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TW201435300A - 研磨墊之表面性狀測定方法 - Google Patents

研磨墊之表面性狀測定方法 Download PDF

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TW201435300A
TW201435300A TW102132736A TW102132736A TW201435300A TW 201435300 A TW201435300 A TW 201435300A TW 102132736 A TW102132736 A TW 102132736A TW 102132736 A TW102132736 A TW 102132736A TW 201435300 A TW201435300 A TW 201435300A
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polishing pad
polishing
spatial wavelength
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light
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TW102132736A
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TWI598566B (zh
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松尾尚典
木村景一
鈴木惠友
帕納特 卡瓊盧恩盧安
櫛田高志
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荏原製作所股份有限公司
國立大學法人九州工業大學
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Publication date
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Abstract

【課題】本發明提供一種研磨墊之表面性狀測定方法，係可測定研磨墊之表面性狀，判斷研磨墊之表面性狀是否形成獲得要求之研磨性能的狀態。【解決手段】研磨墊2之表面性狀測定方法，係滑接於基板而研磨基板之被研磨面，且在研磨墊2上照射雷射光，以受光元件接收從研磨墊2反射而散射之散射光，藉由光學性傅里葉變換獲得相當於依據研磨墊2之表面形狀的空間波長光譜之強度分布，依據相當於相異之2個指定空間波長範圍的強度分布，運算呈現研磨墊2之表面性狀的數值。

Description

研磨墊之表面性狀測定方法
本發明係關於一種測定用於半導體晶圓等基板之研磨的研磨墊之表面形狀或表面狀態等表面性狀的研磨墊之表面性狀測定方法者。
近年來，伴隨半導體設備之高積體化、高密度化，電路之配線日益微細化，多層配線之層數亦增加。為了謀求電路之微細化以實現多層配線，由於承襲下側之層的表面凹凸而使階差更大，因而隨著配線層數增加，形成薄膜時對階差形狀之膜被覆性(階差覆蓋率)惡化。因此，為了進行多層配線，須改善該階差覆蓋率，並以適當處理過程進行平坦化處理。此外，因為隨著光微影術之微細化導致焦點深度變淺，所以需要對半導體設備表面進行平坦化處理，使半導體設備之表面的凹凸階差抑制在焦點深度以下。
因此，在半導體設備之製造工序中，半導體設備表面之平坦化技術日益重要。該平坦化技術中最重要的技術係化學機械研磨(CMP(Chemical Mechanical Polishing))。該化學機械研磨係使用研磨裝置，在研磨墊上供給含有二氧化矽(SiO2)或二氧化鈰(CeO2)等研磨粒的研磨液，並使半導體晶圓等之基板滑接於研磨墊來進行研磨者。
