KR20230130094A - 연마 패드의 표면 성상 측정 장치, 연마 패드의 표면성상 측정 방법, 및 연마 패드의 표면 성상 판정 방법 - Google Patents

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도시후미 김바
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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 기판의 연마에 사용되는 연마 패드의 표면 성상 측정 장치, 연마 패드의 표면 성상 측정 방법, 및 연마 패드의 표면 성상 판정 방법에 관한 것이다. 표면 성상 측정 장치(30)는 연마 패드(2)를 연마 패드(2)의 연마면(2a)에서 보았을 때, 광을 복수의 조사 각도로부터 연마 패드(2)에 조사 가능한 투광부(32)와, 연마 패드(2)의 표면에서 반사된 복수의 방향으로부터의 반사광을 수광 가능한 수광부(35)를 구비하고 있다.

Description

연마 패드의 표면 성상 측정 장치, 연마 패드의 표면 성상 측정 방법, 및 연마 패드의 표면 성상 판정 방법
본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 기판의 연마에 사용되는 연마 패드의 표면 성상 측정 장치, 연마 패드의 표면 성상 측정 방법, 및 연마 패드의 표면 성상 판정 방법에 관한 것이다.
근년, 반도체 디바이스의 고집적화·고밀도화에 수반하여, 회로의 배선이 점점 미세화되고, 다층 배선의 층수도 증가하고 있다. 회로의 미세화를 도모하면서 다층 배선을 실현하고자 하면, 하측의 층의 표면 요철을 답습하면서 단차가 보다 커지므로, 배선 층수가 증가함에 따라, 박막 형성에 있어서의 단차 형상에 대한 막 피복성(스텝 커버리지)이 나빠진다. 따라서, 다층 배선하기 위해서는, 이 스텝 커버리지를 개선하고, 그에 적합한 과정에서 평탄화 처리해야 한다. 또한 광 리소그래피의 미세화와 함께 초점 심도가 얕아지기 때문에, 반도체 디바이스의 표면의 요철 단차가 초점 심도 이하로 수렴되도록 반도체 디바이스 표면을 평탄화 처리할 필요가 있다.
따라서, 반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서는, 반도체 디바이스 표면의 평탄화 기술이 점점 중요해지고 있다. 이 평탄화 기술 중, 가장 중요한 기술은, 화학적 기계 연마(CMP(Chemical Mechanical Polishing))이다. 이 화학적 기계 연마는, 연마 장치를 사용하여, 연마액을 연마 패드에 공급하면서 반도체 웨이퍼 등의 기판을 연마 패드에 미끄럼 접촉시켜 연마를 행하는 것이다. 연마액은, 예를 들어 실리카(SiO2)나 세리아(CeO2) 등의 지립을 포함한 슬러리이다.
상술한 CMP(화학적 기계 연마)를 행하는 연마 장치는, 연마 패드를 갖는 연마 테이블과, 반도체 웨이퍼(기판)를 보유 지지하기 위한 연마 헤드 등이라고 칭해지는 기판 보유 지지 장치를 구비하고 있다. 이러한 연마 장치를 사용하여 기판 보유 지지 장치에 의해 기판을 보유 지지하면서, 이 기판을 연마 패드에 대하여 소정의 압력으로 압박하여, 기판 상의 절연막이나 금속막 등을 연마하는 것이 행해지고 있다.
기판의 연마를 행하면, 연마 패드의 표면에는 지립이나 연마 부스러기가 부착되고, 또한 연마 패드의 표면 형상이나 상태가 변화하여 연마 성능이 열화된다. 이 때문에, 기판의 연마를 반복함에 따라, 연마 속도가 저하되고, 또한 연마 불균일이 발생해 버린다. 그래서, 열화한 연마 패드의 표면 형상이나 상태를 재생하기 위해, 드레서를 사용하여 연마 패드의 드레싱(컨디셔닝)을 행하고 있다.
연마 패드의 표면 형상이나 상태, 즉, 연마 패드의 표면 성상은, CMP 성능을 결정짓는 요인 중 하나이다. 따라서, 연마 패드의 표면 성상을 직접적으로 측정하여, 이 측정값을 드레싱 조건에 반영시키는 것이 바람직하다. 그래서, 종래의 연마 장치에서는, 연마 패드의 표면 성상을 직접적으로 측정하기 위한 장치를 사용하여, 드레싱 조건을 결정하고 있다. 본 명세서에서는, 연마 패드의 표면 성상을 측정하는 장치를, 「표면 성상 측정 장치」라고 칭한다.
국제 공개 제2016/111335호 공보 일본 특허 공개 제2015-174156호 공보 일본 특허 공개 제2019-19370호 공보
최근에는, 연마 패드의 표면 상태를 보다 상세하게 평가하고, 드레싱 조건의 최적화를 행하는 등의 관점에서, 연마 패드의 표면 성상을 보다 고정밀도로 측정할 수 있는 장치에 대한 요청이 높아지고 있다. 또한, 과잉 드레싱을 방지함에 따른 드레서의 장수명화나, 기판의 연마에 사용되는 슬러리 등의 소모 부재의 삭감의 관점에서, 고정밀도로 연마 패드의 표면 성상의 판정을 행하는 것에 대한 요청이 높아지고 있다.
그래서, 본 발명은 연마 패드의 표면 성상의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는, 연마 패드의 표면 성상 측정 장치 및 연마 패드의 표면 성상 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 본 발명은 고정밀도로 연마 패드의 표면 성상 판정을 행할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 양태에서는, 기판의 연마에 사용되는 연마 패드의 표면 성상 측정 장치로서, 상기 연마 패드를 상기 연마 패드의 연마면 측에서 보았을 때, 광을 복수의 방향으로부터 상기 연마 패드에 조사 가능한 투광부와, 상기 연마 패드의 표면에서 반사된 복수의 방향으로부터의 반사광을 수광 가능한 수광부를 구비하고 있는, 표면 성상 측정 장치가 제공된다.
일 양태에서는, 상기 표면 성상 측정 장치는, 상기 광의 조사 방향을 변경하는 조사 방향 변경 기구를 더 구비하고 있다.
일 양태에서는, 상기 조사 방향 변경 기구는, 상기 투광부 및 상기 수광부를 회전시키는 회전 모터와, 상기 회전 모터에 연결된 샤프트를 구비하고 있다.
일 양태에서는, 상기 투광부는, 서로 다른 방향을 향하여 배치된 복수의 광원을 구비하고, 상기 수광부는, 서로 다른 방향을 향하여 배치된 복수의 수광 소자를 구비하고 있다.
일 양태에서는, 상기 표면 성상 측정 장치는, 상기 수광부에 전기적으로 접속된 데이터 처리부를 더 구비하고, 상기 데이터 처리부는, 서로 다른 복수의 방향으로부터 상기 연마 패드에 조사된 복수의 광의 상기 연마 패드로부터의 복수의 반사광의 강도 분포를 이용하여, 상기 연마 패드의 표면 성상을 간접적으로 나타내는 지표값을 취득하도록 구성되어 있다.
일 양태에서는, 서로 다른 복수의 조사 방향으로부터 연마 패드에 광을 조사하고, 상기 연마 패드에 조사된 복수의 광의 각각에 대응하는 상기 연마 패드로부터의 복수의 반사광을 수광하여, 복수의 반사광의 강도 분포를 취득하고, 상기 복수의 강도 분포를 이용하여, 상기 연마 패드의 표면 성상을 간접적으로 나타내는 지표값을 취득하는 공정을 포함하고, 상기 조사 방향은, 상기 연마 패드를 상기 연마 패드의 연마면 측에서 보았을 때의 방향인, 연마 패드의 표면 성상 측정 방법이 제공된다.
일 양태에서는, 상기 서로 다른 복수의 조사 방향으로부터 상기 연마 패드에 광을 조사하고, 상기 연마 패드에 조사된 상기 복수의 광의 각각에 대응하는 상기 연마 패드로부터의 상기 복수의 반사광을 수광하는 공정은, 상기 광의 조사 방향을 변경하면서, 상기 광을 상기 연마 패드에 조사하고, 각 조사 방향에 있어서의 광의 상기 연마 패드로부터의 각 반사광을 수광하는 공정을 포함한다.
일 양태에서는, 상기 서로 다른 복수의 조사 방향으로부터 상기 연마 패드에 광을 조사하고, 상기 연마 패드에 조사된 상기 복수의 광의 각각에 대응하는 상기 연마 패드로부터의 상기 복수의 반사광을 수광하는 공정은, 복수의 광원에 의해, 복수의 조사 방향으로부터 광을 상기 연마 패드에 조사하고, 상기 연마 패드에 조사된 복수의 광의 각각에 대응하는 연마 패드로부터의 복수의 반사광을 복수의 수광 소자에서 수광하는 공정을 포함한다.
일 양태에서는, 연마 패드의 표면의 복수의 개소에서, 상기 연마 패드로부터의 반사광의 강도 분포를 취득하는 공정과, 상기 복수의 개소에서 취득된 복수의 상기 강도 분포로부터 상기 연마 패드의 표면 성상을 간접적으로 나타내는 파장 구성비를 산출하는 공정과, 상기 산출된 파장 구성비에 기초하여, 상기 연마 패드의 표면 성상의 양호 여부를 판정하는 공정을 구비하고, 상기 연마 패드로부터의 반사광의 강도 분포를 취득하는 공정은, 상기 연마 패드의 표면에 레이저 광을 조사하고, 상기 연마 패드로부터의 반사광을 수광하는 공정을 포함하는, 연마 패드의 표면 성상 판정 방법이 제공된다.
일 양태에서는, 상기 복수의 개소에서 취득된 복수의 상기 강도 분포로부터 상기 연마 패드의 표면 성상을 간접적으로 나타내는 파장 구성비를 산출하는 공정은, 복수의 상기 강도 분포의 각각으로부터, 파장 구성비를 각각 산출함으로써, 복수의 파장 구성비를 산출하는 공정을 포함한다.
일 양태에서는, 상기 복수의 개소에서 취득된 복수의 상기 강도 분포로부터 상기 연마 패드의 표면 성상을 간접적으로 나타내는 파장 구성비를 산출하는 공정은, 상기 복수의 강도 분포를 평균화하고, 평균화된 반사광의 강도 분포로부터, 상기 파장 구성비를 산출하는 공정을 포함한다.
일 양태에서는, 상기 산출된 파장 구성비에 기초하여, 상기 연마 패드의 표면 성상의 양호 여부를 판정하는 공정은, 상기 산출된 복수의 파장 구성비가 미리 정해진 기준 범위 내에 있는지 여부를 확인하고, 상기 산출된 복수의 파장 구성비의 모두가 미리 정해진 기준 범위 내에 있을 때, 상기 연마 패드의 표면 성상이 양호하다고 판정하는 공정을 포함한다.
일 양태에서는, 상기 산출된 파장 구성비에 기초하여, 상기 연마 패드의 표면 성상의 양호 여부를 판정하는 공정은, 상기 산출된 복수의 파장 구성비의 평균값을 산출하고, 상기 평균값과 미리 정해진 역치를 비교하고, 또한 상기 산출된 복수의 파장 구성비가 미리 정해진 기준 범위 내에 있는지 여부를 확인하고, 상기 평균값이 상기 역치보다 작고, 또한 상기 산출된 복수의 파장 구성비의 모두가 상기 기준 범위 내에 있을 때 상기 연마 패드의 표면 성상이 양호하다고 판정하는 공정을 포함한다.
일 양태에서는, 상기 산출된 파장 구성비에 기초하여, 상기 연마 패드의 표면 성상의 양호 여부를 판정하는 공정은, 상기 산출된 복수의 파장 구성비의 평균값을 산출하고, 상기 평균값과 미리 정해진 역치를 비교하고, 또한 상기 산출된 복수의 파장 구성비가 미리 정해진 기준 범위 내에 있는지 여부를 확인하고, 상기 평균값이 상기 역치보다 크고, 또한 상기 산출된 복수의 파장 구성비의 모두가 상기 기준 범위 내에 있을 때 상기 연마 패드의 표면 성상이 양호하다고 판정하는 공정을 포함한다.
일 양태에서는, 상기 방법은, 상기 연마 패드의 표면 성상이 양호하다고 판정한 경우, 상기 연마 패드의 브레이크 인을 종료하는 공정을 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 서로 다른 복수의 방향으로부터 상기 연마 패드에 조사된 복수의 광의 상기 연마 패드로부터의 복수의 반사광의 강도 분포를 취득할 수 있다. 결과적으로, 연마 패드의 표면 성상의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한 본 발명에 따르면, 연마 패드의 표면의 복수의 개소에서 연마 패드로부터의 반사광의 강도 분포를 취득함으로써, 연마 패드의 표면 성상의 면내 변동을 포함한 평가를 행할 수 있다. 이에 의해, 고정밀도로 연마 패드의 표면 성상을 판정할 수 있다.
도 1은 연마 패드의 표면 성상 측정 장치를 구비한 연마 장치의 일 실시 형태를 나타내는 모식도이다.
도 2는 측정 헤드의 내부 구조(측정 구조)의 일 실시 형태를 나타내는 모식도이다.
도 3은 측정 헤드의 내부 구조의 다른 실시 형태를 나타내는 모식도이다.
도 4는 연마 패드로부터의 반사광을 설명하는 도면이다.
