JP4658182B2 - 研磨パッドのプロファイル測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、研磨テーブル上の研磨パッドにジレッサーを当接させドレッシングし、該研磨パッドのプロファイル（表面形状）測定する研磨パッドのプロファイル測定方法に関するものである。

近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭くなりつつある。特に線幅が０．５μｍ以下の光リソグラフィの場合、焦点深度が浅くなるためステッパーの結像面の高い平坦度を必要とする。このような半導体ウエハの表面を平坦化する１手段として、化学機械的研磨（ＣＭＰ）を行う研磨装置が知られている。

従来、この種の研磨装置は、図１に示すように、上面研磨パッド（研磨布）１００を貼付して研磨面を構成する研磨テーブル１０２と、研磨対象物である半導体ウエハ等の基板Ｗを保持するトップリング１０４を備えている。回転するトップリング１０４で保持する基板Ｗの被研磨面を回転する研磨テーブル１０２に向けて一定の圧力で押し付け、更にノズル１０６から砥液を供給しつつ基板Ｗの被研磨面を平坦且つ鏡面に研磨している。研磨液は、例えばアルカリ溶液にシリカ等の微粒子からなる砥粒を懸濁したものを用い、アルカリによる化学的研磨作用と、砥粒による機械的研磨作用との複合作用である科学的・機械的研磨によって基板Ｗを研磨する。

研磨を行って劣化した研磨パッド１００の表面を再生するために、研磨テーブル１０２の側方にドレッサー１０８を備えたドレッシング装置を付設し、回転するドレッサー１０８のドレッシング面を回転する研磨テーブル１０２の研磨面に押付け、研磨面に付着した砥液や切削屑を除去すると共に、研磨面の平坦化及び目立て（ドレッシング）を行う。この研磨面を削って平坦化するドレッサー１０８としては、主にダイヤモンドドレッサーが用いられている。ここで、ドレッシング後の研磨面の均一性は、その後の基板Ｗの研磨精度に大きく影響する。
特開２００６−２７２５４９号公報

ドレッシング装置のドレッサー１０８の交換時に、ドレッサーの固体差によって研磨パッドのパッドカットレートが変化し、研磨レート及び研磨プロファイルが変化するという問題がある。また、従来はドレッシング装置のドレッサー１０８の交換時、該ドレッサー１０８を研磨パッド１００に所定の圧力で押し当て、ドレッサーの慣らし運転を行っている。この方法だと基板Ｗの研磨初期に研磨性能に悪影響を与えるという問題がある。また、ドレッサーにドレッシング時のスラリーが固着堆積し、研磨性能の安定性に悪影響を及ぼすという問題もある。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、ドレッサーにより研磨パッドをドレッシングし、該研磨パッドのプロファイル（表面形状）を適正に測定することできる研磨パッドのプロファイル測定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明は、研磨テーブル上の研磨パッドにドレッサーを当接させ所定のドレッシング条件で研磨パッドをドレッシングし、該ドレッシングした研磨パッドのプロファイルを測定する研磨パッドのプロファイル測定方法であって、ドレッサーは研磨パッド上面を半径方向に揺動しながら複数回の揺動運動によるドレッシングで１工程のドレッシングを行うようになっており、研磨パッドを半径方向に複数のゾーンに分け、ドレッサーの１回の揺動運動によるドレッシングで複数ゾーン内の１つのゾーンの所定点の研磨パッド面の高さを測定し、ドレッサーの次回の揺動運動によるドレッシングで異なるゾーンの所定点の磨パッド面の高さを測定するように、順次ドレッサーの揺動運動によるドレッシングで前回と異なるゾーンの所定点の研磨パッド面の高さを測定し、１工程のドレッシングの複数の揺動運動によるドレッシングを経て全てのゾーンの所定点の研磨パッド面の高さを測定し、該測定結果から研磨パッドのプロファイルを得ることを特徴とする。

上記のようにドレッサーの１回の揺動運動によるドレッシングで複数ゾーン内の１つのゾーンの所定点の研磨パッド面の高さを測定し、ドレッサーの次回の揺動運動によるドレッシングで異なるゾーンの所定点の研磨パッド面の高さを測定するように、順次ドレッサーの揺動運動によるドレッシングで前回と異なるゾーンの所定点の研磨パッド面の高さを測定し、１工程のドレッシングの複数の揺動運動によるドレッシングを経て全てのゾーンの所定点の研磨パッド面の高さを測定し、該測定結果から研磨パッドのプロファイルを得るので、データ処理速度の速い高価なデータ処理装置を用いることなく、研磨パッドの研磨プロファイルを測定することが可能となる。

