JP2005311063A - Cmp device - Google Patents

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照夫 南
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a CMP (chemical mechanical polishing) device which polishes, based on the detection of a conditional changes during polishing work, by catching the changes in the abrasive which occurs during the polishing work. <P>SOLUTION: The CMP device (polishing unit 1 or the like) applies polishing work on a wafer 5 through the abrasive supplied between a polishing pad 3 and the wafer 5, by turning relatively the polishing pad 3 and the wafer 5. The device is constituted so as to have an abrasive supplier 11 for supplying the abrasive employed for the polishing work, a viscosity detector 14 for measuring the viscosity and the amount of shearing of the abrasive supplied by the abrasive supplier 11, and a condition-monitoring unit 16 for detecting the conditional changes of the abrasive during the polishing work, from the detected viscosity and amount of shearing. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ウェハ製造装置におけるデバイスの超精密加工に関し、特に詳細には研磨剤を使用した化学機械研磨における研磨剤の状態変化を検出してこの状態変化に基づいて研磨を行うCMP装置に関する。   The present invention relates to ultra-precision processing of devices in a wafer manufacturing apparatus, and more particularly to a CMP apparatus that detects a change in the state of an abrasive in chemical mechanical polishing using an abrasive and performs polishing based on the change in the state.

研磨装置は、ガラスや石英基板あるいは半導体ウェハ等の被研磨部材の表面を研磨加工するために用いられており、例えば、半導体ウェハにおける層間絶縁膜上の金属膜を化学機械研磨法(CMP法)で精密に研磨加工する研磨装置(「CMP装置」と称される)が知られている。このCMP装置で被研磨部材の表面を研磨するには、研磨パッドを被研磨部材の表面に密接させ、研磨パッドと被研磨部材の表面との間に研磨剤を供給して、研磨パッドと被研磨部材とを回転させて行われる。このため、被研磨部材の研磨加工精度には、研磨中の研磨剤の状態を捉えてそれを研磨作業に反映する必要があるが、上述の通り、CMP装置の加工原理及び構造により研磨中の研磨剤の状態を捉えたり観察したりすることは非常に困難である。   The polishing apparatus is used for polishing the surface of a member to be polished such as a glass, a quartz substrate, or a semiconductor wafer. For example, a chemical mechanical polishing method (CMP method) for a metal film on an interlayer insulating film in a semiconductor wafer is used. A polishing apparatus (referred to as a “CMP apparatus”) that precisely performs polishing is known. In order to polish the surface of the member to be polished by this CMP apparatus, the polishing pad is brought into close contact with the surface of the member to be polished, and an abrasive is supplied between the polishing pad and the surface of the member to be polished to This is performed by rotating the polishing member. For this reason, the polishing accuracy of the member to be polished needs to capture the state of the polishing agent being polished and reflect it in the polishing operation. However, as described above, depending on the processing principle and structure of the CMP apparatus, It is very difficult to capture and observe the state of the abrasive.

このため、従来のCMP装置では、位置検出器及び終点検出器で研磨中の半導体ウェハの状態を観察して加工制御にフィードバックする方法や、被研磨部材の研磨加工の結果を基に、目標値との比較評価を行い、次回の研磨時の加工条件として研磨剤や研磨パッド仕様の見直し、加圧、回転数、稼働時間、回転方向、揺動等の加工条件の見直しを図ることが一般的であった。あるいは、研磨作業に用いられる前の研磨剤の化学的・物理的状態を観測して、研磨剤の状態を制御することにより、この研磨剤を用いてCMP装置における加工精度を向上させる方法も知られている(例えば、特許文献1参照)。   For this reason, in the conventional CMP apparatus, the target value is determined based on the method of observing the state of the semiconductor wafer being polished by the position detector and the end point detector and feeding back to the processing control, or the result of polishing of the member to be polished. It is common to review the polishing conditions and polishing pad specifications as the processing conditions for the next polishing, and review the processing conditions such as pressurization, number of rotations, operating time, rotation direction, and oscillation. Met. Also known is a method for improving the processing accuracy in a CMP apparatus using this abrasive by observing the chemical and physical state of the abrasive before being used in the polishing operation and controlling the state of the abrasive. (For example, refer to Patent Document 1).

特開2000−308957号公報JP 2000-308957 A

しかしながら、研磨加工中の研磨剤の状態変化を直接捉えられないことを補う技術が無く、化学機械研磨精度の確立が困難であるという課題があった。例えば、研磨加工時の研磨剤粒子変化において、粒子の化学及び物性変化特性を検出する方法が開発されていなかったため、スティックスリップ動作(研磨剤を活用した化学機械研磨が行われているが、瞬時、研磨対象となる半導体ウェハと研磨パッドにおいては、研磨剤を介さず直接面が接触し、研磨する状態が繰り返される動作)を含む、研磨加工部の研磨動作把握が困難であり、研磨加工精度の向上に支障を与えていた。   However, there has been a problem that it is difficult to establish chemical mechanical polishing accuracy because there is no technique to compensate for the inability to directly capture the change in state of the abrasive during polishing. For example, since no method has been developed to detect particle chemistry and physical property change characteristics in abrasive particle changes during polishing, stick-slip operation (chemical mechanical polishing using abrasives is performed, but instantaneously In the semiconductor wafer and polishing pad to be polished, it is difficult to grasp the polishing operation of the polishing processing part, including the operation in which the surface directly contacts without passing through the abrasive and the polishing state is repeated) It was hindering improvement.

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、研磨加工中の状態変化を、研磨加工時に発生する研磨剤の変化を捉えて検出することに基づいて研磨を行うCMP装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a problem, and provides a CMP apparatus that performs polishing based on detecting a change in state during polishing processing by detecting a change in abrasive generated during polishing processing. For the purpose.

前記課題を解決するために、第1の本発明に係るCMP装置(例えば、実施形態における研磨部1)は、研磨パッドと被研磨部材(例えば、実施形態におけるウェハ5)とを回転させて、研磨パッドと被研磨部材との間に供給された研磨剤により被研磨部材を研磨加工するものであり、研磨加工に用いられた研磨剤を供給する研磨剤供給手段(例えば、実施形態における研磨剤供給器11)と、研磨剤供給手段により供給された研磨剤の粘性及びずり量を計測する検出手段(例えば、実施形態における粘度検出器14)と、検出された粘性及びずり量から研磨加工中の状態変化を検出する状態変化検出手段(例えば、実施形態における状態監視ユニット16)とを有して構成される。   In order to solve the above problems, a CMP apparatus according to the first aspect of the present invention (for example, the polishing unit 1 in the embodiment) rotates a polishing pad and a member to be polished (for example, the wafer 5 in the embodiment), Abrasive supplying means for polishing a member to be polished with an abrasive supplied between a polishing pad and a member to be polished, and supplying an abrasive used for polishing (for example, the abrasive in the embodiment) A supply unit 11), a detection unit (for example, a viscosity detector 14 in the embodiment) for measuring the viscosity and shear amount of the abrasive supplied by the abrasive supply unit, and polishing processing from the detected viscosity and shear amount And a state change detecting means (for example, the state monitoring unit 16 in the embodiment) for detecting the state change.

また、第2の本発明に係るCMP装置は、研磨パッドと被研磨部材とを回転させて、研磨パッドと被研磨部材との間に供給された研磨剤により被研磨部材を研磨加工するものであり、研磨加工に用いられた研磨剤を供給する研磨剤供給手段と、研磨剤供給手段により供給された研磨剤の粘性及びずり量を計測する検出手段と、検出された粘性及びずり量から研磨剤の特性変化、若しくは、研磨剤の状態変化を検出することにより研磨加工中の状態変化を検出する状態変化検出手段とを有して構成される。   The CMP apparatus according to the second aspect of the present invention rotates the polishing pad and the member to be polished, and polishes the member to be polished with the abrasive supplied between the polishing pad and the member to be polished. Abrasive supply means for supplying the abrasive used for polishing, a detection means for measuring the viscosity and shear amount of the abrasive supplied by the abrasive supply means, and polishing from the detected viscosity and shear amount And a state change detecting means for detecting a change in state during polishing by detecting a change in the characteristics of the agent or a change in the state of the abrasive.

