JPH10106981A - 研磨装置および研磨方法 - Google Patents
研磨装置および研磨方法Info
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Abstract
どを正確に評価し、研磨量や研磨量のウエハ面内均一性
などを安定させることが可能な研磨装置および研磨方法
を提供する。 【解決手段】平板状試料の供給部2と、平板状試料の研
磨手段6と、研磨後の平板状試料の洗浄手段7と、研磨
量モニタ用の平板状試料の収納部4と、研磨量モニタ用
の平板状試料の被膜の膜厚測定手段5と、研磨量モニタ
用の平板状試料の被膜の膜厚測定結果に基づき製品用の
平板状試料の研磨条件を設定する手段47および/また
は研磨パッドの交換を判断する手段45を備える研磨装
置。
Description
有するウエハやガラス基板などの平板状試料を研磨する
研磨装置および研磨方法に関し、特にCMP(Chemical
Mechanical Polishing)法により絶縁膜などを研磨す
る研磨装置および研磨方法に関する。
合、あらかじめ研磨速度を測定しておき、その研磨速度
に基づいて研磨時間を見積もり、この研磨時間で研磨す
る方法が一般に行われている。この方法によれば、研磨
速度およびそのウエハ面内均一性が経時的に安定してい
る場合には、長時間ウエハを安定して研磨することがで
きる。
化や研磨スラリの品質のばらつきなどにより変化する。
そのため、研磨量を高精度に管理する必要がある場合や
研磨速度の経時変化が大きい場合には、研磨速度の経時
変化を考慮する必要がある。
して、段差形状のある被膜を備えたウエハを逐次研磨す
る際、研磨前後の被膜の膜厚を測定し、研磨速度を求
め、研磨時間を再設定する方法が提案されている(特開
平8−17768号公報)。
合わせて研磨時間を変化させていくので、研磨量を一定
に保つことができる。
品となるウエハ(以下、「製品ウエハ」と呼ぶ。)、す
なわち段差形状のある被膜を備えたウエハが研磨速度の
測定に用いられている。そのため、以下のような問題が
生じていた。
されているため、位置が少しずれると、例えばシリコン
からアルミニウムというように被膜の下地が変化する。
そのため、測定位置にずれがあると膜厚の測定値は不正
確になる。
ると、膜厚が大幅に変化する。そのため、膜厚を正確に
測定することが難しい。
の下地にTiNなどの中間膜が用いられることが多くな
っている。この場合、この中間膜の存在により膜厚の測
定精度が悪くなる。
用いた場合、膜厚の測定値が不正確になるおそれが大き
いという問題があった。膜厚の測定値が不正確な場合、
研磨量(研磨速度)の評価が不正確になり、研磨時間を
正確に決めることができなくなるので、目的とする適切
な研磨量を得られなくなる。
ハの段差部のない周辺部で膜厚測定することが考えられ
る。しかし、ウエハ周辺部の膜厚測定のみでは、重要な
ウエハ中央部の研磨状況の評価ができない。また、重要
な指標である研磨量のウエハ面内均一性の評価もできな
い。
した場合、次のような試運転を経て製品ウエハの研磨処
理が開始されている。
め、ならし研磨が行われる。これは、シリコンウエハ等
のならし研磨用のダミーウエハ(以下、「ダミーウエ
ハ」と呼ぶ)を試料台に載置して研磨を続けて研磨パッ
ドに研磨スラリを十分になじませる処理である。
ハ(以下、「モニタウエハ」と呼ぶ。)を用いて研磨状
況が安定したか否かがチェックされる。チェックは以下
のようにして行われる。あらかじめ被膜の膜厚が測定さ
れたモニタウエハを研磨する。このモニタウエハを洗浄
した後、光学式の膜厚計などを用いて被膜の膜厚を測定
し、研磨量および研磨速度を求める。あらかじめ求めて
おいたモニタウエハの研磨速度と製品ウエハの研磨速度
の比較換算表を用いて、モニタウエハの研磨速度から製
品ウエハの研磨時間を算出する。そして、製品ウエハの
研磨時間が装置に入力され、製品ウエハの研磨処理が開
始される。
が多く、効率が悪いという問題があった。
点を解決するためになされたものであり、定常的な研磨
において、研磨パッドや研磨スラリの劣化などに起因す
る研磨速度などの経時変化に対して、研磨速度などを正
確に評価し、研磨量や研磨量のウエハ面内均一性などを
安定させることが可能な研磨装置および研磨方法を提供
することを目的としている。
研磨を含む工程を効率良く行うことが可能な研磨装置お
よび研磨方法を提供することを目的としている。
被膜を有する平板状試料を研磨する研磨装置であって、
平板状試料の供給部と、平板状試料の研磨手段と、研磨
