JP2007075973A - 研磨方法及び研磨装置、並びに研磨装置制御用プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 ダミーウエハ等を使用することなく、研磨面の状態を研磨に最適な状態に調整して研磨処理を再開できるようにして、ダミーウエハ等にかかるコストを削減できるようにする。
【解決手段】 研磨休止時に待機運転を行い、待機運転終了後に、研磨面に研磨液を供給しながら該研磨面をドレッシングする研磨準備処理を行い、研磨準備処理終了後に被研磨物に対する研磨処理を開始する。待機運転終了後に研磨準備処理を行うか否かを、待機運転の延べ運転時間または延べ実効回数を基に決定してもよい。
【選択図】 なし

Description

本発明は、半導体ウエハ等の基板（被研磨物）の表面を研磨して平坦化する研磨方法及び研磨装置、並びに研磨装置を制御する研磨装置制御用プラグラムに関する。

半導体装置の製造工程において、半導体ウエハ等の基板は、一般にロット単位で管理されている。例えば、半導体ウエハを研磨装置で研磨する際には、カセットに複数枚（１ロット）の半導体ウエハを収納し、このカセットを研磨装置に装填して該カセットに収納した各半導体ウエハに対する研磨処理を行っている。

半導体装置は、一般に複数の処理工程を経て製造される。このため、全体の工程管理の結果、研磨装置に半導体ウエハ等の基板が所定時間に亘って搬送されないことがある。このとき、研磨装置は、次の研磨処理に備えてアイドリング（待機運転）運転の状態に入る。このアイドリング時に、研磨装置では研磨テーブル上に貼付された研磨パッド（研磨布）に純水を供給することにより、研磨パッド表面（研磨面）の乾燥を防ぐことが一般に行われている。

アイドリング後、研磨装置に半導体ウエハ等の基板が収納されたカセットが装填されると、研磨工程が再開されるが、アイドリング後の研磨パッド表面（研磨面）の温度は、純水の供給や研磨処理が行われていないことによって低下しており、この温度で研磨処理を行うと研磨レートが低下してしまう。また、研磨液であるスラリーは、その物性によって水を弾くものもあり、このため、アイドリング後、研磨工程を再開する間に研磨パッドにスラリーを馴染ませておく必要がある。そのため、従来、半導体ウエハ等の基板を実際に研磨するのに先だって、研磨装置の研磨面にスラリーを供給しながら、研磨装置でダミーウエハ（Non Product Wafer）等を数枚研磨することにより、研磨パッド表面の温度を所望の温度にし、また研磨パッドにスラリーを馴染ませ、研磨パッドが研磨に最適な状態になるように調整することが一般に行われている。

しかし、ダミーウエハは消耗品であり、研磨工程を再開するに際して、アイドリング毎に５枚前後のダミーウエハを使用することもあり、そのため、ダミーウエハのコストが問題となっている。また、ダミーウエハ用のカセットを用意し、そのカセットを搭載するためのスペースを確保する必要があるため、その占有面積の確保が研磨装置の省スペース化を妨げている。

研磨装置に備えられ、半導体ウエハ等の基板を保持するトップリングとして、基板に対する複数の独立した圧力室を備えたものが知られている。このトップリングの各圧力室には、一般にゴム等の弾性体が設けられており、圧力室の内部に外部から気体を供給して圧力室を加圧することによって弾性体を伸縮させ、これにより基板の押圧を行うようにしている。この場合、トップリングの使用時間が長くなると、弾性体が経時的に硬化（劣化）し、圧力室の内部に所定の気体圧を加えて圧力室内を加圧しても、弾性体の伸縮が少なくなるという難点がある。

研磨パッドは、その表面（研磨面）に所定の粗度を有し、これにより半導体ウエハ等の基板の表面を研磨するようにしている。しかし、研磨パッドの使用時間が長期に亘ると、その表面の粗さが減少し、研磨パッド表面を目立てするためのドレッシングを行っても、研磨パッド表面の所定の粗さが得られなくなる。このために、研磨パッドを使い切る前に交換することがあった。

本発明は上記事情に鑑みて成されたもので、ダミーウエハ等を使用することなく、研磨面の状態を研磨に最適な状態に調整して研磨処理を再開できるようにして、ダミーウエハ等にかかるコストを削減できるようにした研磨方法及び研磨装置、並びに研磨装置制御用プログラムを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、研磨休止時に待機運転を行い、前記待機運転終了後に、研磨面に研磨液を供給しながら該研磨面をドレッシングする研磨準備処理を行い、前記研磨準備処理終了後に被研磨物に対する研磨処理を開始することを特徴とする研磨方法である。

待機運転終了後に、研磨面に研磨液を供給しながら該研磨面をドレッシングする研磨準備処理を行うことで、ダミーウエハ等を使用することなく、研磨面の温度を所望の温度にし、また研磨面にスラリーを馴染ませて、研磨面が研磨に最適な状態になるように調整することができる。ここで、ドレッシングは、研磨面の目立てや該研磨面を持つ研磨パッド等の洗浄を目的に行う工程であり、通常は１枚の基板に対する研磨を行った後、次の基板に対する研磨を開始する迄の間に、純水を供給しながらドレッサを研磨面に押圧させ、両者を相対移動させて行われる。

請求項２に記載の発明は、前記待機運転中に、前記研磨面に純水を供給することを特徴とする請求項１記載の研磨方法である。
これにより、待機運転中に研磨面が乾燥してしまうことを防止することができる。