また、本発明は、上記研磨パッドのプロファイル測定方法において、複数工程のドレッシング工程を経て各ゾーンの所定点の研磨パッド面の高さを複数回測定し、その平均値を当該所定点の研磨パッドの高さとし、研磨パッドのプロファイルを得ることを特徴とする。

上記のように各ゾーンの所定点の研磨パッド面の高さを複数回測定し、その平均値を当該所定点の研磨パッドの高さとするので、より精度の良い研磨パッドのプロファイルを得ることができる。

また、本発明は、上記研磨パッドのプロファイル測定方法において、研磨テーブルの内部に設けられた渦電流センサにより、ドレッサーの金属層に渦電流を誘導させて、該渦電流の大きさを測定し、研磨パッドの高さを測定することを特徴とする。

また、本発明は、上記研磨パッドのプロファイル測定方法において、各ゾーンの所定点は、各ゾーンの中心位置であることを特徴とする。

本発明によれば、ドレッサーの１回の揺動運動によるドレッシングで複数ゾーン内の１つのゾーンの所定点の研磨パッド面の高さを測定するようにし、１工程のドレッシングの複数の揺動運動によるドレッシングを経て全てのゾーンの所定点の研磨パッド面の高さを測定し、該測定結果から研磨パッドのプロファイルを得るので、データ処理速度の速い高価なデータ処理装置を用いることなく、研磨パッドの研磨プロファイルを測定することができる。

また、本発明によれば、各ゾーンの所定点の研磨パッド面の高さを複数回測定し、その平均値を当該所定点の研磨パッドの高さとするので、より精度の良い研磨パッドのプロファイルを得ることができる。

以下、本願発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図２及び図３は本発明に係るドレッシング装置を備えた研磨装置の概略構成を示す図であり、図２は側断面、図３は平面図である。本研磨装置は研磨テーブル１と、半導体等の基板を保持し研磨テーブル１の上面に貼設されている研磨パッド４に向けて押圧するトップリング（図示せず）と、研磨パッド４の上面をドレッシングするドレッサー３を備えている。研磨テーブル１は、モータ７に連結されており、その軸心回りに矢印Ａに示すように回転する。

ドレッサー３はモータ１４に歯車等の動力伝達機構１５を介して連結されると共に、昇降シリンダ１６に連結されている。これによって、ドレッサー３は矢印Ｂに示すように昇降して、ドレッサー３を研磨パッド４に対して任意の圧力で押圧し、その軸心回りに矢印Ｃに示すように回転する。ドレッサー３はドレッサーシャフト８に連結されており、その下面の金属層９にダイヤモンド粒子（図示せず）が金属メッキ等により固着保持されている。研磨テーブル１の上方には、研磨テーブル１の上面に貼設された研磨パッド４上にドレッシング液（主に純水）を供給するドレッシング液供給ノズル５が配置されている。なお、モータ１４及び昇降シリンダ１６は図示しない駆動制御装置により、任意のドレッシング条件（ドレッサー３の研磨パッド４の押圧力、ドレッサー３の回転数等）でドレッサー３を駆動制御するようになっている。

ドレッサー３は揺動軸（図示せず）の揺動中心Ｏを中心として旋回機構６により矢印Ｄに示すように揺動（旋回）するドレッサーアーム２を備えている。旋回機構６は歯車６−１、６−２で構成され、モータ２９で駆動されるようになっている。モータ２９としては、位置制御モータ又はパルスモータを使用することができ、例えばサーボモータやステッピングモータが使用できる。ドレッサー３の下面の金属層９に保持されたダイヤモンド粒子を研磨パッド４の上面に押圧すると共に、研磨テーブル１及びドレッサー３を回転させることにより、研磨パッド４とドレッサー３との相対運動により研磨パッド４の上面を削り、研磨パッド４の上面の目立てや修復を行う。また、ドレッサー３の研磨パッド４上面の半径方向の位置をモータ２９に供給されるパルス数で検出するドレッサー位置測定手段（図示せず）を備えている。なお、上記例では旋回機構６によりドレッサーアーム２を矢印Ｄに示すように研磨パッド４の半径方向に揺動（旋回）させているが、ドレッサー３を研磨パッド４の半径方向に移動できる移動機構であればよい。

