JP5791987B2 - 研磨装置および方法 - Google Patents
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Description
また、研磨レートについても、研磨パッドの温度への依存性が確認されており、CMPプロセスによって最適な研磨レートをもたらす温度領域があり、研磨中に最適な研磨レートを長く得るためには最適な研磨パッドの温度を維持する必要がある。
本発明によれば、気体噴射ノズルの研磨パッドの表面からの高さを調整することにより、気体噴射ノズルを最適な高さ位置に配置することができる。したがって、研磨パッドを高い冷却能力で冷却することができる。
本発明によれば、気体噴射ノズルの気体噴射方向の前記回転接線方向に対する角度を15°〜35°に設定することにより、研磨パッドを高い冷却能力で冷却することができる。この理由は、基板研磨領域において被吹き付け面積の確保が可能となることと、35°以上だとスラリー滴下位置に乱れを生じさせるためである。
本発明によれば、気体噴射ノズルの気体噴射方向と研磨パッドの表面とのなす角を、30°〜50°に設定することにより、研磨パッドを高い冷却能力で冷却することができる。この理由は、被吹き付け面積が確保でき、かつ風量も効果的に作用させることができる角度範囲だからである。30°よりも小さいと、被吹き付け面積は大きくなるが、風量が低下して冷却効果が低減する。
本発明によれば、少なくとも1つの気体噴射ノズルから噴射される気体の流量を制御弁によって制御するとともに研磨パッドの温度を温度計により検出し、研磨パッドの制御目標温度である設定温度と前記温度計により検出された研磨パッドの検出温度とを比較して前記制御弁の弁開度を調整することにより、少なくとも1つの気体噴射ノズルから噴射される気体の流量を制御することができる。したがって、CMPプロセスに応じて研磨パッドの表面を最適な温度に制御することができる。
本発明によれば、コントローラは、複数種のPIDパラメータから所定のルールに基づき所定のPIDパラメータを選択し、パッド温度情報に基づいて選択したPIDパラメータを用いて研磨パッド面上の温度を制御するので、基板の研磨レートを最適且つ一定に保つことができ、これにより研磨時間を短縮することができる。また、この結果、スラリー使用量並びに廃液量の低減を図ることができる。
本発明の好ましい態様によれば、前記気体噴射ノズルの気体噴射方向の前記回転接線方向に対する角度は、15°〜35°に設定されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記気体噴射ノズルの気体噴射方向の前記研磨パッドの表面に対する角度は、30°〜50°に設定されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記少なくとも1つの気体噴射ノズルから噴射される気体の流量を制御弁によって制御するとともに前記研磨パッドの温度を温度計により検出し、前記研磨パッドの制御目標温度である設定温度と前記温度計により検出された研磨パッドの検出温度とを比較して前記制御弁の弁開度を調整することにより、前記少なくとも1つの気体噴射ノズルから噴射される気体の流量を制御することを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記研磨パッドの設定温度と前記研磨パッドの検出温度との差に基づきPID制御により前記制御弁の弁開度を調整することにより、前記少なくとも1つの気体噴射ノズルから噴射される気体の流量を制御することを特徴とする。
上記実施形態によれば、研磨パッドの制御目標温度である設定温度を設定した後に研磨パッドに向けて気体を噴射して研磨パッドの温度制御を開始し、研磨パッドの温度を監視する。そして、温度制御の開始時刻から設定温度に到達するまでの所要時間を計時し、この所要時間と予め設定した時間を比較し、所要時間の方が長い場合には、研磨パッドの温度制御が正常に行われていない研磨異常と判断する。
上記実施形態によれば、研磨パッドの制御目標温度である設定温度を設定した後に研磨パッドに向けて気体を噴射して研磨パッドの温度制御を開始し、研磨パッドの温度を監視する。そして、研磨パッドの温度が設定温度の範囲に到達した後、前記設定温度の範囲外となる時間が連続して所定時間を超えた場合には、研磨パッドの温度制御が正常に行われていない研磨異常と判断する。
上記実施形態によれば、研磨パッドの制御目標温度である設定温度を設定した後に研磨パッドに向けて気体を噴射して研磨パッドの温度制御を開始して研磨パッドの温度を監視する。そして、研磨パッドの設定温度を研磨中に変更し、設定温度を変更してから変更後の設定温度に到達するまでの所要時間を計時し、この所要時間と予め設定した時間を比較し、所要時間の方が長い場合には、研磨パッドの温度制御が正常に行われていない研磨異常と判断する。
