JP2001223190A - 研磨パッドの表面状態評価方法及びその装置とそれを用いた薄膜デバイスの製造方法及びその製造装置 - Google Patents

研磨パッドの表面状態評価方法及びその装置とそれを用いた薄膜デバイスの製造方法及びその製造装置

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JP2001223190A
JP2001223190A JP2000035616A JP2000035616A JP2001223190A JP 2001223190 A JP2001223190 A JP 2001223190A JP 2000035616 A JP2000035616 A JP 2000035616A JP 2000035616 A JP2000035616 A JP 2000035616A JP 2001223190 A JP2001223190 A JP 2001223190A
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pad
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Takeshi Hirose
丈師 廣瀬
Hiroyuki Kojima
弘之 小島
Mineo Nomoto
峰生 野本
Susumu Aiuchi
進 相内
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】研磨パッドの表面状態を直接的に評価する技術
を確立し、高精度のＣＭＰ加工管理を可能とすると共
に、加工のスループットの向上を実現する。 【解決手段】パッド１の表面に光を照射し、この光照射
領域からの反射光または蛍光の強度、または強度分布画
像に基づいてパッド表面状態の評価を直接的に行う。こ
の評価結果に基づいてドレッサー４のドレッシング条件
を最適化し、良好なパッドの表面状態を維持しながら高
精度のＣＭＰ加工を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は研磨パッドの表面状
態評価方法及びその装置とそれを用いた薄膜デバイスの
製造方法及びその製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】研磨パッドは、種々の電子部品の製造ラ
インの研磨工程で常用されている。ここでは、研磨工程
の代表例として半導体デバイスの製造ラインに使用され
ている化学的および物理的作用により表面を研磨して平
坦化を実現する方法（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Po
lishing）を例に説明する。
【０００３】半導体デバイスは成膜、露光およびエッチ
ング等により、デバイスおよび配線パターンをシリコン
ウェハ上に形成することによって製造される。近年、デ
バイスの高精度化・高密度化を実現するために微細化・
多層化の方向に進んでいる。このことによってウェハ表
面の凹凸が増大している。このようなウェハ上の凹凸は
配線等の形成に不可欠な露光を困難とするため、ウェハ
表面の平坦化が行われる。そしてこの平坦化プロセスに
ＣＭＰによる研磨加工方法が用いられている。
【０００４】ＣＭＰ加工において重要な課題として、研
磨加工に使用するパッドの表面状態の管理が挙げられ
る。しかし、これを直接的に評価する有効な方法は確立
していなかった。従来は一般的にＣＭＰ加工の前後で被
研磨材の膜厚を計測することにより求まる研磨量と実際
に加工を行った加工時間とから研磨レートを算出し、こ
の研磨レートの変動から間接的にパッドの表面状態を評
価していた。
【０００５】なお、この種のＣＭＰ加工に関連する従来
技術としては、例えば「半導体平坦化ＣＭＰ技術／著
者：土肥、河西、中川／発行所：（株)工業調査会」が
挙げられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ＣＭＰ加工は、一般に
図１に概略を示した加工装置によって行われる。図中の
１は研磨パッド（以下、パッドと略称）、２はパッド１
を載置する研磨盤で回転機能を備えている。３はウェハ
を保持するウェハチャックで、自転しながらパッド１上
を半径方向に移動する機能を備えている。４はパッドの
劣化を修正するドレッサーでウェハチャックと同様に回
転しながらパッドの半径方向に移動する機能を備えてい
る。そして５は研磨に供するスラリーで、供給ノズル５
ａからパッド上に供給される。
