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JP3031345B2 - 研磨装置及び研磨方法 - Google Patents

研磨装置及び研磨方法

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Publication number
JP3031345B2
JP3031345B2 JP23195698A JP23195698A JP3031345B2 JP 3031345 B2 JP3031345 B2 JP 3031345B2 JP 23195698 A JP23195698 A JP 23195698A JP 23195698 A JP23195698 A JP 23195698A JP 3031345 B2 JP3031345 B2 JP 3031345B2
Authority
JP
Japan
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polishing
conditioning
torque current
constant
during
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JP23195698A
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精一 稲葉
貴生 葛山
盛光 田中
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B53/00Devices or means for dressing or conditioning abrasive surfaces
    • B24B53/017Devices or means for dressing, cleaning or otherwise conditioning lapping tools
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/16Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation taking regard of the load

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Grinding-Machine Dressing And Accessory Apparatuses (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は研磨装置及び研磨方
法に関し、特に基板、中でも半導体基板を研磨するため
の研磨装置及びその研磨方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図14(A)及び図14(B)に、従来
のウエハ(基板)の研磨装置を示す。図14(A)及び
図14(B)を参照して、従来の研磨装置によれば、回
転する研磨テーブル3に貼着された研磨パッド1上にス
ラリ供給手段6から研磨剤を含むスラリが滴下され、ス
ピンドル7により回転駆動されるウエハ2が研磨パッド
1に押し付けられることにより、ウエハ2の研磨が行な
われる。また、研磨パッド1表面に形成されたトラップ
(溝)に詰まった研磨屑などを除去するため、一般的に
は、研磨工程(ラン)と研磨工程(ラン)の合間に、コンデ
ィショニング駆動手段4に取り付けられたダイヤモンド
ディスク5を用いて、研磨パッド1のコンディショニン
グ(これを「Ex-SITUコンディショニング」という)が
行われる。
【0003】従来、コンディショニング条件は、製品と
なるウエハの研磨工程に先だって実行されるパイロット
作業から求められている。すなわち、従来のコンディシ
ョニング条件設定方法によれば、コンディショニング時
間を変えて多数のパイロット(ブランクのウエハ)を研
磨し、所定時間研磨後のパイロットの厚さをそれぞれ測
定し、パイロット厚さが設定した厚さとなったときのコ
ンディショニング時間を、コンディショニング条件とし
て採用している。同一ロット群、同一パターン群の研磨
を行う場合においても、ロット数十枚毎にブランクウエ
ハを用いたパイロット作業を行い、このパイロット作業
の結果に基づきコンディショニング時間を決定してい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術によれば以下の問題点がある。
【0005】第1の問題点は、研磨速度(研磨除去速
度)の経時的な変動があり、ウエハが過剰に研磨される
おそれがあることである。
