WO2022158284A1

WO2022158284A1 - 研磨パッドの表面性状測定装置、研磨パッドの表面性状測定方法、および研磨パッドの表面性状判定方法

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Publication number: WO2022158284A1
Application number: PCT/JP2022/000075
Authority: WO
Inventors: 浩平大島; 尚典松尾; 利文金馬; 暢行 ▲高▼田
Original assignee: 株式会社荏原製作所
Priority date: 2021-01-21
Filing date: 2022-01-05
Publication date: 2022-07-28
Also published as: JP2022112194A; US20240075579A1; CN116745067A; KR20230130094A; TW202245984A

Abstract

本発明は、半導体ウエハ等の基板の研磨に用いられる研磨パッドの表面性状測定装置、研磨パッドの表面性状測定方法、および研磨パッドの表面性状判定方法に関するものである。表面性状測定装置（３０）は、研磨パッド（２）を研磨パッド（２）の研磨面（２ａ）から見たときに、光を複数の照射角度から研磨パッド（２）に照射可能な投光部（３２）と、研磨パッド（２）の表面で反射した複数の方向からの反射光を受光可能な受光部（３５）を備えている。

Description

研磨パッドの表面性状測定装置、研磨パッドの表面性状測定方法、および研磨パッドの表面性状判定方法

　本発明は、半導体ウエハ等の基板の研磨に用いられる研磨パッドの表面性状測定装置、研磨パッドの表面性状測定方法、および研磨パッドの表面性状判定方法に関する。

　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、化学的機械研磨（ＣＭＰ（Chemical　Mechanical　Polishing））である。この化学的機械研磨は、研磨装置を用いて、研磨液を研磨パッドに供給しつつ半導体ウエハなどの基板を研磨パッドに摺接させて研磨を行うものである。研磨液は、例えば、シリカ（ＳｉＯ_２）やセリア（ＣｅＯ_２）等の砥粒を含んだスラリーである。

　上述したＣＭＰ（化学的機械研磨）を行う研磨装置は、研磨パッドを有する研磨テーブルと、半導体ウエハ（基板）を保持するための研磨ヘッド等と称される基板保持装置とを備えている。このような研磨装置を用いて基板保持装置により基板を保持しつつ、この基板を研磨パッドに対して所定の圧力で押圧して、基板上の絶縁膜や金属膜等を研磨することが行われている。

　基板の研磨を行なうと、研磨パッドの表面には砥粒や研磨屑が付着し、また、研磨パッドの表面形状や状態が変化して研磨性能が劣化してくる。このため、基板の研磨を繰り返すに従い、研磨速度が低下し、また、研磨むらが生じてしまう。そこで、劣化した研磨パッドの表面形状や状態を再生するために、ドレッサーを用いて研磨パッドのドレッシング（コンディショニング）を行っている。

　研磨パッドの表面形状や状態、すなわち、研磨パッドの表面性状は、ＣＭＰ性能を決定付ける要因の一つである。したがって、研磨パッドの表面性状を直接的に測定して、この測定値をドレッシング条件に反映させることが望ましい。そこで、従来の研磨装置では、研磨パッドの表面性状を直接的に測定するための装置を用いて、ドレッシング条件を決定している。本明細書では、研磨パッドの表面性状を測定する装置を、「表面性状測定装置」と称する。

国際公開第２０１６／１１１３３５号公報特開２０１５－１７４１５６号公報特開２０１９－１９３７０号公報

　最近では、研磨パッドの表面状態をより詳細に評価し、ドレッシング条件の最適化を行う等の観点から、研磨パッドの表面性状をより精度よく測定することができる装置への要請が高まっている。また、過剰なドレッシングを防ぐことによるドレッサーの長寿命化や、基板の研磨に使用されるスラリーなどの消耗部材の削減の観点から、精度よく研磨パッドの表面性状の判定を行うことへの要請が高まっている。

　そこで、本発明は、研磨パッドの表面性状の測定精度を向上させることができる、研磨パッドの表面性状測定装置および研磨パッドの表面性状測定方法を提供することを目的とする。さらに本発明は、精度よく研磨パッドの表面性状判定を行うことができる方法を提供することを目的とする。

　一態様では、基板の研磨に使用される研磨パッドの表面性状測定装置であって、前記研磨パッドを前記研磨パッドの研磨面側から見たときに、光を複数の方向から前記研磨パッドに照射可能な投光部と、前記研磨パッドの表面で反射した複数の方向からの反射光を受光可能な受光部を備えている、表面性状測定装置が提供される。

　一態様では、前記表面性状測定装置は、前記光の照射方向を変更する照射方向変更機構をさらに備えている。
　一態様では、前記照射方向変更機構は、前記投光部および前記受光部を回転させる回転モータと、前記回転モータに連結されたシャフトを備えている。
　一態様では、前記投光部は、互いに異なる方向を向いて配置された複数の光源を備え、前記受光部は、互いに異なる方向を向いて配置された複数の受光素子を備えている。
　一態様では、前記表面性状測定装置は、前記受光部に電気的に接続されたデータ処理部をさらに備え、前記データ処理部は、互いに異なる複数の方向から前記研磨パッドに照射された複数の光の前記研磨パッドからの複数の反射光の強度分布を利用して、前記研磨パッドの表面性状を間接的に示す指標値を取得するように構成されている。

　一態様では、互いに異なる複数の照射方向から研磨パッドに光を照射し、前記研磨パッドに照射された複数の光のそれぞれに対応する前記研磨パッドからの複数の反射光を受光し、複数の反射光の強度分布を取得し、前記複数の強度分布を利用して、前記研磨パッドの表面性状を間接的に示す指標値を取得する工程を含み、前記照射方向は、前記研磨パッドを前記研磨パッドの研磨面側から見たときの方向である、研磨パッドの表面性状測定方法が提供される。

　一態様では、前記互いに異なる複数の照射方向から前記研磨パッドに光を照射し、前記研磨パッドに照射された前記複数の光のそれぞれに対応する前記研磨パッドからの前記複数の反射光を受光する工程は、前記光の照射方向を変更しながら、前記光を前記研磨パッドに照射し、各照射方向における光の前記研磨パッドからの各反射光を受光する工程を含む。
　一態様では、前記互いに異なる複数の照射方向から前記研磨パッドに光を照射し、前記研磨パッドに照射された前記複数の光のそれぞれに対応する前記研磨パッドからの前記複数の反射光を受光する工程は、複数の光源によって、複数の照射方向から光を前記研磨パッドに照射し、前記研磨パッドに照射された複数の光のそれぞれに対応する研磨パッドからの複数の反射光を複数の受光素子で受光する工程を含む。

　一態様では、研磨パッドの表面の複数の箇所で、前記研磨パッドからの反射光の強度分布を取得する工程と、前記複数の箇所で取得された複数の前記強度分布から前記研磨パッドの表面性状を間接的に示す波長構成比を算出する工程と、前記算出された波長構成比に基づいて、前記研磨パッドの表面性状の良否を判定する工程を備え、前記研磨パッドからの反射光の強度分布を取得する工程は、前記研磨パッドの表面にレーザ光を照射し、前記研磨パッドからの反射光を受光する工程を含む、研磨パッドの表面性状判定方法が提供される。

　一態様では、前記複数の箇所で取得された複数の前記強度分布から前記研磨パッドの表面性状を間接的に示す波長構成比を算出する工程は、複数の前記強度分布のそれぞれから、波長構成比をそれぞれ算出することによって、複数の波長構成比を算出する工程を含む。
　一態様では、前記複数の箇所で取得された複数の前記強度分布から前記研磨パッドの表面性状を間接的に示す波長構成比を算出する工程は、前記複数の強度分布を平均化し、平均化された反射光の強度分布から、前記波長構成比を算出する工程を含む。
　一態様では、前記算出された波長構成比に基づいて、前記研磨パッドの表面性状の良否を判定する工程は、前記算出された複数の波長構成比が予め定められた基準範囲内にあるか否かを確認し、前記算出された複数の波長構成比の全てが予め定められた基準範囲内にあるときに、前記研磨パッドの表面性状が良好であると判定する工程を含む。
　一態様では、前記算出された波長構成比に基づいて、前記研磨パッドの表面性状の良否を判定する工程は、前記算出された複数の波長構成比の平均値を算出し、前記平均値と予め定められたしきい値を比較し、かつ前記算出された複数の波長構成比が予め定められた基準範囲内にあるか否かを確認し、前記平均値が前記しきい値よりも小さく、かつ前記算出された複数の波長構成比の全てが前記基準範囲内にあるときに前記研磨パッドの表面性状が良好であると判定する工程を含む。
　一態様では、前記算出された波長構成比に基づいて、前記研磨パッドの表面性状の良否を判定する工程は、前記算出された複数の波長構成比の平均値を算出し、前記平均値と予め定められたしきい値を比較し、かつ前記算出された複数の波長構成比が予め定められた基準範囲内にあるか否かを確認し、前記平均値が前記しきい値よりも大きく、かつ前記算出された複数の波長構成比の全てが前記基準範囲内にあるときに前記研磨パッドの表面性状が良好であると判定する工程を含む。
　一態様では、前記方法は、前記研磨パッドの表面性状が良好であると判定した場合、前記研磨パッドのブレークインを終了する工程をさらに含む。

　本発明によれば、互いに異なる複数の方向から前記研磨パッドに照射された複数の光の前記研磨パッドからの複数の反射光の強度分布を取得することができる。結果として、研磨パッドの表面性状の測定精度を向上させることができる。さらに本発明によれば、研磨パッドの表面の複数の箇所で研磨パッドからの反射光の強度分布を取得することで、研磨パッドの表面性状の面内ばらつきを含めた評価を行うことができる。これにより、精度よく研磨パッドの表面性状を判定することができる。

