JP2005169593A

JP2005169593A - 研磨装置、研磨方法、この研磨方法を用いた半導体デバイスの製造方法及びこの半導体デバイスの製造方法により製造された半導体デバイス

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Publication number: JP2005169593A
Application number: JP2003416076A
Authority: JP
Inventors: Isao Sugaya; 功菅谷
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-12-15
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2005-06-30

Abstract

【課題】研磨パッドの厚さを簡易かつ正確に計測することができるようにする。
【解決手段】第１プレート２９が研磨体保持体２１のストッパ２５ａと当接しているか否かを検出する当接検出手段（電気接点Ｃ１，Ｃ２及び制御装置６０）と、ストッパ２５ａと当接していた第１プレート２９がストッパ２５ａより離間したことが当接検出手段により検出されたときに研磨体保持体２１の上下方向位置を検出する位置検出器１８と、第２プレート４１から研磨パッド４２を取り外した状態で研磨体保持体２１を下降させたときに位置検出器１８により検出される研磨体保持体２１の上下方向位置と、第２プレート４１に研磨パッド４２を取り付けた状態で研磨体保持体２１を下降させたときに位置検出器１８により検出される研磨体保持体２１の上下方向位置とから研磨パッド４２の厚さを算出する厚さ算出手段としての制御装置６０とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、工作物の表面を平坦研磨する研磨装置及び研磨方法に関し、また、この研磨方法を用いた半導体デバイス製造方法、及びこの半導体デバイス製造方法により製造された半導体デバイスに関する。

半導体ウエハ等の工作物の表面を平坦研磨する装置としては、スピンドルの下端に保持された半導体ウエハを、回転定盤の上面に取り付けた研磨パッドに上方から接触させ、ウエハと研磨パッドとの接触面に研磨液（シリカ粒を含んだスラリー）を供給しつつ、ウエハと研磨パッドとの双方を相対移動させてウエハ表面の研磨を行うＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学的機械的研磨）装置が知られている。このＣＭＰ装置では、回転定盤の上面に取り付けられた研磨パッドの直径は、研磨されるウエハの直径よりも数倍大きく、複数枚のウエハを同時に研磨することができるようになっているのが一般的である。

また、下記の特許文献１には、上記構成とは逆に、スピンドルの下部に取り付けられた研磨ヘッド下面の研磨パッドを、回転定盤の上面側に保持されたウエハに上方から接触させ、ウエハと研磨パッドとの間に上記スラリーを供給しつつ、ウエハと研磨パッドの双方を相対移動させてウエハ表面を研磨するタイプのＣＭＰ装置が開示されている。このタイプのＣＭＰ装置では、研磨パッドの直径は研磨されるウエハの直径よりも小さく、研磨パッドをウエハ表面に対して満遍なく移動させることにより、ウエハの表面全体を研磨することができるようになっている。この研磨装置は研磨ヘッドに組み込まれたドライブリングと呼ばれる可撓性のある（例えば金属製の）薄板部材の下部にプレート部材を有しており、研磨パッドはこのプレート部材の下面に取り付けられている。そして、研磨ヘッドの内部空間とドライブリングとの間に形成された圧力室内に空気圧を供給し、上記ドライブリングを弾性変形させてプレート部材を下方に押圧することにより、研磨パッドを工作物の表面に上方から押圧接触させ、その接触状態を保持しつつ、工作物と研磨パッドとを相対移動させて工作物の表面を研磨する構成となっている。

ところで、ウエハの平坦化に際しては、平坦性及び均一性に対する所定の要求が満たされる必要がある。ウエハ表面の平坦性及び均一性には研磨パッドの厚さが大きく影響し、研磨パッドの厚さが大きい（厚い）場合と小さい（薄い）場合とでその研磨特性が大きく異なることが知られている（下記の特許文献２参照）。また、工作物の研磨における平坦性及び均一性には、研磨パッドの厚さ（摩耗状態）のみならず、研磨圧力（研磨時における研磨パッドとウエハ表面との接触圧力）等の要素も大きく関与する。このため、所望の研磨特性（平坦性、均一性及び研磨レート）を得るためには、研磨条件（研磨パッドの厚さや研磨圧力等）を正確に把握・制御する必要がある。
特開平１１−１５６７１１号公報国際公開第０３／００９３６２号パンフレット

しかしながら、上記従来の研磨装置においては、ドライブリングが撓みのない中立姿勢から上下方向に変形しているときにはその復元力によりプレート部材が引き上げられる（或いは押し下げられる）ため、圧力室内に供給する空気圧の値を、研磨パッドとウエハ表面との最適接触力から逆算して求めてこれを圧力室内に供給していたとしても、実際に作用する研磨圧力は所望の値とはならず、研磨パッドの厚さを考慮した最適の研磨特性が必ずしも得られるとは限らなかった。特に、Low−K材のように極めて低い研磨圧力でしか研磨できない脆弱な材料からなる工作物に対しては、上記ドライブリングの撓みに起因する研磨圧力の誤差は最終的な研磨状態に大きな影響（例えば材料自体の破壊）を与えるものであった。

また、上記のように研磨パッドの厚さは研磨特性に大きな影響を与えることから、ウエハの良好な研磨を行うためには、研磨開始前或いは研磨終了後に研磨パッドの厚さを計測するようにし、研磨パッドの研磨特性が大きく変化する前にその研磨パッドを取り替えるようにする方法が有効である。しかし、実際に研磨パッド計測を行おうとすると、その計測装置の設置場所に研磨パッドを移動させなければならないため、結果として研磨工程に要する時間が大幅にアップしてしまい、コスト高になってしまうという問題があった。また、計測装置が研磨パッドの表面にプローブを接触させて移動させるプローブ式の計測装置である場合には、研磨パッドの表面に研磨液が付着している場合には計測誤差が生じて正確な計測を行うことができない場合もあった。計測装置が光学式センサによる場合には、研磨液の付着の影響はないものの、装置が極めて高価になるという問題があった。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、研磨パッドの厚さを簡易かつ正確に計測することができて研磨工程に要する時間の短縮化に資することが可能な構成の研磨装置を提供することを目的としている。また本発明は、研磨パッドの厚さを考慮した最適な研磨特性を得ることが可能な研磨方法を提供することを目的としている。更には、この研磨装置を用いた半導体デバイスの製造方法及びこの半導体デバイスの製造方法により製造された半導体デバイスを提供することを目的としている。

