JP2013098183A - Semiconductor device manufacturing method and wafer polishing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法、及び、ウェハ研磨装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a wafer polishing apparatus.
半導体装置の製造分野などにおいて、ウェハの研磨を行うウェハ研磨装置が用いられる。ウェハ研磨装置としては、ウェハをCMP(Chemical Mechanical Polish)するCMP装置が代表的である。 In the field of manufacturing semiconductor devices, a wafer polishing apparatus that polishes a wafer is used. A typical wafer polishing apparatus is a CMP apparatus that performs CMP (Chemical Mechanical Polish) on a wafer.
CMP装置は、研磨テーブル(研磨定盤)と、研磨テーブル上に設けられた研磨パッドと、ウェハをフェイスダウンで保持する研磨ヘッドと、を有する。ウェハの研磨は、例えば、研磨パッドにより保持したウェハの被研磨面を研磨パッドに対して接触させた状態で、研磨ヘッドをウェハとともに水平面内で回転させながら、研磨テーブルを水平面内で回転させることにより行う。 The CMP apparatus includes a polishing table (polishing surface plate), a polishing pad provided on the polishing table, and a polishing head that holds the wafer face down. For polishing the wafer, for example, the polishing table is rotated in the horizontal plane while the polishing head is rotated in the horizontal plane together with the wafer while the surface to be polished of the wafer held by the polishing pad is in contact with the polishing pad. To do.
ここで、研磨パッドは、剛体ではなく弾性体である。このため、CMPの際に、研磨パッドが撓んでしまい、ディッシングという現象が生じる場合がある。 Here, the polishing pad is not a rigid body but an elastic body. For this reason, the polishing pad may bend during CMP and a phenomenon called dishing may occur.
特許文献1には、ウェハを研磨する硬質層と、この硬質層の下に配置された高熱伝導性層と、を有する研磨パッドを用いてCMPを行うことによって、硬質層の表面温度が軟化点近傍まで上昇するのを抑制し、ディッシングを抑制することができる旨の記載がある。
In
しかしながら、研磨パッドの剛性の低下は、温度上昇のみならず、研磨パッドの摩耗によっても発生する。
特許文献1の技術では、研磨パッドの摩耗に起因する研磨パッドの剛性低下による悪影響を十分に抑制することは困難である。
However, the decrease in rigidity of the polishing pad occurs not only due to an increase in temperature but also due to wear of the polishing pad.
With the technique of
本発明は、研磨パッドによりウェハを研磨する工程を有し、
前記ウェハを研磨する工程では、前記研磨パッドの摩耗後の厚さに応じて前記研磨パッドの温度を制御することを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
The present invention includes a step of polishing a wafer with a polishing pad,
In the step of polishing the wafer, the temperature of the polishing pad is controlled in accordance with the thickness after the abrasion of the polishing pad.
この製造方法によれば、研磨パッドの摩耗後の厚さに応じて研磨パッドの温度を制御することによって、研磨パッドの剛性を調節することができるので、研磨パッドが摩耗しても、研磨パッドを適切な剛性に調整することができる。よって、研磨パッドの摩耗に起因する研磨パッドの剛性低下による悪影響を十分に抑制することができる。これにより、例えば、ディッシングなどの発生を抑制することができる。 According to this manufacturing method, the rigidity of the polishing pad can be adjusted by controlling the temperature of the polishing pad in accordance with the thickness of the polishing pad after wear. Can be adjusted to an appropriate rigidity. Therefore, it is possible to sufficiently suppress an adverse effect due to a decrease in rigidity of the polishing pad due to wear of the polishing pad. Thereby, for example, the occurrence of dishing can be suppressed.
また、本発明は、研磨テーブルと、
前記研磨テーブル上に設けられた研磨パッドと、
前記研磨パッドに対してウェハを接触させた状態で前記ウェハを前記研磨パッドに対して相対的に移動させて前記ウェハを研磨する研磨ヘッドと、
前記研磨パッドの摩耗後の厚さに応じて前記研磨パッドの温度を制御する温度制御部と、
を有することを特徴とするウェハ研磨装置を提供する。
The present invention also provides a polishing table;
A polishing pad provided on the polishing table;
A polishing head for polishing the wafer by moving the wafer relative to the polishing pad in a state where the wafer is in contact with the polishing pad;
A temperature control unit for controlling the temperature of the polishing pad according to the thickness after wear of the polishing pad;
There is provided a wafer polishing apparatus characterized by comprising:
本発明によれば、研磨パッドの摩耗に起因する研磨パッドの剛性低下による悪影響を十分に抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to sufficiently suppress an adverse effect due to a decrease in rigidity of the polishing pad due to wear of the polishing pad.
