JP2003086551A - 半導体研磨装置、半導体研磨の終点検出方法および研磨ヘッドのドレスの終点検出方法 - Google Patents
半導体研磨装置、半導体研磨の終点検出方法および研磨ヘッドのドレスの終点検出方法Info
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- JP2003086551A JP2003086551A JP2001271675A JP2001271675A JP2003086551A JP 2003086551 A JP2003086551 A JP 2003086551A JP 2001271675 A JP2001271675 A JP 2001271675A JP 2001271675 A JP2001271675 A JP 2001271675A JP 2003086551 A JP2003086551 A JP 2003086551A
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- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
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- B24B37/005—Control means for lapping machines or devices
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- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
- B24B49/02—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation according to the instantaneous size and required size of the workpiece acted upon, the measuring or gauging being continuous or intermittent
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- B24—GRINDING; POLISHING
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- B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
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- Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
- Grinding-Machine Dressing And Accessory Apparatuses (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 研磨およびドレスの終点を適正に検出し、研
磨工程全体の処理能力および安定性を向上させることが
できるように改良された終点検出方法を提供することを
主要な目的とする。 【解決手段】 研磨ヘッド５に保持されたウエハ４を、
研磨テーブル１に貼付けられた研磨パッド３に所定の圧
力で接触させて研磨する半導体研磨装置に係る。当該装
置は、研磨パッド３に対向して配置された、研磨パッド
３のドレスを行なうドレッサ９と、研磨ヘッド５とウエ
ハ４の摩擦により発生する音響を検出する音響センサ１
１ａをさらに備える。
磨工程全体の処理能力および安定性を向上させることが
できるように改良された終点検出方法を提供することを
主要な目的とする。 【解決手段】 研磨ヘッド５に保持されたウエハ４を、
研磨テーブル１に貼付けられた研磨パッド３に所定の圧
力で接触させて研磨する半導体研磨装置に係る。当該装
置は、研磨パッド３に対向して配置された、研磨パッド
３のドレスを行なうドレッサ９と、研磨ヘッド５とウエ
ハ４の摩擦により発生する音響を検出する音響センサ１
１ａをさらに備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、一般に、半導体
研磨装置に関するものであり、より特定的には、研磨お
よび/またはドレスの終点を適正に検出することができ
るように改良された半導体研磨装置に関する。この発明
は、また、研磨の終点を適正に検出することができるよ
うに改良された半導体研磨の終点検出方法に関する。こ
の発明は、さらに、ドレスの終点を適正に検出すること
ができるように改良されたドレスの終点検出方法に関す
る。
研磨装置に関するものであり、より特定的には、研磨お
よび/またはドレスの終点を適正に検出することができ
るように改良された半導体研磨装置に関する。この発明
は、また、研磨の終点を適正に検出することができるよ
うに改良された半導体研磨の終点検出方法に関する。こ
の発明は、さらに、ドレスの終点を適正に検出すること
ができるように改良されたドレスの終点検出方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩの高集積化による構造の微細化、
配線の多層化に伴って、製造プロセスで使用されるステ
ッパの焦点深度は年々減少し、露光マージンが厳しくな
っている。そのため、化学的機械的研磨（Chemical Mec
hanical Polishing：以下、ＣＭＰと呼ぶ）による半導
体ウエハ表面の凹凸の平坦化が重要となっている。この
ＣＭＰの一般的な処理手順としては、最初に被研磨膜の
モニタウエハを研磨し、研磨前後のオフライン膜厚測定
から研磨速度や均一性を評価する。これにより、装置の
状態が研磨可能であるか判断した後、いかなる研磨条件
（特に、研磨時間）で研磨すべきかを、被研磨膜の研磨
速度、オフライン測定による製品ウエハの研磨前膜厚、
および研磨後の目標膜厚から、製品ウエハのパターンご
とに決定して、製品ウエハを研磨する。
配線の多層化に伴って、製造プロセスで使用されるステ
ッパの焦点深度は年々減少し、露光マージンが厳しくな
っている。そのため、化学的機械的研磨（Chemical Mec
hanical Polishing：以下、ＣＭＰと呼ぶ）による半導