【０００７】ＣＭＰ加工では、同一のパッドで多くのウ
ェハを研磨するとパッドが劣化し研磨レートが低下す
る。この研磨レートの低下は、ウェハを研磨することに
よりパッド表面の平坦度が増すことによって生じる。
【０００８】また、この劣化の状態はパッド面内で均一
に生じるのではなく、例えば図２の平面図に示したよう
にパッド１に劣化部分が同心円状６に生じる場合や、図
１７の平面図に示したように斑点状６ａに生じる場合等
がある。これら図中の７は劣化の少ない良好な部分を示
している。
【０００９】前者の同心円状６に発生する原因として
は、図１に示すようにパッド１及びウェハ（ウェハチャ
ック３に保持されているが図示せず）がそれぞれ円形で
あるため、パッドの半径方向の位置によってウェハ加工
量が異なるために生じると考えられる。
【００１０】また、後者の斑点状６ａに発生する原因と
しては、パッド１を研磨盤２に張り付ける際に、例えば
空気が入り込む等の張り付け不良や局所的なパッドその
ものの不良によると考えられる。
【００１１】このパッド劣化に対してＣＭＰでは加工と
加工の間または加工中にパッドに対していわゆる目立て
（以下、ドレッシングと称する）を行う。ドレッシング
とは平坦化したパッド表面を削って表面の粗さを増し、
研磨レートを回復させることである。
【００１２】その方法には、例えばダイヤモンド等の粒
子を表面に接着したドレッサー４によりパッド１の表面
を削ることによってパッド表面の粗さを大きくさせる方
法がある。
【００１３】上記のようにパッド表面の劣化が進むと、
研磨加工後のウェハの面内均一性やウェハ間の加工のバ
ラツキ等に影響が出てくる。例えば図２に示した同心円
状６の劣化が生じた場合、常に劣化した部分に接するウ
ェハ中心部とそうではない外周部とでは研磨レートが異
なり、結果としてウェハ中心と外周とで加工量が異なっ
てしまう場合がある。
【００１４】このような問題の対策として、パッドの表
面状態を評価しドレッシングの条件を最適化する必要が
ある。しかし、従来の評価方法は、研磨加工前後の膜厚
から算出する加工量と加工時間とから研磨レートを算出
し、この研磨レートの変動からパッド表面状態を評価す
るという間接的な方法であった。
【００１５】このように間接的な方法では、パッドの表
面状態を正確に評価することができず、また、評価する
までに時間がかかるために突発的な問題に対応すること
ができず多くの不良を出してしまう場合があった。
【００１６】一方、同一のパッドで、ある程度加工する
と、パッドに対してドレッシングを行っても研磨レート
が回復しなくなる。この状態がパッドの寿命であり、パ
ッドの交換が必要となる。ＣＭＰ加工においても原価低
減の観点から、研磨パッド一枚あたりで加工するウェハ
枚数をなるべく多くしたい。しかし、研磨レートによる
間接的な評価ではパッド表面の状態を正確に評価でき
ず、また、研磨レート自体もばらつくことから、パッド
寿命を正確に評価できず、寿命まで使用しないで交換す
る場合もあった。
【００１７】したがって、本発明の目的は上記従来の問
題点を解消して、研磨パッドの表面状態を直接的に評価
する研磨パッドの表面状態評価方法及びその装置とそれ
を用いた薄膜デバイスの製造方法及びその製造装置を提
供することにある。
【００１８】薄膜デバイスとしては、半導体装置が代表
的なものとして挙げられるが、その他、高度な研磨加工
による平坦面の形成工程を必要とする例えば液晶装置な
ど種々の電子部品が対象となる。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明では、パッド表面の研磨による劣化の状態を直
接的に評価するものであり、研磨パッド表面に光を照射
し、この光照射領域から検出される光学情報信号に基づ
いて前記研磨パッドの表面状態を評価するものである。
【００２０】すなわち、研磨パッドの表面状態の評価方
法として、パッド表面に光を照射し、パッドの光照射領
域からの反射光等の強度またはパッド表面画像から、パ
ッド表面の劣化状態を評価する。上記評価技術を用いて
パッドの表面状態をドレッサーにより修正するドレッシ
ング条件を最適化する。
【００２１】また、上記研磨パッドの表面状態の評価技
術を用いてパッド寿命の正確な判定を実現する。また、
上記評価装置を研磨装置に組み込むことにより加工対
象、例えば半導体製造におけるウェハ等の平坦性がより
向上し、スループット向上を実現する。
【００２２】以下、半導体デバイスの製造工程に本発明
を適用する場合を代表例として説明する。 半導体デバ
イスの表面に形成した膜を研磨する工程において、パッ