請求項３に記載の発明は、前記待機運転終了後に前記研磨準備処理を行うか否かを、前記待機運転の延べ運転時間または延べ実効回数を基に決定することを特徴とする請求項１または２記載の研磨方法である。
待機運転終了後、研磨準備処理を行うか否かを、待機運転の延べ運転時間または延べ実効回数を基に決定することで、待機運転終了後の必要な時にのみ研磨準備処理を行うことができる。

請求項４に記載の発明は、前記待機運転中に前記研磨面のドレッシングを行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の研磨方法である。
このように、待機運転中に研磨面のドレッシングを行うことで、研磨面に対するドレッシング時間をより長くし、研磨面の十分な目立てを行って、研磨面を持つ研磨パッド等の寿命を延ばすことができる。

請求項５に記載の発明は、前記待機運転中に、弾性体を介して被研磨物を研磨面に向けて押圧するトップリングの圧力室内を加圧することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の研磨方法である。
このように、待機運転中に、トップリングの圧力室を加圧して、被研磨物を押圧する弾性体を強制的に伸縮させることで、弾性体が経時的に硬化（劣化）して該弾性体の伸縮が不足してしまうことを防止することができる。

請求項６に記載の発明は、研磨面を有する研磨テーブルと、被研磨物を保持し前記研磨面に対して押圧するトップリングと、前記研磨面に対するドレッシングを行うドレッサと、前記研磨面に研磨液を供給する研磨液供給ノズルと、研磨休止中における待機運転終了後に前記研磨面に研磨液を供給しながら該研磨面をドレッシングする研磨準備処理を行うように、前記研磨テーブル、研磨液供給ノズル及び前記ドレッサを制御する制御部を有することを特徴とする研磨装置である。

請求項７に記載の発明は、前記制御部は、前記待機運転の延べ運転時間または延べ実効回数を基に前記研磨準備処理を行うか否かを決定することを特徴とする請求項６記載の研磨装置である。

請求項８に記載の発明は、研磨休止時に待機運転を実行させ、前記待機運転終了後に、研磨面に研磨液を供給しながら該研磨面をドレッシングする研磨準備処理を実行させ、前記研磨準備処理終了後に被研磨物に対する研磨処理を開始させることを特徴とする研磨装置制御用プログラムである。

請求項９に記載の発明は、前記待機運転終了後に前記研磨準備処理を行うか否かを、前記待機運転の延べ運転時間または延べ実効回数を基に決定することを特徴とする請求項８記載の研磨装置制御用プログラムである。

請求項１０に記載の発明は、前記待機運転中に研磨面のドレッシングを行うか否かを、研磨面の累積使用時間を基に決定することを特徴とする請求項８または９記載の研磨装置制御用プログラムである。

請求項１１に記載の発明は、弾性体を介して被研磨物を研磨面に向けて押圧するトップリングの圧力室を前記待機運転中に加圧するか否かを、前記弾性体の累積使用時間を基に決定することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載の研磨装置制御用プログラムである。

本発明によれば、待機運転（アイドリング）後におけるダミーウエハ等の研磨工程に変わるものとして、スラリーを供給しながら研磨面をドレッシングする研磨準備処理を行うことで、研磨装置に新しく装置を付加する等の設計変更を行うことなく、ダミーウエハ等の使用にかかるコストを削減することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、以下の例では、半導体ウエハ等の基板を被研磨物として、基板の表面（被研磨面）を平坦に研磨するようにした例を示す。

図１は、本発明の実施の形態に係る研磨装置の全体配置図を示す。図１に示すように、研磨装置は、走行レール２００上を移動する搬送ロボット２０２がカセット２０４内にストックされている半導体ウエハ等の基板（被研磨物）の出し入れを行うとともに、未研磨及び研磨済みの基板を、載置台２０６及び搬送ロボット２０８に中継させて、カセット２０４とロータリートランスポーター２１０との間を往復させる。そして、ロータリートランスポーター２１０上の基板を、後述するトップリング１に保持させつつ研磨テーブル１００上に位置させることにより、複数枚の基板を、１ロット単位で連続して研磨処理することができるように、研磨装置はシステム化されている。

研磨装置には、研磨後の基板を洗浄し乾燥させる洗浄機２１２，２１４、基板表面の２段目の研磨を行う研磨テーブル２１６、研磨テーブル１００，２１６のドレッシングを行うためのドレッサ２１８，２２０、及びドレッサ２１８を洗浄するための水桶２２２が備えられている。なお、複数の研磨液や複数の研磨条件（研磨レシピ）を切替ることにより、１台の研磨テーブル１００で２段研磨やそれ以上の複数段研磨を行うことも可能になっている。

また、４台の研磨テーブルを備え、２台の研磨テーブルを１セットとして基板を２段研磨する運転や、４台の研磨テーブルを用いて基板を４段研磨する運転を可能とした研磨装置を使用してもよい。

この研磨装置は、研磨前、多段研磨プロセスにおけるプロセス間、あるいは研磨後に洗浄及び乾燥処理を経た基板表面における膜の膜厚等の表面状態を測定する測定部としてのＩＴＭ（In-line Thickness Monitor）２２４を備えている。つまり、図１に示すように、走行レール２００の延長線上には、搬送ロボット２０２が研磨後の基板をカセット２０４内に収納する前、もしくは搬送ロボット２０２が研磨前の基板をカセット２０４から取出した後（In-line）に、光学的手段による基板表面へ入射し反射した光学信号により、半導体ウエハ等の基板表面における酸化膜等の絶縁膜の膜厚、導電性膜の銅膜やバリア層等の研磨状態を測定するＩＴＭ（測定部）２２４が配置されている。