後の平板状試料の洗浄手段とを備え、さらに研磨量モニ
タ用の平板状試料の収納部と、研磨量モニタ用の平板状
試料の被膜の膜厚測定手段と、研磨量モニタ用の平板状
試料の被膜の膜厚測定結果に基づき製品用の平板状試料
の研磨条件を設定する手段を備えることを特徴としてい
る。
状試料を研磨する研磨装置であって、平板状試料の供給
部と、平板状試料の研磨手段と、研磨後の平板状試料の
洗浄手段とを備え、さらに研磨量モニタ用の平板状試料
の収納部と、研磨量モニタ用の平板状試料の被膜の膜厚
測定手段と、研磨量モニタ用の平板状試料の被膜の膜厚
測定結果に基づき研磨パッドの交換を判断する手段を備
えることを特徴としている。
状試料を研磨する研磨装置であって、平板状試料の供給
部と、平板状試料の研磨手段と、研磨後の平板状試料の
洗浄手段とを備え、さらに研磨量モニタ用の平板状試料
の収納部と、研磨量モニタ用の平板状試料の被膜の膜厚
測定手段と、研磨量モニタ用の平板状試料の被膜の膜厚
測定結果に基づき製品用の平板状試料の研磨開始を判断
する手段を備えることを特徴としている。
第3発明のいずれかの研磨装置であって、研磨量モニタ
用の平板状試料の収納部から、平板状試料の研磨手段、
研磨後の平板状試料の洗浄手段および研磨量モニタ用の
平板状試料の被膜の膜厚測定手段を経て、元の研磨量モ
ニタ用の平板状試料の収納部へ研磨量モニタ用の平板状
試料を搬送する搬送手段を備えることを特徴としてい
る。
置を用いた研磨方法であって、被膜を有する複数の製品
用の平板状試料を逐次研磨する際、研磨量モニタ用の平
板状試料の被膜を研磨し、洗浄した後、被膜の膜厚を測
定し、この膜厚測定結果に基づいて製品用の平板状試料
の研磨条件の設定を行うことを特徴としている。
置を用いた研磨方法であって、被膜を有する複数の製品
用の平板状試料を逐次研磨する際、研磨量モニタ用の平
板状試料の被膜を研磨し、洗浄した後、被膜の膜厚を測
定し、この膜厚測定結果に基づいて研磨パッドの交換の
判断を行うことを特徴としている。
置を用いた研磨方法であって、研磨パッドを交換した
後、ならし研磨用のダミー平板状試料を研磨し、次に研
磨量モニタ用の平板状試料の被膜を研磨し、洗浄して、
被膜の膜厚を測定し、この研磨量モニタ用の平板状試料
の被膜の膜厚測定結果に基づいて製品用の平板状試料の
研磨開始を判断することを特徴としている。
料とは、その表面にデバイスが形成される平板状試料で
あり、配線パターンなどの段差のある被膜を表面に備え
た試料である。研磨量モニタ用の平板状試料とは、研磨
状況の評価用として用いる平板状試料であり、熱酸化膜
や、例えばSiH4−O2系プラズマ酸化膜(P−SiO
膜)やTEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate : Si(OC
2H5)4 )−O2系プラズマ酸化膜(P−TEOS膜)等
のプラズマ酸化膜などの被膜が表面に形成された試料で
ある。なお、本発明の研磨量モニタ用の平板状試料は、
パターンのない平坦な被膜を備える試料であり、被膜の
膜厚は均一であることが好ましい。
板状試料の供給部とは別に研磨量モニタ用の平板状試料
の収納部を備えている。そのため、通常の研磨処理の際
には平板状試料の供給部から製品用の平板状試料を供給
し、研磨状況をモニタする際には研磨量モニタ用の平板
状試料の収納部から研磨量モニタ用の平板状試料を供給
することができる。
平板状試料の洗浄手段と、研磨量モニタ用の平板状試料
の被膜の膜厚測定手段とを備えているので、研磨量モニ
タ用の平板状試料を用いて正確に研磨量を測定すること
ができる。
磨量モニタ用の平板状試料の被膜の膜厚測定結果に基づ
き製品用の平板状試料の研磨条件を設定する手段を、ま
た第2発明の研磨装置にあっては研磨量モニタ用の平板
状試料の被膜の膜厚測定結果に基づき研磨パッドの交換
を判断する手段を備えている。
は、研磨量モニタ用の平板状試料を用いることにより得
られた正確な研磨量(研磨速度)や研磨量(研磨速度)
の平板状試料の面内均一性などから、製品用の平板状試
料の研磨条件を適切に設定することができる。
ことが可能であり、製品用の平板状試料の研磨量や研磨
量の試料面内均一性などを安定させることができる。
磨量モニタ用の平板状試料を用いることにより得られた
正確な研磨量(研磨速度)や研磨量(研磨速度)の平板
状試料の面内均一性などから、研磨パッドの交換の要否
を的確に判断することができる。
ことが可能であり、製品用の平板状試料の研磨量や研磨
量の試料面内均一性などを安定させることができる。
