(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に形成された薄膜に摺接して薄膜を研磨する研磨テーブル上の研磨パッドをドレッサを用いてコンディショニングするコンディショニング方法であって、
研磨パッドの全域に亘って同一な減耗レートが得られるように、前記研磨パッドの所定の領域毎にドレッサの移動速度を調整したレシピを標準移動レシピとし、
前記研磨パッドの中心部と外周部との間を移動して研磨パッドをドレッシングするドレッサの移動速度を研磨パッドの所定の領域で前記標準移動レシピにおける前記所定の領域の速度より大きくして研磨パッドのコンディショニングを行い、研磨パッドの前記所定の領域に摺接して研磨される基板上の薄膜の研磨速度を高めることを特徴とする研磨パッドのコンディショニング方法。
【請求項２】
基板の表面に形成された薄膜に摺接して薄膜を研磨する研磨テーブル上の研磨パッドをドレッサを用いてコンディショニングするコンディショニング方法であって、
研磨パッドの全域に亘って同一な減耗レートが得られるように、前記研磨パッドの所定の領域毎にドレッサの移動速度を調整したレシピを標準移動レシピとし、
前記研磨パッドの中心部と外周部との間を移動して研磨パッドをドレッシングするドレッサの移動速度を研磨パッドの所定の領域で前記標準移動レシピにおける前記所定の領域の速度より小さくして研磨パッドのコンディショニングを行い、研磨パッドの前記所定の領域に摺接して研磨される基板上の薄膜の研磨速度を低下させることを特徴とする研磨パッドのコンディショニング方法。
【請求項３】
前記研磨パッドの所定の領域は、前記ドレッサの移動速度を前記標準移動レシピにおける前記所定の領域の速度と同一にして前記所定の領域をドレッシングした場合に、前記所定の領域に摺接して研磨される基板上の薄膜の研磨速度が低下する領域であることを特徴とする請求項１に記載の研磨パッドのコンディショニング方法。
【請求項４】
前記研磨パッドの所定の領域は、前記ドレッサの移動速度を前記標準移動レシピにおける前記所定の領域の速度と同一にして前記所定の領域をドレッシングした場合に、前記所定の領域に摺接して研磨される基板上の薄膜の研磨速度が増加する領域であることを特徴とする請求項２に記載の研磨パッドのコンディショニング方法。
【請求項５】
基板の表面に形成された薄膜に摺接して薄膜を研磨する研磨テーブル上の研磨パッドをドレッサを用いてコンディショニングするコンディショニング装置であって、
前記研磨パッドの中心部と外周部との間を移動して研磨パッドをドレッシングするドレッサを制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、研磨パッドの全域に亘って同一な減耗レートが得られるように、前記研磨パッドの所定の領域毎にドレッサの移動速度を調整したレシピを標準移動レシピとして設定し、前記ドレッサの移動速度を研磨パッドの所定の領域で前記標準移動レシピにおける前記所定の領域の速度より大きくして研磨パッドのコンディショニングを行うように前記ドレッサを制御し、研磨パッドの前記所定の領域に摺接して研磨される基板上の薄膜の研磨速度を高めることを特徴とする研磨パッドのコンディショニング装置。
【請求項６】
基板の表面に形成された薄膜に摺接して薄膜を研磨する研磨テーブル上の研磨パッドをドレッサを用いてコンディショニングするコンディショニング装置であって、
前記研磨パッドの中心部と外周部との間を移動して研磨パッドをドレッシングするドレッサを制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、研磨パッドの全域に亘って同一な減耗レートが得られるように、前記研磨パッドの所定の領域毎にドレッサの移動速度を調整したレシピを標準移動レシピとして設定し、前記ドレッサの移動速度を研磨パッドの所定の領域で前記標準移動レシピにおける前記所定の領域の速度より小さくして研磨パッドのコンディショニングを行うように前記ドレッサを制御し、研磨パッドの前記所定の領域に摺接して研磨される基板上の薄膜の研磨速度を低下させることを特徴とする研磨パッドのコンディショニング装置。
【請求項７】
前記研磨パッドの所定の領域は、前記ドレッサの移動速度を前記標準移動レシピにおける前記所定の領域の速度と同一にして前記所定の領域をドレッシングした場合に、前記所定の領域に摺接して研磨される基板上の薄膜の研磨速度が低下する領域であることを特徴とする請求項５に記載の研磨パッドのコンディショニング装置。
【請求項８】
