JP2021091033A - 研磨装置、研磨ヘッド、研磨方法、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】基板の被研磨膜と研磨面の接触領域を制御することで高速かつ高精度な基板の膜厚補正が可能な研磨装置、研磨ヘッド、研磨方法、及び半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】研磨装置1000は、基板の被研磨膜の膜厚を測定する測定部300を備え、膜厚の測定結果に基づいて膜厚の許容値を超える被研磨膜上の箇所である凸部の位置と形状を求め、複数の条件が格納されている記憶部430から凸部の研磨に適する条件を選択する演算部440を備える。さらに、選択した条件に基づいて凸部の部分研磨を行う研磨部200を備える。研磨部200は、研磨パッドと、凸部を研磨する側に研磨パッドを装着可能な装着部と、凸部と接触するように研磨パッドの研磨面の形状を制御するための複数の押圧部と、選択した条件に基づいて複数の押圧部を研磨面に対して垂直な方向に動かす駆動部を有する。【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、研磨装置、研磨ヘッド、研磨方法、及び半導体装置の製造方法に関する。
半導体装置の製造工程においては、半導体装置表面の平坦化技術がますます重要になっている。この平坦化技術のうち、重要な技術は、化学的機械的研磨(CMP(Chemical Mechanical Polishing))である。この化学的機械的研磨は、研磨装置を用いて、シリカ(SiO2)等の砥粒を含んだ研磨液を研磨パッド等の研磨面上に供給しつつ半導体ウェハなどの基板を研磨面に接触させて研磨を行うものである。
本発明が解決しようとする課題は、基板の被研磨膜と研磨面の接触領域を制御することで高速かつ高精度な基板の膜厚補正が可能な研磨装置、研磨ヘッド、研磨方法、及び半導体装置の製造方法を提供することである。
実施形態に係る研磨装置は、基板の被研磨膜の膜厚を測定する測定部を備える。また、膜厚の測定結果に基づいて膜厚の許容値を超える被研磨膜上の箇所である凸部の位置と形状を求め、複数の条件が格納されている記憶部から凸部の研磨に適する条件を選択する演算部を備える。さらに、選択した条件に基づいて凸部の部分研磨を行う研磨部を備える。研磨部は、研磨パッドと、凸部を研磨する側に研磨パッドを装着可能な装着部と、凸部と接触するように研磨パッドの研磨面の形状を制御するための複数の押圧部と、選択した条件に基づいて複数の押圧部を研磨面に対して垂直な方向に動かす駆動部を有する。
以下、実施形態の研磨ヘッド及び研磨装置について、図面を参照して説明する。なお、図面は模式的なものであり、例えば厚さと平面寸法との関係、各層の厚さの比率等は現実のものとは異なる場合がある。また、実施形態において、実質的に同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
図1は、本実施形態に係る研磨装置1000の各構成要素とその配置関係の一例を示す図である。研磨装置1000は、第1研磨部100、第2研磨部200、測定部300、制御部400、ロードポート510、搬送ロボット522、搬送路524、基板ステーション530、洗浄部540、乾燥部550、バス560を備える。制御部400は、第1研磨部100、第2研磨部200、測定部300の各々とバス560を介して通信を行っている。第1研磨部100、第2研磨部200、測定部300、ロードポート510、洗浄部540、乾燥部550との間は複数の搬送ロボット522を介して接続されている。
図2は、本実施形態に係る研磨装置1000の第1研磨部100の構成例を示す斜視図である。第1研磨部100は、研磨パッド140を支持するテーブル150と、ウェハWを研磨パッド140に押し付けるトップリング120と、研磨パッド140にスラリー(研磨剤)を供給するためのノズル180とを備えている。第1研磨部100においては、研磨パッド140を貼ったテーブル150上の定盤155に対して、ウェハWの被研磨面が下向き(フェイスダウン)となるようにトップリング120に装着される。定盤155は、プラテンと称することもある。なお、トップリング120および後述のトップリング220は、研磨ヘッドと称することもある。
テーブル150は、テーブル軸160を介してその下方に配置されるテーブルモーター170に連結される。このテーブルモーター170は、テーブル150を矢印で示す方向に回転させる。研磨パッド140は、テーブル150の上面に貼付されており、研磨パッド140の上面は、ウェハWを研磨する研磨面140aを構成している。研磨パッド140の研磨面140aは、ウェハWの表面よりも大きな面積を有しており、ウェハWの表面全体は研磨面140aに接触することが可能である。トップリング120はトップリングシャフト130の下端に固定されている。トップリング120は、その下面に真空吸着によりウェハWを保持できる。なお、以下の説明では、ウェハWを基板Wと称することもある。また、研磨パッド140および後述の研磨パッド240は、研磨布と称することもある。