なお、第1及び第2の本発明に係るCMP装置において、検出手段が、研磨剤の粘性指度値、ずり速度、粘性、ずり応力及び回転数を検出するように構成することが好ましい。   In the CMP apparatuses according to the first and second aspects of the present invention, it is preferable that the detection means is configured to detect the viscosity index value, shear rate, viscosity, shear stress, and rotational speed of the abrasive.

このようなCMP装置は、研磨剤を配合して供給する研磨剤配合供給装置を有し、状態検出手段が、検出した状態変化に基づいて研磨剤の配合の最適化を行い、最適化した配合の研磨剤を研磨剤配合供給装置により供給するように構成されることが好ましい。   Such a CMP apparatus has an abrasive compounding and supplying apparatus that mixes and supplies an abrasive, and the state detection means optimizes the compounding of the abrasive based on the detected state change, and the optimized compounding It is preferable that the abrasive is supplied by an abrasive compounding / supplying device.

また、このようなCMP装置は、研磨パッドを回転、加圧及び揺動させる駆動装置(例えば、実施形態における研磨ヘッド駆動制御装置20)を有し、状態変化検出手段が、検出した状態変化に基づいて駆動装置により研磨パッドの回転、加圧及び揺動を制御するように構成されることが好ましい。そして、この駆動装置を、研磨パッドを回転させる駆動部(例えば、実施形態におけるサーボモータ21)と、この駆動部を制御する駆動制御部と、研磨パッドの被研磨部材に対する圧力を変化させる加圧機構部と、研磨パッドを揺動させる揺動機構部と、駆動部に対する位置指令に基づいて駆動制御部に速度指令を出す駆動指令部(例えば、実施形態におけるサーボ制御ユニット23)とから構成し、状態変化検出手段が、状態変化に基づいて駆動指令部に位置指令、圧力指令及び揺動指令を出力するとともに、駆動制御部に速度指令を出力して研磨パッドの回転、加圧及び揺動を制御するように構成されることが好ましい。   In addition, such a CMP apparatus has a drive device (for example, the polishing head drive control device 20 in the embodiment) that rotates, pressurizes, and swings the polishing pad, and the state change detection means detects the state change detected. Based on this, it is preferable that the driving device controls the rotation, pressurization and swinging of the polishing pad. And this drive device is a drive part (for example, servomotor 21 in the embodiment) for rotating the polishing pad, a drive control part for controlling this drive part, and a pressure for changing the pressure of the polishing pad against the member to be polished. A mechanism unit, a swing mechanism unit that swings the polishing pad, and a drive command unit (for example, servo control unit 23 in the embodiment) that issues a speed command to the drive control unit based on a position command to the drive unit. The state change detecting means outputs a position command, pressure command and swing command to the drive command unit based on the status change, and outputs a speed command to the drive control unit to rotate, pressurize and swing the polishing pad. Is preferably configured to control.

また、このようなCMP装置は、状態変換検出手段が、研磨剤のずり量の初期ずれ量を求め、この初期ずれ量により状態変化の開始を確認し、その後のずり速度及びずり応力より研磨条件を任意に設定開始させるように構成されることが好ましい。   Further, in such a CMP apparatus, the state conversion detecting means obtains the initial deviation amount of the abrasive amount of the polishing agent, confirms the start of the state change based on the initial deviation amount, and then determines the polishing condition from the subsequent shear rate and shear stress. It is preferable to be configured to arbitrarily start setting.

また、状態変化検出手段が、粘性、ずり速度及びずり応力より粘性の微小変化値を求めるとともに、粘性からせん断応力を求めて研磨剤の状態変化を確認し、及び、粘性から研磨剤の濃度を求めて、研磨剤配合供給装置に研磨剤の配合指令を出力するとともに、駆動装置に位置指令、速度指令、圧力指令及び揺動指令を出力するように構成されることが好ましい。   In addition, the state change detection means obtains a minute change value of the viscosity from the viscosity, shear rate and shear stress, obtains a shear stress from the viscosity, confirms the state change of the abrasive, and determines the concentration of the abrasive from the viscosity. Accordingly, it is preferable that an abrasive blending command is output to the abrasive blending supply device, and a position command, a speed command, a pressure command, and a swing command are output to the driving device.

また、状態変化検出手段が、ずり応力及びずり速度からギャップソン流動方程式による研磨剤の降状値を求め、研磨剤の粒子構造破壊を監視し、研磨剤配合供給装置に研磨剤の流量制御指令を出力するとともに、駆動装置に位置指令、速度指令、圧力指令及び揺動指令を出力するように構成されることが好ましい。   In addition, the state change detection means obtains the yield value of the abrasive according to the Gapson flow equation from the shear stress and shear rate, monitors the particle structure destruction of the abrasive, and sends the abrasive flow control command to the abrasive compounding supply device. And a position command, a speed command, a pressure command, and a swing command are preferably output to the drive device.

また、状態変化検出手段が、粘性及びずり量から研磨剤のヒステリシスを求め、研磨剤の粒子構造破壊を確認するとともに、研磨剤配合供給装置に研磨剤選択指令を出力するように構成されることが好ましい。   In addition, the state change detection means is configured to obtain the hysteresis of the abrasive from the viscosity and the amount of shear, to confirm the particle structure destruction of the abrasive, and to output an abrasive selection command to the abrasive compounding and supplying apparatus. Is preferred.

さらに、このようなCMP装置は、研磨加工に供給される直前の研磨剤の温度を検出する温度検出手段(例えば、実施形態における液温度検出点9)を有し、研磨剤配合供給装置が、供給する研磨剤の温度を調整する温度調整手段(例えば、実施形態における冷熱制御機構8)を有し、状態変化検出手段が、粘性から加工中の研磨剤の温度を求め、温度検出手段で検出した温度と加工中の温度とから研磨剤配合供給装置に温度指令を出力して、温度調整手段により加工中の研磨剤の温度を所定の値に制御するように構成されることが好ましい。   Further, such a CMP apparatus has temperature detection means (for example, a liquid temperature detection point 9 in the embodiment) for detecting the temperature of the abrasive immediately before being supplied to the polishing process, It has a temperature adjusting means (for example, the cooling control mechanism 8 in the embodiment) for adjusting the temperature of the abrasive to be supplied, and the state change detecting means obtains the temperature of the abrasive being processed from the viscosity, and is detected by the temperature detecting means. It is preferable that a temperature command is output to the abrasive compounding / supplying device from the measured temperature and the temperature during processing, and the temperature of the polishing agent being processed is controlled to a predetermined value by the temperature adjusting means.

このとき、研磨剤配合供給装置が、研磨剤を配合する配合手段(例えば、実施形態における研磨剤配合ユニット44)と、研磨剤の供給を制御する供給制御手段(例えば、実施形態における緊急投入切り換え器49)とを有し、状態変化検出手段が、温度検出手段で検出した温度、配合手段にある研磨剤の温度及び供給制御手段にある研磨剤の温度により温度指令を出力するように構成されることが好ましい。   At this time, the abrasive compounding / supplying apparatus includes a compounding unit for compounding the abrasive (for example, the abrasive compounding unit 44 in the embodiment) and a supply control unit for controlling the supply of the abrasive (for example, the emergency input switching in the embodiment). 49), and the state change detecting means is configured to output a temperature command based on the temperature detected by the temperature detecting means, the temperature of the abrasive in the blending means, and the temperature of the abrasive in the supply control means. It is preferable.

