特許 6196858 研磨方法および研磨装置

(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】6196858

(24)【登録日】2017年8月25日

(45)【発行日】2017年9月13日

(54)【発明の名称】研磨方法および研磨装置

(51)【国際特許分類】

   B24B 37/34 20120101AFI20170904BHJP

   B24B 37/015 20120101ALI20170904BHJP

   B24B 37/005 20120101ALI20170904BHJP

   B24B 49/10 20060101ALI20170904BHJP

   B24B 49/14 20060101ALI20170904BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20170904BHJP

【ＦＩ】

   B24B37/34

   B24B37/015

   B24B37/005

   B24B49/10

   B24B49/14

   H01L21/304 622R

【請求項の数】19

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2013-192105(P2013-192105)

(22)【出願日】2013年9月17日

(65)【公開番号】特開2014-76533(P2014-76533A)

(43)【公開日】2014年5月1日

【審査請求日】2016年5月23日

(31)【優先権主張番号】特願2012-209275(P2012-209275)

(32)【優先日】2012年9月24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】本島 靖之

(72)【発明者】

【氏名】丸山 徹

【審査官】 小川 真

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−３２４４５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１４８３７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０１９６２８３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０００−２７１８５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−３１５１１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２４Ｂ ３７／３４

Ｂ２４Ｂ ３７／００５

Ｂ２４Ｂ ３７／０１５

Ｂ２４Ｂ ４９／１０

Ｂ２４Ｂ ４９／１４

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

ＤＷＰＩ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と研磨パッドとを相対移動させることにより前記基板を研磨する研磨方法であって、
前記基板の研磨中に前記研磨パッドの弾性率を測定し、
前記弾性率の測定値に基づいて前記基板の研磨条件を調整することを特徴とする研磨方法。

【請求項2】

前記研磨条件は、前記基板の周囲に配置されたリテーナリングの前記研磨パッドに対する圧力であることを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。

【請求項3】

前記弾性率の測定値と、前記弾性率と前記リテーナリングの圧力との関係を示す研磨条件データに従って、前記リテーナリングの圧力を調整することを特徴とする請求項２に記載の研磨方法。

【請求項4】

前記研磨条件データは、前記弾性率および前記リテーナリングの圧力の値の組み合わせを変えながら複数のサンプル基板を研磨し、研磨された前記複数のサンプル基板の縁だれ量を測定し、弾性率ごとに前記リテーナリング圧力と前記縁だれ量とを関連付け、前記縁だれ量を最少とするリテーナリング圧力を弾性率ごとに決定することにより予め取得されることを特徴とする請求項３に記載の研磨方法。

【請求項5】

前記研磨条件は、前記研磨パッドの温度であることを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。

【請求項6】

前記弾性率が所定の目標値となるように前記研磨パッドの温度を調整することを特徴とする請求項５に記載の研磨方法。

【請求項7】

前記研磨パッドの温度は、温度調整用の媒体を前記研磨パッドに接触させることにより調整することを特徴とする請求項５に記載の研磨方法。

【請求項8】

前記温度調整用の媒体は、前記研磨パッド上の複数の領域に別々に接触することを特徴とする請求項７に記載の研磨方法。

【請求項9】

前記複数の領域のうちの少なくとも１つは、前記基板の周縁部に接触する領域であることを特徴とする請求項８に記載の研磨方法。

【請求項10】

前記研磨パッドの弾性率は、前記研磨パッドの進行方向において前記基板の上流側の領域で測定することを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。

【請求項11】

前記研磨パッドの弾性率は、さらに前記基板の研磨前にも測定することを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。

【請求項12】

前記研磨パッドの表面に力を加えて該研磨パッドを変形させ、
前記研磨パッドの変形量を測定し、
前記力を前記研磨パッドの変形量で割り算することにより前記研磨パッドの弾性率を決定することを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。

【請求項13】

基板と研磨パッドとを相対移動させることにより前記基板を研磨する研磨装置であって、
前記基板の研磨中に前記研磨パッドの弾性率を測定する弾性率測定器と、
前記弾性率の測定値に基づいて前記基板の研磨条件を調整する研磨条件調整部とを備えたことを特徴とする研磨装置。

【請求項14】

前記研磨条件は、前記基板の周囲に配置されたリテーナリングの前記研磨パッドに対する圧力であり、
前記研磨条件調整部は、前記弾性率の測定値に基づいて前記リテーナリングの圧力を調整するように構成されていることを特徴とする請求項１３に記載の研磨装置。

【請求項15】

前記研磨条件調整部は、前記弾性率の測定値と、前記弾性率と前記リテーナリングの圧力との関係を示す研磨条件データに従って、前記リテーナリングの圧力を調整することを特徴とする請求項１４に記載の研磨装置。

【請求項16】

前記研磨条件データは、前記弾性率および前記リテーナリングの圧力の値の組み合わせを変えながら複数のサンプル基板を研磨し、研磨された前記複数のサンプル基板の縁だれ量を測定し、弾性率ごとに前記リテーナリング圧力と前記縁だれ量とを関連付け、前記縁だれ量を最少とするリテーナリング圧力を弾性率ごとに決定することにより予め取得されることを特徴とする請求項１５に記載の研磨装置。

【請求項17】

前記研磨条件は、前記研磨パッドの温度であり、
前記研磨条件調整部は、前記弾性率の測定値に基づいて前記研磨パッドの温度を調整するように構成されていることを特徴とする請求項１３に記載の研磨装置。

【請求項18】

温度調整用の媒体を前記研磨パッドに接触させる媒体接触機構をさらに備え、
前記研磨条件調整部は、前記媒体接触機構を介して前記研磨パッドの温度を調整することを特徴とする請求項１７に記載の研磨装置。

【請求項19】

前記弾性率測定器は、
前記研磨パッドの表面に力を加えて該研磨パッドを変形させ、
前記研磨パッドの変形量を測定し、
前記力を前記研磨パッドの変形量で割り算することにより前記研磨パッドの弾性率を決定することを特徴とする請求項１３に記載の研磨装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ウェハなどの基板を研磨する研磨方法および研磨装置に関し、特に基板の研磨に使用される研磨パッドの弾性率にしたがって研磨条件を変える研磨方法および研磨装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＣＭＰ（化学機械研磨）装置は、ウェハを研磨パッドに押し付けながら、ウェハと研磨パッドとを研磨液の存在下で摺接させることでウェハの表面を研磨する。研磨パッドは、多孔質のポリウレタンなどの弾性材から構成される。研磨パッドの上面はウェハを研磨する研磨面を構成し、ウェハはこの研磨面に摺接される。

【0003】

研磨パッドの研磨面は、パッドドレッサー（またはパッドコンディショナー）により定期的に処理される。このパッドドレッサーは、ダイヤモンド粒子などの砥粒が固定されたドレッシング面を有し、このドレッシング面を回転させながら研磨パッドに押し付けることにより、研磨パッドの表面を僅かに削り取ることにより研磨面を再生する。このようなドレッシング処理（コンデショニング処理）が繰り返されるうちに、研磨パッドは徐々に薄くなる。また、ウェハの研磨を繰り返すに従い、研磨パッドの内部の気泡に研磨液が染み込んでいく。その結果、研磨パッドの弾性率が変化する。

【0004】

研磨パッドの弾性率は、研磨パッドの変形しにくさを表す物性値である。具体的には、弾性率が高くなることは、研磨パッドがより硬くなることを意味する。研磨パッドの弾性率は、研磨パッドの厚さや研磨液の染み込みのみならず、研磨パッドの温度にも依存する。研磨パッドは、一般に、上述したように樹脂から形成されているため、研磨パッドの温度が高くなると、研磨パッドは柔らかくなる。

