(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨装置に使用される研磨パッドの研磨面を監視する方法であって、
回転するドレッサーを前記研磨パッドの研磨面上を揺動させて該研磨面をコンディショニングし、
前記研磨面のコンディショニング中に、前記研磨面に接する前記ドレッサーの上下方向の位置から前記研磨面の高さを測定し、
前記研磨面上に定義された二次元平面上における前記ドレッサーの中心位置を求めることにより、前記二次元平面上における、前記研磨面の高さの測定点の位置を算出し、
前記研磨面の高さの測定と前記測定点の位置の算出を繰り返して、前記研磨面内における高さ分布を生成し、
前記研磨面の高さの測定値の所定時間当たりの変化量を算出し、
前記変化量が所定のしきい値を超えたときに取得された測定値に対応する前記二次元平面上の位置に異常検知点をプロットして前記研磨面の高さの異常検知点分布を生成することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記異常検知点分布から、前記研磨面上の予め定められた複数の領域において前記研磨面の高さの異常発生密度を算出し、
前記複数の領域のうちの少なくも１つにおいて前記異常発生密度が所定の値に達したときに前記研磨パッドのコンディショニングが異常であると決定することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
研磨装置に使用される研磨パッドの研磨面を監視する方法であって、
回転するドレッサーを前記研磨パッドの研磨面上を揺動させて該研磨面をコンディショニングし、
前記研磨面のコンディショニング中に、前記研磨面に接する前記ドレッサーの上下方向の位置から前記研磨面の高さを測定し、
前記研磨面上に定義された二次元平面上における前記ドレッサーの中心位置を求めることにより、前記二次元平面上における、前記研磨面の高さの測定点の位置を算出し、
前記研磨面の高さの測定と前記測定点の位置の算出を繰り返して、前記研磨面内における高さ分布を生成し、
前記研磨面の高さの複数の測定値を計測時間軸に沿って並べることで該複数の測定値からなる測定波形を形成し、
前記測定波形から前記ドレッサーの回転に起因する振動成分を抽出してモニタリング波形を形成し、
前記モニタリング波形の振幅が所定の大きさを超えたときに取得された測定値に対応する前記二次元平面上の位置に異常検知点をプロットして前記研磨面の高さの異常検知点分布を生成することを特徴とする方法。
【請求項４】
前記モニタリング波形を形成する工程は、前記測定波形にバンドパスフィルターを適用して、前記ドレッサーの回転に起因する振動成分を抽出する工程を含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記モニタリング波形を形成する工程は、前記測定波形にバンドエリミネーションフィルターを適用して、前記ドレッサーの揺動に起因する振動成分を除去する工程を含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記異常検知点分布から、前記研磨面上の予め定められた複数の領域において前記研磨面の高さの異常発生密度を算出し、
前記複数の領域のうちの少なくも１つにおいて前記異常発生密度が所定の値に達したときに前記研磨パッドのコンディショニングが異常であると決定することを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項７】
研磨装置に使用される研磨パッドの研磨面を監視する方法であって、
回転するドレッサーを前記研磨パッドの研磨面上を揺動させて該研磨面をコンディショニングし、
前記研磨面のコンディショニング中に、前記研磨面に接する前記ドレッサーの上下方向の位置から前記研磨面の高さを測定し、
前記研磨面上に定義された二次元平面上における前記ドレッサーの中心位置を求めることにより、前記二次元平面上における、前記研磨面の高さの測定点の位置を算出し、
前記研磨面の高さの測定と前記測定点の位置の算出を繰り返して、前記研磨面内における高さ分布を生成し、
前記研磨面の高さの測定値の所定時間当たりの変化量を算出し、
前記変化量が所定のしきい値を超えたときに取得された測定値に対応する前記二次元平面上の位置に異常検知点をプロットして前記研磨面の高さの異常検知点分布を生成し、
前記異常検知点分布から、前記研磨面上の予め定められた複数の領域において前記研磨面の高さの異常発生密度を算出し、
前記複数の領域のうちの少なくも１つにおいて前記異常発生密度が所定の値に達したときに前記研磨パッドのコンディショニングが異常であると決定することを特徴とする方法。
【請求項８】
前記異常発生密度を色の濃淡で前記二次元平面上に表すことを特徴とする請求項２，６，または７に記載の方法。
【請求項９】
前記複数の領域のうちの少なくも１つにおいて前記異常発生密度が所定の値に達したときに前記研磨パッドのコンディショニングが異常であることを示す信号を発生することを特徴とする請求項２，６，または７に記載の方法。
【請求項１０】
研磨装置に使用される研磨パッドの研磨面を監視する装置であって、
