JP2004047876A

JP2004047876A - Polishing device and polishing process

Info

Publication number: JP2004047876A
Application number: JP2002205521A
Authority: JP
Inventors: Takashi Fujita; 藤田　隆
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2002-07-15
Filing date: 2002-07-15
Publication date: 2004-02-12

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polishing device and a polishing process, wherein a pad dressing condition as a polishing condition except for a polishing time is varied from the result of an obtained polishing shape, thereby making close to a desired polishing shape, or improving the polishing shape to enhance the polishing uniformity. <P>SOLUTION: In a pad dressing means 30, at least either one of a pad dressing pressure and a time of applying a pad dressing can be varied in accordance with the position in a polishing pad 22, and a strength distribution of a dressing is formed in the polishing pad 22 to obtain the desired polishing shape. Further, correlation data between the polishing shape and the pad dressing condition are automatically collected and stored, and the optimum pad dressing condition for obtaining the desired polishing shape from the polishing shape obtained by a film thickness measurement of a polished wafer is automatically selected from the correlation data. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は研磨装置及び研磨方法に関し、　特に研磨結果を研磨パッドのパッドドレッシング条件設定にフィードバックする化学的機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ　）によるウエーハ研磨装置及び研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体技術の発展により、デザインルールの微細化、多層配線化が進み、またコスト低減を進める上においてウエーハの大口径化も進行してきている。そのため、ＣＭＰ工程では研磨精度と研磨速度に対する要求が一層厳しくなってきている。また、従来の酸化膜であるＳｉＯ_２の単層膜の研磨からＣｕダマシンプロセスに代表されるメタル膜の研磨へと主流が移っている。
【０００３】
従来、このＣＭＰ工程では歩留まり向上の観点から、特にウエーハ面内の研磨の均一性が歩留まりを確保する上で大変重要な性能とみなされている。この研磨の均一性を判断して次の製品ウエーハの研磨続行の判断や、研磨時間を設定する方法については、特開平１０−１０６９８１号公報に記載されている方法がある。
【０００４】
この特開平１０−１０６９８１号公報に記載された内容では、研磨均一性を評価するために、研磨装置内に膜厚測定器を搭載し、製品ウエーハとは別に、パターンをつけていないモニターウエーハを研磨、洗浄及び乾燥した後に、研磨直後の残膜圧を測定し、予め測定されている研磨前の膜厚から差し引くことで研磨均一性や研磨レートを算出し、次に投入する製品ウエーハの研磨処理を続行するかそれともその時の研磨レートに応じた研磨時間を算出して研磨を行うかを判断するといった方法が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ここでは研磨形状（研磨の均一性を含む）については良否を判定するだけで、良好であれば続行、そうでないなら装置は一時的に停止するだけとし、また研磨レートに関しては、研磨レートの範囲が大きく変化しておらず、補正できる範囲であれば研磨時間を変更するといった内容だけが記載されている。ここでは、実際に得られた研磨形状に基いて目標とする研磨形状との偏差から、研磨時間以外の新たな別の研磨条件の変化を試みることで、所望の研磨形状に近づけていくといったアプローチは記載されていない。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、従来の研磨時間の変更による除去研磨量の調整を行うことだけではなく、得られた研磨形状の結果から、研磨時間以外の研磨条件であるパッドドレッシング条件を変化させることにより、所望の研磨形状に近づける、もしくは研磨形状を改善し、研磨均一性を向上させることのできる研磨装置及び研磨方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、スラリーを供給しながら、ウエーハを研磨パッドに押圧し該ウエーハを研磨する研磨装置において、前記研磨パッドの中央部から周辺部までの範囲に亘って目立てを行うパッドドレッシング手段を有し、該パッドドレッシング手段には、前記研磨パッド内の位置に応じて、少なくともパッドドレッシング圧力か又はパッドドレッシングを行う時間割合のうちどちらか一方を変化させるドレッサーコントローラが設けられていること、を特徴としている。
【０００８】
請求項１の発明によれば、パッドドレッシング手段は、研磨パッド内の位置に応じて、少なくともパッドドレッシング圧力か又はパッドドレッシングを行う時間割合のうちどちらか一方を変化させることができるので、研磨パッド内においてドレッシングの強弱分布を形成させることができ、所望の研磨形状を得ることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、スラリーを供給しながら、ウエーハを研磨パッドに押圧し該ウエーハを研磨する研磨方法において、研磨評価用の膜が形成されたモニターウエーハを研磨し、該モニターウエーハの膜厚を測定して研磨形状を求め、該研磨形状が所望の研磨形状となるように、少なくとも前記研磨パッド内の位置に応じてパッドドレッシング圧力か又はパッドドレッシングを行う時間割合のうちどちらか一方を変化させることにより、研磨パッド面内においてのドレッシング強弱分布を形成させて該研磨パッドをドレッシングすること、を特徴としている。
