, the polishing is divided at a certain time, and the state of each section is always fed back to predict the step at that point. Calculation is required.
Therefore, it is not easy to obtain a polishing time for polishing to a desired remaining film thickness by using this method, and a method that can obtain the polishing time without performing complicated calculations is desired.
【００１４】本発明の課題は、複雑な計算を用いること
なく研磨時間を求め得ることができ、且つ、面積密度の
異なる種々の下地パターンに対し一回の研磨工程で平坦
化を行い得る化学機械研磨方法及び化学機械研磨装置を
提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a chemical machine which can obtain a polishing time without using a complicated calculation and can perform flattening in a single polishing step for various base patterns having different area densities. An object of the present invention is to provide a polishing method and a chemical mechanical polishing apparatus.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】本発明の発明者らは、下
地パターンの面積密度により研磨開始から最終研磨まで
の時間（実際に研磨している時間を意味し、洗浄及び残
膜測定等に要する時間は除く）が変動する点に着目し、
このような変動が生じるのは、層間膜２０の凸部２０ａ
を研磨する際の研磨レートが層間膜２０の面積密度に依
存するためであるとの考えに至った。また、凸部２０ａ
が消失し平坦化された後は、シートウエハを研磨するの
と同じ研磨レートとなり、下地パターンに左右されず一
定となるはずであるとの考えにも至った。Means for Solving the Problems The inventors of the present invention determine the time from the start of polishing to the final polishing (meaning the actual polishing time, such as cleaning and remaining film measurement) based on the area density of the underlying pattern. (Excluding the time required) varies.
Such a change occurs because the protrusions 20a of the interlayer film 20
This is because the polishing rate at the time of polishing depends on the area density of the interlayer film 20. Also, the protrusion 20a
After the disappearance and flattening, the polishing rate was the same as that for polishing the sheet wafer, and it was concluded that the polishing rate should be constant regardless of the underlying pattern.
【００１６】即ち、上述の図４で示したように、研磨の
初期段階において研磨パッドが接触する部分は層間膜２
０の凸部２０ａ（図４（ａ））、２０ｂ（図４（ｂ））
のみであるが、凸部（２０ａ、２０ｂ）が消失した後は
研磨パッドは層間膜２０の全表面と接触する。このこと
は、凸部（２０ａ、２０ｂ）を研磨する際の研磨レート
は下地パターン２１の面積密度に依存するが、凸部（２
０ａ、２０ｂ）の消失後の研磨レートは下地パターン２
１に依存しないことを示している。That is, as shown in FIG. 4 described above, in the initial stage of the polishing, the portion that the polishing pad contacts is the interlayer film 2.
0 convex portion 20a (FIG. 4 (a)), 20b (FIG. 4 (b))
Although only the protrusions (20a, 20b) disappear, the polishing pad contacts the entire surface of the interlayer film 20. This means that the polishing rate when polishing the projections (20a, 20b) depends on the area density of the underlying pattern 21, but the polishing rate (2a
0a, 20b), the polishing rate after the disappearance is
1 does not depend.
【００１７】そこで、上記考えに基づき、本発明の発明
者らは面積密度の異なる種々の下地パターン上に層間膜
を形成し、この層間膜に対しＣＭＰによる研磨を行い、
その際の研磨時間と層間膜の残膜厚との関係を調べた。
結果を図６に示す。なお、ここでいう残膜厚とは下地パ
ターン上面から層間膜上面までの厚みを測定して求めた
値である。Therefore, based on the above idea, the inventors of the present invention form an interlayer film on various underlying patterns having different area densities, and polished the interlayer film by CMP.
The relationship between the polishing time and the remaining film thickness of the interlayer film was examined.
FIG. 6 shows the results. Here, the remaining film thickness is a value obtained by measuring the thickness from the upper surface of the underlying pattern to the upper surface of the interlayer film.
【００１８】図６は、研磨時間を横軸、残膜厚を縦軸に
とって作成している。なお、このときの下地パターンと
してはアルミニウム系配線が用いられており、層間膜と
してはプラズマＴＥＯＳ膜が用いられている。研磨対象
としては（イ）、（ロ）、（ハ）の三つが用いられてお
り、下地パターンの面積密度は（イ）、（ロ）、（ハ）
の順に高くなっている。In FIG. 6, the polishing time is plotted on the horizontal axis and the remaining film thickness is plotted on the vertical axis. In this case, an aluminum-based wiring is used as a base pattern, and a plasma TEOS film is used as an interlayer film. Three polishing objects (a), (b), and (c) are used, and the area densities of the underlying patterns are (a), (b), and (c).
The order is higher.
【００１９】図６に示されたグラフを検討すると、凸部
が消失するまでは下地パターンの面積密度に依存して直
線の傾き、即ち研磨レートは異なっている。しかし、凸
部が消失した後は（イ）、（ロ）、（ハ）全てにおいて
略同一の研磨レートとなっている。この凸部消失後の研
磨レートは、シートウエハを研磨する際の研磨レート
（ＳＲＲｓ）と同一のレートとなっている。Examination of the graph shown in FIG. 6 reveals that the slope of the straight line, that is, the polishing rate, depends on the area density of the underlying pattern until the protrusion disappears. However, after the disappearance of the convex portions, the polishing rates are substantially the same in (a), (b) and (c). The polishing rate after the disappearance of the convex portions is the same as the polishing rate (SRRs) when polishing the sheet wafer.
【００２０】即ち、研磨時間は下地パターンの面積密度
によりＴ（イ）〜Ｔ（ハ）の間で大きく変動するが、研
磨レートは層間膜の凸部を研磨する際の研磨レート（Ｓ
ＲＲｐ）と、凸部が消失した後の研磨レート（ＳＲＲ
ｓ）の大きく２つに分類できると言える。また、下地パ
ターンに対して依存性を示すのは、ＳＲＲｐのみであっ
て、ＳＲＲｓはパターン依存性がないと言える。更に、
ＳＲＲｐとＳＲＲｓとの両方を求めることができれば、
研磨開始から最終研磨までの時間を、研磨開始前に計算
で求めることができると言える。従って、研磨工程を分
割しないで（即ち従来のように凸部を消失させた後に残
膜を測定するといった工程を経ないで）一回の研磨で研
磨工程を終了させるには、層間膜の凸部を研磨する際の
研磨レートＳＲＲｐを求めることが重要である。That is, the polishing time varies greatly between T (a) and T (c) depending on the area density of the underlying pattern, but the polishing rate is the polishing rate (S
RRp) and the polishing rate (SRR) after the protrusions disappear.
s) can be roughly classified into two. Only SRRp shows dependency on the underlying pattern, and it can be said that SRRs have no pattern dependency. Furthermore,
If both SRRp and SRRs can be determined,
It can be said that the time from the start of polishing to the final polishing can be obtained by calculation before the start of polishing. Therefore, in order to terminate the polishing step by one polishing without dividing the polishing step (that is, without performing a step of measuring the remaining film after eliminating the convex portion as in the conventional method), the protrusion of the interlayer film is required. It is important to determine the polishing rate SRRp when polishing the part.