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜に説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
図1は実施形態に係るウェハ研磨装置100を示す模式図である。
本実施形態に係るウェハ研磨装置100は、研磨テーブル1と、研磨テーブル1上に設けられた研磨パッド2と、研磨パッド2に対してウェハ3を接触させた状態でウェハ3を研磨パッド2に対して相対的に移動させてウェハ3を研磨する研磨ヘッド4と、研磨パッド2の摩耗後の厚さに応じて研磨パッド2の温度を制御する温度制御部(制御部6)と、を有する。以下、詳細に説明する。
FIG. 1 is a schematic view showing a
The
研磨テーブル1は、上面が平坦且つ水平な、盤状のテーブル本体11と、このテーブル本体11の中央部より下方に突出している軸部12と、を有している。テーブル本体11の上面には、研磨パッド2が配設されている。 The polishing table 1 includes a plate-like table main body 11 having a flat upper surface and a horizontal surface, and a shaft portion 12 protruding downward from the central portion of the table main body 11. A polishing pad 2 is disposed on the upper surface of the table body 11.
研磨パッド2は、例えば、ウェハ3に接触して該ウェハ3を研磨する上層パッド(第1層)21と、上層パッド21の下に位置する下層パッド(第2層)22と、を含む積層構造をなしている。上層パッド21と下層パッド22は、それぞれ平板状に形成されている。
具体的には、例えば、研磨パッド2は、上層パッド21及び下層パッド22の2層構造をなしている。
The polishing pad 2 includes, for example, an upper layer pad (first layer) 21 that contacts the
Specifically, for example, the polishing pad 2 has a two-layer structure of an upper layer pad 21 and a lower layer pad 22.
上層パッド21は、下層パッド22よりも弾性率が大きい(硬い)。上層パッド21は、ウェハ3に直接的に接触して該ウェハ3を研磨する機能を有するほか、良好な平坦性でウェハ3を研磨するのに大きく寄与する。
ここで、通常、CMP前のウェハ3には、予め成膜された被研磨膜が持つグローバル段差があり、CMPでは、この段差を解消する。この段差の解消の度合い、すなわちCMPの仕上がり具合を、平坦性という。
The upper layer pad 21 has a larger elastic modulus (harder) than the lower layer pad 22. The upper layer pad 21 has a function of directly contacting the
Here, normally, the
一方、下層パッド22は、上層パッド21よりも弾性率が小さい(柔らかい)。下層パッド22は、良好な均一性でウェハ3を研磨するのに大きく寄与する。ここで、均一性とは、ウェハ3の面内における膜厚の均一の程度を表す指標である。均一性が良いとは、ウェハ3の面内での膜厚が均一であることを意味する。
On the other hand, the lower layer pad 22 has a smaller elastic modulus (softer) than the upper layer pad 21. The lower layer pad 22 greatly contributes to polishing the
上層パッド21は、例えば、ウレタン樹脂(ポリウレタン)からなる。このウレタン樹脂は、より具体的には、下記一般式
−[OCONHR1NHCOO−R2]m−[OCONHR1NHCOO−R3]n−
で表される。
ここで、R1〜R3は炭化水素鎖であり、m、nは任意の整数である。
上層パッド21は、例えば、ガラス転移点が60℃未満のウレタン樹脂からなる。このウレタン樹脂のガラス転移点は、例えば、20℃以上である。より具体的には、このウレタン樹脂のガラス転移点は、50℃以下である。
上層パッド21は、引張弾性率が、例えば、240MPa〜300MPa程度である。
なお、上層パッド21は、ポリブタジエンにより構成されていても良い。
The upper layer pad 21 is made of, for example, urethane resin (polyurethane). More specifically, this urethane resin is represented by the following general formula:-[OCONHR1NHCOO-R2] m- [OCONHR1NHCOO-R3] n-
It is represented by
Here, R1 to R3 are hydrocarbon chains, and m and n are arbitrary integers.
The upper layer pad 21 is made of, for example, a urethane resin having a glass transition point of less than 60 ° C. The glass transition point of this urethane resin is, for example, 20 ° C. or higher. More specifically, the glass transition point of this urethane resin is 50 ° C. or less.
The upper layer pad 21 has a tensile modulus of about 240 MPa to 300 MPa, for example.
The upper layer pad 21 may be made of polybutadiene.
下層パッド22は、例えば、ポリエチレン、ポリウレタンからなる。なお、下層パッド22を有しない研磨パッド2(単層の研磨パッド2)を用いても良い。 The lower layer pad 22 is made of, for example, polyethylene or polyurethane. A polishing pad 2 (single-layer polishing pad 2) that does not have the lower layer pad 22 may be used.
