TWI605908B - 修整器之研磨部材上之滑動距離分布之取得方法、修整器之研磨部材上之滑動向量分布之取得方法、及研磨裝置 - Google Patents

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Description

修整器之研磨部材上之滑動距離分布之取得方法、修整器之研磨部材 上之滑動向量分布之取得方法、及研磨裝置
本發明係關於一種用於取得使用於研磨晶圓等研磨對象物之表面的研磨裝置之研磨部材輪廓的方法，特別是關於藉由修整之模擬而取得修整器之研磨部材上之滑動距離分布的方法。
此外，本發明係關於一種取得可使用於評估研磨部材之修整的修整器之滑動向量分布的方法。
再者，本發明係關於一種可執行上述方法之研磨裝置。
近年來，隨著半導體元件高積體化，電路配線趨於微細化，且積體之元件的尺寸亦趨於微細化。因此，需要研磨表面例如形成有金屬等膜之晶圓，而使晶圓表面平坦化之工序。該平坦化之一種方法係藉由化學機械研磨(CMP)裝置進行研磨。化學機械研磨裝置具有研磨部材(研磨布、研磨墊等)、及保持晶圓等研磨對象物之保持部(上方環形轉盤(top ring)、研磨頭、夾盤等)。而後，將研磨對象物之表面(被研磨面)抵住研 磨部材之表面，在研磨部材與研磨對象物之間供給研磨液(磨液、藥劑、泥漿(slurry)、純水等)，並藉由使研磨部材與研磨對象物相對運動，可將研磨對象物之表面研磨平坦。根據化學機械研磨裝實施研磨，係藉由化學性研磨作用與機械性研磨作用進行良好之研磨。
用於此種化學機械研磨裝置之研磨部材的材料，通常使用發泡樹脂或不織布。在研磨部材表面形成有微細之凹凸，該微細凹凸發揮防止堵塞及有效減低研磨阻力之切屑收納處(Chip Pocket)的作用。但是，以研磨部材繼續研磨研磨對象物時，研磨部材表面之微細凹凸破壞，而引起研磨率降低。因而，係以使鑽石粒子等多數個磨粒電沉積的修整器進行研磨部材表面之修整(Dressing)，而在研磨部材表面再形成微細凹凸。
研磨部材之修整方法包括使用與研磨部材研磨時使用之區域同等或比其大的修整器(大直徑修整器)之方法，及比研磨部材研磨時使用之區域小的修整器(小直徑修整器)之方法。使用大直徑修整器時，例如係固定修整器之位置而使修整器旋轉，並按壓於旋轉磨粒電沉積之修整面的研磨部材來修整。使用小直徑修整器時，例如係使旋轉之修整器移動(圓弧狀或直線狀往返運動、搖動)，並按壓於旋轉修整面之研磨部材來修整。另外，此種使研磨部材旋轉並修整時，研磨部材之整個表面中，實際使用於研磨之區域係以研磨部材之旋轉中心為中心的圓環形狀區域。
研磨部材修整時，研磨部材之表面會被微量削除。因此，若修整進行不適切，則有在研磨部材表面產生不適切之起伏，以及在被研磨面內產生研磨率變動之問題。因為研磨率變動成為研磨不良之原因，所以需要在研磨部材表面進行不致產生不適切之起伏的修整。亦即，係藉由在 研磨部材之適切旋轉速度、修整器之適切旋轉速度、適切之修整負載、小直徑修整器時為修整器之適切移動速度等適切的修整條件下進行修整，以避免研磨率之變動。
【先前技術文獻】 【專利文獻】
【專利文獻1】日本特開2010-76049號公報
修整條件依據被修整之研磨部材的輪廓(研磨面之剖面形狀)而調整。研磨部材之輪廓需要實際修整研磨部材，並使用千分尺等厚度測定器測定在複數個測定點之研磨部材的厚度(或研磨部材之表面高度)，而取得研磨部材之輪廓。但是，依據此種實際測定而取得研磨部材之輪廓是一種費時之作業，且花費成本。
作為評估研磨部材之修整的指標，可舉出研磨部材之輪廓及切削率(cut rate)。研磨部材之輪廓表示沿著研磨部材之研磨面的半徑方向之剖面形狀，而研磨部材之切削率表示每單位時間藉由修整器削除之研磨部材的量(厚度)。此等輪廓及切削率可藉由沿著研磨部材之半徑方向的滑動距離分布來推斷。
如專利文獻1所示，有一種實際不修整研磨部材，而係藉由墊修整模擬來取得研磨部材之輪廓的方法。本發明之第一目的係提供一種藉由改良後之墊修整模擬取得更高精度之研磨部材的輪廓之方法。
此外，本發明之第二目的係提供一種製作用於評估研磨部材 之修整的新指標之方法。
為了達成上述目的，本發明第一樣態係取得在用於研磨基板之研磨部材上滑動的修整器之滑動距離分布的方法，其特徵為包含以下工序：計算在前述研磨部材上指定之滑動距離算出點的前述修整器與前述研磨部材之相對速度，藉由將前述相對速度乘上在前述滑動距離算出點之前述修整器與前述研磨部材的接觸時間，而算出前述修整器在前述滑動距離算出點之滑動距離的增量，並藉由將前述算出之滑動距離的增量乘上至少1個修正係數，來修正前述滑動距離之增量，並藉由將前述修正之滑動距離的增量加入在前述滑動距離算出點之現在滑動距離來更新前述滑動距離，從前述更新之滑動距離與前述滑動距離算出點之位置生成前述修整器的滑動距離分布；前述至少1個修正係數包含就前述滑動距離算出點所設之凹凸修正係數，前述凹凸修正係數係用於使形成於前述研磨部材表面之凸部切削量與凹部切削量的差異，反映在前述研磨部材之輪廓的修正係數，且藉由將前述凹凸修正係數乘上前述滑動距離之增量來修正該滑動距離之增量。
本發明適合樣態之特徵為：前述凹凸修正係數係藉由算出在接觸於前述修整器之複數個滑動距離算出點的平均滑動距離，從在接觸於前述修整器之前述指定的滑動距離算出點之前述滑動距離減去前述平均而算出差分，並藉由將前述差分輸入指定之函數來決定。
本發明適合樣態之特徵為：前述至少1個修正係數進一步包含預定之摩擦修正係數，在重複進行從前述相對速度之計算至前述滑動距 離增量之修正的步驟間，於前述滑動距離算出點上，前述修整器接觸於前述研磨部材指定次數以上情況下，藉由將前述滑動距離之增量乘上前述摩擦修正係數，來進一步修正前述滑動距離之增量。
本發明適合樣態之特徵為：前述至少1個修正係數進一步包含基板滑動距離修正係數，前述基板滑動距離修正係數係藉由算出在前述滑動距離算出點之基板在前述研磨部材上的滑動距離，並算出在前述滑動距離算出點之前述基板之滑動距離對前述修整器的滑動距離之比，將前述比輸入指定函數來決定。
本發明適合樣態之特徵為：進一步包含算出表示在前述研磨部材上修整器接觸區域對基板接觸區域之比率的表面修整率之工序。
本發明適合樣態之特徵為：進一步包含決定用於使前述表面修整率成為指定目標值以上之修整條件的工序。
本發明適合樣態之特徵為：進一步包含算出表示在前述研磨部材上之基板接觸區域內，前述修整器的滑動距離變動之指標的工序。
本發明適合樣態之特徵為：進一步包含決定用於使表示前述修整器之滑動距離變動的指標成為指定目標值以下之修整條件的工序。
本發明第二樣態之研磨裝置的特徵為具備：研磨台，其係支撐研磨部材；基板保持部，其係將基板按壓於前述研磨部材來研磨該基板；修整器，其係修整前述研磨部材；及修整監視裝置，其係取得在前述研磨部材上滑動之前述修整器的滑動距離分布，前述修整監視裝置包含以下工序：計算在前述研磨部材上指定之滑動距離算出點的前述修整器與前述研磨部材之相對速度，藉由將前述相對速度乘上在前述滑動距離算出點之前 述修整器與前述研磨部材的接觸時間，而算出前述修整器在前述滑動距離算出點之滑動距離的增量，並藉由將前述算出之滑動距離的增量乘上至少1個修正係數，來修正前述滑動距離之增量，並藉由將前述修正之滑動距離的增量加入在前述滑動距離算出點之現在滑動距離來更新前述滑動距離，從前述更新之滑動距離與前述滑動距離算出點之位置生成前述修整器的滑動距離分布，前述至少1個修正係數包含就前述滑動距離算出點所設之凹凸修正係數，前述凹凸修正係數係用於使形成於前述研磨部材表面之凸部切削量與凹部切削量的差異，反映在前述研磨部材之輪廓的修正係數，且藉由將前述凹凸修正係數乘上前述滑動距離之增量來修正該滑動距離之增量。
本發明適合樣態之特徵為：前述修整監視裝置係藉由算出在接觸於前述修整器之複數個滑動距離算出點的平均滑動距離，從在接觸於前述修整器之前述指定滑動距離算出點的前述滑動距離減去前述平均而算出差分，並藉由將前述差分輸入指定之函數來決定前述凹凸修正係數。