体ウエハ表面の凹凸の平坦化が重要となっている。この
ＣＭＰの一般的な処理手順としては、最初に被研磨膜の
モニタウエハを研磨し、研磨前後のオフライン膜厚測定
から研磨速度や均一性を評価する。これにより、装置の
状態が研磨可能であるか判断した後、いかなる研磨条件
（特に、研磨時間）で研磨すべきかを、被研磨膜の研磨
速度、オフライン測定による製品ウエハの研磨前膜厚、
および研磨後の目標膜厚から、製品ウエハのパターンご
とに決定して、製品ウエハを研磨する。
【０００３】また、ＣＭＰでは、研磨速度の安定化のた
め、研磨前、あるいは研磨後に、ドレッサ（ダイヤモン
ドを電着した砥石）で、ドレス（研磨パッド表面の初期
化）を行なっている。ドレスは、研磨パッドの表面（ウ
エハ研磨により平滑化され、また研磨砥粒の残存してい
る）を削り取り、かつ毛羽立てることによって行なう。
このドレス時間は、研磨液であるスラリー、研磨パッド
等の種類により、また、研磨条件の異なる製品の種類に
より、研磨パッドを削り込む量が異なる。そのため、事
前にドレスの評価を行ない、データから得られた研磨の
安定性を確保できる時間に十分なマージンを加え、ドレ
ス時間を一定時間に固定している。
め、研磨前、あるいは研磨後に、ドレッサ（ダイヤモン
ドを電着した砥石）で、ドレス（研磨パッド表面の初期
化）を行なっている。ドレスは、研磨パッドの表面（ウ
エハ研磨により平滑化され、また研磨砥粒の残存してい
る）を削り取り、かつ毛羽立てることによって行なう。
このドレス時間は、研磨液であるスラリー、研磨パッド
等の種類により、また、研磨条件の異なる製品の種類に
より、研磨パッドを削り込む量が異なる。そのため、事
前にドレスの評価を行ない、データから得られた研磨の
安定性を確保できる時間に十分なマージンを加え、ドレ
ス時間を一定時間に固定している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、現状の研磨プ
ロセスでは、研磨パッドや研磨液であるスラリー等のば
らつきにより、研磨速度が大きく変化する。そのため、
装置によっては、高い頻度で被研磨膜モニタウエハの研
磨、測定を行なう必要があり、研磨工程の処理能力を低
下させることになる。
ロセスでは、研磨パッドや研磨液であるスラリー等のば
らつきにより、研磨速度が大きく変化する。そのため、
装置によっては、高い頻度で被研磨膜モニタウエハの研
磨、測定を行なう必要があり、研磨工程の処理能力を低
下させることになる。
【０００５】また製品ウエハの研磨後の膜厚をオフライ
ン測定し、所定の研磨が実施されていることを確認する
が、上述のような研磨速度の変化の他、パターン変化、
被研磨膜質のばらつきによる研磨速度の変化により、所
定の研磨状態からずれる場合がある。製品ウエハが研磨
不足であれば、再研磨が必要となる。
ン測定し、所定の研磨が実施されていることを確認する
が、上述のような研磨速度の変化の他、パターン変化、
被研磨膜質のばらつきによる研磨速度の変化により、所
定の研磨状態からずれる場合がある。製品ウエハが研磨
不足であれば、再研磨が必要となる。
【０００６】一方、研磨過多であれば、軽度の場合は前
工程に戻す。そして、再度膜を堆積した後、再研磨を行
なう。したがって、この場合も、やはり処理能力を低下
させることになる。
工程に戻す。そして、再度膜を堆積した後、再研磨を行
なう。したがって、この場合も、やはり処理能力を低下
させることになる。
【０００７】さらに、重度の研磨過多の場合は、所定の
形状を作り込む段階での研磨過多である場合、ウエハの
廃棄によるロスが生じる。
形状を作り込む段階での研磨過多である場合、ウエハの
廃棄によるロスが生じる。
【０００８】また、上述のような時間を固定したドレス
方法では、事前にドレスを評価したデータと実際の研磨
状態に差が生じた場合、製品に対して所定の研磨が実施
されない。ドレスが不足した場合でも過多の場合でも、
研磨速度が大きく変動し、やはり研磨不足や研磨過多が
発生し、処理能力低下やウエハロスが生じる。
方法では、事前にドレスを評価したデータと実際の研磨
状態に差が生じた場合、製品に対して所定の研磨が実施
されない。ドレスが不足した場合でも過多の場合でも、
研磨速度が大きく変動し、やはり研磨不足や研磨過多が
発生し、処理能力低下やウエハロスが生じる。
【０００９】また、ドレス過多の場合は、本来必要な量
より多く研磨パッドを削ることになり、寿命を必要以上
に縮めることになる。
より多く研磨パッドを削ることになり、寿命を必要以上
に縮めることになる。
【００１０】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、研磨プロセスばらつきを吸収
し、所定の研磨状態の製品が得られるように改良された
半導体研磨装置を提供することにある。
るためになされたもので、研磨プロセスばらつきを吸収
し、所定の研磨状態の製品が得られるように改良された
半導体研磨装置を提供することにある。
【００１１】この発明の他の目的は、処理能力を向上さ
せ、かつウエハロスを削減することができるように改良
された半導体研磨装置を提供することにある。
せ、かつウエハロスを削減することができるように改良
された半導体研磨装置を提供することにある。
【００１２】この発明の他の目的は、研磨プロセスのば
らつきを吸収し、かつ所定の研磨状態を有する製品が得
られるように改良された、半導体研磨の終点検出方法を
提供することにある。
らつきを吸収し、かつ所定の研磨状態を有する製品が得
られるように改良された、半導体研磨の終点検出方法を
提供することにある。
【００１３】この発明のさらに他の目的は、処理能力を
向上させ、かつウエハロスを削減することができ、さら
に、パッド寿命の延長によりコストを削減することがで
きるように改良された、研磨ヘッドのドレスの終点検出
方法を提供することにある。
向上させ、かつウエハロスを削減することができ、さら
に、パッド寿命の延長によりコストを削減することがで
きるように改良された、研磨ヘッドのドレスの終点検出
方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の半導体
研磨装置は、研磨ヘッドに保持されたウエハを、研磨テ
ーブルに貼付けられた研磨パッドに所定の圧力で接触さ
せて研磨するものである。当該装置は、研磨テーブルを