研磨パッドの表面性状測定装置を備えた研磨装置の一実施形態を示す模式図である。測定ヘッドの内部構造（測定構造）の一実施形態を示す模式図である。測定ヘッドの内部構造の他の実施形態を示す模式図である。研磨パッドからの反射光を説明する図である。研磨パッドの表面の空間波長スペクトルを示す模式図である。測定ヘッドが測定位置に配置された状態の一実施形態を模式的に示す斜視図である。図７Ａは、測定ヘッドの正面図である。図７Ｂは、測定ヘッドの下面図である。図６に示す測定ヘッドの周辺を拡大して示す模式図である。表面性状判定方法の一実施形態を示すフローチャートである。研磨パッドの表面上の複数の測定点の一例を示す図である。ブレークイン中の研磨パッドの処理条件毎の波長構成比の一例を示すグラフである。図１２Ａは、図１１の条件１における波長構成比と、所定の基準範囲および所定のしきい値を比較した図である。図１２Ｂは、図１１の条件６における波長構成比と、所定の基準範囲および所定のしきい値を比較した図である。図１２Ｃは、図１１の条件１０における波長構成比と、所定の基準範囲および所定のしきい値を比較した図である。表面性状判定方法の他の実施形態を示すフローチャートである。基板Ｗを研磨しながら所定のドレッシング条件でドレッシングした後、研磨パッド２の表面性状を測定し、波長構成比を算出した結果を示す図である。表面性状測定装置の他の実施形態を示す模式図である。投光部および受光部が軸心周りに回転したときの状態を示す図である。研磨パッドの表面性状測定方法の一実施形態を示すフローチャートである。照射角度が０°のときの研磨パッドからの反射光の強度分布を示すグラフである。照射角度が４５°のときの研磨パッドからの反射光の強度分布を示すグラフである。照射角度が９０°のときの研磨パッドからの反射光の強度分布を示すグラフである。照射角度が１３５°のときの研磨パッドからの反射光の強度分布を示すグラフである。照射角度が１８０°のときの研磨パッドからの反射光の強度分布を示すグラフである。照射角度が２２５°のときの研磨パッドからの反射光の強度分布を示すグラフである。照射角度が２７０°のときの研磨パッドからの反射光の強度分布を示すグラフである。照射角度が３１５°のときの研磨パッドからの反射光の強度分布を示すグラフである。表面性状測定装置のさらに他の実施形態を示す模式図である。図２６に示す測定ヘッドを上から見た図である。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で説明する図面において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
　図１は、研磨パッドの表面性状測定装置を備えた研磨装置の一実施形態を示す模式図である。図１に示すように、研磨装置（ＣＭＰ装置）は、研磨パッド２を支持する研磨テーブル１と、研磨対象物である半導体ウエハ等の基板Ｗを保持して研磨テーブル上の研磨パッドに押圧する研磨ヘッド１０と、研磨パッド２をドレッシングするドレッシング装置２０と、研磨パッド２の表面形状や表面状態などの表面性状を測定する研磨パッドの表面性状測定装置３０と、研磨装置の各構成要素の動作を制御する動作制御部９とを備えている。

　研磨テーブル１は、テーブル軸４を介してその下方に配置されるテーブル回転モータ３に連結されており、テーブル軸４の軸心ＡＸ１周りに回転可能になっている。研磨テーブル１の上面には研磨パッド２が貼り付けられており、研磨パッド２の表面が基板Ｗを研磨する研磨面２ａを構成している。研磨パッド２は、その中心Ｏが軸心ＡＸ１上にあるように研磨テーブル１上に貼り付けられる。研磨テーブル１の上方には研磨液供給ノズル（図示せず）が設置されており、研磨液供給ノズルによって研磨テーブル１上の研磨パッド２に研磨液（スラリー）が供給されるようになっている。

　研磨ヘッド１０は、研磨ヘッドシャフト１１に接続されており、研磨ヘッドシャフト１１は、昇降機構（図示せず）によって研磨ヘッド揺動アーム１２に対して上下動するようになっている。昇降機構は、研磨ヘッド揺動アーム１２に連結されている。研磨ヘッドシャフト１１の上下動により、研磨ヘッド揺動アーム１２に対して研磨ヘッド１０の全体を上下動させ位置決めするようになっている。研磨ヘッドシャフト１１は、研磨ヘッド回転モータ（図示せず）の駆動により回転するようになっており、研磨ヘッド１０が研磨ヘッドシャフト１１の軸心周りに回転するようになっている。一実施形態では、研磨ヘッド回転モータは、研磨ヘッド揺動アーム１２内に配置される。

　図１に示すように、研磨ヘッド１０は、その下面に半導体ウエハなどの基板Ｗを保持できるようになっている。研磨ヘッド揺動アーム１２は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１０は、研磨ヘッド揺動アーム１２の旋回により基板の受取位置から研磨テーブル１の上方に移動可能になっている。研磨ヘッド１０は、下面に基板Ｗを保持して基板Ｗを研磨パッド２の表面（研磨面２ａ）に押圧する。このとき、研磨テーブル１および研磨ヘッド１０をそれぞれ回転させ、研磨テーブル１の上方に設けられた研磨液供給ノズル（図示せず）から研磨パッド２上に研磨液（スラリー）を供給する。研磨液には砥粒としてシリカ（ＳｉＯ_２）やセリア（ＣｅＯ_２）などを含んだ研磨液が用いられる。このように、研磨液を研磨パッド２上に供給しつつ、基板Ｗを研磨パッド２に押圧して基板Ｗと研磨パッド２とを相対移動させて基板上の絶縁膜や金属膜等を研磨する。絶縁膜としてはＳｉＯ_２が挙げられる。金属膜としてはＣｕ膜、Ｗ膜、Ｔａ膜、Ｔｉ膜が挙げられる。

　ドレッシング装置２０は、研磨パッド２の研磨面２ａに摺接されるドレッサー２２と、ドレッサー２２が連結されるドレッサーシャフト２４と、ドレッサーシャフト２４の上端に設けられたエアシリンダ２３と、ドレッサーシャフト２４を回転自在に支持するドレッサーアーム２１とを備えている。ドレッサー２２の下部はドレッシング部材２２ａにより構成されている。ドレッシング部材２２ａは円形のドレッシング面を有しており、ドレッシング面には硬質な粒子が電着等により固定されている。この硬質な粒子としては、ダイヤモンド粒子やセラミック粒子などが挙げられる。

　ドレッサーアーム２１内には、ドレッサー回転モータ（図示せず）が配置されている。ドレッサーシャフト２４は、このドレッサー回転モータの駆動により回転し、ドレッサーシャフト２４の回転により、ドレッサー２２はドレッサーシャフト２４の軸心周りに回転する。エアシリンダ２３は、ドレッサーシャフト２４およびドレッサー２２を一体に上下動させ、ドレッシング部材２２ａを所定の押圧力で研磨パッド２の研磨面２ａに押圧する。

　エアシリンダ２３は、図示しない気体供給源に連結されており、研磨パッド２へのドレッシング荷重をドレッサー２２に付与する装置である。ドレッシング荷重は、エアシリンダ２３に供給される空気圧により調整することができる。さらに、エアシリンダ２３によって、ドレッサー２２を研磨パッド２の研磨面２ａから離間させることができる。エアシリンダ２３は、ドレッサーシャフト２４およびドレッサー２２をドレッサーアーム２１に対して上下動させる昇降アクチュエータとして機能する。一実施形態では、サーボモータとボールねじ機構との組み合わせを、ドレッサーシャフト２４およびドレッサー２２をドレッサーアーム２１に対して上下動させる昇降アクチュエータとして用いてもよい。

　ドレッシング装置２０は、ドレッサーアーム２１に連結された支軸２６と、支軸２６を回転させる支軸回転モータ（回転アクチュエータ）２７をさらに備えている。支軸回転モータ２７を駆動すると、ドレッサーアーム２１は支軸２６を中心として旋回する。

　研磨パッド２の研磨面２ａのドレッシングは次のようにして行われる。研磨テーブル１および研磨パッド２をテーブル回転モータ３により回転させ、図示しないドレッシング液供給ノズルからドレッシング液（例えば、純水）を研磨パッド２の研磨面２ａに供給する。この状態で、ドレッサー２２をドレッサーシャフト２４の軸心周りに回転させる。ドレッサー２２はエアシリンダ２３により研磨面２ａに押圧され、研磨面２ａ上にドレッシング液が存在した状態で、ドレッシング部材２２ａの下面が研磨面２ａに摺接される。ドレッサー２２の回転中、ドレッサーアーム２１を支軸２６を中心に旋回（揺動）させてドレッサー２２を研磨面２ａの半径方向に移動させる。このようにして、ドレッサー２２により研磨パッド２が削り取られ、研磨面２ａがドレッシング（再生）される。研磨パッド２は、研磨面２ａに微細な凹凸構造を有しており、基板Ｗの研磨が進むにつれて凹凸構造の凸部は倒れていく。ドレッシングにより、起き上がった状態の凸部が再生される。

　動作制御部９は、プログラムが格納された記憶装置９ａと、プログラムに含まれる命令に従って演算を実行する処理装置９ｂを備えている。処理装置９ｂは、記憶装置９ａに格納されているプログラムに含まれる命令に従って演算を行うＣＰＵ（中央処理装置）またはＧＰＵ（グラフィックプロセッシングユニット）などを含む。記憶装置９ａは、処理装置９ｂがアクセス可能な主記憶装置（例えばランダムアクセスメモリ）と、データおよびプログラムを格納する補助記憶装置（例えば、ハードディスクドライブまたはソリッドステートドライブ）を備えている。動作制御部９は、少なくとも１台のコンピュータから構成されている。

　テーブル回転モータ３、昇降機構（図示せず）、研磨ヘッド回転モータ（図示せず）、研磨液供給ノズル（図示せず）、ドレッシング装置２０、および表面性状測定装置３０は、動作制御部９に電気的に接続されている。これら各構成要素の動作は、動作制御部９によって制御される。

　研磨パッドの表面性状測定装置３０は、測定ヘッド３１と、測定ヘッド３１に電気的に接続されたデータ処理部５０を備えている。研磨パッドの表面性状測定装置３０は、研磨パッド２に光を照射し、研磨パッド２の表面（研磨面２ａ）で反射した反射光を受光することでパッド表面性状を測定するように構成されている。

　データ処理部５０は、プログラムが格納された記憶装置５０ａと、プログラムに含まれる命令に従って演算を実行する処理装置５０ｂを備えている。処理装置５０ｂは、記憶装置５０ａに格納されているプログラムに含まれる命令に従って演算を行うＣＰＵ（中央処理装置）またはＧＰＵ（グラフィックプロセッシングユニット）などを含む。記憶装置５０ａは、処理装置５０ｂがアクセス可能な主記憶装置（例えばランダムアクセスメモリ）と、データおよびプログラムを格納する補助記憶装置（例えば、ハードディスクドライブまたはソリッドステートドライブ）を備えている。データ処理部５０は、少なくとも１台のコンピュータから構成されている。一実施形態では、動作制御部９とデータ処理部５０とは一体に構成されていてもよい。