このような目的を達成するため、請求項１に係る発明の研磨装置は、工作物の上方において前記工作物の表面と対向するように下方に開口した中空形状の保持体、前記保持体の下部に水平に取り付けられた可撓性のある薄板部材、前記薄板部材の下面に取り付けられたプレート部材及び前記プレート部材の下面に着脱自在に取り付けられた研磨パッドを有して構成された研磨ヘッドと、前記研磨ヘッドを昇降移動させる昇降機構と、前記保持体と前記薄板部材との間に形成された圧力室内に空気圧を供給する空気圧供給手段とを備え、前記昇降機構により前記研磨ヘッドを下降させて前記研磨パッドを前記工作物の前記表面に接触させた状態で前記空気圧供給手段により前記圧力室内に空気圧を供給し、この空気圧により前記薄板部材を下方へ押圧することにより前記プレート部材を介して前記研磨パッドを前記工作物の前記表面に押し付けつつ、前記工作物と前記研磨パッドとを相対移動させて前記工作物の表面を研磨する構成の研磨装置において、前記プレート部材は下面に反力が作用していない状態では前記保持体に設けられたストッパに上方から当接するようになっており、前記プレート部材が前記保持体の前記ストッパと当接しているか否かを検出する当接検出手段と、前記ストッパと当接していた前記プレート部材が前記ストッパより離間したことが前記当接検出手段により検出されたときに前記研磨ヘッドの上下方向位置を検出する位置検出手段と、前記プレート部材から前記研磨パッドを取り外した状態で前記研磨ヘッドを下降させたときに前記位置検出手段により検出される前記研磨ヘッドの上下方向位置と、前記プレート部材に前記研磨パッドを取り付けた状態で前記研磨ヘッドを下降させたときに前記位置検出手段により検出される前記研磨ヘッドの上下方向位置とから前記研磨パッドの厚さを算出する厚さ算出手段とを備えたことを特徴とする。

請求項２に係る発明の研磨装置は、請求項１記載の研磨装置において、前記厚さ算出手段において算出された前記研磨パッドの厚さに基づいて前記研磨パッドの交換時期を予測する予測手段を備えたことを特徴とする。

請求項３に係る発明の研磨方法は、工作物の上方において前記工作物の表面と対向するように下方に開口した中空形状の保持体、前記保持体の下部に水平に取り付けられた可撓性のある薄板部材、前記薄板部材の下面に取り付けられたプレート部材及び前記プレート部材の下面に着脱自在に取り付けられた研磨パッドを有して構成された研磨ヘッドを備えた研磨装置を用い、前記研磨パッドを前記工作物の前記表面に接触させた状態で前記保持体と前記薄板部材との間に形成された圧力室内に空気圧を供給し、この空気圧により前記薄板部材を下方へ押圧することにより前記プレート部材を介して前記研磨パッドを前記工作物の前記表面に押し付けつつ、前記工作物と前記研磨パッドとを相対移動させて前記工作物の表面を研磨する研磨方法において、前記工作物の研磨を開始する前に前記研磨パッドの厚さを計測する第１工程と、前記第１工程において計測された前記研磨パッドの厚さに基づいて前記工作物の研磨時に発生する前記薄板部材の復元力を求める第２工程と、前記第２工程において求めた前記薄板部材の復元力を算出し、この復元力を相殺する補正を行って得られる空気圧を前記圧力室内に供給して前記工作物の研磨を行う第３工程とを有したことを特徴とする。

請求項４に係る発明の研磨方法は、工作物の表面に研磨パッドを押圧接触させた状態を保持しつつ、前記工作物と前記研磨パッドとを相対移動させて前記工作物の表面を研磨する研磨方法において、前記研磨パッドの厚さを計測する第１工程と、前記第１工程において計測された前記研磨パッドの厚さに応じて研磨圧力を変化させつつ前記工作物の研磨を行う第２工程とを有したことを特徴とする。

請求項５に係る発明の研磨方法は、請求項４記載の研磨方法において、前記研磨パッドが１以上の層から構成され、前記第２工程において前記研磨パッドの層数による平坦性、均一性及び研磨レートの研磨圧力依存性に基づいて、平坦性、均一性及び研磨レートのうちのいずれか１以上の研磨特性が向上するように前記研磨圧力を変化させることを特徴とする。

請求項６に係る発明の半導体デバイス製造方法は、前記工作物が半導体ウエハであり、請求項３から５のいずれか一項に記載の研磨方法を用いて前記半導体ウエハの表面を平坦化する工程を有したことを特徴とする。

請求項７に係る発明の半導体デバイスは、請求項６記載の半導体デバイス製造方法により製造されたことを特徴とする。

本発明に係る研磨装置によれば、工作物の研磨開始前（或いは研磨終了後）における研磨パッドの厚さを、研磨パッドが保持体に取り付けられた状態のまま計測することができる。この研磨パッドの厚さは、その後の工作物の研磨を最適な状態で行うにおいて必要な情報であるが、この研磨パッドの厚さを計測のために専用の計測器を必要としないので、研磨パッドの厚さを簡易に計測することができ、コストの大きな増大もない。また、専用の計測器を使用する場合には、その計測器の置かれている場所に研磨パッドを移動させる必要があるが、本装置によればそのような必要はないため、研磨パッドの厚さの計測時間、ひいては研磨工程に要する時間の短縮化を図ることが可能である。また、従来のようにプローブ等のような計測器により研磨パッドの厚さを計測する場合には、研磨パッドの表面に研磨液が付着した状態では正確な厚さ計測ができないことがあったのに対し、本装置ではこのような不都合がなく、工作物の研磨直後で研磨パッドの表面に研磨液が付着した状態であっても正確な計測結果を得ることができる。

本発明に係る研磨方法によれば、研磨パッドの厚さの変化によらず常に所望の研磨圧力を得ることができる。また、もう一つの本発明に係る研磨方法によれば、厚さにより変化する研磨パッドの研磨特性に応じた最適な研磨を研磨パッドの全使用期間にわたって維持することが可能である。

本発明に係る半導体デバイス製造方法よれば、製造される半導体デバイスの歩留まりを向上させることができる。また、本発明に係る半導体デバイスによれば、平坦度の高い工作物が用いられることとなるので、配線の絶縁不良やショートなどの不具合の少ない、性能のよいデバイスとなる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は本発明に係る研磨方法を行うのに最適な研磨装置たるＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学的機械的研磨）装置１であり、本発明に係る研磨装置の一実施形態を示している。このＣＭＰ装置１は、工作物（研磨対象）たる半導体ウエハ（以下、単にウエハと称する）Ｗを表面（上面）が上方に露出する状態で保持する回転定盤５と、この回転定盤５の上方に設置され、回転定盤５に保持されたウエハＷの表面と対向する研磨パッド４２を下面に有した研磨ヘッド２０とを備えて構成されている。このＣＭＰ装置１では、研磨パッド４２の直径はウエハＷの直径よりも小さく、研磨パッド４２をウエハＷに上方から接触させた状態で双方を相対移動させることにより、ウエハＷの表面全体を研磨できるようになっている。

回転定盤５及び研磨ヘッド２０を支持する支持フレーム２は、水平な基台３と、この基台３上にＹ方向（紙面に垂直な方向）に延びて設けられたレール（図示せず）上を移動自在に設けられた第１ステージ６と、この第１ステージ６から垂直に延びて設けられた垂直フレーム７と、この垂直フレーム７上を移動自在に設けられた第２ステージ８と、この第２ステージ８から水平に延びて設けられた水平フレーム９と、この水平フレーム９上を移動自在に設けられた第３ステージ１０とを有して構成されている。

第１ステージ６内には第１電動モータＭ１が設けられており、これを制御装置６０より回転駆動することにより第１ステージ６を上記レールに沿って（すなわちＹ方向に）移動させることができる。第２ステージ８内には第２電動モータＭ２が設けられており、これを制御装置６０より回転駆動することにより第２ステージ８を垂直フレーム７に沿って（すなわちＺ方向に）移動させることができる。また、第３ステージ１０内には第３電動モータＭ３が設けられており、これを制御装置６０より回転駆動することにより第３ステージ１０を水平フレーム９に沿って（すなわちＸ方向に）移動させることができる。このため、上記電動モータＭ１，Ｍ２，Ｍ３の回転動作を組み合わせることにより、第３ステージ１０を回転定盤５上方の任意の位置に移動させることが可能である。

