JP7333709B2 - CMP equipment - Google Patents

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Description

本発明は、CMP装置に関し、特に、化学的機械的研磨法(CMP:Chemical Mechanical Polishing)を用いてウェハを研磨するCMP装置に関する。 The present invention relates to a CMP apparatus, and more particularly to a CMP apparatus that polishes a wafer using chemical mechanical polishing (CMP).

ウェハ研磨装置としては、ウェハの表面に形成された酸化膜等を研磨するCMP研磨装置が知られている。CMPによる研磨は、研磨定盤に貼付された研磨パッドとウェハとを回転させながら、ウェハを研磨パッドに所定の圧力で押し付け、研磨パッドとウェハとの間に研磨材(スラリー)を供給することによって行われる。 As a wafer polishing apparatus, a CMP polishing apparatus for polishing an oxide film or the like formed on the surface of a wafer is known. Polishing by CMP involves pressing the wafer against the polishing pad with a predetermined pressure while rotating the polishing pad attached to the polishing surface plate and the wafer, and supplying an abrasive (slurry) between the polishing pad and the wafer. done by

このようなCMP研磨装置として、特許文献1記載のCMP装置が知られている。このCMP装置100では、筐体B内に光源と光源に照射されたウェハ1を撮影するカメラCとを配置し、ウェハ1の状態を観察する。なお、符号は、特許文献1に記載されたものである。 As such a CMP polishing apparatus, a CMP apparatus described in Patent Document 1 is known. In this CMP apparatus 100, a light source and a camera C for photographing the wafer 1 illuminated by the light source are arranged in a housing B, and the state of the wafer 1 is observed. In addition, the code|symbol is described in patent document 1. FIG.

また、特許文献2記載のウェハ研磨装置10では、保持ヘッド14の近傍で研磨パッド20上に設定された検出箇所92の温度変化を検出する放射温度計90を設け、ウェハのスリップアウトを検出する。なお、符号は、特許文献2に記載されたものである。 Further, in the wafer polishing apparatus 10 described in Patent Document 2, a radiation thermometer 90 is provided for detecting temperature change at a detection point 92 set on the polishing pad 20 near the holding head 14 to detect slip-out of the wafer. . In addition, the code|symbol is described in the patent document 2. FIG.

特開2006-114714号公報JP 2006-114714 A 特開2007-134478号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-134478

しかしながら、特許文献1記載のCMP装置100では、筐体B内にカメラCを配置し、撮影された画像からウェハ1の状態を観察しなければならず、構成が煩雑で且つ対応が遅くなりがちであるという問題があった。 However, in the CMP apparatus 100 described in Patent Document 1, the camera C must be arranged in the housing B, and the state of the wafer 1 must be observed from the photographed image, which tends to complicate the configuration and slow response. There was a problem that

また、特許文献2記載のウェハ研磨装置では、研磨ヘッド14の近傍を常時観察する放射温度計90を設ける必要があり、構成が煩雑になるという問題があった。 Further, in the wafer polishing apparatus described in Patent Document 2, it is necessary to provide the radiation thermometer 90 for constantly observing the vicinity of the polishing head 14, which complicates the configuration.

そこで、研磨中のウェハの研磨異常を早期に且つ簡便に検知するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明は、この課題を解決することを目的とする。 Therefore, there arises a technical problem to be solved in order to quickly and simply detect the polishing abnormality of the wafer being polished, and an object of the present invention is to solve this problem.

上記目的を達成するために、本発明に係るCMP装置は、研磨ヘッドの収容部に収容されたウェハを研磨パッドに押し付けて研磨するCMP装置であって、前記ウェハの研磨中に前記収容部に向けて光を投射し、前記ウェハ又は研磨ヘッドからの反射光を受光して、前記反射光の波長に対する波形パターンを取得する光学式測定部と、前記ウェハの研磨中における前記ウェハ又は前記研磨ヘッドからの前記反射光の所定波長範囲に対する波形パターンである比較対象波形パターンと予め記憶された正常研磨時の反射光の所定波長範囲に対する波形パターンである正常研磨時波形パターンとを比較して、所定波長範囲の前記比較対象波形パターンに所定波長範囲の前記正常研磨時波形パターンに表れる特徴的な傾向が含まれていない場合に、前記特徴的な傾向に応じた複数の研磨異常のうち少なくとも1つの研磨異常を検知する異常検知部と、を備えている。 In order to achieve the above object, a CMP apparatus according to the present invention is a CMP apparatus that polishes a wafer accommodated in a housing portion of a polishing head by pressing it against a polishing pad, wherein the wafer is polished in the housing portion during polishing of the wafer. an optical measuring unit that projects light toward the wafer or the polishing head, receives the reflected light from the wafer or the polishing head, and obtains a waveform pattern corresponding to the wavelength of the reflected light; and the wafer or the polishing head during polishing of the wafer. A waveform pattern for comparison, which is a waveform pattern for a predetermined wavelength range of the reflected light from the normal polishing, is compared with a previously stored waveform pattern for normal polishing, which is a waveform pattern for a predetermined wavelength range of the reflected light during normal polishing . When the waveform pattern for comparison in the wavelength range does not include a characteristic tendency that appears in the waveform pattern during normal polishing in a predetermined wavelength range, at least one of a plurality of polishing abnormalities corresponding to the characteristic tendency and an abnormality detection unit that detects a polishing abnormality.

この構成によれば、研磨中の反射光の波形パターンと正常研磨時波形パターンとを比較して、正常研磨時波形パターンに表れる特徴的な傾向が研磨中の反射光の波形パターンに含まれているか否かを判定することにより、研磨異常を早期に且つ簡便に検知することができる。 According to this configuration, the waveform pattern of the reflected light during polishing is compared with the waveform pattern during normal polishing, and the characteristic tendency that appears in the waveform pattern during normal polishing is included in the waveform pattern of the reflected light during polishing. Abnormal polishing can be detected early and easily by determining whether or not there is.