【0006】その理由は、研磨パッドの表面状態変化、
ロット間のバラツキや研磨剤のバラツキなどの外乱によ
って、研磨条件が変動するためである。
【0007】第2の問題点は、コンディショニング条件
の算出(レシピ作成)が繁雑であることである。
【0008】その理由は、研磨パッドのへたり、目詰ま
りなどによる研磨効率低下の程度は、研磨対象の種類
(膜種など)、ウエハに形成されたデバイスパターンに
よって変化するため、従来のコンディショニング設定方
法によれば、性状の異なる部分毎にそれに応じたパイロ
ット作業を行い、コンディショニングの条件出しをする
必要があるためである。
【0009】本発明の目的は、研磨対象の相違や研磨手
段の経時変化に拘わらず、安定した研磨を可能とする研
磨装置及び研磨方法を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明による研磨装置
は、基板を研磨する研磨手段と、前記基板の研磨工程
に前記研磨手段をコンディショニングするコンディショ
ニング手段と、前記基板の研磨中に前記研磨手段と該基
板との間に作用する摩擦力に基づき、該基板の研磨工程
中に前記コンディショニング手段を制御するコンディシ
ョニング制御系と、を有する。
【0011】本発明による研磨方法は、基板の研磨中に
該基板と研磨手段の間に作用する摩擦力を検出し、前記
検出した摩擦力に基づいて設定されたコンディショニン
グ条件に従って前記研磨工程中に前記研磨手段をコンデ
ィショニングする。
【0012】本発明によれば、基板の研磨工程中に、研
磨手段のコンディショニング条件を設定するための情報
が得られるため、コンディショニング条件を得るための
パイロット作業をランの合間に実行しなくてもよい。ま
た、本発明によれば、基板の性状(例えば、デバイスパ
ターン、膜種)が部分的に異なる場合も、基板の研磨工
程中に部分的な性状に応じた局所的情報が得られるた
め、この情報に基づき部分的に異なる最適なコンディシ
ョニング条件を設定することも容易である。
【0013】また、製品となる基板の研磨工程中に、研
磨手段のコンディショニング条件を設定するための情報
が得られ、これらの情報がコンディショニング制御系に
フィードバックされるため、ロット間のバラツキや基板
上のパターンの相違、及び研磨手段の経時変化などの外
乱に対して、直ちに適切なコンディショニング条件が設
定され、時間管理のみで十分な研磨速度及び総研磨量の
安定化が図られる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の基
礎をなす原理及び好ましい実施の形態を説明する。
【0015】本発明においては、研磨工程中、すなわち
研磨と同時進行で研磨手段のコンディショニングを行う
「In-SITUコンディショニング」方式が用いられる。図
2は、In-SITUコンディショニングによる研磨シーケン
スを説明するための図である。図2を参照して、この研
磨シーケンスによれば、単数又は複数の基板を研磨装置
に装着してn−1回目のラン(研磨)を行うと同時に、
研磨手段のコンディショニングを行う(ステップ20
1)。n−1回目のラン終了後、次の単数又は複数の基
板を装着して、前回と同様に、n−1回目のラン(研
磨)を行うと同時に、研磨手段のコンディショニングを
行う(ステップ202)。
【0016】ここで、本発明者らが構築したIn-SITUコ
ンディショニングモデル(研磨工程内コンディショニン
グモデル)を説明する前に、図1に示すような研磨装置
(装置の詳細は実施例の欄で後述する)を用いて、研磨パ
ッドにより、研磨中にコンディショニングを行わずにウ
エハを研磨し、研磨速度(除去速度)の経時変化を測定し
た結果を示す。この測定条件を下記に、測定結果を図3
に示す。
【0017】研磨条件{研磨荷重7psi、研磨テーブル
回転数20rpm、スピンドル回転数20rpm、スラリ流量
100cc/min、コンディショニング条件、研磨テーブル
回転数20rpm、コンディショニング時間2.2sec×2
0セクタ=44sec、ダイヤモンドディスク4インチ−
#100ダイヤモンド、スラリSS−25:純水=1:
1、研磨パッドIC−1000/Suba400、研磨
ウエハ10000AP・TEOS膜}。
【0018】図3より、研磨速度は時間と共に徐々に低
下していき、ある時間経過後は一定となる傾向がある。
次に、本発明者らは、In-SITUコンディショニングを行
った場合の研磨パッド表面状態変化を考察するために、
In-SITUコンディショニングモデルを構築した。
【0019】図4(A)及び図4(B)は、In-SITUコンデ
ィショニングモデル図であり、(A)は研磨直前の研磨
