JP2003124171A - 研磨方法および研磨装置 - Google Patents
研磨方法および研磨装置Info
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- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
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- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
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- H01L21/3105—After-treatment
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- H01L21/31053—Planarisation of the insulating layers involving a dielectric removal step
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- Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】目標どおりの膜厚が得られるように化学的機械
的研磨の研磨時間を高精度に制御し、これにより不良品
や再研磨が必要となるウエハの発生を抑え、歩留まりを
向上させる。 【解決手段】絶縁膜１上にアルミ配線２、シリコン酸化
膜３が形成された先行ウエハを化学的機械的研磨する。
シリコン酸化膜３の凹凸が解消された段階で研磨と中止
する（図１（ｃ））。この結果に基づき、以下の式
（Ｉ）にしたがって研磨時間を決定する。 Ｔ＝（Ｄ１−Ｄ２）／ｖ＋ｔ１ （Ｉ） （但し、Ｄ１は研磨を中止した段階での膜厚であり、Ｄ
２は目標膜厚である。ｔ １は、初期膜厚から膜厚Ｄ１に
至るまでに要した時間である。平坦な下地上に成膜され
たシリコン酸化膜３の構成材料の研磨速度をｖとす
る。）
的研磨の研磨時間を高精度に制御し、これにより不良品
や再研磨が必要となるウエハの発生を抑え、歩留まりを
向上させる。 【解決手段】絶縁膜１上にアルミ配線２、シリコン酸化
膜３が形成された先行ウエハを化学的機械的研磨する。
シリコン酸化膜３の凹凸が解消された段階で研磨と中止
する（図１（ｃ））。この結果に基づき、以下の式
（Ｉ）にしたがって研磨時間を決定する。 Ｔ＝（Ｄ１−Ｄ２）／ｖ＋ｔ１ （Ｉ） （但し、Ｄ１は研磨を中止した段階での膜厚であり、Ｄ
２は目標膜厚である。ｔ １は、初期膜厚から膜厚Ｄ１に
至るまでに要した時間である。平坦な下地上に成膜され
たシリコン酸化膜３の構成材料の研磨速度をｖとす
る。）
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ウエハ上に形成さ
れた膜を所定の膜厚となるまで膜厚制御性良く化学的機
械的研磨する技術に関するものである。
れた膜を所定の膜厚となるまで膜厚制御性良く化学的機
械的研磨する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年における半導体装置の微細化にとも
ない、ウエハ表面を平坦化する技術の重要性が高まって
いる。なかでも化学的機械的研磨（以下、適宜「ＣＭ
Ｐ」と称する）は生産性に優れる等、多くの利点を備え
ており、平坦化の手法のうち、特に重要な位置を占めて
いる。ＣＭＰプロセスでは、目標膜厚を得るための条件
設定、特に研磨時間の設定を正確に行うことが重要とな
る。
ない、ウエハ表面を平坦化する技術の重要性が高まって
いる。なかでも化学的機械的研磨（以下、適宜「ＣＭ
Ｐ」と称する）は生産性に優れる等、多くの利点を備え
ており、平坦化の手法のうち、特に重要な位置を占めて
いる。ＣＭＰプロセスでは、目標膜厚を得るための条件
設定、特に研磨時間の設定を正確に行うことが重要とな
る。
【０００３】特許第３０７７６５６号公報には、研磨レ
ートが変化しても研磨量が変化することがなく、再研磨
を不要として工程処理能力を高めることのできる半導体
製造装置のレシピ修正方法が開示されている。同公報に
開示された方法は、化学機械研磨を行う半導体製造装置
の研磨レートをモニタし、このモニタした研磨レートお
よび研磨必要量から研磨時間を算出し、この算出した研
磨時間に応じたプロセスレシピ情報をプロセスレシピ選
択テーブルからレシピ変動部分として選択し、この選択
したレシピ変動部分を予め決定されているレシピ固定部
分に加えることによってレシピ情報を修正するようにし
たものである。
ートが変化しても研磨量が変化することがなく、再研磨
を不要として工程処理能力を高めることのできる半導体
製造装置のレシピ修正方法が開示されている。同公報に
開示された方法は、化学機械研磨を行う半導体製造装置
の研磨レートをモニタし、このモニタした研磨レートお
よび研磨必要量から研磨時間を算出し、この算出した研
磨時間に応じたプロセスレシピ情報をプロセスレシピ選
択テーブルからレシピ変動部分として選択し、この選択
したレシピ変動部分を予め決定されているレシピ固定部
分に加えることによってレシピ情報を修正するようにし
たものである。
【０００４】この技術について、図１３に示したフロー
チャートを参照しながら説明する。最初に、前の工程か
ら来たロットを膜厚測定装置に投入する（ステップ２０
１）。膜厚測定装置は、当該ロットの研磨前膜厚測定を
行う（ステップ２０２）。次いでロットを膜厚測定装置
から取り出してＣＭＰ装置に投入し、ＣＭＰ処理を行
う。ＣＭＰ処理にあたって採用するレシピは、膜の種類
や研磨必要量等に基づいて決定するレシピ固定部と、前
回以前のバッチの研磨時間と研磨量の関係から求められ
るレシピ可変部とからなる。レシピ可変部を有すること
により、装置の状態等を反映した最適なレシピに更新さ
れることとなる。このように、レシピ固定部分にレシピ
変動部分を加えることによって修正されたプロセスレシ
ピ情報を最適レシピとして設定し（ステップ２０３）、
ＣＭＰ処理を開始する（ステップ２０４）。研磨終了
後、ウェハ洗浄処理を行い（ステップ２０５）、次い
で、研磨後膜厚測定を行う（ステップ２０６）。これに
より、最新の研磨レートを算出し（ステップ２０７）、
変動パラメータテーブルに保存する。得られた最新研磨
レートは、次のロットの最適レシピを求めるときに使用
する。次に、研磨後の膜厚が基準内であるか否かの判定
を行い（ステップ２０８）、判定結果の履歴を所定の記
憶部に格納する。そして、ＣＭＰ工程のすべての処理が
終了したロットを排出し（ステップ２０９）、次の工程
へ送る。
チャートを参照しながら説明する。最初に、前の工程か
ら来たロットを膜厚測定装置に投入する（ステップ２０
１）。膜厚測定装置は、当該ロットの研磨前膜厚測定を
行う（ステップ２０２）。次いでロットを膜厚測定装置
から取り出してＣＭＰ装置に投入し、ＣＭＰ処理を行
う。ＣＭＰ処理にあたって採用するレシピは、膜の種類
や研磨必要量等に基づいて決定するレシピ固定部と、前
回以前のバッチの研磨時間と研磨量の関係から求められ
るレシピ可変部とからなる。レシピ可変部を有すること
により、装置の状態等を反映した最適なレシピに更新さ
れることとなる。このように、レシピ固定部分にレシピ
変動部分を加えることによって修正されたプロセスレシ
ピ情報を最適レシピとして設定し（ステップ２０３）、
ＣＭＰ処理を開始する（ステップ２０４）。研磨終了
後、ウェハ洗浄処理を行い（ステップ２０５）、次い
で、研磨後膜厚測定を行う（ステップ２０６）。これに
より、最新の研磨レートを算出し（ステップ２０７）、
変動パラメータテーブルに保存する。得られた最新研磨
レートは、次のロットの最適レシピを求めるときに使用
する。次に、研磨後の膜厚が基準内であるか否かの判定
を行い（ステップ２０８）、判定結果の履歴を所定の記
