JP6113552B2 - 研磨装置及び摩耗検知方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、CMP装置では、研磨パッドの全面の摩耗により耐用期間を経過する前
に偏摩耗が生じ、これにより研磨パッドの交換が必要となるときがある。たとえば、このCMP装置の研磨テーブルに研磨パッドを貼付する際に、研磨テーブルと研磨パッドとの間に空気(気泡)が混入すると、研磨パッドの空気が混入した部分が研磨テーブルに対してわずかに盛り上がることになる。なお、これに限らず、他の原因により研磨パッドの表面に多少の凹凸が生じる場合がある。このような状態で、基板の化学的機械的研磨や、研磨パッドのドレッシングを行うと、研磨パッドの盛り上がった部分が他の部分に比べて接触圧が強くなり摩耗する、即ち偏摩耗が発生する。研磨パッドに偏摩耗が発生した状態で基板に化学的機械的研磨を行うと、研磨した基板の平坦性や、研磨レートが低下する虞がある。
記ドレッサ揺動軸の揺動トルクの値に基づいて、前記テーブル駆動軸の回転数の値の変化量、前記テーブル駆動軸の回転トルクの値の変化量、前記ドレッサ駆動軸の回転数の値の変化量、前記ドレッサ駆動軸の回転トルクの値の変化量、又は前記ドレッサ揺動軸の揺動トルクの値の変化量を算出し、該変化量が所定の値を超えたか否かを判定するように構成された制御部と、を備える。
本発明の別の形態に係る研磨装置において、前記センサは、前記ドレッシング部によりドレッシングが開始されてから所定時間経過後に、前記テーブル駆動軸の回転数の値、前記テーブル駆動軸の回転トルクの値、前記ドレッサ駆動軸の回転数の値、前記ドレッサ駆動軸の回転トルクの値、及び前記ドレッサ揺動軸の揺動トルクの値のうち少なくとも一つの検知を開始する。
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る摩耗検知方法は、研磨装置に用いられる研磨テーブルに配置される研磨パッドの摩耗を検知する摩耗検知方法であって、前記研磨テーブルを回転駆動させるテーブル駆動軸の回転数の値、該テーブル駆動軸の回転トルクの値、ドレッサを回転駆動させるドレッサ駆動軸の回転数の値、該ドレッサ駆動軸の回転トルクの値、又は前記ドレッサを揺動させるドレッサ揺動軸の揺動トルクの値を、所定時間毎に検知する工程と、該検知した前記テーブル駆動軸の回転数の値、前記検知した前記テーブル駆動軸の回転トルクの値、前記検知した前記ドレッサ駆動軸の回転数の値、前記検知した前記ドレッサ駆動軸の回転トルクの値、又は前記検知した前記ドレッサ揺動軸の揺動トルクの値に基づいて、前記テーブル駆動軸の回転数の値の変化量、前記テーブル駆動軸の回転トルクの値の変化量、前記ドレッサ駆動軸の回転数の値の変化量、前記ドレッサ駆動軸の回転トルクの値の変化量、又は前記ドレッサ揺動軸の揺動トルクの値の変化量を算出する工程と、該変化量が所定の値を超えたか否かを判定する工程と、を備える。
たドレッサ揺動軸の揺動トルクの値、に基づいて算出した値と、前記検知された所定時間毎の前記テーブル駆動軸の回転トルクの値のうち他の連続して検知された前記テーブル駆動軸の回転トルクの値、前記検知された所定時間毎の前記ドレッサ駆動軸の回転トルクの値のうち他の連続して検知された前記ドレッサ駆動軸の回転トルクの値、又は前記検知された所定時間毎の前記ドレッサ揺動軸の揺動トルクの値のうち他の連続して検知されたドレッサ揺動軸の揺動トルクの値、に基づいて算出した値との差を、前記テーブル駆動軸の回転トルクの値の変化量、前記ドレッサ駆動軸の回転トルクの値の変化量、又は前記ドレッサ揺動軸の揺動トルクの値の変化量として算出する。
本発明の別の形態に係る摩耗研磨装置において、前記検知する工程は、前記ドレッサがドレッシングを開始してから所定時間経過後に前記テーブル駆動軸の回転数の値、前記テーブル駆動軸の回転トルクの値、前記ドレッサ駆動軸の回転数の値、前記ドレッサ駆動軸の回転トルクの値、及び前記ドレッサ揺動軸の揺動トルクの値のうち、少なくとも一つの検知を開始する。
図1は、本発明の一実施形態に係る研磨装置1の外形図である。
