JP6465345B2 - 研磨パッドの表面性状測定方法および装置 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体ウエハ等の基板の研磨に用いられる研磨パッドの表面形状や表面状態などの表面性状を測定する研磨パッドの表面性状測定方法および装置に関するものである。
近年、半導体デバイスの高集積化・高密度化に伴い、回路の配線がますます微細化し、多層配線の層数も増加している。回路の微細化を図りながら多層配線を実現しようとすると、下側の層の表面凹凸を踏襲しながら段差がより大きくなるので、配線層数が増加するに従って、薄膜形成における段差形状に対する膜被覆性（ステップカバレッジ）が悪くなる。したがって、多層配線するためには、このステップカバレッジを改善し、然るべき過程で平坦化処理しなければならない。また光リソグラフィの微細化とともに焦点深度が浅くなるため、半導体デバイスの表面の凹凸段差が焦点深度以下に収まるように半導体デバイス表面を平坦化処理する必要がある。
従って、半導体デバイスの製造工程においては、半導体デバイス表面の平坦化技術がますます重要になっている。この平坦化技術のうち、最も重要な技術は、化学的機械研磨（ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing））である。この化学的機械研磨は、研磨装置を用いて、シリカ（ＳｉＯ２）やセリア（ＣｅＯ２）等の砥粒を含んだ研磨液を研磨パッドに供給しつつ半導体ウエハなどの基板を研磨パッドに摺接させて研磨を行うものである。
上述したＣＭＰを行う研磨装置は、研磨パッドを有する研磨テーブルと、半導体ウエハ（基板）を保持するためのキャリア又はトップリング等と称される基板保持装置とを備えている。このような研磨装置を用いて基板保持装置により基板を保持しつつ、この基板を研磨パッドに対して所定の圧力で押圧して、基板上の絶縁膜や金属膜を研磨することが行われている。
基板の研磨を行なうと、研磨パッドの表面には砥粒や研磨屑が付着し、また、研磨パッドの表面形状や状態が変化して研磨性能が劣化してくる。このため、基板の研磨を繰り返すに従い、研磨速度が低下し、また、研磨むらが生じてしまう。そこで、劣化した研磨パッドの表面形状や状態を再生するために、ドレッサーを用いて研磨パッドのドレッシング（コンディショニング）を行っている。
ＣＭＰ（化学的機械研磨）においては、研磨パッドの表面形状や状態は研磨性能に与える影響が大きく、種々の測定方法により研磨パッドの表面形状、状態を測定することが提案されている。
例えば、特許文献１には、光ビームを研磨パッドに照射して研磨パッドの表面粗さを測定する方法が開示されている。
また、特許文献２には、研磨パッドにレーザ光を照射し、研磨パッドから反射散乱した散乱光から空間波長スペクトルを得ることで研磨パッドの表面性状を測定する方法が開示されている。
例えば、特許文献１には、光ビームを研磨パッドに照射して研磨パッドの表面粗さを測定する方法が開示されている。
また、特許文献２には、研磨パッドにレーザ光を照射し、研磨パッドから反射散乱した散乱光から空間波長スペクトルを得ることで研磨パッドの表面性状を測定する方法が開示されている。
上記特許文献１および２を含めて、研磨パッド表面の表面粗さや表面性状等を測定する先行技術文献においては、いずれもレーザ光などの光ビームを複数の入射角で研磨パッドに入射させる技術について言及してはいない。
本発明者らは、レーザ光を研磨パッドに照射して研磨パッドの表面性状を評価する実験を繰り返し行うとともに実験結果の解析を進めた結果、複数の入射角を用いて研磨パッド表面性状を測定しない場合、真にＣＭＰ性能を反映した研磨パッド表面の性状を捉えられない場合がある、という課題を見い出したものである。
本発明者らは、レーザ光を研磨パッドに照射して研磨パッドの表面性状を評価する実験を繰り返し行うとともに実験結果の解析を進めた結果、複数の入射角を用いて研磨パッド表面性状を測定しない場合、真にＣＭＰ性能を反映した研磨パッド表面の性状を捉えられない場合がある、という課題を見い出したものである。
本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、レーザ光を複数の入射角で研磨パッドに入射させることにより、ＣＭＰ性能を反映した研磨パッドの表面性状を測定することができる研磨パッドの表面性状測定方法および装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、研磨パッドの表面性状の測定結果に基づいて運転条件を設定して、研磨やドレッシングを行うＣＭＰ装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、研磨パッドの表面性状の測定結果に基づいて運転条件を設定して、研磨やドレッシングを行うＣＭＰ装置を提供することを目的とする。
上述の目的を達成するため、本発明の研磨パッドの表面性状測定方法は、研磨パッドの表面にレーザ光を照射し、研磨パッド表面で反射された光を受光してフーリエ変換することで、研磨パッドの表面性状を求める研磨パッドの表面性状測定方法であって、複数の入射角で研磨パッドの表面にレーザ光を入射せしめ、前記複数の入射角にそれぞれ対応した研磨パッドの表面からの複数の反射光であって反射角が異なる複数の反射光を受光し、受光した複数の反射光をそれぞれフーリエ変換することで複数の研磨パッドの表面性状を求め、前記複数の入射角は、６０°と８０°の入射角であることを特徴とする。
