TWI680833B - 拋光研磨處理中研磨量之模擬方法、拋光研磨裝置、電腦程式及記憶媒體 - Google Patents

拋光研磨處理中研磨量之模擬方法、拋光研磨裝置、電腦程式及記憶媒體 Download PDF

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Abstract

本發明係考慮直徑小之拋光墊從被研磨基板突出時，於基板邊緣附近產生之壓力集中，來進行拋光研磨量之模擬，提供一種研磨量之模擬方法，係模擬使用尺寸比研磨對象物小之研磨墊於拋光研磨研磨對象物時的研磨量，該模擬方法具有以下步驟：依研磨墊對研磨對象物之突出量，使用壓力感測器測定從前述研磨墊賦予研磨對象物之壓力分布；及依據突出量及測出之壓力分布，修正用於研磨量之模擬的壓力。

Description

拋光研磨處理中研磨量之模擬方法、拋光研磨裝置、電腦程式及記憶媒體
本發明係關於一種拋光研磨處理中研磨量之模擬方法，更詳細而言，係關於拋光研磨處理中研磨量模擬時之壓力修正值的算出方法。
近年來，隨著半導體元件之高積體化進步，電路配線微細化，積體元件之尺寸亦更加微細化。因此，需要實施研磨表面例如形成有金屬等膜之半導體晶圓，而將半導體晶圓表面加以平坦化的工序。一種平坦化法係利用化學機械研磨(CMP)裝置進行研磨。化學機械研磨裝置具有：研磨構件(研磨布、研磨墊等)；及保持半導體晶圓等之研磨對象物的保持部(上方環形轉盤、研磨頭、夾盤等)。而後，藉由將研磨對象物之表面(被研磨面)接觸於研磨構件表面，在研磨構件與研磨對象物之間供給研磨輔助劑(研磨液、藥劑、漿液、純水等)，而且使研磨構件與研磨對象物相對運動，來將研磨對象物表面研磨成平坦。習知化學機械研磨裝置之研磨，係藉由化學性研磨作用與機械性研磨作用進行良好之研磨。
一般之CMP研磨中，係將藉由上方環形轉盤保持之基板的被研磨面按壓於直徑比基板大之研磨面，在研磨面上供給作為研磨液之漿液，而且使研磨台與上方環形轉盤旋轉。藉此，研磨面與被研磨面滑動地相對移動來研磨被研磨面。
關於包含CMP之平坦化技術，近年來被研磨材料遍及多種，還對其研磨性能(例如平坦性及研磨損傷，進而生產性)之要求嚴格，又，隨伴導體裝置之微細化，對研磨性能及潔淨度之要求提高。在此種狀況下，CMP裝置中有一種使用尺寸比處理之基板小的拋光墊來拋光研磨處理基板。一般而言，尺寸比處理之基板小的拋光墊可將基板上局部產生之凹凸加以平坦化、僅研磨基板之特定部份、可依基板位置調整研磨量，其控制性優異。
為了謀求CMP研磨工序之工序效率化與平坦性的精度提高，重在精確預測研磨量，並依據其預測結果謀求效率佳之研磨條件(研磨裝置之控制參數等)的最佳化。因而，過去曾提出關於CMP之模擬。
關於研磨之模擬中，研磨量之預測為基礎。而過去所提供之關於研磨的各種模擬，研磨量之預測係按照普雷斯頓(Preston)公式h
Figure 105101353-A0305-02-0004-1
pvt。該普雷斯頓公式中，h係研磨對象物(被研磨物)之研磨速度(研磨量)，p係負荷(施加於研磨對象物之壓力)，v表示研磨體與研磨對象物的接觸相對速度(欲求出研磨量之部分區域的接觸相對速度)，t表示研磨時間。換言之，研磨量與壓力p、接觸相對速度v及研磨時間t之乘積成正比。另外，本說明書中，所謂「研磨量」一詞，亦包含在研磨對象物之各位置的研磨量，有時亦稱為研磨輪廓。
使用直徑比拋光研磨之如半導體晶圓的基板小的拋光墊進行拋光研磨時，當拋光墊之全面在基板內側時，從拋光墊對基板賦予之壓 力概略一定。但是，習知拋光墊從基板突出時，亦即，拋光墊之一部分從基板露出時，會在基板邊緣附近產生壓力集中。因而，藉由上述之普雷斯頓公式模擬拋光研磨量時，需要考慮突出時基板邊緣附近產生之壓力集中的影響。
因此，本案發明係將考慮直徑小之拋光墊從被研磨基板突出時在基板邊緣附近產生的壓力集中，來進行拋光研磨量之模擬作為1個課題。又，本案發明係將利用拋光研磨量之模擬決定最佳拋光研磨條件作為1個課題。
