JP3311864B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Description
化する方法及びその装置に関し、特に半導体装置の表面
をCMP(Chemical Mechanical Polishing:化学的機械
研磨)法により平坦化する場合に関する。
半導体装置の表面における段差形状は激しくなってい
る。そのため、表面を平坦化する方法として、CMP法
が注目されている。
この方法では、高低差1μm足らずの凹凸を平坦化する
ため、所望の膜厚になるように正確にポリッシングをス
トップさせる必要がある。そこで、ポリッシング時間を
予め設定し、時間によりポリッシングを制御している。
しかしながら、ポリッシングレ−トに変動がある場合に
は、所望の平坦化形状を得ることは難しい。
る研磨剤、研磨クロス、圧力及び回転数等の研磨条件に
依存している。これらの条件を一定に保つことは難し
く、例えば研磨クロスをみても、ポリッシングを行うご
とに、研磨クロスの表面が変化するためポリッシングレ
−トの低下を招く。図4はポリッシングレ−トの経時変
化の様子を示している。同図によれば、研磨クロスを張
り替えた直後には、ポリッシングレ−トは1000[A
/min](A:オングストロ−ム)であるが、研磨ク
ロスを4時間使用すると、700[A/min]まで低
下している。さらに研磨クロスを使用すると、ポリッシ
ングレ−トは急激に低下してしまう。つまり、ポリッシ
ングを行う毎に、研磨クロスの表面が変化するため、ポ
リッシングレ−トが変化してしまう。
[A/min]に合わせて、ポリッシング時間tを設定
し、その条件の下で、複数枚のウェハをポリッシングす
るとする。その場合、始めは良好に平坦化される。しか
し、4時間経過後、真のポリッシングレ−トは700
[A/min]に低下している場合、ポリッシング時間
が始めの設定時間tのままであると、実際にはポリッシ
ング予定部分の70%しかポリッシングされず、凹凸形
状のままである。
てポリッシング時間を設定することも考えられるが、ポ
リッシングレ−トの低下の度合い自体も常に一定でな
く、微妙にズレが生じているため、正確なポリッシング
終点を得ることは難しい。
ェハを数枚ポリッシングする毎に、作業者がポリッシン
グレ−トを測定し、ポリッシング時間の設定を見直す作
業を行っている。しかし、この見直し作業は多大な時間
と手間がかかり、装置のスル−プットも2分の1以下に
下がり問題である。
法を用いて被ポリッシング膜を平坦化する際に、ポリッ
シング時間はポリッシングレ−トから算出されており、
ポリッシングレ−トの変化に対応して、最適なポリッシ
ング時間を設定することは容易ではない。正確なポリッ
シングレ−トを得るには、作業者が頻繁に被ポリッシン
グ膜の膜厚を測定しなければならず、多大な手間と時間
が必要である。
研磨後の被ポリッシング膜の膜厚を測定すると共に最適
なポリッシング時間を設定し、被ポリッシング膜を良好
に平坦化することができる半導体装置の製造方法を提供
することである。本発明の第2の目的は、研磨後の被ポ
リッシング膜の膜厚を自動で測定する手段を有する半導
体製造装置を提供することである。
の製造方法は、ウェハ表面に設けられた凹凸のある被ポ
リッシング膜を平坦化する際に、上記被ポリッシング膜
をCMP法により平坦化する工程と、平坦化終了後に被
ポリッシング膜の任意の位置の膜厚を同一装置内で測定
する工程と、その膜厚の測定結果をそれ以後のウェハの
被ポリッシング膜のポリッシング時間の制御にフィ−ド
バックする工程とを含む。
ェハ表面に設けられた凹凸のある被ポリッシング膜をC
MP法により平坦化するポリッシング部と、平坦化終了
後に上記被ポリッシング膜の任意の位置の膜厚を測定す
る測定部と、膜厚の測定結果をフィ−ドバックして次後
のウェハの被ポリッシング膜のポリッシング時間を設定
する制御部とを含む。
ングレ−トの変化に合わせてポリッシング時間を設定す
ることができる。それにより、被ポリッシング膜を所望
の膜厚にまでポリッシングすることが可能であり、常に
良好な平坦化することができる。また、上記半導体製造
装置によれば、同一装置のなかで、被ポリッシング膜の
ポリッシングと、被ポリッシング膜の膜厚の測定を自動
で行うため、装置のスル−プットを大幅に向上すること
ができる。
て説明する。本発明によるポリッシング方法を説明す
る。まず、第1のウェハ上の被ポリッシング膜をポリッ
シングした後、その被ポリッシング膜を膜厚を同一の装