　図２は、測定ヘッド３１の内部構造（測定構造）の一実施形態を示す模式図である。図２に示すように、測定ヘッド３１は、研磨パッド２に光を照射する投光部３２と、研磨パッド２の表面（研磨面２ａ）で反射した反射光を受光する受光部３５とを備えている。投光部３２は、光を発する光源３３を備えている。光源３３から発せられる光の一例として、レーザ光が挙げられる。本実施形態では、光源３３は、レーザ光を発するレーザ光源である。レーザ光は、研磨面２ａ上の照射位置Ｐに照射される。

　受光部３５は、受光素子３６を備えている。受光素子３６は、研磨パッド２から反射する光の０次回折光からｎ次回折光（例えば、４次回折光または７次回折光）までを受光可能な寸法を持った線状（１次元型）の電荷結合素子（ＣＣＤ）、もしくは相捕型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）素子のいずれかからなる。受光素子３６は、多数の受光ピクセルを備えており、画素（ピクセル）毎に反射光の受光強度を検知できるように構成されている。投光部３２および受光部３５は、データ処理部５０に電気的に接続されている。

　図３は、測定ヘッド３１の内部構造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２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。図３に示すように、本実施形態の測定ヘッド３１は、投光部３２から発せられたレーザ光の光路に沿って順次配置された偏光子３８、ＮＤフィルター（減光フィルター）３９、およびミラー４０をさらに備えている。ミラー４０は、投光部３２から発せられたレーザ光を反射することにより光路を変更可能に構成されている。研磨パッド２の表面で反射した反射光の光路には、受光部３５の手前に減光フィルター４１が配置されている。

　投光部３２から発せられたレーザ光は、偏光子３８でＳ偏光された後に、ＮＤフィルター３９で光量が調整されて、予めその角度が調整されたミラー４０に入射する。そして、レーザ光は、ミラー４０で反射して光路が変更され、研磨パッド２の表面に入射する。研磨パッド２の表面で反射した反射光は、減光フィルター４１を通過し、受光部３３で受光される。一実施形態では、減光フィルター４１の代わりに特定の波長帯のみの透過を許容するバンドパスフィルターを配置してもよい。

　本実施形態によれば、偏光子３８によって光源３３から発せられたレーザ光をＳ偏光させた後に研磨パッド２に入射させることで、研磨パッド２の表面での反射率を高めることができる。一実施形態では、バンドパスフィルターによって、光源３３のレーザ光の波長に対して±５ｎｍ以内の反射光だけを通過させるようにしてもよい。これにより、ノイズとなる周囲の環境光の影響を低減することができる。本実施形態では、光源３３のレーザ光として、波長が６５０ｎｍのレーザ光が用いられる。

　図４は、研磨パッド２からの反射光を説明する図である。上述のように、研磨パッド２は、研磨面２ａに微細な凹凸構造を有しており、研磨パッド２の表面形状は、単純な（単波長の）空間波形の重ね合わせと捉えることができる。図４に示す例では、研磨パッド２の表面（研磨面２ａ）は、波長ξ_１の空間波形と、波長ξ_２の空間波形を有している。研磨パッド２からの反射光は、研磨面２ａの各空間波形の波長（空間波長）に応じた０次回折光からｎ次回折光までの散乱光を含んでいる。受光素子３６は、上記散乱光を含む反射光を受光することで、反射光の強度分布を取得する。反射光の強度分布は、受光素子３６における、受光位置ごとの受光強度の分布である。受光素子３６は、画素毎に異なる空間波長の光を受光するように構成されている。各画素の位置から各画素が受光する光の空間波長が算出可能になっている。したがって、受光素子３６が取得する反射光の強度分布は、空間波長（または空間周波数）の強度分布ともいうことができる。

　次に、研磨パッド２の表面性状測定方法について説明する。まず、光源３３から研磨パッド２の表面にレーザ光を照射する。受光素子３６は、研磨パッド２の表面で反射したレーザ光を受光することで、研磨パッド２の表面の情報を測定する。具体的には、受光素子３６は、研磨パッド２からの反射光の強度分布を取得する。上記反射光の強度分布は、データ処理部５０に送信される。次に、データ処理部５０は、上記反射光の強度分布を、フーリエ変換することで、研磨パッド２の表面の空間波長スペクトルに変換する。さらに、データ処理部５０は、上記空間波長スペクトルを演算することで、研磨パッド２の表面性状を間接的に示す指標値を算出し、算出された指標値を動作制御部９に受け渡す。動作制御部９は、受け取った指標値に基づいて、ドレッシング条件の決定や、研磨パッド２の表面性状の判定を行う。一実施形態では、動作制御部９は、研磨パッド２の表面性状を判定することで、ドレッシング不足の検知や、ドレッシングの終了判定等を実行する。

　図５は、研磨パッド２の表面の空間波長スペクトルを示す模式図である。図５の縦軸は、受光素子３６で取得した反射光の強度Ｉ（ξ）であり、横軸は、空間周波数を示している。空間周波数１／ξ_１～１／ξ_４は、空間波長ξ_１～ξ_４の逆数である。

　上述のように、データ処理部５０は、研磨パッド２からの反射光の強度分布から、研磨パッド２の表面性状を間接的に示す指標値を算出する。上記指標値の一例として、波長構成比が挙げられる。本明細書では、波長構成比を、所定の空間波長領域の反射光の強度（以下、反射強度と呼ぶことがある）の積分値の、上記所定の空間波長領域を含むより広い空間波長領域の反射強度の積分値に対する比率と定義する。波長構成比が大きいほど、所定の空間波長領域の反射光の強度が相対的に大きいことを示し、このことは即ち、測定された研磨パッド２の表面が、所定の空間波長成分をより多く含むことを示している。予め、所定の空間波長成分の大小が、ＣＭＰ性能と強い関連性を持つことを調べてあるため、波長構成比によって、ＣＭＰ性能を推測することが可能となる。プロセスに依って適当な空間波長領域を選択することで、ＣＭＰ性能と強い関連性を持つ研磨パッド２の表面性状としての波長構成比を取得することができる。

　例えば、図５に示す、空間周波数１／ξ_１（すなわち空間波長ξ_１）から空間周波数１／ξ_２（すなわち空間波長ξ_２）までの空間波長領域における反射強度の、空間周波数１／ξ_３（すなわち空間波長ξ_３）から空間周波数１／ξ_４（すなわち空間波長ξ_４）までの空間波長領域における反射強度に対する波長構成比は、以下の式（１）で求められる。

　研磨パッド２の表面性状を評価する場合、ＣＭＰ性能に関連する（＝「所定の」）空間波長領域の強度だけを抽出したい。しかしながら、得られた空間波長スペクトルには、一般に全波長領域に対してランダムノイズが含まれる。波長構成比を求めることで、ノイズの影響を除外して、所定の空間波長領域の反射強度だけを評価することができる。

　一実施形態では、動作制御部９は、データ処理部５０で求めた波長構成比に基づいて、閉ループ制御で好適なドレッシング条件を算出する。例えば、波長構成比が、予め設定した所定の範囲内で推移するように、ドレッシング条件を算出する。その際、動作制御部９は、予め、ドレッシング条件と波長構成比との関連を示す関係式を得ておき、同式により、好適なドレッシング条件を求める。ここでドレッシング条件とは、主に、研磨パッド回転数、ドレッサー回転数、ドレッシング荷重、ドレッサー揺動（旋回）速度、などである。

　例えば、ドレッシング条件として、ドレッシング荷重が制御対象になる場合には、予め、ドレッシング荷重とパッド表面性状の関係性を取得しておき、即ち、ドレッシング荷重を大きくしたらどのくらい波長構成比が大きくなるか又は小さくなるかを取得しておき、予め定めた理想的な波長構成比と、算出された波長構成比とを比較して、そこにずれがあれば、上記関係性に基づいてドレッシング荷重を、理想的な波長構成比に近付く方向に設定する。

　一実施形態では、算出された波長構成比と、予め定められた所望の波長構成比との差異を所望パッド表面性状変化量として求めてもよい。予め作成された、ドレッシング荷重、ドレッサー回転数、研磨パッド回転数、ドレッサー揺動（旋回）速度の少なくとも一項目の変化量とパッド表面性状の変化量との関係を示す回帰式に、前記所望パッド表面性状変化量を代入することで前記ドレッシング荷重、ドレッサー回転数、研磨パッド回転数、ドレッサー揺動速度の少なくとも一項目を求めてもよい。

　上記実施形態によれば、予め、ドレッシング条件（ドレッシング荷重、ドレッサー回転数、研磨パッド回転数、ドレッサー揺動速度など）と波長構成比との関係を表す回帰式を求めておき、ここに波長構成比の変化量を代入することで、所望の波長構成比を得るために最適なドレッシング条件を一意的に得ることができる。

　回帰式は、例えば、ｄＲ＝Ａ×ｄＬ＋Ｂと表すことができる。ここで、ｄＲは波長構成比の変化量、ｄＬはドレッシング荷重の変化量、ＡおよびＢは定数、である。上記ドレッシング条件の決定方法によれば、研磨パッドの表面性状をパッドの使用初期から使用末期まで一定に保つことができるという効果が得られる。研磨パッドの表面性状は、パッドの使用初期から末期まで、研磨パッドの減耗量やドレッサーの切れ味の鋭さによって変化し、その変化に応じて、ＣＭＰ性能も変化する。研磨パッドの表面性状を一定に保つことは、ＣＭＰ性能を一定に保つことにつながる。

　一実施形態では、データ処理部５０で得た波長構成比を異常検知に使用してもよい。この場合、動作制御部９は、波長構成比が予め定めた値の範囲から外れたら、パッド表面性状異常と判定し、異常の発報や、ドレッサー交換が必要であることの発報などを実行する。
　研磨パッドの表面性状の異常の種類として、研磨パッド表面の異常な点（欠陥）の存在、研磨パッドのドレッシング不足、ドレッサーの寿命、研磨パッドの寿命などが挙げられる。

