[发明专利]研磨装置及磨损检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及研磨装置及磨损检测方法，检测用于研磨基板而使其平坦化的研磨台上的研磨面的磨损。

背景技术

近年来，半导体器件越来越微小化，元件构造逐渐变得复杂。在半导体器件的制造工序中，半导体晶片的表面平坦化为非常重要的工序。用于表面平坦化的代表性技术为化学机械研磨（CMP：Chemical Mechanical Polishing）。在该化学机械研磨中，一边向研磨垫的研磨面上供给含有二氧化硅（SiO2）等磨粒的研磨液一边使半导体晶片与研磨面滑动接触来研磨半导体晶片的表面。还存在代替研磨垫而使用将磨粒通过粘结剂（binder）进行固定的固定磨粒的情况。

该化学机械研磨使用CMP装置而进行。CMP装置通常具有：在上表面上贴附有研磨垫的研磨台；和保持作为抛光（polishing）对象物的半导体晶片等基板（被研磨物）的顶环（top ring）。一边使研磨台及顶环以其轴心为中心而分别旋转，一边通过顶环以规定压力将基板按压到研磨垫的研磨面（上表面）上，并一边向研磨面上供给研磨液一边将基板的表面平坦且研磨成镜面。对于研磨液，通常使用在碱溶液中悬浮有由二氧化硅等微粒构成的磨粒的溶液。基板通过基于碱的化学研磨作用与基于磨粒的机械研磨作用的复合作用而被研磨。

当进行基板的研磨时，在研磨垫的研磨面上会附着磨粒和研磨屑，另外，研磨垫的特性发生变化而使研磨性能逐渐劣化。因此，随着重复基板的研磨，研磨速度会降低，另外，还会产生研磨不均。因此，为了使已劣化的研磨垫的研磨面再生，与研磨台相邻地设有修整装置。

该修整装置通常具有能够旋转的修整头（dresser head）、和固定在该修整头上的修整部件。修整装置一边使修整头以其轴心为中心而旋转，一边将修整部件按压到旋转的研磨台上的研磨垫的研磨面上，由此，去除附着在研磨面上的磨粒和切削屑，并且，进行研磨面的平坦化及修锐（修整）。作为修整部件，通常使用在与研磨面接触的面（修整面）上电沉积有金刚石颗粒的部件等。

但是，上述研磨垫由于对特定数量的基板进行研磨处理、和进行上述修整而导致其研磨面消耗，因此，当研磨垫磨损至某种程度时要进行更换。在研磨垫已磨损的状态下即使对基板进行研磨处理，基板也不会被研磨，因此，需要恰当地掌握研磨垫的更换时间。

因此，公知一种技术，为了检测研磨垫的磨损、即研磨垫的恰当的更换时间，基于研磨垫调节器组件（pad conditioner assembly）的电动马达的转速或转矩来推定研磨垫的耐用年限（参照专利文献1）。

另外，还公知一种技术，检测进行修整的调整盘的旋转力矩及扫掠力矩（scan torque）等，并基于检测到的值来检测研磨垫的磨损（参照专利文献2）。

但是，在CMP装置中，存在如下情况：与研磨垫的整面磨损相比在经过耐用期间之前产生偏磨损，由此，需要进行研磨垫的更换。例如，在向该CMP装置的研磨台贴附研磨垫时，若在研磨台与研磨垫之间混入空气（气泡），则研磨垫的混入有空气的部分相对于研磨台稍微隆起。此外，并不限于此，还存在因其他原因而在研磨垫的表面上产生若干凹凸的情况。若在这种状态下进行基板的化学机械研磨和研磨垫的修整，则研磨垫的隆起部分与其他部分相比接触压力更强而被磨损，即会发生偏磨损。若以研磨垫发生偏磨损的状态对基板进行化学机械研磨，则可能导致所研磨的基板的平坦性和研磨率降低。

此外，公知一种技术，在修整装置中，在修整研磨垫时检测在修整装置的研磨垫修整器（修整头）与研磨垫之间产生的摩擦力或冲击力（参照专利文献3）。

另外，公知一种技术，在研磨装置中，根据研磨垫的高度计算研磨垫的耗损量，并基于研磨垫的耗损量、研磨台的旋转马达的转矩或电流、和顶环的旋转马达的转矩或电流，来分析研磨垫的研磨面的状态（参照专利文献4）。

而且，公知一种技术，在修整装置中，在修整研磨面时，检测在具有研磨面的研磨台的旋转马达中流动的电流，由此检测作用于研磨面与修整器（修整头）之间的摩擦荷载（参照专利文献5）。

现有技术文献

专利文献1：日本特表2007-529111号公报

专利文献2：日本特表2011-530809号公报

专利文献3：日本特开2005-022028号公报

专利文献4：日本特开2012-056029号公报

专利文献5：日本特开2006-272549号公报

发明内容