研磨装置の研磨部は、研磨対象である半導体ウエハ等の基板を保持して研磨テーブル上の研磨面に押圧し、これによって、基板の表面を平坦に研磨する。図２に示すように、トップリング１の下方には、表面（上面）を研磨面１０１ａとした研磨パッド（研磨布）１０１を貼付した研磨テーブル１００が設置されている。研磨テーブル１００の上方には、研磨液供給ノズル１０２が設置されており、この研磨液供給ノズル１０２によって研磨テーブル１００上の研磨パッド１０１上に研磨液（スラリー）Ｑが供給される。これにより、研磨部が構成されている。更に、研磨テーブル１００の上方には、純水供給ノズル１０４が設置されており、この純水供給ノズル１０４によって研磨テーブル１００上の研磨パッド１０１上に純水が供給される。

市場で入手できる研磨パッド１０１としては種々のものがあり、例えば、ロデール社製のＳＵＢＡ８００、ＩＣ−１０００、ＩＣ−１０００／ＳＵＢＡ４００（二層クロス）、フジミインコーポレイテッド社製のＳｕｒｆｉｎ ｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ ０００等がある。ＳＵＢＡ８００、Ｓｕｒｆｉｎ ｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ ０００は、繊維をウレタン樹脂で固めた不織布であり、ＩＣ−１０００は、硬質の発泡ポリウレタン（単層）である。発泡ポリウレタンは、ポーラス（多孔質状）になっており、その表面に多数の微細な凹みまたは孔を有している。研磨パッド１０１は、基本的には消耗部材であり、基板の表面を研磨することによりすり減っていく。実際の研磨プロセスにおいては、研磨パッド１０１が所定の厚さになるか、または研磨速度が低下した時に、新しい研磨パッド１０１への張り替えを行っている。

トップリング１は、自在継手部１０を介してトップリング駆動軸１１に接続されており、トップリング駆動軸１１は、トップリングヘッド１１０に固定されたトップリング用エアシリンダ１１１に連結されている。トップリング用エアシリンダ１１１によってトップリング駆動軸１１は上下動し、トップリング１の全体を昇降させるとともに、トップリング本体２の下端に固定されたリテーナリング３を研磨テーブル１００に押圧する。トップリング用エアシリンダ１１１は、レギュレータＲＥ１を介して圧縮空気源１２０に接続されており、レギュレータＲＥ１によって、トップリング用エアシリンダ１１１に供給される加圧空気の空気圧等の気体圧を調整することができる。これにより、リテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力を調整することができる。

トップリング駆動軸１１は、キー（図示せず）を介して回転筒１１２に連結されている。回転筒１１２は、その外周部にタイミングプーリ１１３を備えている。トップリングヘッド１１０には、回転駆動部としてのトップリング用モータ１１４が固定されており、タイミングプーリ１１３は、タイミングベルト１１５を介してトップリング用モータ１１４に設けられたタイミングプーリ１１６に接続されている。従って、トップリング用モータ１１４を回転駆動することによって、タイミングプーリ１１６、タイミングベルト１１５及びタイミングプーリ１１３を介して回転筒１１２及びトップリング駆動軸１１が一体に回転し、トップリング１が回転する。トップリングヘッド１１０は、フレーム（図示せず）に固定支持されたトップリングヘッドシャフト１１７によって支持されている。

また、図示しないが、トップリング用モータ１１４には、このトルクを測定する測定部としてのトルクセンサが設けられている。例えば基板表面の研磨中に、基板上の金属膜が除去されて金属膜の下に形成された絶縁膜が研磨面に対して露出すると、摩擦力の変化によりトップリング用モータ１１４にかかるトルクが変化する。この変化をトルクセンサ（測定部）で検知し、これによって、金属膜が除去されたことを判定することができる。このトルクセンサは、実際にモータのトルクを測るものでもよいし、モータの電流を計測するものでもよい。また、この例では、トルクセンサをトップリング用モータ１１４に設置しているが、研磨テーブル１００を回転させるための研磨テーブル用モータに測定部としてのトルクセンサを設置してもよい。

ドレッサ２１８は、揺動自在なドレッサヘッド１３０の自由端に設けられている。そして、ドレッサ２１８は、トップリング１とほぼ同様に、エアシリンダ（図示せず）の駆動に伴って上下動し、モータ及びタイミングプーリ（図示せず）を介して回転するようになっている。

次に、トップリング１について、図３及び図４を用いてより詳細に説明する。図３は、トップリング１を示す縦断面図、図４は、図３に示すトップリング１の底面図である。
図３に示すように、トップリング１は、内部に収容空間を有する円筒容器状のトップリング本体２と、トップリング本体２の下端に固定されたリテーナリング３を備えている。トップリング本体２は、例えば金属やセラミックス等の強度及び剛性が高い材料から形成されている。リテーナリング３は、例えば剛性の高い樹脂材又はセラミックス等から形成されている。

トップリング本体２は、円筒容器状のハウジング部２ａと、ハウジング部２ａの円筒部の内側に嵌合される環状の加圧シート支持部２ｂと、ハウジング部２ａの上面の外周縁部に嵌合された環状のシール部２ｃとを備えている。トップリング本体２のハウジング部２ａの下面に固定されているリテーナリング３の下部は内方に突出している。なお、リテーナリング３をトップリング本体２と一体的に形成してもよい。