上述進行CMP之研磨裝置具備：具有研磨墊之研磨台；及用於保持半導體晶圓(基板)之稱為載體或上方環形轉盤等的基板保持裝 置。使用此種研磨裝置而藉由基板保持裝置保持基板，並對研磨墊以指定之壓力按壓該基板，進行研磨基板上之絕緣膜或金屬膜。
進行基板之研磨時，研磨粒或研磨屑會附著於研磨墊之表面，並且研磨墊之表面形狀或狀態變化，導致研磨性能惡化。因而，隨著反覆進行基板之研磨，造成研磨速度降低，並且產生研磨不均。因此，為了重現惡化之研磨墊的表面形狀或狀態，係使用修整器進行研磨墊之修整(調理(Conditioning))。
【先前技術文獻】 【專利文獻】
[專利文獻1]日本特開平9-119822號公報
[專利文獻2]日本特開2003-151934號公報
[專利文獻3]日本特開2012-137484號公報
【非專利文獻】
[非專利文獻1]櫛田高志、木村景一、Khajornrungruang, Panart、鈴木惠友著「關於依據光學性傅里葉變換之CMP用研磨墊表面形狀評估的研究(第二報)-測定裝置之試作-」2012年度精密工學會春季大會學術演講會演講論文集，2012年3月14日頒佈，p.823~824
[非專利文獻2]櫛田高志、木村景一、Khajornrungruang, Panait、鈴木惠友著「關於依據光學性傅里葉變換之CMP用研磨墊表面形狀評估的研究」2011年度精密工學會秋季大會學術演講會演講論文集，2011年9月20日頒佈，p.159~160
CMP(化學機械研磨)中，研磨墊之表面形狀或狀態對研磨性能影響重大，因而提出有藉由各種測定方法測定研磨墊之表面形狀、狀態，反映到修整條件或研磨條件。
上述非專利文獻1及2中，暗示在研磨墊之表面照射雷射光，藉由光學性FFT分析其散射反射光，可測定研磨墊之表面形狀特性。
此外，研磨墊與修整器需要定期更換，而其更換時期係依據指定之基板處理片數或指定之修整時間的預定時期，或研磨墊損耗量(墊之厚度)來決定。但是，該預定之時期未必限定為在可確保要求之研磨性能的範圍內之最長使用時間。
本發明係鑑於上述情形者，其目的為提供一種可測定研磨墊之表面性狀，判斷研磨墊之表面性狀是否形成獲得要求之研磨性能狀態的研磨墊之表面性狀測定方法。
此外，本發明之目的為提供一種依據研磨墊之表面性狀的測定結果設定運轉條件，來進行研磨或修整之研磨方法。
本發明人在各種條件下，以影像感測器捕捉照射於研磨墊之雷射光的散射反射光，獲得光學性FFT之墊表面形狀對應於空間波長的反射光強度光譜。此外，測定此等條件下之研磨性能(研磨速度)，探討此等反映空間波長之分布的光譜與研磨性能之關連性。結果發現特定之空間波長區域，特別是短波長區域之強度顯示與研磨速度密切相關。
本發明係依據上述知識而發明者，本發明之研磨墊的表面性 狀測定方法，係滑接於基板而研磨基板之被研磨面的研磨墊之表面性狀測定方法，其特徵為：在研磨墊上照射雷射光，以受光元件接收從研磨墊反射而散射之散射光，藉由光學性傅里葉變換獲得相當於依據研磨墊之表面形狀的空間波長光譜之強度分布，依據相當於相異之2個指定空間波長範圍的強度分布，運算呈現研磨墊之表面性狀的數值。
採用本發明時，可運算呈現研磨墊之表面性狀的數值，例如墊表面指數。墊表面指數係與CMP性能密切相關之數值，將該運算後之數值與預定值比較，滿足特定條件情況下，判斷為研磨墊或修整器之壽命或更換時序，並判斷為墊表面性狀或修整狀態異常。
本發明適合之樣態的特徵為：前述相異之2個指定的空間波長範圍，係第一空間波長範圍；及比該第一空間波長範圍窄，且包含於第一空間波長範圍之第二空間波長範圍。
本發明適合之樣態的特徵為：前述第一空間波長範圍包含4~30微米之範圍。
本發明適合之樣態的特徵為：前述第一空間波長範圍包含1.8~30微米之範圍。
本發明適合之樣態的特徵為：前述第二空間波長範圍存在於前述第一空間波長範圍之短波長側。