研磨テーブル１の内部には、センサコイルに高周波電流を流しドレッサー３の金属層９に渦電流を誘導させ、該渦電流の大きさから研磨パッド４の厚さを測定する渦電流センサ１０が埋め込まれている。研磨パッド４は、例えば発砲ウレタン等の誘電体材であるから、その厚さが厚ければドレッサー３の金属層９に誘導される渦電流が小さく、薄くなれば大きくなる。従って、金属層９に誘導される渦電流の大きさを測定することにより、研磨パッド４の厚さを測定できる。渦電流センサ１０の出力端に接続された配線１８は、研磨テーブル１及び研磨テーブル支持軸１ａ内を通り、研磨テーブル支持軸１ａの軸端に設けられたロータリコネクタ１１を経由してコントローラ１２に接続されている。コントローラ１２は表示装置１３に接続されている。これによって、渦電流式研磨パッド厚さ検知モニタが構成されている。ロータリコネクタ１１の代わりにスリップリングを用いることができる。なお、図２ではドレッサー３の金属層９に誘導される渦電量を渦電流センサ１０を研磨パッド４の下方の研磨テーブル１の１ヶ所に設けているが、例えば図９に示すように、研磨パッド４の上面を半径方向に複数のゾーンに区分し、各ゾーンの中心位置の研磨パッド４の下方に設け、各ゾーンの中心位置の研磨パッド４の厚さを測定するようにしてもよい。

渦電流式研磨パッド厚さの検知モニタ１７によれば、研磨パッド４の厚さの変化をドレッサー３の金属層９に生じる渦電流を渦電流センサ１０で検出し、この渦電流センサ１０で検出した電流値を表示装置１３に表示し、研磨パッド４の厚さを検知できる。コントローラ１２は渦電流センサ１０からの信号により、研磨パッド４のカットレートを検出し、これを上記モータ１４や昇降シリンダ１６を駆動制御するドレッサー駆動制御装置にフィードバックし、ドレッシング条件（ドレッサー３の研磨パッド押圧力、ドレッサー３の研磨パッド上面の半径方向移動速度、ドレッサー３の回転速度等）に反映するようになっている。例えばここでは、昇降シリンダ１６によるドレッサー３の研磨パッド４を押圧する押圧力やモータ１４によるドレッサー３の回転数等に反映する。

上記例では、上記ドレッサー３による研磨パッド４のカットレートの測定を渦電流センサ１０で測定しているが、研磨パッド４のカットレートの測定は研磨テーブル１を駆動（回転）するモータ７のトルク電流値の変化、又はドレッサー３を駆動するモータ１４のトルク電流、ドレッサー３の研磨パッドの当接面の位置変化（これはドレッサー３の高さ位置の変化を測定することにより検知できる。又はこれらの組み合わせで行うことができる。また、ドレッサー３の研磨パッド上面の半径方向は、上記のようにモータ２９（位置制御モータ又はパルスモータ）に供給するパルス数で検知するようにしているが、ドレッサー３の研磨パッド上面の半径方向の位置を検知できるものであれば、どのような測定手段でもよい。

上記構成の研磨装置において、ドレッサー３の交換時に、ドレッサーの固体差により研磨パッド４の削れ度（パッドカットレート）が変化し、基板研磨レート及び研磨プロファイルが変化するという問題がある。また、従来はドレッサー３の交換時に研磨パッド４にてドレッサー３を慣らしているが、この方法だと研磨性能、特に基板の研磨初期に基板研磨に悪い影響を与えるという問題があった。そこでここでは図３に示すように、ドレッサー３の退避位置（研磨パッド４の上面外のドレッサー３の揺動範囲端部）にドレッサー３の交換時、該ドレッサー３の慣らし運転を行うドレッサー慣らし装置２０を設けている。

ドレッサー慣らし装置２０は、図４に示すように、台部材２１の上面にドレッサー慣らし材２２を貼り付けた構成のドレッサー慣らし部２３を備えている。ドレッサー慣らし部２３はドレッサー慣らし部支持シャフト２７に支持され、昇降機構（図示せず）により矢印Ｅに示すように、昇降可能で、且つ矢印Ｆに示すように回転できるようになっている。ドレッサー慣らし材２２には、研磨パッド４と同質の、例えば発砲ポリウレタン材を用いる。ドレッサー慣らし材２２には多数の洗浄液噴射孔２４が設けられており、台部材２１内に設けられた洗浄液供給路（図示せず）から洗浄液が供給され、各洗浄液噴射孔２４から噴射されるようになっている。また、ドレッサー慣らし材２２の中心部を通る径方向にはナイロンブラシ等のブラシ部材２５が配置できるようになっている。なお、図４（ａ）はドレッサー慣らし装置２０の側面図、図４（ｂ）はドレッサー慣らし装置２０の平面図である。

