JP2006093180A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、定盤上に貼り付けた研磨パッド表面に研磨剤を供給し、基盤を押し当てながら半導体ウェハなどを研磨する研磨装置に関し、研磨パッドの表面温度を測定し、研磨結果の予測、研磨時間を決定する技術に関する。 The present invention relates to a polishing apparatus for supplying a polishing agent to the surface of a polishing pad affixed on a surface plate and polishing a semiconductor wafer or the like while pressing a substrate, measuring a surface temperature of the polishing pad, and predicting a polishing result. The present invention relates to a technique for determining a polishing time.
従来の半導体ウェハの表面を研磨するCMP技術において、設備トラブルや、搬送律速により、研磨処理から次の研磨処理の間が通常よりも時間が増加した場合において、設備トラブルが軽微なものであり、停止時間が数分レベルの短い時間であった場合は、そのまま処理を継続する場合が多い。 In CMP technology for polishing the surface of conventional semiconductor wafers, equipment troubles are minor when the time between the polishing process and the next polishing process is longer than usual due to equipment troubles and transfer rate control, If the stop time is a short time of several minutes, the process is often continued as it is.
ここで、従来技術として特許文献1又は特許文献2に示されている構成について図10を用いて説明する。研磨パッド102を貼りつけた定盤101を回転させ、研磨剤105を供給し、キャリア104で保持した基盤103を回転させながら、研磨パッド102に押し当てて研磨する機構の場合、研磨パッド102の表面の温度を測定するセンサー106を備え、接続したモニタリングツール107により、測定した温度を常時モニターする。この機構を用いて、メタル膜を研磨し、埋め込み配線を形成するための研磨処理を実施する際に、研磨中の研磨パッドの表面温度を計測し、研磨される膜種が変化する時の研磨パッドの表面温度が変化する点を抽出し、終点検出機構として利用している。
しかしながら、設備トラブルや、搬送律速により、研磨処理から次の研磨処理の間が通常よりも時間が増加した場合には、研磨により上昇した研磨パッドの表面温度が次の処理開始時において、通常よりも低下する。半導体ウェハの表面を研磨するCMP技術においては、CMPの化学的作用は研磨中の温度に依存するため、研磨レートに影響する。研磨パッドの表面温度と研磨レートには相関があるため、研磨パッドの表面温度が低い状態から研磨開始した場合は、研磨レートの低下につながり、製品の残膜異常を発生させる。これまで、停止時間が短い場合は、特に対象製品の確認無しに装置を稼動させており、製品の残膜異常を検知する手段が無いという問題がある。 However, if the time between the polishing process and the next polishing process increases more than usual due to equipment troubles and transfer rate control, the surface temperature of the polishing pad that has increased due to polishing will be higher than usual at the start of the next process. Also decreases. In CMP technology for polishing the surface of a semiconductor wafer, the chemical action of CMP depends on the temperature during polishing, and thus affects the polishing rate. Since there is a correlation between the surface temperature of the polishing pad and the polishing rate, when polishing is started from a state where the surface temperature of the polishing pad is low, the polishing rate is lowered and an abnormal product remaining film is generated. Up to now, when the stop time is short, there is a problem that the apparatus is operated without particularly checking the target product and there is no means for detecting a residual film abnormality of the product.
