特許 6193623 研磨方法及び研磨装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6193623

(24)【登録日】2017年8月18日

(45)【発行日】2017年9月6日

(54)【発明の名称】研磨方法及び研磨装置

(51)【国際特許分類】

   B24B 37/34 20120101AFI20170828BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20170828BHJP

【ＦＩ】

   B24B37/34

   H01L21/304 622R

【請求項の数】4

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2013-112087(P2013-112087)

(22)【出願日】2013年5月28日

(65)【公開番号】特開2014-14922(P2014-14922A)

(43)【公開日】2014年1月30日

【審査請求日】2016年3月9日

(31)【優先権主張番号】特願2012-133813(P2012-133813)

(32)【優先日】2012年6月13日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100091498

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 勇

(74)【代理人】

【識別番号】100118500

【弁理士】

【氏名又は名称】廣澤 哲也

(72)【発明者】

【氏名】並木 計介

(72)【発明者】

【氏名】安田 穂積

(72)【発明者】

【氏名】富樫 真吾

【審査官】 須中 栄治

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０２７７０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３４７５６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０８７１３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２５８５１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１３６９２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３２４４５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２５５８５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１４８８７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５２０３１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０２５４１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０４７８７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３４２８４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第５６０９７１８（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第５８０１０６６（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第５６５５９５１（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２４Ｂ３／００−３／６０

Ｂ２４Ｂ２１／００−３９／０６

Ｈ０１Ｌ２１／３０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

研磨テーブル上の研磨パッドに基板を押圧して基板表面の被研磨膜を研磨する研磨装置において、
研磨に使用される研磨パッドの減耗量又は厚さを測定する研磨パッド測定器と、
前記研磨パッド測定器で測定した研磨パッドの減耗量又は厚さ及び前記研磨パッドの弾性率を記憶するメモリ部と、
前記研磨パッドの弾性率を測定して前記メモリ部に記憶させる弾性率測定器と、
既知の研磨パッドの減耗量又は厚さと、当該減耗量又は厚さの研磨パッドで、基板を所定の研磨量を研磨するのに要した研磨時間及び当該所定の研磨量、又は基板を所定の研磨時間で研磨したときに得られた研磨量及び当該所定の研磨時間との関係から予め作成した研磨時間補正用のアルゴリズムを格納する格納部と、
前記研磨パッド測定器で測定した研磨パッドの減耗量又は厚さと前記研磨時間補正用のアルゴリズムから研磨目標値に最適な研磨時間を算出する演算部と、
を有し、
前記演算部は、前記研磨パッドの弾性率を前記研磨時間補正用のアルゴリズムに加えて、前記研磨時間に反映することを特徴とする研磨装置。

【請求項2】

請求項１に記載の研磨装置において、
基板の被研磨膜の初期膜厚を測定して前記メモリ部に記憶させる膜厚測定器を更に有することを特徴とする研磨装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載の研磨装置において、前記研磨パッドの弾性に関する指標として、２種類以上のドレッサ荷重にてドレッサを前記研磨パッドに押付け、その時のドレッサ位置の変位差を用いることを特徴とする研磨装置。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれか一項に記載の研磨装置において、前記演算部は、前記研磨パッドの減耗量又は厚さと合わせて、前記研磨パッドの弾性率を重回帰式の形式で前記研磨時間に反映することを特徴とする研磨装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体ウェハ等の基板を研磨パッドに押圧し、基板と研磨パッドとの相対運動により基板表面の被研磨膜を研磨する研磨方法及び研磨装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、半導体デバイスの高集積化・高密度化に伴い、回路の配線がますます微細化し、多層配線の層数も増加している。回路の微細化を図りながら多層配線を実現しようとすると、下側の層の表面凹凸を踏襲しながら段差がより大きくなるので、配線層数が増加するに従って、薄膜形成における段差形状に対する膜被覆性（ステップカバレッジ）が悪くなる。したがって、多層配線するためには、このステップカバレッジを改善し、然るべき過程で平坦化処理しなければならない。また光リソグラフィの微細化とともに焦点深度が浅くなるため、半導体デバイスの表面の凹凸段差が焦点深度以下に収まるように半導体デバイス表面を平坦化処理する必要がある。

【0003】

従って、半導体デバイスの製造工程においては、半導体デバイス表面の平坦化技術がますます重要になっている。この平坦化技術のうち、最も重要な技術は、化学的機械研磨（ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing））である。この化学的機械研磨は、研磨装置を用いて、シリカ（ＳｉＯ_２）等の砥粒を含んだ研磨液を研磨パッドの研磨面上に供給しつつ半導体ウェハなどの基板を研磨面に摺接させて被研磨膜の研磨を行うものである。

【0004】

この種の研磨装置は、研磨パッドを有する研磨テーブルと、半導体ウェハ等の基板を保持するトップリングとを備えている。一般に、基板の外周縁側には、研磨パッドを押圧するリテーナリングが設けられる。このような研磨装置を用いて基板表面の被研磨膜の研磨を行う場合には、トップリングにより基板を保持しつつ、基板を研磨パッドに対して所定の圧力で押圧する。このとき、研磨パッドに研磨液を供給しつつ、研磨パッドとトップリングとを相対運動させることにより、研磨液の存在下で基板表面の被研磨膜が研磨パッドに摺接し、基板表面の被研磨膜が平坦かつ鏡面に研磨される。

【0005】

ここに、例えばＩＣ−１０００／ＳＵＢＡ４００（二層クロス）からなる研磨パッドを使用した研磨プロセスにおいては、研磨パッド上層（ＩＣ−１０００）の減耗などによる状態変化により、その研磨性能（研磨レートや研磨プロファイル）が変動する場合があることが知られている。

【0006】

図１は、研磨プロセスにおける研磨パッド（ＩＣ−１０００）の厚さと研磨レートの関係の一例を示すグラフである。図１に示すように、研磨パッドの厚さが薄くなるに従って研磨レートが上昇する。また、図２は、５０ミル(mil)、３２ミル及び８０ミルの厚さの異なる研磨パッド（ＩＣ−１０００）を使用して基板表面の被研磨膜を研磨した時の基板の半径方向位置に対する無次元研磨レートの一例を示すグラフである。図２に示すように、研磨パッドの厚さが異なると研磨プロファイルも異なる。

【0007】

したがって、被研磨膜の研磨量や研磨後のプロファイルが常に一定に保たれるようにするためには、例えば研磨パッドをドレッサによりドレッシングすることによって研磨パッドの厚さが減少（減耗）した時に、研磨パッドの減耗量に合わせて、研磨時間や、研磨圧力等の研磨条件を適宜変える必要がある。

【0008】

従来、このような研磨パッドの状態変化による研磨性能の変動をキャンセルする方法として、ＩＴＭ（In-line Thickness Monitor）やＲ−ＥＣＭ（渦電流モニタ）を用いたＣＬＣ（閉ループ制御）などが広く用いられている。

【0009】

しかし、ＩＴＭを用いたＣＬＣは、半導体ウェハ等の基板の表面状態を計測する毎に、基板を研磨部から取出し洗浄して乾燥させる必要があり、このため、この一連の作業に多大の時間を要し、スループットを低下させる要因となっていた。またＲ−ＥＣＭを用いたＣＬＣは、被研磨膜が金属膜である時にしか適用できず、例えば基板表面の銅膜研磨における基板表面の銅膜を除去した後の２段目の研磨（タッチアップ）では、研磨時間や研磨条件を固定して研磨を行うブラインド（Blind）研磨が依然として行なわれている。このため、研磨パッドの状態変化による研磨性能の変動が基板の研磨結果に反映されて生産性の低下を引き起こしていた。またＲ−ＥＣＭを用いたＣＬＣが適用できる金属膜研磨においても、システムの導入には多大な費用が必要となる。

