JP2004259871A - ウェーハのスクラッチ解析方法及びスクラッチ解析装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の研磨工程を経て形成されたウェーハのスクラッチに基づいて研磨装置が有するパラメータを求めることによって、スクラッチ形成に関わった研磨装置を特定して研磨工程の改善に寄与する。
【解決手段】ウェーハ５の研磨前に、プレート３に対する相対的な位置を定めてウェーハ５を固定し、研磨装置１によるウェーハ５の研磨後、ウェーハ５に形成されたスクラッチ２０上の一点における曲率円中心Ｑと固定面３ａの回転中心Ｏ２との間の距離ｒｄと、スクラッチ２０上の一点と固定面３ａの回転中心Ｏ２との間の距離ρｓと、スクラッチ２０上の一点における曲率半径ρと、を用いて、プレート３の回転速度αと下盤２の回転速度βの比率β／αを求める。
【選択図】 図３
【解決手段】ウェーハ５の研磨前に、プレート３に対する相対的な位置を定めてウェーハ５を固定し、研磨装置１によるウェーハ５の研磨後、ウェーハ５に形成されたスクラッチ２０上の一点における曲率円中心Ｑと固定面３ａの回転中心Ｏ２との間の距離ｒｄと、スクラッチ２０上の一点と固定面３ａの回転中心Ｏ２との間の距離ρｓと、スクラッチ２０上の一点における曲率半径ρと、を用いて、プレート３の回転速度αと下盤２の回転速度βの比率β／αを求める。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨装置の動作に伴ってウェーハに形成されたスクラッチを解析するウェーハのスクラッチ解析方法及びスクラッチ解析装置に関し、特にスクラッチに基づいて研磨装置が有するパラメータを求め、スクラッチ形成に関わった研磨装置を特定するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェーハ等の研磨装置を図１に示す。図１（ａ）は研磨装置全体の斜視図を示しており、図１（ｂ）は図１（ａ）の上部から研磨装置を見た場合の下盤とプレートとの位置関係を示しており、図１（ｃ）は図１（ａ）の下盤側からプレートを見た場合のプレートとウェーハとの位置関係を示している。
【０００３】
図１に示す研磨装置１は、下盤２と複数のプレート３とスラリ供給管４とで構成される。下盤２はクロス（研磨布ともいう）が貼付された研磨面２ａを有し、図示しない回転機構によってその中心Ｏ１を回転中心として図面で示す矢印Ａ方向に回転する。プレート３は固定面３ａを有し、図示しない回転機構、例えばセンターローラ及びガイドローラ、によってその中心Ｏ２を回転中心として図面で示す矢印Ｂ方向に回転する。またプレート３は研磨面２ａの略垂直方向に移動可能である。プレート３の固定面３ａの中心Ｏ２周囲には、１枚以上のウェーハ５が固定される。そして下盤２の研磨面２ａとプレート３の固定面３ａとが対向するようにして、研磨面２ａの中心Ｏ１周囲に複数のプレート３が設けられる。スラリ供給管４は、下盤２の研磨面２ａに供給口４ａを向けて設けられる。
【０００４】
図１（ｂ）では４つのプレート３が研磨面２ａ上に設けられた状態が示されており、図１（ｃ）では５つのウェーハ５が固定面３ａに固定された状態が示されているが、研磨装置１に対するプレート３やウェーハ５の数には特に制限がなく、研磨装置１やウェーハ５のサイズに応じて決定される。
【０００５】
この研磨装置１は次のように動作する。下盤２の研磨面２ａとウェーハ５とが接した状態でプレート３に対して下盤２方向に一定の荷重が与えられると、ウェーハ５が研磨面２ａに押し付けられる。この状態で下盤２及びプレート３がそれぞれ回転する。この際、スラリ供給管４からは研磨面２ａ上にスラリ（研磨砥粒ともいう）が供給される。こうしてプレート３に固定された各ウェーハ５の表面は研磨される。
【０００６】
通常、ウェーハの研磨は複数の工程を経て行われる。具体的には、粗い研磨を行う工程から徐々に細かな研磨を行う工程に移行され、各工程では研磨の程度に応じた研磨装置が用いられる。つまり１つのウェーハを研磨するにあたり複数の研磨装置が用いられている。
【０００７】
ところで研磨面２ａに固形異物（以下、「パーティクル」という）が付着している場合がある。下盤２及びプレート３が回転するとパーティクルとウェーハとは相対的に変位する。するとパーティクルによってウェーハ５の表面が削られて円弧状のスクラッチが形成されることがある。このようなスクラッチや汚れなどに代表される表面異物の位置を測定し、測定結果をマップで表示し、表面異物の数密度や集合状態などを分類、解析する技術は従来より存在する。
【０００８】
例えば下記特許文献１には、スクラッチを解析する技術の一つとして、鏡面研磨加工の良否を判定する技術が記載されている。この技術によると、鏡面研磨加工したウェーハをＨＦ洗浄することによって表面の酸化物を除去し、更にＳＣ−１洗浄することによってスクラッチをエッチングしてピットを形成し、このピットをパーティクルカウンタで測定する。そして測定されたＬＰＤの密度に応じて鏡面研磨加工の良否を判定するようにしている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−１４５０８８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
スクラッチはウェーハの酸化膜耐圧を劣化させるため、ウェーハの製造歩留まりの低下及び信頼性の低下の原因となる。したがってスクラッチの形成を抑制する必要があり、そのためにはスクラッチが形成された研磨工程の条件や研磨装置自体を改善する必要がある。
【００１１】
例えば複数ある研磨工程の全てが終了した後にウェーハを観察し、スクラッチが発見されたとする。この場合にはスクラッチの形成に関わった研磨装置を特定しなければならない。