ド表面に光を照射し、この光照射領域からの反射光を検
出し、この検出した反射光の強度またはパッド表面画像
に基づいて、また、研磨パッドに励起光を照射し、研磨
パッドから生じる蛍光を検出し、この検出した蛍光の強
度またはパッド表面画像に基づいて研磨パッドの表面状
態を正確に評価できるようにした。
【００２３】また、前記パッドの表面状態を評価する方
法によって、パッド表面の任意の位置で評価することに
よりパッド表面の劣化状態の分布を正確に評価できるよ
うにした。
【００２４】また、前記パッド表面評価結果に基づいて
ＣＭＰプロセスの安定化、最適化を行えるようにした。
【００２５】更にまた、本発明では、半導体デバイスの
表面に形成した膜を研磨する研磨手段と、この研磨手段
に用いる研磨パッドに検出光または励起光を照射する照
射手段と、この照射手段により照射されてパッド表面
（照射領域）から発生する反射光または蛍光などの光学
情報を検出する検出手段と、この検出手段により検出し
た光学情報（反射光または蛍光の強度またはパッド表面
画像など）に基づいて、パッドの表面状態を評価する処
理回路部とを備えて半導体デバイスの製造装置を構成し
た。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施の形
態について説明する。研磨試料としては、基板上に形成
され表面に凹凸を有する薄膜を、研磨パッドを用いて研
磨して平坦化する研磨工程を例に説明する。光照射光と
しては、例えばレーザー光源のごとき単色光、もしくは
例えばハロゲンランプのごとき白色光を検出光学系の構
成に応じて選択する。
【００２７】先ず、研磨パッドの表面状態を評価する代
表的な六つの例ついて以下に順次説明する。（１）研磨
工程の途中で研磨パッド表面に例えば単色光としてレー
ザー光を照射し、研磨パッドのこの光照射領域からの反
射光を光学系を通して検出し、この検出した反射光の強
度に基づいて研磨パッドの表面状態を評価する。
【００２８】（２）研磨パッド表面に光を照射し、この
光照射領域からの表面画像を光学系を通して検出し、こ
の検出画像信号に基づいて研磨パッドの表面状態を評価
する。 （３）研磨パッド表面に光を照射し、この光照射領域か
らの表面画像を光学系を通して検出し、この検出画像信
号を２値化処理し、その結果得られる２値化画像の面積
率に基づいて研磨パッドの表面状態を評価する。
【００２９】（４）研磨パッド表面に励起光を照射し、
この励起光の照射領域から発生する蛍光を検出し、この
検出した蛍光の強度に基づいて研磨パッドの表面状態を
評価する。 （５）研磨パッド表面に励起光を照射し、この励起光の
照射領域から発生する蛍光のパッド表面画像を検出し、
この検出画像信号に基づいて研磨パッドの表面状態を評
価する。（６）研磨パッド表面に励起光を照射し、この
励起光の照射領域から発生する蛍光のパッド表面画像を
検出し、この検出画像信号を２値化処理し、その結果得
られる２値化画像の面積率に基づいて研磨パッドの表面
状態を評価する。
【００３０】次に、本発明の研磨パッドの表面状態評価
装置は、研磨パッド表面に光を照射する照射手段と、前
記研磨パッドの光照射領域から光学情報を検出する検出
手段と、検出した光学情報信号に基づいて前記研磨パッ
ドの表面状態を評価する処理手段とを備えることを特徴
としている。
【００３１】図１８を用いてさらに具体的に研磨パッド
の表面状態評価装置を説明する。この図はＣＭＰ加工工
程に、本発明の研磨パッドの表面状態評価装置４０を適
用した概略図を示している。
【００３２】ＣＭＰ研磨装置は、回転する研磨盤２上に
研磨パッド１が載置され、研磨パッド１上にはウェハチ
ャック３とパッドの劣化を修正するドレッサー４とが、
それぞれ独立に回転しながら所定の圧力でパッド１に接
触し、かつパッド１の半径方向に往復移動する周知の構
成となっている。
【００３３】研磨工程ではウェハチャック３に研磨試料
となるウェハ（図示せず）が保持され、研磨液（スラリ
ー）５が供給ノズル５ａからパッド１上に供給されなが
ら研磨が行われる。 ここで、研磨中もしくは研磨を一
時中断した状態で、以下に説明する本発明の研磨パッド
の表面状態評価装置４０によってパッド１の表面状態を
検出し、この検出出力が直接的にドレッサー４にフィー
ドバックされドレスッシング条件が最適化される。
【００３４】つまり、ドレッサー４によるドレッシング
の圧力、回転数、揺動運動の周期及びドレッシングに用
いる加工具（ドレッサー）の種類等の選択が上記検出出
力に基づいて適正に行われる。