本発明によれば、複数の入射角で研磨パッドの表面性状を得ることで、単一の入射角で研磨パッドの表面性状を得る場合よりも、より強くＣＭＰ性能を反映した（ＣＭＰ性能と相関の強い）研磨パッドの表面性状を得ることができる。
本発明によれば、複数の入射角で研磨パッドの表面性状を得ることで、単一の入射角で研磨パッドの表面性状を得る場合よりも、より強くＣＭＰ性能を反映した（ＣＭＰ性能と相関の強い）研磨パッドの表面性状を得ることができる。
研磨パッドの表面には微細な凹凸が存在するため、高入射角（研磨パッド面に対して平行に近い角度）でレーザ光を入射した場合、レーザ光は凸部には到達するが、凸部で発生する影の影響で凹部には到達しにくい。その場合、低入射角（研磨パッド面に対して垂直に近い角度）とすることで、凹部にもレーザ光が到達し、凹部に関する情報が得られる。しかしながら、この場合は、研磨パッドのごく表面からの回折光が弱まる。即ち、単一の入射角では、凹部の情報が得られにくかったり、ごく表面からの回折光が弱まったりして、所望のパッド表面情報を得ることが困難なケースが想定される。それに対し、本発明で提案する多入射角でのレーザ光照射を導入することにより、情報の欠落なく、且つ、所望の情報を得ることができるようになる。
本発明の好ましい態様によれば、前記複数のレーザ光の入射角は、測定対象である研磨パッド材料に対するブリュースター角より大きな角度範囲から選択されることを特徴とする。
本発明によれば、ブリュースター角より入射角が小さいと、反射率が低く、十分な反射光量が得られない場合があるため、本発明においては、入射角をブリュースター角よりも大きくすることが望ましい。
本発明によれば、ブリュースター角より入射角が小さいと、反射率が低く、十分な反射光量が得られない場合があるため、本発明においては、入射角をブリュースター角よりも大きくすることが望ましい。
本発明の好ましい態様によれば、前記複数のレーザ光の入射角は、測定対象である研磨パッド材料、研磨パッド表面のドレッシング条件、研磨パッドのドレッシングを行うドレッサー部材の種類に応じて選択されることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記複数のレーザ光の入射角は、光源と研磨パッドとの間に設置されたミラーの角度及び／又は位置を変化させることで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、前記複数のレーザ光の入射角は、光源と研磨パッドとの間に設置されたミラーの角度及び／又は位置を変化させることで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、前記複数のレーザ光の入射角は、光源と研磨パッドとの間において異なる位置に設置されたミラーに反射させることで決定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記複数のレーザ光の入射角は、光源を動かすことで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、前記複数のレーザ光の入射角は、異なる位置に複数の光源を設置することにより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、前記複数のレーザ光の入射角は、光源を動かすことで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、前記複数のレーザ光の入射角は、異なる位置に複数の光源を設置することにより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、前記複数のレーザ光の入射角は、光源と研磨パッドとの間に設置されたスプリッタで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、前記複数のレーザ光の入射角は、投光する光ファイバーの角度によって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、前記複数のレーザ光の入射角は、投光する光ファイバーの角度によって調整することを特徴とする。
本発明の研磨パッドの表面性状測定装置の一態様は、研磨パッドに対して少なくとも二つの角度でレーザ光を入射可能な光学系と、前記光学系で得られた研磨パッドからの反射光をフーリエ変換することで研磨パッドの表面性状を求める演算処理装置とを備え、前記光学系は、複数の入射角で研磨パッドの表面にレーザ光を入射せしめ、前記複数の入射角にそれぞれ対応した研磨パッドの表面からの複数の反射光であって反射角が異なる複数の反射光を受光し、前記演算処理装置は、受光した複数の反射光をそれぞれフーリエ変換することで複数の研磨パッドの表面性状を求め、前記複数の入射角は、６０°と８０°の入射角であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記光学系は、光源、投光部、ミラー、受光部の内、少なくとも一つが可動であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記光学系は、光源、投光部、ミラー、受光部の内、少なくとも一つが可動であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記光学系は、光源、投光部、ミラー、受光部の内、少なくとも一つが複数個備えられたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記光学系は、受光部がＣＣＤ素子もしくはＣＭＯＳ素子を含むことを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記光学系は、投光部が光ファイバーであることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記光学系は、受光部がＣＣＤ素子もしくはＣＭＯＳ素子を含むことを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記光学系は、投光部が光ファイバーであることを特徴とする。
