JP2005057100A - Polishing method and device of semiconductor substrate - Google Patents
Polishing method and device of semiconductor substrate Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005057100A JP2005057100A JP2003287386A JP2003287386A JP2005057100A JP 2005057100 A JP2005057100 A JP 2005057100A JP 2003287386 A JP2003287386 A JP 2003287386A JP 2003287386 A JP2003287386 A JP 2003287386A JP 2005057100 A JP2005057100 A JP 2005057100A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- polishing
- semiconductor substrate
- end point
- point detection
- window
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、例えばシリコン半導体基板製造に際して行う化学機械研磨(CMP)等の平坦化工程等において用いられる研磨方法及び研磨装置に関する。 The present invention relates to a polishing method and a polishing apparatus used in a planarization process such as chemical mechanical polishing (CMP) performed when a silicon semiconductor substrate is manufactured, for example.
シリコン半導体基板などの平板状の被加工材の表面を平坦に加工する際、CMP装置(Chemical Mechanical Polishing Machine)が使用されている。 A CMP apparatus (Chemical Mechanical Polishing Machine) is used when processing a flat surface of a flat workpiece such as a silicon semiconductor substrate.
図8に一般的なCMP装置の概略構成を示す。CMP装置はターンテーブル2、ポリッシングヘッド4、光学式EPD(End Point Detector 加工終点検出)ユニット5などから構成されている。被加工材であるウェーハ1を下面に保持したポリッシングヘッド4は、ターンテーブル2に対向してその上方に配置される。ターンテーブル2の上面には研磨布3が貼り付けられている。研磨布3にはEPD検出のために光を透過するためのEPD窓部6が設けられている。また、ターンテーブル2には研磨布3のEPD窓部6へ光を通過させるための貫通穴8が設けられている。
FIG. 8 shows a schematic configuration of a general CMP apparatus. The CMP apparatus includes a
上記のようなCMP装置では、ターンテーブル2を回転させた状態で、研磨布3の上に研磨剤供給ノズル7から研磨剤(スラリー)を供給するとともに、ポリッシングヘッド4を用いて、ウェーハ1を回転させながら研磨布3に対して押し付けることによって、ウェーハ1の表面が研磨される。研磨の終点判断は光学式EPDユニット5によって行われる。
In the CMP apparatus as described above, while the
図9に光学式EPDユニット5による研磨の終点判断をする様子の詳細な図を示す。研磨の終点判断にはウェーハ1表面からの光の反射率の変化を用いている。例えば同一膜種のウェーハ1を研磨していった場合は膜厚によって反射率が変化するため研磨によって所定の膜厚での反射率となったところで終点判断とする。また2種類以上の積層膜の研磨の場合の各層間の切り換りを検出する場合は各膜種の反射率の変化から研磨の終点判断を行う。
FIG. 9 is a detailed diagram showing how the end point of polishing by the
しかしながらウェーハの研磨の繰り返しに伴い、研磨布のEPD用窓部6の表面にスラリー砥粒や研磨生成物が次第に付着していく。このため、ウェーハ入射光及びウェーハ反射光がEPD窓部6を透過する際にEPD窓部6の表面の付着物により吸収されてしまう。そのため光学式EPDユニット5の光検出器に入射するウェーハ反射光量が低下し所定の反射光量が得られないことにより、設定した終点検出トリガーにかからずに研磨が進み、オーバー研磨となり不良品が発生し、ウェーハの歩留りが低下するという問題があった。
However, with repeated polishing of the wafer, slurry abrasive grains and polishing products gradually adhere to the surface of the
また従来、一般的には研磨布3のEPD用窓部6の表面に付着したスラリー砥粒や研磨生成物を取り除くための洗浄を行う時期に到達したか否かの判断はオペレータが経験に基づいて、使用時間やウェーハの累積加工枚数などを目安にして行っていた。このため、EPD用窓部6の洗浄が必要に到達したとの判断が比較的早めに行われる傾向になり、その結果として研磨布のEPD窓部6の洗浄頻度が増え、メンテナンス作業によるコストが必要以上にかかるという問題があった。
Conventionally, generally, the operator determines whether or not it is time to perform cleaning for removing slurry abrasive grains and polishing products attached to the surface of the
また上記のような経験的な管理方法では、研磨布EPD用窓部6の突発的な汚れや、研磨布EPD用窓部6の材質であるポリエチレンテレフタレートシート(PETシート)の剥がれやキズなどのEPD窓部6自体の異常に起因するEPD検知の異常を検知することはできなかった。その結果、ウェーハ研磨時にEPD検知ができずにオーバー研磨となって、不良品が連続的に発生し、ウェーハの歩留りが低下するという問題もあった。
Further, in the empirical management method as described above, sudden dirt on the polishing cloth
この様な問題を解決すべく、特許文献1には次のような研磨装置が記載されていて、光学的に研磨状態をモニターする際におけるスラリーの影響について考慮している。測定光及び信号光がウェーハと検出窓の間のスラリーを透過する際に測定光及び信号光を検出窓とスラリーの境界面が反射し、または砥粒が散乱し、または吸収してしまう。そのため光検出器に入射する信号光量が低下し、測定のS/N比が低下し、終点検出の測定精度が悪化する。そのためこの研磨装置では終点検出の測定精度を悪化させるスラリーを排除するための研磨液排除部を検出窓の近傍に備えている。この研磨液排除部を設けることによって研磨終点検出の測定精度を向上させウェーハの歩留りを高めることができるとしている。
しかしながら、上記の方法は、検出窓の近傍のスラリーを排除するために研磨液排除部に水を流す必要があるため、研磨時にスラリーが水で希釈されてしまいウェーハの研磨レートが変わってしまうという問題があり、実際のウェーハ研磨時での使用に関して限界があった。 However, in the above method, since it is necessary to flow water to the polishing liquid removal part in order to exclude the slurry in the vicinity of the detection window, the slurry is diluted with water during polishing, and the polishing rate of the wafer is changed. There was a problem and there was a limit to the use during actual wafer polishing.
