JPH11320376A

JPH11320376A - 研磨装置及び研磨方法

Info

Publication number: JPH11320376A
Application number: JP15388998A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Inaba; 精一稲葉; Takao Katsurayama; 貴生葛山; Morimitsu Tanaka; 盛光田中
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1998-05-19
Filing date: 1998-05-19
Publication date: 1999-11-24
Anticipated expiration: 2018-05-19
Also published as: US6093080A; JP2956694B1

Abstract

(57)【要約】【課題】研磨対象の変化や研磨手段の経時変化などの外
乱に拘わらず、安定した研磨が行われる研磨装置及び研
磨方法の提供。【解決手段】基板を研磨する研磨パッド１、研磨パッド
１が貼着された研磨テーブル３、研磨テーブル３を駆動
するテーブルモータ８、研磨パッド１のコンディショニ
ング手段５、コンディショニング条件を設定するコンデ
ィショニング制御系１２を有し、研磨パッド１と基板間
の摩擦力ないしトルク電流１０に基づき、研磨パッド１
のコンディショニング条件を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は研磨装置及び研磨方
法に関し、特に基板を研磨するための研磨装置及びその
研磨方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１２（Ａ）及び（Ｂ）に、従来のウエ
ハ（基板）の研磨装置を示す。図１２（Ａ）及び（Ｂ）
を参照して、従来の研磨装置によれば、回転する研磨テ
ーブル３に貼着された研磨パッド１上にスラリ供給手段
６から研磨剤を含むスラリが滴下され、スピンドル７に
より回転駆動されるウエハ２が研磨パッド１に押し付け
られることにより、ウエハ２の研磨が行なわれる。ま
た、研磨パッド１表面に形成されたトラップ（溝）に詰
まった研磨屑などを除去するため、研磨工程(ラン)と研
磨工程(ラン)の合間に、コンディショニング駆動手段４
に取り付けられたダイヤモンドディスク５を用いて、研
磨パッドのコンディショニング（これを「Ex-SITUコン
ディショニング」という）が行われる。

【０００３】従来、コンディショニング条件は、製品と
なるウエハの研磨工程に先だって実行されるパイロット
作業から求められている。すなわち、従来のコンディシ
ョニング条件設定方法によれば、コンディショニング時
間を変えて多数のパイロット（ブランクのウエハ）を研
磨し、所定時間研磨後のパイロットの厚さをそれぞれ測
定し、パイロット厚さが設定した厚さとなったときのコ
ンディショニング時間を、コンディショニング条件とし
て採用している。同一ロット群、同一パターン群の研磨
を行う場合においても、ロット数十枚毎にブランクウエ
ハを用いたパイロット作業を行い、このパイロット作業
の結果に基づきコンディショニング時間を決定してい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術によれば以下の問題点がある。すなわち、第１
の問題点として、一のパイロット作業と次のパイロット
作業の間では、コンディショニング条件が更新されず一
律なコンディショニングが実行される。このため、研磨
パッドの表面状態変化、ロット間のバラツキや研磨剤の
バラツキなどの外乱によって、一のパイロット作業と次
のパイロット作業の間に実行されたラン毎に研磨速度が
バラツキ、その結果、ウエハを過剰に研磨するおそれが
ある。

【０００５】第２の問題点として、研磨パッドのへた
り、目詰まりなどによる研磨効率低下の程度は、研磨対
象の種類（膜種など）、ウエハに作成されたデバイスパ
ターンによって変化するため、従来のコンディショニン
グ設定方法によれば、性状の異なる部分毎にそれに応じ
たパイロット作業を行い、コンディショニングの条件出
しをする（レシピ作成）必要がある。

【０００６】本発明の目的は、研磨対象の相違や研磨手
段の経時変化に拘わらず、安定した研磨を可能とする研
磨装置及び研磨方法を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１の視点に
おいて、基板を研磨する研磨手段と、前記基板の研磨前
に前記研磨手段をコンディショニングするコンディショ
ニング手段と、前記基板の研磨中に前記研磨手段と該基
板との間に作用する摩擦力に基づき、前記コンディショ
ニング手段を制御するコンディショニング制御系と、を
有する。

【０００８】第２の視点において、前記コンディショニ
ング制御系は、前記摩擦力が一定となるように前記コン
ディショニング手段を制御する。第３の視点において、
前記コンディショニング制御系は、前記摩擦力に応じた
信号であって前記研磨手段を駆動するトルク電流に基づ
き、前記コンディショニング手段を制御する。第４の視
点において、前記コンディショニングは、前記基板の研
磨工程と前記基板の研磨工程（以下これを「ラン」とい
う）の間に実行され、さらに、前記トルク電流信号を検
出し、前記コンディショニング制御系に出力するトルク
電流検出手段を有し、前記コンディショニング制御系
は、前記トルク電流検出手段から入力された検出信号に
基づき、前記トルク電流の最大値が各々の前記ランにお
いて互いに一定となるように、コンディショニング条件
を設定する設定手段を備える。第５の視点において、前
記コンディショニングは、前記基板の研磨工程と前記基
板の研磨工程（以下これを「ラン」という）の間に実行
され、さらに、前記摩擦力に応じた信号であって前記研
磨手段を駆動するトルク電流信号を検出し、前記コンデ
ィショニング制御系に出力するトルク電流検出手段を有
し、前記コンディショニング制御系は、前記トルク電流
検出手段から入力された検出信号に基づき、基板研磨中
に流れる前記トルク電流の総和が各々の前記ランにおい
て互いに一定となるように、コンディショニング条件を
設定する設定手段を備える。

