JP2005305587A - パッド表面形状測定装置及びこれを備えた研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 研磨パッドの表面形状測定に要する時間を短縮する。
【解決手段】 パッド表面形状測定装置８０が、ベース部材８１に取り付けられ、上方に延びて設けられた突起部材８３を上下方向移動自在に支持する複数の測定子８２と、各突起部材８３の上下方向位置に応じて変化する突起部材８３の上下方向位置を検出する位置検出器８７と、各測定子８２の突起部材８３を研磨パッド４２の下面に接触させた状態において位置検出器８７により検出される各突起部材８３のベース部材８１に対する上下方向位置から研磨パッド４２の表面形状を求める表面形状算出器８８とを備える。各測定子８２は、ベース部材８１に片持ち状態に支持された上下２枚の板ばね８４ａ，８４ａからなる平行ばね８４と、平行ばね８４の自由端部に取り付けられて突起部材８３の基端部を保持した突起部材保持体８５と、突起部材保持体８５を上方に押し上げるエアバランサ９０とを有して構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、研磨装置を構成する研磨ヘッドの下面に取り付けられた研磨パッドに下方から接触して研磨パッドの表面形状を測定するパッド表面形状測定装置及びこれを備えた研磨装置に関する。

近年、ＩＣ構造の微細化・複雑化に伴って半導体ウエハに形成する多層配線の層数は増加する傾向にあり、各薄膜形成後に行うウエハ表面の平坦化はより重要なものになってきている。各薄膜形成後に行う表面平坦化の精度が悪く凹凸が増えると表面段差が大きくなってしまい、配線間の絶縁不良やショート等が発生するおそれがある。また、リソグラフィ工程においては、ウエハの表面に凹凸が多いとピンぼけが生じることがあり、微細なパターンが形成できなくなることもある。

従来、半導体ウエハ表面を精度良く平坦化する技術としてＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学的機械的研磨）法が知られており、この方法を実施する装置としてＣＭＰ装置と呼ばれる研磨装置が用いられている。このＣＭＰ装置は、一般には、シリカ粒子を含んだ研磨液（スラリーと呼ばれる）をウエハ表面（被研磨面）と研磨パッドとの接触面に供給しながら、研磨ヘッドをウエハに対して相対移動させて研磨する構成となっている。

このようなＣＭＰ装置等の研磨装置においては研磨パッドの表面形状が重要であり、研磨パッドの表面形状が全体として均一でなく凹凸や傾きがあるような場合には、精度が良好な研磨は困難となる。このため従来、ＣＭＰ装置を始めとする研磨装置には研磨パッドの表面形状（プロファイル）を測定するためのパッド表面形状測定装置が別途備えられており、研磨工程の開始時や途中において研磨パッドの表面形状を測定することができるようになっている。このようなパッド表面形状測定装置には種々の形態のものが知られているが、例えばプローブ式と呼ばれるものでは、プローブ（触針）の先端部を研磨パッドの表面に接触させたままプローブと研磨パッドとを相対移動させ、これによりプローブの先端部が研磨パッドの凹凸形状に応じて上下移動する移動履歴に基づいて研磨パッド表面形状を測定する構成となっている（例えば、下の特許文献参照）。
特開２００３−６８６８８号公報

しかしながら、上記プローブ式のものでは、研磨パッドの表面全体についてその表面形状を測定しようとする場合には、プローブを研磨パッドの表面全体について相対移動させる必要があった。このため研磨パッドの表面形状測定、ひいては研磨工程に多大な時間がかかり、コスト高になるという問題が生じていた。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、研磨パッドの表面形状測定に要する時間を短縮することができ、コストの低減に資することが可能な構成のパッド表面形状測定装置及びこれを備えた研磨装置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に係る発明のパッド表面形状測定装置は、研磨装置を構成する研磨ヘッドの下面に取り付けられた研磨パッドに下方から接触して前記研磨パッドの表面形状を測定するパッド表面形状測定装置において、前記研磨パッドに対して相対移動自在に設けられたベース部材と、前記ベース部材に取り付けられ、上方に延びて設けられた突起部材を上下方向移動自在に支持する複数の測定子と、前記各突起部材の上下方向移動に応じて変化する前記突起部材の前記ベース部材に対する上下方向位置を検出する位置検出手段と、前記各測定子の突起部材を前記研磨パッドの下面に接触させた状態において前記位置検出手段により検出される前記各突起部材の前記ベース部材に対する上下方向位置から前記研磨パッドの表面形状を求める表面形状算出手段とを備え、前記各測定子は、前記ベース部材に片持ち状態に支持された上下２枚の板ばねからなる平行ばねと、前記平行ばねの自由端部に取り付けられて前記突起部材の基端部を保持した突起部材保持体と、前記突起部材保持体を上方に押し上げるエアバランサとを有してなることを特徴とする。