憶部に格納する。そして、ＣＭＰ工程のすべての処理が
終了したロットを排出し（ステップ２０９）、次の工程
へ送る。
【０００５】ウエハを化学的機械的研磨した際の研磨時
間および研磨量のデータに基づいて、次回以降の研磨時
間や研磨条件を決定する方法については、上記以外にい
くつかの公報で開示されている。
間および研磨量のデータに基づいて、次回以降の研磨時
間や研磨条件を決定する方法については、上記以外にい
くつかの公報で開示されている。
【０００６】特開平１０−１０６９８４号公報には、研
磨時間、目標膜厚値、研磨前の膜厚、研磨後の膜厚から
最適研磨時間を算出し、次回以降の研磨に適用すること
が開示されている。また、特開平１０−９８０１６号公
報には、研磨後に膜厚を測定して研磨状態を検出し、そ
れと基準膜厚から研磨条件を制御することが開示されて
いる。
磨時間、目標膜厚値、研磨前の膜厚、研磨後の膜厚から
最適研磨時間を算出し、次回以降の研磨に適用すること
が開示されている。また、特開平１０−９８０１６号公
報には、研磨後に膜厚を測定して研磨状態を検出し、そ
れと基準膜厚から研磨条件を制御することが開示されて
いる。
【０００７】また、特開平８−１７７６８号公報には、
段差形状を有するウエハの研磨後の膜厚を測定し、それ
に応じて次の研磨時間を設定することが開示されてい
る。
段差形状を有するウエハの研磨後の膜厚を測定し、それ
に応じて次の研磨時間を設定することが開示されてい
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術のように、前回の研磨時間および研磨量のデータ
に基づいて、次回以降の研磨時間や研磨条件を決定する
方法では、目標膜厚値の得られる最適研磨時間が把握す
るまでに数バッチを要することが通常であった。その原
因は従来、明確に把握されていなかったが、本発明者
は、多くの実験を経て、研磨対象となる膜の表面に凹凸
が生じることが原因であることを究明した。以下、この
点について図面を参照して説明する。
来技術のように、前回の研磨時間および研磨量のデータ
に基づいて、次回以降の研磨時間や研磨条件を決定する
方法では、目標膜厚値の得られる最適研磨時間が把握す
るまでに数バッチを要することが通常であった。その原
因は従来、明確に把握されていなかったが、本発明者
は、多くの実験を経て、研磨対象となる膜の表面に凹凸
が生じることが原因であることを究明した。以下、この
点について図面を参照して説明する。
【０００９】図４は、従来の化学的機械的研磨工程を説
明するための工程断面図である。ここでのＣＭＰ処理の
対象は、図４（ａ）に示すように、下地となる絶縁膜１
上に、アルミ配線２、シリコン酸化膜３が積層されたウ
エハである。アルミ配線２の形状を反映して、シリコン
酸化膜３の表面に、高低差ａの凹凸が発生する。ここ
で、アルミ配線２の表面からシリコン酸化膜３の表面ま
での距離ｄ１が初期膜厚となる。次いでＣＭＰによりシ
リコン酸化膜３表面を研磨し、最終的に図４（ｂ）のよ
うに目標膜厚ｄ２に到達する。図４（ａ）から図４
（ｂ）に至るまでの過程において、研磨前半では、シリ
コン酸化膜３の凹凸形状のため、実質的な研磨量は少な
く膜厚の減少は速い。しかし研磨後半では、シリコン酸
化膜３の凹凸部分が消失し、表面が平坦な状態となり、
シリコン酸化膜３の実質的な研磨量が多くなって研磨の
進行が遅くなる。
明するための工程断面図である。ここでのＣＭＰ処理の
対象は、図４（ａ）に示すように、下地となる絶縁膜１
上に、アルミ配線２、シリコン酸化膜３が積層されたウ
エハである。アルミ配線２の形状を反映して、シリコン
酸化膜３の表面に、高低差ａの凹凸が発生する。ここ
で、アルミ配線２の表面からシリコン酸化膜３の表面ま
での距離ｄ１が初期膜厚となる。次いでＣＭＰによりシ
リコン酸化膜３表面を研磨し、最終的に図４（ｂ）のよ
うに目標膜厚ｄ２に到達する。図４（ａ）から図４
（ｂ）に至るまでの過程において、研磨前半では、シリ
コン酸化膜３の凹凸形状のため、実質的な研磨量は少な
く膜厚の減少は速い。しかし研磨後半では、シリコン酸
化膜３の凹凸部分が消失し、表面が平坦な状態となり、
シリコン酸化膜３の実質的な研磨量が多くなって研磨の
進行が遅くなる。
【００１０】以上のように、ＣＭＰの進行にともない、
研磨対象となるシリコン酸化膜３の形状が相違し、その
状態に応じて研磨速度が変化する。従来の研磨時間決定
方法においては、このような研磨の工程の進行に応じて
研磨対象の状態が変化し、これに応じて研磨速度が変化
すること、具体的には、研磨前半では凹凸形状に起因し
て研磨速度が大きくなるといった点については考慮され
ていなかった。このため、従来の方法によれば、研磨時
間として短めの値が算出されることとなる。算出された
研磨時間にて研磨した際に得られる膜厚と目標膜厚値と
の際は、バッチを重ね、研磨時のデータが蓄積されるこ
とにより小さくなり、次第に目標どおりの膜厚が得られ
るようになるが、その状態に至るまで、ある程度のバッ
チ数が必要となる。この結果、再研磨が必要なウエハが
大量に発生する上、製品にならない不良品のウエハが発
生し、歩留まりが低下するといった課題があった。
研磨対象となるシリコン酸化膜３の形状が相違し、その
状態に応じて研磨速度が変化する。従来の研磨時間決定
方法においては、このような研磨の工程の進行に応じて
研磨対象の状態が変化し、これに応じて研磨速度が変化
すること、具体的には、研磨前半では凹凸形状に起因し
て研磨速度が大きくなるといった点については考慮され
ていなかった。このため、従来の方法によれば、研磨時
間として短めの値が算出されることとなる。算出された
研磨時間にて研磨した際に得られる膜厚と目標膜厚値と
の際は、バッチを重ね、研磨時のデータが蓄積されるこ
とにより小さくなり、次第に目標どおりの膜厚が得られ
るようになるが、その状態に至るまで、ある程度のバッ
チ数が必要となる。この結果、再研磨が必要なウエハが
大量に発生する上、製品にならない不良品のウエハが発
生し、歩留まりが低下するといった課題があった。
【００１１】本発明は、上記事情に鑑み、目標どおりの
膜厚が得られるように化学的機械的研磨の研磨時間を高
精度に制御し、これにより不良品や再研磨が必要となる
ウエハの発生を抑え、歩留まりを向上させることを目的
とする。
膜厚が得られるように化学的機械的研磨の研磨時間を高
精度に制御し、これにより不良品や再研磨が必要となる
ウエハの発生を抑え、歩留まりを向上させることを目的
とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明によれば、凹凸を有するウエハ表面に設けられた膜を
目標膜厚まで化学的機械的研磨する方法であって、研磨
対象のウエハと同種の先行ウエハの研磨を行った際に取
得した研磨データを用いて研磨前半の所要予測時間を求
め、平坦な下地上に成膜された前記膜の構成材料の研磨
速度を用いて研磨後半の所要予測時間を求め、これらの
所要予測時間を合計して得た値を研磨時間とし、研磨対
象のウエハを化学的機械的研磨する研磨方法、が提供さ
れる。
明によれば、凹凸を有するウエハ表面に設けられた膜を
目標膜厚まで化学的機械的研磨する方法であって、研磨
対象のウエハと同種の先行ウエハの研磨を行った際に取
得した研磨データを用いて研磨前半の所要予測時間を求
め、平坦な下地上に成膜された前記膜の構成材料の研磨
速度を用いて研磨後半の所要予測時間を求め、これらの
所要予測時間を合計して得た値を研磨時間とし、研磨対
象のウエハを化学的機械的研磨する研磨方法、が提供さ
れる。
【００１３】また本発明によれば、凹凸を有するウエハ
表面に設けられた膜を目標膜厚まで化学的機械的研磨す
る方法であって、平坦な下地上に成膜された、前記膜の
構成材料の研磨速度ｖを取得するステップと、研磨対象
のウエハと同種の先行ウエハを化学的機械的研磨し、前
記目標膜厚に到達する前の段階で研磨を中止し、この段