ドレッサー慣らし部２３は図５に示すように、常時は洗浄液収容槽２６の洗浄液Ｑ内に浸漬され、湿潤状態になっている。なお、図５において、２８は洗浄液収容槽２６内の洗浄液Ｑの漏出を防止するシール機構である。ドレッサー３の交換時、図６に示すように、ドレッサー慣らし装置２０のドレッサー慣らし部２３の真上の所定位置に退避しているドレッサー３に向けて、ドレッサー慣らし部２３を上昇させ、ドレッサー３の下面に所定の圧力で押し付ける。そしてドレッサー慣らし部２３を矢印Ｆに示すように回転させると共に、ドレッサー３を矢印Ｃに示すように回転し、ドレッサー３とドレッサー慣らし部２３の相対的運動により、ドレッサー慣らし材２２の上面を削り取りながら、ドレッサー３の慣らし行う。このときドレッサー慣らし部２３の押圧圧力や、回転数はコントローラ（図示せず）によりコントロールされようになっている。なお、ここではドレッサー３とドレッサー慣らし部２３の双方を回転させているが、ドレッサー慣らし部２３を静止状態にしてもよい。

上記ドレッサー慣らし装置２０において、ドレッサー慣らし部２３の台部材２１内には、図示は省略するが、図２の渦電流センサ１０と同じような渦電流センサが設けられており、該渦電流センサによりドレッサー慣らし材２２の厚さ変化を測定し、該ドレッサー慣らし材２２のカットレートを測定する。この測定したカッレートとドレッサー３の正常時のカットレートを比較し、正常であったらドレッサー慣らし運転の終点として慣らし運転を終了し、正常でなかった場合はドレッサー慣らし部２３によるドレッサー３の慣らしを継続して行い、ドレッサー３のパッドカットレートを調整する。ドレッサー３の研磨パッド４のカットレートは、ダイヤモンド粒子の角の磨耗に応じて、基本的に新品使用開始から最後まで減少傾向にあるが、経験上、新品で卸したては研磨パッド４のカットレートの減少速度が速く、あるところでカットレート減少速度の傾きが緩やかになる。その勾配が緩やかになったところでドレッサー慣らし運転の終点とする。

なお、ドレッサー慣らし材２２のカットレートを測定する方法としては、ドレッサー３を駆動するモータ（図示せず）のトルク電流、又はドレッサー慣らし部２３を駆動するモータのトルク電流、或いはこれらの組み合わせからも測定できる。また、ドレッシング中のドレッサー３の高さ位置を測定するドレッサー高さ位置センサ（図示せず）を設け、このドレッサー高さ位置センサの出力からドレッサー慣らし材２２のカットレートを測定するようにしてもよい。

上記ドレッサー３の慣らし運転が終了したら、図７に示すように、ドレッサー３の下面とドレッサー慣らし材２２の上面の間に所定の隙間を設け、ドレッサー３のダイヤモンド粒子を固着保持する金属層９の下面にドレッサー洗浄ブラシ２５を当接すると共に、ドレッサー慣らし部２３のドレッサー慣らし材２２の洗浄液噴射孔２４から洗浄液（純水、薬液、これら純水や薬液とＮ₂との混合体）ｑを噴射し、金属層９の下面を洗浄する。これにより、ドレッサー３の金属層９の下面に付着しているスラリー等の付着物を除去できる。

上記慣らしが終了し、洗浄の終了したドレッサー３は、図８に示すように研磨装置が基板を研磨中の間は、ドレッサー３の金属層９の下面を洗浄液収容槽２６内の洗浄液Ｑに浸漬させると共に、ドレッサー洗浄ブラシ２５を当接させ、金属層９の下面を湿潤状態にしながら、ドレッサー３を回転させながら洗浄し、待機する。これにより、ドレッサー３の下面は湿潤状態で且つ清浄な状態に維持される。

研磨装置の研磨パッド４のドレッシングに長時間使用したドレッサー３は、パッドカットレートが低下し、該パッドカットレートが所定以下となれば、ドレッサー３が寿命に達したとして、ドレッサー３の交換を行う。ドレッサー慣らし装置はこのドレッサー寿命の判定にも利用できる。ドレッサー慣らし装置２０にドレッサー慣らし材２２のカットレートからドレッサー寿命を判定するドレッサー寿命判定手段を設け、研磨パッド４のドレッシングに使用したドレッサー３でドレッサー慣らし材２２をドレッシングし、そのカットレートを測定し、この測定したカットレートからドレッサー３の寿命を判定する。