本発明に係るCMP装置を以上のように構成すると、研磨剤供給手段により供給された研磨加工に用いられた研磨剤の粘性及びずり量、特に、粘性指度値、ずり速度、粘性、ずり応力及び回転数を検出することにより、従来の装置においては開発が困難であった研磨剤の特性変化若しくは研磨剤の状態変化を検出することにより研磨加工中の状態変化を検出することができる。   When the CMP apparatus according to the present invention is configured as described above, the viscosity and shear amount of the abrasive used in the polishing process supplied by the abrasive supply means, in particular, the viscosity index value, shear rate, viscosity, shear stress. By detecting the rotation speed, it is possible to detect a change in state during the polishing process by detecting a change in the characteristics of the abrasive or a change in the state of the abrasive, which has been difficult to develop in the conventional apparatus.

また、このように検出した粘性及びずり量から研磨剤の配合を最適化して供給するように構成することや、研磨ヘッド(研磨パッド)の回転、加圧及び揺動を制御するように構成することができるため、検出された研磨剤の特性変化や状態変化に応じてCMP装置を制御することができ加工精度の向上を図ることができる。特に、研磨パッドの回転制御においては、駆動指令部に位置指令を出すだけでなく駆動制御部に速度指令を出力するように構成することにより、研磨剤の状態を速やかに研磨パッドの回転制御に反映させることができ、また、研磨剤の粘性及びずり量から、さらに、初期ずれ量、せん断応力及びヒステリシスを用いて研磨剤の配合や研磨ヘッドの回転、加圧及び揺動制御をすることができ、加工精度をより向上させることができる。さらに、研磨加工に供給される研磨剤の温度を制御することによっても、加工精度を向上させることができる。   Further, the composition of the abrasive is optimized and supplied from the viscosity and shear amount detected in this way, and the structure is configured to control the rotation, pressurization and oscillation of the polishing head (polishing pad). Therefore, the CMP apparatus can be controlled in accordance with the detected characteristic change or state change of the abrasive, and the processing accuracy can be improved. In particular, in the rotation control of the polishing pad, not only the position command is output to the drive command unit but also the speed command is output to the drive control unit, so that the state of the polishing agent can be quickly controlled by the rotation of the polishing pad. In addition, the composition of the abrasive and the rotation, pressure and oscillation of the polishing head can be controlled using the initial deviation, shear stress and hysteresis from the viscosity and shear of the abrasive. And the processing accuracy can be further improved. Further, the processing accuracy can be improved by controlling the temperature of the abrasive supplied to the polishing process.

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図1を用いてCMP装置について説明する。なお、CMP装置はその研磨工程に従って、カセットインデックス部、ウェハ洗浄部及び研磨部等から構成されているが、本実施例では研磨部のみを説明する。このCMP装置の研磨部1は、研磨ヘッド2、研磨パッド3、ウェハチャック4とから構成される。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, a CMP apparatus will be described with reference to FIG. The CMP apparatus includes a cassette index unit, a wafer cleaning unit, a polishing unit, and the like according to the polishing process. In this embodiment, only the polishing unit will be described. The polishing unit 1 of this CMP apparatus includes a polishing head 2, a polishing pad 3, and a wafer chuck 4.

ウェハチャック4は、ウェハ5を裏面から吸着保持するように構成されている。このウェハチャック4は水平面内で回転自在に支持されており、図示しない電動モータ等の駆動手段により回転される。   The wafer chuck 4 is configured to suck and hold the wafer 5 from the back surface. The wafer chuck 4 is rotatably supported in a horizontal plane and is rotated by driving means such as an electric motor (not shown).

研磨ヘッド2は、ウェハチャック4に対して水平方向に揺動可能で、且つ、鉛直方向に上下動可能に構成された研磨アームの揺動端部に取り付けられており、その下端面にウェハ5と近接してウェハ5の表面を平坦に研磨する研磨パッド3を有している。この研磨パッド3は、研磨ヘッド2に対して交換可能であり、研磨ヘッド2にプレートを介して真空吸着で保持される。この研磨ヘッド2は、研磨アーム内に配設された後述する回転駆動機構(図2に示す研磨ヘッド駆動制御装置20)により駆動されて、水平面内で高速回転自在に取り付けられている。また、研磨アームには研磨ヘッド2を上下に揺動して研磨パッド3のウェハ5に対する圧力を調整する加圧機構部や研磨ヘッド2を揺動させる揺動機構部を備えている(加圧機構部及び揺動機構部については後述する)。このため、研磨ヘッド2を上述のウェハチャック4の回転方向と逆方向に回転駆動することにより、研磨パッド3とウェハ5が相対回転し、上下動して加圧され、また、研磨アームに研磨パッド3(研磨ヘッド2)が揺動されてウェハ5の表面が研磨される。   The polishing head 2 is attached to a swinging end portion of a polishing arm configured to be swingable in the horizontal direction with respect to the wafer chuck 4 and to be vertically movable in the vertical direction. And a polishing pad 3 for polishing the surface of the wafer 5 flatly. The polishing pad 3 is replaceable with respect to the polishing head 2 and is held on the polishing head 2 by vacuum suction through a plate. The polishing head 2 is driven by a rotation driving mechanism (a polishing head drive control device 20 shown in FIG. 2), which will be described later, disposed in the polishing arm, and is attached so as to freely rotate at high speed in a horizontal plane. Further, the polishing arm is provided with a pressurizing mechanism that swings the polishing head 2 up and down to adjust the pressure of the polishing pad 3 against the wafer 5 and a swinging mechanism that swings the polishing head 2 (pressurization). The mechanism and swing mechanism will be described later). For this reason, when the polishing head 2 is rotationally driven in a direction opposite to the rotation direction of the wafer chuck 4 described above, the polishing pad 3 and the wafer 5 are rotated relative to each other, and are moved up and down to be pressurized, and the polishing arm is polished. The surface of the wafer 5 is polished by swinging the pad 3 (polishing head 2).

ウェハ5の研磨において、ウェハ5の上面と研磨パッド3の下面との間に形成される化学機械研磨加工帯6には、後述する研磨剤配合供給装置40(図3に示す)から供給される研磨剤が研磨剤流入口7を通って供給されてウェハ5の研磨に用いられる。すなわち、研磨ヘッド2の回転、加圧及び揺動に導かれた研磨剤により、ウェハ5の表面に対して研磨パッド3を用いて化学機械研磨加工動作が行われる。   In polishing the wafer 5, the chemical mechanical polishing belt 6 formed between the upper surface of the wafer 5 and the lower surface of the polishing pad 3 is supplied from an abrasive compounding supply device 40 (shown in FIG. 3) described later. An abrasive is supplied through the abrasive inlet 7 and used for polishing the wafer 5. That is, a chemical mechanical polishing process operation is performed on the surface of the wafer 5 using the polishing pad 3 by the polishing agent guided by the rotation, pressurization, and swinging of the polishing head 2.

なお、研磨剤流入口7より供給された研磨剤は、後述する冷熱制御機構8で所定の温度に調整されて化学機械研磨加工帯6に供給されるが、この化学機械研磨加工帯6に供給される直前の液温度検出点9でその研磨剤の温度を検出するように構成されている。また、ウェハチャック4に吸着保持されたウェハ5の上方には図示しない終点検出器が設けられており、研磨中のウェハ5を上方より観察し、ウェハ5の表面に照射した光の反射光を計測することにより研磨の進行状況をモニタしている。   The polishing agent supplied from the polishing agent inlet 7 is adjusted to a predetermined temperature by a cooling / heating control mechanism 8 to be described later and supplied to the chemical mechanical polishing zone 6, but is supplied to the chemical mechanical polishing zone 6. The temperature of the polishing agent is detected at the liquid temperature detection point 9 immediately before the operation. Further, an end point detector (not shown) is provided above the wafer 5 sucked and held by the wafer chuck 4 so that the wafer 5 being polished is observed from above and reflected light of the light irradiated on the surface of the wafer 5 is reflected. The progress of polishing is monitored by measuring.

