(57)【要約】【課題】特定の空間周波数で解析情報を制限することなく、ウェーハの研磨面の品質を高精度に評価でき、これにより最適な研磨条件を一意的に得ることが可能なウェーハの評価方法を提供する。【解決手段】研磨装置の研磨パッドにウェーハを摺接させて研磨する研磨加工において、前記ウェーハの研磨面の品質を評価するウェーハの評価方法であって、研磨後の前記ウェーハの研磨面形状と前記研磨パッドの表面形状を測定する工程と、該測定したウェーハの研磨面形状と研磨パッドの表面形状からそれぞれのパワースペクトル密度を測定する工程と、前記ウェーハのパワースペクトル密度と前記研磨パッドのパワースペクトル密度の相関関係から線形一次近似式を取得する工程と、前記取得した線形一次近似式の勾配から前記ウェーハの研磨面の品質を評価する工程とを有することを特徴とするウェーハの評価方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨装置の研磨パッドにウェーハを摺接させて研磨する研磨加工において、前記ウェーハの研磨面の品質を評価するウェーハの評価方法であって、
研磨後の前記ウェーハの研磨面形状と前記研磨パッドの表面形状を測定する工程と、
該測定したウェーハの研磨面形状と研磨パッドの表面形状からそれぞれのパワースペクトル密度を測定する工程と、
前記ウェーハのパワースペクトル密度と前記研磨パッドのパワースペクトル密度の相関関係から線形一次近似式を取得する工程と、
前記取得した線形一次近似式の勾配から前記ウェーハの研磨面の品質を評価する工程とを有することを特徴とするウェーハの評価方法。
【請求項２】
前記ウェーハの研磨面の品質を評価する工程において、砥粒が無い研磨スラリーを用いて研磨した場合の勾配を基準として前記ウェーハの研磨面の品質を評価することを特徴とする請求項１に記載のウェーハの評価方法。
【請求項３】
研磨装置の研磨パッドにウェーハを摺接させて研磨するウェーハの研磨方法であって、
請求項１又は請求項２に記載のウェーハの評価方法により前記ウェーハの研磨面の品質を評価し、該評価結果に応じて、次回の研磨の研磨条件を調整することを特徴とするウェーハの研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨装置の研磨パッドにウェーハを摺接させて研磨する研磨加工において、ウェーハの研磨面の品質を評価するウェーハの評価方法及びウェーハの研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のデバイスの高集積化によりシリコンウェーハなどの半導体ウェーハへの要求品質はますます高度化しており、特にウェーハ表面の平坦度や表面粗さを改善することは、デバイスの電気特性を向上させるために必要である。
【０００３】
例えば、ウェーハ表面におけるマイクロラフネスはデバイスの電気特性に影響を与えていることが知られており、例えば、マイクロラフネスが大きければ酸化膜耐圧は低下し、更にゲート酸化膜下チャンネルではマイクロラフネスが大きくなると電子の散乱が起こり電子の移動度は小さくなること等が知られている。特に、ウェーハ表面における空間波長が０．０１〜５μｍ程度の凹凸であるヘイズについては、デバイスの電気特性の信頼性試験、特に酸化膜の経時絶縁破壊特性（ＴＤＤＢ）に影響を与えることが分かっている。
【０００４】
一方、ウェーハ表面における空間波長が数ｍｍ〜２０ｍｍ程度の凹凸であるうねりについても、デバイス作製工程におけるフォトリソグラフィーや素子分離等において問題となる。これに対して、ウェーハ裏面の表面形状を測定し、そこからパワースペクトル密度を求め、その空間波長１０ｍｍのパワースペクトル密度を１０μｍ３以下とすることが開示されている（特許文献１）。
【０００５】
また、ウェーハの研磨工程や洗浄工程において、測定したウェーハの表面形状をパワースペクトルに変換してマイクロラフネスを評価し、その結果に応じて研磨条件や洗浄条件を調整する方法が開示されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３１２２４号公報
【特許文献２】特開２００６−２７８５１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、この評価方法では、研磨条件によって影響を受けやすいある１点の空間周波数を捉え、その空間周波数に対するウェーハ面の品質との関係を評価している。実際には研磨条件によって変動する空間周波数は１点ではなく、ある範囲を持っているため、この評価方法では採用する空間周波数次第で評価結果が変わることになる。