ドレッサー慣らし装置２０で交換時のドレッサー３の慣らし運転を行う際、慣らし運転が進むと、ドレッサー３を駆動するモータ１４のトルク電流値が変化する（例えば、トルク電流値は次第に減少し慣らし運転の終了点が近づくと一定値となる）から、このトルク電流値を監視し、ドレッサー３の慣らし運転の終了点（エンドポイント）を検出するようにしてもよい。

ドレッサー３による研磨テーブル１の研磨パッド４上面のドレッシングは、１枚の基板の研磨終了毎に行うようになっている。このドレッシング動作は、回転するドレッサー３を回転するテーブル１の研磨パッド４の上面に所定圧力で押圧して行うが、その際ドレッサー３は図３に示すように、揺動中心Ｏを中心として回転するドレッサー３のドレッシング面を研磨パッド４上面に当接させ、且つ矢印Ｄに示すように半径方向に往復揺動（旋回）させて行う。１回（１工程）のドレッシングは、ドレッサー３の複数回の往復揺動運動によるドレッシングにより行っている。また、ドレッシングによる研磨パッド４のプロファイル（表面形状）の測定は、図９に示すように研磨パッド４の上面を半径方向に複数のゾーンに区分し、各ゾーンの所定点ａ〜ｅの研磨パッド４の厚さを測定して行う。

このときドレッサー３の一回の往復揺動運動で、ａ〜ｅの５点の研磨パッド４の厚さを連続して測定すると高速のデータ処理が要求され、データ処理の速い高価なデータ処理装置が必要になる。そこでここでは、１回のドレッサー３の往復揺動運動によるドレッシングで、ａ〜ｅの１点のみ、即ち、ドレッサー３の１回の往復揺動運動によるドレッシングで複数ゾーン内の１つのゾーン内の所定点のみの研磨パッド４の厚さを測定し（例えば、１回目の往復揺動運動によるドレッシングでａ点、２回目の往復揺動運動によるドレッシングでｂ点、３回目の往復揺動運動によるドレッシングでｃ点・・・というように研磨パッド４の厚さを測定し）、複数の往復揺動運動によるドレッシングからなる１工程のドレッシング（図ではａ〜ｅの５回の往復揺動運動によるドレッシング）を経てａ〜ｅの全点の研磨パッド４の厚さを測定している。また、ノイズの影響を防ぐため各点の研磨パッド４の厚さ測定を複数回行いその平均値を採って各点の研磨パッド４の厚さとしている。図ではａ点の研磨パッド４の厚さを複数回とってその平均値をａ点の厚さ、ｂ点の研磨パッド４の厚さを複数回とってその平均値をｂ点の厚さというように、各点の研磨パッド４の厚さを複数回とってその平均値を各点の研磨パッド４の厚さとしている。

上記のように研磨パッド４の各点の厚さ測定を繰り返すことにより、複数枚の基板の研磨とドレッシングで、複数ゾーンの所定点の研磨パッド４の厚さが測定でき、研磨パッドの１つのプロファイルが得られる。それを、複数セット繰り返し、平均化して研磨パッドのプロファイルとし研磨レシピに反映する。図９の例でいうと、５枚の基板の研磨とドレッシングで、ａ〜ｅの各点の研磨パッド４の厚さが測定でき、１つの研磨パッドのプロファイルが得られる。これを、３セット繰り返し（基板１５枚分）、平均化して研磨パッドのプロファイルとし研磨レシピに反映する。

図１０は本発明に係る基板研磨装置の概念図である。矢印Ａ方向に回転する研磨テーブル１の上面に貼り付けられた研磨パッド４の上面に矢印Ｃ方向に回転するドレッサー３が所定の押圧力で当接し、ドレッサーアーム２（図３参照）の揺動により矢印Ｄに示すように、研磨パッド４の半径方向に往復動しながら、研磨パッド４のドレッシングを行う。この研磨パッド４の上面を半径方向に環帯状にＺ１〜Ｚ７のゾーンに区分し、ドレッシング中に各ゾーンＺ１〜Ｚ７の中心にドレッサー３が位置するのを、位置制御モータ又はパルスモータから選ばれるモータ２９に供給されるパルス数で検出し、その研磨パッド４の厚さを測定する。ドレッサー３の研磨パッド４上面の半径方向の位置は、モータ２９に供給されるパルス数で精度よく測定できる。Ｔ１〜Ｔ７は各ゾーンＺ１〜Ｚ７の中心部の研磨パッド４の厚さの測定値を示す。

