JP3019079B1 - 化学機械研磨装置 - Google Patents

化学機械研磨装置

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Abstract

【要約】 【課題】 基板の研磨量を充分に制御して、安定した研
磨量で研磨できる化学機械研磨装置を提供する。 【解決手段】 ＣＭＰ装置３０は、研磨パッドと、研磨
パッドを保持して回転する研磨テーブルと、基板を保持
して基板上の膜を研磨パッド上に押圧しつつ回転させる
基板ホルダと、研磨パッドを目立てするドレッサとを備
えている。また、研磨レートを算出する研磨レート算出
部４４と、算出した研磨レートに基づいて研磨パッドの
目立て条件を設定する目立て条件設定部４６とを有する
コンディショニングコントローラ３４を備えている。こ
れにより、設定枚数の基板を化学機械研磨する毎に、ド
レッサで研磨パッドを適切な条件で目立てすることが可
能であり、従って、基板の研磨量を充分に制御して安定
した研磨量で研磨可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、化学機械研磨装置
に関し、更に詳しくは、基板の研磨量を充分に制御し
て、安定した研磨量で研磨できる化学機械研磨装置に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の製造では、化学機械研磨装
置（以下、ＣＭＰ装置という）を用いて基板を研磨して
いる。ＣＭＰ装置で研磨する際、研磨量を一定にするこ
とが重要であり、このため、ＣＭＰ装置は、通常、研磨
時間を制御するコントローラを備えている。以下、図面
を参照し、例を挙げて従来のＣＭＰ装置を説明する。
【０００３】図７は、従来のＣＭＰ装置の構成及び処理
フローを示すブロック図である。従来のＣＭＰ装置１０
は、基板上の膜を研磨するＣＭＰ装置本体１２と、研磨
時間をコントロールする研磨時間コントローラ１４とを
備えている。ＣＭＰ装置本体１２は、基板上の膜を研磨
する研磨処理部１５と、研磨前後の膜厚を測定する膜厚
測定器１６と、研磨パッドの目立用のドレッサを有する
コンディショニング処理部１８とを備えている。研磨処
理部１５は、研磨パッドと、研磨パッドを保持して回転
する研磨テーブルと、基板を保持して基板上の膜を研磨
パッド上に押圧しつつ回転させる基板ホルダと、研磨時
間を測定する研磨時間測定器（以上、図示せず）とを備
えている。研磨時間コントローラ１４は、ＣＭＰ装置本
体１２から送信される膜厚データを受信する膜厚データ
受信部２１と、研磨前後の膜厚及び研磨時間から研磨レ
ートを算出する研磨レート算出部２２と、次の基板の研
磨すべき時間を算出する研磨時間算出部２３と、算出し
た研磨すべき時間をＣＭＰ装置本体１２に送信する研磨
時間送信部２４とから構成される。
【０００４】従来のＣＭＰ装置１０を用い基板上の膜を
研磨するには、先ず、膜厚測定器１６で研磨前の膜厚を
測定し、この測定データ（以下、研磨前膜厚データとい
う）を研磨時間コントローラ１４に送る。次いで、膜の
研磨処理を行う。ＣＭＰ装置１０は、研磨処理が終了す
ると、目立て処理（コンディショニング処理）を行う。
更に、研磨後の膜厚を膜厚測定器１６で測定し、この測
定データ（以下、研磨後膜厚データという）を研磨時間
コントローラ１４に送る。研磨時間コントローラ１４
は、研磨前膜厚データ及び研磨後膜厚データに基づいて
現在の研磨量を算出し、次の基板を研磨処理する際での
所要研磨時間を算出し、ＣＭＰ装置本体１２に送る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の化学機