回転定盤５は基台３上に設けられたテーブル支持部４から上方に延びて設けられた回転軸５ａの上端部に水平に取り付けられている。この回転軸５ａはテーブル支持部４内に設けられた第４電動モータＭ４を制御装置６０より回転駆動することによりＺ軸回りに回転させることができ、これにより回転定盤５をＸＹ面内で回転させることができる。

研磨ヘッド２０は第３ステージ１０から下方に延びて設けられたスピンドル１６の下端部に取り付けられている。このスピンドル１６は第３ステージ１０内に設けられた第５電動モータＭ５を制御装置６０より回転駆動することによりＺ軸回りに回転させることができ、これにより研磨ヘッド２０全体を回転させて研磨パッド４２をＸＹ面内で回転させることができる。

図２に示すように、スピンドル１６はベアリングＢＲを介して第３ステージ１０内のスピンドル回転保持部材１４により回転自在に保持されており、このスピンドル回転保持部材１４は第３ステージ１０を構成するスピンドル支持部１１に対して昇降移動（上下方向移動自在）に取り付けられている。スピンドル回転保持部材１４は第３ステージ１０を構成する下限ストッパ取り付け部１２に取り付けられた下限ストッパ１３に上方から当接することによりその下方移動が制限されるようになっている。下限ストッパ１３は下限ストッパ取り付け部１２に対する上下方向取り付け位置を変化させることができ、これによりスピンドル回転保持部材１４の（スピンドル１６の）昇降移動領域の最下限位置を可変に設定することが可能になっている。

スピンドル１６を保持するスピンドル回転保持部材１４は、第３ステージ１０内に設けられた研磨ヘッド２０を昇降移動させる昇降機構としてのエアシリンダ１７の駆動により上下方向に移動させることができる。このエアシリンダ１７は図２に示すピストンロッド１７ａの伸長側のエンド位置（図２（Ａ）に示す位置）と収縮側のエンド位置（図２（Ｂ）に示す位置）との両位置のみをとることができ、ピストンロッド１７ａの伸長側のエンド位置は、スピンドル回転保持部材１４が上記下限ストッパ１３に上方から当接してその下方移動が規制される位置として定められる。

研磨ヘッド２０は図３に示すように、スピンドル１６の最下端に取り付けられ、ウエハＷの上方においてウエハＷの表面と対向するように下方に開口した中空形状の研磨体保持体２１と、この研磨体保持体２１の下部に水平に取り付けられた円盤状のドライブリング２６と、このドライブリング２６の下面にドライブリング２６と一定間隔をおいて設けられた円盤状のダイアフラム２７と、このダイアフラム２７の下面側に設けられた厚い多円盤状の第１プレート２９と、この第１プレート２９の下面に吸着取り付けされた研磨体４０とを有して構成されている。

研磨体保持体２１はスピンドル１６の下部に取り付けられた筒状部２２と、筒状部２２に螺子Ｎ１により結合されて下方に拡がる形状を有した傘状部２３と、傘状部２３の下部に螺子Ｎ２により結合されたストッパ部材保持リング２４と、このストッパ部材保持リング２４の下部に螺子Ｎ３により結合され、内周面の下部に内方に突出して延びて設けられたストッパ２５ａを有したストッパ部材２５とから構成されている。

ドライブリング２６は可撓性のある（例えば金属製の）薄板部材からなっており、ダイアフラム２７はゴム等の弾性材料から構成されている。これらドライブリング２６とダイアフラム２７は、ストッパ部材保持リング２４と、ストッパ部材保持リング２４の下方に設けられた薄板状の金属板からなるリング状プレート２８との間に挟持されるようにして取り付けられている。リング状プレート２８は螺子Ｎ４によりストッパ部材保持リング２４に結合されており、したがってドライブリング２６及びダイアフラム２７はそれぞれの外周縁が研磨体保持体２１に対して固定された状態となっている。

第１プレート２９は上面をダイアフラム２７の下面に接した状態で、螺子Ｎ５，Ｎ６により結合用プレート３０とともに共締めされる。第１プレート２９の内部には下面に複数の吸着開口を有する空気吸入路２９ａが形成されており、この空気吸入路２９ａの一端側は結合用プレート３０内を延びて外部（結合用プレート３０の上方）に開口している。この開口部にはスピンドル１６の内部を上下方向に貫通形成されたエア供給路１６ａ内を上下方向に延びた空気吸入管５１の端部が接続されている。

研磨体４０は第１プレート２９とほぼ同じ外径を有する厚板円盤状の第２プレート４１と、この第２プレート４１の下面に取り付けられた円盤状の研磨パッド４２とから構成される。研磨パッド４２はウエハＷの研磨により次第に摩耗劣化していく消耗品であり、その交換作業を容易にするため、第２プレート４１の下面に接着剤や粘着テープ等により着脱自在に取り付け可能になっている。ここで、研磨体４０は、第１プレート２９の下面側に第２プレート４１を位置させた状態で真空源５０より上記空気吸入管５１及び空気吸入路２９ａを介して空気を吸入することにより、第２プレート４１を第１プレート２９の下面に吸着取り付けすることが可能である。なお、第２プレート４１はこれに取り付けられる芯出しピン４３と位置決めピン４４とにより、第１プレート２９に対する芯出しと回転方向の位置決めとがなされるようになっている。

第１プレート２９は、研磨パッド４２がウエハＷの表面と接触していない状態では、研磨体保持体２１のストッパ２５ａに上方から当接した状態となる。但し、第１プレート２９は上述のように螺子Ｎ５，Ｎ６によりドライブリング２６に結合されているため、第１プレート２９がストッパ２５ａに当接している状態では、ドライブリング２６は塑性変形しない範囲で（弾性領域の範囲内で）下方に撓んだ姿勢をとる（図２（Ｂ）参照）。

また、図３の左下部の円内拡大図に示すように、第１プレート２９の外周縁下面には電気接点Ｃ１が設けられるとともに、ストッパ２５ａの上面には電気接点Ｃ２が設けられている。これら両電気接点Ｃ１，Ｃ２は上下方向に対向するように配置されており、第１プレート２９がストッパ２５ａに当接した状態で接触するようになっている。これら両電気接点Ｃ１，Ｃ２はそれぞれ図示しない配線を介して前述の制御装置６０に接続されており、制御装置６０はこれら両電気接点Ｃ１，Ｃ２の接触・非接触状態を検知して、第１プレート２９が現在ストッパ２５ａに当接した状態であるか否かを判断し得るようになっている。すなわち、上記両電気接点Ｃ１，Ｃ２及び制御装置６０は、第１プレート２９が研磨体保持体２１のストッパ２５ａと当接しているか否かを検出する当接検出手段を構成している。

