(57)【要約】【課題】  研磨パッドのドレッシング状態の良否を定量的に測定可能にすると共に、それによりドレッシング動作改善することを目的とする。【解決手段】  透明な研磨パッド5が表面に設けられる透明なプラテン1と、回転する研磨パッドにウエハ7を押し付けるように保持しながら回転するウエハ保持機構8と、研磨パッド5の表面にスラリー22を供給するスラリー供給機構21と、研磨パッド5の表面をドレッシングするドレッシング機構9とを備える化学機械研磨装置で、研磨パッド5の状態を調整する研磨パッド調整方法であって、スラリー供給機構でスラリーを供給しながら研磨パッドの表面をドレッシングし、プラテン及び研磨パッドを通して研磨パッドの表面のラマン分光を測定し、測定されたラマン分光の測定結果に基づいてドレッシング処理を制御する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明な研磨パッドが表面に設けられる透明なプラテンと、
前記プラテンを回転しながら、前記研磨パッドにウエハを押し付けるように保持しながら回転するウエハ保持機構と、
前記研磨パッドの表面にスラリーを供給するスラリー供給機構と、
前記研磨パッドの表面をドレッシングするドレッシング機構とを備える化学機械研磨装置で、前記研磨パッドの状態を調整する研磨パッド調整方法であって、
前記スラリー供給機構で前記スラリーを供給しながら、前記ドレッシング機構で前記研磨パッドの表面をドレッシングし、
前記プラテン及び前記研磨パッドを通して、前記研磨パッドの表面のラマン分光を測定し、
測定されたラマン分光の測定結果に基づいて前記ドレッシング処理を制御することを特徴とする研磨パッド調整方法。
【請求項２】
前記研磨パッドの表面をドレッシングする時には、ダミーウエハの研磨を並行して行う請求項１に記載の研磨パッド調整方法。
【請求項３】
前記ドレッシングの制御は、測定されたラマン分光の所定波数における値が所定の閾値以上であるかを判定することにより行われる請求項１又は２に記載の研磨パッド調整方法。
【請求項４】
前記ラマン分光の測定は、照射するレーザビームの焦点位置を前記研磨パッドの深さ方向に沿って変化させて行われ、
前記ドレッシングの制御は、前記研磨パッドの内部の安定した部分の測定値を基準値として使用する請求項１から３のいずれか１項に記載の研磨パッド調整方法。
【請求項５】
前記ラマン分光の測定は、前記研磨パッドの表面位置を変化させて複数の位置で行われ、
前記ドレッシングの制御は、複数の表面位置の測定結果を統計処理して行われる請求項１から４のいずれか１項に記載の研磨パッド調整方法。
【請求項６】
透明な研磨パッドが表面に設けられる透明なプラテンと、
前記プラテンを回転しながら、前記研磨パッドにウエハを押し付けるように保持しながら回転するウエハ保持機構と、
前記研磨パッドの表面にスラリーを供給するスラリー供給機構と、
前記研磨パッドの表面をドレッシングするドレッシング機構と、
前記プラテン及び前記研磨パッドを通して、前記研磨パッドの表面のラマン分光を測定するラマン分光装置とを備えることを特徴とする化学機械研磨装置。
【請求項７】
前記ラマン分光装置は、共焦点顕微鏡システムを有し、照射するレーザビームの焦点位置を前記研磨パッドの深さ方向に沿って変化可能である請求項６に記載の化学機械研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造プロセスで、ウエハ上に形成された層の表面を化学機械研磨(Chemical Mechanical Polishing: CMP)する化学機械研磨（ＣＭＰ）装置で使用する研磨パッドの調整方法及びＣＭＰ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体製造プロセスにおいては、ＣＭＰ装置を使用してプロセスの途中のウエハの表面を化学機械研磨（ＣＭＰ）することが行われており、特許文献１などに説明されている。まず、従来のＣＭＰ装置の概略構成を簡単に説明する。
【０００３】
図１は、従来のＣＭＰ装置の概略構成を示す図である。図１に示すように、ＣＭＰ装置では、研磨パッド５を貼り付けたプラテン１回転させ、スラリー供給器２１から研磨パッド上にスラリー２２を供給しながら、ウエハ保持機構８に保持されたウエハ７を回転しながら研磨パッド５押し付けて研磨を行う。
【０００４】
研磨パッド５は、ポリウレタン製の上層と、発泡ポリウレタン製の下層を貼り合せた構造であり、表面には研磨面へのスラリーの供給を容易にするための溝が設けられるのが一般的である。研磨パッド５は、比較的平滑であり、そのまま使用したのでは、たとえスラリーを供給しても研磨が行えない。そこで、プラテン１に貼り付けた後、ドレッサー９を使用して研磨パッド５に対してドレッシングと呼ばれる処理を行う。ドレッサー９はニッケル中にダイヤモンド砥粒を分散させた砥石などを有し、砥石面を回転しながら研磨パッド５の表面に押し付けることにより研磨パッド５の表面に微細な凹凸を形成する。更に、ドレッシングを行った研磨パッド５でも、研磨中にスラリーにより目詰まりが発生して研磨が行えなくなるので、研磨中にも随時ドレッシングを行う必要がある。このドレッシングは、研磨を中断して行う場合も、研磨中に行う場合もある。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２３５５２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
