JP2001054865A - 研磨工具の修正・成形方法および研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ウェーハの研磨除去量の均一性を向上させるこ
とができる研磨工具の修正・成形方法および研磨方法を
提供する。 【解決手段】実加工中のウェーハに対する研磨工具の押
し付け量を予め検出しておき、ウェーハに代えて研磨工
具の研磨面を修正・成形するための研磨面を有する修正
・成形用工具をウェーハテーブルにローディングし（ス
テップＳ１１）、上記の検出した押し付け量で研磨工具
の研磨面に押し付け（ステップＳ１７）、Ｘ軸方向に移
動させ（ステップＳ１８）、研磨工具の研磨面を修正・
成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、シリコン
ウェハなどの半導体基板または半導体基板上に形成され
た層間絶縁膜等の平坦面を有するウェーハの表面を化学
的機械研磨法により研磨する研磨方法およびこの研磨方
法に用いる研磨工具の修正・成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の高集積化、多層配線化が進
むにつれて、半導体装置の製造工程では、各種層間絶縁
膜あるいはその他の膜の平坦化が重要となっている。平
坦化のための技術としては、種々の手段が提案されてい
るが、近年、シリコンウェハのミラーポリシング技術を
応用したＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing：化学
的機械研磨）法が注目され、これを利用して平坦化を図
る方法が開発されている。従来のＣＭＰ法を用いた研磨
装置の一例を図１８に示す。図１８に示す研磨装置３０
１は、リング状の研磨工具３０２を回転させる主軸スピ
ンドル３０３と、ウェハＷを保持するテーブル３０４と
を有する。テーブル３０４は、レール３０５に沿ってＸ
軸方向に移動自在に設けられたスライダ３０６の上に回
転自在に装着してあり、たとえば、モータ、プーリ、ベ
ルト等によって構成される回転駆動手段によって回転駆
動される。主軸スピンドル３０３は、Ｚ軸方向に移動自
在に保持されており、図示しない駆動機構によってＺ軸
方向の目標位置に位置決めされる。上記構成の研磨装置
３０１では、まず、ウェハＷが所定の回転数で回転さ
れ、ウェハＷ上に研磨剤である、たとえば、酸化シリコ
ンおよび水酸化カリウムの水溶液からなるスラリが図示
しないスラリ供給装置からウェハＷ上に連続的に供給さ
れる。次に、研磨工具３０２が所定の回転数で回転さ
れ、研磨工具３０２がウェハＷの外周部に接触する位置
に位置するように、ウェハＷおよび研磨工具３０２がＸ
軸およびＺ軸方向に位置決めされる。研磨工具３０２は
ウェハＷに対して所定の切り込み量となるようにＺ軸方
向に位置決めされ、これにより、研磨工具３０２とウェ
ハＷとの間には所定の加工圧力が発生する。この状態
で、ウェハＷが所定の速度パターンでＸ軸方向に移動さ
れ、研磨工具３０２の扇状の領域がウェハＷに摺接しな
がらウェハＷの研磨加工が行われウェハＷが平坦化され
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような構成の研
磨装置３０１では、たとえば、被研磨対象であるウェハ
Ｗの研磨による除去量は、ウェハ全面においてできるだ
け均一であることが要求される。このため、Ｘ軸の速度
パターンを除去量がウェハ全面で均一になるようにあら
かじめシミュレートされた速度パターンとして研磨加工
を行っていた。しかしながら、実際の加工では、ウェー
ハＷの研磨による除去量の均一性が崩れ、Ｘ軸の速度パ
ターンを再度補正することが必要になる。また、Ｘ軸の
速度パターンを補正して加工条件を最適化し、この状態
で加工していくと、初期の良好な均一な加工状態から加
工枚数の増加に伴い除去量の均一性が徐々に崩れていく
ため、再度、Ｘ軸の速度パターンを補正する必要があ
る。さらに、ウェーハＷに形成された膜の種類や配線パ
ターンの疎密により研磨レートが極端に違う場合、補正
したＸ軸の速度パターンの効果が異なりウェーハＷの除
去量の均一性が崩れるため、その都度加工条件の変更が
必要になり、加工条件の設定に長時間を要する。

【０００４】上述のようなウェーハＷの加工除去量の均
一性の崩れの発生原因は、たとえば、研磨工具３０２の
研磨面のウェーハＷに対する実効的な作用領域が変化す
ることが一因と考えられる。研磨工具３０２の研磨面の
コンディショニングには、たとえば、研磨工具３０２の
研磨面の形状を真の形状、寸法に成形するツルーイング
(Truing)と、研磨工具３０２の研磨面を切れの良い表面
状態に修正するドレッシング(Dressing)とがある。ツル
ーイングは、主に、研磨工具３０２の交換時や研磨工具
３０２を長期間使用しなかった場合に行われ、研磨工具
３０２の初期成形誤差や組付け誤差などを機上で完全に
なくすため、たとえば、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度の
比較的大きい除去量が必要になる。ドレッシングは、た
とえば、ウェーハの枚葉毎、あるいは１０枚毎、２５枚
毎、１００枚毎に行われ、２〜１０μｍ程度の除去量で
研磨工具３０２の研磨面の研磨によって目詰まり、摩滅
を起こした層を除去する。

【０００５】従来において、たとえば、図１９（ａ）に
示すように、たとえば、ダイアモンドバイトなどの切削
工具３１０を備えた切削装置に研磨工具３０２を装着
し、回転する研磨工具３０２に対して切削工具３１０を
移動させて研磨面のツルーイングおよびドレッシングを
行っていた。このような方法によって研磨工具３０２の
研磨面のツルーイングまたはドレッシングが行われる
と、研磨工具３０２にかかる負荷は小さく、切削装置の
静的精度が研磨工具３０２の研磨面にそのまま再現され
る。切削された状態の研磨工具３０２が無負荷状態でウ
ェーハＷと接触すると、研磨工具３０２のウェーハＷに
対する実効的な作用領域は、たとえば、図１９（ａ）に
示すように、幾何学的には半径方向の直線状の領域Ｒ１
となる。一方、研磨工具３０２によるウェーハＷの実際
の研磨加工中には、研磨工具３０２をウェーハＷに対し
て押し付けるための大きな負荷（加工圧力Ｆ）をかける
ため、研磨加工の初期段階では、リング状の研磨工具３
０２の内周側がウェーハＷに強く接し、研磨工具３０２
のウェーハＷに対する実効的な作用領域は、たとえば、
図１９（ｂ）に示すように、三日月形の領域Ｒ２とな
る。この状態で研磨加工が継続して行われると、経時的
に、研磨工具３０２は摩耗し、研磨面の形状が変化し、
研磨工具３０２のウェーハＷに対する実効的な作用領域
は、たとえば、図１９（ｃ）に示すような扇形状の領域
Ｒ３のように変化する。このように研磨工具３０２の実
効的な作用エリアの形状や面積が研磨工具３０２の摩耗
にしたがって変化すると、ウェーハＷの同一半径上で計
算された研磨量が加工時間の差によりその部分の加工量
誤差となり、上述したウェーハＷの除去量の均一性を悪
化させる一因となっている。

