CN1607069A - 研磨盘的修整方法及制造装置 - Google Patents

Abstract

一种研磨盘的修整方法及制造装置，本发明提供由非破坏性的盘评价方法定量检测最优的修整终点的方法。以规定时间修整研磨盘11(步骤50)，然后，利用由激光聚焦变位仪构成的光学测定装置20测定研磨盘11的表面粗糙度(凹凸)(步骤51)。然后，得到修整时间和研磨盘11的表面粗糙度的特性曲线(步骤52)。其次，求出所述修整时间和表面粗糙度的特性曲线的倾斜度(步骤53)，在该倾斜度达到预先设定的规定倾斜度时，结束修整。另一方面，在所述修整时间和表面粗糙度的特性曲线的倾斜度未达到规定的倾斜度时，从步骤50开始反复实行步骤53(步骤54)。

Description

研磨盘的修整方法及制造装置

技术领域

本发明涉及CMP的研磨盘的修整方法，特别是涉及修整终点的检测方法及用于实施该方法的制造装置。

背景技术

近年来，作为用于晶片平坦化处理等的研磨技术，公知的有CMP(Chemical Mechanical Polishing)。CMP是为防止机械研磨产生的晶片损伤，使用膏状化学研磨剂混合液进行的研磨方法。

采用CMP的晶片研磨如下进行，使安装用于研磨晶片的研磨盘的研磨工作台旋转，同时，在该研磨工作台上压装晶片，使其旋转。

但是，伴随研磨的晶片的处理片数增加，研磨盘表面的凹凸减少，或研磨屑混入所述凹凸，从而不能再在研磨盘上保留研磨剂。由此，下一晶片研磨时的磨光比率(研磨比率)降低，晶片面内的均一性降低。

因此，要进行使研磨盘表面的凹凸恢复规定粗糙度的修整。修整如下进行，使安装研磨盘的研磨工作台旋转，同时，在该研磨工作台上压装具有金刚石颗粒的修整器，使其旋转。此时，为避免修整不足，使研磨盘的凹凸恢复，必须超出所需最低限时间，进行修整。通过进行这样的过量修整，研磨盘的寿命降低到本来的盘寿命以下。

因此，为防止这样的过量修整，通过评价研磨盘表面的状态来得到最优修整时间的终点。

作为研磨盘表面的评价方法，有例如如下所示的方法。其一列举接触式表面变位测定。该测量方法是使能感知研磨盘表面凹凸的接触式传感器接触研磨盘表面而进行的。另外，另一方法可列举切出研磨盘的一部分来进行的破坏检查等。该破坏检查是通过扫描型电子显微镜(SEM；scanning electronmicroscope)等来进行目视检查。

另外，相关的技术文献有例如以下专利文献。

专利文献1  特开第2851839号公报

专利文献2特开2003-100683号公报

但是，在采用现有例的基于接触式表面变位测定的研磨盘的评价方法中，具有给盘表面带来损伤这样的问题。另外，在切出研磨盘的一部分，通过SEM等观察的破坏检查中，必须在研磨盘的评价后再次安装新的研磨盘，故修整需要的成本增大，且产生研磨盘更换时间的消耗。

因此，本发明提供通过非破坏性研磨盘评价方法定量检测最优的修整终点的方法。

发明内容

本发明的研磨盘的修整方法是鉴于所述问题点而开发的，其特征在于，以规定时间修整研磨盘，然后，利用光学测定装置测定该研磨盘的表面粗糙度。然后，反复进行以上的工序，当相对研磨盘表面粗糙度的修整时间的特性曲线的倾斜度达到规定的倾斜度时，结束修整。

本发明的研磨盘的修整方法是，在上述工序中，一边使光学测定装置在研磨盘上移动，一边进行表面粗糙度的测定。

本发明的研磨盘的修整方法是，在上述工序中，光学测定装置是激光聚焦变位仪。

本发明的研磨盘的修整方法是，在上述工序中，研磨盘的表面粗糙度是该研磨盘表面凹凸的最大振幅值。

另外，本发明的制造装置是CMP装置，其特征在于，包括：研磨工作台；被安装在该研磨工作台上的研磨盘；修整该盘的修整器；测定研磨盘表面粗糙度的光学测定装置；使该光学测定装置移动到盘上的规定位置的移动装置。