それでは、化学機械研磨加工帯6にある研磨剤の状態変化を検出する状態変化検出機構10について説明する。上述のように、ウェハ5の研磨においては、研磨ヘッド2とウェハチャック4を回転させているため、化学機械研磨加工帯6にある研磨剤は遠心分離の原理により側方に飛散する。このウェハチャック4の周囲(化学機械研磨加工帯6の半周円)には少なくとも1つ以上の研磨剤供給器11が設けられており(図1においては、三箇所)、研磨パッド3の回転、揺動及び加圧に伴い、回転数、加圧や研磨時間に合わせた研磨済みの研磨剤を研磨剤供給器11で受けて後述する粘度検出器14への供給が最適に行えるように構成されている。   Now, the state change detection mechanism 10 that detects the state change of the abrasive in the chemical mechanical polishing zone 6 will be described. As described above, in polishing the wafer 5, since the polishing head 2 and the wafer chuck 4 are rotated, the abrasive in the chemical mechanical polishing zone 6 is scattered to the side by the principle of centrifugal separation. At least one abrasive supply device 11 is provided around the wafer chuck 4 (a semicircular circle of the chemical mechanical polishing belt 6) (three locations in FIG. 1), the rotation of the polishing pad 3, Along with the rocking and pressurization, the polishing agent supply device 11 receives a polished abrasive in accordance with the rotation speed, pressurization and polishing time, and can be optimally supplied to the viscosity detector 14 described later. ing.

研磨剤供給器11により供給された研磨済みの研磨剤は、圧力を加えるとその組成が変化してしまうため、自重で収集管12aを通って下方に落下して研磨剤収集箱13に集められる。この研磨済みの研磨剤には、ウェハ5の表面剥離物や研磨パッド3の切片が含まれており、また、研磨剤の凝集、吸収、分散による劣化物等が含まれている。そのため、研磨剤収集箱13では、これらの劣化物等を滞留沈降させて取り除いた研磨剤のみが、自重で収集管12bを通って下方に落下して粘度検出器14に送られる。   Since the composition of the polished abrasive supplied by the abrasive supply device 11 changes when pressure is applied, it falls down through the collection tube 12a under its own weight and is collected in the abrasive collection box 13. . This polished polishing agent includes a surface exfoliation product of the wafer 5 and a section of the polishing pad 3, and a deterioration product due to aggregation, absorption, and dispersion of the polishing agent. Therefore, in the abrasive collection box 13, only the abrasive from which these deteriorated materials and the like have been settled and settled is dropped through the collection tube 12 b by its own weight and sent to the viscosity detector 14.

粘度検出器14は、収集管12bから流入した研磨剤の粘性分析を行いこの研磨剤の粘性及びずり量を粘性量として出力するように構成されている。この粘度検出器14は、例えばコマ式の粘度検出器であれば、回転するコマを有する検出部に被検物(この実施例の場合、上述の研磨剤)を投入し、コマと被検物との摩擦力をトルクに変換して電流信号に変換し出力するように構成される。この粘度検出器14から出力される粘性量としては、被検物の粘性指度値(粘性を100%で表示した指度値)、ずり速度、粘性、ずり応力及びコマの回転数である。そして、この粘性量は、トランスジューサ15により状態監視ユニット16に伝送される。   The viscosity detector 14 is configured to perform a viscosity analysis of the abrasive flowing in from the collection tube 12b and output the viscosity and shear amount of the abrasive as a viscosity. If this viscosity detector 14 is, for example, a top-type viscosity detector, a test object (in the case of this embodiment, the above-mentioned abrasive) is put into a detection unit having a rotating top, and the top and the test object are detected. The frictional force is converted into torque, converted into a current signal, and output. The viscosity amount output from the viscosity detector 14 includes the viscosity index value (the index value indicating the viscosity in 100%), the shear rate, the viscosity, the shear stress, and the rotation speed of the piece. This amount of viscosity is transmitted to the state monitoring unit 16 by the transducer 15.

なお、粘度検出器14には校正用研磨剤の投入口18が設けられており、この粘度検出器14の検出値の校正を行うことができる。また、検出器浄化機構19により純水による粘度検出器14の洗浄が可能に構成されており、粘度が検出された研磨剤や校正用研磨剤及び洗浄に用いられた純水が排出弁17により外部に排出されるように構成されている。   The viscosity detector 14 is provided with a calibration abrasive inlet 18 so that the detected value of the viscosity detector 14 can be calibrated. Further, the viscosity detector 14 can be cleaned with pure water by the detector purification mechanism 19, and the abrasive whose viscosity has been detected, the calibration abrasive, and the pure water used for cleaning are discharged by the discharge valve 17. It is configured to be discharged to the outside.

状態監視ユニット16は、以上のようにして検出された粘性量(粘性及びずり量)から初期ずれ量、ずり応力、粘性、ずり速度、せん断応力、ヒステリシスの各特性解析を行い、研磨剤の状態変化の監視を行う。なお、ヒステリシスは、粘度検出器14で得られる粘性指度値から求められる。この状態監視ユニット16で研磨剤の状態変化が検出されると、アルゴリズム処理が行われて、研磨ヘッド2の駆動が制御される。   The state monitoring unit 16 analyzes each characteristic of the initial deviation amount, shear stress, viscosity, shear rate, shear stress, and hysteresis from the viscosity amount (viscosity and shear amount) detected as described above to determine the state of the abrasive. Monitor changes. The hysteresis is obtained from the viscosity index value obtained by the viscosity detector 14. When this state monitoring unit 16 detects a change in the state of the abrasive, an algorithm process is performed to control the driving of the polishing head 2.

ここで、研磨ヘッド2を回転駆動するサーボモータの制御システムについて図2を用いて説明する。研磨ヘッド駆動制御装置20は、研磨ヘッド2を駆動するサーボモータ21、加圧、回転数、回転方向、回転時間等を含む研磨加工の設定を行う操作卓22、操作卓22で設定された研磨加工の設定値によりサーボモータ21に対する速度指令を出力するサーボ制御ユニット23、速度指令に基づいてサーボモータ21を駆動する駆動制御部24、サーボモータ21の位置を検出して駆動制御部24にフィードバックする位置検出器25、及び、速度指令に対する確認回路であって目標値に対する現在値の差分を時間領域で確認する制御カウンター回路26から構成される。   Here, a control system of a servo motor that rotationally drives the polishing head 2 will be described with reference to FIG. The polishing head drive control device 20 includes a servo motor 21 that drives the polishing head 2, an operation console 22 that performs setting of polishing processing including pressurization, rotation speed, rotation direction, rotation time, and the like, and polishing set by the operation console 22. A servo control unit 23 that outputs a speed command to the servomotor 21 according to the set value of machining, a drive control unit 24 that drives the servomotor 21 based on the speed command, and a position of the servomotor 21 that is detected and fed back to the drive control unit 24 And a control circuit 26 for confirming the difference between the current value and the target value in the time domain.

サーボ制御ユニット23から出力された速度指令は、駆動制御部24の位置制御部27で位置情報が加算され、速度制御部28で電流指令値に変換され、電流指令値が駆動電流制御部29で電流値に変換された後、パワーアンプ部30によりサーボモータ21が駆動されるように構成されている。なお、パワーアンプ部30とサーボモータ21との間には電流検出器31が設けられており、この電流検出器31で検出された電流値が電流制御部29に対してフィードバックされるように構成されている。また、位置検出器25で検出された位置情報は位置制御部28と、微分されて速度制御部29にフィードバックされるように構成されている。   The speed command output from the servo control unit 23 is added with position information by the position control unit 27 of the drive control unit 24, converted into a current command value by the speed control unit 28, and the current command value is converted by the drive current control unit 29. After being converted into a current value, the servo amplifier 21 is driven by the power amplifier unit 30. A current detector 31 is provided between the power amplifier unit 30 and the servo motor 21, and the current value detected by the current detector 31 is fed back to the current control unit 29. Has been. The position information detected by the position detector 25 is differentiated by the position control unit 28 and fed back to the speed control unit 29.