また、本発明に係るCMP装置は、前記異常検知部が、前記比較対象波形パターンにおいて前記所定波長範囲内のシグナル値が予め設定された閾値未満である場合に、前記ウェハが研磨ヘッドから飛び出すスリップアウトの発生を検知することが好ましい。 Further, in the CMP apparatus according to the present invention, when the abnormality detection unit detects that the signal value within the predetermined wavelength range in the waveform pattern to be compared is less than a preset threshold value, the wafer slips out of the polishing head. It is preferable to detect the occurrence of an out.

この構成によれば、研磨中の反射光のシグナル値が、正常研磨時波形パターンに基づいて設定された特徴的な傾向である閾値未満まで減少したことを検知することにより、ウェハのスリップアウトを早期に且つ簡便に検知することができる。 According to this configuration, the slip-out of the wafer is prevented by detecting that the signal value of the reflected light during polishing has decreased below the threshold, which is a characteristic tendency set based on the waveform pattern during normal polishing. It can be detected early and easily.

また、本発明に係るCMP装置は、前記異常検知部が、前記比較対象波形パターンにおいて前記所定波長範囲内の反射率のピークが減少している場合に、前記ウェハが破損するウェハ割れの発生を検知することが好ましい。 Further, in the CMP apparatus according to the present invention, the abnormality detection unit detects the occurrence of wafer cracks that damage the wafer when the peak of reflectance within the predetermined wavelength range decreases in the waveform pattern to be compared. Detection is preferred.

この構成によれば、研磨中の反射光の反射率を示す波形パターンが、正常研磨時波形パターンに基づいて設定された特徴的な傾向である反射率のピーク(反射率の変動幅)が著しく減少したことを検知することにより、ウェハ割れを早期に且つ簡便に検知することができる。 According to this configuration, the waveform pattern indicating the reflectance of the reflected light during polishing has a characteristic tendency set based on the waveform pattern during normal polishing, that is, the peak of reflectance (fluctuation range of reflectance) is remarkable. By detecting the decrease, wafer cracks can be detected early and easily.

また、本発明に係るCMP装置は、前記異常検知部が、前記比較対象波形パターンにおいて所定膜厚内のFFT解析のピーク値が減少している場合に、前記ウェハが破損するウェハ割れの発生を検知することが好ましい。 Further, in the CMP apparatus according to the present invention, the abnormality detection unit detects the occurrence of wafer cracks that damage the wafer when the peak value of FFT analysis within a predetermined film thickness decreases in the waveform pattern to be compared . Detection is preferred.

この構成によれば、研磨中の反射光のFFT解析のピーク値が、正常研磨時波形パターンに基づいて設定された特徴的な傾向であるFFT解析のピーク値に比べて著しく減少したことを検知することにより、ウェハ割れを早期に且つ簡便に検知することができる。 According to this configuration, it is detected that the peak value of FFT analysis of the reflected light during polishing is significantly reduced compared to the peak value of FFT analysis, which is a characteristic tendency set based on the waveform pattern during normal polishing. By doing so, wafer cracks can be detected early and easily.

また、本発明に係るCMP装置は、前記異常検知部が、前記比較対象波形パターンにおいて前記所定波長範囲内の反射光強度が予め設定された閾値未満である場合に、前記ウェハ表面のメタル層が剥離する膜剥がれの発生を検知することが好ましい。 Further, in the CMP apparatus according to the present invention, when the abnormality detection unit detects that the reflected light intensity within the predetermined wavelength range in the waveform pattern to be compared is less than a preset threshold value, the metal layer on the wafer surface is It is preferable to detect the occurrence of peeling of the film.

この構成によれば、研磨中の反射光の光強度を示す波形パターンが、正常研磨時波形パターンに基づいて設定された特徴的な傾向である閾値未満まで減少したことを検知することにより、膜剥がれを早期に且つ簡便に検知することができる。 According to this configuration, by detecting that the waveform pattern indicating the light intensity of the reflected light during polishing has decreased below the threshold, which is a characteristic tendency set based on the waveform pattern during normal polishing, the film is Peeling can be detected early and simply.

本発明は、研磨中の反射光の波形パターンと正常研磨時波形パターンとを比較して、正常研磨時波形パターンに表れる特徴的な傾向が研磨中の反射光の波形パターンに含まれているか否かを判定することにより、研磨異常を早期に且つ簡便に検知することができる。 The present invention compares the waveform pattern of reflected light during polishing with the waveform pattern during normal polishing to determine whether the characteristic tendency that appears in the waveform pattern during normal polishing is included in the waveform pattern of reflected light during polishing. Abnormal polishing can be detected early and easily by determining whether the

本発明の一実施形態に係るCMP装置を模式的に示す斜視図。1 is a perspective view schematically showing a CMP apparatus according to one embodiment of the present invention; FIG. 研磨ヘッドの要部を模式的に示す縦断面図。FIG. 2 is a vertical cross-sectional view schematically showing main parts of the polishing head; 加工中にウェハの状態を観察している様子を示す模式図。FIG. 4 is a schematic diagram showing how the state of a wafer is observed during processing; 波長毎のシグナル値を示すグラフであり、(a)は正常に加工した場合を示し、(b)はスリップアウトが発生した場合を示す。It is a graph which shows the signal value for every wavelength, (a) shows the case where processing was normally performed, and (b) shows the case where slip-out occurred. 正常に加工を行った場合の各種データを示すグラフであり、(a)は波長毎の反射率を示し、(b)は膜厚値毎のパワースペクトラムを示す。It is a graph which shows various data at the time of normal processing, (a) shows the reflectance for every wavelength, (b) shows the power spectrum for every film thickness value. ウェハ割れが発生した場合の各種データを示すグラフであり、(a)は波長毎の反射率を示し、(b)は膜厚値毎のパワースペクトラムを示す。It is a graph which shows various data when a wafer crack generate|occur|produces, (a) shows the reflectance for every wavelength, (b) shows the power spectrum for every film thickness value. 波長毎の反射光強度を示すグラフであり、(a)は正常に加工した場合を示し、(b)は膜剥がれが発生した場合を示す。It is a graph which shows the reflected light intensity for every wavelength, (a) shows the case where it processed normally, (b) shows the case where film peeling generate|occur|produced.

本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下では、構成要素の数、数値、量、範囲等に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも構わない。 An embodiment of the present invention will be described based on the drawings. In addition, hereinafter, when referring to the number, numerical value, amount, range, etc. of the constituent elements, unless otherwise specified or clearly limited to a specific number in principle, it is limited to the specific number It does not matter if it is more than or less than a certain number.