【0005】

研磨パッドの弾性率は、ウェハの研磨プロファイルに大きく影響する。特に、研磨パッドが柔らかいときには、研磨パッドに押し付けられたウェハが研磨パッドに沈み込み、ウェハの周縁部が他の領域に比べて過剰に研磨される、いわゆる縁だれが発生する。このような望ましくない研磨結果を防止するためには、研磨パッドの弾性率に基づいてウェハの研磨条件を変更することが好ましい。

【0006】

従来の技術では、研磨パッドの弾性率を測定し、その弾性率に基づいて研磨パッドの残存寿命を判断したり、ドレッシング処理の条件を調整することが行われている（例えば、米国特許明細書ＵＳ２００６／０１９６２８３号参照）。しかしながら、測定した研磨パッドの弾性率をウェハの研磨条件の調整に使用することは従来では行われていなかった。

【0007】

研磨パッドの温度を測定し、その測定値から研磨パッドの弾性率を推定することが提案されている（例えば、日本国特開２０１２−１４８３７６号公報参照）。しかしながら、研磨パッドの弾性率は、その温度のみに依存するのではなく、上述したような他の要因にも依存する。このため、推定された研磨パッドの弾性率が実際の弾性率と異なることがあり得る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】米国特許第２００６／０１９６２８３号明細書

【特許文献2】特開２０１２−１４８３７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、ウェハなどの基板の研磨中または研磨前に、研磨パッドの弾性率に基づいて研磨条件を調整する研磨方法およ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】

【0010】

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、基板と研磨パッドとを相対移動させることにより前記基板を研磨する研磨方法であって、前記基板の研磨中に前記研磨パッドの弾性率を測定し、前記弾性率の測定値に基づいて前記基板の研磨条件を調整することを特徴とする。

【0011】

本発明の好ましい態様は、前記研磨条件は、前記基板の周囲に配置されたリテーナリングの前記研磨パッドに対する圧力であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記弾性率の測定値と、前記弾性率と前記リテーナリングの圧力との関係を示す研磨条件データに従って、前記リテーナリングの圧力を調整することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨条件データは、前記弾性率および前記リテーナリングの圧力の値の組み合わせを変えながら複数のサンプル基板を研磨し、研磨された前記複数のサンプル基板の縁だれ量を測定し、弾性率ごとに前記リテーナリング圧力と前記縁だれ量とを関連付け、前記縁だれ量を最少とするリテーナリング圧力を弾性率ごとに決定することにより予め取得されることを特徴とする。

【0012】

本発明の好ましい態様は、前記研磨条件は、前記研磨パッドの温度であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記弾性率が所定の目標値となるように前記研磨パッドの温度を調整することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨パッドの温度は、温度調整用の媒体を前記研磨パッドに接触させることにより調整することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記温度調整用の媒体は、前記研磨パッド上の複数の領域に別々に接触することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記複数の領域のうちの少なくとも１つは、前記基板の周縁部に接触する領域であることを特徴とする。

【0013】

本発明の好ましい態様は、前記研磨パッドの弾性率は、前記研磨パッドの進行方向において前記基板の上流側の領域で測定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨パッドの弾性率は、さらに前記基板の研磨前にも測定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨パッドの表面に力を加えて該研磨パッドを変形させ、前記研磨パッドの変形量を測定し、前記力を前記研磨パッドの変形量で割り算することにより前記研磨パッドの弾性率を決定することを特徴とする。

【0014】

本発明の他の態様は、基板と研磨パッドとを相対移動させることにより前記基板を研磨する研磨装置であって、前記基板の研磨中に前記研磨パッドの弾性率を測定する弾性率測定器と、前記弾性率の測定値に基づいて前記基板の研磨条件を調整する研磨条件調整部とを備えたことを特徴とする。

【0015】

本発明の好ましい態様は、前記研磨条件は、前記基板の周囲に配置されたリテーナリングの前記研磨パッドに対する圧力であり、前記研磨条件調整部は、前記弾性率の測定値に基づいて前記リテーナリングの圧力を調整するように構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨条件調整部は、前記弾性率の測定値と、前記弾性率と前記リテーナリングの圧力との関係を示す研磨条件データに従って、前記リテーナリングの圧力を調整することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨条件データは、前記弾性率および前記リテーナリングの圧力の値の組み合わせを変えながら複数のサンプル基板を研磨し、研磨された前記複数のサンプル基板の縁だれ量を測定し、弾性率ごとに前記リテーナリング圧力と前記縁だれ量とを関連付け、前記縁だれ量を最少とするリテーナリング圧力を弾性率ごとに決定することにより予め取得されることを特徴とする。

【0016】

本発明の好ましい態様は、前記研磨条件は、前記研磨パッドの温度であり、前記研磨条件調整部は、前記弾性率の測定値に基づいて前記研磨パッドの温度を調整するように構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨条件調整部は、前記弾性率が所定の目標値となるように前記研磨パッドの温度を調整することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、温度調整用の媒体を前記研磨パッドに接触させる媒体接触機構をさらに備え、前記研磨条件調整部は、前記媒体接触機構を介して前記研磨パッドの温度を調整することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記媒体接触機構は、前記温度調整用の媒体を前記研磨パッド上の複数の領域に別々に接触させることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記複数の領域のうちの少なくとも１つは、前記基板の周縁部に接触する領域であることを特徴とする。

【0017】

本発明の好ましい態様は、前記弾性率測定器は、前記研磨パッドの弾性率を前記基板の研磨中に測定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記弾性率測定器は、前記研磨パッドの進行方向において前記基板の上流側の領域で前記研磨パッドの弾性率を測定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記弾性率測定器は、前記研磨パッドの弾性率を前記基板の研磨前に測定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記弾性率測定器は、前記研磨パッドの表面に力を加えて該研磨パッドを変形させ、前記研磨パッドの変形量を測定し、前記力を前記研磨パッドの変形量で割り算することにより前記研磨パッドの弾性率を決定することを特徴とする。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、実際に測定された研磨パッドの弾性率に基づいて研磨条件が調整される。したがって、良好な基板研磨結果を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態における研磨装置を示す模式図である。

【図2】ウェハの複数の領域を独立に押圧することができる複数のエアバッグを備えたトップリングを示す断面図である。

【図3】図３（ａ）および図３（ｂ）は、研磨パッドの弾性率がウェハの研磨に与える影響を説明するための図である。

【図4】柔らかい研磨パッドを用いて研磨されたウェハの研磨レートを示す図である。

【図5】柔らかい研磨パッドを示す図である。

【図6】硬い研磨パッドを示す図である。

【図7】エロージョンおよびディッシングを示す模式図である。

【図8】研磨パッドの弾性率を測定する弾性率測定器の一例を示す模式図である。

【図9】図８に示す弾性率測定器の変形例を示す図である。

【図10】接触子の荷重と接触子の変位との関係を示す図である。

【図11】接触子の荷重と支持アームの撓み量との関係を示す図である。

【図12】縁だれ量と、リテーナリング圧力と周縁部の研磨圧力との差との関係を示す複数の測定データを示す図である。

【図13】研磨条件データを示す図である。

【図14】測定された研磨パッドの弾性率が研磨条件にフィードバックされる工程を説明する図である。

【図15】研磨パッドの研磨面に温度調整媒体を接触させる媒体接触機構を示す図である。

【図16】研磨パッドの弾性率とウェハの表面段差との関係を示す研磨条件データを表す図である。

【図17】測定された研磨パッドの弾性率が研磨条件にフィードバックされる工程を説明する図である。

【図18】研磨パッドの弾性率を測定するための好ましい領域を説明するための図である。

【図19】ドレッサを利用して研磨パッドの弾性率を測定する弾性率測定器の例を示す図である。

【図20】弾性率測定器のさらに他の例を示す図である。

【図21】図２０に示す弾性率測定器の変形例を示す図である。

【図22】弾性率測定器のさらに他の例を示す図である。

【図23】非接触タイプの弾性率測定器を示す模式図である。

【図24】研磨パッドの研磨面を示す模式図である。

【図25】弾性率測定器の他の例を示す模式図である。

【図26】接触子によって押し付けられている研磨パッドの研磨面を示す模式図である。

【図27】図２４および図２６に示す研磨パッドを接触子が押し付けているときの接触子の変位と荷重の変化を示すグラフである。

【図28】図２５に示す弾性率測定器の変形例を示す模式図である。

【図29】図２５に示す弾性率測定器の他の変形例を示す模式図である。

【図30】図２５に示す弾性率測定器のさらに他の変形例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態における研磨装置を示す模式図である。図１に示すように、研磨装置は、研磨テーブル１２と、支軸１４の上端に連結されたトップリングアーム１６と、トップリングアーム１６の自由端に取り付けられたトップリングシャフト１８と、トップリングシャフト１８の下端に連結されたトップリング２０と、ウェハなどの基板の研磨条件を調整する研磨条件調整部４７とを備えている。トップリングシャフト１８は、トップリングアーム１６内に配置されたトップリングモータ（図示せず）に連結されて回転駆動されるようになっている。このトップリングシャフト１８の回転により、トップリング２０が矢印で示す方向に回転するようになっている。

