JP2000202758A

JP2000202758A - 研磨布コンディショナを備えたウェハ研磨装置

Info

Publication number: JP2000202758A
Application number: JP873999A
Authority: JP
Inventors: Minoru Numamoto; 実沼本
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 1999-01-18
Filing date: 1999-01-18
Publication date: 2000-07-25
Anticipated expiration: 2019-01-18
Also published as: JP3045236B1

Abstract

(57)【要約】【課題】コンディショニング処理されたウェハの研磨
布の表面の調整状態を常に同じに定量的に管理すること
ができる。【解決手段】本発明の研磨布コンディショナを備えた
ウェハ研磨装置は、研磨布コンディショナ５が研磨布４
の表面を調整する際に、該コンディショナに加わる摩擦
力を検出する検出装置を備えている。これは、研磨布と
ヘッド部９の作用面との摩擦力によってコンディショナ
は横方向の力を受けて平衡バネ７が撓み、この撓みをコ
ア１２の相対位置の変化で検出し、摩擦力を検出してい
る。この摩擦力が一定値以内になるようにして、研磨布
の表面状態を管理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＳＩの多層化さ
れた金属配線構造の形状に必要となる層間絶縁膜の平坦
化、金属プラグ形成および埋め込み金属配線の形成に用
いられる化学的機械的研磨（ケミカルメカニカルポリシ
ング、以下ＣＭＰと称する）法によってウェハを研磨す
る研磨布コンディショナを備えたウェハ研磨装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＬＳＩの高集積化、高性能化のた
めに様々な微細加工技術が開発・研究されており、その
一つとしてＣＭＰが注目されている。ＣＭＰは、研磨剤
（スラリー）と被研磨体との間の化学的作用と、研磨剤
中の研磨粒子の機械作用とを複合した研磨技術であり、
被研磨面に形成される変質層が小さく、研磨速度が速い
という特徴を有することから、半導体の製造工程、特に
多層配線形成工程における層間絶縁膜の平坦化、金属プ
ラグ形成、埋め込み金属配線形成において、重要な技術
となっている。

【０００３】ＣＭＰ法によるウェハ研磨装置は、表面に
研磨布（研磨パッド）が貼布された円盤状の研磨定盤
（プラテン）と、研磨するウェハの一面を保持して研磨
布にウェハの他面を当接させる複数のウェハ保持ヘッド
と、これらのウェハ保持ヘッドを研磨定盤に対し相対回
転させるヘッド駆動機構とを備え、研磨布とウェハの間
に研磨粒子を含む研磨剤を供給することにより、ウェハ
の研磨を行うことが、従来より広く行われている。

【０００４】この研磨布は、一般に弾性のあるポリウレ
タン等で作られ、研磨作業に伴って、この研磨布の表面
も摩耗又は目詰り等が起きて劣化、平滑化し、研磨効率
が悪化する。そこで従来より、研磨布の交換作業を容易
にしたものとして、特公平２−３０８２７号公報に記載
された装置が知られている。この装置は、磨きプラテン
（定盤回転台）に設けられたピンを磨きパッド（研磨
布）が接着されたキャリアプラテン（研磨定盤）の孔に
挿入することによって、キャリアプラテンを保持して磨
きパッドの劣化に伴う交換作業を容易にしている。

【０００５】しかしながら新しい研磨布に交換した場
合、研磨布の表面が研磨剤に馴染んでおらず、新しい研
磨布とある程度研磨を行った研磨布では研磨状態が異な
り、研磨後のウェハの状態に差が生じる。このような状
態を回避するため、新しい研磨布に交換した場合には、
ある程度の時間ダミーウェハを研磨して研磨布の表面を
調整する初期化処理を行っている。