另外，本发明的制造方法是CMP装置，其特征在于，在上述结构中，光学测定装置是激光聚焦变位仪。

本发明的修整终点检测方法是，在评价研磨盘时，将可光学实测研磨盘表面凹凸的激光聚焦变位仪作为光学测定装置使用。由此，可非破坏性地评价研磨盘的状态。

另外，由于基于所述研磨盘评价的表面粗糙度的测定结果，可定量地把握最优的修整时间，故可在极短时间内完成修整。因此，可延长研磨盘的寿命，故可消减修整所需要的成本。

另外，由于本发明的CMP装置具有可测定研磨盘上任意位置的表面粗糙度的光学测定装置，故可增加测定值的取样数。因此，可提高研磨盘评价的测定精度。

附图说明

图1是说明实施本发明的最优方式的CMP装置的构成的图示；

图2是显示修整开始前及完成后的研磨盘的局部上的表面粗糙度的特性图；

图3是显示修整时间和表面粗糙度的关系的特性图；

图4是显示修整时间和晶片研磨时诸特性(研磨比率及面内均一性)的关系的特性图；

图5是表面粗糙度和面内均一性的关联图；

图6是显示修整终点检测方法的流程图。

具体实施方式

其次，参照附图说明实施本发明的最优方式(以下简称为本实施例)。图1是说明本实施例的CMP装置的结构的图。

图1(a)是本实施例的CMP装置的概略立体图。如图1(a)所示，在旋转式研磨工作台10上安装圆形研磨盘11。另外，在研磨盘11上设置有修整研磨盘的修整器12。所谓修整，是在研磨盘11的表面形成规定粗糙度的凹凸的工序。在进行修整时，修整器12压装在研磨盘11上，并旋转。在不进行修整的期间，修整器12从研磨盘11上离开。

在研磨盘11上设有可测定研磨盘11表面凹凸(以下简称为表面粗糙度)的光学测定装置20。在相对于研磨盘11表面平行设置的移动装置30上安装光学测定装置20，使其与研磨盘11相对。该移动装置30可使光学测定装置20沿研磨盘11的弦(连接圆周上两点的线)移动，同时，也可以相对于和所述弦正交的方向移动。例如，移动装置30本身在包括研磨盘11上的规定位置的弦上移动，然后，光学测定装置20沿移动装置30的纵向方向向所述弦上的规定位置移动。或，也可以使移动装置固定在规定位置，在该状态下，将光学测定装置沿移动装置30的纵向方向向所述弦上的规定位置移动。但是，在移动装置30固定的情况下，为测定研磨盘11上的任意位置，必须使研磨工作台10在规定的角度范围内旋转。

光学测定装置20在由移动装置30移动到研磨盘11的规定位置后，通过扫描该位置的规定的微小区间(以下称为扫描区间)，测定表面粗糙度。扫描区间可为例如10mm～20mm程度，但并不限于此，也可以是其它规定的距离。在测定时，光学测定装置20向例如与移动装置30的纵向方向正交的方向移动，进行扫描。

在测定所述表面粗糙度时，所述的光学测定装置20最好是例如激光聚焦变位仪。激光聚焦变位仪是使用以下说明的共焦点原理的高精度变位仪。利用该激光聚焦变位仪可测定7um程度的极小点。即，在本实施例中，由于可测定研磨盘11上的7um程度的点，故可实际测定其表面粗糙度(凹凸)。

其次，对激光聚焦变位仪原理的一例，参照附图进行说明。图1(b)是说明激光聚焦变位仪原理的一例的图。

如图1(b)所示，在激光聚焦变位仪中，激光光源21(例如半导体激光装置)放射的激光通过利用音叉22振动的振动透镜23和物镜24到达对象物TG上。在对象物TG上反射的激光介由半透镜25到达针孔PH。在此，当激光在对象物TG上形成焦点时，在针孔PH的位置激光被集成一点。这就是共焦点原理。