研磨ヘッド4は、ウェハ3を保持するリテーナーリング7を下面側に有している。研磨ヘッド4は、リテーナーリング7により保持されたウェハ3をフェイスダウンで保持し、該ウェハ3の被研磨面(図1において下面)を研磨パッド2の上面(上層パッド21の上面)に接触させる。
The polishing head 4 has a
ウェハ研磨装置100は、更に、研磨パッド2を冷却する冷却部5を有している。冷却部5は、例えば、チラーと呼ばれる装置であり、冷却水を外部に供給する。冷却部5は、後述する制御部6の制御下で、冷却水の供給量と、冷却水の温度とを変化させる。
The
ウェハ研磨装置100は、更に、冷却部5からの冷却水を研磨テーブル1へ供給する供給配管51と、研磨テーブル1内に引き回された冷却配管52と、冷却水を研磨テーブル1から冷却部5へ戻す配管53と、を有している。
The
供給配管51の一端は、冷却部5に接続され、供給配管51の他端は、冷却配管52の一端に接続されている。冷却配管52の一端は、例えば、研磨テーブル1の軸部12の下端に位置している。冷却配管52は、軸部12の下端から軸部12の上端へと引き回され、更に、テーブル本体11の上部へと引き回されている。冷却配管52は、テーブル本体11の上部を均一に冷却できるような循環経路で、テーブル本体11の上部において引き回されている。更に、冷却配管52は、テーブル本体11の上部から下端(軸部12の上端)へと引き回され、軸部12の上端から下端へと引き回されている。冷却配管52の他端は、軸部12の下端に位置し、配管53の一端に接続されている。配管53の他端は、冷却部5に接続されている。
One end of the
冷却部5は、供給配管51を通して冷却水を研磨テーブル1内の冷却配管52へ供給する。その冷却水は、冷却配管52の一端から該冷却配管52内に導入され、冷却配管52の他端側へと流れる。つまり、研磨テーブル1内において冷却水が循環する。その後、冷却水は、冷却配管52の他端から、配管53内を通して、冷却部5に戻される。
The
冷却部5は、冷却水を冷却する冷却機構と、冷却水を供給配管51へ圧送するポンプと、を有している。
The
制御部6は、冷却部5の冷却機構及びポンプを制御することによって、冷却水の温度と、冷却水の供給量とを調節する。
The control unit 6 adjusts the temperature of the cooling water and the supply amount of the cooling water by controlling the cooling mechanism and the pump of the
上述のように冷却水が研磨テーブル1内を循環することによって、研磨テーブル1が冷却される。研磨テーブル1が冷却されることにより、研磨テーブル1上に設けられている研磨パッド2も冷却される。
制御部6が冷却部5を制御して、冷却水の温度と供給量とを調節することにより、研磨パッド2の温度を制御することができる。
研磨パッド2は、温度変化に応じて、その剛性が変化する。
As described above, the cooling water circulates in the polishing table 1 to cool the polishing table 1. As the polishing table 1 is cooled, the polishing pad 2 provided on the polishing table 1 is also cooled.
The controller 6 can control the temperature of the polishing pad 2 by controlling the
The polishing pad 2 changes its rigidity according to the temperature change.
ここで、ウェハ研磨装置100は、研磨パッド2の温度を検出する温度検出部(温度センサ)(図示略)を有していることも好ましい。この場合、温度検出部による温度の検出結果が制御部6に入力されるようにし、制御部6では、その検出結果に応じて、研磨パッド2の温度を制御する。
Here, the
研磨パッド2は、その使用時間(稼働時間)が長くなるほど、その厚みが減少する。研磨パッド2の厚みは、研磨パッド2によるウェハ3の研磨や、コンディショナーによる研磨パッド2のコンディショニングにより、減少する。
なお、研磨パッド2において、摩耗によって厚みが減少する部位は、ウェハ3に接触する部位である上層パッド21である。
研磨パッド2は、摩耗によりその厚み(例えば上層パッド21の厚み)が減少するほど、その剛性が低下する。
研磨パッド2の剛性が低下すると、ウェハ3を平坦性良く研磨することが困難となる。
The thickness of the polishing pad 2 decreases as the use time (operation time) becomes longer. The thickness of the polishing pad 2 is reduced by polishing the
In the polishing pad 2, the portion where the thickness decreases due to wear is the upper layer pad 21 that is a portion that contacts the
The rigidity of the polishing pad 2 decreases as the thickness (for example, the thickness of the upper layer pad 21) decreases due to wear.
When the rigidity of the polishing pad 2 decreases, it becomes difficult to polish the
そこで、本実施形態では、研磨パッド2の摩耗後の厚みに応じて、研磨パッド2の温度を制御することによって、研磨パッド2の剛性を調節する。これにより、研磨パッド2が摩耗しても、研磨パッド2を適切な剛性に調整することができる。よって、研磨パッド2の摩耗に起因する研磨パッド2の剛性低下による悪影響を抑制することができる。例えば、ウェハ3の研磨時におけるディッシングなどの発生を抑制することができる。
Therefore, in the present embodiment, the rigidity of the polishing pad 2 is adjusted by controlling the temperature of the polishing pad 2 in accordance with the thickness of the polishing pad 2 after wear. Thereby, even if the polishing pad 2 is worn, the polishing pad 2 can be adjusted to an appropriate rigidity. Therefore, it is possible to suppress an adverse effect due to a decrease in rigidity of the polishing pad 2 due to wear of the polishing pad 2. For example, the occurrence of dishing during polishing of the
ウェハ研磨装置100は、他に、研磨テーブル1を回転させるモータ等の研磨テーブル回転アクチュエータ(図示略)と、研磨ヘッド4を回転させるモータ等の研磨ヘッド回転アクチュエータ(図示略)と、を有している。
ウェハ研磨装置100は、他に、スラリーを貯留するスラリー貯留部(図示略)と、スラリーを研磨パッド2上に吐出するスラリーノズル(図示略)と、スラリー貯留部のスラリーをスラリーノズルへ圧送するポンプ或いはモータ等のスラリー供給アクチュエータ(図示略)と、研磨パッド2の研磨面のコンディショニングを行うコンディショナー(図示略)と、コンディショナーを動作させるコンディショナー駆動アクチュエータ(図示略)と、を有している。
The
In addition, the
制御部6は、各種の制御処理を行うCPU(Central Processing Unit)と、このCPUの動作用プログラムを格納したROM(Read Only Memory)と、このCPUの作業領域などとして機能するRAM(Random Access Memory)と、を備えて構成されている。
制御部6は、冷却部5、研磨テーブル回転アクチュエータ、研磨ヘッド回転アクチュエータ、スラリー供給アクチュエータ、コンディショナー駆動アクチュエータ等の動作制御を行う。
The control unit 6 includes a CPU (Central Processing Unit) that performs various control processes, a ROM (Read Only Memory) that stores a program for operating the CPU, and a RAM (Random Access Memory) that functions as a work area of the CPU. ).