【０００９】第６の視点において、前記設定手段が設定
するコンディショニング条件は、前記コンディショニン
グ手段が前記研磨手段に作用するコンディショニング荷
重、コンディショニング時の前記研磨手段の回転数、コ
ンディショニング時間、及び前記コンディショニング手
段の粗さ、の一種以上である。第７の視点において、前
記設定手段は、前記ラン同士におけるトルク電流の最大
値の変化量と、前回のコンディショニング荷重と、に基
づいて、次のコンディショニング荷重を設定する。

【００１０】第８の視点において、前記研磨手段は、研
磨粒子又は屑を捕捉するトラップを備えた研磨パッドが
貼着された研磨テーブルであり、研磨開始からｔ時間経
過後の前記摩擦力とコンディショニング条件の間に下式
の関係がある；μ(t)＝ｎ×ｈ×Ｘ×r(t)、ｎは研磨パ
ッド上のトラップ数、ｈはトラップの深さ、Ｘはトラッ
プの幅、r(t)は研磨に寄与する有効トラップ率を表し、
発生した屑によってトラップが徐々に埋められることに
より経時的に減少する値である。

【００１１】第９の視点において、基板の研磨工程中に
該基板と研磨手段の間に作用する摩擦力を検出し、前記
検出した摩擦力に基づいて前記研磨手段をコンディショ
ニングし、次の基板の研磨工程を行う。第１０の視点に
おいて、基板の研磨工程中に基板を研磨する研磨手段を
駆動するためのトルク電流を検出し、前記トルク電流に
基づいて前記研磨手段をコンディショニングし、次の基
板の研磨工程を行う。第１１の視点において、一の基板
の研磨工程（以下これを「ラン」という）における前記
トルク電流の最大値を検出し、ラン同士の最大トルク電
流値の変化量と、前回のコンディショニング条件に基づ
いて、今回のコンディショニング条件を設定する。一の
基板の研磨工程（ラン）では、一枚又は複数の基板を研
磨する。

【００１２】本発明によれば、基板の研磨工程中に、研
磨手段のコンディショニング条件を設定するための情報
が得られるため、コンディショニング条件を得るための
パイロット作業をランの合間に実行しなくてもよい。ま
た、本発明によれば、基板の性状（例えば、デバイスパ
ターン、膜種）が部分的に異なる場合も、基板の研磨工
程中に部分的な性状に応じた局所的情報が得られるた
め、この情報に基づき部分的に異なる最適なコンディシ
ョニング条件を設定することも容易である。

【００１３】また、製品となる基板の研磨工程中に、研
磨手段のコンディショニング条件を設定するための情報
が得られ、これらの情報がコンディショニング制御系に
フィードバックされるため、ロット間のバラツキや基板
上のパターンの相違、及び研磨手段の経時変化などの外
乱に対して、直ちに適切なコンディショニング条件が設
定され、時間管理のみで十分な研磨速度及び総研磨量の
安定化が図られる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
ましい実施の形態を説明する。

【００１５】本発明は、研磨工程(ラン)と研磨工程(ラ
ン)との間に研磨手段のコンディショニングを行う“Ex-
SITUコンディショニング”を用いる。図２は、 Ex-SITU
コンディショニングによる研磨シーケンスを説明するた
めの図である。図２を参照して、この研磨シーケンスに
よれば、単数又は複数の基板を研磨装置に装着してｎ−
１回目のランを行う(ステップ２０１)。次に、ダイヤモ
ンド砥石やブラシなどのコンディショニング手段により
研磨手段のコンディショニングを行う(ステップ２０
２)。そして、ｎ回目のランを行い(ステップ２０３)、
ｎ回目のラン終了後、またコンディショニングを行う
（ステップ２０４）。

【００１６】ここで、図１に示す研磨装置(装置の詳細
は実施例の欄で説明する)を用いて、Ex-SITUコンディシ
ョニングした研磨パッドによりウエハを研磨し、研磨速
度(除去速度)の経時変化を測定した結果を示す。なお、
測定条件を下記に、測定結果を図３に示す。

【００１７】研磨条件｛研磨荷重７psi、研磨テーブル
回転数２０rpm、スピンドル回転数２０rpm、スラリ流量
１００cc/min、コンディショニング条件、研磨テーブル
回転数２０rpm、コンディショニング時間２．２sec×２
０セクタ＝４４sec、ダイヤモンドディスク４インチ−
＃１００ダイヤモンド、スラリＳＳ−２５：純水＝１：
１、研磨パッドＩＣ−１０００/Ｓｕｂａ４００、研磨
ウエハ１００００ＡＰ・ＴＥＯＳ膜｝。