また、構成要素等の形状、位置関係に言及するときは、特に明示した場合及び原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似又は類似するもの等を含む。 In addition, when referring to the shape and positional relationship of components, etc., unless otherwise specified or in principle clearly considered otherwise, etc. include.

また、図面は、特徴を分かり易くするために特徴的な部分を拡大する等して誇張する場合があり、構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。また、断面図では、構成要素の断面構造を分かり易くするために、一部の構成要素のハッチングを省略することがある。 In addition, the drawings may exaggerate characteristic parts by enlarging them in order to make the characteristics easier to understand. In addition, in cross-sectional views, hatching of some components may be omitted in order to facilitate understanding of the cross-sectional structure of the components.

図1は、本発明の一実施形態に係るCMP装置1を模式的に示す斜視図である。CMP装置1は、ウェハWの一面を平坦に研磨するものである。CMP装置1は、プラテン2と、研磨ヘッド10と、を備えている。 FIG. 1 is a perspective view schematically showing a CMP apparatus 1 according to one embodiment of the invention. The CMP apparatus 1 polishes one surface of the wafer W flat. A CMP apparatus 1 includes a platen 2 and a polishing head 10 .

プラテン2は、円盤状に形成されており、プラテン2の下方に配置された回転軸3に連結されている。回転軸3がモータ4の駆動によって回転することにより、プラテン2は図1中の矢印D1の方向に回転する。プラテン2の上面には、研磨パッド5が貼付されており、研磨パッド5上に図示しないノズルから研磨剤と化学薬品との混合物であるCMPスラリーが供給される。 The platen 2 is disc-shaped and connected to a rotating shaft 3 arranged below the platen 2 . As the rotating shaft 3 is driven by the motor 4 to rotate, the platen 2 rotates in the direction of arrow D1 in FIG. A polishing pad 5 is attached to the upper surface of the platen 2 , and CMP slurry, which is a mixture of abrasives and chemicals, is supplied from a nozzle (not shown) onto the polishing pad 5 .

研磨ヘッド10は、プラテン2より小径の円盤状に形成されており、研磨ヘッド10の上方に配置された回転軸10aに連結されている。回転軸10aが図示しないモータの駆動によって回転することにより、研磨ヘッド10は、図1中の矢印D2の方向に回転する。研磨ヘッド10は、図示しない昇降装置によって垂直方向Vに昇降自在である。研磨ヘッド10は、ウェハWを研磨する際に下降して研磨パッド5にウェハWを押圧する。研磨ヘッド10が研磨するウェハWは、図示しないウェハ搬送機構によって受け渡される。 The polishing head 10 is shaped like a disk having a diameter smaller than that of the platen 2 and is connected to a rotating shaft 10 a arranged above the polishing head 10 . The polishing head 10 rotates in the direction of arrow D2 in FIG. 1 by rotating the rotary shaft 10a driven by a motor (not shown). The polishing head 10 can be raised and lowered in the vertical direction V by a lifting device (not shown). The polishing head 10 descends to press the wafer W against the polishing pad 5 when the wafer W is polished. The wafer W to be polished by the polishing head 10 is transferred by a wafer transfer mechanism (not shown).

CMP装置1の動作は、図示しない制御手段によって制御される。制御手段は、CMP装置1を構成する構成要素をそれぞれ制御するものである。制御手段は、例えばコンピュータであり、CPU、メモリ等により構成される。なお、制御手段の機能は、ソフトウェアを用いて制御することにより実現されても良く、ハードウェアを用いて動作するものにより実現されても良い。 The operation of the CMP apparatus 1 is controlled by control means (not shown). The control means controls each component constituting the CMP apparatus 1 . The control means is, for example, a computer, and is composed of a CPU, a memory, and the like. Note that the function of the control means may be realized by controlling using software, or may be realized by operating using hardware.

次に、研磨ヘッド10について説明する。図2は、研磨ヘッド10の要部を模式的に示す縦断面図である。図3は、研磨ヘッド10の下部を模式的に示す縦断面図及び底面図である。 Next, the polishing head 10 will be explained. FIG. 2 is a vertical cross-sectional view schematically showing the essential parts of the polishing head 10. As shown in FIG. 3A and 3B are a longitudinal sectional view and a bottom view schematically showing the lower portion of the polishing head 10. FIG.

研磨ヘッド10は、ヘッド本体20と、キャリア30と、リテーナリング40と、メンブレンフィルム50と、バッキングフィルム60と、を備えている。 The polishing head 10 includes a head body 20, a carrier 30, a retainer ring 40, a membrane film 50, and a backing film 60.

ヘッド本体20は、回転軸10aに接続されており、回転軸10aと共に回転する。ヘッド本体20は、回転部21を介してヘッド本体20の下方に配置されたキャリア30に連結されており、ヘッド本体20及びキャリア30は連動して回転する。 The head body 20 is connected to the rotating shaft 10a and rotates together with the rotating shaft 10a. The head body 20 is connected to a carrier 30 arranged below the head body 20 via a rotating portion 21, and the head body 20 and the carrier 30 rotate together.

キャリア30には、キャリア30の周縁に等間隔に離間して配置されたエアライン31が設けられている。エアライン31の下端は、キャリア30の下面30aとメンブレンフィルム50との間に形成されたエア室Aに開口している。エアライン31は、図示しないエア供給手段としてのエア供給源に接続されており、エア室Aには、エアライン31を介してエアが導入される。エアライン31に供給されるエアの圧力は、図示しないレギュレータによって調整される。エア室A内に供給されたエアは、キャリア30の外周縁に形成されたリムによってメンブレンフィルム50の上方にエア層を形成し、メンブレンフィルム50全面を下方に押圧する。 The carrier 30 is provided with airlines 31 spaced at regular intervals along the periphery of the carrier 30 . A lower end of the airline 31 opens into an air chamber A formed between the lower surface 30 a of the carrier 30 and the membrane film 50 . The air line 31 is connected to an air supply source as air supply means (not shown), and air is introduced into the air chamber A via the air line 31 . The pressure of air supplied to the air line 31 is adjusted by a regulator (not shown). The air supplied into the air chamber A forms an air layer above the membrane film 50 by the rim formed on the outer periphery of the carrier 30, and presses the entire surface of the membrane film 50 downward.

