JP5716612B2 - シリコンウェーハの研磨方法及び研磨装置 - Google Patents
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Description
そこで、このようなモニタリングシステムを用いない場合、各バッチで研磨速度が一定であると仮定して、研磨前の厚さと目標の仕上がり厚さの差、すなわち研磨代と一定の研磨速度から研磨時間を算出し、この研磨時間で研磨することで目標の研磨代を得る方法が用いられている。
ところが、研磨バッチを繰り返していくと、研磨布の目つぶれや目詰まりが進み研磨力が低下するので、これを解消するために研磨布のドレッシングを定期的に行う必要がある。従って、各バッチ間で研磨布の状態の変化による研磨速度の差が生じ、特にドレッシングの前後のバッチ間で研磨速度の差が大きくなる。そのため、目標の研磨代からのずれが各バッチ間で大きくなり、仕上がり厚さにばらつきが発生するという問題が生じている。
このように各バッチの前記研磨速度を記録しておけば、より正確に研磨時間を設定でき、所定のバッチ毎の前記研磨速度を記録すれば、研磨速度を予めデータベースに記録しておく工程の時間を削減できる。
このようにすれば、各バッチ間で研磨剤が起因のばらつきが減少して研磨速度がより安定するので、仕上がり厚さをより高精度に制御できる。
このように各バッチの前記研磨速度を記録するものであれば、より正確に研磨時間を設定でき、所定のバッチ毎の前記研磨速度を記録するものであれば、研磨速度を予めデータベースに記録しておく工程の時間を削減できる装置となる。
このようなものであれば、各バッチ間で研磨剤が起因のばらつきが減少して研磨速度がより安定するので、仕上がり厚さをより高精度に制御できる。
従来のシリコンウェーハの研磨において、目標の研磨代と一定の研磨速度から算出した研磨時間を設定して研磨することにより、目標の仕上がり厚さに制御する方法が用いられている。この方法では、例えば研磨剤を調整するなどして、各バッチ間で研磨速度を高度に安定させて研磨する場合においては、比較的精度良く目標の仕上がり厚さを得ることができる。
そこで、本発明者はこのような問題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、研磨剤を調整するなどして各バッチ間で研磨速度を高度に安定させて研磨する場合、上記した研磨布のドレッシング状態に応じた研磨速度の変化に一定のパターンがあることを見出した。そして、その変化パターンを考慮に入れることにより、高精度に研磨速度を予測できることを想到し、本発明を完成させた。
図1(A)(B)に示すように、研磨装置1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、上下定盤2、3には、それぞれ研磨布4が貼付されている。そして上下定盤2、3の間の中心部にはサンギヤ9が、周縁部にはインターナルギヤ10が設けられている。キャリア5にはシリコンウェーハWを保持するための保持孔6が設けられ、複数のキャリア5が上下定盤2、3の間に挟まれるようになっている。
また、研磨装置1は研磨前に、所定の研磨代となるように研磨時間を設定するための制御手段15を有している。この制御手段15は、循環システム14、上下回転軸7、8に接続されており、研磨が設定した研磨時間で行われるように研磨の開始と終了を制御する。
このような研磨装置を用いれば、研磨布のドレッシング状態が変化することによって発生する研磨速度の変化による研磨代のばらつきを確実に抑制できる。その結果、仕上がり厚さを高精度に制御してウェーハを目標の厚さに研磨できる。
ここで、以下の式中の[DnBm]はn回目のドレッシング後のm回目のバッチにおける研磨速度を示す。
ドレッシング直後の1バッチ目以外のバッチでは、直前に行った研磨における研磨速度からの変化予測量をデータベースを参照することによって求め、その変化予測量を適用した研磨速度を用いる。具体的には、式2に示すように、差の平均から求めた変化予測量を用いて研磨速度を求める。或いは、式3に示すように、割合の平均から求めた変化予測量を用いて研磨速度を求める。
また、研磨装置1は、シリコンウェーハWの研磨前、研磨中、又は研磨後の少なくともいずれかで新研磨剤、アルカリ、及び水をタンク12内に加えて研磨剤13の組成が変化しないように調整する機構16を有していることが好ましい。
この機構を用いて研磨中に研磨剤の組成が変化しないように調整することによって、各バッチ間で研磨剤の変化に起因したばらつきが抑制され、研磨速度がより安定して、研磨布のドレッシング状態に応じた研磨速度の変化の一定パターンの精度も高まるので、結果として仕上がり厚さをより高精度に制御できる。
図2に示すように、研磨装置21は、研磨布24が貼り付けられた定盤23と、ノズル25と、研磨ヘッド22を有している。このような研磨装置21では、研磨ヘッド22でシリコンウェーハWを保持し、タンク12内の研磨剤13をノズル25を介して研磨布24上に供給するとともに、定盤23と研磨ヘッド22をそれぞれ回転させてワークWの表面を研磨布24に摺接させることにより研磨する。
まず、実験を行うなどして、図3に示したような研磨布をドレッシングした後のバッチ回数の増加に伴って変化する研磨速度を記録手段17により予めデータベースに記録する。
次に、制御装置15により、データベースに記録された研磨布をドレッシングした後のバッチ回数の増加に伴って変化する研磨速度に基づいて、研磨が所定の研磨代で行われるように研磨時間を設定する。ここで、研磨時間の設定時に用いる研磨速度は、上記した本発明の研磨装置1の説明で記載した方法によって決定することができる。
このような研磨方法であれば、研磨布のドレッシング状態が変化することによって発生する研磨速度の変化による研磨代のばらつきを確実に抑制できる。その結果、仕上がり厚さを高精度に制御してウェーハを目標の厚さに研磨できる。