【００１０】
請求項２の発明によれば、モニターウエーハを研磨して研磨形状を求め、求めた研磨形状が所望の値になるように、少なくとも前記研磨パッド内の位置に応じてパッドドレッシング圧力か又はパッドドレッシングを行う時間割合のうちどちらか一方を変化させて、研磨パッド面内にドレッシング強弱分布を形成させるので、所望の研磨形状を得ることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、スラリーを供給しながら、ウエーハを研磨パッドに押圧し該ウエーハを研磨する研磨装置において、前記研磨パッド面内においてのドレッシング強弱分布を変化させることのできるパッドドレッシング手段と、研磨された前記ウエーハの膜厚を測定する膜厚測定手段と、測定された前記膜厚から研磨形状を算出する研磨形状算出手段と、前記ドレッシング強弱分布を変化させる複数のパッドドレッシング条件を設定し、各条件におけるパッドドレッシングを行った後のモニターウエーハ研磨による研磨形状を求めるとともに、該研磨形状と前記複数のパッドドレッシング条件との相関データを記憶する記憶手段を有するコントローラと、が設けられ、所望の研磨形状を得るための最適なパッドドレッシング条件が、前記コントローラによって自動的に選択されることを特徴としている。
【００１２】
請求項３の発明によれば、研磨された前記ウエーハの膜厚を測定して研磨形状を求め、求められた研磨形状から最適なパッドドレッシング条件が自動選択されるので、所望の研磨形状を得ることができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、スラリーを供給しながら、ウエーハを研磨パッドに押圧し該ウエーハを研磨する研磨方法において、前記研磨パッド面内においてのドレッシング強弱分布を変化させる複数のパッドドレッシング条件を設定し、各条件におけるパッドドレッシングを行った後の夫々のモニターウエーハ研磨による研磨形状を求め、該研磨形状と前記複数のパッドドレッシング条件との相関データを記憶させておき、記憶された前記相関データから所望の研磨形状を得るための最適なパッドドレッシング条件を選択することを特徴としている。
【００１４】
請求項４の発明によれば、研磨パッド面内においてのドレッシング強弱分布を変化させる複数のパッドドレッシング条件でパッドドレッシングを行い、夫々のパッドドレッシング条件におけるモニターウエーハ研磨による研磨形状を求め、研磨形状とパッドドレッシング条件との相関データを記憶させているので、所望の研磨形状を得るための最適なパッドドレッシング条件を前記相関データから選択することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る研磨装置及び研磨方法の好ましい実施の形態について詳説する。尚各図において、同一の部材については同一の番号又は記号を付している。
【００１６】
図１は、　本発明に係る研磨装置の一実施形態を示す構成図である。研磨装置１０は、図１に示すように、研磨される製品用ウエーハを収納する製品ウエーハ収納部１１、ダミーウエーハ収納部１２、モニターウエーハ収納部１３、ウエーハ搬送手段１４、第１と第２の２つのウエーハ研磨手段２０、２０、ウエーハ洗浄・乾燥手段１５、膜厚測定手段１６、パッドドレッシング手段３０、及びコントローラ４０等から構成されている。
【００１７】
製品ウエーハ収納部１１には、研磨される製品用のウエーハ２５枚を格納したカセットが２個収納されるようになっている。ダミーウエーハ収納部１２には、研磨パッドの立ち上げ時や研磨性能が悪化してきた時に行うパッドドレッシングで、パッドドレッサによるドレッシング後に研磨パッドの目慣らし研磨のために流すダミーウエーハを格納したカセットが収納される。また、モニターウエーハ収納部１３には、パッドドレッシング後や研磨中に研磨性能を調べるためのモニターウエーハを格納したカセットが収納される。
【００１８】
ウエーハ研磨手段２０は、第１ウエーハ研磨手段、第２ウエーハ研磨手段と２つ設けられ、夫々別の種類の膜を研磨する場合と同じ種類の膜を効率を上げて研磨する場合とに使い分けられる。ウエーハ洗浄・乾燥手段１５には４個の槽が設けられ、研磨後のウエーハのアルカリ洗浄とリンス、酸洗浄とリンス、ケミカルスピン洗浄、及びメガソニックスピンドライの順で洗浄、乾燥が行われる。
【００１９】
膜厚測定手段１６では、ウエーハに形成された被研磨膜の研磨前と研磨後の厚さが測定される。この膜厚測定手段１６は、研磨対象膜が酸化膜の場合は、光干渉式の膜厚測定機、例えばナノスペック８３００（ナノメトリックス社製）等が用いられ、研磨対象膜がメタル膜の場合には、４探針比抵抗測定器例えばＶＲ１２０（日立国際電気株式会社製）等が用いられる。また、ウエーハ搬送手段１４は、製品ウエーハ収納部１１、ダミーウエーハ収納部１２、モニターウエーハ収納部１３、ウエーハ研磨手段２０、２０、ウエーハ洗浄・乾燥手段１５、膜厚測定手段１６の間でウエーハを搬送する。
【００２０】
パッドドレッシング手段３０は、研磨パッドの目立てを行うもので、パッドドレッサとコントローラ４０内に配置されパッドドレッサの動作を制御するドレッサーコントローラ３５を有している。
【００２１】
コントローラ４０は、研磨装置１０の各部の動作を制御するもので、各種データや動作プログラム等を記憶する記憶手段４１、膜厚測定手段１６で測定された膜厚測定データから研磨形状を算出する研磨形状算出手段であり、研磨均一性や研磨レートも算出する算出手段４２、算出手段４２によって求められた研磨形状、研磨均一性、研磨レート等の研磨性能から現在の研磨状況を判断し、研磨続行か条件修正かを判断する研磨状況判断部４３、各種研磨条件を設定する研磨条件設定部４４、研磨装置１０の各部に対し制御信号を発信する装置制御部４５、及び表示手段４６等から構成されている。
【００２２】
図２は、ウエーハ研磨手段２０部分の平面図である。図２に示すように、研磨手段２０は、研磨定盤２１、研磨ヘッド２３、スラリーノズル２４、純粋ノズル２５を備えている。研磨定盤２１は、円盤状に形成されており、研磨定盤２１の上面には、研磨パッド２２が貼付され、この研磨パッド２２上にスラリーノズル２４、純粋ノズル２５からスラリー及び純水が供給される。また、研磨定盤２１は、図示しないモータで駆動されて回転し、この回転する研磨定盤２１に貼付された研磨パッド２２が回転する。研磨ヘッド２３はウエーハＷを保持し、図示しないモータで駆動されて回転するとともに所定の押圧力でウェーハＷを研磨パッド２２押し付けることで、ウェーハＷが研磨される。
【００２３】
研磨定盤２１の近傍には、パッドドレッシング手段３０設けられている。パッドドレッシング手段３０は、図示しないモータによって回転される回転軸３２に連結され、図のＡ−Ａ方向に旋回自在なアームを備えており、このアームの先端に設けられ、回転と押圧力とが付与されたパッドドレッサ３１によって研磨パッド２２をドレッシングする。パッドドレッサ３１は、円筒状の基台の端面に人工ダイヤモンド砥粒がニッケルメッキによって電着されたダイヤモンドドレッサが用いられている。