上記実施形態によれば、研磨パッドの制御目標温度を設定した後に研磨パッドに向けて気体を噴射して研磨パッドの温度制御を開始して研磨パッドの温度を監視する。そして、温度制御の開始時刻から所定時間経過後に研磨パッドの温度が目標温度に達しない場合には、研磨パッドの温度制御が正常に行われていない研磨異常と判断する。
上記実施形態によれば、研磨パッドの制御目標温度を設定した後に研磨パッドに向けて気体を噴射して研磨パッドの温度制御を開始して研磨パッドの温度を監視する。その後、前記研磨パッドの設定温度を研磨中に変更し、設定温度を変更してから所定時間経過後に研磨パッドの温度が変更後の設定温度に達しない場合には、研磨パッドの温度制御が正常に行われていない研磨異常と判断する。
(1)研磨中に研磨パッドの表面を冷却することにより、2つの効果が期待される。
A.メイン研磨ステップにおいて研磨パッドの表面を所定の温度に維持することにより、研磨レートが向上し、生産性が高くなると共に基板1枚当たりの研磨液(スラリー)などの消耗品コストを低減できる。
B.仕上げ研磨ステップにおいて研磨パッドの表面を所定の温度に維持することにより、ディッシングやエロージョンを防止して段差特性の向上を図ることができる。
(2)研磨パッドに気体を吹き付けるノズルの位置を最適化することにより、より一層の研磨パッドの冷却効果が見込め、一層のディッシングとエロージョンの低減が見込める。
(3)研磨パッドを冷却する際の制御目標温度である設定温度に到達しない時のエラーおよび設定温度の上下限値をオーバーした時のエラーが起こったときに、プロセスインターロックをかけて、次の基板の研磨を行わないことにより、不良製品をエラー発生時に研磨中の1枚だけに抑えることができ、製品歩留まり向上に寄与する。
また、図4に示すように、マニホールド21は上下動可能に構成されているため、マニホールド21の高さ(H)が可変になっており、気体噴射ノズル22の研磨パッド表面(研磨面)2aからの高さを調節することが可能になっている。ちなみに、図1においては、研磨液供給ノズル3のノズル口の研磨パッド2の表面からの高さと、気体噴射ノズル22のノズル口の研磨パッド2の表面からの高さは、近似している。なお、図3ではノズルの個数が8個の場合を図示したが、ノズルの個数は2〜3個の場合もあり、ノズルの個数は研磨パッド2を冷却するための冷却能力に応じて適宜選定される。
また、この発展型として気体噴射ノズルの気体噴射方向の角度(θ1)と気体噴射ノズルの気体進入角度(θ2)、さらにマニホールド21の高さ(H)があらかじめ設定範囲で固定されていて、誤って調整部がずれて元々の設定位置から外れるのを防止することを考慮するものもある。その場合、エア噴出し穴が直接マニホールドに形成されてノズルとマニホールドがあたかも一体となった形態を取る。
また、研磨中にパッドの温度プロファイルをサーモグラフなどでモニタし、温度分布に応じて(例えば、パッド面内の温度差が所定の温度以上となった場合)、高温領域を積極的に冷やすよう、マニホールドを揺動させて移動させることもできる。
先ず、研磨パッド2の制御目標温度である第1設定温度を温度コントローラ31に設定する。次に、気体噴射ノズル22へ圧縮空気を供給する供給圧力を確認する。この供給圧力が規定圧力以下の時には警告を発して、以降の基板に対する処理を中止し、供給圧力が規定圧力以上の時のみに、基板受渡し位置に位置する研磨ヘッド10により基板Wをプッシャ等から受け取って吸着保持する。そして、研磨ヘッド10により吸着保持した基板Wを基板受渡し位置から研磨テーブル1の直上方の研磨位置まで水平移動させる。
なお、マニホールド21を揺動させてマニホールド21を待避位置に移動させた状態で、洗浄ノズル(図示せず)から洗浄液を吹き付けて気体噴射ノズル22を洗浄することで、気体噴射ノズル22に付着したスラリー等の汚れが研磨パッド2上に落ちることを防止することができる。
上記設定温度に到達しない時のエラーおよび設定温度の上下限値をオーバーした時のエラーが起こったときには、プロセスインターロックがかかり、次の基板の研磨は行われない。これにより、不良製品をエラー発生時に研磨中の1枚だけに抑えることができ、製品歩留まり向上に寄与する。
1a テーブル軸
2 研磨パッド
2a 研磨面
3 研磨液供給ノズル
10 研磨ヘッド
11,13 シャフト
12 支持アーム
20 パッド温度調整装置
21 マニホールド
22 気体噴射ノズル
25 支柱
26 モータ
29 圧縮空気供給ライン
30 圧力制御弁
31 温度コントローラ
32 放射温度計
50 膜厚測定器
Claims (14)
- 研磨テーブル上の研磨パッドに研磨対象の基板を押圧して基板の被研磨面を研磨する研磨装置において、
研磨パッドに向けて気体を噴射する少なくとも1つの気体噴射ノズルと、
前記少なくとも1つの気体噴射ノズルを保持するとともに前記気体噴射ノズルに気体を供給する気体供給部とを備え、前記少なくとも1つの気体噴射ノズルから気体を噴射して研磨パッドに吹き付けて研磨パッドの表面の温度調整を行うようにし、
