JP7265848B2 - 研磨パッド高さを決定する方法、および研磨システム - Google Patents

Description

本発明は、ウェーハなどの基板の研磨に用いられる研磨パッドの高さを決定する方法に関する。また、本発明はそのような方法を用いてウェーハなどの基板を研磨する研磨システムに関する。

近年、半導体デバイスの高集積化・高密度化に伴い、回路の配線がますます微細化し、多層配線の層数も増加している。回路の微細化を図りながら多層配線を実現しようとすると、下側の層の表面凹凸を踏襲しながら段差がより大きくなるので、配線層数が増加するに従って、薄膜形成における段差形状に対する膜被覆性（ステップカバレッジ）が悪くなる。したがって、多層配線するためには、このステップカバレッジを改善し、然るべき過程で平坦化処理しなければならない。また光リソグラフィの微細化とともに焦点深度が浅くなるため、半導体デバイスの表面の凹凸段差が焦点深度以下に収まるように半導体デバイス表面を平坦化処理する必要がある。

従って、半導体デバイスの製造工程においては、半導体デバイス表面の平坦化技術がますます重要になっている。この平坦化技術のうち、最も重要な技術は、化学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing）である。この化学機械研磨（以下、ＣＭＰという）は、シリカ（ＳｉＯ_２）等の砥粒を含んだ研磨液を研磨パッド上に供給しつつウェーハなどの基板を研磨面に摺接させて研磨を行うものである。

ＣＭＰを行うための研磨装置は、研磨面を有する研磨パッドを支持する研磨テーブルと、基板を保持するための研磨ヘッドを備えている。このような研磨装置を用いて基板の研磨を行う場合には、研磨ヘッドにより基板を保持しつつ、この基板を研磨パッドの研磨面に対して所定の圧力で押圧する。さらに、研磨テーブルと研磨ヘッドとを相対運動させることにより基板が研磨面に摺接し、基板の表面が平坦かつ鏡面に研磨される。

基板の研磨を行うと、研磨パッドの研磨面には砥粒や研磨屑が付着し、研磨性能が低下してくる。そこで、研磨パッドの研磨面を再生するために、ドレッサによる研磨パッドのドレッシングが行なわれる。ドレッサは、その下面に固定されたダイヤモンド粒子などの硬質の砥粒を有しており、このドレッサで研磨パッドの研磨面を削り取ることにより、研磨パッドの研磨面を再生する。研磨パッドのドレッシングは、１枚の基板を研磨する毎に行われる。

研磨パッドは、ドレッシングを繰り返すにつれて徐々に減耗していく。研磨パッドが減耗すると、意図した研磨性能が発揮されなくなるため、研磨パッドを定期的に交換することが必要となる。一般に、研磨パッドは、その減耗量が予め定められた限界値に達するまで使用される。上述の研磨装置では、研磨パッドを押圧しているときのドレッサの高さを測定することで、研磨パッドの研磨面の高さを決定している。また、ドレッサの高さの変化量を研磨パッドの減耗量としてモニタしている。

特許第５３９０８０７号公報 特許第５５１１６００号公報

ドレッサから研磨パッドに加えられるドレッシング荷重が変化すると、研磨パッドの特性によっては、ドレッサの高さが変化することがある。したがって、安定して研磨パッドの高さを決定するためには、毎回のドレッシングにおいて、同じドレッシング荷重で研磨パッドを押圧し、ドレッサの高さを測定する必要がある。

しかしながら、ドレッシング荷重は、研磨される基板のタイプによってレシピを通じて任意に設定されるため、毎回同じドレッシング荷重が研磨パッドに加えられるとは限らない。したがって、ドレッシング荷重の差によって、決定される研磨パッドの高さに誤差が発生することがある。

本発明は、研磨パッドに加えられるドレッシング荷重が変化したときでも、正確な研磨パッドの高さを決定する方法を提供する。さらに、本発明は、そのような方法を用いてウェーハなどの基板を研磨する研磨システムを提供する。

一態様では、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、基板を前記研磨パッドの研磨面に押圧する研磨ヘッドと、前記研磨パッドの研磨面をドレッシングするドレッサと、ドレッサ高さを測定する変位センサとを備えた研磨装置における研磨パッド高さを決定する方法であって、前記変位センサにより、基板の研磨に未だ使用されていない状態の前記研磨パッドの研磨面を基準ドレッシング荷重で押し付けているときの前記ドレッサのドレッシング面の高さである、基準ドレッサ高さを測定し、前記研磨装置に接続された研磨パッド高さ監視部により、前記基準ドレッシング荷重からのドレッシング荷重の変化量に対応したドレッサ高さの補正量を算出し、前記変位センサにより、前記研磨パッドの研磨面を押し付けているときの前記ドレッサのドレッシング面の現在の高さである、現在のドレッサ高さを測定し、前記研磨パッド高さ監視部により、前記補正量を用いて前記現在のドレッサ高さの測定値を補正する方法が提供される。