　図６は、測定ヘッド３１が測定位置に配置された状態の一実施形態を模式的に示す斜視図である。図７Ａは、測定ヘッド３１の正面図であり、図７Ｂは、測定ヘッド３１の下面図である。図６および図７Ａに示すように、測定ヘッド３１は、ケーシング４３を有している。ケーシング４３は、その内部に、研磨パッド２の表面性状を測定するための測定構造を収容している。ケーシング４３の内部に収容される測定構造は、例えば、図３および図４を参照して説明した投光部３２、受光部３５、偏光子３８、ＮＤフィルター３９、ミラー４０、減光フィルター４１などである。

　図７Ａに示すように、ケーシング４３の下部には切り欠き４４が形成されている。本実施形態では、切り欠き４４は、２つの対向する傾斜面４４ａ，４４ｂと、これら傾斜面４４ａ，４４ｂを接続する接続面４４ｃとによって区画される台形形状を有している。図７Ｂに示すように、一方の傾斜面４４ａには、透光性を有するフィルター４７ａが配置されており、フィルター４７ａを通して光源３３から発せられたレーザ光が研磨パッド２に照射される。他方の傾斜面４４ｂにも、透光性を有するフィルター４７ｂが配置されており、受光部３５は、フィルター４７ｂを通して、研磨パッド２からの反射光を受光する。これらフィルター４７ａ，４７ｂの例としては、例えば、透明フィルム、または透明ガラスなどが挙げられる。

　測定ヘッド３１は、ケーシング４３の側面に固定された位置決めプレート７７，７８を有している。測定ヘッド３１が図６および図７Ａに示す測定位置に移動されたとき、位置決めプレート７７，７８が研磨パッド２の研磨面２ａに接触する。位置決めプレート７７，７８によって、鉛直方向における研磨パッド２の研磨面２ａから測定ヘッド３１の測定構造までの距離、および測定ヘッド３１の研磨面２ａに対する角度を常に一定に保つことができる。

　一実施形態では、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、表面性状測定装置３０は、接続面４４ｃから突出する先端を有するノズル４５を備えていてもよい。ノズル４５は、図示しない加圧気体供給ラインに接続されており、加圧気体供給ラインからの加圧気体（例えば、加圧窒素、または加圧空気）を研磨パッド２の研磨面２ａに吹き付けるように構成されている。ノズル４５から吹き付けられた加圧気体によって、研磨面２ａ上の研磨液またはドレッシング液などの液体が除去される。これにより、表面性状測定装置３０は、研磨パッド２の正確な表面性状を測定することができる。

　図８は、図６に示す測定ヘッド３１の周辺を拡大して示す模式図である。図６および図８に示すように、測定ヘッド３１は、支持アーム５１に支持されており、支持アーム５１は、研磨装置の一部に固定される移動ユニット５３に連結されている。移動ユニット５３は、測定ヘッド３１を待避位置から測定位置に、または測定位置から待避位置に移動させるためのユニットである。測定ヘッド３１の測定位置は、測定ヘッド３１が研磨パッド２の表面性状を測定するために研磨パッド２に接触している位置であり、測定ヘッド３１の待避位置は、測定ヘッド３１が研磨パッド２から離間した位置である。

　図８に示すように、移動ユニット５３は、研磨装置の一部に固定される固定ブロック５５と、支持アーム５１に連結される回動ブロック５６と、回動ブロック５６を固定ブロック５５に対して回動自在に連結する回転軸５８と、回動ブロック５６を回転軸５８の軸心まわりに回動させる回動機構６０を備えている。固定ブロック５５は、研磨装置のフレーム４８に固定されている。支持アーム５１は、支持プレート５２を介して回動ブロック５６に連結されている。回動ブロック５６は、回転軸５８を介して固定ブロック５５に連結されている。

　回動機構６０は、回動ブロック５６に連結されたピストン（図示せず）と、ピストンを進退自在に収容するシリンダ６３から構成されるピストンシリンダ機構である。ピストンの先端は、回動ブロック５６に連結されている。シリンダ６３には、流体供給ライン（図示せず）が接続されており、流体供給ラインを介して流体（例えば、加圧窒素または加圧空気）がシリンダ６３に供給される。動作制御部９は、シリンダ６３への流体の供給を制御することにより、ピストンを上下動させる。例えば、流体供給ラインに開閉弁（図示せず）を配置して、動作制御部９がこの開閉弁の動作を制御することにより、ピストンを上下動させる。より具体的には、ピストンを上昇させるときは、動作制御部９は、開閉弁を開き、シリンダ６３に流体を供給する。ピストンを下降させるときは、動作制御部９は、開閉弁を閉じて、シリンダ６３への流体の供給を停止させる。

　回動機構６０のピストンを上昇させることにより、回動ブロック５６および支持アーム５１が測定ヘッド３１を上方に移動させる方向に回動し、ピストンを下降させることにより、回動ブロック５６および支持アーム５１が測定ヘッド３１を下方に移動させる方向に回動する。研磨パッド２の表面性状を測定するときは、動作制御部９は、回動機構６０のピストンを下降させる。これにより、測定ヘッド３１の位置決めプレート７７，７８が研磨パッド２に接触し、測定ヘッド３１は、測定位置に位置する。研磨パッド２の表面性状の測定が終了すると、動作制御部９は、回動機構６０のピストンを上昇させる。これにより、測定ヘッド３１が研磨パッド２から離間し、測定ヘッド３１は待避位置に移動する。

　図８に示すように、回動ブロック５６は、支持プレート５２に接続された第１プレート６４と、固定ブロック５５に回転軸５８を介して連結された第２プレート６５を備えている。第１プレート６４は、ヒンジ機構８７によって、第２プレート６５に回動自在に連結されている。ヒンジ機構８７は、第１プレート６４の上面に固定される第１ジョイント８８と、第２プレート６５の上面に固定される第２ジョイント８９と、第１ジョイント８８を第２ジョイント８９に対して回動自在に連結する回転ピン６６とから構成されている。ヒンジ機構８７を動作させることによって、支持アーム５１をさらに上方に傾けることができる。これにより、測定ヘッド３１が研磨パッド２からより遠くに位置するので、研磨パッド２のメンテナンスまたは交換を容易に行うことができる。

　研磨装置は、測定ヘッド３１の姿勢を自動で調整する姿勢調整機構７０をさらに備えている。姿勢調整機構７０は、支持アーム５１に連結された支持台７２と、測定ヘッド３１の上面に固定され、支持台７２に形成された貫通孔を通って延びる複数の調整ピン７３を備えている。本実施形態では、４つの調整ピン７３が測定ヘッド３１の上面に固定されている。支持台７２は、支持アーム５１に連結された支柱７２ａと、支柱７２ａの下部に固定されたフランジ部７２ｂを有しており、４つの貫通孔がフランジ部７２ａの４角に形成されている。各調整ピン７３は、フランジ７２ｂに形成された各貫通孔を通って延びている。

　調整ピン７３の上部は、上記貫通孔の直径よりも大きい直径を有しており、調整ピン７３のフランジ部７２ｂを貫通している部分の直径は、上記貫通孔の直径よりも小さい。したがって、測定ヘッド３１は、支持台７２に近付く方向および支持台７２から遠ざかる方向に移動可能になっている。測定ヘッド３１の位置決めプレート７７，７８を研磨パッド２の研磨面２ａに接触させると、測定ヘッド３１は、その自重により、研磨パッド２の研磨面２ａに支持される。したがって、測定ヘッド３１の下面が研磨パッド２の表面（研磨面２ａ）に対して平行になるように、測定ヘッド３１の姿勢が調整される。

　研磨装置は、測定ヘッド３１を支持アーム５１の長手方向に移動させるアクチュエータとしての測定ヘッド移動機構８３をさらに備えている。測定ヘッド３１が測定位置にあるとき、支持アーム５１は、研磨パッド２の半径方向に延びるように配置される。したがって、測定ヘッド移動機構８３は、測定ヘッド３１を研磨パッド２の半径方向に移動させる。測定ヘッド移動機構８３は、支持台７２に連結されたボールねじ機構８５と、ボールねじ機構８５に連結されたサーボモータ８４を備えている。サーボモータ８４は、支持アーム５１の下面に固定されている。

　支持アーム５１は、その長手方向に沿って延びる長穴８０を有している。長穴８０の内部には、段差部（図示せず）が形成されている。支柱７２ａの上端には、支持軸８１が固定されている。支持軸８１は、長穴８０の段差部に接触し、長穴８０の段差部によって、長穴８０の長手方向に移動可能に支持されている。このような構成より、測定ヘッド３１および姿勢調整機構７０は、支持アーム５１の長手方向に移動可能になっている。すなわち、長穴８０は、姿勢調整機構７０および測定ヘッド３１を支持アーム５０に沿って移動させるための案内穴として機能する。

　測定ヘッド移動機構８３は、動作制御部９に電気的に接続されている。測定ヘッド移動機構８３の動作は、動作制御部９によって制御される。動作制御部９がサーボモータ８４を駆動すると、ボールねじ機構８５が駆動し、姿勢調整機構７０および測定ヘッド３１が支持アーム５１の長手方向（すなわち、研磨パッド２の半径方向）に移動する。一実施形態では、測定ヘッド移動機構８３は、エアシリンダと圧力レギュレータの組み合わせであってもよい。

　次に、上述した表面性状測定装置３０および研磨パッド２の表面性状測定方法を使用した研磨パッド２の表面性状判定方法の一実施形態について図９を参照して説明する。図９は、研磨パッド２のブレークインに、研磨パッド２の表面性状判定方法を組み込んだ例を示すフローチャートである。

　まず、未使用の研磨パッド２を研磨テーブル１に載置し、研磨パッド２のブレークインを開始する（ステップ１－１）。ブレークインとは、未使用の研磨パッドの表面（研磨面）を研磨に適した状態にするための工程のことである。ブレークインは、研磨パッド２のドレッシングのみを行う工程（シーズニング）を少なくとも含む。一実施形態では、ブレークインは、複合処理工程をさらに含んでもよい。複合処理工程は、酸化膜（ＳｉＯ_２）または金属膜が成膜されたダミーウエハを一枚研磨した後、研磨パッド２をドレッシングする工程である。複合処理工程は、研磨するダミーウエハを変えて複数回繰り返してもよい。一実施形態では、シーズニングの後、所定回数の複合処理工程が実施される。

　ブレークインを行っている間、研磨パッド２の表面性状を測定する（ステップ１－２）。一実施形態では、所定時間研磨パッド２のドレッシング（シーズニング）を実施した後、または複合処理工程を所定回数実施した後、研磨パッド２の表面性状が測定される。