【００２１】しかし、ＳＲＲｓはシートウエハ上に形成
された平坦な層間膜から容易に知ることができるのに対
し、ＳＲＲｐは下地パターンの面積密度の関数となると
考えられ、容易に知ることはできない。そのため、本発
明の発明者らは更にＳＲＲｓからＳＲＲｐを求める計算
方法についての検討を行った。However, SRRs can be easily known from the flat interlayer film formed on the sheet wafer, whereas SRRp is considered to be a function of the area density of the underlying pattern and cannot be easily known. Therefore, the inventors of the present invention further studied a calculation method for obtaining SRRp from SRRs.
【００２２】ＣＭＰの研磨レートに関するプレストンの
経験則によれば、研磨レートは圧力と相対速度の積に比
例することが知られている。これを応用すると「層間膜
の凸部の研磨レートは層間膜が被覆する下地パターンの
面積密度に反比例する」と考えることができる。更に図
４で示したように、層間膜の凸部の面積は層間膜が堆積
されている分だけ下地パターンの面積よりも大きくなっ
ており、また凸部上部の端は断面形状が円弧状になって
いる。従って、層間膜の凸部の面積密度は補正項をｋと
するとＤ（ｋ）と表わすことができる。また、ＳＲＲｐ
は下地パターンの面積密度Ｄの関数であるといえる。よ
って、式で表わすと下記式（５）が成り立つ。 ＳＲＲｐ（Ｄ）＝ＳＲＲｓ／Ｄ（ｋ） （５）According to Preston's rule of thumb regarding the polishing rate of CMP, it is known that the polishing rate is proportional to the product of the pressure and the relative speed. Applying this, it can be considered that “the polishing rate of the convex portion of the interlayer film is inversely proportional to the area density of the underlying pattern covered by the interlayer film”. Further, as shown in FIG. 4, the area of the protrusion of the interlayer film is larger than the area of the underlying pattern by the amount of the interlayer film deposited, and the upper end of the protrusion has an arc-shaped cross-sectional shape. Has become. Therefore, the area density of the protrusions of the interlayer film can be expressed as D (k), where k is the correction term. Also, SRRp
Is a function of the area density D of the underlying pattern. Therefore, the following equation (5) holds when expressed by an equation. SRRp (D) = SRRs / D (k) (5)
【００２３】次に、境界条件として、下地パターンの面
積密度Ｄが１００％の場合と０％の場合を考える。面積
密度Ｄが１００％の場合には、層間膜の凸部はウエハ表
面全体を覆う（ウエハ表面全体に平坦な層間膜が形成さ
れている）ことになり、その研磨レートはシートウエハ
の研磨レートと等しくなる。即ち、ＳＲＲｐ＝ＳＲＲｓ
である。一方、下地パターンの面積密度Ｄが０％に近づ
くと、研磨開始から極めて短い時間で凸部が消失すると
考えることができる。即ち、この場合の研磨レートは無
限に大きいことを意味し、ＳＲＲｐ＝無限大となる。こ
れらの境界条件を考慮すると、層間膜の凸部の面積密度
Ｄ（ｋ）は、下地パターンの面積密度Ｄを底とする指数
関数Ｄkで表わすことができる。従って、上記式（５）
から下記式（２）が成り立つ。 ＳＲＲｐ＝ＳＲＲｓ／Ｄk （２） なお、この場合の補正項ｋは後述するように実験データ
やロット処理のデータを用いてフィッティングにより求
めることができる。Next, the case where the area density D of the base pattern is 100% and 0% is considered as the boundary condition. When the area density D is 100%, the protrusions of the interlayer film cover the entire wafer surface (a flat interlayer film is formed on the entire wafer surface), and the polishing rate is the polishing rate of the sheet wafer. Becomes equal to That is, SRRp = SRRs
It is. On the other hand, when the area density D of the base pattern approaches 0%, it can be considered that the protrusions disappear in a very short time from the start of polishing. That is, the polishing rate in this case is infinitely large, and SRRp = infinity. In consideration of these boundary conditions, the area density D (k) of the convex portion of the interlayer film can be represented by an exponential function Dk having the area density D of the underlying pattern as a base. Therefore, the above equation (5)
Equation (2) below holds. SRRp = SRRs / D k (2) Note that the correction term k in this case can be determined by fitting using experimental data or lot processing data as described later.
【００２４】以上より、本発明に係る化学機械研磨方法
の第一の態様は、基板上の下地パターンを被覆するよう
形成され且つ該下地パターンに対応した凸部を有する層
間膜を、予め算出された研磨開始から終了までの時間ｔ
の間研磨して平坦化する化学機械研磨方法であって、研
磨開始から終了までの時間ｔの算出は、研磨開始から該
凸部が消失するまでの研磨レートＳＲＲｐの値を、凸部
が消失してから層間膜の厚みが目標とする厚みＴｔとな
るまでの研磨レートＳＲＲｓに比例し且つ下地パターン
の面積密度が底である指数関数に反比例する値と仮定
し、上記研磨レートＳＲＲｐと上記研磨レートＳＲＲｓ
とに基づいて行われることを特徴としている。As described above, in the first aspect of the chemical mechanical polishing method according to the present invention, an interlayer film formed so as to cover an underlying pattern on a substrate and having a projection corresponding to the underlying pattern is calculated in advance. Time t from the start to the end of polishing
Is a chemical mechanical polishing method for polishing and flattening during the polishing, wherein the calculation of the time t from the start to the end of polishing is performed by calculating the value of the polishing rate SRRp from the start of polishing to the disappearance of the convex portion, The polishing rate SRRp is assumed to be a value that is proportional to the polishing rate SRRs until the thickness of the interlayer film reaches the target thickness Tt and is inversely proportional to the exponential function whose base density is the bottom. Rate SRRs
It is characterized in that it is performed based on the following.