パッド表面状態、(B)は研磨中の研磨パッド表面状態を
それぞれ示す。
【0020】図4(A)を参照して、研磨開始直前におい
ては、理想的に、研磨パッド上のトラップ(砥粒を保持
する溝)が全て有効に働くとすると、研磨開始直後、研
磨パッドと基板間の摩擦力μは、「μ=n×h×x」と
表すことができる。ここで、n,h及びxは研磨パッド
初期状態を表すパラメータであって、nは研磨パッド上
の初期有効トラップ数、hはトラップの初期有効深さ、
xはトラップの初期有効幅である。
【0021】図4(B)を参照して、研磨開始から所定時
間経過後の研磨パッド上においては、基板研磨により研
磨パッド屑(Pad dust)や基板研磨屑(SiO2 dust)が
発生する。ここで、スラリ初期濃度をSCとすると、研
磨屑の発生によつて、実際に研磨に寄与するスラリ濃度
は減少し、研磨開始からt時間経過後の屑濃度をD(t)
とすると、研磨開始からt時間経過後の有効スラリ濃度
はSC/{SC+D(t)}と表すことができる。
【0022】そして、発生した研磨屑によって、次第に
研磨パッド表面のトラップが埋められていくから、研磨
パッドが有するt時間経過後の有効トラップ数をn(t)
とする。
【0023】ここで、In-SITUコンディショニングが行
われているから、理想的には、A(定数)=r(t)×n
(t)という等式が成立すると考えられる。
【0024】従って、研磨開始からt時間経過後、研磨
パッドと基板間に作用する摩擦力はμ(t)は、μ(t)=
r(t)×n(t)×h×x=A(定数)×h×xと表すこ
とができる。ここで、研磨中のトラップの有効深さや有
効幅は、コンディショニング荷重などのコンディショニ
ング条件によって、研磨中に変えることができる。従っ
て、基板研磨中に実行されるコンディショニングの条件
を制御することによって、基板研磨中に研磨パッドと基
板間に発生する摩擦力を制御できることが分かる。
【0025】さらに、上式と上述の図3に示した測定結
果から、基板の研磨速度と研磨パッドと基板間の摩擦力
との関係を求めた。図5は、研磨速度と摩擦力の関係を
示すグラフである。図5に示すように、両者には高い相
関関係(R2=0.959)が存在する。よって、基板研磨中
に実行されるコンディショニング条件を変えることによ
って、研磨手段−基板間の摩擦力、さらに基板研磨速度
を制御できることが分かる。
【0026】このように研磨速度を制御することによ
り、研磨速度低下による遅延や研磨速度上昇による基板
の損傷などが防止されて、常に一定条件で基板が研磨さ
れるため、歩留まりが向上すると考えられる。
【0027】次に、本発明の一実施形態に係るコンディ
ショニング条件設定方法を説明する。この実施形態にお
いては、研磨手段として、研磨パッドが貼着された研磨
テーブル、コンディショニング手段としてダイヤモンド
砥石を用いて、研磨テーブルを駆動するためのモータに
供給されるトルク電流(以下「研磨テーブルトルク電
流」という)に基づきコンディショニング条件を設定す
る。
【0028】研磨テーブルトルク電流において、瞬間ト
ルク電流I(t)、所定期間に流れるトルク電流の総和ΣI
(t)(或いは積分値)は、研磨速度、総研磨量と強い相
関があり、下式のようにそれぞれ表すことができる。
【0029】 I(t)=K×瞬間研磨速度 ・・・(1) (Kは定数)
【0030】 ΣI(t)=K×総研磨量 ・・・(2) (Kは定数)
【0031】上式(1)は、瞬間的なトルク電流I(t)に基
づき瞬間的な研磨速度が制御可能であることを示してい
る。また、上式(2)は、研磨工程中に流れるトルク電流
I(t)の総和に基づき総研磨量が制御可能であることを示
している。次に、研磨手段のコンディショニング条件と
研磨速度、研磨量の関係について説明する。
【0032】図4(B)を参照して上述したように、研
磨開始からt時間経過後の摩擦力μ(t)は“下式のよう
に表すことができる。
【0033】 μ(t)=r(t)×n(t)×h×x・・・(3) 但し、式(3)中、A(定数)=r(t)×n(t)、r(t)は
研磨開始からt時間後の有効スラリ濃度、n(t)は研磨
開始からt時間後の有効トラップ数、hはトラップの有
効深さ、Xはトラップの有効幅。
【0034】上記パラメータn(t)、h、xは、研磨中
のコンディショニング条件によって決定されるため、以
下の式が成立する。
【0035】 n(t)=B×s×v・・・(4) (Bは定数)、或いはs、vを一定とすれ ば、n(t)=n=B×s×v・・・(4)’ (Bは定数)。
【0036】但し、式(4)中、s(変数)はテーブル回転
数(例えば、研磨対象を一時的退避させることにより研