一態様では、前記ドレッサ高さの補正量を算出する工程は、前記ドレッサが、前記基準ドレッシング荷重とは異なる第１ドレッシング荷重で前記研磨パッドを押圧しているときに、前記変位センサによって第２ドレッサ高さを測定し、前記研磨パッド高さ監視部により、前記第２ドレッサ高さと第１ドレッサ高さとの差である前記補正量を算出する工程を含み、前記第１ドレッサ高さは、前記研磨パッドの研磨面を前記基準ドレッシング荷重で押し付けているときの前記ドレッサのドレッシング面の高さであり、前記第２ドレッサ高さよりも前に、前記変位センサによって測定される。
一態様では、前記第１ドレッサ高さを測定しているときから、前記第２ドレッサ高さを測定しているときまでの前記研磨パッドの減耗量の変化は、実質的に０である。
一態様では、前記第１ドレッサ高さは、前記基準ドレッサ高さである。
一態様では、前記ドレッサ高さの補正量を算出する工程は、前記第２ドレッサ高さの測定後であって、かつ前記研磨パッドによる基板の研磨後に、前記ドレッサが、前記第１ドレッシング荷重で前記研磨パッドを押圧しているときに、前記変位センサによって第３ドレッサ高さを測定し、前記ドレッサが、前記第１ドレッシング荷重とは異なる第２ドレッシング荷重で前記研磨パッドを押圧しているときに、前記変位センサによって第４ドレッサ高さを測定し、前記研磨パッド高さ監視部により、前記第４ドレッサ高さと前記第３ドレッサ高さの差に基づいて前記補正量を更新する工程をさらに含む。
一態様では、前記第３ドレッサ高さを測定しているときから、前記第４ドレッサ高さを測定しているときまでの前記研磨パッドの減耗量の変化は、実質的に０である。
一態様では、前記ドレッサ高さの補正量を算出する工程は、前記研磨パッド高さ監視部により、ドレッシング荷重の変化量と、ドレッサ高さの変化量との関係を表す関係式を用いて前記ドレッサ高さの補正量を算出する工程である。
一態様では、前記研磨パッド高さ監視部により、前記基準ドレッサ高さから、前記補正された現在のドレッサ高さを減算することで、前記研磨パッドの減耗量を算出する工程をさらに含む。

一態様では、基板を研磨する少なくとも１つの研磨装置と、前記研磨装置に接続された研磨パッド高さ監視部とを備え、前記研磨装置は、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、基板を前記研磨パッドの研磨面に押圧する研磨ヘッドと、前記研磨パッドの研磨面をドレッシングするドレッサと、ドレッサ高さを測定する変位センサを備え、前記研磨パッド高さ監視部は、基準ドレッシング荷重からのドレッシング荷重の変化量に対応したドレッサ高さの補正量を算出する補正量算出部と、前記変位センサによって測定された、前記研磨パッドの研磨面を押し付けているときの前記ドレッサのドレッシング面の現在の高さである、現在のドレッサ高さの測定値を、前記補正量を用いて補正するドレッサ高さ補正部を備えている研磨システムが提供される。

一態様では、前記補正量算出部は、第２ドレッサ高さと第１ドレッサ高さとの差である前記補正量を算出するように構成されており、前記第１ドレッサ高さは、前記研磨パッドの研磨面を前記基準ドレッシング荷重で押し付けているときの前記ドレッサのドレッシング面の高さであり、前記第２ドレッサ高さは、前記基準ドレッシング荷重とは異なる第１ドレッシング荷重で前記研磨パッドの研磨面を押圧しているときの前記ドレッサのドレッシング面の高さである。
一態様では、前記補正量算出部は、ドレッシング荷重の変化量と、ドレッサ高さの変化量との関係を表す関係式を格納している。

本発明によれば、ドレッサ高さは、ドレッシング荷重の変化をキャンセルする方向に補正される。したがって、補正されたドレッサ高さは、正確な現在の研磨パッド高さを表すことができる。これにより、研磨パッドの減耗量のモニタ精度が向上し、研磨ヘッドの下降位置制御の精度や、基板の研磨プロファイル制御の精度を向上させることができる。

研磨システムの一実施形態を示す模式図である。 研磨パッド高さを決定する方法の一実施形態を示すフローチャートである。 研磨パッド高さを決定する方法の一実施形態を示すフローチャートである。 研磨システムの他の実施形態を示す模式図である。 研磨システムのさらに他の実施形態を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、研磨システムの一実施形態を示す模式図である。図１に示すように、研磨システムは、ウェーハなどの基板を研磨するための研磨装置１を備えている。この研磨装置１は、研磨パッド２２を支持する研磨テーブル１２と、支軸１４の上端に連結された研磨ヘッド揺動アーム１６と、研磨ヘッド揺動アーム１６の自由端に取り付けられた研磨ヘッドシャフト１８と、研磨ヘッドシャフト１８の下端に連結された研磨ヘッド２０と、動作制御部４７とを備えている。動作制御部４７は、データおよびプログラムを記憶する記憶部４７ａと、該プログラムに従って演算を実行する演算処理部４７ｂとを有している。動作制御部４７は、記憶部４７ａに記憶されたプログラムに従って動作する。動作制御部４７として、専用のコンピュータまたは汎用のコンピュータを使用することができる。

研磨ヘッドシャフト１８は、研磨ヘッド揺動アーム１６内に配置された研磨ヘッド回転モータ（図示せず）に連結されており、研磨ヘッドシャフト１８は研磨ヘッド回転モータにより回転されるようになっている。この研磨ヘッドシャフト１８の回転により、研磨ヘッド２０が矢印で示す方向に研磨ヘッドシャフト１８を中心に回転するようになっている。