本發明適合之樣態的特徵為：前述第二空間波長範圍存在於2~5微米之範圍內。
本發明適合之樣態的特徵為：前述第二空間波長範圍存在於10~15微米之範圍內。
本發明適合之樣態的特徵為：前述雷射光係以不到達形成於前述研磨墊表面之微細孔(Pore)底部的入射角照射。
本發明適合之樣態的特徵為：前述雷射光係以在前述研磨墊表面之反射率為50%以上的入射角照射。
前述雷射光之特徵為：照射S偏光。
本發明之第二樣態係一種研磨方法，其係修整研磨墊，確認呈現以申請專利範圍第1項之研磨墊的表面性狀測定方法而獲得之研磨墊的表面性狀之數值在希望的範圍，將基板按壓滑接於研磨墊來研磨基板。
此外，本發明可使用呈現以申請專利範圍第1項之研磨墊的表面性狀測定方法而獲得之研磨墊的表面性狀之數值，採取以下之樣態。
1)一種修整方法，係依據呈現以申請專利範圍第1項之研磨墊的表面性狀測定方法而獲得之研磨墊的表面性狀之數值，設定修整條件而進行修整。
2)一種修整器之壽命檢測方法，係依據呈現以申請專利範圍第1項之研磨墊的表面性狀測定方法而獲得之研磨墊的表面性狀之數值，檢測修整器之壽命。
3)一種墊之壽命檢測方法，係依據呈現以申請專利範圍第1項之研磨墊的表面性狀測定方法而獲得之研磨墊的表面性狀之數值，檢測墊之壽命。
4)一種修整之異常檢測方法，係依據呈現以申請專利範圍第1項之研磨墊的表面性狀測定方法而獲得之研磨墊的表面性狀之數值，檢測墊之表面性狀有異常。
採用本發明時，因為可及時掌握研磨墊之表面性狀，所以可達到以下CMP之穩定運用。
(1)因為研磨墊或修整器可使用至壽命最後，不致浪費，所以可抑制耗材成本。
(2)因為可立刻檢測出因某個修整異常造成研磨墊之表面性狀在不正常狀態並通報，所以可將因CMP性能不良造成半導體設備之製造不良抑制在最低限度。
(3)可依研磨墊之表面性狀的變化變更修整條件，隨時將研磨墊之表面性狀維持在需要確保CMP性能的狀態。
1‧‧‧研磨台
1a‧‧‧台軸
2‧‧‧研磨墊
2a‧‧‧研磨面
3‧‧‧研磨液供給噴嘴
10‧‧‧載體
11‧‧‧軸桿
12‧‧‧載體支臂
20‧‧‧修整裝置
21‧‧‧修整器支臂
22‧‧‧修整器
22a‧‧‧修整部件
30‧‧‧表面性狀測定裝置
31‧‧‧光源
32‧‧‧受光元件
33,34‧‧‧反射鏡
35‧‧‧運算處理裝置
W‧‧‧基板
第一圖係顯示具備本發明之研磨墊的表面性狀測定裝置之研磨裝置的整體構成模式圖。
第二圖係第一圖之II部的放大圖。
第三圖係模式顯示從在第一圖及第二圖所示之表面性狀測定裝置中執行的攝像(受光)，實施傅里葉變換而運算數值之處理過程圖。
第四圖係顯示將雷射光照射於研磨墊時產生之因墊表面形狀而散射的光之強度分布模式圖。
第五圖係顯示受光元件與墊之距離及雷射光點徑的關係模式圖。
第六圖係顯示雷射波長(λ〔nm〕)與可測定之空間波長(p〔nm〕)的關係圖。
第七圖係顯示將雷射光照射於研磨墊時在墊表面反射散射之散射光的強度分布模式圖。
第八(a),(b)圖係顯示依據本方法所獲得之光強度分布，各個空間波長(橫軸)範圍之光強度的積分值與整個觀察區域之光強度的積分值(30μm以內)之比(波長構成比)與研磨率(MRR)的相關值(縱軸)之圖。
第九(a),(b)圖係顯示依據本方法所獲得之光強度分布，各個空間波長(橫軸)範圍之光強度的積分值與整個觀察區域之光強度的積分值(30μm以內)之比(波長構成比)與研磨率(MRR)的相關值(縱軸)之圖。
第十圖係顯示在各個空間波長範圍(橫軸)之波長構成比率與研磨率(MRR)的相關係數值(縱軸)之圖。
第十一圖係顯示雷射光之入射角為80°時的機器構成之模式圖。
第十二(a),(b)圖係顯示利用第三圖所示之處理過程所獲得的數值，變更修整條件時及顯示警報時的程序流程圖。
第十三圖係顯示使用如第一圖及第二圖所示地構成之研磨裝置，進行基板之研磨、研磨墊之修整及研磨墊之表面監控的程序一例圖。
以下，參照第一圖至第十三圖，詳細說明本發明之研磨墊的表面性狀測定方法之實施形態。另外，第一圖至第十三圖中，在相同或相當之構成要素上註記相同符號，並省略重複之說明。