置内にて測定し、上記第1のウェハにおけるポリッシン
グレ−トを算出する。そのポリッシングレ−トに応じた
ポリッシング時間を新たに設定する。続いて、第2のウ
ェハ上の被ポリッシング膜を、新たに設定されたポリッ
シング時間にもとづきポリッシングする。
明する。図1に示される様に、例えばウェハを、下地膜
11上に設けられかつ表面が段差形状を示す被ポリッシ
ング膜12を有する構造とする。研磨前の被ポリッシン
グ膜12の膜厚をTn とし(同図(a))、研磨後の被
ポリッシング膜12の膜厚をTn+1 とする(同図
(b))。また、被ポリッシング膜12をTn からT
n+1 まで研磨するのに必要なポリッシング時間をtn+1
とする。この場合、ポリッシングレ−トRn+1 は、 Rn+1 =k×(Tn −Tn+1 )/tn+1 ……(1) k:定数 によって求められる。
を説明する。第1の方法として光学的に測定する。被ポ
リッシング膜が絶縁膜(SiO2 ,SiN等)若しくは
半導体膜(多結晶シリコン膜,非晶質シリコン膜等)で
ある場合、その被ポリッシング膜に可視光線若しくは赤
外線の波長領域の光を照射して膜厚を測定する。可視光
線の波長領域として200nm以上800nm以下を用
いることができるが、480nm以上790nm以下を
用いることが望ましい。また、赤外線の波長領域として
2.5μm以上25μm以下を用いることができる。
ポリッシング膜の膜厚を測定する。被ポリッシング膜が
金属膜(W,Ti,TiN,Al,Cu等からなる単一
膜若しくは上記金属を含む合金膜あるいはこれらの積層
膜)である場合に、被ポリッシング膜をX線を照射して
測定する。この場合、X線を外部に漏らさないようにす
る必要がある。
いて被ポリッシング膜が金属または金属合金膜である場
合に、その抵抗を測ることにより、被ポリッシング膜の
膜厚を測定することも可能である。
リッシング終了後、被ポリッシング膜の洗浄前または洗
浄注に行うことも可能であるが、表面を洗浄及び乾燥し
た後に行うことが望ましい。それにより、ポリッシング
の際に付着した研磨剤及び研磨屑とが除去され、より正
確な膜厚の測定を行うことができる。
明する。尚、ポリッシングされる複数枚のウェハは同一
構造とする。CMP装置の研磨クロスを張り替えてポリ
ッシングを開始するときに、ポリッシングレ−トを検出
するために、サンプル用のウェハaをポリッシングす
る。研磨前の被ポリッシング膜の膜厚はT0 とする。ま
ず、ウェハaをポリッシング時間t1 に基づいてポリッ
シングし、研磨後の被ポリッシングの膜厚T1 を測定す
る。その後、上記(1)式を用いて、ポリッシングレ−
トR1 を算出する。そのR1 に応じて次にポリッシング
されるウェハbのポリッシング時間t2 を設定する。次
に、ウェハbをポリッシング時間t2 に基づいてポリッ
シングする。その後、被ポリッシグ膜の膜厚を測定し、
上記(1)式を用いてポリッシングレ−トR2 を算出す
る。このとき、次にポリッシングされるウェハcのポリ
ッシング時間t3 は、t3 =t2 ×R2 /R1 によって
求められる。以下、同様の手順によりポリッシングす
る。
ば、被ポリッシング膜の膜厚の実測値をもとにポリッシ
ング時間を設定するため、研磨クロス等の研磨条件が変
化したとしても、常に被ポリッシング膜を所望の膜厚に
までポリッシングすることが可能である。
リッシング膜の膜厚の測定は、全てのウェハについて行
うことも可能であり、複数枚毎に行うことも可能であ
る。次に、上記ポリッシング方法を実施するためのCM
P装置を説明する。図2によれば、CMP装置は、ポリ
ッシング前のウェハを収容するロ−ド部13と、ウェハ
をポリッシングするCMP部20と、ロ−ド部13から
CMP部20にウェハを搬送する搬送部14と、ポリッ
シング後のウェハを洗浄するための洗浄及び乾燥部15
と、ポリッシング後のウェハを収容するアンロ−ド部1
6からなる。洗浄及び乾燥部15は、リンスステ−ジ、
スクラバ−洗浄ステ−ジ、スクラバ−及びスピンドライ
ステ−ジを有する。被ポリッシング膜の膜厚の測定は、
上記スクラバ−及びスピンドライステ−ジで行ってもよ
いし、別の専用ステ−ジを用意してもよい。本発明によ
るCMP装置では、CMP部20と洗浄及び乾燥部15
と同一装置内にあり、更に後述する膜厚測定手段も同一
装置内に設けられる。
3を参照して説明する。CMP部20は定盤21と、定
盤21上に張られた研磨クロス22と、定盤21の上方