【００２５】このため、本発明の第一の態様を用いれ
ば、層間膜の凸部を消失させるための研磨レートを容易
に知ることができ、研磨開始から終了までの時間を簡単
に算出できる。Therefore, according to the first embodiment of the present invention, the polishing rate for eliminating the convex portion of the interlayer film can be easily known, and the time from the start to the end of polishing can be easily calculated.
【００２６】また、本発明に係る化学機械研磨方法の第
二の態様は、基板上の面積密度Ｄの下地パターンを被覆
するよう形成され且つ該下地パターンに対応した凸部を
有する層間膜を、予め算出された研磨開始から終了まで
の時間ｔの間研磨して平坦化する化学機械研磨方法であ
って、研磨開始から終了までの時間ｔの算出は、下記式
（１）に基づき、下地パターン上面から層間膜の凸部上
面までの厚みをＴｉ、層間膜の凸部以外の部分の上面か
ら凸部上面までの厚みをＨｉ、目標とする平坦化後の下
地パターン上面から層間膜上面までの厚みをＴｔ、下地
パターン上面を基準とした層間膜の厚みがＴｉからＴｉ
−Ｈｉとなるまでの研磨レートをＳＲＲｐ、該層間膜の
厚みがＴｉ−ＨｉからＴｔとなるまでの研磨レートをＳ
ＲＲｓとし、且つ、ＳＲＲｐを、研磨時間一定の場合の
面積密度と研磨量との関係から算出した値をｋとして下
記式（２）から求めて行われることを特徴としている。 ｔ＝Ｈｉ／ＳＲＲｐ＋（Ｔｉ−Ｈｉ−Ｔｔ）／ＳＲＲｓ （１） ＳＲＲｐ＝ＳＲＲｓ／Ｄk （２）In a second aspect of the chemical mechanical polishing method according to the present invention, an interlayer film formed so as to cover a base pattern having an area density D on a substrate and having a projection corresponding to the base pattern is formed by: This is a chemical mechanical polishing method for polishing and flattening for a pre-calculated time t from the start to end of polishing, wherein the time t from the start to end of polishing is calculated based on the following equation (1). The thickness from the upper surface to the upper surface of the convex portion of the interlayer film is Ti, the thickness from the upper surface of the portion other than the convex portion of the interlayer film to the upper surface of the convex portion is Hi, The thickness is Tt, and the thickness of the interlayer film is Ti to Ti
The polishing rate until the thickness of the interlayer film changes from Ti-Hi to Tt is SRRp.
RRs and SRRp are obtained by the following equation (2), where k is a value calculated from the relationship between the area density and the polishing amount when the polishing time is constant. t = Hi / SRRp + (Ti−Hi−Tt) / SRRs (1) SRRp = SRRs / D k (2)
【００２７】この場合においても層間膜の凸部を消失さ
せるための研磨時間を知ることができ、よって最終残膜
精度の向上を図ることもできるので、残膜制御の精度を
さらに高めることが可能となる。Also in this case, the polishing time for eliminating the protrusions of the interlayer film can be known, and the accuracy of the final remaining film can be improved, so that the accuracy of the remaining film control can be further improved. Becomes
【００２８】上記第一の態様または第二の態様において
は、下地パターンは、平坦な膜又は平坦な基板上に形成
された非埋込配線であるのが好ましく、更にこの非埋込
配線はアルミニウムを含有する材料またはポリシリコン
で形成されているのが特に好ましい。In the first or second embodiment, the underlying pattern is preferably a non-embedded wiring formed on a flat film or a flat substrate. It is particularly preferable to be formed of a material containing polycrystalline silicon or polysilicon.
【００２９】また、本発明に係る化学機械研磨方法の第
三の態様は、上記第一の態様または第二の態様の化学機
械研磨方法を用いて層間膜を研磨する工程と、研磨後に
おける該層間膜の下地パターン上面から平坦化された層
間膜上面までの厚みを測定する工程と、該測定された厚
みと上記目標とする平坦化後の下地パターン上面から層
間膜上面までの厚みＴｔとの差ΔＴｔを算出する工程
と、前記差△Ｔｔを用いて下記式（３）または（４）に
より上記時間ｔを補正して時間ｔ２を算出する工程と、
該層間膜が設けられた基板とは別の基板に設けられた凸
部を有する層間膜を、時間ｔ２の間研磨して平坦化する
工程とを少なくとも有することを特徴としている。 ｔ２＝ｔ＋△Ｔｔ／ＳＲＲｓ （測定値＞Ｔｔ） （３） ｔ２＝ｔ−△Ｔｔ／ＳＲＲｓ （測定値＜Ｔｔ） （４）A third aspect of the chemical mechanical polishing method according to the present invention comprises a step of polishing an interlayer film using the chemical mechanical polishing method of the first aspect or the second aspect, and Measuring the thickness of the interlayer film from the upper surface of the underlying pattern to the upper surface of the planarized interlayer film; and measuring the thickness and the target thickness Tt from the upper surface of the underlying pattern after planarization to the upper surface of the interlayer film. Calculating the difference ΔTt, and calculating the time t2 by correcting the time t by the following equation (3) or (4) using the difference ΔTt;
At least a step of polishing and planarizing an interlayer film having a projection provided on a substrate different from the substrate provided with the interlayer film for a time t2. t2 = t + ΔTt / SRRs (measured value> Tt) (3) t2 = t−ΔTt / SRRs (measured value <Tt) (4)
【００３０】このように本態様では、上記第一の態様を
用いて研磨を行い、この研磨の結果を踏まえて更に別の
対象に対して研磨を行うことができる。そのため、より
一層精度の高い研磨時間を知ることができ、よって研磨
後の残膜精度の更なる向上を図ることができる。As described above, in this embodiment, polishing is performed using the first embodiment, and further polishing can be performed on another object based on the result of the polishing. Therefore, it is possible to know the polishing time with higher accuracy, and it is possible to further improve the remaining film accuracy after polishing.