械研磨装置では、研磨パッドの目立て状態が一定でない
ため、研磨時間が常に変動する。すなわち、基板を研磨
する毎に基板１枚あたりの研磨時間が増大し、また、目
立て直後では研磨時間が著しく短くなる。このため、基
板の研磨量を充分に制御できないという問題があった。
また、研磨パッドの損傷が大きく、寿命が短いという問
題もあった。以上のような事情に照らして、本発明の目
的は、基板の研磨量を充分に制御して、安定した研磨量
で研磨できる化学機械研磨装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る化学機械研磨装置は、研磨パッドと、
研磨パッドを保持して回転する研磨テーブルと、基板を
保持して基板上の膜を研磨パッド上に押圧しつつ回転さ
せる基板ホルダと、研磨パッドを目立てするドレッサと
を備え、設定枚数の基板を化学機械研磨する毎に、ドレ
ッサで研磨パッドを目立てするようにした化学機械研磨
装置において、研磨レートを算出する研磨レート算出部
と、算出した研磨レートに基づいて研磨パッドの目立て
条件を設定する目立て条件設定部とを有するコンディシ
ョニングコントローラを備えていることを特徴としてい
る。
【０００７】本発明により、研磨レートに応じて研磨パ
ッドの目立て条件を設定できる。従って、研磨パッドの
目立て状態がほぼ一定になり、研磨レートが安定化して
研磨量がほぼ一定になる。尚、設定枚数とは、通常、１
枚又は２枚程度である。
【０００８】本発明の好適な一実施態様としては、研磨
レート算出部が、基板上の膜厚を測定する膜厚測定器
と、研磨時間を計測する研磨時間測定器とを備え、研磨
前後の膜厚と研磨時間とから研磨レートを算出する。ま
た、本発明の別の好適な一実施態様としては、研磨レー
ト算出部が、研磨時間を計測する研磨時間測定器を備
え、研磨テーブル及び基板ホルダの回転用電気モータへ
の研磨中での電流供給値と研磨時間とに基づいて研磨レ
ートを推算する。
【０００９】目立て条件設定部は、一例として、研磨レ
ートと所要目立て時間との間で予め規定された相関関係
に従って所要目立て時間を設定する。また、目立て条件
設定部は、別の一例として、研磨レートと所要目立て時
間との間で予め規定された相関関係に従ってドレッサの
研磨パッドへの所要押圧力を設定する。
【００１０】相関関係は、グラフ化やテーブル化されて
いてもよい。相関関係がテーブル化されている場合、目
立て条件設定部は、通常、所要目立て時間や所要押圧力
を設定する際、テーブル化された相関関係に基づいて比
例配分する。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下に、実施形態例を挙げ、添付
図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつより
詳細に説明する。実施形態例１ 本実施形態例は、本発明の一実施形態例である。図１
は、本実施形態例の化学機械研磨装置（以下、ＣＭＰ装
置という）の構成及び処理フローを示すブロック図であ
る。図１では、従来と同様の機能を有する部位、部品
（図７参照）には同じ符号を付してその説明を省略す
る。本実施形態例のＣＭＰ装置３０は、基板を研磨する
ＣＭＰ装置本体３２と、ＣＭＰ装置本体３２に信号授受
用の信号線で接続され、研磨パッドの目立て条件（コン
ディショニング条件）を設定するコンディショニングコ
ントローラ３４とを備えている。
【００１２】ＣＭＰ装置本体３２は、基板上の膜を研磨
する研磨処理部３６と、研磨前後の膜厚を測定する膜厚
測定器１６と、研磨パッドの目立用のドレッサを有する
コンディショニング処理部３８とを備えている。研磨処
