(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を所望の表面形状に研磨するための研磨パッドの形状修正方法であって、
研磨パッド形状測定装置を用いて、定盤に貼付した状態で研磨パッド形状を測定する測定ステップと、
前記測定ステップの測定結果に基づいて、予め備えられた複数のドレスレシピの中から、前記被加工物を所望の表面形状に研磨可能なドレスレシピを選択する条件決定ステップと、
前記条件決定ステップで決定されたドレスレシピを用いて前記研磨パッドをドレッシングする形状修正ステップとを備え、
前記研磨パッド形状測定装置は計算装置を備え、
前記計算装置は、前記研磨パッド形状と該研磨パッドにより研磨した被加工物の形状との関係を表すデータを有し、
前記測定ステップの測定結果から、研磨後の被加工物の形状を推算し、
前記データは、前記研磨パッドのｐｅａｋ−ｔｏ−ｖａｌｌｅｙ値と前記ウェーハのＧＢＩＲ値との関係を表すデータである研磨パッドの形状修正方法。
【請求項２】
前記ドレスレシピは、複数のドレスツールから最適なドレスツールを選択することにより決定する、請求項１に記載の研磨パッドの形状修正方法。
【請求項３】
前記複数のドレスツールは、前記研磨パッドを凸面から凹面へ修正する特性のドレスツールと、前記研磨パッドを凹面から凸面へ修正する特性のドレスツールとを少なくとも含む、請求項２に記載の研磨パッドの形状修正方法。
【請求項４】
前記ドレスレシピは、ドレッシング時間、ドレッシング押圧力、及び、ドレスツール回転数のうち、少なくとも１つを決定する、請求項１から請求項３の何れかに記載の研磨パッドの形状修正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物、特にウェーハを所望の表面形状に研磨するための研磨パッドの形状修正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ウェーハ等の被加工物を研磨して平坦化するために、化学的機械研磨法（ＣＭＰ法）による研磨装置（ＣＭＰ装置）が使用されている。ＣＭＰ装置は、一般にウェーハを研磨する研磨定盤とウェーハを保持する研磨ヘッドとで構成されており、研磨ヘッドで保持したウェーハを研磨定盤に押し付けて、そのウェーハと研磨定盤との間に研磨剤（スラリー）と供給しながら、両者を回転させることによりウェーハを研磨する。
【０００３】
ここで、このウェーハを研磨する研磨定盤の表面には研磨パットが貼付されており、ウェーハはこの研磨パッドに押し付けられて研磨される。しかし、この研磨パッドは表面の目詰まり等により研磨量が減少するため、ＣＭＰ装置ではウェーハを数枚研磨するごとに研磨パッドをドレッシングしている。
【０００４】
研磨パッドはドレッシングするごとに少しずつ表面が研磨されるために、表面形状が変化し、次第に平坦度が劣化する傾向がある。このような研磨パッドを用いてウェーハを研磨すると、ウェーハを安定して高精度に平坦化することができないという欠点がある。
【０００５】
そこで、従来はドレッシング実行時に作業者が研磨パッドの表面の平坦度を測定し、その測定結果から研磨量を調べてドレッシングの調整を行っていた。
【０００６】
しかしながら、従来のように作業者が手作業で研磨するパッドの平坦度を測定する方法では、測定作業に多大な時間を要し、効率が悪いという欠点がある。また、研磨パッド自体の平坦度を調整したとしても、パッドを貼付した研磨定盤の装置間差によって、研磨定盤に貼付した状態での研磨パッドには平坦度のバラつきが生じてしまう。
【０００７】
このような問題を解決するため、従来技術として接触式・非接触式のパッド形状測定装置を用い、測定された研磨パッド表面のプロファイルに基づいて研磨条件、ドレッシング条件を求める技術が開示されている（特許文献１を参照）。また、研磨定盤形状に影響されずに均一なドレッシングを行うようにドレスツールの角度を設定する技術が開示されている（特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２７０５５６号公報