前記研磨パッドの所定の領域は、前記ドレッサの移動速度を前記標準移動レシピにおける前記所定の領域の速度と同一にして前記所定の領域をドレッシングした場合に、前記所定の領域に摺接して研磨される基板上の薄膜の研磨速度が増加する領域であることを特徴とする請求項６に記載の研磨パッドのコンディショニング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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状態を調整する研磨パッドのコンディショニング方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。この化学的機械的研磨は、研磨装置を用いて、セリア（ＣｅＯ２）等の砥粒を含んだ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。
【０００４】
上述したＣＭＰプロセスを行う研磨装置は、研磨パッドを有する研磨テーブルと、半導体ウエハ（基板）を保持するためのトップリング又は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を研磨することが行われている。
【０００５】
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、研磨パッドの特性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状態を再生するために、研磨パッドのコンディショニング（ドレッシングともいう）を行っている。
【０００６】
研磨パッドのコンディショニング（ドレッシング）を行うコンディショニング（ドレッシング）装置は、一般に、揺動可能なアームと、アームの先端に固定されたドレッサを備えている。コンディショニング装置は、アームによってドレッサを研磨パッドの半径方向に揺動させ且つドレッサをその軸心を中心として回転させながら、回転する研磨テーブル上の研磨パッドにドレッサを押し付けることにより、研磨面に付着した砥液や研磨屑を除去するとともに、研磨面の平坦化及び目立て（ドレッシング）を行なう。ドレッサは、一般に、パッド表面に接触する面（ドレッシング面）にダイヤモンド粒子が電着されたもの等が使用される。
【０００７】
従来のコンディショニング（ドレッシング）装置においては、ドレッサを研磨パッドの半径方向に揺動させる場合、ドレッサの揺動速度は、研磨パッドの寿命が最大となるように、パッド表面の全体が均一に目立てされ、パッドが平坦に減耗するように揺動速度が調整されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２００５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明者らは、研磨パッドが平坦に減耗するように調整された揺動速度でコンディショニング（ドレッシング）を行った研磨パッドを用いて基板を研磨する実験を繰り返し行った結果、研磨圧力、研磨テーブルおよびトップリングの各回転速度、研磨パッド表面の溝や孔形状との関係により、基板の中央部への研磨液（スラリ）の供給量が不足し、基板全体で均一な研磨速度が得られない場合があることを見出した。
【００１０】
特に、研磨パッドの表面に小さな孔を多数あけたパーフォレートパッドと称される研磨パッドを用い、砥粒としてセリア（ＣｅＯ２）を含んだ研磨液を研磨パッドに供給しつつ基板の研磨を行うセリアＣＭＰプロセスにおいては、４００ｈｐａ以上の高圧で基板を研磨パッドに押圧して研磨を行う高圧研磨の場合、研磨液（スラリ）が基板の被研磨面の中央部に入りにくいため、研磨液（スラリ）が不足して基板の被研磨面の中央部の研磨速度が低下して基板全体での研磨速度が不均一になるという問題点がある。
また、基板上の比較的厚みがある絶縁膜や金属膜を除去する場合などのように、長時間研磨が必要になった場合に、研磨パッド表面の温度上昇によるセリア砥粒の研磨性能低下および研磨パッドの目立て状態変化に伴うスラリ供給能力の経時的低下という問題点がある。
【００１１】
本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、半導体ウエハ等の基板の被研磨面の中央部における研磨速度の低下を抑え、基板の被研磨面を全面にわたって均一に平坦化することができる研磨パッドのコンディショニング方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の研磨パッドのコンディショニング方法の第一の態様は、基板の表面に形成された薄膜に摺接して薄膜を研磨する研磨テーブル上の研磨パッドをドレッサを用いてコンディショニングするコンディショニング方法であって、研磨パッドの全域に亘って同一な減耗レートが得られるように、前記研磨パッドの所定の領域毎にドレッサの移動速度を調整したレシピを標準移動レシピとし、前記研磨パッドの中心部と外周部との間を移動して研磨パッドをドレッシングするドレッサの