【０００６】本発明は、上述の問題に鑑みてなされたも
のであって、研磨工具の研磨面のウェーハに対する実効
的な作用エリアの形状や面積の変化を抑制し、ウェーハ
の研磨除去量の均一性を向上させることができる研磨工
具の修正・成形方法および研磨方法を提供することを目
的する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の研磨工具の修正
・成形方法は、ウェーハと前記ウェーハに対向する研磨
工具の研磨面とを押し付けながら相対移動させることに
より前記ウェーハを平坦化研磨する研磨装置における前
記研磨工具の研磨面を修正・成形する研磨工具の修正・
成形方法であって、実加工中の前記ウェーハに対する研
磨工具の押し付け量を予め検出しておき、前記ウェーハ
に代えて研磨工具の研磨面を修正・成形するための研磨
面を有する修正・成形用工具を前記検出した押し付け量
で前記研磨工具の研磨面に押し付けながら相対移動さ
せ、前記研磨工具の研磨面を修正・成形する。

【０００８】前記研磨装置は、研磨面を有する研磨工具
と、前記研磨工具を保持し所定軸を中心に回転させる研
磨工具回転保持手段と、ウェーハを保持し所定の回転軸
を中心に回転させるウェーハテーブルと、前記ウェーハ
テーブルを前記研磨工具回転保持手段に対して所定の平
面に沿って移動させるテーブル移動手段と、前記研磨工
具回転保持手段を前記研磨工具と前記ウェーハとの対向
方向に移動自在に保持するスライダと、前記スライダを
前記対向方向の目標位置に移動位置決めする移動位置決
め手段と、前記スライダを前記対向方向に指定された押
圧力で押圧する押圧手段と、前記研磨工具の研磨面の前
記ウェーハの被研磨面に対する相対的な押圧力に応じて
前記研磨工具に作用する回転トルクを検出する回転トル
ク検出手段とを有し、前記実加工中の前記ウェーハに対
する研磨工具の押し付け量を、当該加工中の前記研磨工
具の前記ウェーハに対する移動位置決め手段による移動
位置および前記押圧手段の押圧力から特定し、前記研磨
工具を前記修正・成形用工具に対して前記移動位置に移
動し、かつ、前記押圧力と同じ押圧力を前記押圧手段か
ら発生させて前記研磨工具の研磨面の修正・成形を行
う。

【０００９】前記研磨装置は、前記移動位置決め手段の
可動部と前記スライダとを連結し、当該スライダと可動
部との距離に応じた力を発生する弾性連結機構をさらに
有し、前記研磨工具を前記ウェーハと接触する原点位置
から所定の押し込み量だけ移動位置決めした後、前記ス
ライダを前記押圧手段で押圧して前記弾性連結機構に弾
性変形を生じさせながら前記研磨工具の研磨面の修正・
成形を行う。

【００１０】前記実加工中の前記ウェーハに対する研磨
工具の押し付け量は、前記研磨工具を前記ウェーハに対
して押し込んだ所定の押し込み量と、当該状態における
前記回転トルク検出手段の検出する回転トルクが所定の
値になるように前記押圧手段に発生させた押圧力とから
特定する。

【００１１】前記研磨工具を前記ウェーハと接触する原
点位置から所定の押し込み量だけ移動位置決めした後、
当該状態における前記回転トルク検出手段の検出する回
転トルクが所定の値になるように前記押圧手段に発生さ
せた押圧力で、前記研磨工具を前記修正・成形用工具に
対して押し付けて前記研磨工具の研磨面の修正・成形を
行う。

【００１２】回転トルク検出手段は、前記研磨工具回転
保持手段の有する主軸モータの駆動トルクから回転トル
クを検出する。

【００１３】前記修正・成形用工具には、ダイヤモンド
砥粒が電着された研磨面を有するウェーハと同形の円板
状の工具を用いる。

【００１４】本発明の研磨方法は、ウェーハの被研磨面
と前記ウェーハに対向して保持された研磨工具の研磨面
とを押し付けながら相対移動させることにより前記ウェ
ーハの被研磨面を平坦化研磨する研磨方法であって、前
記ウェーハに対して研磨工具を所定の押し付け量で押し
付けて前記ウェーハを加工する工程と、前記ウェーハに
代えて前記研磨工具の研磨面を修正・成形するための研
磨面を有する修正・成形用工具をウェーハテーブルに装
着し、前記押し付け量で前記研磨工具の研磨面と前記修
正・成形用工具の研磨面とを相対的に押し付けながら前
記研磨工具の研磨面を修正・成形する工程と、前記修正
・成形用工具に代えて未加工のウェーハを前記ウェーハ
テーブルに装着し平坦化研磨する工程とを有する。

【００１５】前記研磨装置は、研磨面を有する研磨工具
と、前記研磨工具を保持し所定軸を中心に回転させる研
磨工具回転保持手段と、ウェーハを保持し所定の回転軸
を中心に回転させるウェーハテーブルと、前記ウェーハ
テーブルを前記研磨工具回転保持手段に対して所定の平
面に沿って移動させるテーブル移動手段と、前記研磨工
具回転保持手段を前記研磨工具と前記ウェーハとの対向
方向に移動自在に保持するスライダと、前記スライダを
前記対向方向の目標位置に移動位置決めする移動位置決
め手段と、前記スライダを前記対向方向に指定された押
圧力で押圧する押圧手段と、前記研磨工具の研磨面の前
記ウェーハの被研磨面に対する相対的な押圧力に応じて
前記研磨工具に作用する回転トルクを検出する回転トル
ク検出手段と、を有し、前記ウェーハを加工する工程
は、前記研磨工具を前記ウェーハに対して所定の押し込
み量で押し込み、かつ、前記回転トルク検出手段の検出
する回転トルクを所定の値にする押圧力を押圧手段に発
生させてウェーハを研磨し、前記研磨面を修正・成形す
る工程は、前記研磨工具を前記修正・成形用工具に対し
て前記所定の押し込み量で押し込み、かつ、前記押圧力
を押圧手段に発生させて前記研磨工具の研磨面を修正・
成形する。

【００１６】前記研磨装置は、前記移動位置決め手段の
可動部と前記スライダとを連結し、当該スライダと可動
部との距離に応じた力を発生する弾性連結機構をさらに
有し、前記ウェーハを加工する工程は、前記研磨工具を
前記ウェーハに接触する原点位置から所定の押し込み量
だけ移動位置決めした後、前記スライダを前記押圧手段
で押圧して前記弾性連結機構に弾性変形を生じさせる。

【００１７】前記ウェーハを加工する工程は、前記研磨
工具を前記ウェーハに接触する原点位置から所定の押し
込み量だけ移動位置決めし、当該状態における前記回転
トルク検出手段の検出する回転トルクを所定の値にする
押圧力を前記押圧手段に発生させてウェーハの研磨加工
を行い、前記研磨面を修正・成形する工程は、前記研磨
工具の研磨面を前記修正・成形用工具の研磨面に接触す
る原点位置から前記所定の押し込み量だけ位相位置決め
し、前記押圧力で押し付けて前記研磨工具の研磨面の修
正・成形を行う。

【００１８】回転トルク検出手段は、前記研磨工具回転
保持手段の有する主軸モータの駆動トルクから回転トル
クを検出する。

【００１９】前記研磨工具の研磨面を修正・成形する工
程は、前記研磨工具の研磨面をドレッシングする工程
と、前記研磨工具の研磨面をツルーイングする工程とか
らなり、前記研磨工具の研磨面をドレッシングする工程
は、前記研磨工具により前記ウェーハを所定数毎加工す
る毎に行う。