第一圖係顯示實施本發明之研磨墊的表面性狀測定方法之研磨裝置的整體構成模式圖。如第一圖所示，研磨裝置具備：研磨台1；及保持研磨對象物之半導體晶圓等的基板W，並按壓於研磨台上之研磨墊的載體10。研磨台1經由台軸1a而連結於配置在其下方之研磨台旋轉馬達(無圖示)，並可在台軸1a之周圍旋轉。在研磨台1之上面貼合有研磨墊2，研磨 墊2之表面構成研磨基板W之研磨面2a。研磨墊2使用Dow Chemical公司(Dow Chemical Company)製之SUBA800、IC1000、IC1000/SUBA400(二層布)等。SUBA800係以氨基甲酸乙酯樹脂凝固纖維之不織布。IC1000係硬質之發泡聚氨酯，且其表面具有多數個微細孔(Pore)的墊，亦稱為多孔墊。在研磨台1之上方設置有研磨液供給噴嘴3，可藉由該研磨液供給噴嘴3供給研磨液(泥漿)至研磨台1上之研磨墊2。
載體10連接於軸桿11，軸桿11可對載體支臂12上下移動。藉由軸桿11之上下移動，可使載體10全體對載體支臂12上下移動而定位。軸桿11可藉由馬達(無圖示)之驅動而旋轉，載體10可在軸桿11之軸心周圍旋轉。
如第一圖所示，載體10可在其下面保持半導體晶圓等之基板W。載體支臂12構成可回轉，在下面保持了基板W之載體10藉由載體支臂12之回轉，可從基板之接收位置移動於研磨台1之上方。載體10在下面保持基板W，並將基板W按壓於研磨墊2之表面(研磨面)。此時，分別使研磨台1及載體10旋轉，而從設於研磨台1上方之研磨液供給噴嘴3供給研磨液(泥漿)至研磨墊2上。研磨液中之研磨粒係使用含有二氧化矽(SiO2)或二氧化鈰(CeO2)的研磨液。如此，供給研磨液至研磨墊2上，並將基板W按壓於研磨墊2，使基板W與研磨墊2相對移動，來研磨基板上之絕緣膜或金屬膜等。絕緣膜如二氧化矽(SiO2)。金屬膜如銅膜、鎢膜、鉭膜、鈦膜。
如第一圖所示，研磨裝置具備修整研磨墊2之修整裝置20。修整裝置20具備修整器支臂21、及自由旋轉地安裝於修整器支臂21之修整器22。修整器22之下部藉由修整部件22a構成，修整部件22a具有圓形之修整 面，在修整面上藉由電沉積等固定硬質粒子。該硬質粒子如鑽石粒子或陶瓷粒子等。在修整器支臂21內內藏有無圖示之馬達，修整器22可藉由該馬達而旋轉。修整器支臂21連結於無圖示之升降機構，修整器支臂21藉由該升降機構下降，修整部件22a可按壓研磨墊2之研磨面2a。研磨台1、載體10、修整裝置20等各裝置類連接於控制裝置(無圖示)，可藉由控制裝置控制研磨台1之旋轉速度、載體10之旋轉速度及研磨壓力、修整裝置20之修整器22的負載或搖動速度等。
如第一圖所示，研磨裝置具備測定研磨墊2之表面形狀或表面狀態等表面性狀的研磨墊之表面性狀測定裝置30。研磨墊之表面性狀測定裝置30具備在研磨墊2上照射雷射光之光源31、及接收經研磨墊2之表面反射散射的散射光之受光元件32。光源31構成可射出408nm之波長的雷射光。第一圖所示之實施形態，光源31係固定於載體支臂12，從光源31射出之雷射光可經由2個反射鏡33,34而照射於研磨墊2。反射鏡33,34以可反射從光源31射出之雷射光，並從概略垂直方向入射於研磨墊2之方式設定位置及角度。亦即，從光源31概略垂直方向射出之雷射光，以反射鏡33變更光程，而與研磨墊2之表面平行地行進，進一步以反射鏡34變更光程，而從概略垂直方向入射於研磨墊2。另外，雷射光之入射角及反射鏡之數量可適切變更。
受光元件32由CCD受光元件而構成，為了可檢測至對CMP性能影響大之低波長區域，而配置於研磨墊2之表面上方。受光元件32亦可係CMOS、光二極體陣列、光電子倍增陣列(Photomultiplier array)。受光元件32連接於運算處理裝置35。運算處理裝置35具備藉由特定運算方法將受 光元件所受光之散射光的強度分布(光譜)換算成與CMP性能有關之數值的運算功能。此外，運算處理裝置35具備顯示散射光強度分布以及與CMP性能有關之數值的顯示功能。運算處理裝置35亦可組裝於CMP之控制裝置。來自運算處理裝置35之信號輸入至CMP之控制裝置。