도 5는 연마 패드의 표면의 공간 파장 스펙트럼을 나타내는 모식도이다.
도 6은 측정 헤드가 측정 위치에 배치된 상태의 일 실시 형태를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 7a는 측정 헤드의 정면도이다.
도 7b는 측정 헤드의 하면도이다.
도 8은 도 6에 나타내는 측정 헤드의 주변을 확대하여 나타내는 모식도이다.
도 9는 표면 성상 판정 방법의 일 실시 형태를 나타내는 흐름도이다.
도 10은 연마 패드의 표면 상의 복수의 측정점의 일례를 나타내는 도면이다.
도 11은 브레이크 인 중의 연마 패드의 처리 조건마다의 파장 구성비의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 12a는 도 11의 조건 1에 있어서의 파장 구성비와, 소정의 기준 범위 및 소정의 역치를 비교한 도면이다.
도 12b는 도 11의 조건 6에 있어서의 파장 구성비와, 소정의 기준 범위 및 소정의 역치를 비교한 도면이다.
도 12c는 도 11의 조건 10에 있어서의 파장 구성비와, 소정의 기준 범위 및 소정의 역치를 비교한 도면이다.
도 13은 표면 성상 판정 방법의 다른 실시 형태를 나타내는 흐름도이다.
도 14는 기판 W를 연마하면서 소정의 드레싱 조건에서 드레싱한 후, 연마 패드(2)의 표면 성상을 측정하여, 파장 구성비를 산출한 결과를 나타내는 도면이다.
도 15는 표면 성상 측정 장치의 다른 실시 형태를 나타내는 모식도이다.
도 16은 투광부 및 수광부가 축심 주위로 회전했을 때의 상태를 나타내는 도면이다.
도 17은 연마 패드의 표면 성상 측정 방법의 일 실시 형태를 나타내는 흐름도이다.
도 18은 조사 각도가 0°인 때의 연마 패드로부터의 반사광의 강도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 19는 조사 각도가 45°인 때의 연마 패드로부터의 반사광의 강도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 20은 조사 각도가 90°인 때의 연마 패드로부터의 반사광의 강도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 21은 조사 각도가 135°인 때의 연마 패드로부터의 반사광의 강도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 22는 조사 각도가 180°인 때의 연마 패드로부터의 반사광의 강도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 23은 조사 각도가 225°인 때의 연마 패드로부터의 반사광의 강도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 24는 조사 각도가 270°인 때의 연마 패드로부터의 반사광의 강도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 25는 조사 각도가 315°인 때의 연마 패드로부터의 반사광의 강도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 26은 표면 성상 측정 장치의 또 다른 실시 형태를 나타내는 모식도이다.
도 27은 도 26에 나타내는 측정 헤드를 위에서 본 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하에서 설명하는 도면에 있어서, 동일한 또는 상당하는 구성 요소에는, 동일한 부호를 부여하여 중복된 설명을 생략한다.
도 1은 연마 패드의 표면 성상 측정 장치를 구비한 연마 장치의 일 실시 형태를 나타내는 모식도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 연마 장치(CMP 장치)는 연마 패드(2)를 지지하는 연마 테이블(1)과, 연마 대상물인 반도체 웨이퍼 등의 기판 W를 보유 지지하여 연마 테이블 상의 연마 패드에 압박하는 연마 헤드(10)와, 연마 패드(2)를 드레싱하는 드레싱 장치(20)와, 연마 패드(2)의 표면 형상이나 표면 상태 등의 표면 성상을 측정하는 연마 패드의 표면 성상 측정 장치(30)와, 연마 장치의 각 구성 요소의 동작을 제어하는 동작 제어부(9)를 구비하고 있다.
연마 테이블(1)은, 테이블 축(4)을 통해 그 하방에 배치되는 테이블 회전 모터(3)에 연결되어 있고, 테이블 축(4)의 축심 AX1 주위로 회전 가능하게 되어 있다. 연마 테이블(1)의 상면에는 연마 패드(2)가 첩부되어 있고, 연마 패드(2)의 표면이 기판 W를 연마하는 연마면(2a)을 구성하고 있다. 연마 패드(2)는, 그 중심 O가 축심 AX1 상에 있도록 연마 테이블(1) 상에 첩부된다. 연마 테이블(1)의 상방에는 연마액 공급 노즐(도시하지 않음)이 설치되어 있고, 연마액 공급 노즐에 의해 연마 테이블(1) 상의 연마 패드(2)에 연마액(슬러리)이 공급되도록 되어 있다.
연마 헤드(10)는, 연마 헤드 샤프트(11)에 접속되어 있고, 연마 헤드 샤프트(11)는, 승강 기구(도시하지 않음)에 의해 연마 헤드 요동 암(12)에 대하여 상하 이동하도록 되어 있다. 승강 기구는, 연마 헤드 요동 암(12)에 연결되어 있다. 연마 헤드 샤프트(11)의 상하 이동에 의해, 연마 헤드 요동 암(12)에 대하여 연마 헤드(10)의 전체를 상하 이동시켜 위치 결정하도록 되어 있다. 연마 헤드 샤프트(11)는, 연마 헤드 회전 모터(도시하지 않음)의 구동에 의해 회전하도록 되어 있고, 연마 헤드(10)가 연마 헤드 샤프트(11)의 축심 주위로 회전하도록 되어 있다. 일 실시 형태에서는, 연마 헤드 회전 모터는, 연마 헤드 요동 암(12) 내에 배치된다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 연마 헤드(10)는, 그 하면에 반도체 웨이퍼 등의 기판 W를 보유 지지할 수 있도록 되어 있다. 연마 헤드 요동 암(12)은 선회 가능하게 구성되어 있고, 하면에 기판 W를 보유 지지한 연마 헤드(10)는, 연마 헤드 요동 암(12)의 선회에 의해 기판의 수취 위치로부터 연마 테이블(1)의 상방으로 이동 가능하게 되어 있다. 연마 헤드(10)는, 하면에 기판 W를 보유 지지하여 기판 W를 연마 패드(2)의 표면(연마면(2a))에 압박한다. 이때, 연마 테이블(1) 및 연마 헤드(10)를 각각 회전시켜, 연마 테이블(1)의 상방에 마련된 연마액 공급 노즐(도시하지 않음)로부터 연마 패드(2) 상에 연마액(슬러리)을 공급한다. 연마액에는 지립으로서 실리카(SiO2)나 세리아(CeO2) 등을 포함한 연마액이 사용된다. 이와 같이, 연마액을 연마 패드(2) 상에 공급하면서, 기판 W를 연마 패드(2)에 압박하여 기판 W와 연마 패드(2)를 상대 이동시켜 기판 상의 절연막이나 금속막 등을 연마한다. 절연막으로서는 SiO2를 들 수 있다. 금속막으로서는 Cu막, W막, Ta막, Ti막을 들 수 있다.
드레싱 장치(20)는, 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 미끄럼 접촉되는 드레서(22)와, 드레서(22)가 연결되는 드레서 샤프트(24)와, 드레서 샤프트(24)의 상단에 마련된 에어 실린더(23)와, 드레서 샤프트(24)를 회전 가능하게 지지하는 드레서 암(21)을 구비하고 있다. 드레서(22)의 하부는 드레싱 부재(22a)에 의해 구성되어 있다. 드레싱 부재(22a)는 원형의 드레싱면을 갖고 있고, 드레싱면에는 경질인 입자가 전착 등에 의해 고정되어 있다. 이 경질인 입자로서는, 다이아몬드 입자나 세라믹 입자 등을 들 수 있다.
드레서 암(21) 내에는, 드레서 회전 모터(도시하지 않음)가 배치되어 있다. 드레서 샤프트(24)는, 이 드레서 회전 모터의 구동에 의해 회전하고, 드레서 샤프트(24)의 회전에 의해, 드레서(22)는 드레서 샤프트(24)의 축심 주위로 회전한다. 에어 실린더(23)는, 드레서 샤프트(24) 및 드레서(22)를 일체로 상하 이동시켜, 드레싱 부재(22a)를 소정의 압박력으로 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 압박한다.
에어 실린더(23)는, 도시하지 않은 기체 공급원에 연결되어 있고, 연마 패드(2)에의 드레싱 하중을 드레서(22)에 부여하는 장치이다. 드레싱 하중은, 에어 실린더(23)에 공급되는 공기압에 의해 조정할 수 있다. 또한, 에어 실린더(23)에 의해, 드레서(22)를 연마 패드(2)의 연마면(2a)으로부터 이격시킬 수 있다. 에어 실린더(23)는, 드레서 샤프트(24) 및 드레서(22)를 드레서 암(21)에 대하여 상하 이동시키는 승강 액추에이터로서 기능한다. 일 실시 형태에서는, 서보 모터와 볼 나사 기구의 조합을, 드레서 샤프트(24) 및 드레서(22)를 드레서 암(21)에 대하여 상하 이동시키는 승강 액추에이터로서 사용해도 된다.
드레싱 장치(20)는, 드레서 암(21)에 연결된 지지축(26)과, 지지축(26)을 회전시키는 지지축 회전 모터(회전 액추에이터)(27)를 더 구비하고 있다. 지지축 회전 모터(27)를 구동하면, 드레서 암(21)은 지지축(26)을 중심으로 하여 선회한다.
연마 패드(2)의 연마면(2a)의 드레싱은 다음과 같이 하여 행해진다. 연마 테이블(1) 및 연마 패드(2)를 테이블 회전 모터(3)에 의해 회전시켜, 도시하지 않은 드레싱액 공급 노즐로부터 드레싱액(예를 들어, 순수)을 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 공급한다. 이 상태에서, 드레서(22)를 드레서 샤프트(24)의 축심 주위로 회전시킨다. 드레서(22)는 에어 실린더(23)에 의해 연마면(2a)에 압박되고, 연마면(2a) 상에 드레싱액이 존재한 상태에서, 드레싱 부재(22a)의 하면이 연마면(2a)에 미끄럼 접촉된다. 드레서(22)의 회전 중, 드레서 암(21)을 지지축(26)을 중심으로 선회(요동)시켜 드레서(22)를 연마면(2a)의 반경 방향으로 이동시킨다. 이와 같이 하여, 드레서(22)에 의해 연마 패드(2)가 깎아내져, 연마면(2a)이 드레싱(재생)된다. 연마 패드(2)는, 연마면(2a)에 미세한 요철 구조를 갖고 있고, 기판 W의 연마가 진행함에 따라 요철 구조의 볼록부는 쓰러져 간다. 드레싱에 의해, 일어난 상태의 볼록부가 재생된다.
동작 제어부(9)는, 프로그램이 저장된 기억 장치(9a)와, 프로그램에 포함되는 명령에 따라 연산을 실행하는 처리 장치(9b)를 구비하고 있다. 처리 장치(9b)는, 기억 장치(9a)에 저장되어 있는 프로그램에 포함되는 명령에 따라 연산을 행하는 CPU(중앙 처리 장치) 또는 GPU(그래픽 프로세싱 유닛) 등을 포함한다. 기억 장치(9a)는, 처리 장치(9b)가 액세스 가능한 주기억 장치(예를 들어 랜덤 액세스 메모리)와, 데이터 및 프로그램을 저장하는 보조 기억 장치(예를 들어, 하드디스크 드라이브 또는 솔리드 스테이트 드라이브)를 구비하고 있다. 동작 제어부(9)는, 적어도 1대의 컴퓨터로 구성되어 있다.
테이블 회전 모터(3), 승강 기구(도시하지 않음), 연마 헤드 회전 모터(도시하지 않음), 연마액 공급 노즐(도시하지 않음), 드레싱 장치(20) 및 표면 성상 측정 장치(30)는, 동작 제어부(9)에 전기적으로 접속되어 있다. 이들 각 구성 요소의 동작은, 동작 제어부(9)에 의해 제어된다.
연마 패드의 표면 성상 측정 장치(30)는, 측정 헤드(31)와, 측정 헤드(31)에 전기적으로 접속된 데이터 처리부(50)를 구비하고 있다. 연마 패드의 표면 성상 측정 장치(30)는, 연마 패드(2)에 광을 조사하고, 연마 패드(2)의 표면(연마면(2a))에서 반사된 반사광을 수광함으로써 패드 표면 성상을 측정하도록 구성되어 있다.
데이터 처리부(50)는, 프로그램이 저장된 기억 장치(50a)와, 프로그램에 포함되는 명령에 따라 연산을 실행하는 처리 장치(50b)를 구비하고 있다. 처리 장치(50b)는, 기억 장치(50a)에 저장되어 있는 프로그램에 포함되는 명령에 따라 연산을 행하는 CPU(중앙 처리 장치) 또는 GPU(그래픽 프로세싱 유닛) 등을 포함한다. 기억 장치(50a)는, 처리 장치(50b)가 액세스 가능한 주기억 장치(예를 들어 랜덤 액세스 메모리)와, 데이터 및 프로그램을 저장하는 보조 기억 장치(예를 들어, 하드디스크 드라이브 또는 솔리드 스테이트 드라이브)를 구비하고 있다. 데이터 처리부(50)는, 적어도 1대의 컴퓨터로 구성되어 있다. 일 실시 형태에서는, 동작 제어부(9)와 데이터 처리부(50)는 일체로 구성되어 있어도 된다.