備える。上記研磨テーブルに研磨パッドが貼付けられて
いる。上記研磨パッドに対向して、研磨ヘッドが配置さ
れている。上記研磨パッドに対向して上記研磨パッドの
ドレスを行なうドレッサが配置されている。上記研磨ヘ
ッドと上記ウエハの摩擦により発生する音響を、音響検
出手段が検出する。
研磨装置は、研磨ヘッドに保持されたウエハを、研磨テ
ーブルに貼付けられた研磨パッドに所定の圧力で接触さ
せて研磨するものである。当該装置は、研磨テーブルを
備える。上記研磨テーブルに研磨パッドが貼付けられて
いる。上記研磨パッドに対向して、研磨ヘッドが配置さ
れている。上記研磨パッドに対向して上記研磨パッドの
ドレスを行なうドレッサが配置されている。上記研磨ヘ
ッドと上記ウエハの摩擦により発生する音響を、音響検
出手段が検出する。
【００１５】請求項２に記載の半導体研磨装置は、研磨
ヘッドに保持されたウエハを、研磨テーブルに貼付けら
れた研磨パッドに所定の圧力で接触させて研磨するもの
である。当該装置は、研磨テーブルを備える。上記研磨
テーブルに研磨パッドが貼付けられている。上記研磨パ
ッドに対向して研磨ヘッドが配置されている。上記研磨
パッドに対向して、上記研磨パッドのドレスを行なうド
レッサが配置されている。上記研磨ヘッドと上記ドレッ
サの摩擦により発生する音響を、音響検出手段が検出す
る。
ヘッドに保持されたウエハを、研磨テーブルに貼付けら
れた研磨パッドに所定の圧力で接触させて研磨するもの
である。当該装置は、研磨テーブルを備える。上記研磨
テーブルに研磨パッドが貼付けられている。上記研磨パ
ッドに対向して研磨ヘッドが配置されている。上記研磨
パッドに対向して、上記研磨パッドのドレスを行なうド
レッサが配置されている。上記研磨ヘッドと上記ドレッ
サの摩擦により発生する音響を、音響検出手段が検出す
る。
【００１６】請求項３に記載の半導体研磨装置は、請求
項１に記載の半導体研磨装置において、上記音響検出手
段は、上記研磨ヘッドもしくはその回転軸に内装または
外装されていることを特徴とする。
項１に記載の半導体研磨装置において、上記音響検出手
段は、上記研磨ヘッドもしくはその回転軸に内装または
外装されていることを特徴とする。
【００１７】請求項４に記載の半導体研磨装置は、請求
項２に記載の半導体研磨装置において、上記音響検出手
段は、上記ドレッサもしくはその回転軸に内装または外
装されていることを特徴とする。
項２に記載の半導体研磨装置において、上記音響検出手
段は、上記ドレッサもしくはその回転軸に内装または外
装されていることを特徴とする。
【００１８】請求項５に記載の半導体研磨装置は、請求
項１または２に記載の半導体研磨装置において、上記音
響検出手段は、上記研磨テーブルに内装または外装され
ていることを特徴とする。
項１または２に記載の半導体研磨装置において、上記音
響検出手段は、上記研磨テーブルに内装または外装され
ていることを特徴とする。
【００１９】請求項６に記載の半導体研磨の終点検出方
法は、研磨ヘッドに保持されたウエハを、研磨テーブル
に貼付けられた研磨パッドに所定の圧力で接触させて研
磨する方法に係る。上記研磨ヘッドと上記ウエハの摩擦
により発生する音響を音響センサにより検出し、その音
響信号の強度変化から研磨の終点を判定する。
法は、研磨ヘッドに保持されたウエハを、研磨テーブル
に貼付けられた研磨パッドに所定の圧力で接触させて研
磨する方法に係る。上記研磨ヘッドと上記ウエハの摩擦
により発生する音響を音響センサにより検出し、その音
響信号の強度変化から研磨の終点を判定する。
【００２０】請求項７に記載の半導体研磨の終点検出方
法は、請求項６に記載の半導体研磨の終点検出方法にお
いて、上記音響センサにより検出した信号を増幅した
後、周波数スペクトルに変換し、この周波数スペクトル
のうち、研磨に関係する周波数スペクトルの強度変化か
ら研磨の終点を判定することを特徴とする。
法は、請求項６に記載の半導体研磨の終点検出方法にお
いて、上記音響センサにより検出した信号を増幅した
後、周波数スペクトルに変換し、この周波数スペクトル
のうち、研磨に関係する周波数スペクトルの強度変化か
ら研磨の終点を判定することを特徴とする。
【００２１】請求項８に記載の研磨ヘッドのドレスの終
点検出方法においては、研磨ヘッドとドレッサの摩擦に
より発生する音響を音響センサにより検出し、その音響
信号の強度変化からドレスの終点を判定する。
点検出方法においては、研磨ヘッドとドレッサの摩擦に
より発生する音響を音響センサにより検出し、その音響
信号の強度変化からドレスの終点を判定する。
【００２２】請求項９に記載の研磨ヘッドのドレスの終
点検出方法は、請求項８に記載の研磨ヘッドのドレスの
終点検出方法において、上記音響センサにより検出した
信号を増幅した後、周波数スペクトルに変換し、この周
波数スペクトルのうち、ドレスに関係する周波数スペク
トルの強度変化からドレスの終点を判定することを特徴
とする。
点検出方法は、請求項８に記載の研磨ヘッドのドレスの
終点検出方法において、上記音響センサにより検出した
信号を増幅した後、周波数スペクトルに変換し、この周
波数スペクトルのうち、ドレスに関係する周波数スペク
トルの強度変化からドレスの終点を判定することを特徴
とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態にかかる半導
体研磨装置によれば、研磨テーブル上に研磨パッドが貼
付けられ、この研磨パッド上に研磨液が供給される。ウ
エハは研磨ヘッドに保持された状態で回転し、その表面
が研磨パッドに所定の圧力で接触する。研磨パッドの表
面はドレッサによりドレスされる。
体研磨装置によれば、研磨テーブル上に研磨パッドが貼
付けられ、この研磨パッド上に研磨液が供給される。ウ
エハは研磨ヘッドに保持された状態で回転し、その表面
が研磨パッドに所定の圧力で接触する。研磨パッドの表
面はドレッサによりドレスされる。
【００２４】研磨時の研磨パッドとウエハ表面の摩擦お
よび、ドレス時の研磨パッドとドレッサの摩擦により発
生し、かつ周辺の部品に伝搬する音響を、その部品に直
接外装もしくは内装した小型の音響センサにより検出
し、その音響信号の強度変化から、研磨やドレスの終点
を判定する。
よび、ドレス時の研磨パッドとドレッサの摩擦により発
生し、かつ周辺の部品に伝搬する音響を、その部品に直
接外装もしくは内装した小型の音響センサにより検出
