(57)【要約】      （修正有）【課題】研磨パッド表面の温度が処理ごとに変動しても安定した研磨を行なう研磨方法を提供する。【解決手段】定盤１１上に貼り付けた研磨パッド１２の表面に研磨剤１５を供給し、基板１３を押し当てながら研磨する機構において、研磨中の研磨パッド１２の表面温度を測定する機構１６を備え、測定した表面温度を収集し、研磨処理中の平均値および積分値を算出するユニットを備え、平均値および積分値が事前に設定した基準値を下回った時に研磨された基板を識別する。表面温度の平均値及び積分値により研磨量を管理することにより研磨パッドの表面温度が変化しても安定した研磨を行なうことができる。【選択図】図１
2006093180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定盤上に貼り付けた研磨パッド表面に研磨剤を供給し、基盤を押し当てながら研磨する機構において、
研磨中の研磨パッドの表面温度を測定する機構を備え、
測定した前記表面温度を収集し、研磨処理期間中の平均値および積分値を算出するユニットを備え、
前記平均値および積分値が事前に設定した基準値を下回った時に研磨された基盤を識別し、
警報を発することを特徴とする研磨方法。
【請求項２】
研磨中の研磨パッドの表面温度を測定する機構を備え、測定した前記表面温度を収集し、研磨処理期間中の微分値を算出するユニットを備え、研磨開始直後の前記表面温度の上昇期間において、前記微分値が事前に設定した基準値を下回った時に研磨された基盤を識別し、警報を発することを特徴とする研磨方法。
【請求項３】
研磨中の研磨パッドの表面温度を測定する機構を備え、測定した前記表面温度を収集し、研磨処理期間中の平均値および積分値をリアルタイムで算出するユニットを備え、前記平均値および積分値が事前に設定した基準値や直前に研磨処理された１枚もしくは数枚の基盤の平均値および積分値に達するまで研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項４】
研磨中の研磨パッドの表面温度を測定する機構を備え、測定した前記表面温度を収集し、研磨処理期間中の平均値および積分値をリアルタイムで算出するユニットを備え、前記平均値および積分値が事前に設定した基準値や直前に研磨処理された１枚もしくは数枚の基盤の平均値および積分値に達するまで研磨することを特徴とするプログラムおよび記録媒体。
【請求項５】
研磨処理ユニットにおいて、基盤の研磨処理と研磨処理の間に発生する基盤の搬送待機時間を計測する機構を有し、事前に設定した基準値を上回った場合に次に研磨された基盤を識別し、警報を発することを特徴とする研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定盤上に貼り付けた研磨パッド表面に研磨剤を供給し、基盤を押し当てながら半導体ウェハなどを研磨する研磨装置に関し、研磨パッドの表面温度を測定し、研磨結果の予測、研磨時間を決定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体ウェハの表面を研磨するCMP技術において、設備トラブルや、搬送律速により、研磨処理から次の研磨処理の間が通常よりも時間が増加した場合において、設備トラブルが軽微なものであり、停止時間が数分レベルの短い時間であった場合は、そのまま処理を継続する場合が多い。
【０００３】
ここで、従来技術として特許文献１又は特許文献２に示されている構成について図１０を用いて説明する。研磨パッド１０２を貼りつけた定盤１０１を回転させ、研磨剤１０５を供給し、キャリア１０４で保持した基盤１０３を回転させながら、研磨パッド１０２に押し当てて研磨する機構の場合、研磨パッド１０２の表面の温度を測定するセンサー１０６を備え、接続したモニタリングツール１０７により、測定した温度を常時モニターする。この機構を用いて、メタル膜を研磨し、埋め込み配線を形成するための研磨処理を実施する際に、研磨中の研磨パッドの表面温度を計測し、研磨される膜種が変化する時の研磨パッドの表面温度が変化する点を抽出し、終点検出機構として利用している。
【特許文献１】特開平７−９４４５２号公報