The control unit 6 controls the operation of the
このように構成されたウェハ研磨装置100によるウェハ3の研磨(具体的には、例えばCMP)は、以下のようにして行うことができる。
すなわち、研磨ヘッド4のリテーナーリング7によりウェハ3を保持した状態で、ウェハ3の被研磨面を研磨パッド2の上層パッド21の上面に押し当て、スラリーノズルからスラリーを研磨パッド2上に滴下させて、研磨ヘッド4及び研磨テーブル1を回転させる。
これにより、ウェハ3の被研磨面が、上層パッド21の上面に当接した状態で、該上面に対して相対移動するので、ウェハ3の被研磨面が研磨される。
ウェハ研磨装置100の稼働中、研磨パッド2の温度は、随時、制御される。
Polishing (specifically, for example, CMP) of the
That is, with the
As a result, the surface to be polished of the
During operation of the
次に、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。
図2は実施形態に係る半導体装置の製造方法の一連の工程を示す断面図である。
この製造方法は、研磨パッド2によりウェハ3を研磨する工程を有する。ウェハ3を研磨する工程では、研磨パッド2の摩耗後の厚さに応じて研磨パッド2の温度を制御する。この温度制御により、研磨パッド2の剛性を調節する。以下、詳細に説明する。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment will be described.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a series of steps of the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment.
This manufacturing method includes a step of polishing the
本実施形態においては、図示していないが、半導体基板上にトランジスタ等の半導体素子が形成され、その上に層間絶縁膜が形成されたものを、下地基板として用いる。この下地基板には、半導体素子間をつなぐ配線構造が形成される。また、半導体基板としては、シリコン基板などを用いることができる。 In this embodiment, although not shown, a substrate in which a semiconductor element such as a transistor is formed on a semiconductor substrate and an interlayer insulating film is formed thereon is used as a base substrate. A wiring structure for connecting the semiconductor elements is formed on the base substrate. As the semiconductor substrate, a silicon substrate or the like can be used.
まず、図2(a)に示すように、シリコン基板(図示せず)上に層間絶縁膜201を形成する。この層間絶縁膜201の上に、通常の露光方法でレジストパターンを形成した後、ドライエッチングを行うことにより、複数の配線溝202を層間絶縁膜201に形成する。
次に、層間絶縁膜201上、及び、配線溝202の内部に、バリアメタル膜203を形成する。バリアメタル膜203を形成するには、たとえば、スパッタリング法などを用いることができる。バリアメタル膜203としては、例えばTa膜を用いる。
次に、スパッタリング法により、バリアメタル膜203上にCuシード膜(図示せず)を形成する。次に、電解めっき法により、Cuシード膜をカソードとしてCuめっき膜204を形成する。
このようにして、配線溝202を埋め込むように金属膜を形成することができる。
First, as shown in FIG. 2A, an
Next, a
Next, a Cu seed film (not shown) is formed on the
In this way, a metal film can be formed so as to fill the
次に、図2(b)に示すように、CMPによる平坦化を行う。これにより、配線溝202内にCu配線(Cuめっき膜206)を形成する。配線溝202外の余剰のCuめっき膜204を除去する。
Next, as shown in FIG. 2B, planarization by CMP is performed. Thereby, Cu wiring (Cu plating film 206) is formed in the
以上のようにして、図2(b)に示す配線構造の半導体装置200が得られる。この後、上述した工程を繰り返すことにより、2層以上の多層配線構造の半導体装置を形成してもよい。
As described above, the
ここで、本実施形態に係る半導体装置の製造方法において、CMPによる平坦化(図2(b)の工程)は、例えば上述のウェハ研磨装置100を用いて行う。
Here, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, planarization by CMP (step of FIG. 2B) is performed using the above-described
上述のように、研磨パッド2は、その使用時間(稼働時間)が長くなるほど、摩耗によってその厚みが減少し、その剛性が低下する。その結果、研磨パッド2の剛性が不足することから、ウェハ3を平坦性良く研磨することが困難となる。
特に、ウェハ3を研磨することによって配線溝202に金属膜を埋め込み形成する場合、ディッシングが発生しやすくなる。
As described above, as the use time (operation time) of the polishing pad 2 increases, the thickness thereof decreases due to wear and the rigidity thereof decreases. As a result, since the rigidity of the polishing pad 2 is insufficient, it becomes difficult to polish the
In particular, when a metal film is embedded in the
ここで、CMP時の研磨パッド2は、埋め込み構造(Cuめっき膜206)の脇のストッパー層205(図2)を支点として、撓みながら、埋め込み構造の表面に接触する。このため、ディッシングが発生する。 Here, the polishing pad 2 at the time of CMP makes contact with the surface of the embedded structure while bending with the stopper layer 205 (FIG. 2) beside the embedded structure (Cu plating film 206) as a fulcrum. For this reason, dishing occurs.