ウェハWの表面の研磨は次のようにして行われる。制御部400からの指令により、トップリング120およびテーブル150は、それぞれ矢印で示す方向に回転する。トップリング120は、ウェハWの表面(例えば、配線パターンが形成された面)の全体を研磨パッド140の研磨面140aに押し付ける。この時、ノズル180から研磨パッド140の研磨面140a上にスラリーが供給されている。ウェハWの表面の全体は、スラリーの化学成分による化学的作用とスラリーに含まれる砥粒による機械的作用との組み合わせにより研磨される。なお、ウェハWの表面の研磨に必要な動作は、後述するコントローラ410からの動作指令信号により制御される。なお、トップリング120およびテーブル150の回転方向は、図2の矢印で示す方向と逆でもよい。また、トップリング120およびテーブル150は、それぞれ同じ方向に回転してもよい。さらに、トップリング120およびテーブル150は、異なる方向に回転してもよい。
図3は、本実施形態に係る研磨装置1000の第2研磨部200の構成例を示す斜視図である。第2研磨部200は、テーブル250と、研磨パッド240をウェハWに押し付けるトップリング220と、ウェハWにスラリーを供給するためのノズル280とを備えている。トップリング220は、トップリングシャフト230の下端に固定されている。研磨パッド240は、トップリング220の下方の装着部225を介して、後述する押圧部294と接触可能に装着されており、研磨パッド240の下面はウェハWを研磨する研磨面240aを構成している。
テーブル250は、テーブル軸260を介してその下方に配置されるテーブルモーター270に連結される。このテーブルモーター270は、テーブル250が矢印で示す方向に回転させる。
第2研磨部200は、テーブル250上に膜厚にばらつきがあるウェハWの被研磨面を上向き(フェイスアップ)に装着する。膜厚にばらつきがある状態とは、ウェハWの表面に凹凸(うねり)がある状態である。従って、テーブル250の装着面の面積はウェハWの表面積よりわずかに大きい程度である。通常使用されるウェハWは直径12インチの円板形状をしているため、図2に示した第1研磨部100と比較して第2研磨部200はより小型である。
研磨パッド240を装着したトップリング220は、研磨パッド240をウェハWの表面に押し当てる。なお、図3に示すように、トップリング220のウェハWとの接触面積は、ウェハWの表面積より小さい。従って、研磨パッド240を装着したトップリング220は、ウェハWに局所的に接触するだけである。そして、トップリング220は、研磨パッド240を矢印で示す方向に回転させ、接触部分の接触面の研磨を所定時間行う。さらに、トップリング220は、研磨パッド240をX、Y軸に沿って所定距離だけ水平移動させ、異なる接触面の研磨を行う。このように、トップリング220は、研磨パッド240をウェハWの表面内でX、Y軸方向に移動させながら、表面全体を順次研磨してゆく。なお、トップリング220のウェハWの表面内における移動は、後述するコントローラ410からの動作指令信号によって制御される。
トップリング220およびテーブル250の回転方向は、図3の矢印で示す方向と逆でもよい。また、トップリング220およびテーブル250は、それぞれ同じ方向に回転してもよい。さらに、トップリング220およびテーブル250は、異なる方向に回転していてもよい。
トップリング220は、所定部分の研磨後に接触面から一度離れ、X、Y軸に沿って所定距離だけ水平移動し、異なる接触面の研磨を行ってもよい。
トップリング220およびテーブル250の回転方向は、図3の矢印で示す方向と逆でもよい。また、トップリング220およびテーブル250は、それぞれ同じ方向に回転してもよい。さらに、トップリング220およびテーブル250は、異なる方向に回転していてもよい。
トップリング220は、所定部分の研磨後に接触面から一度離れ、X、Y軸に沿って所定距離だけ水平移動し、異なる接触面の研磨を行ってもよい。
また、トップリング220に近接して接触面にスラリーを供給するノズル280が配置されており、このノズル280は、トップリング220の移動に同期して移動しつつスラリーを供給する。このように、ノズル280の移動をトップリング220の移動に同期させることにより、接触面に効率良くスラリーを供給することが可能である。
測定部300は、ウェハWの被研磨膜の膜厚を測定することができる膜厚センサ(図示せず)を備えている。膜厚センサとしては、公知の渦電流センサ、公知の光学センサ、公知の接触センサなどが使用できる。光学センサは、基板の表面からの反射光を分析することにより、膜厚を測定する装置である。接触センサは、ウェハWの表面にプローブを接触させた状態でウェハW面内を走査させ、プローブの上下動をモニタリングすることでウェハWの被研磨膜表面の凹凸の分布を測定する装置である。本実施形態においては、測定部300は、第1研磨部100、第2研磨部200、制御部400とは独立して設けられているが、この配置に特に限定されない。例えば、第2研磨部200の中に測定部300を組み込んでも良い。
制御部400は、コントローラ410と、インタフェース部420と、記憶部430と、演算部440を備える。制御部400は、測定部300からウェハWの被研磨膜の膜厚に関する測定結果を受信する。次に、制御部400は、ウェハWの表面状態に関する情報を受信した測定結果に基づいて演算し、ウェハWの表面状態に関する情報から条件を選択する。また、制御部400は、選択した条件を動作指令信号として第2研磨部200へと送信する。
以下の説明において、条件をレシピと称することもある。レシピとは、ウェハWを研磨する際の一連の処理パラメータを含むデータをいう。例えば、研磨パッド240とウェハWとの接触領域を決定する情報、トップリング220の走査速度、トップリング220がウェハWを押圧する荷重、トップリング220の揺動距離などである。