トップリング本体２のハウジング部２ａの中央部上方には、上述したトップリング駆動軸１１が配設されており、トップリング本体２とトップリング駆動軸１１とは自在継手部１０により連結されている。この自在継手部１０は、トップリング本体２及びトップリング駆動軸１１とを互いに傾動可能とする球面軸受け機構と、トップリング駆動軸１１の回転をトップリング本体２に伝達する回転伝達機構とを備えており、トップリング本体２のトップリング駆動軸１１に対する傾動を許容しつつ、トップリング駆動軸１１の押圧力及び回転力をトップリング本体２に伝達する。

球面軸受け機構は、トップリング駆動軸１１の下面の中央に形成された球面状凹部１１ａと、ハウジング部２ａの上面の中央に形成された球面状凹部２ｄと、両凹部１１ａ，２ｄ間に介装された、セラミックスのような高硬度材料からなるベアリングボール１２とから構成されている。回転伝達機構は、トップリング駆動軸１１に固定された駆動ピン（図示せず）とハウジング部２ａに固定された被駆動ピン（図示せず）とから構成される。トップリング本体２が傾いても被駆動ピンと駆動ピンは相対的に上下方向に移動可能であるため、これらは互いの接触点をずらして係合して、回転伝達機構がトップリング駆動軸１１の回転トルクをトップリング本体２に確実に伝達する。

トップリング本体２及びトップリング本体２に一体に固定されたリテーナリング３の内部に画成された空間内には、トップリング１によって保持される半導体ウエハ等の基板Ｗに当接する弾性パッド４と、環状のホルダーリング５と、弾性パッド４を支持する概略円盤状のチャッキングプレート６とが収容されている。弾性パッド４は、その外周部がホルダーリング５と該ホルダーリング５の下端に固定されたチャッキングプレート６との間に挟み込まれており、チャッキングプレート６の下面を覆っている。これにより弾性パッド４とチャッキングプレート６との間には空間が形成されている。

ホルダーリング５とトップリング本体２との間には弾性膜からなる加圧シート７が張設されている。加圧シート７は、一端をトップリング本体２のハウジング部２ａと加圧シート支持部２ｂとの間に挟み込み、他端をホルダーリング５の上端部５ａとストッパ部５ｂとの間に挟み込んで固定されている。トップリング本体２、チャッキングプレート６、ホルダーリング５、及び加圧シート７によって、トップリング本体２の内部に圧力室２１が形成されている。図３に示すように、圧力室２１には、チューブやコネクタ等からなる流体路３１が連通されており、圧力室２１は、流体路３１内に設置されたレギュレータＲＥ２を介して圧縮空気源１２０に接続されている。なお、加圧シート７は、例えばエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴムなどの強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成されている。

なお、加圧シート７がゴムなどの弾性体からなり、加圧シート７をリテーナリング３とトップリング本体２との間に挟み込んで固定した場合には、弾性体としての加圧シート７の弾性変形によってリテーナリング３の下面において好ましい平面が得られなくなってしまう。従って、これを防止するため、この例では、別部材として加圧シート支持部２ｂを設けて、加圧シート７をトップリング本体２のハウジング部２ａと加圧シート支持部２ｂとの間に挟み込んで固定している。

なお、特願平８−５０９５６号（特開平９−１６８９６４号公報）や特願平１１−２９４５０３号に記載されているように、リテーナリング３をトップリング本体２に対して上下動可能としたり、リテーナリング３をトップリング本体２とは独立に押圧可能な構造としたりすることもでき、このような場合には、必ずしも上述した加圧シート７の固定方法が用いられるとは限らない。

弾性パッド４とチャッキングプレート６との間に形成される空間の内部には、弾性パッド４に当接する当接部材としてのセンターバッグ８（中心部当接部材）及びリングチューブ９（外側当接部材）が設けられている。この例においては、図３及び図４に示すように、センターバッグ８は、チャッキングプレート６の下面の中心部に配置され、リングチューブ９は、このセンターバッグ８の周囲を取り囲むようにセンターバッグ８の外側に配置されている。なお、弾性パッド４、センターバッグ８及びリングチューブ９は、加圧シート７と同様に、例えばエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成されている。

チャッキングプレート６と弾性パッド４との間に形成される空間は、上記センターバッグ８及びリングチューブ９によって複数の空間に区画されており、これによりセンターバッグ８とリングチューブ９の間には圧力室２２が、リングチューブ９の外側には圧力室２３がそれぞれ形成されている。

センターバッグ８は、弾性パッド４の上面に当接する弾性膜８１と、弾性膜８１を着脱可能に保持するセンターバッグホルダー８２（保持部）とから構成されている。センターバッグホルダー８２にはねじ穴８２ａが形成されており、このねじ穴８２ａにねじ５５を螺合させることにより、センターバッグ８がチャッキングプレート６の下面の中心部に着脱可能に取付けられている。センターバッグ８の内部には、弾性膜８１とセンターバッグホルダー８２とによって中心部圧力室２４が形成されている。

同様に、リングチューブ９は、弾性パッド４の上面に当接する弾性膜９１と、弾性膜９１を着脱可能に保持するリングチューブホルダー９２（保持部）とから構成されている。リングチューブホルダー９２にはねじ穴９２ａが形成されており、このねじ穴９２ａにねじ５６を螺合させることにより、リングチューブ９がチャッキングプレート６の下面に着脱可能に取付けられている。リングチューブ９の内部には、弾性膜９１とリングチューブホルダー９２とによって中間部圧力室２５が形成されている。