【００３５】本発明の研磨パッドの表面状態評価装置４
０は、光源１１で示す光照射手段と、検出器８で示す研
磨パッドの光照射領域から光学情報を検出する検出手段
と、検出器８で検出した光学情報信号に基づいて研磨パ
ッドの表面状態を評価する信号処理部９で示す処理手段
とを備えている。
【００３６】そして、光学情報を検出する検出手段は、
光照射領域からの反射光のみならず、蛍光、さらにはこ
れらの表面画像からなる少なくとも１種の光学情報を検
出する検出手段で構成される。
【００３７】検出器８で示す光学情報を検出する検出手
段は、光学情報を集める光学系と、それを検出する例え
ばＣＣＤカメラ等の検出器とを備えているが、これらの
構成については、この後の実施例で具体的に説明する。
【００３８】また、光学情報を検出する検出手段が、上
記光照射領域からの表面画像情報を検出する検出手段で
あるとき、信号処理部９で示す処理手段は、検出手段で
検出された画像信号を２値化処理し、その結果得られる
２値化画像の面積率に基づいて研磨パッドの表面状態を
評価する処理手段で構成する。
【００３９】ＣＭＰ研磨装置は、この研磨パッドの表面
状態評価装置４０からの出力信号を、上述したように少
なくともドレッサー４にフィードバックし、ドレッシン
グ条件（ドレッサー４のパッドに対する接触圧力、ドレ
ッサー４や研磨盤２の回転数、揺動運動の周期及びドレ
ッシングに用いる加工具であるドレッサー材質の選択）
等が、上記検出出力に基づいて適正に行われる。
【００４０】次に、本発明の薄膜デバイスの製造方法
は、研磨試料となるウェハ基板上に形成され凹凸面を有
する薄膜を研磨パッドにより研磨し平坦化処理する工程
と、研磨パッドの表面状態を評価し、この評価結果に基
づいてドレッサーによる研磨パッドのドレッシング条件
を最適化する工程とを含む薄膜デバイスの製造方法であ
って、上記研磨パッドの表面状態の評価を前述の研磨パ
ッドの表面状態評価方法で構成することを特徴とする。
【００４１】具体的には、図１８に示すように、予め成
膜工程により基板上に形成され凹凸面を有する薄膜を有
するウェハをウェハチャック３に保持して、上述の研磨
パッドの表面状態評価装置４０により、直接的に研磨パ
ッドの表面状態を評価しながら研磨するようにした。
【００４２】
【実施例】以下、図面にしたがって本発明の実施例を具
体的に説明する。ここでは半導体デバイスの製造工程に
おけるＣＭＰの研磨パッドを対象とし、その表面状態の
評価方法及び評価装置と、これらを適用した薄膜デバイ
スの製造方法及び製造装置の例を示す。
【００４３】〈実施例１〉図１８は、半導体デバイスの
製造工程におけるＣＭＰ工程を主体に製造工程の概略を
示したものである。先ず、成膜工程で半導体ウェハ上に
デバイス作成に必要な薄膜が形成される。この成膜工程
が例えば多層配線の製造工程であれば、層間絶縁膜や配
線層となる導体膜が積層される。
【００４４】この成膜工程においては複数の薄膜を形成
するに際して、下地膜の凹凸をＣＰＭ工程で平坦化処理
してから次の薄膜を積層する。このＣＰＭ工程が本実施
例の対象となるものであり、回転する研磨盤２に載置さ
れた研磨パッド１にウェハチャック３に保持されたウェ
ハを接触させ、研磨液（スラリー）５を供給ノズル５ａ
からパッド１上に供給しながらＣＰＭ処理をする。
【００４５】このＣＰＭ処理をウェハ毎に繰り返す過程
でパッド１が劣化し、例えば同心円状の劣化部分６が発
生する。この劣化部分をドレッサー４で改修（ドレッシ
ング）するが、このドレッシング条件を最適化するのに
本発明の研磨パッドの表面状態評価装置４０が適用され
る。
【００４６】すなわち、本発明の表面状態評価装置４０
によれば、光源１１からパッド１に光を照射し、その照
射領域から得られる光学情報を検出器８で検出し、この
検出信号を信号処理部９で処理することによりパッド１
の表面状態を直接的に評価する。光照射は回転するパッ
ド１の半径方向に移動しながら行い、光ビームでパッド
表面を走査する。検出器８は光ビームの走査に同期して
移動する。
【００４７】ＣＰＭ処理では、この信号処理部９で処理
された出力信号（パッドの表面状態評価情報）がドレッ
サー４にフィードバックされ、パッド１のドレスッシン
グ条件が最適化される。
【００４８】図３は、ＣＭＰ処理の合間にパッド表面状
態を評価する場合を、図４は処理中にパッド表面状態を
評価する場合をそれぞれ模式的に示している。なお、こ
れらの図では検出器８と信号処理部９のみを示し、光源
１１を含む光照射手段などは省略した。
【００４９】図３、図４のそれぞれの場合において、検