【００１８】図３より、Ex-SITUコンディショニング後
の基板の研磨工程において、研磨速度は時間と共に徐々
に低下していき、ある時間経過後は一定となる傾向があ
る。そこで、本発明者らは、図３に示したように研磨速
度が変化する理由を探求するため、図４(Ａ)及び(Ｂ)に
示すように、研磨中の研磨パッド表面状態変化を表すモ
デルを構築した。

【００１９】図４(Ａ)は、コンディショニング直後の研
磨パッド表面状態を示す。図４(Ａ)を参照して、コンデ
ィショニング直後、理想的に研磨パッド上のトラップ
（砥粒を保持する溝）が全て有効に働くとすると、コン
ディショニング直後の基板研磨時、研磨パッドと基板間
の摩擦力μは、“μ＝ｎ×ｈ×Ｘ”と表すことができ
る。ここで、ｎ，ｈ及びＸはコンディショニング直後の
研磨パッド初期状態を表すパラメータであって、ｎは研
磨パッド上の初期有効トラップ数、ｈはトラップの初期
有効深さ、Ｘはトラップの初期有効幅である。

【００２０】図４(Ｂ)は、基板研磨後の研磨パッド表面
状態を示す。図４(Ｂ)を参照して、基板研磨により研磨
パッド屑(Pad dust)や基板研磨屑(ＳｉＯ₂ dust)が発
生しする。ここで、研磨前のスラリ初期濃度をＳＣとす
ると、研磨時間経過と共に、実際に研磨に寄与するスラ
リ濃度は減少していき、研磨開始からｔ時間経過後の屑
濃度をＤ(ｔ)とすると、研磨開始からｔ時間経過後の有
効スラリ濃度はＳＣ／｛ＳＣ＋Ｄ(ｔ)｝と表すことがで
きる。

【００２１】そして、発生した屑によって、次第に研磨
パッド表面のトラップが埋められていくから、研磨開始
からｔ時間経過後に、実際に研磨に寄与する有効トラッ
プ率をｒ(ｔ)とすると、有効トラップ率ｒ(ｔ)は“ｒ
(ｔ)＝ＳＣ/｛ＳＣ＋Ｄ(ｔ)｝”と表すことができる。
よって、研磨パッドが有するｔ時間経過後の有効トラッ
プ数は“ｒ(ｔ)×ｎ＝ＳＣ/｛ＳＣ＋Ｄ(ｔ)｝×ｎであ
る。

【００２２】従って、研磨開始からｔ時間経過後、研磨
パッドと基板間に作用する摩擦力はμは、“μ＝ｒ(ｔ)
×ｎ×ｈ×Ｘ”と表すことができる。ここで、トラップ
の初期有効深さや初期有効幅などは研磨前のコンディシ
ョニング条件によって変えることができる。従って、基
板研磨前に実行されるコンディショニング条件によっ
て、基板研磨中に研磨パッドと基板間に発生する摩擦力
を制御できることが分かる。

【００２３】さらに、上述の図３に示した測定結果か
ら、基板の研磨速度と研磨パッドと基板間の摩擦力との
関係を求めた。図５は、研磨速度と摩擦力の関係を示す
グラフである。図５に示すように、両者には高い相関関
係（Ｒ²＝0.959）が存在する。よって、基板研磨前に実
行されるコンディショニング条件を変えることによっ
て、研磨手段−基板間の摩擦力、さらに基板研磨速度を
制御できることが分かる。例えば、あるランの最高研磨
速度と他のランにおける最高研磨速度が実質的に同一と
なるように、ラン前に実行されるコンディショニングの
条件を設定することができる。或いは、ラン中に発生す
る摩擦力の総和が、各々のラン同士で互いに一定となる
ように、コンディショニング条件を設定することができ
る。このように研磨速度を制御することにより、研磨速
度低下による遅延や研磨速度上昇による基板の損傷など
が防止されて、常に一定条件で基板が研磨されるため、
歩留まりが向上する。

【００２４】次に、本発明の一実施形態に係るコンディ
ショニング条件設定方法を説明する。この実施形態にお
いては、研磨手段として、研磨パッドが貼着された研磨
テーブル、コンディショニング手段としてダイヤモンド
砥石を用いて、研磨テーブルを駆動するためのモータに
供給されるトルク電流（以下「研磨テーブルトルク電
流」という）に基づきコンディショニング条件を設定す
る。

【００２５】研磨テーブルトルク電流において、瞬間ト
ルク電流I(t)、所定期間に流れるトルク電流の総和ΣI
(t)（或いは積分値）は、研磨速度、総研磨量と強い相
関があり、下式のようにそれぞれ表すことができる。