本発明は、以上の様な従来のEPD検知についての問題点に鑑み成されたもので、本発明の目的は、研磨布EPD窓部の洗浄が必要な時期に到達したこと及び研磨布EPD窓部に異常が生じたことを正確に判断することができる半導体基板の研磨方法及び研磨装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the problems associated with the conventional EPD detection as described above. The object of the present invention is that the time when the polishing cloth EPD window portion needs to be cleaned has been reached, and the polishing cloth EPD window. It is an object of the present invention to provide a semiconductor substrate polishing method and polishing apparatus capable of accurately determining that an abnormality has occurred in a portion.
本発明の半導体基板の研磨方法は、光学式の研磨終点検出手段を用いた半導体基板の研磨方法であって、研磨終点検出手段の終点検出用窓を有する研磨布に半導体基板を押し付けて研磨を行う研磨工程と、終点検出用窓に付着した汚れによる異常状態を検出する検出工程とを有する。 The method for polishing a semiconductor substrate of the present invention is a method for polishing a semiconductor substrate using an optical polishing end point detecting means, and polishing the semiconductor substrate by pressing the semiconductor substrate against a polishing cloth having an end point detection window of the polishing end point detecting means. A polishing step to be performed, and a detection step of detecting an abnormal state due to dirt adhering to the end point detection window.
本発明において、検出工程は、研磨終点検出手段で検出される半導体基板からの反射光強度に基づいて汚れによる異常状態を検出するようにすることが好ましい。この場合、研磨終点検出手段は、終点検出用窓を介して半導体基板に向けて光を出射し、半導体基板で反射され終点検出用窓を介して戻ってきた反射光を受け、その反射光強度を測定できるものである。 In the present invention, it is preferable that the detecting step detects an abnormal state due to contamination based on the intensity of reflected light from the semiconductor substrate detected by the polishing end point detecting means. In this case, the polishing end point detection means emits light toward the semiconductor substrate through the end point detection window, receives the reflected light reflected by the semiconductor substrate and returned through the end point detection window, and the reflected light intensity Can be measured.
本発明において、検出工程は、終点検出用窓を介して半導体基板に向けて超音波を送波し、半導体基板で反射され終点検出用窓を介して戻ってきた反射波を受波し、その反射波強度に基づいて汚れによる異常状態を検出することが好ましい。 In the present invention, the detection step transmits an ultrasonic wave toward the semiconductor substrate through the end point detection window, receives the reflected wave reflected by the semiconductor substrate and returned through the end point detection window, It is preferable to detect an abnormal state due to dirt based on the reflected wave intensity.
また、本発明において、研磨工程のシーケンス中に検出工程による異常状態の検出に応答して研磨工程を停止させることが好ましい。 Moreover, in this invention, it is preferable to stop a grinding | polishing process in response to detection of the abnormal state by a detection process during the sequence of a grinding | polishing process.
また、本発明において、研磨工程のシーケンス中に検出工程による異常状態の検出に応答して研磨工程を停止させ、その後に終点検出用窓に付着した汚れを洗浄手段で取り除く洗浄工程を有するようにしてもよい。 In the present invention, the polishing process is stopped during the polishing process sequence in response to detection of an abnormal state by the detection process, and thereafter, the cleaning means removes the dirt adhering to the end point detection window by the cleaning means. May be.
また、本発明において、研磨工程のシーケンス中に検出工程による異常状態の検出に応答して終点検出用窓に付着した汚れを洗浄手段で取り除く洗浄工程を有するようにしてもよい。 Further, in the present invention, there may be provided a cleaning step in which the dirt adhering to the end point detection window is removed by the cleaning means in response to detection of an abnormal state by the detection step during the polishing step sequence.
本発明の第1の半導体基板の研磨装置は、光学式の研磨終点検出手段を有し、研磨終点検出手段の終点検出用窓を有する研磨布に半導体基板を押し付けて研磨を行う半導体基板の研磨装置であって、研磨終点検出手段は、研磨終点検出手段で検出される半導体基板からの反射光強度に基づいて終点検出用窓に付着した汚れによる異常状態も検出するようにしている。この場合、例えば、研磨布は定盤に貼り付けられ、研磨布の終点検出用窓に対応して定盤に貫通穴が設けられて、研磨終点検出手段が終点検出用窓を介して半導体基板に向けて光を出射し、半導体基板で反射され終点検出用窓を介して戻ってきた反射光を受け、その反射光強度を測定できるものである。 The first semiconductor substrate polishing apparatus of the present invention has an optical polishing end point detecting means and polishes the semiconductor substrate by pressing the semiconductor substrate against a polishing cloth having an end point detecting window of the polishing end point detecting means. In the apparatus, the polishing end point detection means also detects an abnormal state due to dirt adhering to the end point detection window based on the reflected light intensity from the semiconductor substrate detected by the polishing end point detection means. In this case, for example, the polishing cloth is affixed to the surface plate, a through hole is provided in the surface plate corresponding to the end point detection window of the polishing cloth, and the polishing end point detecting means is connected to the semiconductor substrate via the end point detection window. The reflected light that is emitted toward, reflected by the semiconductor substrate and returned through the end point detection window can be received, and the intensity of the reflected light can be measured.