また、図１に示すように、第３ステージ１０内には研磨ヘッド２０の上下方向位置を検出する位置検出器１８が設けられている。この位置検出器１８は、直接的には上記両電気接点Ｃ１，Ｃ２が接触状態（オン）から離間状態（オフ）になったときのスピンドル回転保持部材１４の高さを自動的に読み取るようになっており、制御装置６０は、このように位置検出器１８が読み取った研磨ヘッド２０の（スピンドル回転保持部材１４の）高さを記憶装置６２に記憶するようになっている。なお、位置検出器１８は、研磨パッド４２の厚さを十分な精度で計測し得る高度な計測性能を有している必要があり、例えば、磁気スケールからなる計測装置などが好ましい。

スピンドル１６の内部に形成された上記エア供給路１６ａはエア圧送装置１５（図３参照）と繋がっており、このエア圧送装置１５からエア（高圧空気）を圧送供給することにより研磨体保持体２１の傘状部２３の内壁とダイアフラム２７とにより形成される圧力室３１内に空気圧を供給して圧力室３１内の圧力を高め、ドライブリング２６を介して研磨体４０全体を下方に付勢することができるようになっている。なお、この圧力室３１内の圧力の大きさを加減することにより、ウエハＷ表面に研磨パッド４２を接触させたときの接触圧を所望に調整することが可能である。

また、スピンドル１６のエア供給路１６ａ内には研磨液供給装置５２と繋がる研磨液供給管５３が延びており、その端部が結合用プレート３０内を上下方向に貫通する研磨液流路３０ａに上方から接続されている。また、芯出しピン４３内には研磨液流路４３ａが上下方向に延びて設けられており、この研磨液流路４３ａは第２プレート４１内を延びてその下面に開口した研磨液流路４１ａに連通している。

このような構成のＣＭＰ装置１では、ウエハＷの研磨開始前（或いは研磨終了後）におけるウエハＷの厚さを計測できるとともに、この計測したウエハＷの厚さを用いて最適な研磨状態でウエハＷの研磨を行うことが可能であり、以下に図４を用いてその手順を説明する。

このＣＭＰ装置１を用いてウエハＷの厚さを計測するには、先ず、回転定盤５にウエハＷを載置する。このウエハＷは必ずしも研磨対象としての（これから研磨を始める）ウエハでなくてもよく、研磨対象となるウエハＷと同一厚さを有する他の（ダミーとしての）ウエハであってもよい。回転定盤５にウエハＷを載置したら、第２プレート４１の下面から研磨パッド４２を取り外した状態で（研磨パッド４２を取り付ける前に）エアシリンダ１７を下方に伸長作動させ、スピンドル回転保持部材１４を下限ストッパ１３に上方から当接させる。なお、このスピンドル回転保持部材１４の下降の途中で第２プレート４１の下面がウエハＷの表面（上面）に接触することがないよう、下限ストッパ１３の位置を予め調整しておく。

エアシリンダ１７を伸長作動させてスピンドル回転保持部材１４が下限ストッパ１３に当接したら、下限ストッパ１３を下方へ移動させる操作を行う。スピンドル回転保持部材１４が下限ストッパ１３によりその下方移動が制限されている状態においても、スピンドル回転保持部材１４はエアシリンダ１７から下方への付勢力を受けているため、下限ストッパ１７を下方へ移動させる操作を行ったときには、スピンドル回転保持部材１４もこれに応じて下方へ移動することになる。そして、この下限ストッパ１３を下方へ移動させる操作は、下降した第２プレート４１の下面がウエハＷの表面に接触するまで行う。これによりスピンドル回転保持部材１４の下限位置は、下降した第２プレート４１の下面がウエハＷの表面に最初に接触する位置となる（図４（Ａ）参照）。

ここで、第２プレート４１の下面がウエハＷの表面に最初に接触する瞬間は、上述の両電気接点Ｃ１，Ｃ２が接触状態（オン）から離間状態（オフ）に切り換わった瞬間に等しい。これは、第２プレート４１の下面がウエハＷの表面に接触する前においては、第１プレート２９はドライブリング２６を下方に撓ませた状態でストッパ２５ａに上方から当接しており、両電気接点Ｃ１，Ｃ２は接触した状態となっているが、第２プレート４１の下面がウエハＷの表面に最初に接触した瞬間には第１プレート２９及び第２プレート４１にウエハＷより上方へ向く反力が作用するので第１プレート２９はストッパ２５ａより離間し、これに伴って両電気接点Ｃ１，Ｃ２も互いに離間する（オフになる）からである。

上記のようにスピンドル回転保持部材１４の下限位置を第２プレート４１の下面がウエハＷの表面と接触する位置となるように設定したら、エアシリンダ１７を収縮作動させて一旦スピンドル回転保持部材１４を（すなわち研磨ヘッド２０を）上昇させる。この上昇時には第２プレート４１の下面はウエハＷの表面と接触しておらず、第１プレート２９及び第２プレート４１はウエハＷから上向きの反力を受けていないので、第１プレート２９はドライブリング２６を下方に撓ませた状態でストッパ２５ａに上方から当接した状態となる。この状態から再びエアシリンダ１７を伸長作動させるとこれによりスピンドル回転保持部材１４は下降するが、スピンドル回転保持部材１４が下限位置に至った（下限ストッパ１３に当接した）瞬間には両電気接点Ｃ１，Ｃ２が離間する（オフになる）ので、位置検出器１８はこの電気接点Ｃ１，Ｃ２の離間の瞬間における研磨ヘッド２０の（スピンドル回転保持部材１４の）上下方向位置を読み取り、制御装置６０はこの位置検出器１８が読み取った研磨ヘッド２０の上下方向位置を「パッドなしの位置」として上記記憶装置６２に記憶する。

制御装置６０の記憶装置６２に上記「パッドなしの位置」が記憶されたら、再びエアシリンダ１７を収縮作動させてスピンドル回転保持部材１４を（すなわち研磨ヘッド２０を）上昇させ、第２プレート４１の下面に研磨パッド４２を取り付ける（図４（Ｂ）参照）。なお、この状態では第２プレート４１の下面はウエハＷの表面と接触してないので、第１プレート２９はドライブリング２６を下方に撓ませた状態でストッパ２５ａに上方から当接した状態（オン）となる。

第２プレート４１の下面に研磨パッド４２を取り付けたら、再びエアシリンダ１７を伸長作動させる。これによりスピンドル回転保持部材１４、すなわち研磨ヘッド２０は下降し、スピンドル回転保持部材１４は下限ストッパ１３に上方から当接するが、第２プレート４１の下面には研磨パッド４２が取り付けられているため、両電気接点Ｃ１，Ｃ２は上記「パッドなしの位置」よりも研磨パッド４２の厚さ分だけ上方の位置において離間することとなる（図４（Ｃ）参照）。位置検出器１８はこの電気接点Ｃ１，Ｃ２の離間の瞬間における研磨ヘッド２０の（スピンドル回転保持部材１４の）上下方向位置を読み取り、制御装置６０はこの位置検出器１８が読み取った研磨ヘッド２０の上下方向位置を「パッドありの位置」として記憶装置６２に記憶する。