【０００８】
ウェーハ面粗さのパワースペクトル密度は、ウェーハのＣＭＰ加工におけるウェーハ面に摺接する研磨工具に大きく依存する。研磨工具の例には研磨パッド、研磨スラリーが挙げられ、それらの研磨作用によってパワースペクトル密度、つまり空間周波数毎の粗さ密度が決まる。しかし、実際に研磨条件のどの因子がどの程度寄与してパワースペクトル密度が決定されるかを求めることは難しい。
【０００９】
上記のように、研磨条件によって影響を受ける空間周波数はある幅を有するにも関わらず、これまでのパワースペクトル密度を用いた評価手法では、空間周波数のある１点を取り上げ、そこに限定して品質との関係を評価する解析技術に留まっていた。そのため、例えばパワースペクトル密度の変動範囲が広い研磨条件の中から最適条件を選択しようとした時にどの点を採用するべきかが一意に定まらないという問題がある。
本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、特定の空間周波数で解析情報を制限することなく、ウェーハの研磨面の品質を高精度に評価でき、これにより最適な研磨条件を一意的に得ることが可能なウェーハの評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明によれば、研磨装置の研磨パッドにウェーハを摺接させて研磨する研磨加工において、前記ウェーハの研磨面の品質を評価するウェーハの評価方法であって、研磨後の前記ウェーハの研磨面形状と前記研磨パッドの表面形状を測定する工程と、該測定したウェーハの研磨面形状と研磨パッドの表面形状からそれぞれのパワースペクトル密度を測定する工程と、前記ウェーハのパワースペクトル密度と前記研磨パッドのパワースペクトル密度の相関関係から線形一次近似式を取得する工程と、前記取得した線形一次近似式の勾配から前記ウェーハの研磨面の品質を評価する工程とを有することを特徴とするウェーハの評価方法が提供される。
【００１１】
このようなウェーハの評価方法であれば、空間周波数毎に異なるパワースペクトル密度を線形一次近似式の勾配として一元化でき、その勾配からＣＭＰ加工の原理であるケミカルとメカニカルのバランスを定量的に評価して、ウェーハの研磨面の品質を高精度に評価できる。この評価結果により、最適な研磨条件を一意的に得ることができる。
【００１２】
このとき、前記ウェーハの研磨面の品質を評価する工程において、砥粒が無い研磨スラリーを用いて研磨した場合の勾配を基準として前記ウェーハの研磨面の品質を評価することが好ましい。
このようにすれば、ウェーハの研磨面の品質をより容易に精度良く評価できる。
【００１３】
また、本発明では、研磨装置の研磨パッドにウェーハを摺接させて研磨するウェーハの研磨方法であって、本発明のウェーハの評価方法により前記ウェーハの研磨面の品質を評価し、該評価結果に応じて、次回の研磨の研磨条件を調整することを特徴とするウェーハの研磨方法が提供される。
このようなウェーハの研磨方法であれば、本発明のウェーハの評価方法により得た最適な研磨条件で実施することができ、マイクロラフネスやＥＳＦＱＲなどの研磨面の品質が改善されたウェーハに研磨できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、測定したウェーハの研磨面形状と研磨パッドの表面形状からそれぞれのパワースペクトル密度を測定し、これらの相関関係から線形一次近似式を取得し、取得した線形一次近似式の勾配からウェーハの研磨面の品質を評価するので、空間周波数毎に異なるパワースペクトル密度を線形一次近似式の勾配として一元化でき、その勾配からＣＭＰ加工の原理であるケミカルとメカニカルのバランスを定量的に評価して、ウェーハの研磨面の品質を高精度に評価できる。この評価結果により、最適な研磨条件を一意的に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のウェーハの評価方法の一例を示すフロー図である。
【図２】ウェーハ研磨時の研磨面における研磨スラリーの介在割合の様子を説明する説明図である。
【図３】本発明のウェーハの研磨方法で用いることができる両面研磨装置の一例を示す概略図である。
【図４】実施例１、比較例におけるウェーハの研磨面形状のパワースペクトル密度を示す図である。