【００１２】
クロスに付着するパーティクルは人間の目で認識できない程度に微小であるものが多く、研磨装置自体を調べてみてもパーティクルを発見することはできない。しかし従来のスクラッチ解析技術において、スクラッチ形成に関わった研磨装置を特定するものは存在しない。したがって従来はスクラッチを形成した研磨装置を特定することができなかった。
【００１３】
本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、ウェーハに形成されたスクラッチに基づいて研磨装置が有するパラメータを求めることによって、スクラッチ形成に関わる研磨装置を特定して研磨工程の改善に寄与することを解決課題とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段および作用、効果】
上記課題を解決するために、第１発明は、
ウェーハを固定する固定面を有し、この固定面上の一点を回転中心とするプレートと、ウェーハを研磨する研磨面を有し、この研磨面上の一点を回転中心とする下盤と、を備え、前記固定面の回転中心の周囲にウェーハを固定し、前記研磨面の回転中心の周囲にプレートを設けて前記下盤及び前記プレートを回転することによってウェーハを研磨する研磨装置を用いた際、前記研磨面に付着した固形異物によってウェーハに形成されたスクラッチを解析するウェーハのスクラッチ解析方法において、
ウェーハの研磨前に、前記プレートに対する相対的な位置を定めてウェーハを固定する固定工程と、
前記スクラッチ上の一点における曲率円中心と前記固定面の回転中心との間の距離と、前記スクラッチ上の一点と前記固定面の回転中心との間の距離と、前記スクラッチ上の一点における曲率半径と、を用いて、前記プレートの回転速度と前記下盤の回転速度の比率を求める演算工程と、を備えたこと
を特徴とする。
【００１５】
また第２発明は、第１発明において、
前記演算工程で、更に前記研磨面の回転中心と前記固形異物との間の距離を求めること
を特徴とする。
【００１６】
第１発明を図１、図３を用いて説明する。ウェーハ５を固定する固定面３ａを有し、この固定面上の一点Ｏ２を回転中心とするプレート３と、ウェーハ５を研磨する研磨面２ａを有し、研磨面２ａ上の一点Ｏ１を回転中心とする下盤２と、を備え、固定面３ａの回転中心Ｏ２の周囲にウェーハ５を固定し、研磨面２ａの回転中心Ｏ１の周囲にプレート３を設けて下盤２及びプレート３を回転することによってウェーハ５を研磨する研磨装置１を用いた際、研磨面２ａに付着した固形異物によってウェーハにスクラッチが形成される場合がある。
【００１７】
第１発明では、最初にウェーハ５の研磨前に、プレート３に対する相対的な位置を定めてウェーハ５を固定し、研磨装置１によるウェーハ５の研磨後、図３に示すように、ウェーハ５に形成されたスクラッチ２０上の一点における曲率円中心Ｑと固定面３ａの回転中心Ｏ２との間の距離ｒｄと、スクラッチ２０上の一点と固定面３ａの回転中心Ｏ２との間の距離ρｓと、スクラッチ２０上の一点における曲率半径ρと、を用いて、プレート３の回転速度αと下盤２の回転速度βの比率β／αを求める。
【００１８】
第２発明では、図２に示す研磨面２ａの回転中心Ｏ１と固形異物（パーティクル）１０との間の距離Ｒｄを求める。
【００１９】
第１、第２発明によれば、ウェーハに形成されたスクラッチを解析することによって、スクラッチ形成に関わる研磨装置を特定することができる。結果として研磨工程を改善することが可能になる。
【００２０】
第３発明は、
ウェーハを固定する固定面を有し、この固定面上の一点を回転中心とするプレートと、ウェーハを研磨する研磨面を有し、この研磨面上の一点を回転中心とする下盤と、を備え、前記固定面の回転中心の周囲にウェーハを固定し、前記研磨面の回転中心の周囲にプレートを設けて前記下盤及び前記プレートを回転することによってウェーハを研磨する研磨装置を用いた際、前記研磨面に付着した固形異物によってウェーハに形成されたスクラッチを解析するウェーハのスクラッチ解析装置において、
前記プレートに対する相対的な位置を定めてウェーハを固定したうえで、
前記スクラッチ上の一点における曲率円中心と前記固定面の回転中心との間の距離と、前記スクラッチ上の一点と前記固定面の回転中心との間の距離と、前記スクラッチ上の一点における曲率半径と、を用いて、前記プレートの回転速度と前記下盤の回転速度の比率を求めること
を特徴とする。
【００２１】
また第４発明は、第３発明において、
更に前記研磨面の回転中心と前記固形異物との間の距離を求めること
を特徴とする請求項３記載のウェーハのスクラッチ解析装置。
【００２２】
第３、第４発明は、第１、第２発明の方法の発明を、装置の発明に置換したものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明に係るウェーハのスクラッチ解析方法の実施形態について説明する。
【００２４】
なお下記［１］〜［３］では本発明の概念を説明し、下記［４］では本発明の具体的な実施例を説明し、下記［５］、［６］では本発明によって得られた数値を用いた解析事例について説明する。
【００２５】
［１］スクラッチ軌道の定式化
本発明は、ウェーハに存在するスクラッチに基づいて研磨装置が有するパラメータ（下盤の回転速度とプレートの回転速度との比率、パーティクルの位置）を求めるものである。研磨装置が有するパラメータを求めることによってスクラッチ形成に関わった研磨装置を特定することができる。スクラッチに基づいて研磨装置が有するパラメータを求める上で重要なのが「スクラッチ軌道の定式化」である。そこで、初めに「スクラッチ軌道の定式化」について説明する。