研磨テーブル１２は、テーブル軸１２ａを介してその下方に配置されるテーブル回転モータ７０に連結されている。このテーブル回転モータ７０により研磨テーブル１２がテーブル軸１２ａを中心に矢印で示す方向に回転されるようになっている。この研磨テーブル１２の上面には研磨パッド２２が貼り付けられている。研磨パッド２２の上面はウェーハなどの基板Ｗを研磨する研磨面２２ａを構成している。

研磨ヘッドシャフト１８は、昇降機構２４により研磨ヘッド揺動アーム１６に対して相対的に上下動可能であり、この研磨ヘッドシャフト１８の上下動により研磨ヘッド２０が研磨ヘッド揺動アーム１６に対して相対的に上下動可能となっている。研磨ヘッドシャフト１８の上端にはロータリージョイント２５が取り付けられている。

研磨ヘッド２０は、その下面にウェーハなどの基板Ｗを保持できるように構成されている。研磨ヘッド揺動アーム１６は支軸１４を中心として旋回可能に構成されており、下面に基板Ｗを保持した研磨ヘッド２０は、研磨ヘッド揺動アーム１６の旋回により、基板Ｗの図示しない受取位置と研磨テーブル１２の上方位置との間を移動される。

研磨ヘッドシャフト１８および研磨ヘッド２０を昇降させる昇降機構２４は、研磨ヘッドシャフト１８を回転可能に支持する軸受２６と、軸受２６が固定されたブリッジ２８と、ブリッジ２８に取り付けられたボールねじ機構３２と、支柱３０により支持された支持台２９と、支持台２９に固定されたサーボモータ３８とを備えている。サーボモータ３８を支持する支持台２９は、支柱３０を介して研磨ヘッド揺動アーム１６に連結されている。

ボールねじ機構３２は、サーボモータ３８に連結されたねじ軸３２ａと、このねじ軸３２ａが螺合するナット３２ｂとを備えている。ナット３２ｂはブリッジ２８に固定されている。研磨ヘッドシャフト１８は、ブリッジ２８と一体となって昇降（上下動）するようになっている。したがって、サーボモータ３８を駆動すると、ボールねじ機構３２を介してブリッジ２８が上下動し、これにより研磨ヘッドシャフト１８および研磨ヘッド２０が上下動する。

基板Ｗの研磨は次のようにして行われる。研磨ヘッド２０および研磨テーブル１２をそれぞれ回転させながら、研磨テーブル１２の上方に設けられたスラリー供給ノズル（図示せず）からスラリーを研磨パッド２２上に供給する。研磨ヘッド２０は昇降機構２４により所定の研磨位置まで下降される。さらに、研磨ヘッド２０は上記研磨位置で基板Ｗを研磨パッド２２の研磨面２２ａに押圧する。スラリーが研磨パッド２２の研磨面２２ａ上に存在した状態で、基板Ｗは研磨パッド２２の研磨面２２ａに摺接される。基板Ｗの表面は、スラリーの化学成分による化学的作用と、スラリーに含まれる砥粒の機械的作用との組み合わせにより、研磨される。

基板の研磨が終了すると、研磨ヘッド２０から研磨された基板が取り外され、研磨ヘッド２０は、新たな基板を保持し、新たな基板が同様に研磨される。このようにして基板の研磨が繰り返され、１つの研磨パッド２２を用いて複数の基板が研磨される。研磨パッド２２は、その減耗量が予め定められた限界値に達するまで使用される。研磨パッド２２の減耗量が限界値に達すると、研磨パッド２２は新たな研磨パッドに取り替えられる。

サーボモータ３８は、モータドライバ４８に接続されている。モータドライバ４８はサーボモータ３８の回転角度および回転回数を制御する。サーボモータ３８はボールねじ機構３２に連結されており、ボールねじ機構３２は、ブリッジ２８および研磨ヘッドシャフト１８を介して研磨ヘッド２０に連結されている。したがって、研磨ヘッド２０の高さ（すなわち縦方向の位置）は、サーボモータ３８の回転角度および回転回数によって決まる。モータドライバ４８は、動作制御部４７に接続されており、サーボモータ３８の回転角度および回転回数を動作制御部４７に送るように構成されている。動作制御部４７はサーボモータ３８の回転角度および回転回数から研磨ヘッド２０の高さ（すなわち縦方向の位置）を算出するように構成されている。

研磨装置１は、研磨パッド２２の研磨面２２ａをドレッシングするドレッシングユニット４０を備えている。このドレッシングユニット４０は、研磨パッド２２の研磨面２２ａに摺接されるドレッサ５０と、ドレッサ５０が連結されるドレッサシャフト５１と、ドレッサシャフト５１の上端に設けられたエアシリンダ５３と、ドレッサシャフト５１を回転自在に支持するドレッサ揺動アーム５５とを備えている。ドレッサ５０の下面はドレッシング面５０ａを構成し、このドレッシング面５０ａは砥粒（例えば、ダイヤモンド粒子）から構成されている。エアシリンダ５３は、支柱５６により支持された支持台５７上に配置されており、これらの支柱５６はドレッサ揺動アーム５５に固定されている。