階での膜厚を測定するステップと、下記式（Ｉ） Ｔ＝（Ｄ１−Ｄ２）／ｖ＋ｔ１ （Ｉ） （但し、Ｄ１は研磨を中止した段階での膜厚であり、Ｄ
２は目標膜厚である。ｔ １は、初期膜厚から膜厚Ｄ１に
至るまでに要した時間である。）によって定義されるＴ
を算出するステップと、Ｔを基準として得た値を研磨時
間として、研磨対象のウエハを化学的機械的研磨するス
テップと、を含むことを特徴とする研磨方法、が提供さ
れる。
表面に設けられた膜を目標膜厚まで化学的機械的研磨す
る方法であって、平坦な下地上に成膜された、前記膜の
構成材料の研磨速度ｖを取得するステップと、研磨対象
のウエハと同種の先行ウエハを化学的機械的研磨し、前
記目標膜厚に到達する前の段階で研磨を中止し、この段
階での膜厚を測定するステップと、下記式（Ｉ） Ｔ＝（Ｄ１−Ｄ２）／ｖ＋ｔ１ （Ｉ） （但し、Ｄ１は研磨を中止した段階での膜厚であり、Ｄ
２は目標膜厚である。ｔ １は、初期膜厚から膜厚Ｄ１に
至るまでに要した時間である。）によって定義されるＴ
を算出するステップと、Ｔを基準として得た値を研磨時
間として、研磨対象のウエハを化学的機械的研磨するス
テップと、を含むことを特徴とする研磨方法、が提供さ
れる。
【００１４】上記研磨方法において、研磨対象のウエハ
を化学的機械的研磨する際、下記式（ＩＩ）で定義され
るＴ'を研磨時間とする構成とすることができる。 Ｔ'＝Ｔ＋ｄ／ｖ （ＩＩ） （但し、前記先行ウエハおよび前記研磨対象のウエハの
初期膜厚の差をｄとする。）また上記研磨方法におい
て、膜厚Ｄ２の前記先行ウエハについて、下記式で定義
されるｔ２を研磨時間として化学的機械的研磨を行うス
テップをさらに含む構成とすることができる。 ｔ２＝（Ｄ１−Ｄ２）／ｖ
を化学的機械的研磨する際、下記式（ＩＩ）で定義され
るＴ'を研磨時間とする構成とすることができる。 Ｔ'＝Ｔ＋ｄ／ｖ （ＩＩ） （但し、前記先行ウエハおよび前記研磨対象のウエハの
初期膜厚の差をｄとする。）また上記研磨方法におい
て、膜厚Ｄ２の前記先行ウエハについて、下記式で定義
されるｔ２を研磨時間として化学的機械的研磨を行うス
テップをさらに含む構成とすることができる。 ｔ２＝（Ｄ１−Ｄ２）／ｖ
【００１５】また本発明によれば、凹凸を有するウエハ
表面に設けられた膜を目標膜厚まで化学的機械的研磨す
る研磨装置であって、研磨対象となるウエハと同種の先
行ウエハについて取得した研磨データと、平坦な下地上
に成膜された前記膜の構成材料の研磨速度とを格納する
記憶部と、前記記憶部から読み出した前記研磨データを
用いて研磨前半の所要予測時間を求め、前記記憶部から
読み出した前記研磨速度を用いて研磨後半の所要予測時
間を求め、これらの所要予測時間を合計して研磨時間を
得る研磨時間管理部と、前記研磨時間管理部により得ら
れた研磨時間によりウエハを化学的機械的研磨する研磨
部と、を具備することを特徴とする研磨装置、が提供さ
れる。
表面に設けられた膜を目標膜厚まで化学的機械的研磨す
る研磨装置であって、研磨対象となるウエハと同種の先
行ウエハについて取得した研磨データと、平坦な下地上
に成膜された前記膜の構成材料の研磨速度とを格納する
記憶部と、前記記憶部から読み出した前記研磨データを
用いて研磨前半の所要予測時間を求め、前記記憶部から
読み出した前記研磨速度を用いて研磨後半の所要予測時
間を求め、これらの所要予測時間を合計して研磨時間を
得る研磨時間管理部と、前記研磨時間管理部により得ら
れた研磨時間によりウエハを化学的機械的研磨する研磨
部と、を具備することを特徴とする研磨装置、が提供さ
れる。
【００１６】また本発明によれば、凹凸を有するウエハ
表面に設けられた膜を目標膜厚まで化学的機械的研磨す
る研磨装置であって、ウエハを化学的機械的研磨する研
磨部と、ウエハ表面に設けられた膜の膜厚を制御する膜
厚制御部と、ウエハ表面に設けられた膜の厚みを測定す
る膜厚測定部と、研磨条件に関するデータを記憶する記
憶部と、ウエハの研磨時間を管理する研磨時間管理部
と、を有し、前記研磨部に先行ウエハが配置されて研磨
が開始されたとき、前記膜厚制御部は、前記研磨部に対
して目標膜厚Ｄ２に到達する前に研磨を中止することを
要求し、前記膜厚測定部は、研磨の中止が要求された段
階における前記膜の膜厚Ｄ１を測定するとともに、膜厚
Ｄ１および膜厚Ｄ１に到達するまでに要した研磨時間ｔ
１を前記記憶部に格納し、前記研磨時間管理部は、あら
かじめ前記記憶部に格納された平坦な下地の上に成膜さ
れた前記膜材料の研磨速度ｖと、膜厚Ｄ１および膜厚Ｄ
１に到達するまでに要した研磨時間ｔ１とを前記記憶部
から読み出し、下記式（Ｉ） Ｔ＝（Ｄ１−Ｄ２）／ｖ＋ｔ１ （Ｉ） （但し、Ｄ１は研磨を中止した段階での膜厚であり、Ｄ
２は目標膜厚である。ｔ １は、初期膜厚から膜厚Ｄ１に
至るまでに要した時間である。）によって定義されるＴ
を算出し、この値を基準としてウエハの研磨時間を決定
して前記記憶部に格納し、前記研磨部に研磨対象のウエ
ハが配置されたとき、前記研磨部は、前記記憶部に格納
された前記研磨時間を読み出し、この研磨時間により研
磨対象のウエハを化学的機械的研磨することを特徴とす
る研磨装置、が提供される。上記研磨装置において、前
記研磨時間管理部は、下記式（ＩＩ）で定義されるＴ'
を研磨時間とする構成とすることができる。 Ｔ'＝Ｔ＋ｄ／ｖ （ＩＩ） （但し、前記先行ウエハおよび前記研磨対象のウエハの
初期膜厚の差をｄとする。）
表面に設けられた膜を目標膜厚まで化学的機械的研磨す
る研磨装置であって、ウエハを化学的機械的研磨する研
磨部と、ウエハ表面に設けられた膜の膜厚を制御する膜
厚制御部と、ウエハ表面に設けられた膜の厚みを測定す
る膜厚測定部と、研磨条件に関するデータを記憶する記
憶部と、ウエハの研磨時間を管理する研磨時間管理部
と、を有し、前記研磨部に先行ウエハが配置されて研磨
が開始されたとき、前記膜厚制御部は、前記研磨部に対
して目標膜厚Ｄ２に到達する前に研磨を中止することを
要求し、前記膜厚測定部は、研磨の中止が要求された段
階における前記膜の膜厚Ｄ１を測定するとともに、膜厚
Ｄ１および膜厚Ｄ１に到達するまでに要した研磨時間ｔ
１を前記記憶部に格納し、前記研磨時間管理部は、あら
かじめ前記記憶部に格納された平坦な下地の上に成膜さ
れた前記膜材料の研磨速度ｖと、膜厚Ｄ１および膜厚Ｄ
１に到達するまでに要した研磨時間ｔ１とを前記記憶部
から読み出し、下記式（Ｉ） Ｔ＝（Ｄ１−Ｄ２）／ｖ＋ｔ１ （Ｉ） （但し、Ｄ１は研磨を中止した段階での膜厚であり、Ｄ
２は目標膜厚である。ｔ １は、初期膜厚から膜厚Ｄ１に
至るまでに要した時間である。）によって定義されるＴ
を算出し、この値を基準としてウエハの研磨時間を決定
して前記記憶部に格納し、前記研磨部に研磨対象のウエ
ハが配置されたとき、前記研磨部は、前記記憶部に格納
された前記研磨時間を読み出し、この研磨時間により研
磨対象のウエハを化学的機械的研磨することを特徴とす
る研磨装置、が提供される。上記研磨装置において、前
記研磨時間管理部は、下記式（ＩＩ）で定義されるＴ'
を研磨時間とする構成とすることができる。 Ｔ'＝Ｔ＋ｄ／ｖ （ＩＩ） （但し、前記先行ウエハおよび前記研磨対象のウエハの
初期膜厚の差をｄとする。）
【００１７】本発明においては、研磨を前半と後半の２
段階にわけ、各段階の研磨対象の状態等を考慮して研磨
時間を迅速かつ正確に把握する。このため、研磨の途中
の過程において、研磨対象の表面形状や材質が変化する
ような研磨対象に対しても、正確な研磨時間を見積もる
ことができ、この研磨時間を用いることにより、目標膜
厚値を確実に実現することができる。しかも、従来技術
で課題となっていた、最適研磨時間を把握するまでの時
間の短縮化を図ることができ、生産性を向上することが
できる。本発明における先行ウエハとは、研磨データを
取得するため、他の製品ウエハに先駆けて研磨するウエ
ハである。先行ウエハ自体も、その後、再研磨する等の
方法によって製品として利用することができる。
段階にわけ、各段階の研磨対象の状態等を考慮して研磨