上記各ゾーンＺ１〜Ｚ７の研磨パッド４の厚さの測定値Ｔ１〜Ｔ７から研磨パッド４のドレッシングのプロファイルを測定し、このプロファイルをドレッサー３を駆動制御する駆動制御装置にフィードバックし、ドレッシング条件（ドレッサー３の研磨パッド押圧力、ドレッサー３の研磨パッド上面の半径方向移動速度、ドレッサー３の回転速度等）に反映する。これにより、研磨パッド４の理想的なドレッシングプロファイルを得ることが可能となる。

３０は下面に被研磨基板Ｗを保持して回転軸（図示せず）を中心に矢印Ｇ方向に回転するトップリングである。該トップリング３０は下端外周にリテーナリング３２が設けられており、該リテーナリング３２の内部にメンブレン４１で構成された環帯状の圧力室Ｍ１〜Ｍ４が設けられており、圧力室Ｍ１〜Ｍ４のメンブレン４１の下面は被研磨基板Ｗを保持する保持面となっている。各圧力室Ｍ１〜Ｍ４の圧力を調整することにより、その部分に当接する被研磨基板Ｗの研磨パッド４への押圧力を制御することができる。

上記のように各ゾーンＺ１〜Ｚ７の研磨パッド４の厚さの測定値Ｔ１〜Ｔ７を得て、これにより、各圧力室に連通する流体路ごとに設けられた圧力コントローラを制御して上記メンブレン４１で形成された圧力室Ｍ１〜Ｍ４の圧力が調整できるため、各圧力室の圧力を、研磨パッド４の厚さに追従した分布とすることができる。したがって、研磨パッド４のドレッシングプロファイルに影響されない適正な被研磨基板Ｗの研磨プロファイルが実現できる。一例としては、研磨パッド４の厚さの測定値が小さいゾーン（領域）に対応する圧力室の圧力を他の研磨パッド４の厚さの測定値が大きいゾーン（領域）より選択的に高くすることにより、被研磨基板Ｗの研磨量を均等にすることが可能となるが、これに限定されない。要は、研磨パッド４のプロファイルに応じて、研磨プロファイルを実現するべくゾーンごとの押圧力が可変とされたフィードバック制御がなされる。連続して研磨を行う場合、パッドプロファイルが経時的に変化していくため、この変化も考慮変数として加えた上で、押圧力を制御することもできる。

研磨パッド４の厚さの測定値が小さいゾーン（領域）に対応する圧力室の圧力を他の研磨パッド４の厚さの測定値が大きいゾーン（領域）より選択的に高くする。また、上記のように研磨パッド４のドレッシングをドレッサー３を駆動制御する駆動制御装置にフィードバックし、理想的な研磨パッド４のドレッシングプロファイルを得た上で、この理想的な研磨パッド４のドレッシングプロファイルにより、圧力室Ｍ１〜Ｍ４の圧力を調整することにより、更に適正な被研磨基板Ｗの研磨プロファイルが実現できる。

図１１は、本発明に係る基板研磨装置に用いられるトップリングの概略構成を示す縦断面図である。トップリング３０は、円筒容器状のトップリング本体３１と、該トップリング本体３１の下端に固定された環状のリテーナリング３２を備えている。トップリング本体３１の内側には環状の加圧シート３３が配置され、加圧シート３３はトップリング本体３１と加圧シート支持部材３４に挟持されトップリング本体３１の内周下面に支持されている。トップリング本体３１の上面中央部にはトップリング駆動軸３５が配設されており、トップリング本体３１とトップリング駆動軸３５とは自在継手部３６により連結されている。自在継手部３６は、ベアリングボール３７を具備し、トップリング本体３１及びトップリング駆動軸３５を互いに傾動可能とする球面軸受機構と、トップリング駆動軸３５の回転力をトップリング本体３１に伝達する図示しない回転力伝達機構とを備えている。トップリング本体３１はトップリング駆動軸３５に対して傾動可能で、且つトップリング駆動軸３５の回転力を受けて回転する。

トップリング本体３１とリテーナリング３２で画成された空間内には、円板状のチャッキングプレート３８が配置され、該チャッキングプレート３８は加圧シート３３の下面にチャッキングプレート保持部材３９を介して保持されている。トップリング本体３１と加圧シート３３とチャッキングプレート３８とで、チャッキングプレート３８の上部に圧力室Ｍ５を形成している。加圧シート３３はゴム等の弾性体からなり、圧力室Ｍ５内を加圧・減圧することにより、チャッキングプレート３８は上下動可能となっている。チャッキングプレート３８の下面は被研磨基板Ｗを保持する基板保持面となっている。