請求項２に係る発明のパッド表面形状測定装置は、請求項１記載のパッド表面形状測定装置において、前記各突起部材は前記ベース部材の上部に前記研磨パッドと平行になるように設けられた平板部に形成された突起部材貫通孔を下方から貫通して延びてその先端部を前記平板部の上面側に露出させた状態となっており、前記突起部材の側面部における前記平板部の下面側に位置する部分には防塵防水用のシール部材が設けられていることを特徴とする。

請求項３に係る発明のパッド表面形状測定装置は、請求項１又は２記載のパッド表面形状測定装置において、前記ベース部材、前記複数の測定子及び前記位置検出手段は一つのユニットとして構成されていることを特徴とする。

請求項４に係る発明の研磨装置は、被研磨物を保持する定盤と、前記定盤に保持された前記被研磨物の被研磨面と対向する面に研磨パッドが取り付けられた研磨ヘッドとを有して構成され、前記研磨パッドを前記被研磨物の前記被研磨面に接触させるとともに、前記被研磨物と前記研磨ヘッドとを相対移動させて前記被研磨面の研磨を行う研磨装置において、前記研磨ヘッドに取り付けられた前記研磨パッドの交換を行う際、新しい研磨パッドが載置されるパッド交換台を有し、前記パッド交換台における前記新しい研磨パッドが載置される位置には請求項３記載のパッド表面形状測定装置を構成する前記ユニットが着脱自在に取り付け可能になっていることを特徴とする。

本発明に係るパッド表面形状測定装置では、多点計測方式を採ることができるので測定に要する時間が短く、研磨工程の短縮化を図ることができる。なお、本発明に係るパッド表面形状測定装置では、各測定子の測定圧はエアバランサを介したものとなっているので、研磨パッドの表面がどのような形状であっても（突起部材の上下位置によらず）その測定圧を一定とすることができ、また、平行ばねが常に平行姿勢を保持しようとすることによって常時垂直姿勢が維持されるのみならず、突起部材の上下移動に伴う剛性変化もないので、安定した測定結果を得ることができる。

本発明に係る研磨装置では、研磨ヘッドに取り付けられた研磨パッドの交換を行う際に新しい研磨パッドが載置されるパッド交換台上に上記パッド表面形状測定装置が着脱自在に取り付けられるようになっているのであるが、このようなパッド交換台は研磨装置であれば大方備えられており、しかもその大きさも適当であるため、既存の設備を有効に利用することができ、コストの大幅な低減を図ることが可能である。

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２は本発明の一実施形態に係るパッド表面形状測定装置が適用されたＣＭＰ装置１を示している。このＣＭＰ装置１は、被研磨物たる半導体ウエハ（以下、単にウエハと称する）Ｗをその表面（被研磨面）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（被研磨面）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上に対して垂直方向に延びるとともに、垂直軸回り回転自在に設けられた垂直フレーム６と、この垂直フレーム６上を移動自在に設けられた昇降移動ステージ７と、この昇降移動ステージ７から水平に延びて設けられた水平フレーム８と、この水平フレーム８上を移動自在に設けられた水平移動ステージ９とを有して構成されている。

基台３内には第１電動モータＭ１が設けられており、これを回転駆動することにより垂直フレーム６を垂直軸回りに回転させることができる。昇降移動ステージ７内には第２電動モータＭ２が設けられており、これを回転駆動することにより昇降移動ステージ７を垂直フレーム６に沿って（すなわち上下方向に）移動させることができる。また、水平移動ステージ９内には第３電動モータＭ３が設けられており、これを回転駆動することにより水平移動ステージ９を水平フレーム８に沿って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、水平移動ステージ９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を回転駆動することにより垂直軸回りに回転させることができ、これにより回転定盤５を水平面内で回転させることができる。

研磨ヘッド２０は水平移動ステージ９から下方に延びて設けられたスピンドル１２の下端部に取り付けられている。このスピンドル１２は水平移動ステージ９内に設けられた第５電動モータＭ５を回転駆動することにより垂直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を水平面内で回転させることができる。また、スピンドル１２は水平移動ステージ９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１３の駆動により上下方向に移動可能となっている。

