JP4408244B2 - Substrate polishing method and substrate polishing apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、基板を研磨する技術に関する。 The present invention relates to a technique for polishing a substrate.
半導体製品の一定の品質を確保するため、半導体製造工程において、例えば、化学機械的研磨(Chemical Mechanical Polishing、以下、「CMP」と略す。)を利用した研磨工程では、半導体基板(例えば、シリコン(Si)基板であり、以下、「基板」という。)の表面に形成された薄膜の研磨前後での厚さを測定することにより研磨レートを求め、次の基板(または、ロット)の処理に利用して研磨後の基板の膜厚のばらつきを抑制する技術が知られている(このような技術として、例えば、特許文献1参照。)。 In order to ensure a certain quality of a semiconductor product, in a semiconductor manufacturing process, for example, in a polishing process using chemical mechanical polishing (hereinafter abbreviated as “CMP”), a semiconductor substrate (for example, silicon ( Si) substrate, hereinafter referred to as “substrate”), the polishing rate is obtained by measuring the thickness of the thin film formed on the surface before and after polishing, and is used for processing the next substrate (or lot). A technique for suppressing variations in the film thickness of the substrate after polishing is known (for example, see Patent Document 1).
なお、膜の厚さの測定には、白色光を基板に照射して基板からの反射光を分光解析することにより分光反射率を求め、分光反射率に基づいて膜の厚さを算出する光干渉式の膜厚測定装置が従来より用いられる。
ところで、基板の研磨レートは、研磨テーブルの状態、スラリー濃度、温度、あるいは、研磨パッドの減り等により変化するため、直前の処理で得られた研磨レートのみに基づいて研磨時間を決定して基板を研磨したとしても、基板の膜を目標膜厚まで精度よく研磨することは容易ではない。したがって、基板上のパターンのさらなる微細化が図られた場合には、膜厚の要求精度を満たすことが困難になる。 By the way, since the polishing rate of the substrate changes depending on the state of the polishing table, the slurry concentration, the temperature, the decrease of the polishing pad, etc., the polishing time is determined based only on the polishing rate obtained in the immediately preceding process. Even if the substrate is polished, it is not easy to accurately polish the substrate film to the target film thickness. Therefore, when the pattern on the substrate is further miniaturized, it becomes difficult to satisfy the required accuracy of the film thickness.
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板の表面に形成された膜を目標膜厚まで精度よく研磨することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to accurately polish a film formed on the surface of a substrate to a target film thickness.
請求項1に記載の発明は、基板を研磨する基板研磨方法であって、基板の表面に形成された膜の厚さを測定して第1の膜厚を取得する第1測定工程と、前記基板を所定の時間だけ研磨する第1研磨工程と、前記第1研磨工程後の前記膜の第2の膜厚を取得する第2測定工程と、前記第1の膜厚、前記第2の膜厚および前記所定の時間から導かれる研磨レートを補正係数を用いて補正して求められた補正後の研磨レートと、前記第2の膜厚と目標膜厚との差とに基づいて追加研磨時間を求める工程と、前記基板を前記追加研磨時間だけさらに研磨する第2研磨工程と、前記第2研磨工程後の前記膜の第3の膜厚を取得する第3測定工程と、前記第2の膜厚と前記第3の膜厚との差を前記第2の膜厚と前記目標膜厚との差にて除算して得た値を前記補正係数に乗じることにより前記補正係数を修正する工程と、もう1つの基板に対して、前記第1測定工程から前記修正する工程までを繰り返す工程とを備える。
The invention according to
請求項2に記載の発明は、基板を研磨する基板研磨装置であって、基板を研磨する研磨部と、基板の表面に形成された膜の厚さを測定して膜厚を取得する膜厚測定部と、研磨前の基板の表面に形成された膜の第1の膜厚、前記研磨部にて所定の時間だけ研磨した後の前記膜の第2の膜厚および前記所定の時間から導かれる研磨レートを補正係数を用いて補正して求められた補正後の研磨レートと、前記第2の膜厚と目標膜厚との差とに基づいて求められる追加研磨時間だけ、前記研磨部にて前記基板をさらに研磨させる制御部とを備え、前記第2の膜厚と、前記追加研磨時間だけ研磨した後の前記膜の第3の膜厚との差を、前記第2の膜厚と前記目標膜厚との差にて除算して得た値を前記補正係数に乗じることにより前記補正係数が修正され、前記基板研磨装置において前記基板の処理後、もう1つの基板が処理される。
The invention according to
請求項1および2の発明では、基板の表面に形成された膜を目標膜厚まで精度よく研磨することができる。 According to the first and second aspects of the invention, the film formed on the surface of the substrate can be accurately polished to the target film thickness.