基板保持面となっているチャッキングプレート３８の下面には環状のメンブレン４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄが配置されている。メンブレン４１ａはその上端部をチャッキングプレート３８と環状のメンブレンホルダー５１で挟持してチャッキングプレート３８の下面中央部に取り付けられている。メンブレン４１ｂはその上端部をチャッキングプレート３８と環状のメンブレンホルダー５１で挟持してチャッキングプレート３８の下面のメンブレン４１ａの外周側に取り付けられている。メンブレン４１ｃはその上端部をチャッキングプレート３８の外周縁部下面と環状のメンブレンホルダー５２で挟持してチャッキングプレート３８の下面のメンブレン４１ｂの外周側に取り付けられている。メンブレン４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄのそれぞれと被研磨基板Ｗとチャッキングプレート３８とで、圧力室Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４が形成されている。

圧力室Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４のそれぞれには、流体路４２、４３、４４、４５が接続されており、該流体路４２、４３、４４、４５はそれぞれ圧力コントローラＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を介して圧縮空気源４８に接続されている。また、圧力室Ｍ５にも流体路４６が接続されており、該流体路４６も圧力コントローラＰ５を介して圧縮空気源４８に接続されている。また、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４はそれぞれ流体路４２、４３、４４、４５に流れる流体（圧縮空気）の流速、圧力、流量を検知するためのセンサである。

上記構成のトップリング３０において、圧力コントローラＰ５により圧縮空気源４８から流体路４６を通って圧力室Ｍ５に供給される圧力空気量を制御することにより、トップリング３０に保持された被研磨基板Ｗ全体の研磨パッド４上面を押し付ける押圧力を制御できる。また、圧力コントローラＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４により圧縮空気源４８から流体路４２、４３、４４、４５を通って圧力室Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４に供給される圧力空気量を制御することにより、各圧力室Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の下面に位置する被研磨基板Ｗのゾーンの押圧力を制御できる。

流体路４２、４３、４４、４５を流れる流体（圧縮空気）流速、圧力、流量はセンサＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４に検知され、該検知データＤ１は制御部５０に送られる。制御部５０には被研磨基板Ｗの研磨に必要とする研磨プロファイルや測定された研磨パッドプロファイル等の各種データＤ２が入力されており、制御部５０はこの各種データＤ２とセンサＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４で検知された検知データＤ１とから、被研磨基板Ｗを目標研磨プロファイルに研磨するために必要な各圧力室Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５の圧力を算出すると共に、各圧力室に供給する圧縮空気の流速、圧力、流量を算出し、各圧力コントローラＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５に制御信号ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４、ＣＳ５を送り、各圧力コントローラＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５により各圧力室Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５に送る圧縮空気の流速、圧力、流量を制御する。

図１２は、本発明に係る基板研磨装置において、上記測定した研磨パッドのドレッシングプロファイルを被研磨基板の研磨に反映させるための処理フローを示す図である。先ず、必要とする被研磨基板の研磨プロファイルを入力する（ステップＳＴ１）。次に研磨パッド４のドレッシングを行い（ステップＳＴ２）、研磨パッド４の各ゾーンの厚さを測定し、研磨パッド４の厚さプロファイルを取得（測定）する（ステップＳＴ３）。一方、被研磨基板Ｗの研磨を行い（ステップＳＴ４）、研磨面の研磨レートを測定し、研磨プロファイルデータを取得する（ステップＳＴ５）。

前記ステップＳＴ３で取得された研磨パッド厚さプロファイルと理想研磨パッド厚さプロファイルを比較すると共に、前記ステップＳＴ５で取得された研磨プロファイルと理想研磨プロファイルを比較する（ステップＳＴ６）。次に前記ステップＳＴ６で比較した結果、理想プロファイルとの差が目標値内か否かを判断し、目標内（Ｙｅｓ）であったら処理を終了し、目標値外（Ｎｏ）であったら、ドレッシング条件を変更するためと、研磨条件を変更するための演算を実行する（ステップＳＴ８）。

上記演算結果に基づいてドレッシング条件（研磨パッド４の上面での各ゾーンＺ１〜Ｚ７におけるドレッサー３の押圧圧力、ドレッサー３の回転数、ドレッサ３の矢印Ｄ方向の速度等）を変更し（ステップＳＴ９）、被研磨基板の研磨を行う。つまり、該ドレッシング条件の変更をドレッサーの駆動制御装置にフィードバックする。また、前記演算結果に基づいて研磨条件（メンブレン３２の各圧力室Ｍ１〜Ｍ４の圧力Ｐ１〜Ｐ４等）を変更し（ステップＳＴ１０）、被研磨基板の研磨を行う。つまり、該研磨条件の変更をトップリングの駆動制御装置にフィードバックする。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。

