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公開番号2024078709
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-11
出願番号2022191204
出願日2022-11-30
発明の名称ワークピースの研磨レートの応答性プロファイルを作成する方法、および研磨方法
出願人株式会社荏原製作所
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H01L 21/304 20060101AFI20240604BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】ウェーハなどのワークピースを研磨パッドに押し付ける圧力の変化に対する研磨レートの応答性を正確に取得することができる方法を提供する。
【解決手段】本方法は、研磨ヘッド7の第1圧力室内の圧力変化に対する研磨レートの応答性の分布を示す推定研磨レート応答性プロファイルをシミュレーションを用いて作成し、第2圧力室内の圧力変化に対する研磨レートの応答性の分布を示す実研磨レート応答性プロファイルをワークピースの研磨結果を用いて作成し、推定研磨レート応答性プロファイルと実研磨レート応答性プロファイルを組み合わせることにより、ハイブリッド研磨レート応答性プロファイルを作成する。
【選択図】図8
特許請求の範囲【請求項１】
半導体デバイスの製造に使用されるワークピースを、第１圧力室および第２圧力室が内側に形成された弾性膜で研磨パッドに押し付けたときの前記第１圧力室および前記第２圧力室内の圧力変化に対する研磨レートの応答性の分布を示す研磨レート応答性プロファイルを作成する方法であって、
前記第１圧力室内の圧力変化に対する研磨レートの応答性の分布を示す推定研磨レート応答性プロファイルをシミュレーションを用いて作成し、
前記第２圧力室内の圧力変化に対する研磨レートの応答性の分布を示す実研磨レート応答性プロファイルをワークピースの研磨結果を用いて作成し、
前記推定研磨レート応答性プロファイルと前記実研磨レート応答性プロファイルを組み合わせることにより、ハイブリッド研磨レート応答性プロファイルを作成する、方法。
続きを表示（約 2,100 文字）【請求項２】
前記推定研磨レート応答性プロファイルを作成する工程は、
前記第１圧力室内の単位圧力の変化に応答して変化した、第１ワークピースから前記研磨パッドに加えられる押し付け圧力の分布を示す押し付け圧力応答性プロファイルをシミュレーションにより算定し、
前記第１圧力室内が所定の圧力に維持された状態で、前記第１ワークピースを前記研磨パッドに押し付けて前記第１ワークピースを研磨し、
前記研磨された第１ワークピースの研磨レートの分布を示す研磨レートプロファイルを作成し、
前記押し付け圧力応答性プロファイルと、前記所定の圧力と、前記研磨レートプロファイルに基づいて、前記推定研磨レート応答性プロファイルを作成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記推定研磨レート応答性プロファイルを作成する工程は、
前記押し付け圧力応答性プロファイルに前記所定の圧力および研磨レート係数を乗算して仮想研磨レートプロファイルを作成し、
前記研磨レートプロファイルと前記仮想研磨レートプロファイルとの差を最小とする前記研磨レート係数を決定し、
前記押し付け圧力応答性プロファイルに前記決定された研磨レート係数を乗算して前記推定研磨レート応答性プロファイルを作成することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記押し付け圧力応答性プロファイルを算定する工程は、
前記第１圧力室内に第１圧力を持つ気体を供給したときの第１押し付け圧力の分布と、前記第１圧力室内に第２圧力を持つ気体を供給したときの第２押し付け圧力の分布をシミュレーションにより算定し、
前記第１ワークピース上の半径方向の各位置において、前記第１押し付け圧力と前記第２押し付け圧力との差を、前記第１圧力と前記第２圧力との差で割り算することで、前記第１圧力室内の気体の単位圧力の変化に応答して変化した押し付け圧力を算定する工程を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記実研磨レート応答性プロファイルを作成する工程は、
前記第２圧力室内の圧力を変化させながら、第２ワークピースを前記研磨パッドに押し付けて前記第２ワークピースを研磨し、
前記第２圧力室内の異なる圧力に対応する前記第２ワークピースの複数の研磨レートを算定し、
前記第２圧力室内の圧力の変化に対する研磨レートの応答性を算定することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記推定研磨レート応答性プロファイルおよび前記実研磨レート応答性プロファイルを作成する工程は、
前記第１圧力室内が所定の第１圧力に維持され、かつ前記第２圧力室内が所定の第２圧力に維持された状態で、第１ワークピースを前記研磨パッドに押し付けて前記第１ワークピースを研磨し、
前記研磨された第１ワークピースの研磨レートの分布を示す実研磨レートプロファイルを作成し、
前記第１圧力、第１研磨レート係数、シミュレーションにより算定された押し付け圧力応答性プロファイルに基づいて第１研磨レートプロファイルを作成し、
前記第２圧力、第２研磨レート係数、第２ワークピースの研磨結果から作成された暫定的な研磨レート応答性プロファイルに基づいて第２研磨レートプロファイルを作成し、
前記第１研磨レートプロファイルと前記第２研磨レートプロファイルとを組み合わせて、第３研磨レートプロファイルを作成し、