【0010】

出願人は、研磨パッド等の摩耗部材の摩耗量を算出して、研磨工程が正常に行われているか否かを判断したり、研磨パッド等の摩耗部材の摩耗量と研磨プロファイルとの相関関係を示す相関データを蓄積することによって、研磨条件を好適に制御したりするようにした研磨装置（特許文献１参照）や、研磨パッドのプロファイルの変化に併せて研磨条件を変更するようにした研磨装置（特許文献２参照）を提案している。

【0011】

更に、出願人は、研磨パッド交換直後から次回交換までの間の研磨速度と研磨パッドの厚みとの関係を求めておき、実際に測定した研磨パッドの厚さに基づいて次回研磨する基板の研磨処理時間を最適化するようにした基板研磨方法及び装置を提案している（特許文献３参照）。

【0012】

ウェハに対するウェハ材料除去速度を測定するステップと、研磨有効性に対するツール状態の影響、例えばツールに対する摩耗、使用による経年変化の影響を明確にするモデルを提供するステップとを有する半導体ウェハの表面平坦化方法が提案されている（特許文献４参照）。

【0013】

また、研磨パッドの厚みを計測し、計測された値が所定値以下となった場合に、研磨パッドの寿命が尽きたと判断するようにした研磨パッドの寿命判断方法（特許文献５参照）や、ドレッシング条件を変化させることによって、研磨パッドのプロファイルをコントロールするようにした研磨装置（特許文献６参照）が提案されている。

【0014】

更に、研磨パッドのドレッシングによるカットレートの変化が起きた時にドレッシング条件を変化させることで、望ましい研磨レートが得られるようにした研磨装置（特許文献７〜９参照）や、研磨パッドの残厚等と研磨レートの実測値との重回帰分析によって作成したモデル式に研磨パッドの残厚の測定値等を代入して研磨レートの予測値を算出し、この研磨レートの予測値が所定範囲内にあるか否かによってプロセス異常を判断するようにした研磨装置（特許文献１０参照）が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0015】

【特許文献1】特開２００６−２５５８５１号公報

【特許文献2】特開２００９−１４８８７７号公報

【特許文献3】特開２００５−３４７５６８号公報

【特許文献4】特表２００５−５２０３１７号公報

【特許文献5】特開２００４−２５４１３号公報

【特許文献6】特開２００４−４７８７６号公報

【特許文献7】米国特許第５，６０９，７１８号明細書

【特許文献8】米国特許第５，８０１，０６６号明細書

【特許文献9】米国特許第５，６５５，９５１号明細書

【特許文献10】特開２００５−３４２８４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0016】

しかしながら、上記従来例にあっては、例えば研磨パッドをドレッシングすることによって研磨パッドの厚さが減少（減耗）した時に、研磨パッドの減耗量に合わせて、被研磨膜の膜厚を測定することなく研磨時間を適宜変更することによって、特に基板表面の銅膜を除去した後の２段目の研磨（タッチアップ）等に対応できる、フィードフォワード制御を行うようにしたものではない。

【0017】

本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、ＩＴＭやＲ−ＥＣＭを用いたＣＬＣと比べて比較的安価で導入でき、被研磨膜の膜厚を測定することなく、特に基板表面の銅膜を除去した後の２段目の研磨（タッチアップ）等に対応できるばかりでなく、ＩＴＭを用いたＣＬＣのようにスループットを損なうことも無く、研磨パッドの全寿命を通して、安定した研磨性能で被研磨膜を研磨できるようにした研磨方法及び研磨装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0018】

上記目的を達成するため、本発明の一参考例に係る研磨方法は、研磨テーブル上の研磨パッドに基板を押圧して基板表面の被研磨膜を研磨する研磨方法であって、既知の研磨パッドの減耗量又は厚さと、当該減耗量又は厚さの研磨パッドで基板を所定の研磨量を研磨するのに要した研磨時間及び当該所定の研磨量、又は基板を所定の研磨時間で研磨したときに得られた研磨量及び当該所定の研磨時間との関係から研磨時間補正用のアルゴリズムを予め作成しておき、被研磨膜の研磨目標値を設定し、研磨に使用される研磨パッドの減耗量又は厚さを測定し、測定された研磨パッドの減耗量又は厚さと前記アルゴリズムから前記研磨目標値に最適な研磨時間を求めた後、前記研磨時間で被研磨膜を研磨することを特徴とする。
ここで、所定の研磨量又は所定の研磨時間とは、研磨時間補正式を求める際に用いる、基準とする研磨量又は研磨時間である。

【0019】

本発明の他の参考例に係る研磨方法は、研磨テーブル上の研磨パッドに基板を押圧して基板表面の被研磨膜を研磨する研磨方法であって、既知の同一研磨パッド上の基板研磨処理枚数又は累積ドレッシング時間と、当該基板研磨処理枚数を処理した研磨パッド又は当該累積ドレッシング時間だけドレッシングされた研磨パッドで、基板を所定の研磨量を研磨するのに要した研磨時間及び当該所定の研磨量、又は基板を所定の研磨時間で研磨したときに得られた研磨量及び当該所定の研磨時間との関係から研磨時間補正用のアルゴリズムを予め作成しておき、被研磨膜の研磨目標値を設定し、同一研磨パッド上の基板研磨処理枚数又は累積ドレッシング時間を計測し、計測された同一研磨パッド上の基板研磨処理枚数又は累積ドレッシング時間と前記アルゴリズムから前記研磨目標値に最適な研磨時間を求め、前記研磨時間で被研磨膜を研磨することを特徴とする。

【0020】

本発明の研磨装置は、研磨テーブル上の研磨パッドに基板を押圧して基板表面の被研磨膜を研磨する研磨装置において、研磨に使用される研磨パッドの減耗量又は厚さを測定する研磨パッド測定器と、前記研磨パッド測定器で測定した研磨パッドの減耗量又は厚さ及び前記研磨パッドの弾性率を記憶するメモリ部と、前記研磨パッドの弾性率を測定して前記メモリ部に記憶させる弾性率測定器と、既知の研磨パッドの減耗量又は厚さと、当該減耗量又は厚さの研磨パッドで、基板を所定の研磨量を研磨するのに要した研磨時間及び当該所定の研磨量、又は基板を所定の研磨時間で研磨したときに得られた研磨量及び当該所定の研磨時間との関係から予め作成した研磨時間補正用のアルゴリズムを格納する格納部と、前記研磨パッド測定器で測定した研磨パッドの減耗量又は厚さと前記研磨時間補正用のアルゴリズムから研磨目標値に最適な研磨時間を算出する演算部と、を有し、前記演算部は、前記研磨パッドの弾性率を前記研磨時間補正用のアルゴリズムに加えて、前記研磨時間に反映することを特徴とする。

【発明の効果】

【0021】

本発明の研磨方法及び研磨装置によれば、例えば研磨パッドをドレッシングすることによって研磨パッドの厚さが減少（減耗）した時に、研磨パッドの減耗量に合わせて、被研磨膜の膜厚を測定することなく研磨時間を適宜変更して、特に基板表面の銅膜を除去した後の２段目の研磨（タッチアップ）等に対応できる、フィードフォワード制御を行うことができる。しかも、本発明の研磨方法及び研磨装置は、ＩＴＭやＲ−ＥＣＭを用いたＣＬＣと比べて比較的安価で導入でき、金属膜及び酸化膜の双方の研磨に適用できるばかりでなく、ＩＴＭを用いたＣＬＣのようにスループットを損なうことも無く、研磨パッドの全寿命を通して、安定した研磨性能で被研磨膜を研磨することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】研磨プロセスにおける研磨パッドの厚さと研磨レートの関係の一例を示すグラフである。