理部３６は、研磨パッド、研磨テーブル、基板ホルダ、
及び、研磨時間測定器（以上、図示せず）を有する。
【００１３】コンディショニングコントローラ３４は、
膜厚測定器１６から膜厚を示すデータを受信する膜厚デ
ータ受信部４０と、研磨時間等の研磨情報を研磨レシピ
として研磨装置本体から受信するＣＭＰデータ受信部４
２とを備えている。また、コンディショニングコントロ
ーラ３４は、両受信部からデータを受け、研磨レートを
算出する研磨レート算出部４４と、算出した研磨レート
に基づいて研磨パッドの目立て条件（コンディショニン
グ条件）を設定する目立て条件設定部４６と、データを
蓄積しているデータベース部４７とを備えている。目立
て条件設定部４６は、研磨レート及び研磨レシピに基づ
いて所要目立て時間を算出する目立て条件算出部４８
と、算出された所要目立て時間をコンディショニング処
理部３８に送信する送信部５０とから構成される。デー
タベース部４７は、所要目立て時間の算出に必要なデー
タテーブルであるコンディショニング時間換算テーブル
（後述の実施形態例１の実施例を参照）を、膜種及び製
造する品名の組み合わせ毎に備え有し、目立て条件算出
部４８は、データベース部４７とデータの授受を行う。
【００１４】ＣＭＰ装置３０を用いる方法を以下に説明
する。先ず、ＣＭＰ処理を行う基板上の膜について、膜
厚測定器１６で研磨前膜厚データを測定する。研磨前膜
厚データは、膜厚データ受信部４０に送信される。次い
で、基板はＣＭＰ装置本体３２に送られ、研磨処理され
る。その際、研磨情報（研磨時間、スピンドル加圧等）
及び製品情報（膜種、製造する半導体装置の品名等）
が、ＣＭＰデータ受信部４２に送信される。研磨処理が
終了した基板は膜厚測定器１６に送られ、研磨後の膜厚
が測定される。研磨後膜厚データは、膜厚データ受信部
４０に送信される。この後、研磨レート算出部４４は、
膜厚データ受信部４０が受信した研磨前膜厚データ及び
研磨後膜厚データと、ＣＭＰデータ受信部４２が受信し
た研磨時間とに基づいて、現在の研磨レートを算出す
る。
【００１５】目立て条件算出部４８は、算出された現在
の研磨レートと前回の研磨レートとの差である研磨レー
ト変動量を算出し、更に、現在の研磨レート、研磨レー
ト変動量、データベース部４７のコンディショニング時
間換算データテーブル等に基づいて、所要目立て時間を
算出する（図２参照）。所要目立て時間を算出するに
は、以下のようにして行う。目立て条件算出部４８は、
データベース部４７から、製品情報、すなわち現在処理
している基板についての膜種及び製造する半導体装置の
品名に適合するコンディショニング時間換算データテー
ブルのうち、必要な部分を引き出して受信する。そし
て、コンディショニング時間換算データテーブルの引き
出し部分と、現在の研磨レートと研磨レート変動量とに
基づき、比例配分により所要目立て時間を算出する（具
体的には実施例を参照）。
【００１６】送信部５０は、算出した所要目立て時間を
ＣＭＰ装置本体３２に送信する。ＣＭＰ装置本体３２
は、受信した所要目立て時間に基づいて目立て処理を行
う。尚、算出されたデータやＣＭＰ装置本体３２から受
信したデータは、データベース部４７に蓄積される。
【００１７】本実施形態例により、研磨パッドの目立て
状態（コンディショニング状態）がほぼ一定であり、基
板上の膜の研磨量は、ほぼ一定で、従来に比べて遙かに
安定する。また、研磨パッドに生じる損傷が、従来に比
べて遙かに小さい。尚、目立て条件算出部４８でコンデ
ィショニングヘッドの加圧条件を同様にして算出し、そ
れに従って変更することによっても同様の効果が得られ
る。