【0021】

研磨テーブル１２は、テーブル軸１２ａを介してその下方に配置されるテーブルモータ７０に連結されており、このテーブルモータ７０により研磨テーブル１２がテーブル軸１２ａまわりに矢印で示す方向に回転駆動されるようになっている。この研磨テーブル１２の上面には研磨パッド２２が貼付されており、研磨パッド２２の上面２２ａがウェハなどの基板を研磨する研磨面を構成している。

【0022】

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アーム１６に対して上下動するようになっており、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２０がトップリングアーム１６に対して上下動するようになっている。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。圧力調整部１００は、ロータリージョイント２５を経由してトップリング２０に連結されている。

【0023】

トップリング２０は、その下面にウェハを保持できるように構成されている。トップリングアーム１６は支軸１４を中心として旋回可能に構成されており、下面にウェハを保持したトップリング２０は、トップリングアーム１６の旋回によりウェハの受取位置から研磨テーブル１２の上方に移動される。そして、トップリング２０を下降させてウェハを研磨パッド２２の上面（研磨面）２２ａに押圧する。ウェハの研磨中は、トップリング２０および研磨テーブル１２をそれぞれ回転させ、研磨テーブル１２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２２上に研磨液を供給する。このように、ウェハを研磨パッド２２の研磨面２２ａに摺接させてウェハの表面を研磨する。

【0024】

トップリングシャフト１８およびトップリング２０を昇降させる昇降機構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アーム１６に連結されている。

【0025】

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と一体となって昇降（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。

【0026】

この研磨装置は、研磨パッド２２の研磨面２２ａ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、研磨面２２ａ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ドレッサアーム５５とを備えている。ドレッサ５０の下面はドレッシング面５０ａを構成し、このドレッシング面５０ａは砥粒（例えば、ダイヤモンド粒子）から構成されている。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はドレッサアーム５５に固定されている。

【0027】

ドレッサアーム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まわりに矢印で示す方向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２２の研磨面２２ａに押圧する。

【0028】

研磨パッド２２の研磨面２２ａのドレッシングは次のようにして行われる。ドレッサ５０がドレッサシャフト５１を中心として回転し、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２２ａに供給される。この状態で、ドレッサ５０はエアシリンダ５３により研磨面２２ａに押圧され、ドレッシング面５０ａが研磨面２２ａに摺接される。さらに、ドレッサアーム５５を支軸５８を中心として旋回させてドレッサ５０を研磨面２２ａの半径方向に揺動させる。このようにして、ドレッサ５０により研磨パッド２２が削り取られ、研磨面２２ａがドレッシング（再生）される。

【0029】

図２は、ウェハＷの複数の領域を独立に押圧することができる複数のエアバッグを備えたトップリング２０を示す断面図である。トップリング２０は、トップリングシャフト１８に自由継手８０を介して連結されるトップリング本体８１と、トップリング本体８１の下方に配置されたリテーナリング８２とを備えている。

【0030】

トップリング本体８１の下方には、ウェハＷに当接する柔軟なメンブレン（弾性膜）８６と、メンブレン８６を保持するチャッキングプレート８７とが配置されている。メンブレン８６とチャッキングプレート８７との間には、４つの圧力室（エアバッグ）Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が設けられている。圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４はメンブレン８６とチャッキングプレート８７とによって形成されている。中央の圧力室Ｃ１は円形であり、他の圧力室Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は環状である。これらの圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、同心上に配列されている。

【0031】

圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４にはそれぞれ流体路Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を介して圧力調整部１００により加圧空気等の加圧気体（加圧流体）が供給されるようになっている。圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の内部圧力は互いに独立して変化させることが可能であり、これにより、ウェハＷの対応する４つの領域、すなわち、中央部、内側中間部、外側中間部、および周縁部に対する研磨圧力を独立に調整することができる。

【0032】

チャッキングプレート８７とトップリング本体８１との間には圧力室Ｃ５が形成され、この圧力室Ｃ５には流体路Ｆ５を介して上記圧力調整部１００により加圧気体が供給されるようになっている。これにより、チャッキングプレート８７およびメンブレン８６全体が上下方向に動くことができる。ウェハＷの周端部はリテーナリング８２に囲まれており、研磨中にウェハＷがトップリング２０から飛び出さないようになっている。圧力室Ｃ３を構成する、メンブレン８６の部位には開口が形成されており、圧力室Ｃ３に真空を形成することによりウェハＷがトップリング２０に吸着保持されるようになっている。また、この圧力室Ｃ３に窒素ガスやクリーンエアなどを供給することにより、ウェハＷがトップリング２０からリリースされるようになっている。

【0033】

トップリング本体８１とリテーナリング８２との間には、環状のローリングダイヤフラム８９が配置されおり、このローリングダイヤフラム８９の内部には圧力室Ｃ６が形成されている。圧力室Ｃ６は、流体路Ｆ６を介して上記圧力調整部１００に連結されている。圧力調整部１００は加圧気体を圧力室Ｃ６内に供給し、これによりリテーナリング８２を研磨パッド２２に対して押圧する。

【0034】

圧力調整部１００からの加圧気体は、流体路Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６を通って圧力室Ｃ１〜Ｃ６内に供給される。圧力室Ｃ１〜Ｃ６は大気開放弁（図示せず）にも接続されており、圧力室Ｃ１〜Ｃ６を大気開放することも可能である。

【0035】

研磨条件調整部４７は、各圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に対応する位置にある膜厚計測点での研磨の進捗に基づいて、各圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の内部圧力の目標値を決定する。研磨条件調整部４７は上記圧力調整部１００に指令信号を送り、圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の内部圧力が上記目標値に一致するように圧力調整部１００を制御する。複数の圧力室を持つトップリング２０は、研磨の進捗に従ってウェハＷの表面上の各領域を独立に研磨パッド２２に押圧できるので、膜を均一に研磨することができる。

【0036】

ウェハＷは研磨パッド２２に対して押し付けられながら研磨されるため、ウェハＷの研磨結果は研磨パッド２２の弾性率によって変わりうる。弾性率は、研磨パッド２２の変形しにくさを示す物性値であり、硬い研磨パッド２２は高い弾性率を有し、柔らかい研磨パッド２２は低い弾性率を有する。

【0037】

図３（ａ）および図３（ｂ）は、研磨パッド２２の弾性率がウェハＷの研磨に与える影響を説明するための図である。図３（ａ）に示すように、研磨パッド２２が硬いと、ウェハＷは研磨パッド２２内にはあまり沈み込まない。その結果、ウェハＷの周縁部に接触する研磨パッド２２の面積は小さい。これに対して、図３（ｂ）に示すように、研磨パッド２２が柔らかいと、ウェハＷは研磨パッド２２内に沈み込み、ウェハＷの周縁部に接触する研磨パッド２２の面積が大きくなる。その結果、ウェハＷの周縁部が他の領域に比べて多く研磨される、いわゆる縁だれが起こる。