研磨パッド240とウェハWとの接触領域を決定する情報の一例としては、研磨パッド240の種類、後述する押圧部294を押圧する深さ、および駆動対象となる押圧部294の識別番号等のパラメータが挙げられる。
なお、制御部400は、研磨装置1000の外部に存在していてもよい。また、第2研磨部200の中に制御部400を組み込んでも良い。本実施形態においては、制御部400は、バス560を介して、第1研磨部100、第2研磨部200、測定部300と接続されている。
コントローラ410は、CPU(Central Processing Unit)を備え、研磨装置1000の第1研磨部100、第2研磨部200、ロードポート510、搬送ロボット522、搬送路524、洗浄部540、乾燥部550の各部を制御する。制御の一例としては、後述する演算部440が選択した条件(レシピ)に基づく動作指令信号を第2研磨部200へと送信する。
インタフェース部420は、工程管理者が研磨装置1000を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、研磨装置1000の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有する。
記憶部430は、ユーザーが設定した膜厚の許容値やウェハWの被研磨膜の表面状態に適したレシピを含むレシピテーブルなどをあらかじめ履歴として格納する領域である。記憶部430は、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)等の記憶装置である。
レシピは、コンピュータで読取り可能な記憶媒体(例えば、ハードディスク、CD、フレキシブルディスク、半導体メモリ)等に格納された状態のものを利用したり、或いは、他の装置から専用回線等を介して、随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
なお、インタフェース部420からの指示等にて任意のレシピを必要に応じて記憶部430から呼び出してもよい。また、コントローラ410が、この任意のレシピを実行することで、コントローラ410の制御下で、第2研磨部200での所望の処理を行ってもよい。
なお、インタフェース部420からの指示等にて任意のレシピを必要に応じて記憶部430から呼び出してもよい。また、コントローラ410が、この任意のレシピを実行することで、コントローラ410の制御下で、第2研磨部200での所望の処理を行ってもよい。
演算部440は、測定部300から受信した被研磨膜の膜厚に関する測定結果から、ウェハWの表面状態に関する情報を演算する。また、演算結果に基づいて記憶部430から条件(レシピ)を選択する。ウェハWの表面状態に関する情報の例としては、ウェハWの被研磨膜の膜厚が、許容値以上となる箇所(凸部P)の位置、幅、高さなどである。なお、ウェハWの被研磨領域における目標研磨量を演算部440が求めて設定しても良い。
ロードポート510は、ウェハWを収容したフープ又はカセットを載置する場所である。ウェハWは、搬送ロボット522によって、フープ又はカセットから取り出され、まず、後述する基板ステーション530を介して第1研磨部100へと搬入される。図1では、4つのロードポート510が示されているが、この数に限定される必要は無い。
搬送ロボット522は、第1研磨部100、第2研磨部200、測定部300、ロードポート510、洗浄部540、乾燥部550の各々との間でウェハWを搬送する。なお、必要に応じて後述する基板ステーション530を介して搬送してもよい。搬送ロボット522は、例えば、ウェハWを把持するハンドを有する。また、搬送路524は、搬送ロボット522が移動可能なレールや走行ガイドである。搬送ロボット522は、コントローラ410からの動作指令信号によって、第1研磨部100、第2研磨部200、測定部300、ロードポート510、洗浄部540、乾燥部550の各部にウェハWを搬入する。また、搬送ロボット522は、コントローラ410からの動作指令信号によって、第1研磨部100、第2研磨部200、測定部300、ロードポート510、洗浄部540、乾燥部550の各部からウェハWを搬出する。
基板ステーション530は、搬送の際にウェハWを一時的に載置しておく場所である。基板ステーション530は、ウェハWを収容するカセットを複数備えていてもよい。
洗浄部540は、第1研磨部100もしくは第2研磨部200で研磨されたウェハWを洗浄する。洗浄部540は、例えば、2つのロールスポンジを回転させながらウェハWの両面に接触させるロールスポンジタイプの洗浄機である。なお、洗浄部540は、ペンタイプのスポンジを回転させながら、ウェハWの表面に接触させるペンスポンジタイプの洗浄機であってもよい。
乾燥部550は、洗浄部540で洗浄されたウェハWを乾燥させる。乾燥部550は、例えば、IPA蒸気(イソプロピルアルコールとN2ガスとの混合気)と、純水をそれぞれのノズルからウェハWの表面に供給しながら、これらノズルをウェハWの表面に沿って移動させるように構成されている。なお、乾燥部550は、ウェハWを高速で回転させるスピン乾燥機であってもよい。
図4は、本実施形態に係る研磨装置1000の第2研磨部200の構成例を示す断面図である。第2研磨部200は、トップリング220の内部に駆動部292と複数の押圧部294を有する接触領域制御部290を備えている。接触領域制御部290は、第2研磨部200の研磨パッド240とウェハWとの接触領域を制御する。