第一種形態提供一種研磨量之模擬方法，係模擬使用尺寸比研磨對象物小之研磨墊於拋光研磨研磨對象物時的研磨量，該方法具有以下步驟：依研磨墊對研磨對象物之突出量，使用壓力感測器測定從前述研磨墊賦予研磨對象物之壓力分布；及依據突出量及測出之壓力分布，修正用於研磨量之模擬的壓力。
第二種形態如第一種形態之方法，其中具有以下步驟：研磨墊對研磨對象物之各個突出量，將測出之賦予研磨對象物的壓力分布予以數值化；將數值化後之壓力分布沿著研磨對象物之半徑方向各突出量予以線性化；在研磨對象物對應之半徑方向合計各突出量之線性化的壓力分布；及將在研磨對象物對應之半徑方向位置的研磨墊之合計壓力分布除以研磨墊對研磨對象物之滯留距離，來決定壓力修正值。
第三種形態提供一種研磨量之模擬方法，係模擬使用尺寸比研磨對象物小之研磨墊於拋光研磨研磨對象物時之研磨量，該方法係模擬 拋光研磨中前述研磨墊之一部分超越前述研磨對象物而搖動時的研磨量。
第四種形態如第三種形態之方法，係使用修正前述研磨墊超越前述研磨對象物而搖動時產生之壓力集中的影響之壓力修正值，來計算研磨量。
第五種形態如第三種形態或第四種形態之方法，係計算為了達成賦予之目標研磨量所需的拋光研磨條件。
第六種形態如第五種形態之方法，其中計算之前述拋光研磨條件係前述研磨墊的搖動速度。
第七種形態提供一種電腦程式，係包含用於執行第三種形態至第六種形態中任何一種形態之模擬的命令。
第八種形態提供一種記憶媒體，係儲存第七種形態之電腦程式。
第九種形態提供一種拋光研磨裝置，係為了使用尺寸比研磨對象物小之研磨墊於拋光研磨研磨對象物，該拋光研磨裝置中，前述拋光研磨裝置係以在拋光研磨中前述研磨墊之一部分超越前述研磨對象物而搖動的方式構成，前述拋光研磨裝置具有模擬部，其係以在賦予之拋光研磨條件下，模擬研磨對象物之研磨量的方式構成。
第十種形態如第九種形態之拋光研磨裝置，其中前述模擬部係進行修正前述研磨墊超越前述研磨對象物而搖動時產生之壓力集中的影響之壓力修正。
第十一種形態如第九種形態或第十種形態之拋光研磨裝置，其中前述模擬部係計算為了達成賦予之目標研磨量所需的拋光研磨條 件。
第十二種形態如第十一種形態之拋光研磨裝置，其中計算之前述拋光研磨條件係前述研磨墊之搖動速度。
第十三種形態如第十一種形態或第十二種形態之拋光研磨裝置，其中具有為了測定研磨對象物之研磨量的感測器，前述模擬部比較關於在前述算出之拋光研磨條件下拋光研磨的研磨對象物而測定之研磨量，與前述作為目標之研磨量，未達成前述作為目標之研磨量時，依據前述測出之研磨量及前述作為目標之研磨量，計算所需之拋光研磨條件。
第十四種形態提供一種決定從研磨墊賦予研磨對象物之壓力修正值的方法，係用於模擬使用尺寸比研磨對象物小之研磨墊於拋光研磨研磨對象物時的研磨量，且具有以下步驟：依研磨墊對研磨對象物之突出量，使用壓力感測器測定從前述研磨墊賦予研磨對象物之壓力分布；及依據突出量及測出之壓力分布決定前述壓力的修正值。
第十五種形態如第十四種形態之方法，其中具有以下步驟：研磨墊對研磨對象物之各個突出量，將測出之賦予研磨對象物的壓力分布予以數值化；將數值化後之壓力分布沿著研磨對象物之半徑方向各突出量予以線性化；在研磨對象物對應之半徑方向合計各突出量之線性化的壓力分布；及將在研磨對象物對應之半徑方向位置的研磨墊之合計壓力分布除以研磨墊對研磨對象物之滯留距離，來決定壓力修正值。
300A‧‧‧拋光研磨裝置
400‧‧‧拋光台部
410‧‧‧驅動機構
500‧‧‧拋光頭部
502‧‧‧拋光墊
600‧‧‧拋光臂部
912‧‧‧ITM(膜厚感測器)
920‧‧‧控制部
930‧‧‧資料庫
1000‧‧‧板型壓力感測器
A、B、C、p‧‧‧壓力
F‧‧‧指定之力
OH‧‧‧突出
W‧‧‧晶圓
第一圖係從側面觀看以拋光墊拋光研磨晶圓W時之情形圖，且係同時顯示對晶圓位置之滑動距離的曲線圖。
第二圖係顯示以拋光墊拋光研磨晶圓W時晶圓邊緣部分產生之壓力集中的圖。
第三圖係顯示測定從拋光墊賦予晶圓W之壓力程度時的配置圖。
第四圖係概略顯示第三圖所示之壓力測定結果圖。
第五圖係將從拋光墊賦予晶圓W之壓力程度予以數值化的圖。
第六圖係將從拋光墊賦予晶圓W之壓力程度予以數值化的圖。
第七圖係顯示各突出量中對晶圓位置之壓力比的曲線圖。