磨に影響を与えずに制御可能である)、v(変数)はセク
タ滞留時間(スイープ時間)。なお、セクタとは研磨パッ
ド表面を幾つかに分割した平面であり、セクタ滞留時間
とはあるセクタがコンディショニングされている時間を
いう。
【0037】 h=C×f×d・・・(5) (Cは定数)
【0038】 x=D×d・・・(6) (Dは定数)
【0039】但し、式(5)中、fはコンディショニング
荷重、式(6)中、dはダイヤモンドディスクの粒径。
【0040】これらの式を用いると式(3)は以下のよ
うに変形できる。
【0041】 摩擦力μ(t)=定数×fsvd×r(t)×n(t)・・・(7)
【0042】但し、「fsvd」はf,s,v,dを変
数とする関数F(f,s,v,d)を表す。
【0043】上式(7)中、r(t)×n(t)は研磨と同時
進行のIn-SITUコンディショニングによって、一定と考
えられるから、式(7)より下式が導びかれる。
【0044】μ(t)=定数×fsvd・・・(8)
【0045】なお、例えば、s、vを一定とすれば、及
びr(t)は定数と考えられるから、 上述の式(4)’よりμ(t)=定数×fd・・・
(8)’
【0046】ここで、研磨中、研磨テーブルを一定回転
数で駆動するために必要な研磨テーブルトルク電流値I
と、摩擦力との間には比例関係が成り立つから、式(8)
より下式が導びかれる。
【0047】 トルク電流値I=定数×μ(t)=定数×fsvd・・・(9)
【0048】上式(9)より、トルク電流値Iは、コンデ
ィショニングの諸条件によって制御可能であることがわ
かる。よって、コンディショニングの諸条件を式(9)
に基づいて変化させることによりトルク電流値I、すな
わち摩擦力を一定になるよう制御でき、その結果、研磨
工程において研磨速度が一定となるように制御できるこ
とが分かる。これによって、研磨工程間(ラン間)の総
研磨量の差も極小化される(安定化される)。
【0049】次に、本発明の好ましい実施の形態を説明
する。
【0050】本発明の研磨装置はその好ましい実施の形
態においては、トルク電流信号(図1の10)を検出
し、コンディショニング制御系(図1の12)に出力す
るトルク電流検出手段を有し、コンディショニング制御
系は、トルク電流検出手段から入力された検出信号(図
1のIn(t))に基づき、所定期間におけるトルク電流
の瞬間値又は積分値ないし総和が互いに一定となるよう
に、コンディショニング条件を設定する設定手段を備え
る。
【0051】本発明の研磨装置はその好ましい実施の形
態においては、上記設定手段は、トルク電流信号の変化
量と、現在のコンディショニング荷重と、に基づいて、
次のコンディショニング荷重を設定する。
【0052】本発明の好ましい実施の形態においては、
摩擦力に実質的に比例する信号として、研磨テーブルを
駆動するモータの制御信号、或いは研磨テーブルないし
モータ回転数信号を用いる。例えば、研磨手段として、
研磨パッドが貼着され、回転数一定制御される直流モー
タによって駆動される研磨テーブルを用いて、この直流
モータに流れるトルク電流又はこの直流モータの制御信
号に基づいてコンディショニング条件を設定する。
【0053】コンディショニング制御系は、研磨テーブ
ルトルク電流信号が入力され、入力された信号に基づき
演算を行ってコンディショニング条件を設定し、設定し
たコンディショニング条件に相当する制御信号を出力す
る回路から構成できる。
【0054】設定するコンディショニング条件として、
例えば、研磨手段に対するコンディショニング手段の荷
重、研磨手段(図1の研磨テーブル3)の回転数、コン
ディショニング手段(図1のダイヤモンドディスク5、
スピンドル7)の回転数、コンディショニング時間、及
びコンディショニング手段の粗さがある。コンディショ
ニング手段として、砥石やブラシ、その他のドレッサを
用いることができる。砥石の場合は砥粒の粒度、硬度な
ど、ブラシの場合はブラシ毛の径、堅さを調整すること
などによって、コンディショニング条件を変更すること
ができる。
【0055】また、設定するコンディショニング条件と
して、研磨剤の供給量又は濃度、前記研磨手段上から研
磨屑を吸引する強度がある。好ましくは、研磨装置に研
磨パッド上の研磨屑を吸引するバキューム手段を付設
し、研磨パッド上の状態、例えば有効トラップ数、有効
スラリ濃度が一定となるように、研磨パッド上の研磨屑
を吸引する。
【0056】また、コンディショニング条件は、研磨パ
ッドのセクタ毎に個別に設定することが好ましい。図6
は、セクタ毎にコンディショニング条件を設定する方法
を説明するための図である。同図中、添字1,2,…,
nは研磨パッド表面を分割してなる各々のセクタ、fは
