TWI644351B - Evaluation method of polishing pad and polishing method of wafer - Google Patents

Abstract

本發明是一種研磨墊的評價方法，其評價用以研磨晶圓之研磨墊的使用期限，該研磨墊的評價方法的特徵在於：測定堆積於前述研磨墊上的研磨殘渣的量，並基於該測定的到的測定值來評價前述研磨墊的使用期限。藉此，能夠即時地評價研磨墊的使用期限，且提供了一種研磨墊的評價方法及晶圓的研磨方法，其能夠抑制在研磨晶圓時的生產率及良率的降低。

Description

研磨墊的評價方法及晶圓的研磨方法

本發明關於一種研磨墊的使用期限(life)的評價方法、及利用此評價方法來進行的晶圓的研磨方法。

以往，使用於晶圓的研磨中的研磨墊的壽命(使用期限)，是要在清洗實際利用此研磨墊來研磨後的晶圓之後，利用檢查裝置來監控晶圓的複數個品質項目，且在有檢測到任何一個品質項目產生異常時，才能判斷出來。

作為其中一個品質項目，舉例來說，可使用光點缺陷(Light Point Defects(LPD)，也稱為局部光散射)，該光點缺線(LPD)表示晶圓表面的潔淨度。此LPD是使雷射光照射晶圓的表面，並藉由將該反射光加以聚光來進行測定。當晶圓的表面上存在有微粒或晶體原生凹點(Crystal Original Pit，COP)時，反射光會進行亂反射(irregular reflection，亦稱為漫射(diffused reflection))，因此，藉由光接受器(optical receiver)來聚光這些漫射光便可偵測出微粒和COP的存在。這時候，先預先設定好作為測定對象的微粒和COP的直徑，並測定出所設定的直徑以上的微粒和COP的總數。當此LPD的測定值超過成為異常與否判定的基準之基準值時，便判斷研磨墊已 達到使用期限(參照專利文獻1)。

在第8圖中表示雙面研磨後的晶圓的LPD與研磨墊的使用時間的關係的一例。圖表的縱軸表示將LPD的測定值以基準值來比例算出的值(LPD/基準值)，橫軸表示研磨墊的使用時間(分鐘(min))，其中，基準值是成為異常與否判定的基準。此外，LPD的測定實行3次，3次都是以四向(Four-way)式的雙面研磨裝置來研磨直徑300mm的複數片矽晶圓，清洗研磨後的矽晶圓，並進行乾燥處理後，利用「KLA-Tencor」公司所製造的「Surfscan SP1(商品名)」進行LPD的測定。此時，統計直徑是0.2μm以上的LPD的個數。研磨墊是使用發泡聚氨酯墊(「JH RHODES」公司所製造的「LP-57(商品名)」)，研磨漿是使用氫氧化鉀(KOH)鹼性基底的膠態二氧化矽(「FUJIM」公司所製造的「GLANZOX2100(商品名)」)。

(LPD/基準值)的值超過1時，晶圓就算是不合格，而判斷研磨墊已達到使用期限。

[先行技術文獻] (專利文獻)

專利文獻1：日本特開平11-260769號公報

在第8圖的圖表中，表示上述測試了3次的結果(第8圖中的樣本1~3)。在這3次的雙面研磨中，即便使用同種的雙面研磨裝置、構件，但是各研磨墊卻仍顯示出不同的使 用期限。像這樣，由於每個研磨墊的使用期限都不同，因此有難以預先決定研磨墊的使用期限這樣的問題。進一步，直到從研磨後的晶圓得知LPD超過基準值為止，都無法知道研磨墊的使用期限。如此一來，直到品質項目的檢查結果反饋(feedback)為止，已經達到使用期限的研磨墊還是繼續地被使用於研磨，這段期間會產生被浪費地消耗掉的時間和晶圓(在第8圖中以虛線圈起的部分)等，也會有生產率及良率降低這樣的問題。