前記研磨パッドの研磨面上を揺動しながら該研磨面をコンディショニングする回転可能なドレッサーと、
前記研磨面のコンディショニング中に、前記研磨面に接する前記ドレッサーの上下方向の位置から前記研磨面の高さを測定するパッド高さセンサと、
前記研磨パッドの研磨面が平坦であるか否かを監視するパッド監視装置とを備え、
前記パッド監視装置は、前記研磨面上に定義された二次元平面上における前記ドレッサーの中心位置を求めることにより、前記二次元平面上における、前記研磨面の高さの測定点の位置を算出する位置算出器と、前記研磨面の高さの測定値と前記測定点の位置から、前記研磨面内における高さ分布を生成するパッド高さ分析器と、前記高さの分布から前記研磨面の高さの異常検知点分布を生成する異常点分布生成器とを備え、
前記異常点分布生成器は、
前記研磨面の高さの測定値の所定時間当たりの変化量を算出し、
前記変化量が所定のしきい値を超えたときに取得された測定値に対応する前記二次元平面上の位置に異常検知点をプロットすることにより前記異常検知点分布を生成することを特徴とする装置。
【請求項１１】
前記異常点分布生成器は、
前記異常検知点分布から、前記研磨面上の予め定められた複数の領域において前記研磨面の高さの異常発生密度を算出し、
前記複数の領域のうちの少なくも１つにおいて前記異常発生密度が所定の値に達したときに前記研磨パッドのコンディショニングが異常であると決定することを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
研磨装置に使用される研磨パッドの研磨面を監視する装置であって、
前記研磨パッドの研磨面上を揺動しながら該研磨面をコンディショニングする回転可能なドレッサーと、
前記研磨面のコンディショニング中に、前記研磨面に接する前記ドレッサーの上下方向の位置から前記研磨面の高さを測定するパッド高さセンサと、
前記研磨パッドの研磨面が平坦であるか否かを監視するパッド監視装置とを備え、
前記パッド監視装置は、前記研磨面上に定義された二次元平面上における前記ドレッサーの中心位置を求めることにより、前記二次元平面上における、前記研磨面の高さの測定点の位置を算出する位置算出器と、前記研磨面の高さの測定値と前記測定点の位置から、前記研磨面内における高さ分布を生成するパッド高さ分析器と、前記高さの分布から前記研磨面の高さの異常検知点分布を生成する異常点分布生成器とを備え、
前記異常点分布生成器は、
前記研磨面の高さの複数の測定値を計測時間軸に沿って並べることで該複数の測定値からなる測定波形を形成し、
前記測定波形から前記ドレッサーの回転に起因する振動成分を抽出してモニタリング波形を形成し、
前記モニタリング波形の振幅が所定の大きさを超えたときに取得された測定値に対応する前記二次元平面上の位置に異常検知点をプロットすることにより前記異常検知点分布を生成することを特徴とする装置。
【請求項１３】
前記異常点分布生成器は、前記測定波形にバンドパスフィルターを適用して、前記ドレッサーの回転に起因する振動成分を抽出して前記モニタリング波形を形成することを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記異常点分布生成器は、前記測定波形にバンドエリミネーションフィルターを適用して、前記ドレッサーの揺動に起因する振動成分を除去して前記モニタリング波形を形成することを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記異常点分布生成器は、
前記異常検知点分布から、前記研磨面上の予め定められた複数の領域において前記研磨面の高さの異常発生密度を算出し、
前記複数の領域のうちの少なくも１つにおいて前記異常発生密度が所定の値に達したときに前記研磨パッドのコンディショニングが異常であると決定することを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
研磨装置に使用される研磨パッドの研磨面を監視する装置であって、
前記研磨パッドの研磨面上を揺動しながら該研磨面をコンディショニングする回転可能なドレッサーと、
前記研磨面のコンディショニング中に、前記研磨面に接する前記ドレッサーの上下方向の位置から前記研磨面の高さを測定するパッド高さセンサと、
前記研磨パッドの研磨面が平坦であるか否かを監視するパッド監視装置とを備え、
前記パッド監視装置は、前記研磨面上に定義された二次元平面上における前記ドレッサーの中心位置を求めることにより、前記二次元平面上における、前記研磨面の高さの測定点の位置を算出する位置算出器と、前記研磨面の高さの測定値と前記測定点の位置から、前記研磨面内における高さ分布を生成するパッド高さ分析器と、前記高さの分布から前記研磨面の高さの異常検知点分布を生成する異常点分布生成器とを備え、
前記異常点分布生成器は、
前記パッド高さセンサが前記研磨面の高さの測定を繰り返すことにより得られた２つの測定値の差分を算出し、
前記差分が所定のしきい値を超えたときに取得された測定値に対応する前記二次元平面上の位置に異常検知点をプロットすることにより前記異常検知点分布を生成し、
前記異常検知点分布から、前記研磨面上の予め定められた複数の領域において前記研磨面の高さの異常発生密度を算出し、