【００２４】
このパッドドレッサ３１の旋回速度はドレッサーコントローラ３５によって、研磨パッド２２の位置に応じて自由に制御され、研磨パッド２２上の各位置における旋回中のパッドドレッサ３１の滞在時間を変化させることができるようになっている。また、パッドドレッサ３１に付与される押圧力も、ドレッサーコントローラ３５によって研磨パッド２２上の各位置において変化させることができるようになっている。このパッドドレッサ３１の滞在時間の制御、又はパッドドレッサ３１に付与される押圧力の制御によって、研磨パッド２２の面内においてのドレッシング強弱分布が自由に形成される。
【００２５】
次に、研磨パッド２２の面内においてドレッシング強弱分布をもたせてパッドドレッシングを行った時の、ウエーハＷの研磨形状とドレッシング強弱分布との相関関係を求める方法について説明する。本実施の形態では、ドレッシング強弱分布はパッドドレッサ３１の研磨パッド上での滞在時間比率を変更することによって作り出している。図３は、パッドドレッサ３１で研磨パッド２２をパッドドレッシングする時の、研磨パッド２２上の基準位置を説明するための平面図である。基準位置Ａは、研磨パッド２２の中心から半径８０ｍｍの位置とし、基準位置Ｂは半径３００ｍｍの位置、基準位置Ｃは半径３５０ｍｍの位置、基準位置Ｄは半径５８０ｍｍの位置としている。
【００２６】
パッド滞在時間比率とは、パッドドレッサ３１が研磨パッド２２上の上記基準位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにドレッシングのために滞在している時間割合のことを示すものである。パッドドレッサ３１の径は約１００ｍｍであるのに対し、研磨パッド２２の径は約５８０ｍｍであるため、研磨パッド２２全体をドレッシングするためには、パッドドレッサ３１を取付けたアーム３３が研磨パッド２２の内周部から外周部にわたって旋回する必要がある。このときの旋回速度を一様とするのではなく、各場所ごとにパッドドレッサ３１が作用する時間割合（パッドドレッサ３１のパッド滞在時間比率）を変化させることで、研磨パッド２２の内周部から外周部にわたるパッド領域に対して、半径方向にパッドドレッシングの強弱をつけることが可能となる。尚、パッドドレッシングはパッドドレッサ３１の滞在時間に比例してドレッシング量が増すとみられている。
【００２７】
研磨パッド２２の内周部と外周部は、ウエーハＷの外周部の研磨レートに大きく影響するのに対して、研磨パッド２２の半径Ｒの１／２の部分（研磨パッド２２の内周部と外周部の中間部分）は、ウエーハＷの内周部の研磨レートに対して大きく影響する。
【００２８】
パッドドレッサ３１のパッド滞在時間比率は、研磨パッド２２の半径Ｒの１／２の部分にパッドドレッサ３１が滞在する時間と研磨パッド２２の内外周部に滞在する時間との比率で定義され、研磨パッド２２の半径Ｒの１／２の部分の平均滞在時間（前記基準位置ＢとＣにおける平均滞在時間）と研磨パッド２２の内外周部の平均滞在時間（前記基準位置ＡとＤにおける平均滞在時間）を用いて、「パッド滞在時間比率＝（研磨パッド２２の半径Ｒの１／２の部分の平均滞在時間）／（研磨パッド２２の内外周部の平均滞在時間）」で表わすことができる。
【００２９】
次に、本発明に係る実施形態を１つの実施例に基いて説明する。図４は、３種類のパッド滞在時間比率でパッドドレッシングを行った時の、夫々のウエーハＷの研磨均一性を算出したグラフである。この研磨均一性は、実際には、夫々のウエーハＷ面内の研磨前と研磨後の膜圧を膜厚測定手段１６で測定し、この測定データから算出手段４２によって算出されたウエーハＷ面内の研磨レートの不均一性を％で表わしている。
【００３０】
図４の上段のグラフは、パッドドレッシング条件としてのパッド滞在時間比率を表わし、横軸が研磨パッド２２の半径方向位置を、縦軸はパッドドレッサ３１の滞在時間比率を表わしている。また、下段のグラフは、上段のパッドドレッシング条件でパッドドレッシングを行ってウエーハＷを研磨した時の面内の研磨レートの不均一性を表わし、横軸にウエーハＷの径方向位置を、縦軸に研磨不均一性を示している。
【００３１】
図４に示すように、左側の組み合わせでは、研磨パッド２２の内周部と外周部におけるパッドドレッサ３１の旋回速度よりも、半径Ｒの１／２の部分における旋回速度を遅くし、パッド滞在時間比率を５．０としてパッドドレッシングを行っている。その時のウエーハＷの面内研磨不均一性は５．７３％のセンターファーストであり、中凹形状を示している。
【００３２】
また、中央の組み合わせでは、研磨パッド２２の内周部から外周部に向けて旋回速度を直線的に速くしたパッド滞在時間比率を１．０のドレッシング条件を示し、ウエーハＷの面内不均一性は−１．９８％とほぼ平坦面を示している。更に右側の組み合わせでは、半径Ｒの１／２の部分のパッド滞在時間比率を０．６と速い旋回速度とした時の、ウエーハＷの面内研磨不均一性は−６．７２％のセンタースローであり、中凸形状となっていることを示している。
【００３３】
図５は、図４で求めたデータから、パッドドレッサ３１のパッド滞在時間比率とウエーハＷの面内研磨不均一性との関係を表わす相関データをグラフにしたものである。横軸にパッド滞在時間比率を、縦軸に面内研磨不均一性をとったものである。このパッドドレッサ３１のパッド滞在時間比率とウエーハＷの面内研磨不均一性との相関データは、コントローラ４０内の記憶手段４１に記憶され、最適パッドドレッシング条件を選定する時に用いられる。
【００３４】
この最適パッドドレッシング条件選定の実施例について、図６及び図７を基に、次に説明する。先ず研磨パッド２２を図７の左側に示すドレッシング条件でパッドドレッシングを行った。即ち研磨パッド２２の内周部（基準位置Ａ）から外周部（基準位置Ｄ）に向けてパッドドレッサ３１を直線的に速い速度で旋回させながら、パッド滞在時間比率１．０でパッドドレッシングを行った。その時のウエーハＷの面内研磨不均一性を、図６に示す。図６に示すように、この時の結果は４．３１％のセンタースロー形状であった。
【００３５】
この時の研磨不均一性の合格値が３．０％以内であったので、現状から少なくとも２％センターファースト形状に補正すれば、計算上は２．３１％のセンタースロー形状となり規格値に入ると考えられる。２％センターファースト形状に補正するためのパッドドレッシング条件は、コントローラ４０内の記憶手段４１に記憶されているデータベース内のパッド滞在時間比率とウエーハＷの面内研磨不均一性との相関データから、図５に示すようにパッド滞在時間比率２．５が求められる。これにより、現状のパッド滞在時間比率を２．５倍して新しいパッド滞在時間比率が図７の右側に示すように求められた。この後に行われたウエーハＷの研磨結果では、２．０４％のセンタースロー形状が得られ、十分規格値内の研磨結果が得られた。
【００３６】
以上実施例で説明した、パッドドレッサ３１を研磨パッド２２面内において滞在時間比率を変更するというパッドドレッシング条件変更によって、ウエーハＷの研磨形状、面内研磨均一性を修正する手順について、図８のフローチャートで説明する。先ず、モニターウエーハ収納部１３に収納されているカセットから、予め膜厚が測定されているモニターウエーハが取り出され、ウエーハ搬送手段１４によってウエーハ研磨手段２０に搬送される（ステップＳ１）。