【００２０】本発明では、実加工中のウェーハに対する
研磨工具の押し付け量を予め検出しておき、修正・成形
用工具を検出した押し付け量で研磨工具の研磨面に押し
付けることにより、研磨工具の研磨面と修正・成形用工
具の研磨面との間で、実加工中のウェーハと研磨工具の
研磨面との間の接触状態が再現され、研磨工具の研磨面
はこの接触状態によって初期化成形され、あるいは修正
される。このようにして修正・成形された研磨工具を用
いてウェーハを研磨する際に、研磨工具に加工圧力を加
えても、ウェーハと研磨工具の研磨面との間の接触状態
は、修正・成形される前の研磨工具の研磨面と略同じ接
触状態となり、研磨加工を継続的に行っても、ウェーハ
と研磨工具の研磨面との間の接触による実効作用領域の
形状、面積の変化が少なくなり、接触状態が安定化され
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一
実施形態に係る研磨装置の構成を示す図であり、図２
（ａ）は図１に示す研磨装置を矢印Ａの方向から見た図
であり、図２（ｂ）は図１に示す研磨装置を矢印Ｂの方
向から見た図である。図１に示す研磨装置１は、研磨工
具３を保持し回転させ、研磨工具３をＺ軸方向に移動自
在に保持する研磨工具保持部２と、研磨工具保持部２を
Ｚ軸方向の目標位置に位置決めするＺ軸位置決め機構部
３１と、研磨工具保持部２とＺ軸位置決め機構部３１と
を連結する弾性連結機構部１１と、ウェーハＷを保持し
回転させ、Ｘ軸方向に移動させるＸ軸移動機構部５１
と、制御装置７１と、押圧力制御装置６１とを有する。

【００２２】回転駆動機構部２は、研磨工具３を回転自
在に保持する保持装置４と、研磨工具３を回転させる主
軸モータ５と、保持装置４を保持するＺ軸スライダ６
と、Ｚ軸スライダ６をＺ軸方向に移動自在に保持するガ
イドレール７と、Ｚ軸スライダ６と弾性連結機構部１１
とを連結する連結部材８とを有する。保持装置４は、内
部に主軸４ａを有しており、たとえば、この主軸４ａが
たとえば、保持装置４に内蔵されたベアリングによって
回転自在に保持されており、主軸４ａは、主軸モータ５
に接続されている。保持装置４内には、研磨剤としての
スラリーや純水をウェーハＷ上に供給する供給管が、た
とえば、主軸４ａ内に内蔵されている。

【００２３】研磨工具３は、リング状に形成されてお
り、研磨面もリング形状となっており、この研磨工具３
は主軸４ａの先端に固着されている。研磨工具３は、た
とえば、発泡ポリウレタンや、不織布等の研磨布や固定
砥粒等から構成することができる。

【００２４】Ｚ軸スライダ６は、保持装置４を連結保持
するとともに、ガイドレール７に嵌合するスライド部６
ａを有する。スライド部６ａは、たとえば、ローラベア
リングが内蔵されている。ガイドレール７は、図２
（ａ）に示すように、Ｚ軸方向に沿って平行に２本設け
られており、これらのガイドレール７は、図示しないコ
ラムに固定されている。連結部材８は、Ｚ軸スライダ６
に対してＸ軸方向に伸びており、Ｚ軸スライダ６と弾性
連結機構１１とを連結している。

【００２５】Ｚ軸位置決め機構部３１は、Ｚ軸サーボモ
ータ３５と、Ｚ軸サーボモータ３５に接続されたボール
ネジ軸３６と、ボールネジ軸３６が螺合するネジ部が形
成された可動部材３７と、可動部材３７と弾性連結機構
１１とを連結する連結部材３８とを有する。Ｚ軸サーボ
モータ３５は、上記の図示しないコラムに固定されてお
り、Ｚ軸サーボモータ３５に接続されたＺ軸サーボドラ
イバ７３から駆動電流が供給されて回転駆動される。ボ
ールネジ軸３６は、Ｚ軸方向方向に沿って設けられ、一
端がＺ軸サーボモータ３５に接続され、他端は、上記の
図示しないコラムに設けられた保持部材によって回転自
在に保持されている。可動部材３７は、ボールネジ軸３
６が螺合されるネジ部が形成されているとともに、図２
（ｂ）に示すように、連結部材３８を介して弾性連結機
構１１に連結されている。また、可動部材３７はボール
ネジ軸３６の回転によってＺ軸方向に移動する際に回転
しないように、図示しないガイドによって回転方向の運
動を規制されている。

【００２６】Ｘ軸移動機構５１は、ウェーハＷを保持す
るウェーハテーブル５２と、ウェーハテーブル５２を回
転自在に保持する保持装置５５と、ウェーハテーブル５
２を回転させる駆動力を供給する駆動モータ５４と、駆
動モータ５４と保持装置５５の回転軸とを連結するベル
ト５３と、駆動モータ５４および保持装置５５が設置さ
れたＸ軸スライダ５６と、図示しない架台に固定された
Ｘ軸サーボモータ５９と、Ｘ軸サーボモータ５９に接続
されたボールネジ軸５８と、Ｘ軸スライダ５６に連結さ
れボールネジ軸５８に螺合するネジ部が形成された可動
部材５７とを有する。

【００２７】上記構成のＸ軸移動機構５１は、駆動モー
タ５４を駆動することにより、ウェーハテーブル５２が
所定の回転数で回転し、Ｘ軸サーボモータ５９はＸ軸サ
ーボモータ５９に接続されたＸ軸サーボドライバ７４か
ら供給される駆動電流によって回転駆動し、Ｘ軸スライ
ダ５６がボールネジ５８および可動部材５７を介してＸ
軸方向に駆動する。

【００２８】図３は、弾性連結機構１１の構造を示す図
であって、図３（ａ）は側面図であり、図３（ｂ）は上
面図であり、図３（ｃ）は背面図である。図３に示すよ
うに、弾性連結機構１１は、上部板バネ部材１２と、下
部板バネ部材１３と、上部板バネ部材１２と下部板バネ
部材１３の両端部を平行に連結する連結部材１４とを有
する。上部板バネ部材１２および下部板バネ部材１３
は、所定の長さおよび厚さの矩形状の板材であり、所定
のバネ係数を有し、上部板バネ部材１２および下部板バ
ネ部材１３の両端部は、同じ高さの連結部材１４によっ
て連結され、上部板バネ部材１２と下部板バネ部材１３
とは平行になっている。上部板バネ部材１２の側部には
突出部１２ａが形成されており、この突出部１２ａには
後述するシリンダ装置３２が設けられている。下部板バ
ネ部材１３の側部にも突出部１３ａが形成されており、
突出部１３ａ上には、シリンダ装置３２のピストン部３
２ａが当接する当接座面１３ｂが形成されている。上部
板バネ部材１２は、連結部材３８を介して可動部材３７
に連結されており、下部板バネ部材１３は連結部材８に
よってＺ軸スライダ６と連結されている。

【００２９】上記構成の弾性連結機構１１では、研磨工
具３にウェーハＷから加工負荷Ｆがかかると、この加工
負荷ＦがＺ軸スライダ６を通じて図３（ａ）および図３
（ｃ）に示すように、下部板バネ部材１３に作用する。
加工負荷Ｆが下部板バネ部材１３に作用すると、弾性連
結機構１１をＺ軸上方に押し上げようとするため、加工
負荷Ｆの大きさに応じたたわみ量で下部板バネ部材１３
は点線で示すように上側に凸にたわむ。弾性連結機構１
１にＺ軸上方に押し上げようとする力が作用すると、上
部板バネ部材１２は可動部材３７が固定されているた
め、下側に凸にたわむ。弾性連結機構１１は、このよう
な作用により、Ｚ軸スライダ６と可動部材３７との間に
弾性を付与しており、Ｚ軸スライダ６のＺ軸方向の移動
を許容している。