また、特許文献1及び特許文献2に示されている方法のように研磨パッドの表面温度を測定し、エンドポイントとして利用する場合においては、メタル膜の研磨において、埋め込み配線を形成する研磨に対しては有効ではあるが、絶縁膜の研磨のように、研磨される膜種が変わらない研磨処理に対しては、エンドポイントとして抽出できるレベルの温度変化が無いため、使用できない問題がある。
In addition, when the surface temperature of the polishing pad is measured and used as an end point as in the methods disclosed in Patent Document 1 and
本発明では、定盤上に貼り付けた研磨パッド表面に研磨剤を供給し、基盤を押し当てながら研磨する機構において、研磨中の研磨パッドの表面温度を測定する機構を備え、測定した前記表面温度を収集するユニットを備え、前記表面温度の平均値および積分値、微分値を算出し、前記平均値および積分値、微分値をモニターすることを特徴とする研磨方法であり、前記平均値および積分値、微分値が基準値を下回る時に研磨された基盤を識別し、警報を発する。微分値を算出する場合は、研磨開始直後の前記表面温度の上昇期間において、前記表面温度の傾きである微分値をリアルタイムで算出し、事前に設定した基準値を下回った場合に研磨された基盤を識別し、警報を発する。さらに、前記平均値および積分値があらかじめ設定した値や研磨処理対象基盤の直前に処理された1枚および数枚の基盤の研磨処理中の研磨パッドの表面温度の平均値および積分値の平均値を算出し、その値に達するまで研磨することで、必要研磨量を確保し、終点検出機構として利用する研磨方法であり、単層膜の研磨においても機能する終点検出機構である。さらに、前記の終点検出機構を用いて研磨することを特徴とするプログラムおよび記録媒体として用いる。 In the present invention, in the mechanism for supplying a polishing agent to the surface of the polishing pad affixed on the surface plate and polishing while pressing the substrate, the surface is measured by providing a mechanism for measuring the surface temperature of the polishing pad being polished. A polishing method comprising a unit for collecting temperature, calculating an average value, an integral value, and a differential value of the surface temperature, and monitoring the average value, the integral value, and the differential value, the average value and When the integral value and the differential value are below the reference value, the ground substrate is identified and an alarm is issued. When calculating the differential value, the differential value, which is the slope of the surface temperature, is calculated in real time during the increase period of the surface temperature immediately after the start of polishing, and the substrate polished when it falls below a preset reference value Is identified and an alarm is issued. Further, the average value and the integral value are preset values, and the average value of the surface temperature and the integral value of the polishing pad during the polishing process of one or several substrates processed immediately before the substrate to be polished. This is a polishing method that secures a necessary amount of polishing by polishing until it reaches that value, and is used as an end point detection mechanism, and is an end point detection mechanism that also functions in single layer film polishing. Furthermore, it is used as a program and a recording medium characterized by polishing using the end point detection mechanism.
さらに、研磨処理ユニットにおいて、基盤の研磨処理と研磨処理の間に発生する基盤の搬送待機時間を計測する機構を有し、事前に設定した基準値を上回った場合に次に研磨された基盤を識別し、警報を発することを特徴とする研磨方法である。 Furthermore, the polishing unit has a mechanism for measuring the waiting time for transferring the substrate generated between the polishing process of the substrate, and if the substrate exceeds the preset reference value, the next polished substrate is A polishing method characterized by identifying and issuing an alarm.
本発明のように、研磨処理中の研磨パッド表面温度を測定し、前記表面温度の平均値および積分値を算出し、前記平均値および積分値の推移を管理することで、研磨レートの低下が予想されるウェハを検知でき、前記ウェハを抽出し、再研磨することにより、次工程への不良流出を防止できる。さらに、研磨中の研磨パッドの表面温度の平均値もしくは積分値がある一定の値に到達するまで研磨することにより、通常よりも研磨パッドの表面温度が低い場合においても、前記研磨処理中の研磨パッドの表面温度の平均値および積分値を合わせることにより、必要研磨量を確保でき、終点検出機構として利用でき、製品の残膜異常が発生しない。 As in the present invention, the polishing pad surface temperature during the polishing process is measured, the average value and the integral value of the surface temperature are calculated, and the transition of the average value and the integral value is managed, thereby reducing the polishing rate. An expected wafer can be detected, and by extracting and re-polishing the wafer, defective outflow to the next process can be prevented. Further, by polishing until the average value or integrated value of the surface temperature of the polishing pad being polished reaches a certain value, the polishing during the polishing process is performed even when the surface temperature of the polishing pad is lower than usual. By combining the average value and integral value of the surface temperature of the pad, the required polishing amount can be ensured, and it can be used as an end point detection mechanism, so that no residual film abnormality of the product occurs.