装置にあっては、研磨量モニタ用の平板状試料の収納部
を特に装置内に設けたので、研磨量モニタ用の平板状試
料の管理が容易になり、研磨量モニタの工程を製品用の
平板状試料の研磨工程に適宜組み込むことができる。
置の製品用の平板状試料の研磨条件を設定する手段およ
び第2発明の研磨パッドの交換を判断する手段に代え
て、製品用の平板状試料の研磨開始を判断する手段を備
えている。
法を実施することができる。すなわち、研磨パッドを交
換した後、平板状試料の供給部からならし研磨用のダミ
ー平板状試料を供給し、これを研磨し、研磨パッドに研
磨スラリを十分になじませる。次に研磨量モニタ用の平
板状試料の収納部から研磨量モニタ用の平板状試料を供
給し、これを研磨し、洗浄した後、被膜の膜厚を測定す
る。そしてこの研磨量モニタ用の平板状試料の被膜の膜
厚測定結果に基づいて製品用の平板状試料の研磨開始を
判断することができる。
らし研磨を含む工程をほとんど人が介入することなく効
率良く行うことができる。また、研磨量(研磨速度)を
正確に評価できるので、製品用の平板状試料の研磨開始
の際、製品用ウエハの研磨条件を適切に決定することが
できる。
平板状試料を研磨量モニタ用の平板状試料の収納部の元
の位置に戻すことができる。そのため、研磨量モニタ用
の平板状試料上の被膜の膜厚を厚くしておくことによ
り、研磨量モニタ用の平板状試料を繰り返し使用するこ
とができる。その結果、研磨量モニタ用の平板状試料の
効率良く使用でき、また研磨量モニタ用ウエハの研磨装
置への搬入および搬出の回数を減らし、研磨装置の稼働
率を向上させることができる。
いて説明する。以下、製品用のウエハを製品ウエハ、研
磨量モニタ用のウエハをモニタウエハ、ダミー用のウエ
ハをダミーウエハと呼ぶ。
置の1例を示すブロック図である。この研磨装置は、研
磨装置本体1と、これを制御する装置制御用計算機8と
からなっている。
ニタウエハ収納部4と、膜厚測定手段5と、研磨手段6
と、洗浄手段7と、ウエハ搬送手段11とを備えてい
る。
従い、研磨装置本体1の各部は協調して動作するように
構成されている。処理モードとして、例えば製品ウエハ
研磨処理、モニタウエハ収納処理、モニタウエハ研磨処
理、モニタウエハ回収処理などが設定される。
を研磨処理するモードである。製品ウエハは、ウエハ供
給部2に置かれた製品ウエハカセットから研磨手段6、
洗浄手段7へ搬送され、研磨および洗浄処理を施され、
ウエハ供給部2の製品ウエハカセットに戻される。
エハをモニタウエハ収納部4に収納するモードである。
モニタウエハは、ウエハ供給部2に置かれたモニタウエ
ハカセットから膜厚測定手段5へ搬送され、被膜の膜厚
を測定されて後、モニタウエハ収納部4へ収納される。
エハを研磨して研磨量を測定するモードである。モニタ
ウエハは、モニタウエハ収納部4から研磨手段6、洗浄
手段7へ搬送され、研磨および洗浄処理を施され、膜厚
測定手段5へ搬送され、被膜の膜厚を測定されて後、モ
ニタウエハ収納部4へ戻される。
エハをモニタウエハ収納部4から空のモニタウエハカセ
ットへ回収するモードである。モニタウエハは、モニタ
ウエハ収納部4からウエハ供給部2に置かれた空のモニ
タウエハカセットへ搬送され、回収される。
部42と、研磨状況判断部43と、一時停止指示部44
と、パッド交換判断部45と、パッド交換指示部46
と、研磨条件設定部47と、装置制御部48と、モード
選択部49とを備えている。
演算部とを備えている。膜厚記憶部は、膜厚測定手段5
にて求められた被膜の膜厚を記憶するものであり、演算
部は、膜厚記憶部に記憶されている研磨前の膜厚および
研磨後の膜厚から研磨量および研磨量を演算する指標
(以下、これを研磨状況指標と呼ぶ。)を算出するもの
である。
容範囲内にあるか否かを判断するものである。すなわ
ち、研磨状況に不具合がないかどうか、すなわち研磨が
適正かどうかを判断する。一時停止指示部44は、研磨
状況指標が許容範囲内にない場合、装置の一時停止を指
示するものである。
標から研磨パッドを交換するか否かを判断するものであ
る。パッド交換指示部46は、研磨パッドを交換すると
の判断の場合に、研磨パッド交換の指示を出すものであ
る。
条件を設定するものである。まず、研磨状況指標から研
磨条件の変更が必要か否かを判断する。研磨条件の変更
が必要と判断した場合に、研磨条件を変更する。
磨処理、モニタウエハ収納処理、モニタウエハ研磨処
理、モニタウエハ回収処理などから処理モードを選択す
るものである。装置制御部48は、これらの指示に基づ