【００３０】弾性連結機構１１の剛性（弾性）は、たと
えば、上部板バネ部材１２と下部板バネ部材１３とを連
結する各連結部材１４の間隔（板バネ部材の長さ方向の
スパン）、すなわち、連結位置を変更することにより、
任意の剛性に設定することができる。また、上部板バネ
部材１２および下部板バネ部材１３の長さを調整した
り、上部板バネ部材１２および下部板バネ部材１３の厚
さを調整することによっても可能である。

【００３１】上記構成の弾性連結機構１１は、ウェーハ
ＷのもつＴＴＶ(Total Thickness Variation: ウェーハ
面内の厚さバラツキ) によって研磨工具３とウェーハＷ
との間の加工圧力の変動を弾性連結機構１１のバネ特性
によってある程度吸収することによって、研磨工具３の
研磨による除去量が加工圧力の変動によってばらつくの
を抑制する役割を果たす。図４に、研磨工具３のウェー
ハＷに対するＺ軸方向の切り込み量と、実際の加工除去
量との関係を示す。図４の実線からわかるように、加
工除去量は研磨工具３のウェーハＷに対するＺ軸方向の
切り込み量に比例するのがわかる。すなわち、Ｚ軸にあ
る研磨工具３とウェーハテーブル５５にチャッキングさ
れたウェーハＷの間の機械的な閉ループは剛体ではなく
ある一定の剛性をもつばねであると考えると、加工除去
量は研磨工具３のＺ軸方向の切り込み量によって発生す
る研磨工具３とウェーハＷとの間の加工圧力に比例して
いるといえる。このため、弾性連結機構１１のバネの剛
性を研磨工具３とウェーハＷとの間に存在するバネの剛
性より低い（小さい）ものとすると、加工除去量は、図
４の点線のように直線の傾きが小さくなる。図４に示
す点線の傾きが小さいほど、すなわち、弾性連結機構
１１のバネの剛性が低いほど、ウェーハＷのもつＴＴＶ
によって発生する加工除去量のばらつきが抑制される。
弾性連結機構１１の剛性は、ウェーハＷの有するＴＴＶ
によって発生する加工除去量のばらつきの範囲を所定の
範囲に収める値のうちの最大値とすることにより、加工
除去量のばらつきを抑制するとともに、除去効率の低下
を防ぐことができる。

【００３２】シリンダ装置３２は、弾性連結機構１１の
上部板バネ部材１２に設けられており、所定のストロー
クで移動可能なピストン部３２ａを内蔵しており、この
ピストン部３２ａが下部板バネ部材１３に形成された当
接座面１３ｂを押圧可能になっている。シリンダ装置３
２は、圧縮空気によって駆動され、ピストン部３２ａの
移動可能なストロークは、たとえば、±１００μｍ程度
である。シリンダ装置３２は、電空レギュレータＲ1 に
接続されており、電空レギュレータＲ1 から圧力が調整
された圧縮空気が供給され、たとえば、図５に示すよう
に、圧縮空気の空気圧に比例した押圧力を発生する。シ
リンダ装置３２のピストン部３２ａが下部板バネ部材１
３を押圧することにより、下部板バネ部材１３に連結さ
れたＺ軸スライダ６がＺ軸の下方に向けて押圧され、研
磨工具３がウェーハＷに押圧される。

【００３３】図６はシリンダ装置が設けられた弾性連結
機構の他の構造例である。図６に示す弾性連結機構１５
０は、２枚の上部板バネ部材１５１と、２枚の板バネ部
材１５２と、各上部板バネ部材１５１および下部板バネ
部材１５２の一端を連結する連結部材１５３とを有して
いる。各上部板バネ部材１５１の他端部の下面には、ボ
ールネジ３６が螺合するネジ部が形成された可動部材３
７がボルトによって固定されている。各下部板バネ部材
１５２の他端部の上面には、Ｚ軸スライダ６と連結する
ための連結部材８がボルトによって固定されている。連
結部材８には、ボールネジ３６および可動部材３７が挿
入される貫通孔８ａが形成されている。各上部板バネ部
材１５１の下面には、上記したシリンダ装置３２がボル
ト１５５によって固定されており、シリンダ装置３２の
ピストン部３２ａは各下部板バネ部材１５２の上面に形
成された当接座面１５２ａを押圧可能となっている。

【００３４】上記構成の弾性連結機構１５０では、上部
板バネ部材１５１は下部板バネ部材１５２よりも板厚が
厚く、剛性が高い構成となっており、下部板バネ部材１
５２が主に撓む構成となっている。上記構成の弾性連結
機構１５０によれば、ボールネジ３６の左右対称な位置
にそれぞれシリンダ装置３２を設けているため、ボール
ネジ３６に関して対称にＺ軸スライダ６を押圧し、研磨
工具３はウェーハＷを均等に押圧することができる。

【００３５】制御装置７１は、Ｚ軸サーボドライバ７３
に対してＺ軸サーボモータの回転位置及び回転速度を指
令する制御指令７３ｓを出力する。Ｚ軸サーボドライバ
７３は、制御装置７１からの制御指令７３ｓに基づい
て、Ｚ軸サーボモータ３５の位置決め制御を行う。これ
により、研磨工具３のウェーハＷに対するＺ軸方向の目
標位置への位置決めが行われる。また、制御装置７１
は、Ｘ軸サーボドライバ７４に対して、Ｘ軸サーボモー
タ５９の回転位置及び回転速度を指令する制御指令７４
ｓを出力する。Ｘ軸サーボドライバ７４は、制御指令７
４ｓに基づいて、Ｘ軸サーボモータ５９の回転位置及び
回転速度を制御する。これにより、研磨工具３に対する
位置に応じてウェーハテーブル５２を所望の速度で移動
させることができる。また、制御装置７１は、主軸モー
タドライバ７２に対して、主軸モータ５の回転速度を指
令する制御指令７２ｓを出力する。主軸モータドライバ
７２は、制御指令７２ｓに基づいて、主軸モータ５を所
定の回転速度に駆動制御する。これにより、研磨工具３
を所定の回転速度に駆動することができる。主軸モータ
ドライバ７２は、主軸モータ５を駆動する駆動電流から
換算して主軸モータ５に発生する回転トルクを算出し
て、回転トルク信号Ｔｒとして出力する。

【００３６】エア供給装置８１は、所定の圧力の圧縮空
気を電空レギュレータＲ1 に供給する装置である。電空
レギュレータＲ1 は、エア供給装置８１から所定圧力の
圧縮空気が供給され、この圧縮空気の圧力を押圧力制御
装置６１からの入力信号の大きさに比例した圧力に調整
してシリンダ装置３５に出力する圧力調整弁である。電
空レギュレータＲ1 には、たとえば、キーエンス社製の
商品名”ＩＴＶ２０００シリーズ”を使用することがで
きる。

【００３７】押圧力制御装置６１は、主軸モータドライ
バ７２から出力される回転トルク信号Ｔｒに基づいて、
研磨工具３の研磨面のウェーハＷの被研磨面に対する押
圧力を所定の値にする押圧力をシリンダ装置３２に発生
させる制御指令６１ｓを電空レギュレータＲ1 に出力す
る。また、押圧力制御装置６１は、後述するように、ウ
ェーハＷの代わりにウェーハテーブル５２に研磨工具３
の研磨面を修正・成形するための研磨面を有する修正・
成形用工具を装着して研磨工具３の研磨面を修正・成形
する際に、ウェーハＷの加工中の押圧力をシリンダ装置
３２に発生させる制御指令６１ｓを電空レギュレータＲ
1 に出力する。

