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半導体基板の表面皮膜の厚さ測定方法 NEW コモンズ

国内特許コード P180015365
整理番号 KIT16030
掲載日 2018年10月29日
出願番号 特願2016-202457
公開番号 特開2018-064053
出願日 平成28年10月14日(2016.10.14)
公開日 平成30年4月19日(2018.4.19)
発明者
  • 鬼木 喬玄
  • 中 利明
  • 松尾 正昭
  • 田代 康典
  • 鈴木 恵友
  • カチョーンルンルアン パナート
出願人
  • 三島光産株式会社
  • 国立大学法人九州工業大学
発明の名称 半導体基板の表面皮膜の厚さ測定方法 NEW コモンズ
発明の概要 【課題】ウエハーに形成されている表面皮膜の厚みを高精度に、オンラインで測定できるウエハーの表面皮膜の厚さ測定方法を提供する。
【解決手段】表面に研磨布51が設けられたターンテーブル50に接して、回転駆動される支持部材53にウエハー11を保持し、研磨液19をターンテーブル50上に流しながらウエハー11の表面皮膜12の厚さを測定する方法において、研磨布51及びターンテーブル50を貫通して、ウエハー11に対して光を照射する出光部15aと、ウエハー11からの反射光を受光する入光部16aとを有する光センサー13を設け、更に、光センサー13と表面皮膜12との間に、研磨液19と屈折率が0.9~1.1倍の範囲で同一な透明物質20を配置し、表面皮膜12の厚みを測定する。
【選択図】図2
従来技術、競合技術の概要 半導体基板製造の最終工程では、図4に示すようなシステムを用いて、CMPと呼ばれる仕上げ研磨が行われる。CMPとは名前の通り、アルカリ性の研磨溶液による化学的エッチング作用を伴う機械的研磨である。この最終工程の目的は、基板(ウエハー)の平坦化と最表面層除去である。
ここで、「平坦化」を行うのは、LSI能力向上のため回路の多層化が進み、各層の平坦化はLSI性能に直接影響するので、高精度の平坦性が求められるためである。「最表面層除去」は、前工程の疵残りや加工変質層のごく表面層を、この最終仕上げのCMPで除去をするものである。

なお、図4において、50は表面に研磨布51が設けられたターンテーブルを、52は回転駆動されるトップリング(支持部材)53に取付けられたウエハーを、55は研磨液であるスラリー水をターンテーブル50上に流す流し口を示す。

現在、このCMPの研磨作業は非常に長時間を要し、作業時間短縮のため、研磨効率の向上が強く求められている。また、「最表面層除去」では、その終点を定量的に判定する技術が確立しておらず、表面層の除去量に過不足が出るので、作業品質の向上が強く求められている。
特に、過研磨、即ち削り過ぎは、「ディッシング」と言われ、半導体の品質不良の大きな要因となるので、これらを避けることが品質維持のため強く設けられている。

そこで、例えば、非特許文献1に記載するようなCMP装置が提案されている。このCMP装置は図4、図5に示すように、トップリング53で保持したウエハー52をターンテーブル(研磨テーブル)50上に貼られた研磨布51に押し付けて研磨し、ウェハー52の表面の凸凹膜を削り平坦化する装置である。このCMP装置には研磨中のウエハー52の膜厚変化をモニターできる終点検出モニターが搭載されている。研磨中のウエハー52の研磨面に光を照射するため、光学センサー54がターンテーブル50上のウエハー52中心が通過する位置に埋め込まれ、ターンテーブル50の1回転ごとにウエハー52の下を通過する間にウエハー52の最表面層の厚みの測定が行われる。測定に必要な光学機器、給排水用の部品はターンテーブル50の裏面に取り付けられ、外部のコンピュータ(制御装置)58や給水配管とはロータリーコネクタ57及びロータリージョイント56を介して接続されている。

図5に光学センサー(センサーヘッド)54の詳細を示すが、光学センサー54はターンテーブル50及び研磨布51を貫通して設けられ、内部にはウエハー52に接する水通路60を有する。水通路60は給水部61と排水部62とを有し、給水部61に2本の光ファイバー63、64が設けられ、一方が入射光路、他方が反射光路となっている。
使用にあっては、光源に多波長の光を採用し、任意の複数の波長データを選択して信号処理し、ウエハー52に形成される最表面層(表面皮膜)の厚みを測定している。
産業上の利用分野 本発明は、CMP(Chemical Mechanism Polishing、化学的機械的研磨)を用いて半導体基板(ウエハーに同じ)を研磨しながら、半導体基板の表面皮膜の厚さを測定する方法に関する。
特許請求の範囲 【請求項1】
表面に研磨布が設けられたターンテーブルに接して、回転駆動される支持部材にウエハーを保持し、研磨液を前記ターンテーブル上に流しながら前記ウエハーの表面皮膜の厚さを測定する方法において、
前記研磨布及び前記ターンテーブルを貫通して、前記ウエハーに対して光を照射する出光部と、前記ウエハーからの反射光を受光する入光部とを有する光センサーを設け、更に、前記光センサーと前記表面皮膜との間に、前記研磨液と屈折率が0.9~1.1倍の範囲で同一な透明物質を配置し、前記表面皮膜の厚みを測定するウエハーの表面皮膜の厚さ測定方法。

【請求項2】
請求項1記載のウエハーの表面皮膜の厚さ測定方法において、前記出光部と前記入光部は異なる光ファイバーの先部に設けられ、前記出光部と前記入光部は、筒体の所定位置に保持されていることを特徴とするウエハーの表面皮膜の厚さ測定方法。

【請求項3】
請求項2記載のウエハーの表面皮膜の厚さ測定方法において、前記出光部と前記入光部は前記透明物質で前記筒体に保持され、前記入光部と前記筒体の出口との距離aは、前記研磨液の層の厚みbの8~100倍の範囲にあることを特徴とするウエハーの表面皮膜の厚さ測定方法。

【請求項4】
請求項1~3のいずれか1項に記載のウエハーの表面皮膜の厚さ測定方法において、前記研磨液はスラリー水であって、前記透明物質は水の屈折率の0.9~1.1倍の範囲に調整されていることを特徴とするウエハーの表面皮膜の厚さ測定方法。

【請求項5】
請求項1~4のいずれか1項に記載のウエハーの表面皮膜の厚さ測定方法において、前記光センサーが使用する光に白色光を使用することを特徴とするウエハーの表面皮膜の厚さ測定方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2016202457thum.jpg
出願権利状態 公開
参考情報 (研究プロジェクト等) 九州工業大学 鈴木・パナート研究室
詳細は、下記「問合せ先」まで直接お問い合わせください。


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