第二圖係第一圖之II部的放大圖。從光源31射出之雷射光的入射光以反射鏡33(參照第一圖)變更光程，如第二圖所示，與研磨墊2之表面平行地行進，其後，以接近研磨墊2表面而配置之反射鏡34變更光程，對研磨墊2之表面在概略垂直方向行進而照射於研磨墊2之表面。而後，在研磨墊2之表面反射散射的散射光被受光元件32接收。
第三圖係模式顯示在第一圖及第二圖所示之表面性狀測定裝置30中執行的攝像(受光)而運算數值之處理過程圖。另外，第三圖中，受光元件32之形狀及配置等係模式化顯示，此外，光源31、反射鏡34、運算處理裝置35省略圖示。
如第三圖所示，在表面性狀測定裝置30中執行以下之步驟。
(1)在具有表面形狀u(x,y)之研磨墊2上照射雷射光。
(2)以受光元件32接收在研磨墊表面反射散射之散射光，而獲得散射光強度分布。散射光強度分布相當於以其空間波長傅里葉變換研磨墊之表面形狀的分布。
(3)運算處理裝置35中，經過指定之運算，求出墊表面指數。
此處，所謂指定之運算，係指‧特定空間波長區域之散射光強度的積分值；‧第二空間波長區域之積分值對第一空間波長區域之積分值的比等。
其次，說明執行上述(1)~(3)步驟之具體方法及裝置構成。
1)來自研磨墊之散射光強度分布
第四圖係顯示將雷射光照射於研磨墊時產生之因墊表面形狀而散射的光之強度分布模式圖。
如第四圖所示，以受光元件觀察將雷射光(波長λ)照射於研磨墊時產生之因墊表面形狀而散射的光之強度分布I(p)。此時，受光元件上之各位置1/p顯示各個表面凹凸之空間波長p的光譜。可以說，光強度分布表示研磨墊之表面形狀的空間性傅里葉變換之光譜。例如，比較長之空間波長p1情況下，在受光元件之1/p1的位置(空間頻率區域)呈現其光譜。另外，比較短之空間波長p2情況下亦同樣。
第四圖中，各符號定義如下。
θ：入射角
d：雷射光束徑
β：繞射角(繞射光從正反射光偏角之角度)
L：受光元件-墊之距離
p：研磨墊表面形狀之空間波長
決定偏角繞射角(β)之公式顯示於公式(1)，並以適用之波長λ、設定入射角θ、凹凸之空間波長p來決定。不過，公式(1)之條件需要是遠場(Far-field)繞射的狀態。遠場繞射如公式(2)所示，觀察之受光元件需要與研磨墊離開充分的距離L。此外，如公式(1)至公式(3)所示，空間波長p比雷射波長λ小時，會形成繞射角比90°大，不從研磨墊表面反射的所謂吸收的現象。
p cosθsinβ+p sinθ(1-cosβ)=λ (1)
遠場繞射之條件：L>>(p cosθ)2/2λ (2)
空間波長與雷射光波長之條件：p/λ>1 (3)
2)受光元件與墊距離及雷射光點徑之檢討
第五圖係顯示受光元件與墊之距離及雷射光點徑的關係模式圖。第五圖中各符號如第四圖所定義。
公式(2)中，例如θ=45°，L比p2/4λ之100倍大時，受光元件與墊之距離L需要滿足公式(2.1)所示的條件。
L>100(p2/4λ) (2.1)
其次，在雷射光束徑d0之區域內，因為繞射光(β<β0之區域)與正反射光(寬度d0)重疊所以不能評估。因而，比繞射角β0(在受光元件上，相當之墊表面凹凸的空間波數1/p0)大之繞射角β(空間波長波數1/p)形成可評估之區域(β>β0或1/p>1/p0)。
此處，正反射光之交界線係AB/OA=tanβ0=d0/2L
不過，因為L>>d0，所以當(d0 2+4L2)1/2≒2L時，近似為sinβ0≒d0/2L，cosβ0=2L/(d0 2+4L2)1/2≒2L/(4L2)1/2=1。而後，從公式(1)，因為可評估之空間波數1/p的範圍係1/p0=(cosθsinβ+sinθ(1-cosβ0))/λ<1/p
所以獲得以下之條件。
p cosθ×(d0/2L)<λ (4)
