特許ウォッチ

公開番号2024129865
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-30
出願番号2023039227
出願日2023-03-14
発明の名称研磨終点検出装置及びCMP装置
出願人株式会社東京精密
代理人個人
主分類H01L 21/304 20060101AFI20240920BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】研磨中のワークの研磨終点をリアルタイムで検出する研磨終点検出装置及びCMP装置を提供する。
【解決手段】研磨終点検出装置は、プラテン2及び研磨パッド5に形成された観測孔8内に収容され、測定点からの反射光を受光可能なセンサヘッド22を有する膜厚測定部20と、センサヘッドが基準線を通過したときに検出信号を発信するトリガーセンサ31、膜厚測定部とセンサヘッドの基準線に対する回転角度を算出する回転角度算出部32及び各測定時刻におけるセンサヘッドの回転角度及びワークWの膜厚測定の可否に基づいて、プラテンの回転中心に対するエッジの相対的な位置関係を推定し、ワークの中心から各測定点までの距離を算出する距離算出部33を有する膜厚分布生成部30と、ワークの中心から各測定点までの距離と、各測定点におけるワークの膜厚とを紐付けて生成した、ワークの膜厚分布に基づいて研磨終点を検出する検出部40と、を備える。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
プラテン上の研磨パッドに揺動しながら押し付けられて研磨されるワークの膜厚分布を測定し、前記ワークの膜厚分布に基づいて研磨終点を検出する研磨終点検出装置であって、
前記プラテン及び前記研磨パッドに形成された観測孔内に収容され、前記プラテンとともに回転しながら上方に向けて測定光を所定間隔おきに照射するとともに測定点からの反射光を受光可能なセンサヘッドと、
前記プラテンの回転中心を通り前記プラテンの径方向に沿って設定された基準線に対応して設けられ、前記センサヘッドが前記基準線を通過したときに検出信号を発信するトリガーセンサと、
前記トリガーセンサの検出信号に基づいて前記センサヘッドが前記基準線を通過した基準時刻を計時し、前記センサヘッドが測定光を照射した測定時刻毎に前記ワークの膜厚を測定する膜厚測定部と、
前記基準時刻、前記測定時刻及び前記プラテンの回転速度に基づいて、各測定時刻における前記センサヘッドの前記基準線に対する回転角度を算出する回転角度算出部と、
各測定時刻における前記センサヘッドの回転角度及び前記ワークの膜厚測定の可否に基づいて、前記プラテンの回転中心に対する前記ワークのエッジの相対的な位置関係を推定し、前記ワークの中心から各測定点までの距離を算出する距離算出部と、
前記ワークの中心から各測定点までの距離と各測定点における前記ワークの膜厚とが紐付けられて生成された前記ワークの膜厚分布に基づいて研磨終点を検出する検出部と、
を備えていることを特徴とする研磨終点検出装置。
続きを表示（約 960 文字）【請求項２】
前記距離算出部は、
前記膜厚測定部が前記膜厚を算出できた測定点である算出可能測定点と前記膜厚測定部が前記膜厚を算出できなかった測定点である算出不可測定点との位置関係に基づいて、前記ワークのエッジの位置を推定し、
前記算出可能測定点における前記センサヘッドの測定時刻と前記算出不可測定点における前記センサヘッドの測定時刻とに基づいて、前記エッジが前記センサヘッド上を通過した通過時刻を推定し、
前記通過時刻における前記センサヘッドの回転角度及び前記センサヘッドの回転半径に基づいて、前記プラテンの回転中心に対する前記エッジの相対的な位置関係を算出することを特徴とする請求項１に記載の研磨終点検出装置。
【請求項３】
前記距離算出部は、互いに隣り合う前記算出可能測定点と前記算出不可測定点との間に前記ワークのエッジが位置すると推定し、互いに隣り合う前記算出可能測定点と前記算出不可測定点の各前記センサヘッドの測定時刻に基づいて、前記通過時刻を推定することを特徴とする請求項２に記載の研磨終点検出装置。
【請求項４】
前記距離算出部は、
前記プラテンの回転中心に対する前記エッジの相対的な位置関係と、前記ワークが揺動する際の前記プラテンの回転中心に対するワーク中心の軌道直線の位置関係とに基づいて、前記プラテンの回転中心に対する前記ワーク中心の位置関係を算出し、
前記プラテンの回転中心に対する前記ワーク中心の位置関係と、前記プラテンの回転中心に対する前記軌道直線の位置関係と、前記測定点における前記センサヘッドの回転角度とに基づいて、前記ワークの中心から前記測定点までの距離を算出する、
ことを特徴とする請求項２に記載の研磨終点検出装置。
【請求項５】
前記距離算出部は、前記ワークが前記センサヘッド上を１回通過する度に、異なる２つの前記エッジにそれぞれ対応して算出される２つの前記ワークの中心座標を平均して前記ワークの平均中心座標を算出することを特徴とする請求項１に記載の研磨終点検出装置。
【請求項６】