第八圖係顯示各使用壓力中對晶圓位置之壓力比的曲線圖。
第九圖係將晶圓上之拋光墊的中心位置作為橫軸，將晶圓位置作為縱軸，顯示壓力比之繪製圖。
第十圖係顯示各晶圓位置對晶圓上之拋光墊中心位置的壓力比之曲線圖。
第十一圖係顯示壓力修正值之一例的曲線圖。
第十二圖係顯示考慮突出時之壓力修正的研磨輪廓之一例的曲線圖。
第十三圖係表示使用不同之壓力A、B、C，此外在同一條件下實際拋光研磨時之研磨量的曲線圖。
第十四圖係顯示第十三圖所示之各壓力A、B、C下的壓力係數曲線圖。
第十五圖係顯示作為目標之晶圓的研磨輪廓之例圖。
第十六圖係顯示從晶圓中心朝向邊緣將拋光墊之搖動區間等間隔分割成8等分的狀態，進一步顯示壓力修正區間及搖動速度修正區間之圖。
第十七圖係顯示一種實施形態之算出搖動速度修正值的方法之概略圖。
第十八圖係顯示一種實施形態之算出搖動速度修正值的方法之概略圖。
第十九圖係顯示一種實施形態之拋光研磨裝置的概略圖。
第二十圖係顯示一種實施形態進行拋光研磨模擬之步驟的流程圖。
第二十一圖係顯示一種實施形態進行利用拋光研磨模擬之拋光研磨的步驟之流程圖。
以下，配合附圖說明本發明之拋光研磨量的模擬方法之實施形態。附圖中，在同一或類似之元件上住記同一或類似之參考符號，各實施形態之說明中，會省略關於同一或類似元件之重複說明。又，各實施形態所示之特徵，只要彼此不矛盾，亦可適用於其他實施形態。
拋光研磨處理中，使晶圓W(基板)及拋光墊502分別以一定旋轉速度旋轉，而且使拋光墊502對晶圓W以一定速度搖動進行拋光研磨時，拋光墊502與晶圓W之滑動距離如第一圖。
第一圖係從側面觀看拋光墊502在晶圓W上搖動而且拋光研磨晶圓W時之情形的概略圖，且顯示其下表示拋光墊502與晶圓W對晶圓W之位置的滑動距離之曲線圖。如第一圖所示，拋光墊502對晶圓W突出時，滑動距離朝向晶圓W之邊緣而減少。
滑動距離係拋光墊502與晶圓W之接觸相對速度與處理時間的乘積，藉由滑動距離乘上從拋光墊502賦予晶圓W之壓力，可從普雷斯頓公式算出研磨量。
拋光墊502在晶圓W內時，拋光墊502之壓力係概略一定，不 過拋光墊502從晶圓W突出時，如第二圖所示，在晶圓W邊緣附近產生壓力集中。
第二圖係從側面觀看拋光墊502在晶圓W上搖動而且拋光研磨晶圓W時之情形的概略圖。圖中箭頭表示壓力，箭頭愈長表示壓力愈大。在圖中實線所示之拋光墊502的位置時，由於拋光墊502全部在晶圓W內，因此，壓力如實線箭頭所示概略一定。但是，拋光墊502搖動至虛線的位置時，拋光墊502從晶圓W突出，而如圖中虛線箭頭所示地產生壓力集中。
因而，為了使用普雷斯頓公式精確模擬研磨量，需要考慮壓力集中。
本發明一種實施形態中，係測定拋光墊502突出時之壓力分布，並如下的算出壓力修正值。
首先，在拋光台400上配置晶圓W，夾著板型壓力感測器1000(觸覺感測器)，將拋光墊502以指定之力F按壓於晶圓W，測定作用於晶圓W之壓力。第三圖係表示測定作用於晶圓W之壓力時，拋光台400、拋光墊502、板型壓力感測器1000、拋光墊之配置的側視圖。藉由變更拋光墊502對晶圓W之位置，而改變突出量，各突出量測定壓力分布。
第四圖係概略顯示以板型壓力感測器測定之壓力分布圖。第四圖作為一例概略顯示突出量分別為0%、20%、及40%時之壓力分布。另外，在此處之突出量的百分比係拋光墊502之直徑從晶圓W突出的比率。例如，突出量係20%者，是指拋光墊502之直徑的20%在晶圓W外側。拋光墊之直徑若為100mm時，是指拋光墊之直徑的20mm跳出晶圓W外側。圖中實線之圓顯示拋光墊之區域。圖中虛線之弧顯示晶圓W邊緣的一部分。
如圖示，突出量係0%時(第四A圖)從拋光墊502賦予晶圓W之壓力概略一定。突出量為20%時(第四B圖)在晶圓W邊緣附近壓力增大，且愈朝向晶圓W內側壓力愈小。突出量為40%時(第四C圖)亦同樣地，在晶圓W邊緣附近壓力增大，且愈朝向晶圓W內側壓力愈小。圖中之「大」、「中」、「小」表示壓力的相對大小。另外，突出量為40%時者，壓力之變化比突出量為20%者大。
測定從拋光墊502賦予晶圓W之壓力的平面分布後，其次將測定區域分割成複數個區域，各分割區域將測定壓力予以數值化。
