JP2001068440A - 研磨パッドおよび研磨装置 - Google Patents

研磨パッドおよび研磨装置

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JP2001068440A
JP2001068440A JP24101799A JP24101799A JP2001068440A JP 2001068440 A JP2001068440 A JP 2001068440A JP 24101799 A JP24101799 A JP 24101799A JP 24101799 A JP24101799 A JP 24101799A JP 2001068440 A JP2001068440 A JP 2001068440A
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polishing pad
polishing
thin film
metal thin
layer
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JP24101799A
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English (en)
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Hiroyuki Kojima
弘之 小島
Hidemi Sato
秀己 佐藤
Takashi Nishiguchi
隆 西口
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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  • Grinding-Machine Dressing And Accessory Apparatuses (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】研磨加工プロセスにおける、研磨機稼動状態で
のドレス能率の自動計測 【解決手段】研磨パッド第一層直下に設けられた金属薄
膜6を基準面として計測するため、研磨パッド第二層1
2の圧縮変形や定盤の面ぶれ等による計測誤差を排除で
きるため、研磨定盤を回転させながらドレス能率を自動
計測できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、加工物の表面の研
磨加工に係り、特に半導体製造プロセスにおける半導体
回路基板表面の平坦化処理に適した研磨方法および研磨
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、CMP(化学的機械的研磨
法)を用いた半導体基板表面の平坦化工程では、研磨を
繰り返すことにより研磨パッドの表面が劣化し、研磨能
率の安定性や基板面内の研磨量の均一性、基板表面の研
磨傷の発生頻度などの加工特性が悪化することが経験的
に知られていた。このため、劣化した研磨パッド表面を
適宜ダイアモンド砥石等のドレッサによりドレシング
(目立)し、研磨特性を回復する。この際には研磨パッ
ド表面の劣化の進行を抑制するに充分な量のドレシング
能力を管理、維持することが重要となる。ドレシング能
力の指標としては一般的にドレス能率(単位時間あたり
の研磨パットの削れ量)が用いられており、研磨パッド
を貼付した定盤面を基準面とし、ドレシング前後の研磨
パッド表面の高さの差を測定、ドレシング時間で除する
ことによりドレス能率を算出している。この場合、一般
に研磨パッド面内の研磨パッドの削れ量は面内で一様で
ないために、研磨パッド面内の複数の点で計測を行い、
平均値を求め評価を行う必要がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
計測作業は煩雑な上に研磨作業を中断して作業者が行う
ため、生産性を著しく低下させる問題がある。また、C
MPにおいては基板面内の研磨量均一性と、基板表面の
凹凸除去能力を両立させるために、弾性率の大きい材料
を研磨面に用い、その下層に弾性率の低い材料を用いた
二層構造の研磨パッドが一般的に用いられている。この
ため、ウェハ研磨を繰り返した場合に弾性率の低い研磨
パッドの下層が圧縮変形し、前述の研磨パッド厚みの計
測を行った際に研磨パッドの下層の圧縮変形量が計測値
に含まれるため計測誤差が大きくなる問題がある。
【0004】研磨パッド消耗のモニタ方法としては、特
開平10−100062号公報に研磨パッド厚さ方向に
色を変えた多層構造の研磨パッドを用いたり、研磨パッ
ド表面の変位を測定する方法が示されている。しかしな
がら、前者は研磨パッドの交換時期を簡便に知るには優
れた方法であるが、ドレス能率を監視するためには多層
の色変化層を設けねばならない点、また、ドレス能率を
定量化する場合、何らかの方法で色の識別が必要である
点など、構成が複雑になる問題がある。後者は前述のよ
うな二層構造の研磨パッドにおける下層の変形による計
測誤差が問題となる。
【0005】本発明の目的は、研磨加工プロセスにおけ
る研磨パッドのドレス能率の測定を正確に自動測定でき
る研磨パッド、ならびに研磨装置を提供し、研磨加工の
効率化を図ることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、加工物の表面を研磨する研磨パッドであ
って、厚さ方向の多層構造と、任意の層間に、金属薄膜
層を備えたことを特徴とする研磨パッドを提供する。