移動速度を研磨パッドの所定の領域で前記標準移動レシピにおける前記所定の領域の速度より大きくして研磨パッドのコンディショニングを行い、研磨パッドの前記所定の領域に摺接して研磨される基板上の薄膜の研磨速度を高めることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、研磨パッドをドレッシングするドレッサの移動速度を研磨パッドの所定の領域で標準移動レシピにおける前記所定の領域の速度より大きくして研磨パッドのコンディショニングを行うことにより、ドレッサ移動速度を大きくした所定の領域ではドレッサによるパッド引っ掻き距離が小さく、ドレッサ移動速度を小さくした他の領域ではパッド引っ掻き距離が大きくなる。それに伴い、研磨パッド上の所定の領域では残留スラリの量が多く、研磨パッド上の他の領域では残留スラリの量が少なくなる。したがって、研磨パッド上で残留スラリの量が多い所定の領域に摺接して研磨される基板上の薄膜の研磨速度を高めることができる。これにより、ドレッサの移動速度がパッド全体を均一にすり減らすような移動速度であった場合に、研磨不足が生じていた基板上の領域（例えば、基板の中央領域）において研磨レートの低下が抑えられ、基板全面に亘って研磨レートの面内均一性を改善することができる。なお、パッド引っ掻き距離とは、ドレッサ表面砥粒が所定の時間内にパッド表面を接触しながら走行する距離を意味する。
標準移動レシピは、全区間で均一な速度、というわけではない。ドレッサの稼動範囲に限界があること、折り返しが存在すること、ドレッサ本体が大きさを持つことなどから、均一な速度で動かしても研磨パッドは均一に磨耗しない。標準移動レシピは上記の点を考慮に入れたシミュレーション結果をもとに、実験を行い、その結果をフィードバックすることを繰り返して実験的に作成している。ここで、移動速度を大きくする、小さくする、というのは、標準移動レシピにおける同一区間の速度と比較して大きくする、小さくすることをいう。
【００１４】
本発明の好ましい態様によれば、前記研磨パッドの所定の領域は、前記ドレッサの移動速度を前記標準移動レシピにおける前記所定の領域の速度と同一にして前記所定の領域をドレッシングした場合に、前記所定の領域に摺接して研磨される基板上の薄膜の研磨速度が低下する領域であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の実施形態によれば、前記ドレッサの移動速度は、研磨テーブルの外側にある揺動軸を中心として揺動する前記ドレッサの揺動速度であることを特徴とする。なお、ドレッサの移動速度は、ドレッサが揺動する場合のドレッサ揺動速度に加えて、ドレッサが研磨パッドの半径方向又は略半径方向に直線移動する場合のドレッサ移動速度を含むものである。
【００１６】
本発明の実施形態によれば、前記研磨パッドは研磨パッドの表面に孔が多数設けられているパッドであることを特徴とする。
上記実施形態によれば、研磨パッドがパッド表面に多数の微細な孔を有したパーフォレートパッドの場合、ドレッサの移動速度が大きい所定の領域において、ドレッサの移動速度が小さい他の領域より残留スラリの量が多くなる傾向がある。
【００１７】
本発明の実施形態によれば、前記基板上の薄膜の研磨時にセリア粒子を含む研磨液を用いることを特徴とする。なお、研磨液として、セリア粒子を含む研磨液以外に、研磨対象の膜質によってシリカ粒子（ＳｉＯ２粒子）を含む研磨液が有効な場合もある。
【００１８】
本発明の実施形態によれば、前記基板上の薄膜の研磨時に前記研磨パッドに冷却ガスを吹きつけて研磨パッドを冷却することを特徴とする。
上記実施形態によれば、研磨パッド表面に向けて冷却ガスを吹きつけることにより、研磨パッドの温度を制御することができる。したがって、基板上の比較的厚みがある絶縁膜や金属膜を除去する場合などのように、長時間研磨が必要になった場合に、研磨パッド表面の温度上昇によるセリア砥粒の研磨性能低下および研磨パッドの目立て状態変化に伴うスラリ供給能力の経時的低下という問題を解消することができる。
本発明の実施形態によれば、前記研磨パッドの所定の領域は、基板の研磨中に前記基板の中央領域に摺接する領域であることを特徴とする。
【００１９】