【００１８】実施形態例１の実施例 実施形態例１の具体例を以下に実施例として説明する。
図３は、本実施例での処理フローを示すフロー図であ
る。本実施例では、目立て条件算出部４８は、以下の計
算式を用いて所要目立て時間を算出する。
【００１９】 ＴＡ＝｛（Ｘ−Ｘ１）／（Ｘ２−Ｘ１）｝×（Ｔ２−Ｔ１）＋Ｔ１ （式１） ＴＢ＝｛（Ｘ−Ｘ１）／（Ｘ２−Ｘ１）｝×（Ｔ４−Ｔ３）＋Ｔ３ （式２） Ｔ ＝｛（Ｒ−ＲＡ）／（ＲＢ−ＲＡ）｝×（ＴＢ−ＴＡ）＋ＴＡ （式３） ここで、Ｘは現在の研磨レート、Ｘ１及びＸ２は、それ
ぞれ、目立て時間換算テーブルに記載されている研磨レ
ートのうち、Ｘが含まれる限定範囲の上限値及び下限値
である。Ｒは研磨レート変動量、ＲＡ及びＲＢは、それ
ぞれ、目立て時間換算テーブルに記載されている研磨レ
ート変動量のうち、Ｒが含まれる限定範囲の下限値及び
上限値である。Ｔ１はＸ１及びＲＡに、Ｔ２はＸ２及び
ＲＡに、Ｔ３はＸ１及びＲＢに、Ｔ４はＸ２及びＲＢに
それぞれ対応する所要目立て時間である。本実施形態例
では、算出した研磨レートＸは１２５０、研磨レートの
変動量Ｒは４５であった。この値に基づき、Ｘ１＝１３
００、Ｘ２＝１２００、Ｔ１＝８５、Ｔ２＝９０、Ｔ３
＝８０、Ｔ４＝８５、ＲＡ＝０、ＲＢ＝５０とし、所要
目立て時間Ｔ＝８３と算出した。
【００２０】実施形態例２ 本実施形態例は、本発明の一実施形態例である。図４
は、本実施形態例のＣＭＰ装置の構成及び処理フローを
示すブロック図である。本実施形態例のＣＭＰ装置５２
は、実施形態例１に比べ、基板を研磨処理した後、膜厚
測定と研磨パッドの目立て（コンディショニング処理）
とを併行して行うことが異なる。本実施形態例では、実
施形態例１と同じ部位、部品には同じ符号を付してその
説明を省略する。ＣＭＰ装置５２は、基板上の膜を研磨
するＣＭＰ装置本体５４と、ＣＭＰ装置本体５４に信号
授受用の信号線で接続され、研磨パッドの目立て条件を
設定するコンディショニングコントローラ５６とを備え
ている。
【００２１】ＣＭＰ装置本体５４は、実施形態例１と同
様、基板上の膜を研磨する研磨処理部５７と、研磨前後
の膜厚を測定する膜厚測定器１６と、研磨パッドの目立
用のドレッサを有するコンディショニング処理部５８と
を備えている。研磨処理部５７は、研磨パッド、研磨テ
ーブル、基板ホルダ、及び、研磨時間測定器（以上、図
示せず）を有する。また、ＣＭＰ装置本体５４は、研磨
テーブルを回転するテーブルモータと、基板ホルダを回
転させるスピンドルモータと（両者とも図示せず）を備
えている。コンディショニングコントローラ５６は、コ
ンディショニングコントローラ１４と同様、膜厚データ
受信部６０、ＣＭＰデータ受信部６２を備えている。ま
た、コンディショニングコントローラ５６は、研磨前後
の膜厚と研磨時間とから研磨レートを算出し、かつ、研
磨中にＣＭＰ装置本体５４から受信する研磨情報に基づ
いて研磨レートを推算する研磨レート算出部６４と、推
算した研磨レートに基づいて研磨パッドの目立て条件を
設定する目立て条件設定部６６と、データを蓄積してい
るデータベース部４７とを備えている。研磨レート算出
部６４は、テーブルモータ及びスピンドルモータへの研
磨中での電流供給値と研磨時間とに基づいて研磨レート
を推算する。目立て条件設定部６６は、研磨レート及び
研磨レシピに基づいて所要目立て時間を算出する目立て
条件算出部６８と、所要目立て時間をコンディショニン
グ処理部に送信する送信部５０とから構成される。デー
タベース部４７は、実施形態例１と同じコンディショニ
ング時間換算テーブルを有し、目立て条件算出部は、デ
ータベース部４７とデータの授受を行う。
