JP2022170119A - Polishing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、研磨方法に関する。 The present invention relates to a polishing method.
半導体デバイスの製造工程における技術として、化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)が知られている。CMPを行うための研磨装置は、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、ウェハを保持するための研磨ヘッドと、を備えている。 Chemical mechanical polishing (CMP) is known as a technique in the manufacturing process of semiconductor devices. A polishing apparatus for performing CMP includes a polishing table that supports a polishing pad and a polishing head that holds a wafer.
このような研磨装置を用いてウェハの研磨を行う場合には、研磨ヘッドによりウェハを保持しつつ、このウェハを研磨パッドの研磨面に対して所定の圧力で押圧する。このとき、研磨テーブルと研磨ヘッドとを相対運動させることによりウェハが研磨面に摺接し、ウェハの表面が研磨される。 When polishing a wafer using such a polishing apparatus, the wafer is held by the polishing head and pressed against the polishing surface of the polishing pad with a predetermined pressure. At this time, the wafer is brought into sliding contact with the polishing surface by relatively moving the polishing table and the polishing head, and the surface of the wafer is polished.
さらに、ウェハの膜厚に応じた信号を膜厚センサによって検出し、ウェハの膜厚分布を取得することが行われている。ウェハの膜厚分布に基づいて、研磨ヘッドに同心円状に設けた複数のエアバッグの圧力を制御することが行われている。膜厚センサは、研磨テーブルとともに回転し、ウェハを保持する研磨ヘッドも回転する。通常、ウェハの表面上を横切る膜厚センサの移動経路は、研磨テーブルが1回転するたびに異なる。各エアバッグの圧力を制御するための指標値として、通常、同心円状の各エアバッグの異なる測定点において測定された膜厚を平均化し、各エアバッグ内の膜厚を代表する数値を計算している。 Furthermore, a signal corresponding to the film thickness of the wafer is detected by a film thickness sensor to acquire the film thickness distribution of the wafer. Based on the film thickness distribution of the wafer, the pressure of a plurality of airbags provided concentrically on the polishing head is controlled. The film thickness sensor rotates together with the polishing table, and the polishing head holding the wafer also rotates. Normally, the movement path of the film thickness sensor across the surface of the wafer is different for each revolution of the polishing table. As an index value for controlling the pressure of each airbag, the film thickness measured at different measurement points of each concentric airbag is averaged to calculate a numerical value representative of the film thickness inside each airbag. ing.
近年は、必要とされる膜厚の均一性の度合いが高まっている。同心円状に配置されたエアバッグの1つに対応するウェハの領域内において、ウェハの半径方向における膜厚のばらつきが大きくなり、その領域に対応するエアバッグの圧力を調整しても、一定以上の膜厚の均一性の向上が実現できないという課題がある。 In recent years, the required degree of film thickness uniformity has increased. In the region of the wafer corresponding to one of the concentrically arranged airbags, the variation in film thickness in the radial direction of the wafer becomes large, and even if the pressure of the airbag corresponding to that region is adjusted, it will not exceed a certain level. However, there is a problem that the uniformity of the film thickness cannot be improved.
そこで、本発明は、ウェハの膜厚の均一性を向上させることができる研磨方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a polishing method capable of improving the uniformity of the film thickness of a wafer.
一態様では、特定の圧力室を含む複数の圧力室を有する研磨ヘッドによって、基板を研磨パッドの研磨面に押し付ける研磨方法が提供される。前記研磨方法は、前記基板を第1研磨条件で研磨する第1研磨工程と、前記基板とは異なる基板を予め前記第1研磨条件で研磨することによって得られる、前記特定の圧力室に対応する前記基板の特定領域の半径方向に沿った第1研磨プロファイルに基づいて決定された第2研磨条件で、前記基板を研磨する第2研磨工程と、を含み、前記第2研磨条件は、前記第1研磨プロファイルの分布とは逆の分布を有する第2研磨プロファイルが形成されるように予め決定された研磨条件を含み、前記第1研磨工程の後に、前記第2研磨工程を行う。 In one aspect, a polishing method is provided in which a polishing head having a plurality of pressure chambers including specific pressure chambers presses a substrate against a polishing surface of a polishing pad. The polishing method corresponds to a first polishing step of polishing the substrate under a first polishing condition, and the specific pressure chamber obtained by previously polishing a substrate different from the substrate under the first polishing condition. and a second polishing step of polishing the substrate under second polishing conditions determined based on a first polishing profile along the radial direction of a specific region of the substrate, wherein the second polishing conditions are the second polishing conditions. The second polishing step is performed after the first polishing step, including polishing conditions predetermined to form a second polishing profile having a distribution opposite to the distribution of the first polishing profile.
一態様では、前記特定の圧力室は、前記基板の最外周を押圧するエッジ圧力室を含む。
一態様では、前記第2研磨条件は、前記特定の圧力室以外の圧力室の圧力を調整して決定される研磨条件を含む。
一態様では、前記第2研磨条件は、前記基板の最外周を押圧するエッジ圧力室に隣接する隣接圧力室の圧力を調整して決定される研磨条件を含む。
In one aspect, the specific pressure chamber includes an edge pressure chamber that presses the outermost periphery of the substrate.
In one aspect, the second polishing conditions include polishing conditions determined by adjusting pressures in pressure chambers other than the specific pressure chamber.
In one aspect, the second polishing condition includes a polishing condition determined by adjusting pressure in an adjacent pressure chamber adjacent to an edge pressure chamber that presses the outermost periphery of the substrate.
一態様では、前記第2研磨条件は、前記基板の最外周を囲むように配置されたリテーナリングの、前記研磨面に対する押圧力を調整して決定される研磨条件を含む。
一態様では、前記第1研磨条件は、研磨中に、膜厚センサを用いて測定された、前記複数の圧力室のそれぞれに対応する前記基板の膜厚に基づいて、前記複数の圧力室のそれぞれの圧力をフィードバック制御しながら、前記基板を研磨する研磨条件を含む。
一態様では、前記第1研磨条件で前記基板を研磨し、所定の切り替え条件を満たした後に、前記第2研磨条件で前記基板を研磨する。
In one aspect, the second polishing condition includes a polishing condition determined by adjusting a pressing force against the polishing surface of a retainer ring arranged to surround the outermost periphery of the substrate.
In one aspect, the first polishing condition is based on the film thickness of the substrate corresponding to each of the plurality of pressure chambers, which is measured using a film thickness sensor during polishing. It includes polishing conditions for polishing the substrate while feedback-controlling each pressure.
In one aspect, the substrate is polished under the first polishing condition, and after a predetermined switching condition is satisfied, the substrate is polished under the second polishing condition.
一態様では、前記切り替え条件として、前記特定領域の膜厚の最大値と最小値との差が所定のしきい値を超えて大きくなった場合に、前記第1研磨条件から前記第2研磨条件に切り替える。
一態様では、前記切り替え条件として、前記特定領域の膜厚の最大値と最小値との差を前記第2研磨条件で研磨することにより解消するために必要な時間と、最終目標膜厚までの残りの研磨時間に基づいて、前記第1研磨条件から前記第2研磨条件に切り替える。
一態様では、前記特定の圧力室は、前記基板の最外周を押圧するエッジ圧力室を含み、前記第2研磨条件に基づいて、前記エッジ圧力室の圧力を制御しつつ、前記第1研磨条件に基づいて、前記エッジ圧力室を除く他の圧力室の圧力を制御する。
In one aspect, as the switching condition, when the difference between the maximum value and the minimum value of the film thickness of the specific region becomes larger than a predetermined threshold value, the change from the first polishing condition to the second polishing condition is performed. switch to
In one aspect, as the switching conditions, the time required to eliminate the difference between the maximum value and the minimum value of the film thickness of the specific region by polishing under the second polishing condition, and the time required to reach the final target film thickness. The first polishing condition is switched to the second polishing condition based on the remaining polishing time.