【００３８】図７は、押圧力制御装置６１の構成の一例
を示す構成図である。図７において、押圧力制御装置６
１は、回転トルク信号入力部６２と、厚さばらつき判定
部６３と、回転トルク偏差算出部６４と、シリンダ装置
押圧力換算部６５と、電空レギュレータ制御信号出力部
６６とを有する。

【００３９】回転トルク信号入力部６２は、回転トルク
信号Ｔｒを押圧力制御装置６１に取り込み、たとえば、
電圧信号である回転トルク信号Ｔｒをディジタル信号に
変換する。厚さばらつき判定部６３は、検出された回転
トルクが所定の範囲内に収まっているかを判断し、回転
トルクが所定の範囲から外れている場合には、ウェーハ
Ｗの厚さのばらつきが規格値の範囲外にあるものとして
制御装置７１へアラーム停止信号ＡＬＭを出力する。た
とえば、ウェーハＷに厚さのばらつきが存在し、ＴＴＶ
が大きいとこれに応じて研磨工具３の研磨面のウェーハ
Ｗの被研磨面に対する押圧力（加工圧力）が変化する。
この加工圧力は、研磨工具３にかかる回転トルクに略比
例しているため、研磨工具３にかかる回転トルクが所定
の範囲を外れる場合には、ウェーハＷのＴＴＶが大き
く、たとえば、規格値の範囲を外れていると判断するこ
とができる。

【００４０】回転トルク偏差算出部６４は、設定除去量
に対して予め設定された回転トルクと検出された回転ト
ルクとの回転トルク偏差を算出する。予め設定された回
転トルクは、ウェーハＷの研磨する膜種や加工条件に応
じて設定除去量を除去するのに必要な値を予め求めてお
くことができる。

【００４１】シリンダ装置押圧力換算部６５は、回転ト
ルク偏差算出部６４において算出された回転トルク偏差
を打ち消すためのシリンダ装置３２の押圧力を算出す
る。電空レギュレータ制御信号出力部６６は、上記の押
圧力を発生させる圧縮空気の圧力を発生させる制御指令
６１ｓを電空レギュレータＲ1 に出力する。

【００４２】したがって、押圧力制御装置６１は、回転
トルク信号Ｔｒから得られた回転トルクが所定の値より
も小さい場合には、シリンダ装置３２の発生する押圧力
を上昇させて回転トルクが所定の値になるようにシリン
ダ装置３２の押圧力を上昇させる制御指令６１ｓを電空
レギュレータＲ1 に出力する。逆に、回転トルク信号Ｔ
ｒから得られた回転トルクが所定の値よりも大きい場合
には、シリンダ装置３２の発生する押圧力を低下させて
回転トルクが所定の値になるようにシリンダ装置３２の
押圧力を低下させる制御指令６１ｓを電空レギュレータ
Ｒ1 に出力する。

【００４３】次に、上記構成の研磨装置の動作の一例に
ついて図８に示すフローチャートに基づいて説明する。ウェーハの研磨加工 まず、タッチアップ動作を行う（ステップＳ１） タッチアップ動作は、研磨工具３のＺ軸方向の基準とな
る位置、すなわち、研磨工具３の研磨面がウェーハＷに
接触する位置を検出する動作である。図９（ａ）に示す
ように、ウェーハＷを研磨工具３に対してＸ軸方向の所
定の位置（Ｘ＝０ｍｍ）の位置に移動させ、主軸モータ
５を所定の回転速度で駆動し、保持装置４からウェーハ
Ｗに純水を供給し、ウェーハテーブル５２を所定の回転
速度で回転させた状態で、研磨工具３をゆっくりとＺ軸
方向に下降させる。

【００４４】図１０は、研磨工具３をウェーハＷに接近
させ、切り込んでいった際の主軸モータ５の回転トルク
出力の変化を測定した結果を示す図である。図１０に示
すように、研磨工具３をウェーハＷに接近させると、主
軸モータ５の回転トルク出力はリニアに増加していく。
研磨工具３にウェーハＷに接触した位置（切込量ゼロの
位置）をＺ軸方向の基準位置とする。

【００４５】次いで、研磨工具３がＺ軸方向の基準位置
に位置する状態で、主軸モータ５の回転トルクを検出
し、この回転トルクに基づいて、上記した押圧力制御装
置６１の厚さばらつき判定部６３においてウェーハＷの
ＴＴＶが所定の範囲に収まっているかを判定する（ステ
ップＳ２）。この処理により、ＴＴＶが所定の範囲に収
まっていない不良のウェーハＷを加工してしまうのを未
然に防止することができる。

【００４６】ウェーハＷのＴＴＶが所定の範囲に収まっ
ている場合には加工を開始する（ステップＳ３）。スラ
リーをウェーハＷ上に供給し、研磨工具３をウェーハＷ
に対して所定の切り込み量（たとえば、５〜１００μ
ｍ））でＺ軸方向に下降させ、ウェーハテーブル５２を
図９（ａ）に示す位置から図９（ｂ）に示す位置（Ｘ＝
２００ｍｍ）への送り動作を開始する。研磨工具３の切
り込み量は、ウェーハＷの研磨による必要な除去量に応
じて設定される。

【００４７】加工開始と同時に、押圧力制御装置６１に
おいて回転トルク信号Ｔｒが検出され、シリンダ装置３
２の発生すべき押圧力が算出されるとともに（ステップ
Ｓ４）、電空レギュレータＲ1 からのシリンダ装置３２
への圧縮空気の供給が開始される（ステップＳ５）。

【００４８】電空レギュレータＲ1 の動作が開始される
と、押圧力制御装置６１によって主軸５にかかる回転ト
ルクが一定になるようにシリンダ装置３２が制御される
（ステップＳ６）。たとえば、図１１に示すように、ウ
ェーハＷの厚さのばらつき形状がテーパ状である場合に
は、ウェーハＷと研磨工具３との間に発生する加工圧力
はウェーハテーブル５２の回転角度に応じて変化する。
ウェーハＷの表面うち、Ｚ軸方向の位置が高い領域が研
磨工具３と接触すると加工圧力が上昇し、低い領域では
加工圧力が下降する。ウェーハＷと研磨工具３とが図１
１に示すＸ軸方向の位置関係にある場合には、ウェーハ
Ｗの厚さのばらつき形状がテーパ状であるため、主軸５
に係る回転トルクは、たとえば、図１２に示すように、
ウェーハテーブル５２の回転角度に応じて周期的に変化
する。、押圧力制御装置６１によって制御されるシリン
ダ装置３２の押圧力は、たとえば、図１３に示すよう
に、主軸モータ５にかかる回転トルクと逆位相となるよ
うに発生する。これにより、主軸５にかかる回転トルク
はほぼ一定になり、ウェーハＷと研磨工具３との間の加
工圧力はほぼ一定に制御される。