以上のようにして、操作卓22からの設定値に基づいてサーボ制御ユニット23はサーボモータ21を制御するが、この制御に上述の状態監視ユニット16で検出された研磨剤の状態変化に対する制御が加えられる。すなわち、状態監視ユニット16は、研磨ヘッド2の回転制御を行うための速度指令信号として、粘性及びずり量をアルゴリズム処理して図3における駆動制御部24の電流制御部29に電流信号として加える。また、同時に状態監視ユニット16は研磨ヘッド2の応答制御に対応するために位置指令信号をサーボ制御ユニット23に出力する。ここで、研磨剤の状態変化をサーボ制御ユニット23にだけ出力してサーボモータ21を制御すると、2次遅れが発生して研磨剤の状態変化を適切にサーボモータ21の制御に反映できないため、同時に、駆動制御部24の電流制御部29に電流指令値として加えてサーボモータ21を制御するように構成されている。このように、状態監視ユニット16により、操作卓22の設定値に対して、研磨剤の状態変化分の補正量を加算することにより、化学機械研磨加工帯6にて発生する非安定な研磨加工についての状態変量を研磨ヘッド2の制御系に対して取入れることができる。   As described above, the servo control unit 23 controls the servo motor 21 on the basis of the set value from the console 22, and control for the state change of the abrasive detected by the state monitoring unit 16 is performed in this control. Added. That is, the state monitoring unit 16 performs algorithm processing on the viscosity and the amount of shear as a speed command signal for controlling the rotation of the polishing head 2 and adds it as a current signal to the current control unit 29 of the drive control unit 24 in FIG. At the same time, the state monitoring unit 16 outputs a position command signal to the servo control unit 23 in order to respond to the response control of the polishing head 2. Here, if the state change of the abrasive is output only to the servo control unit 23 and the servo motor 21 is controlled, a secondary delay occurs and the state change of the abrasive cannot be appropriately reflected in the control of the servo motor 21. At the same time, the servo motor 21 is configured to be added to the current control unit 29 of the drive control unit 24 as a current command value. As described above, the state monitoring unit 16 adds the correction amount corresponding to the state change of the abrasive to the set value of the console 22, so that the unstable polishing process generated in the chemical mechanical polishing band 6 is performed. Can be incorporated into the control system of the polishing head 2.

一方、状態監視ユニット16の信号を活用した制御システムが図3及び図4に示す加圧機構部59及び揺動機構部63にあり、これらを包括したシステムにより、研磨時の状態変化信号を活用し、回転、加圧、揺動の各動作を最適化した研磨加工を行う。   On the other hand, there is a control system using the signal of the state monitoring unit 16 in the pressurizing mechanism 59 and the swinging mechanism 63 shown in FIGS. 3 and 4, and the state change signal at the time of polishing is used by a system including them. Then, polishing is performed with optimized operations of rotation, pressurization, and swinging.

図3は、本実施例における加圧機構部59を示している。加圧機構部59は、CMP装置のヘッド機構部に実装されており、D/A(デジタル/アナログ)変換器60、電空レギュレータ61及び圧力センサ62から構成される。状態監視ユニット16で研磨時の状態変化をサーボ制御ユニット23に圧力指令信号として伝送し、その指令値で研磨パッド3の高さ位置を取り決め、ウェハ5に対する加圧値を取り決める。研磨パッド3のウェハ5に対する加圧は、サーボ制御ユニット23からの指令信号がD/A変換器60を介して電空レギュレータ61に伝達され研磨ヘッド2の上下動が行われることにより制御される。なお、加圧値は、圧力センサ62でモニタを行う。また、電空レギュレータ61はその内部に原点出し(復帰基準)機能、及び、上下の駆動ストロークを制限するリミッタ機能を備え、電源投入時の状態では原点位置でスタートし、状態変化の情報に伴い、上下のストローク移動を行い加圧値を取り決める。このストロークの指令信号は、サーボ制御ユニット23内部において、後述する揺動機構部63等と連携し、最適な制御が行われる。   FIG. 3 shows the pressurizing mechanism 59 in this embodiment. The pressurizing mechanism 59 is mounted on the head mechanism of the CMP apparatus, and includes a D / A (digital / analog) converter 60, an electropneumatic regulator 61, and a pressure sensor 62. A state change during polishing is transmitted as a pressure command signal to the servo control unit 23 by the state monitoring unit 16, and the height position of the polishing pad 3 is determined based on the command value, and a pressure value for the wafer 5 is determined. The pressurization of the polishing pad 3 against the wafer 5 is controlled by the command signal from the servo control unit 23 being transmitted to the electropneumatic regulator 61 via the D / A converter 60 and the polishing head 2 being moved up and down. . Note that the pressure value is monitored by the pressure sensor 62. In addition, the electropneumatic regulator 61 has an origin return (return reference) function and a limiter function to limit the upper and lower drive strokes, and starts at the origin position when the power is turned on. Move the up / down stroke and decide the pressure value. This stroke command signal is optimally controlled in cooperation with a swing mechanism 63, which will be described later, in the servo control unit 23.

図4は、本実施例における揺動機構部63を示している。揺動機構部63は、制御アンプ64、検出器65、モータ66で構成される。状態監視ユニット16よりサーボ制御ユニット23を通して揺動指令信号を制御アンプ64で受け、モータ66により設定された揺動範囲を指定速度で揺動動作を行う。揺動区間内の位置の確認及びコンスタントな稼働速度(レート)を達成するため、検出器65を設けており、上記動作のフィードバック、モニタを行っている。電源投入時のスタートは、検出器65でモニタされた原点出し位置を認識した後、制御アンプ64を通してモータ66の揺動範囲を制御する。揺動のストローク制限の範囲は検出器65で認識される制御範囲となる。   FIG. 4 shows the swing mechanism 63 in this embodiment. The swing mechanism 63 includes a control amplifier 64, a detector 65, and a motor 66. A swing command signal is received by the control amplifier 64 from the state monitoring unit 16 through the servo control unit 23 and the swing range set by the motor 66 is swung at a specified speed. In order to confirm the position in the swing section and achieve a constant operation speed (rate), a detector 65 is provided to perform feedback and monitoring of the above operation. When the power is turned on, the origin position monitored by the detector 65 is recognized, and then the swing range of the motor 66 is controlled through the control amplifier 64. The range of the swing stroke limit is a control range recognized by the detector 65.

なお、以上の実施例においては、状態監視ユニット16により研磨ヘッド2の回転、加圧及び揺動を行って研磨加工中の状態変化に応じた加工の制御を行う場合について説明したが、状態監視ユニット16によりウェハチャック4の回転制御や加圧制御を行うことや、研磨ヘッド2とウェハチャック4の両方を制御するように構成することも可能である。   In the above embodiment, the case where the state monitoring unit 16 rotates, pressurizes and swings the polishing head 2 to control the processing according to the state change during the polishing processing has been described. The unit 16 can be configured to perform rotation control or pressure control of the wafer chuck 4, or to control both the polishing head 2 and the wafer chuck 4.

この状態変化監視ユニット16で検出された研磨剤の状態変化は、研磨加工に用いられる研磨剤の選択及び供給制御にも用いられる。次に、本実施例に係る研磨部1に研磨剤を供給する研磨剤配合供給装置40について図5を用いて説明する。研磨剤配合供給装置40は、研磨剤供給タンク41、純水タンク42、添加剤タンク43、これらのタンク41〜43から供給される研磨剤、純水及び添加剤を配合する研磨剤配合ユニット44、及び、配合された研磨剤を研磨部1の研磨剤流入口7へ供給する供給管45から構成されている。なお、研磨剤供給タンク41は、研磨加工に用いる研磨剤の種類に応じて設けることができ、この図5においては2種類の研磨剤のためのタンク41a,41bを設けた場合を示している。   The state change of the abrasive detected by the state change monitoring unit 16 is also used for selection and supply control of the abrasive used for the polishing process. Next, an abrasive blending and supplying apparatus 40 that supplies an abrasive to the polishing unit 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The abrasive blending and supplying apparatus 40 includes an abrasive blending tank 41, a pure water tank 42, an additive tank 43, and an abrasive blending unit 44 for blending abrasives, pure water and additives supplied from these tanks 41 to 43. , And a supply pipe 45 that supplies the blended abrasive to the abrasive inlet 7 of the polishing section 1. The abrasive supply tank 41 can be provided according to the type of abrasive used for the polishing process, and FIG. 5 shows a case where tanks 41a and 41b for two types of abrasive are provided. .