スピンドル回転保持部材１４は、上記のように研磨パッド４２の下面がウエハＷの表面と当接した後も研磨パッド４２の厚さ分だけ下降を続け、下限ストッパ１３に上方から当接したところで停止する。このようにスピンドル回転保持部材１４が下限ストッパ１３に当接した状態では、第１プレート２９は研磨体保持体２１のストッパ２５ａより研磨パッド４２の厚さ分だけ上方に離間した状態となる（図４（Ｄ）参照）。そして制御装置６０は厚さ算出手段としての機能を発揮し、記憶装置６２に記憶した「パッドなしの位置」と「パッドありの位置」との差を算出してこれを「研磨パッドの厚さ」としてディスプレイ６４（図１参照）に表示するとともに、この「研磨パッドの厚さ」を記憶装置６２に記憶する。これによりＣＭＰ装置１による研磨パッド４２の厚さの計測が終了する。

次に、このＣＭＰ装置１を用いて行うウエハＷの研磨方法の第１実施形態について説明する。これには先ず、回転定盤５の上面に研磨対象となるウエハＷを吸着取り付けするが、上述した研磨パッド４２の厚さの計測後、引き続き研磨を行う場合には、既に回転定盤５に取り付けてあるウエハＷはそのままでよい。回転定盤５にウエハＷが取り付けられたら、制御装置６０より電動モータＭ４を駆動して回転定盤５を水平面内で回転させる。次に制御装置６０より電動モータＭ１〜Ｍ３を駆動して第３移動ステージ１０をウエハＷの上方に位置させ、電動モータＭ５によりスピンドル１６を駆動して研磨ヘッド２０を回転させる。続いてエアシリンダ１７を制御装置６０より駆動してスピンドル回転保持部材１４（すなわち研磨ヘッド２０を）を下降させ、研磨パッド４２がウエハＷの表面に押し当てられるようにする。なお、このときスピンドル回転保持部材１４は下限ストッパ１３に当接するまで下降するが、その前に研磨パッド４２がウエハＷの表面と当接するので、スピンドル回転保持部材１４が下限ストッパ１３に当接した状態では、第２プレート４１は第１プレート２９及び第２プレート４１の自重によりウエハＷの表面に接触した状態となる。

スピンドル回転保持部材１４が下限ストッパ１３に当接する下限位置まで下げられたら、前述のエア圧送装置１５からエアを圧送供給して圧力室３１内の圧力を高め、この圧力によりドライブリング２６、第１プレート２９及び第２プレート４１を介して研磨体４０をウエハＷの表面に押し付けるようにする。そして、圧力室３１内に供給するエアの圧力を調整してウエハＷと研磨パッド４２との接触圧が所望の値になったら、制御装置６０より電動モータＭ1，Ｍ２を駆動して研磨ヘッド２０をＸＹ方向（ウエハＷと研磨パッド４２との接触面の面内方向）に揺動させる。また、ウエハＷの研磨中には、前述の研磨液供給装置５２より研磨液（シリカ粒を含んだスラリー）を圧送して研磨パッド４２の下面側に研磨液が供給されるようにする。

このようにウエハＷの表面は、研磨液の供給を受けつつウエハＷ自身の回転運動と研磨ヘッド２０の（すなわち研磨パッド４２の）回転及び揺動運動とにより満遍なく研磨される。ここで、第１プレート２９は前述のように可撓性のあるドライブリング２６を介して取り付けられているため面外方向への微小変形が可能であり、本ＣＭＰ装置１各部の組み付け誤差等により、回転定盤５の回転軸５ａと研磨ヘッド２０の回転軸（スピンドル１６）との平行度が充分でなかった場合であっても、第１プレート２９及び第２プレート４１はこれに応じてフレキシブルに傾動（追従）するので、ウエハＷと研磨パッド４２との接触状態は良好に保たれる。

研磨パッド４２はウエハＷ一枚に対して一枚が使用されるのではなく、一枚の研磨パッド４２で多数のウエハＷを次々に研磨していき、寿命がきた時点で初めて取り替えられる。なお、この研磨パッド４２の寿命とは、主にウエハＷの研磨及び適宜行われるドレッシングにより表面が摩耗し、その厚さが予め定めた限界値に至ったときを指すのが普通である。ここで、新品の研磨パッド４２を第２プレート４１に取り付け、エアシリンダ１７により研磨ヘッド２０を下降させて研磨パッド４２がウエハＷの表面に接触した際のドライブリング２６の撓みがほぼ零であったとしても、研磨が進んで（研磨したウエハＷの枚数が増えて）研磨パッド４２の厚さが減少していくと、ドライブリング２６は研磨パッド４２の厚さの減少分だけ下方に撓むことになる。

図５は、このようにドライブリング２６が下方に撓んだ状態を示しており、図中に示すΔｈはドライブリング２６の中央部の下方撓み、Ｆｄはドライブリング２６に作用する上方への復元力である。ここで、撓みΔｈが微小であるときには、撓みΔと復元力Ｆｄとは図６に示すような比例（線形）関係（Ｆｄ＝ｋ・Δｈ、ｋは比例定数）にあると考えることができるので、圧力室３１内に供給するエアの圧力をｐ₀、第１プレート２９及び第２プレート４１がドライブリング２６を介してエアから受ける圧力の受圧面積をＳ₀、研磨パッド４２とウエハＷとの接触面積をＳｐとすると（図５参照）、研磨圧力ＰｗはＰｗ＝（Ｓ0・ｐ0−ｋ・Δｈ）／Ｓｐと表される。

ここで、圧力室３１内に供給するエアの圧力ｐ₀をドライブリング２６の撓みに起因する復元力Ｆｄを考慮しないで設定していた場合には、実際の研磨圧力は目標値より（ｋ・Δｈ）／Ｓｐだけ小さくなってしまうところである。しかし、上記ＣＭＰ装置１では研磨パッド４２の使用開始から寿命に至るまでのあいだに研磨パッド４２の厚さを適宜計測することができるので、その厚さの新品時からの減少分をドライブリング２６の撓みΔｈに等しいとみなしてドライブリング２６の復元力（＝ｋ・Δｈ）を求めることにより、上記減少する分の研磨圧力を補正することが可能である。すなわち、新品の研磨パッド４２を第２プレート４１に取り付け、エアシリンダ１７により研磨ヘッド２０を下降させて研磨パッド４２がウエハＷの表面に接触した際のドライブリング２６の撓み（初期撓み）がほぼ零になるように調整されている場合において、計測された撓みΔｈを用いて算出されるエアの圧力ｐ₀′＝ｐ0＋（ｋ・Δｈ）／Ｓｐ（ｐ₀はドライブリング２６の撓みに起因する復元力Ｆｄを考慮しないで設定したエアの圧力）を圧力室３１に供給するようにすれば、研磨パッド４２の摩耗により発生したドライブリング２６の復元力は相殺されることになる。なお、上記初期撓み（Δｈ₀とする）がほぼ零でない場合には、上記式のΔｈに代えてｐ₀′＝ｐ0＋（ｋ・（Δｈ＋Δｈ₀））／Ｓｐの式を用いればよい（ドライブリング２６が上方に撓んでいる場合にはΔｈ₀の符号は負となる）。