本發明適合樣態之特徵為：前述至少1個修正係數進一步包含預定之摩擦修正係數，在重複進行從前述相對速度之計算至前述滑動距離增量之修正的步驟間，於前述滑動距離算出點上，前述修整器接觸於前述研磨部材指定次數以上情況下，前述修整監視裝置藉由將前述滑動距離之增量乘上前述摩擦修正係數，來進一步修正前述滑動距離之增量。
本發明適合樣態之特徵為：前述至少1個修正係數進一步包含基板滑動距離修正係數，前述修整監視裝置藉由算出在前述滑動距離算出點之基板在前述研磨部材上的滑動距離，並算出在前述滑動距離算出點 之前述基板之滑動距離對前述修整器的滑動距離之比，將前述比輸入指定函數來決定前述基板滑動距離修正係數。
本發明適合樣態之特徵為：前述修整監視裝置進一步執行算出表示在前述研磨部材上修整器接觸區域對基板接觸區域之比率的表面修整率之工序。
本發明適合樣態之特徵為：前述修整監視裝置進一步執行決定用於使前述表面修整率成為指定目標值以上之修整條件的工序。
本發明適合樣態之特徵為：前述修整監視裝置進一步執行算出表示在前述研磨部材上之基板接觸區域內，前述修整器的滑動距離變動之指標的工序。
本發明適合樣態之特徵為：前述修整監視裝置進一步執行決定用於使表示前述修整器之滑動距離變動的指標成為指定目標值以下之修整條件的工序。
本發明第三樣態係取得在用於研磨基板之研磨部材上滑動的修整器之滑動向量分布的方法，其特徵為：計算在前述研磨部材上指定之滑動距離算出點的前述修整器與前述研磨部材之相對速度，藉由將前述相對速度乘上在前述滑動距離算出點之前述修整器與前述研磨部材的接觸時間，而算出前述修整器在前述滑動距離算出點之滑動距離的增量，並藉由將前述算出之滑動距離的增量乘上至少1個修正係數，來修正前述滑動距離之增量，並藉由算出前述修整器在前述滑動距離算出點之滑動方向，從前述算出之滑動方向選擇預設之複數個滑動方向的任何一個，將前述修正之滑動距離的增量加入與在前述滑動距離算出點之前述選出之方向相關連 的現在滑動距離，來更新前述滑動距離，而生成滑動向量，並從前述滑動向量與前述滑動距離算出點之位置生成前述修整器的滑動向量分布。
本發明適合樣態之特徵為：進一步包含算出表示在前述研磨部材上之基板接觸區域內，前述滑動向量之變動的指標之工序。
本發明適合樣態之特徵為：進一步包含決定用於使表示前述滑動向量之變動的指標成為指定目標值以下之修整條件的工序。
本發明適合樣態之特徵為：進一步包含算出表示在前述研磨部材上之基板接觸區域內，前述滑動向量之正交性的指標之工序。
本發明適合樣態之特徵為：進一步包含決定用於使表示前述滑動向量之正交性的指標成為指定目標值以上之修整條件的工序。
本發明第四樣態之研磨裝置的特徵為具備：研磨台，其係支撐研磨部材；基板保持部，其係將基板按壓於前述研磨部材來研磨該基板；修整器，其係修整前述研磨部材；及修整監視裝置，其係取得在前述研磨部材上滑動之前述修整器的滑動向量分布，前述修整監視裝置計算在前述研磨部材上指定之滑動距離算出點的前述修整器與前述研磨部材之相對速度，藉由將前述相對速度乘上在前述滑動距離算出點之前述修整器與前述研磨部材的接觸時間，而算出前述修整器在前述滑動距離算出點之滑動距離的增量，並藉由將前述算出之滑動距離的增量乘上至少1個修正係數，來修正前述滑動距離之增量，並藉由算出前述修整器在前述滑動距離算出點之滑動方向，從前述算出之滑動方向選擇預設之複數個滑動方向的任何一個，將前述修正之滑動距離的增量加入與在前述滑動距離算出點之前述選出之方向相關連的現在滑動距離，來更新前述滑動距離，而生成滑動向量， 並從前述滑動向量與前述滑動距離算出點之位置生成前述修整器的滑動向量分布。
本發明適合樣態之特徵為：前述修整監視裝置進一步執行算出表示前述滑動向量在前述複數個滑動距離算出點之變動的指標之工序。
本發明適合樣態之特徵為：前述修整監視裝置進一步執行決定用於使表示前述滑動向量之變動的指標成為指定目標值以下之修整條件的工序。
本發明適合樣態之特徵為：前述修整監視裝置進一步執行算出表示在前述研磨部材上之基板接觸區域內，前述滑動向量之正交性的指標之工序。
本發明適合樣態之特徵為：前述修整監視裝置進一步執行決定用於使表示前述滑動向量之正交性的指標成為指定目標值以上之修整條件的工序。
研磨部材(例如研磨墊)之表面有凹凸時，凸部優先藉由修整器切削，而凹部切削困難。根據本發明之第一及第二樣態，此種表面凹凸之影響反映在滑動距離之算出。表面凹凸可從修整器之滑動距離推斷。具體而言，修整器之滑動距離長的部位形成凹部，修整器之滑動距離短的部位形成凸部。根據本發明，修整器之滑動距離長的算出點(亦即凹部)係少量修正滑動距離之增量，滑動距離短之算出點(亦即凸部)係較多的修正滑動距離的增量。因此，可取得反映研磨部材之表面凹凸的正確滑動距離分布。而研磨部材之輪廓可從滑動距離分布推斷。
根據本發明之第三及第四態樣，係取得修整器之滑動向量分布作為評估研磨部材的修整指標。該滑動向量不僅表示修整器之滑動距離，還表示修整器之滑動方向。該滑動方向會影響修整器在研磨部材之研磨面上形成紋路(擦痕)的方式。而此種紋路(擦痕)影響研磨液在研磨部材上之流動方向及滯留時間等。因此，從獲得之滑動向量分布可更正確地進行研磨部材之修整評估。
1‧‧‧研磨單元
2‧‧‧修整單元
3‧‧‧基座
4‧‧‧研磨液供給噴嘴
5‧‧‧修整器
9‧‧‧研磨台
10‧‧‧研磨墊
10a‧‧‧研磨面
13‧‧‧馬達
15‧‧‧萬向接頭
16‧‧‧修整器軸
17‧‧‧修整器支臂
18‧‧‧上方環形轉盤軸桿
19‧‧‧氣壓缸
20‧‧‧上方環形轉盤
31‧‧‧台旋轉編碼器
32‧‧‧修整器旋轉編碼器
35‧‧‧墊粗度測定器
40‧‧‧墊高度感測器
41‧‧‧感測器標的
56‧‧‧馬達
58‧‧‧支軸
60‧‧‧修整監視裝置
L‧‧‧圓弧
W‧‧‧晶圓
R‧‧‧回轉半徑
△T‧‧‧時間間距
Vrel‧‧‧相對速度
S‧‧‧接觸面積比
△D0、△D1~△D5‧‧‧增量
5a‧‧‧磨粒
Dv,t‧‧‧滑動距離
Dd‧‧‧修整器滑動距離
Dw‧‧‧晶圓滑動距離
C0‧‧‧修整器中心位置
c‧‧‧摩擦修正係數
Uv‧‧‧凹凸修正係數
Ew‧‧‧滑動距離修正係數
θ‧‧‧滑動方向
IA及IB‧‧‧變動指標
A0及B0‧‧‧目標值
第一圖係顯示研磨晶圓等基板之研磨裝置的示意圖。
第二圖係示意顯示修整器及研磨墊的俯視圖。
第三圖(a)至第三圖(c)係分別顯示修整面之例圖。
第四圖係顯示修整器在研磨墊上之滑動距離分布的一例圖。
第五圖係顯示滑動距離分布之取得方法的流程圖。
第六圖係顯示定義於研磨墊上之複數個滑動距離算出點圖。
第七圖係顯示在研磨墊之研磨面上有起伏時的修整圖。
第八圖係以二維方式表示在修整面接觸於研磨墊之區域的滑動距離分布圖。
第九圖係顯示修整器傾斜之情況圖。
第十圖(a)係顯示以直徑100mm之修整器研磨直徑740mm之研磨墊時，修整器之外周端最大從研磨墊露出25mm時之情況的俯視圖；第十圖(b)係顯示通過研磨墊之中心與修整器之中心的直線上之修整壓力分布圖。
第十一圖(a)係顯示修整器從研磨墊露出時之修整壓力分布的斜率(規格化斜率)圖表，第十一圖(b)係顯示規格化y切片之圖表。
第十二圖係顯示滑動距離之分布圖。
第十三圖係顯示在沿著研磨墊半徑方向排列之滑動距離算出點的滑動向量圖。
第十四圖係顯示與第十三圖之修整條件相比以更高速使研磨台旋轉，以更低速使修整器旋轉時的滑動向量圖。
第十五圖係將在取得第十三圖所示之滑動向量的修整條件下，研磨墊之研磨面的狀態模式化之圖。
第十六圖係將在取得第十四圖所示之滑動向量的修整條件下，研磨墊之研磨面的狀態模式化之圖。
第十七圖係顯示預先定義於研磨墊之研磨面上的複數個同心狀之環狀區域圖。
第十八圖係顯示複數個環狀區域之各個平均滑動向量圖。
第十九圖(a)至第十九圖(c)係說明滑動向量之正交性指標的算出方法圖。
以下，參照圖式說明本發明之實施形態。第一圖係顯示研磨晶圓等基板之研磨裝置的示意圖。如第一圖所示，研磨裝置具備保持研磨墊(研磨部材)10之研磨台9、用於研磨晶圓W之研磨單元1、在研磨墊10上供給研磨液之研磨液供給噴嘴4、及修整(調節：conditioning)使用於晶圓W之研磨的研磨墊10之修整單元2。研磨單元1及修整單元2設置於基座3上。