【００２６】
図２は研磨面の中心Ｏ１を原点とする座標系（Ｘ、Ｙ）と、固定面の中心Ｏ２を原点とする座標系（ｘ、ｙ）とを示す図であり、下盤２の研磨面２ａにプレート３を投影した状態を示している。
【００２７】
ここで、次のように各値を定義する。
・プレート３の角速度…α
・下盤２の角速度…β
・研磨面２ａの中心Ｏ１とパーティクル１０との間の距離…Ｒｄ
・研磨面２ａの中心Ｏ１と固定面３ａの中心Ｏ２との間の距離…Ｒｏ
【００２８】
スクラッチは、研磨面２ａ上に存在するパーティクル１０が下盤２及びプレート３の回転に伴って移動する際にウェーハ５に残す軌跡として得られる。図２で示すように、パーティクル１０の存在位置をベクトルＲ ｄで表す。なおアンダーライン を付した文字はベクトルを示すものとする。Ｒ ｄは研磨面２ａと共に移動する。またプレートの中心Ｏ２の位置をＲ ｏで表す。
【００２９】
図３に示すように、ウェーハ５はプレート３に固定されているため、求めるスクラッチの軌跡は（ｘ、ｙ）座標で求めたい。図２で示すように、プレート３の中心Ｏ２からパーティクル１０まで引いたベクトルを、固定した（Ｘ、Ｙ）座標において成分表記したものをｒ ｄ′で表し、プレート３の回転と共に動く（ｘ、ｙ）座標において成分表記したものをｒ ｄで表す。
【００３０】
時間ｔの間に、下盤２は角度βｔだけ回転し、パーティクル１０は下盤２の回転と共に回転移動する。また、プレート３は角度αｔだけ回転し、ウェーハ５はプレート３の回転と共に回転移動する。まずｒ ｄとｒ ｄ′は角度αｔだけ回転していることにより、複素表示で
【数１】
となる。次にパーティクル１０の位置を表す式は
【数２】
となる。これを展開して表現すると、
【数３】
となり、（ｘｄ、ｙｄ）について解くと、
【数４】
となる。こうして（４ａ）、（４ｂ）式で示すように、パーティクル１０の軌道を時間ｔの関数として求めることが可能となる。
【００３１】
［２］スクラッチに基づく研磨装置のパラメータの演算
上記［１］ではスクラッチの軌道について考えたが、スクラッチに基づいて研磨装置が有するパラメータを演算することができる。
【００３２】
図３は（ｘ、ｙ）座標で考えたｒｄ、ρ、ρｓを示す図である。
【００３３】
研磨後、ウェーハ５にスクラッチが形成されているものとして、次のように各値を定義する。
【００３４】
・スクラッチ２０上の一点と固定面３ａの中心Ｏ２との間の距離…ｒｄ
・スクラッチ２０上の一点における曲率半径…ρ
・スクラッチ２０上の一点における曲率円中心Ｑと固定面３ａの中心Ｏ２との間の距離…ρｓ
【００３５】
（ｘ、ｙ）座標で表示した上記（４ａ）、（４ｂ）式は時間ｔの媒介変数表示になっており、両式から時間ｔを消去する必要がある。そのために、スクラッチの一点に対してｒｄ、ρ、ρｓ、という量を導入する。上記（４ａ）、（４ｂ）式より、下記（５）式が求められる。但し、ξ＝Ｒｄ／Ｒｏ、ζ＝（α−β）／αとする。
【数５】
【００３６】
（５ａ）、（５ｂ）、（５ｃ）式において、ｒ＾ｄ、ρ＾、ρ＾ｓは、ウェーハ上のスクラッチに対する曲率円フィッティングから演算される。したがって上記（５ａ）、（５ｂ）、（５ｃ）式より、ζ及びξを解くことが可能である。この計算ではζの６次方程式が得られるため、ζの解は最多で６個存在しうる。この解法には、例えばニュートンラフソン（Ｎｅｗｔｏｎ−Ｒａｐｈｓｏｎ）法を用いる。こうして求めたζ及びξを用いて、ζ＝（α−β）／α及びξ＝Ｒｄ／Ｒｏを解き、β／α及びＲｄを得ることができる。
【００３７】
［３］曲率半径ρ等の求め方
次に上述したｒｄ、ρ、ρｓの求め方について説明する。
【００３８】
図４はｒｄ、ρ、ρｓの求め方を説明するための図であり、ウェーハ５に固定した座標系で考えたｒｄ、ρ、ρｓを示している。
【００３９】
スクラッチ軌道は実際には円ではないので、曲率半径ρはスクラッチ上の一点に対して定義される。このため、図４に示すように、スクラッチ上の三点Ａ、Ｂ、Ｃの座標から曲率円中心Ｑ（ｘｏ、ｙｏ）を求める場合、その曲率は三点の中心であるＢ点に帰属させる。
【００４０】
曲率円中心Ｑ（ｘｏ、ｙｏ）は、ウェーハ５に固定した座標系における三点Ａ（ｘＡ、ｙＡ）、Ｂ（ｘＢ、ｙＢ）、Ｃ（ｘＣ、ｙＣ）を用いて、次のように表される。
【数６】
（６ａ）、（６ｂ）式から、Ｂ点に対応するρは、
【数７】
により求められる。
【００４１】
また、ρｓ、ｒｄを求めるには、ウェーハ５に固定した座標系からプレート３に固定した座標系への変換が必要になる。プレート３の中心Ｏ２とウェーハ５の中心Ｏ３との距離をｒｗｃと定義すると、図４からその変換を含めて、ρｓ、ｒｄは、
【数８】
により求められる。
【００４２】
［４］実施例
各研磨工程においてウェーハ５をプレート３に固定するにあたり、プレート３に対するウェーハ５の位置を定める必要がある。そこでウェーハ５のノッチやオリフラがプレート３に対して所定方向を向くようにして、ウェーハ５をプレート３の固定面３ａに固定する。ウェーハ５を固定した後にプレート３を下盤２の研磨面２ａ上に配置し、下盤２及びプレート３を回転させてウェーハ５の研磨を行う。このようにして複数の研磨工程を行う。
【００４３】
全研磨工程が終了すると、パーティクルカウンタ等で各ウェーハ５を測定し、スクラッチが存在する場合はその位置を取得する。
【００４４】
取得したスクラッチの位置を用いて、上記［３］で説明した方法によりｒｄ、ρ、ρｓを求め、［２］で説明した方法によりζを求めてβ／αを求める。また同じくξを求めてＲｄを求める。
【００４５】
本発明者らはソフトウェアを作成することによって本発明を実現した。このソフトフェアは、パーティクルカウンタで測定した所定の座標データファイルを読み込み、ＬＰＤマップを表示し、ＬＰＤのスクラッチ部分を画面表示するものである。更にＬＰＤマップに表示されたスクラッチ上の三点を指示することで、そのスクラッチのβ／α、Ｒｄ、ρ、ρｓを算出するものである。