【００２６】 I(t)＝Ａ×瞬間研磨速度・・・（１）（Ａは定数）

【００２７】 ΣI(t)＝Ａ×総研磨量・・・（２）（Ａは定数）

【００２８】上式(１)は、瞬間的なトルク電流I(t)に基
づき瞬間的な研磨速度が制御可能であることを示してい
る。また、上式(２)は、研磨工程中に流れるトルク電流
I(t)の総和に基づき総研磨量が制御可能であることを示
している。次に、研磨手段のコンディショニング条件と
研磨速度、研磨量の関係について説明する。

【００２９】図４（Ａ）を参照して上述したように、コ
ンディショニング終了直後（研磨前）、理想的に研磨パ
ッド上のトラップが全て有効に働くとすると、研磨パッ
ドとウエハ間の摩擦力μは、“μ＝ｎ×ｈ×Ｘ”と表す
ことができる。ここで、ｎはトラップの数、ｈはトラッ
プの深さ、Ｘはトラップの幅である。

【００３０】そして、図４（Ｂ）を参照して上述したよ
うに、研磨開始からｔ時間経過後の有効トラップ数ｒ
(ｔ)×ｎは、“ｒ(ｔ)×ｎ＝ＳＣ/｛ＳＣ＋Ｄ(ｔ)｝×
ｎ”である。ここで、ＳＣは有効なトラップ数、Ｄ(ｔ)
はｔ時間経過後に埋まったトラップ数である。従って、
研磨開始からｔ時間経過後の摩擦力μ(t)は“下式のよ
うに表すことができる。

【００３１】μ(t)＝ｎ×ｈ×Ｘ×r(t)・・・（３）

【００３２】但し、式(３)中、ｎは研磨パッド上のトラ
ップ数、ｈはトラップの有効深さ、Ｘはトラップの有効
幅、r(t)は有効トラップ率。

【００３３】上記パラメータｎ、ｈ、Ｘは、研磨工程前
のEx-SITUコンディショニング条件によって決定される
ため、以下の式が成立する。

【００３４】ｎ＝Ｂ×ｓ×ｖ・・・（４）（Ｂは定数）

【００３５】但し、式(４)中、ｓ(変数)はコンディショ
ニング中のテーブル回転数、ｖ(変数)はセクタ滞留時間
(スイープ時間)。なお、セクタとは研磨パッド表面を幾
つかに分割した平面であり、セクタ滞留時間とはあるセ
クタがコンディショニングされている時間をいう。

【００３６】ｈ＝Ｃ×ｆ×ｄ・・・（５）（Ｃは定数）

【００３７】Ｘ＝Ｄ×ｄ・・・（６）（Ｄは定数）

【００３８】但し、式(５)中、ｆはコンディショニング
荷重、式(６)中、ｄはダイヤモンドディスクの粒径。

【００３９】これらの式を用いると式（３）は以下のよ
うに変形できる。

【００４０】摩擦力μ(t)＝定数×ｆｓｖｄ×ｒ(ｔ) ・・・（７）

【００４１】但し、“ｆｓｖｄ”はｆ，ｓ，ｖ，ｄを変
数とする関数Ｆ(f,s,v,d)を表す。

【００４２】上式(７)中、ｒ（ｔ）は減衰方程式（ｔの
増加と共に減少する）として表されるから(図３参照)、
式(７)より下式が導びかれる。

【００４３】ＭＡＸ（μ(t)）＝μMAX＝定数×ｆｓｖｄ・・・（８）

【００４４】ここで、研磨テーブルを一定回転数で駆動
するための研磨テーブルトルク電流値と、摩擦力には比
例関係が成り立つから、式(８)より下式が導びかれる。

【００４５】最大トルク電流値ＩMAX＝定数×μMAX＝定数×ｆｓｖｄ・・・（９）

【００４６】上式(９)より、最大トルク電流値ＩMAX
は、コンディショニングの諸条件（ｆ，ｓ，ｖ，又は
ｄ）によって変化することが分かる。よって、コンディ
ショニングの諸条件を式（９）に基づいて変化させるこ
とにより最大トルク電流値ＩMAXを一定になるよう制御
でき、その結果、研磨工程間（ラン間）で最大研磨速度
を互いに一定となるように制御できることが分かる。さ
らに、研磨工程間（ラン間）の総研磨量の差も極小化さ
れる（安定化される）。

【００４７】また、上記実施形態では、研磨テーブルト
ルク電流の最大値が一定となるように、コンディショニ
ング条件の設定をするが、これに代えて、基板研磨中に
流れる研磨テーブルトルク電流の積分値（総和）が、ラ
ン間で互いに一定となるように、コンディショニング条
件を設定してもよい。その結果、基板の総研磨量がラン
間で互いに一定に制御できる。

【００４８】本発明において、摩擦力に実質的に比例す
る信号として、研磨テーブルを駆動するモータの制御信
号、或いは研磨テーブルないしモータ回転数信号を用い
てもよい。例えば、研磨手段として、研磨パッドが貼着
され、回転数一定制御される直流モータによって駆動さ
れる研磨テーブルを用いて、この直流モータに流れるト
ルク電流又はこの直流モータの制御信号に基づいてコン
ディショニング条件を設定する。