本発明の研磨パッドのコンディショニング方法の第二の態様は、基板の表面に形成された薄膜に摺接して薄膜を研磨する研磨テーブル上の研磨パッドをドレッサを用いてコンディショニングするコンディショニング方法であって、研磨パッドの全域に亘って同一な減耗レートが得られるように、前記研磨パッドの所定の領域毎にドレッサの移動速度を調整したレシピを標準移動レシピとし、前記研磨パッドの中心部と外周部との間を移動して研磨パッドをドレッシングするドレッサの移動速度を研磨パッドの所定の領域で前記標準移動レシピにおける前記所定の領域の速度より小さくして研磨パッドのコンディショニングを行い、研磨パッドの前記所定の領域に摺接して研磨される基板上の薄膜の研磨速度を低下させることを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、研磨パッドをドレッシングするドレッサの移動速度を研磨パッドの所定の領域で標準移動レシピにおける前記所定の領域の速度より小さくして研磨パッドのコンディショニングを行うことにより、ドレッサ移動速度を小さくした所定の領域ではドレッサによるパッド引っ掻き距離が大きく、ドレッサ移動速度を大きくした他の領域ではパッド引っ掻き距離が小さくなる。それに伴い、研磨パッド上の所定の領域では残留スラリの量が少なく、研磨パッド上の他の領域では残留スラリの量が多くなる。したがって、研磨パッド上で残留スラリの量が少ない所定の領域に摺接して研磨される基板上の薄膜の研磨速度を低下させることができる。これにより、ドレッサの移動速度がパッド全体を均一にすり減らすために調整された移動速度であった場合に、過研磨が生じていた基板上の領域（例えば、基板の外周領域）において研磨レートを低下させることができ、基板全面に亘って研磨レートの面内均一性を改善することができる。
【００２１】
本発明の好ましい態様によれば、前記研磨パッドの所定の領域は、前記ドレッサの移動速度を前記標準移動レシピにおける前記所定の領域の速度と同一にして前記所定の領域をドレッシングした場合に、前記所定の領域に摺接して研磨される基板上の薄膜の研磨速度が増加する領域であることを特徴とする。
【００２２】
本発明の研磨パッドのコンディショニング装置の第一の態様は、基板の表面に形成された薄膜に摺接して薄膜を研磨する研磨テーブル上の研磨パッドをドレッサを用いてコンディショニングするコンディショニング装置であって、前記研磨パッドの中心部と外周部との間を移動して研磨パッドをドレッシングするドレッサを制御する制御装置を備え、前記制御装置は、研磨パッドの全域に亘って同一な減耗レートが得られるように、前記研磨パッドの所定の領域毎にドレッサの移動速度を調整したレシピを標準移動レシピとして設定し、前記ドレッサの移動速度を研磨パッドの所定の領域で前記標準移動レシピにおける前記所定の領域の速度より大きくして研磨パッドのコンディショニングを行うように前記ドレッサを制御し、研磨パッドの前記所定の領域に摺接して研磨される基板上の薄膜の研磨速度を高めることを特徴とする。
【００２３】
本発明の好ましい態様によれば、前記研磨パッドの所定の領域は、前記ドレッサの移動速度を前記標準移動レシピにおける前記所定の領域の速度と同一にして前記所定の領域をドレッシングした場合に、前記所定の領域に摺接して研磨される基板上の薄膜の研磨速度が低下する領域であることを特徴とする。
【００２４】
本発明の実施形態によれば、前記ドレッサの移動速度は、研磨テーブルの外側にある揺動軸を中心として揺動する前記ドレッサの揺動速度であることを特徴とする。
本発明の実施形態によれば、前記研磨パッドは研磨パッドの表面に孔が多数設けられているパッドであることを特徴とする。
本発明の実施形態によれば、前記基板上の薄膜の研磨時にセリア粒子を含む研磨液を用いることを特徴とする。
本発明の実施形態によれば、前記基板上の薄膜の研磨時に前記研磨パッドに冷却ガスを吹きつけて研磨パッドを冷却することを特徴とする。
本発明の実施形態によれば、前記研磨パッドの所定の領域は、基板の研磨中に前記基板の中央領域に摺接する領域であることを特徴とする。
【００２５】
本発明の研磨パッドのコンディショニング装置の第二の態様は、基板の表面に形成された薄膜に摺接して薄膜を研磨する研磨テーブル上の研磨パッドをドレッサを用いてコンディショニングするコンディショニング装置であって、前記研磨パッドの中心部と外周部との間を移動して研磨パッドをドレッシングするドレッサを制御する制御装置を備え、前記制御装置は、研磨パッドの全域に亘って同一な減耗レートが得られるように、前記研磨パッドの所定の領域毎にドレッサの移動速度を調整したレシピを標準移動レシピとして設定し、前記ドレッサの移動速度を研磨パッドの所定の領域で前記標準移動レシピにおける前記所定の領域の速度より小さくして研磨パッドのコンディショニングを行うように前記ドレッサを制御し、研磨パッドの前記所定の領域に摺接して研磨される基板上の薄膜の研磨速度を低下させることを特徴とする。
【００２６】
本発明の好ましい態様によれば、前記研磨パッドの所定の領域は、前記ドレッサの移動速度を前記標準移動レシピにおける前記所定の領域の速度と同一にして前記所定の領域をドレッシングした場合に、前記所定の領域に摺接して研磨される基板上の薄膜の研磨速度が増加する領域であることを特徴とする。
【００２７】