そこで、本実施形態では、研磨パッド2が摩耗した場合に、研磨パッド2の温度を低下させることによってその剛性を高めることで、ディッシング等の悪影響の発生を抑制するとともに、研磨パッド2の長寿命化を図る。 Therefore, in the present embodiment, when the polishing pad 2 is worn, the rigidity of the polishing pad 2 is increased by lowering the temperature of the polishing pad 2, thereby suppressing the occurrence of adverse effects such as dishing and the long life of the polishing pad 2. Plan
すなわち、制御部6は、摩耗により研磨パッド2の厚さが所定の厚さ未満となったか否かを判定し、研磨パッド2の厚さが所定の厚さ未満となったと判定した場合には、研磨パッド2の厚さが所定の厚さ以上のときよりも研磨パッド2を低温に制御する。 That is, the control unit 6 determines whether or not the thickness of the polishing pad 2 is less than a predetermined thickness due to wear, and when determining that the thickness of the polishing pad 2 is less than a predetermined thickness, The polishing pad 2 is controlled at a lower temperature than when the thickness of the polishing pad 2 is equal to or greater than a predetermined thickness.
ここで、研磨パッド2の厚さが所定の厚さ未満となったか否かの判定は、例えば、同一の研磨パッド2によるCMPの処理回数に基づいて行う。例えば、研磨パッド2の厚さが所定の厚さとなるようなCMPの処理回数(以下、上限処理回数)を予め調べておく。そして、同一の研磨パッド2によるCMPの処理回数が上限処理回数を超えた場合に、研磨パッド2の厚さが所定の厚さ未満となったと判定する。
なお、研磨パッド2の厚さが所定の厚さ未満となったか否かの判定は、同一の研磨パッド2の稼働時間に基づいて行っても良い。
或いは、研磨パッド2の厚さの実測値に基づいて、研磨パッド2の厚さが所定の厚さ未満となったか否かを判定しても良い。
また、ここで、「研磨パッド2の厚さが所定の厚さとなる」ということは、例えば、「研磨パッド2の上層パッド21の層厚が初期値の60〜70%となること」などを意味する。
Here, the determination of whether or not the thickness of the polishing pad 2 is less than a predetermined thickness is made based on, for example, the number of CMP processes performed by the same polishing pad 2. For example, the number of CMP processes (hereinafter, the upper limit number of processes) in which the thickness of the polishing pad 2 becomes a predetermined thickness is checked in advance. Then, when the number of CMP processes using the same polishing pad 2 exceeds the upper limit number of processes, it is determined that the thickness of the polishing pad 2 has become less than a predetermined thickness.
The determination as to whether or not the thickness of the polishing pad 2 is less than a predetermined thickness may be made based on the operating time of the same polishing pad 2.
Alternatively, it may be determined whether or not the thickness of the polishing pad 2 is less than a predetermined thickness based on the measured value of the thickness of the polishing pad 2.
In addition, here, “the thickness of the polishing pad 2 becomes a predetermined thickness” means, for example, “the layer thickness of the upper layer pad 21 of the polishing pad 2 is 60 to 70% of the initial value” and the like. means.
より具体的には、制御部6は、研磨パッド2の厚さが所定の厚さ以上の場合には、研磨パッド2の温度を研磨パッド2の上層パッド21のガラス転移点以上の温度に制御し、研磨パッド2の厚さが所定の厚さ未満となった場合には、研磨パッド2の温度を研磨パッド2の上層パッド21のガラス転移点未満の温度に制御する。 More specifically, when the thickness of the polishing pad 2 is equal to or greater than a predetermined thickness, the control unit 6 controls the temperature of the polishing pad 2 to be equal to or higher than the glass transition point of the upper layer pad 21 of the polishing pad 2. When the thickness of the polishing pad 2 becomes less than a predetermined thickness, the temperature of the polishing pad 2 is controlled to a temperature lower than the glass transition point of the upper layer pad 21 of the polishing pad 2.