し、その音響信号の強度変化から、研磨やドレスの終点
を判定する。
【００２５】本発明によれば、ウエハ研磨時に、研磨パ
ッドとウエハ表面の摩擦により発生し、かつ周辺の部品
に伝搬する音響は、その部品に直接外装もしくは内装し
た小型の音響センサにより検出される。その音響信号の
強度変化がなくなり、一定になったとき、研磨ウエハの
表面の凹凸が研磨され、平坦化されたことがわかる。
ッドとウエハ表面の摩擦により発生し、かつ周辺の部品
に伝搬する音響は、その部品に直接外装もしくは内装し
た小型の音響センサにより検出される。その音響信号の
強度変化がなくなり、一定になったとき、研磨ウエハの
表面の凹凸が研磨され、平坦化されたことがわかる。
【００２６】また本発明によれば、研磨パッドのドレス
時に、ドレスの終了を時間で管理することはない。すな
わち、研磨パッドとドレッサの摩擦により発生し、かつ
周辺の部品に伝達する音響が、その部品に直接または外
装もしくは内装した小型の音響センサにより検出され
る。その音響信号の強度変化がなくなり、一定になった
とき、研磨パッド表面の状態がある一定の状態になった
ことがわかる。この場合、音響センサにより検出した信
号をアンプで増幅した後、信号処理部で周波数スペクト
ルに変換し、この周波数スペクトルのうち、研磨やドレ
スに関係する周波数スペクトルの強度変化から研磨やド
レスの終点を判定してもよい。
時に、ドレスの終了を時間で管理することはない。すな
わち、研磨パッドとドレッサの摩擦により発生し、かつ
周辺の部品に伝達する音響が、その部品に直接または外
装もしくは内装した小型の音響センサにより検出され
る。その音響信号の強度変化がなくなり、一定になった
とき、研磨パッド表面の状態がある一定の状態になった
ことがわかる。この場合、音響センサにより検出した信
号をアンプで増幅した後、信号処理部で周波数スペクト
ルに変換し、この周波数スペクトルのうち、研磨やドレ
スに関係する周波数スペクトルの強度変化から研磨やド
レスの終点を判定してもよい。
【００２７】
【実施例】以下、この発明の実施例を、図について説明
する。
する。
【００２８】実施例１
図１は実施例１に係る終点検出方法を説明するための概
念図である。
念図である。
【００２９】図１を参照して、研磨テーブル１上に研磨
パッド３が貼付けられている。研磨テーブル１は、研磨
テーブル回転軸２を中心に回転する。研磨パッド３上
に、研磨液供給管８を通して、研磨液７が供給される。
ウエハ４は研磨ヘッド５に保持された状態で回転し、そ
の表面が研磨パッド３に所定の圧力で接触する。
パッド３が貼付けられている。研磨テーブル１は、研磨
テーブル回転軸２を中心に回転する。研磨パッド３上
に、研磨液供給管８を通して、研磨液７が供給される。
ウエハ４は研磨ヘッド５に保持された状態で回転し、そ
の表面が研磨パッド３に所定の圧力で接触する。
【００３０】実施例２でまた詳述する図３を参照して、
研磨パッド３の表面は、研磨パッド３上にドレス液供給
管１５を通してドレス液１４が供給された状態で、所定
の圧力で加圧された状態で、回転するドレッサ９により
ドレスされる。
研磨パッド３の表面は、研磨パッド３上にドレス液供給
管１５を通してドレス液１４が供給された状態で、所定
の圧力で加圧された状態で、回転するドレッサ９により
ドレスされる。
【００３１】図１を参照して、研磨ヘッド３には小型の
音響センサ１１ａが直接外装されている。音響センサ１
１ａには、測定信号を増幅するためのアンプ１２が接続
されている。アンプ１２には、増幅信号を処理するため
の信号処理部１３が接続されており、増幅信号が周波数
スペクトルに変換される。
音響センサ１１ａが直接外装されている。音響センサ１
１ａには、測定信号を増幅するためのアンプ１２が接続
されている。アンプ１２には、増幅信号を処理するため
の信号処理部１３が接続されており、増幅信号が周波数
スペクトルに変換される。
【００３２】音響センサ１１ａは、音響が伝搬しやすい
研磨ヘッド５の金属部品、もしくは、セラミック部品に
直接外装されるのが望ましい。
研磨ヘッド５の金属部品、もしくは、セラミック部品に
直接外装されるのが望ましい。
【００３３】ウエハ４の研磨中において、音響センサ１
１ａは、研磨パッド３とウエハ４表面の摩擦により発生
し、かつ研磨ヘッド５に伝搬する音響を測定する。研磨
による平坦化を行なう前のウエハ４の表面には凹凸があ
る。そのため、研磨パッド３とウエハ４の表面との摩擦
が大きく、研磨の進行により凹凸が減少していくにつ
れ、凹凸は小さくなる。やがて、凹凸がなくなり平坦化
されると摩擦は一定となる。このため、研磨パッド３と
ウエハ４の表面との摩擦により発生し、かつ研磨ヘッド
５に伝搬する音響も、研磨パッド３とウエハ４の表面と
の摩擦に比例して減少していき、やがて一定となる。
１ａは、研磨パッド３とウエハ４表面の摩擦により発生
し、かつ研磨ヘッド５に伝搬する音響を測定する。研磨
による平坦化を行なう前のウエハ４の表面には凹凸があ
る。そのため、研磨パッド３とウエハ４の表面との摩擦
が大きく、研磨の進行により凹凸が減少していくにつ
れ、凹凸は小さくなる。やがて、凹凸がなくなり平坦化
されると摩擦は一定となる。このため、研磨パッド３と
ウエハ４の表面との摩擦により発生し、かつ研磨ヘッド
５に伝搬する音響も、研磨パッド３とウエハ４の表面と
の摩擦に比例して減少していき、やがて一定となる。
【００３４】すなわち、研磨パッド３とウエハ４の表面
の摩擦により発生し、かつ研磨ヘッド５に伝搬する音響
を、研磨ヘッド５に直接外装した音響センサ１１ａで測
定すれば、その音響信号から、ウエハ４の表面の凹凸が
減少し、やがて凹凸がなくなった時点、すなわち平坦化
が終了した時点を検出することができる。
の摩擦により発生し、かつ研磨ヘッド５に伝搬する音響
を、研磨ヘッド５に直接外装した音響センサ１１ａで測
定すれば、その音響信号から、ウエハ４の表面の凹凸が
減少し、やがて凹凸がなくなった時点、すなわち平坦化
が終了した時点を検出することができる。
【００３５】したがって、研磨パッド３や研磨液７であ
るスラリー等のばらつきにより、研磨速度が大きく変化
する場合でも、また、パターン変化、被研磨膜質のばら
つきにより研磨速度が大きく変化する場合でも、ウエハ
４の表面の凹凸がなくなった時点を研磨の終点として検
出できる。そのため、装置によっては高い頻度で被研磨