研磨ヘッド２０は図３に示すように、ウエハＷの上方においてウエハＷの表面（被研磨面）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ヤフラム２７と、このダイヤフラム２７の下面側に設けられた厚板円盤状の第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１２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、ダイヤフラム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とダイヤフラム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及びダイヤフラム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は上面がダイヤフラム２７の下面と接触した状態で、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１２の内部を上下方向に貫通形成されたエア供給路１２ａ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。

スピンドル１２の内部に形成された上記エア供給路１２ａはエア圧送装置１１と繋がっており、このエア圧送装置１１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の内壁とダイヤフラム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１２のエア供給路１２ａ内には研磨液供給装置５５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。

次に、このＣＭＰ装置１を用いてウエハＷの研磨を行う手順について説明する。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。回転定盤５にウエハＷが取り付けられたら、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。次に電動モータＭ１〜Ｍ３を駆動して水平移動ステージ９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１２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１３を駆動して研磨ヘッド２０を下降させ、研磨パッド４２がウエハＷの表面に上方から接触するようにする。

研磨パッド４２がウエハＷの表面に接触したら、前述のエア圧送装置１１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、電動モータＭ1，Ｍ２を駆動して研磨ヘッド２０を水平面内方向（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５５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１２）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。

また、このＣＭＰ装置１には、図２に示すようにドレッシング工具６０とパッド交換台７０とが備えられている。ドレッシング工具６０は、基台３から上下方向に延びた回転軸６１の上端部に備えられており、その上部にはダイヤモンド等の硬質材からなるドレス部材６２が取り付けられている。本ＣＭＰ装置１においては、研磨工程が進むとその表面にウエハＷの削りかす等が溜まって目詰まりを起こし、研磨効率が低下してしまうので、研磨工程の合間においてこの目詰まりを解消する必要がある。ドレッシング工具６０はこのような研磨パッド４２の目詰まりを解消するためのものであり、研磨パッド４２の下面にドレス部材６２を押し当てた状態で回転軸６１を回転させ、かつ回転軸６１を水平方向に揺動移動させることにより、研磨パッド４２の下面（研磨面）の全領域をドレス（目立て）することができるようになっている。

また、パッド交換台７０は使用により研磨性能が劣化した研磨パッド４２を新しいもの（例えば新品のもの）に交換する際に新しい研磨パッド４２′を載置しておくための台である。このパッド交換台７０は上下方向に延びた支柱７１の上端部に水平な載置台７２が備えられており、この載置台７２の上面上に新しい研磨パッド４２′が載置されている。研磨パッド４２を交換する際には研磨パッド４２を第２プレート４１の下面から取り外した後、研磨ヘッド２０をパッド交換台７０の上方に移動させ、エアシリンダ１３によりスピンドル１２を降下させて第２プレート４１の下面に新しい研磨パッド４２′が接着取り付けされるようにする。

ところで、このようなＣＭＰ装置１において良好な研磨性能を維持するためには、研磨パッド４２表面が全体として均一の状態になっている必要がある。このため研磨工程の開始時や途中において研磨パッド４２の表面形状（プロファイル）を測定する必要があるが、このような研磨パッド４２の表面形状を測定するために本ＣＭＰ装置１では、図４、図５及び図１に示すように、上記パッド交換台７０の載置台７２にパッド表面形状測定装置８０が着脱自在に設置可能となっている。

このパッド表面形状測定装置８０は、パッド交換台７０の載置台７２に着脱自在な形状及び寸法を有する円盤形状のベース部材８１と、このベース部材８１に取り付けられ、上方に延びて設けられた突起部材８３を上下方向移動自在に支持する複数の測定子８２と、各突起部材８３の上下方向移動に応じて変化する突起部材８３のベース部材８１に対する上下方向位置を検出する位置検出器８７と、各測定子８２の突起部材８３を研磨パッド４２の下面に接触させた状態において位置検出器８７により検出される各突起部材８３のベース部材８１に対する上下方向位置から研磨パッド４２の表面形状を求める表面形状算出手段とを備えて構成される。そして各測定子８２は、図１に示すように、ベース部材８１に支持された平行ばね８４と、この平行ばね８４の自由端部に取り付けられて突起部材８３の基端部を保持した突起部材保持体８５と、突起部材保持体８５を上方に押し上げるエアバランサ９０とを有した構成となっている。ここで各突起部材８３はベース部材８１の上部に研磨パッド４２と平行になるように設けられた円盤状の平板部８１ａに形成された突起部材貫通孔８１ｂを下方から貫通して延びてその先端（上端）部を平板部８１ａの上面側に露出させた状態となっており、突起部材８３の側面部における平板部８１ａの下面側に位置する部分には防塵防水用のシール部材８３ａが設けられている。