き、研磨装置本体1に動作を指示するものである。
指標として、例えば、研磨量、研磨量のウエハ面内均一
性、研磨量のバッチ内均一性、研磨形状傾向値、平均研
磨速度などを用いることができる。なお、ここでは、複
数枚のウエハを同時に研磨できる装置の場合1回の研磨
を1バッチと呼ぶこととする。
のである。ウエハテーブル上には5枚のウエハが載置さ
れ、1バッチで5枚のウエハの研磨が可能である。ま
た、ウエハ上には、膜厚の測定点が17点設けられてい
る。
前の膜厚および研磨後の膜厚から求められる。ここで、
iは1バッチの5枚のウエハ、jはウエハ上の測定点を
示す。
チの平均研磨量x、ウエハ毎のウエハ面内の均一性σ
i、バッチ内均一性S、研磨形状傾向値Ki、平均研磨速
度Rpは式(1)〜式(10)により算出すれば良い。
ここで、maxは()内の最大値、minは()内の最
小値である。また、tmonはモニタウエハの研磨時間で
ある。なお、研磨形状傾向値は、この定義式からわかる
ように、ウエハ中央部とウエハ周辺部の研磨量の差の傾
向を見るものである。
る。
るフローチャートである。
め測定する(ステップS1)。この膜厚は、モニタウエ
ハの研磨前の膜厚として装置制御用計算機8の研磨状況
指標演算部42に記憶される。
納処理の際に行われ、研磨パッド交換後の試運転時など
に行われることが多い。既に、研磨パッド交換後の試運
転時に行われている場合は、このステップS1はとばし
て良い。
(ステップS2)。この研磨条件として、研磨パッド交
換後の試運転の結果により決定された研磨条件などを用
いれば良い。
御部48)に読み込まれる(ステップS3)。
製品ウエハを研磨し、洗浄する(ステップS4)。
る(ステップS5)。この判断は、製品ウエハの処理枚
数などで決めるようにすれば良い。例えば、製品ウエハ
を50枚(2カセット)処理する毎にモニタするなどと
決めれば良い。
テップS4)に戻る。
テップS6)に進む。
ウエハを研磨し、洗浄する(ステップS6)。モニタウ
エハの研磨条件は、製品ウエハの研磨条件と異ならせて
も良いし、同じにしても良い。
(ステップS7)。
研磨状況指標を算出する(ステップS8)。上述した研
磨量、研磨量のウエハ面内均一性、研磨量のバッチ内均
一性、研磨形状傾向値、平均研磨速度などを算出する。
判断する(ステップS9)。
か否かを判断するフローチャートの1例である。研磨量
のウエハ面内均一性σi、研磨量のバッチ内均一性S、
研磨形状傾向値Kiにより、研磨状況に不具合がないか
を判断するものである。
4%)、バッチ内均一性(S<±2%)および研磨形状傾
向値(Ki<±5%)が満たされているかどうかを評価す
る。そして、これらの指標のいずれかが許容範囲内にな
い場合、エラーを表示し処理を一時停止する。これらの
指標がすべて許容範囲内にある場合、研磨パッドを交換
するか否かの判断(図1のステップS10)に進む。
必要か否かを判断する(ステップS10)。例えば、平
均研磨速度Rpが所定の範囲内にあるか否かにより、判
断すれば良い。
理を一時停止する。研磨パッドの交換を含む試運転(ス
テップS11)を行い、モニタウエハの研磨前膜厚測定
(ステップS1)に戻り、処理を再開する。
製品ウエハの研磨条件変更の判断(ステップS12)に
進む。
件変更が必要か否かを判断する(ステップS12)。例
えば、研磨パッドの交換の判断と同じく、平均研磨速度
Rpが所定の範囲内にあるか否かにより、判断すれば良
い。
た場合、製品ウエハの研磨条件変更(ステップS13)
にて製品ウエハの研磨条件を適正な条件に変更する。そ
の後、この研磨条件を読み込み(ステップS3)、製品
ウエハの研磨処理(ステップS4)を再開する。
た場合、製品ウエハの研磨条件を変更せず、製品ウエハ
の研磨処理(ステップS4)を再開する。
3)における研磨条件の変更は、例えば研磨時間の変更
などによれば良い。その場合、あらかじめ求めておいた
モニタウエハの被膜の平均研磨速度と製品ウエハの被膜
の平均研磨速度の換算関数fを用いて、モニタウエハの
平均研磨速度Rpから製品ウエハの平均研磨速度Rp’を
求める。さらに目標研磨量xaimを製品ウエハの平均研
磨速度Rp’で割り、適正研磨時間tpを求める(式(1
1))。そして、製品ウエハの研磨時間を適正研磨時間
tpに設定すれば良い。
磨条件変更判断(ステップS10)を平均研磨速度Rp
により行う判定方法の1例について説明する。
の1例を説明する模式図である。平均研磨速度の目標値
Raimに対して、レベル1、レベル2およびレベル3の
範囲を設定する。そして、次のような判断をすれば良
