成果報告書詳細
管理番号20160000000702
タイトル平成27年度成果報告書 次世代半導体微細加工・評価基盤技術 パッド表面計測による半導体基板研磨装置の最適制御技術の研究開発
公開日2016/8/23
報告書年度2015 - 2015
委託先名東邦エンジニアリング株式会社
プロジェクト番号P10025
部署名IoT推進部
和文要約次世代半導体プロセス技術の一つであるEUV(Extreme UltraViolet:極端紫外線)露光技術においては、短波長光の焦点距離を厳密に合わせる必要があり、より高精度な基板の平坦化技術の開発が求められている。本事業においては、半導体研磨装置の平坦化加工性能の向上を目標として、研磨装置の回転定盤に取り付けられている研磨パッド表面の凹凸・粗さ・溝の状態を監視して、研磨装置のドレス及び加工ヘッドの制御を最適化する技術の開発を行った。これまで渦電流を用いたパッドの厚み情報により、研磨装置の制御を行っているものがあるが不完全である。十分なコンディショニング作業(研磨加工前の準備作業)を行っているにもかかわらず、パッドの加工ばらつきや取り付け状態により、使用初期に大きな変動が起こりやすい傾向がある。この時点で適切な対応ができないと、パッドに異常が起こり、基板の加工不良にもつながる。パッド表面を計測して、研磨機の制御を行う方法は、2011年にフランスのSTMicroelectronics、CEA-LETI、AppliedMaterialsとの共同研究において考案されたものである。しかし、この時点では赤色走査レーザー装置を使用していたため、パッド表面の凹凸や溝形状が実際とは相当異なる形状になっていたため、実用化が困難であった。その後、日本において、はるかに多いデータ数を得られる青色走査レーザー装置の入手が可能になり、より正確な形状を得ることができるようになった。2014年にこの方式によるパッド単体の検査装置(INS800)を開発し、12月のセミコンショーで展示、販売を開始した。この検査装置の特徴はパッド全面における表面の凹凸及び表面粗さと、溝形状(深さ・幅・ピッチ)の情報を短時間で収集できることである。この機能を半導体研磨装置に搭載できると、オンラインでダイヤモンドドレスや加工条件を最適制御することにより、基板の平坦化品質の向上が図れる。次世代半導体基板の微細なパターンを形成するためのEUVなどの露光工程においては、短波長光の焦点距離を厳密に合わせる必要があり、基板表面の平坦性への要求はこれまで以上に高まることから、本提案技術の貢献が期待できる。
英文要約The latest EUV lithography for next generation semiconductor devises can allow extremely short range in depth for laser focusing with extra-short wave length. This restriction in the focusing range requires improvement in the current planarization technology. Hence, demands for development of ultra-precision planarization technology are increasing. This research project aims to develop a new platform technology for the next generation planarization machine, where asperity, roughness, and groove status of polishing pads can be monitored without removing the polishing pads from a platen. Analyzing the monitored data of the polishing pads, a technology to optimize motion of conditioner/polishing head is proposed.
In the conventional technology, an average profile of the polishing pad thickness is measured by utilizing eddy current sensors. However, pad profile including surface asperity and the groove integrity cannot be measured. This fact indicates that detection of the process failure depending on the polishing pad is difficult by this method. It should be noted that planarization performance is frequently deteriorated due to conditioning failure of the polishing pad especially in an initial stage of the pad use. Hence, on-line pad condition monitoring in the planarization process is essential for the next generation EUV lithography.
The proposed measurement technique of the pad surface and its application in polishing control have been developed in an international collaboration research project with STMicroelectronics, CEA-LETI, and Applied Materials. At this era, red scan laser was utilized, which imposes difficulty in accurate measurement of the pad surface asperity and groove profile. On the other hand, the latest blue laser sensor can attain higher resolution and accuracy in the pad profile measurement.
We developed a new measurement system for pad integrity inspection by utilizing the blue laser sensor in 2014. The performance of the developed system was verified well in quick measurement test of the surface integrity and groove geometry, i.e. groove depth, width and pitch.
In the present project, the developed measurement system is installed on the CMP machine. Utilizing the developed system, advanced process control technique is developed, where the pad dressing conditions and/or polishing conditions are optimized automatically to attain stable planarization. This technology is expected to contribute to the stable EUV lithography for the next generation semiconductor manufacturing.
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