図1は本発明の一の実施の形態に係る基板研磨装置1の構成を示す図である。図1の基板研磨装置1は、例えば、回路形成工程におけるダマシン工程に用いられ、積層して形成された膜(回路パターンを構成する多層膜)を有する基板に研磨(例えば、CMP)を施すとともに、基板の膜厚を測定する。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a
図1の基板研磨装置1は、基板9を保持する円板状の基板保持部2、基板9の膜の厚さを測定して膜厚を取得する膜厚測定部3、各種演算処理を行うCPUや各種情報を記憶するメモリ等により構成された全体制御部4、および、全体制御部4に接続された研磨部5を備える。なお、図1では膜厚測定部3の構造を図示しているが、研磨部5の構造の図示は省略している。
A
基板保持部2には、基板9とは反対側においてモータおよび回転支持軸を有する基板回転機構21が取り付けられる。膜厚測定部3は、膜厚測定時において基板9の表面に形成された膜(表面に形成された膜のうち最上層の研磨対象となる膜を、以下、「対象膜」という。)に照明光を照射するとともに基板9からの反射光が入射するヘッド部31、ヘッド部31に入射する基板9からの反射光の分光強度を取得する分光器32、および、各種演算処理を行うCPUや各種情報を記憶するメモリ等により構成されたコンピュータ33を有する。
A
ヘッド部31には、ランプ(例えば、キセノンランプ)311から光ファイバ312を介して照明光が取り込まれ、レンズ313を介してハーフミラー314へと導かれる。ハーフミラー314にて反射した照明光はレンズ315を介して基板9の表面へと照射される。基板9からの反射光はレンズ315によりヘッド部31内に取り込まれ、ハーフミラー314を透過した後、光ファイバ316により分光器32へと導かれる。コンピュータ33はI/Oボードを介して分光器32に接続され、分光器32からの出力に基づいて基板9上の膜の厚さを求める。
The
図2は基板9の研磨時における基板研磨装置1を簡略化して示す図である。図2に示すように、研磨部5は上面に研磨パッドが貼り付けられるとともに、下面がモータ52に接続された研磨テーブル51を有し、研磨テーブル51は膜厚測定部3(図2では円にて示している。)に隣接して設けられる。また、基板保持部2は図示省略の保持部移動機構に取り付けられ、基板9を研磨する際には、基板保持部2は研磨テーブル51上へと移動して基板9の下面(すなわち、対象膜の表面)が研磨テーブル51の表面に当接する。基板回転機構21は全体制御部4に接続され(図1参照)、基板回転機構21が駆動されることにより基板9が研磨テーブル51上において一定の角速度で回転する。研磨テーブル51もモータ52により回転し、その表面上には研磨剤(スラリーとも呼ばれる。)が供給される。これにより、研磨テーブル51上において回転する基板9の表面が回転する研磨テーブル51により研磨される。なお、基板9の研磨時において基板保持部2は図示省略の保持部移動機構により研磨テーブル51の内部と外周部との間を揺動する。
FIG. 2 is a diagram schematically showing the
図3は基板研磨装置1が基板9を研磨する処理の流れを示す図である。図3において、右側の破線の矩形に含まれる工程は膜厚測定部3における工程を示し、左側の破線の矩形に含まれる工程は研磨部5における工程を示している。
FIG. 3 is a diagram showing a flow of processing in which the
基板研磨装置1では、まず、膜厚測定部3のコンピュータ33において基板9の膜厚の測定方法の種類や測定に利用されるパラメータ等を示す測定レシピが作成される(ステップS11)。後述するように、基板研磨処理では1つの基板9に対して3回の膜厚測定がそれぞれ異なる加工(研磨)段階において行われ、膜厚測定部3では各膜厚測定で利用される測定レシピが個別に作成される。例えば、基板9が2層の膜を有する場合には、コンピュータ33では、3回の膜厚測定のうちの1回目の測定に対しては2層の膜の両方の膜厚を測定する測定レシピが作成され、2回目および3回目の測定に対しては対象膜の膜厚のみを測定し、他方の膜(すなわち、下層膜)の膜厚は1回目の測定値を利用する測定レシピが作成される。なお、予め下層膜の膜厚(の予想値)が測定レシピに設定され、下層膜の膜厚を利用しつつ対象膜のみが迅速に測定されてもよい。コンピュータ33では、操作者からの入力により1〜3回目の測定のそれぞれに対して下層膜の膜厚測定の要否等が個別に指定される。もちろん、基板9上の膜は3層以上であってもよく、この場合、以下の説明における下層膜は多層膜とされる。
In the