膜モニタウエハの研磨、測定を行なう場合でも、研磨速
度を把握する必要がなくなるので、研磨工程の処理能力
を向上させることができる。
るスラリー等のばらつきにより、研磨速度が大きく変化
する場合でも、また、パターン変化、被研磨膜質のばら
つきにより研磨速度が大きく変化する場合でも、ウエハ
４の表面の凹凸がなくなった時点を研磨の終点として検
出できる。そのため、装置によっては高い頻度で被研磨
膜モニタウエハの研磨、測定を行なう場合でも、研磨速
度を把握する必要がなくなるので、研磨工程の処理能力
を向上させることができる。
【００３６】また、製品ウエハについても、所定の研磨
状態からずれるために生ずる、研磨不足や研磨過多を大
幅に減少させることができる。
状態からずれるために生ずる、研磨不足や研磨過多を大
幅に減少させることができる。
【００３７】このため、研磨不足の際に行なう再研磨、
研磨過多の際に行なう前工程の膜の再堆積および再研磨
が減り、やはり処理能力を向上させることができる。
研磨過多の際に行なう前工程の膜の再堆積および再研磨
が減り、やはり処理能力を向上させることができる。
【００３８】さらに、重度の研磨過多の場合や、所定の
形状を作り込む研磨での研磨過多において、ウエハの廃
棄ロスを削減することができる。
形状を作り込む研磨での研磨過多において、ウエハの廃
棄ロスを削減することができる。
【００３９】音響センサ１１ａにより検出された音響信
号は、アンプ１２で増幅され、信号の処理部１３に送ら
れる。信号処理部１３では音響信号を周波数スペクトル
に変換することができる。この周波数スペクトルの中か
ら、研磨パッド３とウエハ４の表面との摩擦により発生
し、かつ研磨ヘッド５に伝搬する音響成分である、周波
数が数ｋ〜２０ｋＨｚの信号強度のうち、最も変化の激
しい成分のものをモニタリングすれば、より正確に研磨
の終点を判定することができる。
号は、アンプ１２で増幅され、信号の処理部１３に送ら
れる。信号処理部１３では音響信号を周波数スペクトル
に変換することができる。この周波数スペクトルの中か
ら、研磨パッド３とウエハ４の表面との摩擦により発生
し、かつ研磨ヘッド５に伝搬する音響成分である、周波
数が数ｋ〜２０ｋＨｚの信号強度のうち、最も変化の激
しい成分のものをモニタリングすれば、より正確に研磨
の終点を判定することができる。
【００４０】上記小型の音響センサは、図２を参照し
て、音響が伝搬しやすい研磨ヘッド５の金属部品、もし
くは、セラミックス製品に直接内装（１１ｂ）してもよ
い。また、研磨ヘッドの回転軸６に直接外装（１１
ｃ）、もしくは内装（１１ｄ）してもよい。いずれも、
上記と同様の音響信号変化により、研磨の終点を検出す
ることができる。なお、図２中、図１に示したものと同
一のものについては、同一の参照番号を付し、その説明
を繰返さない。
て、音響が伝搬しやすい研磨ヘッド５の金属部品、もし
くは、セラミックス製品に直接内装（１１ｂ）してもよ
い。また、研磨ヘッドの回転軸６に直接外装（１１
ｃ）、もしくは内装（１１ｄ）してもよい。いずれも、
上記と同様の音響信号変化により、研磨の終点を検出す
ることができる。なお、図２中、図１に示したものと同
一のものについては、同一の参照番号を付し、その説明
を繰返さない。
【００４１】実施例２
図３は、実施例２に係る終点検出方法を説明するための
概念図である。図３中、図１に示したものと同一のもの
については、同一の参照番号を付し、その説明を繰返さ
ない。
概念図である。図３中、図１に示したものと同一のもの
については、同一の参照番号を付し、その説明を繰返さ
ない。
【００４２】図３を参照して、ドレッサ９には小型の音
響センサ１１ｅが直接外装されている。音響センサ１１
ｅには測定信号を増幅するためのアンプ１２が接続され
ている。アンプ１２には増幅信号を処理するための信号
処理部１３が接続されており、増幅信号を周波数スペク
トルに変換できる。音響センサ１１ｅは、音響が伝搬し
やすいドレッサ９の金属部品、もしくは、セラミック部
品に直接外装することが望ましい。研磨パッド３のドレ
ス中において、音響センサ１１ｅは、研磨パッド３とド
レッサ９の研磨面との摩擦により発生し、かつドレッサ
９に伝搬する音響を測定する。
響センサ１１ｅが直接外装されている。音響センサ１１
ｅには測定信号を増幅するためのアンプ１２が接続され
ている。アンプ１２には増幅信号を処理するための信号
処理部１３が接続されており、増幅信号を周波数スペク
トルに変換できる。音響センサ１１ｅは、音響が伝搬し
やすいドレッサ９の金属部品、もしくは、セラミック部
品に直接外装することが望ましい。研磨パッド３のドレ
ス中において、音響センサ１１ｅは、研磨パッド３とド
レッサ９の研磨面との摩擦により発生し、かつドレッサ
９に伝搬する音響を測定する。
【００４３】ウエハ研磨時には、研磨パッド３はウエハ
４と研磨液７を介して摺動する。研磨パッド３は多孔質
のポリウレタン等であり、その表面はウエハ４との摺動
により押しつぶされ、平滑化する。
４と研磨液７を介して摺動する。研磨パッド３は多孔質
のポリウレタン等であり、その表面はウエハ４との摺動
により押しつぶされ、平滑化する。
【００４４】また、表面の孔（以下、ポアと呼ぶ）に、
研磨液７に含まれる研磨砥粒や、ウエハ４を研磨した際
に生ずる副生成物等が詰まるため、研磨速度が大きく変
化する。そのため、研磨速度を安定させる目的で、ウエ
ハ４の研磨後にダイヤモンド砥粒を電着した砥石である
ドレッサ９で研磨パッド３の表面を削り取り、毛羽立て
て、初期化している。
研磨液７に含まれる研磨砥粒や、ウエハ４を研磨した際
に生ずる副生成物等が詰まるため、研磨速度が大きく変
化する。そのため、研磨速度を安定させる目的で、ウエ
ハ４の研磨後にダイヤモンド砥粒を電着した砥石である
ドレッサ９で研磨パッド３の表面を削り取り、毛羽立て
て、初期化している。
【００４５】したがって、ウエハ４の研磨後であって、
ドレッサ９により研磨パッド３の表面のドレスを行なう
前は、上記の要因から、研磨パッド３とドレッサ９との
摩擦が小さい。ドレスの進行により、研磨パッド３表面
の平滑化した層や、研磨砥粒、研磨の副生成物が詰まっ
たポアが削り取られ、毛羽立てられるため、摩擦は大き
くなり、やがて一定となる。このため、研磨パッド３と
ドレッサ９との摩擦により発生しかつドレッサ９に伝搬
する音響も、研磨パッド３とドレッサ９との摩擦に比例
