(57)【要約】      （修正有）【課題】化学機械研磨装置の研磨ヘッドのコンディショナーのハード的不具合を精度良く判定する方法を提供する。【解決手段】同一のプラテンで使用した研磨処理後の複数枚の研磨パッドのパッドプロファイルを測定し、前記パッドプロファイルが予め定めた基準を満たしている場合には、コンディショナの機械的な状態を良と判定して研磨工程を継続し、前記パッドプロファイルが予め定めた基準を満たしておらず、不良と判定した場合には、コンディショナの機械的な不具合を修復する。【選択図】図１
2008246619.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一のプラテンで使用した研磨処理後の複数枚の研磨パッドのパッドプロファイルを測定し、前記パッドプロファイルが予め定めた基準を満たしている場合には、コンディショナの機械的な状態を良と判定して研磨工程を継続し、前記パッドプロファイルが予め定めた基準を満たしておらず、不良と判定した場合には、コンディショナの機械的な不具合を修復することを特徴とする化学機械研磨装置の管理方法。
【請求項２】
上記コンディショナの機械的な状態を不良と判定した場合に、上記コンディショナの機械的な不具合を修復する前に、上記化学機械研磨装置を暫定使用して研磨を継続し、該暫定使用研磨処理後に同一のプラテンで使用した複数枚の研磨パッドのパッドプロファイルを測定し、前記パッドプロファイルが予め定めた基準を満たしている場合には、コンディショナの機械的な状態を良と判定して研磨工程を継続し、不良と判定した場合には、コンディショナの機械的な不具合を修復することを特徴とする請求項１記載の化学機械研磨装置の管理方法。
【請求項３】
上記コンディショナの機械的な状態の良否の判定を、測定したパッドプロファイルの測定値の比較により行うことを特徴とする請求項１または２に記載の化学機械研磨装置の管理方法。
【請求項４】
上記コンディショナの機械的な状態の良否の判定を、測定したパッドプロファイルの測定値の統計的処理により得た標準偏差が予め定めた数値より大きな場合に不良と判定することを特徴とする請求項１または２に記載の化学機械研磨装置の管理方法。
【請求項５】
上記一度の統計的処理に使用する研磨パッドの数を５〜１５枚としたことを特徴とする請求項４記載の化学機械研磨装置の管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は化学機械研磨装置の管理方法に関するものであり、特に、化学機械研磨装置を構成するコンディショナのハード的不具合を精度良く判定するための構成に特徴のある化学機械研磨装置の管理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体集積回路装置の高集積度化の進展に伴ってパターンサイズの微細化が進んでいるが、微細なパターンを精度良くパターニングするためには、フォトリソグラフィー工程において半導体ウェーハ（半導体基板）或いは当該半導体ウェーハ上に形成される絶縁層、導電体層の表面の平坦性が問題となる。
【０００３】
即ち、表面が非平坦であれば、その上に塗布するレジストに膜厚分布が生じ、露光の際の露光量の局所的な過不足が問題になるとともに、現像時におけるパターンの局所的なムラの発生が問題となる。
【０００４】
このような問題に対処するためには、ＣＭＰ（化学機械研磨）法を用いて各工程毎に半導体ウェーハ或いは当該半導体ウェーハ上に形成される絶縁層、導電体層の表面を平坦化している。
【０００５】
例えば、配線の形成工程においては、従来のアルミニウム（Ａｌ）系の配線に代わって、アルミニウム（Ａｌ）よりエレクトロマイグレーション耐性の大きな銅（Ｃｕ）が使用されるようになってきたが、銅（Ｃｕ）に対するドライ・エッチング工程において他に悪影響を与えずに選択エッチングが可能なエッチングガスが存在しないので、Ｃｕ配線を形成する場合には、ＣＭＰ法を用いて埋込配線層として形成している。
【０００６】
このように、ＣＭＰ法は各種の工程或いは目的で用いられている。
ここで、図５を参照してＣＭＰ装置の構成を説明する。
図５は、従来のＣＭＰ装置の一例の概略的要部構成図であり、研磨台２１、研磨台に取り付けられたプラテン２２、プラテン２２上に載置された研磨パッド２３、コンディショナヘッド２６と回転アーム２５からなるコンディショナ２４及び研磨ヘッド１０から構成される。
なお、ＣＭＰ装置にあっては、一つの研磨台に複数のプラテン２２が配置されている場合が多い。
【０００７】
研磨ヘッド１０は、ヘッド筐体１１、ヘッド筐体１１に外接されるとともに半導体ウェーハ３０を内周部に保持するリテーナリング１２を有しており、ヘッド筐体１１の内部にはその膨張・収縮によって半導体ウェーハ３０を研磨ヘッド１０に吸引したり、或いは、研磨パッド２３側に押圧するメンブレンが内蔵されている。