研磨單元1具備連結於上方環形轉盤軸桿18之下端的上方環 形轉盤(基板保持部)20。上方環形轉盤20可構成藉由真空吸著而在其下面保持晶圓W。上方環形轉盤軸桿18藉由無圖示之馬達的驅動而旋轉，上方環形轉盤20及晶圓W藉由該上方環形轉盤軸桿18之旋轉而旋轉。上方環形轉盤軸桿18藉由無圖示之上下移動機構(例如，由伺服馬達及滾珠螺桿等構成)可對研磨墊10上下移動。
研磨台9連結於配置在其下方之馬達13。研磨台9藉由馬達13在其軸心周圍旋轉。在研磨台9之上面貼合有研磨墊10，研磨墊10之上面構成研磨晶圓W之研磨面10a。
晶圓W之研磨進行如下。分別使上方環形轉盤20及研磨台9旋轉，並在研磨墊10上供給研磨液。在該狀態下，使保持了晶圓W之上方環形轉盤20下降，再者，藉由設置於上方環形轉盤20內之由氣囊構成的加壓機構(無圖示)而將晶圓W按壓於研磨墊10之研磨面10a。晶圓W與研磨墊10在研磨液存在下彼此滑動接觸，藉此研磨晶圓W之表面加以平坦化。
修整單元2具備接觸於研磨墊10之研磨面10a的修整器5、連結於修整器5之修整器軸16、設於修整器軸16上端之氣壓缸19、及自由旋轉地支撐修整器軸16之修整器支臂17。在修整器5之下面固定有鑽石粒子等磨粒。修整器5之下面構成修整研磨墊10之修整面。
修整器軸16及修整器5可對修整器支臂17上下移動。氣壓缸19係將對研磨墊10之修整負荷賦予修整器5的裝置。修整負荷可藉由供給至氣壓缸19之氣壓來調整。
修整器支臂17被馬達56驅動，構成以支軸58為中心而搖動。修整器軸16藉由設置於修整器支臂17內之無圖式的馬達而旋轉，修整器5藉 由該修整器軸16之旋轉而在其軸心周圍旋轉。氣壓缸19經由修整器軸16，以指定之負荷將修整器5擠壓於研磨墊10之研磨面10a。
研磨墊10之研磨面10a的調節進行如下。藉由馬達13使研磨台9及研磨墊10旋轉，從無圖示之修整液供給噴嘴供給修整液(例如純水)至研磨墊10的研磨面10a。再者，使修整器5在其軸心周圍旋轉。修整器5藉由氣壓缸19擠壓於研磨面10a，使修整器5之下面(修整面)滑動接觸於研磨面10a。在該狀態下使修整器支臂17回轉，而使研磨墊10上之修整器5在研磨墊10之概略半徑方向搖動。研磨墊10藉由旋轉之修整器5削除，藉此進行研磨面10a之調節。
修整器支臂17上固定有測定研磨面10a之高度的墊高度感測器40。此外，在修整器軸16上，與墊高度感測器40相對地固定有感測器標的(sensor target)41。感測器標的41與修整器軸16及修整器5一體上下移動，另外，固定墊高度感測器40之上下方向的位置。墊高度感測器40係變位感測器，且藉由測定感測器標的41之變位，可間接測定研磨面10a之高度(研磨墊10之厚度)。由於感測器標的41連結於修整器5，因此墊高度感測器40在研磨墊10之調節中可測定研磨面10a之高度。
墊高度感測器40從接觸於研磨面10a之修整器5上下方向的位置間接測定研磨面10a。因此，藉由墊高度感測器40測定修整器5之下面(修整面)接觸的研磨面10a之平均高度。墊高度感測器40可使用直線尺(linear scale)式感測器、雷射式感測器、超音波感測器、或渦電流式感測器等所有類型的感測器。
墊高度感測器40連接於修整監視裝置60，墊高度感測器40 之輸出信號(亦即研磨面10a之高度測定值)可傳送至修整監視裝置60。修整監視裝置60具備從研磨面10a之高度的測定值取得研磨墊10之輪廓(研磨面10a之剖面形狀)，進一步判定是否正確進行研磨墊10之調節的功能。
研磨裝置具備測定研磨台9及研磨墊10之旋轉角度的台旋轉編碼器31、及測定修整器5之回轉角度的修整器旋轉編碼器32。此等台旋轉編碼器31及修整器旋轉編碼器32係測定角度之絕對值的絕對值編碼器。此等旋轉編碼器31,32連接於修整監視裝置60，修整監視裝置60可取得墊高度感測器40測定研磨面10a之高度時的研磨台9及研磨墊10之旋轉角度，進一步取得修整器5之回轉角度。
修整器5經由萬向接頭15而連結於修整器軸16。修整器軸16連結於無圖示之馬達。修整器軸16自由旋轉地支撐於修整器支臂17，修整器5藉由該修整器支臂17而與研磨墊10接觸，並且如第二圖所示地可在研磨墊10之半徑方向搖動。萬向接頭15構成容許修整器5之傾斜移動，且將修整器軸16之旋轉傳達至修整器5。藉由修整器5、萬向接頭15、修整器軸16、修整器支臂17、及無圖示之旋轉機構等而構成修整單元2。該修整單元2電性連接有藉由模擬求出修整器5之滑動距離的修整監視裝置60。該修整監視裝置60可使用專用或通用之電腦。
在修整器5之下面固定有鑽石粒子等磨粒。固定該磨粒之部分構成修整研磨墊10之研磨面的修整面。第三圖(a)至第三圖(c)分別係顯示修整面之例圖。第三圖(a)所示之例，係在修整器5之整個下面固定有磨粒，而形成圓形之修整面。第三圖(b)所示之例，係在修整器5下面之周緣部固定有磨粒，而形成環狀之修整面。第三圖(c)所示之例，係在概略等間隔排列 於修整器5中心周圍之複數個小直徑圓圈表面固定有磨粒，而形成複數個圓形之修整面。
修整研磨墊10時，如第一圖所示，使研磨墊10以指定之旋轉速度在箭頭方向旋轉，並藉由無圖示之旋轉機構使修整器5以指定之旋轉速度在箭頭方向旋轉。而後，在該狀態下，將修整器5之修整面(配置了磨粒之面)以指定之修整負荷擠壓於研磨墊10，來進行研磨墊10之修整。此外，藉由修整器5藉由修整器支臂17在研磨墊10上搖動，可修整研磨墊10研磨時使用之區域(研磨區域，即研磨晶圓等研磨對象物之區域)。
由於修整器5係經由萬向接頭15而連結於修整器軸16，因此，即使修整器軸16對研磨墊10之表面少許傾斜，修整器5之修整面仍可適切地抵接於研磨墊10。在研磨墊10之上方配置有測定研磨墊10之表面粗度的墊粗度測定器35。該墊粗度測定器35可使用光學式等習知之非接觸型的表面粗度測定器。墊粗度測定器35連接於修整監視裝置60，可將研磨墊10之表面粗度的測定值傳送至修整監視裝置60。
其次，參照第二圖說明修整器5之搖動。修整器支臂17僅以指定之角度，以點J為中心順時鐘轉動及逆時鐘轉動地回轉。該點J之位置相當於第一圖所示之支軸58的中心位置。而後，藉由修整器支臂17之回轉，修整器5之中心以圓弧L所示的範圍，在研磨墊10之半徑方向搖動。
此處，例如為在修整器5之整個下面配置了磨粒型式的修整器時(亦即第三圖(a)之例時)，若修整器5之搖動速度在圓弧L之全部區域為一定時，修整器5在研磨墊10上之滑動距離的分布如第四圖。另外，第四圖所示之滑動距離分布係修整器5之滑動距離沿著研磨墊10的半徑方向之分 布。此外，第四圖之所謂「規格化滑動距離」，係滑動距離之值除以滑動距離的平均值者。考慮在研磨墊10之切削量分布與修整器5的滑動距離分布之間具有概略正比關係。因此，可從滑動距離分布推斷研磨墊10之輪廓。
一般而言，在研磨墊10之抵接於晶圓的區域內，修整器5切削研磨墊10之量分布概略均勻時，研磨墊10之研磨面10a形成平坦，結果，在晶圓之被研磨面內的研磨速度(即除去率)的變動小。由於考慮研磨墊10之切削量分布與修整器5的滑動距離分布之間具有概略正比關係，因此，如第四圖之滑動距離分布時，在晶圓之被研磨面內的除去率變動不宜過大。
為了避免此種情形，係依圓弧L之場所改變修整器5的搖動速度。例如，將圓弧分割成幾個搖動區間，並如表1所示，各搖動區間決定修整器5之搖動速度。
此處，將修整時之研磨墊10的旋轉速度、修整器5之旋轉速度、修整負荷、修整器5之搖動區間、修整器5之搖動速度等的組合稱為修整條件(或修整選項)。當然修整時間、搖動範圍(圓弧L之長度)、及回轉半徑R(從修整器支臂17之回轉中心點J至修整器5中心的距離)亦可包含於修整條件中。另外，上述所謂「搖動區間」，係指將「搖動範圍(圓弧L之長度)」在研磨墊10之半徑方向分割成數個的區間。實驗性決定修整條件時 需要耗費許多時間與勞力，而藉由利用修整器5在研磨墊10之研磨面上各點的滑動距離，與修整器5對研磨墊10之切削量密切相關，可求出修整器5之滑動距離分布，來決定修整條件。