도 2는 측정 헤드(31)의 내부 구조(측정 구조)의 일 실시 형태를 나타내는 모식도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 측정 헤드(31)는, 연마 패드(2)에 광을 조사하는 투광부(32)와, 연마 패드(2)의 표면(연마면(2a))에서 반사된 반사광을 수광하는 수광부(35)를 구비하고 있다. 투광부(32)는, 광을 발하는 광원(33)을 구비하고 있다. 광원(33)으로부터 발해지는 광의 일례로서, 레이저 광을 들 수 있다. 본 실시 형태에서는, 광원(33)은, 레이저 광을 발하는 레이저 광원이다. 레이저 광은, 연마면(2a) 상의 조사 위치 P에 조사된다.
수광부(35)는, 수광 소자(36)를 구비하고 있다. 수광 소자(36)는, 연마 패드(2)로부터 반사하는 광의 0차 회절광으로부터 n차 회절광(예를 들어, 4차 회절광 또는 7차 회절광)까지를 수광 가능한 치수를 가진 선상(1차원형)의 전하 결합 소자(CCD), 혹은 상보형 금속 산화막 반도체(CMOS) 소자 중 어느 것으로 이루어진다. 수광 소자(36)는, 다수의 수광 픽셀을 구비하고 있고, 화소(픽셀)마다 반사광의 수광 강도를 검지할 수 있도록 구성되어 있다. 투광부(32) 및 수광부(35)는, 데이터 처리부(50)에 전기적으로 접속되어 있다.
도 3은 측정 헤드(31)의 내부 구조의 다른 실시 형태를 나타내는 모식도이다. 특별히 설명하지 않는 본 실시 형태의 구성 및 동작은, 도 2를 참조하여 설명한 실시 형태와 동일하므로, 그 중복되는 설명을 생략한다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 측정 헤드(31)는, 투광부(32)로부터 발해진 레이저 광의 광로를 따라 순차 배치된 편광자(38), ND 필터(감광 필터)(39) 및 미러(40)를 더 구비하고 있다. 미러(40)는, 투광부(32)로부터 발해진 레이저 광을 반사함으로써 광로를 변경 가능하게 구성되어 있다. 연마 패드(2)의 표면에서 반사된 반사광의 광로에는, 수광부(35)의 앞쪽에 감광 필터(41)가 배치되어 있다.
투광부(32)로부터 발해진 레이저 광은, 편광자(38)에 의해 S 편광된 후에, ND 필터(39)에 의해 광량이 조정되어, 미리 그 각도가 조정된 미러(40)에 입사된다. 그리고, 레이저 광은, 미러(40)에 의해 반사되어 광로가 변경되어, 연마 패드(2)의 표면에 입사된다. 연마 패드(2)의 표면에서 반사된 반사광은, 감광 필터(41)를 통과하여, 수광부(33)에서 수광된다. 일 실시 형태에서는, 감광 필터(41) 대신에 특정 파장대만의 투과를 허용하는 대역 통과 필터를 배치해도 된다.
본 실시 형태에 따르면, 편광자(38)에 의해 광원(33)으로부터 발해진 레이저 광을 S 편광시킨 후에 연마 패드(2)에 입사시킴으로써, 연마 패드(2)의 표면에서의 반사율을 높일 수 있다. 일 실시 형태에서는, 대역 통과 필터에 의해, 광원(33)의 레이저 광 파장에 대하여 ±5nm 이내의 반사광만을 통과시키도록 해도 된다. 이에 의해, 노이즈가 되는 주위의 환경광의 영향을 저감시킬 수 있다. 본 실시 형태에서는, 광원(33)의 레이저 광으로서, 파장이 650nm인 레이저 광이 사용된다.
도 4는 연마 패드(2)로부터의 반사광을 설명하는 도면이다. 상술한 바와 같이, 연마 패드(2)는, 연마면(2a)에 미세한 요철 구조를 갖고 있고, 연마 패드(2)의 표면 형상은, 단순한(단일 파장의) 공간 파형의 중첩으로 파악할 수 있다. 도 4에 나타내는 예에서는, 연마 패드(2)의 표면(연마면(2a))은 파장 ξ1의 공간 파형과, 파장 ξ2의 공간 파형을 갖고 있다. 연마 패드(2)로부터의 반사광은, 연마면(2a)의 각 공간 파형의 파장(공간 파장)에 따른 0차 회절광으로부터 n차 회절광까지의 산란광을 포함하고 있다. 수광 소자(36)는, 상기 산란광을 포함하는 반사광을 수광함으로써 반사광의 강도 분포를 취득한다. 반사광의 강도 분포는, 수광 소자(36)에 있어서의, 수광 위치마다의 수광 강도의 분포이다. 수광 소자(36)는, 화소마다 상이한 공간 파장의 광을 수광하도록 구성되어 있다. 각 화소의 위치로부터 각 화소가 수광하는 광의 공간 파장이 산출 가능하게 되어 있다. 따라서, 수광 소자(36)가 취득하는 반사광의 강도 분포는, 공간 파장(또는 공간 주파수)의 강도 분포라고도 할 수 있다.
다음으로, 연마 패드(2)의 표면 성상 측정 방법에 대하여 설명한다. 먼저, 광원(33)으로부터 연마 패드(2)의 표면에 레이저 광을 조사한다. 수광 소자(36)는, 연마 패드(2)의 표면에서 반사된 레이저 광을 수광함으로써 연마 패드(2)의 표면의 정보를 측정한다. 구체적으로는, 수광 소자(36)는, 연마 패드(2)로부터의 반사광의 강도 분포를 취득한다. 상기 반사광의 강도 분포는, 데이터 처리부(50)에 송신된다. 다음으로, 데이터 처리부(50)는, 상기 반사광의 강도 분포를, 푸리에 변환함으로써, 연마 패드(2)의 표면의 공간 파장 스펙트럼으로 변환한다. 또한, 데이터 처리부(50)는, 상기 공간 파장 스펙트럼을 연산함으로써, 연마 패드(2)의 표면 성상을 간접적으로 나타내는 지표값을 산출하고, 산출된 지표값을 동작 제어부(9)에 전달한다. 동작 제어부(9)는, 수취한 지표값에 기초하여, 드레싱 조건의 결정이나, 연마 패드(2)의 표면 성상의 판정을 행한다. 일 실시 형태에서는, 동작 제어부(9)는, 연마 패드(2)의 표면 성상을 판정함으로써, 드레싱 부족의 검지나, 드레싱의 종료 판정 등을 실행한다.
도 5는 연마 패드(2)의 표면의 공간 파장 스펙트럼을 나타내는 모식도이다. 도 5의 종축은, 수광 소자(36)에서 취득한 반사광의 강도 I(ξ)이며, 횡축은, 공간 주파수를 나타내고 있다. 공간 주파수 1/ξ1 내지 1/ξ4는, 공간 파장 ξ1 내지 ξ4의 역수이다.
상술한 바와 같이, 데이터 처리부(50)는, 연마 패드(2)로부터의 반사광의 강도 분포로부터, 연마 패드(2)의 표면 성상을 간접적으로 나타내는 지표값을 산출한다. 상기 지표값의 일례로서, 파장 구성비를 들 수 있다. 본 명세서에서는, 파장 구성비를, 소정의 공간 파장 영역의 반사광의 강도(이하, 반사 강도라고 칭하는 경우가 있음)의 적분값의, 상기 소정의 공간 파장 영역을 포함하는 보다 넓은 공간 파장 영역의 반사 강도의 적분값에 대한 비율로 정의한다. 파장 구성비가 클수록, 소정의 공간 파장 영역의 반사광의 강도가 상대적으로 큰 것을 나타내고, 이것은 즉, 측정된 연마 패드(2)의 표면이, 소정의 공간 파장 성분을 보다 많이 포함하는 것을 나타내고 있다. 미리, 소정의 공간 파장 성분의 대소가, CMP 성능과 강한 관련성을 갖는 것이 조사되어 있기 때문에, 파장 구성비에 의해, CMP 성능을 추측하는 것이 가능하게 된다. 프로세스에 따라 적당한 공간 파장 영역을 선택함으로써, CMP 성능과 강한 관련성을 갖는 연마 패드(2)의 표면 성상으로서의 파장 구성비를 취득할 수 있다.
예를 들어, 도 5에 나타내는, 공간 주파수 1/ξ1(즉 공간 파장 ξ1)로부터 공간 주파수 1/ξ2(즉 공간 파장 ξ2)까지의 공간 파장 영역에 있어서의 반사 강도의, 공간 주파수 1/ξ3(즉 공간 파장 ξ3)으로부터 공간 주파수 1/ξ4(즉 공간 파장 ξ4)까지의 공간 파장 영역에 있어서의 반사 강도에 대한 파장 구성비는, 이하의 식 (1)로 구해진다.
연마 패드(2)의 표면 성상을 평가하는 경우, CMP 성능에 관련되는(=「소정의」) 공간 파장 영역의 강도만을 추출하기를 원한다. 그러나, 얻어진 공간 파장 스펙트럼에는, 일반적으로 전체 파장 영역에 대하여 랜덤 노이즈가 포함된다. 파장 구성비를 구함으로써, 노이즈의 영향을 제외하여, 소정의 공간 파장 영역의 반사 강도만을 평가할 수 있다.
일 실시 형태에서는, 동작 제어부(9)는, 데이터 처리부(50)에서 구한 파장 구성비에 기초하여, 폐루프 제어로 적합한 드레싱 조건을 산출한다. 예를 들어, 파장 구성비가, 미리 설정한 소정의 범위 내에서 추이하도록, 드레싱 조건을 산출한다. 그때, 동작 제어부(9)는, 미리, 드레싱 조건과 파장 구성비의 관련을 나타내는 관계식을 얻어 두고, 이 식에 의해, 적합한 드레싱 조건을 구한다. 여기서 드레싱 조건이란, 주로, 연마 패드 회전수, 드레서 회전수, 드레싱 하중, 드레서 요동(선회) 속도 등이다.
예를 들어, 드레싱 조건으로서, 드레싱 하중이 제어 대상이 되는 경우에는, 미리, 드레싱 하중과 패드 표면 성상의 관계성을 취득해 두고, 즉, 드레싱 하중을 크게 하면 어느 정도 파장 구성비가 커지는지 또는 작아지는지를 취득해 두고, 미리 정한 이상적인 파장 구성비와, 산출된 파장 구성비를 비교하여, 거기에 어긋남이 있으면, 상기 관계성에 기초하여 드레싱 하중을, 이상적인 파장 구성비에 접근하는 방향으로 설정한다.
일 실시 형태에서는, 산출된 파장 구성비와, 미리 정해진 원하는 파장 구성비의 차이를 소망 패드 표면 성상 변화량으로서 구해도 된다. 미리 작성된, 드레싱 하중, 드레서 회전수, 연마 패드 회전수, 드레서 요동(선회) 속도 중 적어도 한 항목의 변화량과 패드 표면 성상의 변화량의 관계를 나타내는 회귀식에, 상기 소망 패드 표면 성상 변화량을 대입함으로써 상기 드레싱 하중, 드레서 회전수, 연마 패드 회전수, 드레서 요동 속도 중 적어도 한 항목을 구해도 된다.
상기 실시 형태에 따르면, 미리, 드레싱 조건(드레싱 하중, 드레서 회전수, 연마 패드 회전수, 드레서 요동 속도 등)과 파장 구성비의 관계를 나타내는 회귀식을 구해 두고, 여기에 파장 구성비의 변화량을 대입함으로써, 원하는 파장 구성비를 얻기 위해 최적의 드레싱 조건을 일의적으로 얻을 수 있다.
회귀식은, 예를 들어 dR=A×dL+B로 나타낼 수 있다. 여기서, dR은 파장 구성비의 변화량, dL은 드레싱 하중의 변화량, A 및 B는 상수이다. 상기 드레싱 조건의 결정 방법에 의하면, 연마 패드의 표면 성상을 패드의 사용 초기로부터 사용 말기까지 일정하게 유지할 수 있다는 효과가 얻어진다. 연마 패드의 표면 성상은, 패드의 사용 초기로부터 말기까지, 연마 패드의 감모량이나 드레서의 날카로움의 정도에 따라 변화하고, 그 변화에 따라, CMP 성능도 변화한다. 연마 패드의 표면 성상을 일정하게 유지하는 것은, CMP 성능을 일정하게 유지하는 것으로 이어진다.
일 실시 형태에서는, 데이터 처리부(50)에서 얻은 파장 구성비를 이상 검지에 사용해도 된다. 이 경우, 동작 제어부(9)는, 파장 구성비가 미리 정한 값의 범위로부터 벗어나면, 패드 표면 성상 이상으로 판정하고, 이상의 발보나, 드레서 교환이 필요하다는 발보 등을 실행한다.
연마 패드의 표면 성상의 이상의 종류로서, 연마 패드 표면의 이상한 점(결함)의 존재, 연마 패드의 드레싱 부족, 드레서의 수명, 연마 패드의 수명 등을 들 수 있다.
도 6은 측정 헤드(31)가 측정 위치에 배치된 상태의 일 실시 형태를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 도 7a는 측정 헤드(31)의 정면도이며, 도 7b는 측정 헤드(31)의 하면도이다. 도 6 및 도 7a에 나타내는 바와 같이, 측정 헤드(31)는, 케이싱(43)을 갖고 있다. 케이싱(43)은, 그 내부에, 연마 패드(2)의 표면 성상을 측정하기 위한 측정 구조를 수용하고 있다. 케이싱(43)의 내부에 수용되는 측정 구조는, 예를 들어 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 투광부(32), 수광부(35), 편광자(38), ND 필터(39), 미러(40), 감광 필터(41) 등이다.