　ステップ１－２では、研磨パッド２の表面性状を測定する。具体的には、研磨パッド２の表面の互いに異なる複数の箇所（測定点）において、研磨パッド２からの反射光の強度分布を取得（測定）し、互いに異なる複数の箇所で取得された複数の上記強度分布から研磨パッド２の表面性状を間接的に示す波長構成比を算出する。研磨パッド２からの反射光の強度分布を取得する工程は、以下の通りである。すなわち、投光部３２から研磨パッド２の表面にレーザ光を照射し、受光部３５によって、研磨パッド２からの反射光を受光する。受光部３５は、研磨パッド２からの反射光を受光することによって、研磨パッド２からの反射光の強度分布を取得する。

　互いに異なる複数の箇所で取得された複数の上記強度分布から研磨パッド２の表面性状を間接的に示す波長構成比を算出する工程は、以下の通りである。本実施形態では、複数の上記強度分布のそれぞれから、波長構成比をそれぞれ算出することによって、複数の波長構成比を算出する。具体的には、各箇所で取得された反射光の強度分布は、データ処理部５０に送信される。次に、データ処理部５０は、上記反射光の強度分布から、研磨パッド２の表面性状を間接的に示す波長構成比を算出する。より具体的には、データ処理部５０は、上記反射光の強度分布を、フーリエ変換することで、研磨パッド２の表面の空間波長スペクトルに変換し、上記空間波長スペクトルから波長構成比を算出する。すなわち、本実施形態では、上述したレーザ光の照射から波長構成比の算出までの研磨パッド２の表面性状測定工程が、レーザ光の照射位置を変更して複数回実行される。

　一実施形態では、データ処理部５０は、上記複数の強度分布を平均化し、平均化された反射光の強度分布から、研磨パッド２の表面性状を間接的に示す波長構成比を算出してもよい。具体的には、複数の強度分布の画素ごとに強度を平均化することによって、複数の反射光の強度分布を平均化する。強度分布の平均化を行った後で、波長構成比を算出することで、効率的に波長構成比を算出することができる。

　研磨パッド２からの反射光の強度分布は、研磨パッド２の中心Ｏを中心とする少なくとも１つの円周上の複数の箇所で取得（測定）される。一実施形態では、上記強度分布は、研磨パッド２の中心Ｏを中心とする複数の同心円上の複数の箇所で測定される。図１０は、研磨パッド２の表面上の複数の測定点の一例を示す図である。図１０に示す例では、上記強度分布は、研磨パッド２の中心Ｏを中心とする複数の同心円Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３上の複数の測定点Ｐ１１～Ｐ１５，Ｐ２１～Ｐ２５，Ｐ３１～Ｐ３５で測定される。上記強度分布の測定点の数はこの例に限定されない。

　一実施形態では、研磨パッド２の表面の複数の箇所における研磨パッド２からの反射光の強度分布の測定は以下のように行われる。まず所定の位置に測定ヘッド３１を移動させ、上記強度分布を測定する。次に、所定の角度だけ研磨テーブル１を研磨パッド２と一体に回転させ、再び研磨パッド２からの反射光の強度分布を測定する。測定ヘッド３１の位置を固定したまま、研磨テーブル１の回転と、上記強度分布の測定を繰り返すことによって、中心Ｏを中心とする同一円周上で複数の測定が実施される。研磨パッド２からの反射光の強度分布を所定回数測定した後、測定ヘッド移動機構８３によって測定ヘッド３１を研磨パッド２の半径方向に移動させ、同様に、中心Ｏを中心とする他の円周の同一円周上の複数の箇所で研磨パッド２からの反射光の強度分布を測定する。研磨テーブル１の回転と、上記強度分布の測定と、測定ヘッド３１の研磨パッド２の半径方向の移動を繰り返すことにより、研磨パッド２からの反射光の強度分布は、研磨パッド２の中心Ｏを中心とする複数の同心円上の複数の箇所で測定される。

　ステップ１－３では、ステップ１－２で算出された波長構成比に基づいて、研磨パッド２の表面性状の良否を判定する。データ処理部５０は、ステップ１－２で算出された波長構成比を動作制御部９に送信し、動作制御部９は、算出された波長構成比に基づいて、研磨パッド２の表面性状の良否を判定する。動作制御部９は、研磨パッド２の表面性状が良好であると判定した場合、研磨装置の各構成要素に指令を発し、ブレークインを終了させる。

　一実施形態では、複数の上記強度分布のそれぞれから、波長構成比をそれぞれ算出した場合、動作制御部９は、算出された複数の波長構成比の平均値を算出し、上記平均値と予め定められたしきい値を比較し、上記平均値がしきい値よりも小さいときは、研磨パッド２の表面性状が良好である（研磨パッド２の表面が研磨に適した状態になった）と判定し、ブレークインを終了する（ステップ１－４）。上記平均値がしきい値よりも大きいときは、動作制御部９は、研磨パッド２の表面性状が良好ではない（研磨パッド２の表面が研磨に適した状態になっていない）と判定し、ブレークインを継続する（ステップ１－５）。所定時間のシーズニング、あるいは複合処理工程を所定回数実施した後、再度ステップ１－２を実行する。

　一実施形態では、平均化された反射光の強度分布から算出された波長構成比を予め定められたしきい値と比較してもよい。本実施形態では、上記波長構成比がしきい値よりも小さいときは、研磨パッド２の表面性状が良好であると判定し、ブレークインを終了する。上記波長構成比がしきい値よりも大きいときは、動作制御部９は、研磨パッド２の表面性状が良好ではないと判定し、ブレークインを継続する。所定時間のシーズニング、あるいは複合処理工程を所定回数実施した後、再度ステップ１－２を実行する。

　一実施形態では、上記平均値（または平均化された反射光の強度分布から算出された波長構成比）がしきい値よりも大きいときは、研磨パッド２の表面性状が良好であると判定し、ブレークインを終了してもよい。波長構成比を算出するための空間波長領域の選択方法によって、上記平均値（または平均化された反射光の強度分布から算出された波長構成比）がしきい値よりも大きいときに研磨パッド２の表面性状が良好となる場合がある。

　一実施形態では、動作制御部９は、算出された複数の波長構成比が予め定められた基準範囲内にあるか否かを確認し、算出された複数の波長構成比の全てが予め定められた基準範囲内にあるときに、研磨パッド２の表面性状が良好であると判定し、ブレークインを終了してもよい。複数の波長構成比の全てが予め定められた基準範囲内にない場合は、作制御部９は、研磨パッド２の表面性状が良好ではないと判定し、ブレークインを継続する。所定時間のシーズニング、あるいは複合処理工程を所定回数実施した後、再度ステップ１－２を実行する。

　さらに一実施形態では、動作制御部９は、算出された複数の波長構成比の平均値を算出し、上記平均値と予め定められたしきい値を比較し、かつ算出された複数の波長構成比が予め定められた基準範囲内にあるか否かを確認し、上記平均値がしきい値よりも小さく（または大きく）、かつ算出された複数の波長構成比の全てが予め定められた基準範囲内にあるときに研磨パッド２の表面性状が良好であると判定し、ブレークインを終了してもよい。上述したしきい値や基準範囲は予め取得したドレッシング後、またはブレークイン後の研磨パッド２の表面性状の測定データから設定することができる。

　研磨パッド２のドレッシングやブレークインが適切に実施されると、研磨面２ａの凹凸構造の凸部が起き上がり、凹凸構造の面内均一性が向上する。その結果、研磨パッド２の表面の複数の測定点における波長構成比の大きさおよび面内ばらつきは小さくなる。すなわち、波長構成比は、研磨パッド２の表面性状を間接的に示している。したがって、波長構成比に基づいて、研磨パッド２の表面性状の判定（例えば、ドレッシング不足の検知や、ドレッシングの終了判定）を行うことができる。

　また、研磨パッド２の表面の複数の箇所で研磨パッド２からの反射光の強度分布を取得することで、研磨パッドの表面性状の面内ばらつきを含めた評価を行うことができる。このように、１箇所ではなく、複数の箇所で研磨パッド２からの反射光の強度分布を取得することで、精度よく研磨パッド２の表面性状（研磨パッド２の全体の表面性状）を判定することができる。結果として、過剰なドレッシングやブレークインを防止することができ、ドレッサーの長寿命化に寄与することができる。さらに工程短縮や、スラリーなどの消耗部材の削減にも繋がる。また、上述した表面性状判定方法によれば、凸部の立ち上がりが早い研磨パッドは、ブレークイン時間を短くでき、凸部の立ち上がりが遅いパッドには十分なブレークインを実施することができる。すなわち、研磨パッドの個体差に応じてブレークインの時間を調整することができる。

　一実施形態では、新品の研磨パッド（未使用の研磨パッド）を交換する毎に上述したステップ１－２～ステップ１－５を実行し、個別にブレークインの終了判定をしてもよい。さらに一実施形態では、新品のある研磨パッドにおいて、ステップ１－２～ステップ１－５を一度行って適切なブレークイン条件を決定し、それ以降に新品の研磨パッドに交換した際には決定したブレークイン条件でブレークインを実行してもよい。さらに一実施形態では、複数の新品の研磨パッドのブレークインにおいて、ステップ１－２～ステップ１－５を実行することによって複数のブレークインの終了条件を決定し、複数のブレークインの終了条件に基づいて、ブレークインの終了条件の上限値を設定してもよい。

　図１１は、ブレークイン中の研磨パッド２の処理条件毎の波長構成比の一例を示すグラフである。図１１は、各処理条件で研磨パッド２を処理した後、研磨パッド２の複数の箇所で研磨パッド２からの反射光の強度分布を測定し、それぞれの強度分布から波長構成比をそれぞれ算出した結果を示している。図１１の測定値は、研磨パッドの各測定位置でそれぞれ得られた測定値（波長構成比）を示している。図１１に示す処理条件の例として、シーズニング時間と複合処理工程の回数が挙げられる。図１１では、条件２～６においては、条件番号が大きくなるほどシーズニング時間は長くなり、条件７～１０においては、条件番号が大きくなるほど複合処理工程の回数が多くなる。また、条件２～６は、シーズニングのみを行っており、条件７～１０では、所定時間シーズニングを行った後、複合処理工程を所定回数行っている。条件７～１０の各複合処理工程におけるドレッシング時間は同じであり、条件７～１０のシーズニング時間は同じである。また、条件１の測定結果は、ブレークイン前の未使用の研磨パッドの測定結果を示している。