本発明の第2の半導体基板の研磨装置は、光学式の研磨終点検出手段を有し、研磨終点検出手段の終点検出用窓を有する研磨布に半導体基板を押し付けて研磨を行う半導体基板の研磨装置であって、終点検出用窓を介して半導体基板に向けて超音波を送波し、半導体基板で反射され終点検出用窓を介して戻ってきた反射波を受波し、その反射波強度に基づいて終点検出用窓に付着した汚れによる異常状態を検出する超音波式検出手段を設けている。この場合、例えば、研磨布は定盤に貼り付けられ、研磨布の終点検出用窓に対応して定盤に貫通穴が設けられている。 The second semiconductor substrate polishing apparatus of the present invention has an optical polishing end point detection means and polishes the semiconductor substrate by pressing the semiconductor substrate against a polishing cloth having an end point detection window of the polishing end point detection means. The apparatus transmits ultrasonic waves toward the semiconductor substrate through the end point detection window, receives the reflected waves reflected by the semiconductor substrate and returned through the end point detection window, and the reflected wave intensity. And an ultrasonic detection means for detecting an abnormal state due to dirt adhering to the end point detection window. In this case, for example, the polishing cloth is attached to the surface plate, and a through hole is provided in the surface plate corresponding to the end point detection window of the polishing cloth.
本発明の第1、第2の半導体基板の研磨装置において、終点検出用窓を洗浄するための洗浄手段を設けることが好ましい。この洗浄手段には、洗浄ノズルと洗浄ノズルに超音波を印加するための超音波発振手段とを有するスプレーノズル式メガソニック洗浄機構や、洗浄ノズルと洗浄ノズルに高圧スプレーを印加するための高圧ポンプ手段とを有する高圧スプレー洗浄機構、あるいは洗浄ノズルと洗浄ノズルの先端にスピンブラシ手段とを有するスピンブラシ洗浄機構を用いることができる。 In the first and second semiconductor substrate polishing apparatuses of the present invention, it is preferable to provide a cleaning means for cleaning the end point detection window. This cleaning means includes a spray nozzle type megasonic cleaning mechanism having a cleaning nozzle and an ultrasonic oscillation means for applying ultrasonic waves to the cleaning nozzle, and a high-pressure pump for applying high-pressure spray to the cleaning nozzle and the cleaning nozzle. Or a spin brush cleaning mechanism having a cleaning nozzle and a spin brush means at the tip of the cleaning nozzle.
本発明の半導体基板の研磨方法および研磨装置によれば、被加工材の半導体基板からの反射光強度または反射波強度に基づいて、終点検出用窓の汚れ状態を監視し異常状態を検出することによって、終点検出用窓の洗浄が必要な時期に到達したことまたは異常が生じたことを正確に判定することが可能になる。この結果、過度の洗浄回数を減らしメンテナンスコストを引き下げることができる。これに加えて、終点検出用窓に上記のような何らかの異常が生じた場合には、それを検知して、研磨装置の運転を停止させることもできる。このため、終点検出用窓が異常な状態での研磨が続けられることがなくなるので、ウェーハ(半導体基板)の歩留りを高めることができる。 According to the semiconductor substrate polishing method and polishing apparatus of the present invention, based on the reflected light intensity or reflected wave intensity of the workpiece from the semiconductor substrate, the dirt state of the end point detection window is monitored and the abnormal state is detected. Thus, it is possible to accurately determine that the time required to clean the end point detection window has been reached or that an abnormality has occurred. As a result, the number of times of excessive cleaning can be reduced and the maintenance cost can be reduced. In addition to this, when any abnormality as described above occurs in the end point detection window, it can be detected and the operation of the polishing apparatus can be stopped. For this reason, since the polishing in the abnormal state of the end point detection window is not continued, the yield of the wafer (semiconductor substrate) can be increased.
また、洗浄手段により、終点検出用窓に付着したスラリー砥粒や研磨生成物を取り除き常に一定の状態に保つことができるので、安定したEPD信号を得ることによりEPDトリガー検出ミスを無くし研磨不良ウェーハの発生を防止でき歩留りを高めることができる。また、終点検出用窓の洗浄をインラインで自動で行うため、メンテナンス作業を省略することによりCoO(cost of ownership)を削減することができる。また、終点検出用窓で発生するスラリー砥粒の凝集粒子を取り除くことにより被加工材の表面欠陥(スクラッチ)の発生を防止でき良品歩留りが向上する。 In addition, since the abrasive grains and polishing products adhering to the end point detection window can be removed and kept in a constant state by the cleaning means, the EPD trigger detection error is eliminated by obtaining a stable EPD signal, and the wafer is poorly polished. Can be prevented and yield can be increased. In addition, since the end point detection window is automatically cleaned in-line, CoO (cost of ownership) can be reduced by omitting maintenance work. Further, by removing the aggregated particles of the slurry abrasive grains generated in the end point detection window, generation of surface defects (scratches) of the workpiece can be prevented, and the yield of non-defective products is improved.