도 7a에 나타내는 바와 같이, 케이싱(43)의 하부에는 노치(44)가 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 노치(44)는, 2개의 대향하는 경사면(44a, 44b)과, 이들 경사면(44a, 44b)을 접속하는 접속면(44c)에 의해 구획되는 사다리꼴 형상을 갖고 있다. 도 7b에 나타내는 바와 같이, 한쪽의 경사면(44a)에는, 투광성을 갖는 필터(47a)가 배치되어 있고, 필터(47a)를 통하여 광원(33)으로부터 발해진 레이저 광이 연마 패드(2)에 조사된다. 다른 쪽의 경사면(44b)에도, 투광성을 갖는 필터(47b)가 배치되어 있고, 수광부(35)는, 필터(47b)를 통하여, 연마 패드(2)로부터의 반사광을 수광한다. 이들 필터(47a, 47b)의 예로서는, 예를 들어 투명 필름 또는 투명 유리 등을 들 수 있다.
측정 헤드(31)는, 케이싱(43)의 측면에 고정된 위치 결정 플레이트(77, 78)를 갖고 있다. 측정 헤드(31)가 도 6 및 도 7a에 나타내는 측정 위치로 이동되었을 때, 위치 결정 플레이트(77, 78)가 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 접촉한다. 위치 결정 플레이트(77, 78)에 의해, 연직 방향에 있어서의 연마 패드(2)의 연마면(2a)으로부터 측정 헤드(31)의 측정 구조까지의 거리 및 측정 헤드(31)의 연마면(2a)에 대한 각도를 항상 일정하게 유지할 수 있다.
일 실시 형태에서는, 도 7a 및 도 7b에 나타내는 바와 같이, 표면 성상 측정 장치(30)는, 접속면(44c)으로부터 돌출되는 선단을 갖는 노즐(45)을 구비하고 있어도 된다. 노즐(45)은, 도시하지 않은 가압 기체 공급 라인에 접속되어 있고, 가압 기체 공급 라인으로부터의 가압 기체(예를 들어, 가압 질소 또는 가압 공기)를 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 분사하도록 구성되어 있다. 노즐(45)로부터 분사된 가압 기체에 의해, 연마면(2a) 상의 연마액 또는 드레싱액 등의 액체가 제거된다. 이에 의해, 표면 성상 측정 장치(30)는, 연마 패드(2)의 정확한 표면 성상을 측정할 수 있다.
도 8은 도 6에 나타내는 측정 헤드(31)의 주변을 확대하여 나타내는 모식도이다. 도 6 및 도 8에 나타내는 바와 같이, 측정 헤드(31)는, 지지 암(51)에 지지되어 있고, 지지 암(51)은, 연마 장치의 일부에 고정되는 이동 유닛(53)에 연결되어 있다. 이동 유닛(53)은, 측정 헤드(31)를 대피 위치로부터 측정 위치로 또는 측정 위치로부터 대피 위치로 이동시키기 위한 유닛이다. 측정 헤드(31)의 측정 위치는, 측정 헤드(31)가 연마 패드(2)의 표면 성상을 측정하기 위해 연마 패드(2)에 접촉하고 있는 위치이며, 측정 헤드(31)의 대피 위치는, 측정 헤드(31)가 연마 패드(2)로부터 이격된 위치이다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 이동 유닛(53)은, 연마 장치의 일부에 고정되는 고정 블록(55)과, 지지 암(51)에 연결되는 회동 블록(56)과, 회동 블록(56)을 고정 블록(55)에 대하여 회동 가능하게 연결하는 회전축(58)과, 회동 블록(56)을 회전축(58)의 축심 주위로 회동시키는 회동 기구(60)를 구비하고 있다. 고정 블록(55)은, 연마 장치의 프레임(48)에 고정되어 있다. 지지 암(51)은, 지지 플레이트(52)를 통해 회동 블록(56)에 연결되어 있다. 회동 블록(56)은, 회전축(58)을 통해 고정 블록(55)에 연결되어 있다.
회동 기구(60)는, 회동 블록(56)에 연결된 피스톤(도시하지 않음)과, 피스톤을 진퇴 가능하게 수용하는 실린더(63)로 구성되는 피스톤 실린더 기구이다. 피스톤의 선단은, 회동 블록(56)에 연결되어 있다. 실린더(63)에는, 유체 공급 라인(도시하지 않음)이 접속되어 있고, 유체 공급 라인을 통해 유체(예를 들어, 가압 질소 또는 가압 공기)가 실린더(63)에 공급된다. 동작 제어부(9)는, 실린더(63)로의 유체의 공급을 제어함으로써, 피스톤을 상하 이동시킨다. 예를 들어, 유체 공급 라인에 개폐 밸브(도시하지 않음)를 배치하여, 동작 제어부(9)가 이 개폐 밸브의 동작을 제어함으로써, 피스톤을 상하 이동시킨다. 보다 구체적으로는, 피스톤을 상승시킬 때는, 동작 제어부(9)는, 개폐 밸브를 열어, 실린더(63)에 유체를 공급한다. 피스톤을 하강시킬 때는, 동작 제어부(9)는, 개폐 밸브를 닫아, 실린더(63)로의 유체의 공급을 정지시킨다.
회동 기구(60)의 피스톤을 상승시킴으로써, 회동 블록(56) 및 지지 암(51)이 측정 헤드(31)를 상방으로 이동시키는 방향으로 회동하고, 피스톤을 하강시킴으로써, 회동 블록(56) 및 지지 암(51)이 측정 헤드(31)를 하방으로 이동시키는 방향으로 회동한다. 연마 패드(2)의 표면 성상을 측정할 때는, 동작 제어부(9)는, 회동 기구(60)의 피스톤을 하강시킨다. 이에 의해, 측정 헤드(31)의 위치 결정 플레이트(77, 78)가 연마 패드(2)에 접촉하고, 측정 헤드(31)는, 측정 위치에 위치한다. 연마 패드(2)의 표면 성상의 측정이 종료되면, 동작 제어부(9)는, 회동 기구(60)의 피스톤을 상승시킨다. 이에 의해, 측정 헤드(31)가 연마 패드(2)로부터 이격되고, 측정 헤드(31)는 대피 위치로 이동한다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 회동 블록(56)은, 지지 플레이트(52)에 접속된 제1 플레이트(64)와, 고정 블록(55)에 회전축(58)을 통해 연결된 제2 플레이트(65)를 구비하고 있다. 제1 플레이트(64)는, 힌지 기구(87)에 의해, 제2 플레이트(65)에 회동 가능하게 연결되어 있다. 힌지 기구(87)는, 제1 플레이트(64)의 상면에 고정되는 제1 조인트(88)와, 제2 플레이트(65)의 상면에 고정되는 제2 조인트(89)와, 제1 조인트(88)를 제2 조인트(89)에 대하여 회동 가능하게 연결하는 회전 핀(66)으로 구성되어 있다. 힌지 기구(87)를 동작시킴으로써 지지 암(51)을 더 상방으로 기울일 수 있다. 이에 의해, 측정 헤드(31)가 연마 패드(2)로부터 보다 먼 곳에 위치하므로, 연마 패드(2)의 메인터넌스 또는 교환을 용이하게 행할 수 있다.
연마 장치는, 측정 헤드(31)의 자세를 자동으로 조정하는 자세 조정 기구(70)를 더 구비하고 있다. 자세 조정 기구(70)는, 지지 암(51)에 연결된 지지대(72)와, 측정 헤드(31)의 상면에 고정되고, 지지대(72)에 형성된 관통 구멍을 통하여 연장되는 복수의 조정 핀(73)을 구비하고 있다. 본 실시 형태에서는, 4개의 조정 핀(73)이 측정 헤드(31)의 상면에 고정되어 있다. 지지대(72)는, 지지 암(51)에 연결된 지주(72a)와, 지주(72a)의 하부에 고정된 플랜지부(72b)를 갖고 있고, 4개의 관통 구멍이 플랜지부(72a)의 4코너에 형성되어 있다. 각 조정 핀(73)은, 플랜지(72b)에 형성된 각 관통 구멍을 통하여 연장되어 있다.
조정 핀(73)의 상부는, 상기 관통 구멍의 직경보다 큰 직경을 갖고 있고, 조정 핀(73)의 플랜지부(72b)를 관통하고 있는 부분의 직경은, 상기 관통 구멍의 직경보다 작다. 따라서, 측정 헤드(31)는, 지지대(72)에 접근하는 방향 및 지지대(72)로부터 멀어지는 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 측정 헤드(31)의 위치 결정 플레이트(77, 78)를 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 접촉시키면, 측정 헤드(31)는, 그 자중에 의해, 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 지지된다. 따라서, 측정 헤드(31)의 하면이 연마 패드(2)의 표면(연마면(2a))에 대하여 평행해지도록, 측정 헤드(31)의 자세가 조정된다.
연마 장치는, 측정 헤드(31)를 지지 암(51)의 길이 방향으로 이동시키는 액추에이터로서의 측정 헤드 이동 기구(83)를 더 구비하고 있다. 측정 헤드(31)가 측정 위치에 있을 때, 지지 암(51)은, 연마 패드(2)의 반경 방향으로 연장되도록 배치된다. 따라서, 측정 헤드 이동 기구(83)는, 측정 헤드(31)를 연마 패드(2)의 반경 방향으로 이동시킨다. 측정 헤드 이동 기구(83)는, 지지대(72)에 연결된 볼 나사 기구(85)와, 볼 나사 기구(85)에 연결된 서보 모터(84)를 구비하고 있다. 서보 모터(84)는, 지지 암(51)의 하면에 고정되어 있다.
지지 암(51)은, 그 길이 방향을 따라 연장되는 긴 구멍(80)을 갖고 있다. 긴 구멍(80)의 내부에는, 단차부(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 지주(72a)의 상단에는, 지지축(81)이 고정되어 있다. 지지축(81)은, 긴 구멍(80)의 단차부에 접촉하고, 긴 구멍(80)의 단차부에 의해, 긴 구멍(80)의 길이 방향으로 이동 가능하게 지지되어 있다. 이러한 구성으로부터, 측정 헤드(31) 및 자세 조정 기구(70)는, 지지 암(51)의 길이 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 즉, 긴 구멍(80)은, 자세 조정 기구(70) 및 측정 헤드(31)를 지지 암(50)을 따라 이동시키기 위한 안내 구멍으로서 기능한다.
측정 헤드 이동 기구(83)는, 동작 제어부(9)에 전기적으로 접속되어 있다. 측정 헤드 이동 기구(83)의 동작은, 동작 제어부(9)에 의해 제어된다. 동작 제어부(9)가 서보 모터(84)를 구동하면, 볼 나사 기구(85)가 구동되고, 자세 조정 기구(70) 및 측정 헤드(31)가 지지 암(51)의 길이 방향(즉, 연마 패드(2)의 반경 방향)으로 이동한다. 일 실시 형태에서는, 측정 헤드 이동 기구(83)는, 에어 실린더와 압력 레귤레이터의 조합이어도 된다.
다음으로, 상술한 표면 성상 측정 장치(30) 및 연마 패드(2)의 표면 성상 측정 방법을 사용한 연마 패드(2)의 표면 성상 판정 방법의 일 실시 형태에 대하여 도 9를 참조하여 설명한다. 도 9는 연마 패드(2)의 브레이크 인에, 연마 패드(2)의 표면 성상 판정 방법을 통합한 예를 나타내는 흐름도이다.
먼저, 미사용된 연마 패드(2)를 연마 테이블(1)에 적재하고, 연마 패드(2)의 브레이크 인을 개시한다(스텝 1-1). 브레이크 인이란, 미사용된 연마 패드의 표면(연마면)을 연마에 적합한 상태로 하기 위한 공정이다. 브레이크 인은, 연마 패드(2)의 드레싱만을 행하는 공정(시즈닝)을 적어도 포함한다. 일 실시 형태에서는, 브레이크 인은, 복합 처리 공정을 더 포함해도 된다. 복합 처리 공정은, 산화막(SiO2) 또는 금속막이 성막된 더미 웨이퍼를 1매 연마한 후, 연마 패드(2)를 드레싱하는 공정이다. 복합 처리 공정은, 연마할 더미 웨이퍼를 바꾸어 복수회 반복해도 된다. 일 실시 형태에서는, 시즈닝 후, 소정 횟수의 복합 처리 공정이 실시된다.
브레이크 인을 행하고 있는 동안, 연마 패드(2)의 표면 성상을 측정한다(스텝 1-2). 일 실시 형태에서는, 소정 시간 연마 패드(2)의 드레싱(시즈닝)을 실시한 후, 또는 복합 처리 공정을 소정 횟수 실시한 후, 연마 패드(2)의 표면 성상이 측정된다.
스텝 1-2에서는, 연마 패드(2)의 표면 성상을 측정한다. 구체적으로는, 연마 패드(2)의 표면의 서로 다른 복수의 개소(측정점)에 있어서, 연마 패드(2)로부터의 반사광의 강도 분포를 취득(측정)하고, 서로 다른 복수의 개소에서 취득된 복수의 상기 강도 분포로부터 연마 패드(2)의 표면 성상을 간접적으로 나타내는 파장 구성비를 산출한다. 연마 패드(2)로부터의 반사광의 강도 분포를 취득하는 공정은, 이하와 같다. 즉, 투광부(32)로부터 연마 패드(2)의 표면에 레이저 광을 조사하고, 수광부(35)에 의해, 연마 패드(2)로부터의 반사광을 수광한다. 수광부(35)는, 연마 패드(2)로부터의 반사광을 수광함으로써, 연마 패드(2)로부터의 반사광의 강도 분포를 취득한다.