　図１２Ａは、図１１の条件１における波長構成比と、所定の基準範囲および所定のしきい値を比較した図であり、図１２Ｂは、図１１の条件６における波長構成比と、所定の基準範囲および所定のしきい値を比較した図であり、図１２Ｃは、図１１の条件１０における波長構成比と、所定の基準範囲および所定のしきい値を比較した図である。
　図１２Ａでは、しきい値は、波長構成比の測定値（算出値）よりもかなり下にあるため、図１２Ａには、しきい値は図示されていない。

　図１２Ａに示すように、条件１では、波長構成比の全ての測定値は、基準範囲内に収まっているが、波長構成比の平均値は、しきい値よりも大きい。図１２Ｂに示すように、条件６では、波長構成比の全ての測定値は、基準範囲内に収まっていないが、波長構成比の平均値は、しきい値よりも小さい。図１２Ｃに示すように、条件１０では、波長構成比の全ての測定値が基準範囲内に収まっており、かつ波長構成比の平均値は、しきい値よりも小さい。

　したがって、算出された複数の波長構成比と予め定められたしきい値を比較し、かつ算出された複数の波長構成比が予め定められた基準範囲内にあるか否かを確認することで、より正確なブレークインの終了判定を行うことができる。

　図１１に示すように、例えば条件３以降の測定では、しきい値を下回る測定値が得られる場合があることが分かる（しかし他の測定点ではしきい値を大きく上回っており、ブレークインが不十分であることを示している）。上述した実施形態では、互いに異なる複数の箇所で取得された複数の上記強度分布から研磨パッド２の表面性状を間接的に示す波長構成比を算出するため、研磨パッド全体が研磨に適した状態になっているか否かを判断することができる。

　次に、上述した表面性状測定装置３０および研磨パッド２の表面性状測定方法を使用した研磨パッド２の表面性状判定方法の他の実施形態について図１３を参照して説明する。図１３は、基板Ｗの研磨工程に、研磨パッド２の表面性状判定方法を組み込んだ例を示すフローチャートである。特に説明しない本実施形態の表面性状判定方法は、ステップ１－２およびステップ１－３と同様であるので、その重複する説明を省略する。

　ステップ２－１では基板Ｗの研磨が行われる。ステップ２－２では、研磨パッド２のドレッシングが実施される。一実施形態では、研磨パッド２のドレッシングは、基板Ｗの研磨と同時に行ってもよい。さらに一実施形態では、研磨パッド２のドレッシングは、所定枚数の基板を研磨する毎に実施してもよい。所定時間、研磨パッド２のドレッシングを行った後、ステップ１－２と同様の方法により、研磨パッド２の表面性状を測定する（ステップ２－３）。一実施形態では、ステップ２－３は、任意のタイミング（例えば、毎回のドレッシング終了後、研磨される基板のロット毎、または所定枚数の基板を研磨した後のドレッシング終了後）に行ってもよい。ステップ２－４では、ステップ１－３と同様の方法により研磨パッド２の表面性状の良否を判定する。一実施形態では、表面性状判定工程（ステップ２－３～ステップ２－５）は、研磨パッド２のドレッシングと同時に実施してもよい。

　図１４は、基板Ｗを研磨しながら所定のドレッシング条件で研磨パッド２をドレッシングした後、研磨パッド２の表面性状を測定し、波長構成比を算出した結果を示している。図１４に示すドレッシング条件の一例として、ドレッサーアーム２１のスキャン回数が挙げられる。図１４では、条件番号が大きくなるほどドレッサーアーム２１のスキャン回数は少なくなる。図１４の条件１１は、研磨パッド２のドレッシングが適切に実施されたとき（すなわち、研磨パッド２の表面性状が良好であるとき）のドレッシング条件である。図１４の条件１２～１５は、基板Ｗの研磨中にのみ研磨パッド２のドレッシングを行ったときのドレッシング後の研磨パッド２の表面性状の測定結果であり、条件１１は、基板Ｗの研磨中に所定の条件で研磨パッド２のドレッシングを行った後、研磨終了後に再び研磨パッド２のドレッシングを行ったときのドレッシング後の研磨パッド２の表面性状の測定結果である。

　動作制御部９は、研磨パッド２の表面性状が良好である（すなわち、ドレッシングが適切に実施された）と判定した場合、新たな基板の研磨を開始する。動作制御部９が、研磨パッド２の表面性状が良好ではない（ドレッシング不足である）と判断した場合、動作制御部９は、後述するステップ２－６の追加ドレッシングの繰り返し回数を、所定の繰り返し基準値と比較する（ステップ２－５）。上記繰り返し回数が、所定の繰り返し基準値よりも多い場合、動作制御部９は、作業者に研磨装置の消耗部品の交換の検討を促すための警報信号を生成する（ステップ２－７）。研磨装置の消耗部品として、研磨パッド２や、ドレッシング部材２２ａや、スラリーが挙げられる。

　上記繰り返し回数が所定の繰り返し基準値未満の場合は、所定のドレッシング条件で研磨パッド２の追加ドレッシングを実施し（ステップ２－６）、追加ドレッシングを実施した後、再びステップ２－３を実施する。一実施形態では、ステップ２－６のドレッシング条件（例えば、ドレッシング時間）は、ステップ２－２におけるドレッシング条件と異なっていてもよい。本実施形態においても、複数の箇所で研磨パッド２からの反射光の強度分布を取得することで、精度よく研磨パッド２の表面性状（研磨パッド２の全体の表面性状）を判定することができる。本実施形態によれば、ドレッシングの不足を判定し、必要であれば追加のドレッシングを行って研磨を継続し、研磨パッドの表面性状に基づいて、精度よく消耗部品（例えば、ドレッシング部材）の交換の判定を行うことができる。

　一実施形態では、ステップ２－２からステップ２－６までの工程を基板Ｗの研磨後（または、研磨中）に行われる一連のドレッシング工程とし、ステップ２－４によってドレッシング工程の終了判定を行ってもよい。すなわち、動作制御部９は、ステップ２－４で研磨パッド２の表面性状が良好であると判定した場合、研磨装置の各構成要素に指令を発し、ドレッシング工程を終了させる。本実施形態によれば、精度よく研磨パッド２の表面性状を判定することができるため、過剰なドレッシングを防止することができる。

　図１５は、表面性状測定装置３０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、上述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。本実施形態の投光部３２は、研磨パッド２を研磨パッド２の研磨面２ａ側から見たときに、光を、複数の方向から研磨パッド２に照射可能に構成されており、受光部３５は、研磨パッド２の表面で反射した複数の方向からの反射光を受光可能に構成されている。本明細書において、レーザ光の照射方向とは、研磨パッド２を表面（研磨面２ａ）側から見たときのレーザ光の照射方向を意味する。

　本実施形態の表面性状測定装置３０は、投光部３２から発せられるレーザ光の照射方向を変更する照射方向変更機構９０をさらに備えている。照射方向変更機構９０は、測定ヘッド３１に接続されている。照射方向変更機構９０は、測定ヘッド３１を回転可能に支持しており、測定ヘッド３１を回転させることによって、投光部３２から発せられるレーザ光の照射方向を変更するように構成されている。

　照射方向変更機構９０は、測定ヘッド３１を回転させる回転モータ９１と、回転モータ９１に連結されたシャフト９２を備えている。測定ヘッド３１は、シャフト９２を介して回転モータ９１に連結されている。この回転モータ９１により測定ヘッド３１がシャフト９２の軸心ＡＸ２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。回転モータ９１には、測定ヘッド３１の回転角度を測定する角度測定装置９３が組み込まれている。回転モータ９１は、その回転角度を制御可能に構成されている。回転モータ９１の一例としてサーボモータが挙げられる。角度測定装置９３の一例として、ロータリーエンコーダが挙げられる。

　照射方向変更機構９０は、データ処理部５０に電気的に接続されており、照射方向変更機構９０の動作は、データ処理部５０によって制御される。照射方向変更機構９０は、ベースプレート７４の下面に固定されており、ベースプレート７４を介して姿勢調整機構７０に連結されている。本実施形態では、調整ピン７３の下端は、ベースプレート７４の上面に固定されている。一実施形態では、シャフト９２は、回転モータ９１の代わりに、図示しない軸受によって回転可能に支持されていてもよい。この場合、測定ヘッド３１は手動で回転し、照射方向変更機構９０は、データ処理部５０に電気的に接続されなくてもよい。

　投光部３２および受光部３５は、シャフト９３の軸心ＡＸ２周りに回転する。本実施形態では、軸心ＡＸ２と、レーザ光の照射位置Ｐを通り研磨面２ａに垂直な直線である軸心ＣＰ（図２参照）の位置は一致している。したがって、図１６に示すように、投光部３２および受光部３５は、軸心ＣＰを中心に、軸心ＣＰ周りに回転可能に構成されている。回転モータ９１を駆動することにより、測定ヘッド３１、すなわち投光部３２および受光部３５が軸心ＣＰ周りに回転する。これにより、投光部３２から発せられるレーザ光の照射方向が変更される。

　本実施形態では、上記レーザ光の照射方向は、軸心ＣＰ周りの角度ともいうことができる。言い換えれば、レーザ光の照射角度θは、研磨パッド２の表面（研磨面２ａ）に垂直な方向から見たときの投光部３２の光源３３から発せられるレーザ光と、基準直線ＲＬとが成す角度である。基準直線ＲＬは、照射位置Ｐおよび研磨パッド２の中心Ｏを通る直線である。本実施形態では、レーザ光の照射位置を動かさずにレーザ光の照射方向を変更することができる。

　次に、本実施形態の表面性状測定装置３０を使用した研磨パッド２の表面性状測定方法の一実施形態について、図１７のフローチャートを参照して説明する。ステップ３－１では、研磨パッド２の表面性状（研磨パッド２からの反射光の強度分布）の多方向測定を実施する。研磨パッド２の表面性状の多方向測定は、互いに異なる複数の照射方向からレーザ光を研磨パッド２に照射し、研磨パッド２に照射された複数のレーザ光のそれぞれに対応する研磨パッド２からの複数の反射光を受光部３５で受光し、複数の反射光の複数の強度分布を取得することにより行われる。具体的には、レーザ光の照射方向を変更しながら、レーザ光を研磨パッド２に照射し、各照射方向におけるレーザ光の研磨パッド２からの各反射光を受光部３５で受光することで複数の強度分布を取得する。