続いて、外部の搬送装置により基板待機ステージ(図2において符号71を付して示す。)へと搬送された基板9が、基板保持部2に吸着により保持され、保持部移動機構が基板保持部2を膜厚測定部3へと移動する。そして、全体制御部4の制御により、膜厚測定部3における1回目の膜厚測定が行われる。具体的には、ヘッド部31からの照明光が基板9の表面へと照射され、基板9からの反射光の分光強度が分光器32により取得される。膜厚測定部3では、膜が形成されていない他の基板(参照基板)において反射光の分光強度が予め取得されており、参照基板の分光強度を利用して基板9の相対的な分光反射率が求められる。図4は、測定により求められた分光反射率の一例を符号81を付す実線にて示す図である。
Subsequently, the substrate 9 transported to the substrate standby stage (indicated by
コンピュータ33では、予め準備されたプログラムを実行することにより、基板9の多層膜の多重反射を考慮した光干渉の所定の膜厚算出式に基づいて、基板9の膜構成における様々な膜厚の組み合わせに対する分光反射率が演算により求められている。そして、事前に求められたこれらの分光反射率と測定により求められた分光反射率とのマッチングを行うことにより、測定により求められた分光反射率に最も近似した分光反射率(例えば、図4中において符号82を付す破線にて示す分光反射率)を示す膜厚の組み合わせが特定され、対象膜の膜厚(以下、「第1膜厚」という。)および下層膜の膜厚が取得される(ステップS12)。なお、取得された膜厚のデータはコンピュータ33にて記憶されるとともに、必要に応じて全体制御部4に出力される。
In the
第1膜厚が取得されると、基板保持部2が研磨テーブル51上へと移動し、基板保持部2の回転および揺動並びに研磨テーブル51の回転が開始され、所定の時間(以下、「初期研磨時間」という。)だけ基板9が研磨される(ステップS13)。なお、初期研磨時間は、基板9の対象膜が所定の目標膜厚に到達するために要する時間よりも十分に短い時間とされる。
When the first film thickness is acquired, the
初期研磨時間が経過すると、研磨部5は研磨を終了し、基板保持部2が研磨テーブル51から離れて膜厚測定部3へと移動する。そして、2回目の膜厚測定が行われ、初期研磨時間の研磨後における基板9の対象膜の膜厚(以下、「第2膜厚」という。)が取得される(ステップS14)。このとき、膜厚測定部3では測定レシピに従って下層膜の膜厚については1回目の膜厚測定にて得られた値を利用し、対象膜の膜厚のみが求められるため、膜厚測定を短時間で行うことができる。
When the initial polishing time has elapsed, the polishing unit 5 finishes polishing, and the
第2膜厚が取得されると、コンピュータ33では、第1膜厚をd1、第2膜厚をd2、初期研磨時間をTiとして数1に示す演算を行うことにより研磨レートRiが求められる(ステップS15)。
When the second film thickness is acquired, the
続いて、研磨レートRiに補正係数Xを乗じることにより研磨レートRiが補正され、補正後の研磨レートRcが求められる(ステップS16)。ここで、1枚目の基板9に対しては補正係数Xが1.0として設定されており、研磨レートRiがそのまま補正後の研磨レートRcとして取り扱われる。補正後の研磨レートRcが取得されると、初期研磨時間の研磨後の基板9に対する追加研磨時間Tcが、第2膜厚をd2、補正後の研磨レートをRc、目標膜厚をd0として数2に示す演算により求められる(ステップS17)。 Subsequently, the polishing rate Ri is corrected by multiplying the polishing rate Ri by the correction coefficient X, and the corrected polishing rate Rc is obtained (step S16). Here, the correction coefficient X is set to 1.0 for the first substrate 9, and the polishing rate Ri is handled as it is as the corrected polishing rate Rc. When the corrected polishing rate Rc is acquired, the additional polishing time Tc for the substrate 9 after polishing in the initial polishing time is a number where the second film thickness is d2, the corrected polishing rate is Rc, and the target film thickness is d0. 2 is obtained by the calculation shown in FIG. 2 (step S17).