【００４６】
本発明によれば、ウェーハに形成されたスクラッチを解析することによって、スクラッチ形成に関わる研磨装置を特定することができる。結果として研磨工程を改善することが可能になる。
【００４７】
［５］解析事例１
次に本発明によって求めたβ／αに基づいてスクラッチ形成に関わる研磨装置を特定する事例について説明する。
【００４８】
４段階の研磨工程（第１〜第４の研磨工程）でウェーハを研磨した後にウェーハを測定した結果、図５に示すようなスクラッチが形成されていた。各研磨工程ではそれぞれ異なる研磨装置が用いられており、表１に示すように、各研磨装置のβ／αは、上限値（β／α）ｍａｘ及び下限値（β／α）ｍｉｎの範囲内に含まれる。
【００４９】
【表１】
【００５０】
図５に示すウェーハ５の各スクラッチ２１〜２３を本発明によって解析したところ、表２に示す結果が得られた。
【００５１】
【表２】
【００５２】
表２で示すように、スクラッチ２１に基づいて求められたβ／αの値は“０．８０３６９１”である。表１を見ると、この値は第４研磨工程におけるβ／αの範囲に含まれる。したがってスクラッチ２１の形成に第４研磨工程で用いられる研磨装置が関わった、ということを特定できる。
【００５３】
また表２で示すように、スクラッチ２２に基づいて求められたβ／αの値は“０．８９５７４１”である。表１を見ると、この値は第３研磨工程におけるβ／αの範囲に含まれる。したがってスクラッチ２２の形成に第３研磨工程で用いられる研磨装置が関わった、ということを特定できる。
【００５４】
また表２で示すように、スクラッチ２３に基づいて求められたβ／αの値は“０．６０３９９３”である。表１を見ると、この値は第４研磨工程におけるβ／αの範囲に含まれる。したがってスクラッチ２３の形成に第４研磨工程で用いられる研磨装置が関わった、ということを特定できる。
【００５５】
なお表１に示す例では、第２研磨工程のβ／α（０．８４８〜０．８７５）が第４研磨工程のβ／α（０．５８３〜０．８７５）の一部に含まれている。このような場合は、同じバッチで処理された複数ウェーハのスクラッチに基づいて各β／αを求め、β／αの分布を調べることによって、各ウェーハのスクラッチが第２、第４の何れの研磨工程で形成されたのか、を特定できる。例えばβ／αの分布が０．８４８〜０．８７５に集中していれば、スクラッチの形成に第２研磨工程で用いられる研磨装置が関わった、ということを特定でき、β／αの分布が０．５８３〜０．８７５に分散していれば、スクラッチの形成に第４研磨工程で用いられる研磨装置が関わった、ということを特定できる。
【００５６】
［６］解析事例２
次に本発明によって求めたＲｄを用いることによって、パーティクルの発生源を推定する事例について説明する。
【００５７】
図６（ａ）〜（ｃ）は所定数のウェーハに形成された各スクラッチを解析した場合に得られるＲｄの分布を示す図である。
【００５８】
所定数のウェーハを研磨した後に、各ウェーハに形成されたスクラッチに基づいてＲｄを求めＲｄの分布を求めると、大別して図６（ａ）〜（ｃ）のような結果が得られる。
【００５９】
図６（ａ）に示すような分布が得られた場合、つまり小さいＲｄほど度数が大きく、大きいＲｄほど度数が小さい場合は、クロスの中心近傍に供給されるスラリーに不純物が含まれていると推定される。
【００６０】
また図６（ｂ）に示すような分布が得られた場合、つまりＲｄに関わらず度数がほぼ等しい場合は、ダスト等が大気中からクロスに一様に降下していると推定される。
【００６１】
また図６（ｃ）に示すような分布が得られた場合、つまりＲｄの一点及びその近傍における度数が大きい場合は、ダスト等が下盤の特定部分すなわち中心からＲｄ離れた位置で発生していると推定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は研磨装置の全体及び各部分を示す図である。
【図２】図２は研磨面の中心Ｏ１を原点とする座標系（Ｘ、Ｙ）と、固定面の中心Ｏ２を原点とする座標系（ｘ、ｙ）とを示す図である。
【図３】図３は（ｘ、ｙ）座標で考えたｒｄ、ρ、ρｓを示す図である。
【図４】図４はｒｄ、ρ、ρｓの求め方を説明するための図である。
【図５】図５はスクラッチが形成されたウェーハを示す図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｃ）は所定数のウェーハに形成された各スクラッチを解析した場合に得られるＲｄの分布を示す図である。
【符号の説明】
１ 研磨装置
２ 下盤
２ａ 研磨面
３ プレート
３ａ 固定面
５ ウェーハ
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨装置の動作に伴ってウェーハに形成されたスクラッチを解析するウェーハのスクラッチ解析方法及びスクラッチ解析装置に関し、特にスクラッチに基づいて研磨装置が有するパラメータを求め、スクラッチ形成に関わった研磨装置を特定するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェーハ等の研磨装置を図１に示す。図１（ａ）は研磨装置全体の斜視図を示しており、図１（ｂ）は図１（ａ）の上部から研磨装置を見た場合の下盤とプレートとの位置関係を示しており、図１（ｃ）は図１（ａ）の下盤側からプレートを見た場合のプレートとウェーハとの位置関係を示している。
【０００３】