【０００６】また従来より、研磨作業による研磨布表面
の摩耗や研磨屑の付着又は研磨剤による目詰り等の対策
として、特許第２８１５３４９号公報に記載された装置
等の研磨布表面を調整する研磨布調整処理を行ってい
る。この公報に記載の装置は、パッドコンディショナを
備えていて、コンディショニング時に該パッドコンディ
ショナのコンディショニング工具を高周波振動又は超音
波振動させてパッド（研磨布）を接触させることによ
り、パッドの目詰りを除去するものである。このような
初期化処理や研磨布調整処理を一般に研磨布のコンディ
ショニング処理と呼んでおり、このコンディショニング
処理のために回転する研磨布の表面に接触する装置をコ
ンディショナと呼んでいる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、ＣＭＰ
による研磨装置ではコンディショナによる研磨布のコン
ディショニング処理を行う必要があるが、このコンディ
ショニング処理された研磨布の表面の調整状態（ドレス
状態）は、コンディショニング処理の時間（ドレス時
間）と実際にウェハを加工したときのウェハ表面の加工
状況で管理していた。しかしながら、この方法は、経験
からこのドレス時間、例えば２分間又は５分間等を出し
ていたため、常に同じに研磨布の表面を保つのが困難で
あった。またドレス状態が一定でないと研磨率が一定せ
ず、ウェハの表面の加工状況が均一にならない等の問題
があった。

【０００８】本発明は、上記の問題に鑑みてなされたも
のであり、従来の定性的な管理に代えて、コンディショ
ニング処理された研磨布の表面の調整状態を常に同じに
定量的に管理することができることを目的とする。更に
本発明は、研磨布コンディショナ及び研磨布の劣化を管
理することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するための手段として特許請求の範囲の各請求項に記
載された研磨布コンディショナを備えたウェハ研磨装置
を提供する。請求項１に記載の研磨布コンディショナを
備えたウェハ研磨装置は、研磨布のコンディショニング
中に研磨布コンディショナに加わる摩擦力を検出する検
出装置を研磨布コンディショナに設けたものであり、こ
れにより研磨布の表面の調整状態を定量的に監視でき、
管理を容易にしている。

【００１０】請求項２に記載の該装置は、検出装置とし
て差動トランスを使用したものであり、請求項１の該装
置と同様の効果を奏する。請求項３に記載の該装置は、
検出装置からの検出値を一定値以内に収めるようにし
て、コンディショニング後の研磨布の表面の状態を常に
同じ状態に管理できるようにしたものである。

【００１１】請求項４に記載の該装置は、研磨布コンデ
ィショナの使用時間と検出装置の検出値が一定になるま
でのコンディショニング時間とを管理することによっ
て、研磨布コンディショナの劣化をも定量的に監視する
ことができるようにしている。請求項５に記載の該装置
は、研磨布の使用時間と検出装置の検出値が一定になる
までのコンディショニング時間とを管理することによっ
て、研磨布の劣化をも定量的に監視することができるよ
うにしている。

【００１２】請求項６に記載の該装置は、請求項３〜５
記載の研磨布の表面状態、研磨布及び研磨布コンディシ
ョナの劣化状態の三者を定量的に監視できるようにした
ものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態の研磨布
コンディショナを備えたウェハ研磨装置を説明する。図
１は、コンディショニング中における研磨布コンディシ
ョナの縦断面図である。モータ１により回転する定盤回
転台２の上には研磨定盤３が着脱自在に取り付けられ、
定盤回転台２と一緒に回転する。研磨定盤３の上面に
は、弾性のあるポリウレタン等で作られた研磨布４が貼
り付けられている。ウェハの研磨作業においては、回転
する研磨定盤３の研磨布４の上に、図示していないノズ
ルから研磨剤（スラリー）が供給されると共に、同じく
図示していないウェハ保持ヘッドが、研磨するウェハを
保持して研磨布４に所定の圧力で押し付けながら回転し
て、ウェハの表面を研磨する。

【００１４】このウェハの研磨作業により、研磨布４の
表面が摩耗したり、目詰り等を起こして劣化したとき
に、ウェハ保持ヘッドが退去して研磨作業が停止し、次
いで研磨布コンディショナ５が研磨布４の上面に移動し
てきて、研磨布のコンディショニング作業が行われる。
この状態が図１に示されている。該コンディショナ５
は、回転軸６と平衡バネ７を介して接続され、モータ８
の回転に伴い回転する。また該コンディショナ５は、ヘ
ッド部９と本体部１０の２つの部分からなり、これらは
互いにフック状に係合され、ヘッド部９の自重で本体部
１０に従動して回転するようになっている。