図3はウェハ研磨装置100の制御部6の動作を示すフローチャートである。図3の処理は、例えば、ウェハ研磨装置100の稼働中において、制御部6が随時(例えば所定時間ごとに繰り返し)行う。
図4は本実施形態に係る半導体装置の製造方法のタイムチャートである。図4において、点線のグラフは研磨パッド2の温度を示し、実線のグラフは研磨パッド2の剛性を示す。図4の横軸は、研磨パッド2の摩耗量、縦軸は、研磨パッド2の温度或いは剛性である。
FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the control unit 6 of the
FIG. 4 is a time chart of the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment. In FIG. 4, the dotted line graph indicates the temperature of the polishing pad 2, and the solid line graph indicates the rigidity of the polishing pad 2. The horizontal axis in FIG. 4 represents the amount of wear of the polishing pad 2, and the vertical axis represents the temperature or rigidity of the polishing pad 2.
図3に示すように、制御部6は、先ず、研磨パッド2の摩耗後の厚さが所定の厚さ未満となったか否かを判定する(ステップS1)。
研磨パッド2の厚さが所定の厚さ以上であれば(ステップS1のN)、制御部6は、研磨パッド2の温度が、上層パッド21のガラス転移点以上の温度(好ましくは、該ガラス転移点よりも高温)となるように、冷却部5を制御する(ステップS2)。
一方、研磨パッド2の厚さが所定の厚さ未満となっていれば(ステップS1のY)、制御部6は、研磨パッド2の温度が、上層パッド21のガラス転移点未満の温度となるように、冷却部5を制御する(ステップS3)。
As shown in FIG. 3, the controller 6 first determines whether or not the thickness of the polishing pad 2 after wear has become less than a predetermined thickness (step S1).
If the thickness of the polishing pad 2 is equal to or greater than the predetermined thickness (N in Step S1), the controller 6 determines that the temperature of the polishing pad 2 is equal to or higher than the glass transition point of the upper layer pad 21 (preferably, the glass The
On the other hand, if the thickness of the polishing pad 2 is less than the predetermined thickness (Y in Step S1), the control unit 6 causes the temperature of the polishing pad 2 to be lower than the glass transition point of the upper layer pad 21. Thus, the
このような制御を行う結果、図4に示すように、研磨パッド2の摩耗量が所定量M以下の場合、すなわち研磨パッド2の厚さが所定の厚さ以上の場合には、研磨パッド2の温度は、上層パッド21のガラス転移点以上の温度に維持される。また、研磨パッド2の摩耗量が所定量Mを越えた場合、すなわち研磨パッド2の摩耗後の厚さが所定の厚さ未満の場合には、研磨パッド2の温度は、上層パッド21のガラス転移点未満の温度に維持される。 As a result of performing such control, as shown in FIG. 4, when the wear amount of the polishing pad 2 is a predetermined amount M or less, that is, when the thickness of the polishing pad 2 is equal to or larger than the predetermined thickness, the polishing pad 2 Is maintained at a temperature equal to or higher than the glass transition point of the upper layer pad 21. When the wear amount of the polishing pad 2 exceeds a predetermined amount M, that is, when the thickness after wear of the polishing pad 2 is less than the predetermined thickness, the temperature of the polishing pad 2 is the glass of the upper layer pad 21. Maintained at a temperature below the transition point.
ここで、図5は実施形態に係るウェハ研磨装置100の研磨パッド2の温度と研磨パッド2の上層パッド21の弾性率との関係を示す図(図5の実線のグラフ)である。また、図5には、比較用に、変形例の研磨パッドの温度とその上層パッドの弾性率との関係を点線で示している。
図6は変形例の研磨パッドの温度とその上層パッドの弾性率との関係を示す図である。
Here, FIG. 5 is a diagram (solid line graph in FIG. 5) showing the relationship between the temperature of the polishing pad 2 of the
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the temperature of the polishing pad of the modification and the elastic modulus of the upper layer pad.
変形例の研磨パッドは、現在、CMP装置において一般的に用いられている研磨パッドである。この研磨パッドの上層パッドの材質は、ウレタン樹脂(ポリウレタン)である。ウレタン樹脂はガラス転移点Tg(軟化点)を持つ。このウレタン樹脂のガラス転移点Tgは、約60℃である。このウレタン樹脂は、ガラス転移点Tg以上の温度では、弾性率が低下し、柔らかくなる。
この研磨パッドは、図6に示すように、ガラス転移点Tg未満の温度範囲T3において使用される。この研磨パッドを用いた研磨時の温度はガラス転移点よりも十分に低いので、該研磨パッドの弾性率が不足することはない。ただし、研磨パッドの摩耗に伴い、パッドの剛性が低下する。
The polishing pad of the modified example is a polishing pad that is currently generally used in a CMP apparatus. The material of the upper layer pad of this polishing pad is urethane resin (polyurethane). Urethane resin has a glass transition point Tg (softening point). The glass transition point Tg of this urethane resin is about 60 ° C. This urethane resin has a lower elastic modulus and becomes softer at a temperature equal to or higher than the glass transition point Tg.
As shown in FIG. 6, this polishing pad is used in a temperature range T3 below the glass transition point Tg. Since the temperature at the time of polishing using this polishing pad is sufficiently lower than the glass transition point, the elastic modulus of the polishing pad will not be insufficient. However, as the polishing pad wears, the pad rigidity decreases.