【０００８】
このようなＣＭＰ工程においては、研磨残渣等により研磨パッドが目詰まりを起こし、研磨速度の低下或いは研磨精度の低下を招くので、コンディショナを用いて定期的にコンディショニングを行う必要がある。
【０００９】
当該コンディショニングとドレスとも称され、ダイヤモンドディスクを備えたコンディショナヘッド２６により研磨パッド２３の目立てを行なうものであるが、コンディショナの状態が悪いと、研磨パッド２３に対する目立てが充分になされない。
この結果、半導体ウェーハ３０或いはその表面に配置された導電層などの被研削耐における研磨速度の低下として現れることになる。
【００１０】
そこで、研磨後の半導体ウェーハ３０の測定結果によって、研削結果が不良である場合には、マイクロメーター等を用いて研磨パッド２３のパッドプロファイルを測定し、その結果に基づいて、コンディショナ２４によるコンディショニングプロセスの修正を行っている（例えば、特許文献１参照）。
【００１１】
かかるコンディショニングプロセスの修正は、レシピに沿って行われるものであり、例えば、ドレス圧、ドレス回転数等のレシピに挙げられた各種の項目にわたって行われる。
【特許文献１】特開２００１−１２９７５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、この様な従来の技術では、研磨後の半導体ウェーハの測定結果によってパッドプロファイルのコンディショニングプロセスの修正を行なっているので、コンディショナ自体に不具合があっても検知できないという問題を生じていた。
【００１３】
即ち、コンディショナに不具合がある場合は、何度もコンディショニングプロセスの修正を行なってもパッドプロファイルが不安定となり、コンディショニングプロセスの修正を繰り返さなければならないという問題点を生じていた。
【００１４】
本発明は、コンディショナのハード的不具合を精度良く判定し、もって当該コンディショナのハード的不具合を効率的良く除去することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
ここで図１を参照して、本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
上記課題を解決するために、本発明は、化学機械研磨装置の管理方法において、同一のプラテンで使用した研磨処理後の複数枚の研磨パッドのパッドプロファイルを測定し、前記パッドプロファイルが予め定めた基準を満たしている場合には、コンディショナの機械的な状態を良と判定して研磨工程を継続し、前記パッドプロファイルが予め定めた基準を満たしておらず、不良と判定した場合には、コンディショナの機械的な不具合を修復することを特徴とする。
【００１６】
このように、同一のプラテンで使用した研磨処理後の複数枚の研磨パッドのパッドプロファイルを調べることによって、パッドプロファイルの良否からコンディショニングプロセスの修正では補えない各プラテンに付属するコンディショナのハード的不具合を把握することができる。
【００１７】
この場合、コンディショナの機械的な状態を不良と判定した場合に、上記コンディショナの機械的な不具合を修復する前に、上記化学機械研磨装置を暫定使用して研磨を継続し、該暫定使用研磨処理後に同一のプラテンで使用した複数枚の研磨パッドのパッドプロファイルを測定し、前記パッドプロファイルが予め定めた基準を満たしている場合には、コンディショナの機械的な状態を良と判定して研磨工程を継続し、不良と判定した場合には、コンディショナの機械的な不具合を修復することが望ましく、それによって、コンディショナの機械的な不具合の修復回数を軽減することができる。
【００１８】
また、この場合のコンディショナの機械的な状態の良否の判定は、測定したパッドプロファイルの測定値の比較により行っても良いし、或いは、測定したパッドプロファイルの測定値の統計的処理により得た標準偏差が予め定めた数値より大きな場合に不良と判定しても良い。
【００１９】
この場合の統計的処理に用いる研磨パッドの数は５〜１５枚が好適であり、５枚未満では統計処理のためのデータ数が少なすぎて、精度の高い良否判定が困難になり、一方、１５枚を超えるとそれらのデータを取得するまで研磨作業に時間が長くなり過ぎ、コンディショナのハード的不良に迅速に対応できなくなる。
なお、３００ｍｍの研磨パッドの場合には、パッド面積が広いのでパッドコンディショニングが不安定になるため、大口径半導体ウェーハ対応の装置になるほど効果的になる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、コンディショニングプロセスの修正では補えない各プラテンのコンディショナのハード的不具合の判定が可能になり、判定結果に基づいてコンディショナのハード的不具合を修復することにより、ＣＭＰ研磨工程において不良品の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