前記複数の領域のうちの少なくも１つにおいて前記異常発生密度が所定の値に達したときに前記研磨パッドのコンディショニングが異常であると決定することを特徴とする装置。
【請求項１７】
前記異常点分布生成器は、前記異常発生密度を色の濃淡で前記二次元平面上に表すことを特徴とする請求項１１，１５，または１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記異常点分布生成器は、前記複数の領域のうちの少なくも１つにおいて前記異常発生密度が所定の値に達したときに前記研磨パッドのコンディショニングが異常であることを示す信号を発生することを特徴とする請求項１１，１５，または１６に記載の装置。
【請求項１９】
研磨装置に使用される研磨パッドの研磨面を監視する方法であって、
回転するドレッサーを前記研磨パッドの研磨面上を揺動させて該研磨面をコンディショニングし、
前記研磨面のコンディショニング中に、前記研磨面に接する前記ドレッサーの上下方向の位置から前記研磨面の高さを測定し、
前記研磨面上に定義された二次元平面上における前記ドレッサーの中心位置を求めることにより、前記二次元平面上における、前記研磨面の高さの測定点の位置を算出し、
前記研磨面の高さの測定と前記測定点の位置の算出を繰り返して、前記研磨面内における高さ分布を生成することを特徴とする方法。
【請求項２０】
前記研磨面の高さの複数の測定値を計測時間軸に沿って並べることで該複数の測定値からなる測定波形を形成し、
前記測定波形の振幅が所定の大きさを超えたときに取得された測定値に対応する前記二次元平面上の位置に異常検知点をプロットして前記研磨面の高さの異常検知点分布を生成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記研磨面の高さの測定を繰り返すことで得られた２つの測定値の差分を算出し、
前記差分が所定のしきい値を超えたときに取得された測定値に対応する前記二次元平面上の位置に異常検知点をプロットして前記研磨面の高さの異常検知点分布を生成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記高さ分布から前記研磨パッドのプロファイルを作成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記二次元平面を構成するＸ−Ｙ回転座標系のＸ軸およびＹ軸上を延びる所定のサンプリング領域内にある測定点の測定値を前記Ｘ軸および前記Ｙ軸に沿って並べることで、前記研磨パッドのＸ軸のプロファイルとＹ軸のプロファイルを生成することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記二次元平面上の所定のサンプリング領域内にある測定点の測定値を抽出して、前記研磨パッドのＸ軸のプロファイルとＹ軸のプロファイルを生成することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
初期のＸ軸プロファイルおよび初期のＹ軸プロファイルと、所定時間が経過した後に取得されたＸ軸プロファイルおよびＹ軸プロファイルとの間での、対応する位置での前記研磨面の高さの差を計算し、得られた差を経過時間で割ることによりＸ軸カットレートおよびＹ軸カットレートを求めることを特徴とする請求項２３または２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記Ｘ軸カットレートおよび前記Ｙ軸カットレートが前記研磨面全体に亘って均一でない場合には、前記研磨パッドのコンディショニングが正しく行われていないと判断することを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
研磨装置に使用される研磨パッドの研磨面を監視する装置であって、
前記研磨パッドの研磨面上を揺動しながら該研磨面をコンディショニングする回転可能なドレッサーと、
前記研磨面のコンディショニング中に、前記研磨面に接する前記ドレッサーの上下方向の位置から前記研磨面の高さを測定するパッド高さセンサと、
前記研磨パッドの研磨面が平坦であるか否かを監視するパッド監視装置とを備え、
前記パッド監視装置は、前記研磨面上に定義された二次元平面上における前記ドレッサーの中心位置を求めることにより、前記二次元平面上における、前記研磨面の高さの測定点の位置を算出する位置算出器と、前記研磨面の高さの測定値と前記測定点の位置から、前記研磨面内における高さ分布を生成するパッド高さ分析器とを備えたことを特徴とする装置。
【請求項２８】
前記高さの分布から前記研磨面の高さの異常検知点分布を生成する異常点分布生成器をさらに備え、
前記異常点分布生成器は、
前記研磨面の高さの複数の測定値を計測時間軸に沿って並べることで該複数の測定値からなる測定波形を形成し、
前記測定波形の振幅が所定の大きさを超えたときに取得された測定値に対応する前記二次元平面上の位置に異常検知点をプロットすることにより前記異常検知点分布を生成することを特徴とする請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記高さの分布から前記研磨面の高さの異常検知点分布を生成する異常点分布生成器をさらに備え、