【００４９】コンディショニング制御系は、研磨テーブ
ルトルク電流信号が入力され、入力された信号に基づき
演算を行ってコンディショニング条件を設定し、設定し
たコンディショニング条件に相当する制御信号を出力す
る回路から構成できる。

【００５０】設定するコンディショニング条件として、
例えば、研磨手段に対するコンディショニング手段の荷
重、コンディショニング時の研磨手段の回転数、コンデ
ィショニング時間、及びコンディショニング手段の粗さ
がある。コンディショニング手段として、砥石やブラ
シ、その他のドレッサを用いることができる。砥石の場
合は砥粒の粒度、硬度など、ブラシの場合はブラシ毛の
径、堅さを調整することなどによって、コンディショニ
ング条件を変更することができる。

【００５１】また、コンディショニング条件は、研磨パ
ッドのセクタ毎に個別に設定することが好ましい。図６
は、セクタ毎にコンディショニング条件を設定する方法
を説明するための図である。同図中、添字１，２，…，
ｎは研磨パッド表面を分割してなる各々のセクタ、ｆは
コンディショニング荷重（ダイヤモンドディスク５に印
加される荷重）、ｓは研磨テーブル回転数、ｖはあるセ
クタにおけるダイヤモンドディスク５の滞留時間を示
す。図６を参照して、研磨パッドの位置、研磨する基板
の部分的な性状に応じて、研磨パッド１表面をｎ個のセ
クタ１，２，…，ｎに分割し、コンディショニングパラ
メータ（ｆ，ｓ，ｖ）をセクタ毎に設定することが好ま
しい。

【００５２】本発明は、ＣＭＰに好適に適用され、特
に、ウエハ、又はデバイスパターン、金属膜、絶縁膜な
どの膜種が形成された半導体基板、多層配線基板の研磨
に適用される。

【００５３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。

【００５４】［実施例１］図１は実施例１に係る研磨装
置を説明するための図である。図１を参照して、研磨パ
ッド１が貼着された研磨テーブル３はテーブルモータ８
によって回転駆動される。研磨テーブル３の回転数は付
設されたエンコーダ９によって検出することができる。
エンコーダ９が出力する回転数検出信号（実回転数信
号）は、負帰還増幅回路１１の一方の入力端子に入力さ
れ、負帰還増幅回路１１の他方の参照入力端子には、研
磨テーブル３の設定回転数が入力される。負帰還増幅回
路１１は、研磨テーブル３の実回転数と設定回転数を比
較し、実回転数が設定回転数に近づくように、テーブル
モータ８に供給されるトルク電流を制御する。

【００５５】また、研磨パッド１の上方には、ウエハ２
がキャリアを介してスピンドル７に保持されている。ウ
エハ２の研磨時（ラン工程）、研磨パッド１上に研磨剤
を含んだスラリが供給されると共に、研磨テーブル３及
びスピンドル７が回転され、ウエハ２が研磨パッドに押
し付けられ、研磨パッド１表面のトラップに捕捉された
研磨剤によって研磨される。

【００５６】さらに、研磨装置は、コンディショニング
制御系１２を有する。コンディショニング制御系１２に
は、不図示のトルク電流検出手段からトルク電流検出信
号が入力される入力部、トルク電流検出信号値、トルク
電流検出信号の変化量とコンディショニング荷重の変化
量の関係を表す式の定数などを記憶する記憶部、トルク
電流検出信号及び記憶されている定数に基づいてコンデ
ィショニング条件を演算する設定部、設定されたコンデ
ィショニング条件に応じてコンディショニング駆動手段
４に制御信号を出力する出力部から構成される。コンデ
ィショニング駆動手段４は、入力した制御信号に従っ
て、コンディショニング手段であるダイヤモンドディス
ク５を駆動する。コンディショニング時、ダイヤモンド
ディスク５は、設定されたコンディショニング条件に従
って、研磨パッド１表面をスイープする。

【００５７】ここで、本実施例のコンディショニング条
件設定原理について説明する。

【００５８】上述の式(９)より、ｎ−１回目のランとｎ
回目のランにおける、最大トルク電流値の変化量ΔＩMA
Xnと最大摩擦力の変化量ΔμMAXnには比例関係があり、
さらに、最大摩擦力の変化量はコンディショニング条件
の変化量に比例する（下式(10)）。

【００５９】 ΔＩMAXn＝定数×ΔμMAXn＝定数×Δｆｓｖｄ・・・（１０）

【００６０】式(10)において、ｓ＝Ｃ１、ｖ＝Ｃ２、ｄ
＝Ｃ３、但しＣ１，Ｃ２及びＣ３を定数とし、ｆのみを
変数とすると、式(10)は次のように変形される。

【００６１】 ΔＩMAXn＝ΔμMAXn＝定数×Δｆ・・・（１１）

【００６２】式(11)より、“ΔμMAXn＝定数×Δｆ”の
関係が成立するようにコンディショニング荷重ｆの設定
を行うことにより、全てのラン同士において最大トルク
電流値ＩMAXnを一定に制御できることが分かる。