第五圖、第六圖作為一例係將第四圖之突出量為0%及40%時的壓力分布予以數值化者，且以灰色標度表現數值的大小。圖中顯示灰色愈濃數值愈大。又，圖中虛線之弧顯示晶圓W的邊界。
如第五圖所示，由於突出量為0%時，壓力分布概略一定，因此拋光墊502下之區域為一定數值，例如為1.0，並如圖示，以同一濃度的灰色表示。
第六圖係將突出量為40%時之壓力分布予以數值化者，且瞭解在晶圓W邊界產生壓力集中，在晶圓W邊界之壓力增大，且朝向晶圓W內側壓力減少。
其次，將如第五圖、第六圖而數值化之面內壓力的平面分布，沿著晶圓W之半徑方向予以線性化。具體而言，係算出在第五圖、第六圖之行方向(橫方向)的所謂晶圓圓周上之數值平均值，在晶圓W之半徑方向(第五圖、第六圖中之箭頭方向)將壓力分布予以線性化，算出對晶圓W之半徑方向的壓力比。
第七圖係顯示突出(OH)量為0%至40%之對晶圓W半徑方向的壓力比之曲線圖。橫軸係晶圓W之半徑方向位置，且晶圓W之直徑係300mm。換言之，晶圓W位置150mm者係晶圓W的邊緣位置。如第七圖所示，當突出量增大時，壓力比朝向晶圓W邊緣而增大。
藉由在實際使用之壓力範圍內改變從拋光墊502賦予晶圓W的壓力而反覆進行上述工序，可獲得各使用壓力下對晶圓W位置之壓力比。
第八圖作為一例表示在3個使用壓力下對晶圓W位置的壓力比曲線圖，且顯示突出(OH)量為20%時。從第八圖瞭解，即使變更使用壓力，各突出量中對晶圓W位置之壓力比不太改變。因而，不論使用壓力為何，亦可使用同一壓力比。
其次，從各使用壓力下對晶圓W位置之壓力比求出1個近似公式。近似公式可使用多項式函數、指數函數等任意數。
其次，從近似公式製作關於晶圓W位置及晶圓W上之拋光墊位置的壓力比繪製圖。第九圖顯示關於晶圓W位置及晶圓W上之拋光墊中心位置的壓力比繪製圖。橫軸係拋光墊在晶圓W上之位置，且愈向右前進愈接近晶圓W邊緣。縱軸表示晶圓W之位置，上端係晶圓W之中心，且下端係晶圓W之邊緣。第九圖中，壓力比以灰色標度之濃度表示，且顯示愈濃其壓力比愈大。另外，在晶圓W上不存在拋光墊502之區域的壓力比係0(零)，且整個拋光墊502在晶圓W上時(突出為0%)之壓力比係1.0。
其次，各對應之晶圓W位置合計晶圓W上在各拋光墊中心位置之壓力比。亦即，橫方向合計第九圖所示之壓力比。將各晶圓W位置合計之壓力比除以拋光墊直徑(不過，僅壓力比並非零之部位)，作為在各晶 圓位置之壓力修正值。
第十圖作為一例顯示在晶圓位置100mm、120mm、141mm、148mm部位，對晶圓W上之拋光墊中心位置的壓力比之曲線圖。在各晶圓位置之壓力修正值係各晶圓位置計算第十圖所示之曲線圖的面積，並將其面積除以拋光墊直徑(不過，僅壓力比並非零之部位)即可算出。作為一例之第十圖中以斜線顯示晶圓位置100mm時之面積，並以箭頭顯示拋光墊之直徑。
第十一圖係顯示藉由第十圖說明之方法算出在各晶圓位置的壓力修正值之曲線圖。如第十一圖所示，壓力修正值隨著接近晶圓邊緣而增大。
如以上所述，由於已決定在各晶圓W位置之壓力修正值，因此，普雷斯頓公式h
Figure 105101353-A0305-02-0013-2
pvt之壓力p可適用壓力修正值。第一圖所示之滑動距離為滑動速度與研磨時間的乘積。藉由該滑動距離乘上壓力p可算出研磨量。藉由將拋光墊502不從晶圓W突出時之概略一定的壓力p乘上各晶圓位置的壓力修正值，可計算考慮了拋光墊502之突出的研磨量。更具體而言，藉由將第一圖所示之滑動距離與概略一定之壓力p及第十一圖所示的壓力修正值相乘，可模擬晶圓之研磨量，換言之可模擬晶圓之研磨輪廓。第十二圖係顯示使用一定搖動速度、一定壓力，考慮突出時之壓力修正的研磨輪廓之一例的曲線圖。
如此，由於本案發明可模擬考慮了拋光墊之突出的晶圓研磨量，因此，可使用該模擬進行拋光處理裝置之各種設計參數的估計及最佳化。例如，可利用在拋光墊之直徑的最佳化；晶圓及拋光墊之轉數、轉數 比的最佳化；拋光墊在晶圓上之搖動區域的最佳化；拋光墊之搖動速度分布的最佳化等。另外，本案揭示之關於壓力測定的技術並非限定於上述實施形態者，亦可適用於將尺寸比加工對象物小之焊墊按壓於加工對象物時。