In one aspect, the specific pressure chamber includes an edge pressure chamber that presses the outermost periphery of the substrate, and the pressure in the edge pressure chamber is controlled based on the second polishing condition while the pressure of the edge pressure chamber is controlled under the first polishing condition. is used to control the pressure of the pressure chambers other than the edge pressure chamber.
研磨方法は、第2研磨条件で基板を研磨する第2研磨工程を含む。第2研磨工程で基板を研磨することにより、ウェハの特定領域の膜厚の均一性を向上させることができる。 The polishing method includes a second polishing step of polishing the substrate under second polishing conditions. By polishing the substrate in the second polishing step, it is possible to improve the uniformity of the film thickness in a specific region of the wafer.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、研磨装置の一実施形態を示す模式図である。図1に示すように、研磨装置は、研磨パッド2を支持する研磨テーブル3と、膜を有するウェハW(基板など)を研磨パッド2に押し付ける研磨ヘッド1と、研磨テーブル3を回転させるテーブルモータ6と、研磨パッド2上にスラリーなどの研磨液を供給するための研磨液供給ノズル5と、ウェハWの膜厚を測定する膜厚センサ40(本実施形態では、光学式膜厚センサ40)と、研磨装置の動作を制御するための動作制御部9と、を備えている。研磨パッド2の上面は、ウェハWを研磨する研磨面2aを構成する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing one embodiment of a polishing apparatus. As shown in FIG. 1, the polishing apparatus includes a polishing table 3 that supports a
研磨ヘッド1はヘッドシャフト10に連結されており、ヘッドシャフト10は、ベルト等の連結手段を介して図示しない研磨ヘッドモータに連結されている。研磨ヘッドモータは、研磨ヘッド1をヘッドシャフト10とともに矢印で示す方向に回転させる。研磨テーブル3はテーブルモータ6に連結されており、テーブルモータ6は研磨テーブル3および研磨パッド2を矢印で示す方向に回転させるように構成されている。
The polishing
ウェハWは次のようにして研磨される。研磨テーブル3および研磨ヘッド1を図1の矢印で示す方向に回転させながら、研磨液供給ノズル5から研磨液が研磨テーブル3上の研磨パッド2の研磨面2aに供給される。ウェハWは研磨ヘッド1によって、ヘッドシャフト10を中心に回転されながら、研磨パッド2上に研磨液が存在した状態でウェハWは研磨ヘッド1によって研磨パッド2の研磨面2aに押し付けられる。研磨テーブル3は、その中心CPを中心に回転する。ウェハWの表面は、研磨液の化学的作用と、研磨液に含まれる砥粒または研磨パッド2の機械的作用により研磨される。
Wafer W is polished as follows. While rotating the polishing table 3 and the polishing
動作制御部9は、少なくとも1台のコンピュータから構成される。動作制御部9は、プログラムが格納された記憶装置9aと、プログラムに含まれる命令に従って演算を実行する演算装置9bと、を備えている。演算装置9bは、記憶装置9aに格納されているプログラムに含まれている命令に従って演算を行うCPU(中央処理装置)またはGPU(グラフィックプロセッシングユニット)などを含む。記憶装置9aは、演算装置9bがアクセス可能な主記憶装置(例えばランダムアクセスメモリ)と、データおよびプログラムを格納する補助記憶装置(例えば、ハードディスクドライブまたはソリッドステートドライブ)を備えている。
The operation control unit 9 is composed of at least one computer. The operation control unit 9 includes a storage device 9a in which programs are stored, and an
動作制御部9は、膜厚センサ40に電気的に接続されている。本実施形態では、膜厚センサ40は、ウェハWの表面に光を導き、ウェハWからの反射光を検出し、ウェハWの膜厚に応じた信号を動作制御部9に出力する。動作制御部9は、膜厚センサ40から送られる信号(より具体的には、ウェハWからの反射光の強度測定データ)に基づいて、ウェハWの膜厚を測定する。
The motion controller 9 is electrically connected to the
本実施形態では、膜厚センサ40は、光学式の膜厚センサであるが、動作制御部9によってウェハWの膜厚を測定することができれば、他の膜厚センサであってもよい。言い換えれば、膜厚センサ40は、ウェハWの膜厚に関する物理量を検出するセンサである。一例として、膜厚センサ40は、渦電流センサであってもよい。渦電流センサは、そのセンサコイルがウェハWの導電性膜内に磁束を通過させて渦電流を発生させることにより、ウェハWの膜厚に応じた渦電流を検出し、渦電流信号を出力する。動作制御部9は、この渦電流信号に基づいて、ウェハWの膜厚を測定する。
In this embodiment, the
本実施形態では、膜厚センサ40は、光を発する光源44と、分光器47と、光源44および分光器47に連結された光学センサヘッド7と、を備えている。光学センサヘッド7、光源44、および分光器47は、研磨テーブル3に取り付けられており、研磨テーブル3および研磨パッド2とともに一体に回転する。光学センサヘッド7の位置は、研磨テーブル3および研磨パッド2が一回転するたびに研磨パッド2上のウェハWの表面を横切る位置である。
In this embodiment, the
記憶装置9aは、その内部に、後述するスペクトルの生成およびウェハWの膜厚検出を実行するためのプログラムを格納している。光源44から発せられた光は、光学センサヘッド7に伝送され、光学センサヘッド7からウェハWの表面に導かれる。光はウェハWの表面で反射し、ウェハWの表面からの反射光は光学センサヘッド7によって受けられ、分光器47に送られる。分光器47は反射光を波長に従って分解する。このようにして、膜厚センサ40は、各波長での反射光の強度を検出して、反射光の強度測定データを動作制御部9に送る。
The storage device 9a stores therein a program for generating a spectrum and detecting the film thickness of the wafer W, which will be described later. Light emitted from the
図2は、研磨ヘッドの断面図である。図2に示すように、研磨ヘッド1は、ウェハWを研磨パッド2の研磨面2aに対して押し付けるための弾性膜65と、弾性膜65を保持するヘッド本体21と、ヘッド本体21の下方に配置された環状のドライブリング62と、ドライブリング62の下面に固定された環状のリテーナリング60と、を備えている。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the polishing head. As shown in FIG. 2, the polishing
弾性膜65は、ヘッド本体21の下部に取り付けられている。ヘッド本体21は、ヘッドシャフト10の端部に固定されており、ヘッド本体21、弾性膜65、ドライブリング62、およびリテーナリング60は、ヘッドシャフト10の回転により一体に回転するように構成されている。リテーナリング60およびドライブリング62は、ヘッド本体21に対して相対的に上下動可能に構成されている。ヘッド本体21は、エンジニアリングプラスティック(例えば、PEEK)などの樹脂により形成されている。
The
弾性膜65の下面は、ウェハWを研磨パッド2の研磨面2aに対して押し付ける基板押圧面65aを構成する。リテーナリング60は、基板押圧面65aを囲むように配置され、ウェハWはリテーナリング60によって囲まれている。弾性膜65とヘッド本体21との間には、4つの圧力室70,71,72,73が設けられている。
A lower surface of the
圧力室70は、中央に位置する円形状の中央圧力室であり、圧力室73は、最外周に位置する環状のエッジ圧力室であり、圧力室71,72のそれぞれは、圧力室70と圧力室73との間に位置する中間圧力室である。
The