図１に示す研磨装置１は、下盤２と複数のプレート３とスラリ供給管４とで構成される。下盤２はクロス（研磨布ともいう）が貼付された研磨面２ａを有し、図示しない回転機構によってその中心Ｏ１を回転中心として図面で示す矢印Ａ方向に回転する。プレート３は固定面３ａを有し、図示しない回転機構、例えばセンターローラ及びガイドローラ、によってその中心Ｏ２を回転中心として図面で示す矢印Ｂ方向に回転する。またプレート３は研磨面２ａの略垂直方向に移動可能である。プレート３の固定面３ａの中心Ｏ２周囲には、１枚以上のウェーハ５が固定される。そして下盤２の研磨面２ａとプレート３の固定面３ａとが対向するようにして、研磨面２ａの中心Ｏ１周囲に複数のプレート３が設けられる。スラリ供給管４は、下盤２の研磨面２ａに供給口４ａを向けて設けられる。
【０００４】
図１（ｂ）では４つのプレート３が研磨面２ａ上に設けられた状態が示されており、図１（ｃ）では５つのウェーハ５が固定面３ａに固定された状態が示されているが、研磨装置１に対するプレート３やウェーハ５の数には特に制限がなく、研磨装置１やウェーハ５のサイズに応じて決定される。
【０００５】
この研磨装置１は次のように動作する。下盤２の研磨面２ａとウェーハ５とが接した状態でプレート３に対して下盤２方向に一定の荷重が与えられると、ウェーハ５が研磨面２ａに押し付けられる。この状態で下盤２及びプレート３がそれぞれ回転する。この際、スラリ供給管４からは研磨面２ａ上にスラリ（研磨砥粒ともいう）が供給される。こうしてプレート３に固定された各ウェーハ５の表面は研磨される。
【０００６】
通常、ウェーハの研磨は複数の工程を経て行われる。具体的には、粗い研磨を行う工程から徐々に細かな研磨を行う工程に移行され、各工程では研磨の程度に応じた研磨装置が用いられる。つまり１つのウェーハを研磨するにあたり複数の研磨装置が用いられている。
【０００７】
ところで研磨面２ａに固形異物（以下、「パーティクル」という）が付着している場合がある。下盤２及びプレート３が回転するとパーティクルとウェーハとは相対的に変位する。するとパーティクルによってウェーハ５の表面が削られて円弧状のスクラッチが形成されることがある。このようなスクラッチや汚れなどに代表される表面異物の位置を測定し、測定結果をマップで表示し、表面異物の数密度や集合状態などを分類、解析する技術は従来より存在する。
【０００８】
例えば下記特許文献１には、スクラッチを解析する技術の一つとして、鏡面研磨加工の良否を判定する技術が記載されている。この技術によると、鏡面研磨加工したウェーハをＨＦ洗浄することによって表面の酸化物を除去し、更にＳＣ−１洗浄することによってスクラッチをエッチングしてピットを形成し、このピットをパーティクルカウンタで測定する。そして測定されたＬＰＤの密度に応じて鏡面研磨加工の良否を判定するようにしている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−１４５０８８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
スクラッチはウェーハの酸化膜耐圧を劣化させるため、ウェーハの製造歩留まりの低下及び信頼性の低下の原因となる。したがってスクラッチの形成を抑制する必要があり、そのためにはスクラッチが形成された研磨工程の条件や研磨装置自体を改善する必要がある。
【００１１】
例えば複数ある研磨工程の全てが終了した後にウェーハを観察し、スクラッチが発見されたとする。この場合にはスクラッチの形成に関わった研磨装置を特定しなければならない。
【００１２】
クロスに付着するパーティクルは人間の目で認識できない程度に微小であるものが多く、研磨装置自体を調べてみてもパーティクルを発見することはできない。しかし従来のスクラッチ解析技術において、スクラッチ形成に関わった研磨装置を特定するものは存在しない。したがって従来はスクラッチを形成した研磨装置を特定することができなかった。
【００１３】
本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、ウェーハに形成されたスクラッチに基づいて研磨装置が有するパラメータを求めることによって、スクラッチ形成に関わる研磨装置を特定して研磨工程の改善に寄与することを解決課題とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段および作用、効果】
上記課題を解決するために、第１発明は、
ウェーハを固定する固定面を有し、この固定面上の一点を回転中心とするプレートと、ウェーハを研磨する研磨面を有し、この研磨面上の一点を回転中心とする下盤と、を備え、前記固定面の回転中心の周囲にウェーハを固定し、前記研磨面の回転中心の周囲にプレートを設けて前記下盤及び前記プレートを回転することによってウェーハを研磨する研磨装置を用いた際、前記研磨面に付着した固形異物によってウェーハに形成されたスクラッチを解析するウェーハのスクラッチ解析方法において、
ウェーハの研磨前に、前記プレートに対する相対的な位置を定めてウェーハを固定する固定工程と、
前記スクラッチ上の一点における曲率円中心と前記固定面の回転中心との間の距離と、前記スクラッチ上の一点と前記固定面の回転中心との間の距離と、前記スクラッチ上の一点における曲率半径と、を用いて、前記プレートの回転速度と前記下盤の回転速度の比率を求める演算工程と、を備えたこと
を特徴とする。
【００１５】
また第２発明は、第１発明において、
前記演算工程で、更に前記研磨面の回転中心と前記固形異物との間の距離を求めること
を特徴とする。
【００１６】