このように、追加研磨時間Tcは、第1膜厚d1、第2膜厚d2および初期研磨時間Tiから導かれる研磨レートRcと、第2膜厚d2と目標膜厚d0との差とに基づいて求められる。追加研磨時間Tcは全体制御部4に出力され、基板9が研磨テーブル51上へと再度移動する。そして、全体制御部4の制御により基板9が追加研磨時間Tcだけさらに研磨される(ステップS18)。これにより、同一の基板9に対する初期研磨時間の研磨の結果に基づいて、基板9が目標膜厚d0まで精度よく研磨される。 Thus, the additional polishing time Tc is based on the polishing rate Rc derived from the first film thickness d1, the second film thickness d2, and the initial polishing time Ti, and the difference between the second film thickness d2 and the target film thickness d0. Is required. The additional polishing time Tc is output to the overall control unit 4, and the substrate 9 moves again onto the polishing table 51. Then, the substrate 9 is further polished by the additional polishing time Tc under the control of the overall control unit 4 (step S18). As a result, the substrate 9 is accurately polished to the target film thickness d0 based on the result of polishing for the same substrate 9 during the initial polishing time.
追加の研磨が終了すると、基板保持部2が膜厚測定部3へと移動して3回目の膜厚測定が行われ、追加の研磨後における基板9の対象膜の膜厚(以下、「第3膜厚」という。)が取得される(ステップS19)。既述のように、3回目の膜厚測定においても2回目の膜厚測定と同様に、下層膜の膜厚は1回目の測定値が利用される。そして、第2膜厚d2、第3膜厚d3、目標膜厚d0および現在の補正係数X(数3ではXcと示している。)を数3の右辺に代入することにより、次の基板9の処理に利用される修正後の補正係数Xが取得される(ステップS20)。
When the additional polishing is completed, the
数3では、追加の研磨による実際の研磨量である第2膜厚d2と第3膜厚d3との差を、追加の研磨に対して予想された研磨量である第2膜厚d2と目標膜厚d0との差にて除算して得た値を補正係数Xに乗じることにより補正係数が容易に修正される。 In Equation 3, the difference between the second film thickness d2 and the third film thickness d3, which is the actual polishing amount due to the additional polishing, is set to the second film thickness d2 that is the predicted polishing amount for the additional polishing and the target. The correction coefficient is easily corrected by multiplying the correction coefficient X by a value obtained by dividing by the difference from the film thickness d0.