また、この研磨剤配合供給装置40は、研磨部1の近傍に研磨剤補助タンク46及び配合用純水タンク47、配合用純水タンク47から供給される純水の量を調整する配合キャブレーター48及び緊急投入切り換え器49からなる緊急投入機構50を有している。この研磨剤補助タンク46及び配合用純水タンク47から供給される研磨剤及び純水は、供給管45の研磨部1の近傍に設けられている緊急投入切り換え器49で切り換えられて研磨剤流入口7へ供給される。   In addition, the abrasive blending and supplying apparatus 40 has a blending carburetor 48 that adjusts the amount of pure water supplied from the auxiliary slurry tank 46, the pure water tank 47 for blending, and the pure water tank 47 for blending in the vicinity of the polishing unit 1. And an emergency loading mechanism 50 comprising an emergency loading switch 49. The polishing agent and pure water supplied from the polishing agent auxiliary tank 46 and the pure water tank 47 for blending are switched by an emergency charging switch 49 provided in the vicinity of the polishing unit 1 of the supply pipe 45 to flow the polishing agent. Supplied to the inlet 7.

この研磨剤配合供給装置40は、研磨剤供給コントローラ51により制御されており、研磨剤の配合制御は制御線52,53でタンク41〜43,46,47及び配合キャブレーター48が制御されて行われる。通常の研磨加工では研磨剤タンク41(41a,41b)、純水タンク42及び添加剤タンク43から所定の量を供給し、研磨剤配合ユニット44で配合して研磨剤流入口7に供給されるが、この供給機構で応答供給が困難な場合は緊急供給を目的として、緊急投入機構50を作動させる。すると、緊急投入切り換え器49を介して研磨剤及び純水が研磨剤流入口7に供給される。   The abrasive blending and supplying apparatus 40 is controlled by an abrasive supply controller 51, and the blending control of the abrasive is performed by controlling the tanks 41 to 43, 46, and 47 and the blending carburetor 48 with control lines 52 and 53. . In a normal polishing process, a predetermined amount is supplied from the abrasive tank 41 (41 a, 41 b), the pure water tank 42 and the additive tank 43, mixed by the abrasive compounding unit 44 and supplied to the abrasive inlet 7. However, when response supply is difficult with this supply mechanism, the emergency charging mechanism 50 is operated for the purpose of emergency supply. Then, the abrasive and pure water are supplied to the abrasive inflow port 7 through the emergency charging switch 49.

なお、上述の冷熱制御機構8は、通過する研磨剤を冷却する冷却部8aと加熱する加熱部8bとから構成されており、それぞれペルチェユニット54及びスパイラルヒータユニット55から構成されている。そして、研磨剤配給コントローラ51が有する温度制御部56により、制御線57,58でペルチェユニット54及びスパイラルヒータユニット55が制御されて冷熱制御機構8を通過する研磨剤を所望の温度にして化学機械研磨帯6に供給することができる。この研磨剤配合供給装置40は、状態変化監視ユニット16からの指令信号(後述する、配合指令、流量制御指令、選択指令、及び、温度指令)を研磨剤配給コントローラ51で受けて、研磨剤の選択、配合及び温度制御が行われる。   The cooling control mechanism 8 described above includes a cooling unit 8a that cools the abrasive that passes therethrough and a heating unit 8b that heats the abrasive, and includes a Peltier unit 54 and a spiral heater unit 55, respectively. Then, the temperature controller 56 of the abrasive distribution controller 51 controls the Peltier unit 54 and the spiral heater unit 55 with the control lines 57 and 58, and sets the abrasive passing through the cooling control mechanism 8 to a desired temperature. It can be supplied to the polishing band 6. The abrasive compounding / supplying device 40 receives a command signal (a compounding command, a flow rate control command, a selection command, and a temperature command, which will be described later) from the state change monitoring unit 16 by the abrasive distribution controller 51, Selection, blending and temperature control are performed.

なお、本実施例に係るCMP装置においては、研磨作業開始時は、研磨剤の選択及び配合をメーカ仕様値及び経験値より選択した値を用いて研磨加工が行われる。しかしながら、このCMP装置に対する研磨剤供給の応答は、研磨剤配合供給装置40から研磨加工位置までの直送を1秒で確保できる装置機能を持つため、研磨加工時の状態変化に影響を与えることなく、研磨剤の再選択及び再配合における供給を可能とする。   In the CMP apparatus according to the present embodiment, at the start of the polishing operation, polishing is performed using a value selected from the manufacturer's specification values and experience values for selecting and blending the abrasive. However, the response of the abrasive supply to the CMP apparatus has an apparatus function that can secure a direct feed from the abrasive compounding / supplying apparatus 40 to the polishing processing position in 1 second, so that it does not affect the state change during the polishing process. , Allowing re-selection and re-blending of abrasives.

それでは、研磨剤の状態変化に基づいて状態変化監視ユニット16で、初期ずれ量、ずり応力、粘性、ずり速度、せん断応力及びヒステリシスの特性解析から研磨ヘッド駆動制御装置20及び研磨剤配合供給装置40に制御指令を出力する方法について説明する。   Then, based on the state change of the abrasive, the state change monitoring unit 16 analyzes the characteristics of the initial deviation amount, shear stress, viscosity, shear rate, shear stress, and hysteresis from the polishing head drive control device 20 and the abrasive blend supply device 40. A method for outputting a control command will be described.

まず、研磨剤のずり量の初期ずれ量値から研磨剤の粘性変化値を常時監視し、この初期ずれ量の経過を確認することにより、ラインレベルの「平常」及び「状態変化開始」の判定を行う。そして、この判定結果によりその後のずり速度及びずり応力からCMP装置の研磨条件を任意に設定開始させる。   First, the viscosity change value of the abrasive is constantly monitored from the initial deviation value of the amount of deviation of the abrasive, and by checking the progress of this initial deviation amount, the line level “normal” and “state change start” are determined. I do. Based on the determination result, the polishing conditions of the CMP apparatus are arbitrarily set from the subsequent shear rate and shear stress.

粘性値、ずり速度値及びずり応力より粘性の微小変化値と、粘性値からせん断応力値の動向を把握することで状態変化の開始を確認する。また、研磨剤の粘性と濃度との直線性の関係から、粘性の上昇により濃度の上昇を確認できる特性を利用する。そしてこれらの値をアルゴリズム処理することにより、研磨剤に対する配合指令を研磨剤配給コントローラ51に出力し、速度指令を駆動制御部24に出力し、位置指令、圧力指令及び揺動指令をサーボ制御ユニット23に出力する。研磨剤はゼータ電位が小さくなると、粒子間の引力が大きくなって凝集現象が生じやすくなるため、pH値が調整されて一定値以上のゼータ電位が得られるよう制御する必要がある。そのため、従来のCMP装置ではpH計を設置する必要があった。しかしながら、このように粘性値から濃度を得ることができるため、このCMP装置に別途pH計を配設する必要がなくなり、pH計の計測に要する時間を短縮することができるため、系の応答改善が図られている。   The start of state change is confirmed by grasping the minute change value of viscosity from the viscosity value, shear rate value, and shear stress, and the trend of shear stress value from the viscosity value. In addition, from the relationship between the linearity between the viscosity and the concentration of the abrasive, a characteristic that can confirm the increase in the concentration by increasing the viscosity is used. Then, by processing these values with an algorithm, a blending command for the abrasive is output to the abrasive distribution controller 51, a speed command is output to the drive control unit 24, and a position command, a pressure command and a swing command are output to the servo control unit. To 23. When the zeta potential of the abrasive becomes small, the attractive force between particles becomes large and the agglomeration phenomenon easily occurs. Therefore, it is necessary to control the pH value to be adjusted so as to obtain a zeta potential of a certain value or more. Therefore, it has been necessary to install a pH meter in the conventional CMP apparatus. However, since the concentration can be obtained from the viscosity value in this way, it is not necessary to separately install a pH meter in the CMP apparatus, and the time required for the measurement of the pH meter can be shortened, so that the response of the system is improved. Is planned.