此處，說明修整器5之滑動距離。所謂修整器5之滑動距離，係修整器5之修整面在研磨墊10表面(研磨面10a)上某一點滑動的距離。例如，考慮使研磨墊10與修整器5皆不旋轉，而修整器5在研磨墊10上一直線移動之情況。如第三圖(a)所示在整個下面配置磨粒之修整器5，以修整器5之中心通過研磨墊10上某一點的方式移動時，修整器5在該點之滑動距離等於修整器5之直徑。此外，如第三圖(b)所示環狀配置磨粒之修整器5，以修整器5之中心通過研磨墊10上某一點的方式移動時，修整器5在該點之滑動距離等於環寬的2倍長度。這表示修整器5在研磨墊10上某一點之滑動距離為修整器5在該點之移動速度與在配置磨粒之區域(亦即修整面)的通過時間(接觸時間)之乘積。
研磨墊10之切削量與滑動距離密切相關已如前述。但是，切削量分布與滑動距離分布之間有很大差異。因此，考慮修整器5之磨粒(例如鑽石粒子)對研磨墊10嚙入，來修正滑動距離分布。一例是算出從某時刻起經過極短時間之滑動距離的增量，作為在該時刻修整器5在研磨墊10上各點之相對速度與極短時間的乘積，使用第五圖之流程圖說明乘上修整從開始至結束之滑動距離的增量而求出滑動距離之滑動距離分布的取得方法。
修整監視裝置60(參照第一圖)首先讀取裝置參數及修整條件等墊修整模擬時需要之資料。此等資料亦可直接記載於程式中，亦可從 鍵盤等輸入裝置輸入。此外，亦可從研磨裝置之控制電腦等傳送至修整監視裝置60。另外，第一圖中，修整監視裝置60係電性連接於修整單元2，不過本發明不限定於此例。例如亦可不與修整單元2直接交換電信號，而獨立設置。
裝置參數包含關於修整器5配置磨粒之範圍的資料、修整器回轉軸(J點)之位置資料、修整器5之回轉半徑R(點J與修整器5之距離)、研磨墊10之直徑、修整器5搖動之加速度等。
所謂關於修整器5配置磨粒之範圍的資料，係包含修整面之形狀及大小的資料。例如若為如第三圖(a)之在整個下面配置磨粒的修整器5，則是修整器外徑，若為如第三圖(b)之環狀配置磨粒的修整器5，則是環之外徑與內徑，若為如第三圖(c)之在複數個小直徑圓圈上配置磨粒的修整器5，則是各圓圈之中心位置及直徑等。
修整條件包含研磨墊10之旋轉速度、修整器5之開始搖動位置、修整器5之搖動範圍、搖動區間數、各搖動區間之區間寬、修整器5在各搖動區間之搖動速度、修整器5之旋轉速度、修整負荷、修整時間等。
另外，修整監視裝置60與裝置參數及修整條件一起讀取修整之重複數(設定重複數)。此因，僅模擬作為某個一定時間而決定之1次修整時間部分的修整，研磨墊10之切削量分布與修整器之滑動距離分布可能有很大差異。例如，修整器5在1次修整之往返次數少時，研磨墊10之切削量分布與修整器之滑動距離分布的差異大。
其次，將滑動距離算出點之座標設定於研磨墊10之表面(研磨面)上。例如，將研磨墊10之旋轉中心作為原點的極座標系統定義於研 磨墊10之研磨面10a上，並將研磨面10a在半徑方向與圓周方向分割為複數個之格子的交叉點作為滑動距離算出點。其一例顯示於第六圖。第六圖中，同心圓與直徑方向延伸之線的交叉點係滑動距離算出點。為了提高計算速度，可減少分割數。此外，未必需要在圓周方向分割。當然，即使定義正交座標系統，而並非極座標系統亦無任何問題。
其次，設定時間、各滑動距離算出點之滑動距離等各種變數的初始值。此等變數伴隨滑動距離之計算而變動。
其次，使用滑動距離算出點之間隔、研磨墊10之旋轉速度、修整器5之旋轉速度、修整器5之搖動速度等，決定時間間距(極短時間)△T。
其次，修整監視裝置60按照滑動距離算出點在某個時刻之座標與修整器5之修整面的位置資訊，進行滑動距離算出點與修整器5之接觸判定。
其次，修整監視裝置60計算修整器5與研磨墊10在滑動距離算出點之相對速度Vrel。具體而言，係藉由求出在某個時刻之各滑動距離算出點，修整器5之速度向量與研磨墊10之速度向量差的大小來計算相對速度Vrel。此處，修整器5之速度向量為修整器5旋轉之速度向量與修整器5搖動之速度向量的和。此外，研磨墊10之速度向量為研磨墊10旋轉之速度向量。
其次，修整監視裝置60計算修整器接觸面積比S。所謂修整器接觸面積比，係整個修整面之面積(即一定值)除以接觸於研磨墊10之修整面的部分面積(即可變值)者。在修整負荷一定下進行修整時，若修整器5之一部分從研磨墊10之外緣露出時，修整器與研磨墊10之接觸面壓(修整壓力)增大露出部分程度。由於研磨墊10之切削量與接觸面壓概略 成正比，因此接觸面壓變大時，研磨墊10之切削量變大。因此，在滑動距離之計算中，需要與接觸面壓之增量成正比來修正滑動距離的增量。修整器接觸面積比S即使用於該修正。亦即，藉由將接觸面壓之變化替換成滑動距離，可實現研磨墊10之切削量與滑動距離成正比關係的正確度(兩者成正比關係之一致性)之提高。在修整負荷不定，而修整壓力一定下進行修整時，由於不需要修正滑動距離之增量，因此無須算出修整器接觸面積比。
其次，修整監視裝置60計算從某個時刻經過極短時間之滑動距離的增量△D0。增量△D0為相對速度Vrel與時間間距△T之乘積。
△D0=Vrel×△T‧‧‧(1)
此處，時間間距△T表示修整器5與研磨墊10在滑動距離算出點之接觸時間。因此，在以滑動距離算出點與修整器5之接觸判定而判定為不與修整器5接觸的滑動距離算出點上，滑動距離之增量為0。
其次，修整監視裝置60以修整器接觸面積比S修正滑動距離之增量△D0。亦即△D1=△D0×S‧‧‧(2)
在修整壓力一定下進行修整時，由於無須修正滑動距離之增量，因此△D1=△D0。
其次，依磨粒對研磨墊10之嚙入量進一步修正經修正後之滑動距離的增量△D1。由於滑動距離有變動時，在滑動距離小之處切削量亦小，因此研磨墊10相對變厚，由於在滑動距離大之處切削量亦大，因此研磨墊10相對變薄，而在研磨墊10之研磨面上產生起伏(凹凸)。如第七圖所示，研磨墊10之研磨面上有起伏時，相對地，在研磨墊10上厚的部分修整 器5之磨粒5a的嚙入大，相對地，在研磨墊10薄的部分修整器5之磨粒5a的嚙入小。因而，相對地，在研磨墊10厚的部分切削量大，相對地在研磨墊10薄的部分切削量小。因此，係以在滑動距離小之部分滑動距離之增量變大，在滑動距離大之部分滑動距離的增量變小之方式，修正滑動距離之增量。
簡化上述說明，換言之，由於在滑動距離大之處研磨墊10變薄，因此磨粒之嚙入變小，研磨墊10之切削量小。因而，滑動距離大之處係以滑動距離之增量變小的方式，來修正滑動距離之增量。相反地，由於在滑動距離小之處研磨墊10變厚，因此磨粒之嚙入變大，研磨墊10之切削量大。因而，在滑動距離小之處係以滑動距離之增量變大的方式，來修正滑動距離之增量。
使用第八圖說明考慮到磨粒之嚙入的滑動距離之增量△D1的修正方法之一例。第八圖為了容易理解，係以二維方式表示在某個時刻修整面接觸於研磨墊之區域的滑動距離分布圖。第八圖中，被細虛線夾著之區域係修整面接觸的區域，粗實線係修整器之滑動距離(D)，粗虛線係在修整面接觸之區域的滑動距離平均值(DMEAN)，且將修整面接觸之區域中滑動距離的最大值與最小值分別設為DMAX與DMIN。磨粒嚙入研磨墊10之深度大小，顯示與顯示器之滑動距離(D)的大小相反的趨勢。前者大時後者小，前者小時後者大。因此，磨粒嚙入研磨墊10之深度可使用修整器5之滑動距離(D)來表現。
在某個時間t，將在與修整器5接觸之複數個滑動距離算出點的滑動距離設為Dv,t(v=1,2,3,...,n)，將此等滑動距離Dv,t之平均設為DMEAN,t時，在各滑動距離算出點的滑動距離Dv,t與其平均DMEAN,t之差如下。
Dv,t-DMEAN,t=Diffv,t‧‧‧(3)
依據研磨墊10之研磨面10a的凹凸來修正滑動距離之增量△D1，係藉由將滑動距離之增量△D1乘上凹凸修正係數UV來實施。凹凸修正係數UV藉以下公式表示。
UV=exp(-U0×Diffv,t)‧‧‧(4)
上述公式(4)中，符號exp表示指數函數。U0係藉由實驗而預先求出的常數，且係0<U0<∞之範圍內的值。該常數U0表示修正之程度。U0之數值愈大修正量愈大。常數U0為0時(U0=0)，凹凸修正係數Uv始終為1。此時，不進行用於反映研磨面10a之凹凸的修正。
