JP2003282506A

JP2003282506A - 基板の研磨装置及びコンディショニング方法

Info

Publication number: JP2003282506A
Application number: JP2002088223A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Sasaki; 達也佐々木; Tomohiko Akatsuka; 朝彦赤塚
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2003-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】研磨面を木目細かく活性化する研磨装置及び
コンディショニング方法を提供する。【解決手段】被研磨面と圧接してその表面を研磨する
研磨面１２に接近し、研磨面１２の回転中心部１６と外
周部１８との間の半径方向に並設する複数の超音波振動
素子２０により、研磨面１２を活性化させるコンディシ
ョニング装置２２と、超音波振動素子２０の各々の振動
出力又は振動周波数を被研磨面のプロファイルに対応し
て個別に設定するコンディショニング設定装置２４と、
を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は研磨面と半導体基板
間の摺動摩擦を利用した、半導体ウエハ等の基板の研磨
装置に係り、特に、研磨面のドレッシング、すなわち目
立て若しくは再生というコンディショニング方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、例えば、半導体基板上のデバイス
製造工程において、層間絶縁膜や配線用金属膜の成膜過
程で形成される表面の凸凹を平坦化する化学機械研磨法
（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉ
ｓｈｉｎｇ；ＣＭＰ）が採用されている。

【０００３】このＣＭＰ法の研磨装置は、ダイヤモンド
ドレッサ等によるドレッシングを行い研磨面を再生し、
研磨効率向上を図る措置を施していた。このダイヤモン
ドドレッサと研磨布又は砥石との摺動により行うコンデ
ィショニング方法では、ダイヤモンドの磨耗によるドレ
ッサの研磨面再生能力の低下が避けられず、頻繁にダイ
ヤモンドドレッサを交換していた。

【０００４】また、同様にダイヤモンドドレッサを多用
した場合、ダイヤモンドドレッサからのダイヤモンド粒
子の脱落が基板へのスクラッチを発生させ、半導体装置
の歩留まりを低下させるため、ダイヤモンドドレッサを
代替又は補完するコンディショニング方法が切望されて
いる。

【０００５】さらに、超音波を研磨面に照射し、研磨面
をコンディショニングする手法も試行されているが、ダ
イヤモンドドレッサと同様に研磨面の全面をコンディシ
ョニングするため、活性化を必要としない研磨面も同時
に減耗又は消耗させていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
超音波照射によるコンディショニング処理は、研磨面全
体を均一に照射するだけで、例えば、研磨面表面の任意
の場所を強く若しくは密にコンディショニングするとい
う要求を満たすことができないという課題が存在する。

【０００７】また、ダイヤモンドドレッサの交換作業期
間を短縮し、連続的した研磨工程を維持し研磨装置のス
ループットを向上させる必要がある。

【０００８】本発明は、斯かる実情に鑑み、研磨面を木
目細かく活性化する研磨装置及びコンディショニング方
法を提供しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明による基板の研磨装置は、例え
ば、図１に示すように、研磨面１２に接近し、研磨面１
２の回転中心部１６と外周部１８との間に並設する複数
の超音波振動素子２０により、研磨面１２を活性化させ
るコンディショニング装置２２と、超音波振動素子２０
の各々の振動出力又は振動周波数を個別に設定するコン
ディショニング設定装置２４と、を備える。

【００１０】ここで、コンディショニング装置２２は、
長手方向に細長い棒状部材を用いることができ、この棒
状部材の横断面形状は、円形、四角形、三角形、六角形
等の各種形状を採用することができる。

【００１１】また、超音波振動素子２０は、電界により
振動する圧電素子を用いることができ、研磨面１２は、
硬質発泡ポリウレタン製の研磨布や固定砥粒を用いるこ
とができる。

【００１２】さらに、コンディショニング設定装置２４
は、出力電圧の振幅や周波数を制御して超音波振動素子
２０の振動強度や振動周波数を変更することができる。

【００１３】このように構成すると、研磨面１２の回転
中心部１６と外周部１８との間に並設する超音波振動素
子２０の直下を通過する研磨面１２の表面状態に即した
コンディショニング処理を施すことができる。

【００１４】上記目的を達成するために、請求項２に係
る発明による請求項１に記載の基板の研磨装置は、例え
ば、図６又は図７に示すように、研磨対象基板１０表面
の残膜を検出し、コンディショニング設定装置２４へ検
出情報を送信する残膜検出装置３２をさらに備える。

【００１５】ここで、残膜検出装置３２は渦電流式、光
学式、並びに超音波式のセンサを用いることができ、検
出した残膜の厚さは電気信号により検出情報をコンディ
ショニング設定装置２４へ送信することができる。

【００１６】このように構成すると、研磨対象基板１０
の表面を研磨面１２に押圧して摺動しつつ研磨処理を施
しながら、「ｉｎ−ｓｉｔｕ」インサイチュの残膜検出
を採用することができる。

【００１７】また、研磨対象基板１０の表面を研磨面１
２に押圧する前に、研磨対象基板１０の残膜検出を行う
「ｅｘ−ｓｉｔｕ」エクスサイチュの前処理工程を採用
することができる。

【００１８】上記目的を達成するために、請求項３に係
る発明による請求項２に記載の基板の研磨装置は、例え
ば、図９に示すように、コンディショニング装置２２ｂ
を残膜検出情報に基づき水平方向へ揺動させる位置制御
装置２１をさらに備える。

【００１９】ここで、位置制御装置２１は、コンディシ
ョニング装置２２ｂとアーム２３を介して接続し、この
アームを水平方向へ摺動させ、コンディショニング装置
２２ｂを水平方向へ揺動させるソレノイド又はギア構造
体を用いることができる。

【００２０】このように構成すると、基板表面の残膜の
厚い箇所に対応する研磨面１２にコンディショニング装
置２２ｂを移動させて、任意の場所を集中的にコンディ
ショニング処理を施すことができる。

【００２１】上記目的を達成するために、請求項４に係
る発明による請求項１乃至３に記載の基板の研磨装置
は、例えば、図３に示すように、コンディショニング装
置は、超音波振動素子２０ａ〜２０ｅから放射される振
動エネルギを集束させる振動エネルギ集束部２９を備え
る。

【００２２】ここで、振動エネルギ集束部２９は、ステ
ンレスやアルミナ等の素材を用い、超音波振動素子２０
ａの振動エネルギ放射方向、つまり研磨面１２に向かっ
て先細りのホーン形状を呈し、その先端部に振動輻射面
としての底部３１を有する振動エネルギ集束部材を用い
ることができる。

【００２３】このように構成すると、超音波振動素子２
０ａの出力エネルギとしての超音波に指向性を持たせ、
振動強度を増幅させて研磨面１２に集中させることがで
きる。