서로 다른 복수의 개소에서 취득된 복수의 상기 강도 분포로부터 연마 패드(2)의 표면 성상을 간접적으로 나타내는 파장 구성비를 산출하는 공정은, 이하와 같다. 본 실시 형태에서는, 복수의 상기 강도 분포의 각각으로부터, 파장 구성비를 각각 산출함으로써, 복수의 파장 구성비를 산출한다. 구체적으로는, 각 개소에서 취득된 반사광의 강도 분포는, 데이터 처리부(50)에 송신된다. 다음으로, 데이터 처리부(50)는, 상기 반사광의 강도 분포로부터, 연마 패드(2)의 표면 성상을 간접적으로 나타내는 파장 구성비를 산출한다. 보다 구체적으로는, 데이터 처리부(50)는, 상기 반사광의 강도 분포를, 푸리에 변환함으로써, 연마 패드(2)의 표면의 공간 파장 스펙트럼으로 변환하고, 상기 공간 파장 스펙트럼으로부터 파장 구성비를 산출한다. 즉, 본 실시 형태에서는, 상술한 레이저 광의 조사로부터 파장 구성비의 산출까지의 연마 패드(2)의 표면 성상 측정 공정이, 레이저 광의 조사 위치를 변경하여 복수회 실행된다.
일 실시 형태에서는, 데이터 처리부(50)는, 상기 복수의 강도 분포를 평균화하고, 평균화된 반사광의 강도 분포로부터, 연마 패드(2)의 표면 성상을 간접적으로 나타내는 파장 구성비를 산출해도 된다. 구체적으로는, 복수의 강도 분포의 화소마다 강도를 평균화함으로써, 복수의 반사광의 강도 분포를 평균화한다. 강도 분포의 평균화를 행한 후에, 파장 구성비를 산출함으로써, 효율적으로 파장 구성비를 산출할 수 있다.
연마 패드(2)로부터의 반사광의 강도 분포는, 연마 패드(2)의 중심 O를 중심으로 하는 적어도 하나의 원주 상의 복수의 개소에서 취득(측정)된다. 일 실시 형태에서는, 상기 강도 분포는, 연마 패드(2)의 중심 O를 중심으로 하는 복수의 동심원 상의 복수의 개소에서 측정된다. 도 10은 연마 패드(2)의 표면 상의 복수의 측정점의 일례를 나타내는 도면이다. 도 10에 나타내는 예에서는, 상기 강도 분포는, 연마 패드(2)의 중심 O를 중심으로 하는 복수의 동심원 C1, C2, C3 상의 복수의 측정점 P11 내지 P15, P21 내지 P25, P31 내지 P35에서 측정된다. 상기 강도 분포의 측정점의 수는 이 예에 한정되지 않는다.
일 실시 형태에서는, 연마 패드(2)의 표면의 복수의 개소에 있어서의 연마 패드(2)로부터의 반사광의 강도 분포의 측정은 이하와 같이 행해진다. 먼저 소정의 위치로 측정 헤드(31)를 이동시켜, 상기 강도 분포를 측정한다. 다음으로, 소정의 각도만큼 연마 테이블(1)을 연마 패드(2)와 일체로 회전시켜, 다시 연마 패드(2)로부터의 반사광의 강도 분포를 측정한다. 측정 헤드(31)의 위치를 고정한 채, 연마 테이블(1)의 회전과, 상기 강도 분포의 측정을 반복함으로써, 중심 O를 중심으로 하는 동일 원주 상에서 복수의 측정이 실시된다. 연마 패드(2)로부터의 반사광의 강도 분포를 소정 횟수 측정한 후, 측정 헤드 이동 기구(83)에 의해 측정 헤드(31)를 연마 패드(2)의 반경 방향으로 이동시키고, 마찬가지로, 중심 O를 중심으로 하는 다른 원주의 동일 원주 상의 복수의 개소에서 연마 패드(2)로부터의 반사광의 강도 분포를 측정한다. 연마 테이블(1)의 회전과, 상기 강도 분포의 측정과, 측정 헤드(31)의 연마 패드(2)의 반경 방향의 이동을 반복함으로써, 연마 패드(2)로부터의 반사광의 강도 분포는, 연마 패드(2)의 중심 O를 중심으로 하는 복수의 동심원 상의 복수의 개소에서 측정된다.
스텝 1-3에서는, 스텝 1-2에서 산출된 파장 구성비에 기초하여, 연마 패드(2)의 표면 성상의 양호 여부를 판정한다. 데이터 처리부(50)는, 스텝 1-2에서 산출된 파장 구성비를 동작 제어부(9)에 송신하고, 동작 제어부(9)는, 산출된 파장 구성비에 기초하여, 연마 패드(2)의 표면 성상의 양호 여부를 판정한다. 동작 제어부(9)는, 연마 패드(2)의 표면 성상이 양호하다고 판정한 경우, 연마 장치의 각 구성 요소에 지령을 발하여, 브레이크 인을 종료시킨다.
일 실시 형태에서는, 복수의 상기 강도 분포의 각각으로부터, 파장 구성비를 각각 산출한 경우, 동작 제어부(9)는, 산출된 복수의 파장 구성비의 평균값을 산출하고, 상기 평균값과 미리 정해진 역치를 비교하여, 상기 평균값이 역치보다 작을 때는, 연마 패드(2)의 표면 성상이 양호하다(연마 패드(2)의 표면이 연마에 적합한 상태로 되었다)고 판정하고, 브레이크 인을 종료한다(스텝 1-4). 상기 평균값이 역치보다 클 때는, 동작 제어부(9)는, 연마 패드(2)의 표면 성상이 양호하지 않다(연마 패드(2)의 표면이 연마에 적합한 상태로 되어 있지 않다)고 판정하고, 브레이크 인을 계속한다(스텝 1-5). 소정 시간의 시즈닝, 혹은 복합 처리 공정을 소정 횟수 실시한 후, 다시 스텝 1-2를 실행한다.
일 실시 형태에서는, 평균화된 반사광의 강도 분포로부터 산출된 파장 구성비를 미리 정해진 역치와 비교해도 된다. 본 실시 형태에서는, 상기 파장 구성비가 역치보다 작을 때는, 연마 패드(2)의 표면 성상이 양호하다고 판정하고, 브레이크 인을 종료한다. 상기 파장 구성비가 역치보다 클 때는, 동작 제어부(9)는, 연마 패드(2)의 표면 성상이 양호하지 않다고 판정하고, 브레이크 인을 계속한다. 소정 시간의 시즈닝, 혹은 복합 처리 공정을 소정 횟수 실시한 후, 다시 스텝 1-2를 실행한다.
일 실시 형태에서는, 상기 평균값(또는 평균화된 반사광의 강도 분포로부터 산출된 파장 구성비)이 역치보다 클 때는, 연마 패드(2)의 표면 성상이 양호하다고 판정하고, 브레이크 인을 종료해도 된다. 파장 구성비를 산출하기 위한 공간 파장 영역의 선택 방법에 따라, 상기 평균값(또는 평균화된 반사광의 강도 분포로부터 산출된 파장 구성비)이 역치보다 클 때 연마 패드(2)의 표면 성상이 양호하게 되는 경우가 있다.
일 실시 형태에서는, 동작 제어부(9)는, 산출된 복수의 파장 구성비가 미리 정해진 기준 범위 내에 있는지 여부를 확인하고, 산출된 복수의 파장 구성비의 모두가 미리 정해진 기준 범위 내에 있을 때, 연마 패드(2)의 표면 성상이 양호하다고 판정하고, 브레이크 인을 종료해도 된다. 복수의 파장 구성비의 모두가 미리 정해진 기준 범위 내에 없는 경우에는, 동작 제어부(9)는, 연마 패드(2)의 표면 성상이 양호하지 않다고 판정하고, 브레이크 인을 계속한다. 소정 시간의 시즈닝, 혹은 복합 처리 공정을 소정 횟수 실시한 후, 다시 스텝 1-2를 실행한다.
또한 일 실시 형태에서는, 동작 제어부(9)는, 산출된 복수의 파장 구성비의 평균값을 산출하고, 상기 평균값과 미리 정해진 역치를 비교하고, 또한 산출된 복수의 파장 구성비가 미리 정해진 기준 범위 내에 있는지 여부를 확인하고, 상기 평균값이 역치보다 작고(또는 크고), 또한 산출된 복수의 파장 구성비의 모두가 미리 정해진 기준 범위 내에 있을 때 연마 패드(2)의 표면 성상이 양호하다고 판정하고, 브레이크 인을 종료해도 된다. 상술한 역치나 기준 범위는 미리 취득한 드레싱 후, 또는 브레이크 인 후의 연마 패드(2)의 표면 성상의 측정 데이터로부터 설정할 수 있다.
연마 패드(2)의 드레싱이나 브레이크 인이 적절하게 실시되면, 연마면(2a)의 요철 구조의 볼록부가 일어나, 요철 구조의 면내 균일성이 향상된다. 그 결과, 연마 패드(2)의 표면의 복수의 측정점에 있어서의 파장 구성비의 크기 및 면내 변동은 작아진다. 즉, 파장 구성비는, 연마 패드(2)의 표면 성상을 간접적으로 나타내고 있다. 따라서, 파장 구성비에 기초하여, 연마 패드(2)의 표면 성상의 판정(예를 들어, 드레싱 부족의 검지나, 드레싱의 종료 판정)을 행할 수 있다.
또한, 연마 패드(2)의 표면의 복수의 개소에서 연마 패드(2)로부터의 반사광의 강도 분포를 취득함으로써, 연마 패드의 표면 성상의 면내 변동을 포함한 평가를 행할 수 있다. 이와 같이, 1개소가 아니라, 복수의 개소에서 연마 패드(2)로부터의 반사광의 강도 분포를 취득함으로써, 고정밀도로 연마 패드(2)의 표면 성상(연마 패드(2)의 전체의 표면 성상)을 판정할 수 있다. 결과적으로, 과잉 드레싱이나 브레이크 인을 방지할 수 있어, 드레서의 장수명화에 기여할 수 있다. 또한 공정 단축이나, 슬러리 등의 소모 부재의 삭감으로도 이어진다. 또한, 상술한 표면 성상 판정 방법에 의하면, 볼록부의 기립이 빠른 연마 패드는, 브레이크 인 시간을 짧게 할 수 있고, 볼록부의 기립이 느린 패드에는 충분한 브레이크 인을 실시할 수 있다. 즉, 연마 패드의 개체 차에 따라 브레이크 인의 시간을 조정할 수 있다.
일 실시 형태에서는, 신품의 연마 패드(미사용된 연마 패드)를 교환할 때마다 상술한 스텝 1-2 내지 스텝 1-5를 실행하여, 개별적으로 브레이크 인의 종료 판정을 해도 된다. 또한 일 실시 형태에서는, 신품의 어떤 연마 패드에 있어서, 스텝 1-2 내지 스텝 1-5를 한 번 행하여 적절한 브레이크 인 조건을 결정하고, 그 이후에 신품의 연마 패드로 교환했을 때에는 결정한 브레이크 인 조건에서 브레이크 인을 실행해도 된다. 또한 일 실시 형태에서는, 복수의 신품의 연마 패드의 브레이크 인에 있어서, 스텝 1-2 내지 스텝 1-5를 실행함으로써 복수의 브레이크 인의 종료 조건을 결정하고, 복수의 브레이크 인의 종료 조건에 기초하여, 브레이크 인의 종료 조건의 상한값을 설정해도 된다.
도 11은 브레이크 인 중의 연마 패드(2)의 처리 조건마다의 파장 구성비의 일례를 나타내는 그래프이다. 도 11은 각 처리 조건에서 연마 패드(2)를 처리한 후, 연마 패드(2)의 복수의 개소에서 연마 패드(2)로부터의 반사광의 강도 분포를 측정하고, 각각의 강도 분포로부터 파장 구성비를 각각 산출한 결과를 나타내고 있다. 도 11의 측정값은, 연마 패드의 각 측정 위치에서 각각 얻어진 측정값(파장 구성비)을 나타내고 있다. 도 11에 나타내는 처리 조건의 예로서, 시즈닝 시간과 복합 처리 공정의 횟수를 들 수 있다. 도 11에서는, 조건 2 내지 6에 있어서는, 조건 번호가 커질수록 시즈닝 시간은 길어지고, 조건 7 내지 10에 있어서는, 조건 번호가 커질수록 복합 처리 공정의 횟수가 많아진다. 또한, 조건 2 내지 6은, 시즈닝만을 행하고 있고, 조건 7 내지 10에서는, 소정 시간 시즈닝을 행한 후, 복합 처리 공정을 소정 횟수 행하고 있다. 조건 7 내지 10의 각 복합 처리 공정에서의 드레싱 시간은 동일하고, 조건 7 내지 10의 시즈닝 시간은 동일하다. 또한, 조건 1의 측정 결과는, 브레이크 인 전의 미사용된 연마 패드의 측정 결과를 나타내고 있다.