【００４９】さらに、ウェーハＷに形成された膜種等の
違いにより、ウェーハＷと研磨工具３との間の摩擦係数
が異なる場合には、主軸５にかかる回転トルクの平均値
Ｔｒ₀ は変化する。したがって、回転トルクの平均値Ｔ
ｒ₀ が、上記したウェーハＷの研磨する膜種や加工条件
に応じて予め設定した回転トルクよりも大きい場合に
は、押圧力Ｐの平均値Ｐ₀ を低下させ、予め設定した回
転トルクよりも小さい場合には押圧力Ｐの平均値Ｐ₀ を
上昇させる。これにより、主軸５にかかる回転トルクを
予め設定した回転トルクに一致させることができる。こ
の結果、ウェーハＷの研磨工具３による加工除去量の均
一性が向上する。加工が終了すると（ステップＳ７）、
次に加工するウェーハＷがある場合には、上記の処理を
再度繰り返し行う（ステップＳ８）。

【００５０】以上のように、研磨工具３のＺ軸方向の切
り込み量を調整して研磨工具３とウェーハＷとの間の加
工圧力を一定に制御するのではなく、主軸５にかかる回
転トルクを検出してシリンダ装置３２の発生する押圧力
によって加工圧力を一定に制御する構成としているた
め、研磨工具３の状態や、スラリーの分布状態、ウェー
ハＷの表面状態等に影響されることなく、研磨による加
工除去量の均一性を向上させることができる。また、弾
性連結機構１１によって、研磨工具３を保持するＺ軸ス
ライダ６とＺ軸位置決め機構部３１とを連結しているた
め、ウェーハＷの有する厚さのばらつきによって発生す
る研磨工具３とウェーハＷとの間の加工圧力の変動が抑
制され、研磨による加工除去量のばらつきが抑制され
る。さらに、弾性連結機構１１によって加工圧力の変動
がある程度抑制されているため、シリンダ装置３２によ
って加工圧力を一定に制御することが容易となる。ま
た、シリンダ装置３２は弾性連結機構１１に設けられて
いるため、シリンダ装置３２の発生する押圧力を研磨工
具３へ滑らかに伝達することが可能になる。また、加工
除去量の均一性を向上させることが可能になったことか
ら、より硬質の研磨工具３を用いることができ、この結
果、加工除去量の均一性に加えて、ウェーハＷの表面の
平坦性を向上させることができる。

【００５１】ツルーイング・ドレッシング 次に、上記構成の研磨装置１の研磨工具３のツルーイン
グおよびドレッシング方法について説明する。まず、本
実施形態において用いるツルーイングおよびドレッシン
グのための修正・成形用工具について説明する。図１４
および図１５は、研磨装置１の研磨工具３のツルーイン
グおよびドレッシングに用いる修正・成形用工具の一例
を示す図であって、図１４（ａ）は平面図であり、図１
４（ｂ）は側面図であり、図１５は断面図である。図１
４および図１５に示す修正・成形用工具４０１は、ウェ
ーハＷと同形の円板形状を有しており、一方面に研磨面
４０１ａを有している。修正・成形用工具４０１の寸法
は、たとえば、直径が２００ｍｍ、厚さが０．７２５ｍ
ｍである。修正・成形用工具４０１の研磨面４０１ａ
は、たとえば、ステンレス等の金属からなる円板４０２
の一方面に形成された電着層４０４によってダイアモン
ド砥粒４０３が電着された構成となっている。

【００５２】また、ツルーイングおよびドレッシングに
用いる修正・成形用工具としては、たとえば、図１６に
示すように、たとえば、セラミック製の円板５０１の一
方面にピッチａ１（たとえば、１００μｍ程度）、高さ
ａ（たとえば、１００μｍ程度）の凸部５０１を多数形
成することによって構成される研磨面５０１ａを有する
修正・成形用工具を用いることも可能である。

【００５３】上記の修正・成形用工具４０１は、ウェー
ハＷと同様に研磨装置１のウェーハテーブル５２に、た
とえば、真空吸着によってチャッキング可能である。研
磨装置１の研磨工具３のツルーイングまたはドレッシン
グ時には、この修正・成形用工具４０１をウェーハＷに
代えてウェーハテーブル５２にチャッキングする。ここ
で、研磨工具３のツルーイングは、主に、研磨工具３の
交換時や研磨工具３を長期間使用しなかった場合に行わ
れ、研磨工具３の初期成形誤差や組付け誤差などを機上
で完全になくすため、たとえば、０．１ｍｍ〜０．３ｍ
ｍ程度の比較的大きい除去量で研磨工具３の研磨面を除
去する。研磨工具３のドレッシングは、たとえば、ウェ
ーハＷの枚葉毎、あるいは１０枚毎、２５枚毎、１００
枚毎に行われ、たとえば、２〜１０μｍ程度の除去量で
研磨工具３の研磨面の研磨によって目詰まり、摩滅を起
こした層を除去する。

【００５４】次に、上記の修正・成形用工具４０１を用
いた研磨工具３のツルーイングおよびドレッシング動作
の一例について図１７に示すフローチャートを参照して
説明する。まず、修正・成形用工具４０１を研磨装置１
のウェーハテーブル５５にローディングする（ステップ
Ｓ１１）。次いで、タッチアップ動作を行う（ステップ
Ｓ１２）。このタッチアップ動作は、ウェーハＷの研磨
加工時と同様であり、主軸モータ５およびウェーハテー
ブル５５を上記のウェーハＷの研磨加工時と同様の回転
数で回転させる。同時に、修正・成形用工具４０１の研
磨面４０１ａに純水を供給する。

【００５５】次いで、研磨工具３をＺ軸方向に下降させ
る（ステップＳ１３）。このとき、研磨工具３のＺ軸方
向への下降とともに、主軸モータ５の回転トルクをモニ
タする。研磨工具３を修正・成形用工具４０１の研磨面
４０１ａに接近させながら、回転トルクが設定値に到達
した位置、すなわち、研磨工具３がウェーハＷに接触し
た位置（切込量ゼロの位置）を検出し（ステップＳ１
４）、研磨工具３のＺ軸方向の下降を停止する。この位
置をＺ軸方向の原点位置Ｚ₀ として記憶する。

【００５６】研磨工具３のＺ軸方向の原点位置Ｚ₀ を検
出した後、研磨工具３をＺ軸方向に上昇させ、修正・成
形用工具４０１の研磨面４０１ａへの純水の供給を停止
する。これによって、タッチアップ動作が完了する。

【００５７】次いで、修正・成形用工具４０１の研磨面
４０１ａへスラリーを供給し（ステップＳ１６）、研磨
工具３をＺ軸方向に下降させ、研磨工具３を原点位置Ｚ
₀ から設定した切り込み量だけ移動した位置に位置決め
する（ステップＳ１７）。この設定した切り込み量は、
上述したウェーハＷの研磨加工時の切り込み量と同じ量
である。さらに、シリンダ装置３２から所定の押圧力を
発生させる。このシリンダ装置３２からの押圧力は、上
記したウェーハＷの研磨加工時に押圧力制御装置６１で
設定した押圧力と同じものである。これによって、研磨
工具３と修正・成形用工具４０１の研磨面４０１ａとの
間において、研磨工具３によってウェーハＷを研磨加工
するときと同様の接触状態が再現される。

【００５８】次いで、ウェーハテーブル５５を上述した
ウェーハＷの研磨加工時と同じ設定速度パターンでＸ軸
方向に移動させる（ステップＳ１８）。研磨工具３のＸ
軸方向への移動が完了したら、スラリーの供給を停止し
（ステップＳ１９）、研磨工具３に対する修正・成形用
工具４０１の一回のパスが完了する（ステップＳ２
０）。