(第1の実施の形態)
図1に本発明に基づく光学式による研磨布EPD窓部の洗浄タイミング自動検知を行うCMP装置の概略構成を示す。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic configuration of a CMP apparatus that automatically detects the cleaning timing of the polishing cloth EPD window by an optical method according to the present invention.
図中、1はウェーハ(被加工材)、2はターンテーブル、3は研磨布、4はポリッシングヘッド、5は光学式EPD検出ユニット、6はEPD窓部、7は研磨剤供給ノズル、8は貫通穴、9はEPD窓部洗浄機構、10はデータ処理部、11は制御部、12は操作用端末を表す。 In the figure, 1 is a wafer (workpiece), 2 is a turntable, 3 is a polishing cloth, 4 is a polishing head, 5 is an optical EPD detection unit, 6 is an EPD window, 7 is an abrasive supply nozzle, and 8 is an abrasive supply nozzle. A through hole, 9 is an EPD window cleaning mechanism, 10 is a data processing unit, 11 is a control unit, and 12 is an operation terminal.
ポリッシングヘッド4及びEPD窓部洗浄機構9は、ターンテーブル2に対向してその上方に配置される。ターンテーブル2の上面には研磨布3が貼り付けられ、ポリッシングヘッド4の下面には被加工材であるウェーハ1が保持される。ターンテーブル2の下側には光学式検出システムが設置されている。この光学式検出システムは、光学式EPD検出ユニット5、データ処理部10、制御部11などから構成されている。
The polishing
上記のCMP装置ではターンテーブル2を回転させるとともに、研磨布3の上に研磨材(スラリー)供給ノズル7からスラリーを供給し、次いでポリッシングヘッド4を用いて、ウェーハ1を回転させながら研磨布3に対して押し付けることによって、ウェーハ1の表面が研磨され、従来の図9の場合と同様に光学式EPD検出ユニット5によって研磨終点の判断が行われる。
In the above CMP apparatus, the
本発明の原理について説明する。EPD窓部6の汚れの状態はウェーハ1の研磨時間及び研磨枚数の増加等による影響を受けて変化する。また、光学式EPD検出ユニット5から出射され貫通穴8、EPD窓部6を通りウェーハ1で反射されてもどってきたウェーハ1からの反射光の強度はこのEPD窓部6の汚れの状態に従って変動する。従って、ウェーハ1からの反射光強度の値に基づいてEPD窓部6の汚れの状態の変化を検知することができる。このように、ウェーハ1からの反射光強度に基づいて、EPD窓部6の汚れの状態を監視することによって、EPD窓部6の洗浄タイミング(または異常)を正確に検知することが可能になる。
The principle of the present invention will be described. The dirt state of the
そこで本実施形態では、ウェーハ1からの反射光強度の値(電圧値として検出可能)を測定し、測定した反射光強度が予め設定された基準値と比較して低下していて、その差が予め設定されている許容値を上回ったとき、研磨布EPD窓部6の洗浄が必要な時期に到達したかあるいは研磨布EPD窓部6に異常が生じたと判断して、装置を停止させ、ここではさらにEPD窓部洗浄機構9によりEPD窓部6の自動洗浄も行わせるようにしている。ここで、ウェーハ1からの反射光強度の値は、被加工材の光学式EPD検知のためのスペクトル検出を行うスペクトロメータ(光学式EPD検出ユニット5に含まれる)によって各波長ごとに測定することができる。ここでは、各波長の中から特定の波長を選択し、特定の波長における反射光強度を求め、データ処理部10へ送られる。
Therefore, in the present embodiment, the value of the reflected light intensity from the wafer 1 (detectable as a voltage value) is measured, and the measured reflected light intensity is reduced compared to a preset reference value, and the difference is When it exceeds the preset allowable value, it is determined that the time required to clean the polishing
上記のCMP装置では、ウェーハ1からの反射光強度の値は、光学式EPD検出ユニット5で測定され、データ処理部10へ送られる。データ処理部10は、送られた反射光強度を、予め設定された基準値と比較して、EPD窓部6の異常の有無について判定する。何らかの異常が発生したと判定された場合には、制御部11へ異常検知信号を送る。制御部11は、異常検知信号を受け取ると、所定のシーケンスに従って、研磨装置の運転を停止させる。これと同時に、操作用端末12に信号を送って、表示装置に所定の警告画面を表示させる。更にEPD窓部6の洗浄を行わせる信号をEPD窓部洗浄機構9に送り実行させることもできる。
In the above CMP apparatus, the value of the reflected light intensity from the
次に、本発明に基づく光学式による研磨布EPD窓部の洗浄タイミング自動検知を行う平面研磨装置における監視システムの構成について説明する。図2に、監視システムの制御ブロック図を示す。 Next, the configuration of the monitoring system in the flat polishing apparatus that automatically detects the cleaning timing of the polishing cloth EPD window by the optical method according to the present invention will be described. FIG. 2 shows a control block diagram of the monitoring system.