【特許文献２】特開平８−３３０２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、設備トラブルや、搬送律速により、研磨処理から次の研磨処理の間が通常よりも時間が増加した場合には、研磨により上昇した研磨パッドの表面温度が次の処理開始時において、通常よりも低下する。半導体ウェハの表面を研磨するCMP技術においては、CMPの化学的作用は研磨中の温度に依存するため、研磨レートに影響する。研磨パッドの表面温度と研磨レートには相関があるため、研磨パッドの表面温度が低い状態から研磨開始した場合は、研磨レートの低下につながり、製品の残膜異常を発生させる。これまで、停止時間が短い場合は、特に対象製品の確認無しに装置を稼動させており、製品の残膜異常を検知する手段が無いという問題がある。
【０００５】
また、特許文献１及び特許文献２に示されている方法のように研磨パッドの表面温度を測定し、エンドポイントとして利用する場合においては、メタル膜の研磨において、埋め込み配線を形成する研磨に対しては有効ではあるが、絶縁膜の研磨のように、研磨される膜種が変わらない研磨処理に対しては、エンドポイントとして抽出できるレベルの温度変化が無いため、使用できない問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、定盤上に貼り付けた研磨パッド表面に研磨剤を供給し、基盤を押し当てながら研磨する機構において、研磨中の研磨パッドの表面温度を測定する機構を備え、測定した前記表面温度を収集するユニットを備え、前記表面温度の平均値および積分値、微分値を算出し、前記平均値および積分値、微分値をモニターすることを特徴とする研磨方法であり、前記平均値および積分値、微分値が基準値を下回る時に研磨された基盤を識別し、警報を発する。微分値を算出する場合は、研磨開始直後の前記表面温度の上昇期間において、前記表面温度の傾きである微分値をリアルタイムで算出し、事前に設定した基準値を下回った場合に研磨された基盤を識別し、警報を発する。さらに、前記平均値および積分値があらかじめ設定した値や研磨処理対象基盤の直前に処理された１枚および数枚の基盤の研磨処理中の研磨パッドの表面温度の平均値および積分値の平均値を算出し、その値に達するまで研磨することで、必要研磨量を確保し、終点検出機構として利用する研磨方法であり、単層膜の研磨においても機能する終点検出機構である。さらに、前記の終点検出機構を用いて研磨することを特徴とするプログラムおよび記録媒体として用いる。
【０００７】
さらに、研磨処理ユニットにおいて、基盤の研磨処理と研磨処理の間に発生する基盤の搬送待機時間を計測する機構を有し、事前に設定した基準値を上回った場合に次に研磨された基盤を識別し、警報を発することを特徴とする研磨方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のように、研磨処理中の研磨パッド表面温度を測定し、前記表面温度の平均値および積分値を算出し、前記平均値および積分値の推移を管理することで、研磨レートの低下が予想されるウェハを検知でき、前記ウェハを抽出し、再研磨することにより、次工程への不良流出を防止できる。さらに、研磨中の研磨パッドの表面温度の平均値もしくは積分値がある一定の値に到達するまで研磨することにより、通常よりも研磨パッドの表面温度が低い場合においても、前記研磨処理中の研磨パッドの表面温度の平均値および積分値を合わせることにより、必要研磨量を確保でき、終点検出機構として利用でき、製品の残膜異常が発生しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（第１の実施の形態）
以下、本発明における第１の実施の形態について説明する。本発明では、研磨パッドの表面の温度を測定し、常時モニターする。本発明を構成する研磨機構を図１に示す。研磨パッド１２を貼りつけた定盤１１を回転させ、研磨剤１５を供給し、キャリア１４で保持した基盤１３を回転させながら、研磨パッド１２に押し当てて研磨する機構の場合、研磨パッド１２の表面の温度を測定するセンサー１６を備え、接続したモニタリングツール１８により、測定した温度を常時モニターする。研磨パッド１２の表面温度を測定する箇所は、基盤１３と研磨パッド１２が研磨によって接触する面の基盤１３の中心を通る温度測定箇所１７が望ましい。センサー１６は、非接触の放射温度計などを使用する。研磨処理時には、研磨荷重、定盤１１およびキャリア１４の回転により、基盤１３と研磨パッド１２の間に発生した摩擦力により研磨パッド１２の表面温度は増加する。