駆動部292は、コントローラ410からの動作指令信号に基づいて、レシピに記載された識別番号に対応する押圧部294を研磨パッド240の研磨面240aに対して垂直な方向に動かす。
押圧部294は、ウェハWの凸部Pと接触するように研磨パッド240の研磨面240aの形状を制御する役割を果たす。押圧部294は、棒形状の部品であればよく、例えば、電動アクチュエータや空気シリンダなどである。複数の押圧部294は、各々レシピに記載の識別番号により管理されている。押圧部294の先端は、研磨パッド240を介してウェハWと接触するため、丸みを帯びた形状が好ましい。また、研磨パッド240のウェハWとの接触領域をより精密に制御できるため、押圧部294の径は、小さいほうが好ましい。
なお、研磨パッド240の接触領域を制御する方法として、押圧部294の代わりにエアバッグ等を用いても良い。
第2研磨部200のテーブル250にセンサを設けることで、研磨パッド240とウェハWとが接触していることを感知できるようにしてもよい。
また、第2研磨部200と測定部300が物理的に一体となって機能していてもよい。例えば、押圧部294の先端に接触センサを設けてウェハW上の凸部Pを検知できるようにしてもよい。
第2研磨部200のテーブル250にセンサを設けることで、研磨パッド240とウェハWとが接触していることを感知できるようにしてもよい。
また、第2研磨部200と測定部300が物理的に一体となって機能していてもよい。例えば、押圧部294の先端に接触センサを設けてウェハW上の凸部Pを検知できるようにしてもよい。
図5から図9は、本実施形態に係る研磨装置1000の第2研磨部200の研磨パッド240とウェハWとの接触領域の制御について説明する模式図である。なお、図5から図9においては、説明を簡略化するために接触領域制御部290の図示は省略している。
まず、研磨パッド240に対して押圧する押圧部294の本数に応じて、研磨パッド240とウェハWとの接触領域を制御する場合について説明する。
研磨パッド240に対して押圧する押圧部294の本数が少ないほど、第2研磨部200のウェハWとの接触領域は小さくなる。例えば、図5に示すようにウェハWの凸部Pの幅が小さい場合には、凸部Pの幅に合わせて2本の押圧部294が、研磨パッド240を押圧する。
研磨パッド240に対して押圧する押圧部294の本数が少ないほど、第2研磨部200のウェハWとの接触領域は小さくなる。例えば、図5に示すようにウェハWの凸部Pの幅が小さい場合には、凸部Pの幅に合わせて2本の押圧部294が、研磨パッド240を押圧する。
一方、研磨パッド240に対して押圧する押圧部294の本数が多いほど、第2研磨部200のウェハWとの接触領域は大きくなる。例えば、図6に示すようにウェハWの凸部Pの幅が大きい場合には、凸部Pの幅に合わせて16本の押圧部294が、研磨パッド240を押圧する。
図7に示すように、ウェハWの表面上に複数の凸部Pが散在している場合には、第2研磨部200は、凸部Pの研磨を一つずつ行う。この時、各凸部Pの位置に合わせて、制御部400は、第2研磨部200の位置を制御する。また、各凸部Pの形状に合わせて、制御部400は、研磨パッド240とウェハWとの接触領域を制御する。
次に、押圧部294が研磨パッド240を押圧する深さに応じて、研磨パッド240とウェハWとの接触領域を制御する場合について説明する。
図8は、ウェハWの全面にうねりがある場合の模式図である。
図9は、ウェハWのエッジ(両端)部に厚みがある場合の模式図である。
図8は、ウェハWの全面にうねりがある場合の模式図である。
図9は、ウェハWのエッジ(両端)部に厚みがある場合の模式図である。
図8、図9では、第2研磨部200が、複数の押圧部294をウェハWの表面に押し当てることで、凸部Pの形状を測定している状態を示している。ウェハWの形状に合わせて、各押圧部294が研磨パッド240を押圧する深さを制御部400が制御している。なお、図8、図9においては、第2研磨部200の内部に図示しない測定部300が設けられている。また、各押圧部294の先端には、図示しない接触センサが設けられている。測定部300での測定結果に基づき、駆動部292は、各棒状の押圧部294を凸部Pの形状に応じて駆動する。
このように、接触領域制御部290は、研磨パッド240を押圧する押圧部294の本数と識別番号を凸部Pの幅に合わせて制御するだけでなく、押圧部294が研磨パッド240を押圧する深さを凸部Pの曲面に合わせて制御してもよい。
また、研磨パッド240の種類に応じて、各々の押圧部294を適切な深さとするのに必要な荷重は異なる。そのため、研磨パッド240の種類に応じた条件(レシピ)を記憶部430に格納してもよい。
比較例の研磨部においては、円盤状のウェハWがリテーナリング(ガイド)に挟持されており、ウェハWの中心から離れた端の領域に研磨パッドを押し当てることができない。そのため、ウェハWの中央領域のみが研磨されて凹型の形状となる。ウェハWの中央領域であれば、エアバックを押し当てることで凸部Pを研磨できるが、端の領域の凸部Pを研磨するのは難しいという課題があった。
本実施形態の第2研磨部200においては、凸部Pの幅に応じて被研磨膜と研磨パッド240aとの接触領域を制御できるため、トップリング220をサイズの異なるものへと交換することなく、ウェハW上の凸部Pの位置や形状に応じて研磨を行うことが可能である。