従来のドレッシング装置を備えた研磨装置の構成例を示す図である。 本発明に係るドレッシング装置を備えた研磨装置の概略構成例を示す側断面図である。 本発明に係るドレッシング装置を備えた研磨装置の概略構成例を示す平面図である。 本発明に係るドレッシング装置のドレッサー慣らし装置の概略構成例を示す図である。 本発明に係るドレッシング装置のドレッサー慣らし装置の通常状態を示す図である。 本発明に係るドレッシング装置のドレッサー慣らし装置のドレッサー慣らし状態を示す図である。 本発明に係るドレッシング装置のドレッサー慣らし装置のドレッサー洗浄状態を示す図である。 本発明に係るドレッシング装置のドレッサー慣らし装置のドレッサー待機状態を示す図である。 本発明に係るドレッシング装置による研磨パッドのプロファイルの測定手順を示す図である。 本発明に係る基板研磨装置の概念図である。 本発明に係る基板研磨装置に用いられるトップリングの概略構成を示す縦断面図である。 本発明に係る基板研磨装置において、測定した研磨パッドのドレッシングプロファイルを被研磨基板の研磨に反映させるための処理フローを示す図である。

符号の説明

１ 研磨テーブル
２ ドレッサーアーム
３ ドレッサー
４ 研磨パッド
５ ドレッシング液供給ノズル
６ 旋回機構
６−１，６−２ 歯車
７ モータ
８ ドレッサーシャフト
９ 金属層
１０ 渦電流センサ
１１ ロータリコネクタ
１２ コントローラ
１３ 表示装置
１４ モータ
１５ 動力伝達機構
１６ 昇降シリンダ
１７ 検知モニタ
２０ ドレッサー慣らし装置
２１ 台部材
２２ ドレッサー慣らし材
２３ ドレッサー慣らし部
２４ 洗浄液噴射孔
２５ ドレッサー洗浄ブラシ
２６ 洗浄液収容槽
２７ ドレッサー慣らし部支持シャフト
２８ シール機構
２９ モータ
３０ トップリング
３１ トップリング本体
３２ リテーナリング
４１ メンブレン
４１ａ〜４１ｄ メンブレン
４２ 流体路
４３ 流体路
４４ 流体路
４５ 流体路
４６ 流体路
４８ 圧縮空気源
５０ 制御部
５１ メンブレンホルダー
Ｍ１〜Ｍ５ 圧力室
Ｐ１〜Ｐ４ 圧力コントローラ
Ｓ１〜Ｓ４ センサ

Claims (4)

1. 研磨テーブル上の研磨パッドにドレッサーを当接させ所定のドレッシング条件で研磨パッドをドレッシングし、該ドレッシングした研磨パッドのプロファイルを測定する研磨パッドのプロファイル測定方法であって、
   前記ドレッサーは前記研磨パッド上面を半径方向に揺動しながら複数回の揺動運動によるドレッシングで１工程のドレッシングを行うようになっており、
   前記研磨パッドを半径方向に複数のゾーンに分け、前記ドレッサーの１回の揺動運動によるドレッシングで前記複数ゾーン内の１つのゾーンの所定点の研磨パッド面の高さを測定し、前記ドレッサーの次回の揺動運動によるドレッシングで異なるゾーンの所定点の研磨パッド面の高さを測定するように、順次前記ドレッサーの揺動運動によるドレッシングで前回と異なるゾーンの所定点の研磨パッド面の高さを測定し、前記１工程のドレッシングの複数の揺動運動によるドレッシングを経て全てのゾーンの所定点の研磨パッド面の高さを測定し、該測定結果から前記研磨パッドのプロファイルを得ることを特徴とする研磨パッドのプロファイル測定方法。
2. 請求項１に記載の研磨パッドのプロファイル測定方法において、
   複数工程のドレッシングを経て前記各ゾーンの所定点の研磨パッド面の高さを複数回測定し、その平均値を当該所定点の研磨パッドの高さとし、前記研磨パッドのプロファイルを得ることを特徴とする研磨パッドのプロファイル測定方法。
3. 請求項１に記載の研磨パッドのプロファイル測定方法において、
   前記研磨テーブルの内部に設けられた渦電流センサにより、ドレッサーの金属層に渦電流を誘導させて、該渦電流の大きさを測定し、前記研磨パッドの高さを測定することを特徴とする研磨パッドのプロファイル測定方法。
4. 請求項１に記載の研磨パッドのプロファイル測定方法において、
   前記各ゾーンの所定点は、各ゾーンの中心位置であることを特徴とする研磨パッドのプロファイル測定方法。

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