　より具体的には、投光部３２は、所定の照射方向からレーザ光を研磨パッド２に照射し、受光部３５によって、研磨パッド２からの反射光を受光する。受光部３５は、研磨パッド２からの反射光を受光することによって、研磨パッド２からの反射光の強度分布を取得する。その後、レーザ光の照射方向を所定の角度だけ照射方向変更機構９０によって変更し、変更された照射方向からレーザ光を研磨パッド２に照射し、レーザ光の研磨パッド２からの反射光を受光部３５で受光し、反射光の強度分布を取得する。その後、さらにレーザ光の照射方向を所定の角度だけ変更し、変更された方向から研磨パッド２の表面性状を測定する。このように、レーザ光の照射方向の変更と、研磨パッド２の表面性状の測定が、所定回数（例えば、光源３３が軸心ＣＰの周りを一周するまで）繰り返される。

　本実施形態における研磨パッド２の表面性状の多方向測定の測定位置は、研磨中に基板Ｗの中心部分が接触する研磨パッド２上の位置である。基板Ｗの中心部分が接触する研磨パッド２上の箇所は、ドレッシング不足が発生しやすいため、反射光の強度が比較的大きくなる。一実施形態では、各照射方向において、研磨パッド２の表面性状の測定を複数回実行し、複数の反射光の強度分布を平均化し、平均化された強度分布を後述するステップ３－２で使用してもよい。複数の反射光の強度分布を平均化することで、測定ばらつきが低下し、測定結果の精度を向上することができる。

　ステップ３－２～ステップ３－６では、ステップ３－１の多方向測定で取得した複数の強度分布を利用して、研磨パッド２の表面性状を間接的に示す指標値を取得する。本実施形態のデータ処理部５０は、互いに異なる複数の方向から研磨パッド２に照射された複数の光の研磨パッド２からの複数の反射光の強度分布を利用して、研磨パッド２の表面性状を間接的に示す指標値を取得するように構成されている。

　ステップ３－２～ステップ３－６の具体的な工程は以下の通りである。ステップ３－２では、データ処理部５０は、互いに異なる複数の角度から研磨パッド２に照射された複数のレーザ光の研磨パッド２からの複数の反射光の複数の強度分布を比較して、特定の空間波長領域における研磨パッド２からの反射光の強度が最大となるレーザ光の照射方向を決定する。より具体的には、データ処理部５０は、各強度分布の特定の空間波長領域（すなわち、受光素子３６の特定の空間波長領域の反射光を受光する所定の範囲内の画素）における強度の平均値を算出し、算出された各平均値を比較して、上記平均値が最大となる照射方向を決定する。

　一実施形態では、データ処理部５０は、各照射方向における所定の画素（ピクセル位置）の反射光の強度を比較して、所定の画素における反射光の強度が最大となる照射方向を決定してもよい。さらに一実施形態では、データ処理部５０は、照射方向の変更に最も影響を受けやすい画素（すなわち、照射方向による強度の変化が最も大きい画素）を、反射光の強度の比較を行うための画素としてもよく、複数の反射強度分布の中で最も反射光の強度が大きい画素を、反射光の強度の比較を行うための画素としてもよい。

　図１８乃至図２５は、各照射方向における研磨パッド２からの反射光の強度分布を示すグラフである。図１８乃至図２５のグラフの横軸は、画素（ピクセル位置）を示し、縦軸は、各画素における研磨パッド２からの反射光の強度を示している。図１８乃至図２５は、それぞれ照射角度θが０°、４５°、９０°、１３５°、１８０°、２２５°、２７０°、３１５°のときの研磨パッド２からの反射光の強度分布を示すグラフである。

　図１８乃至図２５に示す例では、空間周波数１／ξ_５の光を受光する画素（以下、単に画素１／ξ_５という）やその周辺における強度の変化が比較的大きく、画素１／ξ_５における強度の最大値（照射角度θ＝９０°のときの画素１／ξ_５における反射光の強度）も比較的大きい。したがって、図１８乃至図２５に示す例では、データ処理部５０は、各反射光の強度分布を比較して、画素１／ξ_５における反射光の強度が最大となる照射方向を決定してもよく、各反射光の強度分布を比較して、画素１／ξ_５の周辺の画素１／ξ_６から画素１／ξ_７までの範囲内（図２０参照）の画素（空間周波数１／ξ_６から空間周波数１／ξ_７までの空間波長領域）における複数の強度の平均値が最大となる照射方向を決定してもよい。

　図２０に示すように、画素１／ξ_５の周辺の強度は大きくなっている。これは、研磨面２ａの凹凸構造の凸部が９０°の方向に倒れて、９０°の方向における反射率が上がっていると捉えることができる。また、凸部が９０°の方向に倒れていることで、研磨パッド２の表面では９０°の方向に長波長の空間波長に相当する凹凸構造が存在していると捉えることができる。図１８乃至図２５のグラフの左側の照射角度ごとの強度の変化が大きい領域の画素は、長波長の空間波長に相当し、グラフの右側の照射角度ごとの強度の変化が小さい領域の画素は、短波長の空間波長に相当する。

　図１８乃至図２５に示すように、研磨パッド２の表面性状の測定値（研磨パッド２からの反射光の強度）は、照射方向によって変化する。すなわち、研磨パッド２の状態と研磨性能との関係を調べ、ドレッシング条件の最適化等をするためには、一方向の凹凸情報ではなく、多方向の凹凸情報を得た方が有益である。本実施形態のように、複数の照射方向において研磨パッド２の表面性状（研磨パッド２からの反射光の強度分布）を測定することで、研磨パッド２の表面状態をより詳細に評価し、ドレッシング条件の最適化を行うことができる。本実施形態では、レーザ光の照射方向を４５°毎に変化させているが、照射方向の変更ピッチは本実施形態に限定されない。

　ステップ３－３では、投光部３２の光源３３から発せられるレーザ光の照射方向がステップ３－２で決定された照射方向、すなわち研磨パッド２からの反射光の特定の空間波長領域における強度が最大となる照射方向になるようにレーザ光の照射方向を設定する。具体的には、照射方向変更機構９０によって、投光部３２および受光部３５の角度を調整することによって、レーザ光の照射方向を設定する。これにより、レーザ光の照射方向が研磨パッド２の表面性状測定に最適な方向になる。最適な照射方向で研磨パッド２の表面性状（研磨パッド２からの反射光の強度分布）を測定することにより、研磨パッド２の表面性状の測定精度を向上させることができ、結果としてより精密な研磨パッド２の表面性状の判定や、ドレッシング条件の最適化を行うことができる。

　ステップ３－１～ステップ３－３（以下、方向設定工程という）は、研磨パッド２の表面性状測定前に毎回実施してもよく、研磨パッドの表面性状測定の工程を定めるために一度だけ実施してもよい。例えば、上記方向設定工程は、図９を参照して説明したステップ１－２の研磨パッド２の表面性状の測定前に実行してもよく、図１３のステップ２－３の研磨パッド２の表面性状の測定前に実行してもよい。

　ステップ３－４では、研磨パッド２の表面性状の多点測定を実施する。具体的には、研磨パッド２の表面の互いに異なる複数の箇所で、研磨パッド２からの反射光の強度分布を測定する。研磨パッド２の表面の複数の箇所における上記強度分布の測定方法は、ステップ１－２と同様である。

　ステップ３－５では、データ処理部５０は、ステップ３－４で取得した複数の反射光の強度分布を平均化する。具体的には、複数の強度分布の画素ごとに強度を平均化することによって、複数の反射光の強度分布を平均化する。強度分布の平均化を行った後で、後述するステップ３－６を実行することで、効率的に研磨パッド２の表面性状を間接的に示す指標値を算出することができる。

　ステップ３－６では、データ処理部５０は、平均化された研磨パッド２の反射光の強度分布から研磨パッド２の表面性状を間接的に示す指標値を算出する。一実施形態では、研磨パッド２の表面性状を間接的に示す指標値は、上述した波長構成比である。データ処理部５０は、上記反射光の強度分布を、フーリエ変換することで、研磨パッド２の表面の空間波長スペクトルに変換し、上記空間波長スペクトルから波長構成比を算出する。このようにして、データ処理部５０は、研磨パッド２の表面性状を間接的に示す指標値を取得する。一実施形態では、ステップ３－６において、ステップ３－４で取得された複数の上記強度分布のそれぞれから、研磨パッド２の表面性状を間接的に示す指標値をそれぞれ算出してもよい。この場合、ステップ３－５は実施されない。

　本実施形態では、互いに異なる複数の方向から前記研磨パッドに照射された複数の光の前記研磨パッドからの複数の反射光の強度分布を取得することができる。結果として、研磨パッド２の表面性状の測定精度を向上させることができる。

　図２６は、表面性状測定装置３０のさらに他の実施形態を示す模式図であり、図２７は、図２６に示す測定ヘッド３１を上から見た図である。特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図１５乃至図１７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。

　本実施形態の表面性状測定装置３０は、照射方向変更機構９０を備えていない点で、図１５を参照して説明した実施形態と異なっている。本実施形態では、図８を参照して説明した実施形態と同様に、姿勢調整機構７０は、測定ヘッド３１に接続されており、調整ピン７３は測定ヘッド３１の上面に固定されている。

　図２７に示すように、本実施形態では、投光部３２は、互いに異なる方向を向いて配置された複数の光源３３ａ，３３ｂ，３３ｃを備えており、受光部３５は、互いに異なる方向を向いて配置された複数の受光素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃを備えている。具体的には、光源３３ａ，３３ｂ，３３ｃは、研磨パッド２を研磨パッド２の研磨面２ａ側から見たときに、互いに異なる方向を向いて配置されており、受光素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃは、研磨パッド２を研磨パッド２の研磨面２ａ側から見たときに、互いに異なる方向を向いて配置されている。光源３３ａ，３３ｂ，３３ｃは、同じ位置（照射位置Ｐ）にレーザ光を照射可能に配置されている。光源３３ａ，３３ｂ，３３ｃおよび受光素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃの構成は、光源３３および受光素子３６と同じである。受光素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃは、光源３３ａ，３３ｂ，３３ｃにそれぞれ対面しており、光源３３ａ，３３ｂ，３３ｃから発せられたレーザ光の研磨パッド２からの反射光をそれぞれ受光可能に構成されている。

