JP3558794B2 - Polishing method and polishing apparatus for semiconductor wafer - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウエハーを研磨する研磨装置(ポリッシング装置)において、研磨する膜厚を精度よく所定値で維持するために最適な研磨時間で半導体ウエハーを研磨する研磨方法及び研磨装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体ウエハーの表面を鏡面状に研磨(ポリッシング)する研磨装置(ポリッシング装置)において、ウエハー膜厚を所定値に研磨するには、研磨時間を制御することによって行っている。即ち、研磨量はポリッシング速度及び面圧等の研磨条件が一定であると、研磨量はポリッシング時間に比例するから、ポリッシング時間を制御することにより、膜厚を所定の値に維持できる。
【0003】
従来、このポリッシング時間を得るために、作業者が先ず研磨前に1枚の半導体ウエハーの膜厚を測定し(通常のポリッシング装置では装置の外で行う)、続いて該1枚の半導体ウエハーをポリッシング装置で所定時間研磨し、研磨後に該半導体ウエハーの膜厚を測定し(ポリッシング装置内で測定することも装置外で測定することもある)、研磨前の膜厚と研磨後の膜厚と、目標膜圧と、ポリッシング時間とから最適なポリッシング時間を計算し、この最適なポリッシング時間で、後の半導体ウエハーの研磨を行っている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のようにして研磨時間を設定する方法は、人手による困難な作業であると同時に、一回の作業でポリッシング時間を設定するので、ポリッシングが継続していく間に研磨条件が変化し、同じ研磨時間でも研磨量に差異が生じる等の問題がある。例えば研磨用不織物の表面が長時間研磨する間に消耗したり、経時変化を起したり、供給される研磨液の成分や温度変化等により同じ研磨時間でも研磨量に差異が生じる等の問題がある。
【0005】
また、例えば特公平7−100297号公報に開示するように、既に研磨した半導体ウエハーの研磨サイクルでの研磨量及び研磨時間を順次累積し、これら累積値に基づいて平均研磨速度を演算し、この平均速度と次回の研磨サイクルでの半導体ウエハーの研磨しろとに基づいて最適研磨時間を演算し、この最適研磨時間に基づいて次回の研磨サイクルの研磨を行うものもある。しかしながら、このように研磨時間の累積値の平均研磨速度を基に最適研磨時間を演算する手法も必ずしも最適な研磨時間を設定できるものではない。
【0006】
何故なら、ロット毎に半導体ウエハーを1枚ずつ連続して研磨するポリッシング装置においては、前回の半導体ウエハーが終了した時の研磨用不織物表面の状況や研磨液の成分や温度が今回や次回の半導体ウエアー研磨に大きな影響を与えるものであり、必ずしも過去の研磨時間の累積値の平均研磨速度が今回や次回の研磨に大きく影響を与えるものではない。従って、高精度の膜厚研磨ができないという問題がある。
【0007】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、上記問題点を除去し、最新の研磨用不織物表面の状況や研磨液の成分や温度等の研磨条件を研磨に反映し、高精度の研磨ができる半導体ウエハーの研磨方法及び研磨装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項1に記載の発明は、研磨装置に1ロットが多数枚からなる半導体ウエハーをロット毎装填し、該半導体ウエハーを1枚ずつ研磨する研磨工程と、該半導体ウエハーの膜厚を測定する膜厚測定工程からなり、これらの工程で半導体ウエハーの研磨・膜厚測定作業を行う半導体ウエハーの研磨方法であって、先行の研磨・膜厚測定作業に並行して次の半導体ウエハーの研磨・膜厚測定作業である後行の研磨・膜厚測定作業を行い、先行の研磨・膜厚測定作業後に、該先行の研磨・膜厚測定作業における研磨時間、目標膜厚値、半導体ウエハーの研磨前の測定膜厚値、及び該研磨後の測定膜厚値から研磨工程の第1の最適研磨時間を算出し、算出した第1の最適研磨時間で所定枚数目後の半導体ウエハーの研磨・膜厚測定作業の研磨工程を行うことを特徴とする。
【0009】
また、請求項2に記載の発明は、研磨・膜厚測定作業は、研磨工程で研磨後の半導体ウエハーを洗浄し、該洗浄後の半導体ウエハーを乾燥させ、該乾燥後の半導体ウエハーの膜厚を測定することからなることを特徴とする。
【0010】
請求項1及び請求項2に記載の発明によれば、先行の研磨作業に並行して次の半導体ウエハーの研磨・膜厚測定作業である後行の研磨・膜厚測定作業を行うので、高い研磨効率が得られる。また、先行の研磨・膜厚測定作業後に最適研磨時間を算出し、該算出した最適研磨時間で所定枚数目後の半導体ウエハーの研磨・膜厚測定作業の研磨工程を行うので、例えば研磨用不織物表面の状況や研磨液の成分や温度等の研磨条件が変化しても、その変化した最新の研磨条件がそれ以降の半導体ウエハーの研磨に反映できるので、半導体ウエハーの膜厚を高精度の膜厚に研磨することができる。
【0011】
また、請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の半導体ウエハーの研磨方法において、先行の研磨・膜厚測定作業後に、該後行の半導体ウエハーの研磨・膜厚測定作業における研磨時間、目標膜厚値、研磨工程前の測定膜厚値、及び研磨後の測定膜厚値から第2の最適研磨時間を算出し、算出した第2の最適研磨時間で所定枚数目後の次の半導体ウエハーの研磨・膜厚測定作業の研磨工程を行うことを特徴とする。
【0012】
また、請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体ウエハ ーの研磨方法において、1ロット内の1枚目の半導体ウエハーの研磨・膜厚測定作業が終了するまで2枚目の半導体ウエハーは待機することを特徴とする。
【0013】
また、請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の半導体ウエハーの研磨方法において、1ロット内の1枚目の半導体ウエハーの研磨・膜厚測定作業後に、該1ロット内の1枚目の半導体ウエハーの研磨・膜厚測定作業における研磨時間、目標膜厚値、半導体ウエハーの研磨前の測定膜厚値、及び研磨後の測定膜厚値から第1の最適研磨時間を算出し、算出した第1の最適研磨時間で1ロット内の2枚目及び3枚目の半導体ウエハーの前記研磨・膜厚測定作業の研磨工程を行うことを特徴とする。
【0014】
また、請求項6に記載の発明は、研磨装置に1ロットが多数枚からなる半導体ウエハーをロット毎装填し、該半導体ウエハーを1枚ずつ研磨する研磨工程と、該半導体ウエハーの膜厚を測定する膜厚測定工程からなり、これらの工程で半導体ウエハーの研磨・膜厚測定作業を行う半導体ウエハーの研磨方法であって、研磨・膜厚測定作業に並行して次の半導体ウエハーの前記研磨・膜厚測定作業を行い、1ロット内の1枚目の半導体ウエハーの研磨・膜厚測定作業後に、該研磨・膜厚測定作業における研磨時間、目標膜厚値、半導体ウエハーの研磨前の測定膜厚値、及び研磨後の測定膜厚値から第1の最適研磨時間を算出し、算出した第1の最適研磨時間で所定枚数目後の半導体ウエハーの該研磨・膜厚測定作業の研磨工程を行い、所定枚数目後の半導体ウエハーの研磨・膜厚測定作業後に、該研磨・膜厚測定作業における研磨時間、目標膜厚値、半導体ウエハーの研磨後の測定膜厚値、及び1ロット内の1枚目の半導体ウエハーの研磨・膜厚測定作業の研磨前の測定膜厚値から第2の最適研磨時間を算出することを特徴とする。