【００２４】上記目的を達成するために、請求項５に係
る発明による基板の研磨装置のコンディショニング方法
は、例えば、図１に示すように、回転する研磨面１２
に、回転する研磨対象基板１０を押圧して摺動しつつ研
磨を行う基板の研磨装置のコンディショニング方法であ
って、研磨対象基板１０表面の残膜の形状に基づくコン
ディショニングパラメータを設定し、複数の超音波振動
素子２０の各々の振動出力又は振動周波数を個別に制御
し、研磨面１２を強く又は高密度に活性化させる工程を
備える。

【００２５】このように構成すると、複数の超音波振動
素子２０の直下に位置する研磨面１２の表面状態に即し
たコンディショニング処理を施すことができる。

【００２６】上記目的を達成するために、請求項６に係
る発明による請求項５に記載の基板の研磨装置のコンデ
ィショニング方法は、例えば、図９又は図１１に示すよ
うに、コンディショニングパラメータに基づき複数の超
音波振動素子を水平方向へ揺動させる工程を備える。

【００２７】このように構成すると、基板表面の残膜の
厚い箇所に対応する研磨面１２にコンディショニング装
置２２ｂを移動させて、任意の場所を集中的にコンディ
ショニング処理を施すことができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図示
例と共に説明する。なお、各図において互いに同一ある
いは相当する部材には同一符号または類似符号を付し、
重複した説明は省略する。

【００２９】図１は、本発明による第１の実施の形態で
ある研磨装置の模式的平面図である。研磨装置は、研磨
面１２と、この研磨面１２上に接近して設けられた複数
の超音波振動素子２０と、研磨面１２を活性化させるコ
ンディショニング装置２２と、超音波振動素子２０に接
続されたコンディショニング設定装置２４とを備える。

【００３０】研磨面１２は、回転テーブル５０（図６参
照）に貼設され砥石駆動モータにより、例えば時計回り
に回転テーブルと伴に回転運動をする。この研磨面１２
に研磨対象基板１０を押圧して研磨処理を行う。例えば
半導体ウエハの表面を研磨面１２に押圧し自転する半導
体ウエハと相対運動をする研磨面１２とを摺接又は摺動
させて研磨を行うことができる。

【００３１】研磨面１２は、図中の矢印で示した時計回
り方向に回転し、研磨面の回転中心部１６と引出線で示
した外周部１８との間に設置されたコンディショニング
装置２２の直下を通過する。このコンディショニング装
置２２は複数の超音波振動素子２０により構成され、各
超音波振動素子２０はコンディショニング設定装置２４
により独立した振動出力又は振動周波数に設定すること
ができる。

【００３２】研磨面１２は、コンディショニング装置２
２の直下に到達する間に研磨面１２上に設けられた研磨
液供給ノズル２６から研磨液の供給を受けるように構成
されている。研磨液供給ノズル２６は、図示したように
超音波振動素子２０と平行に設置し超音波素子２０の振
動面と研磨面１２との間に研磨液を供給しても良く、研
磨面１２が回転する軌跡上に配置しても良い。供給する
研磨液は、純水若しくは化合物を含む砥液（スラリ）を
使用することができ、超音波振動素子２０から研磨面１
２へ超音波を伝達する水膜として機能する。

【００３３】ここで、コンディショニング装置２２は、
研磨面の回転中心部１６と引出線で示した外周部１８と
の半径方向に細長い棒状部材を用いることができ、この
棒状部材の横断面形状は、円形、四角形、底辺を研磨面
１２に対向させた三角形、六角形等の各種形状を採用す
ることができる。

【００３４】また、超音波振動素子２０は、電界により
振動する圧電素子を用いることができ、研磨面１２上の
研磨液にキャビテーションによる衝撃波を発生させ、研
磨面１２をコンディショニングすることができる。

【００３５】例えば、研磨面１２を強く活性化させるた
めにはキャビテーションの発生し易い数十ｋＨｚから１
００ｋＨｚの周波数を用いることが望ましく、超音波振
動素子２０から周波数２８ｋＨｚ又は３３ｋＨｚ、放射
音波強度０．５から１Ｗ／ｃｍ^２の超音波照射を行い超
音波の音圧を高くする。一方、研磨面１２を弱く活性化
させるためには超音波振動素子２０から照射する超音波
の音圧を低く、若しくは、キャビテーションの発生し難
い低周波数若しくは１ＭＨｚ以上の高周波数に設定す
る。なお、研磨面１２の一部に対して部分的に超音波振
動素子２０の出力を停止し研磨面１２の活性化を抑制し
て減耗又は消耗を防止することもできる。

【００３６】研磨面１２は、例えば、回転テーブルに貼
設した硬質発泡ポリウレタン製の研磨布を用いた場合
に、研磨布上に砥液（スラリ）を供給しつつ研磨対象基
板１０の表面を平坦且つ鏡面状に研磨するように構成す
ることができ、また、酸化セリウム（ＣｅＯ２）等の砥
粒を、例えばフェノール樹脂等のバインダを用いて回転
テーブルに固定する固定砥粒を用いて半導体ウエハ等の
表面を平坦且つ鏡面状に研磨するように構成することが
できる。本実施の形態では何れの研磨面１２も使用する
ことができ、図示したように円盤形状の部材を適用する
ことができる。

【００３７】コンディショニング設定装置２４は、コン
ディショニング装置２２内の超音波振動素子に導電性ケ
ーブルを介して接続され、出力電圧の振幅や周波数を制
御し超音波振動素子２０の振動出力や振動周波数を設定
し、超音波の照射出力強度を変更することができる。

【００３８】コンディショニング設定装置２４は、固定
砥粒を用いた研磨において、研磨対象基板１０表面の凸
部の研磨終了に伴い、凹部の研磨が事実上進行しなくな
るセルフストップ現象が現れた場合であっても、凹部を
研磨する研磨面１２の任意の場所を集中的にコンディシ
ョニング処理をするように超音波振動素子２０の出力音
波強度を高くし水膜のキャビテーションを多く発生する
ように設定することができる。

【００３９】研磨面１２を構成する硬質発泡ポリウレタ
ン等の材料からなる研磨布上に、研磨砥粒を多量に含む
砥液（スラリ）を供給し、研磨対象基板１０と研磨砥粒
間に生じる摺動摩擦を用いて研磨処理を行う。この硬質
発泡ポリウレタンを材料とする研磨布を用いる場合に
は、研磨を進めていくうちに研磨布表面の凸凹が研磨層
に埋め込まれ、研磨布自体も表面の凸凹が平坦化され
て、研磨レートが徐々に下がるという現象を防止するた
めに、本実施の形態である超音波を研磨面１２に照射し
て研磨面１２を活性化するコンディショニング処理を施
し、研磨対象基板１０の研磨速度を回復させることもで
きる。