ヘッド本体20とキャリア30との間には、キャリア押圧手段32が設けられている。キャリア押圧手段32は、図示しないエア供給源から供給されるエアによって膨張するエアバッグ等である。エア供給源から供給されるエアの圧力は、図示しないレギュレータによって調整される。キャリア押圧手段32は、供給されるエアの圧力に応じて、キャリア30を介してウェハWを研磨パッド5に押圧する。 A carrier pressing means 32 is provided between the head body 20 and the carrier 30 . The carrier pressing means 32 is an airbag or the like that is inflated by air supplied from an air supply source (not shown). The pressure of air supplied from the air supply source is adjusted by a regulator (not shown). The carrier pressing means 32 presses the wafer W against the polishing pad 5 via the carrier 30 according to the pressure of the supplied air.

リテーナリング40は、キャリア30の周囲を囲むように配置されている。リテーナリング40は、上面にメンブレンフィルム50が貼着されたリテーナリングホルダ41を備えている。 The retainer ring 40 is arranged to surround the carrier 30 . The retainer ring 40 includes a retainer ring holder 41 having a membrane film 50 adhered to its upper surface.

リテーナリングホルダ41は、例えば、ガラスエポキシ、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)又はポリフェニレンサルファイド(PPS)等の樹脂から成る。リテーナリングホルダ41は、円環状に形成されており、中央にウェハWを収容する収容ポケット41aを備えている。リテーナリングホルダ41は、スナップリング42を介してリテーナ押圧部材43に取り付けられている。ヘッド本体20とリテーナ押圧部材43との間には、リテーナ押圧手段44が設けられている。なお、符号45は、スナップリング42の上方を覆うカバーである。 The retainer ring holder 41 is made of resin such as glass epoxy, polyetheretherketone (PEEK), or polyphenylene sulfide (PPS), for example. The retainer ring holder 41 is formed in an annular shape and has a housing pocket 41a for housing the wafer W in the center. The retainer ring holder 41 is attached to the retainer pressing member 43 via the snap ring 42 . A retainer pressing means 44 is provided between the head body 20 and the retainer pressing member 43 . Reference numeral 45 denotes a cover that covers the snap ring 42 from above.

リテーナ押圧手段44は、図示しないエア供給源から供給されるエアによって膨張するエアバッグ等である。エア供給源から供給されるエアの圧力は、図示しないレギュレータによって調整される。リテーナ押圧手段44は、供給されるエアの圧力に応じて、リテーナ押圧手段44を介してリテーナリング40を研磨パッド5に押圧する。 The retainer pressing means 44 is an air bag or the like that is inflated by air supplied from an air supply source (not shown). The pressure of air supplied from the air supply source is adjusted by a regulator (not shown). The retainer pressing means 44 presses the retainer ring 40 against the polishing pad 5 via the retainer pressing means 44 according to the pressure of the supplied air.

メンブレンフィルム50は、収容ポケット41aを覆うようにリテーナリングホルダ41に貼着されており、エア室Aに圧縮空気が導入されると、空気圧で収容ポケット41a内に向かって弾性変形する。 The membrane film 50 is adhered to the retainer ring holder 41 so as to cover the storage pocket 41a, and when compressed air is introduced into the air chamber A, the membrane film 50 is elastically deformed into the storage pocket 41a by the air pressure.

バッキングフィルム60は、例えば、スウェードフィルムである。バッキングフィルム60は、その中心が研磨ヘッド10の回転軸10a上に位置決めされた状態でメンブレンフィルム50に貼着されている。バッキングフィルム60は、エア室Aに圧縮空気が導入されると、メンブレンフィルム50の弾性変形に伴って弾性変形してウェハWを加圧する。 The backing film 60 is, for example, a suede film. The backing film 60 is adhered to the membrane film 50 with its center positioned on the rotating shaft 10 a of the polishing head 10 . When compressed air is introduced into the air chamber A, the backing film 60 elastically deforms with the elastic deformation of the membrane film 50 to press the wafer W. As shown in FIG.

キャリア30の下面30aには、研磨ヘッド10の回転軸10aと同軸上に配置された図示しない弾性押圧部材が設けられている。弾性押圧部材は、例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂(PET)製、フッ素樹脂(PFA)製又はポニフェニレンサルファイド(PPS)製である。PFAは、吸水率が低く適度に柔軟性があって伸びや変形に強い。PPSは、吸水率が低く、伸びや変形に強い上、PFAに比べて安価である。 An elastic pressing member (not shown) arranged coaxially with the rotating shaft 10a of the polishing head 10 is provided on the lower surface 30a of the carrier 30. As shown in FIG. The elastic pressing member is made of, for example, polyethylene terephthalate resin (PET), fluorine resin (PFA), or polyphenylene sulfide (PPS). PFA has a low water absorption rate, is moderately flexible, and is resistant to elongation and deformation. PPS has a low water absorption rate, is resistant to elongation and deformation, and is less expensive than PFA.

弾性押圧部材は、複数のゾーンに区分されている。各ゾーンは、エア供給源から供給されるエアによって独立して膨張可能である。これにより、弾性押圧部材は、各ゾーンが独立して膨張可能に構成される。 The elastic pressing member is divided into multiple zones. Each zone is independently inflatable with air supplied from an air supply. Thereby, the elastic pressing member is configured such that each zone can be expanded independently.

このような構成のCMP装置1は、エア室A内に供給される圧縮空気によってキャリア30に加えられる押圧力がメンブレンフィルム50を介してウェハWに伝えられることで、均一な圧力分布でウェハWを研磨パッド5に押圧してウェハWを研磨することができる。 In the CMP apparatus 1 having such a configuration, the pressing force applied to the carrier 30 by the compressed air supplied into the air chamber A is transmitted to the wafer W via the membrane film 50, so that the wafer W is uniformly pressed with a uniform pressure distribution. can be pressed against the polishing pad 5 to polish the wafer W.