本発明の研磨方法は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のコンディショニング方法で研磨パッドをドレッシングした後、該ドレッシングした研磨パッドに基板の被研磨面を摺接して前記基板の表面に形成された薄膜を研磨することを特徴とする。
本発明の研磨装置は、請求項５乃至請求項８のいずれか一項に記載のコンディショニング装置を備えている。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、半導体ウエハ等の基板の被研磨面の中央部における研磨速度の低下を抑え、基板の被研磨面を全面にわたって均一に平坦化することができる。
また、本発明によれば、研磨パッドをドレッシングするドレッサの移動速度を研磨パッドの所定の領域で標準移動レシピにおける前記所定の領域の速度より大きくするか又は逆に小さくし、研磨パッドの前記所定の領域に摺接して研磨される基板上の薄膜の研磨速度をより高める又はより低下させるようにできるため、基板の所定の領域において意図的に研磨量を多くしたい又は逆に少なくしたいという要請にも応えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明に係る研磨パッドのコンディショニング装置を備えた研磨装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】図２は、研磨テーブル上に位置するトップリングおよびドレッサが研磨パッドの研磨面をドレッシングしているときの移動軌跡を示す平面図である。
【図３】図３は、研磨テーブル上の研磨パッドと基板を保持したトップリングとドレッサとの関係及び研磨パッド上の領域を示す平面図である。
【図４】図４（ａ），（ｂ）は、ドレッサの揺動速度を領域毎に変えて研磨パッドのコンディショニングを行い、揺動速度を変えてコンディショニングされた研磨パッドを用いて基板を研磨した実験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明に係る研磨パッドのコンディショニング方法及び装置の実施形態について図１乃至図４を参照して詳細に説明する。なお、図１から図４において、同一また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。
【００３１】
図１は、本発明に係る研磨パッドのコンディショニング装置を備えた研磨装置の全体構成を示す模式図である。図１に示すように、研磨装置は、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トップリング１０とを備えている。研磨テーブル１は、テーブル軸１ａを介してその下方に配置される研磨テーブル回転モータ（図示せず）に連結されており、テーブル軸１ａの回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が貼付されており、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には、ロデール社製のＩＣ−１０００／ＳＵＢＡ４００（二層クロス）が用いられており、ＩＣ−１０００は、その表面に多数の微細な孔を有したパッドであり、パーフォレートパッドとも呼ばれている。研磨テーブル１の上方には研磨液供給ノズル３が設置されており、この研磨液供給ノズル３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）が供給されるようになっている。
【００３２】
トップリング１０は、トップリングシャフト１１に接続されており、トップリングシャフト１１は、トップリングヘッド１２に対して上下動するようになっている。トップリングシャフト１１の上下動により、トップリングヘッド１２に対してトップリング１０の全体を上下動させ位置決めするようになっている。トップリングシャフト１１は、トップリング回転モータ（図示せず）の駆動により回転するようになっている。トップリングシャフト１１の回転により、トップリング１０がトップリングシャフト１１の回りに回転するようになっている。
【００３３】
トップリング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。トップリングヘッド１２はトップリングヘッドシャフト１３を中心として旋回可能に構成されており、下面に基板Ｗを保持したトップリング１０は、トップリングヘッド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。トップリング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）に押圧する。このとき、研磨テーブル１およびトップリング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３から研磨パッド２上に研磨液を供給する。研磨液には砥粒としてセリア（ＣｅＯ２）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ＳｉＯ２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。