【0038】

図４は、柔らかい研磨パッド２２を用いて研磨されたウェハＷの研磨レートを示す図である。図４のグラフは、ウェハＷの半径方向における各位置での研磨レート（除去レートともいう）を表している。図４から、ウェハＷの周縁部での研磨レートは、他の領域でのそれよりも大きいことが分かる。つまり、ウェハＷの周縁部は、他の領域よりも多く研磨されており、結果として縁だれとなる。

【0039】

このような縁だれを防止するために、図２に示すように、ウェハＷを囲むように配置されたリテーナリング８２を用いて、ウェハＷの外側の研磨パッド２２の領域を押し付けることが行われている。リテーナリング８２は、ウェハＷの周囲で研磨パッド２２を押し下げることにより、研磨パッド２２とウェハＷの周縁部との接触面積を減少させることができる。したがって、縁だれを抑制することができる。

【0040】

しかしながら、研磨パッド２２が柔らかいと、図５に示すように、リテーナリング８２とウェハＷとの間で研磨パッド２２が盛り上がることがある。このような場合は、リテーナリング８２の研磨パッド２２への圧力を大きくして、ウェハＷと研磨パッド２２との接触面積を小さくする。研磨パッド２２が硬い場合は、図６に示すように、研磨パッド２２はあまり盛り上がらない。したがって、この場合は、リテーナリング８２の圧力を少しだけ大きくすればよい。このように、研磨パッド２２の弾性率にしたがって、ウェハＷ研磨中のリテーナリング８２の圧力を調整することが必要とされる。

【0041】

研磨パッド２２の弾性率は、研磨パッド２２の温度によって変わる。したがって、リテーナリング８２の圧力以外にも、研磨パッド２２の温度を変えることによって研磨パッド２２の縁だれを防止することができる。

【0042】

研磨パッド２２の弾性率は、ウェハＷの縁だれのみならず、エロージョンおよびディッシングにも影響を与える。具体的には、研磨パッド２２が柔らかい場合、図７に示すように、配線１０１が密集して形成されているパターン領域が他の領域よりも多く除去されたり（エロージョン）、絶縁膜１０２に形成された配線１０１に皿状の窪みが形成される（ディッシング）。このようなエロージョンおよびディッシングは、研磨パッド２２が硬いときには起こりにくい。したがって、研磨パッド２２が柔らかいときは、研磨パッド２２の温度を変えることによってエロージョンおよびディッシングを防止することができる。このように、研磨パッド２２の弾性率に基づいて、リテーナリング８２の圧力や研磨パッド２２の温度などの研磨条件を変えることが好ましい。

【0043】

そこで、本発明では、ウェハの研磨中またはウェハの研磨前に、研磨パッド２２の弾性率を測定し、この弾性率の測定値に基づいてウェハの研磨条件を調整する。図１に示すように、研磨装置は、研磨パッド２２の弾性率を測定する弾性率測定器１１０を備えている。この弾性率測定器１１０は、研磨パッド２２に力を与えて研磨パッド２２を変形させ、その変形量から研磨パッド２２の弾性率を測定するように構成されている。

【0044】

図８は、弾性率測定器１１０の一例を示す模式図である。弾性率測定器１１０は、研磨パッド２２に接触する接触子１１１と、接触子１１１を研磨パッド２２に対して押し付けるアクチュエータとしてエアシリンダ１１４と、接触子１１１の変位を測定する変位測定器１１５と、接触子１１１の変位および接触子１１１の研磨パッド２２に対する荷重から研磨パッド２２の弾性率を決定する弾性率決定部１１７とを備えている。エアシリンダ１１４は、研磨パッド２２の上方に配置された支持アーム１２０に固定されており、この支持アーム１２０は研磨テーブル１２の外側に設置された支持軸１２１に固定されている。支持アーム１２０に代えて、ドレッサアーム５５にエアシリンダ１１４を固定してもよい。

【0045】

エアシリンダ１１４は、圧力レギュレータ１２３を経由して圧縮気体供給源１２５に接続されている。圧力レギュレータ１２３は、圧縮気体供給源１２５から供給される圧縮気体の圧力を調整し、圧力調整された圧縮気体をエアシリンダ１１４に送るようになっている。弾性率決定部１１７は、圧縮気体の所定の目標圧力値を圧力レギュレータ１２３に送信し、圧力レギュレータ１２３は、エアシリンダ１１４に送られる圧縮気体の圧力がこの目標圧力値に維持されるように動作する。接触子１１１から研磨パッド２２に与えられる荷重は、目標圧力値とエアシリンダ１１４の受圧面積とから算出することができる。

【0046】

変位測定器１１５は、支持アーム１２０に対して相対的に上下方向に移動し、かつ接触子１１１と一体に動く。支持アーム１２０の高さは一定であるから、変位測定器１１５の支持アーム１２０に対する変位を測定することにより、接触子１１１の変位を決定することが可能である。エアシリンダ１１４は、接触子１１１を研磨パッド２２に押し付け、この状態で変位測定器１１５は接触子１１１の変位、すなわち研磨パッド２２の変形量を測定する。このように、変位測定器１１５は、研磨パッド２２の変形量を測定するパッド変形測定器として機能する。変位測定器１１５としては、接触式または非接触式のいずれを用いてもよい。具体的には、リニアスケール、レーザ式センサ、超音波センサ、または渦電流式センサなどを変位測定器１１５として用いることができる。また、変位測定器１１５として、２点間の距離を測定する距離センサを用いてもよい。

【0047】

エアシリンダ１１４は、予め定められた力で接触子１１１を研磨パッド２２に対して押し付けることにより、研磨パッド２２の表面を変形させる。変位測定器１１５は、接触子１１１の変位（すなわち、研磨パッド２２の変形量）を測定する。研磨パッド２２に押し付けられたときの接触子１１１の変位は、研磨パッド２２の弾性率によって変わる。したがって、接触子１１１の変位から研磨パッド２２の弾性率を決定することができる。接触子１１１の先端は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）やＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）などの硬質の樹脂により形成されることが好ましい。

【0048】

研磨パッド２２の弾性率は、ウェハの研磨中にも変わりうる。したがって、研磨パッド２２の弾性率は、ウェハの研磨中に測定してもよい。この場合、接触子１１１が、回転する研磨パッド２２に接触したときに接触子１１１が損傷しないように、図９に示すように、接触子１１１はその先端に取り付けられた回転自在なローラ１１２を有してもよい。この例によれば、接触子１１１の損傷が防止されるのみならず、接触子１１１による研磨パッド２２の損傷も防止される。

【0049】

接触子１１１を研磨パッド２２に押し付けたときの接触子１１１の変位（研磨パッド２２の変形量）は、接触子１１１の研磨パッド２２に対する荷重と、研磨パッド２２の弾性率に依存する。弾性率が一定の条件下では、接触子１１１の変位は、接触子１１１の研磨パッド２２に対する荷重に比例する。図１０は、接触子１１１の荷重と接触子１１１の変位との関係を示す図である。図１０に示すグラフの傾きの逆数は、研磨パッド２２のばね定数、すなわち研磨パッド２２の弾性率を表している。弾性率決定部１１７は、接触子１１１の荷重差Ｌ２−Ｌ１を、この荷重差に対応する接触子１１１の変位差Ｄ２−Ｄ１で割り算することにより、研磨パッド２２の弾性率を決定する。