【0015】
また、請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の半導体ウエハーの研磨方法において、研磨・膜厚測定作業は、研磨工程で研磨後の前記半導体ウエハーを洗浄し、該洗浄後の半導体ウエハーを乾燥させ、該乾燥後の半導体ウエハーの膜厚を測定することからなることを特徴とする。
【0016】
また、請求項8に記載の発明は、研磨装置に1ロットが多数枚からなる半導体ウエハーをロット毎装填し、該半導体ウエハーを1枚ずつ研磨する研磨手段と、該半導体ウエハーの膜厚を測定する膜厚測定手段を具備し、これらの手段で半導体ウエハーの研磨・膜厚測定作業を行う半導体ウエハーの研磨装置であって、先行の研磨・膜厚測定作業に並行して次の半導体ウエハーの研磨・膜厚測定作業である後行の研磨・膜厚測定作業を行い、先行の半導体ウエハーの研磨・膜厚測定終了後に、該先行の研磨・膜厚測定作業における研磨手段の研磨時間、目標膜厚値、半導体ウエハーの研磨前の測定膜厚値、及び該研磨後の測定膜厚値から第1の最適研磨時間を算出し、該算出した第1の最適研磨時間で所定枚数目後の半導体ウエハーの研磨・膜厚測定作業を行う制御手段を設けたことを特徴とする。
【0017】
また、請求項9に記載の発明は、請求項8に記載の半導体ウエハーの研磨装置において、研磨手段で半導体ウエハーを研磨した後に、該半導体ウエハーを洗浄する洗浄手段、該洗浄後の半導体ウエハーを乾燥させる乾燥手段を具備し、膜厚測定手段で該乾燥後の半導体ウエハーの膜厚を測定することを特徴とする。
【0018】
また、請求項10に記載の発明は、請求項8又は9に記載の半導体ウエハーの研磨装置において、制御手段は、1ロット内の1枚目の半導体ウエハーの研磨・膜厚測定作業後に、該研磨・膜厚測定作業における研磨時間、目標膜厚値、半導体ウエハーの前記研磨前の測定膜厚値、及び研磨後の測定膜厚値から第1の最適研磨時間を算出し、該算出した第1の最適研磨時間で所定枚数目後の半導体ウエハーの該研磨・膜厚測定作業の研磨を行い、該所定枚数目後の半導体ウエハーの研磨・膜厚測定作業後に、該研磨・膜厚測定作業における研磨時間、目標膜厚値、半導体ウエハーの研磨後の測定膜厚値、及び前記1ロット内 の1枚目の半導体ウエハーの研磨・膜厚測定作業の研磨前の測定膜厚値から第2の最適研磨時間を算出することを特徴とする。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は本発明の半導体ウエハー研磨装置の研磨制御装置の構成を示す図である。図示するように、本研磨制御装置は、膜厚測定部1、入力装置2、ポリッシング時間演算ユニット3、ポリッシング時間振り分けユニット4、研磨部制御部5を具備する。
【0020】
膜厚測定部1は研磨前の半導体ウエハーの膜厚を測定する研磨前測定機能1aと、研磨後の半導体ウエハーの膜厚を測定する研磨後測定機能1bを具備し、研磨前の測定膜厚値MI及び研磨後の測定膜厚値MFをポリッシング時間演算ユニット3に入力する。ポリッシング時間演算ユニット3は後に詳述するように、次回以降の半導体ウエハーの最適研磨時間T1〜TNを研磨終了毎に算出し、ポリッシング時間振り分けユニット4に出力する。なお、膜厚測定部1における膜厚の測定は半導体ウエハーの面の複数点の膜厚を測定し、その平均値から測定膜厚値MI及びMFを得ることにより精度の良い測定膜厚値が得られる。
【0021】
研磨部制御部5は研磨する半導体ウエハー毎に最適研磨時間を格納する研磨時間格納部5aを具備し、前記ポリッシング時間振り分けユニット4は前記ポリッシング時間演算ユニット3で算出された最適研磨時間T1〜TNをそれぞれ研磨時間格納部5aの2枚目、3枚目、・・・・、N−1枚目、N枚目の記憶エリアに格納する。研磨部制御部5は後に詳述するようにポリッシング装置のポリッシング部(研磨部)を研磨時間格納部5aに格納された最適研磨時間T1〜TNで制御して各半導体ウエハーを研磨する。
【0022】
図2は上記研磨制御装置が用いられるポリッシング装置の概略構成を示す図である。ポリッシング装置は多数枚の半導体ウエハーが収納された収納ケース25,25’を搬入搬送するロードアンロード部21、搬送装置22、ポリッシング(研磨)部23、洗浄部24及び図1に示す研磨制御装置の膜厚測定部1が所定の配置で配置されている。
【0023】
搬送装置22はロボット等からなり、ロードアンロード部21に搬入された収納ケース25から半導体ウエハーを1枚ずつ取り出し、膜厚測定部1に送る。該膜厚測定部1では先ず研磨前の膜厚を測定する。続いて搬送装置22は該研磨前の膜厚測定が終了した半導体ウエハーをポリッシング部23に渡す。ポリッシング部23では、例えばトップリングに半導体ウエハーをターンテーブル上面に貼付た研磨用不織物面に所定の圧力で当接させ、トップリングの回転とターンテーブルの回転による相互運動で半導体ウエハーを所定時間研磨する。この研磨時間は前記のように研磨部制御部5のポリッシング時間記憶部5aの各記憶エリアに格納された最適研磨時間T1〜TNで行う。
【0024】
研磨の終了した半導体ウエハーは搬送装置22で洗浄部24に送られ、該洗浄部24で洗浄し乾燥した後、搬送装置22で膜厚測定部1に送られ、該膜厚測定部1で研磨後の膜厚が測定され、膜厚測定後はロードアンロード部21に移送され、該ロードアンロード部21に別途配置されている研磨終了後の半導体ウエハーを収納する収納ケース25’に収納される。上記のように収納ケース25に収納された1ロットの半導体ウエハーは搬送装置22により1枚ずつ取り出され、研磨、洗浄・乾燥、研磨後の膜厚測定の作業が繰り返される。この収納ケース25の全部の半導体ウエハーの上記作業が研磨が終了した時点、即ち1ロットの半導体ウエハーの研磨が終了した時点で次のロットの研磨作業に移る。
【0025】
図3及び図4は上記研磨制御装置の研磨処理作業の流れを示す図であり、同図に基づいて研磨処理作業を説明する。先ず図3において研磨装置のロードアンロード部21に研磨を必要とする1ロット(例えば25枚)半導体ウエハーを収納した収納ケース25をセットする。次に、入力装置2から目標膜厚値MTと初期ポリッシング(研磨)時間T0を入力する。該目標膜厚値MTはポリッシング時間演算ユニット3に転送され、初期ポリッシング時間T0はポリッシング時間演算ユニット3と研磨部制御部5に転送され、研磨部制御部5ではポリッシング時間記憶部5aの1枚目の記憶エリアに格納される。
【0026】
初期ポリッシング時間T0は膜厚が前記目標膜厚値MTになるまで研磨するのに必要な時間で研磨前の膜厚と目標膜厚値より経験的に算出される。上記のように搬送装置22は収納ケース25から1枚目の半導体ウエハーW1を取り出し、膜厚測定部1に移送する。この時2枚目の半導体ウエハーW2は収納ケース25内で待機状態になる。膜厚測定部1は該半導体ウエハーW1の研磨前の膜厚を測定し、その膜厚測定値MIをポリッシング時間演算ユニット3に転送する。
【0027】