本実施形態の研磨装置1000においては、第1研磨部100の全面研磨の後に第2研磨部200での部分研磨を行うことで、ウェハWの膜厚補正を行うことが可能である。
また、第2研磨部200の駆動部292にて、ウェハWの表面の凸部Pに応じて研磨パッド240の接触領域をこの凸部Pに選択的に押し当てるべく制御することで、ウェハW上の任意の領域を部分研磨してこの凸部Pをなだらかにすることができる。
その結果、ウェハW表面の凹凸の形状や位置に合わせて高速かつ高精度な研磨を行うことが可能となるので、ウェハWから得られる半導体装置の製造歩留まりを向上できる。
さらに、ウェハW上の任意の領域の部分研磨が可能となるので、比較例の研磨部を用いて研磨された半導体ウェハより高い表面の平坦化を達成した半導体ウェハを提供できる。例えば、半導体高精細集積回路用のウェハ等の高規格品を提供可能である。しかも、この高規格品の半導体ウェハを使用することで、従来実現できなかった3次元高多層化が可能な半導体高精細集積回路も提供できる。なお、本実施形態の研磨装置1000を半導体装置の製造だけでなく、金属やガラス等の加工に用いてもよい。
本実施形態の研磨装置1000においては、第1研磨部100の全面研磨の後に第2研磨部200での部分研磨を行うことで、ウェハWの膜厚補正を行うことが可能である。
また、第2研磨部200の駆動部292にて、ウェハWの表面の凸部Pに応じて研磨パッド240の接触領域をこの凸部Pに選択的に押し当てるべく制御することで、ウェハW上の任意の領域を部分研磨してこの凸部Pをなだらかにすることができる。
その結果、ウェハW表面の凹凸の形状や位置に合わせて高速かつ高精度な研磨を行うことが可能となるので、ウェハWから得られる半導体装置の製造歩留まりを向上できる。
さらに、ウェハW上の任意の領域の部分研磨が可能となるので、比較例の研磨部を用いて研磨された半導体ウェハより高い表面の平坦化を達成した半導体ウェハを提供できる。例えば、半導体高精細集積回路用のウェハ等の高規格品を提供可能である。しかも、この高規格品の半導体ウェハを使用することで、従来実現できなかった3次元高多層化が可能な半導体高精細集積回路も提供できる。なお、本実施形態の研磨装置1000を半導体装置の製造だけでなく、金属やガラス等の加工に用いてもよい。
[本実施形態に係る研磨方法及び半導体装置の製造方法]
次に、本実施形態に係る研磨方法及び半導体装置の製造方法について説明する。
次に、本実施形態に係る研磨方法及び半導体装置の製造方法について説明する。
図10は、本実施形態に係る研磨方法の手順の一例を示すフロー図である。
(ステップS10:ウェハの被研磨膜を最初に研磨する工程)
別装置により配線パターンが形成されたウェハWは、フープ又はカセットに収容された状態でロードポート510に載置される。ウェハWは、搬送路524を移動可能な搬送ロボット522によって、フープ又はカセットから取り出され、基板ステーション530を介して第1研磨部100に搬入される。第1研磨部100に搬入されたウェハWに対して全面研磨が行われる。このようにして、ウェハWの被研磨膜が最初に研磨される工程が行われる。本実施形態においては、ウェハWの最初の研磨として全面研磨を行う場合について説明しているが、ウェハWの部分研磨を行った後に後述するS11に進んでも良い。
別装置により配線パターンが形成されたウェハWは、フープ又はカセットに収容された状態でロードポート510に載置される。ウェハWは、搬送路524を移動可能な搬送ロボット522によって、フープ又はカセットから取り出され、基板ステーション530を介して第1研磨部100に搬入される。第1研磨部100に搬入されたウェハWに対して全面研磨が行われる。このようにして、ウェハWの被研磨膜が最初に研磨される工程が行われる。本実施形態においては、ウェハWの最初の研磨として全面研磨を行う場合について説明しているが、ウェハWの部分研磨を行った後に後述するS11に進んでも良い。
(ステップS11:ウェハの被研磨膜の膜厚を測定する工程)
全面研磨が行われたウェハWは、搬送ロボット522によって、測定部300へと搬入される。測定部300によりウェハWの被研磨膜の膜厚が測定される。
全面研磨が行われたウェハWは、搬送ロボット522によって、測定部300へと搬入される。測定部300によりウェハWの被研磨膜の膜厚が測定される。
図11は、本実施形態に係る測定部300の動作の一例について説明する模式図である。
以下の説明においては、図11に示す円盤状のウェハWの膜厚測定を行う場合について説明する。図11に示すウェハWは、中心Oから140mm〜145mm離れた基準線L上に膜厚が許容値以上となる凸部Pを有する。膜厚の許容値は、あらかじめ記憶部430に格納されている。
以下の説明においては、図11に示す円盤状のウェハWの膜厚測定を行う場合について説明する。図11に示すウェハWは、中心Oから140mm〜145mm離れた基準線L上に膜厚が許容値以上となる凸部Pを有する。膜厚の許容値は、あらかじめ記憶部430に格納されている。
測定部300における光学センサの走査は、ウェハWの中心Oを通る基準線Lに沿って行われる。この時、測定の精度を重視してウェハWの全面を測定するためにウェハWが回転した状態で測定を行ってもよい。また、測定の効率を重視してウェハWを回転させない状態で測定を行ってもよい。ウェハWの全面を測定する場合は、ウェハWが少なくとも1回転するまでは測定を継続する。このようにして、ウェハWの被研磨膜の膜厚が、測定部300にて測定される。なお、測定結果は、バス560を介して制御部400へ信号として送信される。