以下，說明使用上述拋光墊突出時之壓力修正值的研磨量模擬及研磨條件構成。
首先，說明使用拋光墊突出時之壓力修正值的研磨量之模擬。如上述，研磨量基本上可按照普雷斯頓(Preston)公式h
Figure 105101353-A0305-02-0014-3
pvt計算。該普雷斯頓公式中，h係研磨對象物(被研磨物)之研磨速度(研磨量)，p係負荷(施加於研磨對象物之壓力)，v係研磨體與研磨對象物之接觸相對速度(可求出研磨量之部分區域的接觸相對速度)，t係研磨時間。vt係研磨對象物(晶圓)與研磨墊(拋光墊)的滑動距離。研磨量基本上與滑動距離及壓力成正比，不過實際的研磨量依各種條件而異。因而，實際上係使用在各種條件下實施拋光研磨之經驗值作為參數係數，使研磨量之模擬精度提高。因此，研磨量係從滑動距離×壓力×壓力修正值×參數係數算出。
本實施形態係假設使拋光墊旋轉而且按壓於旋轉之晶圓來研磨晶圓。此時，係使拋光墊在晶圓上搖動來研磨整個晶圓。滑動距離可以另外市售之以軟體為基礎的模擬器來計算。前述第一圖之曲線圖顯示使以一定速度旋轉之拋光墊在以一定速度旋轉之晶圓上搖動時的滑動距離。
參數係數係從拋光研磨條件、及使用之修整液、漿液、拋光墊的種類等而算出。例如，可成為1個參數係數的壓力係數可藉由研磨量/壓力之比率來決定。第十三圖係表示使用不同之壓力A、B、C，此外在同一條件下實際拋光研磨時之研磨量的曲線圖。並藉由將第十三圖所示之研 磨量除以壓力來算出壓力係數。第十四圖係顯示各壓力A、B、C下之壓力係數曲線圖。同樣地，可從使用於拋光研磨之漿液流量及稀釋倍率、修整器及拋光墊種類等決定各種參數係數。實際參數係數之值可將在指定基線條件(例如壓力1psi，漿液流量0.3L/min，與晶圓之接觸面上形成有縱橫溝的拋光墊)下之係數設為「1」，將其他條件下之研磨量的變化程度作為各種參數係數。此等參數係數事先藉由實驗求出，並儲存於資料庫中。
使用拋光墊突出時之壓力修正值時，研磨量可藉由滑動距離×壓力×壓力修正值×參數係數而算出。上述第十二圖顯示藉由此種方法算出之研磨量(亦稱為研磨輪廓)的一例。
其次，說明使用研磨量之模擬，決定為了獲得希望研磨輪廓之研磨條件的方法。此時，考慮將拋光墊之旋轉速度、晶圓之旋轉速度、拋光墊對晶圓之接觸壓力作為使用者設定的給予值，決定拋光墊之搖動速度作為為了獲得希望之研磨輪廓的研磨條件。
第十五圖係顯示作為目標之晶圓的研磨輪廓之例圖。第十五圖顯示整個晶圓為平坦之研磨輪廓、隨著接近晶圓邊緣部分而研磨量減少的研磨輪廓、及隨著接近晶圓之邊緣部分而增大研磨量的研磨輪廓。以下，假設決定用於將整個晶圓研磨平坦之拋光墊的搖動速度，作為目標晶圓之輪廓來作說明。
首先，在使用者設定之研磨條件(拋光墊之旋轉速度、晶圓之旋轉速度、拋光墊對晶圓之接觸壓力等)下，以上述方法算出以等速之搖動速度的研磨輪廓。此時，如上述，藉由突出時之壓力集中及滑動距離的分布，如第十二圖所示，在晶圓之邊緣附近無法獲得平坦之研磨輪廓。 因此，調整拋光墊滯留於晶圓上的時間，求出使整個晶圓平坦之搖動速度分布。
為了求出拋光墊之搖動速度分布，係從晶圓中心朝向邊緣分割晶圓位置。本實施形態係以整個晶圓研磨平坦之方式，各分割區域決定搖動速度。第十六圖作為一例顯示從晶圓中心朝向邊緣將拋光墊之搖動區間等間隔分割成8等分的圖。其他實施形態之分割數亦可並非8而比其大或比其小。又，各分割區域亦可並非等間隔，例如亦可在晶圓之邊緣附近分割更細。
由於拋光墊具備一定面積，因此修正搖動速度之區間，與如上述考慮突出而進行壓力修正之壓力修正區間不同。具體而言，如第十六圖所示，拋光墊從中心朝向邊緣搖動，從拋光墊進入壓力修正區間之處起為搖動速度修正區間開始。
其次，參照第十七圖、第十八圖說明搖動速度修正區間之修正值的算出方法。第十七圖中，拋光墊從晶圓中心朝向邊緣搖動時，在拋光墊之I、II、III位置進行壓力修正的研磨輪廓如第十七圖之下側所示。第十七圖之I、II、III間的曲線對應於在拋光墊I、II、III間之位置進行壓力修正的研磨輪廓。如以下之說明，藉由合成此等軌跡可算出搖動區間之修正值。