時間を迅速かつ正確に把握する。このため、研磨の途中
の過程において、研磨対象の表面形状や材質が変化する
ような研磨対象に対しても、正確な研磨時間を見積もる
ことができ、この研磨時間を用いることにより、目標膜
厚値を確実に実現することができる。しかも、従来技術
で課題となっていた、最適研磨時間を把握するまでの時
間の短縮化を図ることができ、生産性を向上することが
できる。本発明における先行ウエハとは、研磨データを
取得するため、他の製品ウエハに先駆けて研磨するウエ
ハである。先行ウエハ自体も、その後、再研磨する等の
方法によって製品として利用することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。
施の形態について説明する。
【００１９】本実施形態では、表面に膜の形成された複
数枚のウエハを一ロットとし、ロット単位のウエハを一
枚ずつ目標膜厚値となるように化学的機械的研磨する。
まず、ロットから選択された先行ウエハ表面の膜を以下
の手順でＣＭＰ処理し、ＣＭＰ処理時間を決定する。
数枚のウエハを一ロットとし、ロット単位のウエハを一
枚ずつ目標膜厚値となるように化学的機械的研磨する。
まず、ロットから選択された先行ウエハ表面の膜を以下
の手順でＣＭＰ処理し、ＣＭＰ処理時間を決定する。
【００２０】図１は、成膜およびＣＭＰプロセスを含む
工程断面図である。はじめに、絶縁膜１上に、所定の形
状にパターニングされたアルミ配線２を形成する。これ
を下地層として、その上にプラズマＣＶＤ法によりシリ
コン酸化膜３を形成する。図１（ａ）はこの状態を示
す。このとき、アルミ配線２の高さｈを反映して、シリ
コン酸化膜３の表面には高さａの凹凸が発生する。ここ
で、アルミ配線２の表面からシリコン酸化膜３の表面ま
での距離Ｄ０をシリコン酸化膜３の初期膜厚とする。
工程断面図である。はじめに、絶縁膜１上に、所定の形
状にパターニングされたアルミ配線２を形成する。これ
を下地層として、その上にプラズマＣＶＤ法によりシリ
コン酸化膜３を形成する。図１（ａ）はこの状態を示
す。このとき、アルミ配線２の高さｈを反映して、シリ
コン酸化膜３の表面には高さａの凹凸が発生する。ここ
で、アルミ配線２の表面からシリコン酸化膜３の表面ま
での距離Ｄ０をシリコン酸化膜３の初期膜厚とする。
【００２１】次いでＣＭＰによりシリコン酸化膜３表面
を研磨し、図１（ｂ）の状態となる。図１（ａ）から
（ｂ）に至るまではシリコン酸化膜３の凹凸形状のた
め、実質的な研磨量は少なく膜厚の減少は速い。
を研磨し、図１（ｂ）の状態となる。図１（ａ）から
（ｂ）に至るまではシリコン酸化膜３の凹凸形状のた
め、実質的な研磨量は少なく膜厚の減少は速い。
【００２２】その後、ＣＭＰをさらに続けると、図１
（ｃ）の状態となる。ここでは、シリコン酸化膜３の凹
凸部分が消失し、表面が平坦な状態となっている。した
がって、この後の研磨においては、シリコン酸化膜３の
実質的な研磨量が多くなるため、研磨の進行が遅くな
る。本実施形態では、膜厚が目標値Ｄ２に到達する前の
段階でいったんＣＭＰを中止する。このときの厚みをＤ
１とする。以上により、一回目のＣＭＰを終了する。
（ｃ）の状態となる。ここでは、シリコン酸化膜３の凹
凸部分が消失し、表面が平坦な状態となっている。した
がって、この後の研磨においては、シリコン酸化膜３の
実質的な研磨量が多くなるため、研磨の進行が遅くな
る。本実施形態では、膜厚が目標値Ｄ２に到達する前の
段階でいったんＣＭＰを中止する。このときの厚みをＤ
１とする。以上により、一回目のＣＭＰを終了する。
【００２３】次に、この結果に基づいて２回目以降に行
うＣＭＰの研磨時間を決定する。上記の実験により図１
（ａ）から（ｃ）に至るまでの時間が求まるので、それ
以降の図１（ｃ）から（ｄ）までに要する時間を計算に
よって求め、これらの総和をとることでＣＭＰ研磨時間
を算出する。
うＣＭＰの研磨時間を決定する。上記の実験により図１
（ａ）から（ｃ）に至るまでの時間が求まるので、それ
以降の図１（ｃ）から（ｄ）までに要する時間を計算に
よって求め、これらの総和をとることでＣＭＰ研磨時間
を算出する。
【００２４】図１（ｃ）から（ｄ）までに要する時間は
次のようにして計算する。まず、本実施形態のＣＭＰ処
理に先駆けて、平坦なウエハ上に形成したシリコン酸化
膜３を上述した図１（ａ）〜（ｃ）の工程と同条件でＣ
ＭＰ処理した場合における研磨速度を測定しておく。こ
の値をｖとする。図１（ｃ）から（ｄ）に至るまでの状
態では、シリコン酸化膜３の凹凸部がすでに消失してい
るため、平坦なウエハ上に形成されたシリコン酸化膜３
と同じ研磨速度が得られる。そこで、この間の研磨に要
する時間は、 （Ｄ１−Ｄ２）／ｖ と見積もることができる。
次のようにして計算する。まず、本実施形態のＣＭＰ処
理に先駆けて、平坦なウエハ上に形成したシリコン酸化
膜３を上述した図１（ａ）〜（ｃ）の工程と同条件でＣ
ＭＰ処理した場合における研磨速度を測定しておく。こ
の値をｖとする。図１（ｃ）から（ｄ）に至るまでの状
態では、シリコン酸化膜３の凹凸部がすでに消失してい
るため、平坦なウエハ上に形成されたシリコン酸化膜３
と同じ研磨速度が得られる。そこで、この間の研磨に要
する時間は、 （Ｄ１−Ｄ２）／ｖ と見積もることができる。
【００２５】この値に、先行ウエハを図１（ａ）から図
１（ｃ）の状態まで研磨するのに要した時間をｔ１を加
算することにより、研磨時間Ｔが算出される。このＴの
値を、次回以降のＣＭＰ処理時間とする。２回目以降は
図１（ａ）から（ｄ）までの工程を行う。
１（ｃ）の状態まで研磨するのに要した時間をｔ１を加
算することにより、研磨時間Ｔが算出される。このＴの
値を、次回以降のＣＭＰ処理時間とする。２回目以降は
図１（ａ）から（ｄ）までの工程を行う。
【００２６】上記の方法では、シリコン酸化膜３の凹凸
部が消失した後は、平坦なウエハ上に形成されたシリコ
ン酸化膜３と同じ研磨速度が得られる、との前提で研磨
時間を算出している。この点について実験データに基づ
いて説明する。図１２は、プラズマＣＶＤ法により形成
したシリコン酸化膜を化学的機械的研磨した場合におけ
る研磨時間と残存膜厚との関係を示す図である。初期膜
厚１４０００オングストロームに対し、目標膜厚を４０
００オングストロームとしている。図からわかるよう
に、研磨の前半では研磨速度が速く、後半では一定の研
磨速度に落ち着いている。研磨終点の付近では、研磨時
間と膜厚は良好な直線関係にある。直線の傾きから求め
た研磨速度は２９７５オングストローム／ｍｉｎであっ
た。一方、同じ成膜法（プラズマＣＶＤ法）により平坦
な下地の上に形成したシリコン酸化膜を化学的機械的研
磨した場合の研磨速度は２９１６オングストローム／ｍ
ｉｎであった。これらの研磨速度はほぼ一致しており、
図１に示すプロセスにおける研磨後半の研磨速度は、平
坦な下地上に成膜された、同じ膜の構成材料の研磨速度
と等しいことが確認された。
部が消失した後は、平坦なウエハ上に形成されたシリコ
ン酸化膜３と同じ研磨速度が得られる、との前提で研磨
時間を算出している。この点について実験データに基づ
いて説明する。図１２は、プラズマＣＶＤ法により形成
したシリコン酸化膜を化学的機械的研磨した場合におけ
る研磨時間と残存膜厚との関係を示す図である。初期膜
厚１４０００オングストロームに対し、目標膜厚を４０
００オングストロームとしている。図からわかるよう
に、研磨の前半では研磨速度が速く、後半では一定の研
磨速度に落ち着いている。研磨終点の付近では、研磨時
間と膜厚は良好な直線関係にある。直線の傾きから求め
た研磨速度は２９７５オングストローム／ｍｉｎであっ
た。一方、同じ成膜法（プラズマＣＶＤ法）により平坦
な下地の上に形成したシリコン酸化膜を化学的機械的研
磨した場合の研磨速度は２９１６オングストローム／ｍ
ｉｎであった。これらの研磨速度はほぼ一致しており、
図１に示すプロセスにおける研磨後半の研磨速度は、平