(ステップS13:最初の被研磨面の凸部の位置と形状を特定する工程)
制御部400は、測定部300からウェハWの被研磨膜の膜厚に関する測定結果を受信する。次に、演算部440は、受信した測定結果に基づいてウェハWの表面状態に関する情報を演算する。
制御部400は、測定部300からウェハWの被研磨膜の膜厚に関する測定結果を受信する。次に、演算部440は、受信した測定結果に基づいてウェハWの表面状態に関する情報を演算する。
図12は、本実施形態に係る測定部300による測定で得られたウェハWの中心Oからの変異と膜厚との関係を示すグラフの一例である。
演算部440は、膜厚センサを走査して得られた測定結果を基に、ウェハWの中心Oからの変異と膜厚との関係を示すグラフを作成する。図11に示すウェハWの被研磨膜の膜厚の測定結果からは、図12に示すようにX軸が変位でY軸が膜厚である曲線Cが得られる。図12の直線Mは膜厚の許容値を示している。曲線CがY軸方向に対して直線Mを超えている場合、ウェハWの被研磨膜の膜厚のばらつきが許容値を超えていることを示す。
このように、被研磨膜の膜厚のばらつきが許容値を超えている箇所が存在する場合、測定結果に基づいて第2研磨部200にて部分研磨が行われる(ステップS12でYesの場合)。なお、測定部300での被研磨膜の表面状態の測定を完了したウェハWは、搬送ロボット522によって、第2研磨部200へと搬入される。
一方で、被研磨膜の膜厚のばらつきが許容値を超えている箇所が存在しない場合、ウェハWは、搬送ロボット522によって、洗浄部540へと搬入される(ステップS12でNoの場合)。
図12に示すように、ウェハWの中心Oから140mm〜145mmの箇所が許容値以上であることが分かるので、研磨すべき対象である凸部Pの幅が5mmであることがこのグラフから読み取れる。このようにして、演算部440は、ウェハWの最初の被研磨面の凸部Pの位置と形状を特定する。
(ステップS14:凸部に適した部分研磨の条件を選択する工程)
また、演算部440は、特定した凸部Pの位置と形状を基に、押圧部294の識別番号および押圧する本数や深さ等を制御する条件(レシピ)を記憶部430から選択する。
また、演算部440は、特定した凸部Pの位置と形状を基に、押圧部294の識別番号および押圧する本数や深さ等を制御する条件(レシピ)を記憶部430から選択する。
さらに、コントローラ410は、選択した条件(レシピ)に基づく動作指令信号を第2研磨部200に対して送信する。
(ステップS15:条件に基づいて研磨パッドの研磨面の形状を制御する工程)
コントローラ410から動作指令信号を受信した第2研磨部200は、凸部Pが存在するウェハWの中心Oから140mm〜145mmの箇所へと移動する。さらに、駆動部292は、レシピに記載された識別番号に対応する押圧部294を動かすことで、研磨パッド240の研磨面240aの形状を制御する。
コントローラ410から動作指令信号を受信した第2研磨部200は、凸部Pが存在するウェハWの中心Oから140mm〜145mmの箇所へと移動する。さらに、駆動部292は、レシピに記載された識別番号に対応する押圧部294を動かすことで、研磨パッド240の研磨面240aの形状を制御する。
(ステップS16:最初の被研磨面に重ねて部分研磨を行う工程)
第2研磨部200に搬入されたウェハWに対し、制御部400から受信した条件にて研磨パッド240の研磨面240aの形状を制御した後、最初の被研磨面に重ねて部分研磨が行われる。
第2研磨部200に搬入されたウェハWに対し、制御部400から受信した条件にて研磨パッド240の研磨面240aの形状を制御した後、最初の被研磨面に重ねて部分研磨が行われる。
部分研磨を完了したウェハWは、搬送ロボット522によって、測定部300へと搬入されて再び被研磨膜の膜厚測定などが行われる。被研磨膜の膜厚のばらつきが許容値の範囲内となるまでS11からS16までの工程を繰り返す。
(ステップS17:洗浄部にてウェハの洗浄を行う工程)
測定部300にて被研磨膜の膜厚のばらつきが許容値の範囲内であると判定されたウェハWは、洗浄部540にて洗浄される。洗浄が完了したウェハWは、搬送ロボット522によって、乾燥部550へと搬入される。
測定部300にて被研磨膜の膜厚のばらつきが許容値の範囲内であると判定されたウェハWは、洗浄部540にて洗浄される。洗浄が完了したウェハWは、搬送ロボット522によって、乾燥部550へと搬入される。
(ステップS18:乾燥部にてウェハの乾燥を行う工程)
洗浄が完了したウェハWは、乾燥部550にて乾燥される。乾燥されたウェハWはロードポート510のフープ又はカセットに戻される。このようにして、化学的機械的研磨の処理が完了する。
洗浄が完了したウェハWは、乾燥部550にて乾燥される。乾燥されたウェハWはロードポート510のフープ又はカセットに戻される。このようにして、化学的機械的研磨の処理が完了する。
本実施形態の研磨方法においては、基板の全面研磨、研磨後の被研磨膜の膜厚測定、膜厚補正処理を連続的に行うことができる機構を備えている。従って、測定部300にて基板の表面状態の測定、制御部400にて第2研磨部200の条件の選択、第2研磨部200にて基板の部分研磨という3つの工程を基板の被研磨膜のばらつきが許容値の範囲内となるまで繰り返し行うフィードバック制御を行うことが可能となるため、基板の過研磨を防止できる。