【特許文献２】特開２００４−９０１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来技術の方法では、ドレスツールの角度を設定し研磨パッドをドレッシングしても、定盤の平行度および装置の剛性などの影響から、最終的にウェーハを平坦化できるとは限らないという問題がある。
【００１０】
よって本発明は上記問題点に着目し、研磨パッド形状測定装置で測定した研磨パッド形状を、ドレスツールを用いてウェーハが所望の表面形状になるような研磨パッドの目標形状に修正する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の上記課題は、被加工物を所望の表面形状に研磨するための研磨パッドの形状修正方法にて、研磨パッド形状測定装置を用いて、定盤に貼付した状態で研磨パッド形状を測定する測定ステップと、測定ステップの測定結果に基づいて、予め備えられた複数のドレスレシピの中から、被加工物を所望の表面形状に研磨可能なドレスレシピを選択する条件決定ステップと、条件決定ステップで決定されたドレスレシピを用いて研磨パッドをドレッシングする形状修正ステップとを備え、前記研磨パッド形状測定装置は計算装置を備え、前記計算装置は、前記研磨パッド形状と該研磨パッドにより研磨した被加工物の形状との関係を表すデータを有し、前記測定ステップの測定結果から、研磨後の被加工物の形状を推算し、前記データは、前記研磨パッドのｐｅａｋ−ｔｏ−ｖａｌｌｅｙ値と前記ウェーハのＧＢＩＲ値との関係を表すデータであることによって達成される。
【００１２】
このとき、ドレスレシピは、複数のドレスツールから最適なドレスツールを選択することにより決定することが好ましい。また、複数のドレスツールは、研磨パッドを凸面から凹面へ修正する特性のドレスツールと、研磨パッドを凹面から凸面へ修正する特性のドレスツールとを少なくとも含むことが好ましい。
【００１３】
さらに、ドレスレシピは、ドレッシング時間、ドレッシング押圧力、及び、ドレスツール回転数のうち、少なくとも１つを決定ことが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、研磨パッド形状測定装置で測定した研磨パッド形状を、ドレスツールを用いてウェーハが所望の表面形状になるような研磨パッドの目標形状に修正する方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の方法に用いる研磨パッド形状測定装置を例示する図である。
【図２】本発明の方法に用いる推算表を例示する図である。
【図３】本発明の方法に用いるドレスツールを例示する図である。
【図４】本発明の方法を実施するための代表的フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１に、本発明の方法に用いた研磨パッド形状測定装置の例を示す。研磨パッド形状測定装置１０は、半導体研磨装置を構成する金属製の定盤１２上に接着剤等で貼付された樹脂等で形成された絶縁体の研磨パッド１４の形状を測定するものである。すなわち、この研磨パッド形状測定装置１０は、研磨パッド１４単体の表面形状を測定するのではなく、定盤１２と研磨パッド１４とを合わせた形状が測定される。なお、半導体研磨装置（不図示）から定盤１２を取り外して研磨パッド形状測定装置１０を搭載する移動測定台１６に載置した状態で形状測定を行う。
【００１８】
支持台１８は、長手方向に少なくとも定盤１２および研磨パッド１４の直径程度の寸法を有する剛体であり、所定の高さを有する一対の脚部２０と、当該脚部２０を連結するレール部２２を有する。当該支持台１８は研磨パッド１４上に載置されるものであり、脚部２０の下端が研磨パッド１４上に当接する。レール部２２は長手方向が水平となるように、脚部２０に取り付けられている。そしてレール部２２の長手方向の所定の間隔ごとに測長センサ３０および変位センサ３２を複数備え、ともにセンサヘッドを真下に向けた状態で取り付けられている。