坦な下地上に成膜された、同じ膜の構成材料の研磨速度
と等しいことが確認された。
【００２７】次に、本発明に係る研磨装置の構成の一例
について説明する。図６は本発明に係る装置の構成の一
例を示す。この装置は、ウエハを研磨する研磨部１０
１、ウエハの膜厚を測定する膜厚測定部１０６、ウエハ
を搬送する搬送部１０３、ウエハを洗浄する洗浄部１０
２、膜厚を制御する制御部１１０からなっている。この
装置内でウエハは、研磨部１０１によって研磨された
後、膜厚測定部１０６に送られて膜厚測定される。その
後、洗浄部１０２に送られ、洗浄される。膜厚測定は、
光学式インライン膜厚測定器等により行うものとする。
光学式インライン膜厚測定器は図５に示す原理で測定を
行う。すなわち、測定対象に対して所定波長の光を照射
し、その反射光Ａ、Ｂを観測する。シリコン酸化膜３の
材料物性値が既知であるので反射光Ａ、Ｂの光路差２ｘ
が求まり、膜厚が測定される。
について説明する。図６は本発明に係る装置の構成の一
例を示す。この装置は、ウエハを研磨する研磨部１０
１、ウエハの膜厚を測定する膜厚測定部１０６、ウエハ
を搬送する搬送部１０３、ウエハを洗浄する洗浄部１０
２、膜厚を制御する制御部１１０からなっている。この
装置内でウエハは、研磨部１０１によって研磨された
後、膜厚測定部１０６に送られて膜厚測定される。その
後、洗浄部１０２に送られ、洗浄される。膜厚測定は、
光学式インライン膜厚測定器等により行うものとする。
光学式インライン膜厚測定器は図５に示す原理で測定を
行う。すなわち、測定対象に対して所定波長の光を照射
し、その反射光Ａ、Ｂを観測する。シリコン酸化膜３の
材料物性値が既知であるので反射光Ａ、Ｂの光路差２ｘ
が求まり、膜厚が測定される。
【００２８】図７は、本発明に係る装置を機能に着目し
て図示した機能ブロック図である。図中、実線はデータ
の授受を示し、点線はウエハの移動を表す。この図面を
参照して装置内のデータの授受やウエハの動きについて
説明する。
て図示した機能ブロック図である。図中、実線はデータ
の授受を示し、点線はウエハの移動を表す。この図面を
参照して装置内のデータの授受やウエハの動きについて
説明する。
【００２９】まず、膜厚制御部１０７は、残膜の厚みが
目標膜厚よりも厚くなるように研磨時間を設定し、これ
を研磨部１０１、搬送部１０３に伝達する（Ｓ１、Ｓ
７）。研磨部１０１は、伝達された研磨時間にて化学的
機械的研磨を行う。研磨終了後、搬送部１０３は研磨部
１０１に載置されたウエハを膜厚測定部１０６へ搬送す
る（Ｓ３）。膜厚測定部１０６はウエハの残膜の膜厚を
測定する。この膜厚をＤ １とし、膜厚Ｄ１および初期膜
厚から膜厚Ｄ１に到達するまでに要した研磨時間ｔ１を
記憶部１０８に格納する（Ｓ４）。
目標膜厚よりも厚くなるように研磨時間を設定し、これ
を研磨部１０１、搬送部１０３に伝達する（Ｓ１、Ｓ
７）。研磨部１０１は、伝達された研磨時間にて化学的
機械的研磨を行う。研磨終了後、搬送部１０３は研磨部
１０１に載置されたウエハを膜厚測定部１０６へ搬送す
る（Ｓ３）。膜厚測定部１０６はウエハの残膜の膜厚を
測定する。この膜厚をＤ １とし、膜厚Ｄ１および初期膜
厚から膜厚Ｄ１に到達するまでに要した研磨時間ｔ１を
記憶部１０８に格納する（Ｓ４）。
【００３０】研磨時間管理部１０９は、Ｄ１、Ｄ２、ｔ
１、および、あらかじめ記憶部１０８に格納しておいた
平坦な下地の上に成膜された上記膜材料の研磨速度ｖを
記憶部１０８から読み出し（Ｓ８，９）、下記式（Ｉ） Ｔ＝（Ｄ１−Ｄ２）／ｖ＋ｔ１ （Ｉ） （但し、Ｄ１は研磨を中止した段階での膜厚であり、Ｄ
２は目標膜厚である。ｔ １は、初期膜厚から膜厚Ｄ１に
至るまでに要した時間である。）によって定義されるＴ
を算出する。この値を基準として、研磨対象のウエハの
研磨時間を決定する。研磨時間は、上記Ｔをそのまま用
いてもよいし、先行ウエハと研磨対象のウエハの初期膜
厚が異なる場合は適宜補正をして研磨時間を決定するこ
ともできる。補正をする場合は、たとえば、下記式（Ｉ
Ｉ）を用いることができる。 Ｔ'＝Ｔ＋ｄ／ｖ （ＩＩ） （先行ウエハおよび研磨対象のウエハの初期膜厚の差を
ｄとする。） 本発明は、研磨の途中の過程において表面形状や材質が
変化する研磨対象に対して有効に適用される。たとえば
図２のように、下地が凹凸を有するだけでなく、層間絶
縁膜が第一のシリコン酸化膜５および第二のシリコン酸
化膜６が積層してなる構造に対しても有効である。ま
た、本発明における「凹凸を有するウエハ表面に設けら
れた膜」は様々な形態のものを含んでいる。図３はその
一例である。図３はＤＲＡＭの概略構造を示す図であ
り、シリコン基板１０上にゲート電極１１、拡散層１２
からなるトランジスタが形成され、このトランジスタ
と、コンタクトプラグ１３を介してキャパシタ１５が形
成されている。このキャパシタ１５上に形成される絶縁
膜１６の平坦化工程に対し本発明の研磨方法を好適に適
用することができる。また、ＳＴＩ（Shallow Trench Is
olation）形成プロセスにおいて、トレンチに所定の膜
材料を埋め込んだ後の平坦化工程に対しても本発明の研
磨方法を適用することが可能である。
１、および、あらかじめ記憶部１０８に格納しておいた
平坦な下地の上に成膜された上記膜材料の研磨速度ｖを
記憶部１０８から読み出し（Ｓ８，９）、下記式（Ｉ） Ｔ＝（Ｄ１−Ｄ２）／ｖ＋ｔ１ （Ｉ） （但し、Ｄ１は研磨を中止した段階での膜厚であり、Ｄ
２は目標膜厚である。ｔ １は、初期膜厚から膜厚Ｄ１に
至るまでに要した時間である。）によって定義されるＴ
を算出する。この値を基準として、研磨対象のウエハの
研磨時間を決定する。研磨時間は、上記Ｔをそのまま用
いてもよいし、先行ウエハと研磨対象のウエハの初期膜
厚が異なる場合は適宜補正をして研磨時間を決定するこ
ともできる。補正をする場合は、たとえば、下記式（Ｉ
Ｉ）を用いることができる。 Ｔ'＝Ｔ＋ｄ／ｖ （ＩＩ） （先行ウエハおよび研磨対象のウエハの初期膜厚の差を
ｄとする。） 本発明は、研磨の途中の過程において表面形状や材質が
変化する研磨対象に対して有効に適用される。たとえば
図２のように、下地が凹凸を有するだけでなく、層間絶
縁膜が第一のシリコン酸化膜５および第二のシリコン酸
化膜６が積層してなる構造に対しても有効である。ま
た、本発明における「凹凸を有するウエハ表面に設けら
れた膜」は様々な形態のものを含んでいる。図３はその
一例である。図３はＤＲＡＭの概略構造を示す図であ
り、シリコン基板１０上にゲート電極１１、拡散層１２
からなるトランジスタが形成され、このトランジスタ
と、コンタクトプラグ１３を介してキャパシタ１５が形
成されている。このキャパシタ１５上に形成される絶縁
膜１６の平坦化工程に対し本発明の研磨方法を好適に適
用することができる。また、ＳＴＩ（Shallow Trench Is
olation）形成プロセスにおいて、トレンチに所定の膜
材料を埋め込んだ後の平坦化工程に対しても本発明の研
磨方法を適用することが可能である。
【００３１】
【実施例】実施例１
本実施例における化学的機械的研磨のフローを図１１に
示す。まず、平坦な下地上に成膜された膜材料の研磨速
度を測定し、次いで先行ウエハによる研磨データの収集
を行う。これらのデータに基づいて最適研磨時間を決定
し、これに基づいて実際の研磨対象となるウエハを研磨
する。 （ｉ）研磨対象 本実施例における研磨対象のウエハは、図１（ａ）に示
した断面構造を有する。このウエハは、シリコンウエハ
上にアルミ配線２（膜厚約５０００オングストローム）
を形成し、次いでプラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化
膜３（平坦部の膜厚約１４０００オングストローム）を
形成したものである。本実施例では、この段階のウエハ
を複数枚（一ロット）用意し、４枚ごとに化学的機械的
研磨した。目標膜厚値Ｄ２は、５０００オングストロー
ムとした。 （ｉｉ）最適研磨時間の決定 予備実験を行ない、図１（ａ）のウエハにおけるシリコ