研磨パッドのドレッシング状態の良否は、表面粗さなどの物理的な状態のみならず、研磨パッド表面へのスラリーの含浸度合いなども大きく影響すると考えられる。しかし、これまで研磨パッドのドレッシング状態の良否を定量化する指標がなかった。そのため、従来のドレッシング作業では、スラリーを供給しながらダミーウエハの研磨を行い、オペレータがダミーウエハの研磨結果を確認しながら制御していた。
【０００７】
しかし、研磨結果は、研磨パッドのドレッシング状態（表面状態）だけでなく、ウエハの押し付け圧力やその分布、スラリーの供給量及びその一様性など様々な要因が影響する。そのため、研磨パッドのドレッシング状態の良否を判定して、ドレッシング動作の停止や再度の実行などを的確に判断するのが難しかった。
【０００８】
ドレッシングでは、研磨パッドの表面を研磨するため摩耗する。したがって、過剰ドレッシングは研磨パッドを不必要に消耗するため、研磨パッドの寿命を短くするだけでなく、研磨パッドの交換回数が増加するので、製造コストを増大させるという問題を生じる。逆に、ドレッシング不足は研磨速度を低下させるので、ＣＭＰ装置のスループットを低下させるという問題を生じる。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みて、研磨パッドのドレッシング状態の良否を定量的に測定可能にすると共に、それによりドレッシング動作改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を実現するため、本発明の化学機械研磨装置における研磨パッドの状態を調整する研磨パッド調整方法は、透明なプラテン及び研磨パッドを使用し、透明なプラテン及び研磨パッドを通して研磨パッドの表面のラマン分光を測定し、ラマン分光の測定結果に基づいてドレッシングを制御することを特徴とする。
【００１１】
すなわち、本発明の化学機械研磨装置における研磨パッドの状態を調整する研磨パッド調整方法は、透明な研磨パッドが表面に設けられる透明なプラテンと、前記プラテンを回転しながら、前記研磨パッドにウエハを押し付けるように保持しながら回転するウエハ保持機構と、前記研磨パッドの表面にスラリーを供給するスラリー供給機構と、前記研磨パッドの表面をドレッシングするドレッシング機構とを備える化学機械研磨装置で、前記研磨パッドの状態を調整する研磨パッド調整方法であって、前記スラリー供給機構で前記スラリーを供給しながら、前記ドレッシング機構で前記研磨パッドの表面をドレッシングし、前記プラテン及び前記研磨パッドを通して、前記研磨パッドの表面のラマン分光を測定し、前記ラマン分光装置により測定されたラマン分光の測定結果に基づいて前記ドレッシングを制御することを特徴とする。
【００１２】
研磨パッド５の表面のラマン分光を研磨パッドの表面から測定する場合、研磨パッドの表面にはスラリーや水が存在するので、精密に測定することができない。そこで、本発明では、プラテン及び研磨パッドを透明にして、プラテン及び研磨パッドを通して研磨パッドの表面のラマン分光を測定する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、これまで不可能であった研磨パッドのドレッシング状態の良否の判定が定量的に行えるようになる。これにより、これまでオペレータの経験により行われていたドレッシング作業の品質が改善され、無駄なドレッシングやドレッシングが不足していることにより研磨特性の劣化を低減して、ＣＭＰ作業のスループットを向上してコストを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図２は、本発明の実施例のＣＭＰ装置の概略構成を示す図である。実施例のＣＭＰ装置は、透明なプラテン１と研磨パッド５を使用し、プラテン１の下側にラマン分光装置１１を設けた点が、従来のＣＭＰ装置と異なり、他の部分は同じである。したがって、図示していないが、スラリー供給器２１も設けられており、研磨中及び研磨パッドのドレッシング中にはスラリーがスラリー供給器２１から研磨パッド５上に供給される。プラテン１はアクリル製又はガラス製であり、全体が透明である。ただし、プラテン１は、すべて透明である必要はなく、例えば、金属製の梁で構成された構造物に円板状のアクリル板又はガラス板を載置した構造でも、金属板に穴を設けて透明部材を組み込んだ構造でもよい。研磨パッド５はポリウレタン製であり、全体が透明である。測定は、プラテンを回転した状態で行っても、プラテンを停止した状態で行ってもよい。上記のように梁が存在する場合には、プラテンを回転した状態で測定する場合には、梁の部分は測定が行えないのでその部分のデータは使用せず、プラテンが停止した状態で測定を行う場合には、金属の梁など不透明な部分がラマン分光装置１１の部分に位置しないようにする。いずれの場合も、測定はプラテンの回転位置と関連付けて行い、研磨パッドの同一部分を測定して経時変化を測定する。
【００１５】