補正係数Xが修正されると(または、補正係数Xを修正しつつ)、基板保持部2が基板待機ステージ71へと移動して基板9が載置され、外部の搬送機構により基板研磨装置1から払い出される。その後、基板待機ステージ71には次の処理対象の基板9aが載置される。
When the correction coefficient X is corrected (or while correcting the correction coefficient X), the
次の基板9aは基板保持部2により保持され、膜厚測定部3にて最上層の対象膜の第1膜厚が取得される(ステップS21、S12)。第1膜厚の取得後、基板9aは研磨部5にて1枚目の基板9と同じ初期研磨時間Tiだけ研磨され(ステップS13)、初期研磨時間の研磨後における基板9aの対象膜の第2膜厚d2が取得される(ステップSS14)。そして、基板9aの第1膜厚d1および第2膜厚d2並びに初期研磨時間Tiを数1に代入することにより基板9aの研磨レートRiが算出される(ステップS15)。
The next substrate 9a is held by the
コンピュータ33では、さらに、1枚目の基板9の実際の追加研磨量と予想された研磨量との比に基づいて修正された補正係数Xを基板9aの研磨レートRiに乗じることにより、基板9の追加の研磨の結果を考慮した基板9aの補正後の研磨レートRcが取得される(ステップS16)。そして、基板9aの補正後の研磨レートRc、第2膜厚d2および目標膜厚d0を数2に代入することにより基板9aに対する追加研磨時間Tcが求められ(ステップS17)、基板9aが追加研磨時間Tcだけさらに研磨される(ステップS18)。
The
追加の研磨が終了すると、追加の研磨後における基板9aの第3膜厚d3が取得され(ステップS19)、数3を用いることにより、基板9aの第2膜厚d2、第3膜厚d3および目標膜厚d0に基づいて補正係数Xがさらに修正される(ステップS20)。すなわち、補正係数Xは2枚目の基板9aの追加研磨の結果を反映した値に修正される。2枚目の基板9aは基板待機ステージ71へと移動した後、基板研磨装置1から搬出され、さらに次の基板が基板待機ステージ71へと搬入されて上記ステップS12〜S20が繰り返される(ステップS21)。
When the additional polishing is completed, the third film thickness d3 of the substrate 9a after the additional polishing is acquired (step S19), and by using Equation 3, the second film thickness d2, the third film thickness d3 of the substrate 9a, and The correction coefficient X is further modified based on the target film thickness d0 (step S20). That is, the correction coefficient X is corrected to a value reflecting the result of the additional polishing of the second substrate 9a. After the second substrate 9a has moved to the
以上のように、基板研磨装置1では、基板9が所定の初期研磨時間だけ研磨部5にて研磨され、続けて、研磨前の基板9の最上層の膜の第1膜厚、初期研磨時間だけ研磨した後の膜の第2膜厚および初期研磨時間から導かれる研磨レートと、第2膜厚と目標膜厚との差とに基づいて求められる追加研磨時間だけ、基板9がさらに研磨される。これにより、初期研磨時間の研磨における研磨レートを利用して基板9の最上層の膜を目標膜厚まで精度よく研磨することができる。また、一般的には、最適な研磨レートを求めることは容易ではなく、直前の研磨の結果のみから研磨レートを求めたとしても、実際の研磨レートに対して一定のずれが生じることが経験的に判っているが、基板研磨装置1では、研磨レートを補正係数を用いて補正することにより、より精度よく基板9を研磨することが実現される。さらに、次の基板を処理する前に、直前の基板9の研磨の結果に基づいて補正係数が修正されるため、次の基板をより精度よく研磨することができる。
As described above, in the
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made.
上記実施の形態では、膜厚測定部3により追加研磨時間が求められるが、例えば、膜厚測定部3から全体制御部4に第1膜厚、第2膜厚および第3膜厚が入力されることにより、追加研磨時間が全体制御部4により求められてもよい。また、コンピュータ33における膜厚を演算により求める機能が全体制御部4により実現され、全体制御部4が膜厚測定部3の一部の機能を担ってもよい。
In the above embodiment, the additional polishing time is obtained by the film thickness measurement unit 3. For example, the first film thickness, the second film thickness, and the third film thickness are input from the film thickness measurement unit 3 to the overall control unit 4. Thus, the additional polishing time may be obtained by the overall control unit 4. In addition, the function of calculating the film thickness in the
膜厚測定部3は、必ずしも膜の分光反射率を取得することにより膜の厚さを測定するものである必要はなく、例えば、偏光解析により膜の厚さを取得するエリプソメータであってもよい。 The film thickness measuring unit 3 does not necessarily need to measure the film thickness by acquiring the spectral reflectance of the film, and may be an ellipsometer that acquires the film thickness by polarization analysis, for example. .