本發明是鑑於前述般的問題而完成，目地在於提供一種研磨墊的評鑑方法及晶圓的研磨方法，此研磨墊的評鑑方法及晶圓的研磨方法能夠即時評價研磨墊的使用期限，而能夠抑制生產率及良率的降低。

為了達成上述目的，依據本發明，提供一種研磨墊的評價方法，其評價用以研磨晶圓之研磨墊的使用期限，該研磨墊的評價方法的特徵在於：測定堆積於前述研磨墊上的研磨殘渣的量，並基於該測定得到的測定值來評價前述研磨墊的使用期限。

這麼做的話，能夠根據研磨墊來直接評價使用期限，且能夠在測定後立即個別地判斷研磨墊是否已達到使用期限。其結果，能減少因為用已達到使用期限的研磨墊來研磨所導致的時間和晶圓等的浪費，而能夠抑制生產率及良率的降低。

此時，前述研磨殘渣的量，能夠根據藉由X光螢光 分析法所得到的X光螢光光譜，偵測含有Si-K α射線之訊號來進行測定。

這麼做的話，在研磨矽晶圓的情況下，能夠藉由X光螢光分析法來調查研磨墊上的矽(Si)元素的量，藉此而能夠更簡單地測定研磨殘渣的量。

又，此時較佳是，根據相對於前述研磨墊的使用時間之前述研磨殘渣的量的測定值來求得一次近似式(linear approximation)，並將該一次近似式的值到達預先設定的臨界值之前述使用時間，設為前述研磨墊的使用期限。

像這樣，利用預先決定作為研磨墊的使用期限之使用時間，能夠在研磨墊的使用時間到達預測值的時點，就暫時中斷研磨，而能夠更確實地減少因為利用已達到使用期限的研磨墊來研磨所導致的時間和晶圓等的浪費。其結果，能夠更確實地抑制生產率及良率的降低。

又，依據本發明，提供一種晶圓的研磨方法，利用使複數片晶圓與研磨墊滑動接觸來研磨前述晶圓，該晶圓的研磨方法的特徵在於：在研磨前，測定堆積於前述研磨墊上的研磨殘渣的量，並基於該測定得到的測定值來預測前述研磨墊的使用期限，且在前述研磨墊的使用時間到達所預測的使用期限的時點，就替換前述研磨墊。

這麼做的話，能夠容易地預測研磨墊的使用期限。進一步，利用在研磨墊的使用時間到達所預測的使用期限的時點就替換研磨墊，而能夠減少因為利用已達到使用期限的研磨墊來研磨所導致的時間和晶圓等的浪費。其結果，能夠 抑制生產率及良率的降低。

此時，前述研磨殘渣的量，能夠根據藉由X光螢光分析法所得到的X光螢光光譜，偵測含有Si-K α射線之訊號來進行測定。

這麼做的話，在研磨矽晶圓的情況下，能夠藉由X光螢光分析法來調查研磨墊上的矽(Si)元素的量，藉此而能夠簡單地測定研磨殘渣的量。

又，此時較佳是，根據相對於前述研磨墊的使用時間之前述研磨殘渣的量的測定值來求得一次近似式，並將該一次近似式的值到達預先設定的臨界值之前述使用時間，預測為前述研磨墊的使用期限。