研磨装置1は、研磨パッド10を配置する研磨テーブル11と、半導体ウェハなどの基板(被研磨物)を研磨パッド10に摺接させて研磨するトップリング装置20(基板保持装置)と、研磨パッド10を目立て(ドレッシング)するドレッシング装置30と、上記研磨テーブル11、トップリング装置20及びドレッシング装置30を駆動制御する制御部40とを備えている。
と、トップリング駆動軸22を揺動可能に保持するトップリング揺動アーム23とを備えている。トップリング揺動アーム23は、トップリング揺動軸24によって支持されている。トップリング揺動アーム23の内部には、トップリング駆動軸22に連結された図示しないモータが配置されている。このモータの回転はトップリング駆動軸22を介してトップリングヘッド21に伝達され、これによりトップリングヘッド21は、図中矢印で示す周方向にトップリング駆動軸22を中心として回転する。
サ31を押圧する。ドレッサ31が固定された状態で所定時間のドレッシングが行われた後、ドレッサ揺動軸34を駆動させてドレッサ31を揺動させる。これにより、ドレッサ31は研磨パッド10の径方向に移動されて、研磨パッド10の全面をドレッシングすることができる。
偏摩耗を検知する。特にドレッサ31の回転数及び回転トルクの値は、研磨パッド10と直に接触しているドレッサ31を回転させるモータの値であり、研磨パッド10の偏摩耗による値の変動が顕著に現れるので、ドレッサ31の回転数及び回転トルクの値を検知することで、より精度よく研磨パッド10の変動を検知することができる。
まず、基板の研磨中又は基板の研磨の合間に、制御部40が、ドレッシング装置30のドレッサ駆動軸32、及びドレッサ揺動軸34に命令信号を送信し、研磨パッド10のドレッシングを開始する(S101)。
図5は、図3に示したステップS102において検知した、本発明の一実施形態に係るドレッサ31の回転トルクに関するデータを示すグラフである。このグラフの縦軸は回転トルクの2乗平均平方根の差の絶対値を、横軸は回転トルク値の検知開始からの経過時間を示している。本実施形態では、ドレッサ回転トルクセンサ36は、たとえば0.1秒間隔でドレッサ31の回転トルク(電流値,単位:アンペア)を検知している。
ッサ駆動軸32の回転数の値及び回転トルクの値、並びにドレッサ揺動軸34の揺動トルクの値を全て検知するものとして説明しているが、これらのうち少なくとも一つの値を検知することで、研磨パッド10の偏摩耗を検知することができる。また、上記の各値を複数検知する、たとえばドレッサ駆動軸32の回転数の値と回転トルクの値の両方を検知することで、一つの値を検知する場合に比べて誤検知を低減させることができる。
Claims (16)
- 研磨パッドの偏摩耗を検知する検知システムを有するCMP装置であって、
テーブル駆動軸に接続され、前記研磨パッドが配置されている回転可能な研磨テーブルと、
基板を保持し、前記研磨パッドに前記基板を押圧するための回転可能な研磨ヘッドと、
前記研磨パッドの研磨面をドレッシングするドレッシング面を有し、ドレッサ駆動軸に接続され、前記ドレッサ駆動軸によって回転するドレッシングヘッドと、揺動アクチュエータに接続され、前記ドレッシングヘッドを前記研磨テーブル上の位置と前記研磨テーブルの外側の位置との間を揺動させるドレッサ揺動軸と、を有するドレッシング装置と、
前記研磨テーブルの回転数、前記テーブル駆動軸によって前記研磨テーブルに加えられる回転トルク、前記ドレッシングヘッドの回転数、前記ドレッサ駆動軸によって前記ドレッシングヘッドに加えられる回転トルク、及び前記揺動アクチュエータによって前記ドレッサ揺動軸に加えられる揺動トルクのうち、少なくとも一つを検知するセンサ装置と、検知されたデータを前記センサ装置から取得し、第1の所定時間における前記検知されたデータの変化量を計算し、前記計算された変化量が所定値を超えたか否かを判定する制御部と、を有する前記研磨パッドの偏摩耗を検知する検知システムと、を有することを特徴とするCMP装置。 - 前記変化量の計算は、
前記第1の所定時間における所定個の連続データを平均化して第1の平均化されたデータを計算し、
前記第1の所定時間における所定個の他の連続データを平均化して第2の平均化されたデータを計算し、