為了算出搖動速度修正值，如第十八圖所示，使在拋光墊各位置進行壓力修正之研磨輪廓的搖動起點一致。使搖動起點一致之在拋光墊各位置進行壓力修正的研磨輪廓平均值成為搖動速度的修正值。以成為如搖動速度修正值之速度分布的方式使拋光墊在晶圓上搖動時，可獲得平 坦之研磨輪廓。亦可連續地控制搖動速度使拋光墊之搖動速度與搖動速度修正值一致。本實施形態如上述係以將搖動範圍分割8等分，在分割區域內成為一定速度的方式作控制。因而，從獲得之搖動速度修正值算出各分割區域的速度。第十八圖所示之實施形態中，各分割區域之搖動速度作為在對應之分割區域的搖動速度修正值之平均值。
如以上所示，可從使用者設定之研磨條件算出為了達成目標研磨輪廓(上述之例係全部平坦之研磨輪廓)的拋光墊搖動速度。如第十八圖所示，瞭解從使用者所設定之研磨條件與算出的拋光墊搖動速度模擬研磨量時，可獲得平坦之研磨輪廓。
其次，說明具有如上述模擬功能之拋光研磨裝置。第十九圖係顯示一種實施形態之拋光處理裝置300A的概略構成圖。如第十九圖所示，拋光處理裝置300A具備：設置晶圓W之台部400；安裝有用於在晶圓W之處理面進行處理的拋光墊502之頭部500；及保持頭部500之臂部600。拋光處理裝置300A進一步可具備：用於供給處理液之處理液供給系統；及用於進行拋光墊502之修整(Condition)的修整部。第十九圖中為了圖示的清晰化而省略了處理液供給系統及修整部。第十九圖所示之拋光墊502直徑比晶圓W小。作為一例之晶圓W的直徑為300mm時，拋光墊502直徑宜為100mm以下，直徑更宜為60~100mm。另外，處理液可使用DIW(純水)、洗淨藥劑、及如漿液之研磨液的至少1個。又，拋光墊502例如藉由發泡聚胺酯系之硬質墊、絨面(Suede)系之軟質墊、或海綿等形成。此時，在用於減低晶圓面內偏差之控制或二次加工中，拋光墊502與晶圓W之接觸區域愈小，愈可對應各種偏差。因而，拋光墊直徑應較小，具體而言，直徑係 70mm以下，並宜為50mm以下。拋光墊502之種類只須針對處理對象物之材質及應除去之污染物的狀態適切選擇即可。例如污染物埋入處理對象物表面時，亦可使用對污染物作用物理力更容易之硬質墊，亦即硬度及剛性高的墊作為拋光墊。另外，處理對象物例如係低介電材料(Low-k)膜等機械性強度小之材料時，為了減低對被處理面之損傷，亦可使用軟質墊。又，處理液係如漿液之研磨液時，因為處理對象物之除去速度及污染物的除去效率、以及有無發生損傷無法僅以拋光墊之硬度及剛性來決定，因此亦可適當選擇。又，亦可在此等拋光墊表面形成例如同心圓狀溝、XY溝、螺旋溝、放射狀溝之溝形狀。再者，亦可在拋光墊內設置至少1個以上貫穿拋光墊之孔，通過該孔供給處理液。又，拋光墊亦可使用例如PVA海綿等處理液可滲透之海綿狀材料。藉由此等有助於處理液在拋光面內流動分布之均勻化及可快速排出處理後除去的污染物。
台部400具有吸附晶圓W之機構來保持晶圓W。又，台部400可藉由驅動機構410在旋轉軸A周圍旋轉。又，台部400亦可藉由驅動機構410使晶圓W角度旋轉運動或漩渦運動。拋光墊502安裝於頭部500之與晶圓W相對的面。頭部500可藉由無圖示之驅動機構在旋轉軸B周圍旋轉。又，頭部500可藉由無圖示之驅動機構將拋光墊502按壓於晶圓W的處理面。臂部600可使頭部500如箭頭C所示地在晶圓W之半徑或直徑範圍內搖動。又，臂部600可使頭部500搖動至拋光墊502與無圖示之修整部相對的位置。
如第十九圖所示，拋光處理模組300A具備Wet-ITM(線內厚度監視器(In-line Thickness Monitor))912。Wet-ITM912之檢測頭在非接觸狀態下存在於晶圓上，藉由在整個晶圓上移動，可檢測(測定)晶圓W之 膜厚分布(或是與膜厚有關之資訊的分布)。另外，關於ITM，採用Wet-ITM於處理實施中可有效計測，不過亦可採用在拋光處理後計測的規格。