像這樣地預測研磨墊的使用期限的話，能夠更確實地減少所浪費的時間和不良品的晶圓等，而能夠更確實地抑制生產率及良率的降低。

若是本發明的研磨墊的評價方法及晶圓的研磨方法，能夠個別地即時評價個體差異大的研磨墊的使用期限，而能夠抑制研磨晶圓時的生產率及良率的降低。

1‧‧‧雙面研磨裝置

2‧‧‧上平台

3‧‧‧下平台

4‧‧‧研磨墊

5‧‧‧太陽齒輪

6‧‧‧內齒輪

7‧‧‧載具

8‧‧‧保持孔

W‧‧‧矽晶圓

第1圖是表示本發明的研磨墊的評價方法的一例的流程圖。

第2圖是表示使用於矽晶圓的雙面研磨中的雙面研磨裝置的一例的概略剖面圖。

第3圖是使用於矽晶圓的雙面研磨中的雙面研磨裝置的內部結構圖。

第4圖是表示矽訊號量與LPD的關聯性的圖。

第5圖是表示在研磨墊上測定矽訊號量的場所的一例的圖。

第6圖是表示在本發明的研磨墊的評價方法中，一次近似式的一例的圖。

第7圖是表示在實施例1中，根據矽訊號量而求得的一次近似式的圖。

第8圖是表示研磨墊的使用時間與LPD的關係的圖。

以下，針對本發明來說明實施方式，但本發明並不限於此實施方式。

如上所述，研磨墊的使用期限的差異很大而難以預測，且是根據研磨後的晶圓的品質項目來間接地調查研磨墊的使用期限，因此有下述問題：只能在研磨墊已達到使用期限後，才可得知研磨墊的使用期限。

因此，本發明人考慮不利用調查研磨後的晶圓，而是利用調查研磨墊本身，來直接地判斷研磨墊的使用期限。其結果，本發明人著眼於被認為是產生LPD的原因，也就是堆積於研磨墊上的研磨殘渣的量。並且，想到根據此研磨殘渣的量來個別地評價研磨墊的使用期限，而完成本發明。

以下，參照第1~6圖，說明本發明的研磨墊的評價方法及晶圓的研磨方法的一例。

最初，針對本發明的研磨墊的評價方法進行說明。此處是將本發明的研磨墊的評價方法應用於矽晶圓的雙面研磨中的情況作為例子來進行說明。

首先，準備研磨對象的複數片矽晶圓(第1圖的A)。接下來，預備將矽晶圓進行雙面研磨的雙面研磨裝置。針對此時使用的雙面研磨裝置，參照第2、3圖說明於下。

如第2、3圖所示，雙面研磨裝置1具備上下互相面對設置的上平台2與下平台3；在上平台2與下平台3上，分別黏貼有研磨墊4。在上平台2與下平台3之間的中心部，設置有太陽齒輪5，在邊緣部設置有內齒輪6。矽晶圓W被保持於載具7的保持孔8，且被夾在上平台2與下平台3之間。

又，載具7的外周齒嚙合於太陽齒輪5與內齒輪6的各齒部，隨著上平台2和下平台3藉由未繪示的驅動源來旋轉，載具7一邊自轉一邊繞著太陽齒輪5作公轉。此時，被載具7的保持孔8所保持的矽晶圓W，藉由上下的研磨墊4，其雙面同時被研磨。研磨矽晶圓W時，從未繪示的噴嘴供給研磨液。重複地進行以上般的雙面研磨，以批次(batch)式來雙面研磨複數片矽晶圓W(第1圖的B)。

使用此研磨裝置1，在實行矽晶圓的雙面研磨的批次之間且在下一次的研磨開始之前，在本發明中測定堆積於研磨墊4上的研磨殘渣的量(第1圖的C)。如上述般，已知研磨殘渣的量與LPD具有關聯性。此處，在本發明中，根據研磨殘渣的量的測定值來評價研磨墊的使用期限(第1圖的D)。

像這樣，根據研磨墊，直接地評價使用期限，能在 測定研磨殘渣的量後，立即判斷研磨墊是否已達到使用期限。

舉例來說，在此雙面研磨裝置1的研磨墊4的情況下，可在雙面研磨的批次之間等的時候，測定研磨殘渣的量。作為測定方法，可使用X光螢光分析法。若是X光螢光分析法，由於能夠使用便於搬運的手提型的X光螢光分析裝置，因此能夠在研磨墊還黏貼在平台上的狀態下簡便且短時間地進行測定。