このように本ＣＭＰ装置１では、本来の研磨装置としての機能を損なうことなく、ウエハＷの研磨開始前（或いは研磨終了後）における研磨パッド４２の厚さを計測することができるようになっている。この研磨パッド４２の厚さは上述のように（或いは後述するように）、その後のウエハＷの研磨を最適な状態で行うにおいて必要な情報であるが、この研磨パッド４２の厚さを計測のためにプローブ装置等の専用の計測器を必要としないので、研磨パッド４２の厚さを簡易に計測することができ、コストの大きな増大もない。また、専用の計測器を使用する場合には、その計測器の置かれている場所に研磨パッドを移動させる必要があるが、本装置によれば、研磨パッド４２の厚さを研磨パッド４２が研磨体保持体２１に取り付けられた状態のまま計測することができるので、研磨パッド４２の厚さの計測時間、ひいては研磨工程に要する時間の短縮化を図ることが可能である。更に、従来のようにプローブ等のような計測器により研磨パッドの厚さを計測する場合には、研磨パッドの表面に研磨液が付着した状態では正確な厚さ計測ができないことがあったのに対し、本ＣＭＰ装置１ではこのような不都合がなく、ウエハＷの研磨直後で研磨パッド４２の表面に研磨液が付着した状態であっても正確な計測結果を得ることができる。また、研磨パッド４２の厚さの計測に必要な部品で研磨ヘッド２０に取り付けられるものは電気接点Ｃ１，Ｃ２のみであるので大変コンパクトな構成とすることができ、構造がシンプルであるため故障の発生率も少なくすることができる。

また、上記ＣＭＰ装置１を用いて上記研磨方法によりウエハＷの研磨を行う場合には、研磨パッド４２の厚さの変化によらず常に所望の研磨圧力を得ることができる。なお、上記補正後のエアの圧力ｐ₀′の算出及びエア圧送装置１５における圧力ｐ₀′の設定は全て自動で行われるようになっていることが好ましい。

次に、上記ＣＭＰ装置１を用いて行うウエハＷの研磨方法の第２実施形態について説明する。この研磨方法は、上述の第１実施形態に係る研磨方法と同様、ウエハＷの表面に研磨パッド４２を押圧接触させた状態を保持しつつ、ウエハＷと研磨パッド４２とを相対移動させてウエハＷの表面を研磨する研磨方法であるが、ウエハＷの研磨を開始する前に研磨パッド４２の厚さを計測し、これにより計測された研磨パッド４２の厚さに応じて研磨圧力を変化させつつウエハＷの研磨を行う研磨方法である。

前述の特許文献２においては、研磨圧力を一定に保った状態でウエハの研磨を行ったとしても、研磨パッドの摩耗が進行してその厚さが減少すると研磨特性も変化していくことが示されている。これを具体的に示すと図７（Ａ）のようになる。これは、研磨パッドを構成する層が１層、２層及び３層である場合のそれぞれについて（研磨パッドの材料はＩＣ１０００としている）、摩耗が進行して厚さが薄くなっていったときに、平坦性及び均一性という研磨パッドの研磨特性がどのように変化するかを示したものである。ここで、右上がりの矢印は性能の向上、水平な矢印は性能に大きな変化なし、右下がりの矢印は性能の低下をそれぞれ示す。但し、多数のウエハＷを次々に研磨していく過程において、研磨パッドの表面のドレスアップは適宜行い、研磨パッドの目詰まり等の要因は除かれているものとする。

図７（Ｂ），（Ｃ）は、研磨の進行、すなわち研磨するウエハＷの枚数の増加による研磨パッド４２の厚さの変化（厚さの減少）とは無関係に研磨圧力を変化させていった場合に、１層、２層及び３層の各研磨パッドのそれぞれについて、平坦性、均一性及び研磨レート（単位時間当たりの研磨量）という研磨パッドの研磨特性がどのように変化するかを示したものであり、図７（Ｂ）は研磨圧力を増大させていった場合、図７（Ｃ）は研磨圧力を減少させていった場合の結果である。ここで、右上がりの矢印、水平な矢印及び右下がりの矢印の意味は上記の通りである。また、上向きの矢印は性能の大幅な向上を、また下向きの矢印は性能の大幅な低下をそれぞれ示している。

図８（Ａ）は研磨圧力の増減により平坦性の良否が生ずる理由を示す図であり、図８（Ｂ）は研磨圧力の増減により均一性の良否が生ずる理由を示す図である。図８（Ａ）に示すように、研磨圧力が増大してウエハＷ表面の微小凹部Ｍへの研磨パッド４２のめり込み量が大きくなるときには、この微小凹部Ｍの縁が研磨されてしまうためにウエハＷ表面全体の平坦性が悪くなり、研磨圧力が減少してウエハＷ表面の微小凹部Ｍへの研磨パッド４２のめり込み量が少なくなるときには、この微小凹部Ｍの縁の研磨量が少なくなるために、ウエハＷ表面全体の平坦性は良くなる。すなわち、平坦性の良し悪しは、ローカルな視点において如何にウエハＷの凸部だけに研磨パッド４２を接触させることができるかに左右される。よって平坦性は段差解消性とも言い換えることができる研磨特性である。また、図８（Ｂ）に示すように、研磨圧力が増大してウエハＷ表面への研磨パッド４２表面の密着度が高くなると、ウエハＷ表面の凹凸が均一にならされる度合いが高くなるためにウエハＷ表面全体の均一性は良好となり、研磨圧力が減少してウエハＷ表面への研磨パッド４２の表面の密着度が低くなると、ウエハＷ表面の凹凸が均一にならされる度合いが低くなるためにウエハＷ表面全体の均一性は不良となる。すなわち、均一性の良し悪しは、如何にウエハＷの凸部と凹部との両方に研磨パッド４２を均一に接触させることができるかに左右される。よって均一性は追従性とも言い換えることができる研磨特性である。

以上をまとめると、平坦性、均一性及び研磨レートは、基本的には、１層、２層、３層の構造によらず、（１）研磨圧力を増大させると平坦性は低下、均一性は向上、研磨レートは増加し、（２）研磨圧力を減少させると平坦性は向上、均一性は低下、研磨レートは低下する、といえる。但し、２層パッドについてはその構造上、表層のＩＣ１０００が薄くなると下地の軟質層の特性が飛躍的に顕著になるため、１層や３層に比較してその変化率は非常に大きくなる傾向にある。

図７（Ｄ），（Ｅ）は、図７（Ａ）に示す結果と図７（Ｂ），（Ｃ）に示す結果とを重ね合わせたものであり、研磨の進行により減少した研磨パッド４２の厚さに応じて研磨圧力を変化させていった場合における、１層、２層及び３層の各研磨パッドによる平坦性、均一性及び研磨レートの変化を示したものであり、図７（Ｄ）は研磨圧力を増大させていった場合、図７（Ｅ）は研磨圧力を減少させていった場合の結果をそれぞれ示している。これらの図から、研磨圧力を増大させていった場合には、２層パッドの平坦性以外は特に悪化するものはなく、３層パッドでは平坦性を維持しつつ均一性は大幅に向上する、何層パッドであるかに拘わらず研磨レートが向上する、という特徴があることが分かる。また、研磨圧力を減少させていった場合には、１層、３層パッドにおいて均一性は特に変わらないが平坦性については大幅に向上する、何層パッドであるかに拘わらず研磨レートは低下する、すなわちスループットを犠牲にしても平坦性を向上させることができる、という特徴があることが分かる。