【図2】厚さの異なる研磨パッドを使用して基板表面の被研磨膜を研磨した時の基板の半径方向位置に対する無次元研磨レートの一例を示すグラフである。

【図3】本発明の実施形態における研磨装置を示す模式図である。

【図4】図３に示すトップリングの構成例を示す断面図である。

【図5】図３に示すトップリングの構成例を示す断面図である。

【図6】図３に示すトップリングの構成例を示す断面図である。

【図7】図３に示すトップリングの構成例を示す断面図である。

【図8】図３に示すリテーナリングの拡大図である。

【図9】研磨に使用される研磨パッドの減耗量を実際に測定し、その情報を基に、研磨時間を制御するフィードフォワード制御のフローチャートである。

【図10】研磨に使用される研磨パッドの減耗量を実際に測定し、その情報を基に、研磨圧力等の研磨条件を制御するフィードフォワード制御のフローチャートである。

【図11】変位センサ、ターゲットプレート、ドレッサ、研磨パッド及び研磨テーブルの位置関係を示す模式図である。

【図12】垂直方向におけるドレッサ位置（研磨パッドの位置）の測定方向及び測定値を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図３は、本発明の実施形態に係る研磨装置の全体構成を示す模式図である。図３に示すように、研磨装置は、研磨テーブル１００と、研磨対象物である半導体ウェハ等の基板Ｗを保持して研磨テーブル１００上の研磨面に押圧するトップリング２０とを備えている。

【0024】

研磨テーブル１００は、テーブル軸１００ａを介してその下方に配置される研磨テーブル回転モータ（図示せず）に連結されており、そのテーブル軸１００ａ周りに回転可能になっている。研磨テーブル１００の上面には、研磨パッド１０１が貼付されており、研磨パッド１０１の表面１０１ａが基板Ｗの表面の被研磨膜を研磨する研磨面を構成している。研磨テーブル１００の上方には研磨液供給ノズル（図示せず）が設置されており、この研磨液供給ノズルによって研磨テーブル１００上の研磨パッド１０１上に研磨液が供給されるようになっている。

【0025】

トップリング２０は、トップリングシャフト１８に接続されており、このトップリングシャフト１８は、上下動機構２４によりトップリングヘッド１６に対して上下動するようになっている。このトップリングシャフト１８の上下動により、トップリングヘッド１６に対してトップリング２０の全体を上下動させ位置決めするようになっている。トップリングシャフト１８は、図示しないトップリング回転モータの駆動により回転するようになっている。トップリングシャフト１８の回転により、トップリング２０がトップリングシャフト１８周りに回転するようになっている。なお、トップリングシャフト１８の上端にはロータリージョイント２５が取り付けられている。

【0026】

なお、市場で入手できる研磨パッドとしては種々のものがあり、例えば、ロデール社製のＳＵＢＡ８００、ＩＣ−１０００、ＩＣ−１０００／ＳＵＢＡ４００（二層クロス）、フジミインコーポレイテッド社製のＳｕｒｆｉｎ ｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ ０００等がある。ＳＵＢＡ８００、Ｓｕｒｆｉｎ ｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ ０００は繊維をウレタン樹脂で固めた不織布であり、ＩＣ−１０００は硬質の発泡ポリウレタン（単層）である。発泡ポリウレタンは、ポーラス（多孔質）状になっており、その表面に多数の微細なへこみまたは孔を有している。

【0027】

トップリング２０は、その下面に半導体ウェハなどの基板Ｗを保持できるようになっている。トップリングヘッド１６は、支軸１４を中心として旋回可能に構成されており、下面に基板Ｗを保持したトップリング２０は、トップリングヘッド１６の旋回により、基板の受取位置から研磨テーブル１００の上方に移動される。そして、トップリング２０を下降させて基板Ｗを研磨パッド１０１の表面（研磨面）１０１ａに押圧する。このとき、トップリング２０および研磨テーブル１００をそれぞれ回転させ、研磨テーブル１００の上方に設けられた研磨液供給ノズル（図示せず）から研磨パッド１０１上に研磨液を供給する。このように、基板を研磨パッド１０１の研磨面１０１ａに摺接させて基板Ｗの表面の被研磨膜を研磨する。

【0028】

トップリングシャフト１８およびトップリング２０を上下動させる上下動機構２４は、軸受２６を介してトップリングシャフト１８を回転可能に支持するブリッジ２８と、ブリッジ２８に取り付けられたボールねじ３２と、支柱３０により支持された支持台２９と、支持台２９上に設けられたＡＣサーボモータ３８とを備えている。サーボモータ３８を支持する支持台２９は、支柱３０を介してトップリングヘッド１６に固定されている。

【0029】

ボールねじ３２は、サーボモータ３８に連結されたねじ軸３２ａと、このねじ軸３２ａが螺合するナット３２ｂとを備えている。トップリングシャフト１８は、ブリッジ２８と一体となって上下動するようになっている。したがって、サーボモータ３８を駆動すると、ボールねじ３２を介してブリッジ２８が上下動し、これによりトップリングシャフト１８およびトップリング２０が上下動する。研磨装置は、ブリッジ２８の下面までの距離、すなわちブリッジ２８の位置を検出する位置検出部としての測距センサ７０を備えている。この測距センサ７０によりブリッジ２８の位置を検出することで、トップリング２０の位置を検出することができるようになっている。測距センサ７０は、ボールねじ３２，サーボモータ３８とともに上下動機構２４を構成している。

【0030】

なお、測距センサ７０は、レーザ式センサ、超音波センサ、過電流式センサ、もしくはリニアスケール式センサであってもよい。また、研磨装置は、測距センサ７０、サーボモータ３８をはじめとする装置内の各機器を制御する制御部４７を備えている。制御部４７は、メモリ部４７ａ、格納部４７ｂ及び演算部４７ｃを有している。

【0031】

この研磨装置は、研磨パッド１０１の研磨面１０１ａをドレッシングするドレッシングユニット４０を備えている。このドレッシングユニット４０は、研磨パッド１０１の研磨面１０１ａに摺接されるドレッサ５０と、ドレッサ５０が連結されるドレッサシャフト５１と、ドレッサシャフト５１の上端に設けられたエアシリンダ５３と、ドレッサシャフト５１を回転自在に支持する揺動アーム５５とを備えている。ドレッサ５０の下部はドレッシング部材５０ａにより構成され、このドレッシング部材５０ａの下面には針状のダイヤモンド粒子が付着している。エアシリンダ５３は、支柱５６により支持された支持台５７上に配置されており、これらの支柱５６は揺動アーム５５に固定されている。

【0032】

揺動アーム５５は、図示しないモータに駆動されて、支軸５８を中心として旋回するように構成されている。ドレッサシャフト５１は、図示しないモータの駆動により回転し、このドレッサシャフト５１の回転により、ドレッサ５０がドレッサシャフト５１周りに回転するようになっている。エアシリンダ５３は、ドレッサシャフト５１を介してドレッサ５０を上下動させ、ドレッサ５０を所定の押圧力で研磨パッド１０１の研磨面１０１ａに押圧する。

【0033】

研磨パッド１０１の研磨面１０１ａのドレッシングは次のようにして行われる。ドレッサ５０は、エアシリンダ５３により研磨面１０１ａに押圧され、これと同時に図示しない純水供給ノズルから純水が研磨面１０１ａに供給される。この状態で、ドレッサ５０がドレッサシャフト５１周りに回転し、ドレッシング部材５０ａの下面（ダイヤモンド粒子）を研磨面１０１ａに摺接させる。このようにして、ドレッサ５０により研磨パッド１０１が削り取られ、研磨面１０１ａがドレッシングされる。このように、研磨面１０１ａがドレッシングされると、研磨パッド１０１の厚さが減少（減耗）する。