從在n個滑動距離算出點之滑動距離Dv,t(亦即，D1,t、D2,t、...、Dn,t)、此等之平均DMEAN,t、及上述公式(4)，獲得n個凹凸修正係數Uv(亦即，Uv1、Uv2、...、Uvn)。此等複數個凹凸修正係數分別對應於複數個滑動距離算出點。因此，藉由將在各滑動距離算出點之滑動距離的增量△D1乘上分別對應之凹凸修正係數Uv，來修正修整器5之滑動距離的增量△D1。在各滑動距離算出點之滑動距離的增量△D1使用凹凸修正係數Uv修正如下。
△D2=△D1×Uv‧‧‧(5)
從上述公式(3)及公式(4)瞭解，當滑動距離之值愈大，依據滑動距離而決定之凹凸修正係數Uv具有之值愈小。根據修正公式(5)，在凸部之滑動距離算出點的滑動距離增量修正多，在凹部之滑動距離算出點的滑動距離增量修正少。因此，研磨墊10之研磨面10a上的凹凸反映在滑動距離(亦即研磨墊10之切削量)之增量的算出。如此，本發明係藉由依磨粒 之嚙入深度修正滑動距離的增量，換言之，係將磨粒之嚙入深度替換成滑動距離，以實現研磨墊10之切削量與滑動距離成正比關係之正確度(兩者成正比關係之一致性)的提高。
其次，依修整器5從研磨墊10露出時之修整器5的斜率進一步修正經修正後的滑動距離之增量△D2。如前述，修整器5以亦可容許修整面從研磨墊10之研磨面傾斜的狀態之方式，經由萬向接頭15連接於修整器軸16。因此，修整器5從研磨墊10露出時，如第九圖所示，修整器5以來自研磨墊10之反作用力產生的力矩以萬向接頭15為中心而平衡之方式傾斜(第九圖為了容易理解而強調修整器5之斜率)。修整器5未從研磨墊10露出時，研磨墊10與修整器5之接觸壓力(修整壓力)分布概略均勻。但是，修整器5從研磨墊10露出時，修整壓力分布不再均勻，修整壓力概略隨接近研磨墊10之外緣而變大。
第十圖(a)係顯示以直徑100mm之修整器5研磨直徑740mm之研磨墊10時，修整器5之外周端最大從研磨墊10露出25mm時之情況的俯視圖；第十圖(b)係顯示通過研磨墊10之中心與修整器5之中心的直線上之修整壓力分布圖。第十圖(a)所示之例係使用整個下面黏著磨粒之修整器5(參照第三圖(a))。第十圖(b)顯示修整負荷與來自研磨墊10之反作用力的力平衡時，從來自研磨墊10之反作用力在萬向接頭15周圍的力矩平衡而導出之修整壓力分布。所謂修整負荷，係經由修整器軸16而施加於修整器5之力，且係將修整器5按壓於研磨墊10之負荷。第十圖(b)中，縱軸係修整器從研磨墊10露出時將修整壓力設為1而規格化之規格化修整壓力。亦即，所謂規格化修整壓力，係從修整器中心離開距離xmm程度之位置的壓力，在整個修整 面接觸於研磨墊10狀態下，除以賦予研磨墊10之壓力的值。橫軸表示修整器為0之位置，研磨墊中心側之值為負。
從第十圖(a)及第十圖(b)瞭解，修整器5從研磨墊10露出之狀態的修整壓力，係可使用從修整器中心之位置(係從第十圖(a)所示斜率之軸的距離，且研磨墊中心側為負的值：x)，概略以一次函數表示。此外，如第十一圖(a)所示，該一次函數之斜率(規格化斜率：f△)係對研磨墊中心與修整器中心之距離(修整器中心位置：C0)單值地決定。另外，所謂規格化斜率，係如上述在第十圖(b)之一次函數的直線上例如假設2點，將該2點間之規格化修整壓力差除以從該2點間之修整器中心的位置差而求出者。此外，在修整器中心之修整壓力值係對研磨墊中心與修整器中心之距離(修整器：C0)單值地決定。其一例顯示於第十一圖(b)。另外，第十一圖(b)並非顯示在修整器中心之規格化修整壓力的值，而係在修整器中心規格化修整壓力除以在修整壓力為其平均值之位置的規格化修整壓力(第十圖(b)之例，係規格化修整壓力在從修整器中心距離為-12.5mm的位置形成平均值)，作為規格化y切片(fy0)來顯示。因此，在某個修整器中心位置C0之修整面上的某點之規格化修整壓力，可藉由在其修整器中心位置C0之修整壓力的規格化斜率與規格化y切片、以及前述某點從修整器斜率之軸之距離(從修整器中心之距離)來計算。因此，修整器5之斜率的修正係數K定義如下。
K=f△(C0)×x+fy0(C0)‧‧‧(6)
而後，將滑動距離之增量△D2修正如下。
△D3=△D2×K‧‧‧(7)
如此，本發明藉由依修整器5之斜率進一步修正滑動距離的增量，換言之，藉由將修整器5之斜率替換成滑動距離，來實現研磨墊10之切削量與滑動距離成正比關係的正確度(兩者成正比關係之一致性)之提高。
研磨墊10由彈性材料構成。因此，藉由修整器5按壓研磨墊10之結果，研磨墊10可能會硬化，其表面粗度降低。再者，修整屑可能會堆積在研磨墊10表面而造成表面粗度降低。此種研磨墊10表面粗度之降低會表現出研磨墊10之摩擦係數降低。研磨墊10之摩擦係數降低時，修整器5容易在研磨墊10之研磨面10a上滑動，研磨墊10之切削量減少。
因此，其次依著研磨墊10之摩擦係數(表面粗度)降低進一步修正經修正後之滑動距離的增量△D3。預設2個正整數P1,P2作為模型參數。整數P1,P2之關係為P1>P2。進一步預設摩擦修正係數c。該摩擦修正係數c為在0<c<1之範圍的數值。滑動距離之計算在每次經過時間間距△T時進行。亦即，在某時間t之累積滑動距離加上在時間間距△T的滑動距離之增量，同時將現在時間t加上時間間距△T來更新時間。在過去P1次部分之滑動距離計算中，修整器5為P2次以上接觸某個滑動距離算出點時，藉由將在其滑動距離算出點之滑動距離的增量△D3乘上c，來修正滑動距離之增量△D3。亦即，△D4=△D3×c‧‧‧(8)
根據公式(8)所示之修正公式，研磨墊10因與修整器5接觸造成摩擦係數(表面粗度)之降低反映在滑動距離增量的算出。換言之，藉由將摩擦係數之變化替換成滑動距離，來實現研磨墊10之切削量與滑動距離成正比關係之正確度(兩者成正比關係之一致性)的提高。
通常，研磨墊10之修整係在晶圓研磨前後實施。換言之，晶圓之研磨係在修整工序前後實施。晶圓之研磨係藉由在研磨墊10上供給研磨液(泥漿)，並將晶圓按壓於研磨墊10來進行。因而，研磨墊10之表面狀態影響晶圓研磨之程度會變化，亦即，修整器5對研磨墊10之切削率依晶圓之研磨而變化。可預料晶圓之研磨影響研磨墊10之修整的程度，與晶圓研磨中晶圓在研磨墊10上之滑動距離概略成正比。因此，其次依晶圓之滑動距離進一步修正修整器5之滑動距離的增量△D4。
將每1片晶圓(基板)在研磨墊10上之滑動距離算出點的滑動距離表示為晶圓滑動距離Dw，將每1個修整工序修整器5在上述滑動距離算出點之滑動距離表示為修整器滑動距離Dd時，晶圓滑動距離Dw對修整器滑動距離Dd之比RTwd成為RTwd=Dw/Dd‧‧‧(9)
晶圓滑動距離Dw可藉由在滑動距離算出點晶圓對研磨墊10之相對速度，乘以晶圓與在滑動距離算出點之研磨墊10的接觸時間而求出。
依據晶圓之滑動距離的晶圓(基板)滑動距離修正係數Ew由以下公式賦予。
Ew=exp(E0×RTwd)‧‧‧(10)
此處，E0係藉由實驗而預先求出之常數，且具有正或負之值。不需要修正時E0為0。
而後，使用上述公式(10)所賦予之晶圓滑動距離修正係數Ew如以下修正滑動距離之增量△D4。
△D5=△D4×Ew‧‧‧(11)
根據該修正公式，晶圓(基板)之研磨對研磨墊10的影響反映在滑動距離之算出。換言之，藉由將晶圓之研磨對研磨墊10的影響替換成滑動距離，來實現研磨墊10之切削量與滑動距離成正比關係之正確度(兩者成正比關係之一致性)的提高。
滑動距離之增量△D5係對極短時間之滑動距離的增量△D0，進行上述公式(2)、公式(5)、公式(7)、公式(8)及公式(11)表示之修正的結果。藉由將該滑動距離之增量△D5加入在現在時刻之滑動距離來更新滑動距離。此時，如上述，由於考慮研磨墊10之切削量與修整負荷及修整壓力概略成正比，因此，亦可依所設定之修整負荷及修整壓力進一步修正滑動距離之增量△D5。
其次，修整監視裝置60進行用於計算在其次時間間距(極短時間)之滑動距離增量的準備。亦即，修整監視裝置60使研磨墊10虛擬旋轉而使滑動距離算出點移動，虛擬搖動修整器5而使修整器5移動。進一步，修整監視裝置60進行時間更新(時間加上時間間距)。