また、弾性押圧部材の各ゾーンを圧縮空気の圧力に応じてそれぞれ独立して膨張させることにより、各ゾーンを選択的に加圧して、ウェハWを局所的に研磨することができる。 In addition, by independently expanding each zone of the elastic pressing member according to the pressure of the compressed air, each zone can be selectively pressurized to polish the wafer W locally.

すなわち、CMP装置1では、ウェハWに作用する研磨圧力は、各ゾーン内のエア圧に応じて弾性押圧部材がメンブレンフィルム50を押圧する圧力と、エア室A内のエア圧に応じてメンブレンフィルム50がウェハWを押圧する圧力とを合算したものである。 That is, in the CMP apparatus 1, the polishing pressure acting on the wafer W is divided into the pressure with which the elastic pressing member presses the membrane film 50 according to the air pressure in each zone, and the pressure of the membrane film 50 according to the air pressure in the air chamber A. 50 is the sum of the pressure with which the wafer W is pressed.

また、CMP装置1は、加工中のウェハWの研磨異常を検知する検知機構70を備えている。図3に示すように、検知機構70は、光学式測定部71と、異常検知部72と、を備えている。なお、図3では、CMP装置1の構成を一部省略して図示する。 The CMP apparatus 1 also includes a detection mechanism 70 for detecting polishing abnormality of the wafer W being processed. As shown in FIG. 3 , the detection mechanism 70 includes an optical measurement section 71 and an abnormality detection section 72 . 3, the configuration of the CMP apparatus 1 is partially omitted.

光学式測定部71は、公知の膜厚測定器であり、ウェハWの被研磨面で反射した反射光を受光して、研磨加工時にリアルタイムでウェハWの膜厚を測定することができる。光学式測定部71は、例えば、レンズ73に複数の光ファイバー74、75を結束して接続して構成されている。光ファイバー74は、光源ユニット76に接続されている。光源ユニット76は、例えば、波長380~800nmの白色光を出射するハロゲン光源であるが、これに限定されるものではない。光ファイバー75は、分光器77に接続されている。 The optical measuring unit 71 is a well-known film thickness measuring device, and can measure the film thickness of the wafer W in real time during the polishing process by receiving reflected light reflected by the surface of the wafer W to be polished. The optical measurement unit 71 is configured by, for example, connecting a plurality of optical fibers 74 and 75 to a lens 73 in a bundle. The optical fiber 74 is connected to the light source unit 76 . The light source unit 76 is, for example, a halogen light source that emits white light with a wavelength of 380 to 800 nm, but is not limited to this. The optical fiber 75 is connected to a spectroscope 77 .

レンズ73は、プラテン2及び研磨パッド5に設けられた透明な観察窓80に対向して配置されている。レンズ73は、観察窓80に対して垂直に光を照射するものに限定されず、光路が反射部材等で屈折されても構わない。なお、観察窓80は、例えばアクリル製である。 The lens 73 is arranged to face a transparent observation window 80 provided in the platen 2 and polishing pad 5 . The lens 73 is not limited to irradiating light perpendicularly to the observation window 80, and the optical path may be refracted by a reflecting member or the like. Note that the observation window 80 is made of acrylic, for example.

光源ユニット76から出射された照射光は、光ファイバー74、レンズ73を介し観察窓80を透過してウェハWの被研磨面又は収容ポケット41aに向けて照射される。また、ウェハWの被研磨面又は収容ポケット41aで反射してレンズ73で受光された反射光は、光ファイバー75を介して分光器77に導かれる。 The irradiation light emitted from the light source unit 76 passes through the observation window 80 via the optical fiber 74 and the lens 73, and is irradiated toward the polished surface of the wafer W or the accommodation pocket 41a. Reflected light received by the lens 73 after being reflected by the surface to be polished of the wafer W or the storage pocket 41 a is guided to the spectroscope 77 via the optical fiber 75 .

異常検知部72には、正常に研磨を行った場合にウェハWの被研磨面で反射した反射波の波形パターン(正常研磨時波形パターン)及び正常研磨時波形パターンに表れる特徴的な傾向が予め記憶されている。なお、「特徴的な傾向」とは、正常研磨時波形パターンにおいて容易に比較可能な顕著な特徴を意味し、例えば複数の正常研磨時波形パターンを用意し、これらに共通する特徴を抽出することが考えられる。また、異常検知部72は、正常研磨時波形パターンと加工中のウェハWの被研磨面で反射した反射波の波形パターン(比較対象波形パターン)とを比較して異常の有無を判定する。 The abnormality detection unit 72 is preliminarily provided with a waveform pattern (normal polishing waveform pattern) of the reflected wave reflected by the surface to be polished of the wafer W when polishing is normally performed, and a characteristic tendency that appears in the normal polishing waveform pattern. remembered. In addition, the "characteristic tendency" means a remarkable feature that can be easily compared in the waveform pattern during normal polishing. can be considered. The abnormality detection unit 72 also compares the normal polishing waveform pattern with the waveform pattern of the reflected wave reflected by the polished surface of the wafer W being processed (comparison target waveform pattern) to determine whether there is an abnormality.

具体的には、異常検知部72は、スリップアウト、ウェハ割れ、膜剥がれ等の異常を検知する。以下、異常の内容毎に異常を検知する手順を図面に基づいて説明する。なお、研磨異常の種類はこれらに限定されるものではない。また、研磨異常の検知の方法は、以下で説明するものに限定されるものではない。 Specifically, the abnormality detection unit 72 detects abnormalities such as slip-out, wafer cracking, and film peeling. The procedure for detecting an abnormality for each content of the abnormality will be described below with reference to the drawings. The types of polishing abnormality are not limited to these. Also, the method of detecting polishing abnormality is not limited to the one described below.

[スリップアウト]
図4は、横軸に反射波の波長[nm]、縦軸にシグナル値を設定したグラフであり、図4(a)は正常に加工した場合であり、図4(b)はスリップアウトが発生した場合である。なお、図4(a)、(b)の横軸は、波長360~1100nmをデータ番号(0~1000)に代替したものである。
[Slip out]
Figure 4 is a graph in which the horizontal axis is the wavelength [nm] of the reflected wave and the vertical axis is the signal value. This is when it occurs. Note that the horizontal axes of FIGS. 4A and 4B are obtained by substituting data numbers (0 to 1000) for wavelengths of 360 to 1100 nm.