請求項１に記載の研磨終点検出装置を備えていることを特徴とするＣＭＰ装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨終点検出装置及びＣＭＰ装置に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体製造分野では、半導体シリコンウェハ等（以下、「ワーク」という）を研磨して平坦化するＣＭＰ装置が知られている。
【０００３】
特許文献１記載の研磨装置は、化学的機械的研磨、いわゆるＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）技術を適用した研磨装置である。本ＣＭＰ装置は、研磨ヘッドに装着されたワークを研磨パッドに押圧してワークを研磨するものである。また、プラテンの下方に配置されたセンサヘッドが、プラテンが１回転する度に観測孔を介してワークに向けて光を照射し、反射光の光強度スペクトルに基づいてワークの研磨終点を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１７－５２０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の研磨装置では、プラテンが１回転する度にワーク内の１点のみ膜厚測定を行うため、図１５に示すように、研磨ヘッドを水平方向ｄ１に移動させて、回転方向ｄ２に沿って回転するワーク１００内でセンサヘッド１０１の測定点ｍｐを走査させ、研磨終点を精度良く検出する上で必要な数の測定点（図１５中では、８カ所）での膜厚を測定するため、膜厚測定に長時間を要し、研磨終点を適時に検出できない虞があった。
【０００６】
そこで、研磨中のワークの研磨終点をリアルタイムで検出するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る研磨装置は、プラテン上の研磨パッドに揺動しながら押し付けられて研磨されるワークの膜厚分布を測定し、前記ワークの膜厚分布に基づいて研磨終点を検出する研磨終点検出装置であって、前記プラテン及び前記研磨パッドに形成された観測孔内に収容され、前記プラテンとともに回転しながら上方に向けて測定光を所定間隔おきに照射するとともに測定点からの反射光を受光可能なセンサヘッドと、前記プラテンの回転中心を通り前記プラテンの径方向に沿って設定された基準線に対応して設けられ、前記センサヘッドが前記基準線を通過したときに検出信号を発信するトリガーセンサと、前記トリガーセンサの検出信号に基づいて前記センサヘッドが前記基準線を通過した基準時刻を計時し、前記センサヘッドが測定光を照射した測定時刻毎に前記ワークの膜厚をそれぞれ測定する膜厚測定部と、前記基準時刻、前記測定時刻及び前記プラテンの回転速度に基づいて、各測定時刻における前記センサヘッドの前記基準線に対する回転角度を算出する回転角度算出部と、各測定時刻における前記センサヘッドの回転角度及び前記ワークの膜厚測定の可否に基づいて、前記プラテンの回転中心に対する前記ワークのエッジの相対的な位置関係を推定し、前記ワークの中心から各測定点までの距離を算出する距離算出部と、前記ワークの中心から各測定点までの距離と各測定点における前記膜厚とが紐付けられて生成された前記ワークの膜厚分布に基づいて研磨終点を検出する検出部と、を備えている。
【０００８】
また、本発明に係るＣＭＰ装置は、上述した研磨終点検出装置を備えている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、研磨中のワークの研磨終点をリアルタイムで検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の第１の実施形態に係るＣＭＰ装置を模式的に示す斜視図。
ＣＭＰ装置の要部を模式的に示す縦断面図。
プラテンが１回転する間に、ワーク内の測定点が走査される様子を示す模式図。
ワークが水平方向に揺動しない状態で研磨を行う場合のワークとセンサヘッドとの位置関係を示す平面図。
ワークが水平方向に揺動する状態で研磨を行う場合のワークとセンサヘッドとの位置関係を示す平面図。
プラテンに対するワーク、トリガーセンサ及び測定点の軌跡の位置関係を示す平面図。
ワーク近傍における、測定点の軌跡とワークとの位置関係を示す模式図。
ワークのエッジにセンサヘッドの測定点が位置する場合における、ワーク、センサヘッド及びプラテンの回転中心の位置関係を示す模式図。
ワークのエッジより内側にセンサヘッドの測定点が位置する場合における、ワーク、センサヘッド及びプラテンの回転中心の位置関係を示す模式図。
測定時刻毎のセンサヘッドの回転角度及び膜厚を記録したデータテーブル。
２つのエッジ間における、測定時刻毎のセンサヘッドの回転角度及び膜厚を記録したデータテーブル。
ワーク中心からの各測定点までの距離と各測定点における膜厚との関係を示すワークの膜厚分布。
図１２のワークの膜厚分布を示すグラフ。
研磨中にワークの膜厚分布を変化する様子を示すグラフ。
従来のＣＭＰ装置において、研磨ヘッドが水平移動してワーク内の測定点が走査される様子を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許