出器８とパッド１との位置を相対的に変化させることに
よりパッド表面状態の分布を評価することができる。
【００５０】図３、図４では相対位置の変化をパッド１
の回転（研磨盤２が回転する）と検出器８の直動により
実現する例を示しているが、相対位置を変化できればそ
の他の方法を用いても良い。
【００５１】図４では、ＣＭＰ処理中のパッド１の表面
状態をリアルタイムで評価することができるという特徴
があり、ドレッサー４のドレッシング条件をリアルタイ
ムで制御することも可能である。
【００５２】図５、図６に本発明を実現するための検出
光学系の例を示す。図５では白色光源（ハロゲンラン
プ）またはレーザー光源１１、ビームスプリッター１
３、対物レンズ１４、結像レンズ１２、検出器１０、ガ
ス吹き付けノズル１５により構成する。同図の５は研磨
液であるスラリー、１６はガス吹き付けノズル１５より
噴出する圧縮ガスを示している。
【００５３】光源１１より出た光はビームスプリッター
１３を通り方向を変え、対物レンズ１４を通ってパッド
１の表面に照射される。パッド１からの反射光は、対物
レンズ１４を通り検出器１０に結像する。
【００５４】この反射光は被測定対象の表面状態により
その強度等が異なる。反射光の強度またはパッド表面画
像に対して画像処理することによりパッド表面状態の評
価をする。パッド表面にスラリー５が存在する場合、検
出の妨げとなる。そこでガス吹き付けノズル１５により
ガスを吹き付け一時的に光照射領域のスラリー５を除去
する。
【００５５】検出光源１１としては、ハロゲンランプの
他にキセノンランプ等の広い波長帯域を持つ光源を用い
ても良い。また、単波長または複数の異なる波長のレー
ザー光を用いてもよい。
【００５６】検出器１０としてはＣＣＤ２次元センサの
他に１次元のラインセンサーを用いてもよい。また、Ｃ
ＣＤ以外のセンサーを用いてもよい。吹き付ける圧縮ガ
ス１６としては、窒素ガス等製品加工に影響のないもの
であれば何を用いても良い。
【００５７】図６はガスの吹き付けによりスラリー５を
一時的に除去する代わりに、対物レンズ１４とパッド表
面とが水浸する程度の水槽１７を用意し、その中を水又
はスラリーで浸すことにより反射光を検出する方法を示
している。
【００５８】次に、パッド表面状態と検出画像との関係
について説明する。図１１及び図１３にはそれぞれノイ
ズのない良好な表面状態の検出画像と、多数のノイズが
ある劣化したそれとを示す。
【００５９】また、図１２及び図１４に、図１１及び図
１３におけるＡ−Ａ断面の強度プロファイルを示す。横
軸は画像の画素を縦軸はその画素での信号強度を表して
いる。特徴としては両図とも、５０程度のオフセットを
持つこととスパイク状のピークを持つことがあげられ
る。
【００６０】しかし、これら両者を比較すると、劣化し
たパッド表面画像の方（図１４）がスパイク状のピーク
数及びその強度が、良好な表面画像（図１２）のものよ
り大きいことがわかる。このような違いが生じる原因を
以下に示す。
【００６１】良好な場合、パッド表面はあれた状態であ
り、平坦部が少なくそのため光が散乱され反射光量が小
さい。一方、劣化した場合では、ＣＭＰ処理によりパッ
ド表面に平坦部が形成され、その部分では光が反射され
る。そのため検出画像のピーク数及びその強度が大きく
なると考えられる。すなわち、検出画像のピーク数、ピ
ーク強度、平均強度等を検出することによりパッド表面
状態の評価が可能となる。
【００６２】次に検出画像からパッドの表面状態を評価
する方法の一例として２値化処理を用いる方法を示す。
【００６３】先ず、検出器１０からパッド表面画像（図
１１及び１３参照）をパソコン（ＰＣ）に取り込む。取
り込んだ画像に対して予め設定、または検出画像から算
出したしきい値（図１２及び１４に破線で示した値）に
より２値化処理する。２値化した画像（図１５及び図１
６参照）の面積率を算出する。図１５はパッド表面状態
が良好な図１２を２値化した画像、図１６は劣化した図
１４を２値化した画像を示している。この算出した面積
率はパッド表面の劣化状態と相関があり、この相関関係
からパッドの表面状態が評価可能となる。２値化処理を
することにより画像の特徴を顕著にすることができる。
【００６４】〈実施例２〉上記、パッド評価方法を実現
する具体的な装置構成の一例を図７に示す。ハロゲン光
源またはレーザー光源２０、対物レンズ２５、リレーレ
ンズ２４、ＣＣＤカメラ１９、ＡＦ（自動焦点）ユニッ
ト２１、ＰＣ２３、ガス吹き付けノズル１５から構成さ
れる。対物レンズ２５に焦点深度の大きいものを採用し