第１発明を図１、図３を用いて説明する。ウェーハ５を固定する固定面３ａを有し、この固定面上の一点Ｏ２を回転中心とするプレート３と、ウェーハ５を研磨する研磨面２ａを有し、研磨面２ａ上の一点Ｏ１を回転中心とする下盤２と、を備え、固定面３ａの回転中心Ｏ２の周囲にウェーハ５を固定し、研磨面２ａの回転中心Ｏ１の周囲にプレート３を設けて下盤２及びプレート３を回転することによってウェーハ５を研磨する研磨装置１を用いた際、研磨面２ａに付着した固形異物によってウェーハにスクラッチが形成される場合がある。
【００１７】
第１発明では、最初にウェーハ５の研磨前に、プレート３に対する相対的な位置を定めてウェーハ５を固定し、研磨装置１によるウェーハ５の研磨後、図３に示すように、ウェーハ５に形成されたスクラッチ２０上の一点における曲率円中心Ｑと固定面３ａの回転中心Ｏ２との間の距離ｒｄと、スクラッチ２０上の一点と固定面３ａの回転中心Ｏ２との間の距離ρｓと、スクラッチ２０上の一点における曲率半径ρと、を用いて、プレート３の回転速度αと下盤２の回転速度βの比率β／αを求める。
【００１８】
第２発明では、図２に示す研磨面２ａの回転中心Ｏ１と固形異物（パーティクル）１０との間の距離Ｒｄを求める。
【００１９】
第１、第２発明によれば、ウェーハに形成されたスクラッチを解析することによって、スクラッチ形成に関わる研磨装置を特定することができる。結果として研磨工程を改善することが可能になる。
【００２０】
第３発明は、
ウェーハを固定する固定面を有し、この固定面上の一点を回転中心とするプレートと、ウェーハを研磨する研磨面を有し、この研磨面上の一点を回転中心とする下盤と、を備え、前記固定面の回転中心の周囲にウェーハを固定し、前記研磨面の回転中心の周囲にプレートを設けて前記下盤及び前記プレートを回転することによってウェーハを研磨する研磨装置を用いた際、前記研磨面に付着した固形異物によってウェーハに形成されたスクラッチを解析するウェーハのスクラッチ解析装置において、
前記プレートに対する相対的な位置を定めてウェーハを固定したうえで、
前記スクラッチ上の一点における曲率円中心と前記固定面の回転中心との間の距離と、前記スクラッチ上の一点と前記固定面の回転中心との間の距離と、前記スクラッチ上の一点における曲率半径と、を用いて、前記プレートの回転速度と前記下盤の回転速度の比率を求めること
を特徴とする。
【００２１】
また第４発明は、第３発明において、
更に前記研磨面の回転中心と前記固形異物との間の距離を求めること
を特徴とする請求項３記載のウェーハのスクラッチ解析装置。
【００２２】
第３、第４発明は、第１、第２発明の方法の発明を、装置の発明に置換したものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明に係るウェーハのスクラッチ解析方法の実施形態について説明する。
【００２４】
なお下記［１］〜［３］では本発明の概念を説明し、下記［４］では本発明の具体的な実施例を説明し、下記［５］、［６］では本発明によって得られた数値を用いた解析事例について説明する。
【００２５】
［１］スクラッチ軌道の定式化
本発明は、ウェーハに存在するスクラッチに基づいて研磨装置が有するパラメータ（下盤の回転速度とプレートの回転速度との比率、パーティクルの位置）を求めるものである。研磨装置が有するパラメータを求めることによってスクラッチ形成に関わった研磨装置を特定することができる。スクラッチに基づいて研磨装置が有するパラメータを求める上で重要なのが「スクラッチ軌道の定式化」である。そこで、初めに「スクラッチ軌道の定式化」について説明する。
【００２６】
図２は研磨面の中心Ｏ１を原点とする座標系（Ｘ、Ｙ）と、固定面の中心Ｏ２を原点とする座標系（ｘ、ｙ）とを示す図であり、下盤２の研磨面２ａにプレート３を投影した状態を示している。
【００２７】
ここで、次のように各値を定義する。
・プレート３の角速度…α
・下盤２の角速度…β
・研磨面２ａの中心Ｏ１とパーティクル１０との間の距離…Ｒｄ
・研磨面２ａの中心Ｏ１と固定面３ａの中心Ｏ２との間の距離…Ｒｏ
【００２８】
スクラッチは、研磨面２ａ上に存在するパーティクル１０が下盤２及びプレート３の回転に伴って移動する際にウェーハ５に残す軌跡として得られる。図２で示すように、パーティクル１０の存在位置をベクトルＲ ｄで表す。なおアンダーライン を付した文字はベクトルを示すものとする。Ｒ ｄは研磨面２ａと共に移動する。またプレートの中心Ｏ２の位置をＲ ｏで表す。
【００２９】
図３に示すように、ウェーハ５はプレート３に固定されているため、求めるスクラッチの軌跡は（ｘ、ｙ）座標で求めたい。図２で示すように、プレート３の中心Ｏ２からパーティクル１０まで引いたベクトルを、固定した（Ｘ、Ｙ）座標において成分表記したものをｒ ｄ′で表し、プレート３の回転と共に動く（ｘ、ｙ）座標において成分表記したものをｒ ｄで表す。
【００３０】
時間ｔの間に、下盤２は角度βｔだけ回転し、パーティクル１０は下盤２の回転と共に回転移動する。また、プレート３は角度αｔだけ回転し、ウェーハ５はプレート３の回転と共に回転移動する。まずｒ ｄとｒ ｄ′は角度αｔだけ回転していることにより、複素表示で
【数１】
【数２】
【数３】
【数４】
【００３１】
［２］スクラッチに基づく研磨装置のパラメータの演算
上記［１］ではスクラッチの軌道について考えたが、スクラッチに基づいて研磨装置が有するパラメータを演算することができる。
【００３２】
図３は（ｘ、ｙ）座標で考えたｒｄ、ρ、ρｓを示す図である。
【００３３】
研磨後、ウェーハ５にスクラッチが形成されているものとして、次のように各値を定義する。
【００３４】
・スクラッチ２０上の一点と固定面３ａの中心Ｏ２との間の距離…ｒｄ
・スクラッチ２０上の一点における曲率半径…ρ
・スクラッチ２０上の一点における曲率円中心Ｑと固定面３ａの中心Ｏ２との間の距離…ρｓ
【００３５】