ずり応力とずり速度から、ギャップソン流動方程式による研磨剤の降状値を把握し、研磨剤の粒子構造破壊を監視するとともに、研磨剤の流量制御指令を研磨剤配給コントローラ51に出力し、速度指令、位置指令、圧力指令及び揺動指令を駆動制御部24及びサーボ制御ユニット23に出力する。   From the shear stress and the shear rate, the yield value of the abrasive according to the Gapson flow equation is grasped, the particle structure destruction of the abrasive is monitored, and the flow rate control command of the abrasive is output to the abrasive distribution controller 51. The command, position command, pressure command and swing command are output to the drive control unit 24 and the servo control unit 23.

さらに、粘性指度値からヒステリシスを把握し、研磨剤の粒子構造破壊を確認し、研磨剤の選択指令を研磨剤配給コントローラ51に出力して研磨剤を選択する。   Further, the hysteresis is grasped from the viscosity index value, the particle structure destruction of the abrasive is confirmed, and an abrasive selection command is output to the abrasive delivery controller 51 to select the abrasive.

また、研磨剤の温度上昇においても、粘性と温度特性が直線性を有する関係にあることを活用し、温度指令を研磨剤配給コントローラ51に出力して化学機械研磨帯6における研磨剤の温度を制御する。なお、本実施例においては、上述の液温度検出点9での温度計測に加えて、研磨剤配合ユニット44と緊急投入切り換え器49での3点計測を行い冷熱制御機構8で温度制御が行われるように構成されている。   Further, even when the temperature of the abrasive is increased, the fact that the viscosity and the temperature characteristic have a linear relationship is utilized, and a temperature command is output to the abrasive distribution controller 51 to set the temperature of the abrasive in the chemical mechanical polishing zone 6. Control. In the present embodiment, in addition to the temperature measurement at the liquid temperature detection point 9 described above, three points are measured by the abrasive blending unit 44 and the emergency charging switch 49, and the temperature control is performed by the cooling control mechanism 8. It is configured to be

以上より、本実施例に係るCMP装置によると、従来の装置では困難であった研磨剤の流体性、化学物性変化特性を見極め、研磨加工時の状態変化を検出することにより制御系に対し研磨加工の状態変量フィードバックを果たすことができる。そのため、今までの開発技術では達成することができなかった、状態方程式が成立し得ない不安定要素の状態変化量を制御できる方式を実現することができた。   As described above, according to the CMP apparatus according to the present embodiment, the fluidity and chemical property change characteristics of the abrasive, which was difficult with the conventional apparatus, are determined, and the control system is polished by detecting the state change during the polishing process. Processing state variable feedback can be achieved. Therefore, it was possible to realize a method that can control the amount of change in the state of an unstable element for which the equation of state cannot be established, which could not be achieved by the development technology up to now.

これらにより、研磨剤の劣化管理の確立が可能となり、また、研磨加工時の状態変化検出において最適な研磨剤の選択見直し、及び、配合比の見直しができる。また、研磨剤の初期ずれ量値検出から、研磨剤素性の平常及び状態変化開始の判定を行うことができ、粘性及びずり量から研磨ヘッド駆動制御装置20及び研磨剤配合供給装置40に制御指令を出力することができる。そして、研磨剤の状態変化の検出及び評価機能にあった研磨パッド仕様の確立、それに合わせてのドレス構造の確立を行い、本実施例に係るCMP装置での加工精度を向上させることができる。   As a result, it is possible to establish deterioration management of the abrasive, and to review the selection of the optimum abrasive and to review the blending ratio in detecting the state change during the polishing process. Further, it is possible to determine the normality of the abrasive agent and the start of state change from the detection of the initial deviation amount value of the abrasive, and control commands to the polishing head drive control device 20 and the abrasive compounding / supplying device 40 from the viscosity and shear amount. Can be output. Then, the polishing pad specification suitable for the detection and evaluation function of the state change of the abrasive is established, and the dress structure is established accordingly, so that the processing accuracy in the CMP apparatus according to the present embodiment can be improved.

本発明に係るCMP装置の研磨部及び状態変化検出機構を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the grinding | polishing part and state change detection mechanism of the CMP apparatus which concern on this invention. 本発明に係るCMP装置の研磨ヘッド駆動制御装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the polishing head drive control apparatus of the CMP apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るCMP装置の加圧機構部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the pressurization mechanism part of the CMP apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るCMP装置の揺動機構部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the rocking | fluctuation mechanism part of the CMP apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るCMP装置の研磨剤配合供給装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the abrasive | polishing agent compounding supply apparatus of the CMP apparatus which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 研磨部(CMP装置)
3 研磨パッド
5 ウェハ(被研磨部材)
8 冷熱制御機構(温度調整手段)
9 液温度検出点(温度検出手段)
11 研磨剤供給器(研磨剤供給手段)
14 粘度検出器(検出手段)
16 状態監視ユニット(状態変化検出手段)
20 研磨ヘッド駆動制御装置(駆動装置)
21 サーボモータ(駆動部)
23 サーボ制御ユニット(駆動指令部)
24 駆動制御部
40 研磨剤配合供給装置
59 加圧機構部
63 揺動機構部
1 Polishing unit (CMP equipment)
3 Polishing pad 5 Wafer (member to be polished)
8 Cooling control mechanism (temperature adjustment means)
9 Liquid temperature detection point (temperature detection means)
11 Abrasive Supply Unit (Abrasive Supply Unit)
14 Viscosity detector (detection means)
16 State monitoring unit (state change detection means)
20 Polishing head drive control device (drive device)
21 Servo motor (drive unit)
23 Servo control unit (drive command section)
24 Drive control unit 40 Abrasive compound supply device 59 Pressure mechanism unit 63 Oscillation mechanism unit

Claims (12)