控制部920可控制拋光處理裝置之各種動作，並控制拋光墊502對晶圓之壓力、拋光頭部500之轉數、拋光台部400之轉數、拋光頭部500之搖動速度等。又，控制部920接收藉由ITM912所檢測之晶圓處理面的膜厚或相當於膜厚之信號。再者，控制部920具備使用者介面，接受由使用者輸入及/或選擇之拋光處理條件。控制部920具備：如上述計算拋光墊之壓力修正的功能；研磨量之模擬功能；及計算用於獲得希望之研磨輪廓的最佳拋光墊搖動速度分布之功能。另外，控制部920亦可由專用電腦或通用電腦構成。例如，藉由將包含用於執行上述各種控制功能、計算及模擬之命令的電腦程式安裝於通用電腦中而構成控制部920。又，此等電腦程式可儲存於硬碟、CD、DVD等通用記憶媒體。控制部920之使用者介面可利用螢幕、滑鼠、鍵盤、平板電腦等一般使用者介面。
又，拋光處理模組300A具備預先儲存有分別針對複數個研磨處理條件(拋光墊502對晶圓W之壓力、頭部500之轉數、拋光墊502對晶圓W之接觸時間)之研磨量的資料庫(記憶部)930。又，資料庫930中預先設定並儲存有晶圓W之研磨處理面的目標膜厚分布。再者，資料庫930中儲存有後述之研磨量模擬時所需的各種資料。
第二十圖係說明在拋光處理裝置300A中進行拋光研磨量之模擬及搖動速度最佳化的步驟流程圖。拋光研磨量之模擬及搖動速度的最佳化係由控制部920進行。
如第二十圖所示，首先開始拋光研磨模擬(步驟S100)。此 時，控制部920啟動模擬所需之軟體。
其次，輸入進行模擬之拋光研磨條件(步驟S102)。研磨條件例如為研磨對象物之晶圓的尺寸、拋光墊502之尺寸、拋光墊502按壓於晶圓之壓力、拋光頭部500之搖動範圍、拋光台部400之轉數、拋光墊502之轉數、拋光頭部500之搖動速度等。此等條件之輸入可經由設於控制部920的使用者介面來進行。
其次從輸入之研磨條件計算壓力修正值(步驟S104)。壓力修正值係拋光墊502突出時所需的壓力修正值，且可以上述方法計算，例如成為第十一圖所示者。使用之拋光墊的各尺寸及晶圓之各尺寸，藉由上述步驟預先藉由實驗決定壓力修正值，並記憶於資料庫930中，依在步驟S102所輸入之拋光研磨條件可使用所需之壓力修正值。
其次，從在步驟S102所輸入之拋光研磨條件及在步驟S104所計算之壓力修正值計算研磨量(步驟S106)。研磨量如上述，可使用普雷斯頓公式，從滑動距離×壓力×參數係數來記算。參數係數如上述預先藉由實驗等而決定，並藉由記憶於資料庫930中，可依在步驟S102所輸入之拋光研磨條件使用所需的參數係數。研磨量例如為第十二圖所示之研磨輪廓。
其次，計算目標之研磨輪廓與在步驟S106算出的研磨輪廓之差分(步驟S108)。該差分係研磨量修正值。目標之研磨輪廓亦可在步驟S102輸入，亦可在步驟S108之階段輸入。目標之研磨輪廓例如亦可選擇第十五圖所示之研磨輪廓。
其次，計算為了達成目標研磨輪廓所需的搖動修正區間及搖動速度修正值(步驟S110)。搖動速度修正值可以使用第十五圖~第十八圖 所說明的方法來計算。
其次，依據在步驟S110算出之搖動速度修正值更新在步驟S102所輸入的研磨條件(步驟S112)。具體而言，係將搖動速度以步驟S110算出之搖動速度來替換。
其次，以步驟S112所更新的研磨條件再度計算研磨量(步驟S114)。由於搖動速度被最佳化，因此計算目標的研磨輪廓。
最後，結束拋光研磨模擬(步驟S116)。
以下說明利用上述拋光研磨模擬之拋光研磨的方法。第二十一圖係顯示一種實施形態之利用拋光研磨模擬的拋光研磨方法之流程圖。拋光研磨例如可使用上述第十九圖所示之拋光研磨裝置300A來進行。
開始拋光研磨時(步驟S200)，首先設定拋光研磨條件(步驟S202)。此時，拋光研磨條件使用採用與第二十圖一起說明之拋光研磨模擬所構成的研磨條件。
其次，藉由步驟S202之拋光研磨條件開始拋光研磨(步驟S204)。
依所設定之拋光研磨條件進行拋光研磨結束時，藉由膜厚感測器(ITM912)測定拋光研磨後之晶圓膜厚(步驟S206)。
其次，判定從膜厚感測器所測定之膜厚分布而獲得的研磨輪廓是否已達成目標之研磨輪廓(步驟S208)。例如，與拋光研磨模擬中之目標研磨輪廓比較，可藉由是否滿足指定條件來判定。
在步驟S208，判斷為尚未達成目標之研磨輪廓時，將拋光搖動條件予以最佳化(S210)，再度進行拋光研磨。拋光搖動條件可藉由上 述之拋光研磨模擬來執行。更具體而言，在上述關於拋光研磨模擬之步驟S108中，從目標之研磨輪廓與在步驟S206所測定的研磨輪廓之差分計算研磨量修正值，再度計算搖動修正區間及搖動速度修正值。以藉此獲得之研磨條件再度進行拋光研磨。