(第1の実施の形態)
以下、本発明における第1の実施の形態について説明する。本発明では、研磨パッドの表面の温度を測定し、常時モニターする。本発明を構成する研磨機構を図1に示す。研磨パッド12を貼りつけた定盤11を回転させ、研磨剤15を供給し、キャリア14で保持した基盤13を回転させながら、研磨パッド12に押し当てて研磨する機構の場合、研磨パッド12の表面の温度を測定するセンサー16を備え、接続したモニタリングツール18により、測定した温度を常時モニターする。研磨パッド12の表面温度を測定する箇所は、基盤13と研磨パッド12が研磨によって接触する面の基盤13の中心を通る温度測定箇所17が望ましい。センサー16は、非接触の放射温度計などを使用する。研磨処理時には、研磨荷重、定盤11およびキャリア14の回転により、基盤13と研磨パッド12の間に発生した摩擦力により研磨パッド12の表面温度は増加する。図2に研磨処理時の研磨パッドの表面温度の推移を示す。研磨開始から終了の1処理分の区間21が繰り返される。設備が正常に動作している場合、研磨処理と研磨処理の間の時間は一定になるが、図3に示すように研磨処理以外で律速する装置の場合や、軽微なトラブルなどで設備が停止した場合、研磨処理と研磨処理の間の時間が正常時では区間33のようになるが、区間34のように増加する。このとき、次の研磨処理時間を表す区間32は、研磨パッドの表面温度が正常時の区間31よりも低下した状態から研磨が開始される。図4に正常時と異常時の温度変化を示す。正常時の研磨パッド表面の温度プロファイルを示すグラフ41よりも異常時の研磨パッド表面の温度プロファイルを示すグラフ42の方が研磨開始時には低い温度になる。図5に1処理分の研磨パッドの表面温度の平均値と研磨レートの関係を示す。研磨パッドの表面温度の平均値が低いと研磨レートも低下する。このことから、パッドの表面温度が低い状態で研磨された被研磨物は、研磨レートが低下し、研磨残りなどの品質異常が発生している可能性がある。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described. In the present invention, the surface temperature of the polishing pad is measured and constantly monitored. The polishing mechanism constituting the present invention is shown in FIG. In the case of a mechanism in which the surface plate 11 with the
そこで、本発明のパッド表面の温度を測定し、常時モニターすることにより、上記研磨パッドの表面温度の低下を検出し、次に処理した製品を研磨残り発生品として抽出し、別途膜厚測定等の確認を実施した上で必要な対処を実施する。研磨パッド表面温度の低下の判断は、研磨処理中の温度の平均値や積分値を使用し、研磨レートとの相関データより、異常が発生する閾値を設定し、前記閾値を下回った場合に対象となる製品を抽出する。これは、研磨装置画面への表示や通信によるアラーム等の発報により対象の製品が認識できればよい。これにより、異常が発生した製品が次工程に流出することを回避できる。 Therefore, the temperature of the pad surface of the present invention is measured and constantly monitored to detect a decrease in the surface temperature of the polishing pad, and then the processed product is extracted as an unpolished product, and the film thickness is measured separately. Perform necessary actions after confirming the above. The judgment of the decrease in the polishing pad surface temperature is made when the average value or integral value of the temperature during the polishing process is used, and a threshold value for occurrence of abnormality is set from the correlation data with the polishing rate, and the target value falls below the threshold value. Extract the product that becomes. It is sufficient that the target product can be recognized by displaying on the polishing apparatus screen or issuing an alarm such as communication. Thereby, it can avoid that the product which abnormality generate | occur | produced flows out to the following process.