【００３１】本発明に係る化学機械研磨装置は、基板上
の下地パターンを被覆するよう形成され且つ該下地パタ
ーンに対応した凸部を有する層間膜を、予め算出された
研磨開始から終了までの時間の間研磨して平坦化する化
学機械研磨装置であって、研磨開始から該凸部が消失す
るまでの研磨レートＳＲＲｐの値を、凸部が消失してか
ら層間膜の厚みが目標とする厚みＴｔとなるまでの研磨
レートＳＲＲｓに比例し且つ下地パターンの面積密度が
底である指数関数に反比例する値と仮定し、上記研磨レ
ートＳＲＲｐと上記研磨レートＳＲＲｓとに基づいて研
磨開始から終了までの時間を算出する演算手段を有する
ことを特徴としている。In the chemical mechanical polishing apparatus according to the present invention, an interlayer film formed so as to cover an underlying pattern on a substrate and having a convex portion corresponding to the underlying pattern is formed by a predetermined time from the start to the end of polishing. A polishing machine which polishes and flattens during the polishing, wherein the value of the polishing rate SRRp from the start of polishing to the disappearance of the convex portion is set to the target thickness of the interlayer film after the disappearance of the convex portion. Assuming that the value is proportional to the polishing rate SRRs up to Tt and inversely proportional to the exponential function in which the area density of the underlying pattern is the bottom, from the start to the end of polishing based on the polishing rate SRRp and the polishing rate SRRs. It is characterized by having arithmetic means for calculating time.
【００３２】かかる構成により、本発明の化学機械研磨
装置を用いれば、精度の高い研磨時間を算出でき、よっ
て開始から終了までの間において途中で中断することの
ない一回の研磨で層間膜の平坦化を図ることができる。With this configuration, if the chemical mechanical polishing apparatus of the present invention is used, a highly accurate polishing time can be calculated, and therefore the polishing of the interlayer film can be performed by one polishing without interruption halfway from the start to the end. Flattening can be achieved.
【００３３】[0033]
【発明の実施の形態】以下、本発明の化学機械研磨方法
および化学機械研磨装置について図を用いて詳細に説明
する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a chemical mechanical polishing method and a chemical mechanical polishing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【００３４】（実施の形態１）図１は、本発明の実施の
形態１に係る化学機械研磨方法および本発明に係る化学
機械研磨装置によって行われる研磨工程を示す断面図で
ある。図１（ａ）は研磨が行われる前の層間膜３の状態
を示している。図１（ｂ）、（ｃ）は研磨過程を示して
いる。図１（ａ）の例では、平坦な絶縁性の基板２上に
形成された面積密度Ｄの下地パターン１の上に、プラズ
マＴＥＯＳ膜等の絶縁性の層間膜３が形成されている。
なお、本発明において下地パターン１は非埋込配線であ
るのが好ましく、非埋込配線はアルミニウムを含有する
材料またはポリシリコンで形成されているのが好まし
い。(Embodiment 1) FIG. 1 is a sectional view showing a polishing step performed by a chemical mechanical polishing method and a chemical mechanical polishing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1A shows a state of the interlayer film 3 before polishing is performed. FIGS. 1B and 1C show a polishing process. In the example of FIG. 1A, an insulating interlayer film 3 such as a plasma TEOS film is formed on a base pattern 1 having an area density D formed on a flat insulating substrate 2.
In the present invention, the underlying pattern 1 is preferably a non-buried wiring, and the non-buried wiring is preferably formed of a material containing aluminum or polysilicon.
【００３５】本発明の実施の形態１に係る化学機械研磨
方法においては、研磨開始から終了までの時間ｔを予め
算出し、この時間の間、図１（ｂ）〜（ｃ）に示すよう
に研磨を行うことによって層間膜３を平坦化し、更に層
間膜の厚みを目標とする厚みＴｔとする。研磨開始から
終了までの時間ｔは、開始から凸部３ａが消失するまで
の研磨レートＳＲＲｐの値を、凸部３ａが消失してから
層間膜３の厚みが目標とする厚みＴｔとなるまでの研磨
レートＳＲＲｓに比例し且つ下地パターン１の面積密度
Ｄが底である指数関数に反比例する値と仮定し、上記研
磨レートＳＲＲｐと上記研磨レートＳＲＲｓとに基づい
て算出することができる。In the chemical mechanical polishing method according to the first embodiment of the present invention, a time t from the start to the end of polishing is calculated in advance, and during this time, as shown in FIGS. The interlayer film 3 is flattened by polishing, and the thickness of the interlayer film is set to a target thickness Tt. The time t from the start to the end of the polishing is determined by the value of the polishing rate SRRp from the start to the disappearance of the convex portion 3a, and the value of the polishing rate SRRp from the disappearance of the convex portion 3a until the thickness of the interlayer film 3 reaches the target thickness Tt. It can be calculated based on the polishing rate SRRp and the polishing rate SRRs, assuming that the value is proportional to the polishing rate SRRs and the area density D of the underlying pattern 1 is inversely proportional to the exponential function at the bottom.
【００３６】具体的には研磨開始から終了までの時間ｔ
は以下に示すように算出することができる。先ず、図１
に示すように、下地パターン１上面から層間膜３の凸部
３ａ上面までの厚み（層間膜３の初期厚）Ｔｉ、層間膜
３の凸部３ａ以外の部分の上面から凸部３ａ上面までの
厚み（凸部３ａの高さ）Ｈｉを求める。初期厚Ｔｉは予
め測定しておくことで求めることができる。凸部３ａの
高さＨｉは下地パターン１の厚みと同一又は略同一とな
るので、プロセス設計時に決められた値として求めるこ
とができる。Ｔｔは平坦化後の下地パターン１上面から
層間膜３上面までの厚みであり、予め設定された目標値
である。Specifically, the time t from the start to the end of polishing is t
Can be calculated as shown below. First, FIG.
As shown in the figure, the thickness Ti from the upper surface of the underlying pattern 1 to the upper surface of the convex portion 3a of the interlayer film 3 (initial thickness of the interlayer film 3), the thickness from the upper surface of the portion other than the convex portion 3a of the interlayer film 3 to the upper surface of the convex portion 3a. The thickness (the height of the projection 3a) Hi is determined. The initial thickness Ti can be obtained by measuring in advance. Since the height Hi of the projection 3a is the same or substantially the same as the thickness of the underlying pattern 1, it can be obtained as a value determined at the time of process design. Tt is a thickness from the upper surface of the underlying pattern 1 after flattening to the upper surface of the interlayer film 3 and is a preset target value.