支軸５８に連結された図示しないモータを駆動すると、ドレッサ揺動アーム５５は支軸５８を中心として旋回する。ドレッサシャフト５１は、ドレッサ揺動アーム５５内に配置された図示しないドレッサモータの駆動により回転し、このドレッサシャフト５１の回転により、ドレッサ５０はドレッサシャフト５１を中心に矢印で示す方向に回転するようになっている。エアシリンダ５３は、ドレッサシャフト５１を介してドレッサ５０に連結されている。エアシリンダ５３は、ドレッサシャフト５１およびドレッサ５０を一体に上下動させ、ドレッサ５０のドレッシング面５０ａを所定の押圧力で研磨パッド２２の研磨面２２ａに押圧する。本明細書では、ドレッサ５０が研磨パッド２２を押圧しているときに、ドレッサ５０から研磨パッド２２の研磨面２２ａに加えられる荷重をドレッシング荷重と定義する。

研磨パッド２２の研磨面２２ａのドレッシングは次のようにして行われる。研磨パッド２２は研磨テーブル１２とともにテーブル回転モータ７０によって回転されながら、図示しない純水供給ノズルから純水が研磨面２２ａに供給される。ドレッサ５０は、ドレッサシャフト５１を中心に回転しながら、ドレッサ５０のドレッシング面５０ａはエアシリンダ５３により研磨面２２ａに押圧される。研磨面２２ａ上に純水が存在した状態で、ドレッサ５０は研磨面２２ａに摺接される。ドレッサ５０の回転中、ドレッサ揺動アーム５５を支軸５８を中心に旋回させてドレッサ５０を研磨面２２ａの半径方向に移動させる。このようにして、ドレッサ５０により研磨パッド２２が削り取られ、研磨面２２ａがドレッシング（再生）される。研磨パッド２２の研磨面２２ａのドレッシングは、１枚の基板が研磨される毎に行われる。

ドレッシングユニット４０はドレッサ５０の高さ（すなわちドレッサ５０の縦方向の位置）を測定する変位センサ６０と、ターゲットプレート６１と、センサホルダ６３とをさらに備えている。センサホルダ６３はドレッサシャフト５１に固定されており、センサホルダ６３は、ドレッサシャフト５１およびドレッサ５０と一体に上下動する。変位センサ６０は、センサホルダ６３に固定されている。ターゲットプレート６１は、ドレッサ揺動アーム５５に固定されていて、ターゲットプレート６１の高さは不変である。変位センサ６０は、ドレッサシャフト５１，ドレッサ５０，センサホルダ６３と一体に上下動する。

変位センサ６０のターゲットプレート６１に対する変位は、変位センサ６０によって測定される。変位センサ６０は、変位センサ６０のターゲットプレート６１に対する変位を測定することにより、ドレッサ５０の高さを間接的に測定することができる。本明細書では、ドレッサ５０が研磨パッド２２の研磨面２２ａを押圧しているときのドレッサ５０のドレッシング面５０ａのある原点位置からの高さをドレッサ高さと定義する。

本実施形態では、変位センサ６０として、ターゲットプレート６１に接触する接触式変位センサが用いられているが、ターゲットプレート６１に接触しない非接触式変位センサを用いてもよい。具体的には、リニアスケール、レーザ式センサ、超音波センサ、または渦電流式センサなどを変位センサ６０として用いることができる。

基板の研磨および研磨パッド２２のドレッシングが繰り返されるにつれて、研磨パッド２２は徐々に摩耗する。本実施形態では、研磨システムは、研磨パッド２２の研磨面２２ａの高さ（以下、研磨パッド高さという）を監視する研磨パッド高さ監視部８０をさらに備えている。この研磨パッド高さは、ドレッサ５０のドレッシング面５０ａが研磨パッド２２の研磨面２２ａを押圧しているときに変位センサ６０によって測定される。上述したように、ドレッサ５０が研磨パッド２２の研磨面２２ａを押圧しているときのドレッサ５０のドレッシング面５０ａの高さはドレッサ高さと定義される。よって、研磨パッド高さは、ドレッサ高さに相当する。

研磨パッド高さ監視部８０は研磨装置１に接続されている。より具体的には、変位センサ６０および動作制御部４７は、研磨パッド高さ監視部８０に電気的に接続されている。変位センサ６０は、動作制御部４７を経由して研磨パッド高さ監視部８０に接続されてもよい。研磨パッド高さ監視部８０は、研磨装置１に通信線で接続されたエッジサーバであってもよいし、あるいはインターネットなどのネットワークによって研磨装置１に接続されたクラウドサーバであってもよし、あるいは研磨装置１に接続されたネットワーク内に設置されたフォグコンピューティングデバイス（ゲートウェイ、フォグサーバ、ルーターなど）であってもよい。研磨パッド高さ監視部８０は、インターネットなどのネットワークにより接続された複数のサーバであってもよい。例えば、研磨パッド高さ監視部８０は、エッジサーバとクラウドサーバどの組み合わせであってもよい。

研磨パッド高さ監視部８０は、ドレッシング荷重の変化量に対応したドレッサ高さの補正量を算出する補正量算出部８３と、補正量を用いてドレッサ高さを補正するドレッサ高さ補正部８５と、基準ドレッサ高さ（後述する）および補正されたドレッサ高さに基づいて、研磨パッドの減耗量を算出するパッド減耗量算出部８６とを備えている。

以下、研磨パッド高さを決定する方法について説明する。本明細書では、ドレッサ５０が未使用の研磨パッド２２を押圧しているときに、ドレッサ５０から研磨パッド２２の研磨面２２ａに加えられる荷重を基準ドレッシング荷重と定義し、ドレッサ５０が未使用の研磨パッド２２の研磨面２２ａを押圧しているときのドレッサ５０のドレッシング面５０ａのある原点位置からの高さを基準ドレッサ高さと定義する。研磨パッド２２の減耗量は、同一ドレッシング荷重条件下での基準ドレッサ高さからのドレッサ高さの変化量に相当する。