リニア研磨方式の研磨機構の場合における本発明の実施の形態について述べる。図6に示すようなベルトに貼り付けた研磨パッド61を動作させ、基盤62を保持したキャリア63を回転させ、研磨剤64を供給し、研磨パッド61に押し当てながら研磨するリニア研磨方式の研磨機構の場合、研磨パッド61の表面の温度を測定するセンサー65を備え、接続したモニタリングツール67により、測定した温度を常時モニターする。研磨パッド61の表面温度を測定する箇所は、基盤62と研磨パッド61が研磨によって接触する面の基盤62の中心を通る温度測定箇所66が望ましい。センサー65は、非接触の放射温度計などを使用する。
An embodiment of the present invention in the case of a linear polishing type polishing mechanism will be described. The
(第2の実施の形態)
以下、本発明における第2の実施の形態について説明する。本発明では、図1に示す研磨機構において、研磨パッド表面の温度を測定し、常時モニターし、研磨処理中の温度の平均値や積分値をリアルタイムで算出する。前記研磨処理中の温度の平均値や積分値と研磨レートとの相関データより、必要な研磨量を確保できる平均値や積分値をあらかじめ設定し、設定された平均値および積分値に到達するまで研磨処理を実施する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described. In the present invention, in the polishing mechanism shown in FIG. 1, the temperature of the polishing pad surface is measured and constantly monitored, and the average value and integrated value of the temperature during the polishing process are calculated in real time. From the correlation data between the average value and integral value of the temperature during the polishing process and the polishing rate, an average value and an integral value that can secure the required polishing amount are set in advance, and until the set average value and integral value are reached. A polishing process is performed.
図7に本実施の形態による研磨パッドの表面温度推移を示す。グラフ71は正常な状態での温度プロファイルであり、グラフ72が研磨処理と研磨処理の間の時間が通常よりも増加した場合の温度プロファイルである。区間73は正常な状態での研磨時間であり、研磨処理開始時に温度が低下した場合には、区間74の研磨時間であらかじめ設定された温度の積分値に到達するまで研磨処理を実施している。これにより、研磨処理以外で律速した場合や、軽微なトラブルなどで設備が停止した場合に、研磨レートが低下しても必要な研磨量を確保でき、研磨残りなどの異常を発生させないことができる。
FIG. 7 shows changes in the surface temperature of the polishing pad according to the present embodiment. A graph 71 is a temperature profile in a normal state, and a
本発明は、絶縁膜のCMPなどの被研磨膜が一種類の場合の研磨時間を決定するエンドポイントとして有効であり、研磨処理以外で律速した場合や、軽微なトラブルなどで設備が停止した場合においても、研磨レートの低下分を研磨時間で補うことができ、必要な研磨量を確保できる。また、目標となる温度の平均値および積分値については、あらかじめ設定する方法に加えて、直前に処理された数枚の製品の温度の平均値および積分値をフィードフォワードする方法もある。さらには、本発明の研磨時間を決定する方法をエンドポイントのプログラムおよび記録媒体として使用することにより、品種、工程に合わせてエンドポイントを検出することができる。 The present invention is effective as an end point for determining the polishing time when there is only one type of film to be polished, such as CMP of the insulating film. When the rate is controlled other than the polishing process, or when the equipment stops due to minor troubles, etc. In this case, the decrease in the polishing rate can be compensated by the polishing time, and the necessary polishing amount can be ensured. In addition to the method of setting the target temperature average value and integral value in advance, there is also a method of feeding forward the temperature average value and integral value of several products processed immediately before. Furthermore, by using the method for determining the polishing time of the present invention as an end point program and a recording medium, the end point can be detected according to the type and process.
(第3の実施の形態)
以下、本発明における第3の実施の形態について説明する。本発明では、研磨ユニットにおいて、研磨処理と研磨処理の間に発生する搬送待ち時間を常時モニターする。前記研磨処理と研磨処理間の待ち時間が増加すると、前述したように研磨パッドの表面温度が低下し、研磨残りなどの異常が発生する。研磨処理と研磨処理の間に発生する搬送待ち時間と研磨レートの関係を図8に示す。搬送待ち時間の増加に伴い、研磨レートが低下する。そこで、研磨処理と研磨処理の間に発生する搬送待ち時間を常時モニターし、上記搬送待ち時間の増加を検出し、次に処理した製品を研磨残り発生品として抽出し、別途膜厚測定等の確認を実施した上で必要な対処を実施する。上記搬送待ち時間の増加の判断は、研磨レートとの相関データより、異常が発生する閾値を設定し、前記閾値を上回った場合に対象となる製品を抽出する。これは、研磨装置画面への表示や通信によるアラーム等の発報により対象の製品が認識できればよい。これにより、異常が発生した製品が次工程に流出することを回避できる。
(Third embodiment)
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described. In the present invention, in the polishing unit, the conveyance waiting time generated between the polishing processes is constantly monitored. When the waiting time between the polishing processes increases, as described above, the surface temperature of the polishing pad decreases, and an abnormality such as a polishing residue occurs. FIG. 8 shows the relationship between the conveyance waiting time and the polishing rate that occur between the polishing processes. As the transfer waiting time increases, the polishing rate decreases. Therefore, the waiting time for transporting between polishing processes is constantly monitored, the increase in the waiting time for transporting is detected, the next processed product is extracted as an unpolished product, and the film thickness is measured separately. Take necessary actions after checking. The determination of the increase in the waiting time for conveyance is performed by setting a threshold value at which an abnormality occurs based on correlation data with the polishing rate, and extracting a target product when the threshold value is exceeded. It is sufficient that the target product can be recognized by displaying on the polishing apparatus screen or issuing an alarm such as communication. Thereby, it can avoid that the product which abnormality generate | occur | produced flows out to the following process.