【００１９】
なお、本発明の実施に用いる研磨パッド形状測定装置１０は、上記のようにレール部２２の長手方向の所定の間隔ごとに測長センサ３０および変位センサ３２を備える形態に限らず、測長センサ３０および／または変位センサ３２を逐次移動させながら研磨パッドの形状測定を行うもの等でも構わない。
【００２０】
計算装置２４は、研磨パッド形状測定装置１０を動作させるハードウェアであり、制御装置２６、測長センサ３０および変位センサ３２に接続されている。制御装置２６は、計算装置２４から測長センサ３０および変位センサ３２を作動させる電力を、測長センサ３０および変位センサ３２に供給する。
【００２１】
測長センサ３０は、制御装置２６および計算装置２４に接続され、制御装置２６から電力が供給されると、測長センサ３０の測距点から測定した第１距離を示す信号を計算装置２４に出力する。測長センサ３０は、例えば、レーザ光を研磨パッド１４面に照射し、その反射光を受光するまでの時間を用いて測長センサ３０の測距点と研磨パッド１４の上面までの第１距離を測定する。
【００２２】
変位センサ３２は、制御装置２６および計算装置２４に接続され、制御装置２６から電力が供給されると、変位センサ３２の測距点から測定した第２距離に係る信号を計算装置２４に出力する。変位センサ３２は、例えば、渦電流式の変位センサを用いる。変位センサ３２はセンサヘッド（不図示）のコイルに高周波電流を流して、高周波磁界を金属である定盤１２に向けて照射させて定盤１２に渦電流を発生させる。そして、この渦電流によりコイルのインピ−ダンスが変化する。この変化の度合いは、コイルと定盤１２との距離によって変化するため、この変化の度合いからコイルと定盤１２までの第２距離を算出する。
【００２３】
計算装置２４は、例えばセンサユニット２８の位置（研磨パッド１４の測定位置）を横軸、研磨パッド１４の厚み（高さ）を縦軸としたグラフをディスプレイ（不図示）に表示することができる。これにより作業者は研磨パッド１４の厚みの分布を視覚的に認識することができる。
【００２４】
さらに、計算装置２４は、定盤に貼付した状態で測定した研磨パッド形状とその研磨パッドで研磨を行った場合のウェーハの形状の関係を示す推算表を備えている。この推算表により、ウェーハが所望の表面形状（典型的には平面）になるような研磨パッドの目標形状と研磨パッド形状測定装置１０によって得られた現状の研磨パッド形状との比較を行う。また、この推算表は計算装置２４に備えられていることにより、測定した研磨パッド形状を目標形状に修正するためのドレッシング条件（ドレッシングレシピ）等を演算して表示することも可能である。したがって、作業者が視覚または熟練度によらずに研磨パッド形状の修正を行えるので、安定した品質管理が行える。
【００２５】
図２は、この推算表の例として、研磨パッドの形状とその研磨パッドでウェーハを研磨加工した結果の関係を示すグラフである。なお、図２のグラフは、研磨パッドのＰＶ値（ｐｅａｋ−ｔｏ−ｖａｌｌｅｙ値）を横軸、ウェーハのＧＢＩＲ値（Ｇｌｏｇａｌ  Ｂａｃｋ−ｓｉｄｅ  Ｉｄｅａｌ  Ｒａｎｇｅ）を縦軸としている。また、同図のグラフでは、参考のために、研磨に用いるキャリアを２種類示してある。なお、本発明は上記指標に限らず、ＧＦＩＲ値（Ｇｌｏｇａｌ  Ｆｒｏｎｔ  Ｌｅａｓｔ  Ｓｑｕａｒｅ  Ｒａｎｇｅ）等の種々の指標を適切に用いてもよい。また、ドレッシング条件を演算して表示する目的のためには、グラフ形式の推算表ではなく、数値データベースの形式で計算装置２４に備えることとしてもよい。
【００２６】
図２に示される推算表から理解されるように、ウェーハを平坦に研磨するには、必ずしも研磨パッドを平坦にするのが最適ではない。すなわち、ウェーハを高精度に平坦化するためには、ウェーハが平坦となる形状に前もって研磨パッドを加工（修正）する必要がある。
【００２７】
本発明による研磨パッド形状の修正方法では、通常は研磨パッドの目詰まりを除去するためのドレスツールを、研磨パッドの形状に応じて選択的に用いてドレッシングを行うことによって、研磨パッドの形状を修正する。