（ｘ、ｙ）座標で表示した上記（４ａ）、（４ｂ）式は時間ｔの媒介変数表示になっており、両式から時間ｔを消去する必要がある。そのために、スクラッチの一点に対してｒｄ、ρ、ρｓ、という量を導入する。上記（４ａ）、（４ｂ）式より、下記（５）式が求められる。但し、ξ＝Ｒｄ／Ｒｏ、ζ＝（α−β）／αとする。
【数５】
（５ａ）、（５ｂ）、（５ｃ）式において、ｒ＾ｄ、ρ＾、ρ＾ｓは、ウェーハ上のスクラッチに対する曲率円フィッティングから演算される。したがって上記（５ａ）、（５ｂ）、（５ｃ）式より、ζ及びξを解くことが可能である。この計算ではζの６次方程式が得られるため、ζの解は最多で６個存在しうる。この解法には、例えばニュートンラフソン（Ｎｅｗｔｏｎ−Ｒａｐｈｓｏｎ）法を用いる。こうして求めたζ及びξを用いて、ζ＝（α−β）／α及びξ＝Ｒｄ／Ｒｏを解き、β／α及びＲｄを得ることができる。
【００３７】
［３］曲率半径ρ等の求め方
次に上述したｒｄ、ρ、ρｓの求め方について説明する。
【００３８】
図４はｒｄ、ρ、ρｓの求め方を説明するための図であり、ウェーハ５に固定した座標系で考えたｒｄ、ρ、ρｓを示している。
【００３９】
スクラッチ軌道は実際には円ではないので、曲率半径ρはスクラッチ上の一点に対して定義される。このため、図４に示すように、スクラッチ上の三点Ａ、Ｂ、Ｃの座標から曲率円中心Ｑ（ｘｏ、ｙｏ）を求める場合、その曲率は三点の中心であるＢ点に帰属させる。
【００４０】
曲率円中心Ｑ（ｘｏ、ｙｏ）は、ウェーハ５に固定した座標系における三点Ａ（ｘＡ、ｙＡ）、Ｂ（ｘＢ、ｙＢ）、Ｃ（ｘＣ、ｙＣ）を用いて、次のように表される。
【数６】
【数７】
【００４１】
また、ρｓ、ｒｄを求めるには、ウェーハ５に固定した座標系からプレート３に固定した座標系への変換が必要になる。プレート３の中心Ｏ２とウェーハ５の中心Ｏ３との距離をｒｗｃと定義すると、図４からその変換を含めて、ρｓ、ｒｄは、
【数８】
【００４２】
［４］実施例
各研磨工程においてウェーハ５をプレート３に固定するにあたり、プレート３に対するウェーハ５の位置を定める必要がある。そこでウェーハ５のノッチやオリフラがプレート３に対して所定方向を向くようにして、ウェーハ５をプレート３の固定面３ａに固定する。ウェーハ５を固定した後にプレート３を下盤２の研磨面２ａ上に配置し、下盤２及びプレート３を回転させてウェーハ５の研磨を行う。このようにして複数の研磨工程を行う。
【００４３】
全研磨工程が終了すると、パーティクルカウンタ等で各ウェーハ５を測定し、スクラッチが存在する場合はその位置を取得する。
【００４４】
取得したスクラッチの位置を用いて、上記［３］で説明した方法によりｒｄ、ρ、ρｓを求め、［２］で説明した方法によりζを求めてβ／αを求める。また同じくξを求めてＲｄを求める。
【００４５】
本発明者らはソフトウェアを作成することによって本発明を実現した。このソフトフェアは、パーティクルカウンタで測定した所定の座標データファイルを読み込み、ＬＰＤマップを表示し、ＬＰＤのスクラッチ部分を画面表示するものである。更にＬＰＤマップに表示されたスクラッチ上の三点を指示することで、そのスクラッチのβ／α、Ｒｄ、ρ、ρｓを算出するものである。
【００４６】
本発明によれば、ウェーハに形成されたスクラッチを解析することによって、スクラッチ形成に関わる研磨装置を特定することができる。結果として研磨工程を改善することが可能になる。
【００４７】
［５］解析事例１
次に本発明によって求めたβ／αに基づいてスクラッチ形成に関わる研磨装置を特定する事例について説明する。
【００４８】
４段階の研磨工程（第１〜第４の研磨工程）でウェーハを研磨した後にウェーハを測定した結果、図５に示すようなスクラッチが形成されていた。各研磨工程ではそれぞれ異なる研磨装置が用いられており、表１に示すように、各研磨装置のβ／αは、上限値（β／α）ｍａｘ及び下限値（β／α）ｍｉｎの範囲内に含まれる。
【００４９】
【表１】
図５に示すウェーハ５の各スクラッチ２１〜２３を本発明によって解析したところ、表２に示す結果が得られた。
【００５１】
【表２】
表２で示すように、スクラッチ２１に基づいて求められたβ／αの値は“０．８０３６９１”である。表１を見ると、この値は第４研磨工程におけるβ／αの範囲に含まれる。したがってスクラッチ２１の形成に第４研磨工程で用いられる研磨装置が関わった、ということを特定できる。
【００５３】
また表２で示すように、スクラッチ２２に基づいて求められたβ／αの値は“０．８９５７４１”である。表１を見ると、この値は第３研磨工程におけるβ／αの範囲に含まれる。したがってスクラッチ２２の形成に第３研磨工程で用いられる研磨装置が関わった、ということを特定できる。
【００５４】
また表２で示すように、スクラッチ２３に基づいて求められたβ／αの値は“０．６０３９９３”である。表１を見ると、この値は第４研磨工程におけるβ／αの範囲に含まれる。したがってスクラッチ２３の形成に第４研磨工程で用いられる研磨装置が関わった、ということを特定できる。
【００５５】
なお表１に示す例では、第２研磨工程のβ／α（０．８４８〜０．８７５）が第４研磨工程のβ／α（０．５８３〜０．８７５）の一部に含まれている。このような場合は、同じバッチで処理された複数ウェーハのスクラッチに基づいて各β／αを求め、β／αの分布を調べることによって、各ウェーハのスクラッチが第２、第４の何れの研磨工程で形成されたのか、を特定できる。例えばβ／αの分布が０．８４８〜０．８７５に集中していれば、スクラッチの形成に第２研磨工程で用いられる研磨装置が関わった、ということを特定でき、β／αの分布が０．５８３〜０．８７５に分散していれば、スクラッチの形成に第４研磨工程で用いられる研磨装置が関わった、ということを特定できる。
【００５６】