続いて搬送装置22は半導体ウエハーW1をポリッシング部23に移送する。該ポリッシング部23では半導体ウエハーW1を研磨部制御部5の制御により初期ポリッシング時間T0だけ研磨する。該研磨が終了すると搬送装置22は半導体ウエハーW1を洗浄部24に移送し、該洗浄部24で洗浄・乾燥された半導体ウエハーW1は再び搬送装置22により、膜厚測定部1に移送され、ここで半導体ウエハーW1の研磨後の膜厚が測定され、その測定膜厚値MF1はポリッシング時間演算ユニット3に転送される。膜厚測定終了後、半導体ウエハーW1は搬送装置22でロードアンロード部21に移送され、研磨終了後の半導体ウエハーを収容する収納ケース25’に収納される。
【0028】
続いてポリッシング時間演算ユニット3では、前記初期ポリッシング時間T0、半導体ウエハーW1の研磨前の測定膜厚値MI、研磨後の測定膜厚値MF1及び目標膜厚値MTから最適ポリッシング時間(目標膜厚値MTにするための最適なポリッシング時間)T1{T1=f(MT,MI,MF1,T0)}を演算して求める。該最適ポリッシング時間T1はポリッシング時間振り分けユニット4に転送され、研磨部制御部5のポリッシング時間記憶部5aの2枚目及び3枚目の記憶エリアに格納する。
【0029】
この最適ポリッシング時間T1が演算されたことを確認したら、作業者は前記待機を解除して図4に示すように、2枚目以降の半導体ウエハーの研磨作業を開始する。搬送装置22は2枚目の半導体ウエハーW2を収納ケース25から取り出しポリッシング部23に移送する。ポリッシング部23では研磨部制御部5の制御により、ポリッシング時間記憶部5aの2枚目の記憶エリアに格納され最適ポリッシング時間T1だけ2枚目の半導体ウエハーW2を研磨する。
【0030】
搬送装置22は研磨の終了した半導体ウエハーW2を洗浄部24に移送し、ここで洗浄され乾燥された半導体ウエハーW2は再び搬送装置22で膜厚測定部1に移送される。膜厚測定部1は半導体ウエハーW2の研磨後の膜厚を測定し、その膜厚測定値MF2をポリッシング時間演算ユニット3に転送する。研磨後の膜厚が測定された半導体ウエハーW2は搬送装置22でロードアンロード部21に移送され、研磨終了後の半導体ウエハーを収容する収納ケース25’に収納される。
【0031】
ポリッシング時間演算ユニット3は、前記目標膜厚値MT、2枚目の半導体ウエハーW2の研磨前の測定膜厚値MI、研磨後の膜厚測定値MF2、最適ポリッシング時間T1から4枚目の半導体ウエハーW4を研磨する最適研磨時間T4{T4=f(MT,MI,MF2,T1)}を演算して求め、この最適研磨時間T4をポリッシング時間振り分けユニット4に転送し、研磨部制御部5のポリッシング時間記憶部5aの4枚目の記憶エリアに格納する。
【0032】
前記2枚目の半導体ウエハーW2の研磨作業に並行して3枚目の半導体ウエハーW3の研磨作業もスタートする。搬送装置22は3枚目の半導体ウエハーW3を収納ケース25から取り出しポリッシング部23に移送し、該ポリッシング部23では研磨部制御部5の制御により、ポリッシング時間記憶部5aの3枚目の記憶エリアに格納され最適ポリッシング時間T1で3枚目の半導体ウエハーW3を研磨する。
【0033】
研磨の終了した半導体ウエハーW3は搬送装置22により洗浄部24に移送され、洗浄・乾燥された半導体ウエハーW3は膜厚測定部1に移送され、膜厚測定部1で研磨後の膜厚が測定され、その膜厚測定値MF3はポリッシング時間演算ユニット3に転送される。研磨後の膜厚が測定された半導体ウエハーW3は搬送装置22でロードアンロード部21に移送され、研磨終了後の半導体ウエハーを収容する収納ケース25’に収納される。
【0034】
ポリッシング時間演算ユニット3は、前記目標膜厚値MT、3枚目の半導体ウエハーW3の研磨前の測定膜厚値MI、研磨後の膜厚測定値MF3、最適ポリッシング時間T1から5枚目の半導体ウエハーW5を研磨する最適研磨時間T5(T5=f(MT,MI,MF3,T3))を演算して求め、この最適研磨時間T5をポリッシング時間振り分けユニット4に転送し、研磨部制御部5のポリッシング時間記憶部5aの5枚目の記憶エリアに格納する。
【0035】
4枚目の半導体ウエハーW4の研磨作業は、搬送装置22により4枚目の半導体ウエハーW4を取り出しポリッシング部23に移送され、該ポリッシング部23で研磨部制御部5の制御により、ポリッシング時間記憶部5aの4枚目の記憶エリアに格納され最適ポリッシング時間T4で4枚目の半導体ウエハーW4を研磨する。
【0036】
研磨の終了した半導体ウエハーW4は洗浄部24で洗浄・乾燥され、更に膜厚測定部1に移送され、膜厚測定部1で研磨後の膜厚が測定され、その測定膜厚値MF4はポリッシング時間演算ユニット3に転送され、半導体ウエハーW4はロードアンロード21で研磨終了後の半導体ウエハーを収容する収納ケース25’に収納される。
【0037】
ポリッシング時間演算ユニット3は、前記目標膜厚値MT、前記研磨前の測定膜厚値MI、研磨後の測定膜厚値MF4、最適ポリッシング時間T4から6枚目の半導体ウエハーW6を研磨する最適研磨時間T6{T6=f(MT,MI,MF4,T4)}を演算して求め、この最適研磨時間T6をポリッシング時間振り分けユニット4に転送し、研磨部制御部5のポリッシング時間記憶部5aの6枚目の記憶エリアに格納する。
【0038】
以下同様に5枚目の半導体ウエハーW5の研磨作業は研磨部制御部5のポリッシング時間記憶部5aの5枚目の記憶エリアに格納された最適研磨時間T5で研磨してその研磨終了後に7枚目の最適研磨時間T7を演算し、6枚目の半導体ウエハーW6の研磨作業は研磨部制御部5のポリッシング時間記憶部5aの6枚目の記憶エリアに格納された最適研磨時間T6で研磨してその研磨終了後に8枚目の最適研磨時間T8を演算する。
【0039】
このようにK枚目の半導体ウエハーWKの研磨終了後、研磨前の測定膜厚値MI、研磨後の膜厚測定値MFK、最適ポリッシング時間TKからK+2枚目の半導体ウエハーWK+2を研磨する最適研磨時間TK+2(TK+2=f(MT,MI,MFK,TK))を演算して求め、研磨部制御部5のポリッシング時間記憶部5aのK+2枚目の記憶エリアに格納する。
【0040】
なお、上記実施の形態では、研磨前の膜厚測定は1枚目の半導体ウエハーW1のみで行い、その測定膜厚値を用いているが、1枚毎に研磨前の膜厚を測定し、その都度、測定膜厚値MI1、MI2〜MINを得るようにしても良い。
【0041】
また、上記実施の形態では、初期ポリッシング時間T0、研磨前の測定膜厚値MI、研磨後の測定膜厚値MF1及び目標膜厚値MTから演算して得た最適ポリッシング時間T1{T1=f(MT,MI,MF1,T0)}を2枚目及び3枚目の半導体ウエハーの研磨に使用し、以下研磨終了毎にそれから2枚目に当る半導体ウエハーの最適ポリッシング時間を演算して求めているが、これに限定されるものではなく、例えば、最適ポリッシング時間T1を2枚目、3枚目、4枚目の半導体ウエハーの研磨に使用し、以下研磨終了毎にそれから3枚目に当る半導体ウエハーの最適ポリッシング時間を演算して求めても良く、また最適ポリッシング時間T1を2枚目の半導体ウエハーの研磨に使用し、以下研磨終了毎にその次の半導体ウエハーの最適ポリッシング時間を演算して求めても良い。
【0042】
要は、1枚目の半導体ウエハーを初期研磨時間T0で研磨した後、該初期研磨時間T0及び研磨前の測定膜厚値MIと研磨後の測定膜厚値MF1から次回以降所定枚数目までの最適研磨時間を算出し、該所定枚数目までの半導体ウエハーを該最適研磨時間で研磨し、以降順次研磨終了毎にそれ以降の所定枚数目の半導体ウエハーの最適研磨時間を算出し、該最適研磨時間で該所定枚数目の半導体ウエハーを研磨するようにすれば良い。