【図５】実施例１における研磨パッドの表面形状のパワースペクトル密度を示す図である。
【図６】実施例１において求めた散布図である。
【図７】実施例１における各研磨条件における勾配値を示す図である。
【図８】実施例１における勾配値とＲＭＳの関係を示す図である。
【図９】実施例２における勾配値と研磨後のウェーハのＥＳＦＱＲの関係を示す図である。
【図１０】比較例におけるパワースペクトル密度を研磨条件毎にまとめた結果を示す図である。
【図１１】比較例におけるパワースペクトル密度とＲＭＳとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
本発明のウェーハの評価方法について図１を参照して説明する。
まず、研磨後のウェーハと、研磨パッドの一部をサンプリングする（図１（ａ））。ここで、ウェーハは、例えばＣＺ法やＦＺ法で育成された、シリコンや他の化合物半導体等のインゴットをスライスし、面取り、ラッピング、エッチング、研磨等の工程を適宜行って得られたものである。
次に、ウェーハの研磨面形状と研磨パッドの表面形状を測定する（図１（ｂ））。この表面形状の測定方法は特に限定されないが、例えばウェーハの研磨面形状の測定には様々な表面粗さ測定装置を用いることができる。また、研磨パッドの表面形状の測定には例えばレーザー顕微鏡を用いることができる。
【００１７】
次に、測定したウェーハの研磨面形状と研磨パッドの表面形状からそれぞれのパワースペクトル密度（ＰＳＤ：Ｐｏｗｅｒ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ  Ｄｅｎｓｉｔｙ）を測定する（図１（ｃ））。これにより、空間周波数に対するウェーハの研磨面形状のパワースペクトル密度と、空間周波数に対する研磨パッドの表面形状のパワースペクトル密度が得られる。
次に、これら得られたパワースペクトル密度から、それぞれの空間周波数を同期させることでウェーハのパワースペクトル密度と研磨パッドのパワースペクトル密度の相関関係を得る（図１（ｄ））。この相関関係は例えば散布図として得ることができる。この相関関係、すなわち散布図から線形一次近似式を取得する。
【００１８】
次に、得られた線形一次近似式の勾配を算出して評価する（図１（ｅ））。この勾配の値から、以下に記載するように、ウェーハ研磨面の品質を評価でき、より定量的な研磨条件の選定が可能となる。
このように、本発明のウェーハの評価方法では、ウェーハのパワースペクトル密度に加えて研磨パッドのパワースペクトル密度を同時にモニターする。これらの情報を組み合わせることで、具体的には空間周波数毎のウェーハ面粗さ密度情報と研磨パッド面粗さ密度情報の散布図を取得することによって、空間周波数毎に異なる粗さ密度情報を線形一次近似式の勾配値として一元化できる。これは広範囲にわたる空間周波数毎の粗さ密度情報を考慮している点で、１点の空間周波数の情報のみを考慮していた従来技術と異なる。
【００１９】
ここで、上記した勾配の値の意味について詳細を述べる。上記したように、散布図は双方のパワースペクトル密度の空間周波数を一致させた時の研磨パッドのパワースペクトル密度に対するウェーハのパワースペクトル密度で表される。この散布図の線形一次近似式の勾配値が研磨パッド面粗さ成分がウェーハにどの程度転写されたかを示す尺度となる。
研磨加工において、スラリーの砥粒がウェーハ面内に十分に行き渡っていることが研磨面品質を維持する上での理想状態と考えられる。この時、ウェーハと研磨パッド間に仮にスラリーの砥粒が存在しない場合、研磨パッド面粗さ成分がスラリー液だけを媒介し、ウェーハ研磨面にほぼダイレクトに転写されることとなる。
【００２０】
ウェーハと研磨パッド間にスラリーの砥粒が存在する場合、研磨パッド面粗さ成分のウェーハ面への転写は砥粒によって抑制される。この場合、上記勾配値は砥粒が存在しない場合に比べて小さくなる。つまり、砥粒の無い状態での勾配値を基準として考え、この基準に対してある研磨条件での勾配値はどう変化したかという比率を定量的に表すことができる。
【００２１】
すなわち、勾配値は無砥粒条件を基準にした研磨パッド面粗さ成分の転写率として表現できる。この勾配値の大小により、研磨面における研磨スラリーの介在割合、つまりケミカルとメカニカルのバランスを比較できる。具体的には、勾配値が大きいほど、図２（Ａ）に示すように、ウェーハ研磨面と研磨パッド間のスラリーの砥粒濃度がより小さい又は砥粒径が小さいため研磨パッド面粗さ成分の転写率がより大きく、これにより、相対的にケミカルの方が優勢と判断できる。