研磨パッドと被研磨部材とを回転させて、前記研磨パッドと前記被研磨部材との間に供給された研磨剤により前記被研磨部材を研磨加工するCMP装置において、
前記研磨加工に用いられた前記研磨剤を供給する研磨剤供給手段と、
前記研磨剤供給手段により供給された前記研磨剤の粘性及びずり量を計測する検出手段と、
検出された前記粘性及び前記ずり量から前記研磨加工中の状態変化を検出する状態変化検出手段とを有することを特徴とするCMP装置。
In a CMP apparatus that rotates a polishing pad and a member to be polished, and polishes the member to be polished with an abrasive supplied between the polishing pad and the member to be polished.
Abrasive supply means for supplying the abrasive used in the polishing process;
Detection means for measuring the viscosity and shear amount of the abrasive supplied by the abrasive supply means;
A CMP apparatus comprising: a state change detecting means for detecting a state change during the polishing process from the detected viscosity and the amount of shear.
研磨パッドと被研磨部材とを回転させて、前記研磨パッドと前記被研磨部材との間に供給された研磨剤により前記被研磨部材を研磨加工するCMP装置において、
前記研磨加工に用いられた前記研磨剤を供給する研磨剤供給手段と、
前記研磨剤供給手段により供給された前記研磨剤の粘性及びずり量を計測する検出手段と、
検出された前記粘性及び前記ずり量から前記研磨剤の特性変化、若しくは、前記研磨剤の状態変化を検出することにより前記研磨加工中の状態変化を検出する状態変化検出手段とを有することを特徴とするCMP装置。
In a CMP apparatus that rotates a polishing pad and a member to be polished, and polishes the member to be polished with an abrasive supplied between the polishing pad and the member to be polished.
Abrasive supply means for supplying the abrasive used in the polishing process;
Detection means for measuring the viscosity and shear amount of the abrasive supplied by the abrasive supply means;
State change detecting means for detecting a state change during the polishing process by detecting a change in characteristics of the abrasive or a change in state of the abrasive from the detected viscosity and the amount of shear. CMP apparatus.
前記検出手段が、前記研磨剤の粘性指度値、ずり速度、粘性、ずり応力、及び、回転数を検出するように構成されたことを特徴とする請求項1または2に記載のCMP装置。   The CMP apparatus according to claim 1, wherein the detection unit is configured to detect a viscosity index value, a shear rate, a viscosity, a shear stress, and a rotation speed of the abrasive. 研磨剤を配合して供給する研磨剤配合供給装置を有し、
前記状態変化検出手段が、検出した前記状態変化に基づいて前記研磨剤の配合の最適化を行い最適化した配合の前記研磨剤を前記研磨剤配合供給装置により供給するように構成されたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のCMP装置。
It has an abrasive blending and supplying device that mixes and supplies abrasives,
The state change detecting means is configured to optimize the composition of the abrasive based on the detected state change and to supply the optimized composition with the abrasive composition supply device. The CMP apparatus according to claim 1, wherein the CMP apparatus is characterized.
前記研磨パッドを回転、加圧及び揺動させる駆動装置を有し、
前記状態変化検出手段が、検出した前記状態変換に基づいて前記駆動装置により前記研磨パッドの回転、加圧及び揺動を制御するように構成されたことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のCMP装置。
A driving device for rotating, pressing and swinging the polishing pad;
The said state change detection means is comprised so that rotation, pressurization, and rocking | fluctuation of the said polishing pad may be controlled by the said drive device based on the detected said state conversion. A CMP apparatus according to claim 1.
前記駆動装置が前記研磨パッドを回転させる駆動部と、前記駆動部を制御する駆動制御部と、前記研磨パッドの前記被研磨部材に対する圧力を変化させる加圧機構部と、前記研磨パットを揺動させる揺動機構部と、前記駆動部に対する位置指令に基づいて前記駆動制御部に速度指令を出力し、前記加圧機構部に対して圧力指令を出力し、前記揺動機構部に揺動指令を出力する駆動指令部とから構成され、
前記状態変化検出手段が、前記状態変化に基づいて前記駆動指令部に前記位置指令、前記圧力指令及び前記揺動指令を出力するとともに、前記駆動制御部に前記速度指令を出力して前記研磨パッドの回転、加圧及び揺動を制御するように構成されたことを特徴とする請求項5に記載のCMP装置。
The drive device rotates the polishing pad, a drive control unit that controls the drive unit, a pressurizing mechanism that changes the pressure of the polishing pad against the member to be polished, and swings the polishing pad Based on a position command to the drive unit, a speed command is output to the drive control unit, a pressure command is output to the pressurizing mechanism unit, and a swing command is sent to the swing mechanism unit And a drive command unit that outputs
The state change detection means outputs the position command, the pressure command and the swing command to the drive command unit based on the state change, and outputs the speed command to the drive control unit to output the polishing command. The CMP apparatus according to claim 5, wherein the CMP apparatus is configured to control rotation, pressurization, and swinging of the apparatus.
前記状態変化検出手段が、前記研磨剤の前記ずり量の初期ずれ量を求め、前記初期ずれ量により状態変化の開始を確認し、その後の前記ずり速度及び前記ずり応力より研磨条件を任意に設定開始させるように構成されたことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のCMP装置。   The state change detecting means obtains an initial deviation amount of the shear amount of the abrasive, confirms the start of state change based on the initial deviation amount, and arbitrarily sets polishing conditions based on the subsequent shear rate and shear stress. The CMP apparatus according to claim 1, wherein the CMP apparatus is configured to start. 前記状態変化検出手段が、前記粘性、前記ずり速度及び前記ずり応力より前記粘性の微小変化値を求めるとともに、前記粘性からせん断応力を求めて前記研磨剤の状態変化を確認し、及び、前記粘性から前記研磨剤の濃度を求めて、前記研磨剤配合供給装置に前記研磨剤の配合指令を出力するとともに、前記駆動装置に前記位置指令、前記速度指令、前記圧力指令及び前記揺動指令を出力するように構成されたことを特徴とする請求項6または7に記載のCMP装置。   The state change detecting means obtains a minute change value of the viscosity from the viscosity, the shear rate and the shear stress, obtains a shear stress from the viscosity, confirms a state change of the abrasive, and the viscosity The concentration of the abrasive is obtained from the output, and the abrasive compounding command is output to the abrasive compounding and supplying device, and the position command, the speed command, the pressure command, and the swing command are output to the driving device. The CMP apparatus according to claim 6, wherein the CMP apparatus is configured to do so. 前記状態変化検出手段が、前記ずり応力及び前記ずり速度からギャップソン流動方程式による前記研磨剤の降状値を求め、前記研磨剤の粒子構造破壊を監視し、前記研磨剤配合供給装置に前記研磨剤の流量制御指令を出力するとともに、前記駆動装置に前記位置指令、前記速度指令、前記圧力指令及び前記揺動指令を出力するように構成されたことを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載のCMP装置。   The state change detecting means obtains a yield value of the abrasive according to the Gapson flow equation from the shear stress and the shear rate, monitors a particle structure destruction of the abrasive, and sends the polishing composition to the abrasive compounding apparatus. 9. The apparatus according to claim 6, wherein the flow rate control command of the agent is output and the position command, the speed command, the pressure command, and the swing command are output to the driving device. A CMP apparatus according to claim 1. 前記状態変化検出手段が、前記粘性及び前記ずり量から前記研磨剤のヒステリシスを求め、前記研磨剤の粒子構造破壊を確認するとともに、前記研磨剤配合供給装置に研磨剤選択指令を出力するように構成されたことを特徴とする請求項4〜9のいずれかに記載のCMP装置。   The state change detecting means obtains the hysteresis of the abrasive from the viscosity and the amount of shear, confirms the particle structure destruction of the abrasive, and outputs an abrasive selection command to the abrasive blending and supplying apparatus. 10. The CMP apparatus according to claim 4, wherein the CMP apparatus is configured. 前記研磨加工に供給される直前の前記研磨剤の温度を検出する温度検出手段を有し、
前記研磨剤配合供給装置が、供給する前記研磨剤の温度を調整する温度調整手段を有し、
前記状態変化検出手段が、前記粘性から前記加工中の前記研磨剤の温度を求め、
前記温度検出手段で検出した前記温度と前記加工中の前記温度とから前記研磨剤配合供給装置に温度指令を出力して、前記温度調整手段により前記加工中の前記研磨剤の前記温度を所定の値に制御するように構成されたことを特徴とする請求項4〜10に記載のCMP装置。
Temperature detecting means for detecting the temperature of the abrasive immediately before being supplied to the polishing process;
The abrasive blending and supplying apparatus has temperature adjusting means for adjusting the temperature of the abrasive to be supplied;
The state change detection means obtains the temperature of the abrasive during the processing from the viscosity,
A temperature command is output to the abrasive compounding / supplying device from the temperature detected by the temperature detecting means and the temperature during the processing, and the temperature of the abrasive being processed is set to a predetermined temperature by the temperature adjusting means. The CMP apparatus according to claim 4, wherein the CMP apparatus is configured to be controlled to a value.
前記研磨剤配合供給装置が、研磨剤を配合する配合手段と、前記研磨剤の供給を制御する供給制御手段とを有し、
前記状態変化検出手段が、前記温度検出手段で検出した前記温度、前記配合手段にある前記研磨剤の温度及び前記供給制御手段にある前記研磨剤の温度により前記温度指令を出力するように構成されたことを特徴とする請求項11に記載のCMP装置。
The abrasive blending and supplying apparatus has a blending unit that blends an abrasive and a supply control unit that controls the supply of the abrasive,
The state change detecting means is configured to output the temperature command based on the temperature detected by the temperature detecting means, the temperature of the abrasive in the blending means, and the temperature of the abrasive in the supply control means. The CMP apparatus according to claim 11, wherein
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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