【0043】
【発明の効果】
以上説明したように各請求項に記載の発明によれば、下記のような優れた効果が得られる。
【0044】
先行の研磨作業に並行して次の半導体ウエハーの研磨・膜厚測定作業である後行の研磨・膜厚測定作業を行うので、高い研磨効率が得られる。
【0045】
また、先行の研磨・膜厚測定作業後に最適研磨時間を算出し、該算出した最適研磨時間で所定枚数目後の半導体ウエハーの研磨・膜厚測定作業の研磨工程を行うので、例えば研磨用不織物表面の状況や研磨液の成分や温度等の研磨条件が変化しても、その変化した最新の研磨条件がそれ以降の半導体ウエハーの研磨に反映できるので、半導体ウエハーの膜厚を高精度の膜厚に研磨することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体ウエハー研磨装置の研磨制御装置の構成を示す図である。
【図2】本発明の研磨制御装置が用いられるポリッシング装置の概略構成を示す図である。
【図3】本発明の研磨制御装置の研磨処理作業の流れを示す図である。
【図4】本発明の研磨制御装置の研磨処理作業の流れを示す図である。
【符号の説明】
1 膜厚測定部
2 入力装置
3 ポリッシング時間演算ユニット
4 ポリッシング時間振り分けユニット
5 研磨部制御部
21 ロードアンロード部
22 搬送装置
23 ポリッシング部
24 洗浄部
25 収納ケース
25’ 収納ケース[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In a polishing apparatus (polishing apparatus) for polishing (polishing) a surface of a semiconductor wafer to a mirror surface, polishing of a wafer film thickness to a predetermined value is performed by controlling a polishing time. That is, the polishing amount is proportional to the polishing time when the polishing conditions such as the polishing speed and the surface pressure are constant. Therefore, the film thickness can be maintained at a predetermined value by controlling the polishing time.
[0003]
Conventionally, in order to obtain this polishing time, an operator first measures the film thickness of one semiconductor wafer before polishing (this is performed outside the apparatus in a normal polishing apparatus), and then the single semiconductor wafer is removed. Polishing is performed for a predetermined time by a polishing apparatus, and the film thickness of the semiconductor wafer is measured after the polishing (may be measured inside the polishing apparatus or outside the apparatus). The optimum polishing time is calculated from the target film pressure and the polishing time, and the subsequent polishing of the semiconductor wafer is performed with the optimum polishing time.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the method of setting the polishing time as described above is a difficult task by hand, and at the same time, since the polishing time is set in one operation, the polishing conditions change while polishing continues, There is a problem that the polishing amount differs even with the same polishing time. For example, there is a problem that the surface of the polishing nonwoven fabric is worn out during long polishing, changes over time, and a difference in polishing amount occurs even in the same polishing time due to a component of the supplied polishing liquid or a change in temperature. There is.
[0005]
Further, as disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 7-100297, the polishing amount and the polishing time in the polishing cycle of the already polished semiconductor wafer are sequentially accumulated, and the average polishing rate is calculated based on these accumulated values. In some cases, an optimum polishing time is calculated based on the average speed and a margin for polishing the semiconductor wafer in the next polishing cycle, and polishing in the next polishing cycle is performed based on the optimum polishing time. However, the method of calculating the optimum polishing time based on the average polishing speed of the accumulated polishing time cannot necessarily set the optimum polishing time.