逆に、勾配値が小さいほど、図２（Ｂ）に示すように、ウェーハ研磨面と研磨パッド間のスラリーの砥粒濃度がより大きい又は砥粒径が大きいため研磨パッド面粗さ成分の転写率がより小さく、これにより、メカニカルの方が優勢と判断できる。
従って、研磨条件で変動するケミカルとメカニカルのバランスを定量的に評価でき、より正確な研磨条件の設定が可能となる。
【００２２】
例えば、基準となる無砥粒スラリーの条件で予め研磨加工を行い、算出した勾配値を基準（＝１）とする。その後、様々な研磨条件で研磨した際に算出した勾配値を基準値の相対値として求め、例えばマイクロラフネスやＥＳＦＱＲなどのような改善しようとする品質との関係を求める。このようにして求めた勾配値と品質との関係から、品質を改善するための最適な研磨条件を選定する（図１（ｆ））。
【００２３】
このように、本発明のウェーハの評価方法では、勾配からＣＭＰ加工の原理であるケミカルとメカニカルのバランスを定量的に評価して、ウェーハの研磨面の品質を高精度に評価できる。この評価結果により、最適な研磨条件を一意的に得ることができる。
【００２４】
次に、本発明のウェーハの研磨方法について説明する。本発明は、ウェーハの両面を同時に研磨する両面研磨、及び片面を研磨する片面研磨のどちらにも適応されることができるが、ここでは両面研磨する場合について説明する。
図３に本発明のウェーハの研磨方法で用いることができる両面研磨装置の一例を示す。両面研磨装置１０は、上下に相対向して設けられた上定盤２と下定盤３を備えており、各定盤２、３にはそれぞれ研磨パッド４が貼付されている。ウェーハＷはキャリア１に設けられた保持孔に保持され、上定盤２と下定盤３の間に挟まれる。
【００２５】
このような両面研磨装置１０を用い、まず、研磨するウェーハＷをキャリア１の保持孔に挿入し、キャリア１を上定盤２と下定盤３の間に配置する。そして、上下定盤２、３に貼付された研磨パッド４でウェーハＷの上下表面を挟み込み、上定盤２及び下定盤３を回転させる。ウェーハの研磨面に砥粒を含む研磨スラリーを供給しながら研磨パッド４にウェーハＷを摺接させて両面を研磨する。
【００２６】
その後、上記した本発明のウェーハの評価方法により研磨後のウェーハの研磨面の品質を評価し、該評価結果に応じて、次回の研磨の研磨条件を調整する。
このようなウェーハの研磨方法であれば、上記したように本発明のウェーハの評価方法により最適な研磨条件を得ることができるので、マイクロラフネスやＥＳＦＱＲなどの研磨面の品質が改善されたウェーハに研磨できる。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２８】
（実施例１）
本発明のウェーハの評価方法に従ってウェーハの研磨面の品質を評価した。ここで、研磨面の品質として、マイクロラフネス（ＲＭＳ）を評価した。
研磨後のウェーハの研磨面形状の測定にはＴａｙｌｏｒ  Ｈｏｂｓｏｎ社製ＬＳＭ−３０００を用いた。研磨パッドの表面形状の測定にはレーザーテック社製ＣＬＳＭ（１ＬＭ２１）を用いた。ＰＳＤ解析ソフトはＴａｙｌｏｒ  Ｈｏｂｓｏｎ社製ＴａｒｙＭａｐ  Ｇｏｌｄを用いた。マイクロラフネスとしてのＲＭＳ値はシュミット社製ＴＭＳ−３０００Ｗにより測定した。
【００２９】
まず、評価する複数のウェーハを準備するため、以下に記載する複数の研磨条件にて両面研磨した。まず、ウェーハは直径３００ｍｍのシリコンウェーハとした。スラリーの一次砥粒径を１２、３５、７４、８９ｎｍと変化させた。砥粒濃度は０．５、１．２５、２．５、５．０ｗｔ％と変化させた。また、砥粒が無い研磨スラリーを用いて研磨した場合のウェーハも準備した。また、使用した両面研磨装置は不二越機械工業社製ＤＳＰ−２０Ｂ、研磨パッドはニッタ・ハース社製ＭＨ−Ｓ１５Ａ、研磨スラリーはフジミインコーポレーテッド社製のＫＯＨベースのコロイダルシリカスラリーをそれぞれ用いた。両面研磨装置のキャリアとしては、母材をＴｉとし、保持孔内にアラミドＦＲＰをインサートしたものを用いた。
【００３０】
準備した研磨後のウェーハの研磨面形状と研磨パッドの表面形状を測定し、これらからそれぞれのパワースペクトル密度を測定した。