【００３７】また、開始から凸部３ａが消失するまで、
即ち下地パターン１上面を基準とした層間膜３の厚みが
ＴｉからＴｉ−Ｈｉとなるまで（図１（ｂ）の状態とな
るまで）の研磨レートＳＲＲｐと、凸部３ａが消失して
から層間膜３の厚みが目標とする厚みＴｔとなるまで、
即ち層間膜３の厚みがＴｉ−ＨｉからＴｔとなるまで
（図１（ｃ）の状態となるまで）の研磨レートＳＲＲｓ
とを求める。研磨レートＳＲＲｐは上述の式（２）から
求めることができる。研磨レートＳＲＲｓは凸部が消失
した状態で研磨する際の研磨レートであることから、装
置設定（研磨圧力等）が同じ場合のシートウエハの研磨
レートから求めることができる。例えば図６中に示した
凸部消失後の研磨レートを用いることができる。From the start until the protrusion 3a disappears,
That is, the polishing rate SRRp until the thickness of the interlayer film 3 changes from Ti to Ti-Hi based on the upper surface of the underlying pattern 1 (until the state of FIG. 1B), and the interlayer rate after the protrusion 3a disappears. Until the thickness of the film 3 reaches the target thickness Tt,
That is, the polishing rate SRRs until the thickness of the interlayer film 3 changes from Ti-Hi to Tt (until the state shown in FIG. 1C).
And ask. The polishing rate SRRp can be obtained from the above equation (2). Since the polishing rate SRRs is a polishing rate when polishing is performed in a state where the convex portions have disappeared, the polishing rate SRRs can be obtained from the polishing rate of the sheet wafer when the apparatus setting (polishing pressure and the like) is the same. For example, the polishing rate after the disappearance of the convex portions shown in FIG. 6 can be used.
【００３８】次に研磨レートごとの研磨に要する所用時
間を求める。上述のように層間膜３の厚みがＴｉからＴ
ｉ−Ｈｉとなるまでの間は研磨レートＳＲＲｐで研磨が
行われるため、その所要時間はＨｉ／ＳＲＲｐとなる。
一方、上述のように層間膜３の厚みがＴｉ−ＨｉからＴ
ｔとなるまでの間は研磨レートＳＲＲｓで研磨が行われ
るため、その所用時間は（Ｔｉ−Ｈｉ−Ｔｔ）／ＳＲＲ
ｓとなる。研磨開始から終了までの時間ｔはこれら所要
時間の和であるから、下記式（１）となる。 ｔ＝Ｈｉ／ＳＲＲｐ＋（Ｔｉ−Ｈｉ−Ｔｔ）／ＳＲＲｓ （１） また、ＳＲＲｐは上述したように式（２）から求めるこ
とができるので式（１）は下記に示す式（６）に変形で
きる。 ｔ＝（Ｈｉ・Ｄk＋Ｔｉ−Ｈｉ−Ｔｔ）／ＳＲＲｓ （６）Next, the required time required for polishing for each polishing rate is determined. As described above, the thickness of the interlayer film 3 is changed from Ti to T
Until i-Hi, polishing is performed at the polishing rate SRRp, and the required time is Hi / SRRp.
On the other hand, as described above, the thickness of the interlayer film 3 is changed from Ti-Hi to T
Since the polishing is performed at the polishing rate SRRs until the time t, the required time is (Ti-Hi-Tt) / SRR
s. Since the time t from the start to the end of polishing is the sum of these required times, the following equation (1) is obtained. t = Hi / SRRp + (Ti−Hi−Tt) / SRRs (1) Further, since SRRp can be obtained from Expression (2) as described above, Expression (1) can be transformed into Expression (6) shown below. . t = (Hi · D k + Ti−Hi−Tt) / SRRs (6)
【００３９】ここで、指数関数Ｄkの底である面積密度
Ｄは、ウエハに設けられた全ての下地パターン１の上方
からの投影面積の和を、ウエハ面積で割って求めた値、
即ちチップ全体の面積に占める下地パターンの占有率で
ある。具体的には回路設計に用いられるＣＡＤデータか
ら求めることができる。Here, the area density D, which is the base of the exponential function Dk , is a value obtained by dividing the sum of the projected areas of all the underlying patterns 1 provided on the wafer from above by the wafer area,
That is, it is the occupation ratio of the underlying pattern in the area of the entire chip. Specifically, it can be obtained from CAD data used for circuit design.
【００４０】指数関数Ｄkの変数であるｋは、研磨時間
一定の場合の面積密度と研磨量との関係から算出され
る。変数ｋの値の求め方について図２に基づいて説明す
る。図２は研磨時間が一定の場合の下地パターンの面積
密度Ｄと研磨量との関係を示すグラフである。図２に示
すグラフは、面積密度Ｄ（３０％〜６０％）の異なる複
数の下地パターンそれぞれの上に層間膜を形成し、形成
された各層間膜（Ｈｉ：約８００ｎｍ）ごとに、研磨時
間を９０秒に設定してＣＭＰによる研磨を行って得られ
たものである。この９０秒という時間は層間膜の凸部が
完全に消失するような時間である。なお、このときの研
磨装置の設定条件は、荷重１４０ｋｇｆ、テーブル回転
数６１ｒｐｍ、キャリア回転数４３ｒｐｍである。研磨
液としてはアンモニア系酸化膜用スラリーが用いられて
いる。The variable k of the exponential function D k is calculated from the relationship between the area density and the polishing amount when the polishing time is constant. A method for obtaining the value of the variable k will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the area density D of the underlying pattern and the polishing amount when the polishing time is constant. The graph shown in FIG. 2 shows that an interlayer film is formed on each of a plurality of base patterns having different area densities D (30% to 60%), and the polishing time is determined for each formed interlayer film (Hi: about 800 nm). Was set to 90 seconds and polishing was performed by CMP. The time of 90 seconds is a time at which the convex portion of the interlayer film completely disappears. The setting conditions of the polishing apparatus at this time are a load of 140 kgf, a table rotation speed of 61 rpm, and a carrier rotation speed of 43 rpm. Ammonia-based oxide film slurry is used as the polishing liquid.