ここで、再び図１を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１参照  
図１は、本発明の実施の形態を示すフローチャートである。
即ち、
ａ．ＣＭＰ装置を用いて所定の研磨を行う。次いで、
ｂ．同一のプラテンで使用した研磨処理後の複数枚の研磨パッドのパッドプロファイル      を、例えば、マイクロメーターを用いて測定する。次いで、
ｃ．測定結果に基づいて、パッドプロファイルの良否を判定する。この時、パッドプロ      ファイルの良否の判定は、
ｃ1 ．測定したパッドプロファイルの測定値の比較により行なう。
この場合、測定値の比較は経験的な判断で良いし、或いは、研磨パッドにお          ける予め定めた特定の複数の箇所における測定値に重みをつけて、機械的に数          値を判定するよにしても良い。或いは、
ｃ2 ．同一プラテンのパッドプロファイルを５〜１５枚測定し、統計的手法を用いて          コンディショナの良し悪しを判断する。
なお、統計的手法としては、５〜１５枚のパットプロファイルの厚さの値を          オーバーオールで標準偏差（ＳＴＤ）を求め、その標準偏差が予め定めた基準          値を超えた場合に不良と判定する。
ｄ．判定結果が良（ＯＫ）の場合には、当該研磨装置を継続して使用して、予め定めた      所定回数の研磨終了後に、再び、パッドプロファイルの良否を判定する。一方、
ｅ．判定結果が不良（ＮＧ）の場合には、当該研磨装置を継続して暫定的に使用して、      予め定めた所定回数の研磨終了後に、再び、
ｆ．５〜１５枚の研磨パッドのパッドプロファイルの測定を行い、
ｇ．測定結果に基づいて、パッドプロファイルの良否を判定する。
ｈ．判定結果が良（ＯＫ）の場合には、当該研磨装置のコンディショナに問題なしとし      て継続使用し、予め定めた所定回数の研磨終了後に、再び、パッドプロファイルの      否を判定する。一方、
ｉ．判定結果が不良（ＮＧ）の場合には、当該研磨装置のコンディショナにハード的不      具合があると判定して、そのハード的不具合、例えば、ダイヤフラムの圧力状態等      を修理する。
ｊ．コンディショナのハード的不具合を修復した後に、正常な研磨装置として研磨工程      を再開する。
【実施例１】
【００２２】
次に、図２を参照し、本発明の実施例１であるＣＭＰ装置の管理方法を説明する。
ここでは、研磨装置Ａとしてプラテン上に１ヘッドを有する研磨装置を用い、研磨パットとしてはポリウレタン独立発泡タイプの単層パッドを用い、スラリーはヒュウームドシリカ系スラリーを１：１に希釈したＩＬＤ−ＣＭＰ、即ち、層間絶縁膜の酸化膜系研磨の場合の結果を示している。
【００２３】
また、研磨条件としては、
プラテン回転数：８０〜１００ｒｐｍ（回転／分）
研磨ヘッド回転数：７０〜１００ｒｐｍ
コンディション圧：３．０〜７．０ｂｆ（重量ポンド）
コンディション回転数：８０〜１００ｒｐｍ
として行った。
図２は、当該本発明の実施例１におけるパッドプロファイルの測定結果を示す。
当該図２は、研磨パットの厚さをパット直径方向に測定を行なったパッドプロファイルを示している。
【００２４】
ここでは、第１のプラテンＰ1 で用いた６枚の研磨パッドのパッドプロファイルを示している。
この本発明の実施例１にあっては、全てのパッドプロファイルの形状がほぼ一定であり、良い場合を示している。
【００２５】
なお、これらのパッドプロファイルの良否判定は、経験的なものであるが、研磨パッドにおける判定箇所を予め複数箇所定めておき、この複数箇所における測定値が予め定めた基準値の範囲内であるか否かを判定して、不良の場合に、上述のコンディショナのハード的不具合の修復を行う。
【実施例２】
【００２６】
次に、図３を参照し、本発明の実施例２のＣＭＰ装置の管理方法を説明する。
図３は、本発明の実施例２におけるパッドプロファイルの測定結果の説明図である。
ここでは、研磨装置Ｂとしてプラテン上に１ヘッドを有する研磨装置を用い、研磨パットとしてはポリウレタン独立発泡タイプの積層パッドを用い、スラリーはヒュウームドシリカ系スラリーを１：１に希釈したＩＬＤ−ＣＭＰの場合を示している。
【００２７】
また、研磨条件としては、
プラテン回転数：８０〜１００ｒｐｍ
研磨ヘッド回転数：７０〜１００ｒｐｍ
コンディション圧：３．０〜７．０ｂｆ
コンディション回転数：８０〜１００ｒｐｍ
として行った。
図３は、当該本発明の実施例２におけるパッドプロファイルの測定結果を示す。
図３は、研磨パットの厚さをパット直径方向に測定を行なったパッドプロファイルを示している。
【００２８】