【００３７】
次にモニターウエーハがウエーハ研磨手段２０で研磨され、研磨後ウエーハ搬送手段１４によってウエーハ洗浄・　乾燥手段１５へ搬送され、モニターウエーハはそこで洗浄され、乾燥される（ステップＳ２）。乾燥されたモニターウエーハは、膜厚測定手段１６に搬送され、そこで研磨後の膜厚が面内全域に亘って測定される。この測定値は、研磨装置１０のコントローラ４０内の記憶手段４１にメモリされる（ステップＳ３）。また、膜厚が測定されたモニターウエーハは、モニターウエーハ収納部１３に収納されている元のカセットに格納される（ステップＳ４）。
【００３８】
一方、コントローラ４０内の算出手段４２では、ステップＳ３で測定された膜厚データを基に、研磨の面内均一性と研磨形状が算出される（ステップＳ５、ステップＳ６）。次いで、コントローラ４０内の研磨状況判断部４３によって、算出された研磨の面内均一性と研磨形状が規格値に入っているか否か判断される（ステップＳ７）。
【００３９】
規格値に入っている場合は、研磨パッド２２のコンディショニングは良好と判断され、パッドドレッシング条件修正プログラムは終了し、製品ウエーハの研磨に入る。また、算出された研磨の面内均一性と研磨形状が規格値に入っていない場合は、補正すべき研磨形状と補正量が研磨状況判断部４３で算出される（ステップＳ８）。
【００４０】
次に、コントローラ４０内の記憶手段４１内に記憶されているデータベース内から、パッドドレッシング条件であるパッドドレッサ３１のパッド滞在時間比率と、ウエーハＷの面内研磨不均一性との相関データが読み出され（ステップＳ９）、算出されている補正すべき研磨形状と補正量を得るためのドレッシング条件として最適のパッド滞在時間比率が、この相関データから算出される（ステップＳ１０）。
【００４１】
この算出されたパッド滞在時間比率でパッドドレッシングが行われるように、パッドドレッシングのレシピが書き換えられ、ドレッサーコントローラ３５に送られる（ステップＳ１１）。ドレッサーコントローラ３５では、新しく書き換えられたレシピに基き、装置制御部４５を介してパッドドレッシング手段３０及びウエーハ研磨手段２０の動作を制御して、パッドドレッシングを実行する（ステップＳ１２）。パッドドレッシング終了後はプログラムのスタートに戻り、モニターウエーハの研磨と研磨状況の評価を行い、補正すべき研磨形状と補正量が得られたか確認される。尚、上記各ステップにおける各種データや動作表示が、表示手段４６に表示される。以上がパッドドレッシング条件の修正による研磨形状の補正プログラムである。
【００４２】
以上説明した実施の形態では、パッドドレッシング条件変更手段としての研磨パッド２２面内のドレッシング強弱分布形成方法として、パッドドレッサ３１の旋回速度を研磨パッド２２面内の位置に応じて可変させ、パッドドレッサ３１のパッド滞在時間を場所に応じて変更する方法を用いたが、本発明はこれに限るものでなく、パッドドレッサ３１を研磨パッド２２に押付ける圧力を研磨パッド２２の位置に応じて変化させてもよい。また、パッドドレッサ３１の自転速度を変化させるようにしてもよい。
【００４３】
また、パッドドレッサ３１のパッド滞在時間を場所に応じて変更する方法として、パッドドレッサ３１を取付けたアーム３３の旋回速度を場所に応じて変化させるようにしたが、パッドドレッサ３１を旋回動作で研磨パッド２２の面内を移動させる方法に限らず、パッドドレッサ３１を研磨パッド２２の面内で直進移動させ、場所に応じて移動速度を変化させるようにしてもよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、モニターウエーハを研磨して研磨形状を求め、求められた研磨形状が所望の研磨形状となるように、パッドドレッシング手段では、研磨パッド内の位置に応じて、少なくともパッドドレッシング圧力か又はパッドドレッシングを行う時間割合のうちどちらか一方を変化させ、研磨パッド面内にドレッシング強弱分布を形成させるので、所望の研磨形状を得ることができる。
【００４５】
また、本発明によれば、研磨形状とパッドドレッシング条件との相関データが自動で採取されて記憶され、研磨されたウエーハの膜厚が測定されて研磨形状が求められ、求められた研磨形状から所望の研磨形状を得るための最適なパッドドレッシング条件が前記相関データから自動的に選択されるので、所望の研磨形状を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る研磨装置の全体構成図
【図２】研磨装置のウエーハ研磨手段を表わす平面図
【図３】研磨パッドの面内基準位置を説明する平面図
【図４】パッド滞在時間比率とウエーハ面内研磨均一性を表わすグラフ
【図５】パッド滞在時間比率とウエーハ面内研磨均一性との相関関係を表わすグラフ
【図６】研磨実施例を表わすグラフ
【図７】パッドドレッシング条件修正の実施例を表わす表及びグラフ
【図８】ドレッシング条件変更による研磨形状修正手順を示すフローチャート
【符号の説明】
Ｗ…ウエーハ、１０…研磨装置、１６…膜厚測定手段、２０…ウエーハ研磨手段、２２…研磨パッド、２３…研磨ヘッド、２４…スラリーノズル、３０…パッドドレッシング手段、３１…パッドドレッサ、３２…回転軸、３３…アーム、３５…ドレッサーコントローラ、４０…コントローラ、４１…記憶手段、４２…算出手段（研磨形状算出手段）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a polishing apparatus and a polishing method, and more particularly, to a wafer polishing apparatus and a polishing method by chemical mechanical polishing (CMP) that feeds back a polishing result to pad dressing condition setting of a polishing pad.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the development of semiconductor technology, finer design rules and multilayer wiring have been advanced, and in order to reduce costs, the diameter of wafers has also been increased. For this reason, in the CMP process, requirements for polishing accuracy and polishing rate have become more severe. Further, the mainstream has shifted from polishing of a single-layer film of SiO ₂ which is a conventional oxide film to polishing of a metal film represented by a Cu damascene process.