【００４０】また、ダイヤモンド粒子等を固着したダイ
ヤモンドドレッサ２８を用いて、研磨面１２上の遊離砥
粒を固定砥粒から自生させ研磨面１２の目立てというド
レッシング処理を併用することにより研磨面１２の再生
処理を向上させることもできる。この場合、超音波コン
ディショニングを用いるため、ダイヤモンドドレッシン
グ工程の頻度を減少させることができ、ダイヤモンドド
レッサの寿命を延ばし、研磨面１２の減耗又は消耗を減
少させることができる。しかも、ダイヤモンドドレッサ
からダイヤモンド粒子の脱落開始時期をも延長させるこ
とができる。

【００４１】本実施の形態においては、超音波コンディ
ショニング装置を酸化セリウム（ＣｅＯ_２）等の砥粒を
用いた研磨装置に適用することができる。例えば、熱可
塑性のフェノール樹脂等のバインダを用いて固定した、
所謂固定砥粒（砥石）を用いた半導体基板等の研磨対象
基板１０を研磨することができる。

【００４２】この固定砥粒の研磨面１２は、硬質発泡ポ
リウレタンよりも硬質であるため、研磨面が弾性変形し
難く、基板表面の凸凹の凸部を優先的に研磨し、凹部は
研磨され難く絶対的な平坦性が得やすいという利点があ
り、固定砥粒の組成に依存して、凸部の研磨が終了し一
度平坦面となると研磨速度が著しく低下して、研磨が事
実上進行しなくなるという所謂セルフストップ機能が現
れる前に、超音波コンディショニングにより固定砥粒の
研磨面１２を活性化することができる。

【００４３】上記固定砥粒を用いた研磨処理では、例え
ば、砥粒を含まない液体を研磨液として用いるため、砥
粒を多量に含む研磨液（スラリ）を使用した研磨に比し
て環境への負担が軽減するという利点もある。

【００４４】さらに、固定砥粒表面の研磨作用面は、経
験上、基板研磨に伴い固定砥粒表面が平坦化されて砥粒
の自生能力を失い研磨速度が低下するが、この研磨速度
の低下を超音波コンディショニングにより砥粒を自生さ
せ改善させることができる。

【００４５】図２は、本発明による第１の実施の形態で
ある研磨装置に用いるコンディショニング装置の模式的
外観図である。コンディショニング装置２２は、研磨対
象基板１０の直径に相当する長さの細長い棒状部材であ
って、その長手方向に超音波振動素子２０ａ、超音波振
動素子２０ｂ、超音波振動素子２０ｃ、超音波振動素子
２０ｄ、及び、超音波振動素子２０ｅを直線的に配列す
る。

【００４６】また、各超音波振動素子の振動面と研磨面
１２との間に形成される水膜を維持させるために、各超
音波振動素子に対応させて研磨液供給ノズル２６（図１
参照）から複数の分岐口を設けて各超音波振動素子の直
下に個別的に研磨液を供給することが望ましい。

【００４７】超音波振動素子２０ａは、その頂部から各
々導電性ケーブルを介してコンディショニング設定装置
２４へ電気的に接続されている。このコンディショニン
グ設定装置２４から送信される電気信号により超音波振
動素子２０ａの直下を通過する研磨面１２に対して個別
に超音波を照射するように構成されている。

【００４８】他の超音波振動素子２０ｂから２０ｅも同
様にコンディショニング設定装置２４に個別に接続さ
れ、コンディショニング設定装置から送信される独立し
た電気信号により各超音波振動素子の直下を通過する研
磨面１２に対して個別に超音波を照射するように構成さ
れている。各超音波振動素子は研磨面１２に接近し水膜
を介して研磨面１２を非接触で活性化する。

【００４９】例えば、予め測定した研磨対象基板１０の
残膜の厚さに応じて、研磨面１２の回転中心部側に位置
する超音波振動素子２０ｅから研磨面１２の外周部１８
側に位置する超音波振動素子２０ａの順に超音波照射の
強度を高く又は低く変化させるプロファイルを形成でき
るので、回転中心軸１６近傍と外周１８近傍との間で研
磨速度の偏りを補正し研磨対象基板１０のオーバポリッ
シュやアンダーポリッシュを防止することができる。こ
の超音波照射のプロファイルにより研磨対象基板１０を
均一に研磨処理することができる。例えば、半導体ウエ
ハ上の中心領域や外周領域に形成される複数の半導体装
置に対する研磨速度を均一に保持できるためその歩留ま
りを向上させることができる。

【００５０】図３は、本発明による第１の実施の形態で
ある研磨装置に用いる他のコンディショニング装置の模
式的外観図である。コンディショニング装置は、幅ｃの
頂部２７が広く、幅ｂの底部３１が先細りのホーン形状
の振動エネルギ集束部２９として構成されている。この
振動エネルギ集束部２９は、ステンレス、チタン、チタ
ン合金等の金属、又は、アルミナ、ジルコニア等のセラ
ミックスを鋳型成形若しくは切削工程により形成し、超
音波振動素子２０ａ等から照射する超音波エネルギーを
伝達する。

【００５１】コンディショニング装置の頂部２７から超
音波振動素子２０ａ、超音波振動素子２０ｂ、超音波振
動素子２０ｃ、超音波振動素子２０ｄ、及び、超音波振
動素子２０ｅを各々挿入し、各超音波振動素子は先細り
の底部３１方向、つまり研磨面１２方向へ超音波を照射
する。図４に示すように超音波振動素子２０ａは電気的
コンタクトを行う頂部３３とこの頂部の直径より短い直
径ａの底部３０に位置する超音波照射面を有し、超音波
の振動エネルギを超音波照射面に対して垂直方向へ集束
させている。

【００５２】図３に示すコンディショニング装置の頂部
２７と底部３１とその側壁から構成するホーン形状の振
動エネルギ集束部２９は、照射された超音波を底部３１
の直下を通過する研磨面１２に上述した砥液を介して伝
達し、超音波強度を増幅することができる。また、超音
波照射の指向性を向上することもでき超音波出力を集束
させることもできる。さらに、複数の超音波振動素子２
０ａから２０ｅを組み合わせた場合には、超音波照射の
均一性をも向上させることができる。

【００５３】図３及び図４の外観図を参照して、超音波
の振動エネルギ集束部２９について説明をする。ホーン
形状の振動エネルギ集束部２９は、頂部２７の断面の幅
ｃを底部３１の断面の幅ｂより広く構成し、底部３１の
幅ｂを超音波振動素子２０ａの底部３０の直径ａより狭
く構成する。これによりホーン形状の振動エネルギ集束
部２９の底部３１に位置する振動輻射面の面積が超音波
振動素子２０ａの底部３０の面積より小さく構成し、そ
の側壁は曲面で構成されているので、超音波照射エネル
ギを集束させ、音波エネルギを振動輻射面に集中させる
ことができる。従って、超音波照射を効率良く伝達し、
強度も高い出力が得られるので小出力の超音波振動素子
２０ａを使用しても高出力の超音波照射を発生させるこ
とができ、コストの低減を図ることができる。