い。
とき、研磨パッドの交換を指示する。平均研磨速度がR
pがレベル2の範囲にあるとき、研磨パッドの交換はし
ないが、製品ウエハの研磨時間の変更は行う。平均研磨
速度Rpがレベル1の範囲にあるときは、研磨パッドの
交換をせず、また製品ウエハの研磨時間の変更もしな
い。
ば、研磨量を正確に測定することが容易なモニタウエハ
を用いて研磨量を測定するので、研磨状況を正確に評価
することができる。そのため、研磨パッドや研磨スラリ
の劣化などに起因する研磨速度などの研磨状況の経時変
化に対して、研磨条件の変更や研磨パッドの交換により
対応することができるので、研磨量や研磨量のウエハ面
内均一性などを安定させることができる。
2発明の研磨装置を組み合わせた装置、および、第5発
明の研磨方法(研磨条件の変更判断)と第6発明の研磨
方法(研磨パッドの交換判断)が組合わせた方法の例で
あるが、それぞれ個別に実施しても所定の効果が得られ
ることは言うまでもない。
え、研磨条件の変更判断および設定のみ行う研磨装置お
よび研磨方法の場合、通常の操業工程において、製品ウ
エハの研磨量や研磨量のウエハ面内均一性などを安定さ
せることができる。
みを備え、研磨パッドの交換判断のみ行う研磨装置およ
び研磨方法の場合、研磨パッドの劣化を適切に判断し、
それにより、製品ウエハの研磨量や研磨量のウエハ面内
均一性などを安定させることができるのである。
ように、研磨状況判断(ステップS9)を設けている。
この研磨状況判断を設けることにより、研磨状況に不具
合がないかをまず判断し、不具合のある場合には処理を
一時停止し、不具合を解消することができる。その結
果、製品ウエハの研磨量や研磨量のウエハ面内均一性な
どをより安定させることができる。
プS10)および研磨条件変更判断(ステップS12)
には、平均研磨速度を用いたが、例えば研磨状況判断
(ステップS9)で説明した種々の研磨状況指標などを
用いても良い。逆に、研磨状況判断(ステップS9)
で、平均研磨速度などその他の指標を判断に用いても良
いことは言うまでもない。
研磨方法の他の実施の形態について説明する。
ブロック図である。この研磨装置は、研磨パッド交換後
の試運転を自動で実施するものである。この研磨装置
は、実施の形態1の装置と同じく、研磨装置本体1と、
これを制御する装置制御用計算機8とからなっている。
判断手段とモード選択部で選択される処理モードの種類
が、実施の形態1の装置と異なっている。
部42と、研磨開始判断部50と、一時停止指示部51
と、研磨条件初期設定部52と、装置制御部48と、モ
ード選択部49とを備えている。
の装置のそれと同じく、膜厚記憶部と演算部とを備え、
研磨前の被膜の膜厚と研磨後の膜厚とから研磨量等の研
磨状況指標を演算するものである。
が許容範囲内にあるか否かにより製品ウエハの研磨を開
始を判断するものである。一時停止指示部51は、研磨
開始判断部50の判断により、装置の一時停止の指示を
出すものである。
研磨開始の際、製品ウエハの研磨条件を設定するもので
ある。
るものであり、処理モードとして前述の製品ウエハ研磨
処理、モニタウエハ収納処理、モニタウエハ研磨処理、
モニタウエハ回収処理に加え、ダミーウエハ研磨処理が
設けられている。
エハによりならし研磨するモードである。ダミーウエハ
は、ウエハ供給部2に置かれたダミーウエハカセットか
ら研磨手段6、洗浄手段7へ搬送され、研磨および洗浄
処理を施され、ウエハ供給部2のダミーウエハカセット
に戻される。
それと同じく、研磨装置本体1に処理モードや研磨条件
などの指示し動作させるものである。
ーチャートである。このフローチャートは、研磨パッド
交換時の試運転を説明するものである。
1)。
め測定する(ステップS32)。この膜厚を装置制御用
計算機8の研磨状況指標演算部42に記憶させる。
る(ステップS33)。研磨パッドに研磨スラリを十分
になじませる。このバッチ数は、経験的に決めれば良
い。
ウエハを研磨し、洗浄する(ステップS34)。
(ステップS35)。膜厚測定は、光学式の膜厚計など
によれば良い。
研磨状況指標を算出する(ステップS36)。研磨量、
研磨量のウエハ面内均一性、研磨量のバッチ内均一性、
研磨形状傾向値、平均研磨速度などの研磨状況指標を算
出する。
かにより製品ウエハの研磨開始を判断する(ステップS
37)。この判断は、例えば図3の研磨状況判断と同様
のフローチャートに従って行えば良い。研磨状況指標が
許容範囲内にない場合、装置を一時停止し、例えば研磨
パッドの取付状況などを確認する。