【００３４】
図１に示すように、研磨装置は、研磨パッド２をコンディショニング（ドレッシング）するコンディショニング装置２０を備えている。コンディショニング装置２０は、ドレッサアーム２１と、ドレッサアーム２１の先端に回転自在に取り付けられたドレッサ２２と、ドレッサアーム２１の他端に連結される揺動軸２３と、揺動軸２３を中心にドレッサアーム２１を揺動（スイング）させる駆動機構としてのモータ２４とを備えている。ドレッサ２２の下部はドレッシング部材２２ａにより構成され、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。ドレッサアーム２１内には、図示しないモータが内蔵されており、このモータによってドレッサ２２が回転するようになっている。揺動軸２３は図示しない昇降機構に連結されており、この昇降機構によりドレッサアーム２３が下降することでドレッシング部材２２ａが研磨パッド２の研磨面２ａを押圧するようになっている。研磨テーブル１、トップリング１０、コンディショニング装置２０等の各装置類は、制御装置４０に接続されており、制御装置４０により研磨テーブル１の回転速度、トップリング１０の回転速度および研磨圧力、コンディショニング装置２０のドレッサ２２の揺動速度等が制御されるようになっている。
【００３５】
図２は、研磨テーブル１上に位置するトップリング１０およびドレッサ２２が研磨パッド２の表面（研磨面）をドレッシングしているときの移動軌跡を示す平面図である。図２に示すように、ドレッサアーム２１は研磨パッド２の半径よりも長く、揺動軸２３は、研磨パッド２の径方向外側に位置している。研磨パッド２の研磨面をドレッシングするときは、研磨パッド２を回転させるとともに、モータによりドレッサ２２を回転させ、次いで昇降機構によりドレッサアーム２１を下降させ、ドレッサ２２の下面のドレッシング部材２２ａを回転する研磨パッド２の研磨面に摺接させる。その状態で、モータ２４によりドレッサアーム２１を揺動軸２３を中心として揺動（スイング）させる。研磨パッド２のドレッシング中は、研磨液供給ノズル３（図１参照）からドレッシング液としての純水が研磨パッド２の研磨面に供給される。ドレッサアーム２１の揺動により、その先端に位置するドレッサ２２は、研磨パッド２の研磨面の外周端から中心部まで横切るように移動することができる。この揺動動作により、ドレッシング部材２２ａは研磨パッド２の研磨面をその中心を含む全体に亘ってドレッシングすることができる。
【００３６】
また、研磨装置は、図２に示すように、研磨パッド２の上方に位置して、研磨パッド２の研磨面と平行に該研磨パッド２の略半径方向に沿って延びるガス噴射部としての冷却ノズル３０が配置されている。冷却ノズル３０の下部には、冷却ノズル３０の内部と連通し、研磨パッド２に向けて、圧縮空気等の冷却ガスを噴射するガス噴射口３０ａが備えられている。冷却ノズル３０の配置位置や冷却ノズル３０に設けられるガス噴射口３０ａの個数等は、プロセス条件等に応じて任意に設定される。
【００３７】
図３は、研磨テーブル１上の研磨パッド２と基板Ｗを保持したトップリング１０とドレッサ２２との関係を示す平面図である。図３において、符号ＣＴは研磨テーブル１の回転中心であり、符号ＣＷはトップリング１０の下面に保持された基板Ｗの中心である。また、符号ＣＤはドレッサ２２の中心である。研磨中に、研磨テーブル１は回転中心ＣＴの回りに時計方向に回転し、トップリング１０は中心ＣＷの回りに時計方向に回転する。研磨中、トップリング１０は水平方向への移動がないため、トップリング１０に保持された基板Ｗは図３に示す位置にとどまる。研磨パッド２上に描かれたＣＴを中心とする同心円Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５は、研磨パッド２が研磨テーブル１の回転により基板Ｗの被研磨面上の所定位置を通過する場合の軌跡を示している。すなわち、研磨パッド２上の同心円Ｃ３は基板Ｗの中心ＣＷを通過し、研磨パッド２上の同心円Ｃ２は基板Ｗの中心ＣＷから基板の半径方向内側へ距離Ｌだけ離間した基板Ｗの中央領域を通過し、研磨パッド２上の同心円Ｃ４は基板Ｗの中心ＣＷから基板の半径方向外側へ距離Ｌだけ離間した基板Ｗの中央領域を通過する。また、研磨パッド２上の同心円Ｃ１は研磨テーブル１の回転中心ＣＴに近い側において基板Ｗの外周縁近傍を通過し、研磨パッド２上の同心円Ｃ５は研磨テーブル１の外周縁に近い側において基板Ｗの外周縁近傍を通過する。ここで、基板Ｗの直径を３００ｍｍとすると、距離Ｌは約２０〜１４０ｍｍである。