【００５４】上記実施の形態では、ホーン形状の振動エ
ネルギ集束部２９を用いたが、他の実施の形態として超
音波の直進性を向上させる直方体の振動エネルギ集束部
２９を用いることができる。図５に示すように、直方体
の振動エネルギ集束部２９の頂部２７の断面の幅ｃと底
部３１の断面の幅ｂは同等の幅を有しており、その側壁
は平面で構成されている。

【００５５】振動エネルギ集束部２９の頂部２７と底部
３１の面積を同等に構成した直方体の振動エネルギ集束
部２９を用いると、超音波照射の集束度はホーン形状の
ものより低下するが、超音波照射の直進性を向上させる
ことができ、この直進性を利用して振動エネルギ集束部
２９の底部３１直下を通過する研磨面１２をより強くコ
ンディショニングすることができる。

【００５６】図６は、本発明の第２の実施の形態である
研磨装置の模式的縦断面図である。図６に示すように、
研磨装置は、回転テーブル５０と、研磨対象基板１０を
保持し研磨面１２に押圧するトップリング４４とを備え
る。

【００５７】回転テーブル５０は、モータ５２に連結さ
れており、回転中心軸１６の矢印で示すように上面観察
から反時計回わりに回転する。この回転テーブル５０の
表面には、研磨面１２としての研磨布が貼設されてい
る。

【００５８】また、トップリング４４は、モータと連結
する昇降シリンダ４２に連結されている。このトップリ
ング４４は、中心軸の矢印で示すように上下昇降し、か
つ上面観察から反時計回わりに回転する。トップリング
４４の組立体は半導体ウエハのような研磨対象基板１０
を研磨面１２に対して任意の圧力で押圧する。トップリ
ング４４は昇降シリンダ４２に連結されており、またト
ップリング４４はその下面にポリウレタン等の弾性マッ
ト４６を備えている。

【００５９】このトップリング４４の下部外周部には、
半導体ウエハのような研磨対象基板１０を支持するガイ
ドリング４８が設けられている。また、回転テーブル５
０の上方には研磨砥液ノズル３８が設置されており、研
磨砥液ノズル３８から回転テーブル５０に貼設された研
磨面１２に研磨砥液４０を供給するように構成されてい
る。

【００６０】図６に示すように、回転テーブル５０内に
は渦電流センサのような残膜検出装置３２が埋設されて
いる。残膜検出装置３２の配線５４は、回転テーブル５
０及び回転テーブル支持軸５６内を通り、回転テーブル
支持軸５６の軸端に設けられたスリップリングのような
ロータリコネクタ３４を経由してコンディショニング設
定装置２４に接続されている。

【００６１】コンディショニング設定装置２４に接続さ
れたディスプレイは３６は、コンディショニング設定装
置２４の入出力データをそのディスプレイ３６画面に表
示するように構成されている。また、コンディショニン
グ設定装置２４は上述のコンディショニング装置２２へ
超音波振動素子２０を個別に制御する電気信号を送信す
る。

【００６２】このように、回転テーブル５０内に埋設さ
れた渦電流センサは、回転テーブル５０の回転中に研磨
対象基板１０を研磨しながら研磨対象基板１０の残膜の
厚さを検出することができ、所謂「ｉｎ−ｓｉｔｕ」イ
ンサイチュの研磨処理を遂行することができる。なお、
残膜検出装置３２は渦電流を検出して導電性の残膜の厚
さを検出する方式や、酸化膜のような残膜の厚さを検出
する場合は光学式や超音波式の検出器を用いることがで
きる。

【００６３】上記第２の実施の形態では、「ｉｎ−ｓｉ
ｔｕ」インサイチュの研磨装置について説明をしたが、
図７に示すように、本発明の第３の実施の形態である研
磨装置によれば研磨工程と残膜検出工程を分離する「ｅ
ｘ−ｓｉｔｕ」エクスサイチュの研磨装置を提供するこ
とができる。なお、共通する部材は第２の実施の形態と
同様のものが使用でき説明を省略する。

【００６４】研磨装置は、研磨対象基板１０の直径と略
同等の長さを有するコンディショニング装置２２と、ト
ップリング４４と、研磨面１２と、回転テーブル５０
と、残膜検出装置６０とを備える。

【００６５】研磨対象基板１０を保持するトップリング
４４は、位置制御機構により矢印６４で示す水平方向に
移動する。トップリング４４は研磨工程において回転テ
ーブル５０上に位置するように制御され、残膜検出工程
では二点鎖線で示す回転テーブル５０外に移動する。

【００６６】回転テーブル５０外に移動したトップリン
グ４４に支持された半導体ウエハのような研磨対象基板
１０は、底部方向から残膜検出装置６０によりその表面
形状又は表面残膜の厚さ量を測定される。この残膜検出
装置６０は矢印６２で示すように水平方向に遥動しＸ−
Ｙ軸方向に研磨対象基板１０をスキャンして測定した表
面形状又は残膜厚さ量に基づく検出情報をコンディショ
ニング設定装置２４へ送信する。

【００６７】研磨面１２として固定砥粒を用いた際の研
磨対象基板１０の研磨では、砥粒の自生量によって研磨
速度が変化するため、残膜検出装置６０により研磨対象
基板１０の研磨形状又は表面残膜厚さ量から研磨速度の
バラツキを測定し、基板内の残膜が厚い部分に接触する
固定砥粒表面に対して集中的なコンディショニング処理
を施し、砥粒の自生量を増大させ、残膜量が厚い部分の
研磨速度を増大させる。これにより研磨対象基板１０上
での残膜量の均一化が図れる。

【００６８】また、研磨面１２として硬質発泡ポリウレ
タン製等の研磨布を用いた際は、強くコンディショニン
グを行い、研磨布表面の凸凹をより大きくすれば、研磨
布の砥粒保持力が高まり、研磨レートが向上する。従っ
て、研磨面１２に硬質ポリウレタン製等の研磨布を使用
した場合においても、基板上の残膜厚に合わせて、上述
した集中的なコンディショニング処理を適用することに
よって、研磨対象基板１０の残膜量の内面均一化を図る
ことができる。

【００６９】コンディショニング装置２２は、トップリ
ング４４に支持された研磨対象基板１０の存在する位置
に対応した研磨面１２をコンディショニング装置２２の
直下に通過させる程度の長さを有している。

【００７０】トップリング４４は残膜測定時には図中二
点鎖線で示す位置に移動し、残膜検出装置６０により研
磨対象基板１０が露出する被研磨面の凹凸の高さが測定
される。研磨対象基板１０の被研磨面の微細な高さの測
定結果に基づきコンディショニング設定装置２４により
測定部分の研磨速度を算定する。コンディショニング設
定装置２４は、この算定結果に基づき、超音波振動素子
２０の各々の振動出力（振幅）又は振動周波数を定める
パラメータを作成する。