テップS38)。例えば研磨条件の設定として研磨時間
を設定する場合、適正研磨時間tp(式(11))を研
磨時間として設定するなどすれば良い。
理を開始する。
ば、研磨パッドを交換した場合のならし研磨を含む工程
をほとんど人が介入することなく効率良く行うことがで
きる。また、研磨量を正確に測定することが容易なモニ
タウエハを用いて研磨量を測定するので、研磨状況を正
確に評価することができる。そのため、研磨量(研磨速
度)を正確に評価できるので、製品用の平板状試料の研
磨開始の際、製品用ウエハの研磨条件を適切に決定する
ことができる。
について説明する。この実施の形態は、上記の実施の形
態1と実施の形態2とを組み合わせた研磨装置であり、
それぞれの研磨方法を実施できるものである。また、こ
こでは、モニタウエハ収納部4の配置や、モニタウエハ
研磨処理などのいくつかの処理モードのウエハフローに
ついて、研磨装置の模式的な平面図を用いて、具体的に
説明する。
ブロック図である。この研磨装置は、研磨装置本体1
と、これを制御する装置制御用計算機8とからなってい
る。
b、2cと、モニタウエハ収納部4と、膜厚測定手段5
と、研磨手段6と、洗浄手段7と、ウエハ搬送手段11
とを備えている。研磨装置本体1の各部は、装置制御用
計算機8の処理モードの指示に従い協調して動作するよ
うに構成されている。
品ウエハの研磨工程である操業工程における判断手段A
と図11の研磨パッド交換後の試運転の工程における判
断手段Bの双方を切り替えられる構成となっている。そ
のため、定常的な製品ウエハの研磨工程にも研磨パッド
交換後の試運転にも対応することができる。
磨処理、モニタウエハ収納処理、モニタウエハ研磨処
理、モニタウエハ回収処理、ダミーウエハ研磨処理など
が設定されている。
模式的平面図である。
エハカセットが載置されるカセットポート2a、2bお
よびダミーウエハカセットが載置されるカセットポート
2cが設けられている。製品ウエハカセットは、装置手
前のカセット搬送装置30により自動的に搬送されて載
置される。ダミーウエハカセットは、ダミーウエハ研磨
処理のときにダミーウエハを供給する以外に、製品ウエ
ハ研磨処理のときには、5枚処理時(後述)において製
品ウエハに不足が生じた場合に、ダミーウエハを供給し
それを補う役割を持っている。
ト(カセット)4が設けられている。モニタウエハ収納ポ
ート4は25枚のウエハを収納できる。
テーブル21が配設されている。ウエハテーブル21の
上部には研磨パッドが取り付けられた研磨定盤(図示せ
ず)が配設されている。ウエハテーブル21はウエハ保
持部26が5つ設けられており、ウエハを5枚同時に研
磨できる構成となっている。
る。この洗浄部7には、スクラブ洗浄部およびスピン乾
燥部が配設されている。スクラブ洗浄部では、ポリビニ
ルアルコール(PVA)で作製されたスポンジを純水を
供給しながらウエハに接触させて洗浄する。スピン乾燥
部では、ウエハを高速自回転させ、ウエハ上の純水を吹
き飛ばすことで、ウエハを乾燥させる。
いる。
る。
り、分光器61、鏡筒62、光源63、対物レンズ6
4、オリフラ位置合わせ機構65、ウエハ保持台66
と、ハーフミラー67とを備えている。ウエハ保持台6
6は、回転機構、水平方向のスライド機構および昇降機
構を備えており、ウエハの任意の点を測定できる。
構65およびウエハセンタリング機構(図示せず)によ
り位置決めされる。その後、装置制御用計算機8の指示
による所定の測定位置が走査され、膜厚が測定される。
測定された膜厚は、装置制御用計算機8に送られて、記
憶される。
ハフロー、すなわちモニタウエハ収納処理、製品ウエハ
研磨処理、モニタウエハ研磨処理、モニタウエハ回収処
理、およびダミーウエハ研磨処理のウエハフローについ
て説明する。
フローを示す模式図である。
ハの入ったウエハカセット74が搬送され、カセットス
テージ2aに置かれる。次に搬送ロボット11aにより
このカセット74からモニタウエハが取り出され、膜厚
測定部5へ搬送される。
れ、この膜厚測定結果が装置制御用計算機8に記憶され
る。膜厚測定が終わったウエハは、搬送ロボット11a
によってウエハステージ13に置かれ、搬送ロボット1
1cにてウエハステージ13からモニタウエハ専用ポー
ト4へ搬送される。
専用ポート4に25枚のモニタウエハが蓄積される。な
お、この動作は、研磨パッド交換等のメンテナンス時に
行えば良い。
ローを示す模式図である。
の入ったウエハカセット71、72が搬送され、カセッ
トポート2a、2bに置かれる。
