JP2015155128A - 研磨パッドのコンディショニング方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】研磨パッド2のドレッシング中に、算術平均粗さ(Ra),二乗平均平方根粗さ(Rq),粗さ曲線の最大谷深さ(Rv),粗さ曲線の最大山高さ(Rp)および最大高さ粗さ(Rz)の5つの指標のうち少なくとも1つの指標で表される研磨パッドの表面粗さを測定し、測定された表面粗さと予め設定された目標表面粗さとを比較し、比較結果に基づいて研磨パッド2を加熱又は冷却することにより研磨パッド2の表面温度を調整する。
【選択図】図5
Description
ドレッシングにより研磨パッドの表面が粗されるが、その表面粗さは研磨レートと相関関係がある。一方、研磨パッドの表面粗さは、従来のドレッシング条件以外にも、研磨パッドの温度によっても影響を受けると考えられる。
本発明によれば、研磨パッドの表面温度を調整しつつ研磨パッドのドレッシングを行い、研磨パッドの測定表面粗さと予め設定された目標表面粗さとを比較して表面粗さの判定を行う。測定表面粗さが目標表面粗さに等しい場合には、研磨パッドのドレッシングを終了するとともに研磨パッドの表面温度の調整を終了する。測定表面粗さが目標表面粗さに等しくない場合には、ドレッシングを行いながら、目標表面粗さとなるように研磨パッドの表面温度を制御する工程を継続して行う。
本発明によれば、研磨パッドの表面粗さと研磨パッドの表面温度との関係と、研磨パッドの表面粗さと研磨性能との関係を用いて、研磨パッドの表面粗さを介して所望の研磨性能(研磨レート)を得るために調整する研磨パッドの表面温度を設定することができる。
本発明の好ましい態様によれば、前記研磨パッドの表面温度が予め定めた温度に達したら、ドレッシングを開始することを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記研磨パッドの表面温度の調整は、温度調整した流体を内部に供給したパッド接触部材を前記研磨パッドに接触させることにより行うか、もしくは、温度調整した流体を前記研磨パッドに供給することにより行うことを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、基板の研磨中も、前記研磨パッドの表面温度を調整しつつ、ドレッシングを行うことを特徴とする。
本発明によれば、研磨パッドのドレッシング中に、研磨パッドの表面温度を調整することにより、最適な研磨レートを得るための研磨パッドの表面粗さを効率よく作り上げることができる。
本発明の好ましい態様によれば、前記研磨パッドの表面温度の調整は、温度調整した流体を内部に供給したパッド接触部材を前記研磨パッドに接触させることにより行うか、もしくは、温度調整した流体を前記研磨パッドに供給することにより行うことを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記研磨パッドの表面粗さが所望の表面粗さになるまで、前記研磨パッドの表面温度が所定の温度を維持するように研磨パッドの表面温度を調整することを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、基板の研磨中も、前記研磨パッドの表面温度を調整しつつ、ドレッシングを行うことを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記研磨パッドの温度調整手段は、温度調整した流体を内部に供給して下面を前記研磨パッドに接触させるパッド接触部材からなるか、もしくは、温度調整した流体を前記研磨パッドに供給するノズルからなることを特徴とする。
本発明によれば、ドレッシング中に2つ以上のパッド接触部材又は2つ以上のノズルにより研磨パッドの半径方向の異なった領域毎に温度調整を行うことができるため、研磨パッドの半径方向に表面粗さを変えることができる。このように、研磨パッドの半径方向に表面粗さが異なる領域を形成することにより、基板の研磨プロファイルの調整ができる。
本発明によれば、研磨パッドの表面粗さ測定手段は、研磨テーブルの回転方向に対して、ドレッサの下流側の箇所を測定する位置に配置されているため、研磨パッドの表面粗さ測定手段は、ドレッサによりドレッシングされた直後の箇所における研磨パッドの表面粗さを測定することが可能になる。
本発明の第四の態様は、前記研磨パッドを貼り付ける研磨テーブルと、請求項16乃至23のいずれか一項に記載の研磨パッドのコンディショニング装置を備えたことを特徴とする研磨装置である。