【００４１】ここで研磨量とは研磨開始前の凸部上面か
ら研磨終了時の層間膜上面までをいい、図１中のＴｉ−
Ｔｔに相当する値である。研磨量をＸとすると式（６）
は下記式（７）のように書き換えられる。 Ｘ＝Ｈｉ＋ｔ・ＳＲＲｓ−Ｈｉ・Ｄk （７）Here, the amount of polishing refers to the area from the upper surface of the convex portion before the start of polishing to the upper surface of the interlayer film at the end of polishing.
This is a value corresponding to Tt. Assuming that the polishing amount is X, equation (6)
Is rewritten as the following equation (7). X = Hi + t · SRRs−Hi · D k (7)
【００４２】上記式（７）にグラフから得られたＸとＤ
の値を代入し（例えばＸ＝８５０、Ｄ＝６０％）、更に
Ｈｉの値とＳＲＲｓの値（４５０ｎｍ／ｓ）を代入する
ことによりｋを求めることができる。具体的には図２の
例ではｋ＝０．４６となる。なお、装置や研磨液等が変
わるとグラフのカーブが変化し、ｋの値もそれに合わせ
て変化する。従って、装置や研磨液等の諸条件に合わせ
てｋを算出する必要がある。逆に、装置や研磨液が同じ
であれば常に同じ値を用いることができる。X and D obtained from the graph in the above equation (7)
(For example, X = 850, D = 60%), and further, the value of Hi and the value of SRRs (450 nm / s) are substituted to obtain k. Specifically, k = 0.46 in the example of FIG. It should be noted that the curve of the graph changes when the apparatus or polishing liquid changes, and the value of k changes accordingly. Therefore, it is necessary to calculate k in accordance with various conditions such as an apparatus and a polishing liquid. Conversely, the same value can always be used if the apparatus and polishing liquid are the same.
【００４３】従って、求められた各値を上記式（６）に
代入すれば、研磨時間ｔを求めることができる。このよ
うに、本発明の実施の形態１に係る化学機械研磨方法に
よれば、凸部が消失するまでの研磨レートＳＲＲｐを容
易に知ることができ、研磨時間ｔを簡単に算出できる。
よって、連続した一回の研磨工程によって層間膜を平坦
化して所望の厚みとでき、更に従来のように研磨工程を
分割して行う必要はない。即ち、従来のように研磨工程
の途中に残膜を測定する工程等の研磨を中断する工程を
入れる必要はない。Accordingly, the polishing time t can be obtained by substituting the obtained values into the above equation (6). As described above, according to the chemical mechanical polishing method according to Embodiment 1 of the present invention, the polishing rate SRRp until the protrusion disappears can be easily known, and the polishing time t can be easily calculated.
Therefore, the interlayer film can be flattened to a desired thickness by one continuous polishing step, and it is not necessary to perform the polishing step separately as in the conventional case. That is, it is not necessary to include a step of interrupting the polishing, such as a step of measuring the remaining film, in the middle of the polishing step as in the related art.
【００４４】また、本発明に係る化学機械研磨装置（以
下「本装置」という。）では、上記の研磨時間ｔの演算
を行う演算手段を有している。即ち、演算手段は、研磨
開始から凸部３ａが消失するまでの研磨レートＳＲＲｓ
の値を、凸部３ａ消失から層間膜３の厚みが目標とする
厚みＴｔとなるまでの研磨レートＳＲＲｐに比例し且つ
下地パターン１の面積密度Ｄが底である指数関数に反比
例する値と仮定し、研磨レートＳＲＲｐと研磨レートＳ
ＲＲｓとに基づいて研磨開始から終了までの時間ｔを算
出する機能を有している。更に、本発明において演算手
段は上記式（１）に基づいて研磨開始から終了までの時
間ｔを算出する機能をも有することができる。Further, the chemical mechanical polishing apparatus according to the present invention (hereinafter referred to as “the present apparatus”) has a calculating means for calculating the above polishing time t. That is, the calculating means calculates the polishing rate SRRs from the start of polishing until the protrusion 3a disappears.
Is assumed to be a value proportional to the polishing rate SRRp from the disappearance of the protrusions 3a to the thickness of the interlayer film 3 reaching the target thickness Tt, and inversely proportional to the exponential function in which the area density D of the underlying pattern 1 is the bottom. And the polishing rate SRRp and the polishing rate S
It has a function of calculating a time t from the start to the end of polishing based on RRs. Further, in the present invention, the calculation means may have a function of calculating a time t from the start to the end of polishing based on the above equation (1).
【００４５】（実施の形態２）次に本発明の実施の形態
２に係る化学機械研磨方法について図を用いて説明す
る。図３は本発明の実施の形態２に係る化学機械研磨方
法をプロセスフローによって示している。図３の例に示
すように、最初に数枚のウエハを先行ウエハとして本発
明の実施の形態１に係る化学機械研磨方法を用いて層間
膜の研磨が行われる。具体的には、最初に層間膜の初期
厚Ｔｉを測定し、これを基に研磨開始から終了までの時
間（研磨時間）ｔが算出される（Ｓ３０）。その後、先
行ウエハに対し、ＣＭＰによる研磨が研磨時間ｔだけ行
われ（Ｓ３１）、更に洗浄が行われる（Ｓ３２）。Second Embodiment Next, a chemical mechanical polishing method according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 shows a chemical mechanical polishing method according to Embodiment 2 of the present invention by a process flow. As shown in the example of FIG. 3, first, the interlayer film is polished by using the chemical mechanical polishing method according to the first embodiment of the present invention with several wafers as preceding wafers. Specifically, first, the initial thickness Ti of the interlayer film is measured, and based on this, the time (polishing time) t from the start to the end of polishing is calculated (S30). Thereafter, the preceding wafer is polished by CMP for the polishing time t (S31), and further cleaned (S32).
【００４６】次に、この研磨終了後の先行ウエハに対
し、層間膜の下地パターン上面から平坦化された層間膜
上面までの厚み、即ち実際の残膜厚の測定が行われる
（Ｓ３３）。更に、この測定結果と目標とする平坦化後
の下地パターン上面から層間膜上面までの厚み（目標残
膜厚）Ｔｔとの差ΔＴｔが算出される（Ｓ３４）。Next, the thickness from the upper surface of the underlying pattern of the interlayer film to the upper surface of the planarized interlayer film, that is, the actual remaining film thickness is measured for the preceding wafer after the completion of the polishing (S33). Further, a difference ΔTt between the measurement result and a target thickness (target remaining film thickness) Tt from the upper surface of the underlying pattern to the upper surface of the interlayer film after flattening is calculated (S34).