【００７１】コンディショニング装置２２は、コンディ
ショニング設定装置２４から受信したパラメータに基づ
き間隙５８の水膜を介して研磨面１２の研磨速度が不足
している部分に対し個別に超音波照射の強いコンディシ
ョニング処理を施し、砥粒の自生量を増やして研磨面１
２の研磨速度を増大させることができる。このように、
この研磨装置によれば、研磨面１２の半径方向の任意の
位置の研磨速度を任意に調整することができ、任意の加
工形状を実現できる。

【００７２】図８は、本発明の第４の実施の形態である
研磨装置の模式的断面図である。研磨装置は、回転テー
ブル５０と、研磨対象基板１０と、トップリング４４
と、コンディショニング装置２２とを備える。

【００７３】研磨対象基板１０の回転機構は、トップリ
ング４４の上面に連結する昇降シリンダ６８へモータ７
２の回転駆動力を小ギヤ７４、減速ギヤ７６、減速ギヤ
７０を介して伝達する。このモータ７２の回転に伴い昇
降シリンダ６８に連結されたトップリング４４とガイド
リング４８、及び、研磨対象基板１０を回転させるよう
に構成されている。

【００７４】また、研磨対象基板１０の昇降機構は、昇
降シリンダ６８を介してトップリング４４に連結する昇
降装置６６により上下方向へ移動させる。研磨工程中は
トップリング４４に支持された研磨対象基板１０を研磨
面１２の方向に対向させて降下し、研磨対象基板１０を
研磨面１２に押圧し摺接させ回転研磨を行う。また、研
磨対象基板１０の「ｅｘ−ｓｉｔｕ」エクスサイチュの
残膜検出工程においては昇降シリンダ６８を上昇させて
から、図示しない位置制御装置によりトップリング４４
を回転テーブル５０外へ平行移動させる。

【００７５】研磨対象基板１０の直下に位置する研磨面
１２は、回転テーブル５０の回転によりコンディショニ
ング装置２２の直下に移動する。また、回転テーブル５
０の回転による遠心力により研磨砥液ノズル３８から供
給する研磨砥液４０が研磨面１２の回転中心軸方向から
外周方向へ移動し研磨面１２上に付着する。付着した研
磨砥液４０はコンディショニング装置２２と研磨面１２
との間に水膜として機能する。

【００７６】コンディショニング装置２２は、研磨面１
２上の研磨砥液４０と部分的に接触して位置決めされ、
また回転テーブル５０の回転中に研磨面１２に接近して
いる狭く細長い超音波振動素子２０ａから２０ｆを有す
る。また、各超音波振動素子の先端方向には、超音波出
力を集束する振動エネルギ集束部２９ａから２９ｆを各
々独立させて設けている。

【００７７】複数の超音波振動素子は独立して、適切な
周波数と十分な振幅で研磨砥液４０を攪拌し、研磨面１
２に対向する振動エネルギ集束部２９ａから２９ｆの底
面の直下に砥液のキャビテーションを作り出すように超
音波を照射する。例えば、超音波振動素子２０ａ、２０
ｂは、強い超音波振動を発生し、超音波振動素子２０
ｃ、２０ｄは通常の超音波振動を発生し、超音波振動素
子２０ｅ、２０ｆは弱い超音波振動を発生するようにコ
ンディショニング設定装置２４により制御する。

【００７８】この超音波振動の強弱制御により研磨面１
２の外周部を強くコンディショニング処理し、研磨面１
２の回転中心部に向かって弱くコンディショニング処理
を施すように所定のプロファイルを有する研磨処理を実
行することができる。勿論、プロファイルの設定条件を
変更することにより研磨面１２の回転中心部を強くコン
ディショニング処理し、研磨面１２の外周部を弱くコン
ディショニング処理することもできる。

【００７９】キャビテーション崩壊の動作は、研磨対象
基板１０の残膜の厚さに対応する超音波照射の強度に比
例し、研磨面１２の研磨効果を維持するように不純物質
を追い出し、固定砥粒の研磨面１２に対しては砥粒を自
生させ、研磨布の研磨面１２に対しては目詰まりを除去
し表面の目立てを施すように再組織化し、活発に研磨面
１２をコンディショニングすることができる。

【００８０】キャビテーションを利用するコンディショ
ニング装置は、ダイヤモンドドレッサ２８から取り除か
れる例えば、ダイヤモンド塵等に起因するウェハへの損
傷を減らすことができる。さらに、ダイヤモンドドレッ
サ２８が研磨面１２の最上層を研削するのに対して、キ
ャビテーションによるコンディショニング処理は、研磨
面の最上層を損なわない点で有利となる。すなわち、研
磨面１２の寿命を伸ばす結果として研磨装置のメンテナ
ンス期間も短縮するのでトータルダウンタイムを軽減
し、これにより高いスループットの研磨工程を提供す
る。

【００８１】さらに、研磨対象基板１０の残膜の厚さに
対応して複数の超音波振動素子２０ａから２０ｆを個別
に制御するので、通常又は弱い超音波照射を受ける研磨
面の減耗又は消耗を防止することができるので、研磨面
１２の交換作業に伴う研磨装置のダウンタイムはさらに
短縮させることができる。

【００８２】コンディショニング装置２２に設けられた
超音波振動素子２０ａから２０ｆは、超音波振動素子の
底部振動面と研磨面１２との間隙に位置する水膜として
の研磨砥液４０にキャビテーションを引き起こすために
十分な振幅と周波数を照射する。

【００８３】コンディショニング装置２２の直下に位置
する研磨砥液４０内のキャビティが崩壊する際に、キャ
ビテーション崩壊作用は、研磨布の研磨面１２を活性化
し研磨面１２を再組織化し、固定砥粒の研磨面１２を用
いた場合であっても砥粒を自生させることができる。例
えば振動周波数は、２０ｋＨｚから１００ｋＨｚ未満の
範囲の中から選択することができ、強いコンディショニ
ング処理には周波数を４０ｋＨｚに設定することが望ま
しく、通常のコンディショニング処理には１００ｋＨｚ
以上の周波数を選択することができる。

【００８４】上記キャビテーション崩壊作用は、水膜の
温度や周囲の気圧により変動するため、コンディショニ
ング処理を施す際には、これら温度又は気圧に適応した
超音波振動素子の動作パラメータを変動させるように構
成することが望ましい。

【００８５】図９は、本発明の第５の実施の形態である
研磨装置の模式的平面図である。研磨装置は、水平方向
にトップリング４４と伴に回転する半導体基板のような
研磨対象基板１０と、固定位置に配置されたコンディシ
ョニング装置２２ａと、研磨面１２の半径方向に遥動す
るコンディショニング装置２２ｂとを備える。

【００８６】研磨対象基板１０直下の研磨面１２の研磨
領域は、図示する矢印の反時計回りに回転しコンディシ
ョニング装置２２ａの直下を通過する。図示したハッチ
ング領域は研磨対象基板１０の中心軸の軌跡７９を有す
る研磨領域８０の回転軌跡である。