為了藉由X光螢光分析法來測定研磨殘渣的量，具體上可採用以下的方法。

在雙面研磨後的矽晶圓W的情況下，由於堆積於研磨墊4上的研磨殘渣中含有矽元素，因此若是偵測含有X光螢光光譜的Si-K α射線之訊號，就能夠測定研磨殘渣的量。更具體地說，能夠根據偵測到的X光螢光光譜，將含有Si-K α射線且在1.6~1.9eV的範圍內的訊號量積分而得到的數值，作為研磨殘渣的量的預測值來使用(以下，將此研磨殘渣的量的預測值稱為矽訊號量)。在測定前最好是先以乾布等擦去研磨墊表面的水分。

此處，針對上述矽訊號量與LPD的關聯性，本發明人將調查後的結果表示於下。

第4圖是表示與第8圖所示的LPD的測定一起測定矽訊號量，並且配合矽訊號量的測定結果的圖表。對於矽訊號量的測定，使用了「堀場製作所」公司所製造的「MESA-630(商品名)」。測定方式(recipe)是「Alloy LE FP」，X光照射時間設為60秒。測定黏貼於雙面研磨裝置的下平台上的研磨墊的 矽訊號量，將從研磨墊的內圓周與外圓周算起位於等距離的圓上的3個點(第5圖中以箭頭表示的位置)設為測定位置，並將3個點的矽訊號量的測定值的平均值，描繪於第4圖。

如第4圖所示，與LPD相同地，矽訊號量隨著研磨墊的使用時間增加而增加，由此可知矽訊號量與LPD具有關聯性。如此一來，根據矽訊號量來測定研磨殘渣的量，藉此能夠評價研磨墊的使用期限。

在根據矽訊號量來評價研磨墊的使用期限的情況，可以預先訂定矽訊號量的臨界值(threshold value)，並在矽訊號量變成該臨界值以上時判斷為研磨墊已達到使用期限。舉例來說，在第4圖中(LPD/基準值)的值變成0.5時，無論是在哪一個樣本中，矽訊號量的值都表示為約3500(第4圖中的「×」記號)。此處，若是將矽訊號量的臨界值預先訂定為3500，並將矽訊號量達到3500的時點判斷為研磨墊的使用期限的話，便能夠減少時間和晶圓等的浪費，而能夠抑制生產率及良率的降低。

進一步，較佳是基於研磨殘渣的量的測定值，預先將研磨墊的特定的使用時間設為使用期限。此處，以利用測定矽訊號量來測定研磨殘渣的量的情況為例，具體地說明決定使用時間的順序，該使用期間作為研磨墊的使用期限。

首先，利用X光螢光分析法，複數次從研磨墊測定矽訊號量。然後，根據複數個矽訊號量的測定值，求得對於研磨墊的使用時間的一次近似式。較佳是，在研磨墊的使用時間是5000分鐘以下時，實行複數次測定。進一步，考慮到依據 一次近似式所產生的預測的精準度，較佳是進行5次以上的測定。然後，將所求得的一次近似式的值到達臨界值的研磨墊的使用時間，設為研磨墊的使用期限。

在第6圖的圖表中，表示代表一次近似式的直線，其中，該一次近似式是根據相對於研磨墊的使用時間之矽訊號量的測定值所求得的。圖表的縱軸代表矽訊號量，橫軸代表研磨墊的使用時間(分鐘)。此處，將矽訊號量的臨界值設為3500，並在研磨墊的使用時間還在5000分鐘以下的期間內，測定5次矽訊號量。然後，根據這些測定值來求得一次近似式。如第6圖所示，將一次近似式的值達到臨界值也就是3500時的20000分鐘附近，設為研磨墊的使用期限(在第6圖中以「a」表示的點)。又，若是如上述般地將矽訊號量的臨界值設為3500附近的話，就能夠抑制因誤差而導致研磨墊的使用時間超過使用期限，而產出不合格品的矽晶圓的情況。

如上所述，若基於研磨殘渣的量的測定值，預先決定研磨墊的使用期間而設為研磨墊的使用期限的話，在研磨墊快要到達使用期限時，可暫時中斷研磨，而能夠減少因為利用已達到使用期限的研磨墊進行研磨所導致的時間和晶圓等的浪費。其結果，能夠確實地抑制生產率及良率的降低。