[0006]
This is because in a polishing apparatus that continuously polishes semiconductor wafers one by one for each lot, the condition of the surface of the nonwoven fabric for polishing and the composition and temperature of the polishing liquid when the previous semiconductor wafer was finished are changed this time and next time. This has a great effect on semiconductor wear polishing, and the average polishing rate of the cumulative value of past polishing times does not necessarily have a great effect on the current or next polishing. Therefore, there is a problem that high-precision film thickness polishing cannot be performed.
[0007]
The present invention has been made in view of the above points, removes the above-mentioned problems, reflects the latest polishing nonwoven fabric surface conditions and polishing conditions such as polishing liquid components and temperatures in the polishing, high precision An object of the present invention is to provide a polishing method and a polishing apparatus for a semiconductor wafer which can be polished.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
[0009]
Further, in the polishing and film thickness measuring work , the polishing and the film thickness measuring work may include cleaning the polished semiconductor wafer in the polishing step, drying the polished semiconductor wafer, and drying the semiconductor wafer. Is measured .
[0010]
According to the first and second aspects of the present invention, the subsequent polishing and film thickness measurement work, which is the next semiconductor wafer polishing and film thickness measurement operation, is performed in parallel with the preceding polishing work. Polishing efficiency is obtained. In addition, the optimum polishing time is calculated after the preceding polishing and film thickness measurement work, and the polishing step of the polishing and film thickness measurement work of the semiconductor wafer after the predetermined number of semiconductor wafers is performed with the calculated optimum polishing time. Even if the polishing conditions such as the condition of the woven fabric surface, the composition of the polishing liquid, and the temperature change, the changed latest polishing conditions can be reflected in the subsequent polishing of the semiconductor wafer. It can be polished to a film thickness.
[0011]
According to a third aspect of the present invention, in the method for polishing a semiconductor wafer according to the first or second aspect, after the preceding polishing / thickness measuring operation, the polishing / thickness measuring operation of the subsequent semiconductor wafer is performed. A second optimum polishing time is calculated from the polishing time, the target film thickness value, the measured film thickness value before the polishing step, and the measured film thickness value after polishing, and the second optimum polishing time after the predetermined number of sheets is calculated with the calculated second optimum polishing time. It is characterized in that a polishing step of the following semiconductor wafer polishing / film thickness measuring operation is performed .