【0034】

この研磨装置には、このドレッサ５０を利用して研磨パッド１０１の減耗量を測定する、研磨パッド測定器としての変位センサ６０が備えられている。すなわち、変位センサ（研磨パッド測定器）６０は、ドレッシングユニット４０の揺動アーム５５の上面に設けられ、ドレッサ５０の変位を測定する。ドレッサシャフト５１には、ターゲットプレート６１が固定されており、ドレッサ５０の上下動にともなって、ターゲットプレート６１が上下動するようになっている。変位センサ６０は、このターゲットプレート６１を挿通するように配置されており、ターゲットプレート６１の変位を測定することによりドレッサ５０の変位を測定する。なお、変位センサ６０としては、リニアスケール、レーザ式センサ、超音波センサ、もしくは渦電流式センサなどのあらゆるタイプのセンサが用いられる。

【0035】

図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、変位センサ６０、ターゲットプレート６１、ドレッサ５０、研磨パッド１０１及び研磨テーブル１００の位置関係を示す模式図である。図１１（ａ）は変位センサ６０がターゲットプレート６１よりも上方に設置されている場合を示す図であり、図１１（ｂ）は変位センサ６０がターゲットプレート６１よりも下方に設置されている場合を示す図である。

【0036】

図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、垂直方向におけるドレッサ位置（研磨パッドの位置）の測定方向及び測定値を示す模式図である。
図１２（ａ）は、変位センサ６０及びターゲットプレート６１が図１１（ａ）に示す位置関係にある場合であり、図１２（ｂ）は、変位センサ６０及びターゲットプレート６１が図１１（b）に示す位置関係にある場合である。
図１２（ａ）に示すように、変位センサ６０がターゲットプレート６１よりも上方に設置されている場合には、垂直方向におけるドレッサ位置（研磨パッドの位置）の測定方向は下向きの矢印で表される。ドレッサの基準位置ａは、研磨テーブル１００上に研磨パッド１０１が無いときのターゲットプレート６１の位置であり、ドレッサの初期位置ｔ_０（研磨パッドの初期位置ｔ_０）は、研磨パッド１０１の使用開始時のターゲットプレート６１の位置であり、ドレッサの位置ｔ（研磨パッドの位置ｔ）は、研磨パッド１０１の使用中のターゲットプレート６１の位置である。研磨パッドの減耗量は（ｔ−ｔ_０）で表され、研磨パッドの初期厚さは（ａ−ｔ_０）で表され、研磨パッドの厚さは（ａ−ｔ）で表される。

【0037】

図１２（ｂ）に示すように、変位センサ６０がターゲットプレート６１よりも下方に設置されている場合には、垂直方向におけるドレッサ位置（研磨パッドの位置）の測定方向は上向きの矢印で表される。ドレッサの基準位置ａは、研磨テーブル１００上に研磨パッド１０１が無いときのターゲットプレート６１の位置であり、ドレッサの初期位置ｔ_０（研磨パッドの初期位置ｔ_０）は、研磨パッド１０１の使用開始時のターゲットプレート６１の位置であり、ドレッサの位置ｔ（研磨パッドの位置ｔ）は、研磨パッド１０１の使用中のターゲットプレート６１の位置である。研磨パッドの減耗量は（ｔ_０−ｔ）で表され、研磨パッドの初期厚さは（ｔ_０−ａ）で表され、研磨パッドの厚さは（ｔ−ａ）で表される。

【0038】

以下に述べる制御方法においては、図１１（ａ）に示すように変位センサ６０がターゲットプレート６１よりも上方に設置されている場合について述べる。
以下のようにして研磨パッド１０１の減耗量が測定される。まず、エアシリンダ５３を駆動させて、交換後の研磨パッド１０１の研磨面１０１ａにドレッサ５０を当接させる。この状態で、変位センサ６０は、ドレッサ５０の初期位置（研磨パッドの初期位置ｔ_０）を検知する。ドレッサ５０の初期位置（研磨パッドの初期位置ｔ_０）は、研磨パッド１０１が研磨テーブル１００に貼られていないときのドレッサ垂直方向位置を基準位置としている。研磨パッドの初期位置ｔ_０は、垂直方向における研磨パッド１０１の研磨面１０１ａの位置である。検知したドレッサの初期位置（研磨パッドの初期位置ｔ_０）を制御部４７のメモリ部４７ａに記憶する。そして、１つの、または複数の基板の研磨処理が終了し、ドレッサ５０により研磨パッド１０１をドレッシング中、又はドレッシング終了後、ドレッサ５０を研磨面１０１ａに当接させた状態でドレッサ５０の位置（研磨パッドの位置ｔ）を測定する。研磨パッドの位置ｔは、垂直方向における研磨パッド１０１の研磨面１０１ａの位置である。ドレッサ５０の位置は、研磨パッド１０１の摩耗量に応じて下方に変位するため、制御部４７は、ドレッサ５０の初期位置（研磨パッドの初期位置ｔ_０）と研磨及びドレッシング後のドレッサ５０の位置（研磨パッドの位置ｔ）との差（ｔ−ｔ_０）を求めることで、研磨パッド１０１の減耗量を求めることができる。このようにして、ドレッサ５０の位置を変位センサ６０で検知することにより研磨パッド１０１の減耗量が求められる（図１２（ａ）参照）。

【0039】

なお、この例では、研磨パッド１０１の減耗量を測定するようにしているが、研磨パッド１０１の厚さを測定するようにしてもよい。
研磨パッドの厚さは、パッド製造上の誤差により必ずしも均一の初期厚さを有するわけではないので、パッドの初期厚さのバラツキによる影響を取り除くためにも研磨パッドの厚さを計測してフィードフォワード制御を行うことは好ましい。研磨パッド１０１の厚さを測定するには、研磨パッド１０１が貼られていない状態の研磨テーブル１００の表面にドレッサ５０を接触させたときのドレッサ５０の垂直方向位置ａを変位センサ６０により測定する。続いて上述した研磨パッドの減耗量を測定する場合と同様に、研磨パッドの垂直方向初期位置ｔ_０及び研磨パッドの垂直方向位置ｔを測定する。研磨パッドの初期厚さは（ａ−ｔ_０）で表され、研磨パッドの厚さは（ａ−ｔ）で表される（図１２（ａ）参照）。
研磨パッド１０１の初期厚さ（ａ−ｔ_０）は制御部４７のメモリ部４７ａに記憶される。

【0040】

次に、図３に示すトップリング２０についてより詳細に説明する。図４乃至図７は、トップリング２０の断面図であり、複数の半径方向に沿って切断した図である。

【0041】

図４乃至図７に示すように、トップリング２０は、基板を研磨面１０１ａに対して押圧するトップリング本体２００と、研磨面１０１ａを直接押圧するリテーナリング３０２とから基本的に構成されている。トップリング本体２００は、円盤状の上部材３００と、上部材３００の下面に取り付けられた中間部材３０４と、中間部材３０４の下面に取り付けられた下部材３０６とを備えている。リテーナリング３０２は、上部材３００の外周部に取り付けられている。上部材３００は、ボルト３０８によりトップリングシャフト１８に連結されている。また、中間部材３０４は、ボルト（図示せず）を介して上部材３００に固定されており、下部材３０６はボルト（図示せず）を介して上部材３００に固定されている。上部材３００、中間部材３０４、および下部材３０６から構成される本体部は、エンジニアリングプラスティック（例えば、ＰＥＥＫ）などの樹脂により形成されている。

【0042】

下部材３０６の下面には、基板Ｗの裏面に当接する弾性膜３１４が取り付けられている。この弾性膜３１４は、外周側に配置された環状のエッジホルダ３１６と、エッジホルダ３１６の内方に配置された環状のリプルホルダ３１８，３１９とによって下部材３０６の下面に取り付けられている。弾性膜３１４は、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度および耐久性に優れたゴム材によって形成されている。