基板9は単層膜が形成されたものであってもよい。また、基板9は必ずしも半導体基板である必要はなく、プリント配線基板やガラス基板等の他の種類の基板であってもよい。 The substrate 9 may have a single layer film formed thereon. The substrate 9 is not necessarily a semiconductor substrate, and may be another type of substrate such as a printed wiring board or a glass substrate.
1 基板研磨装置
3 膜厚測定部
4 全体制御部
5 研磨部
9 基板
S12〜S21 ステップ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
基板の表面に形成された膜の厚さを測定して第1の膜厚を取得する第1測定工程と、
前記基板を所定の時間だけ研磨する第1研磨工程と、
前記第1研磨工程後の前記膜の第2の膜厚を取得する第2測定工程と、
前記第1の膜厚、前記第2の膜厚および前記所定の時間から導かれる研磨レートを補正係数を用いて補正して求められた補正後の研磨レートと、前記第2の膜厚と目標膜厚との差とに基づいて追加研磨時間を求める工程と、
前記基板を前記追加研磨時間だけさらに研磨する第2研磨工程と、
前記第2研磨工程後の前記膜の第3の膜厚を取得する第3測定工程と、
前記第2の膜厚と前記第3の膜厚との差を前記第2の膜厚と前記目標膜厚との差にて除算して得た値を前記補正係数に乗じることにより前記補正係数を修正する工程と、
もう1つの基板に対して、前記第1測定工程から前記修正する工程までを繰り返す工程と、
を備えることを特徴とする基板研磨方法。 A substrate polishing method for polishing a substrate,
A first measurement step of measuring a thickness of a film formed on the surface of the substrate to obtain a first film thickness;
A first polishing step of polishing the substrate for a predetermined time;
A second measurement step of obtaining a second film thickness of the film after the first polishing step;
The corrected polishing rate obtained by correcting the polishing rate derived from the first film thickness, the second film thickness, and the predetermined time using a correction coefficient , the second film thickness, and the target A step of obtaining an additional polishing time based on the difference from the film thickness;
A second polishing step of further polishing the substrate for the additional polishing time;
A third measurement step of obtaining a third film thickness of the film after the second polishing step;
The correction coefficient is obtained by multiplying the correction coefficient by a value obtained by dividing the difference between the second film thickness and the third film thickness by the difference between the second film thickness and the target film thickness. A process of correcting
Repeating the steps from the first measuring step to the correcting step for another substrate;
A substrate polishing method comprising:
基板を研磨する研磨部と、
基板の表面に形成された膜の厚さを測定して膜厚を取得する膜厚測定部と、
研磨前の基板の表面に形成された膜の第1の膜厚、前記研磨部にて所定の時間だけ研磨した後の前記膜の第2の膜厚および前記所定の時間から導かれる研磨レートを補正係数を用いて補正して求められた補正後の研磨レートと、前記第2の膜厚と目標膜厚との差とに基づいて求められる追加研磨時間だけ、前記研磨部にて前記基板をさらに研磨させる制御部と、
を備え、
前記第2の膜厚と、前記追加研磨時間だけ研磨した後の前記膜の第3の膜厚との差を、前記第2の膜厚と前記目標膜厚との差にて除算して得た値を前記補正係数に乗じることにより前記補正係数が修正され、
前記基板研磨装置において前記基板の処理後、もう1つの基板が処理されることを特徴とする基板研磨装置。 A substrate polishing apparatus for polishing a substrate,
A polishing section for polishing the substrate;
A film thickness measuring unit for measuring the thickness of the film formed on the surface of the substrate and obtaining the film thickness;
The film thickness of the first formed on the surface of the substrate before the polishing film, the second film thickness and the polishing rate derived from the predetermined time of the film after the polishing by a predetermined time by the polishing unit The substrate is held at the polishing section for the additional polishing time determined based on the corrected polishing rate determined by correcting using the correction coefficient and the difference between the second film thickness and the target film thickness. A control unit for further polishing;
Equipped with a,
The difference between the second film thickness and the third film thickness after the polishing for the additional polishing time is obtained by dividing the difference between the second film thickness and the target film thickness. The correction factor is modified by multiplying the correction factor by the value
After treatment of the substrate in the substrate polishing apparatus, another substrate is processed substrate polishing apparatus according to claim Rukoto.
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