平行ばね８４はベース部材８１に片持ち状態に支持された上下２枚の板ばね８４ａ，８４ａ（例えば金属製の板材）からなり、各板ばね８４ａ，８４ａの中間部には上下一対に取り付けられた剛性の大きい板状のブロック材８４ｂ，８４ｃが備えられている。平行ばね８４のばね定数は、板ばね８４ａ，８４ａのヤング率、幅（図１における紙面に垂直な方向の寸法）、板厚、全長及びブロック材８４ｂ，８４ｃの端部からベース部材８１或いは突起部材保持体８５までの距離Ｌ（図１参照）で決まる。また、防塵用のシール部材８３ａは薄板の金属材料や樹脂材料等からなっており、平板部８１ａに設けられた上記突起部材貫通孔８１ｂから落下したごみや水滴等が測定子８２内に入り込むのを防止する働きをしている。

突起部材保持体８５には検出器収容空間８６が設けられており、位置検出器８７はこの検出器収容空間８６内に設けられている。この位置検出器８７はベース部材８１に固定されており、その上方に位置する突起部材保持体８５の検出器収容空間８６の壁面８６ａとの距離を光学的に検出できるようになっている。このような位置検出器８７は測定子８２ごとに備えられており、その検出情報を各々表面形状算出器８８に出力するようになっている。

エアバランサ９０はベース部材８１に固定されたエアシリンダ９１、このエアシリンダ９１にエアを供給するエア供給源９２、エア供給源９２とエアシリンダ９１とを繋ぐ管路９３中に介装された減圧弁９４及び可変絞り９５とから構成される。各エアシリンダ９１はベース部材８１に固定されたシリンダチューブ９１ａとこのシリンダチューブ９１ａ内を上下方向移動自在に設けられたピストンロッド９１ｂからなる。また、シリンダチューブ９１ａの上部には排気口９１ｃが設けられている。エアシリンダ９１は測定子８２ごとに備えられるが、エア供給源９２はこのパッド表面形状測定器８０において共通のものが一つ設置される。各測定子８２においてピストンロッド９１ｂの先端（上端）部は突起部材保持体８５に水平に延びて設けられた庇部８５ａに下方から当接しており、エア供給源９２から供給するエアによりピストンロッド９１ｂを上昇移動させることにより、突起部材保持体８５の自重に抗してこの突起部材保持体８５を支持し、かつ上昇移動させることができ、ベース部材８１に対する突起部材８３の位置を（突起部材８３の先端部の位置）を任意に設定することができるようになっている。なお、各エアバランサ９０の作動原理は従来知られたものと同様であるので、その詳細説明は省略する。

このようなパッド表面形状測定装置８０においてベース部材８１、複数の測定子８２及び位置検出器８７は一つのユニットとして構成されている。このためこのパッド表面形状測定装置８０を使用して研磨パッド４２の表面形状を測定しようとするときには、このユニットの部分をパッド交換台７０上に設置すればよい。

研磨パッド４２の表面形状を測定するには、先ず始めに各位置検出器の校正を行う。これには予め十分な平坦度が保証されたマスター治具たる基準プレート（図示せず）をパッド表面形状測定装置８０の直上かつ突起部材８３の先端部に近接した位置に位置させたうえで、エア供給源９２から各測定子８２のエアシリンダ９１にエアを供給する。これにより突起体保持体８５に保持された突起部材８３の先端（上端）部が基準プレートの下面に当接する。このとき各突起部材８３の先端部は同一面内に位置することになり、このときの各位置検出器８７の出力を零にセットする。