(1)研磨パッドの表面粗さをモニターし且つ研磨パッドの温度を制御しつつドレッシングを行うことにより、最適な研磨レートを得るための研磨パッドの表面粗さを効率よく作り上げることができる。
(2)目標とする研磨パッドの表面粗さを得ることにより、研磨レートが最適化されて生産性向上が達成でき、更には製品歩留まり向上が達成できる。
(3)効率よく研磨パッドの表面を粗すことにより、研磨パッドの寿命を延ばすことができる。
研磨パッドは、温度により弾性率が変わる。すなわち、研磨パッドは、温度が高いと弾性率が大きくなり、温度が低いと弾性率が小さくなる。研磨パッドの弾性率は、研磨パッドをドレッシングした時の研磨パッドの表面粗さに影響を及ぼす。
図2(a)は、下面にダイアモンド砥粒DAを備えたドレッサ22によって研磨パッド2をドレッシングしている状態を示す模式図であり、図2(b)は、図2(a)のA部の拡大図である。図2(a),(b)ではダイアモンド砥粒DAは拡大して図示している。図2(a)の矢印で示すように、ドレッシング中、ドレッサ22は軸心の回りに回転しつつ研磨パッド2の表面に沿って移動する。ドレッシングの際にダイアモンド砥粒DAは、図2(b)に示すように、ドレッサ荷重により研磨パッド2の表面に喰い込む。このとき、研磨パッドの弾性率が小さい場合、研磨パッドが硬く、ドレッサ22のダイアモンド砥粒DAが研磨パッド2を押す力が逃げず、ダイアモンド砥粒DAで押しつける力を研磨パッド2がきちんと受ける。図2(b)において、ダイアモンド砥粒DAが研磨パッド2を押す力は実線矢印Fで示し、この力Fを研磨パッド2が実線矢印で示すようにきちんと受ける。したがって、砥粒は、荷重をかけた分、研磨パッド2を削り取ることになり、研磨パッド2の表面粗さは粗くなる傾向にある。
図3(a),(b)は、研磨パッドの弾性率が大きい場合における研磨パッドとダイアモンド砥粒DAとの関係を示す図である。図3(a)は、図2(a)のA部の拡大図であり、図3(b)は、図3(a)に示すダイアモンド砥粒DAに隣接したダイアモンド砥粒DAを追加して示す拡大図である。
研磨パッドの弾性率が大きい場合、研磨パッドが軟らかく、図3(a)に示すように、ダイアモンド砥粒DAが研磨パッド2を押す力が左右に逃げてしまい、ダイアモンド砥粒DAで押しつける力を研磨パッド2で十分に受けない。図3(a)において、ダイアモンド砥粒DAが研磨パッド2を押す力は実線矢印Fで示し、この力Fを研磨パッド2が実線矢印で示すように受けるが、一部の力が点線矢印で示すように逃げる。したがって、砥粒は、研磨パッド2を削りにくく、研磨パッド2の表面粗さは細かくなる傾向にある。そして、図3(b)のB部に示すように、隣接する砥粒間の研磨パッド2の盛り上がりにより、研磨パッド2の削られ方に影響があり、この点からも研磨パッド2の表面粗さは細かくなる傾向にある。
図4は、表面粗さの算術平均粗さ(Ra)と研磨速度(RR)との関係を示す測定データの表及びグラフである。研磨速度の単位はnm/minである。図4のグラフに示すデータは、表面粗さと研磨速度の相関係数が0.96となる強い相関関係を示す研磨パッド領域を選択して表面粗さを求めた場合のデータである。図4の表に示すデータは、4種類の研磨速度で研磨するときの、研磨パッド表面の表面粗さ及び標準化した表面粗さである。図4から明らかなように研磨パッドの表面粗さが大きくなるほど研磨速度が向上し、表面粗さが1.1の付近で研磨速度は最大値をとっている。このように研磨パッドの表面粗さは、研磨性能と強い関連性を示すことが分かる。
具体的には、達成したい研磨性能があるときにその研磨性能に対応する研磨パッドの表面粗さ(目標)を求め、その求めた表面粗さに対応する研磨パッドの表面温度になるように温度調整しながら、そのパッド温度とパッド表面粗さに対するドレッシング条件で研磨パッドをドレッシングする。ドレッシング中、研磨パッドの表面粗さをモニターし、研磨パッドの表面粗さが目標表面粗さに到達したら、ドレッシング終了とする。一定時間経過しても研磨パッドの表面粗さが目標表面粗さにならない場合には、目標表面粗さとモニターした表面粗さ(または測定した表面粗さ)とを比較し、目標表面粗さとモニターした表面粗さの差に基づいて研磨パッド温度を上げるか、または研磨パッド温度を下げるように調整する。
そのため、本発明のコンディショニング装置は、ドレッシング装置20に加えて、研磨パッドの表面粗さを測定する測定ユニットおよび研磨パッドの温度を調整する温度調整ユニットを備えている。