図２および図３は、研磨パッド高さを決定する方法の一実施形態を示すフローチャートである。ステップ１では、基準ドレッシング荷重で、基板の研磨に使用していない未使用の研磨パッド２２の研磨面２２ａをドレッサ５０でドレッシングしながら、ドレッサ高さを変位センサ６０によって測定する。以下の説明では、ステップ１で得られたドレッサ高さを、基準ドレッサ高さと称する。

ステップ２では、ステップ１でドレッシングされた研磨パッド２２上で基板を研磨する。ステップ３では、基板の研磨後に研磨パッド２２の研磨面２２ａを基準ドレッシング荷重でドレッサ５０によりドレッシングしながら、ドレッサ高さを変位センサ６０によって測定する。ステップ２とステップ３は、少なくともｋ－１回行われる（ｋは１以上の自然数）。ｋが１の場合は、ステップ２およびステップ３は行われない。

ステップ４では、研磨パッド２２に加えられるドレッシング荷重を、基準ドレッシング荷重から第１ドレッシング荷重に変更する。ｋ枚目の基板の研磨以降は、第１ドレッシング荷重で、研磨パッド２２の研磨面２２ａをドレッサ５０でドレッシングし、現在のドレッサ高さを変位センサ６０によって測定する。

ドレッシング荷重が基準ドレッシング荷重から変化すると、ドレッサ５０による研磨パッド２２の押し込み量が変化する。結果として、研磨パッド２２の正しい減耗量を算出することができない。そこで、ステップ５では、ドレッシング荷重の変化に起因するドレッサ高さの変化をキャンセルするために、ドレッシング荷重の変化量に対応したドレッサ高さの補正量を算出する。

以下、ステップ５の詳細を説明する。
（ｉ）ｋが１の場合
ｋが１の場合は、１枚目の基板が研磨された後、基準ドレッシング荷重とは異なる第１ドレッシング荷重で、研磨パッド２２の研磨面２２ａをドレッサ５０でドレッシングし、第Ｎドレッサ高さを変位センサ６０によって測定する。補正量算出部８３は、第Ｎドレッサ高さと基準ドレッサ高さとの差であるドレッサ高さの補正量を算出する。より具体的には、補正量算出部８３は、第Ｎドレッサ高さから基準ドレッサ高さを減算することによって、ドレッサ高さの補正量を算出する。一実施形態では、補正量算出部８３は、基準ドレッサ高さから第Ｎドレッサ高さを減算することによって、ドレッサ高さの補正量を算出してもよい。

このケース（ｉ）では、基準ドレッサ高さは、第Ｎ－１ドレッサ高さである。第Ｎ－１ドレッサ高さは、ドレッサ５０が、基準ドレッシング荷重で研磨パッド２０を押圧しているときのドレッサ高さであり、かつ第Ｎドレッサ高さよりも前に測定される。なお、記号Ｎ－１、Ｎ、Ｎ＋１、Ｎ＋２、…は、基板の枚数とは無関係の記号である。

本実施形態では、１枚の基板が研磨されるたびに研磨パッド２２の研磨面２２ａがドレッシングされる。基板の研磨および研磨パッド２２のドレッシングが繰り返されるにつれて、研磨パッド２２は徐々に摩耗するが、１回のドレッシングによる研磨パッド２２の減耗量は、研磨パッド２２の減耗量の変化を無視できる程度に少ない。本明細書では、研磨パッド２２の減耗量の変化が、予め定められた上限値未満（例えば、１μｍ未満）である場合、研磨パッド２２の減耗量の変化は実質的に０とみなす。

上述したケース（ｉ）では、第Ｎドレッサ高さは、１枚目の基板の研磨後に研磨パッド２２のドレッシングを行ったときのドレッサ高さである。基準ドレッサ高さを測定してから、第Ｎドレッサ高さを測定するまでの研磨パッド２２の減耗量の変化は、実質的に０である。一実施形態では、基準ドレッサ高さを測定してから、第Ｎドレッサ高さを測定するまでの研磨パッド２２の減耗量の変化が実質的に０である限りにおいて、１＋α枚目の基板（αは１以上の自然数）の研磨後に研磨パッド２２のドレッシングを行ったときのドレッサ高さを第Ｎドレッサ高さとしてもよい。

（ii）ｋが１以外の自然数である場合
ｋが１以外の自然数である場合は、ｋ枚目の基板が研磨される前は、基準ドレッシング荷重で研磨パッド２２のドレッシングを行い、ｋ枚目の基板が研磨された後は、基準ドレッシング荷重とは異なる第１ドレッシング荷重で研磨パッド２２のドレッシングを行う。より具体的には、ｋ－１枚目の基板が研磨された後、基準ドレッシング荷重で、研磨パッド２２の研磨面２２ａをドレッサ５０でドレッシングし、第Ｎ－１ドレッサ高さを変位センサ６０によって測定する。ｋ枚目の基板が研磨された後、第１ドレッシング荷重で、研磨パッド２２の研磨面２２ａをドレッサ５０でドレッシングし、第Ｎドレッサ高さを変位センサ６０によって測定する。