コンディショニング荷重(ダイヤモンドディスク5に印
加される荷重)、sは研磨テーブル回転数、vはあるセ
クタにおけるダイヤモンドディスク5の滞留時間を示
す。図6を参照して、研磨パッドの位置、研磨する基板
の部分的な性状に応じて、研磨パッド1表面をn個のセ
クタ1,2,…,nに分割し、コンディショニングパラ
メータ(f,s,v)をセクタ毎に設定することが好ま
しい。
【0057】本発明は、CMPに好適に適用され、特
に、ウエハ、又はデバイスパターン、金属膜、絶縁膜な
どの膜種が形成された半導体基板、多層配線基板の研磨
に適用される。
【0058】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。
【0059】[実施例1]図1は実施例1に係る研磨装
置を説明するための図である。図1を参照して、研磨パ
ッド1が貼着された研磨テーブル3はテーブルモータ8
によって回転駆動される。研磨テーブル3の回転数は付
設されたエンコーダ9によって検出することができる。
エンコーダ9が出力する回転数検出信号(実回転数信
号)は、負帰還増幅回路11の一方の入力端子に入力さ
れ、負帰還増幅回路11の他方の参照入力端子には、研
磨テーブル3の設定回転数が入力される。負帰還増幅回
路11は、研磨テーブル3の実回転数と設定回転数を比
較し、実回転数が設定回転数に近づくように、テーブル
モータ8に供給されるトルク電流を制御する。
【0060】また、研磨パッド1の上方には、ウエハ2
がキャリアを介してスピンドル7に保持されている。ウ
エハ2の研磨時(ラン工程)、研磨パッド1上に研磨剤
を含んだスラリが供給されると共に、研磨テーブル3及
びスピンドル7が回転され、ウエハ2が研磨パッド1に
押し付けられ、研磨パッド1表面のトラップに捕捉され
た研磨剤によって研磨される。
【0061】さらに、研磨装置は、コンディショニング
制御系12を有する。コンディショニング制御系12に
は、不図示のトルク電流検出手段からトルク電流検出信
号I n(t)が入力される入力部、トルク電流検出信号
値、トルク電流検出信号の変化量とコンディショニング
荷重の変化量の関係を表す式の定数などを記憶する記憶
部、トルク電流検出信号及び記憶されている定数に基づ
いてコンディショニング条件を演算する設定部、設定さ
れたコンディショニング条件に応じてコンディショニン
グ駆動手段4に制御信号を出力する出力部から構成され
る。コンディショニング駆動手段4は、入力した制御信
号に従って、コンディショニング手段であるダイヤモン
ドディスク5を駆動する。研磨と同時進行で、ダイヤモ
ンドディスク5は、設定されたコンディショニング条件
に従って、研磨パッド1表面をスイープする。
【0062】ここで、本実施例のコンディショニング条
件設定原理について説明する。
【0063】上述の式(9)「トルク電流値I=定数×μ
(t)=定数×fsvd」より、トルク電流値の変化量Δ
Iと摩擦力の変化量Δμには比例関係があり、さらに、
摩擦力の変化量はコンディショニング条件の変化量に比
例する(下式(10))。
【0064】 ΔI=定数×Δμ=定数×Δfsvd・・・(10)
【0065】式(10)において、s=C1、v=C2、d
=C3、すなわちC1,C2及びC3を定数とし、fの
みを変数とすると、式(10)は次のように変形される。
【0066】 ΔI=定数×Δμ=定数×Δf・・・(11)
【0067】式(11)より、Δμ=定数×Δfの関係が成
立するようにコンディショニング荷重fの設定を行うこ
とにより、研磨中のトルク電流値Iを常に一定に制御で
きることが分かる。
【0068】次に、コンディショニング制御系12の動
作を説明する。図7は、図1に示した研磨装置によるコ
ンディショニング条件設定動作を説明するための図であ
る。
【0069】図1及び図7を参照して、n−1回目のコ
ンディションニング荷重fn-1の設定により、トルク電
流値In-1は、目標トルク電流値ISに到達しているもの
とする(ステップ701)。
【0070】コンディショニング制御系12はn回目の
トルク電流In検出を行い、In≠I Sであるとする(ス
テップ702)。
【0071】コンディショニング制御系12は、新たな
コンディショニング加重fnを以下のように設定する
(ステップ703)。まず、△I=In−ISを求める。
ここで、上式(10)、(11)に基づき、△I=定数
×△D(fn-1,C1,C2,C3)の関係式における
上記定数が予め求められている。但し、「D」は、コン
ディショニングパラメータを変数とする関数である。ま
た、D(fn,C1,C2,C3)−D(fn-1,C1,
C2,C3)=△D(fn-1,C1,C2,C3)であ