スリップアウトとは、ウェハWが研磨ヘッド10から飛び出すことを意味する。スリップアウトが生じると、本来はウェハWの被加工面で反射すべき反射光が、収容ポケット41aで反射する。これにより、ウェハWの被加工面で反射した場合の反射光の波形パターン(正常研磨時パターン)と収容ポケット41aで反射した場合の反射光の波形パターンとは一致しない。 Slip-out means that the wafer W jumps out of the polishing head 10 . When the slip-out occurs, the reflected light that should be reflected by the surface of the wafer W to be processed is reflected by the storage pocket 41a. As a result, the waveform pattern of the reflected light reflected by the surface to be processed of the wafer W (normal polishing pattern) does not match the waveform pattern of the reflected light reflected by the storage pocket 41a.

スリップアウトの検知を行う場合には、正常研磨時波形パターンとして反射波の波長及びシグナル値に関するものを用意する。そして、異常検知部72は、正常研磨時波形パターンにおける所定波長範囲内のシグナル値の特徴的な傾向を読み取り、所定の閾値を設定する。閾値は、例えば、所定の波長範囲内におけるシグナル値の平均値を僅かに下回るように設定されたり、所定の波長範囲内におけるシグナル値の最大値に応じて設定されることが考えられる。 When slip-out is to be detected, a waveform pattern relating to the wavelength and signal value of the reflected wave is prepared as the waveform pattern for normal polishing. Then, the abnormality detection unit 72 reads a characteristic tendency of signal values within a predetermined wavelength range in the normal polishing waveform pattern, and sets a predetermined threshold value. For example, the threshold may be set slightly below the average value of signal values within a predetermined wavelength range, or may be set according to the maximum value of signal values within a predetermined wavelength range.

図4(a)に示す正常研磨時波形パターンでは、ウェハWの被研磨面で反射した反射光の波長400~650nm内のシグナル値の平均値が0.82という特徴的な傾向を示しており、異常検知部72は、スリップアウトの発生を検知する閾値を0.5に設定した。 In the normal polishing waveform pattern shown in FIG. 4(a), the average value of the signal values within the wavelength range of 400 to 650 nm of the reflected light reflected by the polished surface of the wafer W shows a characteristic tendency of 0.82. , the abnormality detection unit 72 sets the threshold for detecting the occurrence of slip-out to 0.5.

次に、異常検知部72は、比較対象波形パターンが上述した閾値を下回っている場合には、スリップアウトが発生したと判定する。例えば、図4(b)に示すような波形パターンの場合には、波長400~650nm内のシグナル値の平均値が0.17となり、閾値0.5を下回っているから、異常検知部72は、スリップアウトの発生を検知する。 Next, the abnormality detection unit 72 determines that a slip-out has occurred when the waveform pattern to be compared is below the above threshold. For example, in the case of the waveform pattern as shown in FIG. , to detect the occurrence of slip-out.

[ウェハ割れ]
図5(a)は、横軸に波長[nm]、縦軸に反射率を設定した正常に研磨を行った場合のグラフである。図5(b)は、横軸に膜厚値[μm]、縦軸にパワースペクトラムを設定した正常に研磨を行った場合のFFT解析のグラフである。また、図6(a)は、横軸に波長[nm]、縦軸に反射率を設定したウェハ割れが発生した場合のグラフである。図6(b)は、横軸に膜厚値[μm]、縦軸にパワースペクトラムを設定したウェハ割れが発生した場合のFFT解析のグラフである。
[Wafer crack]
FIG. 5A is a graph in the case of normal polishing, in which the horizontal axis is the wavelength [nm] and the vertical axis is the reflectance. FIG. 5B is a graph of FFT analysis in the case of normal polishing, in which the horizontal axis is the film thickness value [μm] and the vertical axis is the power spectrum. FIG. 6(a) is a graph in which the horizontal axis is the wavelength [nm] and the vertical axis is the reflectance when cracking occurs in the wafer. FIG. 6(b) is a graph of FFT analysis when wafer cracking occurs, with the film thickness value [μm] on the horizontal axis and the power spectrum on the vertical axis.

ウェハ割れとは、ウェハWが破損することを意味する。ウェハ割れが生じると、反射光の光量が不足したり、反射光に乱れが生じる。このようにして、正常なウェハWの被加工面で反射した場合の反射光の波形パターン(正常研磨時パターン)と割れが生じたウェハWの被加工面で反射した場合の反射光の波形パターンとは一致しない。 Wafer cracking means that the wafer W is damaged. When wafer cracking occurs, the amount of reflected light becomes insufficient or the reflected light is disturbed. In this way, the waveform pattern of the reflected light when it is reflected by the surface to be processed of the normal wafer W (normal polishing pattern) and the waveform pattern of the reflected light when it is reflected by the surface to be processed of the wafer W with cracks. does not match the

ウェハ割れの検知を行う場合には、正常研磨時波形パターンとして図5(a)に示すような反射波の波長及び反射率に関するものを用意する。そして、異常検知部72は、正常研磨時波形パターンにおける特徴的な傾向を読み取る。例えば、図5(a)に示す波形パターンでは、反射率が約0.2を境にして大きく変動する、所謂ピークが存在する。 When wafer cracking is to be detected, a pattern relating to the wavelength and reflectance of the reflected wave as shown in FIG. 5A is prepared as a waveform pattern for normal polishing. Then, the abnormality detection unit 72 reads characteristic tendencies in the waveform pattern during normal polishing. For example, in the waveform pattern shown in FIG. 5(a), there is a so-called peak at which the reflectance fluctuates significantly around 0.2.

次に、異常検知部72は、上述した正常研磨波形パターンの傾向が研磨中に得られた反射波の比較対象波形パターンに表れていない場合には、ウェハ割れが発生したと判定する。例えば、図6(a)に示すような比較対象波形パターンの場合には、反射率の変動幅が著しく減少している。すなわち、図6(a)の波形パターンには、上述した正常研磨波形パターンの傾向が含まれておらず、異常検知部72は、ウェハWの破損を検知する。 Next, the abnormality detection unit 72 determines that wafer cracking has occurred when the above-described tendency of the normal polishing waveform pattern does not appear in the comparison target waveform pattern of the reflected wave obtained during polishing. For example, in the case of the waveform pattern to be compared as shown in FIG. 6(a), the fluctuation width of the reflectance is remarkably reduced. That is, the waveform pattern of FIG. 6A does not include the tendency of the normal polishing waveform pattern described above, and the abnormality detection unit 72 detects damage to the wafer W. FIG.