当在针孔PH的位置将激光集成一点时，光敏元件26感知该光。然后，由位置检测传感器27检测该时点的音叉22的振子间的距离。由于位置检测传感器27检测的位置信号与振动透镜23的位置对应，故可由该位置信号求出振动透镜23的焦点距离。基于该振动透镜23的焦点距离，可求出激光光源21和对象物TG之间的距离。

其次，图2表示利用由所述的激光聚焦变位仪构成的光学测定装置20测定的研磨盘11的表面粗糙度的变化。图2是显示修整开始前及完成后的研磨盘11的局部上的表面粗糙度的特性图。另外，图2特性图的横轴对应测定点内(扫描区间内)的相对距离[a.u.]，其纵轴对应表面粗糙度(um)。图2(a)是表示修整前研磨盘的表面粗糙度的特性图。如图2(a)所示，在修整前，作为测定点内(扫描区间内)的表面粗糙度的最大值和最小值的差(凸部最大值和凹部最小值的差)规定的最大振幅值为17um程度。而修整完成后同样求出的最大振幅值为42um程度。即，可利用由所述激光聚焦变位仪构成的光学测定装置20来定量测定比较修整前和修整完成后的表面粗糙度(研磨盘11的凹凸)的变化。

根据本发明的发明者们进行的实验得知，由所述的光学测定装置20测定的表面粗糙度的变化与修整时间相关，当超过某时点时，得到稳定状态(持续得到大致一定值)。下面，参照该特性图说明这样的修整时间和表面粗糙度的关系。

图3是表示修整时间和表面粗糙度(最大振幅值)的关系的特性图。另外，图3的特性图的横轴对应修整时间(min)，其纵轴对应表面粗糙度(um)。表面粗糙度和图2同样，是通过由激光聚焦变位仪构成的光学测定装置20测定的。

另外，point1的标绘及point2的标绘表示在研磨盘11上的不同位置测定的表面粗糙度。图3中的各曲线是由所述各标绘得到的特性曲线。

如图3所示，在上述任意表面粗糙度的标绘中，在修整时间达到4min前均持续上升。但是，在超过4min的修整时间的范围内，表面粗糙度以42um程度形成稳定状态(持续得到大致一定值)。由于在表面粗糙度形成稳定状态时，即使继续进行修整，表面粗糙度也不变化，故必须停止修整。即，表面粗糙度变化开始饱和的时点(在本实验中为4min)可形成修整时间的最优终点。

另外，根据发明者们的实验可知，使用由图3的各修整时间修整的研磨盘11的晶片研磨时的研磨比率及晶片面内的均一性(以下简称为面内均一性)和图3所示的表面粗糙度时间变化对应。下面，参照该特性图说明这样的修整时间和研磨比率及面内均一性的关系。

图4是显示修整时间和基于采用由各修整时间修整的研磨盘11的晶片研磨时的诸特性(研磨比率及面内均一性)的关系的特性图。另外，图4的横轴对应研磨时间(min)。图4的第一纵轴对应于利用由各修整时间修整的研磨盘11研磨晶片时的研磨比率(nm/min)。另外，图4的第二纵轴对应晶片的面内均一性(％1σ)。在本实验中，使用研磨盘11研磨的晶片是由P-TEOS(等离子原硅酸四乙酯)构成。

如图4所示，虽然在修整时间(晶片研磨后研磨盘11的修整需要的时间)达到4min前，晶片研磨时的研磨比率及面内均一性变动，但在超出4min的范围内变动幅度减小，显示接近稳定状态的趋向。

另外，由图4的测定结果可验证研磨盘11的表面粗糙度和面内均一性的相关性。参照如下所示的相关图说明所述相关性。图5是表面粗糙度和面内均一性的相关图。在此，图5的横轴对应表面粗糙度(um)，其纵轴对应面内均一性(％1σ)。

如图5的标绘所示，在表面粗糙度的变化形成稳定状态的42um附近(参照图3)，由具有该表面粗糙度的研磨盘11研磨的晶片的面内均一性也集中在3～4％1σ附近。

由以上所示的图3、图4、图5可知，通过测定观察研磨盘11的表面粗糙度，可知最优的修整终点。另外，由于所述修整时间也对应晶片研磨时的诸特性(研磨比率或面内均一性)的变化，故可通过调整修整时间来进行具有规定特性(研磨比率或面内均一性)的晶片研磨。