【００２２】ＣＭＰ装置５２を用いる方法を以下に説明
する。図５は、本実施形態例での処理フローを示すフロ
ー図である。先ず、ＣＭＰ処理を行う基板について、膜
厚測定器１６で研磨前膜厚データを測定する。研磨前膜
厚データは、膜厚データ受信部６０に送信される。次い
で、基板はＣＭＰ装置本体５４に送られ、研磨処理され
る。その際、研磨情報（研磨時間、スピンドル加圧
等）、テーブルモータの電流値、スピンドルモータの電
流値、及び、製品情報（膜種、研磨パッドの品種等）
が、ＣＭＰデータ受信部６２に送信される。
【００２３】研磨処理が終了した基板は膜厚測定器１６
に送られ、研磨後の膜厚が測定される。研磨後膜厚デー
タは、膜厚データ受信部６０に送信される。これと併行
して、研磨レート算出部６４は、研磨処理中のテーブル
電流値及びスピンドル電流値と研磨経過時間とに基づい
て研磨レートを推算し、更に、研磨パッドのコンディシ
ョンを推測する。そして、推測したコンディションと、
前回のコンディショニング条件、研磨レート等とに基づ
き、現在処理している膜種及び製造する品名に適合する
コンディショニング時間換算データテーブルをデータベ
ース部４７から引き出して受信する。以下、実施形態例
１と同様にして所要目立て時間を算出し、コンディショ
ニング処理部に送信する。
【００２４】尚、研磨後の膜厚の測定終了後、研磨レー
ト算出部６４は、膜厚データ受信部６０が受信した研磨
前膜厚データ及び研磨後膜厚データと、ＣＭＰデータ受
信部６２が受信した研磨時間とに基づき、現在の研磨レ
ートの正しい値を算出し、データベース部４７に蓄積
し、その後に行う目立て処理の精度向上のためのデータ
として用いる。
【００２５】本実施形態例により、実施形態例１と同様
の効果を得ることができる。尚、ＣＭＰ装置５２が膜厚
測定器１６を備えていなくても、研磨量を充分に制御で
きる。
【００２６】実施形態例２の実施例 実施形態例２の具体例を以下に実施例として説明する。
図６は、本実施例の処理フローを示すフロー図である。
本実施例では、式１から３を用いる。本実施例では、研
磨時間と、テーブルモータの電流値及びスピンドルモー
タの電流値との関係を示すグラフを作成し、このグラフ
を基に研磨レートを推算した。その結果、推算した研磨
レートＸは１２５０、研磨レートの変動量Ｒは４５であ
った。この値に基づき、実施形態例１の実施例と同様、
Ｘ１＝１３００、Ｘ２＝１２００、Ｔ１＝８５、Ｔ２＝
９０、Ｔ３＝８０、Ｔ４＝８５、ＲＡ＝０、ＲＢ＝５０
とし、所要目立て時間Ｔ＝８３と算出した。尚、その
後、研磨前膜厚データ及び研磨後膜厚データを用い、研
磨レートの正しい値を算出し、データベース部４７に蓄
積した。
【００２７】
【発明の効果】本発明によれば、研磨レートを算出する
研磨レート算出部と、算出した研磨レートに基づいて研
磨パッドの目立て条件を設定する目立て条件設定部とを
有するコンディショニングコントローラを備えている。
これにより、設定枚数の基板を化学機械研磨する毎に、
研磨パッドの目立て条件を設定し直して目立てすること
ができる。従って、研磨レートが安定し、研磨量を充分
に制御できる化学機械研磨装置が実現される。また、研
磨パッドの受ける損傷は、従来に比べて遙かに小さい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１のＣＭＰ装置の構成及び処理フロ
ーを示すブロック図である。
【図２】実施形態例１での処理フローを示すフロー図で
ある。
【図３】実施形態例１の実施例での処理フローを示すフ
ロー図である。
【図４】実施形態例２のＣＭＰ装置の構成及び処理フロ
ーを示すブロック図である。
【図５】実施形態例２での処理フローを示すフロー図で