【００８７】研磨装置は、トップリング４４の直下に位
置する渦電流センサにより研磨対象基板１０の残膜の厚
さ量を測定し、この測定量に対応するコンディショニン
グ強度をコンディショニング設定装置２４により設定
し、コンディショニング装置２２ａの直下に移動し通過
する研磨領域８０をプリコンディショニングする。

【００８８】さらに、研磨対象領域は回転してコンディ
ショニング装置２２ｂの直下に移動し通過する。コンデ
ィショニング装置２２ｂはコンディショニング設定装置
２４から超音波振動パラメータを受信し、残膜の厚い研
磨領域をさらに強くコンディショニングすることができ
る。

【００８９】コンディショニング装置２２ｂは、研磨面
１２の半径方向に細長い棒状体であって研磨対象基板１
０の直径より短い部材で構成する。コンディショニング
装置２２ａの直下を通過した研磨領域が回転しコンディ
ショニング装置２２ｂの直下に移動し通過する際に、研
磨領域のコンディショニング処理を施す。この追加のコ
ンディショニング処理により残膜の厚い部分に対応する
研磨面１２をより強く活性化することができる。

【００９０】コンディショニング装置２２ｂは、研磨面
１２の回転中心部１６と外周部１８との間で位置制御装
置２１とアーム２３の位置決め制御により矢印で示す水
平方向である研磨面１２の半径方向に遥動し、研磨面１
２の所望の位置に対して追加の活性化処理を施すように
構成されている。

【００９１】本実施の形態では、研磨面１２を反時計回
りに回転させ、コンディショニング装置２２ａにより活
性化処理を施した後にコンディショニング装置２２ｂの
直下を通過する研磨領域を再度活性化する二段階のコン
ディショニング処理を施したが、研磨面１２を部分的に
活性化するコンディショニング処理を施す工程であれ
ば、研磨面１２を時計回りに回転させ、最初にコンディ
ショニング装置２２ｂにより強く研磨領域を活性化し、
次にコンディショニング装置２２ａにより追加の活性化
処理を施す二段階のコンディショニング処理を行うこと
もできる。

【００９２】図１０は、上記実施の形態である研磨装置
の模式的平面図である。回転テーブル５０に埋設された
残膜検出装置としての渦電流センサ３２ａ、３２ｂは、
トップリングに保持された研磨中の研磨対象基板１０の
中心が通過する移動軌跡７９に設置されている。渦電流
センサ３２ａ、３２ｂは、反時計回りの矢印方向に自転
している研磨対象基板１０の直下を通過するように研磨
面１２の回転中心部１６を中心に回転する。渦電流セン
サ３２ａ、３２ｂは、半導体ウエハのような研磨対象基
板１０が真上を通過している間、移動軌跡７９上で連続
的に半導体ウエハのＣｕ層、アルミ層等の導電性膜の残
膜の厚さを検出する。

【００９３】渦電流センサ３２ａ、３２ｂは、回転テー
ブル５０の表面に研磨布を貼設する研磨面１２を用いる
場合には、渦電流センサ３２ａ、３２ｂを回転テーブル
５０内に埋設する。また、回転テーブル５０上に固定砥
粒の研磨面１２を用いる場合には、渦電流センサ３２
ａ、３２ｂを固定砥粒プレート内に埋設する。

【００９４】残膜検出装置は、研磨対象基板１０の被研
磨面から渦電流センサ３２ａ、３２ｂの表面までの距離
を約１．３ｍｍに離すことができる。半導体ウエハの酸
化膜（ＳｉＯ２）上にＣｕ層やＡｌ層からなる導電性膜
が形成された研磨対象基板１０に対してその表面のＡｌ
層又はＣｕ層の研磨処理を施しながらＡｌ層又はＣｕ層
の残膜の厚さを検出することができる。

【００９５】研磨布を用いた研磨面１２は、例えば、ロ
デール社製のポリテックス（Ｐｏｌｉｔｅｘ）などの不
織布や発泡ポリウレタンが用いられる。一方、固定砥粒
を用いた研磨面１２は、粒度が数μｍ以下であるような
微細な砥粒、例えばＣｅＯ_２の樹脂を結合剤として固
め、円板状に成形したものを用いることができる。

【００９６】研磨対象基板１０の研磨中に、渦電流セン
サ３２ａ、３２ｂは、研磨面１２が一回転する毎に研磨
対象基板１０の被研磨面の直下を通過する。この場合、
渦電流センサ３２ａ、３２ｂは、研磨対象基板１０の中
心軸が通過する軌跡７９の直下に設置されている。この
渦電流センサ３２ａ、３２ｂの移動に伴って研磨対象基
板１０の被研磨面が描く円弧状の軌跡７９に沿って連続
的に金属等の残膜の厚さ検出を行う。

【００９７】また、渦電流センサ３２ａと３２ｂのよう
に複数のセンサを設けるのは、残膜の厚さの検出時間の
間隔を短くするためである。図示するように軌跡７９に
渦電流センサ３２ａと渦電流センサ３２ｂを隣接させて
設けても良く、研磨面１２の研磨速度が偏らないように
研磨対象基板１０の直径程度の距離に離して埋設しても
良い。

【００９８】ここで、渦電流センサを用いてＣｕ層やＡ
ｌ層からなる半導体ウエハ上の導電性膜の膜厚を検出す
る原理を簡単に説明する。渦電流式プロセスモニタのシ
ステム原理は、センサコイルに高周波電流を流して、ウ
エハの導電性膜（金属膜）中に渦電流を発生させ、この
渦電流が膜厚によって変化し、センサー回路との合成イ
ンピーダンスを監視することで、終点の検出を行なうも
のである。

【００９９】すなわち、センサコイルに高周波電流を流
し、導電性膜（金属膜）中に渦電流を発生させる。そし
て、回路中のインピーダンスを監視する。回路中のイン
ピーダンスは、センサ部のＬ、Ｃと導電性膜のＲが並列
に結合された形となり、Ｒが変化することによりＺが変
化する関係を有する。また、この時に、共振周波数も同
時に変化し、この変化の度合いを監視することで化学機
械研磨プロセスの終点を判定することができる。

【０１００】本実施の形態では、シリコン酸化膜上に被
着した導電性膜の残膜厚さ量を渦電流センサにより検出
したが、次に光センサを用いた残膜の厚さを検出する構
成について説明する。

【０１０１】図１１は、他の実施の形態である研磨装置
の模式的断面図である。研磨装置は、残膜検出装置３２
としての渦電流センサに隣接して光学式センサ８０が設
置されている。光学式センサ８０は、ＬＥＤ又はレーザ
の投光素子とホトセンサの受光素子を備え、投光素子か
ら研磨対象基板１０としての半導体ウエハの被研磨面に
光を照射し、被研磨面からの反射光を受光素子で受光す
るように構成されている。