本発明の研磨パッドの表面性状測定装置の他の態様は、研磨パッドに対して少なくとも二つの角度でレーザ光を入射可能な光学系と、前記光学系で得られた研磨パッドからの反射光をフーリエ変換することで研磨パッドの表面性状を求める演算処理装置とを備え、前記光学系は、光源とミラーと受光部とを有し、前記光源からレーザ光の照射中に、前記ミラーを固定し且つ前記光源を揺動させるか、又は前記光源を固定し且つ前記ミラーを動かすことで複数の入射角で研磨パッドの表面にレーザ光を入射せしめ、前記複数の入射角にそれぞれ対応した研磨パッドの表面からの複数の反射光であって反射角が異なる複数の反射光を前記受光部で受光し、前記演算処理装置は、前記受光部で受光した複数の反射光をそれぞれフーリエ変換することで複数の研磨パッドの表面性状を求めることを特徴とする。
本発明のＣＭＰ装置は、研磨対象物である基板を保持し前記研磨パッドに押圧するキャリアと、前記研磨パッドを保持し、回転させる研磨テーブルと、前記研磨パッドのドレッシングを行うドレッサーと、請求項１０乃至１５のいずれか一項に記載の研磨パッドの表面性状測定装置とを備えることを特徴とする。
本発明のＣＭＰ装置は、研磨対象物である基板を保持し前記研磨パッドに押圧するキャリアと、前記研磨パッドを保持し、回転させる研磨テーブルと、前記研磨パッドのドレッシングを行うドレッサーと、請求項１０乃至１５のいずれか一項に記載の研磨パッドの表面性状測定装置とを備えることを特徴とする。
本発明は、以下に列挙する効果を奏する。
（１）複数の入射角で研磨パッドの表面性状を得ることで、単一の入射角で研磨パッドの表面性状を得る場合よりも、より強くＣＭＰ性能を反映した（ＣＭＰ性能と相関の強い）研磨パッドの表面性状を得ることができる。
（２）本発明によれば、研磨パッドの表面性状がリアルタイムで把握できるために、以下のＣＭＰの安定運用が可能となる。
１）研磨パッドやドレッサーを無駄なく寿命の最後まで使い切ることでできるために消耗材コストを抑制できる。
２）何らかのドレッシング異常による研磨パッドの表面性状の非定常状態を即座に検知して発報することができるために、ＣＭＰ性能不良による半導体デバイスの製造不良を最低限に抑えることができる。
３）研磨パッドの表面性状の変化に応じてドレッシング条件を変更することで、常に研磨パッドの表面性状をＣＭＰ性能の確保に必要な状態に維持できる。
（１）複数の入射角で研磨パッドの表面性状を得ることで、単一の入射角で研磨パッドの表面性状を得る場合よりも、より強くＣＭＰ性能を反映した（ＣＭＰ性能と相関の強い）研磨パッドの表面性状を得ることができる。
（２）本発明によれば、研磨パッドの表面性状がリアルタイムで把握できるために、以下のＣＭＰの安定運用が可能となる。
１）研磨パッドやドレッサーを無駄なく寿命の最後まで使い切ることでできるために消耗材コストを抑制できる。
２）何らかのドレッシング異常による研磨パッドの表面性状の非定常状態を即座に検知して発報することができるために、ＣＭＰ性能不良による半導体デバイスの製造不良を最低限に抑えることができる。
３）研磨パッドの表面性状の変化に応じてドレッシング条件を変更することで、常に研磨パッドの表面性状をＣＭＰ性能の確保に必要な状態に維持できる。
以下、本発明に係る研磨パッドの表面性状測定方法および装置の実施形態について図１乃至図１１を参照して詳細に説明する。なお、図１から図１１において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図１は、本発明に係る研磨パッドの表面性状測定方法を実施する研磨装置の全体構成を示す模式図である。図１に示すように、研磨装置は、研磨テーブル１と、研磨対象物である半導体ウエハ等の基板Ｗを保持して研磨テーブル上の研磨パッドに押圧するキャリア１０とを備えている。研磨テーブル１は、テーブル軸１ａを介してその下方に配置される研磨テーブル回転モータ（図示せず）に連結されており、テーブル軸１ａの回りに回転可能になっている。研磨テーブル１の上面には研磨パッド２が貼付されており、研磨パッド２の表面が基板Ｗを研磨する研磨面２ａを構成している。研磨パッド２には、ダウケミカル社（Dow Chemical Company）製のＳＵＢＡ８００、ＩＣ１０００、ＩＣ１０００／ＳＵＢＡ４００（二層クロス）等が用いられている。ＳＵＢＡ８００は繊維をウレタン樹脂で固めた不織布である。ＩＣ１０００は硬質の発泡ポリウレタンであり、その表面に多数の微細な孔（ポア）を有したパッドであり、パーフォレートパッドとも呼ばれている。研磨テーブル１の上方には研磨液供給ノズル（図示せず）が設置されており、研磨液供給ノズルによって研磨テーブル１上の研磨パッド２に研磨液（スラリー）が供給されるようになっている。