して増加していき、やがて一定となる。
ドレッサ９により研磨パッド３の表面のドレスを行なう
前は、上記の要因から、研磨パッド３とドレッサ９との
摩擦が小さい。ドレスの進行により、研磨パッド３表面
の平滑化した層や、研磨砥粒、研磨の副生成物が詰まっ
たポアが削り取られ、毛羽立てられるため、摩擦は大き
くなり、やがて一定となる。このため、研磨パッド３と
ドレッサ９との摩擦により発生しかつドレッサ９に伝搬
する音響も、研磨パッド３とドレッサ９との摩擦に比例
して増加していき、やがて一定となる。
【００４６】すなわち、研磨パッド３とドレッサ９との
摩擦により発生し、かつドレッサ９に伝搬する音響を、
ドレッサ９に直接外装した音響センサ１１ｅで測定すれ
ば、その音響信号から、研磨パッド３の表面の、ウエハ
４の研磨により平滑化した層や、研磨砥粒、研磨の副生
成物が詰まったポアが削り取られ、毛羽立てられた時点
を検出することができる。研磨液の種類、研磨パターン
の違いや被研磨膜の違いにより研磨条件、特に研磨時間
が異なる場合、研磨パッド３の表面の平滑化や、研磨砥
粒、研磨副生成物等のポアへの詰まり具合も異なる。し
かし、この方法によれば、ウエハ４の研磨により平滑化
した層や、研磨砥粒、研磨の副生成物が詰まったポアが
削り取られ、毛羽立てられた時点を検出できる。そのた
め、次のウエハを研磨する前の研磨パッド３の表面を常
に同じ状態に初期化でき、研磨速度の安定性を確保する
ことができる。これにより、ドレス不足やドレス過多に
よる研磨速度の変動により、製品ウエハが所定の研磨状
態からずれるために生ずる、研磨不足や研磨過多を大幅
に減少させることができる。このため、研磨不足の際に
行なう再研磨、研磨過多の際に行なう前工程における膜
の再堆積および再研磨が減り、処理能力を向上させるこ
とができる。
摩擦により発生し、かつドレッサ９に伝搬する音響を、
ドレッサ９に直接外装した音響センサ１１ｅで測定すれ
ば、その音響信号から、研磨パッド３の表面の、ウエハ
４の研磨により平滑化した層や、研磨砥粒、研磨の副生
成物が詰まったポアが削り取られ、毛羽立てられた時点
を検出することができる。研磨液の種類、研磨パターン
の違いや被研磨膜の違いにより研磨条件、特に研磨時間
が異なる場合、研磨パッド３の表面の平滑化や、研磨砥
粒、研磨副生成物等のポアへの詰まり具合も異なる。し
かし、この方法によれば、ウエハ４の研磨により平滑化
した層や、研磨砥粒、研磨の副生成物が詰まったポアが
削り取られ、毛羽立てられた時点を検出できる。そのた
め、次のウエハを研磨する前の研磨パッド３の表面を常
に同じ状態に初期化でき、研磨速度の安定性を確保する
ことができる。これにより、ドレス不足やドレス過多に
よる研磨速度の変動により、製品ウエハが所定の研磨状
態からずれるために生ずる、研磨不足や研磨過多を大幅
に減少させることができる。このため、研磨不足の際に
行なう再研磨、研磨過多の際に行なう前工程における膜
の再堆積および再研磨が減り、処理能力を向上させるこ
とができる。
【００４７】また、重度の研磨過多の場合や、所定の形
状を作り込む研磨での研磨過多を防ぎ、ひいてはウエハ
の廃棄ロスを削減することができる。さらに、ドレス過
多により本来必要なドレス量より研磨パッド３を削るこ
とがなくなるので、研磨パッド３の寿命を延ばすことが
できる。
状を作り込む研磨での研磨過多を防ぎ、ひいてはウエハ
の廃棄ロスを削減することができる。さらに、ドレス過
多により本来必要なドレス量より研磨パッド３を削るこ
とがなくなるので、研磨パッド３の寿命を延ばすことが
できる。
【００４８】図１の構成と同様、音響センサ１１ｅより
検出された音響信号はアンプ１２で増幅され、信号処理
部１３に送られる。この信号処理部１３では、音響信号
を周波数スペクトルに変換することができる。周波数ス
ペクトルの中から、研磨パッド３とドレッサ９との摩擦
により発生しかつドレッサ９に伝搬する音響成分であ
る、周波数が数ｋ〜２０ｋＨｚの信号強度のうち、最も
変化の激しい成分のものをモニタリングすれば、より正
確にドレスの終点を判定することができる。
検出された音響信号はアンプ１２で増幅され、信号処理
部１３に送られる。この信号処理部１３では、音響信号
を周波数スペクトルに変換することができる。周波数ス
ペクトルの中から、研磨パッド３とドレッサ９との摩擦
により発生しかつドレッサ９に伝搬する音響成分であ
る、周波数が数ｋ〜２０ｋＨｚの信号強度のうち、最も
変化の激しい成分のものをモニタリングすれば、より正
確にドレスの終点を判定することができる。
【００４９】図３の構成において、小型の音響センサ
は、図４に示すように、音響が伝搬しやすいドレッサ９
の金属部品、もしくは、セラミック部品に直接内装（１
１ｆ）しても、また、ドレッサ回転軸１０に直接外装
（１１ｇ）、もしくは内装（１１ｈ）してもよく、上記
と同様の音響信号変化により、ドレスの終点を検出する
ことができる。
は、図４に示すように、音響が伝搬しやすいドレッサ９
の金属部品、もしくは、セラミック部品に直接内装（１
１ｆ）しても、また、ドレッサ回転軸１０に直接外装
（１１ｇ）、もしくは内装（１１ｈ）してもよく、上記
と同様の音響信号変化により、ドレスの終点を検出する
ことができる。
【００５０】実施例３
図５および図６は、実施例３に係る終点検出方法の概念
図である。図５および図６中、図１に示したものと同一
のものについては、同一の参照番号を付し、その説明を
繰返さない。
図である。図５および図６中、図１に示したものと同一
のものについては、同一の参照番号を付し、その説明を
繰返さない。
【００５１】研磨テーブル１には、小型の音響センサが
直接外装（１１ｉ）、もしくは内装（１１ｊ）されてい
る（どちらか一方でよい）。音響センサ１１ｉ、１１ｊ
には測定信号を増幅するためのアンプ１２が接続され、
このアンプ１２には増幅信号を処理するための信号処理
部１３が接続されており、増幅信号を周波数スペクトル
に変換できる。音響センサ１１ｉ、１１ｊは音響が伝搬
しやすい研磨テーブル１の金属部品、もしくはセラミッ
ク部品に直接外装、もしくは内装することが望ましい。
直接外装（１１ｉ）、もしくは内装（１１ｊ）されてい
る（どちらか一方でよい）。音響センサ１１ｉ、１１ｊ
には測定信号を増幅するためのアンプ１２が接続され、
このアンプ１２には増幅信号を処理するための信号処理