在步驟S208判斷為已達成目標之研磨輪廓時，結束拋光研磨(步驟S208)。
另外，其他實施形態亦可不必執行步驟S208之判定、及步驟S210進行之最佳化的封閉迴路控制。
如以上所述，本案發明中，由於可模擬考慮了拋光墊突出之晶圓的研磨量，因此可使用該模擬進行拋光處理裝置之各種設計參數的估計及最佳化。

Claims (11)

  1. 一種研磨量之模擬方法，係模擬使用尺寸比研磨對象物小之研磨墊於拋光研磨研磨對象物時的研磨量，且具有以下步驟：依研磨墊對研磨對象物之突出量，使用壓力感測器測定從前述研磨墊賦予研磨對象物之壓力分布；依據突出量及測出之壓力分布，修正用於研磨量之模擬的壓力；研磨墊對研磨對象物之各個突出量，將測出之賦予研磨對象物的壓力分布予以數值化；將數值化後之壓力分布沿著研磨對象物之半徑方向各突出量予以線性化；在研磨對象物對應之半徑方向合計各突出量之線性化的壓力分布；及將在研磨對象物對應之半徑方向位置的研磨墊之合計壓力分布，除以研磨墊對研磨對象物之滯留距離，來決定壓力修正值。
  2. 一種研磨量之模擬方法，係模擬使用尺寸比研磨對象物小之研磨墊於拋光研磨研磨對象物時之研磨量，係模擬拋光研磨中前述研磨墊之一部分超越前述研磨對象物而搖動時的研磨量；且係使用修正前述研磨墊超越前述研磨對象物而搖動時產生之壓力集中的影響之壓力修正值，來計算研磨量；其中研磨墊對研磨對象物之各個突出量，將測出之賦予研磨對象物的壓力分布予以數值化； 將數值化後之壓力分布沿著研磨對象物之半徑方向各突出量予以線性化；在研磨對象物對應之半徑方向合計各突出量之線性化的壓力分布；及將在研磨對象物對應之半徑方向位置的研磨墊之合計壓力分布，除以研磨墊對研磨對象物之滯留距離，來決定前述壓力修正值。
  3. 如申請專利範圍第2項之模擬方法，係計算為了達成賦予之目標研磨量所需的研磨條件。
  4. 如申請專利範圍第3項之模擬方法，其中計算之前述拋光研磨條件係前述研磨墊的搖動速度。
  5. 一種電腦程式，係包含用於執行如申請專利範圍第2至4項中任何一項之模擬方法的命令。
  6. 一種記憶媒體，係儲存申請專利範圍第5項之電腦程式。
  7. 一種拋光研磨裝置，係為了使用尺寸比研磨對象物小之研磨墊於拋光研磨研磨對象物，前述拋光研磨裝置係以在拋光研磨中前述研磨墊之一部分超越前述研磨對象物而搖動的方式構成，前述拋光研磨裝置具有模擬部，其係以在賦予之拋光研磨條件下，模擬研磨對象物之研磨量的方式構成，前述模擬部係進行修正前述研磨墊超越前述研磨對象物而搖動時產生之壓力集中的影響之壓力修正，前述模擬部係進行研磨墊對研磨對象物之各個突出量，將測出之賦 予研磨對象物的壓力分布予以數值化，將數值化後之壓力分布沿著研磨對象物之半徑方向各突出量予以線性化，在研磨對象物對應之半徑方向合計各突出量之線性化的壓力分布，及將在研磨對象物對應之半徑方向位置的研磨墊之合計壓力分布，除以研磨墊對研磨對象物之滯留距離，來決定壓力修正值。。
  8. 如申請專利範圍第7項之拋光研磨裝置，其中前述模擬部係計算為了達成賦予之目標研磨量所需的拋光研磨條件。
  9. 如申請專利範圍第8項之拋光研磨裝置，其中計算之前述拋光研磨條件係前述研磨墊之搖動速度。
  10. 如申請專利範圍第8項之拋光研磨裝置，其中具有為了測定研磨對象物之研磨量的感測器，前述模擬部比較關於在前述算出之拋光研磨條件下拋光研磨的研磨對象物而測定之研磨量、與前述作為目標之研磨量，未達成前述作為目標之研磨量時，依據前述測出之研磨量及前述作為目標之研磨量，計算所需之拋光研磨條件。
  11. 如申請專利範圍第9項之拋光研磨裝置，其中具有為了測定研磨對象物之研磨量的感測器，前述模擬部比較關於在前述算出之拋光研磨條件下拋光研磨的研磨對象物而測定之研磨量、與前述作為目標之研磨量，未達成前述作為目標之研磨量時，依據前述測出之研磨量及前述作為目標之研磨 量，計算所需之拋光研磨條件。
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