(a)先ず、オペレータは、操作用端末12に加工条件(加工圧力、回転数、加工枚数等)を入力するとともに、データ処理部10に、EPD窓部洗浄を行うための判定に使用されるデータ(後述の基準値、許容値等)についての指示を入力する。
(A) First, the operator inputs processing conditions (processing pressure, number of rotations, number of processing, etc.) to the
(b)制御部11は、研磨装置に指令を出し、ウェーハの自動連続加工を開始させる。
(B) The
(c)光学式EPD検出ユニット5は、各ウェーハの加工中にウェーハからの反射光を測定し、スペクトロメータにより反射光強度に変換を行った後、データ処理部10へ送る。なお、反射光のサンプリング周期は、例えば0.5sec程度である。
(C) The optical
(d)データ処理部10は、算出された反射光強度を先に(a)において設定された基準値と比較し、反射光強度が基準値よりも低下していて、その差が予め設定されている許容値を上回ったとき、EPD窓部6に異常が生じている(EPD窓部6の洗浄が必要な時期に到達していることも含む)と判定する。これ以外の場合は異常が無いと判定する。その結果、EPD窓部6に異常が生じたとの判定がなされたときには、制御部11に異常検知信号を送る。
(D) The
(e)制御部11は、異常検知信号を受け取ると、所定のシーケンスに従って、研磨装置の運転を停止させる指令を、関係する各駆動装置に向けて送る。これと同時に、操作用端末12に信号を送って、その表示装置に「研磨布EPD窓部洗浄要もしくはEPD窓部異常」との警告を表示させる。加えて、次に研磨布EPD窓部6の洗浄を行わせる信号を、研磨装置のEPD窓部洗浄機構9に送り、動作させることもできる。
(E) When the
なお、上記の監視システムにおいて反射光強度の基準値を設定する方法としては、例えば次の様な方法を採用することができる。予めスラリーの種類やウェーハの種類、膜厚ごとに採取しておいた反射光強度を、データベース化してデータ処理部10に記憶させておき、実際のウェーハを研磨する際に、設定されたウェーハの種類、膜厚の組み合わせから、上記の反射光強度を読み出し、その値を基準値として設定する。
As a method for setting the reference value of the reflected light intensity in the above monitoring system, for example, the following method can be employed. The reflected light intensity collected in advance for each type of slurry, wafer type, and film thickness is stored in the
(第2の実施の形態)
図3に本発明に基づく超音波式による研磨布EPD窓部の洗浄タイミング自動検知を行うCMP装置の概略構成を示す。
(Second Embodiment)
FIG. 3 shows a schematic configuration of a CMP apparatus that performs automatic detection of the cleaning timing of the polishing cloth EPD window by the ultrasonic method according to the present invention.
図中、1はウェーハ(被加工材)、2はターンテーブル、3は研磨布、4はポリッシングヘッド、5は光学式EPD検出ユニット、6はEPD窓部、7は研磨剤供給ノズル、8は貫通穴、9はEPD窓部洗浄機構、10はデータ処理部、11は制御部、12は操作用端末、20は超音波測定器を表す。 In the figure, 1 is a wafer (workpiece), 2 is a turntable, 3 is a polishing cloth, 4 is a polishing head, 5 is an optical EPD detection unit, 6 is an EPD window, 7 is an abrasive supply nozzle, and 8 is an abrasive supply nozzle. A through hole, 9 is an EPD window cleaning mechanism, 10 is a data processing unit, 11 is a control unit, 12 is an operation terminal, and 20 is an ultrasonic measuring instrument.
ポリッシングヘッド4及びEPD窓部洗浄機構9は、ターンテーブル2に対向してその上方に配置される。ターンテーブル2の上面には研磨布3が貼り付けられ、ポリッシングヘッド4の下面には被加工材であるウェーハ1が保持される。ターンテーブル2の下側には光学式EPD検出ユニット5と超音波ユニットが設置されている。この超音波ユニットは、超音波の送波機能と受波機能をもつ超音波測定器20、データ処理部10、制御部11などから構成されている。
The polishing
上記のCMP装置ではターンテーブル2を回転させるとともに、研磨布3の上に研磨材(スラリー)供給ノズル7からスラリーを供給し、次いでポリッシングヘッド4を用いて、ウェーハ1を回転させながら研磨布3に対して押し付けることによって、ウェーハ1の表面が研磨され、従来の図9の場合と同様に光学式EPD検出ユニット5によって研磨終点の判断が行われる。
In the above CMP apparatus, the
本発明の原理について説明する。EPD窓部6の汚れの状態はウェーハ1の研磨時間及び研磨枚数の増加等による影響を受けて変化する。また、超音波測定器20から出射された超音波が貫通穴8、EPD窓部6を通りウェーハ1で反射されてもどってきたウェーハ1からの反射波強度はこのEPD窓部6の汚れの状態に従って変動する。従って、ウェーハ1からの反射波強度の値に基づいてEPD窓部6の汚れの状態の変化を検知することができる。このように、ウェーハ1からの反射波強度に基づいて、EPD窓部6の汚れの状態を監視することによって、EPD窓部6の洗浄タイミング(または異常)を正確に検知することが可能になる。
The principle of the present invention will be described. The dirt state of the
そこで本実施形態では、ウェーハ1からの反射波強度の値(電圧値として検出可能)を測定し、測定した反射波強度が予め設定された基準値と比較して低下していて、その差が予め設定されている許容値を上回ったとき、研磨布EPD窓部6の洗浄が必要な時期に到達したかあるいは研磨布EPD窓部6に異常が生じたと判断して、装置を停止させ、ここではさらにEPD窓部洗浄機構9によりEPD窓部6の自動洗浄も行わせるようにしている。