【0050】

接触子１１１が研磨パッド２２を押しているときに、支持アーム１２０は研磨パッド２２からの反力を受けて僅かに撓む。この支持アーム１２０の撓みは、接触子１１１の変位の測定値と、接触子１１１の実際の変位との間に差異を生じさせてしまう。そこで、より正確な弾性率を取得するために、支持アーム１２０の撓み量を用いて接触子１１１の変位を補正することが好ましい。より具体的には、接触子１１１の変位の測定値から、支持アーム１２０の撓み量を減算することが好ましい。図１１は、接触子１１１の研磨パッド２２に対する荷重と、支持アーム１２０の撓み量との関係を示す図である。図１１から分かるように、支持アーム１２０の撓み量は、接触子１１１の荷重に概ね比例する。したがって、接触子１１１の変位の測定値から支持アーム１２０の対応する撓み量を引き算することにより、正確な接触子１１１の変位を取得することができる。ここで述べた接触子１１１の変位の補正方法は、支持アーム１２０に代えてドレッサアーム５５にエアシリンダ１１４を固定した場合にも適用することができる。

【0051】

図１１に示す例では、接触子１１１の荷重Ｌ１に対応する支持アーム１２０の撓み量はＤ１’であり、接触子１１１の荷重Ｌ２に対応する支持アーム１２０の撓み量はＤ２’である。したがって、研磨パッド２２の弾性率は、接触子１１１の荷重Ｌ２，Ｌ１に対応する接触子１１１の変位測定値Ｄ２，Ｄ１から支持アーム１２０の撓み量Ｄ２’，Ｄ１’をそれぞれ引き算することにより接触子１１１の変位を補正し、接触子１１１の荷重差Ｌ２−Ｌ１を、この荷重差に対応する接触子１１１の補正された変位差（Ｄ２−Ｄ２’）−（Ｄ１−Ｄ１’）で割り算することにより決定することができる。接触子１１１の荷重と、対応する支持アーム１２０の撓み量との関係を示す補正データは、弾性率決定部１１７に予め記憶されている。

【0052】

このようにして決定された研磨パッド２２の弾性率は、研磨条件調整部４７に送られる。研磨条件調整部４７は、決定された研磨パッド２２の弾性率から、リテーナリング８２の研磨パッド２２に対する最適な圧力を決定する。この最適な圧力は、研磨パッド２２の弾性率と、縁だれ量を最小とするリテーナリング８２の圧力との関係を示す研磨条件データに基づいて決定される。この研磨条件データは、複数のサンプルウェハ（サンプル基板）を、研磨パッド２２の弾性率を一定に維持した条件下で、異なるリテーナリング圧力でそれぞれ研磨し、別の複数のサンプルウェハを、研磨パッド２２の弾性率を別の値に維持した条件下で、異なるリテーナリング圧力でそれぞれ研磨し、同じようにして研磨パッド２２の弾性率を変えながら複数のサンプルウェハを研磨し、研磨されたサンプルウェハの縁だれ量を測定し、弾性率ごとにリテーナリング圧力とサンプルウェハの縁だれ量とを関連付け、サンプルウェハの縁だれ量を最少とするリテーナリング圧力を弾性率ごとに決定することよって予め取得される。縁だれ量は、ウェハの周縁部と他の領域との間での研磨レートまたは膜厚の差として表すことができる。サンプルウェハは、本来研磨すべきウェハＷと同一または類似する構成（配線パターン、膜の種類など）を有していることが好ましい。

【0053】

研磨条件データは研磨条件調整部４７に予め格納されている。したがって、研磨条件調整部４７は、測定された研磨パッド２２の弾性率と研磨条件データとから、研磨パッド２２の弾性率に対応したリテーナリング８２の最適な圧力を決定することができる。

【0054】

研磨条件調整部４７は、このようにして決定された圧力でリテーナリング８２が研磨パッド２２を押し付けるように、圧力調整部１００に指令信号を送る。この指令信号を受け、圧力調整部１００は、リテーナリング８２の圧力が上記決定された圧力となるようにリテーナリング圧力室Ｃ６内の気体の圧力を調整する。このようにして、研磨パッド２２の弾性率がリテーナリング８２の圧力に反映される。

【0055】

次に、研磨条件データを取得する具体例について説明する。研磨パッド２２の弾性率が一定となるように研磨パッド２２の温度が調整された条件下で、複数のサンプルウェハが研磨される。これら複数のサンプルウェハは、それぞれ、所定の異なるリテーナリング圧力で研磨される。研磨後、サンプルウェハの膜厚が膜厚測定器（図示せず）によって測定され、縁だれ量が取得される。次に、サンプルウェハの研磨時のリテーナリング８２の圧力と、ウェハの周縁部に対する研磨圧力との差が取得される。リテーナリング８２の圧力は、図２に示す圧力室Ｃ６内の圧力に対応し、ウェハの周縁部に対する研磨圧力は、図２に示す圧力室Ｃ４内の圧力に対応する。

【0056】

同じようにして、研磨パッド２２の弾性率を少しずつ変えながら、各弾性率において複数のサンプルウェハを異なるリテーナリング圧力で研磨し、研磨されたサンプルウェハの縁だれ量を測定し、図１２に示すような、縁だれ量と、リテーナリング圧力とウェハ周縁部への研磨圧力との差との関係を示す複数の測定データを取得する。これら複数の測定データは、それぞれ、異なる弾性率に対応する。次に、それぞれの研磨パッド２２の弾性率において、縁だれ量が最小となる圧力差（リテーナリング８２の圧力とウェハ周縁部への研磨圧力との差）を決定し、図１３に示すような、研磨パッド２２の弾性率と、リテーナリング圧力とウェハ周縁部への研磨圧力との差の最適値との関係を示す研磨条件データを取得する。研磨条件調整部４７は、弾性率測定器１１０によって測定された研磨パッド２２の弾性率に対応する圧力差の最適値を研磨条件データから決定し、その圧力差を実現するためのリテーナリング８２の圧力を決定する。

【0057】

図１４は、測定された研磨パッド２２の弾性率が研磨条件にフィードバックされる工程を説明する図である。ウェハの研磨が開始されると（ステップ１）、研磨パッド２２の弾性率が測定される（ステップ２）。研磨条件調整部４７は、測定された弾性率に対応する最適な圧力差（リテーナリング８２の圧力とウェハ周縁部に加えられる研磨圧力との差）を、上述した研磨条件データから決定する（ステップ３）。そして、研磨条件調整部４７は、決定された圧力差を実現するためのリテーナリング８２の圧力を算出し、その算出されたリテーナリング８２の圧力の値を目標圧力値として圧力調整部１００に送信する。圧力調整部１００は、この目標圧力値に従ってリテーナリング圧力室Ｃ６内の圧力を制御する（ステップ４）。このステップ４では、ウェハに過度な力が加わらないようにするために、周縁部を含むウェハに加えられる研磨圧力はそのままに維持される。ステップ２からステップ４までの工程を複数回繰り返すことが好ましい。ウェハの研磨が終了すると（ステップ５）、研磨パッド２２はドレッサ５０によりドレッシングされる（ステップ６）。そして、次のウェハが同様にして研磨される（ステップ７）。

【0058】

研磨パッド２２の弾性率は、研磨パッド２２の温度に依存して変わるため、ウェハの縁だれ量は、研磨パッド２２の温度によっても調整することができる。したがって、リテーナリング８２の圧力に加えて、研磨パッド２２の温度によってウェハの縁だれを防止することが好ましい。そこで、研磨パッド２２の温度を調整することができる実施形態について説明する。

【0059】

図１５は、研磨パッド２２の研磨面２２ａに温度調整媒体を接触させる媒体接触機構１４０を示す図である。図示しない研磨装置の他の構成は、上述した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。

【0060】

媒体接触機構１４０は、研磨パッド２２の半径方向に沿って配置された複数の媒体供給ノズル１４１と、これらの媒体供給ノズル１４１に温度調整媒体を供給する媒体供給源１４３と、媒体供給源１４３から媒体供給ノズル１４１に送られる温度調整媒体の流量を制御する流量制御弁１４５とを備えている。媒体供給源１４３は、所定の温度範囲内に維持された温度調整媒体をその内部に貯留している。流量制御弁１４５は、研磨条件調整部４７に接続されており、研磨条件調整部４７からの指令信号に従って動作する。各媒体供給ノズル１４１から研磨パッド２２に供給される温度調整媒体の流量は、これらの流量制御弁１４５によって独立に制御される。したがって、研磨パッド２２の上の複数の領域のうちの１つまたはいくつかのみを温度調整することが可能である。使用される温度調整媒体は、例えば、清浄な空気、窒素、純水、またはこれらの混合流体である。