[0003]
Conventionally, in the CMP process, from the viewpoint of improving the yield, in particular, the uniformity of polishing in the wafer surface is regarded as a very important performance in securing the yield. As a method of determining the uniformity of the polishing and determining whether to continue the polishing of the next product wafer or setting a polishing time, there is a method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-106981.
[0004]
According to the contents described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-106981, in order to evaluate polishing uniformity, a film thickness measuring device is mounted in a polishing apparatus, and a monitor wafer without a pattern is separately provided from a product wafer. After polishing, washing and drying, the residual film pressure immediately after polishing is measured, and the polishing uniformity and polishing rate are calculated by subtracting from the previously measured film thickness before polishing. It describes a method of determining whether to continue the processing or to calculate the polishing time according to the polishing rate at that time to perform the polishing.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in this case, the polishing shape (including the uniformity of polishing) is only judged to be good or bad. If the condition is good, the process is continued. If not, the apparatus is only temporarily stopped. Is not largely changed, and only the content that the polishing time is changed as long as it can be corrected is described. Here, from the deviation from the target polishing shape based on the actually obtained polishing shape, an approach to approach the desired polishing shape by trying a new change of the polishing conditions other than the polishing time from the deviation from the target polishing shape Is not listed.
[0006]
The present invention has been made in view of such circumstances, and not only adjusts the removal polishing amount by changing the conventional polishing time, but also obtains polishing conditions other than the polishing time from the result of the obtained polishing shape. It is an object of the present invention to provide a polishing apparatus and a polishing method capable of bringing a desired polishing shape closer or improving the polishing shape and improving polishing uniformity by changing pad dressing conditions.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the object, the invention according to claim 1 is a polishing apparatus for polishing a wafer by pressing a wafer against a polishing pad while supplying a slurry, wherein the polishing pad has a central portion to a peripheral portion of the polishing pad. A pad dressing means for sharpening over a range, wherein the pad dressing means changes at least one of a pad dressing pressure and a time ratio for performing pad dressing according to a position in the polishing pad. A dresser controller is provided.
[0008]
According to the first aspect of the present invention, the pad dressing means can change at least one of the pad dressing pressure and the pad dressing time ratio according to the position in the polishing pad. The distribution of the strength of the dressing can be formed in the inside, and a desired polished shape can be obtained.
[0009]
The invention according to claim 2 is a polishing method for polishing a wafer by pressing a wafer against a polishing pad while supplying a slurry. In the polishing method, a monitor wafer on which a film for polishing evaluation is formed is polished, and the monitor wafer is polished. Measure the film thickness to determine the polishing shape, so that the polishing shape becomes a desired polishing shape, at least one of a pad dressing pressure or a time ratio for performing pad dressing according to at least a position in the polishing pad. Is changed to form a dressing intensity distribution in the polishing pad surface to dress the polishing pad.
[0010]
According to the invention of claim 2, the polishing shape is obtained by polishing the monitor wafer, and the pad dressing pressure or the pad dressing is determined according to at least the position in the polishing pad so that the obtained polishing shape has a desired value. Is performed to form a dressing intensity distribution in the polishing pad surface, so that a desired polishing shape can be obtained.
[0011]
4. A polishing apparatus for polishing a wafer by pressing a wafer against a polishing pad while supplying a slurry, the pad dressing means being capable of changing a dressing intensity distribution in the polishing pad surface. And a film thickness measuring means for measuring the film thickness of the polished wafer, a polishing shape calculating means for calculating a polishing shape from the measured film thickness, and a plurality of pad dressing conditions for changing the dressing intensity distribution. A controller having storage means for setting and determining a polishing shape by monitor wafer polishing after performing pad dressing under each condition, and storing correlation data between the polishing shape and the plurality of pad dressing conditions. The optimal pad dressing conditions for obtaining the desired polishing shape are as follows: Serial is being selected automatically by the controller.
[0012]
According to the third aspect of the invention, the thickness of the polished wafer is measured to determine the polishing shape, and the optimum pad dressing condition is automatically selected from the determined polishing shape, so that a desired polishing shape is obtained. be able to.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, in the polishing method of polishing a wafer by pressing a wafer against a polishing pad while supplying a slurry, a plurality of pad dressing conditions for changing a dressing intensity distribution in the polishing pad surface are set. After setting, the polishing shape by each monitor wafer polishing after pad dressing under each condition is obtained, correlation data between the polishing shape and the plurality of pad dressing conditions is stored, and the stored correlation data is stored. This is characterized in that the optimum pad dressing conditions for obtaining a desired polishing shape are selected.
[0014]
According to the invention of claim 4, pad dressing is performed under a plurality of pad dressing conditions that change the dressing intensity distribution in the polishing pad surface, and the polishing shape by monitor wafer polishing under each pad dressing condition is determined. Since the correlation data with the pad dressing condition is stored, the optimum pad dressing condition for obtaining a desired polishing shape can be selected from the correlation data.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of a polishing apparatus and a polishing method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same members are given the same numbers or symbols.