圧力室70,71,72,73は弾性膜65とヘッド本体21によって形成されている。中央の圧力室70は円形であり、他の圧力室71,72,73は環状である。これらの圧力室70,71,72,73は、同心円状に配列(分割)されている。本実施形態では、弾性膜65は、4つの圧力室70~73を形成するが、上述の圧力室の数は例示であり、適宜変更してもよい。
The
圧力室70,71,72,73にはそれぞれ気体移送ラインF1,F2,F3,F4が接続されている。気体移送ラインF1,F2,F3,F4の一端は、研磨装置が設置されている工場に設けられたユーティリティとしての圧縮気体供給源(図示せず)に接続されている。圧縮空気等の圧縮気体は、気体移送ラインF1,F2,F3,F4を通じて圧力室70,71,72,73にそれぞれ供給されるようになっている。圧力室70~73に圧縮気体が供給されることで、弾性膜65が膨らみ、圧力室70~73内の圧縮気体は、弾性膜65を介してウェハWを研磨パッド2の研磨面2aに押し付ける。圧力室70~73は、ウェハWを研磨パッド2の研磨面2aに押し付けるためのアクチュエータとして機能する。
Gas transfer lines F1, F2, F3 and F4 are connected to the
リテーナリング60は、弾性膜65の周囲に配置されており、研磨パッド2の研磨面2aに接触する環状の部材である。リテーナリング60は、ウェハWの最外周を囲むように配置されており、ウェハWの研磨中にウェハWが研磨ヘッド1から飛び出してしまうことを防止するとともに、研磨パッド2の弾性的なふるまい(リバウンド)を調整してウェハWの最外周の膜厚分布を調整することができる。
The
ドライブリング62の上部は、環状のリテーナリング押圧装置80に連結されている。リテーナリング押圧装置80は、ドライブリング62を介してリテーナリング60の上面60bの全体に下向きの荷重を与え、これによりリテーナリング60の下面60aを研磨パッド2の研磨面2aに押し付ける。
The upper portion of the
リテーナリング押圧装置80は、ドライブリング62の上部に固定された環状のピストン81と、ピストン81の上面に接続された環状のローリングダイヤフラム82と、を備えている。ローリングダイヤフラム82の内部にはリテーナリング圧力室83が形成されている。このリテーナリング圧力室83は、気体移送ラインF5を介して上記圧縮気体供給源に連結されている。圧縮気体は、気体移送ラインF5を通じてリテーナリング圧力室83内に供給される。
The retainer
上記圧縮気体供給源からリテーナリング圧力室83に圧縮気体を供給すると、ローリングダイヤフラム82がピストン81を下方に押し下げ、ピストン81はドライブリング62を押し下げ、さらにドライブリング62はリテーナリング60の全体を下方に押し下げる。このようにして、リテーナリング押圧装置80は、リテーナリング60の下面60aを研磨パッド2の研磨面2aに押し付ける。ドライブリング62は、リテーナリング押圧装置80に着脱可能に連結されている。一実施形態では、リテーナリング押圧装置80は、研磨ヘッド1の下降力をリテーナリング60に作用させることによって、リテーナリング60の下面60aを研磨パッド2の研磨面2aに押し付ける構造を有してもよい。
When compressed gas is supplied from the compressed gas supply source to the retainer
気体移送ラインF1,F2,F3,F4,F5は、ヘッドシャフト10に取り付けられたロータリージョイント25を経由して延びている。研磨装置は、圧力レギュレータR1,R2,R3,R4,R5をさらに備えており、圧力レギュレータR1,R2,R3,R4,R5は、気体移送ラインF1,F2,F3,F4,F5にそれぞれ設けられている。圧縮気体供給源からの圧縮気体は、圧力レギュレータR1~R5を通って圧力室70~73、およびリテーナリング圧力室83内にそれぞれ独立に供給される。圧力レギュレータR1~R5は、圧力室70~73、およびリテーナリング圧力室83内の圧縮気体の圧力を調節するように構成されている。圧力レギュレータR1~R5は、動作制御部9に接続されている。
The gas transfer lines F1, F2, F3, F4, F5 extend through a rotary joint 25 attached to the
圧力レギュレータR1~R5は、圧力室70~73、およびリテーナリング圧力室83の内部圧力を互いに独立して変化させることが可能であり、これにより、ウェハWの対応する4つの領域、すなわち、中央部、内側中間部、外側中間部、およびエッジ部におけるウェハWの研磨面2aに対する押し付け力、およびリテーナリング60の研磨パッド2への押し付け力を独立に調整することができる。気体移送ラインF1,F2,F3,F4,F5は大気開放弁(図示せず)にもそれぞれ接続されており、圧力室70~73、およびリテーナリング圧力室83を大気開放することも可能である。本実施形態では、弾性膜65は、4つの圧力室70~73を形成するが、一実施形態では、弾性膜65は4つよりも少ない、または4つよりも多い圧力室を形成してもよい。
The pressure regulators R1-R5 are capable of varying the internal pressures of the pressure chambers 70-73 and the retainer
図3は、動作制御部によって生成されたスペクトルの一例を示す図である。図3において、横軸はウェハから反射した光の波長を表わし、縦軸は反射した光の強度から導かれる相対反射率を表わす。相対反射率とは、反射光の強度を示す指標値であり、光の強度と所定の基準強度との比である。各波長において光の強度(実測強度)を所定の基準強度で割ることにより、装置の光学系や光源固有の強度のばらつきなどの不要なノイズを実測強度から除去することができる。 FIG. 3 is a diagram showing an example of a spectrum generated by an operation control section; In FIG. 3, the horizontal axis represents the wavelength of light reflected from the wafer, and the vertical axis represents the relative reflectance derived from the intensity of the reflected light. The relative reflectance is an index value indicating the intensity of reflected light, and is the ratio of the intensity of light to a predetermined reference intensity. By dividing the light intensity (actually measured intensity) at each wavelength by a predetermined reference intensity, unnecessary noise such as variations in intensity specific to the optical system of the apparatus and the light source can be removed from the measured intensity.
基準強度は、各波長について予め測定された光の強度であり、相対反射率は各波長において算出される。具体的には、各波長での光の強度(実測強度)を、対応する基準強度で割り算することにより相対反射率が求められる。 The reference intensity is the pre-measured intensity of light for each wavelength, and the relative reflectance is calculated at each wavelength. Specifically, the relative reflectance is obtained by dividing the light intensity (measured intensity) at each wavelength by the corresponding reference intensity.
動作制御部9は、反射光の強度測定データから反射光のスペクトルを生成するように構成されている。反射光のスペクトルは、反射光の波長と強度との関係を示す線グラフ(すなわち分光波形)として表される。反射光の強度は、反射率または相対反射率などの相対値として表わすこともできる。 The operation controller 9 is configured to generate a reflected light spectrum from the reflected light intensity measurement data. The spectrum of reflected light is represented as a line graph (that is, spectral waveform) showing the relationship between the wavelength and intensity of reflected light. The intensity of reflected light can also be expressed as a relative value such as reflectance or relative reflectance.