一方、本実施形態に係る研磨パッド2の上層パッド21のガラス転移点Tg(軟化点)は、図5に示すように、変形例の研磨パッドの上層パッドのガラス転移点Tgよりも低い。
本実施形態に係る研磨パッド2の上層パッド21は、そのガラス転移点Tg以上の温度範囲T1においても、変形例の研磨パッドの上層パッドと同等レベルの弾性率である。
本実施形態に係る研磨パッド2の上層パッド21の弾性率は、そのガラス転移点Tgよりも低温の温度範囲T2においては、温度範囲T1での弾性率よりも大きくなる。
本実施形態に係る研磨パッド2の上層パッド21の弾性率は、温度範囲T2においては、変形例の研磨パッドの上層パッドよりも弾性率が大きい。
On the other hand, the glass transition point Tg (softening point) of the upper layer pad 21 of the polishing pad 2 according to the present embodiment is lower than the glass transition point Tg of the upper layer pad of the polishing pad of the modified example, as shown in FIG.
The upper layer pad 21 of the polishing pad 2 according to the present embodiment has a modulus of elasticity equivalent to that of the upper layer pad of the polishing pad of the modified example even in the temperature range T1 above the glass transition point Tg.
The elastic modulus of the upper layer pad 21 of the polishing pad 2 according to this embodiment is larger than the elastic modulus in the temperature range T1 in the temperature range T2 at a temperature lower than the glass transition point Tg.
The elastic modulus of the upper layer pad 21 of the polishing pad 2 according to the present embodiment has a higher elastic modulus than the upper layer pad of the polishing pad of the modification in the temperature range T2.
図4に示すように、研磨パッド2の使用開始当初は、研磨パッド2の温度を、その上層パッド21のガラス転移点Tgよりも高温(図5の温度範囲T1内の温度)に制御する。
研磨パッド2の剛性は、当該研磨パッド2によるCMPの処理回数が増大し、当該研磨パッド2の摩耗量が増大(研磨パッド2の摩耗後の厚さが減少)するとともに、低下する。
As shown in FIG. 4, at the beginning of use of the polishing pad 2, the temperature of the polishing pad 2 is controlled to be higher than the glass transition point Tg of the upper layer pad 21 (temperature in the temperature range T <b> 1 in FIG. 5).
The rigidity of the polishing pad 2 decreases as the number of CMP processes performed by the polishing pad 2 increases and the amount of wear of the polishing pad 2 increases (the thickness of the polishing pad 2 after wear decreases).
その後、研磨パッド2の摩耗量が所定量M(図4)を越えた、すなわち研磨パッド2の摩耗後の厚さが所定の厚さ未満となった場合には、研磨パッド2の温度を上層パッド21のガラス転移点未満の温度(図5の温度範囲T2内の温度)へと低下させる(図4の冷却Aを行う)。これにより、研磨パッド2の剛性を一旦改善することができる(図4の剛性改善Bが生じる)。 Thereafter, when the wear amount of the polishing pad 2 exceeds a predetermined amount M (FIG. 4), that is, when the thickness after the wear of the polishing pad 2 becomes less than the predetermined thickness, the temperature of the polishing pad 2 is set to the upper layer. The temperature is lowered to a temperature lower than the glass transition point of pad 21 (temperature in temperature range T2 in FIG. 5) (cooling A in FIG. 4 is performed). Thereby, the rigidity of the polishing pad 2 can be improved once (the rigidity improvement B in FIG. 4 occurs).
つまり、研磨パッド2が摩耗しても、研磨パッド2を適切な剛性に調整することができる。よって、研磨パッド2の摩耗に起因する研磨パッド2の剛性低下による悪影響(CMPによるディッシングの発生など)を抑制することができる。
また、長期に亘って適切な条件で研磨を行うことができるので、研磨パッド2を長寿命化することができるとともに、ウェハ研磨装置100の稼働率向上、並びに、半導体装置の製造コスト低減が可能である。
That is, even if the polishing pad 2 is worn, the polishing pad 2 can be adjusted to an appropriate rigidity. Therefore, it is possible to suppress an adverse effect (such as dishing due to CMP) due to a decrease in rigidity of the polishing pad 2 due to wear of the polishing pad 2.