(第4の実施の形態)
以下、本発明における第4の実施の形態について説明する。本発明では、図1に示す研磨機構において、研磨パッド表面の温度を測定し、常時モニターする。図9に正常時の研磨パッド表面の温度プロファイルを示すグラフ91と異常時の研磨パッド表面の温度プロファイルを示すグラフ92を示す。研磨開始直後の前記研磨パッドの表面温度が上昇している区間93において、表面温度の上昇の傾きすなわち微分値をリアルタイムで算出し、その低下を検出し、対象の製品を研磨残り発生品として抽出し、別途膜厚測定等の確認を実施した上で必要な対処を実施する。研磨開始直後の温度上昇の傾き低下の判断は、事前に取得した研磨レートとの相関データより、異常が発生する閾値を設定し、前記閾値を下回った場合に対象となる製品を抽出する。これは、研磨装置画面への表示や通信によるアラーム等の発報により対象の製品が認識できればよい。これにより、異常が発生した製品が次工程に流出することを回避できる。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the present invention, in the polishing mechanism shown in FIG. 1, the temperature of the polishing pad surface is measured and constantly monitored. FIG. 9 shows a
本発明にかかる研磨パッドの表面温度を測定し、プロセス結果の予測やプロセス時間を決定する半導体製造方法は、半導体ウェハ表面を平坦化するCMP工程において、研磨残りなどの異常発生ウェハの検知や研磨時間を決定するエンドポイント機能として有用である。 The semiconductor manufacturing method for measuring the surface temperature of the polishing pad according to the present invention and determining the prediction of the process result and the process time is performed in the CMP process for flattening the surface of the semiconductor wafer. Useful as an endpoint function to determine time.
11 定盤
12 研磨パッド
13 基盤
14 キャリア
15 研磨剤
16 センサー
17 温度測定箇所
18 モニタリングツール
21 研磨処理区間
31 区間
32 区間
33 区間
34 区間
41 グラフ
42 グラフ
61 研磨パッド
62 基盤
63 キャリア
64 研磨剤
65 センサー
66 温度測定箇所
67 モニタリングツール
71 グラフ
72 グラフ
73 区間
74 区間
91 グラフ
92 グラフ
93 区間
101 定盤
102 研磨パッド
103 基盤
104 キャリア
105 研磨剤
106 センサー
107 モニタリングツール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11
Claims (5)
研磨中の研磨パッドの表面温度を測定する機構を備え、
測定した前記表面温度を収集し、研磨処理期間中の平均値および積分値を算出するユニットを備え、
前記平均値および積分値が事前に設定した基準値を下回った時に研磨された基盤を識別し、
警報を発することを特徴とする研磨方法。 In the mechanism that supplies abrasive to the surface of the polishing pad affixed on the surface plate and polishes while pressing the substrate,
Equipped with a mechanism to measure the surface temperature of the polishing pad during polishing,
A unit that collects the measured surface temperature and calculates an average value and an integral value during the polishing process,
Identify the ground substrate when the mean and integral values are below a preset reference value;
A polishing method characterized by issuing an alarm.
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