【００３８】
一方、ドレッサ２２は研磨パッド２上を揺動軸２３を中心として揺動し、研磨パッド２の中心部と研磨パッド２の外周縁との間で半径方向に往復移動するようになっている。ドレッサ２２の外径は研磨対象の基板Ｗの直径より小さく設定されている。すなわち、ドレッサ２２の外径をｄとし、研磨対象の基板Ｗの直径をＤとすると、ｄ＝（１／１５）Ｄ〜１Ｄに設定されている。そして、ドレッサ２２の揺動速度は、ドレッサ２２が研磨パッド２の外周縁と研磨パッド２の中心部との間で揺動する際に研磨パッド２上の領域毎に調整可能になっている。すなわち、ドレッサ２２が研磨パッド２の中心から研磨パッド２の外周縁に向かって揺動する際には、ドレッサ２２の揺動速度は、同心円Ｃ１から同心円Ｃ２までの領域Ａ１は小さく、同心円Ｃ２から同心円Ｃ４までの領域Ａ２は大きく、同心円Ｃ４から同心円Ｃ５までの領域Ａ３は小さく設定されている。逆に、ドレッサ２２が研磨パッド２の外周縁から研磨パッド２の中心に向かって揺動する際には、ドレッサ２２の揺動速度は、同心円Ｃ５から同心円Ｃ４までの領域Ａ３は小さく、同心円Ｃ４から同心円Ｃ２までの領域Ａ２は大きく、同心円Ｃ２から同心円Ｃ１までの領域Ａ１は小さく設定されている。このように、エリア毎にドレッサ２２の揺動速度を変えるには、制御装置４０において揺動レシピを設定し、制御装置４０によりコンディショニング装置２０を制御することにより行われる。なお、制御装置４０はコンディショニング装置２０内に設置していてもよい。この場合、ドレッサ２２の揺動は、研磨パッド２の中心から研磨パッド２の外周縁に向かって１回揺動する場合、研磨パッド２の外周縁から研磨パッド２の中心に向かって１回揺動する場合、研磨パッド２の中心と外周縁との間で１往復揺動する場合、研磨パッド２の中心と外周縁との間で数回往復揺動する場合にも、各揺動毎に、各領域で揺動速度を同様に制御する。
【００３９】
図３に示すように、研磨パッド２における同心円Ｃ１から同心円Ｃ２までの領域Ａ１は、基板Ｗの外周領域（エッジエリア）に接触し、研磨パッド２における同心円Ｃ２から同心円Ｃ４までの領域Ａ２は、基板Ｗの中央領域（センタエリア）に接触し、研磨パッド２における同心円Ｃ４から同心円Ｃ５までの領域Ａ３は基板Ｗの外周領域（エッジエリア）に接触する。ドレッサ揺動速度を大きくした領域（エリア）Ａ２ではドレッサによるパッド引っ掻き距離が小さく、揺動速度を小さくした領域（エリア）Ａ１，Ａ３ではパッド引っ掻き距離が大きくなる。それに伴い、研磨パッド２上の領域Ａ２では残留スラリの量が多くなり、領域Ａ１，Ａ３では残留スラリ量が少なくなる。したがって、研磨中、基板Ｗの中央領域は研磨パッド２上で残留スラリの量が多い領域Ａ２に摺接し、基板Ｗの外周領域は研磨パッド２上で残留スラリの量が少ない領域Ａ１，Ａ３に摺接する。このように、エリア毎に残留スラリの量に差がある研磨パッド２で基板Ｗを研磨すると、残留スラリの多いセンタエリアでは研磨レートの低下が抑えられ、研磨レートの面内均一性を改善することが可能となる。この場合、ドレッサ２２の揺動速度を大きくすること又は小さくすることとは、従来のドレッサの揺動速度がパッド全体を均一にすり減らすため設定された標準揺動レシピにおける各領域の揺動速度であったのに対し、この揺動速度に比較して、ドレッサ２２の同一区間での揺動速度を大きくすること又は小さくすることである。
【００４０】
なお、図３においては、研磨パッド２を３つのドレッシング領域に分割し、ドレッサ２２の揺動速度を領域毎に変える場合を説明したが、研磨パッド２のドレッシング領域を６領域や１２領域等に更に細かく分割し、ドレッサ２２の揺動速度を領域毎に変えるようにしてもよい。
【００４１】
次に、ドレッサ２２の揺動速度を領域毎に変えて研磨パッドのコンディショニングを行い、揺動速度を変えてコンディショニングされた研磨パッドを用いて基板を研磨した実験結果について図４（ａ），（ｂ）を参照して説明する。図４（ａ）は、研磨パッドの半径方向位置とドレッサの揺動速度比との関係を示すグラフである。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すドレッサの揺動速度を用いてコンディショニングされた研磨パッドによって基板を研磨した際における基板の半径方向位置と研磨レートとの関係を示すグラフである。基板は３００ｍｍの直径のものを用いた。また、コンディショニングされた研磨パッドを用いて基板を研磨している間、冷却ノズル３０から研磨パッド２に向けて冷却ガスを吹きつけて研磨パッド２の研磨面を冷却した。
【００４２】