在修整器5之移動中，宜考慮修整器5搖動之折回點、及修整器5在搖動區間(參照表1)之間的點之加速度，來算出在其次時間間距之修整器5的位置。在研磨墊10之旋轉中心側及外周端側，由於修整器5進行搖動之折回，因此搖動速度進行加速或減速(即正或負之加速)，每單位時間之修整器5的搖動距離變化。此外，修整器5橫跨搖動區間(參照表1)而移動時，由於搖動區間之邊界線及其附近區域同樣伴隨搖動速度之加速或減速，因此每單位時間修整器5之搖動距離變化。因此，為了精確算出在研磨墊10上各點之滑動距離，宜考慮修整器5移動之加速度。藉此可算出更高 精度之滑動距離。
時間到達修整時間後，修整監視裝置60將時間初始化，重複進行修整時間部分之滑動距離計算，直至達到設定重複數。以設定重複數計算修整時間部分之滑動距離結束後，修整監視裝置60顯示結果，進行儲存等之結束處理。此處，由於滑動距離與研磨墊10之切削量概略成正比，因此亦可將所計算之滑動距離乘上轉換係數(正比常數)作為切削量之計算結果。
最後獲得之滑動距離的增量△D5從公式(2)、公式(5)、公式(7)、公式(8)及公式(11)求出為△D5=△D0×S×Uv×K×c×Ew‧‧‧(12)
另外，使用第五圖之上述說明，係依僅計算滑動距離之增量△D0、修正反映修整器接觸面積比之滑動距離的增量、修正反映磨粒嚙入之滑動距離的增量、修正反映修整器斜率之滑動距離的增量、修正反映研磨墊10之摩擦係數降低的滑動距離之增量、及修正反映晶圓(基板)之滑動距離的滑動距離之增量的順序進行，不過從公式(12)瞭解，滑動距離增量之修正不取決於修正係數之順序。此等修正係數中，即使不使用1個或1個以上修正係數，仍可修正滑動距離之增量。修正之滑動距離的增量沿著時間軸累積，藉此決定每1個修整工序之修整器5的滑動距離。
第十二圖係顯示如上述所計算之滑動距離的分布圖。更具體而言，第十二圖顯示在沿著研磨墊10半徑方向排列之複數個滑動距離算出點的滑動距離。修整器5之滑動距離與修整器5對研磨墊10之切削量概略成正比。因此，第十二圖所示之滑動距離分布相當於藉由修整器5修整後之研 磨墊10的切削量輪廓或切削率輪廓。若研磨墊10之初始厚度已知，即可從該滑動距離分布直接獲得相當於墊厚度輪廓者。
如上述所計算之滑動距離分布可用於推測作為評估研磨墊10之修整指標的輪廓及切削率。研磨墊10之輪廓表示沿著研磨墊10之研磨面10a半徑方向的剖面形狀，研磨墊10之切削率表示每單位時間藉由修整器5削除之研磨墊10的量(厚度)。此等研磨墊10之輪廓及切削率可從第十二圖所示之沿著研磨墊10半徑方向的滑動距離分布推測。但是，此等評估指標無法充分表示研磨墊10之研磨性能。例如，即使相同輪廓及相同切削率，研磨率及研磨輪廓仍會有不同。
因此，除了過去之修整評估指標外，修整監視裝置60取得包含修整器5之滑動方向資訊的滑動距離作為滑動向量。亦即，各滑動方向累積滑動距離者即是滑動向量。所謂修整器5之滑動方向，係修整器5穿過研磨墊10上之滑動距離算出點的方向，且係修整器5對研磨墊10之相對性移動方向。在修整中某時點之滑動方向可藉由從研磨墊10之旋轉速度(研磨台9之旋轉速度)、修整器5之旋轉速度、修整器5之搖動速度及修整器5與研磨墊10之相對位置等計算來決定。滑動方向為與研磨墊10之半徑方向形成的角度。
修整監視裝置60將預設之複數個滑動方向記憶於其內部。修整監視裝置60算出修整器5在滑動距離算出點之滑動距離的增加部分，並且算出修整器5在其滑動距離算出點之滑動方向。所算出之滑動方向藉由上述複數個滑動方向中之任何1個來代表。預設於修整監視裝置60之各滑動方向係代表指定之角度範圍的方向，且在其指定角度範圍內之算出滑動方向藉 由就其角度範圍預設之滑動方向來代表。例如，某個算出之滑動方向在80°至100°的範圍內時，其算出之滑動方向藉由就角度範圍80°~100°所預設的滑動方向90°來代表。修整監視裝置60按照所算出之滑動方向的角度，將其算出之滑動方向分配於預設之複數個滑動方向中的任何一個。
如此決定之滑動方向與在相同滑動距離算出點之滑動距離的增加部分相關連。修整監視裝置60在修整工序中實施決定在各滑動距離算出點之滑動方向、算出(包含修正)及累積各滑動方向之滑動距離的增加部分，並將其結果儲存於其內部。取得在各滑動距離算出點各滑動方向之滑動距離作為滑動向量，而儲存於修整監視裝置60。修整監視裝置60具有就沿著研磨墊10半徑方向而排列之複數個滑動距離算出點顯示滑動向量的功能。
第十三圖係顯示在沿著研磨墊10半徑方向排列之滑動距離算出點的滑動向量圖。滑動向量在每次進行修整工序時取得。第十三圖顯示在8個滑動距離算出點之滑動向量。在各滑動距離算出點之各滑動向量係在1個修整工序中所取得之各個滑動方向累積的滑動向量。修整監視裝置60沿著研磨墊10之半徑方向顯示滑動向量。滑動向量之長度表示每1個修整工序修整器5之滑動距離，滑動向量之方向表示修整器5之滑動方向。修整監視裝置60從滑動向量與複數個滑動距離算出點之位置生成如第十三圖所示之修整器5的滑動向量分布。
從第十三圖瞭解滑動向量在研磨墊10上之分布。在各滑動距離算出點之滑動向量的散布取決於研磨台9之旋轉速度、修整器5之旋轉速度、修整器5之搖動速度等。第十四圖係顯示以比第十三圖之修整條件更高 速使研磨台9旋轉，以更低速使修整器5旋轉時之滑動向量圖。第十四圖所示之例的滑動向量並不比第十三圖所示之滑動向量擴散多少。
第十五圖係將在取得第十三圖所示之滑動向量的修整條件下，研磨墊10之研磨面10a的狀態模式化之圖，第十六圖係將在取得第十四圖所示之滑動向量的修整條件下，研磨墊10之研磨面10a的狀態模式化之圖。第十三圖所示之滑動向量顯示修整器5在研磨墊10上滑動於各個方向。結果如第十五圖所示，在研磨墊10之研磨面10a上形成篩網狀的紋路(或擦痕)。另外，第十四圖所示之滑動向量顯示修整器5在研磨墊10上滑動於大致相同方向。結果如第十六圖所示，在研磨墊10之研磨面10a上形成概略平行之紋路(或擦痕)。
形成於研磨墊10之研磨面10a的擦痕會影響研磨墊10之表面粗度及供給於研磨面10a上之研磨液(泥漿)的散布方式。第十五圖所示之篩網狀的擦痕應該容易在研磨墊10上保持研磨液，並提高晶圓之研磨率。因此，宜設定在整個研磨墊10上滑動向量可擴散之修整條件。修整條件之具體要素可舉出研磨台9之旋轉速度、修整器5之旋轉速度、修整器5之搖動速度。
其次，說明滑動距離分布之指標化。在研磨墊10之研磨面10a上的晶圓接觸區域內存在未經修整之區域時，研磨墊10無法發揮連續且穩定之研磨性能。因此，修整監視裝置60在1個修整工序結束後，計算表示修整區域(修整器5接觸於研磨墊10之區域)對研磨墊10上晶圓接觸區域的比率之表面修整率，並依據該表面修整率評估是否良好地修整研磨墊10。
更具體而言，在研磨墊10上之晶圓接觸區域內的n個滑動距 離算出點中，於修整工序中未曾與修整器5接觸之點有m個時，如下求出表面修整率(%)。
表面修整率(%)=(n-m)/n×100‧‧‧(13)
m=0時，表面修整率係100%。修整監視裝置60具有在輸入該修整監視裝置60之修整條件下計算表面修整率，而顯示該結果之功能。再者，修整監視裝置60構成當表面修整率未達指定之目標值時，會發出警報信號，再者，具有決定表面修整率超過指定之目標值的修整條件，並顯示其決定之修整條件的功能。修整條件之具體要素可舉出研磨台9之旋轉速度、修整器5之旋轉速度、修整器5之搖動速度、修整時間。
滑動距離在研磨面10a內之變動會影響研磨墊10之切削量分布，亦即影響研磨墊10之輪廓。一般而言，修整器5之滑動距離在整個研磨墊10應該均勻。因此，修整監視裝置60如下算出顯示滑動距離在研磨面10a內之變動的指標。將在晶圓接觸區域內之n個滑動距離算出點滑動距離的標準偏差設為SDn，將在n個滑動距離算出點之滑動距離的平均設為ADn時，藉由以下公式賦予滑動距離在研磨面10a內之變動指標。
滑動距離之變動指標=SDn/ADn‧‧‧(14)
修整監視裝置60具有計算在輸入該修整監視裝置60之修整條件下滑動距離的變動指標，並顯示該指標之功能。
滑動距離在整個研磨面10a上均勻時，研磨墊10獲得平坦之輪廓。此種平坦輪廓應該有助於改善研磨墊10之研磨性能及改善研磨墊10之壽命。修整監視裝置60構成當滑動距離之變動指標超出指定的目標值時發出警報信號。再者，修整監視裝置60具有決定滑動距離之變動指標低於 指定之目標值的修整條件，並顯示所決定之修整條件的功能。修整條件之具體要素可舉出研磨台9之旋轉速度、修整器5之旋轉速度、修整器5之搖動速度、修整時間。