ン酸化膜３と同じ成膜条件でシリコン基板上の平坦な面
に成膜して得られた膜の研磨速度ｖを測定した。この結
果、研磨速度として、２９００オングストローム／ｍｉ
ｎという値が得られた。
示す。まず、平坦な下地上に成膜された膜材料の研磨速
度を測定し、次いで先行ウエハによる研磨データの収集
を行う。これらのデータに基づいて最適研磨時間を決定
し、これに基づいて実際の研磨対象となるウエハを研磨
する。 （ｉ）研磨対象 本実施例における研磨対象のウエハは、図１（ａ）に示
した断面構造を有する。このウエハは、シリコンウエハ
上にアルミ配線２（膜厚約５０００オングストローム）
を形成し、次いでプラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化
膜３（平坦部の膜厚約１４０００オングストローム）を
形成したものである。本実施例では、この段階のウエハ
を複数枚（一ロット）用意し、４枚ごとに化学的機械的
研磨した。目標膜厚値Ｄ２は、５０００オングストロー
ムとした。 （ｉｉ）最適研磨時間の決定 予備実験を行ない、図１（ａ）のウエハにおけるシリコ
ン酸化膜３と同じ成膜条件でシリコン基板上の平坦な面
に成膜して得られた膜の研磨速度ｖを測定した。この結
果、研磨速度として、２９００オングストローム／ｍｉ
ｎという値が得られた。
【００３２】次いで、先行ウエハを用いて本製造におけ
る研磨時間の最適化を行った。研磨に際し、図７により
説明した構成の研磨装置を用いた。以下、研磨時間の最
適化手順について説明する。
る研磨時間の最適化を行った。研磨に際し、図７により
説明した構成の研磨装置を用いた。以下、研磨時間の最
適化手順について説明する。
【００３３】まず、先行ウエハを研磨部１０１に配置し
て研磨を開始する。このとき目標膜厚値Ｄ２よりも厚い
膜厚が残るタイミングで研磨を中止するよう、研磨時間
を調整する。この調整は、経験値を用いて余分に膜が残
るように調整する方式としてもよいし、適当なタイミン
グで膜厚を測定しながら調整する方式とすることもでき
る。
て研磨を開始する。このとき目標膜厚値Ｄ２よりも厚い
膜厚が残るタイミングで研磨を中止するよう、研磨時間
を調整する。この調整は、経験値を用いて余分に膜が残
るように調整する方式としてもよいし、適当なタイミン
グで膜厚を測定しながら調整する方式とすることもでき
る。
【００３４】ついで、この段階までに要した時間ｔ１を
記憶部１０８に格納する。そして、搬送部１０３に対し
ては、先行ウエハを膜厚測定部１０６に移動することを
要求する。先行ウエハは、この膜厚測定部１０６にて膜
厚が測定される。この膜厚をＤ１とする。膜厚Ｄ１と、
膜厚Ｄ１に到達するまでに要した研磨時間ｔ１は、記憶
部１０８に格納される。
記憶部１０８に格納する。そして、搬送部１０３に対し
ては、先行ウエハを膜厚測定部１０６に移動することを
要求する。先行ウエハは、この膜厚測定部１０６にて膜
厚が測定される。この膜厚をＤ１とする。膜厚Ｄ１と、
膜厚Ｄ１に到達するまでに要した研磨時間ｔ１は、記憶
部１０８に格納される。
【００３５】次に、研磨速度ｖ、膜厚Ｄ１、目標膜厚Ｄ
２、研磨時間ｔ１を記憶部１０８から読み出し、下記式
（Ｉ）によって定義されるＴを算出する。 Ｔ＝（Ｄ１−Ｄ２）／ｖ＋ｔ１ （Ｉ） この値Ｔを次回からの研磨時間として利用する。 (iii)最適研磨時間によるウエハの研磨 本実施例で用いた装置は、ウエハを同時に４枚載置し、
膜の研磨を行う。したがって、上記した最適研磨時間の
決定も、それぞれのウエハ載置台ごとに行われる。載置
台ごとに、研磨パッドの状態等が相違し、研磨速度が異
なるため、このようにそれぞれの載置台ごとに研磨時間
を決定するのがよい。
２、研磨時間ｔ１を記憶部１０８から読み出し、下記式
（Ｉ）によって定義されるＴを算出する。 Ｔ＝（Ｄ１−Ｄ２）／ｖ＋ｔ１ （Ｉ） この値Ｔを次回からの研磨時間として利用する。 (iii)最適研磨時間によるウエハの研磨 本実施例で用いた装置は、ウエハを同時に４枚載置し、
膜の研磨を行う。したがって、上記した最適研磨時間の
決定も、それぞれのウエハ載置台ごとに行われる。載置
台ごとに、研磨パッドの状態等が相違し、研磨速度が異
なるため、このようにそれぞれの載置台ごとに研磨時間
を決定するのがよい。
【００３６】図８は、横軸にランナンバー、縦軸に研磨
後の膜厚を示す。図中、ランナンバー１〜４は、いずれ
も先行ウエハの研磨結果を示す。以下、図中のランナン
バー１の結果からＴを求める。 Ｔ＝（Ｄ１−Ｄ２）／ｖ＋ｔ１ （Ｉ） に、以下の値を代入する。 Ｄ２＝５０００オングストローム Ｄ１＝６４００オングストローム ｖ＝２９００オングストローム／ｍｉｎ ｔ１＝２ｍｉｎ これにより、Ｔ＝２．４８ｍｉｎとなる。ランナンバー
５、９、１３・・・では、このＴを研磨時間として化学
的機械的研磨を行った。その結果、ランナンバー５以降
では、残膜の膜厚が５０００オングストロームとなり、
目標値どおりの値となった。
後の膜厚を示す。図中、ランナンバー１〜４は、いずれ
も先行ウエハの研磨結果を示す。以下、図中のランナン
バー１の結果からＴを求める。 Ｔ＝（Ｄ１−Ｄ２）／ｖ＋ｔ１ （Ｉ） に、以下の値を代入する。 Ｄ２＝５０００オングストローム Ｄ１＝６４００オングストローム ｖ＝２９００オングストローム／ｍｉｎ ｔ１＝２ｍｉｎ これにより、Ｔ＝２．４８ｍｉｎとなる。ランナンバー
５、９、１３・・・では、このＴを研磨時間として化学
的機械的研磨を行った。その結果、ランナンバー５以降
では、残膜の膜厚が５０００オングストロームとなり、
目標値どおりの値となった。
【００３７】同様にして、ランナンバー２、３、４に基
づいて決定した研磨時間により化学的機械的研磨を実施
したところ、図８に示すように、いずれも目標値どおり
の膜厚が得られた。
づいて決定した研磨時間により化学的機械的研磨を実施
したところ、図８に示すように、いずれも目標値どおり
の膜厚が得られた。
【００３８】本実施例では、研磨時間を決定するための
先行ウエハランナンバー１〜４についても、再度、化学
的機械的研磨することにより、製品として再利用してい
る。このとき、下記式で定義されるｔ２を研磨時間とし
た。 ｔ２＝（Ｄ１−Ｄ２）／ｖ 図８中、ランナンバー１５〜１８が、再研磨により得ら
れたウエハである。残膜の膜厚はいずれも５０００オン
グストロームとなり、目標値どおりの値となった。
先行ウエハランナンバー１〜４についても、再度、化学
的機械的研磨することにより、製品として再利用してい
る。このとき、下記式で定義されるｔ２を研磨時間とし
た。 ｔ２＝（Ｄ１−Ｄ２）／ｖ 図８中、ランナンバー１５〜１８が、再研磨により得ら
れたウエハである。残膜の膜厚はいずれも５０００オン
グストロームとなり、目標値どおりの値となった。
【００３９】比較例１
本比較例では、ウエハを化学的機械的研磨した際の研磨
時間および研磨量のデータに基づいて、次回以降の研磨
時間や研磨条件を決定する方法を採用している。実施例
１と同様、先行ウエハを用いて研磨時間を計算している
が、計算式は以下のように実施例１と異なるものを用い
た。 Ｔ＝（Ｄ１−Ｄ２）／ｖ'＋ｔ１ Ｄ１は研磨を中止した段階での膜厚であり、Ｄ２は目標
膜厚である。ｔ１は、初期膜厚から膜厚Ｄ１に至るまで
に要した時間である。ここで、ｖ'は、アルミ配線パタ
ーン上に形成された膜の研磨速度のデータを用いてお
り、この点、平坦な下地の上に形成された膜の研磨速度
を用いる実施例１の式（Ｉ）と異なる。
時間および研磨量のデータに基づいて、次回以降の研磨
時間や研磨条件を決定する方法を採用している。実施例
１と同様、先行ウエハを用いて研磨時間を計算している
が、計算式は以下のように実施例１と異なるものを用い
た。 Ｔ＝（Ｄ１−Ｄ２）／ｖ'＋ｔ１ Ｄ１は研磨を中止した段階での膜厚であり、Ｄ２は目標
膜厚である。ｔ１は、初期膜厚から膜厚Ｄ１に至るまで
に要した時間である。ここで、ｖ'は、アルミ配線パタ