Therefore, in this embodiment, the value of the reflected wave intensity from the wafer 1 (which can be detected as a voltage value) is measured, and the measured reflected wave intensity is lower than a preset reference value, and the difference is When it exceeds the preset allowable value, it is determined that the time required to clean the polishing
上記のCMP装置では、ウェーハ1の反射波強度の値は、超音波測定器20で測定され、データ処理部10へ送られる。データ処理部10は、送られた反射波強度を、予め設定された基準値と比較して、EPD窓部6の異常の有無について判定する。何らかの異常が発生したと判定された場合には、制御部11へ異常検知信号を送る。制御部11は、異常検知信号を受け取ると、所定のシーケンスに従って、研磨装置の運転を停止させる。これと同時に、操作用端末12に信号を送って、表示装置に所定の警告画面を表示させる。更にEPD窓部6の洗浄を行わせる信号をEPD窓部洗浄機構9に送り実行させることもできる。
In the above CMP apparatus, the value of the reflected wave intensity of the
次に、本発明に基づく超音波式による研磨布EPD窓部の洗浄タイミング自動検知を行う平面研磨装置における監視システムの構成について説明する。図4に、監視システムの制御ブロック図を示す。 Next, the configuration of the monitoring system in the planar polishing apparatus that automatically detects the cleaning timing of the polishing cloth EPD window by the ultrasonic method according to the present invention will be described. FIG. 4 shows a control block diagram of the monitoring system.
(a)先ず、オペレータは、操作用端末12に加工条件(加工圧力、回転数、加工枚数等)を入力するとともに、データ処理部10に、EPD窓部洗浄を行うための判定に使用されるデータ(後述の基準値、許容値等)についての指示を入力する。
(A) First, the operator inputs processing conditions (processing pressure, number of rotations, number of processing, etc.) to the
(b)制御部11は、研磨装置に指令を出し、ウェーハの自動連続加工を開始させる。
(B) The
(c)超音波測定器20は、各ウェーハの加工中にウェーハからの反射波強度を測定し、データ処理部10へ送る。なお、反射波のサンプリング周期は、例えば0.5sec程度である。
(C) The
(d)データ処理部10は、算出された反射波強度を先に(a)において設定された基準値と比較し、反射波強度が基準値よりも低下していて、その差が予め設定されている許容値を上回ったとき、EPD窓部6に異常が生じている(EPD窓部6の洗浄が必要な時期に到達していることも含む)と判定する。これ以外の場合は異常が無いと判定する。その結果、EPD窓部6に異常が生じたとの判定がなされたときには、制御部11に異常検知信号を送る。
(D) The
(e)制御部11は、異常検知信号を受け取ると、所定のシーケンスに従って、研磨装置の運転を停止させる指令を、関係する各駆動装置に向けて送る。これと同時に、操作用端末12に信号を送って、その表示装置に「研磨布EPD窓部洗浄要もしくはEPD窓部異常」との警告を表示させる。加えて、次に研磨布EPD窓部6の洗浄を行わせる信号を、研磨装置のEPD窓部洗浄機構9に送り、動作させることもできる。
(E) When the
なお、上記の監視システムにおいて反射波強度の基準値を設定する方法としては、例えば次の様な方法を採用することができる。予めスラリーの種類やウェーハの種類、膜厚ごとに採取しておいた反射波強度を、データベース化してデータ処理装置10に記憶させておき、実際のウェーハを研磨する際に、設定されたウェーハの種類、膜厚の組み合わせから、上記の反射波強度を読み出し、その値を基準値として設定する。
As a method for setting the reference value of the reflected wave intensity in the above monitoring system, for example, the following method can be adopted. The reflected wave intensity collected for each type of slurry, wafer type, and film thickness is stored in the
以上のように、第1の実施の形態によれば光学式EPD検出ユニット5によるウェーハからの反射光強度に基づいて、また第2の実施の形態によれば超音波測定器20によるウェーハからの反射波強度に基づいて、それぞれ研磨布EPD窓部6の汚れの状態を判断することによって、研磨布EPD窓部6の洗浄タイミングまたは異常の発生を正確に判定することが可能になる。この結果、過度の洗浄回数を減らしメンテナンスコストを引き下げることができる。これに加えて、研磨布EPD窓部6に何らかの異常が生じた場合には、それを検知して、研磨装置の運転を停止させることもできる。このため、研磨布EPD窓部6が異常な状態での研磨が続けられることがなくなるので、ウェーハの歩留りを高めることができる。
As described above, according to the first embodiment, based on the reflected light intensity from the wafer by the optical
また、EPD窓部洗浄機構9を設けることにより、研磨布EPD窓部6に付着したスラリー砥粒や研磨生成物を取り除き、研磨布EPD窓部6を常に一定の状態に保つことができるので、安定したEPD信号を得ることによりEPDトリガー検出ミスを無くし研磨不良ウェーハの発生を防止でき歩留りを高めることができる。また、研磨布EPD窓部6の洗浄をインラインで自動で行うため、メンテナンス作業を省略することによりCoO(cost of ownership)を削減することができる。また、EPD窓部6で発生するスラリー砥粒の凝集粒子を取り除くことにより被加工材の表面欠陥(スクラッチ)の発生を防止でき良品歩留りが向上する。
Further, by providing the EPD
なお、第1、第2の実施の形態において、制御部11が、データ処理部10から異常検知信号を受け取ったときに、研磨装置による研磨動作を停止させることなく、EPD窓部洗浄機構9を動作させることにより、研磨を行いながらEPD窓部6の洗浄を行うようにしてもよい。
In the first and second embodiments, when the
以下に、上記の第1、第2の実施の形態で用いられるEPD窓部洗浄機構9の例を説明する。
Hereinafter, an example of the EPD