る。そして、C1、C2及びC3は定数であるから、D
(fn)−D(fn -1)=△D(fn-1)である。同様
に、上述の式より、△I=定数×△D(fn-1)であ
る。これらの2式からなる連立方程式を解くことによ
り、新たなコンディショニング加重fnが求められる。
斯くして、トルク電流値In+1が目標トルク電流値IS
一致するようにされる(ステップ704)。
【0072】なお、上記コンディショニングパラメータ
の設定方法においては、4つのパラメータがあり、その
うちの3つを固定値としたが、最初から、例えば研磨テ
ーブル回転数を一定として、パラメータを3つとし、そ
のうちの2つの固定値とすることができる。
【0073】次に、コンディショニング荷重を変えるこ
とによって、基板研磨中のトルク電流が制御できること
を明らかにするために下記の実験を行った。すなわち、
コンディショニング荷重20lbs又は14lbsでコンディ
ショニングを行った後、ウエハを研磨して研磨中のトル
ク電流をそれぞれ測定した。図8はコンディショニング
荷重20(lbs)の場合、図9はコンディショニング荷重
14(lbs)とした場合、コンディショニング直後のラン
(ウエハ研磨工程)におけるトルク電流の経時変化を示す
グラフである。なお、このランにおいては、研磨中にコ
ンディショニングを行っていない。その他の実験条件
は、実施の形態の欄に前掲したとおりである。
【0074】図8と図9を対比して、コンディショニン
グ荷重を大きくすることにより、直後のランにおける最
高トルク電流値が高くなっている。よって、コンディシ
ョニング荷重の制御によって、In-SITUコンディショニ
ングにおいてもトルク電流が一定に制御できることが分
かる。
【0075】さらに、上記実験において、研磨開始から
所定時間経過後のウエハ厚みを測定し研磨速度を求め
た。図10に、コンディショニング荷重と、コンディシ
ョニング直後のランにおける研磨速度の関係を示す。図
10中、白丸は研磨装置の左側ヘッドに取り付けたウエ
ハ、黒丸は右側に取り付けたウエハによるデータであ
る。
【0076】図10より、コンディショニング荷重を大
きくすることにより、研磨速度が高くなっている。よっ
て、コンディショニング荷重の制御によって、研磨速度
が一定に制御できることが分かる。
【0077】なお、図10を参照して、左側と右側ヘッ
ドでウエハの研磨速度が異なっている。このようなヘッ
ド取り付け位置を考慮して、研磨パッドのセクタ毎にコ
ンディショニング条件を設定することが好ましい。
【0078】[実施例2]実施例1においては、コンデ
ィショニング荷重を変数としたが、実施例2においては
コンディショニング中の研磨テーブル回転数を変数とす
る。そこで、その他のコンディショニング条件を一定と
して、コンディショニング中の研磨テーブル回転数と、
コンディショニング後のランにおけるウエハ研磨速度の
関係を調べるための実験を行った。なお、この実験にお
いては、研磨中にコンディショニングを行っていない。
その他の実験条件は、実施の形態の欄に前掲したとおり
である。コンディショニング中の研磨テーブル回転数以
外の実験条件は実施例1と同様であり、実験結果を図1
1に示す。
【0079】図11より、コンディショニング中の研磨
テーブル回転数と、コンディショニングのウエハ研磨速
度には、ほぼ一定の比例関係があり、例えば、研磨対象
であるウエハ2(図1参照)を一時的に退避させ、コン
ディショニング中の研磨テーブル回転数を変えることに
よって、ウエハ研磨速度を一定に制御できることが分か
る。また、ウエハ研磨速度とトルク電流値は比例するか
ら、コンディショニング中の研磨テーブル回転数を変え
ることによって、トルク電流値を一定に制御できること
が分かる。
【0080】[実施例3]前記実施例1及び前記実施例
2においては、トルク電流の瞬間値がラン間で一定とな
るように制御するが、この実施例3においてはトルク電
流を所定期間毎に積分し(ないしトルク電流値の総和を
とる)、各期間のトルク電流積分値が一定となるように
制御を行う。
【0081】まず、予備実験として、コンディショニン
グ荷重を一定(15lbs)として、In-SITUコンディショ
ニングを行った。これ以外の実験条件は、上述の実験の
条件と同様である。
【0082】図12及び図13は、このIn-SITUコンデ
ィショニングの実験結果を説明するためのグラフであ
り、図12は、In-SITUコンディショニングにおいて、
コンディショニング荷重を一定とした場合の、研磨速度
の経時変化を示すグラフであり、図13は、In-SITUコ
ンディショニングにおいて、コンディショニング荷重を
一定とし、研磨テーブル回転速度が一定となるように制