前記少なくとも1つの気体噴射ノズルの直下の点を通り、研磨パッドの回転中心を中心とする同心円を描き、同心円上の前記直下の点における接線方向を研磨パッドの回転接線方向と定義すると、前記少なくとも1つの気体噴射ノズルの気体噴射方向は、前記回転接線方向に対して前記研磨パッドの回転中心側に傾いていることを特徴とする研磨装置。 - 研磨テーブル上の研磨パッドに研磨対象の基板を押圧して基板の被研磨面を研磨する研磨装置において、
研磨パッドに向けて気体を噴射する少なくとも1つの気体噴射ノズルと、
前記少なくとも1つの気体噴射ノズルを保持するとともに前記気体噴射ノズルに気体を供給する気体供給部とを備え、研磨液を研磨パッドに供給して基板の研磨中に、前記少なくとも1つの気体噴射ノズルから気体を噴射して研磨パッドに吹き付けて研磨パッドの表面の温度調整を行うようにし、
前記少なくとも1つの気体噴射ノズルの気体噴射方向は、前記研磨パッドの表面に対して垂直ではなく、前記研磨パッドの回転方向側に傾いていることを特徴とする研磨装置。 - 前記少なくとも1つの気体噴射ノズルの前記研磨パッドの表面からの高さを調整可能であることを特徴とする請求項1または2に記載の研磨装置。
- 前記気体噴射ノズルの気体噴射方向の前記回転接線方向に対する角度は、15°〜35°に設定されていることを特徴とする請求項1記載の研磨装置。
- 前記気体噴射ノズルの気体噴射方向と前記研磨パッドの表面とのなす角は、30°〜50°に設定されていることを特徴とする請求項2記載の研磨装置。
- 前記少なくとも1つの気体噴射ノズルから噴射される気体の流量を制御する制御弁と、
前記研磨パッドの温度を検出する温度計と、
前記研磨パッドの制御目標温度である設定温度と前記温度計により検出された研磨パッドの検出温度とを比較して前記制御弁の弁開度を調整することにより、前記少なくとも1つの気体噴射ノズルから噴射される気体の流量を制御するコントローラとを備えたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の研磨装置。 - 前記コントローラは、前記研磨パッドの設定温度と前記研磨パッドの検出温度との差に基づきPID制御により前記制御弁の弁開度を調整することにより、前記少なくとも1つの気体噴射ノズルから噴射される気体の流量を制御することを特徴とする請求項6記載の研磨装置。
- 研磨テーブル上の研磨パッドに研磨対象の基板を押圧して基板の被研磨面を研磨する研磨方法において、
気体供給部から気体を少なくとも1つの気体噴射ノズルに供給し、前記少なくとも1つの気体噴射ノズルから研磨パッドに向けて気体を噴射して研磨パッドに吹き付けて研磨パッドの表面の温度調整を行い、
前記少なくとも1つの気体噴射ノズルの直下の点を通り、研磨パッドの回転中心を中心とする同心円を描き、同心円上の前記直下の点における接線方向を研磨パッドの回転接線方向と定義すると、前記少なくとも1つの気体噴射ノズルの気体噴射方向は、前記回転接線方向に対して前記研磨パッドの回転中心側に傾いていることを特徴とする研磨方法。 - 研磨テーブル上の研磨パッドに研磨対象の基板を押圧して基板の被研磨面を研磨する研磨方法において、
研磨液を研磨パッドに供給して基板の研磨中に、気体供給部から気体を少なくとも1つの気体噴射ノズルに供給し、前記少なくとも1つの気体噴射ノズルから研磨パッドに向けて気体を噴射して研磨パッドに吹き付けて研磨パッドの表面の温度調整を行い、
前記少なくとも1つの気体噴射ノズルの気体噴射方向は、前記研磨パッドの表面に対して垂直ではなく、前記研磨パッドの回転方向側に傾いていることを特徴とする研磨方法。 - 前記少なくとも1つの気体噴射ノズルの前記研磨パッドの表面からの高さを調整することを特徴とする請求項8または9に記載の研磨方法。
- 前記気体噴射ノズルの気体噴射方向の前記回転接線方向に対する角度は、15°〜35°に設定されていることを特徴とする請求項8記載の研磨方法。
- 前記気体噴射ノズルの気体噴射方向の前記研磨パッドの表面に対する角度は、30°〜50°に設定されていることを特徴とする請求項9記載の研磨方法。
- 前記少なくとも1つの気体噴射ノズルから噴射される気体の流量を制御弁によって制御するとともに前記研磨パッドの温度を温度計により検出し、
前記研磨パッドの制御目標温度である設定温度と前記温度計により検出された研磨パッドの検出温度とを比較して前記制御弁の弁開度を調整することにより、前記少なくとも1つの気体噴射ノズルから噴射される気体の流量を制御することを特徴とする請求項8乃至12のいずれか1項に記載の研磨方法。 - 前記研磨パッドの設定温度と前記研磨パッドの検出温度との差に基づきPID制御により前記制御弁の弁開度を調整することにより、前記少なくとも1つの気体噴射ノズルから噴射される気体の流量を制御することを特徴とする請求項13記載の研磨方法。
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