[0016]
FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of a polishing apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 1, the polishing apparatus 10 includes a product wafer storage unit 11 for storing a product wafer to be polished, a dummy wafer storage unit 12, a monitor wafer storage unit 13, a wafer transfer unit 14, a first and a second transfer unit. It is composed of two wafer polishing means 20, 20, a wafer cleaning / drying means 15, a film thickness measuring means 16, a pad dressing means 30, a controller 40 and the like.
[0017]
The product wafer storage unit 11 stores two cassettes each storing 25 wafers for a product to be polished. In the dummy wafer storage unit 12, a cassette which stores dummy wafers to be used for break-in polishing of the polishing pad after dressing by the pad dresser in the pad dressing performed when the polishing pad is started or when the polishing performance has deteriorated. Is done. In the monitor wafer storage unit 13, a cassette storing a monitor wafer for checking polishing performance after pad dressing or polishing is stored.
[0018]
The wafer polishing means 20 is provided with two pieces, a first wafer polishing means and a second wafer polishing means, and is selectively used for polishing different types of films and for polishing the same type of film with higher efficiency. . The wafer cleaning / drying means 15 is provided with four tanks, and performs cleaning and drying of the polished wafer in the order of alkali cleaning and rinsing, acid cleaning and rinsing, chemical spin cleaning, and megasonic spin drying.
[0019]
The film thickness measuring means 16 measures the thickness of the film to be polished formed on the wafer before and after polishing. When the film to be polished is an oxide film, an optical interference type film thickness measuring device, for example, Nanospec 8300 (manufactured by Nanometrics) is used as the film thickness measuring means 16. When the film to be polished is a metal film, For example, a four-probe resistivity meter such as VR120 (manufactured by Hitachi Kokusai Electric Inc.) or the like is used. Further, the wafer transport unit 14 transfers the wafer among the product wafer storage unit 11, the dummy wafer storage unit 12, the monitor wafer storage unit 13, the wafer polishing units 20, 20, the wafer cleaning / drying unit 15, and the film thickness measurement unit 16. Transport.
[0020]
The pad dressing means 30 sharpens the polishing pad, and includes a pad dresser and a dresser controller 35 arranged in the controller 40 for controlling the operation of the pad dresser.
[0021]
The controller 40 controls the operation of each part of the polishing apparatus 10, and stores a variety of data, an operation program, and the like, a storage unit 41, and a polishing unit that calculates a polishing shape from the film thickness measurement data measured by the film thickness measurement unit 16. A calculating means 42 for calculating a polishing uniformity and a polishing rate, a polishing means for determining a current polishing state from polishing performances such as a polishing shape, a polishing uniformity and a polishing rate obtained by the calculating means 42 and continuing polishing. A polishing condition determining unit 43 for determining whether the condition is to be corrected or not, a polishing condition setting unit 44 for setting various polishing conditions, a device control unit 45 for transmitting a control signal to each unit of the polishing apparatus 10, a display unit 46, and the like. ing.
[0022]
FIG. 2 is a plan view of the wafer polishing means 20 portion. As shown in FIG. 2, the polishing means 20 includes a polishing platen 21, a polishing head 23, a slurry nozzle 24, and a pure nozzle 25. The polishing platen 21 is formed in a disk shape, and a polishing pad 22 is attached on the upper surface of the polishing platen 21. Slurry and pure water are supplied from the slurry nozzle 24 and the pure nozzle 25 onto the polishing pad 22. Is done. The polishing platen 21 is driven and rotated by a motor (not shown), and a polishing pad 22 attached to the rotating polishing platen 21 is rotated. The polishing head 23 holds the wafer W, is rotated by being driven by a motor (not shown), and presses the wafer W with a predetermined pressing force to polish the wafer W, thereby polishing the wafer W.
[0023]
A pad dressing means 30 is provided near the polishing platen 21. The pad dressing means 30 is connected to a rotating shaft 32 that is rotated by a motor (not shown), and has an arm that is pivotable in the direction of AA in the figure. The polishing pad 22 is dressed by the pad dresser 31 provided. As the pad dresser 31, a diamond dresser in which artificial diamond abrasive grains are electrodeposited by nickel plating on an end surface of a cylindrical base is used.
[0024]
The turning speed of the pad dresser 31 is freely controlled by the dresser controller 35 in accordance with the position of the polishing pad 22 so that the residence time of the pad dresser 31 during turning at each position on the polishing pad 22 can be changed. It has become. Further, the pressing force applied to the pad dresser 31 can be changed at each position on the polishing pad 22 by the dresser controller 35. By controlling the stay time of the pad dresser 31 or the control of the pressing force applied to the pad dresser 31, the dressing intensity distribution within the surface of the polishing pad 22 can be freely formed.
[0025]
Next, a method for obtaining a correlation between the polishing shape of the wafer W and the dressing intensity distribution when pad dressing is performed with a dressing intensity distribution in the plane of the polishing pad 22 will be described. In this embodiment, the dressing intensity distribution is created by changing the ratio of the stay time of the pad dresser 31 on the polishing pad. FIG. 3 is a plan view for explaining a reference position on the polishing pad 22 when the pad dresser 31 dresses the polishing pad 22 with the pad. The reference position A is a position with a radius of 80 mm from the center of the polishing pad 22, the reference position B is a position with a radius of 300mm, the reference position C is a position with a radius of 350mm, and the reference position D is a position with a radius of 580mm.
[0026]
The pad stay time ratio indicates a time ratio during which the pad dresser 31 stays at the reference positions A, B, C, and D on the polishing pad 22 for dressing. Since the diameter of the pad dresser 31 is about 100 mm, while the diameter of the polishing pad 22 is about 580 mm, in order to dress the entire polishing pad 22, the arm 33 to which the pad dresser 31 is attached needs to be mounted on the polishing pad 22. It is necessary to turn from the inner circumference to the outer circumference. Instead of making the turning speed uniform at this time, by changing the time ratio in which the pad dresser 31 operates (the pad stay time ratio of the pad dresser 31) for each location, the inner peripheral portion of the polishing pad 22 is changed. It is possible to vary pad dressing strength in the radial direction with respect to the pad region extending over the outer peripheral portion. It is considered that the amount of dressing of the pad dressing increases in proportion to the staying time of the pad dresser 31.