ある。
【図６】実施形態例２の実施例での処理フローを示すフ
ロー図である。
【図７】従来のＣＭＰ装置の構成及び処理フローを示す
ブロック図である。
【符号の説明】
１０ ＣＭＰ装置 １２ ＣＭＰ装置本体 １４ 研磨時間コントローラ １５ 研磨処理部 １６ 膜厚測定器 １８ コンディショニング処理部 ２１ 膜厚データ受信部 ２２ 研磨レート算出部 ２３ 研磨時間算出部 ２４ 研磨時間送信部 ３０ ＣＭＰ装置 ３２ ＣＭＰ装置本体 ３４ コンディショニングコントローラ ３６ 研磨処理部 ３８ コンディショニング処理部 ４０ 膜厚データ受信部 ４２ ＣＭＰデータ受信部 ４４ 研磨レート算出部 ４６ 目立て条件設定部 ４７ データベース部 ４８ 目立て条件算出部 ５０ 送信部 ５２ ＣＭＰ装置 ５４ ＣＭＰ装置本体 ５６ コンディショニングコントローラ ５７ 研磨処理部 ５８ コンディショニング処理部 ６０ 膜厚データ受信部 ６２ ＣＭＰデータ受信部 ６４ 研磨レート算出部 ６６ 目立て条件設定部 ６８ 目立て条件算出部

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 研磨パッドと、研磨パッドを保持して回
    転する研磨テーブルと、基板を保持して基板上の膜を研
    磨パッド上に押圧しつつ回転させる基板ホルダと、研磨
    パッドを目立てするドレッサとを備え、設定枚数の基板
    を化学機械研磨する毎に、ドレッサで研磨パッドを目立
    てするようにした化学機械研磨装置において、 研磨レートを算出する研磨レート算出部と、算出した研
    磨レートに基づいて研磨パッドの目立て条件を決定する
    目立て条件設定部とを有するコンディショニングコント
    ローラを備えていることを特徴とする化学機械研磨装
    置。
  2. 【請求項２】 研磨レート算出部が、基板上の膜厚を測
    定する膜厚測定器と、研磨時間を計測する研磨時間測定
    器とを備え、研磨前後の膜厚と研磨時間とから研磨レー
    トを算出することを特徴とする請求項１に記載の化学機
    械研磨装置。
  3. 【請求項３】 研磨レート算出部が、研磨時間を計測す
    る研磨時間測定器を備え、研磨テーブル及び基板ホルダ
    の回転用電気モータへの研磨中での電流供給値と研磨時
    間とに基づいて研磨レートを推算することを特徴とする
    請求項１に記載の化学機械研磨装置。
  4. 【請求項４】 目立て条件設定部は、研磨レートと所要
    目立て時間との間で予め規定された相関関係に従って所
    要目立て時間を決定することを特徴とする請求項１から
    ３のうち何れか１項に記載の化学機械研磨装置。
  5. 【請求項５】 目立て条件設定部は、研磨レートと所要
    目立て時間との間で予め規定された相関関係に従ってド
    レッサの研磨パッドへの所要押圧力を決定することを特
    徴とする請求項１から３のうち何れか１項に記載の化学
    機械研磨装置。
  6. 【請求項６】 相関関係は、グラフ化されていることを
    特徴とする請求項４又は５に記載の化学機械研磨装置。
  7. 【請求項７】 相関関係は、テーブル化されていること
    を特徴とする請求項４又は５に記載の化学機械研磨装
    置。
  8. 【請求項８】 目立て条件設定部は、決定する際に、テ
    ーブル化された相関関係に基づいて比例配分することを
    特徴とする請求項７に記載の化学機械研磨装置。
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