キャリア１０は、シャフト１１に接続されており、シャフト１１は、キャリアアーム１２に対して上下動するようになっている。シャフト１１の上下動により、キャリアアーム１２に対してキャリア１０の全体を上下動させ位置決めするようになっている。シャフト１１は、モータ（図示せず）の駆動により回転するようになっており、キャリア１０がシャフト１１の軸心の回りに回転するようになっている。
図１に示すように、キャリア１０は、その下面に半導体ウエハなどの基板Ｗを保持できるようになっている。キャリアアーム１２は旋回可能に構成されており、下面に基板Ｗを保持したキャリア１０は、キャリアアーム１２の旋回により基板の受取位置から研磨テーブル１の上方に移動可能になっている。キャリア１０は、下面に基板Ｗを保持して基板Ｗを研磨パッド２の表面（研磨面）に押圧する。このとき、研磨テーブル１およびキャリア１０をそれぞれ回転させ、研磨テーブル１の上方に設けられた研磨液供給ノズルから研磨パッド２上に研磨液（スラリー）を供給する。研磨液には砥粒としてシリカ（ＳｉＯ２）やセリア（ＣｅＯ２）を含んだ研磨液が用いられる。このように、研磨液を研磨パッド２上に供給しつつ、基板Ｗを研磨パッド２に押圧して基板Ｗと研磨パッド２とを相対移動させて基板上の絶縁膜や金属膜等を研磨する。絶縁膜としてはＳｉＯ２が挙げられる。金属膜としてはＣｕ膜、Ｗ膜、Ｔａ膜、Ｔｉ膜が挙げられる。
図１に示すように、研磨装置は、研磨パッド２をドレッシングするドレッシング装置２０を備えている。ドレッシング装置２０は、ドレッサーアーム２１と、ドレッサーアーム２１に回転自在に取り付けられたドレッサー２２とを備えている。ドレッサー２２の下部はドレッシング部材２２ａにより構成され、ドレッシング部材２２ａは円形のドレッシング面を有しており、ドレッシング面には硬質な粒子が電着等により固定されている。この硬質な粒子としては、ダイヤモンド粒子やセラミック粒子などが挙げられる。ドレッサーアーム２１内には、図示しないモータが内蔵されており、このモータによってドレッサー２２が回転するようになっている。ドレッサーアーム２１は図示しない昇降機構に連結されており、この昇降機構によりドレッサーアーム２１が下降することでドレッシング部材２２ａが研磨パッド２の研磨面２ａを押圧するようになっている。研磨テーブル１、キャリア１０、ドレッシング装置２０等の各装置類は、制御装置（図示せず）に接続されており、制御装置により研磨テーブル１の回転速度、キャリア１０の回転速度および研磨圧力、ドレッシング装置２０のドレッサー２２の荷重や揺動速度等が制御されるようになっている。
図１に示すように、研磨装置は、研磨パッド２の表面形状や表面状態などの表面性状を測定する研磨パッドの表面性状測定装置３０を備えている。研磨パッドの表面性状測定装置３０は、研磨パッド２にレーザ光を照射する光源３１と、研磨パッド２の表面で反射した反射光を受光する受光部３２とを備えている。図１に示す実施形態では、光源３１から出射されたレーザ光は、ミラー３３を介して研磨パッド２に照射されるようになっている。
受光部３２は、ＣＣＤ素子またはＣＭＯＳ素子からなり、研磨パッド２の上方に配置されている。受光部３２は、演算処理装置４０に接続されている。演算処理装置４０は、受光部で受光した反射光の強度分布（スペクトル）を特定の演算方法によりＣＭＰ性能と相関ある数値に換算する演算機能を具備している。また、演算処理装置４０は、反射光強度分布やＣＭＰ性能と相関ある数値を表示する表示機能を備えている。演算処理装置４０はＣＭＰの制御装置に組み込んでもよい。演算処理装置４０からの信号はＣＭＰの制御装置へ入力される。
受光部３２は、ＣＣＤ素子またはＣＭＯＳ素子からなり、研磨パッド２の上方に配置されている。受光部３２は、演算処理装置４０に接続されている。演算処理装置４０は、受光部で受光した反射光の強度分布（スペクトル）を特定の演算方法によりＣＭＰ性能と相関ある数値に換算する演算機能を具備している。また、演算処理装置４０は、反射光強度分布やＣＭＰ性能と相関ある数値を表示する表示機能を備えている。演算処理装置４０はＣＭＰの制御装置に組み込んでもよい。演算処理装置４０からの信号はＣＭＰの制御装置へ入力される。
図２は、研磨パッドの表面性状測定装置３０の第１の態様を示す模式的正面図である。図２に示す表面性状測定装置３０においては、光源３１は固定、ミラー３３と受光部３２が上下に移動可能な可動式になっている。図２に示すように、ミラー３３は、実線で示す下降位置と二点鎖線で示す上昇位置との間で可動に構成されている。また、受光部３２は、実線で示す下降位置と二点鎖線で示す上昇位置との間で可動に構成されている。
図２に示すように構成された研磨パッドの表面性状測定装置３０においては、ミラー３３および受光部３２をともに実線で示す下降位置にした場合、光源３１から出射したレーザ光は、ミラー３３で反射して光路が変更され、入射角＝Ａで研磨パッドに入射する。研磨パッド２の表面で反射した反射光は受光部３２に受光される。
また、ミラー３３および受光部３２をともに二点鎖線で示す上昇位置にした場合、光源３１から出射したレーザ光は、ミラー３３で反射して光路が変更され、入射角＝Ｂで研磨パッドに入射する。研磨パッド２の表面で反射した反射光は受光部３２に受光される。
このように、ミラー３３と受光部３２を可動式にすることにより、固定された光源（投光部）３１から出射されるレーザ光を研磨パッド２に対して複数の入射角で入射させることを可能にしている。