【００６３】次に、コンディショニング制御系の動作を
説明する。図７は、図１に示した研磨装置によるコンデ
ィショニング条件設定動作を説明するための図である。
図１及び図７を参照して、研磨装置はｎ−１回目のラン
を実行する。コンディショニング制御系１２はｎ−１回
目のランにおける最大トルク電流値を検出し記憶する
(ステップ701)。ｎ−１回目のラン終了後、コンディシ
ョニング荷重ｆn-1でｎ−１回目のコンディショニング
が実行される(ステップ702)。ｎ−１回目のコンディシ
ョニング終了後、ｎ回目のランが実行される。コンディ
ショニング制御系１２はｎ回目のランにおける最大トル
ク電流値を検出し記憶する(ステップ703)。

【００６４】ｎ回目のラン終了後、コンディショニング
制御系１２はｎ回目のコンディショニングにおけるコン
ディショニング荷重を設定する。まず、ｎラン目とｎ−
１ラン目の最大トルク電流値の差をΔＩMAXn＝ＩMAXn−
ＩMAXn-1を計算する(ステップ704)。そして、コンディ
ショニング荷重を変数とし、他のコンディショニング条
件を一定とし、ｎ回目のコンディショニング荷重をｆn
とすると、上述の式(11)より、ｆnが下式のように求め
られる(ステップ705)。

【００６５】ｆn＝定数×ΔＩMAXｎ−ｆn-1・・・・・・（１２）

【００６６】式(12)中の定数はコンディショニング荷重
と最大トルク電流値の関係から予め求めることができ
る。よって、最大トルク電流値の変化量及びｎ−１回目
のコンディショニング荷重を式（12）に代入することに
より、コンディショニング荷重ｆｎが決定され、ｎ回目
のコンディショニングが実行される(ステップ706)。

【００６７】次に、コンディショニング荷重を変えるこ
とによって、基板研磨中のトルク電流が制御できること
を明らかにするために下記の実験を行った。すなわち、
コンディショニング荷重２０lbs又は１４lbsでコンディ
ショニングを行った後、ウエハを研磨して研磨中のトル
ク電流をそれぞれ測定した。図８はコンディショニング
荷重２０(lbs)の場合、図９はコンディショニング荷重
１４(lbs)とした場合、コンディショニング直後のラン
(ウエハ研磨工程)におけるトルク電流の経時変化を示す
グラフである。その他の実験条件は、実施の形態の欄に
前掲したとおりである。

【００６８】図８と図９を対比して、コンディショニン
グ荷重を大きくすることにより、直後のランにおける最
高トルク電流値が高くなっている。よって、コンディシ
ョニング荷重の制御によって、基板研磨中の最大トルク
電流値がラン間で一定に制御できることが分かる。

【００６９】さらに、上記実験において、研磨開始から
所定時間経過後のウエハ厚みを測定し研磨速度を求め
た。図１０に、コンディショニング荷重と、コンディシ
ョニング直後のランにおける研磨速度の関係を示す。図
１０中、白丸は研磨装置の左側ヘッドに取り付けたウエ
ハ、黒丸は右側に取り付けたウエハによるデータであ
る。

【００７０】図１０より、コンディショニング荷重を大
きくすることにより、研磨速度が高くなっている。よっ
て、コンディショニング荷重の制御によって、研磨速度
が一定に制御できることが分かる。

【００７１】また、図１０を参照して、左側と右側ヘッ
ドでウエハの研磨速度が異なっている。このようなヘッ
ド取り付け位置を考慮して、研磨パッドのセクタ毎にコ
ンディショニング条件を設定することが好ましい。

【００７２】［実施例２］実施例１においては、コンデ
ィショニング荷重を変数としたが、実施例２においては
コンディショニング中の研磨テーブル回転数を変数と
し、他のコンディショニング条件を一定として、コンデ
ィショニング中の研磨テーブル回転数と、コンディショ
ニング後のランにおけるウエハ研磨速度の関係を調べ
た。コンディショニング中の研磨テーブル回転数以外の
実験条件は実施例１と同様であり、実験結果を図１１に
示す。

【００７３】図１１より、コンディショニング中の研磨
テーブル回転数とウエハ研磨速度には、ほぼ一定の比例
関係があり、コンディショニング中の研磨テーブル回転
数を変えることによって、ウエハ研磨速度を一定に制御
できることが分かる。また、ウエハ研磨速度とトルク電
流値は比例するから、コンディショニング中の研磨テー
ブル回転数を変えることによって、トルク電流値を一定
に制御できることが分かる。

【００７４】［実施例３］前記実施例１及び前記実施例
２においては、トルク電流の最大値がラン間で一定とな
るように制御するが、この実施例３においてはラン中に
流れるトルク電流の総和（積分値）が一定となるように
制御を行い、総研磨量をラン間で互いに一定に制御す
る。以下、実施例３を説明する。