補正量算出部８３は、第Ｎドレッサ高さと第Ｎ－１ドレッサ高さとの差であるドレッサ高さの補正量を算出する。より具体的には、補正量算出部８３は、第Ｎドレッサ高さから第Ｎ－１ドレッサ高さを減算することによって、ドレッサ高さの補正量を算出する。一実施形態では、補正量算出部８３は、第Ｎ－１ドレッサ高さから第Ｎドレッサ高さを減算することによって、ドレッサ高さの補正量を算出してもよい。

第Ｎ－１ドレッサ高さを測定してから、第Ｎドレッサ高さを測定するまでの研磨パッド２２の減耗量の変化は、実質的に０である。一実施形態では、第Ｎ－１ドレッサ高さを測定してから、第Ｎドレッサ高さを測定するまでの研磨パッド２２の減耗量の変化が実質的に０である限りにおいて、ｋ＋α枚目の基板（αは１以上の自然数）の研磨後に研磨パッド２２のドレッシングを行ったときのドレッサ高さを第Ｎドレッサ高さとしてもよい。

ドレッサ高さの補正量が算出された後、新たな基板の研磨と研磨パッド２２のドレッシングを繰り返す。ステップ６では、基板研磨後に、第１ドレッシング荷重で、研磨パッド２２の研磨面２２ａをドレッサ５０でドレッシングし、現在のドレッサ高さを変位センサ６０によって測定する。

ステップ７では、ステップ６で測定された現在のドレッサ高さを、ステップ５で算出された補正量に基づいて補正する。具体的には、ドレッサ高さ補正部８５は、現在のドレッサ高さから補正量を減算することによって、現在のドレッサ高さを補正する。一実施形態では、ドレッサ高さ補正部８５は、現在のドレッサ高さに補正量を加算することによって、現在のドレッサ高さを補正する。

このようにして得られた、補正された現在のドレッサ高さは、現在の研磨パッド高さに相当する。本実施形態によれば、現在のドレッサ高さは、ドレッシング荷重の変化をキャンセルする方向に補正される。したがって、補正された現在のドレッサ高さは、正確な現在の研磨パッド高さを表すことができる。これにより、研磨パッドの減耗量のモニタ精度が向上し、研磨ヘッド２０の下降位置制御の精度や、基板の研磨プロファイル制御の精度を向上させることができる。

ステップ８では、パッド減耗量算出部８６は、ステップ７で得られた補正された現在のドレッサ高さを基準ドレッサ高さから減算することで、研磨パッド２２の減耗量を算出する。

その後、新たな基板の研磨と研磨パッド２２のドレッシングを繰り返す。複数の新たな基板の研磨後にドレッシング荷重がさらに第１ドレッシング荷重から第２ドレッシング荷重に変化したときの工程を以下に示す。以下に説明する実施形態では、ｍ枚目の基板が研磨される前は、第１ドレッシング荷重で研磨パッド２２のドレッシングを行い、ｍ枚目の基板が研磨された後は、第１ドレッシング荷重とは異なる第２ドレッシング荷重で研磨パッド２２のドレッシングを行う。

ステップ９では、ｍ－１枚目の基板研磨後に、第１ドレッシング荷重で、研磨パッド２２の研磨面２２ａをドレッサ５０でドレッシングし、第Ｎ＋１ドレッサ高さを変位センサ６０によって測定する。
ステップ１０では、ｍ枚目の基板研磨後に、第１ドレッシング荷重と異なる第２ドレッシング荷重で、研磨パッド２２の研磨面２２ａをドレッサ５０でドレッシングし、第Ｎ＋２ドレッサ高さを変位センサ６０によって測定する。

第Ｎ＋１ドレッサ高さを測定しているときから、第Ｎ＋２ドレッサ高さを測定しているときまでの研磨パッド２２の減耗量の変化は実質的に０である。一方で、第２ドレッシング荷重は、第１ドレッシング荷重と異なるため、第Ｎ＋２ドレッサ高さを測定しているときのドレッサ５０による研磨パッド２２の押し込み量は変化する。したがって、第Ｎ＋２ドレッサ高さは、第Ｎ＋１ドレッサ高さと異なる。

ステップ１１では、補正量算出部８３は、第Ｎ＋２ドレッサ高さと第Ｎ＋１ドレッサ高さとの差に基づいて補正量を更新する。より具体的には、補正量算出部８３は、第Ｎ＋２ドレッサ高さから第Ｎ＋１ドレッサ高さを減算することによって得られた値を、ステップ５で算出された補正量に加算することで、補正量を更新する。一実施形態では、補正量算出部８３は、第Ｎ＋１ドレッサ高さから第Ｎ＋２ドレッサ高さを減算することによって得られた値を、ステップ５で算出された補正量から減算する、またはステップ５で算出された補正量に加算することで、補正量を更新してもよい。第Ｎ＋２ドレッサ高さと、第Ｎ＋１ドレッサ高さの差は、研磨パッド２２の押し込み量の差に等しい。

一実施形態では、第Ｎ＋１ドレッサ高さを測定しているときから、第Ｎ＋２ドレッサ高さを測定しているときまでの研磨パッド２２の減耗量の変化が実質的に０である限りにおいて、ｍ＋α枚目の基板（αは１以上の自然数）の研磨後のドレッシング時のドレッサ高さを第Ｎ＋２ドレッサ高さとしてもよい。