また、ミラー３３および受光部３２をともに二点鎖線で示す上昇位置にした場合、光源３１から出射したレーザ光は、ミラー３３で反射して光路が変更され、入射角＝Ｂで研磨パッドに入射する。研磨パッド２の表面で反射した反射光は受光部３２に受光される。
このように、ミラー３３と受光部３２を可動式にすることにより、固定された光源（投光部）３１から出射されるレーザ光を研磨パッド２に対して複数の入射角で入射させることを可能にしている。
図３は、研磨パッドの表面性状測定装置３０の第２の態様を示す模式的正面図である。図３に示す研磨パッドの表面性状測定装置３０においては、ミラー３３と受光部３２が固定、光源３１が揺動可能な可動式になっている。図３に示すように、光源３１は、実線で示す垂直方向位置と二点鎖線で示す傾斜位置との間で揺動可能に構成されている。また、上方位置にある第１受光部３２−１と下方位置にある第２受光部３２−２との２つの受光部が設置されている。
図３に示すように構成された研磨パッドの表面性状測定装置３０においては、光源３１を実線で示す垂直方向位置にした場合、光源３１から出射したレーザ光は、ミラー３３で反射して光路が変更され、入射角＝Ａで研磨パッド２に入射する。研磨パッド２の表面で反射した反射光は上方位置にある第１受光部３２−１に受光される。
また、光源３１を揺動させて二点鎖線で示す傾斜位置にした場合、光源３１から出射したレーザ光は、ミラー３３で反射して光路が変更され、入射角＝Ｂで研磨パッド２に入射する。研磨パッド２の表面で反射した反射光は下方位置にある第２受光部３２−２に受光される。
このように、光源（投光部）３１を揺動させることで光源（投光部）３１から出射されるレーザ光の角度を変更可能とし、固定されたミラー３３を介して、研磨パッド２に対して複数の入射角で入射させることを可能にしている。
また、光源３１を揺動させて二点鎖線で示す傾斜位置にした場合、光源３１から出射したレーザ光は、ミラー３３で反射して光路が変更され、入射角＝Ｂで研磨パッド２に入射する。研磨パッド２の表面で反射した反射光は下方位置にある第２受光部３２−２に受光される。
このように、光源（投光部）３１を揺動させることで光源（投光部）３１から出射されるレーザ光の角度を変更可能とし、固定されたミラー３３を介して、研磨パッド２に対して複数の入射角で入射させることを可能にしている。
図４は、研磨パッドの表面性状測定装置３０の第３の態様を示す模式的正面図である。図４に示す研磨パッドの表面性状測定装置３０においては、ミラー３３と受光部３２が固定、光源３１が揺動可能な可動式になっている。図４に示すように、光源３１は、実線で示す垂直方向位置と二点鎖線で示す傾斜位置との間で揺動可能に構成されている。受光部３２は、反射光を受光する受光面３２ａが図２や図３に示す受光部の受光面より大きく設定されており、研磨パッド２からの反射光の反射角が異なっていても反射光を受光できるようになっている。
図４に示すように構成された研磨パッドの表面性状測定装置３０においては、光源３１を実線で示す垂直方向位置にした場合、光源３１から出射したレーザ光は、ミラー３３で反射して光路が変更され、入射角＝Ａで研磨パッド２に入射する。研磨パッド２の表面で反射した反射光は受光部３２に受光される。
また、光源３１を揺動させて二点鎖線で示す傾斜位置にした場合、光源３１から出射したレーザ光は、ミラー３３で反射して光路が変更され、入射角＝Ｂで研磨パッド２に入射する。研磨パッド２の表面で反射した反射光は受光部３２に受光される。
このように、光源（投光部）３１を揺動させることで光源（投光部）３１から出射されるレーザ光の角度を変更可能とし、固定されたミラー３３を介して、研磨パッド２に対して複数の入射角で入射させることを可能にしている。そして、受光部３２は、反射角が異なる全ての反射光を受光できるように、大きな受光面３２ａを有しており、固定された（可動でない）受光部３２は一つでよい。
また、光源３１を揺動させて二点鎖線で示す傾斜位置にした場合、光源３１から出射したレーザ光は、ミラー３３で反射して光路が変更され、入射角＝Ｂで研磨パッド２に入射する。研磨パッド２の表面で反射した反射光は受光部３２に受光される。
このように、光源（投光部）３１を揺動させることで光源（投光部）３１から出射されるレーザ光の角度を変更可能とし、固定されたミラー３３を介して、研磨パッド２に対して複数の入射角で入射させることを可能にしている。そして、受光部３２は、反射角が異なる全ての反射光を受光できるように、大きな受光面３２ａを有しており、固定された（可動でない）受光部３２は一つでよい。
図５は、研磨パッドの表面性状測定装置３０の第４の態様を示す模式的正面図である。図５に示す表面性状測定装置３０においては、ミラーと受光部は、それぞれ複数個設置されている。図５に示すように、下方位置にある第１ミラー３３−１と上方位置にある第２ミラー３３−２との２つのミラーが設置されている。また、下方位置にある第１受光部３２−１と上方位置にある第２受光部３２−２との２つの受光部が設置されている。
図５に示すように構成された研磨パッドの表面性状測定装置３０においては、光源３１から出射したレーザ光は、第１ミラー３３−１で反射して光路が変更され、入射角＝Ａで研磨パッド２に入射する。研磨パッド２の表面で反射した反射光は第１受光部３２−１に受光される。また、光源３１から出射したレーザ光は、第２ミラー３３−２で反射して光路が変更され、入射角＝Ｂで研磨パッド２に入射する。研磨パッド２の表面で反射した反射光は第２受光部３２−２に受光される。なお、入射角Ｂに対応する光を反射するミラー３３−２は光を透過可能な材料とする。この場合、実際には、入射角Ｂに対応するミラー３３−２を透過して入射角Ａに対応するミラー３３−１に到達する光は、前者のミラー３３−２で屈折されるので、後者のミラー３３−１はこれを考慮した材料、角度、位置に設定されなければならない。図５は、図示を簡略化するため、屈折を考慮した光路で図示していない。