図４（ａ）において、黒塗りのひし形で表される直線（ｓｔｄ）は、研磨パッドの全域に亘って同一なカットレート（減耗レート）が得られるように、各領域の揺動速度を調整したレシピ（標準移動レシピ）であり、この場合を標準揺動と称する。グラフ縦軸は、当該レシピにおいて、当該領域の標準揺動速度に対する速度比を示している。従って、標準揺動の速度比は研磨パッドの全域で１となる。×印で表される曲線（ｔｕｎｅ２４）は、研磨パッドの中心より半径方向約８０ｍｍの位置から約１８０ｍｍの位置まで速度比を増加させ、約２２０ｍｍから約３５０ｍｍの位置まで速度比を減少させた場合である。標準揺動に対する速度比は０．６（約８０ｍｍの位置）から３．１（約１８０ｍｍの位置）まで徐々に増加し、３．１（約２２０ｍｍの位置）から０．４（約３５０ｍｍの位置）まで徐々に減少する。
ここで、半径方向位置約８０ｍｍにおける標準揺動速度は、１１ｍｍ／ｓｅｃであり、半径方向位置約１８０ｍｍにおける標準揺動速度は、２１ｍｍ／ｓｅｃであり、半径方向位置約２２０ｍｍにおける標準揺動速度は、２１ｍｍ／ｓｅｃであり、半径方向位置約３５０ｍｍにおける標準揺動速度は、１３ｍｍ／ｓｅｃである。
【００４３】
図４（ａ）においてｓｔｄで示す揺動速度パターンは、ドレッサの揺動速度が研磨パッド全体に亘って同一なカットレート（減耗レート）が得られるように各領域の揺動速度を調整した標準揺動であり、従来のコンディショニング方法と同一である。ｔｕｎｅ２４で示す揺動速度パターンは、研磨パッドの中央部（図３の領域Ａ１）および外周部（図３の領域Ａ３）でドレッサの揺動速度が小さく、研磨パッドの中央部と外周部との間の中間部（図３の領域Ａ２）でドレッサの揺動速度が大きく、図３に示すコンディショニング方法と同一である。なお、ドレッサの回転速度等の他のドレッシング条件は、ｓｔｄ，ｔｕｎｅ２４のいずれの場合も同一条件であった。
【００４４】
図４（ｂ）において、黒塗りのひし形で表される研磨レート（ｓｔｄ）は、基板の中央領域が低く、基板の外周領域が高くなっている。したがって、標準揺動レシピでコンディショニングされた研磨パッドを用いた場合には、基板の中央領域が研磨不足になったことが判る。×印で表される研磨レート（ｔｕｎｅ２４）は、基板の中央領域と外周領域とで差はなく、全体がほぼ均一になっている。したがって、ドレッサの揺動速度を研磨パッドの領域Ａ２において標準揺動レシピより大きくしてコンディショニングされた研磨パッドを用いた場合には、基板の全体が均一に研磨されたことが判る。なお、研磨テーブルの回転速度、トップリングの回転速度、研磨圧力等の研磨条件は、ｓｔｄ，ｔｕｎｅ２４のいずれの場合も同一条件であった。
【００４５】
以上の実験結果から、ドレッサの揺動速度を研磨パッドの領域Ａ２において標準揺動レシピより大きくしてコンディショニングされた研磨パッドを用いた場合には、研磨パッド２上の残留スラリは基板の中央領域で多く、基板の外周領域で少なくなり、このようにエリア毎に残留スラリの量に差がある研磨パッドで基板を研磨すると、残留スラリの多い中央領域では研磨レートの低下が抑えられ、研磨レートの面内均一性を改善することができることが確かめられた。
【００４６】
図１乃至図４に示す実施形態においては、ドレッサ２２を揺動させる場合を説明したが、ドレッサ２２を研磨パッド２の半径方向に直線的に移動させてもよい。また、ドレッサ２２の揺動速度を研磨パッド２の領域毎に変える場合を説明したが、ドレッサ荷重、ドレッサ回転速度、ドレッシング時間、研磨テーブルの回転速度などを研磨パッド２の領域毎に変えることによっても、研磨パッド２の領域毎に残留スラリの量に差をつけることができる。さらに、研磨パッドとしてパーフォレートパッドを用いた例を説明したが、研磨パッドの表面に溝を形成した溝付きパッドであってもよい。
【００４７】
以上説明した研磨パッドのコンディショニング方法及び装置を用いることによって、研磨装置は半導体ウエハ等の基板の被研磨面を全面にわたって均一に平坦化することができる。
これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４８】
１    研磨テーブル
１ａ  テーブル軸
２    研磨パッド
２ａ  研磨面
３    研磨液供給ノズル
１０    トップリング
１１    トップリングシャフト
１２    トップリングヘッド
１３    トップリングヘッドシャフト
２０    コンディショニング装置
２１    ドレッサアーム
２１ａ  ドレッシング部材
２２    ドレッサ
２３    揺動軸
２４    モータ
２８    支軸
３０    冷却ノズル
３０ａ  ガス噴射口
４０    制御装置
Ｗ    基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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