［６］解析事例２
次に本発明によって求めたＲｄを用いることによって、パーティクルの発生源を推定する事例について説明する。
【００５７】
図６（ａ）〜（ｃ）は所定数のウェーハに形成された各スクラッチを解析した場合に得られるＲｄの分布を示す図である。
【００５８】
所定数のウェーハを研磨した後に、各ウェーハに形成されたスクラッチに基づいてＲｄを求めＲｄの分布を求めると、大別して図６（ａ）〜（ｃ）のような結果が得られる。
【００５９】
図６（ａ）に示すような分布が得られた場合、つまり小さいＲｄほど度数が大きく、大きいＲｄほど度数が小さい場合は、クロスの中心近傍に供給されるスラリーに不純物が含まれていると推定される。
【００６０】
また図６（ｂ）に示すような分布が得られた場合、つまりＲｄに関わらず度数がほぼ等しい場合は、ダスト等が大気中からクロスに一様に降下していると推定される。
【００６１】
また図６（ｃ）に示すような分布が得られた場合、つまりＲｄの一点及びその近傍における度数が大きい場合は、ダスト等が下盤の特定部分すなわち中心からＲｄ離れた位置で発生していると推定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は研磨装置の全体及び各部分を示す図である。
【図２】図２は研磨面の中心Ｏ１を原点とする座標系（Ｘ、Ｙ）と、固定面の中心Ｏ２を原点とする座標系（ｘ、ｙ）とを示す図である。
【図３】図３は（ｘ、ｙ）座標で考えたｒｄ、ρ、ρｓを示す図である。
【図４】図４はｒｄ、ρ、ρｓの求め方を説明するための図である。
【図５】図５はスクラッチが形成されたウェーハを示す図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｃ）は所定数のウェーハに形成された各スクラッチを解析した場合に得られるＲｄの分布を示す図である。
【符号の説明】
１ 研磨装置
２ 下盤
２ａ 研磨面
３ プレート
３ａ 固定面
５ ウェーハ
Claims (4)
- ウェーハを固定する固定面を有し、この固定面上の一点を回転中心とするプレートと、ウェーハを研磨する研磨面を有し、この研磨面上の一点を回転中心とする下盤と、を備え、前記固定面の回転中心の周囲にウェーハを固定し、前記研磨面の回転中心の周囲にプレートを設けて前記下盤及び前記プレートを回転することによってウェーハを研磨する研磨装置を用いた際、前記研磨面に付着した固形異物によってウェーハに形成されたスクラッチを解析するウェーハのスクラッチ解析方法において、
ウェーハの研磨前に、前記プレートに対する相対的な位置を定めてウェーハを固定する固定工程と、
前記スクラッチ上の一点における曲率円中心と前記固定面の回転中心との間の距離と、前記スクラッチ上の一点と前記固定面の回転中心との間の距離と、前記スクラッチ上の一点における曲率半径と、を用いて、前記プレートの回転速度と前記下盤の回転速度の比率を求める演算工程と、を備えたこと
を特徴とするウェーハのスクラッチ解析方法。 - 前記演算工程で、更に前記研磨面の回転中心と前記固形異物との間の距離を求めること
を特徴とする請求項１記載のウェーハのスクラッチ解析方法。 - ウェーハを固定する固定面を有し、この固定面上の一点を回転中心とするプレートと、ウェーハを研磨する研磨面を有し、この研磨面上の一点を回転中心とする下盤と、を備え、前記固定面の回転中心の周囲にウェーハを固定し、前記研磨面の回転中心の周囲にプレートを設けて前記下盤及び前記プレートを回転することによってウェーハを研磨する研磨装置を用いた際、前記研磨面に付着した固形異物によってウェーハに形成されたスクラッチを解析するウェーハのスクラッチ解析装置において、
前記プレートに対する相対的な位置を定めてウェーハを固定したうえで、
前記スクラッチ上の一点における曲率円中心と前記固定面の回転中心との間の距離と、前記スクラッチ上の一点と前記固定面の回転中心との間の距離と、前記スクラッチ上の一点における曲率半径と、を用いて、前記プレートの回転速度と前記下盤の回転速度の比率を求めること
を特徴とするウェーハのスクラッチ解析装置。 - 更に前記研磨面の回転中心と前記固形異物との間の距離を求めること
を特徴とする請求項３記載のウェーハのスクラッチ解析装置。
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| WO2014089731A1 (en) * | 2012-12-10 | 2014-06-19 | Acm Research (Shanghai) Inc. | Semiconductor wafer polishing method |
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| JPH11297660A (ja) * | 1998-04-10 | 1999-10-29 | Tokyo Electron Ltd | 基板の評価方法 |
| JP2002082064A (ja) * | 2000-09-05 | 2002-03-22 | Komatsu Electronic Metals Co Ltd | 不良ウエハの判定装置及び判定方法 |
| JP2002365234A (ja) * | 2001-06-06 | 2002-12-18 | Silicon Technology Co Ltd | 表面評価装置及び表面評価方法 |
-
2003
- 2003-02-25 JP JP2003047664A patent/JP4567295B2/ja not_active Expired - Lifetime
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