よってウエハＷの研磨を行う場合には、研磨目的に応じて上記図７（Ｄ）又は図７（Ｅ）に従って研磨圧力を変化させて研磨するようにすればよい。この研磨方法は、ウエハを研磨する研磨装置が上述のＣＭＰ装置１である場合に限られず、どのような研磨装置（例えば、回転定盤の上面に研磨パッドを取り付け、その上方にこれよりも小径の半導体ウエハを上方から押し付けて研磨する構成の研磨装置）についても適用することができるのであるが、上記ＣＭＰ装置１のように研磨開始前（或いは研磨終了後）における研磨パッド４２の厚さを計測できる研磨装置であれば、厚さにより変化する研磨パッド４２の研磨特性に応じた最適な研磨を研磨パッドの全使用期間にわたって維持することが可能である。すなわち、上記ＣＭＰ装置１によれば、研磨パッド４２の厚さを計測することで、現在使用中の研磨パッド４２の研磨特性（平坦性、均一性及び研磨レート）がどの程度変化しつつあるのかが分かるので、上記研磨特性のどの要素を重視（或いは犠牲に）するかに応じて研磨圧力を増大（減少）させ、研磨条件をフィードバック修正することで、結果的に常に最適な研磨条件でウエハＷの研磨を行うことが可能である。但し、上記結果はあくまでも「研磨パッドが薄くなるに従い、研磨パッド自体の研磨特性が変化する現象（図７（Ａ）参照）」と「研磨圧力を変化させた場合に、研磨特性が変化する現象（図７（Ｂ），（Ｃ）参照）」との定性的傾向の重ね合わせとして理論的に得られる結果であり、実際の効果の傾向や程度は、各パターンで増大或いは減少した研磨圧力の変化量に応じて多少変動し得る。

また、上記ＣＭＰ装置１の制御装置６０は、研磨対象となるウエハＷを交換するごとに適宜計測して得られる研磨パッド４２の厚さと、新品時からその計測までの研磨パッド４２の使用時間とから研磨パッド４２の摩耗率（厚さの変化率）を算出し、その算出した研磨パッド４２の摩耗率から研磨パッド４２の交換時期を予測する予測手段としての機能を有し、この予測した研磨パッド４２の交換時期をディスプレイ６４に表示する構成になっている。ディスプレイ６４に表示する研磨パッド４２の交換時期は、予測した使用寿命を対象となっている研磨パッド４２の積算使用時間とともに表示するものであってもよいし、予測した使用寿命と積算使用時間とから残りの使用時間を求めてこれを表示するのであってもよい。すなわち、あとどれだけ使用したらその研磨パッド４２が寿命を迎えるかを使用者に報知できればよい。

図９は、制御装置６０が上記研磨パッド４２の交換時期の予測を行うときの手順を説明する図である。この図から分かるように、制御装置６０は、研磨パッド４２の新品時の厚さをＳ₀、計測が行われた時点における研磨パッド４２の厚さをＳ₁、新品の研磨パッド４２の取り付け時からその厚さの計測が行われた時点までの研磨パッド４２の使用時間をｔ₁としたときに得られる研磨パッド４２の摩耗率μ＝（Ｓ₀−Ｓ₁）／ｔ₁から、研磨パッド４２の使用可能限界厚さＳ_mに相当する使用寿命ｔ_mを予測する。ここで、上記研磨パッド４２の摩耗率μは図９に示すグラフの直線の傾きに相当する。なお、上記使用可能限界厚さＳ_mはＣＭＰ装置１の使用者が種々の条件を考慮して予め指定することになる。

これによりＣＭＰ装置１の使用者は、使用寿命を超えない範囲でその研磨パッド４２の交換作業を適確に行うことができ、寿命を超えた研磨パッド４２をうっかり使用してしまう事態を防止することができる。また、研磨パッド４２の在庫管理用データベースなどとの連携により、最新の研磨状態に合わせた、過不足のない研磨パッド４２の発注管理も可能となる。更には、研磨対象となるウエハＷの交換ごとに研磨パッド４２の摩耗率の算出を行うことにより、この研磨パッド４２の摩耗速度を監視することになるため、或るとき研磨パッド４２の摩耗速度が異常に高く（或いは低く）なった場合などには異常事態（例えば異物の介在、研磨液の或いは研磨液供給の不良、ウエハＷの破壊など）が生じているとして警報を出すようにすることも可能である。

次に、本発明に係る半導体デバイスの製造方法の実施形態について説明する。図１０は本発明の一実施形態に係る半導体デバイスの製造方法のプロセスを示すフローチャートである。半導体製造プロセスをスタートすると、まずステップＳ２００で次に挙げるステップＳ２０１〜Ｓ２０４の中から適切な処理工程を選択し、いずれかのステップに進む。ここで、ステップＳ２０１は半導体ウエハ（以下、ウエハと称する）の表面を酸化させる酸化工程である。ステップＳ２０２はＣＶＤ等によりウエハ表面に絶縁膜や誘電体膜を形成するＣＶＤ工程である。ステップＳ２０３はウエハに電極を蒸着等により形成する電極形成工程である。ステップＳ２０４はウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込み工程である。

ＣＶＤ工程(Ｓ２０２)もしくは電極形成工程(Ｓ２０３)の後で、ステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５はＣＭＰ工程である。ＣＭＰ工程では本発明による上記研磨装置（ＣＭＰ装置１）により、層間絶縁膜の平坦化や半導体デバイス表面の金属膜の研磨、誘電体膜の研磨によるダマシン（damascene）の形成等が行われる。

ＣＭＰ工程(Ｓ２０５)もしくは酸化工程(Ｓ２０１)の後でステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６はフォトリソグラフィ工程である。この工程ではウエハへのレジストの塗布、露光装置を用いた露光によるウエハへの回路パターンの焼き付け、露光したウエハの現像が行われる。さらに、次のステップＳ２０７は現像したレジスト像以外の部分をエッチングにより削り、その後レジスト剥離が行われ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くエッチング工程である。

次に、ステップＳ２０８で必要な全工程が完了したかを判断し、完了していなければステップＳ２００に戻り、先のステップを繰り返してウエハ上に回路パターンが形成される。ステップＳ２０８で全工程が完了したと判断されればエンドとなる。

本発明による半導体デバイス製造方法では、上記ＣＭＰ工程において本発明に係る研磨装置を用い、ウエハを研磨対象として研磨する。これにより、研磨されたウエハＷから切り出せるチップ数が増大し、製造される半導体デバイスの歩留まりを向上させることができるので、従来の半導体デバイス製造方法に比べて低コストで半導体デバイスを製造することが可能となる。なお、上記半導体デバイス製造プロセス以外の半導体デバイス製造プロセスのＣＭＰ工程に上記本発明に係る研磨装置（ＣＭＰ装置１）を用いても良い。また、本発明による半導体デバイス製造方法により製造された半導体デバイスは、高歩留まりで製造されるので低コストの半導体デバイスとなる。また、これらの半導体デバイスは平坦度の高いウエハをベースにしているので、配線の絶縁不良やショートなどの不具合の少ない、性能のよいデバイスとなる。