制御部60には、CMPプロセスにより定まる目標となる研磨パッドの表面粗さ(目標表面粗さ)が予め設定されている。また、ドレッシング条件として、ドレッサ荷重、ドレッサ回転速度、ドレッシング時間、研磨テーブルの回転速度、を一定とし、研磨パッドの温度を変えてドレッシングをし、その時の研磨パッドの表面粗さを測定することにより、研磨パッドの表面粗さと研磨パッドの温度との関係を予め求めておき、この求めた研磨パッドの表面粗さと研磨パッドの温度との関係を制御部60に蓄積させてある。なお、ドレッサの揺動速度を一定とするというドレッシング条件を加えてもよい。この関係はテーブルの形式等で蓄積させてある。
1a テーブル軸
2 研磨パッド
2a 研磨面
3 供給ノズル
10 トップリング
11 トップリングシャフト
12 トップリングヘッド
13 トップリングヘッドシャフト
15 コンディショニング装置
20 ドレッシング装置
21 ドレッサアーム
22 ドレッサ
22a ドレッシング部材
23 揺動軸
30 研磨パッドの表面粗さ測定ユニット
31 投光部
32 受光部
40 研磨パッドの温度調整ユニット
41,41−1,41−2 パッド接触部材
42,42−1,42−2 支持アーム
43,43−1,43−2 支持軸
44,44−1,44−2 サーモグラフ又は放射温度計
45 液体供給システム
46 液体供給タンク
47 供給ライン
48 戻りライン
50,50−1,50−2 流量調整弁
51 温調コントローラ
54 冷水ライン
55 排水ライン
60 制御部
Claims (24)
- 基板を研磨する研磨テーブル上の研磨パッドにドレッサを押し当ててドレッシングをして研磨パッドの表面粗さを調整する研磨パッドのコンディショニング方法であって、
前記研磨パッドのドレッシング中に、算術平均粗さ(Ra),二乗平均平方根粗さ(Rq),粗さ曲線の最大谷深さ(Rv),粗さ曲線の最大山高さ(Rp)および最大高さ粗さ(Rz)の5つの指標のうち少なくとも1つの指標で表される研磨パッドの表面粗さを測定し、測定された表面粗さと予め設定された目標表面粗さとを比較し、比較結果に基づいて前記研磨パッドを加熱又は冷却することにより研磨パッドの表面温度を調整することを特徴とする研磨パッドのコンディショニング方法。 - 前記研磨パッドの表面温度を所定の温度に調整しつつ、前記測定された表面粗さが前記目標表面粗さになるまで前記研磨パッドのドレッシングを行うことを特徴とする請求項1に記載の研磨パッドのコンディショニング方法。
- 前記所定の温度は、研磨パッドの表面粗さと研磨パッドの表面温度との関係と、研磨パッドの表面粗さと研磨性能との関係より、所望の研磨性能に対応する研磨パッドの表面温度であることを特徴とする請求項2に記載の研磨パッドのコンディショニング方法。
- 前記研磨パッドの表面粗さが目標表面粗さに到達したら、ドレッシングを終了することを特徴とする請求項2に記載の研磨パッドのコンディショニング方法。
- 前記研磨パッドの表面温度が予め定めた温度に達したら、ドレッシングを開始することを特徴とする請求項1に記載の研磨パッドのコンディショニング方法。
- 前記研磨パッドの表面粗さを測定する際には、前記ドレッサを前記研磨パッドに押し当てて揺動させ、前記研磨テーブルを回転させるか、又は、前記ドレッサを前記研磨パッドから離して前記研磨テーブルの回転を止めることを特徴とする請求項1又は2に記載の研磨パッドのコンディショニング方法。
- 前記研磨パッドの表面温度の調整は、温度調整した流体を内部に供給したパッド接触部材を前記研磨パッドに接触させることにより行うか、もしくは、温度調整した流体を前記研磨パッドに供給することにより行うことを特徴とする請求項1又2に記載の研磨パッドのコンディショニング方法。
- 基板の研磨中も、前記研磨パッドの表面温度を調整しつつ、ドレッシングを行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の研磨パッドのコンディショニング方法。
- 基板を研磨する研磨テーブル上の研磨パッドにドレッサを押し当ててドレッシングをして研磨パッドの表面粗さを調整する研磨パッドのコンディショニング方法であって、
前記研磨パッドのドレッシング中に、算術平均粗さ(Ra),二乗平均平方根粗さ(Rq),粗さ曲線の最大谷深さ(Rv),粗さ曲線の最大山高さ(Rp)および最大高さ粗さ(Rz)の5つの指標のうち少なくとも1つの指標で表される研磨パッドの表面粗さをモニターし、