ーン上に形成された膜の研磨速度のデータを用いてお
り、この点、平坦な下地の上に形成された膜の研磨速度
を用いる実施例１の式（Ｉ）と異なる。
【００４０】本比較例で用いた研磨装置の研磨部は、実
施例１のものと同様である。研磨対象のウエハは実施例
１と同様であり、４枚ごとに化学的機械的研磨した。膜
厚目標値は５０００オングストロームとした。研磨の結
果を図９に示す。図中、ランナンバー１〜４は、いずれ
も先行ウエハの研磨結果を示す。
施例１のものと同様である。研磨対象のウエハは実施例
１と同様であり、４枚ごとに化学的機械的研磨した。膜
厚目標値は５０００オングストロームとした。研磨の結
果を図９に示す。図中、ランナンバー１〜４は、いずれ
も先行ウエハの研磨結果を示す。
【００４１】図９において、ランナンバー１のウエハを
化学的機械的研磨し、次いで、ランナンバー１の研磨に
おいて得られた研磨速度に基づいて計算した研磨時間に
よりランナンバー５の研磨を行う。以降、同様にして、
前回のランナンバーの研磨データを用いて次回の研磨に
おける研磨時間を算出し、ランナンバー９、１３、・・
の化学的機械的研磨を実施する。同様に、ランナンバー
２、３、４に基づいてその後のランナンバーのウエハを
研磨する。
化学的機械的研磨し、次いで、ランナンバー１の研磨に
おいて得られた研磨速度に基づいて計算した研磨時間に
よりランナンバー５の研磨を行う。以降、同様にして、
前回のランナンバーの研磨データを用いて次回の研磨に
おける研磨時間を算出し、ランナンバー９、１３、・・
の化学的機械的研磨を実施する。同様に、ランナンバー
２、３、４に基づいてその後のランナンバーのウエハを
研磨する。
【００４２】この方式による結果は図９に示すとおりで
あり、目標膜厚を制御性良く得ることは難しい。ランナ
ンバーを重ねるにつれて次第に目標膜厚に近づいていく
が、目標通りの膜厚が得られるにようになるまで、多く
のバッチを要する結果となった。
あり、目標膜厚を制御性良く得ることは難しい。ランナ
ンバーを重ねるにつれて次第に目標膜厚に近づいていく
が、目標通りの膜厚が得られるにようになるまで、多く
のバッチを要する結果となった。
【００４３】実施例２
本実施例は、ウエハ研磨のバッチ処理の途中で初期膜厚
の異なるウエハを挿入した例である。研磨結果を図１０
に示す。実施例１では、初期膜厚の同じウエハを複数処
理する例を示したが、本実施例では途中で初期膜厚の異
なるウエハが処理されることとなるため、そのウエハに
ついて別途研磨時間が設定される。この研磨時間の設定
は、下記式（ＩＩ）で定義されるＴ'を研磨時間とする
ことで行った。 Ｔ'＝Ｔ＋ｄ／ｖ （ＩＩ） 但し、先行ウエハと研磨対象のウエハとの初期膜厚の差
をｄとする。本実施例では、先行ウエハの初期膜厚は約
８７００オングストロームであり、ランナンバー８の初
期膜厚は約９６００オングストロームである。この膜厚
の差９００オングストロームを、予備実験で求めた平坦
部研磨速度でｖで除して得られる値を、他のランナンバ
ーの研磨時間Ｔに加算することにより、ランナンバー８
に適した研磨時間Ｔ'が得られる。
の異なるウエハを挿入した例である。研磨結果を図１０
に示す。実施例１では、初期膜厚の同じウエハを複数処
理する例を示したが、本実施例では途中で初期膜厚の異
なるウエハが処理されることとなるため、そのウエハに
ついて別途研磨時間が設定される。この研磨時間の設定
は、下記式（ＩＩ）で定義されるＴ'を研磨時間とする
ことで行った。 Ｔ'＝Ｔ＋ｄ／ｖ （ＩＩ） 但し、先行ウエハと研磨対象のウエハとの初期膜厚の差
をｄとする。本実施例では、先行ウエハの初期膜厚は約
８７００オングストロームであり、ランナンバー８の初
期膜厚は約９６００オングストロームである。この膜厚
の差９００オングストロームを、予備実験で求めた平坦
部研磨速度でｖで除して得られる値を、他のランナンバ
ーの研磨時間Ｔに加算することにより、ランナンバー８
に適した研磨時間Ｔ'が得られる。
【００４４】以上のようにして得られた研磨時間Ｔ'に
より化学的機械的研磨を行ったところ、ランナンバー８
においても、残膜の膜厚は、目標通り５０００オングス
トロームとなった。
より化学的機械的研磨を行ったところ、ランナンバー８
においても、残膜の膜厚は、目標通り５０００オングス
トロームとなった。
【００４５】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、凹
凸表面を有する膜のように研磨の途中の過程において表
面形状や材質が変化する研磨対象に対しても、正確な研
磨時間を見積もることができる。この研磨時間を用いる
ことにより、目標膜厚値を確実に実現することができ
る。しかも最適研磨時間を把握するまでの時間の短縮化
を図ることができ、生産性を向上することができる。
凸表面を有する膜のように研磨の途中の過程において表
面形状や材質が変化する研磨対象に対しても、正確な研
磨時間を見積もることができる。この研磨時間を用いる
ことにより、目標膜厚値を確実に実現することができ
る。しかも最適研磨時間を把握するまでの時間の短縮化
を図ることができ、生産性を向上することができる。
【図１】本発明の研磨方法を説明するための図である。
【図２】本発明の研磨方法を説明するための図である。
【図３】本発明の研磨方法の適用可能なデバイスの例を
示す図である。
示す図である。
【図４】従来の研磨方法を説明するための図である。
【図５】膜厚測定方法を説明するための図である。
【図６】本発明の研磨装置の概略構成図である。
【図７】本発明の研磨装置の概略構成図である。
【図８】実施例１の結果を示す図である。
【図９】比較例１の結果を示す図である。
【図１０】実施例２の結果を示す図である。
【図１１】本発明の研磨方法の流れを説明するための図
である。
である。
【図１２】化学的機械的研磨の研磨プロファイルを示す
図である。
図である。
【図１３】従来の研磨方法の流れを説明するための図で
ある。
ある。
１ 絶縁膜
２ アルミ配線
３ シリコン酸化膜
５ 第一のシリコン酸化膜
６ 第二のシリコン酸化膜
１０ シリコン基板
１１ ゲート電極
１２ 拡散層
１３ コンタクトプラグ
１５ キャパシタ
１６ 絶縁膜
１０１ 研磨部
１０２ 洗浄部
１０３ 搬送部
１０６ 膜厚測定部
１０７ 膜厚制御部
１０８ 記憶部
１０９ 研磨時間管理部
１１０ 制御部
２０１ ロット投入
２０２ 研磨前膜厚測定
２０３ 最適レシピ設定
２０４ ＣＭＰ処理
２０５ ウエハ洗浄処理
２０６ 研磨後膜厚測定
２０７ 研磨レート算出
２０８ 処理内容判定
２０９ ロット排出
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｂ２４Ｂ 49/10 Ｂ２４Ｂ 49/10
Claims (7)
- 【請求項１】 凹凸を有するウエハ表面に設けられた膜
を目標膜厚まで化学的機械的研磨する方法であって、研
磨対象のウエハと同種の先行ウエハの研磨を行った際に
取得した研磨データを用いて研磨前半の所要予測時間を
求め、平坦な下地上に成膜された前記膜の構成材料の研
磨速度を用いて研磨後半の所要予測時間を求め、これら
の所要予測時間を合計して得た値を研磨時間とし、研磨
対象のウエハを化学的機械的研磨する研磨方法。 - 【請求項２】 凹凸を有するウエハ表面に設けられた膜
を目標膜厚まで化学的機械的研磨する方法であって、平
坦な下地上に成膜された、前記膜の構成材料の研磨速度
ｖを取得するステップと、研磨対象のウエハと同種の先
行ウエハを化学的機械的研磨し、前記目標膜厚に到達す
る前の段階で研磨を中止し、この段階での膜厚を測定す
るステップと、下記式（Ｉ） Ｔ＝（Ｄ１−Ｄ２）／ｖ＋ｔ１ （Ｉ） （但し、Ｄ１は研磨を中止した段階での膜厚であり、Ｄ
２は目標膜厚である。ｔ １は、初期膜厚から膜厚Ｄ１に
至るまでに要した時間である。）によって定義されるＴ
を算出するステップと、Ｔを基準として得た値を研磨時
間として、研磨対象のウエハを化学的機械的研磨するス