【0061】

複数の媒体供給ノズル１４１のうちの少なくとも１つは、ウェハの周縁部に接触する研磨パッド２２の領域に温度調整媒体を供給することが好ましい。温度調整媒体は、通常、研磨パッド２２を冷却するための冷却媒体であるが、場合によっては加熱媒体が使用されてもよい。図１５は、２つの媒体供給ノズル１４１および２つの流量制御弁１４５が設けられた例を示すが、３つ以上の媒体供給ノズル１４１および流量制御弁１４５を設けてもよい。さらに、複数の媒体供給ノズル１４１および複数の流量制御弁１４５に代えて、１つの媒体供給ノズル１４１および１つの流量制御弁１４５を設けてもよい。さらに、温度調整媒体として、温度調整機能を備えた固体を用いてもよい。

【0062】

図７に示すエロージョンやディッシングなどの表面段差は、リテーナリング８２の圧力調整では解消することが難しいが、研磨パッド２２の温度調整によっては解消することができる。そこで、研磨パッド２２の温度を調整することによって、エロージョンやディッシングなどのウェハの表面上の段差（凹凸）を解消する実施形態について説明する。

【0063】

図１６は、研磨パッド２２の弾性率とウェハの表面段差との関係を示す研磨条件データを表す図である。図１６に示す研磨条件データは、複数のサンプルウェハ（サンプル基板）を異なる弾性率の条件下で研磨し（他の研磨条件は同じ）、研磨されたサンプルウェハの表面段差の大きさを測定し、弾性率と表面段差の大きさとを関連付けることによって予め取得されたものである。表面段差の大きさは、段差計、原子間力顕微鏡、走査型電子顕微鏡などの公知の技術を用いて測定することができる。このようにして取得された研磨条件データは研磨条件調整部４７に予め格納されている。

【0064】

図１６から分かるように、ウェハの表面段差が最少となる研磨パッド２２の弾性率が存在する。言い換えれば、この弾性率の値は、ウェハの表面段差を最少とすることができる最適な弾性率である。そこで、研磨条件調整部４７は、弾性率測定器１１０によって測定された研磨パッド２２の弾性率が上記最適な弾性率になるように、媒体接触機構１４０の動作を制御して研磨パッド２２の温度を調整する。上記最適な弾性率は、図１６に示す研磨条件データから予め決定され、研磨パッド２２の弾性率の目標値として研磨条件調整部４７に予め記憶されている。

【0065】

図１７は、測定された研磨パッド２２の弾性率が研磨条件にフィードバックされる工程を説明する図である。ウェハの研磨が開始されると（ステップ１）、研磨パッド２２の弾性率が測定される（ステップ２）。研磨条件調整部４７は、測定された弾性率に基づき、研磨パッド２２が上記所定の最適な弾性率を有するように、媒体接触機構１４０を介して研磨パッド２２の温度を調整する（ステップ３）。測定された弾性率が上記所定の最適な弾性率に一致するまで、ステップ２とステップ３が繰り返される。好ましくは、ステップ２とステップ３は、研磨が終了するまで繰り返される。ウェハの研磨が終了すると（ステップ４）、研磨パッド２２はドレッサ５０によりドレッシングされる（ステップ５）。そして、次のウェハが同様にして研磨される（ステップ６）。

【0066】

図１８の符号Ｑに示すように、研磨パッド２２の弾性率は、ウェハと接触する研磨パッド２２の領域内で測定することが好ましい。さらに、トップリング２０の上流側の領域内で研磨パッド２２の弾性率を測定することが好ましい。

【0067】

図１９は、ドレッサ５０を利用して研磨パッド２２の弾性率を測定する弾性率測定器１１０の例を示す図である。図１９に示すように、この弾性率測定器１１０は、ドレッサ５０を研磨パッド２２に押し付けるアクチュエータとしてのエアシリンダ５３と、ドレッサ５０の縦方向の変位を測定する変位測定器１１５と、ドレッサ５０の研磨パッド２２に対する荷重とドレッサ５０の変位とから研磨パッド２２の弾性率を決定する弾性率決定部１１７とから基本的に構成される。エアシリンダ５３は、圧力レギュレータ１２３を経由して圧縮気体供給源１２５に接続されている。圧力レギュレータ１２３は、圧縮気体供給源１２５から供給される圧縮気体の圧力を調整し、圧力調整された圧縮気体をエアシリンダ５３に送るようになっている。

【0068】

弾性率決定部１１７は、圧縮気体の目標圧力値を圧力レギュレータ１２３に送信し、圧力レギュレータ１２３は、エアシリンダ５３に送られる圧縮気体の圧力がこの目標圧力値に維持されるように動作する。ドレッサ５０から研磨パッド２２に与えられる荷重は、目標圧力値とエアシリンダ５３の受圧面積とから算出することができる。

【0069】

変位測定器１１５は、ドレッサアーム５５に対して相対的に上下方向に移動し、かつドレッサ５０と一体に動く。ドレッサアーム５５の高さは一定であり、その上下方向の位置は固定である。したがって、変位測定器１１５のドレッサアーム５５に対する変位を測定することにより、ドレッサ５０の変位を決定することが可能である。

【0070】

エアシリンダ５３は、ドレッサ５０の下面（ドレッシング面）を研磨パッド２２に押し付け、この状態で変位測定器１１５はドレッサ５０の変位、すなわち研磨パッド２２の変形量を測定する。弾性率決定部１１７は、ドレッサ５０の変位とドレッサ５０の荷重とから上述のようにして研磨パッド２２の弾性率を算出する。図１１に示す例と同じように、ドレッサアーム５５の撓み量と、ドレッサ５０の研磨パッド２２に対する荷重との関係を示す補正データを用いて、ドレッサ５０の変位の測定値を補正してもよい。研磨パッド２２のドレッシング処理は、通常、研磨前（ウェハの研磨と次のウェハの研磨の間）に行われるので、ドレッシング処理後に、引き続いてドレッサ５０を研磨パッド２２に押し付けてドレッサ５０の変位を測定することが望ましい。

【0071】

図２０は、弾性率測定器１１０のさらに他の例を示す図である。この例の弾性率測定器１１０は、研磨パッド２２に接触する距離センサ１２７と、この距離センサ１２７を研磨パッド２２に押し付けるアクチュエータとしてのエアシリンダ１１４と、距離センサ１２７の変位および距離センサ１２７の研磨パッド２２に対する荷重から研磨パッド２２の弾性率を決定する弾性率決定部１１７とを備えている。この例では、距離センサ１２７は、研磨パッド２２に接触する接触子としても機能する。エアシリンダ１１４は、研磨パッド２２の上方に配置された支持アーム１２０に固定されており、この支持アーム１２０は研磨テーブル１２の外側に設置された支持軸１２１に固定されている。支持アーム１２０に代えて、ドレッサアーム５５にエアシリンダ１１４を固定してもよい。

【0072】

エアシリンダ１１４は、圧力レギュレータ１２３を経由して圧縮気体供給源１２５に接続されている。圧力レギュレータ１２３は、圧縮気体供給源１２５から供給される圧縮気体の圧力を調整し、圧力調整された圧縮気体をエアシリンダ１１４に送るようになっている。弾性率決定部１１７は、圧縮気体の所定の目標圧力値を圧力レギュレータ１２３に送信し、圧力レギュレータ１２３は、エアシリンダ１１４に送られる圧縮気体の圧力がこの目標圧力値に維持されるように動作する。距離センサ１２７から研磨パッド２２に与えられる荷重は、目標圧力値とエアシリンダ１１４の受圧面積とから算出することができる。