ここでは、第３のプラテンＰ3 で用いた７枚の研磨パッドのパッドプロファイルを示している。
この場合、パッドプロファイルの形状にバラツキがあり、５枚の研磨パッドのパッドプロファイルの形状は「お椀型」をしているので、経験的に良い場合と判断する。
【００２９】
一方、他の２枚の研磨パッドのパッドプロファイルの形状は「山型」をなしているので、経験的に悪い場合と判断する。
このような場合、前記コンディショナのハード的不具合の修復を行う。
【００３０】
なお、実施例２においても、パッドプロファイルの良否判定は経験的なものであるが、研磨パッドにおける判定箇所を予め複数箇所定めておき、この複数箇所における測定値が予め定めた基準値の範囲内であるか否かを判定しても良い。
【実施例３】
【００３１】
次に、図４を参照して本発明の実施例３のＣＭＰ装置の管理方法を説明する。
この実施例３は、上述の実施例１及び実施例２における測定結果を統計処理して良否を判定するものである。
図４は、実施例１及び実施例２における測定値の統計処理結果の説明図である。
ここでは、標準偏差（ＳＴＤ）を判定基準に用いている。
下側の線は、前記実施例１における研磨装置Ａの３個のプラテンにおける結果を示し、また、上側の線は実施例２における研磨装置Ｂの３個のプラテンにおける結果を示す。
【００３２】
かかるパッドプロファイルの標準偏差（ＳＴＤ）の算出方法は、同一プラテンで使用した７枚の研磨パッドの厚分布、即ち、パットプロファイルの値をオーバーオール、即ち、測定した全ての点でのデータで標準偏差をとったものに１００を掛けた値として示している。
【００３３】
この場合、判定基準値として１５％を採用したので、前記実施例２における研磨装置ＢのプラテンＰ3 で使用した研磨パッドの膜厚分布にバラツキが大きいことが示されている。
即ち、コンディショナにハード的不具合があるため、コンディショニングが不安定で研磨を安定した状態で行えないことを意味している。
したがって、この研磨装置を暫定使用して再びパッドプロファイルの標準偏差（ＳＴＤ）をチェックしてもＳＴＤが１５％を超えている場合には、コンディショナの修復を行う。
【００３４】
このように、本発明の実施例３においては、経験に頼らず統計的手法によってコンディショナにハード的不具合を判定しているので、コンディショナのハード的不具合を客観的に且つ精度良く判定することが可能になる。
【００３５】
特に、研磨パッドのサイズが３００ｍｍ等の大口径の場合には、パッド面積が広いのでパッドコンディショニングが不安定になりやすく、大口径半導体ウェーハ対応の装置になるほど効果的になる。
【００３６】
以上、本発明の各実施例を説明してきたが、本発明は各実施例に記載された構成・条件等に限られるものではなく各種の変更が可能であり、例えば、上記実施例１及び実施例２においては、特定のメーカのＣＭＰ装置についての結果を示しているが、上述の特定のメーカのＣＭＰ装置に限られるものではなく、各社のＣＭＰ装置の管理方法としても適用されるものである。
【００３７】
また、上記の実施例３においては、判定基準としてＳＴＤの１５％の値としているが、このような数値は絶対的ではなく、半導体集積回路装置の集積度が向上するほど、即ち、パターンの微細化に進むほど表面平坦性は重要になるので、この基準値を下げて良否の判定を厳しくする必要がある。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の活用例としては、半導体ウェーハの研磨用に用いるＣＭＰ装置の管理方法が典型的なものであるが、半導体ウェーハの研磨用に用いるＣＭＰ装置に限られるものではなく、ＣＭＰ装置であればその研磨対象によらず適用されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態のフローチャートである。
【図２】本発明の実施例１におけるパッドプロファイルの測定結果の説明図である。
【図３】本発明の実施例２におけるパッドプロファイルの測定結果の説明図である。
【図４】実施例１及び実施例２における測定値の統計処理結果の説明図である。
【図５】従来のＣＭＰ装置の一例の概略的要部構成図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  研磨ヘッド
１１  ヘッド筐体
１２  リテーナリング
２１  研磨台
２２  プラテン
２３  研磨パッド
２４  コンディショナ
２５  回転アーム
２６  コンディショナヘッド
３０  半導体ウェーハ
【図１】
2008246619.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2008246619.tif 000006
【図５】
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