(57)【要約】【課題】  装置本体制御部の負荷を増やすことなく、容易に常時モニタリングすることを可能とするウェハの研磨方法およびその研磨装置を提供すること。【解決手段】  研磨パッドで被研磨物を研磨することと研磨パッドをドレッサーによりドレッシングすることを交互に行う研磨方法において、研磨パッド交換閾値を設定し、ドレッサーの移動量にもとづいて研磨パッドの磨耗量を計測し、その計測結果と前記研磨パッド交換閾値とを比較することで研磨パッドの交換時期を判定することを特徴とする研磨方法並びに装置。さらに、研磨パッド交換後に研磨パッド交換閾値を再設定し、交換後の研磨パッドの交換時期を判定することを特徴とする。前記被研磨物は、好ましくはシリコンウェハである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨パッドで被研磨物を研磨することと研磨パッドをドレッサーによりドレッシングすることを交互に行う研磨方法において、研磨パッド交換閾値を設定し、ドレッサーの移動量にもとづいて研磨パッドの磨耗量を計測し、その計測結果と前記研磨パッド交換閾値とを比較することで研磨パッドの交換時期を判定することを特徴とする研磨方法。
【請求項２】
さらに、研磨パッド交換後に研磨パッド交換閾値を再設定し、交換後の研磨パッドの交換時期を判定することを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
【請求項３】
前記被研磨物がシリコンウェハであることを特徴とする請求項１または２に記載の研磨方法。
【請求項４】
被研磨物を保持する被研磨物保持具と、当該被研磨物保持具に保持された被研磨物を研磨するための研磨パッドが取り付けられた研磨定盤と、前記研磨パッドをドレッシングするためのドレッサーと、装置制御部とを有する研磨装置において、
前記ドレッサーの移動量を測定し、当該測定結果にもとづいて研磨パッドの交換の要否を判定する機能を有することを特徴とする研磨装置。
【請求項５】
前記ドレッサーの移動量の測定結果と予め設定された研磨パッド交換閾値とを比較し、当該測定結果が閾値を越えた際には研磨パッドの交換指示を通知する機能を有することを特徴とする請求項４に記載の研磨装置。
【請求項６】
研磨パッド交換後に、研磨パッド交換閾値を再設定する機能を有することを特徴とする請求項５に記載の研磨装置。
【請求項７】
前記ドレッサーの移動量の測定結果にもとづいて研磨パッドの交換の要否を判定する研磨パッド交換時期制御部を有することを特徴とする請求項４ないし６のいずれかに記載の研磨装置。
【請求項８】
前記被研磨物がシリコンウェハであることを特徴とする請求項４ないし７のいずれかに記載の研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハ等の表面を研磨して平坦化する研磨パッドの研削面の摩耗量を判定し、使用限度がある研磨パッドの交換を適切な時期に実施できるようにした研磨方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
研磨装置による半導体ウェハ等の研磨は、研磨パッドが上面に固定された研磨定盤を回転させ、この研磨パッドに対面して設けられたウェハ保持具にウェハを固定した状態で、研磨パッドの上面に砥粒を含む研磨液を滴下しながら、ウェハを研磨パッドに所定の押圧力で押し付けて研磨し、研磨前にドレッシング装置を用いて研磨パッドの表面のドレッシングを行っていた。
【０００３】
研磨パッドは、使用中に磨耗するので、その磨耗量を測定して磨耗量が一定値以上になったかどうかを常時監視する必要があり、研磨パッドの磨耗量の計測は、パッド中央部の未研磨部と研磨部の段差をデプスゲージで測定していた。そのため、装置を停止して測定する必要があり、測定頻度が限定され、また、ゲージをパッドに接触させるため、パッド面の異物が増加するという問題があった。
【０００４】
上記問題を解決するためにウェハ研磨時の資料台に対する研磨パッド高さをサンプリング測定し、研磨パッド交換時期を判定する方法が提案されているが、ウェハ厚みを介しての測定となるため、ウェハの品種や同一ウェハ品種でも加工工程の違いによるウェハ厚みの変動の影響を受けるため、精度良く測定できない場合があるというデメリットがあった。