i)受光元件與墊之距離L的選定
例如研磨墊為IC1000時，因為墊之微細孔徑為40~60μm， 所以評估空間波長為p<p0=30μm。此外，若雷射波長λ=0.532μm時，因為L>100×(30um)2/4(0.532μm)≒43mm，所以，例如受光元件與墊之距離L>50mm即可。
ii)雷射光點徑d0之選定
不能評估區域之邊界條件係光點徑為d0<4(50mm)(0.532μm)/21/2(30μm)=2.5mm
例如，光點徑d<2mm即可。
3)照射雷射光之波長選定
第六圖係顯示雷射波長(λ〔nm〕)與可測定之空間波長(p〔μm〕)的關係圖。
決定受光元件與墊之距離L與雷射光點徑d0時，需要選定雷射波長。如第六圖所示，基本上，雷射之波長λ愈短，可測定之研磨墊形狀的空間波長界限p(公式(1)之θ=0，β=90°時，p≒λ)愈小。
但是，雷射波長變短時，因為大氣造成光散射(瑞利散射強度yλ-4)，所以光強度之減光率變大，可能對於來自被測定表面之散射光造成干擾。
因此，如圖中箭頭所示，欲使光強度之減少率在13.5%以下時，用於測定之雷射波長須為450nm(0.45μm)以上，此時若可測定之空間波長係θ=0時，則約為0.45μm以上。此外，同樣地，欲使光強度之減少率為25%以下時，用於測定之雷射波長在400nm(0.4μm)以上即可。
例如，使用小型半導體雷射時，波長應比450nm大，最接近之波長可使用一般經常使用的532nm之雷射光。
4)波長構成比
第七圖係顯示將雷射光照射於研磨墊時在墊表面反射散射之散射光的強度分布模式圖。第七圖中各符號如第四圖所定義。
第七圖所示之從空間波長p1至空間波長p2的第二空間波長區域之散射光強度的積分值，對從空間波長p3至空間波長p4的第一空間波長區域之散射光強度的積分值之比，由以下公式求出。
將上述之比定義為波長構成比。
5)波長構成比與研磨率(MRR)之相關結果
第八(a),(b)圖係顯示依據本方法所獲得之光強度分布，各個空間波長(橫軸)範圍之光強度的積分值與整個觀察區域之光強度的積分值(30μm以內)之比(波長構成比)與研磨率(MRR)的相關值(縱軸)之圖。
第八(a),(b)圖係係使用以不同修整器(# 325與# 100)修整後之研磨墊，整理在測定範圍最寬之30~1.8μm，測定範圍次寬之30~2.8μm、縮小測定範圍之30~4μm的觀察區域時相關值之特性者。
如第八(a),(b)圖所示，在30~1.8μm之寬空間波長範圍運算者，比在30~2.8μm或30~4μm之空間波長範圍運算者，發現相關值提高之趨勢。因此，瞭解採用30~1.8μm之空間波長範圍的光譜之積分值者可獲得良好結果。
6)用於表面指數運算之空間波長範圍的設定
第九(a),(b)圖係顯示依據本方法所獲得之光強度分布，各個空間波長(橫軸)範圍之光強度的積分值與整個觀察區域之光強度的積分值(30μm以內)之比(波長構成比)與研磨率(MRR)的相關值(縱軸)之圖。
為了掌握墊性狀，相關係數值應為0.7以上。在第九(a),(b)圖中，考慮高相關係數之0.7以上時，顯示有在更寬範圍測定(1.8μm)者，比寬度較寬之波長區域及更小之空間波長p的相關係數高的趨勢。
因此，第九(a),(b)圖所示之例，其空間波長範圍如下。
1.整體空間波長區域包含4~30μm，並宜包含2~30μm。
2.為# 325所修整之墊時，空間波長區域：2(1.8)~5μm
3.為# 100所修整之墊時，空間波長區域：9~13μm
其次，係以本方法獲得之散射光強度分布，一例係求出在第七圖所示之空間波長區域(p1~p2μm)的波長構成比與研磨率(MMR)之相關。此時，在# 100與# 325所修整之墊中，在同一個空間波長區域進行評估。
第十圖係顯示上述評估結果，並顯示在各個空間波長範圍(橫軸)之波長構成比率與研磨率(MRR)的相關係數值(縱軸)之圖。
第十圖所示之例中，考慮高相關係數之相關係數值為0.7以上時，瞭解將有助於研磨之微細凹凸的空間波長範圍限定於10~15μm即可。