実際の研磨では、実測強度からダークレベル(光を遮断した条件下で得られた背景強度)を引き算して補正実測強度を求め、さらに基準強度から上記ダークレベルを引き算して補正基準強度を求め、そして、補正実測強度を補正基準強度で割り算することにより、相対反射率が求められる。具体的には、相対反射率R(λ)は、次の式(1)を用いて求めることができる。
動作制御部9は、反射光の強度測定データから図3に示すようなスペクトルを生成する。さらに、動作制御部9は、反射光のスペクトルからウェハWの膜厚を決定する。反射光のスペクトルは、ウェハWの膜厚に従って変化する。したがって、動作制御部9は、反射光のスペクトルからウェハWの膜厚を決定することができる。以下、本明細書において、研磨されるウェハWからの反射光から生成されたスペクトルを、測定スペクトルという。 The operation control unit 9 generates a spectrum as shown in FIG. 3 from the reflected light intensity measurement data. Furthermore, the operation control unit 9 determines the film thickness of the wafer W from the spectrum of the reflected light. The spectrum of the reflected light changes according to the film thickness of the wafer W. FIG. Therefore, the operation control section 9 can determine the film thickness of the wafer W from the spectrum of the reflected light. Hereinafter, the spectrum generated from the reflected light from the wafer W to be polished is referred to as the measured spectrum in this specification.
動作制御部9は、測定スペクトル(すなわち、測定データ)と複数の参照スペクトル(すなわち、参照データ)との比較から膜厚を決定するように構成されている。動作制御部9は、研磨中に生成された測定スペクトルと複数の参照スペクトルとを比較することで、測定スペクトルに最も形状の近い参照スペクトルを決定し、この決定された参照スペクトルに関連付けられた膜厚を取得する。測定スペクトルに最も形状の近い参照スペクトルは、参照スペクトルと測定スペクトルとの間の相対反射率の差が最も小さいスペクトルである。 The operation control unit 9 is configured to determine the film thickness from a comparison between the measured spectrum (ie measured data) and a plurality of reference spectra (ie reference data). The operation control unit 9 compares the measured spectrum generated during polishing with a plurality of reference spectra to determine the reference spectrum closest in shape to the measured spectrum, and the film associated with the determined reference spectrum. Get thickness. The reference spectrum that is closest in shape to the measured spectrum is the spectrum with the smallest difference in relative reflectance between the reference spectrum and the measured spectrum.
複数の参照スペクトルは、研磨対象のウェハ(以下、本明細書において、ウェハWは研磨対象のウェハに相当する)と同じ、または、同等の初期膜厚を有する参照ウェハを研磨することによって予め取得されたものであり、各参照スペクトルにはその参照スペクトルが取得されたときの膜厚を関連付けることができる。すなわち、各参照スペクトルは、異なる膜厚のときに取得されたものであり、複数の参照スペクトルは複数の異なる膜厚に対応する。したがって、測定スペクトルに最も形状の近い参照スペクトルを決定することにより、現在の膜厚を推定することができる。 A plurality of reference spectra are obtained in advance by polishing a reference wafer having an initial film thickness that is the same as or equivalent to the wafer to be polished (hereinafter, wafer W corresponds to the wafer to be polished in this specification). Each reference spectrum can be associated with a film thickness at which the reference spectrum was acquired. That is, each reference spectrum is acquired at different film thicknesses, and multiple reference spectra correspond to multiple different film thicknesses. Therefore, the current film thickness can be estimated by determining the reference spectrum that is closest in shape to the measured spectrum.
図4は、複数の参照スペクトルを取得する工程の一例を示す図である。まず、ウェハWと同じ、または、同等の膜厚を有する参照ウェハが用意される。参照ウェハは、膜厚測定器170(図1参照)に搬送され、参照ウェハの初期膜厚が膜厚測定器170によって測定される(ステップS101参照)。膜厚測定器170は、動作制御部9に電気的に接続されている。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a process of acquiring a plurality of reference spectra. First, a reference wafer having the same or equivalent film thickness as the wafer W is prepared. The reference wafer is transferred to the film thickness measuring device 170 (see FIG. 1), and the initial film thickness of the reference wafer is measured by the film thickness measuring device 170 (see step S101). The film
次に研磨液としてのスラリーが研磨パッド1に供給されながら参照ウェハが研磨される(ステップS102参照)。参照ウェハの研磨中、参照ウェハの表面に光が照射され、参照ウェハからの反射光のスペクトル(すなわち参照スペクトル)が取得される(ステップS103参照)。 Next, the reference wafer is polished while slurry as a polishing liquid is supplied to the polishing pad 1 (see step S102). During polishing of the reference wafer, the surface of the reference wafer is irradiated with light, and the spectrum of reflected light from the reference wafer (ie, the reference spectrum) is obtained (see step S103).
参照スペクトルは、研磨テーブル3が一回転するたびに取得される。したがって、参照ウェハの研磨中に、複数の参照スペクトルが取得される。参照ウェハの研磨が終了した後、参照ウェハは膜厚測定器170に再び搬送され、研磨された参照ウェハの膜厚(すなわち最終膜厚)が測定される(ステップS104参照)。
A reference spectrum is acquired each time the polishing table 3 rotates once. Thus, multiple reference spectra are acquired during polishing of the reference wafer. After finishing the polishing of the reference wafer, the reference wafer is transferred to the film
参照ウェハの研磨レートが一定である場合、膜厚は研磨時間とともに直線的に減少する。研磨レートは、初期膜厚と最終膜厚との差を、最終膜厚に到達した研磨時間で割り算することにより算出することができる。参照スペクトルは、上述したように、研磨テーブル3が一回転するたびに周期的に取得されるので、それぞれの参照スペクトルが取得されたときの研磨時間は、研磨テーブル3の回転速度から算出することができる。このようにして、動作制御部9は、各参照スペクトルに対応する膜厚を決定する(ステップS105参照)。 If the polishing rate of the reference wafer is constant, the film thickness decreases linearly with polishing time. The polishing rate can be calculated by dividing the difference between the initial film thickness and the final film thickness by the polishing time required to reach the final film thickness. As described above, the reference spectrum is periodically acquired each time the polishing table 3 rotates once. Therefore, the polishing time when each reference spectrum is acquired can be calculated from the rotational speed of the polishing table 3. can be done. Thus, the operation controller 9 determines the film thickness corresponding to each reference spectrum (see step S105).
各参照スペクトルは、対応する膜厚に関連付けることができる(結び付けることができる)。したがって、動作制御部9は、ウェハWの研磨中に測定スペクトルに最も形状が近い参照スペクトルを決定することにより、その参照スペクトルに関連付けられた膜厚から、ウェハWの現在の膜厚を決定することができる。 Each reference spectrum can be related (bound) to the corresponding film thickness. Therefore, the motion control unit 9 determines the current film thickness of the wafer W from the film thickness associated with the reference spectrum that is closest in shape to the measured spectrum during polishing of the wafer W. be able to.
以下、研磨対象のウェハWを研磨する工程について、説明する。まず、研磨対象のウェハWの膜厚の均一性が所定の許容範囲内に収まる第1研磨条件(言い換えれば、最終目標膜厚フラット条件)を決定する必要がある。 The process of polishing the wafer W to be polished will be described below. First, it is necessary to determine the first polishing condition (in other words, the final target film thickness flat condition) under which the film thickness uniformity of the wafer W to be polished is within a predetermined allowable range.