テップと、を含むことを特徴とする研磨方法。 - 【請求項３】 請求項２に記載の研磨方法において、研
磨対象のウエハを化学的機械的研磨する際、下記式（Ｉ
Ｉ）で定義されるＴ'を研磨時間とすることを特徴とす
る研磨方法。 Ｔ'＝Ｔ＋ｄ／ｖ （ＩＩ） （但し、前記先行ウエハおよび前記研磨対象のウエハの
初期膜厚の差をｄとする。） - 【請求項４】 請求項２または３に記載の研磨方法にお
いて、膜厚Ｄ２の前記先行ウエハについて、下記式で定
義されるｔ２を研磨時間として化学的機械的研磨を行う
ステップをさらに含むことを特徴とする研磨方法。 ｔ２＝（Ｄ１−Ｄ２）／ｖ - 【請求項５】 凹凸を有するウエハ表面に設けられた膜
を目標膜厚まで化学的機械的研磨する研磨装置であっ
て、研磨対象となるウエハと同種の先行ウエハについて
取得した研磨データと、平坦な下地上に成膜された前記
膜の構成材料の研磨速度とを格納する記憶部と、前記記
憶部から読み出した前記研磨データを用いて研磨前半の
所要予測時間を求め、前記記憶部から読み出した前記研
磨速度を用いて研磨後半の所要予測時間を求め、これら
の所要予測時間を合計して研磨時間を得る研磨時間管理
部と、前記研磨時間管理部により得られた研磨時間によ
りウエハを化学的機械的研磨する研磨部と、を具備する
ことを特徴とする研磨装置。 - 【請求項６】 凹凸を有するウエハ表面に設けられた膜
を目標膜厚まで化学的機械的研磨する研磨装置であっ
て、ウエハを化学的機械的研磨する研磨部と、ウエハ表
面に設けられた膜の膜厚を制御する膜厚制御部と、ウエ
ハ表面に設けられた膜の厚みを測定する膜厚測定部と、
研磨条件に関するデータを記憶する記憶部と、ウエハの
研磨時間を管理する研磨時間管理部と、を有し、前記研
磨部に先行ウエハが配置されて研磨が開始されたとき、
前記膜厚制御部は、前記研磨部に対して目標膜厚Ｄ２に
到達する前に研磨を中止することを要求し、前記膜厚測
定部は、研磨の中止が要求された段階における前記膜の
膜厚Ｄ１を測定するとともに、膜厚Ｄ１および膜厚Ｄ１
に到達するまでに要した研磨時間ｔ１を前記記憶部に格
納し、前記研磨時間管理部は、あらかじめ前記記憶部に
格納された平坦な下地の上に成膜された前記膜材料の研
磨速度ｖと、膜厚Ｄ１および膜厚Ｄ１に到達するまでに
要した研磨時間ｔ１とを前記記憶部から読み出し、下記
式（Ｉ） Ｔ＝（Ｄ１−Ｄ２）／ｖ＋ｔ１ （Ｉ） （但し、Ｄ１は研磨を中止した段階での膜厚であり、Ｄ
２は目標膜厚である。ｔ １は、初期膜厚から膜厚Ｄ１に
至るまでに要した時間である。）によって定義されるＴ
を算出し、この値を基準としてウエハの研磨時間を決定
して前記記憶部に格納し、前記研磨部に研磨対象のウエ
ハが配置されたとき、前記研磨部は、前記記憶部に格納
された前記研磨時間を読み出し、この研磨時間により研
磨対象のウエハを化学的機械的研磨することを特徴とす
る研磨装置。 - 【請求項７】 請求項６に記載の研磨装置において、前
記研磨時間管理部は、下記式（ＩＩ）で定義されるＴ'
を研磨時間とすることを特徴とする研磨装置。 Ｔ'＝Ｔ＋ｄ／ｖ （ＩＩ） （但し、前記先行ウエハおよび前記研磨対象のウエハの
初期膜厚の差をｄとする。）
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001321534A JP2003124171A (ja) | 2001-10-19 | 2001-10-19 | 研磨方法および研磨装置 |
| CN02148008.7A CN1412823A (zh) | 2001-10-19 | 2002-10-18 | 能高精度地控制抛光时间的抛光方法和抛光装置 |
| GB0224298A GB2384910A (en) | 2001-10-19 | 2002-10-18 | Polishing method and apparatus |
| US10/273,883 US6905957B2 (en) | 2001-10-19 | 2002-10-18 | Polishing method and polishing apparatus permitting control of polishing time at a high accuracy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001321534A JP2003124171A (ja) | 2001-10-19 | 2001-10-19 | 研磨方法および研磨装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003124171A true JP2003124171A (ja) | 2003-04-25 |
Family
ID=19138733
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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|---|---|
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| JP (1) | JP2003124171A (ja) |
| CN (1) | CN1412823A (ja) |
| GB (1) | GB2384910A (ja) |
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| JP2007180191A (ja) * | 2005-12-27 | 2007-07-12 | Fujitsu Ltd | 膜厚測定方法および半導体装置の製造方法 |
| JP2009100001A (ja) * | 2008-12-01 | 2009-05-07 | Seiko Epson Corp | Ｃｍｐ研磨方法、ｃｍｐ装置、半導体装置及びその製造方法 |
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| JP5853382B2 (ja) * | 2011-03-11 | 2016-02-09 | ソニー株式会社 | 半導体装置の製造方法、及び電子機器の製造方法 |
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| CN104952787B (zh) * | 2014-03-26 | 2020-03-27 | 盛美半导体设备(上海)股份有限公司 | 径向厚度自动修整方法 |
| CN105563301B (zh) * | 2014-10-14 | 2017-11-21 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 化学机械抛光方法、其抛光时间制程的设置方法及晶圆 |
| CN109664199B (zh) * | 2019-01-11 | 2020-05-22 | 北京半导体专用设备研究所（中国电子科技集团公司第四十五研究所） | 一种化学机械抛光的优化方法及装置 |
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-
2001
- 2001-10-19 JP JP2001321534A patent/JP2003124171A/ja active Pending
-
2002
- 2002-10-18 GB GB0224298A patent/GB2384910A/en not_active Withdrawn
- 2002-10-18 CN CN02148008.7A patent/CN1412823A/zh active Pending
- 2002-10-18 US US10/273,883 patent/US6905957B2/en not_active Expired - Lifetime
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