また、研磨パッドの摩耗量を積算計算するためのデータを蓄積した上に、さらにそこから得られた研磨パッドの摩耗量の推定値を保存しておく必要があり、常時モニタリングするには装置制御用計算機にかかる負荷が大きいという問題があった（特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２９０３６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、研磨作業を中断させることなく研磨パッドの磨耗量をリアルタイムでかつウェハ等の品種や加工工程の違いによるウェハ厚みの影響を受けることなく常に精度良く測定でき、測定された結果を表示するとともに、予め設定された研磨パッドの限界磨耗量への到達時点においてアラームを出力するウェハ等の研磨方法およびその研磨装置を提供することを課題とする。
また、装置本体制御部の負荷を増やすことなく、容易に常時モニタリングすることを可能とするウェハの研磨方法およびその研磨装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、研磨パッドで被研磨物を研磨することと研磨パッドをドレッサーによりドレッシングすることを交互に行う研磨方法において、研磨パッド交換閾値を設定し、ドレッサーの移動量にもとづいて研磨パッドの磨耗量を計測し、その計測結果と前記研磨パッド交換閾値とを比較することで研磨パッドの交換時期を判定することを特徴とし、請求項２の発明は、請求項１の発明において、さらに、研磨パッド交換後に研磨パッド交換閾値を再設定し、交換後の研磨パッドの交換時期を判定することを特徴とし、請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記被研磨物がシリコンウェハであることを特徴する。
【０００８】
同様に、請求項４の発明は、被研磨物を保持する被研磨物保持具と、当該被研磨物保持具に保持された被研磨物を研磨するための研磨パッドが取り付けられた研磨定盤と、前記研磨パッドをドレッシングするためのドレッサーと、装置制御部とを有する研磨装置において、前記ドレッサーの移動量を測定し、当該測定結果にもとづいて研磨パッドの交換の要否を判定する機能を有することを特徴とし、請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記ドレッサーの移動量の測定結果と予め設定された研磨パッド交換閾値とを比較し、当該測定結果が閾値を越えた際には研磨パッドの交換指示を通知する機能を有することを特徴とし、請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記ドレッサーの移動量の測定結果と予め設定された研磨パッド交換閾値とを比較し、当該測定結果が閾値を越えた際にはパッド交換指示を通知する機能を有することを特徴とし、請求項６の発明は、請求項５の発明において、研磨パッド交換後に、研磨パッド交換閾値を再設定する機能を有することを特徴する。
【０００９】
また、請求項７の発明は、請求項４ないし６のいずれかの発明において、前記ドレッサーの移動量の測定結果にもとづいて研磨パッドの交換の要否を判定する研磨パッド交換時期制御部を有することを特徴とする。
このように、装置本体制御部とは別に「研磨パッド交換時期制御部」を設け、交換時期のアラームなど主要信号のみを装置本体制御部に伝送することにより、装置本体制御部の負荷を増やすことなく、容易に常時モニタリングすることを可能としている。
【００１０】
さらに、請求項８の発明は、請求項４ないし７のいずれかの発明において、前記被研磨物がシリコンウェハであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のウェハ等の研磨方法およびその研磨装置は、研磨パッドの摩耗量の判定を、ドレッサーの移動量をレーザー変位計で計測することにより行うので、研磨パッド磨耗量をリアルタイムで測定でき、しかも、ウェハ等を介して研磨パッドの摩耗量を測定しないため、ウェハ等の品種や加工工程の違いによるウェハ厚みの影響を受けることなく常に精度良く測定できる。
【００１２】