【0043】

エッジホルダ３１６はリプルホルダ３１８により保持され、リプルホルダ３１８は複数のストッパ３２０により下部材３０６の下面に取り付けられている。リプルホルダ３１９は複数のストッパ３２２により下部材３０６の下面に取り付けられている。

【0044】

図４に示すように、弾性膜３１４の中央部にはセンター室３６０が形成されている。リプルホルダ３１９には、このセンター室３６０に連通する流路３２４が形成されており、下部材３０６には、この流路３２４に連通する流路３２５が形成されている。リプルホルダ３１９の流路３２４および下部材３０６の流路３２５は、図示しない流体供給源に接続されており、加圧された流体が流路３２５および流路３２４を通ってセンター室３６０に供給されるようになっている。

【0045】

リプルホルダ３１８は、弾性膜３１４のリプル３１４ｂおよびエッジ３１４ｃをそれぞれ爪部３１８ｂ，３１８ｃで下部材３０６の下面に押さえつけるようになっており、リプルホルダ３１９は、弾性膜３１４のリプル３１４ａを爪部３１９ａで下部材３０６の下面に押さえつけるようになっている。

【0046】

図５に示すように、弾性膜３１４のリプル３１４ａとリプル３１４ｂとの間には環状のリプル室３６１が形成されている。弾性膜３１４のリプルホルダ３１８とリプルホルダ３１９との間には隙間３１４ｆが形成されており、下部材３０６にはこの隙間３１４ｆに連通する流路３４２が形成されている。また、中間部材３０４には、下部材３０６の流路３４２に連通する流路３４４が形成されている。下部材３０６の流路３４２と中間部材３０４の流路３４４との接続部分には、環状溝３４７が形成されている。この下部材３０６の流路３４２は、環状溝３４７および中間部材３０４の流路３４４を介して図示しない流体供給源に接続されており、加圧された流体がこれらの流路を通ってリプル室３６１に供給されるようになっている。また、この流路３４２は、図示しない真空ポンプにも切替可能に接続されており、真空ポンプの作動により弾性膜３１４の下面に半導体ウェハ等の基板を吸着できるようになっている。

【0047】

図６に示すように、リプルホルダ３１８には、弾性膜３１４のリプル３１４ｂおよびエッジ３１４ｃによって形成される環状のアウター室３６２に連通する流路３２６が形成されている。また、下部材３０６には、リプルホルダ３１８の流路３２６にコネクタ３２７を介して連通する流路３２８が、中間部材３０４には、下部材３０６の流路３２８に連通する流路３２９がそれぞれ形成されている。このリプルホルダ３１８の流路３２６は、下部材３０６の流路３２８および中間部材３０４の流路３２９を介して図示しない流体供給源に接続されており、加圧された流体がこれらの流路を通ってアウター室３６２に供給されるようになっている。

【0048】

図７に示すように、エッジホルダ３１６は、弾性膜３１４のエッジ３１４ｄを押さえて下部材３０６の下面に保持するようになっている。このエッジホルダ３１６には、弾性膜３１４のエッジ３１４ｃおよびエッジ３１４ｄによって形成される環状のエッジ室３６３に連通する流路３３４が形成されている。また、下部材３０６には、エッジホルダ３１６の流路３３４に連通する流路３３６が、中間部材３０４には、下部材３０６の流路３３６に連通する流路３３８がそれぞれ形成されている。このエッジホルダ３１６の流路３３４は、下部材３０６の流路３３６および中間部材３０４の流路３３８を介して図示しない流体供給源に接続されており、加圧された流体がこれらの流路を通ってエッジ室３６３に供給されるようになっている。

【0049】

このように、この例におけるトップリング２０においては、弾性膜３１４と下部材３０６との間に形成される圧力室、すなわち、センター室３６０、リプル室３６１、アウター室３６２、およびエッジ室３６３に供給する流体の圧力を調整することにより、基板を研磨パッド１０１に押圧する押圧力を基板の部分ごとに調整できるようになっている。

【0050】

図８は、図４に示すリテーナリング３０２の拡大図である。リテーナリング３０２は、基板の外周縁を保持するものであり、図８に示すように、上部が閉塞された円筒状のシリンダ４００と、シリンダ４００の上部に取り付けられた保持部材４０２と、保持部材４０２によりシリンダ４００内に保持される弾性膜４０４と、弾性膜４０４の下端部に接続されたピストン４０６と、ピストン４０６により下方に押圧されるリング部材４０８とを備えている。リング部材４０８の外周面とシリンダ４００の下端との間には上下方向に伸縮自在な接続シート４２０が設けられている。この接続シート４２０は、リング部材４０８とシリンダ４００との間の隙間を埋めることで研磨液（スラリー）の浸入を防止する役割を持っている。

【0051】

弾性膜３１４のエッジ（外周縁）３１４ｄには、弾性膜３１４とリテーナリング３０２とを接続する、上方に屈曲した形状のシール部材４２２が形成されている。このシール部材４２２は弾性膜３１４とリング部材４０８との隙間を埋めるように配置されており、変形しやすい材料から形成されている。シール部材４２２は、トップリング本体２００とリテーナリング３０２との相対移動を許容しつつ、弾性膜３１４とリテーナリング３０２との隙間に研磨液が浸入してしまうことを防止するために設けられている。この例では、シール部材４２２は弾性膜３１４のエッジ３１４ｄに一体的に形成されており、断面Ｕ字型の形状を有している。

【0052】

ここで、接続シート４２０やシール部材４２２を設けない場合は、研磨液がトップリング２０内に浸入してしまい、トップリング２０を構成するトップリング本体２００やリテーナリング３０２の正常な動作を阻害してしまう。この例によれば、接続シート４２０やシール部材４２２によって研磨液のトップリング２０への浸入を防止することができ、これによりトップリング２０を正常に動作させることができる。なお、弾性膜４０４、接続シート４２０、およびシール部材４２２は、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度および耐久性に優れたゴム材によって形成されている。

【0053】

リング部材４０８は、ピストン４０６に当接する上リング部材４０８ａと、研磨面１０１ａに接触する下リング部材４０８ｂとに分割されている。この上リング部材４０８ａの外周面および下リング部材４０８ｂの外周面には、周方向に延びるフランジ部がそれぞれ形成されている。これらのフランジ部はクランプ４３０により把持されており、これにより上リング部材４０８ａと下リング部材４０８ｂとが締結されている。このクランプ４３０はたわみやすい材料から構成されている。クランプ４３０の初期形状はほぼ直線状であり、クランプ４３０をリング部材４０８のフランジ部に取り付けることにより、一部に切り欠きが形成された略環状となる。

【0054】

図８に示すように、保持部材４０２には、弾性膜４０４によって形成される室４１０に連通する流路４１２が形成されている。また、シリンダ４００の上部には、保持部材４０２の流路４１２に連通する流路４１４が形成され、上部材３００には、シリンダ４００の流路４１４に連通する流路４１６が形成されている。この保持部材４０２の流路４１２は、シリンダ４００の流路４１４および上部材３００の流路４１６を介して図示しない流体供給源に接続されており、加圧された流体がこれらの流路を通って室４１０に供給されるようになっている。したがって、室４１０に供給する流体の圧力を調整することにより、弾性膜４０４を伸縮させてピストン４０６を上下動させ、リテーナリング３０２のリング部材４０８を所望の圧力で研磨パッド１０１に押圧することができる。