【００５９】研磨工具３に対する修正・成形用工具４０
１の一回のパスによって、研磨工具３は、たとえば、５
〜１００μｍ程度除去されるため、通常、ドレッシング
設定量は、５〜２０μｍであり、研磨工具３の研磨面に
発生した目詰まり、摩滅を起こした層の除去を行うドレ
ッシング加工は一回のパスによって完了する。したがっ
て、研磨工具３のＺ軸方向の下降座標がドレッシング加
工における設定除去量に達したか否かを判断し（ステッ
プＳ２１）、設定除去量に達した場合には、修正・成形
用工具４０１をウェーハテーブル５５からアンローディ
ングする（ステップＳ２２）。修正・成形用工具４０１
をウェーハテーブル５５からアンローディングした後
は、未加工のウェーハＷをウェーハテーブル５５にロー
ディングしてウェーハＷの加工を行う。

【００６０】一方、研磨工具３の初期成形誤差や組付け
誤差をなくすために研磨面を成形するツルーイング加工
では、研磨工具３の除去量が、たとえば、１００〜３０
０μｍ程度必要であるため、研磨工具３に対する修正・
成形用工具４０１の一回のパスによっては、ツルーイン
グに必要な研磨工具３の除去量が得られない。このた
め、再度タッチアップ動作を行い、ステップＳ１２〜ス
テップＳ２０までの動作を、研磨工具３の除去量がツル
ーイングに必要な設定除去量に達するまで繰り返し行
う。

【００６１】以上のように、上述の動作を経てドレッシ
ングまたはツルーイング加工された研磨工具３の研磨面
は、修正・成形用工具４０１の研磨面４０１ａとの間で
研磨工具３によってウェーハＷを研磨加工するときと同
様の接触状態によって修正・成形される。

【００６２】本発明の研磨方法は、上記のような研磨工
具３の研磨面のドレッシングを一枚のウェーハＷを研磨
加工した毎、あるいは１０枚毎、２５枚毎、１００枚毎
に行い、あるいは、研磨工具３の交換時や研磨工具３を
長期間使用しなかった場合にツルーイングを行い、この
ドレッシングまたはツルーイング加工された研磨工具３
を用いて未加工のウェーハＷの研磨加工を行う。このド
レッシングまたはツルーイング加工後の研磨工具３を用
いた研磨加工によれば、研磨工具３がウェーハＷに押し
込まれた状態での研磨工具３の研磨面とウェーハＷとの
接触状態は、理想的なものとなる。このため、研磨工具
３とウェーハＷとの間の実効作用領域の形状や面積が変
化しにくくなり、ウェーハＷの研磨除去量の均一性を向
上させることができる。また、ウェーハＷの除去量の均
一性を向上させることができることにより、歩留りを向
上させることができる。

【００６３】また、本実施形態によれば、ウェーハＷの
研磨除去量の均一性を向上させることができるため、工
具硬質化が可能になり平坦性も向上させることができ
る。すなわち、通常、平坦性と均一性とはトレードオフ
の関係にあり、平坦性を向上させようとして研磨工具３
を硬質化させると、ウェーハＷ面内のＴＴＶなどの影響
により均一性が悪化するという問題があり、平坦性と均
一性のいずれかについて妥協することが必要になる。一
方、本実施形態によれば、研磨工具３を硬質化しても研
磨工具３とウェーハＷとの間の実効作用領域の形状や面
積を安定化させることができるため、平坦性も向上させ
ることができる。さらに、本実施形態によれば、研磨除
去量の均一性を向上させることができるため、ウェーハ
に形成された膜のさらなる薄化が可能となり、研磨加工
に要する時間を短縮でき、その結果、コストダウンが可
能となる。さらに、従来においては、ウェーハに形成さ
れた膜の平坦性不良を補うために設計時に不要な配線で
あるダミーパターンを膜内に織り込む等の処理をおこな
っていたためデバイス特性をある程度犠牲にしていた
が、本実施形態では、このようなダミーパターンが必要
なくなり、デバイス特性を向上させることができる。

【００６４】

【発明の効果】本発明によれば、化学的機械研磨法を用
いた研磨装置において、ウェーハと研磨工具との接触状
態が経時的に変化するのを防ぐことができ、ウェーハの
研磨除去量の均一性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る研磨装置の構成を示
す図である。

【図２】図２（ａ）は図１に示す研磨装置を矢印Ａの方
向から見た図であり、図２（ｂ）は図１に示す研磨装置
を矢印Ｂの方向から見た図である。

【図３】図３は、弾性連結機構１１の構造を示す図であ
って、図３（ａ）は側面図であり、図３（ｂ）は上面図
であり、図３（ｃ）は背面図である。

【図４】研磨工具のウェーハに対するＺ軸方向の切り込
み量と、実際の加工除去量との関係を示す図である。

【図５】シリンダ装置の供給圧力と発生出力との関係を
示す図である。

【図６】シリンダ装置が設けられた弾性連結機構の他の
構造例である

【図７】押圧力制御装置の構成を示す図である。

【図８】本発明に係る研磨装置の動作の一例を説明する
ためのフローチャートである。

【図９】研磨加工における研磨工具とウェーハとの位置
関係を示す図である。

【図１０】研磨工具をウェーハに接近させ、切り込んで
いった際の主軸モータの回転トルク出力の変化を測定し
た結果を示す図である。

【図１１】ウェーハの厚さのばらつき形状がテーパ状で
ある場合のウェーハと研磨工具との間に発生する加工圧
力を説明するための図である。

【図１２】ウェーハの厚さのばらつき形状がテーパ状の
場合の主軸モータに係る回転トルクの変化を示す図であ
る。

【図１３】ウェーハの厚さのばらつき形状がテーパ状の
場合のシリンダ装置の押圧力の発生状態を示す図であ
る。

【図１４】研磨工具の修正・成形用工具の一例を示す図
である。

【図１５】図１４に示す修正・成形用工具の断面図であ
る。

【図１６】他の修正・成形用工具の例を示す断面図であ
る。

【図１７】ツルーイング・ドレッシング動作の一例を説
明するためのフローチャートである。

【図１８】従来のＣＭＰ法を用いた研磨装置の一例を示
す図である。

【図１９】研磨工具のウェーハに対する実効作用領域の
変化を説明するための図である。

【符号の説明】

１…研磨装置、２…回転駆動機構部、３…研磨工具、４
…保持装置、５…主軸モータ、６…Ｚ軸スライダ、７…
案内レール、８…連結部材、１１…弾性連結機構部、３
１…Ｚ軸位置決め機構部、５１…Ｘ軸移動機構部、６１
…押圧力制御装置、７１…制御装置、８１…エア供給装
置、Ｒ1 …電空レギュレータ、４０１…修正・成形用工
具、４０１ａ…研磨面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C047 AA05 AA31 3C058 AA07 AA09 AA12 AA13 AA16 AA19 AB01 AB03 BA05 BA06 BA07 BC02 BC03 CB03 DA12 DA17