其次，参照流程图说明检测所述的修整终点的顺序。图6是显示修整终点检测方法的流程图。图6是显示在研磨工作台10上初期安装研磨盘11后，或在某晶片的研磨完成后进行的修整工序的图。

如图6所示，修整终点的检测经由以下的步骤。

最初，在步骤50中，经由规定时间(例如1min)修整研磨盘11。

在步骤50的修整完成后，在步骤51中，利用由激光聚焦变位仪构成的光学测定装置20进行研磨盘11表面粗糙度的测定。在此，在研磨盘11上的规定的一个位置或多个位置进行表面粗糙度的测定。光学测定装置20向所述规定位置的移动根据移动装置30的规定动作进行。然后，在规定位置的扫描区间进行测定，将由该测定值的最大值及最小值求出的最大振幅值作为该规定位置(1扫描区间内)的表面粗糙度。

其次，在步骤52中，从由步骤51求出的表面粗糙度得到修整时间和表面粗糙度的特性曲线(也包括形成直线的情况)。在此，时间轴的单位时间(时间间隔)为步骤50的规定时间。

其次，在步骤53中，求由步骤52求出的修整时间和表面粗糙度的特性曲线的倾斜度。求倾斜度的方法可举出例如时间微分所述特性曲线的方法。但是，本发明的终点检测方法不限于此，只要是能得到所述特性曲线的倾斜度的方法，也可以使用其它方法。例如，也可以将连接图3的特性曲线上两点的线段的倾斜度作为该特性曲线的倾斜度使用。

然后，在步骤54中，判定由步骤53求出的修整时间和表面粗糙度的特性曲线的倾斜度是否是预先规定的倾斜度(例如倾斜率为0)。在此，当所述特性曲线的倾斜度和预先规定的倾斜度不一致时，从步骤50开始反复实行步骤53。而当所述特性曲线的倾斜度和预先规定的倾斜度一致时，就认为不必进行步骤50的修整，停止修整。即，将所述特性曲线的倾斜度和预先规定的倾斜度一致的时点作为修整的终点。然后，进入下面的晶片研磨工序，这一点未图示。

根据基于由以上所示的光学测定装置20的修整的终点检测方法，可最大限度避免过度修整。因此，可抑制研磨盘11的寿命降低，故可抑制修整所需要的成本的增加或修整时间的损失。

另外，在所述的实施例中，使用激光聚焦变位仪作为光学测定装置20，但本发明不限于此。即，光学测定装置20只要是可定量地且非破坏性地(或非接触地)实测研磨盘11的凹凸的装置，则也可以是其它的光学测定装置。

另外，所述实施例中的移动装置30采用了可使光学测定装置20沿研磨盘11的圆周的弦移动，同时，也可以相对于和所述弦正交的方向移动的装置，但本发明不限于此。即，只要可使光学测定装置20移动到研磨盘11上的任意位置，则移动装置也可以具有所述实施例以外的结构及动作。

Claims (6)

1、一种研磨盘的修整方法，其特征在于，以规定时间修整研磨盘，然后，反复进行由光学测定装置测定该研磨盘表面粗糙度的工序，当相对于所述研磨盘表面粗糙度的修整时间的特性曲线的倾斜度达到规定的倾斜度时，结束修整。

2、如权利要求1所述的研磨盘的修整方法，其特征在于，一边使所述光学测定装置在所述研磨盘上移动，一边进行表面粗糙度的测定。

3、如权利要求1或2所述的研磨盘的修整方法，其特征在于，所述光学测定装置是激光聚焦变位仪。

4、如权利要求1、2、3的任意一项所述的研磨盘的修整方法，其特征在于，所述研磨盘的表面粗糙度是该研磨盘表面凹凸的最大振幅值。

5、一种制造装置，其特征在于，包括：研磨工作台；被安装在该研磨工作台上的研磨盘；修整所述盘的修整器；测定所述研磨盘表面粗糙度的光学测定装置；使所述光学测定装置移动至所述盘上的规定位置的移动装置。

6、如权利要求5所述的制造装置，其特征在于，所述光学测定装置是激光聚焦变位仪。

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