圧力室２２，２３、中心部圧力室２４及び中間部圧力室２５には、チューブやコネクタ等からなる流体路３３，３４，３５，３６がそれぞれ連通されており、各圧力室２２〜２５は、それぞれの流体路３３〜３６内に設置されたレギュレータＲＥ３，ＲＥ４，ＲＥ５，ＲＥ６を介して、供給源としての圧縮空気源１２０に接続されている。なお、上記流体路３１，３３〜３６は、トップリング駆動軸１１の上端部に設けられたロータリージョイント（図示せず）を介して、各レギュレータＲＥ２〜ＲＥ６に接続されている。

上述したチャッキングプレート６の上方の圧力室２１及び上記圧力室２２〜２５には、各圧力室に連通される流体路３１，３３〜３６を介して加圧空気等の加圧流体又は大気圧や真空が供給されるようになっている。図２に示すように、圧力室２１〜２５の流体路３１，３３〜３６上に配置されたレギュレータＲＥ２〜ＲＥ６によってそれぞれの圧力室に供給される加圧流体の圧力を調整することができる。これにより各圧力室２１〜２５の内部の圧力を各々独立に制御する又は大気圧や真空にすることができるようになっている。

このように、レギュレータＲＥ２〜ＲＥ６によって各圧力室２１〜２５の内部の圧力を独立に可変とすることにより、弾性パッド４を介して基板Ｗを研磨パッド１０１に押圧する押圧力を基板Ｗの部分（区画領域）毎に調整することができる。なお、場合によっては、これらの圧力室２１〜２５を真空源１２１に接続してもよい。

次に、このように構成されたトップリング１の研磨時における動作について説明する。研磨時には、トップリング１の下面に基板Ｗを保持させるとともに、トップリング駆動軸１１に連結されたトップリング用エアシリンダ１１１を作動させてトップリング１の下端に固定されたリテーナリング３を所定の押圧力で研磨テーブル１００の研磨パッド１０１の研磨面１０１ａに押圧する。この状態で、圧力室２２，２３、中心部圧力室２４及び中間部圧力室２５にそれぞれ所定の圧力の加圧流体を供給し、基板Ｗを研磨テーブル１００の研磨パッド１０１の研磨面１０１ａに押圧する。そして、研磨液供給ノズル１０２から研磨液Ｑを流すことにより、研磨パッド１０１に研磨液Ｑが保持され、基板Ｗの研磨される面（下面）と研磨パッド１０１の研磨面１０１ａとの間に研磨液Ｑが存在した状態で基板Ｗの下面の研磨が行われる。

ここで、基板Ｗの圧力室２２，２３の下方に位置する部分は、それぞれ圧力室２２，２３に供給される加圧流体の圧力で研磨面に押圧される。また、基板Ｗの中心部圧力室２４の下方に位置する部分は、センターバッグ８の弾性膜８１及び弾性パッド４を介して、中心部圧力室２４に供給される加圧流体の圧力で研磨面に押圧される。基板Ｗの中間部圧力室２５の下方に位置する部分は、リングチューブ９の弾性膜９１及び弾性パッド４を介して、中間部圧力室２５に供給される加圧流体の圧力で研磨面に押圧される。

従って、基板Ｗに加わる研磨圧力は、各圧力室２２〜２５に供給される加圧流体の圧力をそれぞれ制御することにより、基板Ｗの半径方向に沿った各部分毎に調整することができる。すなわち、制御部（コントローラ）４００が、レギュレータＲＥ３〜ＲＥ６によって、各圧力室２２〜２５に供給する加圧流体の圧力をそれぞれ独立に調整し、基板Ｗを研磨テーブル１００上の研磨パッド１０１に押圧する押圧力を基板Ｗの部分毎に調整している。このように、基板Ｗの部分毎に研磨圧力が所望の値に調整された状態で、回転している研磨テーブル１００の上面の研磨パッド１０１に基板Ｗが押圧される。同様に、レギュレータＲＥ１によって、トップリング用エアシリンダ１１１に供給される加圧流体の圧力を調整し、リテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力を変更することができる。

このように、研磨中に、リテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力と、基板Ｗを研磨パッド１０１に押圧する押圧力を適宜調整することにより、基板Ｗの中心部（図４のＣ１）、中心部から中間部（Ｃ２）、外方部（Ｃ３）、そして周縁部（Ｃ４）、更には基板Ｗの外側にあるリテーナリング３の外周部までの各部分における研磨圧力の分布を所望の値とすることができる。

なお、基板Ｗの圧力室２２，２３の下方に位置する部分には、弾性パッド４を介して流体から押圧力が加えられる部分と、開口部４１の箇所のように、加圧流体の圧力そのものが基板Ｗに加わる部分とがあるが、これらの部分に加えられる押圧力は、同一圧力でもよく、それぞれ任意の圧力でも押圧ができる。また、研磨時には、弾性パッド４は、開口部４１の周囲において基板Ｗの裏面に密着するため、圧力室２２，２３の内部の加圧流体が外部に漏れることはほとんどない。

このように、基板Ｗを同心の４つの円及び円環部分（Ｃ１〜Ｃ４）に区画し、それぞれの部分（領域）を独立した押圧力で押圧することができる。研磨レートは、基板Ｗの研磨面に対する押圧力に依存するが、上述したように各部分の押圧力を制御することができるので、基板Ｗの４つの部分（Ｃ１〜Ｃ４）の研磨レートを独立に制御することが可能となる。従って、基板Ｗの表面の研磨すべき薄膜の膜厚に半径方向の分布があっても、基板全面に亘って研磨の不足や過研磨をなくすことができる。