御した場合の、研磨テーブルトルク電流の経時変化を示
すグラフである。
【0083】図12及び図13を参照すると、コンディ
ショニングパラメータの制御を行わない場合、研磨テー
ブルトルク電流の変化に応じて、研磨速度が変化するこ
とが分かる。
【0084】次に、実施例3を説明する。
【0085】上述の式(1)、(2)、(7)より次式が導か
れる。
【0086】 期間中の総研磨量=∫I(t)dt=定数×∫fsvd×r(t)×n(t)dt・・ ・(12)
【0087】In-SITUコンディショニングの場合、r(t)
×n(t)ないしr(t)が一定とみなすことができるか
ら、所定期間中の総研磨量は“∫fsvd”の関数であ
るよって、研磨中のコンディショニング条件(f,s,
v,d)を変えることによって、期間中の研磨トルク電
流値の総和、すなわち期間中の総研磨量を制御可能であ
ることが分かる。また、実施例3のコンディショニング
条件設定方法は、例えば、研磨中のトルク電流の変化が
リニアではない場合、研磨中に研磨表面状態が変化する
ようなもの(デバイスパターン)でも、研磨状態を一定
に保つことができる。
【0088】
【発明の効果】本発明の第1の効果は、研磨中に同時に
コンディショニングを行うIn−SITUコンディショニング
において、研磨手段の状態を一定に保つことができるこ
とである。
【0089】第2の効果は、ロッドのバラツキや製品パ
ターンのバラツキの影響が低減された研磨が行われるこ
とである。
【0090】第3の効果は、研磨中のパターン変化に対
しても常に一定の研磨手段状態が維持され、研磨速度が
経時的に安定化されることである。
【0091】第4の効果は、コンディショニング条件設
定のためのパイロット作業を、製品の研磨工程と製品の
研磨工程の間(ラン間)に挿入する必要がないことであ
る。その理由は、製品となる基板の研磨と同時進行でコ
ンディショニングの条件を設定するための情報が得られ
るためである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る研磨装置を示す図であ
る。
【図2】In-SITUコンディショニングによる研磨シーケ
ンス図である。
【図3】研磨工程における研磨速度の経時変化を説明す
るためのグラフである。
【図4】(A)及び(B)は、In-SITUコンディショニング
モデル図であり、(A)は研磨直前の研磨パッド表面状
態、(B)は研磨中の研磨パッド表面状態をそれぞれ示
す。
【図5】研磨速度と摩擦力の関係を示すグラフである。
【図6】研磨パッドのセクタ毎にコンディショニング条
件を設定する方法を説明するための図である。
【図7】本発明の一実施例に係る研磨装置の動作を説明
するための図である。
【図8】コンディショニング後(コンディショニング荷
重20lbs)の研磨工程において、研磨経過時間とトル
ク電流の関係を示すグラフである。
【図9】コンディショニング後(コンディショニング荷
重14lbs)の研磨工程において、研磨経過時間とトルク
電流の関係を示すグラフである。
【図10】コンディショニング荷重と研磨速度の関係を
示すグラフである。
【図11】コンディショニング時の研磨テーブル回転数
と、コンディショニング後の研磨速度の関係を示すグラ
フである。
【図12】In-SITUコンディショニングにおいて、コン
ディショニング荷重を一定とした場合の、研磨速度の経
時変化を示すグラフである。
【図13】In-SITUコンディショニングにおいて、コン
ディショニング荷重を一定とし、研磨テーブル回転速度
が一定となるように制御した場合の、研磨テーブルトル
ク電流の経時変化を示すグラフである。
【図14】(A)及び(B)は、従来の研磨装置を説明
するための図であり、(A)は正面図、(B)は上面図
である。
【符号の説明】
1 研磨パッド 2 ウエハ(基板) 3 研磨テーブル 4 コンディショニング駆動手段 5 ダイヤモンドディスク(砥石) 6 スラリ供給手段 7 スピンドル 8 テーブルモータ 9 エンコーダ 10 トルク電流 11 負帰還増幅回路 12 コンディショニング制御系
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−315124(JP,A) 特開 平10−15807(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B24B 37/00 H01L 21/304 622

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板を研磨する研磨手段と、前記基板の研
    工程中に前記研磨手段をコンディショニングするコン