ラマン分光装置１１については知られているので、ここではラマン分光装置自体の詳しい説明は省略する。
【００１６】
研究の結果、研磨パッド５のドレッシング状態の良否は、研磨パッド５の表面のスラリー含浸状態に関係しており、研磨パッド５の表面のスラリー含浸状態は、研磨パッド５の表面のラマン分光を測定することにより測定可能であることが判明した。研磨パッド５の表面のラマン分光を研磨パッド５の表面から測定する場合、研磨パッド５の表面にはスラリーや水が存在するので、精密に測定することができない。そこで、本発明では、プラテン１及び研磨パッド５を透明にして、プラテン１及び研磨パッド５を通して研磨パッド５の表面のラマン分光を測定する。
【００１７】
ドレッシングしていない研磨パッドを水に浸しただけでは研磨パッドの表面は改質されず、スラリーを供給しながらドレッシングを行うことにより研磨パッドの表面が改質されて研磨に適した状態になり、更に研磨パッドの表面をドレッシングする時には、ダミーウエハの研磨を並行して行うことが望ましいことが判明した。研磨パッドの表面が改質されると、研磨パッドの分子に水が吸着される。ラマン散乱は、水に対しては非常に感度が低く測定が行えないが、研磨パッドの分子に吸着された水は測定でき、吸着量を検出できる。
【００１８】
図３は、ドレッシングが終了して研磨に適した状態になった研磨パッドと、ドレッシングしていない研磨パッドのラマン分光の測定結果を示す図である。図３のグラフは、波長が５３２ｎｍのレーザを照射してラマン散乱の分光特性を測定した結果であり、波数３０００ｃｍ-1から３０００ｃｍ-1の範囲の変化を示す。ドレッシングが終了して研磨に適した状態になった研磨パッドは、ドレッシングしていない研磨パッドに比べて、波数３３７０ｃｍ-1の付近でピーク値が増大しており、この波数での強度を判定すれば研磨パッドのドレッシング状態の良否が判定できる。したがって、ドレッシング状態の良否の判定は、測定されたラマン分光の所定波数（３３７０ｃｍ-1付近）における値が所定の閾値以上であるかにより判定可能である。
【００１９】
ラマン分光装置１１は共焦点顕微鏡を有し、照射するレーザビームの焦点位置を変化させてラマン分光を測定できる。この機能を利用して、照射するレーザビームの焦点位置を研磨パッドの深さ方向に沿って変化させてラマン分光を測定したところ、ドレッシングにより、研磨パッドの表面は、表面から５μｍ程度の深さまで改質され、それ以上の深さ部分は改質されないことが分かった。
【００２０】
ラマン分光の測定は、研磨パッドの個体差などの各種の要因により変動するので、判定はこれらの要因の影響を除いて行うことが必要である。上記のように、研磨パッドの表面は、表面から５μｍ程度の深さまで改質され、それ以上の深さ部分は改質されないため、研磨パッドの表面から５μｍ以上の深さ部分のラマン分光は同じ値になるはずである。そこで、深さ５μｍ以上の部分の値を基準値として較正した上で判定すれば判定精度を向上できる。
【００２１】
更に、ドレッシングは研磨パッド全面で一様に行われるわけではなくムラがあるので、ラマン分光の測定は、研磨パッドの異なる複数箇所について経時変化を捕らえる。そして、ドレッシング状態の良否の判定は、複数の表面位置の測定結果を統計処理して行う。例えば、すべての測定箇所の平均値を使用したり、すべての測定値が所定の範囲内に入るようにするなどで判定する。
【００２２】
以上説明したように、研磨パッド５の表面のラマン分光を測定することにより、研磨パッド５のドレッシング状態の良否が判定できる。
【００２３】
新しい研磨パッドを使用する場合にはかならずドレッシングを行う。この場合には、研磨パッド５の表面のラマン分光を測定しながらドレッシングを行い、ドレッシングの開始からの上記波数（３３７０ｃｍ-1付近）における測定結果の変化を常時モニターし、上閾値以上になった時にドレッシングを終了して、ウエハの研磨を開始する。
【００２４】
ウエハの研磨にしたがってドレッシング状態が悪化するので、やはりラマン分光の測定結果の変化を常時モニターし、上記波数（３３７０ｃｍ-1付近）における測定結果が上閾値以上になった時には、ドレッシングを停止する。
【００２５】
なお、研磨中に常時ラマン分光の測定結果の変化をモニターせずに、１又は複数枚のウエハの研磨が終了する毎にラマン分光の測定を行うことも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
ＣＭＰ処理を伴う半導体装置の製造全般に適用可能であり、品質及びスループットの向上に伴って製造コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】ＣＭＰ装置の従来例の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例のＣＭＰ装置の概略構成を示す図である。
【図３】比較例における測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…プラテン
５…研磨パッド
７…ウエハ
８…ウエハ保持機構
９…ドレッサー
１１…ラマン分光装置
【図１】
2005347530.tif 000003
【図２】
2005347530.tif 000004
【図３】
2005347530.tif 000005