すなわち、基板Ｗの表面の研磨すべき膜が、基板Ｗの半径方向の位置によって膜厚が異なっている場合であっても、上記各圧力室２２〜２５のうち、基板Ｗの表面の膜厚の厚い部分の上方に位置する圧力室の圧力を他の圧力室の圧力よりも高くすることにより、あるいは、基板Ｗの表面の膜厚の薄い部分の上方に位置する圧力室の圧力を他の圧力室の圧力よりも低くすることにより、膜厚の厚い部分の研磨面への押圧力を膜厚の薄い部分の研磨面への押圧力より大きくすることが可能となり、その部分の研磨レートを選択的に高めることができる。これにより、成膜時の膜厚分布に依存せずに基板Ｗの全面に亘って過不足のない研磨が可能となる。

ここで、基板Ｗの周縁部に起こる縁だれは、リテーナリング３の押圧力を制御することにより防止できる。また、基板Ｗの周縁部において研磨すべき膜の膜厚に大きな変化がある場合には、リテーナリング３の押圧力を意図的に大きく、あるいは、小さくすることで、基板Ｗの周縁部の研磨レートを制御することができる。なお、上記各圧力室２２〜２５に加圧流体を供給すると、チャッキングプレート６は上方向の力を受けるので、この例では、圧力室２１には流体路３１を介して圧力流体を供給し、各圧力室２２〜２５からの力によりチャッキングプレート６が上方に持ち上げられるのを防止している。

上述のようにして、トップリング用エアシリンダ１１１によるリテーナリング３の研磨パッド１０１への押圧力と、各圧力室２２〜２５に供給する加圧空気による基板Ｗの部分毎の研磨パッド１０１への押圧力とを適宜調整して基板Ｗの研磨が行われる。

以上説明したように、圧力室２２，２３、センターバッグ８の内部の圧力室２４、及びリングチューブ９の内部の圧力室２５の圧力を独立に制御することにより、基板に対する押圧力を制御することができる。更に、この例によれば、センターバッグ８及びリングチューブ９の位置や大きさなどを変更することによって、押圧力の制御を行う範囲を簡単に変更することができる。

すなわち、基板の表面に形成される膜の膜厚分布は、成膜の方法や成膜装置の種類により変化するが、この例によれば、基板に押圧力を加える圧力室の位置や大きさをセンターバッグ８及びセンターバッグホルダー８２、またはリングチューブ９及びリングチューブホルダー９２を交換するだけで変更することができる。従って、研磨すべき膜の膜厚分布に合わせて押圧力を制御すべき位置や範囲をトップリング１の極一部を交換するだけで容易かつ低コストで変更することが可能となる。換言すれば、研磨すべき基板の表面の研磨すべき膜の膜厚分布に変化があった場合にも、容易かつ低コストで対応することができる。なお、センターバッグ８またはリングチューブ９の形状及び位置を変更すると、結果的にセンターバッグ８とリングチューブ９に挟まれる圧力室２２及びリングチューブ９を取り囲む圧力室２３の大きさを変えることにもなる。

この研磨装置の研磨対象となる基板上には、例えば配線を形成するための銅めっき膜が成膜されているとともに、その下地材料としてバリア層が成膜されている。この研磨装置の研磨対象となる基板の最上層に酸化シリコン等の絶縁膜が成膜されているときには、光学式センサやマイクロ波センサによりその絶縁膜の膜厚を検知することができる。光学式センサの光源としては、ハロゲンランプ、キセノンフラッシュランプ、ＬＥＤまたはレーザー光源などが用いられる。

研磨パッド１０１の研磨面（表面）１０１ａは、所定の粗度を有しており、これにより半導体ウエハ等の基板の表面を研磨するようにしている。しかし、研磨が進むにつれ、研磨パッド１０１の研磨面１０１ａの粗度が低下して研磨性能が低下する。このため、研磨の合間、つまり１枚の基板に対する研磨を行った後、次の基板に対する研磨を行う迄の間に、研磨パッド１０１の研磨面１０１ａのドレッシングを行う。このドレッシングは、研磨パッド１０１の研磨面１０１ａの目立てや研磨パッド１０１の洗浄を目的に行う工程である。

つまり、先ず待避位置にあったドレッサ２１８を研磨テーブル１００上の所定の位置まで水平に移動させ、更にドレッサ２１８を下降させて、ドレッサ２１８の下面（ドレッシング面）を研磨パッド１０１の研磨面１０１ａに所定の押圧力で押圧する。同時に、純水供給ノズル１０４から研磨パッド１０１に純水を供給しながら、ドレッサ２１８及び研磨テーブル１００を共に回転させ、これによって、研磨パッド１０１の研磨面１０１ａのドレッサ２１８によるドレッシングを行う。そして、ドレッシング終了後、ドレッサ２１８及び研磨テーブル１００の回転、並びに純水供給ノズル１０４からの純水の供給を停止し、ドレッサ２１８を上昇させた後、元に待避位置に戻す。

ここで、研磨装置による研磨は、１ロット単位で行われる。つまり、研磨装置に装填されたカセット２０４内に収納された全ての基板Ｗに対する研磨が修了すると、カセット２０４は研磨装置から取出されて、次工程に搬送される。そして、研磨装置に新たなカセット２０４に装填されると、この新たなカセット２０４内に収納された基板Ｗに対する研磨が再開される。研磨が修了して再開される迄の間、研磨装置は、次に研磨処理に備えるため、待機運転（アイドリング）の状態に入る。