【００１５】ヘッド部９のコンディショニング作用面に
は、ダイヤモンドが電着されている。本体部１０には、
コア１２を保持するためのホルダー１１が、その上面に
設けられている。一方、平衡バネ７の中心部が開口され
ており、ここにボビン１３が設けられ、ホルダー１１に
保持されたコア１２とで差動トランスを構成し、コンデ
ィショニング作業において、研磨布４とヘッド部９の作
用面との摩擦力によってコンディショナ５は横方向の力
を受けて平衡バネ７が撓み、この撓みをコア１２の相対
位置の変化で検出し、摩擦力を検出できるようになって
いる。そして、この摩擦力がある一定値、例えば５％以
内に入るまで、コンディショニング作業を行う。これに
より均一な研磨布の表面状態が得られる。

【００１６】更にまた、例えばモータ１及び８の積算回
転数や時間管理等により、研磨布コンディショナ５及び
研磨布４の使用時間や、一定の摩擦力になるまでのコン
ディショニング作業時間をコンピュータに入力して、該
コンディショナ５及び研磨布の劣化を割り出し管理する
ことも可能である。

【００１７】なお上記した本発明の実施の形態の研磨布
コンディショナ５では、摩擦力の検出機構として、差動
トランスを用いているが、他に圧電素子、ロードセル、
容量センサ等の検出機構を採用することも可能であり、
要は変位検出器であればよい。

【００１８】以上説明したように、本発明の研磨布コン
ディショナを備えたウェハ研磨装置は、従来、定性的に
経験上から研磨布のコンディショニング作業時間を決め
ていたものを、研磨布表面の摩擦力を検出することによ
り、研磨布の表面の調整状態を定量的に知ることがで
き、コンディショニング後の研磨布の表面の状態を常に
同じ状態に加工できる。更にまた、研磨布コンディショ
ナや研磨布の劣化を正確に知ることができ、これらの交
換の管理が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の研磨布コンディショナの
縦断面図である。

【符号の説明】

１，８…モータ３…研磨定盤４…研磨布５…研磨布コンディショナ６…回転軸７…平衡バネ９…ヘッド部１０…本体部１１…ホルダー１２…コア１３…ボビン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】化学的機械的研磨（ＣＭＰ）法によって
ウェハの研磨を行うウェハ研磨装置の研磨定盤の表面に
設けられた研磨布の状態を調整する研磨布コンディショ
ナを備えたウェハ研磨装置において、前記研磨布コンディショナが、研磨布の表面を調整する
際に、前記研磨布コンディショナに加わる摩擦力を検出
する検出装置を備えていることを特徴とする研磨布コン
ディショナを備えたウェハ研磨装置。
【請求項２】前記検出装置が差動トランスからなるこ
とを特徴とする請求項１に記載の研磨布コンディショナ
を備えたウェハ研磨装置。
【請求項３】前記検出装置から検出された数値が、所
定の一定値内に収まるようにして研磨布表面の状態を管
理する手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２に
記載の研磨布コンディショナを備えたウェハ研磨装置。
【請求項４】前記研磨布コンディショナの使用時間
と、前記検出装置から検出された数値が所定の一定値に
なるまでのコンディショニングの時間とによって、前記
研磨布コンディショナの劣化を割り出し管理する手段を
設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に
記載の研磨布コンディショナを備えたウェハ研磨装置。
【請求項５】前記研磨布の使用時間と、前記検出装置
から検出された数値が所定の一定値になるまでのコンデ
ィショニングの時間とによって、前記研磨布の劣化を割
り出し管理する手段を設けたことを特徴とする請求項１
〜４のいずれか１項に記載の研磨布コンディショナを備
えたウェハ研磨装置。
【請求項６】前記検出装置から検出された数値が所定
の一定値内に収まるようにして研磨布表面の状態を管理
する手段と、前記研磨布コンディショナの使用時間と、
前記研磨布の使用時間及び前記検出装置から検出された
数値が所定の一定値になるまでのコンディショニングの
時間とによって、前記研磨布コンディショナ及び研磨布
の劣化を割り出し管理手段を設けたことを特徴とする請
求項１又は２に記載の研磨布コンディショナを備えたウ
ェハ研磨装置。