上記校正が終了したら、続いて表面形状を測定しようとする研磨パッド４２が取り付けられた研磨ヘッド２０をパッド交換台７０の直上かつ突起部材８３の先端部に近接した位置に位置させたうえで、その上下方向位置を固定する。そして、このような状態からエア供給源９２より各測定子８２のエアシリンダ９１内にエアを供給し、各測定子８２のピストンロッド９１ｂを上昇移動させる。これにより各測定子８２の突起部材保持体８５は上方に押し上げられ、各突起部材８３の先端部は研磨パッド４２の表面（下面）に当接する（図４参照）。このとき表面形状を測定しようとする研磨パッド４２の表面が十分に平坦であり、かつ傾き等のいびつな局所形状部分が全くなければ各測定子８２の位置検出器８７は同一の値を出力するが、上記研磨パッド４２が表面に凹凸や傾き等があれば、各位置検出器８７はその凹凸や傾き等の形状に応じた値を出力することになる。ここで、各位置検出器８７からの検出値は表面形状算出器８８に出力され、表面形状算出器８８はこれに基づいて測定対象となっている研磨パッド４２の表面形状を算出し、ディスプレイ８９上に視覚表示する。

本実施形態では図５に示すように、各測定子８２はその突起部材８３が一つの直径方向に並んで設けられた構成となっているため、上記１回の測定において研磨パッド４２の一の方向の直径に相当する表面形状を測定することができる。研磨パッド４２の全域について表面形状測定を行うには、研磨ヘッド２０若しくはパッド交換台７０を上下軸回りに回転させて同様の測定を複数回行えばよい。

上述のように本パッド表面形状測定装置８０は、研磨パッド４２に対して相対移動自在に設けられたベース部材８１と、このベース部材８１に取り付けられ、上方に延びて設けられた突起部材８３を上下方向移動自在に支持する複数の測定子８２と、各突起部材８３の上下方向移動に応じて変化する突起部材８３のベース部材８１に対する上下方向位置を検出する位置検出器８７と、各測定子８２の突起部材８３を研磨パッド４２の下面に接触させた状態において位置検出器８７により検出される各突起部材８３のベース部材８１に対する上下方向位置から研磨パッド４２の表面形状を求める表面形状算出器８８とを備え、各測定子８２は、ベース部材８１に片持ち状態に支持された上下２枚の板ばね８４ａ，８４ａからなる平行ばね８４と、平行ばね８４の自由端部に取り付けられて突起部材８３の基端部を保持した突起部材保持体８５と、突起部材保持体８５を上方に押し上げるエアバランサ９０とを有してなる。本パッド表面形状測定装置８０では多点計測方式を採っているので測定に要する時間が短く、研磨工程の短縮化を図ることができる。なお、本パッド表面形状測定装置８０では、各測定子８２の測定圧はエアバランサ９０を介したものとなっているので、研磨パッド４２の表面がどのような形状であっても（突起部材８３の上下位置によらず）その測定圧を一定とすることができ、また、平行ばね８４が常に平行姿勢を保持しようとすることによって常時垂直姿勢が維持されるのみならず、突起部材８３の上下移動に伴う剛性変化もないので、安定した測定結果を得ることができる。

また、従来のプローブ式の測定装置は水滴に弱いという性格を有していたため、研磨パッドの表面が濡れているドレス直後に表面形状測定を行うことはできず、これが乾くまで待つ必要があったため、その分の時間ロスが生じるという問題があった。しかし、本パッド表面形状測定装置８０では、各測定子８２は突起部材８３に設けられた防塵防水用のシール部材８３ａにより防水効果が施された状態になっているので、ドレス直後に測定することも可能である。

また、従来の計測装置は研磨装置とは別の装置として構成されていたため、研磨パッドの表面形状を測定するときには研磨パッドを一旦研磨ヘッドから取り外して測定装置のある場所へ移動させる必要があった。研磨パッドの表面形状を測定する動機としては表面形状が不均一になったことが疑われた場合が多いが、このように研磨パッドを研磨ヘッドから取り外してしまうと、不均一な箇所として疑いを持った箇所が測定時にはどの位置に該当しているのかが不明になる場合があり、知りたい情報が正確に得られない場合があった。しかし、本表面形状測定装置８０では、ベース部材８１、複数の測定子８２及び位置検出器８７は一つのユニットとして構成されているので、研磨パッド４２の表面形状を測定するときにはそのユニットをＣＭＰ装置１の方へ（上記実施形態ではパッド交換台７０の載置台７２上へ）運べばよく、従来のように研磨パッド４２を研磨ヘッド２０から取り外す必要がないので、不均一な箇所として疑いを持った箇所の形状の正確な情報を得ることが可能である。

また、上記のように本ＣＭＰ装置１では、研磨ヘッド２０に取り付けられた研磨パッド４２の交換を行う際に新しい研磨パッド４２′が載置されるパッド交換台７０上に上記パッド表面形状測定装置８０が取り付けられるようになっているのであるが、このようなパッド交換台７０は研磨装置であれば大方備えられており、しかもその大きさも適当であるため、既存の設備を有効に利用することができ、コストの大幅な低減を図ることが可能である。