この例では、図５に示すように、制御部４００は、操作パネルなどの入力部４０１からの入力や、各種データ処理を行うホストコンピュータ４０２からの入力に基づいて研磨装置を以下のように制御する。

すなわち、待機運転の状態に入ると、研磨テーブル１００を回転させながら、純水供給ノズル１０４から研磨パッド１０１に純水を供給して、研磨パッド１０１の乾燥を防止する。待機運転後に研磨装置にカセット２０４が装填されると、研磨装置内の制御部４００は、純水供給ノズル１０４からの純水の供給を停止して、研磨液供給ノズル１０２からの研磨液（スラリー）Ｑの供給を開始し、同時に、ドレッサ２１８を研磨パッド１０１の研磨面１０１ａに押圧しながら、ドレッサ２１８と研磨テーブル１００を共に回転させる。これにより、研磨パッド１０１の研磨面１０１ａをドレッシングする研磨準備処理（研磨前ドレッシング工程）を行う。この研磨準備処理の時間は、例えば制御部４００に設けられた入力部４０１を介して作業者により入力される。この研磨準備処理終了後に、カセット２０４から基板Ｗを一枚ずつ取出して、基板Ｗに対する研磨を開始する。

このように、待機運転終了後、基板Ｗに対する研磨を開始する前に、研磨パッド１０１の研磨面１０１ａに研磨液Ｑを供給しながら該研磨面１０１ａをドレッシングする研磨準備処理を行うことで、ダミーウエハ等を使用することなく、研磨面１０１ａの温度を所望の温度にし、研磨パッド１０１に研磨液Ｑを馴染ませて、研磨面１０１ａが研磨に最適な状態になるように調整することができる。これによって、研磨装置に新しく装置を付加する等の設計変更を行うことなく、ダミーウエハ等の使用にかかるコストを削減することができる。尚、図示しない放射温度計により研磨面１０１ａの表面温度・分布を測定し、その測定結果を所望の表面温度・分布と比較し、研磨面１０１ａが所望の表面温度・分布になるように上述の研磨準備処理（研磨前ドレッシング工程）を制御するようにしてもよい。

この例では、待機運転終了後に研磨準備処理を行うか否かを、待機運転の延べ運転時間または延べ実効回数を基に決定するように設定されている。研磨準備処理は、待機運転終了後、毎回行う必要はなく、この処理を行うか否かを、待機運転の延べ運転時間または延べ実効回数を基に決定することで、待機運転終了後の必要な時にのみ研磨準備処理を行うことができる。尚、上述の研磨面１０１ａの表面温度・分布の測定結果に基づいて、研磨準備処理を行うか否かを決定するようにしてもよい。

制御部４００に格納されたプログラムは、入力部４０１より入力されたパラメータを基に、待機運転（アイドリング運転）、研磨準備処理（研磨前ドレッシング工程）及び基板の研磨工程に関する運転条件をそれぞれ設定して研磨装置を作動させる。

また、待機運転中に、研磨パッド１０１の研磨面１０１ａをドレッシングする操作が設定されている。つまり、待機運転中に、研磨パッド１０１に純水供給ノズル１０４から純水を供給しつつ、研磨面１０１ａにドレッサ２１８を押付け、更にドレッサ２１８と研磨テーブル１００を共に回転させるようにしている。

研磨が進むにつれ、研磨パッド１０１の研磨面１０１ａの粗度が低下して研磨性能が低下する。このため、前述のように、研磨の合間にドレッサ２１８を研磨パッド１０１の研磨面１０１ａに当接させ、両者を互いに相対運動させることにより、研磨パッド１０１の研磨面１０１ａの目立て、つまり粗度を回復するドレッシング処理を行っている。しかし、研磨パッド１０１の使用が長時間に亘ると、所定のドレッシング時間では研磨面１０１ａの目立てが不十分になり、そのため十分な粗度が得られない場合がある。このような場合には、研磨パッド１０１を使い切る前であっても交換する必要がある。この例のように、待機運転中に研磨パッド１０１の研磨面１０１ａの純水によるドレッシングを行うことにより、所定のドレッシングに追加したドレッシングを行って、十分な研磨面１０１ａの目立てを行うことができ、これにより、研磨パッド１０１の寿命を延ばすことができる。

また、待機運転中に、トップリング１の密閉された圧力室２４，２５内に気体圧をかけて該圧力室２４，２５を加圧する操作が設定されている。なお、他の圧力室２２，２３を覆う弾性パッド４の所定の位置には開口部４１が設けられて密閉されておらず、したがって、待機運転中に、これらの圧力室２２，２３に気体圧をかけて該圧力室２２，２３を加圧することはできない。

トップリング１の圧力室２４，２５に気体圧をかけ該圧力室２４，２５を加圧することで伸縮するゴム等からなる弾性体、つまり弾性膜８１，９１及び弾性パッド４は、時間の経過に伴って徐々に硬化（劣化）する。このため、複数ロットに亘って基板を研磨処理する際、初期ロットの基板に対して研磨を行うときに圧力室２４，２５に加えていた気体圧と同じ気体圧を、後期ロットの基板に対して研磨を行うときに圧力室２４，２５に与えても、弾性膜８１，９１及び弾性パッド４が硬化して伸縮が不足し、これにより基板に対する所望の押圧力が得られないということが生じる。この例のように、研磨準備処理中にトップリング１の密閉された圧力室２４，２５に気体圧を加えることにより、圧力室２４，２５に気体圧を加えることによって伸縮する弾性体、つまり弾性膜８１，９１及び弾性パッド４が硬化することを防止することができる。