前記実研磨レートプロファイルと前記第３研磨レートプロファイルとの差を最小とする前記第１研磨レート係数および前記第２研磨レートを決定し、
前記決定された第１研磨レート係数を前記押し付け圧力応答性プロファイルに乗算して前記推定研磨レート応答性プロファイルを作成し、
前記決定された第２研磨レート係数を前記暫定的な研磨レート応答性プロファイルに乗算して前記実研磨レート応答性プロファイルを作成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記押し付け圧力応答性プロファイルを算定する工程は、
前記第１圧力室内に第３圧力を持つ気体を供給したときの第１押し付け圧力の分布と、前記第１圧力室内に第４圧力を持つ気体を供給したときの第２押し付け圧力の分布をシミュレーションにより算定し、
前記第１ワークピース上の半径方向の各位置において、前記第１押し付け圧力と前記第２押し付け圧力との差を、前記第３圧力と前記第４圧力との差で割り算することで、前記第１圧力室内の気体の単位圧力の変化に応答して変化した押し付け圧力を算定する工程を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法によって作成された前記ハイブリッド研磨レート応答性プロファイルを用いてワークピースの研磨条件を最適化し、
前記最適化された研磨条件の下で、前記ワークピースを前記弾性膜で前記研磨パッドに押し付けて前記ワークピースを研磨する、研磨方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの製造に使用されるウェーハ、基板、パネルなどのワークピースを研磨する技術に関し、特に、ワークピースを研磨パッドに押し付ける圧力の変化に対する研磨レートの応答性を算定する技術に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
化学機械研磨（以下、ＣＭＰという）は、シリカ（ＳｉＯ
２
）等の砥粒を含んだ研磨液を研磨パッド上に供給しつつワークピース（例えば、ウェーハ、基板、またはパネルなど）を研磨パッドに摺接させて該ワークピースを研磨するプロセスである。このＣＭＰを行うための研磨装置は、研磨面を有する研磨パッドを支持する研磨テーブルと、ワークピースを研磨パッドに押し付けるための研磨ヘッドを備えている。
【０００３】
研磨ヘッドは、圧力室を形成する弾性膜でワークピースを研磨パッドに押し付けるように構成されている。圧力室内には加圧された気体が供給され、気体の圧力は、弾性膜を介してワークピースに加えられる。したがって、ワークピースが研磨パッドに押し付けられる力は、圧力室内の圧力によって調節できる。
【０００４】
研磨装置は、次のようにしてワークピースを研磨する。研磨テーブルおよび研磨パッドを一体に回転させながら、研磨液（典型的にはスラリー）を研磨パッドの研磨面に供給する。研磨ヘッドはワークピースを回転させながら、ワークピースの表面を研磨パッドの研磨面に対して押し付ける。ワークピースは、研磨液の存在下で研磨パッドに摺接される。ワークピースの表面は、研磨液の化学的作用と、研磨液に含まれる砥粒および研磨パッドの機械的作用により、研磨される。
【０００５】
ワークピースの膜厚は、研磨時間に伴って徐々に減少する。ワークピースの膜厚が減少する速度は、しばしば研磨レートで表される。研磨レートは、研磨により単位時間あたりに減少するワークピースの表面材料の量であり、減少する量は厚さで表される。研磨レートは、除去レートとも呼ばれる。
【０００６】
ＣＭＰプロセスを最適化するためには、研磨ヘッドの圧力室内の圧力変化に対するワークピースの研磨レートの応答性を把握することが重要である。研磨レートの応答性とは、圧力室内の単位圧力の変化に応答した研磨レートの変化をいう。研磨レートの応答性を知ることができれば、目標プロファイルを達成するために必要な研磨レートでワークピースを研磨することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２００６－４３８７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
研磨レートは、基本的に、以下のようなプレストンの法則に従うことが知られている。
研磨レート∝押し付け圧力×相対速度
しかしながら、研磨ヘッドの弾性膜からワークピースに加えられる押し付け力は、弾性膜の押し付け面内で一定ではなく、また、温度、研磨パッド、研磨液など様々な要因で変化する。
【０００９】
そこで、本発明は、ウェーハなどのワークピースを研磨パッドに押し付ける圧力の変化に対する研磨レートの応答性を正確に取得することができる方法を提供する。また、本発明は、研磨レート応答性プロファイルを利用してワークピースを研磨する研磨方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一態様では、半導体デバイスの製造に使用されるワークピースを、第１圧力室および第２圧力室が内側に形成された弾性膜で研磨パッドに押し付けたときの前記第１圧力室および前記第２圧力室内の圧力変化に対する研磨レートの応答性の分布を示す研磨レート応答性プロファイルを作成する方法であって、前記第１圧力室内の圧力変化に対する研磨レートの応答性の分布を示す推定研磨レート応答性プロファイルをシミュレーションを用いて作成し、前記第２圧力室内の圧力変化に対する研磨レートの応答性の分布を示す実研磨レート応答性プロファイルをワークピースの研磨結果を用いて作成し、前記推定研磨レート応答性プロファイルと前記実研磨レート応答性プロファイルを組み合わせることにより、ハイブリッド研磨レート応答性プロファイルを作成する、方法が提供される。
（【００１１】以降は省略されています）

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