【0073】

距離センサ１２７は、この距離センサ１２７と研磨テーブル１２との距離を測定する。距離センサ１２７を研磨パッド２２に押し付けたときの距離センサ１２７の変位（すなわち、研磨パッド２２の変形量）は、距離センサ１２７と研磨テーブル１２との距離の変化量である。距離センサ１２７に押されているときの研磨パッド２２は、距離センサ１２７と研磨テーブル１２との間に挟まれているので、距離センサ１２７と研磨テーブル１２との距離の変化から、研磨パッド２２を押したときの距離センサ１２７の変位を求めることができる。より具体的には、距離センサ１２７が実質的に荷重０で研磨パッド２２に接触しているときの距離センサ１２７と研磨テーブル１２との第１の距離を測定し、距離センサ１２７が０よりも大きい所定の荷重で研磨パッド２２を押しているときの距離センサ１２７と研磨テーブル１２との第２の距離を測定し、第１の距離から第２の距離を引き算することにより、距離センサ１２７の変位、すなわち研磨パッド２２の変形量を算出することができる。上記第１の距離を研磨パッド２２の直径方向に並んだ複数の点で測定することにより、研磨パッド２２のプロファイルを取得することができる。

【0074】

距離センサ１２７としては、超音波センサなどの非接触タイプの距離センサが使用される。研磨テーブル１２の上面が金属から構成されている場合には、距離センサ１２７として渦電流センサを用いることができる。

【0075】

図２１は、図２０に示す弾性率測定器１１０の変形例を示す図である。この例では、先端にローラ１１２が回転自在に取付けられた接触子１１１が用いられており、このローラ１１２が研磨パッド２２に接触するようになっている。距離センサ１２７は接触子１１１に連結されており、距離センサ１２７と接触子１１１とは一体に上下方向に移動可能となっている。距離センサ１２７は、研磨パッド２２の表面に対向して配置されており、研磨パッド２２の表面から離間して配置されている。

【0076】

接触子１１１のローラ１１２がエアシリンダ１１４によって研磨パッド２２に押し付けられると、距離センサ１２７は接触子１１１と一体に研磨パッド２２に向かって移動する。したがって、図２０に示す例と同じように、距離センサ１２７によって、接触子１１１の変位、すなわち研磨パッド２２の変形量を測定することができる。この例では、ローラ１１２が研磨パッド２２に転がり接触するので、距離センサ１２７および研磨パッド２２の損傷が防止される。

【0077】

図２２は、弾性率測定器１１０のさらに他の例を示す図である。この例では、鋼球１３１を所定の位置から研磨パッド２２上に落とし、その跳ね返り高さから研磨パッド２２の弾性率を測定する。すなわち、弾性率測定器１１０は、鋼球１３１と、鋼球１３１を研磨パッド２２の表面に案内するガイド管１３２と、鋼球１３１の跳ね返り高さを測定する距離センサ１３３と、跳ね返り高さの測定値から研磨パッド２２の弾性率を決定する弾性率決定部１１７とを備えている。ガイド管１３２および距離センサ１３３は、支持アーム１２０に固定されている。支持アーム１２０に代えて、ドレッサアーム５５にガイド管１３２および距離センサ１３３を固定してもよい。

【0078】

弾性率決定部１１７には、跳ね返り高さと研磨パッド２２の弾性率との関係を示す弾性率データが予め記憶されている。したがって、弾性率決定部１１７は、距離センサ１３３から送られてきた跳ね返り高さの測定値と、弾性率データとから研磨パッド２２の弾性率を決定することができる。

【0079】

図８乃至図２２に示す弾性率測定器１１０は、研磨パッド２２に接触することで研磨パッド２２の弾性率を測定する接触タイプの弾性率測定器である。これに代えて、研磨パッド２２に接触することなく研磨パッド２２の弾性率を測定する非接触タイプの弾性率測定器１１０を用いてもよい。非接触タイプの弾性率測定器１１０は、研磨パッド２２との接触に起因する粉塵を発生させないので、ウェハの研磨中での測定に好適に使用できる。

【0080】

図２３は、非接触タイプの弾性率測定器１１０を示す模式図である。この弾性率測定器１１０は、研磨パッド２２に加圧気体を吹き付けて研磨パッド２２に窪みを形成するブロア１３５と、その窪みの深さを測定する距離センサ１３６と、窪みの深さの測定値から研磨パッド２２の弾性率を決定する弾性率決定部１１７とを有している。距離センサ１３６としては、レーザ式距離センサなどの非接触タイプの距離センサが使用される。ブロア１３５および距離センサ１３６は、支持アーム１２０に固定されている。支持アーム１２０に代えて、ドレッサアーム５５にブロア１３５および距離センサ１３６を固定してもよい。

【0081】

ブロア１３５は、流量調整弁１３７を経由して圧縮気体供給源１２５に接続されている。流量調整弁１３７は、圧縮気体供給源１２５からブロア１３５に供給される圧縮気体の流量を調整するようになっている。弾性率決定部１１７は、圧縮気体の所定の目標流量値を流量調整弁１３７に送信し、流量調整弁１３７は、この目標流量値に従って圧縮気体の流量を制御する。

【0082】

弾性率決定部１１７は、研磨パッド２２の窪みの深さ（すなわち研磨パッド２２の変形量）と研磨パッド２２の弾性率との関係を示す弾性率データを予め格納している。弾性率決定部１１７は、距離センサ１３６によって取得された窪み深さの測定値と、弾性率データとから、研磨パッド２２の弾性率を決定する。この弾性率測定器１１０は、研磨パッド２２に接触することなく研磨パッド２２の弾性率を測定することが可能である。したがって、この非接触タイプの弾性率測定器１１０を用いることにより、ウェハに傷（スクラッチ）を付けることなく研磨パッド２２の弾性率を測定することができる。

【0083】

研磨パッド２２の表面、すなわち研磨面２２ａは、ドレッサ５０によってドレッシングされた結果、図２４に示すように微小な凹凸を有している。この研磨面２２ａの凹凸は、研磨パッド２２の表面と内部とでその弾性率に差異を生じさせる。上述したように、ウェハの研磨結果は、研磨パッド２２の弾性率に影響される。特に、ウェハの周縁部のプロファイルは、研磨パッド２２の表面の弾性率に大きく影響される。そこで、次の実施形態は、この研磨パッド２２の表面の弾性率を測定する方法を提供する。

【0084】

図２５は、弾性率測定器の他の例を示す模式図である。特に説明しない構成は、図８に示す構成と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態の弾性率測定器１１０は、研磨パッド２２に接触する接触子１１１と、接触子１１１を研磨パッド２２に対して押し付けるアクチュエータとしてエアシリンダ１１４と、接触子１１１の変位を測定する変位測定器１１５と、接触子１１１から研磨パッド２２に加えられる荷重を測定する荷重測定器としてのロードセル１５０と、接触子１１１の変位および接触子１１１の研磨パッド２２に対する荷重から研磨パッド２２の弾性率を決定する弾性率決定部１１７とを備えている。

【0085】

エアシリンダ１１４は、研磨パッド２２の上方に配置された支持アーム１２０に固定されており、この支持アーム１２０は研磨テーブル１２の外側に設置された支持軸１２１に固定されている。支持アーム１２０に代えて、ドレッサアーム５５にエアシリンダ１１４を固定してもよい。接触子１１１は、シャフト１５１の下端に固定されており、ロードセル１５０はシャフト１５１の上端に固定されている。ロードセル１５０は、シャフト１５１とエアシリンダ１１４のロッドとの間に配置されている。したがって、エアシリンダ１１４によって発生された下向きの力は、ロードセル１５０およびシャフト１５１を介して接触子１１１に伝えられる。接触子１１１は、円形の下面を有しており、この下面が研磨パッド２２の研磨面２２ａに接触する。接触子１１１の下面は、四角形など、円形以外の形状であってもよい。接触子１１１から研磨パッド２２に加えられる荷重は、ロードセル１５０によって測定される。