【００２８】
図３は、本発明実施に用いるドレスツールの例として、パッド外周部修正用ドレスツールと、パッド中央部修正用ドレスツールとの２種類のドレスツールを示している。これらのドレスツールは、キャリヤプレート（不図示）に設けられた保持孔にセットし、上定盤と下定盤との間に挟んだ状態で、キャリヤプレートおよびドレスツールを回転させ、上定盤および下定盤に貼付された研磨パッドをドレッシングするものである。
【００２９】
図３（ａ）は、パッド外周部修正用ドレスツールであり、ドレッシングプレート３４の外周部付近にドレッシングペレット３６を等間隔に配置したものである。このドレスツールを用いた場合、研磨パッドの外周部がより強くドレッシングされ、研磨パッドのＰＶ値はプラス方向にシフトする特性を持つ。一方、図３（ｂ）は、パッド中央部修正用ドレスツールであり、ドレッシングプレート３４の中央部付近にドレッシングペレット３６を等間隔に配置したものである。このドレスツールを用いた場合、研磨パッドの中央部がより強くドレッシングされ、研磨パッドのＰＶ値はマイナス方向にシフトする特性を持つ。
【００３０】
本発明による研磨パッド形状の修正方法では、（図３に例示したような）異なる特性のドレスツールを選択的に用いることによって、ウェーハを所望の表面形状にするのに最適な研磨パッドのＰＶ値に修正する。なお、ここでは簡単化のために２種類のドレスツールを用いる例を説明したが、より多くの種類のドレスツールを用いて、研磨パッドにより細かい修正を加えることも可能である。また、研磨パッドの形状に関する指標としてもＰＶ値のみに限らず、より多くの指標を用いて、目的とする最適な研磨パッド形状をより細かく規定することも可能である。
【００３１】
以下では、本発明による研磨パッド形状の修正方法を用いたウェーハ研磨の手順を、図４に示されるフローチャートを参照しながら説明する。
【００３２】
図４に示されるウェーハの研磨工程は、研磨装置の立上げから開始される（ステップＳ１）。このステップでは、研磨装置の定盤に研磨パッドを貼付する等の準備作業が行われる。
【００３３】
次に、研磨パッド形状を測定する（ステップＳ２）。このとき、研磨パッド形状の測定には、図１を用いて説明した研磨パッド形状測定装置１０を用いることができる。すなわち、ここでの研磨パッド形状も、研磨パット自体の形状ではなく、定盤に貼付した状態での研磨パッドの形状を意味する。
【００３４】
次に、測定された研磨パッドの形状が、ウェーハを所望の表面形状にするのに好適か否かを判断する（ステップＳ３）。また、ウェーハを所望の表面形状にするのに適さない形状である場合には、好適な形状との差異を同時に取得するものとする。このとき、研磨パッドの形状判断には、図２を用いて例示した推算表を利用することが可能である。ウェーハを所望の表面形状にするのに好適な形状であると判断された場合（ＯＫ）、次のステップはウェーハ加工（ステップＳ４）へ進み、ウェーハを所望の表面形状にするのに適さない形状であると判断された場合（ＮＧ）、次のステップはドレスツールの選択（ステップＳ５）へ進む。
【００３５】
ステップＳ５では、ステップＳ３での判断結果に基づいて、研磨パッドの形状を修正するためのドレスツールを選択する（ステップＳ５）。ここで、ドレスツールを選択する方法は、上記積算表を用いた例では、ＰＶ値に着目してこれをプラス方向へシフトさせるドレスツール（例えば図３（ａ）のもの）、またはマイナス方向へシフトさせるドレスツール（例えば図３（ｂ）のもの）を選択する。また、単に利用するドレスツールを選択するだけではなく、積算表のデータからドレス時間等のドレッシング条件も決定する。
【００３６】
次に、選択されたドレスツールを用いて研磨パッドの形状を修正（ドレッシング）する（ステップＳ６）。このドレッシング工程により、研磨パッドがウェーハ研磨に最適な形状となっているので、ステップＳ６の後は、ステップＳ４へ進む。
【００３７】