[0027]
While the inner peripheral portion and the outer peripheral portion of the polishing pad 22 greatly affect the polishing rate of the outer peripheral portion of the wafer W, a half of the radius R of the polishing pad 22 (the inner peripheral portion and the outer peripheral portion of the polishing pad 22). The middle portion of the outer periphery) greatly affects the polishing rate of the inner periphery of the wafer W.
[0028]
The pad stay time ratio of the pad dresser 31 is defined by the ratio of the time that the pad dresser 31 stays at a half of the radius R of the polishing pad 22 and the time that it stays at the inner and outer peripheral portions of the polishing pad 22. The average residence time of the half of the radius R of the pad 22 (the average residence time at the reference positions B and C) and the average residence time of the inner and outer peripheral portions of the polishing pad 22 (the average residence time at the reference positions A and D) ), It can be expressed as “pad stay time ratio = (average stay time of half of radius R of polishing pad 22) / (average stay time of inner and outer peripheral portions of polishing pad 22)”.
[0029]
Next, an embodiment according to the present invention will be described based on one example. FIG. 4 is a graph showing the calculated polishing uniformity of each wafer W when pad dressing is performed at three types of pad stay time ratios. This polishing uniformity is actually measured by measuring the film pressure before and after polishing in each wafer W surface by the film thickness measuring means 16, and calculating the film pressure in the wafer W surface from the measurement data by the calculating means 42. Represents the non-uniformity of the polishing rate in%.
[0030]
The upper graph in FIG. 4 shows the pad staying time ratio as the pad dressing condition. The horizontal axis shows the radial position of the polishing pad 22 and the vertical axis shows the staying time ratio of the pad dresser 31. The lower graph shows the non-uniformity of the in-plane polishing rate when the wafer W was polished by performing pad dressing under the upper pad dressing conditions. The horizontal axis represents the radial position of the wafer W, and the vertical axis represents the position. 9 shows polishing nonuniformity.
[0031]
As shown in FIG. 4, in the combination on the left side, the turning speed at a half of the radius R is made slower than the turning speed of the pad dresser 31 at the inner peripheral portion and the outer peripheral portion of the polishing pad 22, and the pad stay time is reduced. Pad dressing is performed at a ratio of 5.0. At that time, the in-plane polishing non-uniformity of the wafer W was 5.73% center-first, indicating a concave shape.
[0032]
In the center combination, dressing conditions of a pad stay time ratio of 1.0 in which the turning speed is linearly increased from the inner peripheral portion to the outer peripheral portion of the polishing pad 22 are shown, and the in-plane non-uniformity of the wafer W is shown. Indicates a substantially flat surface of -1.98%. Further, in the combination on the right side, the in-plane non-uniform polishing of the wafer W has a center throw of -6.72% when the pad staying time ratio of a half of the radius R is a high turning speed of 0.6. , Indicating that it has a convex shape.
[0033]
FIG. 5 is a graph showing correlation data indicating the relationship between the pad residence time ratio of the pad dresser 31 and the in-plane non-uniform polishing of the wafer W from the data obtained in FIG. The horizontal axis shows the pad stay time ratio, and the vertical axis shows the in-plane polishing non-uniformity. The correlation data between the pad residence time ratio of the pad dresser 31 and the in-plane polishing non-uniformity of the wafer W is stored in the storage means 41 in the controller 40, and is used when selecting the optimal pad dressing condition.
[0034]
An embodiment of selecting the optimum pad dressing condition will be described next with reference to FIGS. First, pad dressing was performed on the polishing pad 22 under the dressing conditions shown on the left side of FIG. That is, pad dressing is performed at a pad staying time ratio of 1.0 while rotating the pad dresser 31 linearly at a high speed from the inner peripheral portion (reference position A) to the outer peripheral portion (reference position D) of the polishing pad 22. Was. FIG. 6 shows the in-plane polishing non-uniformity of the wafer W at that time. As shown in FIG. 6, the result at this time was a 4.31% center throw shape.
[0035]
Since the acceptable value of the polishing non-uniformity at this time was within 3.0%, if the shape is corrected to at least 2% center-first shape from the current state, the calculated center-slow shape is 2.31%, which is within the standard value. it is conceivable that. The pad dressing condition for correcting to the 2% center-first shape is obtained from the correlation data between the pad stay time ratio and the in-plane polishing non-uniformity of the wafer W in the database stored in the storage means 41 in the controller 40. As shown in FIG. 5, a pad stay time ratio 2.5 is obtained. As a result, the current pad stay time ratio is multiplied by 2.5, and a new pad stay time ratio is obtained as shown on the right side of FIG. As a result of the subsequent polishing of the wafer W, a center throw shape of 2.04% was obtained, and a polishing result sufficiently within the standard value was obtained.
[0036]
The procedure for correcting the polishing shape of wafer W and the uniformity of in-plane polishing by changing the pad dressing conditions for changing the residence time ratio of pad dresser 31 in the surface of polishing pad 22 described in the above embodiment is shown in FIG. This will be described with reference to a flowchart. First, a monitor wafer whose film thickness has been measured in advance is taken out of a cassette stored in the monitor wafer storage unit 13 and transported to the wafer polishing means 20 by the wafer transport means 14 (step S1).
[0037]
Next, the monitor wafer is polished by the wafer polishing means 20, and after the polishing, the wafer is transported to the wafer cleaning / drying means 15 by the wafer transport means 14, where the monitor wafer is washed and dried (step S2). The dried monitor wafer is conveyed to a film thickness measuring means 16, where the polished film thickness is measured over the entire surface. This measured value is stored in the storage means 41 in the controller 40 of the polishing apparatus 10 (Step S3). The monitor wafer whose film thickness has been measured is stored in the original cassette stored in the monitor wafer storage unit 13 (step S4).