これまで本発明の好ましい実施形態について説明してきたが、本発明の範囲は上述のものに限定されない。例えば、上述の実施形態では、ドライブリング２６の復元力Ｆｄがドライブリング２６の中央部の下方撓みΔｈに対して比例（線形）関係にあるとできる場合のみの例を示したが、ドライブリング２６の復元力Ｆｄがドライブリング２６の中央部の下方撓みΔｈに対して高次の多項式や指数関数等で表される場合であっても、同様の方法で復元力を補正した圧力を求めることができるのは勿論である。また、上述の実施形態では、本発明の研磨装置としてシリカ粒を含んだスラリーを供給しつつウエハの研磨を行うＣＭＰ装置を例に説明したが、本発明の研磨装置はこのようなＣＭＰ装置に限られず、ウエハの研磨装置全般に適用することが可能である。また、上述の実施形態では、本発明に係る研磨装置及び研磨方法により研磨される対象は半導体ウエハであったが、これは一例であり、半導体ウエハ以外の工作物を研磨対象としてもよい。

本発明に係る研磨装置の一実施形態であるＣＭＰ装置の構成を示す側面図である。上記ＣＭＰ装置における研磨ヘッドの昇降機構の構成を示す図である。上記ＣＭＰ装置における研磨ヘッドの拡大断面図である。上記ＣＭＰ装置に使用される研磨パッドの厚さを計測する工程を（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）の順で示す図である。上記ＣＭＰ装置を構成するドライブリングの下方撓みを説明する研磨ヘッドの部分模式断面図である。ドライブリングの撓みΔｈとその復元力Ｆｄとの関係を示すグラフである。（Ａ）は研磨圧力を一定に保った状態でウエハの研磨を行ったときの研磨パッドの研磨特性を示す表、（Ｂ），（Ｃ）は研磨パッドの厚さの変化とは無関係に研磨圧力を変化させていった場合の研磨パッドの研磨特性を示す表、（Ｄ）は（Ａ）と（Ｂ）、（Ｅ）は（Ａ）と（Ｃ）とをそれぞれ重ね合わせた結果を示す表である。（Ａ）は研磨圧力の増減により平坦性の良否が生ずる理由を説明する図、（Ｂ）は研磨圧力の増減により均一性の良否が生ずる理由を説明する図である。上記ＣＭＰ装置が備える制御装置が研磨パッドの交換時期の予測を行うときの手順を示すグラフである。本発明に係る半導体デバイス製造方法の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ＣＭＰ装置（研磨装置）
５回転定盤
１５エア圧送装置（空気圧供給手段）
１６スピンドル
１７エアシリンダ（昇降機構）
１８位置検出器（位置検出手段）
２０研磨ヘッド
２１研磨体保持体（保持体）
２５ａストッパ
２６ドライブリング（薄板部材）
２９第１プレート（プレート部材）
３１圧力室
４１第２プレート（プレート部材）
４２研磨パッド
６０制御装置（当接検出手段、厚さ算出手段、予測手段）
Ｗ半導体ウエハ（工作物）
Ｃ１，Ｃ２電気接点（当接検出手段）

Claims

工作物の上方において前記工作物の表面と対向するように下方に開口した中空形状の保持体、前記保持体の下部に水平に取り付けられた可撓性のある薄板部材、前記薄板部材の下面に取り付けられたプレート部材及び前記プレート部材の下面に着脱自在に取り付けられた研磨パッドを有して構成された研磨ヘッドと、前記研磨ヘッドを昇降移動させる昇降機構と、前記保持体と前記薄板部材との間に形成された圧力室内に空気圧を供給する空気圧供給手段とを備え、前記昇降機構により前記研磨ヘッドを下降させて前記研磨パッドを前記工作物の前記表面に接触させた状態で前記空気圧供給手段により前記圧力室内に空気圧を供給し、この空気圧により前記薄板部材を下方へ押圧することにより前記プレート部材を介して前記研磨パッドを前記工作物の前記表面に押し付けつつ、前記工作物と前記研磨パッドとを相対移動させて前記工作物の表面を研磨する構成の研磨装置において、
前記プレート部材は下面に反力が作用していない状態では前記保持体に設けられたストッパに上方から当接するようになっており、
前記プレート部材が前記保持体の前記ストッパと当接しているか否かを検出する当接検出手段と、
前記ストッパと当接していた前記プレート部材が前記ストッパより離間したことが前記当接検出手段により検出されたときに前記研磨ヘッドの上下方向位置を検出する位置検出手段と、
前記プレート部材から前記研磨パッドを取り外した状態で前記研磨ヘッドを下降させたときに前記位置検出手段により検出される前記研磨ヘッドの上下方向位置と、前記プレート部材に前記研磨パッドを取り付けた状態で前記研磨ヘッドを下降させたときに前記位置検出手段により検出される前記研磨ヘッドの上下方向位置とから前記研磨パッドの厚さを算出する厚さ算出手段とを備えたことを特徴とする研磨装置。
前記厚さ算出手段において算出された前記研磨パッドの厚さに基づいて前記研磨パッドの交換時期を予測する予測手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
工作物の上方において前記工作物の表面と対向するように下方に開口した中空形状の保持体、前記保持体の下部に水平に取り付けられた可撓性のある薄板部材、前記薄板部材の下面に取り付けられたプレート部材及び前記プレート部材の下面に着脱自在に取り付けられた研磨パッドを有して構成された研磨ヘッドを備えた研磨装置を用い、前記研磨パッドを前記工作物の前記表面に接触させた状態で前記保持体と前記薄板部材との間に形成された圧力室内に空気圧を供給し、この空気圧により前記薄板部材を下方へ押圧することにより前記プレート部材を介して前記研磨パッドを前記工作物の前記表面に押し付けつつ、前記工作物と前記研磨パッドとを相対移動させて前記工作物の表面を研磨する研磨方法において、
前記工作物の研磨を開始する前に前記研磨パッドの厚さを計測する第１工程と、
前記第１工程において計測された前記研磨パッドの厚さに基づいて前記工作物の研磨時に発生する前記薄板部材の復元力を求める第２工程と、
前記第２工程において求めた前記薄板部材の復元力を算出し、この復元力を相殺する補正を行って得られる空気圧を前記圧力室内に供給して前記工作物の研磨を行う第３工程とを有したことを特徴とする研磨方法。
工作物の表面に研磨パッドを押圧接触させた状態を保持しつつ、前記工作物と前記研磨パッドとを相対移動させて前記工作物の表面を研磨する研磨方法において、
前記研磨パッドの厚さを計測する第１工程と、
前記第１工程において計測された前記研磨パッドの厚さに応じて研磨圧力を変化させつつ前記工作物の研磨を行う第２工程とを有したことを特徴とする研磨方法。
前記研磨パッドが１以上の層から構成され、前記第２工程において前記研磨パッドの層数による平坦性、均一性及び研磨レートの研磨圧力依存性に基づいて、平坦性、均一性及び研磨レートのうちのいずれか１以上の研磨特性が向上するように前記研磨圧力を変化させることを特徴とする請求項４記載の研磨方法。
前記工作物が半導体ウエハであり、請求項３から５のいずれか一項に記載の研磨方法を用いて前記半導体ウエハの表面を平坦化する工程を有したことを特徴とする半導体デバイス製造方法。
請求項６記載の半導体デバイス製造方法により製造されたことを特徴とする半導体デバイス。