【0007】また、研磨パッドと加工物に相対的な運動
を与えて前記加工物の表面を研磨する研磨装置であっ
て、前記研磨パッドと前記加工物とをそれぞれ保持し、
前記研磨パッドと前記加工物とに前記相対的な運動を与
える駆動手段と、厚さ方向の多層構造と、任意の層間
に、金属薄膜層を備えたことを特徴とする研磨パッド
と、前記研磨パッドの厚さ方向の研磨パッド表面の位置
の計測手段と、前記研磨パッドの厚さ方向の前記金属薄
膜の位置の計測手段と、前記研磨パッド表面の位置と前
記金属薄膜の位置の差分より前記金属薄膜の位置を基準
とした研磨パッド厚さを定量化し記憶する手段と、時間
の計測手段と、前記時間の計測手段により計測された時
間に基づく、前記研磨パッド厚さの変化を定量化する手
段とを備えたことを特徴とする研磨装置を提供する。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明に係る一実施の形態について説明する。
【0009】図2は本実施例に用いた研磨装置の概略図
である。
【0010】本研磨装置は、研磨パッド1を貼付した研
磨定盤2を回転させ、任意の研磨圧で加工物保持器3に
保持された加工物4を研磨パッド1に押し付けながら摺
動させ、スラリ(非図示)を加工物4と研磨パッド1の
間に供給し研磨を行う。また、任意のタイミングでドレ
ッサ5を用いて研磨パッド1のドレシングを行うことが
できる。以上のような研磨装置としての周知の基本構成
に加えて、更に、研磨定盤に貼付された多層構造を持つ
研磨パッド1の層間に金属薄膜6、研磨パッド表面の位
置センサ7および金属薄膜の位置センサ8、信号記憶演
算部9、表示器10が設けられている。
【0011】次に、図1を参照して、ドレス能率の算出
方法を説明する。時刻t1における研磨パッド表面の位
置d1(t1)金属薄膜の位置d2(t1)、をそれぞれ計
測し、その差分d2(t1)− d1(t1)を信号記憶演
算部10で演算し、これを研磨パッド第一層11の厚さ
3(t1)として記憶する。更に、t1より任意の時間
が経過した、時刻t2においてd3(t2)を同様に計
測、演算する。得られたd3(t1)、 d3(t2)の差
分を時刻t1、t2の時間差で除すことにより、ドレス能
率dv= (d3(t1)− d3(t2))÷( t2− t1
が得られる。
【0012】以上のように、本発明ではドレシングが行
われる研磨パッド第一層11の厚さd3を、研磨パッド
第一層直下に設けられた金属薄膜6を基準面として計測
するため、研磨パッド第二層12の圧縮変形による計測
誤差を排除できる。同様に研磨定盤の面ぶれ等の計測誤
差も生じないため、研磨定盤を回転させながら研磨パッ
ド第一層11の厚さd3(t)を計測できる。このた
め、研磨装置を稼働状態のまま研磨定盤を回転させ適宜
位置計測センサ7,8を研磨定盤の半径上を走査して、
研磨パッド面内の任意の複数の点におけるd3(t)を
計測し、各点におけるドレス能率dvを算出、平均化す
ることもできる。
【0013】図3は、研磨パッド第一層11の厚さd3
が異なる数種の研磨パッドについて、本発明により計測
した研磨パッド第一層11の厚さd3と実際の研磨パッ
ド第一層11の厚さd3の相関を示している。
【0014】研磨パッド第一層11の厚さd3の計測は
以下のようにして行った。
【0015】定盤回転中心に対して、半径150mmの
位置(ウェハ中心が擦過する位置)に位置計測センサを
固定し、研磨定盤2の回転と同期してデータサンプルを
行うことで円周上の等間隔の研磨パッド上の20点につ
いて研磨パッド第一層の厚さデータを連続的に取得し、
得られた20点の平均をもって研磨パッド第一層11の
厚さd3とした。また、実際の研磨パッド第一層11の
厚さd3は計測終了後、研磨パッド第一層11を剥離し
てマイクロメータにより計測した。
【0016】尚、基本的な計測条件は以下の通りとし
た。
【0017】(1)研磨定盤2の回転速度:3.14r
ad/s (2)位置計測センサ7:流体マイクロメータ(作用流
体:純水) (3)位置計測センサ8:渦電流式変位計 (4)研磨パッド第一層11:発泡ポリウレタン (厚さ1.2mm〜0.8mm(5種類)、圧縮弾性率
100Mpa) (5)研磨パッド第二層12:発泡ポリウレタン(厚さ
1.2mm、圧縮弾性率1Mpa) (6)金属薄膜6:アルミニウム箔(厚さ5μm) また、計測位置のずれ量を小さくする目的で、位置計測
センサ7、8はそれぞれを図1に示すように同軸上に配
置した。
【0018】図3より、本発明による研磨定盤を回転さ
せた状態での研磨パッド第一層11の厚さd3の計測が
可能であることがわかる。したがって、ドレシングを行
った研磨パッドにおける研磨パッド第一層11の厚さd
3を時間差を持って計測し、ドレス能率の計測も可能で
あることがわかる。また、計測の繰り返し精度は±2μ
m程度であった。
【0019】以上より、半導体製造プロセスにおける平
坦化研磨工程に本研磨装置を採用することにより、ドレ
ス能率を研磨装置の稼働状態で正確に計測できるため、
従来研磨パッドのドレス能率の測定に費やされていた時
間と手間を削減し、生産性を向上できる。
【0020】尚、本実施の形態では、半導体回路基板を
研磨対象としているが、これ以外の加工物を研磨対象と
しても、これと同様な効果が達成される。
【0021】以下、図2に示した研磨装置を用いた研磨
加工の実施例について、従来の測定方法(以下従来法)
の実施例と比較しながら説明する。尚、基本的な研磨条
件ならびに研磨パッド、位置計測センサ等は以下の通り
とした。
【0022】(1)スラリ5:SiO2砥粒含有率3%