[0038]
On the other hand, the calculation means 42 in the controller 40 calculates the in-plane uniformity of the polishing and the polishing shape based on the film thickness data measured in step S3 (steps S5 and S6). Next, the polishing state determining unit 43 in the controller 40 determines whether the calculated in-plane uniformity of the polishing and the polishing shape are within standard values (step S7).
[0039]
If the value is within the standard value, the conditioning of the polishing pad 22 is determined to be good, the pad dressing condition correction program ends, and the polishing of the product wafer starts. If the calculated in-plane uniformity and the polished shape are not within the standard values, the polished shape to be corrected and the correction amount are calculated by the polishing state determining unit 43 (step S8).
[0040]
Next, the correlation data between the pad staying time ratio of the pad dresser 31, which is the pad dressing condition, and the in-plane polishing non-uniformity of the wafer W is read from a database stored in the storage means 41 in the controller 40. The calculated pad shape to be corrected and the optimum pad stay time ratio as a dressing condition for obtaining the correction amount are calculated from the correlation data (step S10).
[0041]
The pad dressing recipe is rewritten so that pad dressing is performed at the calculated pad stay time ratio, and sent to the dresser controller 35 (step S11). The dresser controller 35 executes the pad dressing by controlling the operations of the pad dressing means 30 and the wafer polishing means 20 via the apparatus control unit 45 based on the newly rewritten recipe (step S12). After completion of the pad dressing, the program returns to the start of the program, and the polishing of the monitor wafer and the evaluation of the polishing state are performed, and it is confirmed whether the polishing shape to be corrected and the correction amount have been obtained. Various data and operation displays in each of the above steps are displayed on the display means 46. The above is the program for correcting the polishing shape by correcting the pad dressing conditions.
[0042]
In the above-described embodiment, as a method of forming a dressing intensity distribution in the surface of the polishing pad 22 as a pad dressing condition changing means, the turning speed of the pad dresser 31 is varied according to the position in the surface of the polishing pad 22. Although the method of changing the pad stay time of the pad 31 according to the place was used, the present invention is not limited to this, and the pressure for pressing the pad dresser 31 against the polishing pad 22 is changed according to the position of the polishing pad 22. You may. Further, the rotation speed of the pad dresser 31 may be changed.
[0043]
Further, as a method of changing the pad stay time of the pad dresser 31 according to the place, the turning speed of the arm 33 to which the pad dresser 31 is attached is changed according to the place. However, the pad dresser 31 is polished by the turning operation. The method is not limited to the method of moving in the plane of the pad 22, and the pad dresser 31 may be moved straight in the plane of the polishing pad 22, and the moving speed may be changed according to the location.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the polishing shape is obtained by polishing the monitor wafer, and the pad dressing means is used in accordance with the position in the polishing pad so that the obtained polishing shape becomes a desired polishing shape. At least one of the pad dressing pressure and the pad dressing time ratio is changed to form a dressing intensity distribution in the polishing pad surface, so that a desired polishing shape can be obtained.
[0045]
Further, according to the present invention, the correlation data between the polishing shape and the pad dressing conditions are automatically collected and stored, and the thickness of the polished wafer is measured to determine the polishing shape, and from the determined polishing shape, Since the optimal pad dressing conditions for obtaining a desired polishing shape are automatically selected from the correlation data, a desired polishing shape can be obtained.
[Brief description of the drawings]
1 is an overall configuration diagram of a polishing apparatus according to an embodiment of the present invention; FIG. 2 is a plan view illustrating a wafer polishing means of the polishing apparatus; FIG. 3 is a plan view illustrating an in-plane reference position of a polishing pad; 4) A graph showing a pad staying time ratio and polishing uniformity in a wafer surface. [FIG. 5] A graph showing a correlation between a pad staying time ratio and polishing uniformity in a wafer surface. [FIG. 6] A graph showing a polishing example. 7: Table and graph showing an embodiment of pad dressing condition modification.
W: Wafer, 10: Polishing device, 16: Film thickness measuring means, 20: Wafer polishing means, 22: Polishing pad, 23: Polishing head, 24: Slurry nozzle, 30: Pad dressing means, 31: Pad dresser, 32 ... Rotating shaft, 33 arm, 35 dresser controller, 40 controller, 41 storage means, 42 calculation means (polishing shape calculation means)

Claims

In a polishing apparatus for polishing a wafer by pressing a wafer against a polishing pad while supplying slurry,
A pad dressing means for dressing over a range from a central portion to a peripheral portion of the polishing pad,
The pad dressing means is provided with a dresser controller for changing at least one of a pad dressing pressure and a time ratio for performing pad dressing in accordance with a position in the polishing pad. Polishing equipment.

In a polishing method for polishing a wafer by pressing a wafer against a polishing pad while supplying slurry,
Polish the monitor wafer on which the film for polishing evaluation is formed,
Measure the film thickness of the monitor wafer to determine the polished shape,
By changing either the pad dressing pressure or the pad dressing time ratio in accordance with at least the position in the polishing pad, so that the polishing shape becomes a desired polishing shape, in the polishing pad surface A dressing intensity distribution, and dressing the polishing pad.

In a polishing apparatus for polishing a wafer by pressing a wafer against a polishing pad while supplying slurry,
A pad dressing means capable of changing a dressing intensity distribution in the polishing pad surface,
Film thickness measuring means for measuring the film thickness of the polished wafer,
Polishing shape calculation means for calculating a polishing shape from the measured film thickness,
A plurality of pad dressing conditions for changing the dressing intensity distribution are set, and a polishing shape by monitor wafer polishing after pad dressing under each condition is obtained, and correlation data between the polishing shape and the plurality of pad dressing conditions. And a controller having storage means for storing
A polishing apparatus, wherein an optimum pad dressing condition for obtaining a desired polishing shape is automatically selected by the controller.

In a polishing method for polishing a wafer by pressing a wafer against a polishing pad while supplying slurry,
Set a plurality of pad dressing conditions to change the dressing strength distribution in the polishing pad surface,
Determine the polishing shape by each monitor wafer polishing after performing pad dressing under each condition,
Correlation data between the polishing shape and the plurality of pad dressing conditions is stored,
A polishing method, wherein an optimum pad dressing condition for obtaining a desired polishing shape is selected from the stored correlation data.