도 12a는 도 11의 조건 1에 있어서의 파장 구성비와, 소정의 기준 범위 및 소정의 역치를 비교한 도면이며, 도 12b는 도 11의 조건 6에 있어서의 파장 구성비와, 소정의 기준 범위 및 소정의 역치를 비교한 도면이며, 도 12c는 도 11의 조건 10에 있어서의 파장 구성비와, 소정의 기준 범위 및 소정의 역치를 비교한 도면이다.
도 12a에서는, 역치는, 파장 구성비의 측정값(산출값)보다 상당히 아래에 있기 때문에, 도 12a에는, 역치는 도시되어 있지 않다.
도 12a에 나타내는 바와 같이, 조건 1에서는, 파장 구성비의 모든 측정값은, 기준 범위 내에 수렴되어 있지만, 파장 구성비의 평균값은, 역치보다 크다. 도 12b에 나타내는 바와 같이, 조건 6에서는, 파장 구성비의 모든 측정값은, 기준 범위 내에 수렴되어 있지 않지만, 파장 구성비의 평균값은, 역치보다 작다. 도 12c에 나타내는 바와 같이, 조건 10에서는, 파장 구성비의 모든 측정값이 기준 범위 내에 수렴되어 있고, 또한 파장 구성비의 평균값은, 역치보다 작다.
따라서, 산출된 복수의 파장 구성비와 미리 정해진 역치를 비교하고, 또한 산출된 복수의 파장 구성비가 미리 정해진 기준 범위 내에 있는지 여부를 확인함으로써, 보다 정확한 브레이크 인의 종료 판정을 행할 수 있다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 조건 3 이후의 측정에서는, 역치를 하회하는 측정값이 얻어지는 경우가 있다는 것을 알 수 있다(그러나 다른 측정점에서는 역치를 크게 상회하고 있고, 브레이크 인이 불충분함을 나타내고 있음). 상술한 실시 형태에서는, 서로 다른 복수의 개소에서 취득된 복수의 상기 강도 분포로부터 연마 패드(2)의 표면 성상을 간접적으로 나타내는 파장 구성비를 산출하기 때문에, 연마 패드 전체가 연마에 적합한 상태로 되어 있는지 여부를 판단할 수 있다.
다음으로, 상술한 표면 성상 측정 장치(30) 및 연마 패드(2)의 표면 성상 측정 방법을 사용한 연마 패드(2)의 표면 성상 판정 방법의 다른 실시 형태에 대하여 도 13을 참조하여 설명한다. 도 13은 기판 W의 연마 공정에, 연마 패드(2)의 표면 성상 판정 방법을 통합한 예를 나타내는 흐름도이다. 특별히 설명하지 않는 본 실시 형태의 표면 성상 판정 방법은, 스텝 1-2 및 스텝 1-3과 마찬가지이므로, 그 중복되는 설명을 생략한다.
스텝 2-1에서는 기판 W의 연마가 행해진다. 스텝 2-2에서는, 연마 패드(2)의 드레싱이 실시된다. 일 실시 형태에서는, 연마 패드(2)의 드레싱은, 기판 W의 연마와 동시에 행해도 된다. 또한 일 실시 형태에서는, 연마 패드(2)의 드레싱은, 소정 매수의 기판을 연마할 때마다 실시해도 된다. 소정 시간, 연마 패드(2)의 드레싱을 행한 후, 스텝 1-2와 마찬가지의 방법에 의해, 연마 패드(2)의 표면 성상을 측정한다(스텝 2-3). 일 실시 형태에서는, 스텝 2-3은, 임의의 타이밍(예를 들어, 매회의 드레싱 종료 후, 연마되는 기판의 로트마다, 또는 소정 매수의 기판을 연마한 후의 드레싱 종료 후)에 행해도 된다. 스텝 2-4에서는, 스텝 1-3과 마찬가지의 방법에 의해 연마 패드(2)의 표면 성상의 양호 여부를 판정한다. 일 실시 형태에서는, 표면 성상 판정 공정(스텝 2-3 내지 스텝 2-5)은 연마 패드(2)의 드레싱과 동시에 실시해도 된다.
도 14는 기판 W를 연마하면서 소정의 드레싱 조건에서 연마 패드(2)를 드레싱한 후, 연마 패드(2)의 표면 성상을 측정하여, 파장 구성비를 산출한 결과를 나타내고 있다. 도 14에 나타내는 드레싱 조건의 일례로서, 드레서 암(21)의 스캔 횟수를 들 수 있다. 도 14에서는, 조건 번호가 커질수록 드레서 암(21)의 스캔 횟수는 적어진다. 도 14의 조건 11은, 연마 패드(2)의 드레싱이 적절하게 실시되었을 때(즉, 연마 패드(2)의 표면 성상이 양호할 때)의 드레싱 조건이다. 도 14의 조건 12 내지 15는, 기판 W의 연마 중에만 연마 패드(2)의 드레싱을 행했을 때의 드레싱 후의 연마 패드(2)의 표면 성상의 측정 결과이며, 조건 11은, 기판 W의 연마 중에 소정의 조건에서 연마 패드(2)의 드레싱을 행한 후, 연마 종료 후에 다시 연마 패드(2)의 드레싱을 행했을 때의 드레싱 후의 연마 패드(2)의 표면 성상의 측정 결과이다.
동작 제어부(9)는, 연마 패드(2)의 표면 성상이 양호하다(즉, 드레싱이 적절하게 실시되었다)고 판정한 경우, 새로운 기판의 연마를 개시한다. 동작 제어부(9)가, 연마 패드(2)의 표면 성상이 양호하지 않다고(드레싱 부족이라고) 판단한 경우, 동작 제어부(9)는, 후술하는 스텝 2-6의 추가 드레싱의 반복 횟수를, 소정의 반복 기준값과 비교한다(스텝 2-5). 상기 반복 횟수가, 소정의 반복 기준값보다 많은 경우, 동작 제어부(9)는, 작업자에게 연마 장치의 소모 부품의 교환의 검토를 촉구하기 위한 경보 신호를 생성한다(스텝 2-7). 연마 장치의 소모 부품으로서, 연마 패드(2)나, 드레싱 부재(22a)나, 슬러리를 들 수 있다.
상기 반복 횟수가 소정의 반복 기준값 미만인 경우에는, 소정의 드레싱 조건에서 연마 패드(2)의 추가 드레싱을 실시하고(스텝 2-6), 추가 드레싱을 실시한 후, 다시 스텝 2-3을 실시한다. 일 실시 형태에서는, 스텝 2-6의 드레싱 조건(예를 들어, 드레싱 시간)은 스텝 2-2에 있어서의 드레싱 조건과 달라도 된다. 본 실시 형태에 있어서도, 복수의 개소에서 연마 패드(2)로부터의 반사광의 강도 분포를 취득함으로써, 고정밀도로 연마 패드(2)의 표면 성상(연마 패드(2)의 전체의 표면 성상)을 판정할 수 있다. 본 실시 형태에 따르면, 드레싱의 부족을 판정하고, 필요하다면 추가의 드레싱을 행하여 연마를 계속하고, 연마 패드의 표면 성상에 기초하여, 고정밀도로 소모 부품(예를 들어, 드레싱 부재)의 교환의 판정을 행할 수 있다.
일 실시 형태에서는, 스텝 2-2로부터 스텝 2-6까지의 공정을 기판 W의 연마 후(또는, 연마 중)에 행해지는 일련의 드레싱 공정으로 하고, 스텝 2-4에 의해 드레싱 공정의 종료 판정을 행해도 된다. 즉, 동작 제어부(9)는, 스텝 2-4에서 연마 패드(2)의 표면 성상이 양호하다고 판정한 경우, 연마 장치의 각 구성 요소에 지령을 발하여, 드레싱 공정을 종료시킨다. 본 실시 형태에 따르면, 고정밀도로 연마 패드(2)의 표면 성상을 판정할 수 있기 때문에, 과잉의 드레싱을 방지할 수 있다.
도 15는 표면 성상 측정 장치(30)의 다른 실시 형태를 나타내는 모식도이다. 특별히 설명하지 않는 본 실시 형태의 구성 및 동작은, 상술한 실시 형태와 동일하므로, 그 중복되는 설명을 생략한다. 본 실시 형태의 투광부(32)는, 연마 패드(2)를 연마 패드(2)의 연마면(2a) 측에서 보았을 때, 광을, 복수의 방향으로부터 연마 패드(2)에 조사 가능하게 구성되어 있고, 수광부(35)는, 연마 패드(2)의 표면에서 반사된 복수의 방향으로부터의 반사광을 수광 가능하게 구성되어 있다. 본 명세서에 있어서, 레이저 광의 조사 방향이란, 연마 패드(2)를 표면(연마면(2a)) 측에서 보았을 때의 레이저 광의 조사 방향을 의미한다.
본 실시 형태의 표면 성상 측정 장치(30)는, 투광부(32)로부터 발해지는 레이저 광의 조사 방향을 변경하는 조사 방향 변경 기구(90)를 더 구비하고 있다. 조사 방향 변경 기구(90)는, 측정 헤드(31)에 접속되어 있다. 조사 방향 변경 기구(90)는, 측정 헤드(31)를 회전 가능하게 지지하고 있고, 측정 헤드(31)를 회전시킴으로써, 투광부(32)로부터 발해지는 레이저 광의 조사 방향을 변경하도록 구성되어 있다.
조사 방향 변경 기구(90)는, 측정 헤드(31)를 회전시키는 회전 모터(91)와, 회전 모터(91)에 연결된 샤프트(92)를 구비하고 있다. 측정 헤드(31)는, 샤프트(92)를 통해 회전 모터(91)에 연결되어 있다. 이 회전 모터(91)에 의해 측정 헤드(31)가 샤프트(92)의 축심 AX2를 중심으로 화살표로 나타내는 방향으로 회전되도록 되어 있다. 회전 모터(91)에는, 측정 헤드(31)의 회전 각도를 측정하는 각도 측정 장치(93)가 내장되어 있다. 회전 모터(91)는, 그 회전 각도를 제어 가능하게 구성되어 있다. 회전 모터(91)의 일례로서 서보 모터를 들 수 있다. 각도 측정 장치(93)의 일례로서, 로터리 인코더를 들 수 있다.
조사 방향 변경 기구(90)는, 데이터 처리부(50)에 전기적으로 접속되어 있고, 조사 방향 변경 기구(90)의 동작은, 데이터 처리부(50)에 의해 제어된다. 조사 방향 변경 기구(90)는, 베이스 플레이트(74)의 하면에 고정되어 있고, 베이스 플레이트(74)를 통해 자세 조정 기구(70)에 연결되어 있다. 본 실시 형태에서는, 조정 핀(73)의 하단은, 베이스 플레이트(74)의 상면에 고정되어 있다. 일 실시 형태에서는, 샤프트(92)는, 회전 모터(91) 대신에, 도시하지 않은 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되어 있어도 된다. 이 경우, 측정 헤드(31)는 수동으로 회전하고, 조사 방향 변경 기구(90)는, 데이터 처리부(50)에 전기적으로 접속되지 않아도 된다.
투광부(32) 및 수광부(35)는, 샤프트(93)의 축심 AX2 주위로 회전한다. 본 실시 형태에서는, 축심 AX2와, 레이저 광의 조사 위치 P를 지나서 연마면(2a)에 수직인 직선인 축심 CP(도 2 참조)의 위치는 일치하고 있다. 따라서, 도 16에 나타내는 바와 같이, 투광부(32) 및 수광부(35)는, 축심 CP를 중심으로, 축심 CP 주위로 회전 가능하게 구성되어 있다. 회전 모터(91)를 구동함으로써, 측정 헤드(31), 즉 투광부(32) 및 수광부(35)가 축심 CP 주위로 회전한다. 이에 의해, 투광부(32)로부터 발해지는 레이저 광의 조사 방향이 변경된다.
본 실시 형태에서는, 상기 레이저 광의 조사 방향은, 축심 CP 주위의 각도라고도 할 수 있다. 바꿔 말하면, 레이저 광의 조사 각도 θ는, 연마 패드(2)의 표면(연마면(2a))에 수직인 방향에서 보았을 때의 투광부(32)의 광원(33)으로부터 발해지는 레이저 광과, 기준 직선 RL이 이루는 각도이다. 기준 직선 RL은, 조사 위치 P 및 연마 패드(2)의 중심 O를 지나는 직선이다. 본 실시 형태에서는, 레이저 광의 조사 위치를 움직이지 않고 레이저 광의 조사 방향을 변경할 수 있다.
다음으로, 본 실시 형태의 표면 성상 측정 장치(30)를 사용한 연마 패드(2)의 표면 성상 측정 방법의 일 실시 형태에 대하여, 도 17의 흐름도를 참조하여 설명한다. 스텝 3-1에서는, 연마 패드(2)의 표면 성상(연마 패드(2)로부터의 반사광의 강도 분포)의 다방향 측정을 실시한다. 연마 패드(2)의 표면 성상의 다방향 측정은, 서로 다른 복수의 조사 방향으로부터 레이저 광을 연마 패드(2)에 조사하고, 연마 패드(2)에 조사된 복수의 레이저 광의 각각에 대응하는 연마 패드(2)로부터의 복수의 반사광을 수광부(35)에서 수광하여, 복수의 반사광의 복수의 강도 분포를 취득함으로써 행해진다. 구체적으로는, 레이저 광의 조사 방향을 변경하면서, 레이저 광을 연마 패드(2)에 조사하고, 각 조사 방향에 있어서의 레이저 광의 연마 패드(2)로부터의 각 반사광을 수광부(35)에서 수광함으로써 복수의 강도 분포를 취득한다.