接下來，針對本發明的晶圓的研磨方法進行說明。此處是將本發明的晶圓的研磨方法應用於矽晶圓的雙面研磨中的情況作為例子來進行說明。

首先，準備要雙面研磨的複數片矽晶圓。接下來，使用雙面研磨裝置1以批次式進行複數片矽晶圓的雙面研磨。此 時，在矽晶圓的研磨的批次之間，也就是在前個批次的研磨結束後並在次個批次的研磨前等的時間點，測定堆積於研磨墊上的研磨殘渣的量。

作為測定研磨殘渣的量的方法，能夠使用以下方法：根據藉由上述X光螢光分析法所得到的X光螢光光譜，偵測含有Si-K α射線之訊號。若是X光螢光分析法，由於能夠使用便於搬運的手提型的X光螢光分析裝置，因此能夠在研磨墊還黏貼在平台的狀態下簡便且短時間地進行測定。

測定研磨殘渣的量之後，基於該測定值來預測研磨墊的使用期限。此處，以利用測定矽訊號量來測定研磨殘渣的量的情況為例，具體地說明預測研磨墊的使用期限的順序。

首先，利用X光螢光分析法，複數次從研磨墊測定矽訊號量。然後，根據複數個矽訊號量的測定值，求得對於研磨墊的使用時間的一次近似式。較佳是，在研磨墊的使用時間是5000分鐘以下時，實行複數次測定。此外，考慮到依據一次近似式而產生的預測的精準度，較佳是進行5次以上的測定。然後，將所求得的一次近似式的值到達臨界值之研磨墊的使用時間，預測為研磨墊的使用期限。像這樣，若使用一次近似式來預測研墊的使用期限的話，能夠高精準度地進行預測，而能夠更確實地抑制生產率及良率的降低。

之後，在研磨墊的使用時間到達所預測的使用期限的時點，就替換研磨墊。

若是上述般的晶圓的研磨方法，能夠容易地預測研磨墊的使用期限。進一步，利用在研磨墊的使用時間到達所預測 的使用期限的時點就替換研磨墊，而能夠減少因為利用已達到使用期限的研磨墊來研磨所導致的時間和晶圓等的浪費。其結果，能夠抑制生產率及良率的降低。

如上所述，在研磨墊的評價方法及晶圓的研磨方法的一例中，敘述了雙面研磨矽晶圓的情況，但是當然並非限定於此種情況。除了矽晶圓以外，研磨的晶圓也可以是碳化矽(SiC)或化合物半導體晶圓等的晶圓。研磨方法不限於是雙面研磨，在單面研磨的情況下也能應用本發明。

[實施例]

以下，表示本發明的實施例及比較例並更具體地說明本發明，但本發明並不限於這些例子。

(實施例1)

依據本發明的研磨墊的評價方法來評價研磨墊的使用期限。

在實施例1中，將以下情況下的研磨墊作為評價對象：使用如第2、3圖般的四向式的雙面研磨裝置，以批次式雙面研磨直徑300mm的複數片矽晶圓。研磨墊是使用發泡聚氨酯墊(「JH RHODES」公司所製造的「LP-57(商品名)」)，研磨漿是使用氫氧化鉀(KOH)鹼性基底的膠態二氧化矽(「FUJIM」公司所製造的「GLANZOX2100(商品名)」)，嵌入構件(insert member)是使用醯胺樹脂製品。

進一步，利用在研磨墊的使用時間是5000分鐘以下時測定5次矽訊號量，來測定研磨殘渣的量。之後，根據這些測定值來求得一次近似式，並將一次近似式的值變成3500 時之研磨墊的使用時間，設為使用期限的預測值。在第7圖中表示，代表在本實施例1中所求得的一次近似式的直線。