[0012]
The invention of claim 4 is the method of polishing a semiconductor wafer over according to any one of
[0013]
According to a fifth aspect of the present invention, in the method for polishing a semiconductor wafer according to the fourth aspect, after polishing and measuring the film thickness of the first semiconductor wafer in one lot , one semiconductor wafer in the one lot is subjected to the polishing. The first optimal polishing time is calculated from the polishing time, the target film thickness value, the measured film thickness value before polishing of the semiconductor wafer, and the measured film thickness value after polishing in the polishing / thickness measurement work of the second semiconductor wafer, The polishing step of the polishing and film thickness measurement of the second and third semiconductor wafers in one lot is performed at the calculated first optimum polishing time .
[0014]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a polishing step of loading a lot of semiconductor wafers of one lot into a polishing apparatus for each lot and polishing the semiconductor wafers one by one, and measuring a film thickness of the semiconductor wafers. A semiconductor wafer polishing method for performing a semiconductor wafer polishing and film thickness measuring operation in these steps, wherein the polishing and the film thickness measuring operation are performed in parallel with the polishing and film thickness measurement of the next semiconductor wafer. A film thickness measurement operation is performed, and after the polishing / film thickness measurement operation of the first semiconductor wafer in one lot, the polishing time, the target film thickness value in the polishing / film thickness measurement operation, and the measurement film before polishing the semiconductor wafer are measured. The first optimum polishing time is calculated from the thickness value and the measured film thickness value after polishing, and the polishing process of the polishing / thickness measurement operation of the semiconductor wafer after a predetermined number of semiconductor wafers is performed at the calculated first optimum polishing time. Done, predetermined number After the polishing / thickness measuring operation of the semiconductor wafer, the polishing time, the target film thickness value, the measured film thickness value after polishing the semiconductor wafer, and the first semiconductor in the lot are measured. A second optimum polishing time is calculated from a measured film thickness value before polishing in a wafer polishing / film thickness measuring operation.
[0015]
According to a seventh aspect of the present invention, in the method for polishing a semiconductor wafer according to the sixth aspect, the polishing / thickness measuring operation includes cleaning the semiconductor wafer after polishing in a polishing step, and cleaning the semiconductor wafer after the cleaning. Drying the wafer and measuring the film thickness of the semiconductor wafer after the drying.
[0016]
The invention according to claim 8 is a polishing means for loading a lot of semiconductor wafers, one lot per lot, into a polishing apparatus, and polishing the semiconductor wafers one by one, and measuring the film thickness of the semiconductor wafers. A semiconductor wafer polishing apparatus comprising a film thickness measuring means for performing polishing and film thickness measurement of a semiconductor wafer by these means, wherein the polishing and film thickness measurement of the next semiconductor wafer are performed in parallel with the preceding polishing and film thickness measuring work. A subsequent polishing / thickness measurement operation, which is a polishing / thickness measurement operation, is performed. After completion of the preceding polishing / thickness measurement of the semiconductor wafer, the polishing time of the polishing means in the preceding polishing / thickness measurement operation, the target A first optimal polishing time is calculated from the film thickness value, the measured film thickness value before polishing of the semiconductor wafer, and the measured film thickness value after the polishing, and the first optimal polishing time after the predetermined number of sheets is calculated with the calculated first optimal polishing time. Polishing and film of semiconductor wafer Characterized in that a control means for performing measurement operations.
[0017]
According to a ninth aspect of the present invention, in the semiconductor wafer polishing apparatus according to the eighth aspect, after the semiconductor wafer is polished by the polishing means, the cleaning means for cleaning the semiconductor wafer, and the semiconductor wafer after the cleaning is removed. A drying means for drying is provided, and the film thickness of the semiconductor wafer after the drying is measured by the film thickness measuring means.
[0018]
According to a tenth aspect of the present invention, in the semiconductor wafer polishing apparatus according to the eighth or ninth aspect, the control means performs the polishing and film thickness measuring operation of the first semiconductor wafer in one lot. The first optimum polishing time is calculated from the polishing time in the polishing / thickness measurement operation, the target film thickness value, the measured film thickness value before polishing of the semiconductor wafer, and the measured film thickness value after polishing, and the calculated first polishing time is calculated. The polishing and film thickness measurement of the semiconductor wafer after the predetermined number of wafers are polished in the optimal polishing time of 1, and the polishing and film thickness measurement of the semiconductor wafer after the predetermined number of wafers are performed. From the polishing time, the target film thickness value, the measured film thickness value after polishing the semiconductor wafer, and the measured film thickness value before polishing in the polishing and film thickness measurement work of the first semiconductor wafer in the lot. The feature is to calculate the optimal polishing time of That.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a polishing control device of a semiconductor wafer polishing apparatus according to the present invention. As shown in the figure, the present polishing control device includes a film
[0020]
The film
[0021]
The polishing section control section 5 includes a polishing time storage section 5a for storing an optimum polishing time for each semiconductor wafer to be polished, and the polishing time distribution unit 4 includes an optimum polishing time T 1 calculated by the polishing time calculation unit 3. TN are stored in the second, third,..., N−1, and N-th storage areas of the polishing time storage unit 5a. As will be described later in detail, the polishing section control section 5 controls the polishing section (polishing section) of the polishing apparatus with the optimum polishing times T 1 to TN stored in the polishing time storage section 5a to polish each semiconductor wafer.
[0022]
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a polishing apparatus using the polishing control device. The polishing apparatus includes a load / unload
[0023]
The
[0024]
The polished semiconductor wafer is sent to the
[0025]
FIG. 3 and FIG. 4 are views showing the flow of the polishing processing operation of the above-mentioned polishing control device, and the polishing processing operation will be described with reference to FIG. First, in FIG. 3, a
[0026]
Initial polishing time T 0 is the thickness is calculated the target thickness value empirically from the pre-polishing film thickness and the target film thickness value at the time required to polish to a M T. As described above, the
[0027]
Subsequently
[0028]
Following the polishing time calculation unit 3, the initial polishing time T 0, measured thickness value before polishing of the semiconductor wafer W 1 M I, optimum polishing from the measured thickness value M F1 and the target thickness value M T after polishing time (optimal polishing time to the target thickness value M T) T 1 {T 1 = f (M T, M I, M F1, T 0)} determined by calculating the. The optimum polishing time T 1 is transferred to the polishing time distribution unit 4, and stores the second sheet and the storage area of the third sheet of the polishing time storage unit 5a of the polishing unit control unit 5.