보다 구체적으로는, 투광부(32)는, 소정의 조사 방향으로부터 레이저 광을 연마 패드(2)에 조사하고, 수광부(35)에 의해, 연마 패드(2)로부터의 반사광을 수광한다. 수광부(35)는, 연마 패드(2)로부터의 반사광을 수광함으로써, 연마 패드(2)로부터의 반사광의 강도 분포를 취득한다. 그 후, 레이저 광의 조사 방향을 소정의 각도만큼 조사 방향 변경 기구(90)에 의해 변경하고, 변경된 조사 방향으로부터 레이저 광을 연마 패드(2)에 조사하고, 레이저 광의 연마 패드(2)로부터의 반사광을 수광부(35)에서 수광하여, 반사광의 강도 분포를 취득한다. 그 후, 또한 레이저 광의 조사 방향을 소정의 각도만큼 변경하고, 변경된 방향으로부터 연마 패드(2)의 표면 성상을 측정한다. 이와 같이, 레이저 광의 조사 방향의 변경과, 연마 패드(2)의 표면 성상의 측정이, 소정 횟수(예를 들어, 광원(33)이 축심 CP의 주위를 일주할 때까지) 반복된다.
본 실시 형태에 있어서의 연마 패드(2)의 표면 성상의 다방향 측정의 측정 위치는, 연마 중에 기판 W의 중심 부분이 접촉하는 연마 패드(2) 상의 위치이다. 기판 W의 중심 부분이 접촉하는 연마 패드(2) 상의 개소는, 드레싱 부족이 발생하기 쉽기 때문에, 반사광의 강도가 비교적 커진다. 일 실시 형태에서는, 각 조사 방향에 있어서, 연마 패드(2)의 표면 성상의 측정을 복수회 실행하여, 복수의 반사광의 강도 분포를 평균화하고, 평균화된 강도 분포를 후술하는 스텝 3-2에서 사용해도 된다. 복수의 반사광의 강도 분포를 평균화함으로써, 측정 변동이 저하되어, 측정 결과의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
스텝 3-2 내지 스텝 3-6에서는, 스텝 3-1의 다방향 측정에서 취득한 복수의 강도 분포를 이용하여, 연마 패드(2)의 표면 성상을 간접적으로 나타내는 지표값을 취득한다. 본 실시 형태의 데이터 처리부(50)는, 서로 다른 복수의 방향으로부터 연마 패드(2)에 조사된 복수의 광의 연마 패드(2)로부터의 복수의 반사광의 강도 분포를 이용하여, 연마 패드(2)의 표면 성상을 간접적으로 나타내는 지표값을 취득하도록 구성되어 있다.
스텝 3-2 내지 스텝 3-6의 구체적인 공정은 이하와 같다. 스텝 3-2에서는, 데이터 처리부(50)는, 서로 다른 복수의 각도로부터 연마 패드(2)에 조사된 복수의 레이저 광의 연마 패드(2)로부터의 복수의 반사광의 복수의 강도 분포를 비교하여, 특정 공간 파장 영역에 있어서의 연마 패드(2)로부터의 반사광의 강도가 최대가 되는 레이저 광의 조사 방향을 결정한다. 보다 구체적으로는, 데이터 처리부(50)는, 각 강도 분포의 특정 공간 파장 영역(즉, 수광 소자(36)의 특정 공간 파장 영역의 반사광을 수광하는 소정의 범위 내의 화소)에 있어서의 강도의 평균값을 산출하고, 산출된 각 평균값을 비교하여, 상기 평균값이 최대가 되는 조사 방향을 결정한다.
일 실시 형태에서는, 데이터 처리부(50)는, 각 조사 방향에 있어서의 소정의 화소(픽셀 위치)의 반사광의 강도를 비교하여, 소정의 화소에 있어서의 반사광의 강도가 최대가 되는 조사 방향을 결정해도 된다. 또한 일 실시 형태에서는, 데이터 처리부(50)는, 조사 방향의 변경에 가장 영향을 받기 쉬운 화소(즉, 조사 방향에 의한 강도의 변화가 가장 큰 화소)를 반사광의 강도의 비교를 행하기 위한 화소로 해도 되고, 복수의 반사 강도 분포 중에서 가장 반사광의 강도가 큰 화소를, 반사광의 강도의 비교를 행하기 위한 화소로 해도 된다.
도 18 내지 도 25는 각 조사 방향에 있어서의 연마 패드(2)로부터의 반사광의 강도 분포를 나타내는 그래프이다. 도 18 내지 도 25의 그래프의 횡축은, 화소(픽셀 위치)를 나타내고, 종축은, 각 화소에 있어서의 연마 패드(2)로부터의 반사광의 강도를 나타내고 있다. 도 18 내지 도 25는 각각 조사 각도 θ가 0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, 315°인 때의 연마 패드(2)로부터의 반사광의 강도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 18 내지 도 25에 나타내는 예에서는, 공간 주파수 1/ξ5의 광을 수광하는 화소(이하, 단순히 화소 1/ξ5라고 함)나 그 주변에 있어서의 강도의 변화가 비교적 크고, 화소 1/ξ5에 있어서의 강도의 최댓값(조사 각도 θ=90°인 때의 화소 1/ξ5에 있어서의 반사광의 강도)도 비교적 크다. 따라서, 도 18 내지 도 25에 나타내는 예에서는, 데이터 처리부(50)는, 각 반사광의 강도 분포를 비교하여, 화소 1/ξ5에 있어서의 반사광의 강도가 최대가 되는 조사 방향을 결정해도 되고, 각 반사광의 강도 분포를 비교하여, 화소 1/ξ5의 주변의 화소 1/ξ6으로부터 화소 1/ξ7까지의 범위 내(도 20 참조)의 화소(공간 주파수 1/ξ6으로부터 공간 주파수 1/ξ7까지의 공간 파장 영역)에 있어서의 복수의 강도의 평균값이 최대가 되는 조사 방향을 결정해도 된다.
도 20에 나타내는 바와 같이, 화소 1/ξ5의 주변의 강도는 크게 되어 있다. 이것은, 연마면(2a)의 요철 구조의 볼록부가 90°의 방향으로 쓰러져, 90°의 방향에 있어서의 반사율이 높아져 있다고 파악할 수 있다. 또한, 볼록부가 90°의 방향으로 쓰러져 있음으로써, 연마 패드(2)의 표면에서는 90°의 방향으로 장파장의 공간 파장에 상당하는 요철 구조가 존재하고 있다고 파악할 수 있다. 도 18 내지 도 25의 그래프의 좌측의 조사 각도마다의 강도의 변화가 큰 영역의 화소는, 장파장의 공간 파장에 상당하고, 그래프의 우측의 조사 각도마다의 강도의 변화가 작은 영역의 화소는, 단파장의 공간 파장에 상당한다.
도 18 내지 도 25에 나타내는 바와 같이, 연마 패드(2)의 표면 성상의 측정값(연마 패드(2)로부터의 반사광의 강도)은 조사 방향에 따라 변화한다. 즉, 연마 패드(2)의 상태와 연마 성능의 관계를 조사하고, 드레싱 조건의 최적화 등을 하기 위해서는, 일방향의 요철 정보가 아니라, 다방향의 요철 정보를 얻는 편이 유익하다. 본 실시 형태와 같이, 복수의 조사 방향에 있어서 연마 패드(2)의 표면 성상(연마 패드(2)로부터의 반사광의 강도 분포)을 측정함으로써, 연마 패드(2)의 표면 상태를 보다 상세하게 평가하고, 드레싱 조건의 최적화를 행할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 레이저 광의 조사 방향을 45°마다 변화시키고 있지만, 조사 방향의 변경 피치는 본 실시 형태에 한정되지 않는다.
스텝 3-3에서는, 투광부(32)의 광원(33)으로부터 발해지는 레이저 광의 조사 방향이 스텝 3-2에서 결정된 조사 방향, 즉 연마 패드(2)로부터의 반사광의 특정 공간 파장 영역에 있어서의 강도가 최대가 되는 조사 방향이 되도록 레이저 광의 조사 방향을 설정한다. 구체적으로는, 조사 방향 변경 기구(90)에 의해, 투광부(32) 및 수광부(35)의 각도를 조정함으로써, 레이저 광의 조사 방향을 설정한다. 이에 의해, 레이저 광의 조사 방향이 연마 패드(2)의 표면 성상 측정에 최적인 방향이 된다. 최적의 조사 방향에서 연마 패드(2)의 표면 성상(연마 패드(2)로부터의 반사광의 강도 분포)을 측정함으로써, 연마 패드(2)의 표면 성상의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있어, 결과적으로 보다 정밀한 연마 패드(2)의 표면 성상의 판정이나, 드레싱 조건의 최적화를 행할 수 있다.
스텝 3-1 내지 스텝 3-3(이하, 방향 설정 공정이라고 함)은 연마 패드(2)의 표면 성상 측정 전에 매회 실시해도 되고, 연마 패드의 표면 성상 측정의 공정을 정하기 위해 한 번만 실시해도 된다. 예를 들어, 상기 방향 설정 공정은, 도 9를 참조하여 설명한 스텝 1-2의 연마 패드(2)의 표면 성상의 측정 전에 실행해도 되고, 도 13의 스텝 2-3의 연마 패드(2)의 표면 성상의 측정 전에 실행해도 된다.
스텝 3-4에서는, 연마 패드(2)의 표면 성상의 다점 측정을 실시한다. 구체적으로는, 연마 패드(2)의 표면의 서로 다른 복수의 개소에서, 연마 패드(2)로부터의 반사광의 강도 분포를 측정한다. 연마 패드(2)의 표면의 복수의 개소에 있어서의 상기 강도 분포의 측정 방법은, 스텝 1-2와 마찬가지이다.
스텝 3-5에서는, 데이터 처리부(50)는, 스텝 3-4에서 취득한 복수의 반사광의 강도 분포를 평균화한다. 구체적으로는, 복수의 강도 분포의 화소마다 강도를 평균화함으로써, 복수의 반사광의 강도 분포를 평균화한다. 강도 분포의 평균화를 행한 후에, 후술하는 스텝 3-6을 실행함으로써, 효율적으로 연마 패드(2)의 표면 성상을 간접적으로 나타내는 지표값을 산출할 수 있다.
스텝 3-6에서는, 데이터 처리부(50)는, 평균화된 연마 패드(2)의 반사광의 강도 분포로부터 연마 패드(2)의 표면 성상을 간접적으로 나타내는 지표값을 산출한다. 일 실시 형태에서는, 연마 패드(2)의 표면 성상을 간접적으로 나타내는 지표값은, 상술한 파장 구성비이다. 데이터 처리부(50)는, 상기 반사광의 강도 분포를, 푸리에 변환함으로써, 연마 패드(2)의 표면의 공간 파장 스펙트럼으로 변환하고, 상기 공간 파장 스펙트럼으로부터 파장 구성비를 산출한다. 이와 같이 하여, 데이터 처리부(50)는, 연마 패드(2)의 표면 성상을 간접적으로 나타내는 지표값을 취득한다. 일 실시 형태에서는, 스텝 3-6에 있어서, 스텝 3-4에서 취득된 복수의 상기 강도 분포의 각각으로부터, 연마 패드(2)의 표면 성상을 간접적으로 나타내는 지표값을 각각 산출해도 된다. 이 경우, 스텝 3-5는 실시되지 않는다.
본 실시 형태에서는, 서로 다른 복수의 방향으로부터 상기 연마 패드에 조사된 복수의 광의 상기 연마 패드로부터의 복수의 반사광의 강도 분포를 취득할 수 있다. 결과적으로, 연마 패드(2)의 표면 성상의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 26은 표면 성상 측정 장치(30)의 또 다른 실시 형태를 나타내는 모식도이며, 도 27은 도 26에 나타내는 측정 헤드(31)를 위에서 본 도면이다. 특별히 설명하지 않는 본 실시 형태의 구성 및 동작은, 도 15 내지 도 17을 참조하여 설명한 실시 형태와 동일하므로, 그 중복되는 설명을 생략한다.
본 실시 형태의 표면 성상 측정 장치(30)는, 조사 방향 변경 기구(90)를 구비하고 있지 않은 점에서, 도 15를 참조하여 설명한 실시 형태와 다르다. 본 실시 형태에서는, 도 8을 참조하여 설명한 실시 형태와 마찬가지로, 자세 조정 기구(70)는, 측정 헤드(31)에 접속되어 있고, 조정 핀(73)은 측정 헤드(31)의 상면에 고정되어 있다.