図４（Ａ）（Ｂ）に測定したウェーハのパワースペクトル密度を示す。図４（Ａ）は、砥粒径を３５ｎｍの一定とし、砥粒濃度を０〜５．０ｗｔ％の範囲で変化させた場合のものであり、図４（Ｂ）は、砥粒濃度を５．０ｗｔ％の一定とし、無砥粒と砥粒径を１２〜８９ｎｍの範囲で変化させた場合のものである。
図５に測定した研磨パッドのパワースペクトル密度を示す。
【００３１】
次に、これらのパワースペクトル密度から空間周波数を同期させて、ウェーハのパワースペクトル密度と研磨パッドのパワースペクトル密度の散布図を得た。この散布図から線形一次近似式を取得した。
ここで、得られた散布図を図６（Ａ）（Ｂ）に示す。図６（Ａ）は、上記した砥粒径を一定にした条件の場合、図６（Ｂ）は砥粒濃度を一定にした条件の場合のものである。
【００３２】
各研磨条件における線形一次近似式の勾配を図７に示す。ここで、勾配値は無砥粒のスラリーを用いた場合の勾配値を１としたときの相対値である。
図７に示すこれら勾配値は、上記したように、各研磨条件毎の研磨パッド面粗さ成分のウェーハ面への相対的な転写率を示しており、図７から砥粒径が大きいほど、また砥粒濃度が高いほど転写率が下がっていき、ウェーハ面とパッド表面との間に介在するスラリーの砥粒が増していく傾向が確認できた。
【００３３】
勾配値とＲＭＳの関係の結果を図８に示す。図８に示すように、勾配値が小さくなるほど、ＲＭＳが改善されていることが分かった。
図８の結果を参照すれば、求めた勾配値に対するＲＭＳを評価でき、すなわち、ウェーハの研磨面の品質を評価できる。また、図７と図８を参照してＲＭＳを低減するための最適な研磨条件（研磨スラリーの砥粒径と砥粒濃度）を選定できる。例えば、図８の勾配値が０．６５以下となる研磨条件で研磨を行えば、ウェーハの品質目標を達成できる。このための研磨条件は、図７に示すように、砥粒径３５ｎｍ、砥粒濃度０．５ｗｔ％の条件を除いた砥粒径３５ｎｍ以上、砥粒濃度０．５〜５ｗｔ％の研磨条件である。
【００３４】
（実施例２）
本発明の研磨方法に従ってシリコンウェーハを両面研磨した。研磨条件は実施例１と同様とした。だたし、研磨したウェーハとして、最外周部の回転角２７５度の位置にレーザーマークを有するものを用いた。最外周部にレーザーマークを有するシリコンウェーハは両面研磨後にレーザーマーク近傍に周囲との研磨レート差のため起伏を生じてしまい、平坦度の最大値が悪化するという問題がある。このレーザーマーク近傍の起伏の大きさの変動要因は研磨時におけるケミカルとメカニカルのバランスであることが推察されたおり、これを改善するためにはメカニカルの方を優位にする必要がある。
【００３５】
そこで、研磨後のＥＳＦＱＲを改善するために、本発明のウェーハの評価方法に従って各研磨条件における勾配値を求め、この勾配値を下げるための最適な研磨条件を選定した。
図９に勾配値と研磨後のウェーハのＥＳＦＱＲの関係を示す。図９に示すように、勾配値が小さいほどＥＳＦＱＲを改善できることが確認できた。そして、勾配値が約０．２となる条件（具体的には、砥粒径８９ｎｍ、砥粒濃度５．０ｗｔ％）を最適な研磨条件として選定できた。
【００３６】
（比較例）
実施例１で準備したウェーハと同様のものを用い、ウェーハの研磨面形状のパワースペクトル密度のみを測定し、１点の空間周波数を選択する従来の評価方法に従ってウェーハ研磨面のＲＭＳを評価した。
まず、実施例１と同様に、図４（Ａ）（Ｂ）に示すようなウェーハの研磨面形状のパワースペクトル密度を測定した。
図４（Ａ）（Ｂ）から研磨条件によってパワースペクトル密度が変動する範囲は３．０Ｅ−３〜５．０Ｅ−０１[１／μｍ]と広範囲であることが確認できた。この中から変動が大きい空間周波数として、例えばｆ＝２．０Ｅ−０２、５．０Ｅ−０２、１．０Ｅ−０１[１／μｍ]の３つの空間周波数を選択した。選択した各空間周波数に関するパワースペクトル密度を研磨条件毎にまとめた結果を図１０に示す。
【００３７】
また、パワースペクトル密度とＲＭＳとの関係を図１１に示す。図１１に示すように、選択した空間周波数によって異なる相関関係が存在し、適切な研磨条件を一意的に得ることができなかった。
【００３８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００３９】
１…キャリア、  ２…上定盤、  ３…下定盤、  ４…研磨パッド、
１０…両面研磨装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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