の水溶液 (2)スラリ供給量:200ml/min (3)研磨圧:350g/cm2 (4)研磨定盤2の回転速度:188rad/min (5)加工物4の回転角速度:188rad/min (6)加工物4: Si酸化膜(約2μm)付きSiウ
エハ(直径125mm) (7)研磨時間:3min ドレス能率の計測は、発明の実施の形態の欄で述べた計
測方法により、ウェハ10枚研磨毎(30min間隔)
の研磨パッド第一層11の厚さd3の差を30minで
除してドレス能率とした。なお、測定時点はウェハ研磨
シーケンス中のウェハ研磨終了時の研磨パッド洗浄時に
行った。このため計測によるウェハ研磨1サイクルの時
間増加は無い。
【0023】従来法については本発明のデータ計測点と
同一円周上の僅かにずれた位置の研磨パッド上の20点
に直径1.5mmの貫通穴をあけ、各点についてデプス
ゲージにより計測を行い、得られた研磨パッド削れ量を
30minで除した値の平均をもってドレス能率とし
た。
【0024】図4は本発明と従来法によるドレス能率と
ウエハの研磨枚数の相関を示した図である。
【0025】図4より、本発明ではドレス能率の測定が
安定して行われているのに対し、従来法ではウェハ研磨
開始より30枚目(約90min)前後まで研磨パッド
削れ量に研磨パッド第二層12の圧縮変形量が上乗せさ
れて計測されており、実際のドレス能率より高いドレス
能率を示している。また、その後についても研磨パッド
第二層12の圧縮変形量が安定せずに計測されるドレス
能率が不安定に変動していることがわかる。以上より本
発明により研磨パッドのドレス能率を研磨装置の稼働状
態で正確に計測できることが確認された。
【0026】また、このときのSiウエハ100枚を研
磨するのに要した作業時間は従来法が約500min掛
かったのに対し、本発明では400minと、研磨装置
を停止しないため、全体の作業時間を20%短縮でき
た。すなわち研磨加工の効率化の効果が確認された。
【0027】また、本発明は前記実施例だけでなく、計
測されたドレス能率を入力として、ドレッサ5のドレス
荷重、ドレッサ回転数を自動制御してドレス能率を一定
に保つ構成を取ることもできる。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、研磨加工プロセスにお
いて、研磨パッドのドレス能率の計測を正確かつ簡便に
実施でき、研磨加工の効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る研磨パッドのドレス
能率計測方法を示した図である。
【図2】本発明の実施の形態に係る研磨装置の基本構成
を示した図である。
【図3】研磨パッド第一層11の厚さd3と本発明によ
る計測値の相関を示した図である。
【図4】本発明と従来法によるドレス能率とウエハの研
磨枚数の相関を示した図である。
【符号の説明】
1…研磨パッド、2…研磨定盤、3…加工物保持器、4
…加工物、5…ドレッサ、6…金属薄膜、7…位置セン
サ、8…位置センサ、9…信号演算部、10…表示器、
11…研磨パッド第一層、12…研磨パッド第二層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西口 隆 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 Fターム(参考) 3C058 AA07 AA09 AA19 AC02 BA02 BA07 BB09 CB03 DA17

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】加工物の表面を研磨する研磨パッドであっ
    て、厚さ方向の多層構造と、任意の層間に、金属薄膜層
    を備えたことを特徴とする研磨パッド。
  2. 【請求項2】研磨パッドと加工物に相対的な運動を与え
    て前記加工物の表面を研磨する研磨装置であって、前記
    研磨パッドと前記加工物とをそれぞれ保持し、前記研磨
    パッドと前記加工物とに前記相対的な運動を与える駆動
    手段と、厚さ方向の多層構造と、任意の層間に、金属薄
    膜層を備えた研磨パッドと、前記研磨パッドの厚さ方向
    の研磨パッド表面の位置の計測手段と、前記研磨パッド
    の厚さ方向の前記金属薄膜の位置の計測手段と、前記研
    磨パッド表面の位置と前記金属薄膜の位置の差分より前
    記金属薄膜の位置を基準とした研磨パッド厚さを定量化
    し記憶する手段と、時間の計測手段と、前記時間の計測
    手段により計測された時間に基づく、前記研磨パッド厚
    さの変化を定量化する手段とを備えたことを特徴とする
    研磨装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010173052A (ja) * 2009-02-02 2010-08-12 Sumco Corp 研磨パッド厚測定方法、および研磨パッド厚測定装置
JP2014133290A (ja) * 2013-01-10 2014-07-24 Kuraray Co Ltd 研磨パッドおよび該研磨パッドの研磨層の厚さの測定方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010173052A (ja) * 2009-02-02 2010-08-12 Sumco Corp 研磨パッド厚測定方法、および研磨パッド厚測定装置
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