[0029]
Once this optimum polishing time T 1 is to confirm that the computed, the operator, as shown in FIG. 4 to cancel the standby, starts polishing operation of second and subsequent semiconductor wafer.
[0030]
[0031]
The polishing time calculation unit 3 calculates the target film thickness value M T , the measured film thickness value M I before polishing of the second semiconductor wafer W 2 , the measured film thickness value M F2 after polishing, and the optimum polishing time T 1. optimum polishing time for polishing a 4 th semiconductor wafer W 4 T 4 {T 4 = f (M T, M I, M F2, T 1)} determined by calculating the, the optimum polishing time T 4 the polishing time The data is transferred to the distribution unit 4 and stored in the fourth storage area of the polishing time storage unit 5a of the polishing unit control unit 5.
[0032]
The polishing work in parallel with the second sheet polishing operation of the semiconductor wafer W 2 of the third sheet of semiconductor wafer W 3 also start. The
[0033]
Semiconductor wafer W 3 ended polishing is transferred to the
[0034]
The polishing time calculation unit 3 calculates the target film thickness M T , the measured film thickness M I before polishing of the third semiconductor wafer W 3 , the measured film thickness M F3 after polishing, and the optimum polishing time T 1. 5th optimum polishing time T 5 to polish the semiconductor wafer W 5 (T 5 = f ( M T, M I, M F3, T 3)) determined by calculating the, the optimum polishing time T 5 the polishing time The data is transferred to the distribution unit 4 and stored in the fifth storage area of the polishing time storage unit 5a of the polishing unit control unit 5.
[0035]
Grinding work 4 th semiconductor wafer W 4 is transferred to the
[0036]
Semiconductor wafer W 4 which has finished polishing is washed and dried in the
[0037]
The polishing time calculation unit 3 calculates the sixth semiconductor wafer W 6 from the target film thickness M T , the measured film thickness M I before polishing, the measured film thickness M F4 after polishing, and the optimum polishing time T 4. Polishing time T 6 {T 6 = f (M T , M I , M F4 , T 4 )} is calculated, and this optimum polishing time T 6 is transferred to the polishing time distribution unit 4 for polishing. It is stored in the sixth storage area of the polishing time storage unit 5a of the unit control unit 5.
[0038]
Similarly polishing work 5 th semiconductor wafer W 5 after the completion of polishing is polished by optimum polishing time T 5, which are stored in the storage area of the 5th polishing time storage unit 5a of the polishing unit control section 5 below The optimum polishing time T 7 for the seventh wafer is calculated, and the polishing operation for the sixth semiconductor wafer W 6 is performed in the polishing time storage unit 5 a of the polishing unit control unit 5. It is polished by T 6 calculates the optimum polishing time T 8 of 8 th after the completion of polishing.
[0039]
After such polishing the end of the K-th semiconductor wafer W K, measured before polishing thickness value M I, the film thickness measurement value M FK after polishing, optimum polishing time T K from K + 2 th semiconductor wafer W K + 2 The polishing time T K + 2 (T K + 2 = f (M T , M I , M FK , T K )) for calculating the polishing time is calculated, and the ( K + 2 ) th storage of the polishing time storage unit 5 a of the polishing unit control unit 5 is stored. Store in area.
[0040]
In the above embodiment, the film thickness before polishing is measured only on the first semiconductor wafer W1, and the measured film thickness value is used. However, the film thickness before polishing is measured for each wafer. Each time, the measured film thickness values M I1 , M I2 to M IN may be obtained.
[0041]
In the above embodiment, the initial polishing time T 0, measured thickness value M I before polishing, measured thickness value M F1 and the target thickness value M T optimum polishing time obtained by calculation from the polished T 1 {T 1 = f (M T , M I , M F1 , T 0 )} is used for polishing the second and third semiconductor wafers. the While seeking calculates the optimum polishing time, it is not limited thereto, for example, the second sheet the optimum polishing time T 1, 3 sheet, used to polish 4 th semiconductor wafer, hereinafter be then determined by calculating the optimal polishing time of the semiconductor wafer to hit the third sheet to the polishing each finished good, also the optimum polishing time T 1 is used for polishing of the second sheet of the semiconductor wafer, each polishing ends below The next half The optimal polishing time of the body wafer may be obtained by calculation.
[0042]
In short, after polishing the first sheet of the semiconductor wafer at an initial polishing time T 0, a predetermined next time from the measured thickness value M F1 after polishing and measurement thickness value M I before initial polishing time T 0 and polishing The optimum polishing time up to the predetermined number of wafers is calculated, the semiconductor wafers up to the predetermined number of wafers are polished at the optimum polishing time, and thereafter, each time the polishing is sequentially completed, the optimum polishing time of the subsequent predetermined number of semiconductor wafers is calculated. The predetermined number of semiconductor wafers may be polished in the optimum polishing time.
[0043]
【The invention's effect】
As described above, according to the invention described in each claim, the following excellent effects can be obtained.
[0044]
Since the subsequent polishing / thickness measurement operation, which is the next semiconductor wafer polishing / thickness measurement operation, is performed in parallel with the preceding polishing operation, high polishing efficiency can be obtained.