さらに、基板の被研磨膜と研磨面の接触面積を制御することで高速かつ高精度な膜厚補正を行うことが可能である。その結果、本実施形態の研磨方法により得られる半導体装置の製造歩留まりを向上できる。さらに、ウェハW上の任意の領域の部分研磨が可能となるので、例えば、高精細集積回路用のウェハ等の高規格品を提供可能である。
以下、前述した実施形態の内容を付記する。
[付記1]
基板の被研磨膜の膜厚を測定する測定部と、
前記膜厚の測定結果に基づいて前記膜厚の許容値を超える前記被研磨膜上の箇所である凸部の位置と形状を求め、複数の条件が格納されている記憶部から前記凸部の研磨に適する条件を選択する演算部と、
選択した前記条件に基づいて前記凸部の部分研磨を行う研磨部と、を備え、
前記研磨部は、
研磨パッドと、
前記凸部を研磨する側に前記研磨パッドを装着可能な装着部と、
前記凸部と接触するように前記研磨パッドの研磨面の形状を制御するための複数の押圧部と、
選択した前記条件に基づいて複数の前記押圧部を前記研磨面に対して垂直な方向に動かす駆動部と、を有する
研磨装置。
[付記2]
前記条件は、前記研磨パッドの種類、複数の前記押圧部の中から動かす前記押圧部の識別番号および前記押圧部を押圧する深さに関する付記1に記載の研磨装置。
[付記3]
前記押圧部は、電動アクチュエータもしくは空気シリンダである付記1に記載の研磨装置。
[付記4]
前記演算部は、前記測定結果に基づいて前記基板の中心からの変異と前記膜厚との関係を示すグラフを作成することで、前記凸部の前記位置と前記形状を求める付記1に記載の研磨装置。
[付記5]
基板面を研磨する研磨パッドが装着される装着部と、
一端が前記研磨パッドを押出する、複数の棒状押圧部と、
前記複数の棒状押圧部のうち特定の棒状押圧部のみを選択的に前記基板面に対して垂直方向に所定距離移動させ、前記研磨パッドと前記基板面との接触面積を変化可能に制御する棒状押圧部駆動部と、
を備えることを特徴とする研磨ヘッド。
[付記6]
前記押圧部は、電動アクチュエータもしくは空気シリンダである付記5に記載の研磨ヘッド。
[付記7]
前記押圧部の先端には前記基板との接触を感知するセンサが設けられている付記5に記載の研磨ヘッド。
[付記8]
前記感知を基に前記基板の凸部を認識する測定部をさらに備える付記7に記載の研磨ヘッド。
[付記9]
基板の被研磨膜を最初に研磨する工程と、
前記被研磨膜の膜厚を測定する工程と、
前記膜厚の測定結果に基づいて前記膜厚の許容値を超える最初の被研磨面上の領域である凸部の位置と形状を特定する工程と、
特定した前記凸部の前記位置と前記形状に適した部分研磨における条件を選択する工程と、
前記条件に基づいて前記凸部と研磨パッドが接触するように前記研磨パッドの研磨面の形状を制御する工程と、
前記最初の被研磨面に重ねて前記部分研磨を行う工程と、
を有する研磨方法。
[付記10]
半導体基板上にパターンを形成する工程と、
前記パターン上に被研磨膜を形成する工程と、
基板の被研磨膜を最初に研磨する工程と、
前記被研磨膜の膜厚を測定する工程と、
前記膜厚の測定結果に基づいて前記膜厚の許容値を超える最初の被研磨面上の領域である凸部の位置と形状を特定する工程と、
特定した前記凸部の前記位置と前記形状に適した部分研磨における条件を選択する工程と、
前記条件に基づいて前記凸部と研磨パッドが接触するように前記研磨パッドの研磨面の形状を制御する工程と、
前記最初の被研磨面に重ねて前記部分研磨を行う工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
[付記1]
基板の被研磨膜の膜厚を測定する測定部と、
前記膜厚の測定結果に基づいて前記膜厚の許容値を超える前記被研磨膜上の箇所である凸部の位置と形状を求め、複数の条件が格納されている記憶部から前記凸部の研磨に適する条件を選択する演算部と、
選択した前記条件に基づいて前記凸部の部分研磨を行う研磨部と、を備え、
前記研磨部は、
研磨パッドと、
前記凸部を研磨する側に前記研磨パッドを装着可能な装着部と、
前記凸部と接触するように前記研磨パッドの研磨面の形状を制御するための複数の押圧部と、
選択した前記条件に基づいて複数の前記押圧部を前記研磨面に対して垂直な方向に動かす駆動部と、を有する
研磨装置。
[付記2]
前記条件は、前記研磨パッドの種類、複数の前記押圧部の中から動かす前記押圧部の識別番号および前記押圧部を押圧する深さに関する付記1に記載の研磨装置。
[付記3]
前記押圧部は、電動アクチュエータもしくは空気シリンダである付記1に記載の研磨装置。
[付記4]
前記演算部は、前記測定結果に基づいて前記基板の中心からの変異と前記膜厚との関係を示すグラフを作成することで、前記凸部の前記位置と前記形状を求める付記1に記載の研磨装置。
[付記5]
基板面を研磨する研磨パッドが装着される装着部と、
一端が前記研磨パッドを押出する、複数の棒状押圧部と、
前記複数の棒状押圧部のうち特定の棒状押圧部のみを選択的に前記基板面に対して垂直方向に所定距離移動させ、前記研磨パッドと前記基板面との接触面積を変化可能に制御する棒状押圧部駆動部と、
を備えることを特徴とする研磨ヘッド。
[付記6]
前記押圧部は、電動アクチュエータもしくは空気シリンダである付記5に記載の研磨ヘッド。
[付記7]
前記押圧部の先端には前記基板との接触を感知するセンサが設けられている付記5に記載の研磨ヘッド。
[付記8]
前記感知を基に前記基板の凸部を認識する測定部をさらに備える付記7に記載の研磨ヘッド。
[付記9]