その後、新たな基板の研磨と研磨パッド２２のドレッシングを繰り返す。ステップ１２では、基板研磨後に、第２ドレッシング荷重で、研磨パッド２２の研磨面２２ａをドレッサ５０でドレッシングし、現在のドレッサ高さを変位センサ６０によって測定する。

ステップ１３では、ステップ１２で測定された現在のドレッサ高さを、ステップ１０で得られた更新された補正量に基づいて補正する。具体的には、ドレッサ高さ補正部８５は、現在のドレッサ高さから、更新された補正量を減算することによって、現在のドレッサ高さを補正する。一実施形態では、ドレッサ高さ補正部８５は、現在のドレッサ高さに補正量を加算することによって、現在のドレッサ高さを補正する。このようにして得られた、補正された現在のドレッサ高さは、現在の研磨パッド高さに相当する。
ステップ１４では、パッド減耗量算出部８６は、ステップ１３で得られた補正された現在のドレッサ高さを基準ドレッサ高さから減算することで、研磨パッド２２の減耗量を算出する。

その後、新たな基板の研磨と研磨パッド２２のドレッシングを繰り返す。ドレッシング荷重がさらに変化したときも、ステップ９～ステップ１３と同様の工程で補正された現在のドレッサ高さ、すなわち現在の研磨パッド高さを決定することができる。

図４は、研磨システムの他の実施形態を示す模式図である。特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図１乃至図３を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態の研磨パッド高さ監視部８０は、データ蓄積部８７と、関係式決定部９１をさらに備えている。

データ蓄積部８７は、変位センサ６０によって測定されたドレッサ高さの測定値、予め設定されたドレッシング荷重などのデータを蓄積する。関係式決定部９１は、データ蓄積部８７から蓄積されたデータを受け取り、複数のドレッシング荷重の変化量と、上記複数のドレッシング荷重の変化量に対応した複数のドレッサ高さの変化量に基づいて、ドレッシング荷重の変化量と、ドレッサ高さの変化量の関係を表す関係式を求める。例えば、ドレッシング荷重の変化量を表す縦軸と、ドレッサ高さの変化量を表す横軸を持つ座標系上に、複数のドレッシング荷重の変化量と、対応する複数のドレッサ高さの変化量から定められる複数のデータ点をプロットし、これら複数のデータ点に回帰分析を行うことによって回帰式を決定する。この回帰式は、ドレッシング荷重の変化量と、ドレッサ高さの変化量の関係を表す関係式である。

関係式決定部９１によって決定された関係式は、補正量算出部８３に送られ、補正量算出部８３に格納される。補正量算出部８３は、上述の関係式から、ドレッシング荷重の変化量に対応したドレッサ高さの補正量を算出することができる。ドレッサ高さ補正部８５は、上述の関係式から算出した補正量に基づいて、ドレッサ高さを補正する。

図５は、研磨システムのさらに他の実施形態を示す模式図である。本実施形態の研磨システムは、複数の研磨装置１と、図１または図４を参照して説明した研磨パッド高さ監視部８０とを備えている。特に説明しない本実施形態の研磨システムの構成は、図１または図４を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。研磨パッド高さ監視部８０は、インターネットなどのネットワークを経由して複数の研磨装置１に接続されている。一実施形態では、研磨システムが備える研磨装置１は１つでもよい。

本実施形態の研磨システムは、１つの研磨パッド高さ監視部８０で、複数の研磨装置１のドレッサ高さを補正することができる。ドレッサ高さの補正は、図２および図３を参照して説明した実施形態、または図４を参照して説明した実施形態と同様の方法で行うことができる。図４に示すデータ蓄積部８７は、複数の研磨装置１のドレッサ高さおよび複数の研磨装置１のドレッシング荷重のデータを蓄積することができ、関係式決定部９１は、複数のドレッシング荷重の変化量に対応した複数のドレッサ高さの変化量に基づいて、ドレッシング荷重の変化量と、ドレッサ高さの変化量の関係式を求めることができる。関係式決定部９１は、より多くのデータに基づいて上記関係式を求めることができるので、本実施形態の研磨システムは、ドレッシング荷重の変化量に対応したドレッサ高さの補正量の算出精度を向上させることができる。

上述した各実施形態によれば、ドレッシング荷重の変化量に対応したドレッサ高さの補正量が算出され、ドレッサ高さは補正量に基づいて補正される。したがって、補正されたドレッサ高さは、正確な現在の研磨パッド高さを表すことができる。これにより、研磨パッドの減耗量のモニタ精度が向上し、研磨ヘッドの下降位置制御の精度や、基板の研磨プロファイル制御の精度を向上させることができる。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

１ 研磨装置
１２ 研磨テーブル
１２ａ テーブル軸
１４ 支軸
１６ 研磨ヘッド揺動アーム
１８ 研磨ヘッドシャフト
２０ 研磨ヘッド
２２ 研磨パッド
２２ａ 研磨面
２４ 昇降機構
２５ ロータリージョイント
２６ 軸受
２８ ブリッジ
２９ 支持台
３０ 支柱
３２ ボールねじ機構
３２ａ ねじ軸
３２ｂ ナット
３８ サーボモータ
４０ ドレッシングユニット
４７ 動作制御部
４８ モータドライバ
５０ ドレッサ
５０ａ ドレッシング面
５１ ドレッサシャフト
５３ エアシリンダ
５５ ドレッサ揺動アーム
５６ 支柱
５７ 支持台
５８ 支軸
６０ 変位センサ
６１ ターゲットプレート
６３ センサホルダ
７０ テーブル回転モータ
８０ 研磨パッド高さ監視部
８３ 補正量算出部
８５ ドレッサ高さ補正部
８６ パッド減耗量算出部
８７ データ蓄積部
９１ 関係式決定部