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ウェーハと前記ウェーハに対向する研磨工
   具の研磨面とを押し付けながら相対移動させることによ
   り前記ウェーハを平坦化研磨する研磨装置における前記
   研磨工具の研磨面を修正・成形する研磨工具の修正・成
   形方法であって、 実加工中の前記ウェーハに対する研磨工具の押し付け量
   を予め検出しておき、前記ウェーハに代えて研磨工具の
   研磨面を修正・成形するための研磨面を有する修正・成
   形用工具を前記検出した押し付け量で前記研磨工具の研
   磨面に押し付けながら相対移動させ、前記研磨工具の研
   磨面を修正・成形する研磨工具の修正・成形方法。
2. 【請求項２】前記研磨装置は、研磨面を有する研磨工具
   と、前記研磨工具を保持し所定軸を中心に回転させる研
   磨工具回転保持手段と、ウェーハを保持し所定の回転軸
   を中心に回転させるウェーハテーブルと、前記ウェーハ
   テーブルを前記研磨工具回転保持手段に対して所定の平
   面に沿って移動させるテーブル移動手段と、前記研磨工
   具回転保持手段を前記研磨工具と前記ウェーハとの対向
   方向に移動自在に保持するスライダと、前記スライダを
   前記対向方向の目標位置に移動位置決めする移動位置決
   め手段と、前記スライダを前記対向方向に指定された押
   圧力で押圧する押圧手段と、前記研磨工具の研磨面の前
   記ウェーハの被研磨面に対する相対的な押圧力に応じて
   前記研磨工具に作用する回転トルクを検出する回転トル
   ク検出手段と、を有し、前記実加工中の前記ウェーハに
   対する研磨工具の押し付け量を、当該加工中の 前記研磨工具の前記ウェーハに対する移動位置決め手段
   による移動位置および前記押圧手段の押圧力から特定
   し、 前記研磨工具を前記修正・成形用工具に対して前記移動
   位置に移動し、かつ、前記押圧力と同じ押圧力を前記押
   圧手段から発生させて前記研磨工具の研磨面の修正・成
   形を行う請求項１に記載の研磨工具の修正・成形方法。
3. 【請求項３】前記研磨装置は、前記移動位置決め手段の
   可動部と前記スライダとを連結し、当該スライダと可動
   部との距離に応じた力を発生する弾性連結機構をさらに
   有し、 前記研磨工具を前記ウェーハと接触する原点位置から所
   定の押し込み量だけ移動位置決めした後、前記スライダ
   を前記押圧手段で押圧して前記弾性連結機構に弾性変形
   を生じさせながら前記研磨工具の研磨面の修正・成形を
   行う請求項２に記載の研磨工具の修正・成形方法。
4. 【請求項４】前記実加工中の前記ウェーハに対する研磨
   工具の押し付け量は、前記研磨工具を前記ウェーハに対
   して押し込んだ所定の押し込み量と、当該状態における
   前記回転トルク検出手段の検出する回転トルクが所定の
   値になるように前記押圧手段に発生させた押圧力とから
   特定する請求項３に記載の研磨工具の修正・成形方法。
5. 【請求項５】前記研磨工具を前記ウェーハと接触する原
   点位置から所定の押し込み量だけ移動位置決めした後、
   当該状態における前記回転トルク検出手段の検出する回
   転トルクが所定の値になるように前記押圧手段に発生さ
   せた押圧力で、前記研磨工具を前記修正・成形用工具に
   対して押し付けて前記研磨工具の研磨面の修正・成形を
   行う請求項３に記載の研磨工具の修正・成形方法。
6. 【請求項６】回転トルク検出手段は、前記研磨工具回転
   保持手段の有する主軸モータの駆動トルクから回転トル
   クを検出する請求項２に記載の研磨工具の修正・成形方
   法。
7. 【請求項７】前記修正・成形用工具には、ダイヤモンド
   砥粒が電着された研磨面を有するウェーハと同形の円板
   状の工具を用いる請求項１に記載の研磨工具の修正・成
   形方法。
8. 【請求項８】ウェーハの被研磨面と前記ウェーハに対向
   して保持された研磨工具の研磨面とを押し付けながら相
   対移動させることにより前記ウェーハの被研磨面を平坦
   化研磨する研磨方法であって、 前記ウェーハに対して研磨工具を所定の押し付け量で押
   し付けて前記ウェーハを加工する工程と、 前記ウェーハに代えて前記研磨工具の研磨面を修正・成
   形するための研磨面を有する修正・成形用工具をウェー
   ハテーブルに装着し、前記押し付け量で前記研磨工具の
   研磨面と前記修正・成形用工具の研磨面とを相対的に押
   し付けながら前記研磨工具の研磨面を修正・成形する工
   程と、 前記修正・成形用工具に代えて未加工のウェーハを前記
   ウェーハテーブルに装着し平坦化研磨する工程とを有す
   る研磨方法。
9. 【請求項９】前記研磨装置は、研磨面を有する研磨工具
   と、前記研磨工具を保持し所定軸を中心に回転させる研
   磨工具回転保持手段と、ウェーハを保持し所定の回転軸
   を中心に回転させるウェーハテーブルと、前記ウェーハ
   テーブルを前記研磨工具回転保持手段に対して所定の平
   面に沿って移動させるテーブル移動手段と、前記研磨工
   具回転保持手段を前記研磨工具と前記ウェーハとの対向
   方向に移動自在に保持するスライダと、前記スライダを
   前記対向方向の目標位置に移動位置決めする移動位置決
   め手段と、前記スライダを前記対向方向に指定された押
   圧力で押圧する押圧手段と、前記研磨工具の研磨面の前
   記ウェーハの被研磨面に対する相対的な押圧力に応じて
   前記研磨工具に作用する回転トルクを検出する回転トル
   ク検出手段と、を有し、 前記ウェーハを加工する工程は、前記研磨工具を前記ウ
   ェーハに対して所定の押し込み量で押し込み、かつ、前
   記回転トルク検出手段の検出する回転トルクを所定の値
   にする押圧力を押圧手段に発生させてウェーハを研磨
   し、 前記研磨面を修正・成形する工程は、前記研磨工具を前
   記修正・成形用工具に対して前記所定の押し込み量で押
   し込み、かつ、前記押圧力を前記押圧手段に発生させて
   前記研磨工具の研磨面を修正・成形する請求項８に記載
   の研磨方法。
10. 【請求項１０】前記研磨装置は、前記移動位置決め手段
    の可動部と前記スライダとを連結し、当該スライダと可
    動部との距離に応じた力を発生する弾性連結機構をさら
    に有し、 前記ウェーハを加工する工程は、前記研磨工具を前記ウ
    ェーハに接触する原点位置から所定の押し込み量だけ移
    動位置決めした後、前記スライダを前記押圧手段で押圧
    して前記弾性連結機構に弾性変形を生じさせる請求項９
    に記載の研磨方法。
11. 【請求項１１】前記ウェーハを加工する工程は、前記研
    磨工具を前記ウェーハに接触する原点位置から所定の押
    し込み量だけ移動位置決めし、当該状態における前記回
    転トルク検出手段の検出する回転トルクを所定の値にす
    る押圧力を前記押圧手段に発生させてウェーハの研磨加
    工を行い、 前記研磨面を修正・成形する工程は、前記研磨工具の研
    磨面を前記修正・成形用工具の研磨面に接触する原点位
    置から前記所定の押し込み量だけ移動位置決めし、前記
    押圧力で押し付けて前記研磨工具の研磨面の修正・成形
    を行う請求項９に記載の研磨方法。
12. 【請求項１２】回転トルク検出手段は、前記研磨工具回
    転保持手段の有する主軸モータの駆動トルクから回転ト
    ルクを検出する請求項９に記載の研磨方法。
13. 【請求項１３】前記研磨工具の研磨面を修正・成形する
    工程は、前記研磨工具の研磨面をドレッシングする工程
    と、前記研磨工具の研磨面をツルーイングする工程とか
    らなり、 前記研磨工具の研磨面をドレッシングする工程は、前記
    研磨工具により前記ウェーハを所定数加工した毎に行う
    請求項８に記載の研磨方法。