ステップＳ４では、ウェーハの加工を行う。すなわち、研磨装置にウェーハを導入し、研磨パッドによってウェーハを研磨する。この研磨後に、研磨されたウェーハの評価を行い（ステップＳ７）、加工継続の判断を行う（ステップＳ８）。ここでは、ウェーハが所定精度で研磨されているか確認し、これにより研磨パッドの磨耗を確認する。ウェーハが所定精度で研磨されている場合は、ステップＳ４とステップＳ７とステップＳ８とからなるループを繰り返し、ウェーハが所定精度で研磨されない場合は、研磨パッドが磨耗しているものと判断する（ステップＳ８）。
【００３８】
研磨パッドが磨耗しているものと判断された場合、研磨パッドの形状を測定する（ステップＳ９）。このときも、ステップＳ３と同じように、図１を用いて説明した研磨パッド形状測定装置１０を用いて研磨パッドの形状を測定することができる。すなわち、ここでも研磨パット形状とは、研磨パットそれ自体の形状ではなく、定盤に貼付した状態での研磨パッドの形状を意味する。また、測定された研磨パッドの形状から、ウェーハ研磨に好適なパッド形状との差異を同時に取得するものとする。この研磨パッドの評価にも、図２を用いて例示した推算表を利用することが可能である。
【００３９】
次に、ステップＳ９での測定結果に基づいて、研磨パッドの形状を修正するためのドレスツールを選択する（ステップＳ１０）。ここでもステップＳ５と同様に、ＰＶ値に着目してこれをプラス方向へシフトさせるドレスツール（例えば図３（ａ）のもの）、またはマイナス方向へシフトさせるドレスツール（例えば図３（ｂ）のもの）を選択する。また、単に利用するドレスツールを選択するだけではなく、積算表のデータからドレス時間等のドレッシングの条件（ドレッシングレシピ）も決定する。
【００４０】
次に、選択されたドレスツールを用いて研磨パッドの形状を修正（ドレッシング）する（ステップＳ１１）。そしてこのドレッシング工程により、研磨パッドがウェーハ研磨に最適な形状となっているか否かの判断を行う（ステップＳ１２）。
【００４１】
このステップＳ１２にて、研磨パッドがウェーハ研磨に最適な形状となっていると判断された場合は、ステップＳ４のウェーハ加工へ戻り、ステップＳ４とステップＳ７とステップＳ８とからなるループを再び繰り返す。
【００４２】
ステップＳ１２にて、研磨パッドがウェーハ研磨に最適な形状となっていないと判断された場合は、研磨パッドが薄くなり修正が不可能な場合などがこれに相当し、研磨加工を中止して研磨パッドの交換を行う（ステップＳ１３）。そして、研磨パッドの交換を行った後は、ステップＳ１へ戻り、ウェーハの研磨工程の再スタートとなる。
【００４３】
上記説明したウェーハの研磨工程によれば、本来は目詰まりを除去するためのドレッシングと同時に研磨パッドの形状も修正できるので、研磨パッドが薄くなり修正が不可能な場合以外は研磨パッドの交換をしないでよいという利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明によれば、本来は目詰まりを除去するためのドレッシングと同時に定盤上に貼付した状態の研磨パッドの表面形状も修正するので、常に研磨パッドの形状が最適な状態に維持され、かつ研磨パッドの交換頻度も少なくなる。よって、本発明はウェーハ研磨工程に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１０      研磨パッド形状測定装置
１２      定盤
１４      研磨パッド
１６      移動測定台
１８      支持台
２０      脚部
２２      レール部
２４      計算装置
２６      制御装置
２８      センサユニット
３０      測長センサ
３２      変位センサ
３４      ドレッシングプレート
３６      ドレッシングペレット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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