図２に研磨処理時の研磨パッドの表面温度の推移を示す。研磨開始から終了の１処理分の区間２１が繰り返される。設備が正常に動作している場合、研磨処理と研磨処理の間の時間は一定になるが、図３に示すように研磨処理以外で律速する装置の場合や、軽微なトラブルなどで設備が停止した場合、研磨処理と研磨処理の間の時間が正常時では区間３３のようになるが、区間３４のように増加する。このとき、次の研磨処理時間を表す区間３２は、研磨パッドの表面温度が正常時の区間３１よりも低下した状態から研磨が開始される。図４に正常時と異常時の温度変化を示す。正常時の研磨パッド表面の温度プロファイルを示すグラフ４１よりも異常時の研磨パッド表面の温度プロファイルを示すグラフ４２の方が研磨開始時には低い温度になる。図５に１処理分の研磨パッドの表面温度の平均値と研磨レートの関係を示す。研磨パッドの表面温度の平均値が低いと研磨レートも低下する。このことから、パッドの表面温度が低い状態で研磨された被研磨物は、研磨レートが低下し、研磨残りなどの品質異常が発生している可能性がある。
【００１０】
そこで、本発明のパッド表面の温度を測定し、常時モニターすることにより、上記研磨パッドの表面温度の低下を検出し、次に処理した製品を研磨残り発生品として抽出し、別途膜厚測定等の確認を実施した上で必要な対処を実施する。研磨パッド表面温度の低下の判断は、研磨処理中の温度の平均値や積分値を使用し、研磨レートとの相関データより、異常が発生する閾値を設定し、前記閾値を下回った場合に対象となる製品を抽出する。これは、研磨装置画面への表示や通信によるアラーム等の発報により対象の製品が認識できればよい。これにより、異常が発生した製品が次工程に流出することを回避できる。
【００１１】
リニア研磨方式の研磨機構の場合における本発明の実施の形態について述べる。図６に示すようなベルトに貼り付けた研磨パッド６１を動作させ、基盤６２を保持したキャリア６３を回転させ、研磨剤６４を供給し、研磨パッド６１に押し当てながら研磨するリニア研磨方式の研磨機構の場合、研磨パッド６１の表面の温度を測定するセンサー６５を備え、接続したモニタリングツール６７により、測定した温度を常時モニターする。研磨パッド６１の表面温度を測定する箇所は、基盤６２と研磨パッド６１が研磨によって接触する面の基盤６２の中心を通る温度測定箇所６６が望ましい。センサー６５は、非接触の放射温度計などを使用する。
【００１２】
（第２の実施の形態）
以下、本発明における第２の実施の形態について説明する。本発明では、図１に示す研磨機構において、研磨パッド表面の温度を測定し、常時モニターし、研磨処理中の温度の平均値や積分値をリアルタイムで算出する。前記研磨処理中の温度の平均値や積分値と研磨レートとの相関データより、必要な研磨量を確保できる平均値や積分値をあらかじめ設定し、設定された平均値および積分値に到達するまで研磨処理を実施する。
【００１３】
図７に本実施の形態による研磨パッドの表面温度推移を示す。グラフ７１は正常な状態での温度プロファイルであり、グラフ７２が研磨処理と研磨処理の間の時間が通常よりも増加した場合の温度プロファイルである。区間７３は正常な状態での研磨時間であり、研磨処理開始時に温度が低下した場合には、区間７４の研磨時間であらかじめ設定された温度の積分値に到達するまで研磨処理を実施している。これにより、研磨処理以外で律速した場合や、軽微なトラブルなどで設備が停止した場合に、研磨レートが低下しても必要な研磨量を確保でき、研磨残りなどの異常を発生させないことができる。
【００１４】
本発明は、絶縁膜のCMPなどの被研磨膜が一種類の場合の研磨時間を決定するエンドポイントとして有効であり、研磨処理以外で律速した場合や、軽微なトラブルなどで設備が停止した場合においても、研磨レートの低下分を研磨時間で補うことができ、必要な研磨量を確保できる。また、目標となる温度の平均値および積分値については、あらかじめ設定する方法に加えて、直前に処理された数枚の製品の温度の平均値および積分値をフィードフォワードする方法もある。さらには、本発明の研磨時間を決定する方法をエンドポイントのプログラムおよび記録媒体として使用することにより、品種、工程に合わせてエンドポイントを検出することができる。
【００１５】
（第３の実施の形態）