またこのとき、研磨速度をデータベースに記録しておく工程において、研磨布をドレッシングした後の各バッチ、或いは所定のバッチ毎の研磨速度を記録しておくことができる。
このように各バッチの研磨速度を記録しておけば、より正確に研磨時間を設定でき、所定のバッチ毎の研磨速度を記録すれば、研磨速度を予めデータベースに記録しておく工程の時間を削減できる。
このようにすれば、各バッチ間で研磨剤の変化に起因したばらつきが抑制され、研磨速度がより安定して、仕上がり厚さをより高精度に制御できる。
図1に示すような本発明の研磨装置を用い、本発明のシリコンウェーハの研磨方法に従って、直径300mmのシリコンウェーハの研磨をバッチ式に繰り返した。ここで、1バッチ当たりの研磨枚数を5枚とした。また、エッチング済みのシリコンウェーハを、研磨前の厚さが793±2μm程度から777μmとなるように、すなわち、研磨代が16μm程度となるように研磨時間を設定し、研磨圧200g/cm2で研磨した。また、研磨速度をデータベースに記録しておく工程において、研磨布をドレッシングした後の各バッチの研磨速度を記録しておいた。
このように、本発明により、研磨布のドレッシング状態の変化によって生じる研磨速度の変化による研磨代のばらつきを抑制し、仕上がり厚さを高精度に制御できることが確認できた。
研磨速度をデータベースに記録しておく工程において、研磨布をドレッシングした後の所定のバッチ毎の研磨速度を記録しておいた以外、実施例1と同様にしてシリコンウェーハを研磨し、同様に評価した。ここで、ドレッシングした後の1、3、6、8バッチ目における研磨速度を予めデータベースに記録しておいた。
その結果を図5に示す。図5に示すように、実施例1の結果と比べ、目標厚さからのずれが若干大きくなるが、後述する比較例の結果と比べ、改善されていることが分かった。実施例2では、全体の70%程度のバッチにおいて目標の0.2μm以下のずれを達成できた。
本発明の記録手段、制御手段を有さない従来の研磨装置を用い、研磨速度をデータベースに記録せず、研磨時間を直前に測定した研磨速度を用いて設定した以外、実施例1と同様な条件でシリコンウェーハを研磨し、実施例1と同様に評価した。
その結果を図6に示す。図6に示すように、実施例1、2に比べ、目標厚さからのずれが大幅に悪化していることが分かった。
5…キャリア、 6…保持孔、 7…上回転軸、 8…下回転軸、
9…サンギア、 10…インターナルギア、 11、25…ノズル、
12…タンク、 13…研磨剤、 14…循環システム、 15…制御手段、
16…研磨剤調整機構、 17…記録手段、 18…定盤受け、
22…研磨ヘッド、 23…定盤、 24…研磨布、 W…シリコンウェーハ。
Claims (6)
- 所定の研磨代となるように研磨時間を設定し、タンク内に貯蔵された研磨剤を定盤上に貼り付けられた研磨布に供給しながらシリコンウェーハを前記研磨布に摺接させて前記設定した研磨時間で研磨し、前記供給した研磨剤を前記タンク内に回収して循環させながら前記シリコンウェーハの研磨をバッチ式に繰り返し、一定のバッチ回数毎に前記研磨布をドレッシングするシリコンウェーハの研磨方法において、
前記研磨布をドレッシングした後のバッチ回数の増加に伴って変化する研磨速度を予めデータベースに記録しておく工程と、
前記所定の研磨代となるように前記研磨時間を設定する際に、前記データベースに記録された前記研磨布をドレッシングした後のバッチ回数の増加に伴って変化する研磨速度に基づいて前記研磨時間を設定する工程とを有することを特徴とするシリコンウェーハの研磨方法。 - 前記研磨速度をデータベースに記録しておく工程において、前記研磨布をドレッシングした後の各バッチ、或いは所定のバッチ毎の前記研磨速度を記録しておくことを特徴とする請求項1に記載のシリコンウェーハの研磨方法。
- 前記シリコンウェーハの研磨前、研磨中、又は研磨後に新研磨剤、アルカリ、及び水を前記タンク内に加えて前記研磨剤の組成が変化しないように調整することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のシリコンウェーハの研磨方法。
- 研磨布が貼り付けられた定盤と、シリコンウェーハを保持する保持手段と、タンク内に貯蔵された研磨剤を前記研磨布に供給し、該供給した研磨剤を前記タンク内に回収して循環させる循環システムと、所定の研磨代となるように研磨時間を設定するための制御手段とを有し、前記循環システムで前記研磨剤を前記研磨布に供給しながら前記シリコンウェーハを前記研磨布に摺接させて前記制御手段で設定した研磨時間で研磨し、前記供給した研磨剤を前記タンク内に回収して循環させながら前記シリコンウェーハの研磨をバッチ式に繰り返す研磨装置において、
さらに、前記研磨布をドレッシングした後のバッチ回数の増加に伴って変化する研磨速度を予めデータベースに記録しておく記録手段を有し、
前記制御手段は、前記所定の研磨代となるように前記研磨時間を設定する際に、前記記録手段に記録された前記研磨布をドレッシングした後のバッチ回数の増加に伴って変化する研磨速度に基づいて前記研磨時間を設定するものであることを特徴とする研磨装置。 - 前記記録手段は、前記研磨布をドレッシングした後の各バッチ、或いは所定のバッチ毎の前記研磨速度を記録するものであることを特徴とする請求項4に記載の研磨装置。
- 前記シリコンウェーハの研磨前、研磨中、又は研磨後に新研磨剤、アルカリ、及び水を前記タンク内に加えて前記研磨剤の組成が変化しないように調整する機構を有することを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の研磨装置。
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