【００７５】上述の式(１)、(２)、(７)より次式が導か
れる。

【００７６】期間中の総研磨量＝∫Ｉ(t)ｄｔ＝定数×∫ｆｓｖｄ×ｒ(t)ｄｔ・・（１２）

【００７７】式(12)より、期間中の総研磨量は“∫ｆｓ
ｖｄ”の関数であるよって、コンディショニング条件
（ｆ，ｓ，ｖ，ｄ）を変えることによって、期間中の研
磨トルク電流値の総和、すなわち総研磨量を制御可能で
あることが分かる。また、実施例３のコンディショニン
グ条件設定方法は、例えば、研磨中のトルク電流の変化
がリニアではない場合にも対応できる。

【００７８】

【発明の効果】本発明によれば、製品となる基板の研磨
工程から、研磨工程の合間に実行されるコンディショニ
ングの条件を設定するための情報が得られるため、コン
ディショニング条件設定のためのパイロット作業を、製
品の研磨工程と製品の研磨工程の間（ラン間）に挿入す
る必要がない。また、本発明によれば、ロット間、研磨
剤や研磨装置間のバラツキが吸収でき、研磨速度の経時
変化が抑制され、基板厚さや基板表面状態に関してロッ
ト間のバラツキが減少する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る研磨装置を示す図であ
る。

【図２】Ex-SITUコンディショニングによる研磨シーケ
ンス図である。

【図３】Ex-SITUコンディショニング後の研磨工程にお
ける研磨速度の経時変化を説明するためのグラフであ
る。

【図４】(Ａ)及び(Ｂ)は、研磨による研磨パッド表面状
態の変化を説明するための図であり、(Ａ)は研磨前、
(Ｂ)は研磨後の状態を示す。

【図５】研磨速度と摩擦力の関係を示すグラフである。

【図６】研磨パッドのセクタ毎にコンディショニング条
件を設定する方法を説明するための図である。

【図７】本発明の一実施例に係る研磨装置の動作を説明
するための図である。

【図８】コンディショニング後(コンディショニング荷
重２０lbs）の研磨工程において、研磨経過時間とトル
ク電流の関係を示すグラフである。

【図９】コンディショニング後(コンディショニング荷
重１４lbs)の研磨工程において、研磨経過時間とトルク
電流の関係を示すグラフである。

【図１０】コンディショニング荷重と研磨速度の関係を
示すグラフである。

【図１１】コンディショニング中の研磨テーブル回転数
と研磨速度の関係を示すグラフである。

【図１２】（Ａ）及び（Ｂ）は、従来の研磨装置を説明
するための図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は上面図
である。

【符号の説明】

１研磨パッド２ウエハ（基板）３研磨テーブル４コンディショニング駆動手段５ダイヤモンドディスク（砥石）６スラリ供給手段７スピンドル８テーブルモータ９エンコーダ１０トルク電流１１負帰還増幅回路１２コンディショニング制御系