以下、本発明における第３の実施の形態について説明する。本発明では、研磨ユニットにおいて、研磨処理と研磨処理の間に発生する搬送待ち時間を常時モニターする。前記研磨処理と研磨処理間の待ち時間が増加すると、前述したように研磨パッドの表面温度が低下し、研磨残りなどの異常が発生する。研磨処理と研磨処理の間に発生する搬送待ち時間と研磨レートの関係を図８に示す。搬送待ち時間の増加に伴い、研磨レートが低下する。そこで、研磨処理と研磨処理の間に発生する搬送待ち時間を常時モニターし、上記搬送待ち時間の増加を検出し、次に処理した製品を研磨残り発生品として抽出し、別途膜厚測定等の確認を実施した上で必要な対処を実施する。上記搬送待ち時間の増加の判断は、研磨レートとの相関データより、異常が発生する閾値を設定し、前記閾値を上回った場合に対象となる製品を抽出する。これは、研磨装置画面への表示や通信によるアラーム等の発報により対象の製品が認識できればよい。これにより、異常が発生した製品が次工程に流出することを回避できる。
【００１６】
（第４の実施の形態）
以下、本発明における第４の実施の形態について説明する。本発明では、図１に示す研磨機構において、研磨パッド表面の温度を測定し、常時モニターする。図９に正常時の研磨パッド表面の温度プロファイルを示すグラフ９１と異常時の研磨パッド表面の温度プロファイルを示すグラフ９２を示す。研磨開始直後の前記研磨パッドの表面温度が上昇している区間９３において、表面温度の上昇の傾きすなわち微分値をリアルタイムで算出し、その低下を検出し、対象の製品を研磨残り発生品として抽出し、別途膜厚測定等の確認を実施した上で必要な対処を実施する。研磨開始直後の温度上昇の傾き低下の判断は、事前に取得した研磨レートとの相関データより、異常が発生する閾値を設定し、前記閾値を下回った場合に対象となる製品を抽出する。これは、研磨装置画面への表示や通信によるアラーム等の発報により対象の製品が認識できればよい。これにより、異常が発生した製品が次工程に流出することを回避できる。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
本発明にかかる研磨パッドの表面温度を測定し、プロセス結果の予測やプロセス時間を決定する半導体製造方法は、半導体ウェハ表面を平坦化するCMP工程において、研磨残りなどの異常発生ウェハの検知や研磨時間を決定するエンドポイント機能として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態における研磨装置の構成を示す図
【図２】本発明の第１の実施の形態における正常時の研磨パッドの表面温度の推移を示す図
【図３】本発明の第１の実施の形態における異常発生時の研磨パッドの表面温度の推移を示す図
【図４】本発明の第１の実施の形態における正常時と異常時の研磨パッドの表面温度の推移を示す図
【図５】本発明の第１の実施の形態における研磨パッドの表面温度の平均値と研磨レートの関係を示す図
【図６】本発明の第１の実施の形態におけるリニア駆動方式の研磨装置の構成を示す図
【図７】本発明の第２の実施の形態における研磨パッドの表面温度の推移を示す図
【図８】本発明の第３の実施の形態における搬送待機時間と研磨レートとの関係を示す図
【図９】本発明の第４の実施の形態における正常時と異常時の研磨パッドの表面温度の推移を示す図
【図１０】従来技術における研磨機構を示す図
【符号の説明】
【００１９】
１１  定盤
１２  研磨パッド
１３  基盤
１４  キャリア
１５  研磨剤
１６  センサー
１７  温度測定箇所
１８  モニタリングツール
２１  研磨処理区間
３１  区間
３２  区間
３３  区間
３４  区間
４１  グラフ
４２  グラフ
６１  研磨パッド
６２  基盤
６３  キャリア
６４  研磨剤
６５  センサー
６６  温度測定箇所
６７  モニタリングツール
７１  グラフ
７２  グラフ
７３  区間
７４  区間
９１  グラフ
９２  グラフ
９３  区間
１０１  定盤
１０２  研磨パッド
１０３  基盤
１０４  キャリア
１０５  研磨剤
１０６  センサー
１０７  モニタリングツール
【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】
2006093180.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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