前記第1の平均化されたデータと前記第2の平均化されたデータと間の変化量を計算することを含むことを特徴とする請求項1記載のCMP装置。 - 前記平均化は、2乗平均平方根法を使用して前記検知されたデータを平均化することであることを特徴とする請求項2記載のCMP装置。
- 前記少なくとも一つを検知することは、前記ドレッシングヘッドの前記回転数と、前記ドレッサ駆動軸によって前記ドレッシングヘッドに加えられる回転トルクとを検知することであることを特徴とする請求項1記載のCMP装置。
- 前記所定値を超えたか否かの判定は、
前記第1の平均化されたデータと前記第2の平均化されたデータと間の前記変化量を取得し、前記取得された変化量が前記所定値を超えたか否かを判定することであることを特徴とする請求項3記載のCMP装置。 - 前記変化量が前記所定値を超えたと前記制御部が判定したときに、前記制御部は警報を発することさらに有することを特徴とする請求項1記載のCMP装置。
- 前記少なくとも一つを検知することは、前記ドレッシング装置がドレッシングを開始してから第2の所定時間経過後に前記検知を開始することを特徴とする請求項1記載のCMP装置。
- 前記所定値を超えたか否かの判定は、前記第1の所定時間の間、前記変化量が前記所定値を超えた回数をカウントし、前記回数が、所定回数を超えたときに所定値を超えたと判定することであることを特徴とする請求項1記載のCMP装置。
- ドレッサ揺動シャフトに接続され且つドレッシング面を有するドレッシングヘッドと、研磨パッドを備えた研磨テーブルと、を有する研磨装置の前記研磨パッドの偏摩耗を検知する方法であって、
前記研磨テーブルと前記研磨パッドを回転させる工程と、
前記ドレッシングヘッドの前記ドレッシング面を回転させる工程と、
回転している前記ドレッシング面を回転している前記研磨パッドに押圧することで前記研磨パッドをドレッシングする工程と、
前記ドレッサ揺動シャフトで前記研磨パッド上の前記ドレッシングヘッドを揺動させる工程と、
前記研磨テーブルの回転数、前記研磨テーブルに加えられる回転トルク、前記ドレッシングヘッドの回転数、前記ドレッシングヘッドに加えられる回転トルク、及び前記ドレッサ揺動軸に加えられる揺動トルクのうち、少なくとも一つを検知する工程と、
前記検知されたデータから、第1の所定時間における前記データの変化量を計算する工程と、
前記計算された変化量が所定値を超えたか否かを判定する工程と、を有する、方法。 - 請求項9に記載された方法において、
前記第1の所定時間における前記データの変化量を計算する工程は、前記検知されたデータの所定個の連続データを平均化して第1の平均化されたデータを計算する工程と、前記検知されたデータの所定個の他の連続データを平均化して第2の平均化されたデータを計算する工程と、前記第1の平均化されたデータと前記第2の平均化されたデータと間の変化量を計算する工程を含む、方法。 - 請求項10に記載された方法において、
前記所定個の連続データを平均化する工程は、2乗平均平方根法を使用して前記検知されたデータを平均値化する工程である、方法。 - 請求項9に記載された方法において、
前記少なくとも一つを検知する工程は、前記ドレッシングヘッドの回転数と、前記ドレ
ッサ駆動軸によって前記ドレッシングヘッドに加えられる回転トルクとを検知する工程である、方法。 - 請求項10に記載された方法において、
前記所定値を超えたか否かを判定する工程は、前記第1の平均化されたデータと前記第2の平均化されたデータと間の前記変化量を取得し、前記取得された変化量が前記所定値を超えたか否かを判定する工程である、方法。 - 請求項9に記載された方法において、
前記変化量が前記所定値を超えたと判定したときに警報を発する工程をさらに有する、方法。 - 請求項9に記載された方法において、
前記少なくとも一つを検知する工程は、前記ドレッシング工程を開始してから第2の所定時間経過後に開始する、方法。 - 請求項9に記載された方法において、
前記計算された変化量が所定値を超えたか否かを判定する工程は、
前記第1の所定時間の間、前記変化量が前記所定値を超えた回数を前記制御部がカウントし、前記回数が所定回数を超えたときに所定値を超えたと判定する工程を含む、方法。
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