た場合、ＡＦは必ずしも必要とならない。ＣＣＤ以外の
撮像素子を用いても良い。
【００６５】ＣＣＤカメラ１９によってパッド表面の画
像を撮像する。この撮像画面をＰＣ２３に取り込み上記
画像処理を行い面積率を求める。
【００６６】〈実施例３〉次に検出系に蛍光観察方式を
用いた場合の一例を示す。図８にその光学系の一例を示
す。励起光源３０、ダイクロイックミラー３１、フィル
ター２６、フィルター２７対物レンズ１４、結像レ
ンズ１２、、検出器１０、ガス吹き付けノズル１５によ
り構成する。
【００６７】光源３０より出た励起光は、バンドパスフ
ィルター２７によって所望の波長帯域の光となり、ダ
イクロイックミラー３１介し対物レンズ１４を通ってパ
ッド１の表面に照射される。励起光によってパッド１に
よって照射光とは異なる波長の光が励起される。この励
起された光は、対物レンズ１４を通りバンドパスフィル
ター２６を通りフィルタとは異なる所望の波長帯域
の光となり検出器１０に結像する。
【００６８】パッド表面に異物や研磨くず等による目詰
まりがある場合その部分から励起光は検出されない。励
起光の強度または強度分布画像に対して画像処理するこ
とによりパッド表面状態の評価をすることができる。
【００６９】図５と同様にパッド表面にスラリーが存在
する場合、検出の妨げとなる。そこでガス吹き付けノズ
ル１５により圧縮ガス１６を吹き付け一時的にスラリー
５を除去する。図６の様に対物レンズ１４を水浸させて
検出させても良い。
【００７０】画像処理としては図５、図６に示す検出系
の場合と同様の方法を用いても良い。この蛍光検出方式
によれば、図５、図６の検出系では検出不可能なパッド
表面上の異物や研磨くず等による目詰まりの評価が可能
となる。
【００７１】〈実施例４〉次に光学系にレーザー散乱方
式を用いた場合の一例を示す。図９にその光学系の一例
を示す。レーザー光源２９、対物レンズ１４、結像レン
ズ１２、検出器２８（ホトマル）、ガス吹き付けノズル
１５により構成する。
【００７２】光源２９より出た光はパッド１の表面に斜
方より照射される。照射光はパッド１表面で散乱され
る。散乱された光の一部は、対物レンズ１４を通り検出
器１０により検出される。この散乱光は被測定対象の表
面状態により、その強度及び強度分布が異なる。散乱光
の強度またはパッド表面画像に対して画像処理すること
によりパッド表面状態の評価をする。
【００７３】図５と同様にパッド表面にスラリー５が存
在する場合、検出の妨げとなる。そこでガス吹き付けノ
ズル１５により圧縮ガス１６を吹き付け一時的にスラリ
ー５を除去する。この場合にも図６の様に対物レンズ１
４を水浸させて検出させても良い。
【００７４】散乱後方式では、図５、図６の検出系の場
合と同様にパッド表面の形状の状態（平坦度）が評価で
きる。画像処理としては図５、図６に示す光学系の場合
と同様の方法を用いても良い。
【００７５】上記、蛍光検出方式及びレーザー散乱方式
においても、パッドの表面状態分布の検出方法及び検出
結果の判定やそれに伴う動作については図５、図６に示
す光学系による場合と同様である。
【００７６】〈実施例５〉周知のＣＭＰ装置に、上記光
学系を備えた研磨パッドの表面状態評価装置４０を搭載
した場合の、処理結果のフィードバック例を図１０に示
す。同図の２３は画像検出及び信号処理用ＰＣ、３２は
アラーム、３３はパッド交換ユニット、３４はドレッシ
ング制御ユニット、３５はスラリー供給制御ユニット、
３６はウェハチャック制御ユニット、３７は研磨盤制御
ユニットをそれぞれ示している。
【００７７】なお、ＣＭＰ加工工程に本発明の研磨パッ
ドの表面状態評価装置４０を適用した例については、先
に図１８で概要を説明しているのでそれをも参照された
い。
【００７８】フィードバック先がアラーム３２である場
合の算出結果の判定処理例としては、面積率と予め設定
したしきい値との比較により判定する方法が挙げられ
る。例えば、図１９に示すように、予め上記面積率とパ
ッドの劣化状態を示すパラメータとしてパッド表面の粗
さとの相関を求めておき、面積率が同様に予め設定した
しきい値を越えた場合にアラームを表示させる方法があ
る。
【００７９】研磨パッドの表面状態評価装置４０の検出
器８からの検出出力を、ドレッサー４のパッドに対する
接触圧力、回転数、揺動運動等のドレッシング条件にフ
ィードバックする場合は、予めドレッシングによる劣化
状態からの回復の度合いとの相関を求めておき、この相
関からドレッシング条件を最適化する。
【００８０】例えば、図１９の相関の他に図２０に示す
ようにパッドの劣化状態を示すパラメータとしてパッド