【0055】

図示した例では、弾性膜４０４としてローリングダイヤフラムを用いている。ローリングダイヤフラムは、屈曲した部分をもつ弾性膜からなるもので、ローリングダイヤフラムで仕切る室の内部圧力の変化等により、その屈曲部が転動することにより室の空間を広げることができるものである。室が広がる際にダイヤフラムが外側の部材と摺動せず、ほとんど伸縮しないため、摺動摩擦が極めて少なくてすみ、ダイヤフラムを長寿命化することができ、また、リテーナリング３０２が研磨パッド１０１に与える押圧力を精度よく調整することができるという利点がある。

【0056】

このような構成により、リテーナリング３０２のリング部材４０８だけを下降させることができる。したがって、リテーナリング３０２のリング部材４０８が減耗しても、下部材３０６と研磨パッド１０１との距離を一定に維持することが可能となる。また、研磨パッド１０１に接触するリング部材４０８とシリンダ４００とは変形自在な弾性膜４０４で接続されているため、荷重点のオフセットによる曲げモーメントが発生しない。このため、リテーナリング３０２による面圧を均一にすることができ、研磨パッド１０１に対する追従性も向上する。

【0057】

図８に示すように、上リング部材４０８ａの内側面には縦方向に延びるＶ字状溝４１８が均等に複数形成されている。また、下部材３０６の外周部には、外方に突出する複数のピン３４９が設けられており、このピン３４９がリング部材４０８のＶ字状溝４１８に係合するようになっている。Ｖ字状溝４１８内でリング部材４０８とピン３４９が相対的に上下方向にスライド可能になっているとともに、このピン３４９により上部材３００および下部材３０６を介してトップリング本体２００の回転がリテーナリング３０２に伝達され、トップリング本体２００とリテーナリング３０２は一体となって回転する。このような構成により、弾性膜（ローリングダイヤフラム）４０４のねじれを防止し、研磨中にリング部材４０８を研磨面１０１ａに対して円滑に均一に押圧することができる。また弾性膜の寿命を長くすることができる。

【0058】

前述のように、弾性膜３１４のセンター室３６０、リプル室３６１、アウター室３６２、およびエッジ室３６３に供給する圧力により基板に対する押圧力を制御するので、研磨中には下部材３０６は研磨パッド１０１から上方に離れた位置にする必要がある。しかしながら、リテーナリング３０２が減耗すると、基板と下部材３０６との間の距離が変化し、弾性膜３１４の変形の仕方も変わるため、基板に対する面圧分布も変化することになる。このような面圧分布の変化は、プロファイルが不安定になる要因となっていた。

【0059】

この例では、リテーナリング３０２を下部材３０６とは独立して上下動させることができるので、リテーナリング３０２のリング部材４０８が減耗しても、基板と下部材３０６との間の距離を一定に維持することができる。したがって、研磨後の基板のプロファイルを安定化させることができる。

【0060】

なお、上述した例では、基板の略全面に弾性膜３１４が配置されているが、これに限られるものではなく、弾性膜３１４は基板の少なくとも一部に当接するものであればよい。

【0061】

ドレッサ５０は、ドレッサの下面に付着された針状のダイヤモンド粒子を研磨パッド１０１に摺接させることで研磨パッド１０１の研磨面１０１ａを削り取るため、経時的にダイヤモンド粒子が減耗する。ダイヤモンド粒子がある程度減耗すると、研磨面１０１ａの好ましい表面粗さが得られない。その結果、研磨面１０１ａに保持される砥粒の量が少なくなり、正常な研磨工程を行うことができなくなる。

【0062】

ここに、単位時間当たりにドレッサ５０により削り取られる研磨パッド１０１の量（以下、カットレートという）は、ドレッサ５０の研磨面１０１ａに対する押圧力、およびダイヤモンド粒子の形状に依存する。したがって、ドレッサ５０の押圧力が一定の条件下では、ダイヤモンド粒子が減耗するにしたがって、カットレートが少なくなる。この例では、上述した変位センサ６０を用いて、カットレート（すなわち、単位時間当たりの研磨面１０１ａの変位）が測定される。

【0063】

制御部４７では、変位センサ６０からの出力信号（測定値）に基づき、研磨パッド１０１のカットレート、すなわち、単位時間当たりの研磨面１０１ａの変位（研磨パッド１０１の減耗量）が算出される。

【0064】

次に、図９を参照して、研磨に使用される研磨パッド１０１の減耗量を実際に測定し、その情報を基に研磨時間を制御するフィードフォワード制御について説明する。なお、以下の例では、研磨時間補正用のアルゴリズムとして、研磨パッドの実際の減耗量を変数とする二次多項式を使用した例を示している。研磨時間補正用のアルゴリズムとして、研磨パッドの実際の減耗量を変数とする一次多項式、３次以上の多項式、或いは研磨パッドの実際の減耗量と（予定）研磨時間との関係を表した表を使用しても良い。

【0065】

先ず、事前作業として、研磨に使用する研磨パッドと同種の研磨パッドを用いて被研磨膜の研磨を行い研磨後の研磨パッドをドレッシングし、研磨パッドの減耗量を測定する。さらに減耗量測定後の研磨パッドで被研磨膜を所定の研磨量だけ研磨するのに要した研磨時間、又は被研磨膜を所定の研磨時間で研磨したときの研磨量を測定する。このようにして、研磨パッドの減耗量、研磨量及び研磨時間を既知のデータとして少なくとも３セットを準備する。ここで、所定の研磨量又は所定の研磨時間とは、研磨時間補正式を求める際に用いる、基準とする研磨量又は研磨時間である。これらのデータから、研磨パッドの減耗量を変数とする研磨時間補正式を求める（ステップ１）。この既知のデータとしての研磨パッドの減耗量は、研磨パッドの交換直後の初期位置ｔ_０と研磨及びドレッシング後の研磨パッドの位置ｔとの差(ｔ−ｔ_０)（既知値）である。既知のデータとしての膜の研磨量は、例えば被研磨膜の初期膜厚THK_ｊと研磨後の最終膜厚THK_ｆとの差（THK_ｊ−THK_ｆ）であり、既知のデータとしての研磨時間は、被研磨膜を最終膜厚まで研磨するのに要する時間である。

【0066】

つまり、研磨レートＰＲと、研磨パッドの減耗量（ｔ−ｔ_０）との間には、以下の式１の関係があり、研磨時間ＰＴと研磨量ＰＱとの間には、以下の式２の関係がある。
ＰＲ＝Ａ×（ｔ−ｔ_０）^２＋Ｂ×（ｔ−ｔ_０）＋Ｃ （式１）
ＰＴ＝ＰＱ／ＰＲ
＝ＰＱ／｛Ａ×（ｔ−ｔ_０）^２＋Ｂ×（ｔ−ｔ_０）＋Ｃ｝ （式２）

【0067】

そこで、少なくとも３セットの既知の研磨パッドの減耗量と、既知の研磨量及び既知の研磨時間のデータから、式１の定数Ａ，Ｂ及びＣを求めることで、研磨パッドの減耗量（ｔ−ｔ_０）を変数とする研磨時間補正式（式２）を予め求め、これを制御部４７の格納部４７ｂに格納しておく。

【0068】

次に、被研磨膜の研磨目標値を設定し（ステップ２）、この研磨目標値を制御部４７のメモリ部４７ａに記憶しておく。この例では、研磨目標値として、研磨量ＰＱ（設定値）を直接設定するようにしている。研磨後の被研磨膜の最終膜厚を研磨目標値としてもよく、この場合、被研磨膜の初期膜厚から最終膜厚を差し引くことで研磨量を求めることができる。被研磨膜の初期膜厚は、研磨装置に設置した膜厚センサ（図示せず）で測定するか、または外部で予め測定したデータを取り込むことによって得られる。この段階で事前準備が完了する。