研磨装置の制御部４００は、待機運転中のこれらの操作を設定することが可能となっており、入力部４０１を介して入力されたパラメータをもとに、制御部４００内のプログラムが待機運転中の研磨装置の操作条件を決定する。待機運転中での研磨パッド１０１の研磨面１０１ａのドレッシングは、研磨パッド１０１をある程度使用した後に必要となることが多い。このため、研磨パッド１０１の使用時間を条件として、研磨パッド１０１の研磨面１０１ａのドレッシングを行うか否かを決定するようにしてもよい。また、待機運転中のトップリング１の圧力室２４，２５への加圧は、該圧力室２４，２５への加圧によって伸縮する弾性体、つまり弾性膜８１，９１及び弾性パッド４をある程度使用した後に必要となることが多い。このため、弾性体、つまり弾性膜８１，９１及び弾性パッド４の使用時間を条件として、圧力室２４，２５への加圧条件を決定するようにしてもよい。

図６は、他のトップリング５００の底面図を示す。この例のトップリング５００には、センタエリア圧力室５０１、リプルエリア圧力室５０２、アウターエリア圧力室５０３及びエッジエリア圧力室５０４の合計４つの圧力室が同心状に備えられ、これらの圧力室５０１〜５０４は、弾性パッド（弾性体）５０６で一体に覆われている。そして、センタエリア圧力室５０１及びアウターエリア圧力室５０３の表面を覆う弾性パッド５０６の所定に位置には、基板吸着用の開口部５０８が設けられている。

したがって、この例では、リプルエリア圧力室５０２とエッジエリア圧力室５０４が密閉されているので、待機運転中に気体圧をかけて加圧するのは、リプルエリア圧力室５０２とエッジエリア圧力室５０４となる。

実施の形態に係る研磨装置の全体配置図を示す。 研磨装置の研磨部を示す概要図である。 研磨装置のトップリングを示す縦断面図である。 研磨装置のトップリングの底面図である。 研磨装置の制御ブロック図である。 他のトップリングを示す一部切断の面図である。

符号の説明

１，５００ トップリング
４，５０６ 弾性パッド（弾性体）
５ ホルダーリング
６ チャッキングプレート
７ 加圧シート
８ センターバッグ
９ リングチューブ
２２，２３，２４，２５，５０１，５０２，５０３，５０４ 圧力室
４１，５０８ 開口部
８１，９１ 弾性膜（弾性体）
８２ センターバッグホルダー
９２ リングチューブホルダー
１００ 研磨テーブル
１０１ 研磨パッド
１０２ 研磨液供給ノズル
１０４ 純水供給ノズル
１１０ トップリングヘッド
１２０ 圧縮空気源
１２１ 真空源
１３０ ドレッサヘッド
２０４ カセット
２０６ 載置台
２１０ ロータリートランスポーター
２１２，２１４ 洗浄機
２１８ ドレッサ
４００ 制御部
４０１ 入力部
４０２ ホストコンピュータ

Claims (11)

1. 研磨休止時に待機運転を行い、
   前記待機運転終了後に、研磨面に研磨液を供給しながら該研磨面をドレッシングする研磨準備処理を行い、
   前記研磨準備処理終了後に被研磨物に対する研磨処理を開始することを特徴とする研磨方法。
2. 前記待機運転中に、前記研磨面に純水を供給することを特徴とする請求項１記載の研磨方法。
3. 前記待機運転終了後に前記研磨準備処理を行うか否かを、前記待機運転の延べ運転時間または延べ実効回数を基に決定することを特徴とする請求項１または２記載の研磨方法。
4. 前記待機運転中に、前記研磨面のドレッシングを行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の研磨方法。
5. 前記待機運転中に、弾性体を介して被研磨物を研磨面に向けて押圧するトップリングの圧力室内を加圧することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の研磨方法。
6. 研磨面を有する研磨テーブルと、
   被研磨物を保持し前記研磨面に対して押圧するトップリングと、
   前記研磨面に対するドレッシングを行うドレッサと、
   前記研磨面に研磨液を供給する研磨液供給ノズルと、
   研磨休止中における待機運転終了後に前記研磨面に研磨液を供給しながら該研磨面をドレッシングする研磨準備処理を行うように、前記研磨テーブル、研磨液供給ノズル及び前記ドレッサを制御する制御部を有することを特徴とする研磨装置。
7. 前記制御部は、前記待機運転の延べ運転時間または延べ実効回数を基に前記研磨準備処理を行うか否かを決定することを特徴とする請求項６記載の研磨装置。
8. 研磨休止時に待機運転を実行させ、
   前記待機運転終了後に、研磨面に研磨液を供給しながら該研磨面をドレッシングする研磨準備処理を実行させ、
   前記研磨準備処理終了後に被研磨物に対する研磨処理を開始させることを特徴とする研磨装置制御用プログラム。
9. 前記待機運転終了後に前記研磨準備処理を行うか否かを、前記待機運転の延べ運転時間または延べ実効回数を基に決定することを特徴とする請求項８記載の研磨装置制御用プログラム。
10. 前記待機運転中に研磨面のドレッシングを行うか否かを、研磨面の累積使用時間を基に決定することを特徴とする請求項８または９記載の研磨装置制御用プログラム。
11. 弾性体を介して被研磨物を研磨面に向けて押圧するトップリングの圧力室を前記待機運転中に加圧するか否かを、前記弾性体の累積使用時間を基に決定することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載の研磨装置制御用プログラム。

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