【００４７】その後、この算出された△Ｔｔを用いて、
先行ウエハを研磨したときの研磨時間ｔを下記式（３）
または（４）により補正して、残りのウエハ（以下「本
体ウエハ」という。）の層間膜を研磨する場合の研磨時
間ｔ２の算出が行われる（Ｓ３５）。 ｔ２＝ｔ＋△Ｔｔ／ＳＲＲｓ （測定値＞Ｔｔ） （３） ｔ２＝ｔ−△Ｔｔ／ＳＲＲｓ （測定値＜Ｔｔ） （４）Thereafter, using the calculated ΔTt,
The polishing time t when polishing the preceding wafer is expressed by the following equation (3).
Alternatively, the polishing time t2 for polishing the interlayer film of the remaining wafer (hereinafter, referred to as “main body wafer”) is corrected by (4) (S35). t2 = t + ΔTt / SRRs (measured value> Tt) (3) t2 = t−ΔTt / SRRs (measured value <Tt) (4)
【００４８】次に、本体ウエハに対し研磨時間ｔ２の間
研磨が行われる（Ｓ３６）。その後、洗浄を行い（Ｓ３
７）、最後に任意の本体ウエハを取り出して残膜厚の測
定を行い（Ｓ３８）、残膜厚が異常でないことを確かめ
てから次行程に移行する。Next, the main body wafer is polished for a polishing time t2 (S36). Thereafter, cleaning is performed (S3
7) Finally, an arbitrary main body wafer is taken out and the remaining film thickness is measured (S38), and after confirming that the remaining film thickness is not abnormal, the process proceeds to the next step.
【００４９】[0049]
【発明の効果】このように本発明に係る化学機械研磨方
法または化学機械研磨装置を用いると、多品種の半導体
装置を研磨する場合であっても、また、下地パターンが
初めてのものであっても、その下地パターンの面積密度
を予めＣＡＤデータなどから算出しておけば、層間膜の
凸部を研磨する際の研磨レートを簡単に知ることがで
き、所望の残膜厚とするための研磨時間を算出できる。
また、この算出された研磨時間の精度は高いものであ
る。更に先行ウエハの研磨後の残膜厚を測定し、これを
もとに研磨時間の補正を行えば、より精度の高い研磨時
間を算出できる。即ち、本発明に係る化学機械研磨方法
または化学機械研磨装置を用いれば、従来のように研磨
工程を中断することなく一回の研磨で研磨を終了するこ
とができる。As described above, when the chemical mechanical polishing method or the chemical mechanical polishing apparatus according to the present invention is used, even when a variety of semiconductor devices are polished, the base pattern is the first one. Also, if the area density of the underlying pattern is calculated in advance from CAD data or the like, the polishing rate when polishing the convex portion of the interlayer film can be easily known, and the polishing for obtaining the desired remaining film thickness can be performed. Time can be calculated.
The accuracy of the calculated polishing time is high. Further, if the remaining film thickness of the preceding wafer after polishing is measured and the polishing time is corrected based on this, a more accurate polishing time can be calculated. That is, when the chemical mechanical polishing method or the chemical mechanical polishing apparatus according to the present invention is used, polishing can be completed by one polishing without interrupting the polishing process as in the related art.
【００５０】従って、本発明を用いることで、製造コス
トの削減、スループットの向上を図ることができ、さら
に装置の稼働率の向上をも図ることができる。また、本
発明の化学機械研磨方法および化学機械研磨装置は種々
の下地パターンに対応できるため、特に、少量多品種の
生産が求められる半導体装置の製造工程において極めて
有効である。Therefore, by using the present invention, the manufacturing cost can be reduced, the throughput can be improved, and the operation rate of the apparatus can be improved. Further, the chemical mechanical polishing method and the chemical mechanical polishing apparatus of the present invention can cope with various base patterns, and thus are extremely effective particularly in a manufacturing process of a semiconductor device which requires production of a small number of products.
【図１】本発明の実施の形態１に係る化学機械研磨方法
および化学機械研磨装置によって行われる研磨工程を示
す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a polishing step performed by a chemical mechanical polishing method and a chemical mechanical polishing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
【図２】研磨時間が一定の場合の下地パターンの面積密
度Ｄと研磨量との関係を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a relationship between an area density D of a base pattern and a polishing amount when a polishing time is constant.
【図３】本発明の実施の形態２に係る化学機械研磨方法
をプロセスフローによって示す図である。FIG. 3 is a view showing a chemical mechanical polishing method according to a second embodiment of the present invention by a process flow.
【図４】従来のＣＭＰによって層間膜を平坦化する工程
を示す図である。FIG. 4 is a view showing a step of flattening an interlayer film by conventional CMP.
【図５】従来の研磨工程を二回に分割して研磨を行う場
合のプロセスフローを示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a process flow when polishing is performed by dividing a conventional polishing step into two steps.
【図６】面積密度の異なる下地パターン上に形成された
層間膜を研磨した場合における研磨時間と層間膜の残膜
厚との関係を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between a polishing time and a remaining film thickness of an interlayer film when an interlayer film formed on a base pattern having a different area density is polished.
１ 下地パターン ２ 絶縁膜 ３ 層間膜 ３ａ 層間膜の凸部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base pattern 2 Insulating film 3 Interlayer film 3a Protrusion of interlayer film
Claims (6)
成され且つ該下地パターンに対応した凸部を有する層間
膜を、予め算出された研磨開始から終了までの時間ｔの
間研磨して平坦化する化学機械研磨方法であって、 研磨開始から終了までの時間ｔの算出は、研磨開始から
該凸部が消失するまでの研磨レートＳＲＲｐの値を、凸
部が消失してから層間膜の厚みが目標とする厚みＴｔと
なるまでの研磨レートＳＲＲｓに比例し且つ下地パター
ンの面積密度が底である指数関数に反比例する値と仮定
し、上記研磨レートＳＲＲｐと上記研磨レートＳＲＲｓ
とに基づいて行われることを特徴とする化学機械研磨方
法。An interlayer film formed to cover an underlying pattern on a substrate and having a convex portion corresponding to the underlying pattern is polished and planarized for a pre-calculated time t from the start to the end of polishing. In the chemical mechanical polishing method, the time t from the start to the end of the polishing is calculated by calculating the value of the polishing rate SRRp from the start of the polishing to the disappearance of the projection, and the thickness of the interlayer film after the disappearance of the projection. Is assumed to be a value proportional to the polishing rate SRRs until the target thickness Tt is reached and the area density of the underlying pattern is inversely proportional to the exponential function of the bottom, and the polishing rate SRRp and the polishing rate SRRs are assumed.