カセット71、72から取り出されウエハステージ13
に載置される。なお、図8では、カセット71から製品
ウエハが取り出される場合を示している。そして搬送ロ
ボット11cによりウエハステージ13からウエハロー
ドリフト22へ搬送される。
よりセンタリングされ、ロード側の搬送アーム23によ
りウエハテーブル21上のウエハ保持部26へ搬送さ
れ、真空吸着などにより保持される。
様に次のウエハが搬送されウエハ保持部26に保持され
る。これを5回繰り返し、全てのウエハ保持部26にウ
エハが保持される。
下し、スラリが供給されつつ研磨定盤およびウエハテー
ブルのいずれか一方または両方が回転し、製品ウエハの
表面が研磨される。
ハの表面がスクラブ洗浄され、アンロード側の搬送アー
ム25によりウエハ保持部26から取り外され、アンロ
ードリフト24へ搬送される。搬送ロボット11dによ
って搬出待機ポート(カセット)29へ搬送される。
様にウエハ保持部26に保持されていた次のウエハが、
搬出待機ポート29へ搬送される。これを5回繰り返
し、ウエハ保持部26に保持されていた研磨後のウエハ
が全て搬出待機ポート29へ搬送される。
をウエハ保持部26に保持させる工程が行なわれる。
は、順に搬送ロボット11dによって洗浄部7の方へ搬
送され、洗浄され、最後に乾燥される。その後、搬送ロ
ボット11bによりウエハステージ15に載置され、搬
送ロボット11aにより元のカセット71、72へ返さ
れる。
フローを示す模式図である。
ってモニタウエハ収納ポート4から取り出されウエハロ
ードリフト22に載置される。その後、製品ウエハと同
様に、前述の研磨、洗浄工程を経る。
りモニタウエハはウエハステージ15へ載置された後、
搬送ロボット11aにより膜厚測定部5へ搬送される。
れ、この膜厚測定結果が装置制御用計算機8に送られ
る。
ト11aによりウエハステージ13に置かれ、搬送ロボ
ット11cによりモニタカセット4へ戻される。
フローを示す模式図である。
りモニタウエハ収納ポート4からウエハステージ13に
置かれ、搬送ロボット11aにより、空のウエハカセッ
ト74に搬送される。
収納ポート4からカセット74に25枚のモニタウエハ
を回収する。このモニタウエハ回収の動作もまたモニタ
ウエハ収納の動作と同じく、研磨パッド交換等のメンテ
ナンス時に行えば良い。
フローを示す模式図である。
ポート2cに載置されたダミーウエハカセット73から
搬送ロボット11bにより取り出されまた戻される以外
は、図12に示した製品ウエハの研磨処理時のウエハフ
ローと同じである。
タウエハ収納処理、製品ウエハ研磨処理、モニタウエハ
研磨処理、モニタウエハ回収処理、およびダミーウエハ
研磨処理のそれぞれの処理モードを行うことができる。
ャートの試運転(ステップS11)に図7に示す試運転
のフローチャートを組み込むものである。すなわち、定
常的な製品ウエハの研磨工程である操業工程は、実施の
形態1で説明した方法により、研磨パッド交換後の試運
転の工程は、実施の形態2で説明した方法により行う。
なお、これらの操業工程と試運転の工程は、装置制御用
計算機8において、操業工程における判断手段Aと試運
転の工程における判断手段Bを切り替えることにより行
われる。
工程と試運転の工程を連続的に行うことができる。
もわかるように、実施の形態1、2、3のいずれの研磨
装置においても、モニタウエハ研磨処理モードにおい
て、モニタウエハはモニタウエハ収納部の元の位置に戻
すことが可能な構成となっている。また、装置制御用計
算機8の研磨状況指標演算部42は、膜厚記憶部を備え
ているので、モニタウエハの研磨後の膜厚を記憶するこ
とができる。そこで、研磨状況指標演算後にモニタウエ
ハの研磨後の膜厚を研磨前の膜厚として置き換えて記憶
させることにより、モニタウエハを繰り返し使用し、研
磨量を測定することが可能になる。すなわち、モニタウ
エハ上の被膜を十分に厚くしておけば、モニタウエハの
繰り返し使用が可能になる。その結果、モニタウエハを
効率良く使用でき、またモニタウエハ収納処理および回
収処理の回数を減らし、研磨装置の稼働率を向上させる
ことができる。
が、次の研磨処理の除去量に対して十分にあるかどうか
を判断する手段と、足りないと判断したときにモニタウ
エハの交換を指示する手段を装置制御用計算機8内に備
えることにより、モニタウエハの管理を容易にすること
ができる。
ートでは、モニタウエハ研磨処理による研磨状況指標の
結果は、ただちに製品ウエハの研磨条件および研磨パッ
ド交換に反映されるようになっているが、何バッチか後