部１３が接続されており、増幅信号を周波数スペクトル
に変換できる。音響センサ１１ｉ、１１ｊは音響が伝搬
しやすい研磨テーブル１の金属部品、もしくはセラミッ
ク部品に直接外装、もしくは内装することが望ましい。
【００５２】図５に示すように、ウエハ４の研磨中にお
いて、音響センサ１１ｉ、１１ｊは、研磨パッド３とウ
エハ４の表面の摩擦により発生し、かつ研磨テーブル１
１に伝搬する音響を測定する。本実施例における研磨プ
ロセスの終点を検出する方法は、実施例１と同じであ
る。
いて、音響センサ１１ｉ、１１ｊは、研磨パッド３とウ
エハ４の表面の摩擦により発生し、かつ研磨テーブル１
１に伝搬する音響を測定する。本実施例における研磨プ
ロセスの終点を検出する方法は、実施例１と同じであ
る。
【００５３】また、図６に示すように、研磨パッド３の
ドレス中において、音響センサ１１ｉ、１１ｊは、研磨
パッド３とドレッサ９の研磨面との摩擦により発生し、
かつ研磨テーブル１１に伝搬する音響を測定できる。本
実施例におけるドレスの終点を検出する方法は、実施例
２と同じである。
ドレス中において、音響センサ１１ｉ、１１ｊは、研磨
パッド３とドレッサ９の研磨面との摩擦により発生し、
かつ研磨テーブル１１に伝搬する音響を測定できる。本
実施例におけるドレスの終点を検出する方法は、実施例
２と同じである。
【００５４】今回開示された実施例はすべての点で例示
であって制限的なものではないと考えられるべきであ
る。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の
範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味およ
び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。
であって制限的なものではないと考えられるべきであ
る。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の
範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味およ
び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。
【００５５】
【発明の効果】本発明に係る半導体研磨の終点検出方法
によれば、研磨の終点を適切に検出できる。そのため、
研磨プロセスのばらつきによらず、製品ウエハの研磨不
足、研磨過多を防止し、ひいては研磨プロセスの処理能
力を向上させることができる。また、重度の研磨過多に
より生ずるウエハ廃棄ロスを削減することができる。
によれば、研磨の終点を適切に検出できる。そのため、
研磨プロセスのばらつきによらず、製品ウエハの研磨不
足、研磨過多を防止し、ひいては研磨プロセスの処理能
力を向上させることができる。また、重度の研磨過多に
より生ずるウエハ廃棄ロスを削減することができる。
【００５６】また、本発明に係る研磨ヘッドのドレスの
終点検出方法によれば、ドレスの終点を適切に検出し、
研磨パッドの表面状態を一定にキープできる。そのた
め、研磨プロセスの安定性が向上し、また製品ウエハの
研磨不足、研磨過多が防止される。ひいては研磨プロセ
スの処理能力を向上させることができる。また、重度の
研磨過多により生ずるウエハ廃棄ロスを削減することが
できる。さらに、ドレス過多によって生ずる、本来必要
なドレス量より研磨パッドを削るということがなくな
り、ひいては研磨パッドの寿命を延ばすことができる。
終点検出方法によれば、ドレスの終点を適切に検出し、
研磨パッドの表面状態を一定にキープできる。そのた
め、研磨プロセスの安定性が向上し、また製品ウエハの
研磨不足、研磨過多が防止される。ひいては研磨プロセ
スの処理能力を向上させることができる。また、重度の
研磨過多により生ずるウエハ廃棄ロスを削減することが
できる。さらに、ドレス過多によって生ずる、本来必要
なドレス量より研磨パッドを削るということがなくな
り、ひいては研磨パッドの寿命を延ばすことができる。
【図１】 実施例１に係る終点検出方法を説明するため
の概念図である。
の概念図である。
【図２】 音響センサのその他の取付位置を示す図であ
る。
る。
【図３】 実施例２に係る終点検出方法を説明するため
の概念図である。
の概念図である。
【図４】 実施例２に係る音響センサのその他の取付位
置を示す図である。
置を示す図である。
【図５】 実施例３に係る研磨終点を判定する場合を説
明する概念図である。
明する概念図である。
【図６】 実施例３に係るドレス終点を判定する場合を
説明する概念図である。
説明する概念図である。
１ 研磨テーブル、２ 研磨テーブル回転軸、３ 研磨
パッド、４ ウエハ、５ 研磨ヘッド、６ 研磨ヘッド
回転軸、７ 研磨液、８ 研磨液供給管、９ドレッサ、
１０ ドレッサ回転軸、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１
ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈ、１１ｉ、１１ｊ
音響センサ、１２ アンプ、１３信号処理部、１４
ドレス液、１５ ドレス液供給管。
パッド、４ ウエハ、５ 研磨ヘッド、６ 研磨ヘッド
回転軸、７ 研磨液、８ 研磨液供給管、９ドレッサ、
１０ ドレッサ回転軸、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１
ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈ、１１ｉ、１１ｊ
音響センサ、１２ アンプ、１３信号処理部、１４
ドレス液、１５ ドレス液供給管。
─────────────────────────────────────────────────────
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）
Ｂ２４Ｂ 49/18 Ｂ２４Ｂ 49/18
53/00 53/00 Ｚ
Claims (9)
- 【請求項１】 研磨ヘッドに保持されたウエハを、研磨
テーブルに貼付けられた研磨パッドに所定の圧力で接触
させて研磨する半導体研磨装置であって、 研磨テーブルと、 前記研磨テーブルに貼付けられた研磨パッドと、 前記研磨パッドに対向して配置された研磨ヘッドと、 前記研磨パッドに対向して配置され、前記研磨パッドの