図６は、研磨パッドの表面性状測定装置３０の第５の態様を示す模式的正面図である。図６に示す研磨パッドの表面性状測定装置３０においては、光源と受光部は、それぞれ複数個設置されている。図６に示すように、垂直方向位置にある第１光源３１−１と傾斜位置にある第２光源３１−２との二つの光源が設置されている。また、上方位置にある第１受光部３２−１と下方位置にある第２受光部３２−２との２つの受光部が設置されている。
図６に示すように構成された研磨パッドの表面性状測定装置３０においては、第１光源３１−１から出射したレーザ光は、ミラー３３で反射して光路が変更され、入射角＝Ａで研磨パッド２に入射する。研磨パッド２の表面で反射した反射光は上方に配置された第１受光部３２−１で受光される。また、傾斜位置にある第２光源３１−２から出射したレーザ光は、ミラー３３で反射して光路が変更され、入射角＝Ｂで研磨パッド２に入射する。研磨パッド２の表面で反射した反射光は下方に配置された第２受光部３２−２に受光される。
このように、複数の光源３１−１，３１−２と複数の受光部３２−１，３２−２とを設置することにより、レーザ光を研磨パッド２に対して複数の入射角で入射させることを可能にしている。各入射角に対応するように、受光部３２−１，３２−２は、それぞれ、大きさ，位置，角度が選定される。
このように、複数の光源３１−１，３１−２と複数の受光部３２−１，３２−２とを設置することにより、レーザ光を研磨パッド２に対して複数の入射角で入射させることを可能にしている。各入射角に対応するように、受光部３２−１，３２−２は、それぞれ、大きさ，位置，角度が選定される。
図７は、研磨パッドの表面性状測定装置３０の第６の態様を示す模式的正面図である。図７に示す研磨パッドの表面性状測定装置３０においては、光源３１の直下にスプリッタ３５を設け、ミラーと受光部は、それぞれ複数個設置されている。図７に示すように、スプリッタ３５を用いて１つの光源３１からのレーザ光を分岐している。下方位置にある第１ミラー３３−１と上方位置にある第２ミラー３３−２との二つのミラーが設置されている。また、下方位置にある第１受光部３２−１と上方位置にある第２受光部３２−２との２つの受光部が設置されている。
図７に示すように構成された研磨パッドの表面性状測定装置３０においては、光源３１から出射したレーザ光は、スプリッタ３５で分岐されて２つのレーザ光となり、一方のレーザ光は第１ミラー３３−１で反射して光路が変更され、入射角＝Ａで研磨パッド２に入射し、研磨パッドの表面で反射した反射光は第１受光部３２−１に受光される。他方のレーザ光は、第２ミラー３３−２で反射して光路が変更され、入射角＝Ｂで研磨パッド２に入射し、研磨パッド２の表面で反射した反射光は第２受光部３２−２に受光される。
このように、スプリッタ３５を用いて、一つの光源３１からのレーザ光を分岐して、二つのミラー３３−１，３３−２で異なる角度に反射させることにより、二つの入射角を一つの光源で実現している。
このように、スプリッタ３５を用いて、一つの光源３１からのレーザ光を分岐して、二つのミラー３３−１，３３−２で異なる角度に反射させることにより、二つの入射角を一つの光源で実現している。
図８は、研磨パッドの表面性状測定装置３０の第７の態様を示す模式的正面図である。図８に示す研磨パッドの表面性状測定装置３０においては、光源３１に連結される複数の光ファイバー（投光部）を設けている。図８に示すように、光源３１に２本の光ファイバー３６−１，３６−２を連結し、２本の光ファイバー３６−１，３６−２における研磨パッド表面に対する角度を変えることによって、レーザ光を複数の入射角で研磨パッド２に入射させることを可能にしている。
図８に示すように構成された研磨パッドの表面性状測定装置３０においては、光源３１から出射されたレーザ光を第１光ファイバー３６−１によってレーザ光を導き、第１光ファイバー３６−１から出射したレーザ光は、入射角＝Ａで研磨パッド２に入射し、研磨パッド２の表面で反射した反射光は受光部３２に受光される。第２光ファイバー３６−２から出射したレーザ光は、入射角＝Ｂで研磨パッド２に入射し、研磨パッド２の表面で反射した反射光は受光部３２に受光される。
このように、形状が自在に変更可能な光ファイバー（投光部）３６−１，３６−２を用いて、レーザ光を研磨パッド２に対して複数の入射角で入射させることを可能にしている。そして、受光部３２は、反射角が異なる全ての反射光を受光できるように、大きな受光面３２ａを有しており、固定された（可動でない）受光部３２は一つでよい。なお、図６と同様に複数個の受光部を設けてもよい。
このように、形状が自在に変更可能な光ファイバー（投光部）３６−１，３６−２を用いて、レーザ光を研磨パッド２に対して複数の入射角で入射させることを可能にしている。そして、受光部３２は、反射角が異なる全ての反射光を受光できるように、大きな受光面３２ａを有しており、固定された（可動でない）受光部３２は一つでよい。なお、図６と同様に複数個の受光部を設けてもよい。