また、ウェハ割れの検知を行う場合には、正常研磨時波形パターンとして図5(b)に示すような膜厚値及びパワースペクトラムに関するものに基づいてウェハ割れの検知を行っても構わない。異常検知部72は、図5(b)に示すFFT解析の波形パターンでは、膜厚16μm付近において大きなピークが存在するという特徴的な傾向を読み取る。 Further, when detecting wafer cracks, wafer cracks may be detected based on the film thickness values and the power spectrum as shown in FIG. 5(b) as the waveform pattern during normal polishing. The abnormality detection unit 72 reads a characteristic tendency that a large peak exists near the film thickness of 16 μm in the waveform pattern of the FFT analysis shown in FIG. 5(b).

そして、異常検知部72は、上述した正常研磨波形パターンの傾向が研磨中に得られた反射波の比較対象波形パターンに表れていない場合には、ウェハ割れが発生したと判定する。例えば、図6(b)に示すような比較対象波形パターンの場合には、膜厚16μm付近のピークが大きく減少している。すなわち、図6(b)のFFT解析の波形パターンには、上述した正常研磨波形パターンの傾向が含まれておらず、異常検知部72は、ウェハWの破損を検知する。 If the above-described tendency of the normal polishing waveform pattern does not appear in the comparison target waveform pattern of the reflected wave obtained during polishing, the abnormality detection unit 72 determines that wafer cracking has occurred. For example, in the case of the comparative waveform pattern as shown in FIG. 6B, the peak near the film thickness of 16 μm is greatly reduced. That is, the waveform pattern of the FFT analysis in FIG. 6B does not include the tendency of the normal polishing waveform pattern described above, and the abnormality detection unit 72 detects the breakage of the wafer W. FIG.

[膜剥がれ]
図7は、横軸に波長[nm]、縦軸に波長毎の反射光強度R[%]を示すグラフであり、(a)は正常に加工した場合を示し、(b)は膜剥がれが発生した場合を示す。なお、反射光強度とは、反射光について、事前に取得したリファレンススペクトル、ダークスペクトルを考慮して演算されるものである。
[Film peeling]
FIG. 7 is a graph showing the wavelength [nm] on the horizontal axis and the reflected light intensity R [%] for each wavelength on the vertical axis. Indicates when it occurs. In addition, the reflected light intensity is calculated by considering the reference spectrum and the dark spectrum obtained in advance for the reflected light.

膜剥がれとは、ウェハW表面のメタル層が剥離することを意味する。膜剥がれが生じると、反射光の光強度が不足する。このようにして、正常なウェハWの被加工面で反射した場合の反射光の波形パターン(正常研磨時パターン)と膜剥がれが生じたウェハWの被加工面で反射した場合の反射光の波形パターンとは一致しない。 Film peeling means that the metal layer on the surface of the wafer W is peeled off. When film peeling occurs, the light intensity of the reflected light becomes insufficient. In this way, the waveform pattern of the reflected light when it is reflected by the surface to be processed of the normal wafer W (pattern during normal polishing) and the waveform of the reflected light when it is reflected by the surface to be processed of the wafer W where film peeling occurs. Does not match pattern.

膜剥がれの検知を行う場合には、正常研磨時波形パターンとして反射波の波長及び反射光強度に関するものを用意する。そして、異常検知部72は、所定の波長範囲内における反射光強度の閾値を設定する。閾値は、例えば、所定の波長範囲内における反射光強度の平均値を僅かに下回るように設定されることが考えられる。なお、波長範囲は、膜の種類に応じて任意に設定可能であり、例えば、銅の膜剥がれを検知する場合には、波長範囲を600~800nmに設定するのが好ましい。 When film peeling is to be detected, a waveform pattern relating to the wavelength of the reflected wave and the intensity of the reflected light is prepared as the normal polishing waveform pattern. Then, the abnormality detection unit 72 sets a threshold value of the reflected light intensity within a predetermined wavelength range. The threshold may be set, for example, slightly below the average reflected light intensity within a predetermined wavelength range. The wavelength range can be arbitrarily set according to the type of film. For example, when detecting peeling of a copper film, it is preferable to set the wavelength range to 600 to 800 nm.

図7(a)に示す正常研磨時波形パターンでは、ウェハWの被研磨面で反射した反射光の波長400~780nm内の反射光強度が100%を上回っているという特徴的な傾向を示しており、膜剥がれの発生を検知する反射光強度Rの閾値を100に設定した。 In the normal polishing waveform pattern shown in FIG. 7A, the reflected light intensity within the wavelength range of 400 to 780 nm of the reflected light reflected by the polished surface of the wafer W shows a characteristic tendency of exceeding 100%. Therefore, the threshold value of the reflected light intensity R for detecting the occurrence of film peeling was set to 100.

次に、異常検知部72は、比較対象波形パターンが上述した閾値を下回っている場合には、膜剥がれが発生したと判定する。例えば、図7(b)に示すような波形パターンの場合には、波長400~780nm内の反射光強度Rは閾値を大きく下回っているから、異常検知部72は、膜剥がれの発生を検知する。 Next, the abnormality detection unit 72 determines that film peeling has occurred when the waveform pattern to be compared is below the above-described threshold value. For example, in the case of the waveform pattern as shown in FIG. 7B, the reflected light intensity R within the wavelength range of 400 to 780 nm is significantly below the threshold, so the abnormality detection unit 72 detects the occurrence of film peeling. .

このようにして、上述した本実施形態に係るCMP装置1は、正常研磨時波形パターンと比較対象波形パターンとを比較して、正常研磨時波形パターンに表れる特徴的な傾向が比較対象波形パターンに含まれているか否かを判定することにより、研磨異常を早期に且つ簡便に検知することができる。 In this manner, the CMP apparatus 1 according to the present embodiment described above compares the waveform pattern during normal polishing with the waveform pattern to be compared, and the characteristic tendency that appears in the waveform pattern during normal polishing is found in the waveform pattern to be compared. Abnormal polishing can be detected early and simply by determining whether or not it is included.