【手続補正書】

【提出日】平成１１年４月１９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１の視点に
おいて、基板を研磨する研磨手段と、前記基板の研磨前
に前記研磨手段をコンディショニングするコンディショ
ニング手段と、前記基板の研磨中に前記研磨手段と該基
板との間に作用する摩擦力に基づき、前記基板の研磨工
程毎に該基板の研磨に先立って前記コンディショニング
手段を制御するコンディショニング制御系と、を有す
る。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】本発明は、第２の視点において、基板を研
磨する研磨手段と、前記基板の研磨前に前記研磨手段を
コンディショニングするコンディショニング手段と、前
記基板の研磨中に前記研磨手段と該基板との間に作用す
る摩擦力に基づき、前記コンディショニング手段を制御
するコンディショニング制御系と、を有し、前記コンデ
ィショニング制御系は、前記摩擦力が一定となるように
前記コンディショニング手段を制御する。第３の視点に
おいて、前記コンディショニング制御系は、前記摩擦力
に応じた信号であって前記研磨手段を駆動するトルク電
流に基づき、前記コンディショニング手段を制御する。
第４の視点において、前記コンディショニングは、前記
基板の研磨工程と前記基板の研磨工程（以下これを「ラ
ン」という）の間に実行され、さらに、前記トルク電流
信号を検出し、前記コンディショニング制御系に出力す
るトルク電流検出手段を有し、前記コンディショニング
制御系は、前記トルク電流検出手段から入力された検出
信号に基づき、前記トルク電流の最大値が各々の前記ラ
ンにおいて互いに一定となるように、コンディショニン
グ条件を設定する設定手段を備える。第５の視点におい
て、前記コンディショニングは、前記基板の研磨工程と
前記基板の研磨工程（以下これを「ラン」という）の間
に実行され、さらに、前記摩擦力に応じた信号であって
前記研磨手段を駆動するトルク電流信号を検出し、前記
コンディショニング制御系に出力するトルク電流検出手
段を有し、前記コンディショニング制御系は、前記トル
ク電流検出手段から入力された検出信号に基づき、基板
研磨中に流れる前記トルク電流の総和が各々の前記ラン
において互いに一定となるように、コンディショニング
条件を設定する設定手段を備える。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】第９の視点において、基板の研磨工程中に
該基板と研磨手段の間に作用する摩擦力を検出し、前記
検出した摩擦力に基づいて前記基板の研磨工程毎に該基
板の研磨に先立って前記研磨手段をコンディショニング
し、次の基板の研磨工程を行う。第１０の視点におい
て、基板の研磨工程中に基板を研磨する研磨手段を駆動
するためのトルク電流を検出し、前記トルク電流に基づ
いて前記研磨手段をコンディショニングし、次の基板の
研磨工程を行う。第１１の視点において、一の基板の研
磨工程（以下これを「ラン」という）における前記トル
ク電流の最大値を検出し、ラン同士の最大トルク電流値
の変化量と、前回のコンディショニング条件に基づい
て、今回のコンディショニング条件を設定する。一の基
板の研磨工程（ラン）では、一枚又は複数の基板を研磨
する。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板を研磨する研磨手段と、前記基板の研
磨前に前記研磨手段をコンディショニングするコンディ
ショニング手段と、前記基板の研磨中に前記研磨手段と
該基板との間に作用する摩擦力に基づき、前記コンディ
ショニング手段を制御するコンディショニング制御系
と、を有することを特徴とする研磨装置。
【請求項２】前記コンディショニング制御系は、前記摩
擦力が一定となるように前記コンディショニング手段を
制御することを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項３】前記コンディショニング制御系は、前記摩
擦力に応じた信号であって前記研磨手段を駆動するトル
ク電流に基づき、前記コンディショニング手段を制御す
ることを特徴とする請求項１又は２記載の研磨装置。
【請求項４】前記コンディショニングは、前記基板の研
磨工程と前記基板の研磨工程（以下これを「ラン」とい
う）の間に実行され、さらに、前記トルク電流信号を検出し、前記コンディシ
ョニング制御系に出力するトルク電流検出手段を有し、前記コンディショニング制御系は、前記トルク電流検出
手段から入力された検出信号に基づき、前記トルク電流
の最大値が各々の前記ランにおいて互いに一定となるよ
うに、コンディショニング条件を設定する設定手段を備
えたことを特徴とする請求項３記載の研磨装置。
【請求項５】前記コンディショニングは、前記基板の研
磨工程と前記基板の研磨工程（以下これを「ラン」とい
う）の間に実行され、さらに、前記摩擦力に応じた信号であって前記研磨手段
を駆動するトルク電流信号を検出し、前記コンディショ
ニング制御系に出力するトルク電流検出手段を有し、前記コンディショニング制御系は、前記トルク電流検出
手段から入力された検出信号に基づき、基板研磨中に流
れる前記トルク電流の総和が各々の前記ランにおいて互
いに一定となるように、コンディショニング条件を設定
する設定手段を備えたことを特徴とする請求項３記載の
研磨装置。
【請求項６】前記設定手段が設定するコンディショニン
グ条件は、前記コンディショニング手段が前記研磨手段
に作用するコンディショニング荷重、コンディショニン
グ時の前記研磨手段の回転数、コンディショニング時
間、及び前記コンディショニング手段の粗さ、の一種以
上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一に
記載の研磨装置。
【請求項７】前記設定手段は、前記ラン同士におけるト
ルク電流の最大値の変化量と、前回のコンディショニン
グ荷重と、に基づいて、次のコンディショニング荷重を
設定することを特徴とする請求項６に記載の研磨装置。
【請求項８】前記研磨手段は、研磨粒子又は屑を捕捉す
るトラップが形成される研磨パッドが貼着された研磨テ
ーブルであり、研磨開始からｔ時間経過後の前記摩擦力とコンディショ
ニング条件の間に下式の関係があることを特徴とする請
求項１〜５のいずれか一に記載の研磨装置； μ(t)＝ｎ×ｈ×Ｘ×r(t)、但し、ｎは研磨パッド上のトラップ数、ｈはトラップの
深さ、Ｘはトラップの幅、r(t)は研磨に寄与する有効ト
ラップ率を表し、発生した屑によってトラップが徐々に
埋められることにより経時的に減少する値である。
【請求項９】基板の研磨工程中に該基板と研磨手段の間
に作用する摩擦力を検出し、前記検出した摩擦力に基づ
いて前記研磨手段をコンディショニングし、次の基板の
研磨工程を行うことを特徴とする研磨方法。
【請求項１０】基板の研磨工程中に基板を研磨する研磨
手段を駆動するためのトルク電流を検出し、前記トルク
電流に基づいて前記研磨手段をコンディショニングし、
次の基板の研磨工程を行うことを特徴とする研磨方法。
【請求項１１】一の基板の研磨工程（以下これを「ラ
ン」という）における前記トルク電流の最大値を検出
し、ラン同士の最大トルク電流値の変化量と、前回のコ
ンディショニング条件に基づいて、今回のコンディショ
ニング条件を設定することを特徴とする請求項１０記載
の研磨方法。