図２乃至図８に示すように構成された研磨パッドの表面性状測定装置３０を用いて、研磨パッド２の表面に、複数の入射角でレーザ光を入射せしめ、複数の入射角にそれぞれ対応したパッド表面からの複数の反射光を受光部で受光し、演算処理装置４０により受光した複数の反射光をそれぞれフーリエ変換することでパッド表面の空間波長スペクトルを求め、パッド表面性状を評価する。
パッド表面性状として、主に表面粗さの成分を評価する。具体的には、空間波長スペクトルを取得後、まずある波長領域（領域１）の信号強度を積分し、次に特に研磨性能に寄与すると考えられる領域１の範囲内にあって、且つ、領域１より狭い特定波長領域（領域２）を選定し、更に領域２の信号強度を積分した上で、両者の信号強度の比率を評価指標とする。この指標を、波長構成比と定義し、パッド表面性状を評価する。
パッド表面性状として、主に表面粗さの成分を評価する。具体的には、空間波長スペクトルを取得後、まずある波長領域（領域１）の信号強度を積分し、次に特に研磨性能に寄与すると考えられる領域１の範囲内にあって、且つ、領域１より狭い特定波長領域（領域２）を選定し、更に領域２の信号強度を積分した上で、両者の信号強度の比率を評価指標とする。この指標を、波長構成比と定義し、パッド表面性状を評価する。
この時、レーザ光の入射角は、研磨パッド材料に対するブリュースター角よりも大きく設定することが望ましい（後述する）。また、パッドの種類、パッドに対するドレッシング条件、ドレッシング部材（ドレッサー）の種類、に応じて、好適な入射角を選定することが更に望ましい（後述する）。入射角は、光源や投光部、光路を形成するミラー、受光部を可動とすることによって調整される。また目的に応じて、複数の各反射角に対応して得られた研磨パッド表面性状の内、全入射角分でなく、一部の入射角で得られた研磨パッド表面性状を、当該パッドの代表的な表面性状とする場合もある。
図２乃至図８に示す実施形態から分かるように、本発明は、研磨パッドに対して、複数の入射角でレーザ光を入射可能な光学系、前記光学系で得られた研磨パッドからの反射光をフーリエ変換することで空間波長スペクトルを求める研磨パッドの表面性状測定装置を搭載したＣＭＰ装置を提供する。このＣＭＰ装置は、光学系を構成する光源、投光部、ミラー、受光部、の内、少なくとも一つが動作可能に保持、あるいは、少なくとも一つが複数個設けられていることで、複数の入射角で研磨パッドに対してレーザ光を照射することを可能ならしめている。受光部にはＣＣＤ素子またはＣＭＯＳ素子が用いられる。投光部には、入射角の変更が容易なように、形状が自在に変更可能な光ファイバーを用いても良い。
次に、研磨パッドに対するレーザ光の入射角とＣＭＰ性能との関係を求めた実験結果について図９乃至図１１を参照して説明する。
図９は、代表的な研磨パッド材料であるポリウレタンと空気の屈折率から求めた、入射光の入射角と反射率との関係を示すグラフである。図９から分かるように、ブリュースター角より入射角が小さいと、反射率が低く、十分な反射光量が得られない場合があるため、入射角をブリュースター角よりも大きくすることが望ましい。この場合、ｐ波の反射率がゼロとなるブリュースター角は約５６．３度であるから、ブリュースター角より大きな入射角は、５６．３度以上である。
図９は、代表的な研磨パッド材料であるポリウレタンと空気の屈折率から求めた、入射光の入射角と反射率との関係を示すグラフである。図９から分かるように、ブリュースター角より入射角が小さいと、反射率が低く、十分な反射光量が得られない場合があるため、入射角をブリュースター角よりも大きくすることが望ましい。この場合、ｐ波の反射率がゼロとなるブリュースター角は約５６．３度であるから、ブリュースター角より大きな入射角は、５６．３度以上である。
図１０は、一般的なＣＭＰ用研磨パッドに対して入射角を変化させた場合における、各入射角毎の、反射率から得られるパッド表面性状とＣＭＰ性能との相関係数を示すグラフである。高い相関係数が得られるほど、得られたパッド表面性状は、ＣＭＰ性能と関連性が強いことを示す。図１０に示すように、ある条件では、研磨パッドに対するレーザ光の入射角が６０度および８０度において、反射率とＣＭＰ性能との相関係数が高いことから、この条件では、複数の入射角を設定する場合、６０度と８０度の入射角を選択することが望ましい。
図１１は、ドレッシング条件としてドレッシング時のドレッシング荷重を変化させた場合およびドレッサーの種類を変化させた場合について、研磨パッドに対するレーザ光の入射角が６０度および８０度において、反射率から得られるパッド表面性状とＣＭＰ性能との相関係数を比較した結果を示すグラフである。図１１から、ドレッシング荷重を変化させた場合は６０度入射、ドレッサー種類を変化させた場合は８０度入射が、相関係数が高く、ＣＭＰ性能をより反映したパッド表面性状が得られたと分かる。従って、このパッドでは、両者（ドレッシング条件とドレッサー種類）の影響を勘案するなら、６０度と８０度の入射角を選択することが望ましい。即ち、図１１は、ドレッシング条件やドレッシング部材（ドレッサー）の種類に依って、好適なレーザ光の入射角を選択することの有効性を示している。
これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。
１ 研磨テーブル
１ａ テーブル軸
２ 研磨パッド
２ａ 研磨面
３ 研磨液供給ノズル
１０ キャリア
１１ シャフト
１２ キャリアアーム
２０ ドレッシング装置
２１ ドレッサーアーム
２２ ドレッサー
２２ａ ドレッシング部材
３０ 表面性状測定装置
３１ 光源
３１−１ 第１光源
３１−２ 第２光源
３２ 受光部
３２−１ 第１受光部