図5に研磨布EPD窓部洗浄機構9の例1を示す。図中、13は超音波振動子、14は発振器、15はDIW(洗浄液)ラインである。この研磨布EPD窓部6の洗浄を行うタイミングとしては、第1、第2の実施の形態で説明した研磨布EPD窓部の洗浄タイミング自動検知による方法を用いればよい。あるいは、例えば被加工材のロット毎に行うこともできる。あるいは、例えば被加工材毎に行うこともできる。平面研磨装置がウェーハ加工を行っていない待機状態を利用して、ターンテーブル2を回転させる。研磨布EPD窓部6がEPD窓部洗浄機構9の洗浄可能領域にきた位置でターンテーブル2の回転を停止させる。このターンテーブル停止位置はEPD窓部洗浄位置である。EPD窓部洗浄位置においてEPD窓部洗浄を行うことにより、EPD窓部に付着したスラリー砥粒や研磨生成物を取り除く。
FIG. 5 shows Example 1 of the polishing pad EPD
なお、図5の例では、スプレーノズル式メガソニック洗浄方法を用いて研磨布EPD窓部6の洗浄を行うものであるが、図6の例のように、高圧ポンプ17を備え、ノズル16から高圧の水を吹き付ける高圧スプレー洗浄方法を用いて研磨布EPD窓部6の洗浄を行っても良い。また、図7の例のように、ブラシ18とそれを回転させるモーター19を備えたスピンブラシ洗浄方法を用いて研磨布EPD窓部6の洗浄を行っても良い。
In the example of FIG. 5, the polishing
図5のスプレーノズル式メガソニック洗浄機構、図6の高圧スプレー洗浄機構、図7のスピンブラシ洗浄機構では、スピンブラシ洗浄機構<高圧スプレー洗浄機構<スプレーノズル式メガソニック洗浄機構の順にコスト高となるが、コスト高の順に洗浄能力が優れている。またコストが低い順に研磨布EPD窓部6の材質であるPETを洗浄により痛めてしまう可能性は高くなる。
In the spray nozzle type megasonic cleaning mechanism of FIG. 5, the high pressure spray cleaning mechanism of FIG. 6, and the spin brush cleaning mechanism of FIG. 7, the cost increases in the order of spin brush cleaning mechanism <high pressure spray cleaning mechanism <spray nozzle type megasonic cleaning mechanism. However, the cleaning ability is excellent in the order of cost. In addition, there is a higher possibility that the PET, which is the material of the polishing pad
本発明にかかる半導体基板の研磨方法及び研磨装置は、研磨布EPD窓部の洗浄が必要な時期に到達したこと及び研磨布EPD窓部に異常が生じたことを正確に判断することができ、例えばシリコン半導体基板製造に際して行う化学機械研磨(CMP)等の平坦化工程等において有用である。 The method and apparatus for polishing a semiconductor substrate according to the present invention can accurately determine that the time required to clean the polishing cloth EPD window has been reached and that an abnormality has occurred in the polishing cloth EPD window, For example, it is useful in a planarization process such as chemical mechanical polishing (CMP) performed when manufacturing a silicon semiconductor substrate.
1 ウェーハ
2 ターンテーブル
3 研磨布
4 ポリッシングヘッド
5 光学式EPD検出ユニット
6 EPD窓部
7 研磨剤供給ノズル
8 貫通穴
9 EPD窓部洗浄機構
10 データ処理部
11 制御部
12 操作用端末
13 超音波振動子
14 発振器
15 DIW(洗浄液)ライン
16 ノズル
17 高圧ポンプ
18 ブラシ
19 モーター
20 超音波測定器
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記研磨終点検出手段の終点検出用窓を有する研磨布に半導体基板を押し付けて研磨を行う研磨工程と、
前記終点検出用窓に付着した汚れによる異常状態を検出する検出工程とを有することを特徴とする半導体基板の研磨方法。 A method for polishing a semiconductor substrate using an optical polishing end point detection means,
A polishing step of polishing by pressing a semiconductor substrate against a polishing cloth having an end point detection window of the polishing end point detection means;
And a detection step of detecting an abnormal state due to dirt adhering to the end point detection window.
前記研磨終点検出手段は、前記研磨終点検出手段で検出される前記半導体基板からの反射光強度に基づいて前記終点検出用窓に付着した汚れによる異常状態も検出するようにしたことを特徴とする半導体基板の研磨装置。 A polishing apparatus for a semiconductor substrate, comprising an optical polishing end point detection means, and polishing the semiconductor substrate by pressing the semiconductor substrate against a polishing cloth having an end point detection window of the polishing end point detection means,
The polishing end point detection means detects an abnormal state due to dirt adhering to the end point detection window based on the reflected light intensity from the semiconductor substrate detected by the polishing end point detection means. Semiconductor substrate polishing equipment.