另外，第八圖至第十圖所示之實驗結果，係以第一圖及第二圖所示之裝置構成求出者。
7)微細孔與雷射光入射角θ之檢討
如以上，瞭解依據光學性FFT之墊表面形狀對應於空間波長的反射光強度光譜，可運算與研磨率(MRR)密切相關的數值。再者，在研磨墊表面，除了因修整而產生之微細形狀之外，還存在原本形成於研磨墊表面之形狀、微細孔，藉由本方法而獲得之散射光強度分布亦為反映該微細孔之形狀者。
微細孔之底部並未與研磨之基板直接接觸，為了掌握研磨率(MRR)及修整狀況，有時宜儘量排除該微細孔之形狀造成的影響。
為了儘量排除微細孔之形狀的影響，只須將雷射光對研磨墊之入射角放倒，不使雷射光到達微細孔底部即可。為了不使其到達微細孔底部，入射角須為45°以上，更應該為80°以上。此處所謂不使雷射光到達之微細孔底部，係具有不致與研磨中之基板滑接的深度之微細孔底部，且不包含極淺之微細孔。
8)雷射光之反射率與偏光的檢討
雷射光並未在研磨墊表面全反射，一部分透過墊內部。透過內部之雷射光藉由研磨墊內部之構造(微細孔等)而散射反射，在其研磨墊內部散射反射光之一部分，與在研磨墊表面反射之散射反射光混合。為了測定研磨墊之表面性狀，應減少透過內部之雷射光的影響，雷射光在物質表面之反射率依雷射光之入射角而變化，入射角愈大反射率有愈高之趨勢。因此，應形成在研磨墊表面之雷射光的反射率為50%以上的入射角。
此外，關於雷射光在研磨墊表面之反射率，S偏光係伴隨入射角增加而反射率單調增加，另外，P偏光之反射率係隨入射角接近布儒斯特(Brewster)角而降低，超過布儒斯特角時則增加。因此，照射於研磨墊之 雷射光，藉由偏光板等形成S偏光，可提高研磨墊表面之反射率。
第十一圖顯示雷射光之入射角為80°時的機器構成之一例。與第一圖同樣地，從光源31射出之雷射光可經由2個反射鏡33,34而照射於研磨墊2。反射鏡33,34設定位置及角度成反射從光源31射出之雷射光，對研磨墊2形成80°之入射角。亦即，從光源31概略垂直方向射出之雷射光以反射鏡33(第十一圖中無圖示)變更光程，與研磨墊2之表面平行行進，進一步以反射鏡34變更光程，以入射角80°入射於研磨墊2。受光元件32設置成雷射光在研磨墊上之正反射相當於垂直。
由於入射角放倒，因此，研磨墊之厚度變化時，研磨墊上之雷射照射位置變化較大。第十一圖之形態係反射鏡34安裝於水平方向移動機構，並調整成不論研磨墊2之厚度如何變化，雷射光之正反射均可照射在受光元件32面上的相同位置。亦可構成具備測定研磨墊之厚度或研磨墊之表面高度的測定器(無圖示)，並依據其測定器的結果來控制水平方向移動機構。
將上述步驟所獲得之與CMP性能密切相關的數值與預定值比較，在滿足特定條件情況下，將研磨墊或修正器之壽命或更換時序，或是墊表面性狀或修整狀態之異常顯示於運算處理裝置35的顯示部。
此外，運算處理裝置35具有將上述步驟所獲得之與CMP性能密切相關的數值對照預定條件，而變更CMP參數，特別是修整條件(面壓、轉數、搖動類型)之功能。例如係預先獲得表示上述數值、修整條件、CMP性能三者相關的公式，藉由將修整後測定之上述數值代入其公式中，算出CMP性能始終保持一定之修整條件，並將其條件適用於下次修整時之 功能等。
第十二(a),(b)圖係顯示利用第四圖至第十圖所示之處理過程所獲得的數值，變更修整條件時及顯示警報時的程序流程圖。
第十二(a)圖所示之例中，在研磨基板後修整研磨墊2，進行墊表面之測定。其次，算出墊表面指數，判斷墊表面指數是否在指定範圍內。墊表面指數不在指定範圍內時(否(NO)時)變更下一次之修整條件。墊表面指數在指定範圍內時(是(YES)時)不變更修整條件，仍以同樣條件進行下次之修整。
將修整條件之變更例顯示於表1。