３２−２ 第２受光部
３２ａ 受光面
３３ ミラー
３３−１ 第１ミラー
３３−２ 第２ミラー
３５ スプリッタ
３６−１ 第１光ファイバー
３６−２ 第２光ファイバー
４０ 演算処理装置
１ａ テーブル軸
２ 研磨パッド
２ａ 研磨面
３ 研磨液供給ノズル
１０ キャリア
１１ シャフト
１２ キャリアアーム
２０ ドレッシング装置
２１ ドレッサーアーム
２２ ドレッサー
２２ａ ドレッシング部材
３０ 表面性状測定装置
３１ 光源
３１−１ 第１光源
３１−２ 第２光源
３２ 受光部
３２−１ 第１受光部
３２−２ 第２受光部
３２ａ 受光面
３３ ミラー
３３−１ 第１ミラー
３３−２ 第２ミラー
３５ スプリッタ
３６−１ 第１光ファイバー
３６−２ 第２光ファイバー
４０ 演算処理装置
Claims (16)
- 研磨パッドの表面にレーザ光を照射し、研磨パッド表面で反射された光を受光してフーリエ変換することで、研磨パッドの表面性状を求める研磨パッドの表面性状測定方法であって、
複数の入射角で研磨パッドの表面にレーザ光を入射せしめ、前記複数の入射角にそれぞれ対応した研磨パッドの表面からの複数の反射光であって反射角が異なる複数の反射光を受光し、受光した複数の反射光をそれぞれフーリエ変換することで複数の研磨パッドの表面性状を求め、
前記複数の入射角は、６０°と８０°の入射角であることを特徴とする研磨パッドの表面性状測定方法。 - 前記複数のレーザ光の入射角は、測定対象である研磨パッド材料に対するブリュースター角より大きな角度範囲から選択されることを特徴とする請求項１記載の研磨パッドの表面性状測定方法。
- 前記複数のレーザ光の入射角は、測定対象である研磨パッド材料、研磨パッド表面のドレッシング条件、研磨パッドのドレッシングを行うドレッサー部材の種類に応じて選択されることを特徴とする請求項１記載の研磨パッドの表面性状測定方法。
- 前記複数のレーザ光の入射角は、光源と研磨パッドとの間に設置されたミラーの角度及び／又は位置を変化させることで調整することを特徴とする請求項１記載の研磨パッドの表面性状測定方法。
- 前記複数のレーザ光の入射角は、光源と研磨パッドとの間において異なる位置に設置されたミラーに反射させることで決定することを特徴とする請求項１記載の研磨パッドの表面性状測定方法。
- 前記複数のレーザ光の入射角は、光源を動かすことで調整することを特徴とする請求項１記載の研磨パッドの表面性状測定方法。
- 前記複数のレーザ光の入射角は、異なる位置に複数の光源を設置することにより調整することを特徴とする請求項１記載の研磨パッドの表面性状測定方法。
- 前記複数のレーザ光の入射角は、光源と研磨パッドとの間に設置されたスプリッタで調整することを特徴とする請求項１記載の研磨パッドの表面性状測定方法。
- 前記複数のレーザ光の入射角は、投光する光ファイバーの角度によって調整することを特徴とする請求項１記載の研磨パッドの表面性状測定方法。
- 研磨パッドに対して少なくとも二つの角度でレーザ光を入射可能な光学系と、前記光学系で得られた研磨パッドからの反射光をフーリエ変換することで研磨パッドの表面性状を求める演算処理装置とを備え、
前記光学系は、複数の入射角で研磨パッドの表面にレーザ光を入射せしめ、前記複数の入射角にそれぞれ対応した研磨パッドの表面からの複数の反射光であって反射角が異なる複数の反射光を受光し、
前記演算処理装置は、受光した複数の反射光をそれぞれフーリエ変換することで複数の研磨パッドの表面性状を求め、
前記複数の入射角は、６０°と８０°の入射角であることを特徴とする研磨パッドの表面性状測定装置。 - 前記光学系は、光源、投光部、ミラー、受光部の内、少なくとも一つが可動であることを特徴とする請求項１０記載の研磨パッドの表面性状測定装置。
- 前記光学系は、光源、投光部、ミラー、受光部の内、少なくとも一つが複数個備えられたことを特徴とする請求項１０記載の研磨パッドの表面性状測定装置。
- 前記光学系は、受光部がＣＣＤ素子もしくはＣＭＯＳ素子を含むことを特徴とする請求項１０記載の研磨パッドの表面性状測定装置。
- 前記光学系は、投光部が光ファイバーであることを特徴とする請求項１０記載の研磨パッドの表面性状測定装置。
- 研磨パッドに対して少なくとも二つの角度でレーザ光を入射可能な光学系と、前記光学系で得られた研磨パッドからの反射光をフーリエ変換することで研磨パッドの表面性状を求める演算処理装置とを備え、
前記光学系は、光源とミラーと受光部とを有し、前記光源からレーザ光の照射中に、前記ミラーを固定し且つ前記光源を揺動させるか、又は前記光源を固定し且つ前記ミラーを動かすことで複数の入射角で研磨パッドの表面にレーザ光を入射せしめ、前記複数の入射角にそれぞれ対応した研磨パッドの表面からの複数の反射光であって反射角が異なる複数の反射光を前記受光部で受光し、
前記演算処理装置は、前記受光部で受光した複数の反射光をそれぞれフーリエ変換することで複数の研磨パッドの表面性状を求めることを特徴とする研磨パッドの表面性状測定装置。 - 研磨対象物である基板を保持し前記研磨パッドに押圧するキャリアと、
前記研磨パッドを保持し、回転させる研磨テーブルと、
前記研磨パッドのドレッシングを行うドレッサーと、
請求項１０乃至１５のいずれか一項に記載の研磨パッドの表面性状測定装置とを備えることを特徴とするＣＭＰ装置。
Priority Applications (5)
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