也有要求不均勻之墊輪廓。例如，也存在希望研磨墊10之周緣部厚而中心部薄的墊輪廓之情況。此種情況下，藉由使修整器5之搖動速度在修整器5之中心側慢而在外周側快，即可實現此種研磨墊10之輪廓。修整監視裝置60藉由依據所取得之滑動距離分布來調整修整條件，可實現研磨墊10之目標輪廓。
研磨面10a上表示之滑動向量分布，可表現僅滑動距離分布無法獲得之研磨墊10的表面狀態。修整監視裝置60依據藉由滑動向量分布所表示之研磨墊10的表面狀態，可控制研磨墊10之研磨性能。修整監視裝置60如下所示地將滑動向量之分布予以指標化來利用。
第十七圖係顯示預先定義於研磨墊10之研磨面10a上的複數個同心狀之環狀區域圖。此等環狀區域在半徑方向之寬度可彼此相同，亦可不同。修整監視裝置60於修整結束後，算出將屬於在半徑位置RX之環狀區域的滑動距離算出點之滑動向量平均後的平均滑動向量。
第十八圖係顯示複數個環狀區域之各個平均滑動向量圖。從第十八圖瞭解，平均滑動向量在複數個環狀區域中，具有對應於預設之滑動方向的複數個滑動距離。此處，將構成平均滑動向量之複數個環狀區域中的複數個滑動距離表示為DVRX,θ。此處之符號RX表示N個環狀區域之半徑位置，且取R1~RN中之任何一個值。第十八圖之例，RX係R1、R2、R3、...、R8。此外符號θ表示記憶於修整監視裝置60之上述預設的複數個滑 動方向，且取θ1~θM中任何一個值。DVRX,θ係在各環狀區域RX中，各滑動方向θ平均在屬於其環狀區域之滑動距離算出點的滑動距離者。例如，預設之滑動方向係θ1、θ2、θ3、...、θM時，在各環狀區域RX中算出M個平均滑動距離。依修整條件，亦有M個平均滑動向量中有幾個為0。
修整監視裝置60從以下公式計算顯示滑動向量在研磨墊10上之分布變動的指標IA及IB。
IA=SigRX(Aveθ(DVRX,θ))‧‧‧(15)
IB=AveRX(Sigθ(DVRX,θ))‧‧‧(16)
此處，DVRX,θ係在某個半徑位置RX之環狀區域中，與某個滑動方向θ相關連之平均滑動距離。此外，Aveθ( )表示計算關於滑動方向θ=θ1、θ2、...、θM之平均的操作，SigRX( )表示計算關於半徑位置RX=R1、R2、...、R N之標準偏差的操作，Sigθ( )表示計算關於滑動方向θ=θ1、θ2、...、θM之標準偏差的操作，AveRX( )表示計算關於半徑位置RX=R1、R2、...、R N之平均的操作。
滑動向量分布之變動指標IA的值愈小，顯示滑動向量在研磨墊10之整個半徑方向更均勻。此外，滑動向量分布之變動指標IB的值愈小，表示滑動向量在記憶於修整監視裝置60之預設的整個數個滑動方向更均勻。修整監視裝置60具有在輸入該修整監視裝置60之修整條件下計算滑動向量分布的變動指標IA及IB，並顯示該指標之功能。修整監視裝置60在變動指標IA及IB超過目標值A0及B0時發出警告信號。再者，修整監視裝置60具有在變動指標IA及IB超過目標值A0及B0時，決定滑動向量分布之變動指標低於指定之目標值的修整條件，並顯示其決定之修整條件的功能。修整條件之 具體要素可舉出研磨台9之旋轉速度、修整器5之旋轉速度、修整器5之搖動速度、修整時間。
再者，修整監視裝置60於1個修整工序結束時，計算顯示滑動向量之正交性的指標。所謂滑動向量之正交性指標，係表示在各滑動距離算出點滑動向量保持之複數個向量是否僅朝向單一方向？或朝向正交之方向？或接近此等之哪一個的指標。一例為藉由以下決定滑動向量之正交性指標。在各滑動距離算出點之複數個滑動向量中，從相對的相量組之中選擇此等向量差的長度(直徑)為最大之組，將包含此等向量之方向作為軸。其次，以其一邊與軸平行之方式取各個向量全部收容的最小長方形。將獲得之長方形的短邊長/長邊長定義為向量之正交性指標。
參照第十九圖(a)至第十九圖(c)說明滑動向量之正交性指標的算出方法。第十九圖(a)顯示2個滑動向量在某個滑動距離算出點具有同一方向之例。該例之最小長方形實質上係直線，因此，短邊長與長邊長之比為0。第十九圖(b)顯示2個滑動向量在某個滑動距離算出點具有同一長度及同一方向之例。該例最小之長方形為正方形，因此短邊長與長邊長之比為1。第十九圖(c)顯示2個滑動向量在某個滑動距離算出點形成的角度係銳角之例。該例的短邊長與長邊長之比為比0大，且比1小之值(第十九圖(c)之例係0.5)。
根據該計算方法，當複數個向量之方向朝向同一方向時，正交性指標為0，隨著複數個向量之方向從同一方向離開，正交性指標變成比0大而接近1，當複數個向量之方向正交而此等大小相等時，正交性指標成為1。這可視為將通過所著眼之研磨墊上的修整器方向分布予以指標化者。 即使修整量相同，而僅在相同方向修整時與在多方向修整時，各個研磨墊之修整方式，亦即研磨墊之表面狀態會出現不同。藉由使用正交性指標可決定考慮到此種研磨墊之修整方式不同的修整條件。另外，表示滑動向量之分布的指標不限於此處說明之正交性指標的例。
修整監視裝置60沿著研磨墊10之半徑方向平均上述平均滑動向量而算出平均正交性指標。修整監視裝置60具有在輸入該修整監視裝置60之修整條件下計算平均正交性指標，並顯示該指標之功能。此外，修整監視裝置60構成當平均正交性指標低於指定之目標指標值時發出警告信號。再者，修整監視裝置60具有當滑動向量分布之平均正交性指標未達指定之目標值時，決定平均正交性指標成為大於指定之目標值的修整條件，並顯示其決定之修整條件的功能。修整條件之具體要素可舉出研磨台9之旋轉速度、修整器5之旋轉速度、修整器5之搖動速度、修整時間。平均正交性指標用作作為研磨墊10之修整方法的指標，過去僅以使用之墊輪廓及切削率而無法表示的研磨墊10之表面狀態的製作方法(第十五圖及第十六圖)之指標。再者，考慮平均正交性指標也與作為修整結果之研磨墊10的表面粗度(以墊粗度測定器35測定)相關。
以上說明如公式(13)所示，係使用晶圓接觸區域作為指標值之基準區域，不過使用上方環形轉盤20之接觸區域或修整器5之接觸區域作為基準區域，亦可進行指標值之計算。
以上說明如第二圖所示，係說明修整器以修整器回轉軸J點為中心而搖動的情況，不過亦可將本發明適用於修整器進行直線往返運動之情況，或是進行其他任意運動之情況。此外，以上說明如第一圖所示， 係說明研磨部材(研磨墊)進行旋轉運動之情況，不過亦可將本發明適用於研磨部材以無限軌道之方式運動的情況。

Claims (26)

  1. 一種取得在用於研磨基板之研磨部材上滑動的修整器之滑動距離分布的方法，其特徵為包含以下工序：計算在前述研磨部材上指定之滑動距離算出點的前述修整器與前述研磨部材之相對速度；藉由將前述相對速度乘上在前述滑動距離算出點之前述修整器與前述研磨部材的接觸時間，而算出前述修整器在前述滑動距離算出點之滑動距離的增量；藉由將前述算出之滑動距離的增量乘上至少1個修正係數，來修正前述滑動距離之增量；藉由將前述修正之滑動距離的增量加入在前述滑動距離算出點之現在滑動距離，來更新前述滑動距離；及從前述更新之滑動距離與前述滑動距離算出點之位置生成前述修整器的滑動距離分布；前述至少1個修正係數包含就前述滑動距離算出點所設之凹凸修正係數，前述凹凸修正係數係用於使形成於前述研磨部材表面之凸部切削量與凹部切削量的差異，反映在前述研磨部材之輪廓的修正係數，且藉由將前述凹凸修正係數乘上前述滑動距離之增量來修正該滑動距離之增量。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中前述凹凸修正係數係藉由算出在接觸於前述修整器之複數個滑動距離算出點的平均滑動距離， 從在接觸於前述修整器之前述指定的滑動距離算出點之前述滑動距離減去前述平均而算出差分，在將前述凹凸修正係數設為UV、將前述差分設為Diffv,t、以及將U0設為比0大的預定常數時，藉由將前述差分Diffv,t輸入指數函數UV=exp(-U0×Diffv,t)來決定。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中前述至少1個修正係數進一步包含預定之摩擦修正係數，在重複進行從前述相對速度之計算至前述滑動距離增量之修正的步驟間，於前述滑動距離算出點上，前述修整器接觸於前述研磨部材指定次數以上情況下，藉由將前述滑動距離之增量乘上前述摩擦修正係數，來進一步修正前述滑動距離之增量。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中前述至少1個修正係數進一步包含基板滑動距離修正係數，前述基板滑動距離修正係數係藉由算出在前述滑動距離算出點之基板在前述研磨部材上的滑動距離，並算出在前述滑動距離算出點之前述基板之滑動距離對前述修整器的滑動距離之比，在將前述基板滑動距離修正係數設為EW、將前述比設為RTwd、以及將E0設為正的或負的預定值時，藉由將前述比RTwd輸入指數函數Ew=exp(E0×RTwd)來決定。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中進一步包含算出表示在前述研磨部材上修整器接觸區域對基板接觸區域之比率的表面修整率之工序。