の表面粗さとそのときのパッド表面状態を回復させるの
に最適なドレッシングの圧力との相関を求めておき、上
記面積率によってドレッシング圧力を最適化する方法が
ある。もちろん面積率と最適ドレッシング圧力との相関
を直接求めておいても良い。
【００８１】また、パッド面内の劣化状態の分布、すな
わちパッド面内の上記面積率の分布を検出しておけば、
ドレッシングの圧力の他に、ドレッシングの回転数や揺
動運動等のその他のドレッシング条件を最適化すること
も可能である。
【００８２】ウェハチャック３のパッドに対する接触圧
力、回転数、揺動運動等及び研磨盤２の回転数等の研磨
条件へフィードバックする場合も、ドレッシングへの場
合と同様な方法によって行う。
【００８３】パッドの交換の判定には、ドレッシング条
件を最適化してもパッド表面状態が回復しないことをも
って判定する。上記はそれぞれのフィードバック先への
判定方法の一例を示したもので、判定方法としては上記
に限らない。また、上記判定及び判定の結果に伴う動作
は装置操作者がマニュアルで行っても良いし、自動で行
っても良い。
【００８４】上記いくつかの例を挙げた検出系を備えた
パッド評価装置は装置に組み込んで用いても、また必要
に応じて装置内に設置して用いても良い。
【００８５】
【発明の効果】本発明によれば研磨パッド表面状態の高
精度の評価が直接的に行うことができ、評価データを基
に高精度の研磨加工管理が可能となる。また、この研磨
パッド表面状態の評価方法をＣＭＰ加工装置に組み込む
ことにより、工程のスループットの向上がはかれる。例
えば、シリコンウェハ上に半導体デバイスを製造する方
法および製造ラインにおけるＣＭＰ工程において、研磨
パッド表面を直接的に高精度に評価することが可能とな
り、工程のスループット向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＭＰ加工の一例示した概略図である。
【図２】パッド劣化の分布の一例を示した概略図であ
る。
【図３】本発明の研磨パッドの表面状態評価装置の一構
成例を示す概略図である。
【図４】本発明の研磨パッドの表面状態評価装置の他の
構成例を示す概略図である。
【図５】本発明の一実施例となる光学系の概略図であ
る。
【図６】本発明の他の実施例となる光学系の概略図であ
る。
【図７】本発明の一実施例となる検出装置の概略図であ
る。
【図８】本発明の他の実施例となる光学系の概略図であ
る。
【図９】本発明の他の実施例となる光学系の概略図であ
る。
【図１０】本発明の実施例となるパッド表面状態評価結
果のフィードバック先の一例を示した概略図である。
【図１１】良好なパッド表面の画像の一例を示した図で
ある。
【図１２】図１１の画像Ａ−Ａにおける強度分布を示し
た図である。
【図１３】劣化したパッド表面の画像の一例を示した図
である。
【図１４】図１３の画像Ａ−Ａにおける強度分布を示し
た図である。
【図１５】図１１の画像を２値化処理した画像である。
【図１６】図１３の画像を２値化処理した画像である。
【図１７】パッド劣化の分布の一例を示した概略図であ
る。
【図１８】半導体製造工程の一部を示した概略図であ
る。
【図１９】画像処理の結果の面積率とパッド表面粗さと
の相関の一例を示した概略図である。
【図２０】パッド表面粗さと最適ドレッシング条件との
相関の一例を示した概略図である。
【符号の説明】
1…パッド、 2…研磨盤、3
…ウェハチャック（ウェハ図示せず） 4…ドレッサ
ー、5…スラリー、 5a…研磨
液（スラリー）の供給ノズル、6…パッドの同心円状劣
化部分、 6a…パッドの斑点状劣化部分、7…パ
ッドの良好部分、 8…検出器、9…信号
処理部、 10…検出器、11…光源
（白色、単色）、 12…結像レンズ、13…
ビームスプリッター、 14…対物レンズ、1
5…ガス吹き付けノズル、 16…圧縮ガス、
17…水槽、 18…水または
スラリー、19…ＣＣＤカメラ、 20
…光源（ハロゲン等）、21…ＡＦ（自動焦点）ユニッ
ト、 23…画像検出及び信号処理用ＰＣ、24…リ
レーレンズ、 25…対物レンズ、26
…フィルター、 27…フィルター
、28…検出器（ホトマル）、 29…光源
（レーザ）、30…励起光源、 3
1…ダイクロイックミラー、32…アラーム、
33…パッド交換ユニット、34…ドレッシ
ング制御ユニット、 35…スラリー供給制御ユニ
ット、36…ウェハチャック制御ユニット、 37…研
磨盤制御ユニット、40…研磨パッドの表面状態評価装