前記研磨パッドのドレッシング中に、前記研磨パッドの表面温度を所定の温度に調整することを特徴とする研磨パッドのコンディショニング方法。 - 前記所定の温度は、研磨パッドの表面粗さと研磨パッドの表面温度との関係と、研磨パッドの表面粗さと研磨性能との関係より、所望の研磨性能に対応する研磨パッドの表面温度であることを特徴とする請求項9に記載の研磨パッドのコンディショニング方法。
- 前記研磨パッドの表面温度の調整は、温度調整した流体を内部に供給したパッド接触部材を前記研磨パッドに接触させることにより行うか、もしくは、温度調整した流体を前記研磨パッドに供給することにより行うことを特徴とする請求項9に記載の研磨パッドのコンディショニング方法。
- 前記研磨パッドの表面粗さが所望の表面粗さになったら、ドレッシングを終了することを特徴とする請求項9に記載の研磨パッドのコンディショニング方法。
- 前記研磨パッドの表面粗さが所望の表面粗さになるまで、前記研磨パッドの表面温度が所定の温度を維持するように研磨パッドの表面温度を調整することを特徴とする請求項9に記載の研磨パッドのコンディショニング方法。
- 前記研磨パッド上に、研磨パッドの半径方向に複数のエリアを定義し、エリア毎に異なる温度に調整して、ドレッシングを行うことを特徴とする請求項9に記載の研磨パッドのコンディショニング方法。
- 基板の研磨中も、前記研磨パッドの表面温度を調整しつつ、ドレッシングを行うことを特徴とする請求項9に記載の研磨パッドのコンディショニング方法。
- 基板を研磨する研磨テーブル上の研磨パッドをドレッシングして研磨パッドの表面粗さを調整する研磨パッドのコンディショニング装置であって、
前記研磨パッドに押し当てて研磨パッドのドレッシングを行うドレッサと、該ドレッサを回転させるとともに研磨パッドの表面に沿って移動させる機構とを備えたドレッシング装置と、
前記研磨パッドの表面粗さを測定する研磨パッドの表面粗さ測定手段と、
前記研磨パッドの表面温度を調整する研磨パッドの温度調整手段と、
前記ドレッシング装置、前記研磨パッドの表面粗さ測定手段および前記研磨パッドの表面温度調整手段を制御する制御部とを備え、
前記研磨パッドの表面粗さ測定手段により、前記研磨パッドのドレッシング中に、算術平均粗さ(Ra),二乗平均平方根粗さ(Rq),粗さ曲線の最大谷深さ(Rv),粗さ曲線の最大山高さ(Rp)および最大高さ粗さ(Rz)の5つの指標のうち少なくとも1つの指標で表される研磨パッドの表面粗さを測定することを特徴とする研磨パッドのコンディショニング装置。 - 前記制御部は、前記研磨パッドの表面粗さ測定手段により測定された表面粗さと予め設定された目標表面粗さとを比較し、比較結果に基づいて前記研磨パッドの温度調整手段を制御することにより研磨パッドの表面温度を調整することを特徴とする請求項16に記載の研磨パッドのコンディショニング装置。
- 前記制御部には、研磨パッドの表面粗さと研磨パッドの表面温度との関係と、研磨パッドの表面粗さと研磨性能との関係が蓄積されていることを特徴とする請求項16に記載の研磨パッドのコンディショニング装置。
- 前記研磨パッドの温度調整手段は、温度調整した流体を内部に供給して下面を前記研磨パッドに接触させるパッド接触部材からなるか、もしくは、温度調整した流体を前記研磨パッドに供給するノズルからなることを特徴とする請求項16に記載の研磨パッドのコンディショニング装置。
- 前記パッド接触部材又は前記ノズルは前記研磨パッドの半径方向に2つ以上設置され、
前記2つ以上のパッド接触部材又は前記ノズルは、各々独立して研磨パッドの表面温度を調整可能であることを特徴とする請求項19に記載の研磨パッドのコンディショニング装置。 - 前記研磨パッドの表面粗さ測定手段は、前記ドレッサを保持するドレッサアームに取り付けられていることを特徴とする請求項16に記載の研磨パッドのコンディショニング装置。
- 前記研磨パッドの表面粗さ測定手段は、前記研磨テーブルの回転方向に対して、前記ドレッサの下流側の箇所を測定する位置に配置されていることを特徴とする請求項16に記載の研磨パッドのコンディショニング装置。
- 前記研磨パッドの表面粗さ測定手段は、レーザ光を投光する投光部と研磨パッドからの反射光を受光する受光部を備えることを特徴とする請求項16に記載の研磨パッドのコンディショニング装置。
- 前記研磨パッドを貼り付ける研磨テーブルと、
請求項16乃至23のいずれか一項に記載の研磨パッドのコンディショニング装置を備えたことを特徴とする研磨装置。
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