第1研磨条件は、最終目標膜厚がフラットになるように予め決定された研磨条件(複数の圧力室70,71,72,73,83のそれぞれの圧力の制御)であってもよい。動作制御部9は、第1研磨条件に基づいて、複数の圧力室70,71,72,73,83のそれぞれの圧力を制御しながら、ウェハWを研磨するように構成されている。
The first polishing condition may be a polishing condition (control of pressure in each of the plurality of
図5は、複数の圧力室に応じて分割されたウェハの複数の押圧領域を示す図である。図5に示すように、動作制御部9は、複数の圧力室70,71,72,73に応じてウェハW上の複数の押圧領域A1~A4に分割する。これら押圧領域A1~A4は、ウェハWの中心CPWと同心円状に配置されている。ウェハWの外縁には、ノッチNtが形成されている。
FIG. 5 is a diagram showing a plurality of pressing regions of a wafer divided according to a plurality of pressure chambers. As shown in FIG. 5, the operation control unit 9 divides the wafer W into a plurality of pressing areas A1 to A4 according to the plurality of
一実施形態では、第1研磨条件は、ウェハWの研磨中に膜厚センサ40によって測定された膜厚に基づいて、ウェハWの各領域A1~A4の膜厚(平均膜厚)がウェハWの全体の平均膜厚になるように、各圧力室70~73の圧力をリアルタイムでフィードバック制御する研磨条件(CLC:クローズドループコントロール)であってもよい。より具体的には、動作制御部9は、膜厚センサ40から出力された信号に基づいて測定されたウェハWの膜厚に基づいて、押圧領域A1~A4のそれぞれにおける平均膜厚値を算出する。その後、動作制御部9は、押圧領域A1~A4のそれぞれの平均膜厚値とウェハWの全体の平均膜厚値との差分が低減されるように、圧力レギュレータR1~R4のそれぞれを制御することにより、押圧領域A1~A4に対応する圧力室70~73内の圧力を制御する。
In one embodiment, the first polishing condition is based on the film thickness measured by the
動作制御部9は、上述した方法と同様の方法に基づいて、圧力レギュレータR5を制御することにより、リテーナリング圧力室83内の圧力を制御してもよい。
The operation control section 9 may control the pressure in the retainer
図6は、第1研磨条件でウェハを研磨したときにおけるウェハの研磨プロファイルを示す図である。図6では、横軸はウェハWの半径方向の距離を表しており、縦軸はウェハWの膜厚分布を表している。図6における太線は、ウェハWの最外周に位置する、圧力室73に対応する押圧領域A4と、押圧領域A4の内側の押圧領域と、の境界線を示している。図6に示す実施形態では、ウェハWの研磨プロファイルとして、ウェハWを所定時間、研磨した際の研磨後のウェハWの半径方向における膜厚分布について説明するが、ウェハWの研磨プロファイルは、ウェハWの半径方向における研磨レート分布を含んでもよい。
FIG. 6 is a diagram showing a polishing profile of a wafer when the wafer is polished under the first polishing conditions. 6, the horizontal axis represents the radial distance of the wafer W, and the vertical axis represents the film thickness distribution of the wafer W. In FIG. The thick line in FIG. 6 indicates the boundary line between the pressing area A4 corresponding to the
第1研磨条件でウェハWを研磨した場合、ウェハWの中央部を含む他の領域(すなわち、最外周を除く領域)では、ウェハWの膜厚の均一性は所定の許容範囲内に収まる一方で、ウェハWの最外周を含む特定領域では、ウェハWの残膜(研磨後の膜厚)の半径方向のばらつきが大きい場合がある。すなわち、ウェハWの最外周を含む特定領域内で、膜厚の大きい部分と小さい部分の膜厚差が大きくなっている。ウェハWの最外周は、研磨パッド2のリバウンドによる影響などで、研磨プロファイルが急峻で非対称になりやすく、ウェハWの最外周を含む特定領域の圧力室の圧力を調整するだけでは、フラットな膜厚分布を得ることは難しい。ウェハWの最外周を含む特定領域内における研磨後の膜厚のばらつき(いわゆる、残膜レンジ)は、第1研磨条件での研磨時間が長くなるほど大きくなる傾向がある。
When the wafer W is polished under the first polishing condition, the uniformity of the film thickness of the wafer W is within a predetermined allowable range in other regions including the central portion of the wafer W (that is, regions other than the outermost periphery). In a specific region including the outermost periphery of the wafer W, the residual film (film thickness after polishing) of the wafer W may vary greatly in the radial direction. That is, within the specific region including the outermost periphery of the wafer W, the film thickness difference between the large film thickness portion and the small film thickness portion is large. The outermost periphery of the wafer W tends to have a steep and asymmetrical polishing profile due to the influence of rebound of the
そこで、本実施形態では、動作制御部9は、ウェハWの最外周におけるウェハWの半径方向の膜厚のばらつきを低減させる第2研磨条件に基づいて、ウェハWを研磨するように構成されている。以下に示す実施形態では、ウェハWの特定領域の一例として、ウェハWの膜厚の最外周におけるウェハWの膜厚のばらつきを低減させる実施形態について説明するが、ウェハWの特定領域は、ウェハWの最外周には限定されない。ウェハWの最外周を除く他の領域においても、ウェハWの膜厚のばらつきは発生するおそれがある。 Therefore, in the present embodiment, the operation control unit 9 is configured to polish the wafer W based on the second polishing condition for reducing the variation in film thickness in the radial direction of the wafer W at the outermost periphery of the wafer W. there is In the embodiment shown below, as an example of the specific region of the wafer W, an embodiment for reducing the variation in the film thickness of the wafer W at the outermost periphery of the film thickness of the wafer W will be described. It is not limited to the outermost circumference of W. In other regions of the wafer W than the outermost periphery, there is a possibility that the film thickness of the wafer W may vary.
図7は、第2研磨条件を示す図である。図7では、横軸はウェハWの半径方向の距離を表しており、縦軸はウェハWの膜厚分布を表している。図7に示す実施形態では、ウェハWの研磨プロファイルとして、ウェハWを所定時間、研磨した際の研磨後のウェハWの半径方向における膜厚分布について説明するが、ウェハWの研磨プロファイルは、ウェハWの半径方向における研磨レート分布を含んでもよい。 FIG. 7 is a diagram showing second polishing conditions. In FIG. 7, the horizontal axis represents the radial distance of the wafer W, and the vertical axis represents the film thickness distribution of the wafer W. As shown in FIG. In the embodiment shown in FIG. 7, the film thickness distribution in the radial direction of the wafer W after polishing the wafer W for a predetermined time will be described as the polishing profile of the wafer W. A polishing rate distribution in the radial direction of W may be included.
動作制御部9は、第1研磨条件に基づいて、研磨対象のウェハWと同じ、または、同等の初期膜厚を有するウェハを研磨する。その後、動作制御部9は、第1研磨条件で研磨することによって得られる第1研磨プロファイル(研磨後のウェハWの膜厚分布または研磨レート分布)に基づいて、第2研磨条件を決定する。第2研磨条件は、第1研磨プロファイルの分布(より具体的には、特定の圧力室に対応するウェハW上の押圧領域の分布)とは逆の分布を有する第2研磨プロファイルが形成されるように、予め決定(調整)された研磨条件である。 The operation control unit 9 polishes a wafer having an initial film thickness equal to or equivalent to that of the wafer W to be polished, based on the first polishing conditions. After that, the operation control unit 9 determines the second polishing conditions based on the first polishing profile (film thickness distribution or polishing rate distribution of the wafer W after polishing) obtained by polishing under the first polishing conditions. The second polishing conditions form a second polishing profile having a distribution opposite to the distribution of the first polishing profile (more specifically, the distribution of pressed areas on the wafer W corresponding to specific pressure chambers). are predetermined (adjusted) polishing conditions.
言い換えれば、第2研磨条件は、第1研磨条件で研磨された研磨後のウェハWの最外周における膜厚の厚い部分がより積極的に研磨され、研磨後のウェハWの最外周における膜厚の薄い部分の研磨が抑制されるような研磨条件である。第2研磨プロファイルは、第1研磨プロファイルの分布に対して、ウェハWの膜厚の厚さまたは研磨レートを示す数値の正負符号が反転した分布を有している。第2研磨プロファイルの分布を示す曲線および第1研磨プロファイルの分布を示す曲線は、理想的には、互いに線対称である。 In other words, under the second polishing conditions, the thicker portion of the outermost periphery of the wafer W polished under the first polishing condition is more actively polished, and the outermost periphery of the wafer W after polishing is thickened. The polishing conditions are such that polishing of thin portions of the film is suppressed. The second polishing profile has a distribution in which the positive and negative signs of the numerical values indicating the thickness of the film thickness of the wafer W or the polishing rate are inverted with respect to the distribution of the first polishing profile. Ideally, the curve representing the distribution of the second polishing profile and the curve representing the distribution of the first polishing profile are axisymmetrical to each other.