    ディショニング手段と、前記基板の研磨中に前記研磨手
    段と該基板との間に作用する摩擦力に基づき、該基板の
    研磨工程中に前記コンディショニング手段を制御するコ
    ンディショニング制御系と、を有することを特徴とする
    研磨装置。
  2. 【請求項2】前記コンディショニング制御系は、前記摩
    擦力が一定となるように前記コンディショニング手段を
    制御することを特徴とする請求項1記載の研磨装置。
  3. 【請求項3】前記摩擦力を、前記研磨手段を駆動するト
    ルク電流に応じたトルク電流信号からモニタすることを
    特徴とする請求項1又は2記載の研磨装置。
  4. 【請求項4】前記コンディショニング制御系は、前記研
    磨手段を駆動するトルク電流に応じたトルク電流信号に
    基づき、前記摩擦力が一定となるように、前記コンディ
    ショニング手段を制御することを特徴とする請求項1〜
    3のいずれか一記載の研磨装置。
  5. 【請求項5】前記コンディショニング制御系は、前記研
    磨手段を駆動するトルク電流に応じたトルク電流信号が
    一定となるように、前記コンディショニング手段を制御
    することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一記載の
    研磨装置。
  6. 【請求項6】さらに、前記トルク電流信号を検出し、前
    記コンディショニング制御系に出力するトルク電流検出
    手段を有し、 前記コンディショニング制御系は、前記トルク電流検出
    手段から入力された検出信号に基づき、所定期間におけ
    る前記トルク電流の積分値ないし総和が互いに一定とな
    るように、コンディショニング条件を設定する設定手段
    を備えたことを特徴とする請求項4又は5記載の研磨装
    置。
  7. 【請求項7】前記コンディショニング制御系は、前記摩
    擦力が一定となるように、コンディショニング条件を設
    定する設定手段を備え、 前記設定手段が設定するコンディショニング条件は、前
    記コンディショニング手段が前記研磨手段に作用するコ
    ンディショニング荷重、前記研磨手段の回転数、前記コ
    ンディショニング手段の回転数、コンディショニング時
    間、研磨剤の供給量又は濃度、前記研磨手段上から研磨
    屑を吸引する強度、及び、前記コンディショニング手段
    の粗さ、の一種以上であることを特徴とする請求項1〜
    6のいずれか一記載の研磨装置。
  8. 【請求項8】前記設定手段は、前記トルク電流信号の変
    化量と、現在のコンディショニング荷重と、に基づい
    て、次のコンディショニング荷重を設定することを特徴
    とする請求項7記載の研磨装置。
  9. 【請求項9】前記研磨手段は、研磨粒子又は屑を捕捉す
    るトラップが形成される研磨パッドが貼着された研磨テ
    ーブルであり、 研磨開始からt時間経過後の前記摩擦力μ(t)と、研磨
    に寄与する有効スラリ濃度r(t)、研磨パッド上の研磨に
    寄与する有効トラップ数n(t)、トラップの有効深さh
    及びトラップの有効幅xとの間に下式の関係があり、前
    記コンディショニング制御系は、下式に基づき、「h×
    x」が一定となるようコンディショニング条件を設定す
    ることにより、前記摩擦力μ(t)を一定にすることを特
    徴とする請求項1〜8いずれか一記載の研磨装置; μ(t)=r(t)×n(t)×h×x、 但し、r(t)×n(t)は研磨中にコンディショニングが行
    われることにより一定とされる値である。
  10. 【請求項10】基板の研磨中に該基板と研磨手段の間に
    作用する摩擦力を検出し、前記検出した摩擦力に基づい
    設定されたコンディショニング条件に従って前記研磨
    工程中に前記研磨手段をコンディショニングすることを
    特徴とする研磨方法。
  11. 【請求項11】基板の研磨中に基板を研磨する研磨手段
    を駆動するためのトルク電流を検出し、前記トルク電流
    に基づいて設定されたコンディショニング条件に従って
    前記研磨工程中に前記研磨手段をコンディショニングす
    ることを特徴とする研磨方法。
  12. 【請求項12】前記トルク電流の変化量と、現在のコン
    ディショニング条件に基づいて、前記研磨工程中にコン
    ディショニング条件を変更することを特徴とする請求項
    11記載の研磨方法。
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