【０１０２】この場合、投光素子から発せられる光は、
レーザ光もしくはＬＥＤである。光学式センサ８０は、
Ｃｕ層やＡｌ層等の導電性膜が所定厚の薄膜になってく
ると、投光素子から被研磨面に照射された光の一部が導
電性膜を透過し、導電性膜の下層の酸化膜から反射され
た反射光と、導電性膜の表面から反射された反射光の二
種類の反射光を受光素子で受光する。また、光学式セン
サ８０は研磨対象基板１０の表面に形成された絶縁酸化
膜としてのシリコン酸化膜ＳｉＯ_２の残膜厚を検出する
こともでき、所定の膜厚まで研磨処理を施すことができ
る。

【０１０３】受光素子から送信される反射光の位相差と
強度に対応する検出信号は、ケーブル８２を介してコン
トローラ８６で受信し信号処理を行う。この処理により
半導体ウエハの酸化膜上に残存する導電性膜の膜厚を残
膜検出装置３２としての渦電流センサよりも正確に検出
することができる。

【０１０４】また、光学センサ８０は、研磨対象基板１
０上のシリコン酸化膜の残膜厚を検出する際に、シリコ
ン酸化膜が研磨されシリコン酸化膜の下層に形成された
窒化膜ＳｉＮが被研磨面に出現した状態を照射光の屈折
率の変化により検出する。コントローラ８６はこの屈折
率の変化により研磨処理の終点を判断して、シリコン酸
化膜のポリッシング工程の完了を判定する。

【０１０５】このように、二種類の膜厚計測用のセンサ
を研磨装置に搭載することにより、導電性膜が所定厚の
薄膜になるまでは、残膜検出装置３２としての渦電流セ
ンサの信号を処理することにより膜厚をモニタし、所定
厚の薄膜になってから残膜の膜厚を光学式センサ８０に
より検出できるようになった時点で光学式センサ８０の
信号を処理することにより薄膜の膜厚をモニタする。

【０１０６】これにより、薄膜に対する測定感度が高い
光学式センサ８０を用いて残膜としての導電性膜が配線
部を除いて除去されたことを正確に検出でき、化学機械
研磨プロセスの終点を決定できる。また、上記残膜検出
装置によりモニタした残膜の位置情報はコンディショニ
ング設定装置２４内の基板座標テーブルに展開され、研
磨対象基板１０の回転と研磨面１２の回転との相対運動
に対応したコンディショニング位置座標をコンディショ
ニング設定装置２４内のコンピュータにより処理するこ
とにより決定することができる。

【０１０７】勿論、残膜検出装置としての渦電流センサ
と光学式センサ８０を研磨プロセスの終点まで併用する
こともでき、導電性膜が配線部を除いて除去されること
を残膜検出装置３２としての渦電流センサと光学式セン
サ８０の双方から送信される信号をコントローラ８４と
コントローラ８６の双方で処理し、モニタすることによ
り残膜の検出をすることで、「ｉｎ−ｓｉｔｕ」インサ
イチュの研磨処理工程において、化学機械研磨プロセス
の終点を決定することもできる。本実施の形態において
は、導電性膜としてＣｕ層およびＡｌ層について説明し
たが、Ｃｒ層、Ｗ層、Ｔｉ層等の他の金属層について適
用することもでき、絶縁膜としてシリコン酸化膜や窒化
膜の他に、ポリイミドのような層間絶縁膜についても適
用できることは勿論である。

【０１０８】コンディショニング設定装置２４は、残膜
の検出信号をコントローラ８６又はコントローラ８４で
処理した結果を受信し、残膜の厚い箇所を研磨する研磨
面１２の部分を集中的に活性化するようにコンディショ
ニング装置２２ａ内に並設された超音波振動素子を個別
に制御する。

【０１０９】また、固定配置されたコンディショニング
装置２２ａの研磨面１２の活性化処理に追加して可動式
のコンディショニング装置２２ｂを併用することもでき
る。すなわち、コンディショニング装置２２ａは、短期
間、例えば研磨面１２が一回転する間に研磨面１２を減
耗又は消耗させない強度の超音波照射を行い、低照射出
力の超音波振動素子を使用することができる。

【０１１０】コンディショニング装置２２ａの超音波照
射強度では研磨面１２を十分に活性化できない場合に
は、コンディショニング装置２２ｂにより追加のコンデ
ィショニング処理を施すように構成することができる。

【０１１１】コンディショニング装置２２ｂは、図示す
るように、矢印で示す研磨面１２を研磨面１２の半径方
向に平行移動することができ、コンディショニング装置
２２ｂの直下を通過する研磨面１２に対して追加の活性
化を行い。コンディショニング装置２２ｂの直下を通過
しない研磨面１２に対しては追加の活性化による減耗又
は消耗を防止し寿命の低下を招かないという利点を有す
る。コンディショニング装置２２ｂは、コンディショニ
ング設定装置２４の位置制御信号を受信することにより
追加のコンディショニング処理を施す位置に遥動するこ
とができる。

【０１１２】図１２は、他の実施の形態であるコンディ
ショニング装置の模式的外観図である。コンディショニ
ング装置は、幅ｃの頂部２７と、幅ｂの底部３１ａから
３１ｅと、振動エネルギ集束部２９と、分離領域２５ａ
から２５ｄとを備える。

【０１１３】振動エネルギ集束部２９は底部方向に先細
りのホーン形状を呈しており、各分離領域は振動エネル
ギ集束部２９を横断面方向に貫通し、分離領域２５ａは
底部３１ａと底部３１ｂを分離し、分離領域２５ｂは底
部３１ｂと底部３１ｃを分離し、分離領域２５ｃは底部
３１ｃと底部３１ｄを分離し、分離領域２５ｄは底部３
１ｄと底部３１ｅを分離するように構成されている。

【０１１４】超音波振動素子２０ａは底部３１ａに対向
する頂部２７から装填する。超音波振動素子２０ｂは底
部３１ｂに対向する頂部２７から装填する。超音波振動
素子２０ｃは底部３１ｃに対向する頂部２７から装填す
る。超音波振動素子２０ｄは底部３１ｄに対向する頂部
２７から装填する。超音波振動素子２０ｅは底部３１ｅ
に対向する頂部２７から装填する。

【０１１５】超音波振動素子２０ａは、隣接する超音波
振動素子２０ｂと分離領域２５ａを介して分離されてい
るため、相互に超音波振動出力の干渉を受けない。同様
に、超音波振動素子２０ｂは分離領域２５ａと分離領域
２５ｂにより隣接する超音波振動素子２０ａと２０ｃの
干渉を受けず、超音波振動素子２０ｃは分離領域２５ｂ
と分離領域２５ｃにより隣接する超音波振動素子２０ｂ
と２０ｄの干渉を受けず、超音波振動素子２０ｄは分離
領域２５ｃと分離領域２５ｄにより隣接する超音波振動
素子２０ｃと２０ｅの干渉を受けない。