【0086】

変位測定器１１５は支持アーム１２０に連結されており、変位測定器１１５の上下方向の位置は固定されている。変位測定器１１５は、支持アーム１２０に対する接触子１１１の相対的な位置を測定する。なお、図８に示すように、変位測定器１１５を接触子１１１に連結して、変位測定器１１５自身が接触子１１１と一体に上下方向に移動可能としてもよい。

【0087】

接触子１１１が研磨パッド２２の研磨面２２ａを押し付けると、図２６に示すように、まず、研磨面２２ａの凹凸のうちの凸部が接触子１１１の下面によって押しつぶされる。凸部が押しつぶされた後は、研磨パッド２２の全体がその厚さ方向に圧縮される。図２７は、接触子１１１の荷重と変位との関係を示すグラフである。図２７から分かるように、単位荷重あたりの変位の増加（以下、これを変位レートという）は、研磨面２２ａの凸部が押しつぶされたときの荷重Ｌ３の前後で大きく変化する。すなわち、接触子１１１が研磨パッド２２に接触してから研磨面２２ａの凸部が押しつぶされるまでの変位レートは高く、凸部が押しつぶされた後の変位レートは低い。したがって、変位レートの変化から、研磨面２２ａの凸部が押しつぶされたことを検出することができる。

【0088】

本明細書では、研磨パッド２２の表面の弾性率は、接触子１１１が研磨パッド２２に接触してから研磨面２２ａの凸部が押しつぶされるまでに取得された接触子１１１の荷重と変位から算出された弾性率をいう。弾性率決定部１１７は、変位レートが低下して所定のしきい値に達したときの接触子１１１の荷重と変位を決定し、決定された荷重と変位とから研磨パッド２２の表面の弾性率を算出する。変位レートは、弾性率の逆数であるから、弾性率決定部１１７は、単位荷重ごとに弾性率を算出し、弾性率が増加して所定のしきい値に達したときの接触子１１１の荷重と変位を決定し、決定された荷重と変位とから研磨パッド２２の表面の弾性率を算出してもよい。

【0089】

図２８は、図２５に示す弾性率測定器の変形例を示す模式図である。研磨パッド２２の研磨面２２ａに形成されている凹凸のサイズはμｍオーダーであるため、接触子１１１の研磨面２２ａへの押し付けは精度よく行わなければならない。図２８に示す弾性率測定器は、研磨面２２ａに対する接触子１１１の押付力をより精密に調整することができるように構成されている。特に説明しない図２８の構成は、図２５の構成と同じである。

【0090】

図２８に示すように、ロードセル１５０は、接触子１１１を研磨パッド２２に対して押し付けるアクチュエータとしてエアシリンダ１５８に連結されている。このエアシリンダ１５８のシリンダ部とピストン部とが互いに摺接する部分には低摩擦材料が使用されており、エアシリンダ１５８のピストンロッドは気体の圧力を受けて滑らかに動くことが可能となっている。エアシリンダ１５８は、電空レギュレータ１５９を経由して圧縮気体供給源１２５に接続されている。

【0091】

エアシリンダ１５８は、接触子１１１を所定の位置にまで移動させる接触子移動機構としてのエアシリンダ１６０に連結されている。このエアシリンダ１６０も圧縮気体供給源１２５に接続されているが、エアシリンダ１６０と圧縮気体供給源１２５との間には電空レギュレータは配置されていない。エアシリンダ１６０は、エアシリンダ１５８、ロードセル１５０、および接触子１１１を一体に所定の位置まで移動させる。この所定の位置では、接触子１１１は研磨パッド２２には接触しない。この状態で、電空レギュレータ１５９によって制御された圧力の気体（例えば空気）がエアシリンダ１５８に供給され、エアシリンダ１５８は接触子１１１を研磨パッド２２に押し付ける。このように、接触子１１１の鉛直方向の移動はエアシリンダ１６０によって行われ、接触子１１１の押し付けはエアシリンダ１５８によって行われる。接触子移動機構として、エアシリンダ１６０に代えて、ボールねじとサーボモータとの組み合わせを使用してもよい。

【0092】

図２９は、図２５に示す弾性率測定器の他の変形例を示す模式図である。この弾性率測定器は、エアシリンダ１５８に代えて、圧電素子（ピエゾ素子）１６３が使用されている。圧電素子１６３は電源１６５に接続されており、電源１６５によって可変電圧が圧電素子１６３に印加されるようになっている。圧電素子１６３は、印加される電圧に応じて変形する素子であり、その変形量はμｍオーダーである。よって、圧電素子１６３は、接触子１１１の押付力を精密に調整することができる。この例では、接触子１１１の鉛直方向の移動はエアシリンダ１６０によって行われ、接触子１１１の押し付けは圧電素子１６３によって行われる。

【0093】

図３０は、図２５に示す弾性率測定器のさらに他の変形例を示す模式図である。この弾性率測定器は、接触子１１１を研磨パッド２２に対して押し付けるアクチュエータ、および接触子１１１を移動させる接触子移動機構として、ボールねじ１７０およびサーボモータ１７１の組み合わせが使用されている。ボールねじ１７０は、ねじ軸１７０ａと、このねじ軸１７０ａが螺合するナット１７０ｂとを備えている。ナット１７０ｂは、ロードセル１５０に連結されている。さらに、ナット１７０ｂは、鉛直方向に延びるリニアガイドレール１７４によって上下動可能に支持されている。

【0094】

サーボモータ１７１は、支持アーム１２０に固定されている。サーボモータ１７１にはモータドライバ１７５が接続されている。このモータドライバ１７５は弾性率決定部１１７からの指令を受けて動作し、サーボモータ１７１を駆動する。ボールねじ１７０およびサーボモータ１７１の組み合わせは、μｍオーダーで接触子１１１を鉛直方向に移動させることが可能である。よって、ボールねじ１７０およびサーボモータ１７１の組み合わせは、接触子１１１の押付力を精密に調整することができる。

【0095】

図１５に示すように、研磨パッド２２の研磨面２２ａに温度調整媒体を接触させる場合、研磨パッド２２の表面の弾性率が変わりやすい。したがって、図２５乃至図３０に示す弾性率測定器１１０は、図１５に示す媒体接触機構１４０と組み合わせることが好ましい。

【0096】

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

【符号の説明】

【0097】

１２ 研磨テーブル
１２ａ テーブル軸
１４，５８ 支軸
１６ トップリングアーム
１８ トップリングシャフト
２０ トップリング
２２ 研磨パッド
２２ａ 研磨面
２４ 昇降機構
２５ ロータリージョイント
２８ ブリッジ
２９，５７ 支持台
３０，５６ 支柱
３２ ボールねじ
３２ａ ねじ軸
３２ｂ ナット
３８ ＡＣサーボモータ
４０ ドレッシングユニット
４７ 研磨条件調整部
５０ ドレッサ
５０ａ ドレッシング面
５１ ドレッサシャフト
５３ エアシリンダ
５５ ドレッサアーム
７０ テーブルモータ
８０ 自由継手
８１ トップリング本体
８２ リテーナリング
８６ メンブレン
８７ チャッキングプレート
８９ ローリングダイヤフラム
１００ 圧力調整部
１１０ 弾性率測定器
１１１ 接触子
１１２ ローラ
１１４ エアシリンダ
１１５ 変位測定器
１１７ 弾性率決定部
１２０ 支持アーム
１２１ 支持軸
１２３ 圧力レギュレータ
１２５ 圧縮気体供給源
１２７ 距離センサ
１３１ 鋼球
１３２ ガイド管
１３３ 距離センサ
１３５ ブロア
１３６ 距離センサ
１４０ 媒体接触機構
１４１ 媒体供給ノズル
１４３ 媒体供給源
１４５ 流量制御弁
Ｃ１〜Ｃ６ 圧力室
Ｆ１〜Ｆ６ 流体路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】