And a chemical mechanical polishing method performed based on the following.
覆するよう形成され且つ該下地パターンに対応した凸部
を有する層間膜を、予め算出された研磨開始から終了ま
での時間ｔの間研磨して平坦化する化学機械研磨方法で
あって、 研磨開始から終了までの時間ｔの算出は、下記式（１）
に基づき、下地パターン上面から層間膜の凸部上面まで
の厚みをＴｉ、層間膜の凸部以外の部分の上面から凸部
上面までの厚みをＨｉ、目標とする平坦化後の下地パタ
ーン上面から層間膜上面までの厚みをＴｔ、下地パター
ン上面を基準とした層間膜の厚みがＴｉからＴｉ−Ｈｉ
となるまでの研磨レートをＳＲＲｐ、該層間膜の厚みが
Ｔｉ−ＨｉからＴｔとなるまでの研磨レートをＳＲＲｓ
とし、且つ、ＳＲＲｐを、研磨時間一定の場合の面積密
度Ｄと研磨量との関係から算出した値をｋとして下記式
（２）から求めて行われることを特徴とする化学機械研
磨方法。 ｔ＝Ｈｉ／ＳＲＲｐ＋（Ｔｉ−Ｈｉ−Ｔｔ）／ＳＲＲｓ （１） ＳＲＲｐ＝ＳＲＲｓ／Ｄk （２）2. An interlayer film formed so as to cover a base pattern having an area density D on a substrate and having a projection corresponding to the base pattern is polished for a time t from the start to the end of polishing, which is calculated in advance. The polishing method is a chemical mechanical polishing method in which the time t from the start to the end of polishing is calculated by the following equation (1).
The thickness from the upper surface of the underlying pattern to the upper surface of the convex portion of the interlayer film is Ti, the thickness from the upper surface of the portion other than the convex portion of the interlayer film to the upper surface of the convex portion is Hi, The thickness up to the upper surface of the interlayer film is Tt, and the thickness of the interlayer film based on the upper surface of the underlying pattern is Ti to Ti-Hi.
And the polishing rate until the thickness of the interlayer film changes from Ti-Hi to Tt is SRRs.
A chemical mechanical polishing method wherein SRRp is determined from the following equation (2), where k is a value calculated from the relationship between the area density D and the polishing amount when the polishing time is constant. t = Hi / SRRp + (Ti−Hi−Tt) / SRRs (1) SRRp = SRRs / D k (2)
板上に形成された非埋込配線である請求項１または２に
記載の化学機械研磨方法。3. The chemical mechanical polishing method according to claim 1, wherein the underlying pattern is a flat film or a non-buried wiring formed on a flat substrate.
材料またはポリシリコンで形成されている請求項３に記
載の化学機械研磨方法。4. The chemical mechanical polishing method according to claim 3, wherein the non-buried wiring is formed of a material containing aluminum or polysilicon.
学機械研磨方法を用いて層間膜を研磨する工程と、 研磨後における該層間膜の下地パターン上面から平坦化
された層間膜上面までの厚みを測定する工程と、 該測定された厚みと上記目標とする平坦化後の下地パタ
ーン上面から層間膜上面までの厚みＴｔとの差ΔＴｔを
算出する工程と、 前記差△Ｔｔを用いて下記式（３）または（４）により
上記時間ｔを補正して時間ｔ２を算出する工程と、 該層間膜が設けられた基板とは別の基板に設けられた凸
部を有する層間膜を、時間ｔ２の間研磨して平坦化する
工程とを少なくとも有することを特徴とする化学機械研
磨方法。 ｔ２＝ｔ＋△Ｔｔ／ＳＲＲｓ （測定値＞Ｔｔ） （３） ｔ２＝ｔ−△Ｔｔ／ＳＲＲｓ （測定値＜Ｔｔ） （４）5. A step of polishing an interlayer film using the chemical mechanical polishing method according to any one of claims 1 to 4, and an upper surface of the interlayer film planarized from an upper surface of an underlying pattern of the interlayer film after polishing. Measuring a thickness ΔTt between the measured thickness and the target thickness Tt from the upper surface of the underlying pattern to the upper surface of the interlayer film after the planarization, using the difference ΔTt. Calculating the time t2 by correcting the time t according to the following equation (3) or (4); and forming an interlayer film having a convex portion provided on a substrate different from the substrate provided with the interlayer film. And a step of polishing and flattening for a time t2. t2 = t + ΔTt / SRRs (measured value> Tt) (3) t2 = t−ΔTt / SRRs (measured value <Tt) (4)
成され且つ該下地パターンに対応した凸部を有する層間
膜を、予め算出された研磨開始から終了までの時間の間
研磨して平坦化する化学機械研磨装置であって、 研磨開始から該凸部が消失するまでの研磨レートＳＲＲ
ｐの値を、凸部が消失してから層間膜の厚みが目標とす
る厚みＴｔとなるまでの研磨レートＳＲＲｓに比例し且
つ下地パターンの面積密度が底である指数関数に反比例
する値と仮定し、上記研磨レートＳＲＲｐと上記研磨レ
ートＳＲＲｓとに基づいて研磨開始から終了までの時間
を算出する演算手段を有することを特徴とする化学機械
研磨装置。6. An interlayer film formed so as to cover an underlying pattern on a substrate and having a convex portion corresponding to the underlying pattern is polished and flattened for a predetermined time from the start to the end of polishing. A chemical mechanical polishing apparatus, comprising: a polishing rate SRR from the start of polishing to the disappearance of the projection.
The value of p is assumed to be a value that is proportional to the polishing rate SRRs from the disappearance of the protrusions until the thickness of the interlayer film reaches the target thickness Tt, and is inversely proportional to the exponential function in which the area density of the underlying pattern is the bottom. And a calculating means for calculating a time from the start to the end of the polishing based on the polishing rate SRRp and the polishing rate SRRs.
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