第十二(b)圖所示之例中，在研磨基板後修整研磨墊2，進行墊表面之測定。其次，算出墊表面指數，判斷墊表面指數是否在正常範圍內。墊表面指數不在正常範圍內時(否(NO)時)，顯示修整器壽命、研磨墊壽命、研磨墊表面異常之任何一個警報。此時，預先決定成為修整器壽命、研磨墊壽命、研磨墊表面異常之墊表面指數的運算公式與正常範圍。墊表面指數在正常範圍內時(是(YES)時)繼續處理過程。
其次，參照第十三圖說明使用如第一圖及第二圖所示地構成之研磨裝置，進行基板之研磨、研磨墊之修整及研磨墊之表面監控時的程 序一例。
如第十三圖所示，開始基板之處理而研磨基板。亦即，從研磨液供給噴嘴3滴下研磨液(泥漿)至研磨墊2，使載體10旋轉並下降，以指定之研磨壓力將基板W按壓於旋轉之研磨墊2上。藉此，開始進行基板上之金屬膜或絕緣膜的研磨之研磨工序。另外，亦可與研磨工序同時進行修整之原位修整(In-situ Dressing)。
其次，停止從研磨液供給噴嘴3供給研磨液後，在研磨墊2上供給純水，藉由進行基板之水研磨(水Polishing)等，而在研磨墊2上洗淨基板。其後，藉由載體10將基板搬送至研磨墊2外側，將研磨後之基板交接至推送器等交接裝置。
其次，修整研磨墊2。亦即使研磨墊2旋轉，並且使修整器22旋轉，其次，使修整器支臂21下降，將修整器22下面之修整部件22a按壓於旋轉之研磨墊2上。在其狀態下，使修整器支臂21搖動(Swing)。研磨墊2修整中，從研磨液供給噴嘴3(參照第一圖)供給作為修整液之純水至研磨墊2上。
其次，藉由表面性狀測定裝置30監控研磨墊2之表面。該監控工序如第四圖至第十圖之說明，係算出墊表面指數，並如第十二(a),(b)圖之說明，進行表示修整條件之變更、研磨墊壽命或研磨墊表面異常之警報等的指定判斷。
前述監控工序結束後完成基板處理。另外，監控工序亦可在研磨工序中進行，或是亦可在修整工序中進行。
以上係說明本發明之實施形態，不過本發明不限定於上述之 實施形態，在其技術思想範圍內，當然可以各種不同形態來實施。
2‧‧‧研磨墊
32‧‧‧受光元件

Claims (11)

  1. 一種研磨墊之表面性狀測定方法，係滑接於基板而研磨基板之被研磨面，其特徵為：在研磨墊上照射雷射光，以受光元件接收從研磨墊反射而散射之散射光，藉由光學性傅里葉變換獲得相當於依據研磨墊之表面形狀的空間波長光譜之強度分布，依據相當於相異之2個指定空間波長範圍的強度分布，運算呈現研磨墊之表面性狀的數值。
  2. 如申請專利範圍第1項之研磨墊的表面性狀測定方法，其中前述相異之2個指定的空間波長範圍，係第一空間波長範圍；及比該第一空間波長範圍窄，且包含於第一空間波長範圍之第二空間波長範圍。
  3. 如申請專利範圍第2項之研磨墊的表面性狀測定方法，其中前述第一空間波長範圍包含4~30微米之範圍。
  4. 如申請專利範圍第2項之研磨墊的表面性狀測定方法，其中前述第一空間波長範圍包含1.8~30微米之範圍。
  5. 如申請專利範圍第2項之研磨墊的表面性狀測定方法，其中前述第二空間波長範圍存在於前述第一空間波長範圍之短波長側。
  6. 如申請專利範圍第2項之研磨墊的表面性狀測定方法，其中前述第二空間波長範圍存在於2~5微米之範圍內。
  7. 如申請專利範圍第2項之研磨墊的表面性狀測定方法，其中前述第二空間波長範圍存在於10~15微米之範圍內。
  8. 如申請專利範圍第1項之研磨墊的表面性狀測定方法，其中前述雷射 光係以不到達形成於前述研磨墊表面之微細孔(Pore)底部的入射角照射。
  9. 如申請專利範圍第1項之研磨墊的表面性狀測定方法，其中前述雷射光係以在前述研磨墊表面之反射率為50%以上的入射角照射。
  10. 如申請專利範圍第1項之研磨墊的表面性狀測定方法，其中前述雷射光係照射S偏光。
  11. 一種研磨方法，其係修整研磨墊，確認呈現以申請專利範圍第1項之研磨墊的表面性狀測定方法而獲得之研磨墊的表面性狀之數值在希望的範圍，將基板按壓滑接於研磨墊來研磨基板。
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