【0069】

一方、研磨装置にあっては、前述のように、ドレッサ５０の初期位置を測定することにより、交換直後の研磨パッド１０１の初期位置ｔ_０（実測値）を測定し、この研磨パッド１０１の初期位置ｔ_０（実測値）を制御部４７のメモリ部４７ａに記憶しておく。そして、実際に基板を研磨し、ドレッサ５０により研磨パッド１０１をドレッシング中、又はドレッシング終了後、研磨パッド１０１の位置ｔ（実測値）を、例えば一定周期で測定し、メモリ部４７ａに記憶しておいた研磨パッド１０１の初期位置ｔ_０（実測値）との差から研磨パッド１０１の減耗量（ｔ−ｔ_０）（実測値）を測定する（ステップ３）。

【0070】

次に、予め定数Ａ、Ｂ及びＣを求めて格納部４７ｂに格納しておいた、前述の研磨時間補正式（式２）を演算部４７ｃに引き出し、この式２に研磨目標値としての研磨量ＰＱ（設定値）と、実際に測定した研磨パッドの減耗量（ｔ−ｔ_０）（実測値）とをそれぞれ代入して、研磨時間ＰＴを求める（ステップ４）。

【0071】

そして、ステップ４で得られた研磨時間ＰＴを反映させて研磨装置による被研磨膜の研磨を行う（ステップ５）。これにより、研磨パッド１０１をドレッシングすることによって研磨パッド１０１の厚さが減少（減耗）した時に、研磨パッド１０１の減耗量に合わせて研磨時間を適宜変更するフィードフォワード制御を行うことができる。

【0072】

そして、研磨パッドの減耗の限界量をｔ_{ｌｉｍｉｔ}とすると、（ｔ−ｔ_０）＜ｔ_{ｌｉｍｉｔ}の状態である間、上記ステップ３からステップ５の操作を繰り返し、研磨パッドの減耗量が限界量ｔ_{ｌｉｍｉｔ}に達した時に、使用済みの研磨パッドを新規な研磨パッドに交換する。

【0073】

研磨パッド１０１をドレッサ５０でドレッシングするドレッシング時間から研磨パッド１０１のドレッシングによるカットレートを求め、この研磨パッド１０１のカットレートを研磨時間に反映させることで、研磨時間の予測精度向上させるようにしても良い。

【0074】

また、基板Ｗを研磨パッド１０１に押圧して被研磨膜を研磨する時に基板Ｗの周囲を包囲して研磨パッド１０１に押圧するリテーナリング３０２の研磨パッド１０１への押圧力を研磨時間に反映させることで、研磨時間の予測精度を向上させるようにしても良い。

【0075】

更に、ある周期でフィードフォワード制御の結果（研磨パッドの減耗量、研磨量及び研磨時間）を測定し、研磨時間補正用のアルゴニズムに修正を掛けるセルフ修正機能を有するようにしてもよい。

【0076】

なお、上記の例では、既知のデータとして求めた研磨パッドの減耗量と研磨量及び研磨時間とのデータから、研磨パッドの減耗量を変数とする研磨時間補正式を予め求めるようにしているが、研磨パッドの減耗量の代わりに既知のデータとして同一研磨パッド上の基板研磨処理枚数又は累積ドレッシング時間を用いることができる。既知のデータとしての同一研磨パッド上の基板研磨処理枚数又は累積ドレッシング時間と、既知の基板研磨処理枚数を処理した研磨パッド又は既知の累積ドレッシング時間だけドレッシングされた研磨パッドで被研磨膜を所定の研磨量を研磨するのに要した研磨時間及び所定の研磨量、又は被研磨膜を所定の研磨時間で研磨したときに得られた研磨量及び所定の研磨時間との関係から研磨時間補正用のアルゴリズム（例えば研磨時間補正式）を予め求めるようにしても良い。ここで、所定の研磨量又は所定の研磨時間とは、研磨時間補正式を求める際に用いる、基準とする研磨量又は研磨時間である。

【0077】

この場合には、被研磨膜の研磨目標値（例えば研磨量）を設定し、同一研磨パッド上の基板研磨処理枚数又は累積ドレッシング時間を実際に計測し、計測された同一研磨パッド上の基板研磨処理枚数又は累積ドレッシング時間と前記研磨時間補正用アルゴリズム（例えば研磨時間補正式）から前記研磨目標値（例えば研磨量）に最適な研磨時間を求め、この研磨時間を反映させて研磨装置による被研磨膜の研磨を行う。この場合においても、研磨パッドをドレッシングすることによって研磨パッドの厚さが減少（減耗）した時に、研磨パッドの減耗量に合わせて研磨時間を適宜変更するフィードフォワード制御を行うことができる。しかも、この場合、例えば変位センサ６０等の研磨パッド測定器を省略することができる。

【0078】

研磨パッドの減耗量の代わりに研磨パッド１０１の厚さを実際に測定し、その情報を基に研磨時間を制御するフィードフォワード制御を行うことも可能である。研磨時間補正用のアルゴリズムとして、研磨パッドの実際の厚さを変数とする多項式または研磨パッドの実際の厚さと（予定）研磨時間との関係を表した表を使用することができる。

【0079】

次に、図１０を参照して、研磨に使用される研磨パッド１０１の減耗量を実際に測定し、その情報を基に、研磨圧力等の研磨条件を制御するフィードフォワード制御について説明する。以下の例では、研磨条件補正用のアルゴリズムとして、研磨パッドの実際の減耗量を変数とする二次多項式を使用した例を示しているが、研磨パッドの実際の減耗量を変数とする一次多項式、３次以上の多項式、或いは研磨パッドの実際の減耗量と（予定）研磨時間との関係を表した表を使用しても良いことは前述と同様である。

【0080】

この例では、基板Ｗを研磨パッド１０１に押圧して被研磨膜を研磨する時の研磨条件の研磨パラメータとして、以下の６つのパラメータを使用している。これらの研磨パラメータの内の任意の研磨パラメータのみを制御しても良いことは勿論である。

【0081】

（１）ＲＲＰ：基板Ｗの周囲を包囲するリテーナリング３０２の研磨パッド１０１への押圧力であるリテーナリング圧力
（２）ＣＡＰ：基板Ｗの弾性膜３１４の中央部に形成されたセンター室３６０に対応する位置を押圧するセンター室圧力
（３）ＲＡＰ：基板Ｗの弾性膜３１４のリプル３１４ａとリプル３１４ｂとの間に形成された環状のリプル室３６１に対応する位置を押圧するリプル室圧力
（４）ＯＡＰ：基板Ｗの弾性膜３１４のリプル３１４ｂおよびエッジ３１４ｃによって形成される環状のアウター室３６２に対応する位置を押圧するアウター室圧力
（５）ＥＡＰ：基板Ｗの弾性膜３１４のエッジ３１４ｃおよびエッジ３１４ｄによって形成される環状のエッジ室３６３に対応する位置を押圧するエッジ室圧力
（６）ＭＨ：弾性膜３１４により基板Ｗが吸着されている状態において該基板Ｗと研磨面１０１ａとの間の隙間として定義される弾性膜高さ（ヘッド高さ）

【0082】

例えば、少なくとも３セットの既知の研磨パッドの減耗量における各研磨パラメータ最適値を実験又はシミュレーションにより決定し（ステップ１）、これらの各研磨パラメータ最適値によって、既知の研磨パッド減耗量に対する各研磨パラメータ最適値の関係式（研磨条件補正式）を作成する（ステップ２）。この既知の研磨パッドの減耗量は、前述と同様、研磨パッドの交換直後の初期位置ｔ_０と、基板を研磨し、ドレッサ５０により研磨パッド１０１をドレッシング中、又はドレッシング終了後の研磨パッドの位置ｔとの差（ｔ−ｔ_０）（既知値）である。