前記終点検出用窓を介して前記半導体基板に向けて超音波を送波し、前記半導体基板で反射され前記終点検出用窓を介して戻ってきた反射波を受波し、その反射波強度に基づいて前記終点検出用窓に付着した汚れによる異常状態を検出する超音波式検出手段を設けたことを特徴とする半導体基板の研磨装置。 A polishing apparatus for a semiconductor substrate, comprising an optical polishing end point detection means, and polishing the semiconductor substrate by pressing the semiconductor substrate against a polishing cloth having an end point detection window of the polishing end point detection means,
An ultrasonic wave is transmitted toward the semiconductor substrate through the end point detection window, and a reflected wave reflected by the semiconductor substrate and returned through the end point detection window is received, and the reflected wave intensity is increased. An apparatus for polishing a semiconductor substrate, comprising: ultrasonic detection means for detecting an abnormal state due to dirt adhering to the end point detection window.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003287386A JP2005057100A (en) | 2003-08-06 | 2003-08-06 | Polishing method and device of semiconductor substrate |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003287386A JP2005057100A (en) | 2003-08-06 | 2003-08-06 | Polishing method and device of semiconductor substrate |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005057100A true JP2005057100A (en) | 2005-03-03 |
Family
ID=34366377
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003287386A Withdrawn JP2005057100A (en) | 2003-08-06 | 2003-08-06 | Polishing method and device of semiconductor substrate |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005057100A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009196000A (en) * | 2008-02-19 | 2009-09-03 | Nikon Corp | Polishing device |
JP2013107203A (en) * | 2013-03-11 | 2013-06-06 | Nikon Corp | Polishing device |
WO2020137653A1 (en) * | 2018-12-26 | 2020-07-02 | 株式会社荏原製作所 | Method for cleaning optical film thickness measurement system |
JP2021136288A (en) * | 2020-02-26 | 2021-09-13 | 富士紡ホールディングス株式会社 | Polishing pad and manufacturing method of polishing pad |
-
2003
- 2003-08-06 JP JP2003287386A patent/JP2005057100A/en not_active Withdrawn
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009196000A (en) * | 2008-02-19 | 2009-09-03 | Nikon Corp | Polishing device |
JP2013107203A (en) * | 2013-03-11 | 2013-06-06 | Nikon Corp | Polishing device |
WO2020137653A1 (en) * | 2018-12-26 | 2020-07-02 | 株式会社荏原製作所 | Method for cleaning optical film thickness measurement system |
JP2020104191A (en) * | 2018-12-26 | 2020-07-09 | 株式会社荏原製作所 | Cleaning method of optical film thickness measurement system |
JP7316785B2 (en) | 2018-12-26 | 2023-07-28 | 株式会社荏原製作所 | How to clean the optical film thickness measurement system |
US11919048B2 (en) | 2018-12-26 | 2024-03-05 | Ebara Corporation | Method of cleaning an optical film-thickness measuring system |
JP2021136288A (en) * | 2020-02-26 | 2021-09-13 | 富士紡ホールディングス株式会社 | Polishing pad and manufacturing method of polishing pad |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5583137B2 (en) | Using optical metrology for feedback and feedforward process control | |
KR100334203B1 (en) | Forming a transparent window in a polishing pad for a chemical mechanical polishing apparatus | |
US5667424A (en) | New chemical mechanical planarization (CMP) end point detection apparatus | |
US7354332B2 (en) | Technique for process-qualifying a semiconductor manufacturing tool using metrology data | |
US6334807B1 (en) | Chemical mechanical polishing in-situ end point system | |
US8556679B2 (en) | Substrate polishing metrology using interference signals | |
US7070479B2 (en) | Arrangement and method for conditioning a polishing pad | |
US6301006B1 (en) | Endpoint detector and method for measuring a change in wafer thickness | |
CN102956521B (en) | The apparatus and method of real time error detection in processing at CMP | |
US6976902B2 (en) | Chemical mechanical polishing apparatus | |
KR20000070934A (en) | Method and apparatus for cleaning workpiece surface and monitoring probes during workpiece processing | |
JP2001223190A (en) | Method and device for evaluating surface state of polishing pad, and method and device for manufacturing thin-film device | |
TW201809593A (en) | Method for measuring the thickness of flat workpieces | |
US10875143B2 (en) | Apparatus and methods for chemical mechanical polishing | |
JPH10335288A (en) | Substrate-polishing apparatus and polishing final point detection method | |
JP2005057100A (en) | Polishing method and device of semiconductor substrate | |
US11279001B2 (en) | Method and apparatus for monitoring chemical mechanical polishing process | |
CN112355886A (en) | Chemical mechanical polishing machine, method and defect detection method | |
JP2023101596A (en) | Method for cleaning optical surface monitoring device | |
CN102554757A (en) | Chemical mechanical grinding device | |
JP2005223149A (en) | Wiping/cleaning unit, unit and method for inspecting smudge | |
JP2003142442A (en) | Semiconductor substrate polishing apparatus | |
JP2005340718A (en) | Polishing pad and chemical mechanical polishing device | |
JPH10321567A (en) | Method and device for polishing | |
WO2001063201A2 (en) | Optical endpoint detection system for chemical mechanical polishing |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060412 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20060424 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20070806 |