  6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中進一步包含決定用於使前述表面修整率成為指定目標值以上之修整條件的工序。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中進一步包含算出表示在前述研磨部材上之基板接觸區域內，前述修整器的滑動距離變動之指標的工序。
  8. 如申請專利範圍第7項之方法，其中進一步包含決定用於使表示前述修整器之滑動距離變動的指標成為指定目標值以下之修整條件的工序。
  9. 一種研磨裝置，其特徵為具備：研磨台，其係支撐研磨部材；基板保持部，其係將基板按壓於前述研磨部材來研磨該基板；修整器，其係修整前述研磨部材；及修整監視裝置，其係取得在前述研磨部材上滑動之前述修整器的滑動距離分布，前述修整監視裝置包含以下工序：計算在前述研磨部材上指定之滑動距離算出點的前述修整器與前述研磨部材之相對速度；藉由將前述相對速度乘上在前述滑動距離算出點之前述修整器與前述研磨部材的接觸時間，而算出前述修整器在前述滑動距離算出點之滑動距離的增量；藉由將前述算出之滑動距離的增量乘上至少1個修正係數，來修正前述滑動距離之增量；藉由將前述修正之滑動距離的增量加入在前述滑動距離算出點之 現在滑動距離來更新前述滑動距離；及從前述更新之滑動距離與前述滑動距離算出點之位置生成前述修整器的滑動距離分布，前述至少1個修正係數包含就前述滑動距離算出點所設之凹凸修正係數，前述凹凸修正係數係用於使形成於前述研磨部材表面之凸部切削量與凹部切削量的差異，反映在前述研磨部材之輪廓的修正係數，且藉由將前述凹凸修正係數乘上前述滑動距離之增量來修正該滑動距離之增量。
  10. 如申請專利範圍第9項之研磨裝置，其中前述修整監視裝置，係藉由算出在接觸於前述修整器之複數個滑動距離算出點的平均滑動距離，從在接觸於前述修整器之前述指定滑動距離算出點的前述滑動距離減去前述平均而算出差分，在將前述凹凸修正係數設為UV、將前述差分設為Diffv,t、以及將U0設為比0大的預定常數時，藉由將前述差分Diffv,t輸入指數函數UV=exp(-U0×Diffv,t)來決定前述凹凸修正係數。
  11. 如申請專利範圍第9項之研磨裝置，其中前述至少1個修正係數進一步包含預定之摩擦修正係數，在重複進行從前述相對速度之計算至前述滑動距離增量之修正的步驟間，於前述滑動距離算出點上，前述修整器接觸於前述研磨部材指定次數以上情況下，前述修整監視裝置藉由將前述滑動距離之增量 乘上前述摩擦修正係數，來進一步修正前述滑動距離之增量。
  12. 如申請專利範圍第9項之研磨裝置，其中前述至少1個修正係數進一步包含基板滑動距離修正係數，前述修整監視裝置藉由算出在前述滑動距離算出點之基板在前述研磨部材上的滑動距離，並算出在前述滑動距離算出點之前述基板之滑動距離對前述修整器的滑動距離之比，在將前述基板滑動距離修正係數設為EW、將前述比設為RTwd、以及將E0設為正的或負的預定值時，藉由將前述比RTwd輸入指數函數Ew=exp(E0×RTwd)來決定前述基板滑動距離修正係數。
  13. 如申請專利範圍第9項之研磨裝置，其中前述修整監視裝置進一步執行算出表示在前述研磨部材上修整器接觸區域對基板接觸區域之比率的表面修整率之工序。
  14. 如申請專利範圍第13項之研磨裝置，其中前述修整監視裝置進一步執行決定用於使前述表面修整率成為指定目標值以上之修整條件的工序。
  15. 如申請專利範圍第9項之研磨裝置，其中前述修整監視裝置進一步執行算出表示在前述研磨部材上之基板接觸區域內，前述修整器的滑動距離變動之指標的工序。
  16. 如申請專利範圍第15項之研磨裝置，其中前述修整監視裝置進一步執行決定用於使表示前述修整器之滑動距離變動的指標成為指定目標值以下之修整條件的工序。
  17. 一種取得在研磨部材上滑動之修整器的滑動向量分布之方法，其特徵為：計算在前述研磨部材上之滑動距離算出點的前述修整器與前述研磨部材之相對速度，藉由將前述相對速度乘上在前述滑動距離算出點之前述修整器與前述研磨部材的接觸時間，而算出前述修整器在前述滑動距離算出點之滑動距離的增量；藉由將前述算出之滑動距離的增量乘上至少1個修正係數，來修正前述滑動距離之增量；藉由算出前述修整器在前述滑動距離算出點之滑動方向，從前述算出之滑動方向選擇預設之複數個滑動方向的任何一個，將前述修正之滑動距離的增量加入與在前述滑動距離算出點之前述選出之方向相關連的現在滑動距離，來更新前述滑動距離，而生成滑動向量；從前述滑動向量與前述滑動距離算出點之位置生成前述修整器的滑動向量分布。
  18. 如申請專利範圍第17項之方法，其中進一步包含算出表示在前述研磨部材上之基板接觸區域內，前述滑動向量之變動的指標之工序。
  19. 如申請專利範圍第18項之方法，其中進一步包含決定用於使表示前述滑動向量之變動的指標成為指定目標值以下之修整條件的工序。
  20. 如申請專利範圍第17項之方法，其中進一步包含算出表示在前述研磨部材上之基板接觸區域內，前述滑動向量之正交性的指標之工序。
  21. 如申請專利範圍第20項之方法，其中進一步包含決定用於使表示前述 滑動向量之正交性的指標成為指定目標值以上之修整條件的工序。
  22. 一種研磨裝置，其特徵為具備：研磨台，其係支撐研磨部材；基板保持部，其係將基板按壓於前述研磨部材來研磨該基板；修整器，其係修整前述研磨部材；及修整監視裝置，其係取得在前述研磨部材上滑動之前述修整器的滑動向量分布，前述修整監視裝置計算在前述研磨部材上指定之滑動距離算出點的前述修整器與前述研磨部材之相對速度，藉由將前述相對速度乘上在前述滑動距離算出點之前述修整器與前述研磨部材的接觸時間，而算出前述修整器在前述滑動距離算出點之滑動距離的增量，並藉由將前述算出之滑動距離的增量乘上至少1個修正係數，來修正前述滑動距離之增量，並藉由算出前述修整器在前述滑動距離算出點之滑動方向，從前述算出之滑動方向選擇預設之複數個滑動方向的任何一個，將前述修正之滑動距離的增量加入與在前述滑動距離算出點之前述選出之方向相關連的現在滑動距離，來更新前述滑動距離，而生成滑動向量，並從前述滑動向量與前述滑動距離算出點之位置生成前述修整器的滑動向量分布。
  23. 如申請專利範圍第22項之研磨裝置，其中前述修整監視裝置進一步執行算出表示前述滑動向量在前述複數個滑動距離算出點之變動的指標之工序。
  24. 如申請專利範圍第22項之研磨裝置，其中前述修整監視裝置進一步執行決定用於使表示前述滑動向量之變動的指標成為指定目標值以下之修整條件的工序。
  25. 如申請專利範圍第22項之研磨裝置，其中前述修整監視裝置進一步執行算出表示在前述研磨部材上之基板接觸區域內，前述滑動向量之正交性的指標之工序。
  26. 如申請專利範圍第25項之研磨裝置，其中前述修整監視裝置進一步執行決定用於使表示前述滑動向量之正交性的指標成為指定目標值以上之修整條件的工序。
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