【０１１６】従って例えば、超音波振動素子２０ｂの超
音波出力を停止している場合、その底部３１ｂ直下に位
置する研磨面１２は、隣接する超音波振動素子２０ａ又
は２０ｃの超音波出力の影響を受けず、コンディショニ
ング処理を停止させ、底部３１ａ又は３１ｃの直下を通
過する研磨面１２のコンディショニング処理を遂行させ
ることができる。

【０１１７】また、振動エネルギ集束部２９は、例え
ば、超音波振動素子２０ａから出力される超音波出力を
底部３１ａに集束させるので、研磨面１２に対する超音
波出力を増大させることができる。言いかえれば、超音
波振動素子２０ａを定格出力以下で駆動した状態であっ
ても底部３１ａ直下の研磨面１２に対して定格出力の超
音波出力を伝達することができる。このように超音波振
動素子２１ａの定格出力以下の駆動制御により超音波振
動素子２１ａの劣化防止や長寿命化を図ることができ
る。なお、他の超音波振動素子２１ｂから２１ｅについ
ても同様に、超音波出力の増大と超音波振動素子の劣化
防止と長寿命化を図れることは勿論である。

【０１１８】図１３は、他の実施の形態であるコンディ
ショニング装置の模式的外観図である。コンディショニ
ング装置は、幅ｃの頂部２７と、幅ｂの底部３１ａから
３１ｅと、分離領域２５ａから２５ｄとを備え、頂部と
底部は略同一の幅を有している点で図１２に示した振動
エネルギ集束部２９と相違する。各底部に対応して装填
された超音波振動素子（図１２参照）から出力される超
音波出力エネルギを垂直方向、即ち底部方向へ直進させ
ることができる。

【０１１９】図示した振動エネルギ集束部２９は、各底
部３１ａから３１ｅを分離領域２５ａから２５ｄを介し
て分離しているので、各々隣接する超音波素子からの干
渉を防止することができる。従って、各超音波振動素子
は隣接する超音波振動素子と異なる周波数で駆動した状
態においても、共振等の影響を防止することができる。
よって、各底部３１ａから３１ｅの直下を通過する研磨
面１２を独立して木目細かくコンディショニングするこ
とができる。

【０１２０】こうして、研磨装置は、研磨布又は固定砥
粒の研磨面１２を備えた回転テーブル側に渦電流センサ
や光センサを配置することにより、研磨対象基板として
の半導体ウエハ上の被研磨面に形成されたＣｕ層やＡｌ
層等の導電性膜の膜厚をリアルタイムで連続した計測値
として検出しながら、研磨速度が著しく低下し、研磨が
事実上進行しなくなるセルフストップ現象を引き起こし
た研磨面１２の部分に対して個別的に超音波照射を施す
ことで、研磨面１２の減耗又は消耗を減少させ、研磨装
置のダウンタイムを短縮させることができる。

【０１２１】尚、本発明の研磨装置及びコンディショニ
ング方法は、上述の図示例にのみ限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更
を加え得ることは勿論である。例えば、光学式センサに
よる残膜検出を超音波式センサによる残膜検出に代替す
ることもできる。

【０１２２】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の請求項１
乃至６記載の研磨装置及びコンディショニング方法によ
れば、研磨速度が低下した研磨面を集中的に活性化する
ことにより、研磨面のコンディショニング処理を効率的
に行い、稼動率の高い研磨装置を提供することができ
る、という優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態である研磨装置の模式的平面
図である。

【図２】研磨装置に用いるコンディショニング装置の模
式的外観図である。

【図３】研磨装置に用いる他のコンディショニング装置
の模式的外観図である。

【図４】研磨装置に用いる超音波振動素子の模式的外観
図である。

【図５】コンディショニング装置に用いる振動エネルギ
集束部の模式的外観図である。

【図６】第２の実施の形態である研磨装置の模式的縦断
面図である。

【図７】第３の実施の形態である研磨装置の模式的縦断
面図である。

【図８】第４の実施の形態である研磨装置の模式的縦断
面図である。

【図９】第５の実施の形態である研磨装置の模式的平面
図である。

【図１０】本発明の実施の形態である研磨装置の模式的
平面図である。

【図１１】他の実施の形態である研磨装置の模式的断面
図である。

【図１２】他の実施の形態であるコンディショニング装
置の模式的外観図である。

【図１３】他の実施の形態であるコンディショニング装
置の模式的外観図である。

【符号の説明】

１０研磨対象基板１２研磨面１６回転中心部１８外周部２０超音波振動素子２１位置制御装置２２コンディショニング装置２３アーム２４コンディショニング設定装置２６研磨液供給ノズル２９振動エネルギ集束部２８ダイヤモンドドレッサ３２残膜検出装置３４ロータリコネクタ３６ディスプレイ３８研磨砥液ノズル４０研磨砥液４２、６８昇降シリンダ４４トップリング４６弾性マット４８ガイドリング５０回転テーブル５２モータ５６回転テーブル支持軸６０残膜検出装置６６昇降装置７２モータ８０光学式センサ８４、８６コントローラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】研磨対象基板の表面を研磨面に押圧して
摺動しつつ研磨を行う基板の研磨装置であって；前記研
磨面に接近し、前記研磨面の回転中心部と外周部との間
に並設する複数の超音波振動素子により、前記研磨面を
活性化させるコンディショニング装置と；前記超音波振
動素子の各々の振動出力又は振動周波数を個別に設定す
るコンディショニング設定装置と；を備える基板の研磨
装置。
【請求項２】前記研磨対象基板表面の残膜を検出し、
前記コンディショニング設定装置へ検出情報を送信する
残膜検出装置をさらに備える請求項１に記載の基板の研
磨装置。
【請求項３】前記コンディショニング装置を前記残膜
検出情報に基づき水平方向へ揺動させる位置制御装置を
さらに備える請求項２に記載の基板の研磨装置。
【請求項４】前記コンディショニング装置は、前記超
音波振動素子から放射される振動エネルギを集束させる
振動エネルギ集束部を備える請求項１乃至３に記載の基
板の研磨装置。
【請求項５】回転する研磨面に、回転する研磨対象基
板を押圧して摺動しつつ研磨を行う基板の研磨装置のコ
ンディショニング方法であって、研磨対象基板表面の残
膜の形状に基づくコンディショニングパラメータを設定
し、複数の超音波振動素子の各々の振動出力又は振動周
波数を個別に制御し、前記研磨面を強く又は高密度に活
性化させる基板の研磨装置のコンディショニング方法。
【請求項６】前記コンディショニングパラメータに基
づき前記複数の超音波振動素子を水平方向へ揺動させる
請求項５に記載の基板の研磨装置のコンディショニング
方法。