図7に示す実施形態では、ウェハWの半径方向の距離と、距離に対応するウェハWの膜厚と、から特定される座標系上の膜厚分布において、ウェハWの最外周の膜厚分布を示す曲線(第2研磨プロファイルの分布を示す曲線)は、基準線を中心として、第1研磨条件で研磨されたウェハWの最外周の膜厚分布を示す曲線(図7の一点鎖線参照)に対して、線対称である。なお、図7に示す実施形態では、第2研磨プロファイルの分布を示す曲線は、理想的な曲線として描かれている。 In the embodiment shown in FIG. 7, in the film thickness distribution on the coordinate system specified by the distance in the radial direction of the wafer W and the film thickness of the wafer W corresponding to the distance, the film thickness distribution of the outermost periphery of the wafer W (curve showing the distribution of the second polishing profile) is a curve showing the film thickness distribution of the outermost periphery of the wafer W polished under the first polishing condition centering on the reference line (see the dashed line in FIG. 7). is axisymmetric with respect to In addition, in the embodiment shown in FIG. 7, the curve showing the distribution of the second polishing profile is drawn as an ideal curve.
第2研磨条件は、研磨対象のウェハWと同じ、または、同等の初期膜厚を有するウェハを研磨することにより、決定される。まず、予め、第1研磨条件でウェハWを研磨し、第1研磨プロファイルを確認する。その後、さらに別のウェハを研磨して、研磨終了後の研磨プロファイルが第1研磨プロファイルの分布とは逆の分布を有するように、実験的に第2研磨条件を決定する。あるいは、一実施形態では、まず、第1研磨条件でウェハWを研磨し、その後、続いて第1研磨条件から研磨条件を切り替えて、ウェハWを研磨する。研磨終了後の研磨プロファイルが平坦な分布を有するように、第1研磨条件からの切り替え条件である第2研磨条件を実験的に決定する。一実施形態では、第2研磨条件は、予め記憶装置9a内に格納された研磨条件と研磨プロファイルからなるデータベースから最適なものを選択してもよく、および/または、研磨シミュレーションにより決定されてもよい。 The second polishing conditions are determined by polishing a wafer having an initial film thickness equal to or equivalent to that of the wafer W to be polished. First, the wafer W is polished in advance under the first polishing conditions, and the first polishing profile is confirmed. After that, another wafer is polished, and the second polishing conditions are experimentally determined so that the polishing profile after polishing has a distribution opposite to that of the first polishing profile. Alternatively, in one embodiment, the wafer W is first polished under the first polishing condition, and then the polishing condition is switched from the first polishing condition to polish the wafer W. The second polishing conditions, which are conditions for switching from the first polishing conditions, are experimentally determined so that the polishing profile after polishing has a flat distribution. In one embodiment, the second polishing conditions may be selected from a database of polishing conditions and polishing profiles stored in advance in the storage device 9a, and/or may be determined by polishing simulation. good.
動作制御部9は、その記憶装置9a内に第2研磨条件を格納しており、第2研磨条件に基づいて、ウェハWを研磨するように構成されている。より具体的には、動作制御部9は、第2研磨条件に基づいて、複数の圧力室70,71,72,73,83のうち、特定の圧力室の圧力を予め決定した固定値で制御しながら、ウェハWを研磨する。第2研磨条件は、第2研磨プロファイルに基づいて、特定の圧力室の圧力を予め決定した固定値で制御しながら、ウェハWを研磨する研磨条件を含む。
The operation control unit 9 stores second polishing conditions in its storage device 9a, and is configured to polish the wafer W based on the second polishing conditions. More specifically, the operation control unit 9 controls the pressure of a specific pressure chamber out of the
本実施形態では、特定の圧力室は、ウェハWの最外周を押圧するエッジ圧力室73と、エッジ圧力室73に隣接する隣接圧力室と、を含む。隣接圧力室は、中間圧力室72およびリテーナリング圧力室83の少なくとも1つの圧力室を含む。本実施形態では、隣接圧力室は、中間圧力室72およびリテーナリング圧力室83の両方である。一実施形態では、特定の圧力室は、エッジ圧力室73のみであってもよい。
In this embodiment, the specific pressure chambers include the
第2研磨条件は、特定の圧力室の圧力を調整して決定される研磨条件を含む。一実施形態では、第2研磨条件は、特定の圧力室以外の圧力室の圧力を調整して決定される研磨条件を含んでもよい。例えば、特定の圧力室がエッジ圧力室73である場合、第2研磨条件は、エッジ圧力室73に隣接する隣接圧力室の圧力を調整して決定される研磨条件を含む。
The second polishing conditions include polishing conditions determined by adjusting the pressure of specific pressure chambers. In one embodiment, the second polishing conditions may include polishing conditions determined by adjusting pressures in pressure chambers other than specific pressure chambers. For example, if the specific pressure chamber is the
一実施形態では、第2研磨条件は、ウェハWの最外周を囲むように配置されたリテーナリング60の、研磨面2aに対する押圧力を調整して決定される研磨条件を含んでもよい。この場合、動作制御部9は、第2研磨条件に基づいて、研磨ヘッド1の下降力をリテーナリング60に作用させるリテーナリング押圧装置80を制御する。
In one embodiment, the second polishing conditions may include polishing conditions determined by adjusting the pressing force of the
本実施形態では、動作制御部9は、エッジ圧力室73および隣接圧力室72,83のそれぞれの圧力を、第2研磨条件に基づいて、制御しつつ、これらエッジ圧力室73および隣接圧力室72,83を除く他の圧力室70,71のそれぞれの圧力を、第1研磨条件に基づいて、フィードバック制御する。
In this embodiment, the operation control unit 9 controls the pressures of the
第1研磨条件は、研磨中に、膜厚センサ40から出力された信号に基づいて他の圧力室70,71のそれぞれに対応する領域の平均膜厚値とウェハWの全体の平均膜厚値との差分が低減されるように、圧力室70,71のそれぞれの圧力をフィードバック制御する研磨条件である。
The first polishing conditions are the average film thickness value of the regions corresponding to the
図8は、第1研磨条件および第2研磨条件で研磨されたウェハの研磨レートを示す図である。図8では、横軸はウェハWの半径方向の距離を表しており、縦軸はウェハWの研磨レートを表している。図8は、ウェハWの外側部分の研磨レートを拡大して示している。図8に示すように、第1研磨条件におけるウェハW上の押圧領域A4での研磨レートと第2研磨条件におけるウェハW上の押圧領域A4での研磨レートは、互いに反転している。したがって、動作制御部9は、第1研磨条件および第2研磨条件を組み合わせてウェハWを研磨することにより、ウェハWの最外周の膜厚の均一性を向上させることができる。 FIG. 8 is a diagram showing polishing rates of wafers polished under the first polishing condition and the second polishing condition. In FIG. 8, the horizontal axis represents the radial distance of the wafer W, and the vertical axis represents the polishing rate of the wafer W. In FIG. FIG. 8 shows the polishing rate of the outer portion of the wafer W in an enlarged manner. As shown in FIG. 8, the polishing rate at the pressed area A4 on the wafer W under the first polishing condition and the polishing rate at the pressed area A4 on the wafer W under the second polishing condition are opposite to each other. Therefore, the operation control unit 9 can improve the uniformity of the film thickness of the outermost periphery of the wafer W by polishing the wafer W under the combination of the first polishing condition and the second polishing condition.