また、研磨パッドに対して測定器が非接触なので、研磨パッド表面の異物を減少することができる。
【００１３】
また、本発明のウェハ等研磨方法およびその研磨装置は、装置本体制御部とは別に「交換時期制御部」を設けることにより、容易に常時モニタリングすることを可能とするウェハの研磨方法およびその研磨装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明に係るウェハ研磨方法の流れ図である。
本発明に係るウェハ研磨方法は、図１に示す通り、まず初期設定として研磨パッド交換閾値を設定し（STEP１）、研磨パッドを交換し（STEP2）、パッドの厚みのばらつきに対応するために０点オフセットを実施することで（STEP3）、ドレッサー移動量の計測（STEP４）が可能となる。ドレッサーの移動量の計測開始後は、測定したドレッサーの移動量とSTEP１で設定した閾値を任意のタイミングで定期的に比較することによって研磨パッドの摩耗量を判定する（STEP５）。ドレッサーの移動量が閾値より小さい場合には、研磨パッドの交換時期に達していないと判定し（STEP５）、ドレッサー移動量の計測（STEP４）を継続する。ドレッサーの移動量が閾値以上である場合には、研磨パッドの交換時期に達していると判定し（STEP５）、研磨パッド交換指示を通知する（STEP６）。かかる通知により、最適なタイミングで研磨パッド交換をするかどうかを判断することができる（STEP７）。
なお、同じ種類の研磨パッドを継続的に使用する場合は、閾値の設定（STEP1）は初期に１回実施するだけでよいが、異なる種類の研磨パッドを使用する際は、研磨パッドの種別毎に異なる閾値を再度設定する必要がある。
【００１５】
図２は、本発明におけるウェハ研磨方法を実施した際のタイミングチャートを示している。研磨パッド交換閾値は、網掛けの「警報出力範囲」であり、計測開始前にドレッサーの待機位置からの距離を予め設定する。計測開始後、ドレッサーの移動量が閾値（警報出力範囲）に達した際に、パッド交換指示が通知（警報出力）される。研磨パッドの交換後には、閾値が再設定することにより、新たな研磨パッドの交換タイミングの通知が可能となる。
【００１６】
本発明に係る研磨装置は、被研磨体を保持する被研磨物保持具と、保持具に保持した被研磨物を研磨する研磨パッドが取り付けられた定盤と、前記研磨パッドをドレッシングするためのドレッサーとを有する研磨装置において、レーザー変位計と反射板とで構成されたドレッサーの移動量を計測するパッド磨耗量測定装置と、測定装置の測定結果にもとづいて研磨パッドの交換の要否を判断する研磨パッド交換時期制御部とで構成される。
【００１７】
以下図面にもとづいて本発明に係るウェハ研磨装置の実施例を説明するが、本発明はこの実施例によって限定されるものではない。
【実施例１】
【００１８】
本実施例の研磨装置は、図３に示すように、研磨装置本体１０とドレッシング装置２０と研磨パッド磨耗量測定装置３０と研磨作業制御部４０と研磨パッド交換時期制御部５０とで構成されている。以下、各装置および各部の詳細を説明する。
【００１９】
《研磨装置本体》
研磨装置本体１０は、円盤状の研磨定盤１２と、この研磨定盤１２の上に貼付されている研磨パッド１１と、研磨定盤１２を回転させる研磨モータ１３と、被研磨物であるウェハ１６を保持する円盤状の被研磨物保持具１４と、被研磨物保持・押圧ヘッド１５と、研磨パッド１１上に研磨液を供給する研磨液ノズル１７と、で構成されている。
【００２０】
《ドレッシング装置》
ドレッシング装置２０は、研磨パッド１１をドレッシングするためのドレッサー(ドレス砥石)２１と、このドレッサー２１が取り付けられるドレッサー保持具２２と、ドレッサー保持具２２を回転させるドレスモータ２４と、ドレッサー保持具２２を上下動させて研磨パッド１１に対するドレッサー２１のドレス圧を変えるエアシリンダ２５と、で構成されている。
【００２１】
《パッド磨耗量測定装置》
研磨パッド磨耗量測定装置３０は、フレーム（図示せず）に固定されたエアシリンダ２５の側壁に取り付けられたレーザー変位計３２と、ドレッサー保持具２２のドレッサー回転軸２３を支持するベアリング２６に取り付けられた反射板支持部２７に設けた反射板３１とで構成されており、ドレッサー２１を昇降させると、反射板３１も昇降するので、レーザー変位計３２と反射板３１との距離が変化する。そして、この変化量はドレッサー２１の昇降量に等しいので、レーザー変位計３２によってその値を計測できる。したがって、非接触状態で研磨パッドの磨耗量を計測することができ、また、常時計測することができる。