도 27에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 투광부(32)는, 서로 다른 방향을 향하여 배치된 복수의 광원(33a, 33b, 33c)을 구비하고 있고, 수광부(35)는, 서로 다른 방향을 향하여 배치된 복수의 수광 소자(36a, 36b, 36c)를 구비하고 있다. 구체적으로는, 광원(33a, 33b, 33c)은, 연마 패드(2)를 연마 패드(2)의 연마면(2a) 측에서 보았을 때, 서로 다른 방향을 향하여 배치되어 있고, 수광 소자(36a, 36b, 36c)는, 연마 패드(2)를 연마 패드(2)의 연마면(2a) 측에서 보았을 때, 서로 다른 방향을 향하여 배치되어 있다. 광원(33a, 33b, 33c)은, 동일 위치(조사 위치 P)에 레이저 광을 조사 가능하게 배치되어 있다. 광원(33a, 33b, 33c) 및 수광 소자(36a, 36b, 36c)의 구성은, 광원(33) 및 수광 소자(36)와 동일하다. 수광 소자(36a, 36b, 36c)는, 광원(33a, 33b, 33c)에 각각 대면하고 있고, 광원(33a, 33b, 33c)으로부터 발해진 레이저 광의 연마 패드(2)로부터의 반사광을 각각 수광 가능하게 구성되어 있다.
이러한 구성에 의해, 본 실시 형태의 투광부(32)는, 연마 패드(2)를 연마 패드(2)의 연마면(2a) 측에서 보았을 때, 광을, 서로 다른 복수의 조사 방향으로부터 연마 패드(2)에 조사 가능하게 구성되어 있고, 수광부(35)는, 연마 패드(2)의 표면에서 반사된 복수의 방향으로부터의 반사광을 수광하도록 구성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 광원(33a)으로부터의 레이저 광의 조사 각도는, 0°이며, 광원(33b)으로부터의 레이저 광의 조사 각도 θ1은, 45°이며, 광원(33c)으로부터의 레이저 광의 조사 각도 θ2는, 90°이다. 광원의 수와 배치 각도는 본 실시 형태에 한정되지 않는다. 본 실시 형태에 따르면, 한 번에 복수의 조사 방향에 있어서의 연마 패드(2)의 표면 성상(연마 패드(2)로부터의 반사광의 강도 분포)을 측정할 수 있다.
다음으로, 본 실시 형태의 표면 성상 측정 장치(30)를 사용한 연마 패드(2)의 표면 성상 측정 방법의 일 실시 형태에 대하여 설명한다. 특별히 설명하지 않는 본 실시 형태의 표면 성상 측정 방법은, 도 17을 참조하여 설명한 방법과 동일하다. 본 실시 형태에서는, 스텝 3-1에서 레이저 광의 조사 방향을 변경하면서, 레이저 광을 연마 패드(2)에 조사하는 대신, 복수의 광원(33a, 33b, 33c)에 의해, 복수의 조사 방향으로부터 레이저 광을 연마 패드(2)에 조사하고, 연마 패드(2)에 조사된 복수의 레이저 광의 각각에 대응하는 연마 패드(2)로부터의 복수의 반사광을 복수의 수광 소자(36a, 36b, 36c)에서 수광한다.
또한 본 실시 형태에서는, 스텝 3-3에 있어서, 조사 방향 변경 기구(90)에 의해 투광부(32) 및 수광부(35)의 각도(방향)를 조정하는 대신, 연마 패드(2)로부터의 반사광의 특정 공간 파장 영역에 있어서의 강도가 최대가 되는 조사 방향으로 레이저 광을 조사하는 광원을 선택함으로써, 레이저 광의 조사 방향을 설정한다. 이후의 프로세스에서는, 선택된 광원 및 선택된 광원에 대면하는 수광 소자를 사용하여 연마 패드(2)의 표면 성상을 측정한다.
일 실시 형태에서는, 도 15 내지 도 25를 참조하여 설명한 실시 형태에, 도 26 및 도 27을 참조하여 설명한 실시 형태를 조합해도 된다. 이에 의해, 한 번에 복수의 조사 방향에 있어서의 연마 패드(2)의 표면 성상(연마 패드(2)로부터의 반사광의 강도 분포)을 측정할 수 있어, 스텝 3-1에 있어서의 레이저 광의 조사 방향을 변경하는 공정을 단축시킬 수 있다.
또한 일 실시 형태에서는, 수광 소자(36)로서, 2차원형의 CCD를 사용해도 된다. 수광 소자(36)로서 2차원형의 CCD를 사용함으로써, 레이저 광이 수평 방향으로 어긋난 경우에도 조정의 필요없이, 반사광을 수광 소자(36)에서 수광할 수 있다.
상술한 실시 형태는, 1매의 기판 처리마다 행하는 드레싱의 조건 결정을 위해서도 이용할 수 있다. 상술한 실시 형태는, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시할 수 있을 것을 목적으로 하여 기재된 것이다. 상기 실시 형태의 다양한 변형예는, 당업자라면 당연히 이룰 수 있는 것이며, 본 발명의 기술적 사상은 다른 실시 형태에도 적용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 기재된 실시 형태에 한정되지 않고, 특허 청구 범위에 의해 정의되는 기술적 사상에 따른 가장 넓은 범위로 해석되는 것이다.
본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 기판의 연마에 사용되는 연마 패드의 표면 성상 측정 장치, 연마 패드의 표면 성상 측정 방법, 및 연마 패드의 표면 성상 판정 방법에 이용 가능하다.
1: 연마 테이블
2: 연마 패드
3: 테이블 회전 모터
4: 테이블 축
9: 동작 제어부
10: 연마 헤드
11: 연마 헤드 샤프트
12: 연마 헤드 요동 암
20: 드레싱 장치
21: 드레서 암
22: 드레서
23: 에어 실린더
24: 드레서 샤프트
26: 지지축
27 지지축 회전 모터
30: 표면 성상 측정 장치
31: 측정 헤드
32: 투광부
33: 광원
33a, 33b, 33c: 광원
35: 수광부
36: 수광 소자
36a, 36b, 36c: 수광 소자
38: 편광자
39: ND 필터
40: 미러
41: 감광 필터
43: 케이싱
44: 노치
45: 노즐
47a, 47b: 필터
50: 데이터 처리부
51: 지지 암
52: 지지 플레이트
53: 이동 유닛
55: 고정 블록
56: 회동 블록
58: 회전축
60: 회동 기구
63: 실린더
66: 회전 핀
70: 자세 조정 기구
72: 지지대
73: 조정 핀
74: 베이스 플레이트
77, 78: 위치 결정 플레이트
80: 긴 구멍
81: 지지축
83: 측정 헤드 이동 기구
84: 서보 모터
85: 볼 나사 기구
87: 힌지 기구
90: 조사 방향 변경 기구
91: 회전 모터
92: 샤프트
93: 각도 측정 장치

Claims (15)

  1. 기판의 연마에 사용되는 연마 패드의 표면 성상 측정 장치로서,
    상기 연마 패드를 상기 연마 패드의 연마면 측에서 보았을 때, 광을 복수의 방향으로부터 상기 연마 패드에 조사 가능한 투광부와,
    상기 연마 패드의 표면에서 반사된 복수의 방향으로부터의 반사광을 수광 가능한 수광부를 구비하고 있는, 표면 성상 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광의 조사 방향을 변경하는 조사 방향 변경 기구를 더 구비하고 있는, 표면 성상 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 조사 방향 변경 기구는, 상기 투광부 및 상기 수광부를 회전시키는 회전 모터와, 상기 회전 모터에 연결된 샤프트를 구비하고 있는, 표면 성상 측정 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투광부는, 서로 다른 방향을 향하여 배치된 복수의 광원을 구비하고,
    상기 수광부는, 서로 다른 방향을 향하여 배치된 복수의 수광 소자를 구비하고 있는, 표면 성상 측정 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수광부에 전기적으로 접속된 데이터 처리부를 더 구비하고,
    상기 데이터 처리부는, 서로 다른 복수의 방향으로부터 상기 연마 패드에 조사된 복수의 광의 상기 연마 패드로부터의 복수의 반사광의 강도 분포를 이용하여, 상기 연마 패드의 표면 성상을 간접적으로 나타내는 지표값을 취득하도록 구성되어 있는, 표면 성상 측정 장치.
  6. 서로 다른 복수의 조사 방향으로부터 연마 패드에 광을 조사하고,
    상기 연마 패드에 조사된 복수의 광의 각각에 대응하는 상기 연마 패드로부터의 복수의 반사광을 수광하여, 복수의 반사광의 강도 분포를 취득하고,
    상기 복수의 강도 분포를 이용하여, 상기 연마 패드의 표면 성상을 간접적으로 나타내는 지표값을 취득하는 공정을 포함하고,
    상기 조사 방향은, 상기 연마 패드를 상기 연마 패드의 연마면 측에서 보았을 때의 방향인, 연마 패드의 표면 성상 측정 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 서로 다른 복수의 조사 방향으로부터 상기 연마 패드에 광을 조사하고,
    상기 연마 패드에 조사된 상기 복수의 광의 각각에 대응하는 상기 연마 패드로부터의 상기 복수의 반사광을 수광하는 공정은,
    상기 광의 조사 방향을 변경하면서, 상기 광을 상기 연마 패드에 조사하고, 각 조사 방향에 있어서의 광의 상기 연마 패드로부터의 각 반사광을 수광하는 공정을 포함하는, 연마 패드의 표면 성상 측정 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 서로 다른 복수의 조사 방향으로부터 상기 연마 패드에 광을 조사하고,
    상기 연마 패드에 조사된 상기 복수의 광의 각각에 대응하는 상기 연마 패드로부터의 상기 복수의 반사광을 수광하는 공정은,
    복수의 광원에 의해, 복수의 조사 방향으로부터 광을 상기 연마 패드에 조사하고, 상기 연마 패드에 조사된 복수의 광의 각각에 대응하는 연마 패드로부터의 복수의 반사광을 복수의 수광 소자에서 수광하는 공정을 포함하는, 연마 패드의 표면 성상 측정 방법.
  9. 연마 패드의 표면의 복수의 개소에서, 상기 연마 패드로부터의 반사광의 강도 분포를 취득하는 공정과,
    상기 복수의 개소에서 취득된 복수의 상기 강도 분포로부터 상기 연마 패드의 표면 성상을 간접적으로 나타내는 파장 구성비를 산출하는 공정과,
    상기 산출된 파장 구성비에 기초하여, 상기 연마 패드의 표면 성상의 양호 여부를 판정하는 공정을 구비하고,
    상기 연마 패드로부터의 반사광의 강도 분포를 취득하는 공정은,
    상기 연마 패드의 표면에 레이저 광을 조사하고,
    상기 연마 패드로부터의 반사광을 수광하는 공정을 포함하는, 연마 패드의 표면 성상 판정 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 개소에서 취득된 복수의 상기 강도 분포로부터 상기 연마 패드의 표면 성상을 간접적으로 나타내는 파장 구성비를 산출하는 공정은, 복수의 상기 강도 분포의 각각으로부터, 파장 구성비를 각각 산출함으로써, 복수의 파장 구성비를 산출하는 공정을 포함하는, 연마 패드의 표면 성상 판정 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 개소에서 취득된 복수의 상기 강도 분포로부터 상기 연마 패드의 표면 성상을 간접적으로 나타내는 파장 구성비를 산출하는 공정은, 상기 복수의 강도 분포를 평균화하고, 평균화된 반사광의 강도 분포로부터, 상기 파장 구성비를 산출하는 공정을 포함하는, 연마 패드의 표면 성상 판정 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 산출된 파장 구성비에 기초하여, 상기 연마 패드의 표면 성상의 양호 여부를 판정하는 공정은, 상기 산출된 복수의 파장 구성비가 미리 정해진 기준 범위 내에 있는지 여부를 확인하고, 상기 산출된 복수의 파장 구성비의 모두가 미리 정해진 기준 범위 내에 있을 때, 상기 연마 패드의 표면 성상이 양호하다고 판정하는 공정을 포함하는, 연마 패드의 표면 성상 판정 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 산출된 파장 구성비에 기초하여, 상기 연마 패드의 표면 성상의 양호 여부를 판정하는 공정은, 상기 산출된 복수의 파장 구성비의 평균값을 산출하고, 상기 평균값과 미리 정해진 역치를 비교하고, 또한 상기 산출된 복수의 파장 구성비가 미리 정해진 기준 범위 내에 있는지 여부를 확인하고, 상기 평균값이 상기 역치보다 작고, 또한 상기 산출된 복수의 파장 구성비의 모두가 상기 기준 범위 내에 있을 때 상기 연마 패드의 표면 성상이 양호하다고 판정하는 공정을 포함하는, 연마 패드의 표면 성상 판정 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 산출된 파장 구성비에 기초하여, 상기 연마 패드의 표면 성상의 양호 여부를 판정하는 공정은, 상기 산출된 복수의 파장 구성비의 평균값을 산출하고, 상기 평균값과 미리 정해진 역치를 비교하고, 또한 상기 산출된 복수의 파장 구성비가 미리 정해진 기준 범위 내에 있는지 여부를 확인하고, 상기 평균값이 상기 역치보다 크고, 또한 상기 산출된 복수의 파장 구성비의 모두가 상기 기준 범위 내에 있을 때 상기 연마 패드의 표면 성상이 양호하다고 판정하는 공정을 포함하는, 연마 패드의 표면 성상 판정 방법.
  15. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연마 패드의 표면 성상이 양호하다고 판정한 경우, 상기 연마 패드의 브레이크 인을 종료하는 공정을 더 포함하는, 연마 패드의 표면 성상 판정 방법.
KR1020237027542A 2021-01-21 2022-01-05 연마 패드의 표면 성상 측정 장치, 연마 패드의 표면성상 측정 방법, 및 연마 패드의 표면 성상 판정 방법 KR20230130094A (ko)

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