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実施形態に示されたものに限定されない。例えば上述の実施形態において位置検出器８７は光学的に壁面８６ａとの距離を検出するものとして説明したが、これは他の手段、例えば差動トランスのように電磁的に壁面８６ａとの距離を検出するもの等であってもよい。また、上述の実施形態ではパッド表面形状測定装置８０はパッド交換台７０上に設置される例を示したが、パッド交換台７０のほかに適当な設備があれば、その上に載置して用いることも勿論可能である。また、本発明に係るパッド表面形状測定装置は上述の実施形態において示したＣＭＰ装置に限られず、他の研磨装置に備えて用いることも勿論可能である。

本発明の一実施形態に係るパッド表面形状測定装置を構成する各測定子の構成を示す側面図であり、図５における矢視I−Iから見た図である。 上記パッド表面形状測定装置が適用されたＣＭＰ装置の構成を示す側面図である。 上記ＣＭＰ装置の研磨ヘッドの構成を示す断面図である。 上記パッド表面形状測定装置を用いて研磨パッドの表面形状を測定している様子を示す側面図である。 上記パッド表面形状測定装置の平面図である。

符号の説明

１ ＣＭＰ装置（研磨装置）
５ 回転定盤（定盤）
２０ 研磨ヘッド
４２ 研磨パッド
４２′ 新しい研磨パッド
６０ ドレッシング工具
７０ パッド交換台
８０ パッド表面形状測定装置
８１ ベース部材
８１ａ 平板部
８１ｂ 突起部材貫通孔
８２ 測定子
８３ 突起部材
８３ａ シール部材
８４ 平行ばね
８４ａ 板ばね
８５ 突起部材保持体
８７ 位置検出器
８８ 表面形状算出器
９０ エアバランサ
９２ エア供給源

Claims (4)

1. 研磨装置を構成する研磨ヘッドの下面に取り付けられた研磨パッドに下方から接触して前記研磨パッドの表面形状を測定するパッド表面形状測定装置において、
   前記研磨パッドに対して相対移動自在に設けられたベース部材と、
   前記ベース部材に取り付けられ、上方に延びて設けられた突起部材を上下方向移動自在に支持する複数の測定子と、
   前記各突起部材の上下方向移動に応じて変化する前記突起部材の前記ベース部材に対する上下方向位置を検出する位置検出手段と、
   前記各測定子の突起部材を前記研磨パッドの下面に接触させた状態において前記位置検出手段により検出される前記各突起部材の前記ベース部材に対する上下方向位置から前記研磨パッドの表面形状を求める表面形状算出手段とを備え、
   前記各測定子は、前記ベース部材に片持ち状態に支持された上下２枚の板ばねからなる平行ばねと、前記平行ばねの自由端部に取り付けられて前記突起部材の基端部を保持した突起部材保持体と、前記突起部材保持体を上方に押し上げるエアバランサとを有してなることを特徴とするパッド表面形状測定装置。
2. 前記各突起部材は前記ベース部材の上部に前記研磨パッドと平行になるように設けられた平板部に形成された突起部材貫通孔を下方から貫通して延びてその先端部を前記平板部の上面側に露出させた状態となっており、前記突起部材の側面部における前記平板部の下面側に位置する部分には防塵防水用のシール部材が設けられていることを特徴とする請求項１記載のパッド表面形状測定装置。
3. 前記ベース部材、前記複数の測定子及び前記位置検出手段は一つのユニットとして構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のパッド表面形状測定装置。
4. 被研磨物を保持する定盤と、前記定盤に保持された前記被研磨物の被研磨面と対向する面に研磨パッドが取り付けられた研磨ヘッドとを有して構成され、前記研磨パッドを前記被研磨物の前記被研磨面に接触させるとともに、前記被研磨物と前記研磨ヘッドとを相対移動させて前記被研磨面の研磨を行う研磨装置において、
   前記研磨ヘッドに取り付けられた前記研磨パッドの交換を行う際、新しい研磨パッドが載置されるパッド交換台を有し、
   前記パッド交換台における前記新しい研磨パッドが載置される位置には請求項３記載のパッド表面形状測定装置を構成する前記ユニットが着脱自在に取り付け可能になっていることを特徴とする研磨装置。

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