の製品ウエハの研磨条件および研磨パッドの交換に反映
させて良いことは言うまでもない。
は、CMP法によるシリコンウエハ上の層間絶縁膜の平
坦化以外に、ブランケットタングステン(W)の平坦
化、ダマシン法での銅(Cu)配線の平坦化など種々の
研磨に使用できることは言うまでもない。
研磨状況を定期的にモニタし、研磨条件を変更する、研
磨パッドを交換するなどの処置を行うことで、研磨量や
研磨量のウエハ面内均一性などを安定させることができ
る。その結果、不良品を発生を抑え、歩留まりの良いプ
ロセスを実現できる。
効率良く行うことができる。
ある。
トである。
する模式図である。
ある。
る。
模式図である。
式図である。
模式図である。
模式図である。
模式図である。
ト) 4 モニタウエハ収納部(モニタウエハ収納ポート) 5 膜厚測定手段(膜厚測定部) 6 研磨手段(研磨部) 7 洗浄手段(洗浄部) 8 装置制御用計算機 11、11a、11b、11c、11d 搬送ロボット 13、15 ウエハステージ 21 ウエハテーブル 22 ウエハロードリフト 23 搬送アーム 24 ウエハアンロードリフト 25 搬送アーム 29 搬出待機ポート 30 カセット搬送装置 42 研磨状況指標演算部 43 研磨状況判断部 44 一時停止指示部 45 パッド交換判断部 46 パッド交換指示部 47 研磨条件設定部 48 装置制御部 49 モード選択部 61 分光器 62 鏡筒 63 光源 64 対物レンズ 65 オリフラ位置合わせ機構 66 ウエハ保持台 67 ハーフミラー 71、72、75 製品ウエハカセット 73 ダミーウエハカセット 74 モニタウエハカセット
Claims (7)
- 【請求項1】被膜を有する平板状試料を研磨する研磨装
置であって、平板状試料の供給部と、平板状試料の研磨
手段と、研磨後の平板状試料の洗浄手段とを備え、さら
に研磨量モニタ用の平板状試料の収納部と、研磨量モニ
タ用の平板状試料の被膜の膜厚測定手段と、研磨量モニ
タ用の平板状試料の被膜の膜厚測定結果に基づき製品用
の平板状試料の研磨条件を設定する手段を備えることを
特徴とする研磨装置。 - 【請求項2】被膜を有する平板状試料を研磨する研磨装
置であって、平板状試料の供給部と、平板状試料の研磨
手段と、研磨後の平板状試料の洗浄手段とを備え、さら
に研磨量モニタ用の平板状試料の収納部と、研磨量モニ
タ用の平板状試料の被膜の膜厚測定手段と、研磨量モニ
タ用の平板状試料の被膜の膜厚測定結果に基づき研磨パ
ッドの交換を判断する手段を備えることを特徴とする研
磨装置。 - 【請求項3】被膜を有する平板状試料を研磨する研磨装
置であって、平板状試料の供給部と、平板状試料の研磨
手段と、研磨後の平板状試料の洗浄手段とを備え、さら
に研磨量モニタ用の平板状試料の収納部と、研磨量モニ
タ用の平板状試料の被膜の膜厚測定手段と、研磨量モニ
タ用の平板状試料の被膜の膜厚測定結果に基づき製品用
の平板状試料の研磨開始を判断する手段を備えることを
特徴とする研磨装置。 - 【請求項4】研磨量モニタ用の平板状試料の収納部か
ら、平板状試料の研磨手段、研磨後の平板状試料の洗浄
手段および研磨量モニタ用の平板状試料の被膜の膜厚測
定手段を経て、元の研磨量モニタ用の平板状試料の収納
部へ研磨量モニタ用の平板状試料を搬送する搬送手段を
備えることを特徴とする請求項1、請求項2または請求
項3記載の研磨装置。 - 【請求項5】請求項1記載の研磨装置を用いた研磨方法
であって、被膜を有する複数の製品用の平板状試料を逐
次研磨する際、研磨量モニタ用の平板状試料の被膜を研
磨し、洗浄した後、被膜の膜厚を測定し、この膜厚測定
結果に基づいて製品用の平板状試料の研磨条件の設定を
行うことを特徴とする研磨方法。 - 【請求項6】請求項2記載の研磨装置を用いた研磨方法
であって、被膜を有する複数の製品用の平板状試料を逐
次研磨する際、研磨量モニタ用の平板状試料の被膜を研
磨し、洗浄した後、被膜の膜厚を測定し、この膜厚測定
結果に基づいて研磨パッドの交換の判断を行うことを特
徴とする研磨方法。 - 【請求項7】請求項3記載の研磨装置を用いた研磨方法
であって、研磨パッドを交換した後、ならし研磨用のダ
ミー平板状試料を研磨し、次に研磨量モニタ用の平板状
試料の被膜を研磨し、洗浄して、被膜の膜厚を測定し、
この研磨量モニタ用の平板状試料の被膜の膜厚測定結果
に基づいて製品用の平板状試料の研磨開始を判断するこ
とを特徴とする研磨方法。
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