ドレスを行なうドレッサと、 前記研磨ヘッドと前記ウエハの摩擦により発生する音響
を検出する音響検出手段と、を備えた半導体研磨装置。 - 【請求項２】 研磨ヘッドに保持されたウエハを、研磨
テーブルに貼付けられた研磨パッドに所定の圧力で接触
させて研磨する半導体研磨装置であって、 研磨テーブルと、 前記研磨テーブルに貼付けられた研磨パッドと、 前記研磨パッドに対向して配置された研磨ヘッドと、 前記研磨パッドに対向して配置され、前記研磨パッドの
ドレスを行なうドレッサと、 前記研磨ヘッドと前記ドレッサの摩擦により発生する音
響を検出する音響検出手段と、を備えた半導体研磨装
置。 - 【請求項３】 前記音響検出手段は、前記研磨ヘッドも
しくはその回転軸に内装または外装されている、請求項
１に記載の半導体研磨装置。 - 【請求項４】 前記音響検出手段は、前記ドレッサもし
くはその回転軸に内装または外装されている、請求項２
に記載の半導体研磨装置。 - 【請求項５】 前記音響検出手段は、前記研磨テーブル
に内装または外装されている、請求項１または２に記載
の半導体研磨装置。 - 【請求項６】 研磨ヘッドに保持されたウエハを、研磨
テーブルに貼付けられた研磨パッドに所定の圧力で接触
させて研磨する方法の終点検出方法であって、 前記研磨ヘッドと前記ウエハの摩擦により発生する音響
を音響センサにより検出し、その音響信号の強度変化か
ら研磨の終点を判定する半導体研磨の終点検出方法。 - 【請求項７】 前記音響センサにより検出した信号を増
幅した後、周波数スペクトルに変換し、この周波数スペ
クトルのうち、研磨に関係する周波数スペクトルの強度
変化から研磨の終点を判定する、請求項６に記載の半導
体研磨の終点検出方法。 - 【請求項８】 研磨ヘッドとドレッサの摩擦により発生
する音響を音響センサにより検出し、その音響信号の強
度変化からドレスの終点を判定する、研磨ヘッドのドレ
スの終点検出方法。 - 【請求項９】 前記音響センサにより検出した信号を増
幅した後、周波数スペクトルに変換し、この周波数スペ
クトルのうち、ドレスに関係する周波数スペクトルの強
度変化からドレスの終点を判定する、請求項８に記載の
研磨ヘッドのドレスの終点検出方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001271675A JP2003086551A (ja) | 2001-09-07 | 2001-09-07 | 半導体研磨装置、半導体研磨の終点検出方法および研磨ヘッドのドレスの終点検出方法 |
| US10/162,592 US20030049993A1 (en) | 2001-09-07 | 2002-06-06 | Semiconductor polishing apparatus and method of detecting end point of polishing semiconductor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001271675A JP2003086551A (ja) | 2001-09-07 | 2001-09-07 | 半導体研磨装置、半導体研磨の終点検出方法および研磨ヘッドのドレスの終点検出方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003086551A true JP2003086551A (ja) | 2003-03-20 |
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|---|---|---|---|
| JP2001271675A Withdrawn JP2003086551A (ja) | 2001-09-07 | 2001-09-07 | 半導体研磨装置、半導体研磨の終点検出方法および研磨ヘッドのドレスの終点検出方法 |
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|---|---|
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| WO2023235582A1 (en) * | 2022-06-03 | 2023-12-07 | Applied Materials, Inc. | Monitoring of acoustic events on a substrate |
| WO2023239419A1 (en) * | 2022-06-06 | 2023-12-14 | Applied Materials, Inc. | Acoustic monitoring of conditioner during polishing |
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| JP6509766B2 (ja) * | 2016-03-08 | 2019-05-08 | 東芝メモリ株式会社 | 半導体製造装置および半導体装置の製造方法 |
| JP7023455B2 (ja) * | 2017-01-23 | 2022-02-22 | 不二越機械工業株式会社 | ワーク研磨方法およびワーク研磨装置 |
| WO2019178194A1 (en) | 2018-03-13 | 2019-09-19 | Applied Materials, Inc. | Monitoring of vibrations during chemical mechanical polishing |
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2001
- 2001-09-07 JP JP2001271675A patent/JP2003086551A/ja not_active Withdrawn
-
2002
- 2002-06-06 US US10/162,592 patent/US20030049993A1/en not_active Abandoned
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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