【００２２】
《装置本体制御部》
研磨作業制御部４０は、研磨装置本体１０やドレッシング装置２０の制御のための各種演算等を実行する制御演算部と、制御演算部が実行するプログラムや各種データ等が記憶されている記憶部と、制御演算部の演算結果等を表示する表示部と、制御演算部の演算結果に基づいて研磨装置本体１０やドレッシング装置２０に駆動制御信号を出力するコントローラと、オペレータの指示等を制御演算部に与える入力部と、で構成されている。
【００２３】
《研磨パッド交換時期制御部》
研磨パッド交換時期制御部５０は、研磨パッド磨耗量測定装置３０にて測定された結果を表示するとともに、予め設定された研磨パッドの限界磨耗量への到達時点においてアラームを出力、および研磨パッド交換後に閾値（変位データ）をリセット（０に再設定）する機能を有する。
さらに、摩耗量データ表示値と同期したアナログ信号を出力する端子を有するため、記録計等を接続することにより、摩耗量の経時変化を記録することも可能である。
【００２４】
《作動》
次に、本実施例に係る研磨装置の作動の概要を説明する。
本実施例に係る研磨装置は、研磨パッド１１によるウェハの研磨と、ドレッサー２１による研磨パッド１１のドレッシングを交互に実施する。
研磨作業は、研磨定盤１２に載った研磨パッド１１を研磨モータ１３により回転させとともに、被研磨物保持・押圧ヘッド１５が被研磨物保持具１４を下降させると共にウェハ１６を回転させることにより行う。
ドレッシング作業は、エアシリンダ２５によりドレッサー２１を下降させると共にドレスモータ２４によりドレッサー２１を回転させることにより行う。
この際、被研磨物保持具１４及びドレッサー２１は、研磨作業制御部４０によりそれぞれ押圧を一定に保つように制御される。
ここで、研磨パッド１１は、研磨作業とドレッシング作業の両方によって摩耗することとなる。
【００２５】
なお、研磨パッド交換時期制御部５０は、上記限界磨耗量への到達時点において、研磨作業制御部４０へアラーム信号を出力することにより、研磨作業制御部４０側でアラーム発報するとともに、研磨作業を停止させるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本実施例の研磨装置は、シリコンウェハ、石英基板、ガラス基板などの平面状基板、特にLSI作製工程途中のシリコンウェハの研磨に使用でき、層間膜CMP装置７台に適用して性能を確認したところ、作業面からは、段取り調整ロス時間の３７％（３３．０分／日／台）削減、点検交換ロス時間の１９％（８．２分／日／台）削減、待ちロス時間の３４％（１８．２分／日／台）削減ができ、合計５９．４分／日／台の削減が見込まれ、経費面からは、パッド使用量の４０％（６８０万円／６カ月）削減、モニターウェハ使用量の２６％（２９０万円／６カ月）削減、が見込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係るウェハ等研磨方法の流れ図
【図２】本発明に係るウェハ等研磨方法のタイミングチャート
【図３】本実施例に係るウェハ研磨装置の概略図
【符号の説明】
【００２８】
１０  研磨装置本体
１１  研磨パッド
１２  研磨定盤
１３  研磨モータ
１４  被研磨物保持具
１５  被研磨物保持・押圧ヘッド
１６  ウェハ
１７  研磨液ノズル
２０  ドレッシング装置
２１  ドレッサー
２２  ドレッサー保持具
２３  ドレッサー回転軸
２４  ドレスモータ
２５  エアシリンダ
２６  ベアリング
２７  反射板支持部
３０  研磨パッド磨耗量測定装置
３１  反射板
３２  レーザー変位計
４０  研磨作業制御部
５０  研磨パッド交換時期制御部
【図１】
2005081461.tif 000003
【図２】
2005081461.tif 000004
【図３】
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