図9は、研磨対象のウェハを研磨する工程の一例を示す図である。図9のステップS201に示すように、動作制御部9は、第1研磨条件でウェハWを研磨する(第1研磨工程)。その後、動作制御部9は、所定の切り替え条件を満たしたか否かを判断し(ステップS202参照)、切り替え条件を満たしていない場合(ステップS202の「No」参照)、ステップS201を継続する。切り替え条件を満たした場合(ステップS202の「Yes」参照)、動作制御部9は、研磨条件を第1研磨条件から第2研磨条件に切り替えて(ステップS203参照)、第2研磨条件でウェハWを研磨する(第2研磨工程)。 FIG. 9 is a diagram showing an example of a process of polishing a wafer to be polished. As shown in step S201 of FIG. 9, the operation control unit 9 polishes the wafer W under the first polishing conditions (first polishing step). Thereafter, the operation control unit 9 determines whether or not a predetermined switching condition is satisfied (see step S202), and if the switching condition is not satisfied (see "No" in step S202), continues step S201. If the switching condition is satisfied ("Yes" in step S202), the operation control unit 9 switches the polishing condition from the first polishing condition to the second polishing condition (see step S203), and polishes the wafer W under the second polishing condition. is polished (second polishing step).
ウェハWの最外周(すなわち、特定領域)の残りの膜厚のばらつき(より具体的には、膜厚の最大値と最小値との差)があまりにも大きい状態で、研磨条件を第1研磨条件から第2研磨条件に切り替えても、ウェハWの最外周の膜厚のばらつきが解消されないおそれがある。そこで、動作制御部9は、上記切り替え条件として、第1研磨条件下でのウェハWの研磨中におけるウェハWの最外周の膜厚の最大値と最小値との差(いわゆる、残膜レンジ)が所定のしきい値を超えて大きくなった場合に、研磨条件を第1研磨条件から第2研磨条件に切り替えてもよい(第1切り替え条件)。 In a state where the variation in the remaining film thickness (more specifically, the difference between the maximum value and the minimum value of the film thickness) of the outermost periphery (that is, the specific region) of the wafer W is too large, the polishing conditions are changed to the first polishing. Even if the condition is switched to the second polishing condition, there is a possibility that the variation in the film thickness of the outermost periphery of the wafer W will not be eliminated. Therefore, as the switching condition, the operation control unit 9 sets the difference between the maximum value and the minimum value of the film thickness of the outermost periphery of the wafer W during polishing of the wafer W under the first polishing condition (so-called residual film range). exceeds a predetermined threshold value, the polishing condition may be switched from the first polishing condition to the second polishing condition (first switching condition).
特定の圧力室に対応するウェハWの特定領域内における膜厚のばらつきが大きい場合、特定の圧力室の圧力を調整しても、膜厚のばらつきを解消することができないおそれがある。そこで、上述した実施形態では、動作制御部9は、第1研磨条件下でのウェハWの残膜レンジが所定のしきい値を超えて大きくなった場合に、研磨条件を第1研磨条件から第2研磨条件に切り替える。 If there is a large variation in film thickness within a specific region of the wafer W corresponding to a specific pressure chamber, the variation in film thickness may not be eliminated even if the pressure in the specific pressure chamber is adjusted. Therefore, in the above-described embodiment, the operation control unit 9 changes the polishing condition from the first polishing condition to Switch to the second polishing condition.
残りの研磨時間があまりにも短い状態で、研磨条件を第1研磨条件から第2研磨条件に切り替えても、ウェハWの特定領域の膜厚のばらつきが解消されないおそれがある。そこで、動作制御部9は、上記切り替え条件として、ウェハWの最外周の膜厚の最大値と最小値との差を、第2研磨条件で研磨することにより解消するために必要な時間と、最終目標膜厚までの残りの研磨時間に基づいて、研磨条件を第1研磨条件から第2研磨条件に切り替えてもよい(第2切り替え条件)。 Even if the polishing condition is switched from the first polishing condition to the second polishing condition in a state where the remaining polishing time is too short, there is a possibility that the film thickness variation in the specific region of the wafer W will not be eliminated. Therefore, the operation control unit 9 sets, as the switching conditions, the time required to eliminate the difference between the maximum value and the minimum value of the film thickness of the outermost periphery of the wafer W by polishing under the second polishing condition, The polishing condition may be switched from the first polishing condition to the second polishing condition based on the remaining polishing time until the final target film thickness (second switching condition).
第2研磨条件下でウェハWを研磨した場合における研磨レートは、第2研磨条件を決定する過程により予め分かっている。したがって、動作制御部9は、第2研磨条件下でウェハWを研磨した場合、第1研磨条件下でのウェハWの研磨中におけるウェハWの残膜レンジを低減(解消)するために必要な時間を算出することができる。そこで、一実施形態では、動作制御部9は、第2研磨条件下での必要研磨時間が所定の残り時間に到達し、あるいは近づいた場合に、研磨条件を第1研磨条件から第2研磨条件に切り替えてもよい。所定の残り時間は、例えば、切り替えタイミング以降に第2研磨条件下でウェハWを研磨した場合にウェハWの膜厚が最終目標膜厚になるまでに必要な時間と同一である。 The polishing rate when the wafer W is polished under the second polishing conditions is known in advance by the process of determining the second polishing conditions. Therefore, when the wafer W is polished under the second polishing condition, the operation control unit 9 reduces (eliminates) the residual film range of the wafer W during polishing of the wafer W under the first polishing condition. time can be calculated. Therefore, in one embodiment, when the required polishing time under the second polishing condition reaches or approaches the predetermined remaining time, the operation control unit 9 changes the polishing condition from the first polishing condition to the second polishing condition. You can switch to The predetermined remaining time is, for example, the same as the time required for the film thickness of the wafer W to reach the final target film thickness when the wafer W is polished under the second polishing conditions after the switching timing.
より具体的には、動作制御部9は、第1研磨条件下でのウェハWの研磨中において、ウェハWの残膜レンジを第2研磨条件で低減するために必要な時間(すなわち、上記必要研磨時間)と、残りの研磨時間(すなわち、上記残り時間)と、を算出する。残りの研磨時間は、次の計算式に基づいて算出される。残りの研磨時間=(ウェハWの現在の膜厚-ウェハWの目標膜厚)/第2研磨条件による想定研磨レート More specifically, the operation control unit 9 controls the time required to reduce the residual film range of the wafer W under the second polishing condition (that is, the required time) during polishing of the wafer W under the first polishing condition. polishing time) and the remaining polishing time (that is, the remaining time) are calculated. The remaining polishing time is calculated based on the following formula. Remaining polishing time=(current film thickness of wafer W−target film thickness of wafer W)/assumed polishing rate under the second polishing condition
必要研磨時間が残り時間よりも小さい場合(必要研磨時間<<残り時間)、第2研磨条件での研磨時間が長くなり、ウェハWの残膜プロファイルが悪くなってしまう。必要研磨時間と残り時間が同一である場合(必要研磨時間=残り時間)、ウェハWの残膜レンジが解消され、ウェハWの膜厚が目標膜厚に到達する(理想的な状態)。必要研磨時間が残り時間よりも大きい場合(必要研磨時間>残り時間)、残膜レンジが解消される前に、ウェハWの膜厚が目標膜厚になってしまい、残膜レンジが解消しきれない。このまま研磨を継続することにより、過研磨になってしまう。そこで、動作制御部9は、必要研磨時間と残り時間とが同一である場合に、研磨条件を第1研磨条件から第2研磨条件に切り替えることが望ましい。 If the required polishing time is shorter than the remaining time (required polishing time <<remaining time), the polishing time under the second polishing condition becomes longer, and the residual film profile of the wafer W deteriorates. When the required polishing time and the remaining time are the same (required polishing time=remaining time), the remaining film thickness range of the wafer W is eliminated and the film thickness of the wafer W reaches the target film thickness (ideal state). If the required polishing time is longer than the remaining time (required polishing time>remaining time), the film thickness of the wafer W reaches the target film thickness before the remaining film range is resolved, and the remaining film range cannot be completely resolved. do not have. If polishing is continued as it is, overpolishing will occur. Therefore, it is desirable that the operation control section 9 switches the polishing condition from the first polishing condition to the second polishing condition when the required polishing time and the remaining time are the same.