さらに、膜厚測定に用いられる光学式測定部71を用いて研磨中の反射波の波形パターンを取得することにより、低コストで導入することができる。 Furthermore, by acquiring the waveform pattern of the reflected wave during polishing using the optical measurement unit 71 used for film thickness measurement, it can be introduced at low cost.

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなすことができ、そして、本発明が該改変されたものにも及ぶことは当然である。 It should be noted that the present invention can be modified in various ways without departing from the spirit of the present invention, and it is a matter of course that the present invention extends to the modified ones.

1 ・・・CMP装置
2 ・・・プラテン
3 ・・・回転軸
4 ・・・モータ
5 ・・・研磨パッド
10 ・・・研磨ヘッド
10a ・・・回転軸
20 ・・・ヘッド本体
21 ・・・回転部
30 ・・・キャリア
30a ・・・下面
31 ・・・エアライン
32 ・・・キャリア押圧手段
40 ・・・リテーナリング
41 ・・・リテーナリングホルダ
41a ・・・収容ポケット(収容部)
42 ・・・スナップリング
43 ・・・リテーナ押圧部材
44 ・・・リテーナ押圧手段
50 ・・・メンブレンフィルム
60 ・・・バッキングフィルム
70 ・・・検知機構
71 ・・・光学式測定部
72 ・・・異常検知部
73 ・・・レンズ
74、75・・・光ファイバー
76 ・・・光源ユニット
77 ・・・分光器
80 ・・・観察窓
A ・・・エア室
W ・・・ウェハ
Reference Signs List 1 CMP apparatus 2 Platen 3 Rotary shaft 4 Motor 5 Polishing pad 10 Polishing head 10a Rotary shaft 20 Head body 21 Rotating portion 30 Carrier 30a Lower surface 31 Air line 32 Carrier pressing means 40 Retainer ring 41 Retainer ring holder 41a Accommodating pocket (accommodating portion)
42 ... Snap ring 43 ... Retainer pressing member 44 ... Retainer pressing means 50 ... Membrane film 60 ... Backing film 70 ... Detection mechanism 71 ... Optical measuring section 72 ... Abnormality detector 73 Lenses 74, 75 Optical fiber 76 Light source unit 77 Spectroscope 80 Observation window A Air chamber W Wafer

Claims (5)

研磨ヘッドの収容部に収容されたウェハを研磨パッドに押し付けて研磨するCMP装置であって、
前記ウェハの研磨中に前記収容部に向けて光を投射し、前記ウェハ又は研磨ヘッドからの反射光を受光して、前記反射光の波長に対する波形パターンを取得する光学式測定部と、
前記ウェハの研磨中における前記ウェハ又は前記研磨ヘッドからの前記反射光の所定波長範囲に対する波形パターンである比較対象波形パターンと予め記憶された正常研磨時の反射光の所定波長範囲に対する波形パターンである正常研磨時波形パターンとを比較して、所定波長範囲の前記比較対象波形パターンに所定波長範囲の前記正常研磨時波形パターンに表れる特徴的な傾向が含まれていない場合に、前記特徴的な傾向に応じた複数の研磨異常のうち少なくとも1つの研磨異常を検知する異常検知部と、
を備えていることを特徴とするCMP装置。
A CMP apparatus for polishing by pressing a wafer housed in a housing portion of a polishing head against a polishing pad,
an optical measurement unit that projects light toward the housing unit during polishing of the wafer, receives reflected light from the wafer or the polishing head, and acquires a waveform pattern corresponding to the wavelength of the reflected light;
A waveform pattern for comparison , which is a waveform pattern for a predetermined wavelength range of the reflected light from the wafer or the polishing head during polishing of the wafer, and a previously stored waveform pattern for a predetermined wavelength range of the reflected light during normal polishing. When the comparison target waveform pattern in the predetermined wavelength range does not include the characteristic tendency that appears in the waveform pattern in the predetermined wavelength range when compared with the waveform pattern during normal polishing , the characteristic tendency is found. an abnormality detection unit that detects at least one polishing abnormality among a plurality of polishing abnormalities according to
A CMP apparatus comprising:
前記異常検知部は、前記比較対象波形パターンにおいて前記所定波長範囲内のシグナル値が予め設定された閾値未満である場合に、前記ウェハが研磨ヘッドから飛び出すスリップアウトの発生を検知することを特徴とする請求項1記載のCMP装置。 The abnormality detection unit detects occurrence of slip-out in which the wafer jumps out of the polishing head when a signal value within the predetermined wavelength range in the waveform pattern to be compared is less than a preset threshold value. 2. The CMP apparatus according to claim 1. 前記異常検知部は、前記比較対象波形パターンにおいて前記所定波長範囲内の反射率のピークが減少している場合に、前記ウェハが破損するウェハ割れの発生を検知することを特徴とする請求項1記載のCMP装置。 2. The abnormality detection unit detects occurrence of a wafer crack that breaks the wafer when a peak of reflectance within the predetermined wavelength range decreases in the waveform pattern to be compared . CMP apparatus as described. 前記異常検知部は、前記比較対象波形パターンにおいて所定膜厚内のFFT解析のピーク値が減少している場合に、前記ウェハが破損するウェハ割れの発生を検知することを特徴とする請求項1記載のCMP装置。 2. The abnormality detection unit detects occurrence of a wafer crack that breaks the wafer when a peak value of FFT analysis within a predetermined film thickness decreases in the waveform pattern to be compared . CMP apparatus as described. 前記異常検知部は、前記比較対象波形パターンにおいて前記所定波長範囲内の反射光強度が予め設定された閾値未満である場合に、前記ウェハ表面のメタル層が剥離する膜剥がれの発生を検知することを特徴とする請求項1記載のCMP装置。 The abnormality detection unit detects occurrence of film peeling, that is, peeling of a metal layer on the surface of the wafer, when the intensity of reflected light within the predetermined wavelength range in the waveform pattern to be compared is less than a preset threshold value. The CMP apparatus according to claim 1, characterized by:
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