又，將雙面研磨後的矽晶圓清洗、乾燥處理之後，以「KLA-Tencor」公司所製造的「Surfscan SP1(商品名)」測定此矽晶圓的表面的LPD。此時，設定粒徑是0.2μm以上，而邊緣除外區域是3mm。將像這樣地測定得到的LPD超過晶圓的異常與否的基準值時之研磨墊的使用時間(先前值)與使用期限的預測值，加以比較，並調查使用期限的預測值的精準度。

在實施例1中，實施5次(表1中的測定1~5)上述步驟。將其結果示於表1。

如表1所示，若比較使用期限的預測值與先前值，可知能夠將使用期限預測在標準誤差7%以內。

如此一來，可確認若是本發明的研磨墊的評價方法，就能夠高精準度地預測研磨墊的使用期限，而能夠抑制生產率及良率的降低。相同地，可知若是依據本發明的晶圓的研磨方法，即使進行晶圓的研磨也能抑制生產率及良率的降低。

(實施例2)

以與實施例1相同的條件來研磨晶圓。進一步，以與實施例1相同的條件來評價研磨墊的使用期限。然而，在實施例2中，不測定研磨後的晶圓的表面的LPD，而只定期地測定研磨墊的矽訊號量。並且，在矽訊號量的測定值超過3500時中斷研磨。

其結果，能夠抑制利用已經到達使用期限的研磨墊來進 行矽晶圓的雙面研磨而導致的不合格品的晶圓的產生。因此，相較於後述的比較例，能夠抑制生產率及良率的降低。

(比較例)

除了沒有測定研磨殘渣以外，以與實施例1相同的條件來評價研磨墊的使用期限。另外，以與實施例1相同的方法來測定研磨後的矽晶圓的表面的LPD。

其結果，在得知LPD的測定值已超過基準值時，卻是已利用已經達到使用期限的研磨墊來進行好幾個批次的矽晶圓的雙面研磨，而產生了不合格品的晶圓。因此，相較於實施例1、2，生產率及良率大幅地降低。

將實施例、比較例的實施結果統整示於表1。

此外，本發明並不限於上述實施方式。上述實施方式僅為例示，只要是與本發明的申請專利範圍所述的技術思想實質上具有相同構成，並能達成同樣作用功效者，無論是何者都包含於本發明的技術範圍中。

Claims (6)

1. 一種研磨墊的評價方法，其評價用以研磨晶圓之研磨墊的使用期限，該研磨墊的評價方法的特徵在於：測定堆積於前述研磨墊上的研磨殘渣的量，並基於該測定得到的測定值來評價前述研磨墊的使用期限。
2. 如請求項1所述的研磨墊的評價方法，其中，前述研磨殘渣的量，是根據藉由X光螢光分析法所得到的X光螢光光譜，偵測含有Si-K α射線之訊號來進行測定。
3. 如請求項1或2所述的研磨墊的評價方法，其中，根據相對於前述研磨墊的使用時間之前述研磨殘渣的量的測定值來求得一次近似式，並將該一次近似式的值到達預先設定的臨界值之前述使用時間，設為前述研磨墊的使用期限。
4. 一種晶圓的研磨方法，利用使晶圓與研磨墊滑動接觸來研磨複數片前述晶圓，該晶圓的研磨方法的特徵在於：在研磨前，測定堆積於前述研磨墊上的研磨殘渣的量，並基於該測定得到的測定值來預測前述研磨墊的使用期限，且在前述研磨墊的使用時間到達所預測的使用期限的時點，就替換前述研磨墊。
5. 如請求項4所述的晶圓的研磨方法，其中，前述研磨殘渣的量，是根據藉由X光螢光分析法所得到的X光螢光光譜， 偵測含有Si-K α射線之訊號來進行測定。
6. 如請求項4或5所述的晶圓的研磨方法，其中，根據相對於前述研磨墊的使用時間之前述研磨殘渣的量的測定值來求得一次近似式，並將該一次近似式的值到達預先設定的臨界值之前述使用時間，預測為前述研磨墊的使用期限。