第2切り替え条件によれば、トータルの研磨量に違いがあったときに、第1研磨条件による研磨で許容できる残膜レンジを変更することができるので、例えば、ウェハWの初期膜厚に違いがあったときに、それに応じた最適化が可能になる。なお、「最終目標膜厚になるまでに必要な時間」とは、ウェハW上の膜を除去する研磨の場合には、最終目標膜厚がゼロ、すなわち、余分な膜をクリアするために必要な時間を意味する。 According to the second switching condition, when there is a difference in the total polishing amount, it is possible to change the residual film range allowable in polishing under the first polishing condition. can be optimized accordingly. In the case of polishing for removing the film on the wafer W, the "time required to reach the final target film thickness" means that the final target film thickness is zero, that is, the time required to clear the excess film. time means
一実施形態では、動作制御部9は、第1切り替え条件および第2切り替え条件に基づいて、研磨条件を第1研磨条件から第2研磨条件に切り替えてもよい。一実施形態では、動作制御部9は、ウェハWの全体の平均膜厚が所定の膜厚になった場合に、研磨条件を第1研磨条件から第2研磨条件に切り替えてもよい。一実施形態では、動作制御部9は、ウェハWの研磨時間が所定の研磨時間に到達した場合に研磨条件を第1研磨条件から第2研磨条件に切り替えてもよい。 In one embodiment, the operation control section 9 may switch the polishing condition from the first polishing condition to the second polishing condition based on the first switching condition and the second switching condition. In one embodiment, the operation control unit 9 may switch the polishing condition from the first polishing condition to the second polishing condition when the average film thickness of the entire wafer W reaches a predetermined film thickness. In one embodiment, the operation control unit 9 may switch the polishing condition from the first polishing condition to the second polishing condition when the polishing time of the wafer W reaches a predetermined polishing time.
動作制御部9は、図9のステップS203を実行した後、ウェハWの全体の平均膜厚が目標膜厚に到達するか、またはウェハW上に形成された材料が異材料との界面に到達したことを示す終点検出信号を膜厚センサ40から受けることにより(ステップS204の「Yes」参照)、ウェハWの研磨を終了する(ステップS205参照)。終点検出信号を受けていない場合(ステップS204の「No」参照)、動作制御部9は、第2研磨条件でのウェハWの研磨を継続する。動作制御部9は、終点検出信号を受信した際に、特定領域内における残膜レンジが所定値以下になっていない場合、第2研磨条件下でのウェハWの研磨を継続してもよい。また、動作制御部9は、終点検出信号を受信した際に、特定領域内における残膜レンジが所定値以下になっていない場合、アラームを発してもよい。 After executing step S203 in FIG. 9, the operation control unit 9 determines whether the average film thickness of the entire wafer W reaches the target film thickness or the material formed on the wafer W reaches the interface with the different material. Upon receiving an end point detection signal indicating that the polishing has been completed from the film thickness sensor 40 (see "Yes" in step S204), the polishing of the wafer W is completed (see step S205). If the end point detection signal has not been received (see "No" in step S204), the operation control unit 9 continues polishing the wafer W under the second polishing conditions. When the end point detection signal is received, the operation control unit 9 may continue polishing the wafer W under the second polishing condition if the residual film range in the specific region is not equal to or less than the predetermined value. Further, the operation control unit 9 may issue an alarm when the remaining film range in the specific region is not equal to or less than a predetermined value when receiving the end point detection signal.
上述した実施形態において、研磨ヘッド1は複数の圧力室(エアバッグ)を有するが、ウェハWを押圧するための押圧要素はこれに限らない。ウェハWに同一の圧力を付与する押圧要素がウェハWの半径方向に複数配列されている場合、本発明の技術的思想は適用可能である。押圧要素としては、例えば圧電素子が挙げられる。
In the embodiment described above, the polishing
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。 The above-described embodiments are described for the purpose of enabling a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs to implement the present invention. Various modifications of the above embodiments can be made by those skilled in the art, and the technical idea of the present invention can be applied to other embodiments. Accordingly, the present invention is not limited to the described embodiments, but is to be construed in its broadest scope in accordance with the technical spirit defined by the claims.
1 研磨ヘッド
2 研磨パッド
2a 研磨面
3 研磨テーブル
5 研磨液供給ノズル
6 テーブルモータ
7 光学センサヘッド
9 動作制御部
9a 記憶装置
9b 演算装置
10 ヘッドシャフト
21 ヘッド本体
25 ロータリージョイント
40 膜厚センサ
44 光源
47 分光器
60 リテーナリング
60a 下面
60b 上面
62 ドライブリング
65 弾性膜
65a 基板押圧面
70 中央圧力室
71 中間圧力室
72 中間圧力室
73 エッジ圧力室
80 リテーナリング押圧装置
81 ピストン
82 ローリングダイヤフラム
83 リテーナリング圧力室
170 膜厚測定器
REFERENCE SIGNS
Claims (10)
前記研磨方法は、
前記基板を第1研磨条件で研磨する第1研磨工程と、
前記基板とは異なる基板を予め前記第1研磨条件で研磨することによって得られる、前記特定の圧力室に対応する前記基板の特定領域の半径方向に沿った第1研磨プロファイルに基づいて決定された第2研磨条件で、前記基板を研磨する第2研磨工程と、を含み、
前記第2研磨条件は、前記第1研磨プロファイルの分布とは逆の分布を有する第2研磨プロファイルが形成されるように予め決定された研磨条件を含み、
前記第1研磨工程の後に、前記第2研磨工程を行う、研磨方法。 A polishing method for pressing a substrate against a polishing surface of a polishing pad with a polishing head having a plurality of pressure chambers including specific pressure chambers,
The polishing method is
a first polishing step of polishing the substrate under a first polishing condition;
determined based on a first polishing profile along the radial direction of a specific region of the substrate corresponding to the specific pressure chamber, which is obtained by previously polishing a substrate different from the substrate under the first polishing conditions. a second polishing step of polishing the substrate under a second polishing condition;
the second polishing conditions include polishing conditions predetermined to form a second polishing profile having a distribution opposite to the distribution of the first polishing profile;
The polishing method, wherein the second polishing step is performed after the first polishing step.
前記第2研磨条件に基づいて、前記エッジ圧力室の圧力を制御しつつ、前記第1研磨条件に基づいて、前記エッジ圧力室を除く他の圧力室の圧力を制御する、請求項1~請求項9のいずれか一項に記載の研磨方法。 the specific pressure chamber includes an edge pressure chamber that presses the outermost periphery of the substrate;
According to the second polishing condition, the pressure of the edge pressure chamber is controlled, and based on the first polishing condition, the pressure of the pressure chambers other than the edge pressure chamber is controlled. Item 10. The polishing method according to any one of Items 9.
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