　このような構成により、本実施形態の投光部３２は、研磨パッド２を研磨パッド２の研磨面２ａ側から見たときに、光を、互いに異なる複数の照射方向から研磨パッド２に照射可能に構成されており、受光部３５は、研磨パッド２の表面で反射した複数の方向からの反射光を受光するように構成されている。本実施形態では、光源３３ａからのレーザ光の照射角度は、０°であり、光源３３ｂからのレーザ光の照射角度θ１は、４５°であり、光源３３ｃからのレーザ光の照射角度θ２は、９０°である。光源の数と配置角度は本実施形態に限定されない。本実施形態によれば、一度に複数の照射方向における研磨パッド２の表面性状（研磨パッド２からの反射光の強度分布）を測定することができる。

　次に、本実施形態の表面性状測定装置３０を使用した研磨パッド２の表面性状測定方法の一実施形態について説明する。特に説明しない本実施形態の表面性状測定方法は、図１７を参照して説明した方法と同じである。本実施形態では、ステップ３－１でレーザ光の照射方向を変更しながら、レーザ光を研磨パッド２に照射する代わりに、複数の光源３３ａ，３３ｂ，３３ｃによって、複数の照射方向からレーザ光を研磨パッド２に照射し、研磨パッド２に照射された複数のレーザ光のそれぞれに対応する研磨パッド２からの複数の反射光を複数の受光素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃで受光する。

　さらに本実施形態では、ステップ３－３において、照射方向変更機構９０によって投光部３２および受光部３５の角度（方向）を調整する代わりに、研磨パッド２からの反射光の特定の空間波長領域における強度が最大となる照射方向にレーザ光を照射する光源を選択することによって、レーザ光の照射方向を設定する。以降のプロセスでは、選択された光源および選択された光源に対面する受光素子を用いて研磨パッド２の表面性状を測定する。

　一実施形態では、図１５乃至図２５を参照して説明した実施形態に、図２６および図２７を参照して説明した実施形態を組み合わせてもよい。これにより、一度に複数の照射方向における研磨パッド２の表面性状（研磨パッド２からの反射光の強度分布）を測定することができ、ステップ３－１におけるレーザ光の照射方向を変更する工程を短縮することができる。

　さらに一実施形態では、受光素子３６として、２次元型のＣＣＤを用いてもよい。受光素子３６として２次元型のＣＣＤを用いることにより、レーザ光が水平方向にずれた場合でも調整の必要なく、反射光を受光素子３６で受光することができる。

　上述した実施形態は、一枚の基板処理毎に行うドレッシングの条件決定のためにも利用することができる。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。

　本発明は、半導体ウエハ等の基板の研磨に用いられる研磨パッドの表面性状測定装置、研磨パッドの表面性状測定方法、および研磨パッドの表面性状判定方法に利用可能である。

　　　１　研磨テーブル
　　　２　研磨パッド
　　　３　テーブル回転モータ
　　　４　テーブル軸
　　　９　動作制御部
　　１０　研磨ヘッド
　　１１　研磨ヘッドシャフト
　　１２　研磨ヘッド揺動アーム
　　２０　ドレッシング装置
　　２１　ドレッサーアーム
　　２２　ドレッサー
　　２３　エアシリンダ
　　２４　ドレッサーシャフト
　　２６　支軸
　　２７　支軸回転モータ
　　３０　表面性状測定装置
　　３１　測定ヘッド
　　３２　投光部
　　３３　光源
　　３３ａ，３３ｂ，３３ｃ　光源
　　３５　受光部
　　３６　受光素子
　　３６ａ，３６ｂ，３６ｃ　受光素子
　　３８　偏光子
　　３９　ＮＤフィルター
　　４０　ミラー
　　４１　減光フィルター
　　４３　ケーシング
　　４４　切り欠き
　　４５　ノズル
　　４７ａ，４７ｂ　フィルター
　　５０　データ処理部
　　５１　支持アーム
　　５２　支持プレート
　　５３　移動ユニット
　　５５　固定ブロック
　　５６　回動ブロック
　　５８　回転軸
　　６０　回動機構
　　６３　シリンダ
　　６６　回転ピン
　　７０　姿勢調整機構
　　７２　支持台
　　７３　調整ピン
　　７４　ベースプレート
　　７７，７８　位置決めプレート
　　８０　長穴
　　８１　支持軸
　　８３　測定ヘッド移動機構
　　８４　サーボモータ
　　８５　ボールねじ機構
　　８７　ヒンジ機構
　　９０　照射方向変更機構
　　９１　回転モータ
　　９２　シャフト
　　９３　角度測定装置

Claims

　基板の研磨に使用される研磨パッドの表面性状測定装置であって、
　前記研磨パッドを前記研磨パッドの研磨面側から見たときに、光を複数の方向から前記研磨パッドに照射可能な投光部と、
　前記研磨パッドの表面で反射した複数の方向からの反射光を受光可能な受光部を備えている、表面性状測定装置。
　前記光の照射方向を変更する照射方向変更機構をさらに備えている、請求項１に記載の表面性状測定装置。
　前記照射方向変更機構は、前記投光部および前記受光部を回転させる回転モータと、前記回転モータに連結されたシャフトを備えている、請求項２に記載の表面性状測定装置。
　前記投光部は、互いに異なる方向を向いて配置された複数の光源を備え、
　前記受光部は、互いに異なる方向を向いて配置された複数の受光素子を備えている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の表面性状測定装置。
　前記受光部に電気的に接続されたデータ処理部をさらに備え、
　前記データ処理部は、互いに異なる複数の方向から前記研磨パッドに照射された複数の光の前記研磨パッドからの複数の反射光の強度分布を利用して、前記研磨パッドの表面性状を間接的に示す指標値を取得するように構成されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の表面性状測定装置。
　互いに異なる複数の照射方向から研磨パッドに光を照射し、
　前記研磨パッドに照射された複数の光のそれぞれに対応する前記研磨パッドからの複数の反射光を受光し、複数の反射光の強度分布を取得し、
　前記複数の強度分布を利用して、前記研磨パッドの表面性状を間接的に示す指標値を取得する工程を含み、
　前記照射方向は、前記研磨パッドを前記研磨パッドの研磨面側から見たときの方向である、研磨パッドの表面性状測定方法。
　前記互いに異なる複数の照射方向から前記研磨パッドに光を照射し、
　前記研磨パッドに照射された前記複数の光のそれぞれに対応する前記研磨パッドからの前記複数の反射光を受光する工程は、
　前記光の照射方向を変更しながら、前記光を前記研磨パッドに照射し、各照射方向における光の前記研磨パッドからの各反射光を受光する工程を含む、請求項６に記載の研磨パッドの表面性状測定方法。
　前記互いに異なる複数の照射方向から前記研磨パッドに光を照射し、
　前記研磨パッドに照射された前記複数の光のそれぞれに対応する前記研磨パッドからの前記複数の反射光を受光する工程は、
　複数の光源によって、複数の照射方向から光を前記研磨パッドに照射し、前記研磨パッドに照射された複数の光のそれぞれに対応する研磨パッドからの複数の反射光を複数の受光素子で受光する工程を含む、請求項６または７に記載の研磨パッドの表面性状測定方法。
　研磨パッドの表面の複数の箇所で、前記研磨パッドからの反射光の強度分布を取得する工程と、
　前記複数の箇所で取得された複数の前記強度分布から前記研磨パッドの表面性状を間接的に示す波長構成比を算出する工程と、
　前記算出された波長構成比に基づいて、前記研磨パッドの表面性状の良否を判定する工程を備え、
　前記研磨パッドからの反射光の強度分布を取得する工程は、
　　前記研磨パッドの表面にレーザ光を照射し、
　　前記研磨パッドからの反射光を受光する工程を含む、研磨パッドの表面性状判定方法。
　前記複数の箇所で取得された複数の前記強度分布から前記研磨パッドの表面性状を間接的に示す波長構成比を算出する工程は、複数の前記強度分布のそれぞれから、波長構成比をそれぞれ算出することによって、複数の波長構成比を算出する工程を含む、請求項９に記載の研磨パッドの表面性状判定方法。
　前記複数の箇所で取得された複数の前記強度分布から前記研磨パッドの表面性状を間接的に示す波長構成比を算出する工程は、前記複数の強度分布を平均化し、平均化された反射光の強度分布から、前記波長構成比を算出する工程を含む、請求項９に記載の研磨パッドの表面性状判定方法。
　前記算出された波長構成比に基づいて、前記研磨パッドの表面性状の良否を判定する工程は、前記算出された複数の波長構成比が予め定められた基準範囲内にあるか否かを確認し、前記算出された複数の波長構成比の全てが予め定められた基準範囲内にあるときに、前記研磨パッドの表面性状が良好であると判定する工程を含む、請求項１０に記載の研磨パッドの表面性状判定方法。
　前記算出された波長構成比に基づいて、前記研磨パッドの表面性状の良否を判定する工程は、前記算出された複数の波長構成比の平均値を算出し、前記平均値と予め定められたしきい値を比較し、かつ前記算出された複数の波長構成比が予め定められた基準範囲内にあるか否かを確認し、前記平均値が前記しきい値よりも小さく、かつ前記算出された複数の波長構成比の全てが前記基準範囲内にあるときに前記研磨パッドの表面性状が良好であると判定する工程を含む、請求項１０に記載の研磨パッドの表面性状判定方法。
　前記算出された波長構成比に基づいて、前記研磨パッドの表面性状の良否を判定する工程は、前記算出された複数の波長構成比の平均値を算出し、前記平均値と予め定められたしきい値を比較し、かつ前記算出された複数の波長構成比が予め定められた基準範囲内にあるか否かを確認し、前記平均値が前記しきい値よりも大きく、かつ前記算出された複数の波長構成比の全てが前記基準範囲内にあるときに前記研磨パッドの表面性状が良好であると判定する工程を含む、請求項１０に記載の研磨パッドの表面性状判定方法。
　前記研磨パッドの表面性状が良好であると判定した場合、前記研磨パッドのブレークインを終了する工程をさらに含む、請求項９乃至１４のいずれか一項に記載の研磨パッドの表面性状判定方法。