基板の被研磨膜を最初に研磨する工程と、
前記被研磨膜の膜厚を測定する工程と、
前記膜厚の測定結果に基づいて前記膜厚の許容値を超える最初の被研磨面上の領域である凸部の位置と形状を特定する工程と、
特定した前記凸部の前記位置と前記形状に適した部分研磨における条件を選択する工程と、
前記条件に基づいて前記凸部と研磨パッドが接触するように前記研磨パッドの研磨面の形状を制御する工程と、
前記最初の被研磨面に重ねて前記部分研磨を行う工程と、
を有する研磨方法。
[付記10]
半導体基板上にパターンを形成する工程と、
前記パターン上に被研磨膜を形成する工程と、
基板の被研磨膜を最初に研磨する工程と、
前記被研磨膜の膜厚を測定する工程と、
前記膜厚の測定結果に基づいて前記膜厚の許容値を超える最初の被研磨面上の領域である凸部の位置と形状を特定する工程と、
特定した前記凸部の前記位置と前記形状に適した部分研磨における条件を選択する工程と、
前記条件に基づいて前記凸部と研磨パッドが接触するように前記研磨パッドの研磨面の形状を制御する工程と、
前記最初の被研磨面に重ねて前記部分研磨を行う工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1000 研磨装置
100 第1研磨部
120、220 トップリング
130、230 トップリングシャフト
140、240 研磨パッド
140a、240a 研磨面
150、250 テーブル
155 定盤
160、260 テーブル軸
170、270 テーブルモーター
180、280 ノズル
200 第2研磨部
225 装着部
290 接触領域制御部
292 駆動部
294 押圧部
300 測定部
400 制御部
410 コントローラ
420 インタフェース部
430 記憶部
440 演算部
510 ロードポート
522 搬送ロボット
524 搬送路
530 基板ステーション
540 洗浄部
550 乾燥部
560 バス
100 第1研磨部
120、220 トップリング
130、230 トップリングシャフト
140、240 研磨パッド
140a、240a 研磨面
150、250 テーブル
155 定盤
160、260 テーブル軸
170、270 テーブルモーター
180、280 ノズル
200 第2研磨部
225 装着部
290 接触領域制御部
292 駆動部
294 押圧部
300 測定部
400 制御部
410 コントローラ
420 インタフェース部
430 記憶部
440 演算部
510 ロードポート
522 搬送ロボット
524 搬送路
530 基板ステーション
540 洗浄部
550 乾燥部
560 バス
Claims (7)
- 基板の被研磨膜の膜厚を測定する測定部と、
前記膜厚の測定結果に基づいて前記膜厚の許容値を超える前記被研磨膜上の箇所である凸部の位置と形状を求め、複数の条件が格納されている記憶部から前記凸部の研磨に適する条件を選択する演算部と、
選択した前記条件に基づいて前記凸部の部分研磨を行う研磨部と、を備え、
前記研磨部は、
研磨パッドと、
前記凸部を研磨する側に前記研磨パッドを装着可能な装着部と、
前記凸部と接触するように前記研磨パッドの研磨面の形状を制御するための複数の押圧部と、
選択した前記条件に基づいて複数の前記押圧部を前記研磨面に対して垂直な方向に動かす駆動部と、を有する
研磨装置。 - 前記条件は、前記研磨パッドの種類、複数の前記押圧部の中から動かす前記押圧部の識別番号および前記押圧部を押圧する深さに関する請求項1に記載の研磨装置。
- 前記押圧部は、電動アクチュエータもしくは空気シリンダである請求項1および請求項2に記載の研磨装置。
- 基板面を研磨する研磨パッドが装着される装着部と、
一端が前記研磨パッドを押出する、複数の棒状押圧部と、
前記複数の棒状押圧部のうち特定の棒状押圧部のみを選択的に前記基板面に対して垂直方向に所定距離移動させ、前記研磨パッドと前記基板面との接触面積を変化可能に制御する棒状押圧部駆動部と、
を備えることを特徴とする研磨ヘッド。 - 前記押圧部は、電動アクチュエータもしくは空気シリンダである請求項4に記載の研磨ヘッド。
- 基板の被研磨膜を最初に研磨する工程と、
前記被研磨膜の膜厚を測定する工程と、
前記膜厚の測定結果に基づいて前記膜厚の許容値を超える最初の被研磨面上の領域である凸部の位置と形状を特定する工程と、
特定した前記凸部の前記位置と前記形状に適した部分研磨における条件を選択する工程と、
前記条件に基づいて前記凸部と研磨パッドが接触するように前記研磨パッドの研磨面の形状を制御する工程と、
前記最初の被研磨面に重ねて前記部分研磨を行う工程と、
を有する研磨方法。 - 半導体基板上にパターンを形成する工程と、
前記パターン上に被研磨膜を形成する工程と、
基板の被研磨膜を最初に研磨する工程と、
前記被研磨膜の膜厚を測定する工程と、
前記膜厚の測定結果に基づいて前記膜厚の許容値を超える最初の被研磨面上の領域である凸部の位置と形状を特定する工程と、
特定した前記凸部の前記位置と前記形状に適した部分研磨における条件を選択する工程と、
前記条件に基づいて前記凸部と研磨パッドが接触するように前記研磨パッドの研磨面の形状を制御する工程と、
前記最初の被研磨面に重ねて前記部分研磨を行う工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
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