【0083】

つまり、既知の研磨パッドの減耗量（ｔ−ｔ_０）（既知値）におけるリテーナリング圧力ＲＲＰ（ｔ−ｔ_０）、センター室圧力ＣＡＰ（ｔ−ｔ_０）、リプル室圧力ＲＡＰ（ｔ−ｔ_０）、アウター室圧力ＯＡＰ（ｔ−ｔ_０）、エッジ室圧力ＥＡＰ（ｔ−ｔ_０）、及び弾性膜高さＭＨ（ｔ−ｔ_０）は、研磨パッドの減耗量（ｔ−ｔ_０）を変数とした、以下の関係式（研磨条件補正式）で表すことができる。

【0084】

ＲＲＰ（ｔ−ｔ_０）＝Ａ×（ｔ−ｔ_０）^２＋Ｂ×（ｔ−ｔ_０）＋Ｃ
ＣＡＰ（ｔ−ｔ_０）＝Ｄ×（ｔ−ｔ_０）^２＋Ｅ×（ｔ−ｔ_０）＋Ｆ
ＲＡＰ（ｔ−ｔ_０）＝Ｇ×（ｔ−ｔ_０）^２＋Ｈ×（ｔ−ｔ_０）＋Ｉ
ＯＡＰ（ｔ−ｔ_０）＝Ｊ×（ｔ−ｔ_０）^２＋Ｋ×（ｔ−ｔ_０）＋Ｌ
ＥＡＰ（ｔ−ｔ_０）＝Ｍ×（ｔ−ｔ_０）^２＋Ｎ×（ｔ−ｔ_０）＋Ｏ
ＭＨ（ｔ−ｔ_０）＝Ｐ×（ｔ−ｔ_０）^２＋Ｑ×（ｔ−ｔ_０）＋Ｒ

【0085】

そこで、上記各関係式に、ステップ１で得られた実験又はシミュレーションにより決定した各研磨パラメータ最適値を代入することで、定数Ａ〜Ｒ求める。このようにして求めた関係式を制御部４７の格納部４７ｂに格納しておく。

【0086】

一方、研磨装置にあっては、前述のように、ドレッサ５０の初期位置を測定することにより、交換直後の研磨パッド１０１の初期位置ｔ_０（実測値）を測定し、この研磨パッド１０１の初期位置ｔ_０（実測値）を制御部４７のメモリ部４７ａに記憶しておく。そして、実際に基板を研磨し、ドレッサ５０により研磨パッド１０１をドレッシング中に、又はドレッシング終了後に研磨パッド１０１の位置ｔ（実測値）を、例えば一定周期で測定し、メモリ部４７ａに記憶しておいた研磨パッド１０１の初期位置ｔ_０（実測値）との差から研磨パッド１０１の減耗量（ｔ−ｔ_０）（実測値）を測定する（ステップ３）。

【0087】

次に、予め定数Ａ〜Ｒを求めて格納部４７ｂに格納しておいた、前述の関係式（研磨条件補正式）を演算部４７ｃに引き出し、この関係式に前述の実際に測定した研磨パッドの減耗量（ｔ−ｔ_０）（実測値）をそれぞれ代入して、研磨パッドの減耗量（ｔ−ｔ_０）（実測値）に対する最適な各研磨パラメータ値を算出する。つまり最適なリテーナリング圧力ＲＲＰ（ｔ−ｔ_０）、センター室圧力ＣＡＰ（ｔ−ｔ_０）、リプル室圧力ＲＡＰ（ｔ−ｔ_０）、アウター室圧力ＯＡＰ（ｔ−ｔ_０）、エッジ室圧力ＥＡＰ（ｔ−ｔ_０）、及び弾性膜高さＭＨ（ｔ−ｔ_０）を求める（ステップ４）。

【0088】

そして、ステップ４で得られた最適な各研磨パラメータ値、つまり最適な研磨条件を後続の研磨に反映させる（ステップ５）。これにより、研磨パッド１０１をドレッシングすることによって研磨パッド１０１の厚さが減少（減耗）した時に、研磨パッド１０１の減耗量に合わせて研磨条件を適宜変更するフィードフォワード制御を行うことができる。

【0089】

そして、研磨パッドの減耗の限界量をｔ_{ｌｉｍｉｔ}とすると、（ｔ−ｔ_０）＜ｔ_{ｌｉｍｉｔ}の状態である間、上記ステップ３からステップ５の操作を繰り返し、研磨パッドの減耗量が限界量ｔ_{ｌｉｍｉｔ}に達した時に、使用済みの研磨パッドを新規な研磨パッドに交換する。

【0090】

なお、上記の例では、既知のデータとして求めた研磨パッドの減耗量と最適研磨パラメータ設定値から、研磨パッドの減耗量を変数とする研磨条件補正式を予め求めるようにしているが、研磨パッドの減耗量の代わりに既知のデータとして同一研磨パッド上の基板研磨処理枚数又は累積ドレッシング時間を用いることができる。既知のデータとしての同一研磨パッド上の基板研磨処理枚数又は累積ドレッシング時間と、最適研磨パラメータ設定値との関係から研磨条件補正用のアルゴリズム（例えば研磨条件補正式）を予め求めるようにしても良い。

【0091】

この場合には、同一研磨パッド上の基板研磨処理枚数又は累積ドレッシング時間を実際に計測し、計測された同一研磨パッド上の基板研磨処理枚数又は累積ドレッシング時間と前記研磨条件補正用のアルゴリズム（例えば研磨条件補正式）から最適な研磨パラメータ値を求め、この研磨パラメータ値を反映させて研磨装置による被研磨膜の研磨を行う。この場合においても、研磨パッドをドレッシングすることによって研磨パッドの厚さが減少（減耗）した時に、研磨パッドの減耗量に合わせて研磨条件を適宜変更するフィードフォワード制御を行うことができる。しかも、この場合、例えば変位センサ６０等の研磨パッド測定器を省略することができる。

【0092】

上述した研磨時間補正式及び研磨条件補正式にさらに研磨パッドの弾性率の要素を加えることができる。研磨パッドの弾性に関する指標として、例えば２種類以上のドレッサ荷重にてドレッサを研磨パッドに押付け、その時のドレッサ位置の変位差を用いるようにしても良い。

【0093】

研磨パッドの減耗による研磨プロファイルの変化は、研磨パッドの減耗による研磨パッドの弾性に関する物性の変化が一つの影響因子となっている。個体間で研磨パッドの弾性率がばらつけば、それが研磨時間補正や研磨条件補正の精度を低下させる。このため、研磨パッド１０１の弾性率を測定する測定器を具備し、或いは、ドレッサ５０の製造ロット間ばらつきや消耗度の影響も加味するためにドレッサのカットレートを測定する測定器を具備し、研磨パッド１０１の減耗量または厚さと合わせて、これらの情報を重回帰式の形式で反映させることにより、研磨時間や最適な研磨条件の予測精度をより向上させるようにしてもよい。

【0094】

また、研磨パッド１０１の減耗量の代わりに研磨パッド１０１の厚さを実際に測定し、その情報を基に、研磨圧力等の研磨条件を制御するフィードフォワード制御も可能である。研磨条件補正用のアルゴリズムとして、研磨パッドの実際の厚さを変数とする多項式または研磨パッドの実際の厚さと（予定）研磨時間との関係を表した表を使用することができる。

【0095】

これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

【符号の説明】

【0096】

２０ トップリング
２４ 上下動機構
３２ ボールねじ
３８ ＡＣサーボモータ
４７ 制御部
４７ａ メモリ部
４７ｂ 格納部
４７ｃ 演算部
５０ ドレッサ
６０ 変位センサ（研磨パッド測定器）
１０１ 研磨パッド
１０１ａ 研磨面
３０２ リテーナリング
３１４，４０４ 弾性膜
３６０ センター室
３６１ リプル室
３６２ アウター室
３６３ エッジ室

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】