に設けられウェハ10を保持するウェハホルダ23と、
スラリ−24を研磨クロス22上に供給するスラリ−供
給管25とを有する。スラリ−供給管25からスラリ−
24が研磨クロス22上に滴下され、ウェハ10はウェ
ハホルダ23により加圧されて研磨クロス22およびス
ラリ−24でポリッシングされる。その際、ウェハホル
ダ23及び定盤21はそれぞれ回転している。
30を用いて測定する。膜厚測定手段30として、例え
ば光学センサ31と光学センサ用コントロ−ラ32とを
用いる。光学センサ31の上方にウェハ10を吸着した
状態でウェハホルダ23に移動し、光学センサ31より
ウェハ10の被ポリッシング膜に例えば可視光線を照射
して測定する。それにより得られた膜厚の実測値をもと
に、上記ポリッシング方法に示したように、制御部40
にて、次にポリッシングするウェハのポリッシング時間
を設定する。尚、ここでは洗浄前にウェハホルダについ
た状態のウェハで膜厚測定を行っているが、洗浄中また
は洗浄後に洗浄ステ−ジ(図示せず)で膜厚測定をして
もよい。
極位置で行う場合に、ウェハの位置ぎめが必要であれ
ば、ウェハホルダの移動で行う。更に、非常に正確な位
置ぎめを必要とする場合は専用の測定ステ−ジ(図示せ
ず)を設けてもよい。
を用いた場合であるが、上記ポリッシング方法で詳述し
たように、X線測定器及びρsメ−タを用いることもで
きる。
ば、変化するポリッシングレ−トに応じて、ポリッシン
グ時間を設定することができる。研磨過少または過多と
なることなく、常に一定の平坦化形状をえることができ
る。また、本発明のCMP装置によれば、被ポリッシン
グ膜の膜厚を自動で測定し、ポリッシング時間を制御す
ることができるので、従来のように作業者が頻繁に被ポ
リッシング膜の膜厚を測定してポリッシング時間の設定
を見直す必要がない。従来、作業者はウェハを数枚ポリ
ッシングする毎にポリッシング時間の設定の見直し作業
を行っていたため、24枚のウェハをポリッシングする
のに4時間以上の時間がかかっていた。しかし、本発明
によれば、2時間程度の所要時間ですむようになり、装
置のスル−プットも2倍以上に向上した。また作業者の
手間も大幅に省くことができ、大きな省人効果があっ
た。
(a)と、ポリッシング後のウェハの状態を示す断面図
(b)である。
図である。
概略図である。
の経時変化の関係を示すグラフ図である。
部、16…アンロ−ド部 20…CMP部、21…定盤、22…研磨クロス、23
…ウェハホルダ 24…スラリ−、25…スラリ−供給管 30…膜厚測定手段、31…光学センサ、32…光学セ
ンサ用コントロ−ラ 40…制御部
Claims (3)
- 【請求項1】 段差形状の絶縁膜を有する第1及び第2
のウエハを準備する工程と、上記第1のウエハの絶縁膜
をポリッシングして平坦化する工程と、上記第1のウエ
ハの絶縁膜の膜厚を上記絶縁膜下に形成された電極位置
で光学的に測定して第1のポリッシングレートを算出す
る工程と、上記第1のポリッシングレートに基づいて上
記第2のウエハにおける絶縁膜のポリッシング時間を設
定し、上記第2のウエハの絶縁膜をポリッシングして平
坦化する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製
造方法。 - 【請求項2】 上記絶縁膜の膜厚を可視光線若しくは赤
外線を用いて測定することを特徴とする請求項1記載の
半導体装置の製造方法。 - 【請求項3】 上記絶縁膜の膜厚の測定はポリッシング
を行う装置の内部で自動で行われることを特徴とする請
求項1記載の半導体装置の製造方法。
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JP15016194A JP3311864B2 (ja) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | 半導体装置の製造方法 |
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ID=15490844
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Country Status (1)
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-
1994
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