Further, since polishing can be performed under appropriate conditions for a long period of time, the life of the polishing pad 2 can be extended, the operating rate of the
以上のような実施形態によれば、研磨パッド2の摩耗後の厚さに応じて研磨パッド2の温度を制御することによって、研磨パッド2の剛性を調節するので、研磨パッド2が摩耗しても、研磨パッド2を適切な剛性に調整することができる。よって、研磨パッド2の摩耗に起因する研磨パッド2の剛性低下による悪影響を十分に抑制することができる。これにより、ウェハ3の研磨時におけるディッシングなどの発生を抑制することができる。よって、例えば、金属の埋め込み構造により形成する配線の抵抗値として、設計通りの値を精度良く得ることができ、歩留まりに優れた半導体装置を製造することができる。
According to the embodiment as described above, the rigidity of the polishing pad 2 is adjusted by controlling the temperature of the polishing pad 2 according to the thickness of the polishing pad 2 after wear. In addition, the polishing pad 2 can be adjusted to an appropriate rigidity. Therefore, it is possible to sufficiently suppress an adverse effect due to a decrease in rigidity of the polishing pad 2 due to wear of the polishing pad 2. Thereby, the occurrence of dishing or the like during polishing of the
<変形例>
上記の実施形態では、図5に実線で示されるような特性の研磨パッド2(例えば、上層パッド21が図5に実線で示されるような特性のもの)を用いる例を説明したが、図5に点線で示されるような特性の研磨パッド(例えばその上層パッドが図5に点線で示されるような特性のもの)を用いても良い。
なお、一般的な研磨パッド(つまり、変形例の研磨パッド)の場合、研磨パッドを新品に交換する必要が生じる程度に研磨パッドが摩耗した段階においても、その上層パッドは、ウェハの研磨が可能な程度の厚みを有している(ただし、剛性が不足するため、ウェハを平坦性良く研磨することが困難である)。
そこで、この変形例の場合にも、研磨パッドの摩耗後の厚さが所定の厚さ未満となった場合に、研磨パッドの厚さが所定の厚さ以上のときよりも研磨パッドを低温に制御することによって、上記と同様の効果が得られる。
すなわち、研磨パッドの厚さが所定の厚さ以上のときには、研磨パッドの温度を例えば図5の温度範囲T1に制御し、研磨パッドの厚さが所定の厚さ未満となった場合には、研磨パッドの温度を例えば図5の温度範囲T2に制御すると良い。
<Modification>
In the above embodiment, the example using the polishing pad 2 having the characteristics shown by the solid line in FIG. 5 (for example, the upper pad 21 having the characteristics shown by the solid line in FIG. 5) has been described. Alternatively, a polishing pad having the characteristics shown by the dotted line (for example, the upper layer pad having the characteristics shown by the dotted line in FIG. 5) may be used.
In the case of a general polishing pad (that is, a polishing pad of a modified example), even when the polishing pad is worn to such an extent that the polishing pad needs to be replaced with a new one, the upper layer pad can polish the wafer. It has a certain thickness (however, since the rigidity is insufficient, it is difficult to polish the wafer with good flatness).
Therefore, also in the case of this modification, when the thickness of the polishing pad after wear becomes less than a predetermined thickness, the polishing pad is cooled to a lower temperature than when the polishing pad is thicker than the predetermined thickness. By controlling, the same effect as described above can be obtained.
That is, when the thickness of the polishing pad is equal to or greater than a predetermined thickness, the temperature of the polishing pad is controlled to, for example, the temperature range T1 in FIG. 5, and when the thickness of the polishing pad becomes less than the predetermined thickness, For example, the temperature of the polishing pad may be controlled to a temperature range T2 in FIG.
1 研磨テーブル
11 テーブル本体
12 軸部
2 研磨パッド
21 上層パッド
22 下層パッド
3 ウェハ
4 研磨ヘッド
5 冷却部
51 供給配管
52 冷却配管
53 配管
6 制御部
7 リテーナーリング
100 ウェハ研磨装置
200 半導体装置
201 層間絶縁膜
202 配線溝
203 バリアメタル膜
204 Cuめっき膜
205 ストッパー層
206 Cuめっき膜
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ウェハを研磨する工程では、前記研磨パッドの摩耗後の厚さに応じて前記研磨パッドの温度を制御することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A step of polishing the wafer with a polishing pad;
In the step of polishing the wafer, the temperature of the polishing pad is controlled in accordance with the thickness after wear of the polishing pad.
前記研磨パッドの厚さが前記所定の厚さ未満となった場合には、前記研磨パッドの温度を前記研磨パッドのガラス転移点未満の温度に制御することを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 When the thickness of the polishing pad is equal to or greater than the predetermined thickness, the temperature of the polishing pad is controlled to a temperature equal to or higher than the glass transition point of the polishing pad,
The temperature of the polishing pad is controlled to a temperature lower than the glass transition point of the polishing pad when the thickness of the polishing pad becomes less than the predetermined thickness. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記研磨テーブル上に設けられた研磨パッドと、
前記研磨パッドに対してウェハを接触させた状態で前記ウェハを前記研磨パッドに対して相対的に移動させて前記ウェハを研磨する研磨ヘッドと、
前記研磨パッドの摩耗後の厚さに応じて前記研磨パッドの温度を制御する温度制御部と、
を有することを特徴とするウェハ研磨装置。 A polishing table;
A polishing pad provided on the polishing table;
A polishing head for polishing the wafer by moving the wafer relative to the polishing pad in a state where the wafer is in contact with the polishing pad;
A temperature control unit for controlling the temperature of the polishing pad according to the thickness after wear of the polishing pad;
A wafer polishing apparatus comprising:
前記温度制御部は、前記冷却部を制御することにより、前記研磨パッドの温度を制御することを特徴とする請求項4に記載のウェハ研磨装置。 A cooling unit for cooling the polishing pad;
The wafer polishing apparatus according to claim 4, wherein the temperature controller controls the temperature of the polishing pad by controlling the cooling unit.
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