Claims (11)

1. 研磨パッドを支持する研磨テーブルと、
   基板を前記研磨パッドの研磨面に押圧する研磨ヘッドと、
   前記研磨パッドの研磨面をドレッシングするドレッサと、
   ドレッサ高さを測定する変位センサとを備えた研磨装置における研磨パッド高さを決定する方法であって、
   前記変位センサにより、基板の研磨に未だ使用されていない状態の前記研磨パッドの研磨面を基準ドレッシング荷重で押し付けているときの前記ドレッサのドレッシング面の高さである、基準ドレッサ高さを測定し、
   前記研磨装置に接続された研磨パッド高さ監視部により、前記基準ドレッシング荷重からのドレッシング荷重の変化量に対応したドレッサ高さの補正量を算出し、
   前記変位センサにより、前記研磨パッドの研磨面を押し付けているときの前記ドレッサのドレッシング面の現在の高さである、現在のドレッサ高さを測定し、
   前記研磨パッド高さ監視部により、前記補正量を用いて前記現在のドレッサ高さの測定値を補正する方法。
2. 前記ドレッサ高さの補正量を算出する工程は、
   前記ドレッサが、前記基準ドレッシング荷重とは異なる第１ドレッシング荷重で前記研磨パッドを押圧しているときに、前記変位センサによって第２ドレッサ高さを測定し、
   前記研磨パッド高さ監視部により、前記第２ドレッサ高さと第１ドレッサ高さとの差である前記補正量を算出する工程を含み、
   前記第１ドレッサ高さは、前記研磨パッドの研磨面を前記基準ドレッシング荷重で押し付けているときの前記ドレッサのドレッシング面の高さであり、前記第２ドレッサ高さよりも前に、前記変位センサによって測定される、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１ドレッサ高さを測定しているときから、前記第２ドレッサ高さを測定しているときまでの前記研磨パッドの減耗量の変化は、実質的に０である、請求項２に記載の方法。
4. 前記第１ドレッサ高さは、前記基準ドレッサ高さである、請求項２または３に記載の方法。
5. 前記ドレッサ高さの補正量を算出する工程は、
   前記第２ドレッサ高さの測定後であって、かつ前記研磨パッドによる基板の研磨後に、前記ドレッサが、前記第１ドレッシング荷重で前記研磨パッドを押圧しているときに、前記変位センサによって第３ドレッサ高さを測定し、
   前記ドレッサが、前記第１ドレッシング荷重とは異なる第２ドレッシング荷重で前記研磨パッドを押圧しているときに、前記変位センサによって第４ドレッサ高さを測定し、
   前記研磨パッド高さ監視部により、前記第４ドレッサ高さと前記第３ドレッサ高さの差に基づいて前記補正量を更新する工程をさらに含む、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記第３ドレッサ高さを測定しているときから、前記第４ドレッサ高さを測定しているときまでの前記研磨パッドの減耗量の変化は、実質的に０である、請求項５に記載の方法。
7. 前記ドレッサ高さの補正量を算出する工程は、
   前記研磨パッド高さ監視部により、ドレッシング荷重の変化量と、ドレッサ高さの変化量との関係を表す関係式を用いて前記ドレッサ高さの補正量を算出する工程である、請求項１に記載の方法。
8. 前記研磨パッド高さ監視部により、前記基準ドレッサ高さから、前記補正された現在のドレッサ高さを減算することで、前記研磨パッドの減耗量を算出する工程をさらに含む、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
9. 基板を研磨する少なくとも１つの研磨装置と、
   前記研磨装置に接続された研磨パッド高さ監視部とを備え、
   前記研磨装置は、
   研磨パッドを支持する研磨テーブルと、
   基板を前記研磨パッドの研磨面に押圧する研磨ヘッドと、
   前記研磨パッドの研磨面をドレッシングするドレッサと、
   ドレッサ高さを測定する変位センサを備え、
   前記研磨パッド高さ監視部は、
   基準ドレッシング荷重からのドレッシング荷重の変化量に対応したドレッサ高さの補正量を算出する補正量算出部と、
   前記変位センサによって測定された、前記研磨パッドの研磨面を押し付けているときの前記ドレッサのドレッシング面の現在の高さである、現在のドレッサ高さの測定値を、前記補正量を用いて補正するドレッサ高さ補正部を備えている研磨システム。
10. 前記補正量算出部は、第２ドレッサ高さと第１ドレッサ高さとの差である前記補正量を算出するように構成されており、
    前記第１ドレッサ高さは、前記研磨パッドの研磨面を前記基準ドレッシング荷重で押し付けているときの前記ドレッサのドレッシング面の高さであり、
    前記第２ドレッサ高さは、前記基準ドレッシング荷重とは異なる第１ドレッシング荷重で前記研磨パッドの研磨面を押圧しているときの前記ドレッサのドレッシング面の高さである、請求項９に記載の研磨システム。
11. 前記補正量算出部は、ドレッシング荷重の変化量と、ドレッサ高さの変化量との関係を表す関係式を格納している、請求項９に記載の研磨システム。

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