置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野本 峰生 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 (72)発明者 相内 進 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） 2F065 AA49 BB01 BB26 CC17 DD00 FF01 FF41 GG02 GG04 GG22 GG24 HH12 HH13 JJ01 JJ03 JJ08 JJ09 JJ17 JJ26 KK01 MM04 PP13 QQ05 QQ08 QQ41 UU05 3C047 AA02 AA08 BB01 3C058 AA07 AA09 AA19 AC02 BA02 BA04 BA05 BA07 BA09 BB09 CB01 CB03 CB05 DA17

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】研磨パッド表面に光を照射し、この光照射
    領域から検出される光学情報信号に基づいて前記研磨パ
    ッドの表面状態を評価することを特徴とする研磨パッド
    の表面状態評価方法。
  2. 【請求項２】前記検出される光学情報信号が、反射光、
    表面画像及び蛍光の少なくとも１種を含むことを特徴と
    する請求項１記載の研磨パッドの表面状態評価方法。
  3. 【請求項３】前記検出される光学情報信号が表面画像信
    号であって、この検出画像信号を２値化処理し、その結
    果得られる２値化画像の面積率に基づいて前記研磨パッ
    ドの表面状態を評価することを特徴とする請求項１もし
    くは２記載の研磨パッドの表面状態評価方法。
  4. 【請求項４】研磨パッド表面に光を照射する照射手段
    と、前記研磨パッドの光照射領域から光学情報を検出す
    る検出手段と、検出した光学情報信号に基づいて前記研
    磨パッドの表面状態を評価する処理手段とを備えること
    を特徴とする研磨パッドの表面状態評価装置。
  5. 【請求項５】前記光学情報を検出する検出手段が、前記
    光照射領域からの反射光、表面画像及び蛍光の少なくと
    も１種の光学情報を検出する検出手段であることを特徴
    とする請求項４記載の研磨パッドの表面状態評価装置。
  6. 【請求項６】前記光学情報を検出する検出手段が、前記
    光照射領域からの表面画像情報を検出する検出手段であ
    って、前記検出手段で検出された画像信号を２値化処理
    し、その結果得られる２値化画像の面積率に基づいて前
    記研磨パッドの表面状態を評価する処理手段を備えるこ
    とを特徴とする請求項４もしくは５記載の研磨パッドの
    表面状態評価装置。
  7. 【請求項７】基板上に形成され凹凸面を有する薄膜を研
    磨パッドにより研磨し平坦化処理する工程と、前記研磨
    パッドの表面状態を評価し、この評価結果に基づいてド
    レッサーによる研磨パッドのドレッシング条件を最適化
    する工程とを含む薄膜デバイスの製造方法であって、前
    記研磨パッドの表面状態の評価を請求項１乃至３のいず
    れか一つに記載の研磨パッドの表面状態評価方法で構成
    したことを特徴とする薄膜デバイスの製造方法。
  8. 【請求項８】前記研磨パッドにより研磨し平坦化処理す
    る工程は、ＣＭＰ加工工程を含むことを特徴とする請求
    項７記載の薄膜デバイスの製造方法。
  9. 【請求項９】前記ドレッサーによる研磨パッドのドレッ
    シング条件を最適化する工程においては、前記研磨パッ
    ドの表面状態の評価結果に基づいて、前記ドレッサーの
    研磨パッドに対する接触圧力、回転数及び揺動運動の周
    期のいずれかを制御するか、もしくはドレッサー材質を
    選択することを特徴とする請求項７もしくは８記載の薄
    膜デバイスの製造方法。
  10. 【請求項１０】半導体デバイスの表面に形成した膜を研
    磨する研磨手段と、前記研磨手段の研磨パッドの表面状
    態を評価する手段とを備えた薄膜デバイスの製造装置で
    あって、前記研磨パッドの表面状態を評価する手段を、
    請求項４乃至６のいずれか一つに記載の研磨パッドの表
    面状態評価装置で構成したことを特徴とする薄膜デバイ
    スの製造装置。
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