[0045]
In addition, the optimum polishing time is calculated after the preceding polishing and film thickness measurement work, and the polishing step of the polishing and film thickness measurement work of the semiconductor wafer after the predetermined number of semiconductor wafers is performed with the calculated optimum polishing time. Even if the polishing conditions such as the condition of the surface of the fabric, the composition of the polishing liquid, and the temperature change, the changed latest polishing conditions can be reflected in the subsequent polishing of the semiconductor wafer, so that the film thickness of the semiconductor wafer can be adjusted with high precision. It can be polished to a film thickness.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a polishing control device of a semiconductor wafer polishing apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a polishing apparatus using the polishing control device of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a flow of a polishing processing operation of the polishing control device of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a flow of a polishing processing operation of the polishing control device of the present invention.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS
Claims (10)
先行の前記研磨・膜厚測定作業に並行して次の半導体ウエハーの前記研磨・膜厚測定作業である後行の研磨・膜厚測定作業を行い、
前記先行の研磨・膜厚測定作業後に、該先行の研磨・膜厚測定作業における研磨時間、目標膜厚値、半導体ウエハーの前記研磨前の測定膜厚値、及び該研磨後の測定膜厚値から研磨工程の第1の最適研磨時間を算出し、
前記算出した第1の最適研磨時間で所定枚数目後の半導体ウエハーの研磨・膜厚測定作業の研磨工程を行うことを特徴とする半導体ウエハーの研磨方法。A polishing apparatus is loaded with a lot of semiconductor wafers, one lot per lot, and a polishing step of polishing the semiconductor wafers one by one , and a film thickness measuring step of measuring the film thickness of the semiconductor wafers. A semiconductor wafer polishing method for performing semiconductor wafer polishing and film thickness measurement work in ,
In parallel with the preceding polishing and film thickness measurement work, the subsequent polishing and film thickness measurement work of the next semiconductor wafer is performed.
After polishing, the film thickness measuring operation of the preceding polishing time in the polishing-thickness measuring operations this prior target thickness value, measured before the polishing of the semiconductor wafer thickness value, and measuring thickness value after the polishing Calculate the first optimal polishing time of the polishing process from
Polishing a semiconductor wafer and performing a first optimum polishing time in the polishing step of polishing, the film thickness measuring operation of the semiconductor wafer after the predetermined number-th that the calculated.
前記算出した第2の最適研磨時間で前記所定枚数目後の次の半導体ウエハーの研磨・膜厚測定作業の研磨工程を行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体ウエハーの研磨方法。3. The method of polishing a semiconductor wafer according to claim 1, wherein a polishing step of polishing and measuring a film thickness of the next semiconductor wafer after the predetermined number is performed at the calculated second optimum polishing time. .
前記算出した第1の最適研磨時間で前記1ロット内の2枚目及び3枚目の半導体ウエハーの前記研磨・膜厚測定作業の研磨工程を行うことを特徴とする請求項4に記載の半導体ウエハーの研磨方法。5. The semiconductor according to claim 4, wherein the polishing and the film thickness measurement of the second and third semiconductor wafers in the one lot are performed in the calculated first optimal polishing time. 6. Wafer polishing method.
前記研磨・膜厚測定作業に並行して次の半導体ウエハーの前記研磨・膜厚測定作業を行い、Perform the polishing and film thickness measurement work of the next semiconductor wafer in parallel with the polishing and film thickness measurement work,
前記1ロット内の1枚目の半導体ウエハーの前記研磨・膜厚測定作業後に、該研磨・膜厚測定作業における研磨時間、目標膜厚値、半導体ウエハーの研磨前の測定膜厚値、及び研磨後の測定膜厚値から第1の最適研磨時間を算出し、After the polishing / thickness measuring operation of the first semiconductor wafer in the one lot, the polishing time, the target film thickness value, the measured film thickness value before polishing the semiconductor wafer, and the polishing in the polishing / thickness measuring operation The first optimal polishing time is calculated from the measured film thickness value afterward,
前記算出した第1の最適研磨時間で所定枚数目後の半導体ウエハーの該研磨・膜厚測定作業の研磨工程を行い、Performing the polishing step of the polishing and film thickness measurement work of the predetermined number of semiconductor wafers after the first number at the calculated first optimal polishing time,
前記所定枚数目後の半導体ウエハーの前記研磨・膜厚測定作業後に、該研磨・膜厚測定作業における研磨時間、目標膜厚値、半導体ウエハーの研磨後の測定膜厚値、及び前記1ロット内の1枚目の半導体ウエハーの研磨・膜厚測定作業の研磨前の測定膜厚値から第2の最適研磨時間を算出することを特徴とする半導体ウエハーの研磨方法。After the polishing / thickness measuring operation of the semiconductor wafer after the predetermined number, the polishing time, the target film thickness value in the polishing / thickness measuring operation, the measured film thickness value after polishing the semiconductor wafer, and the A second optimum polishing time is calculated from a measured film thickness value before polishing in the polishing and film thickness measurement operation of the first semiconductor wafer.
先行の前記研磨・膜厚測定作業に並行して次の半導体ウエハーの前記研磨・膜厚測定作業である後行の研磨・膜厚測定作業を行い、前記先行の半導体ウエハーの前記研磨・膜厚測定終了後に、該先行の研磨・膜厚測定作業における研磨手段の研磨時間、目標膜厚値、半導体ウエハーの研磨前の測定膜厚値、及び該研磨後の測定膜厚値から第1の最適研磨時間を算出し、該算出した第1の最適研磨時間で所定枚数目後の半導体ウエハーの研磨・膜厚測定作業を行う制御手段を設けたことを特徴とする半導体ウエハーの研磨装置。In parallel with the preceding polishing and film thickness measurement work, a subsequent polishing and film thickness measurement operation that is the following polishing and film thickness measurement operation of the next semiconductor wafer is performed, and the polishing and film thickness of the preceding semiconductor wafer are performed. After the measurement is completed, the first optimum value is obtained from the polishing time of the polishing means, the target film thickness value, the measured film thickness value before polishing the semiconductor wafer, and the measured film thickness value after the polishing in the preceding polishing / film thickness measurement work. A polishing apparatus for a semiconductor wafer, comprising: a control means for calculating a polishing time and performing a polishing / film thickness measuring operation of a predetermined number of semiconductor wafers after the first optimum polishing time.
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