前記異常点分布生成器は、
前記パッド高さセンサが前記研磨面の高さの測定を繰り返すことにより得られた２つの測定値の差分を算出し、
前記差分が所定のしきい値を超えたときに取得された測定値に対応する前記二次元平面上の位置に異常検知点をプロットすることにより前記異常検知点分布を生成することを特徴とする請求項２７に記載の装置。
【請求項３０】
前記高さ分布から前記研磨パッドのプロファイルを作成するパッドプロファイル生成器をさらに備えたことを特徴とする請求項２７に記載の装置。
【請求項３１】
前記パッドプロファイル生成器は、前記二次元平面を構成するＸ−Ｙ回転座標系のＸ軸およびＹ軸上を延びる所定のサンプリング領域内にある測定点の測定値を前記Ｘ軸および前記Ｙ軸に沿って並べることで、前記研磨パッドのＸ軸のプロファイルとＹ軸のプロファイルを生成することを特徴とする請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記パッドプロファイル生成器は、前記二次元平面上の所定のサンプリング領域内にある測定点の測定値を抽出して、前記研磨パッドのＸ軸のプロファイルとＹ軸のプロファイルを生成することを特徴とする請求項３０に記載の装置。
【請求項３３】
前記パッドプロファイル生成器は、初期のＸ軸プロファイルおよび初期のＹ軸プロファイルと、所定時間が経過した後に取得されたＸ軸プロファイルおよびＹ軸プロファイルとの間での、対応する位置での前記研磨面の高さの差を計算し、得られた差を経過時間で割ることによりＸ軸カットレートおよびＹ軸カットレートを求めることを特徴とする請求項３１または３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記パッドプロファイル生成器は、前記Ｘ軸カットレートおよび前記Ｙ軸カットレートが前記研磨面全体に亘って均一でない場合には、前記研磨パッドのコンディショニングが正しく行われていないと判断することを特徴とする請求項３３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨パッドの研磨面を該研磨パッドのコンディショニング中に監視する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＰ装置に代表される研磨装置は、研磨テーブルに貼り付けられた研磨パッド上に研磨液を供給しながら、研磨パッドと基板の表面とを相対移動させることにより、基板の表面を研磨する。研磨パッドの研磨性能を維持するためには、ドレッサーにより研磨パッドの研磨面を定期的にコンディショニング（ドレッシングともいう）することが必要とされる。
【０００３】
ドレッサーは、ダイヤモンド粒子が全面に固定されたドレッシング面を有している。ドレッサーは着脱可能なドレスディスクを有しており、このドレスディスクの下面がドレッシング面となっている。ドレッサーは、その軸心を中心に回転しながら、研磨パッドの研磨面を押圧し、この状態で研磨面上を移動する。回転するドレッサーは研磨パッドの研磨面を僅かに削り取り、これにより研磨パッドの研磨面が再生される。
【０００４】
ドレッサーにより単位時間当たりに削り取られる研磨パッドの量（厚さ）は、カットレートと呼ばれる。このカットレートは、研磨パッドの研磨面の全体において均一であることが望ましい。理想的な研磨面を得るためには、パッドコンディショニングのレシピチューニングを行うことが必要とされる。このレシピチューニングでは、ドレッサーの回転速度および移動速度、ドレッサーの研磨パッドに対する荷重などが調整される。
【０００５】
パッドコンディショニングが正しく行われている否かは、研磨面全体に亘って均一なカットレートが達成されているか否かに基づいて評価される。レシピチューニングでは、実際に研磨パッドをドレッサーにより数時間コンディショニングし、その研磨パッドのプロファイル（研磨面の断面形状）を取得する。カットレートは、取得されたプロファイルと、初期のプロファイルと、コンディショニング時間とから算出することができる。
【０００６】
研磨パッドのプロファイルは、研磨パッドを研磨テーブルから剥がし、研磨パッドの厚さを複数の測定点で計測することにより取得される。しかしながら、均一なカットレートが得られるまでこれらの作業が繰り返されるため、レシピチューニングには多くの研磨パッドが消費される。基板のサイズが大きくなるにつれて、研磨パッドのサイズも大きくなり、結果として、研磨パッドの単価も高くなる。したがって、パッドコンディショニングのレシピチューニングは、多くの時間を必要とするだけでなく、多くのコストを必要とする。
【０００７】
パッドコンディショニングの目的は、研磨パッドの研磨面を再生し、かつ平坦な研磨面を形成することである。しかしながら、研磨パッドのコンディショニング中に、ドレッサーが研磨パッドの研磨面に引っ掛かり（つまずき）、研磨パッドを局所的に大きく削り取ってしまうことがある。研磨パッドの研磨面が平坦でないと、基板の表面を平坦に研磨することが困難となり、結果として製品の歩留まりが低下してしまう。
【０００８】
製品の歩留まりの低下を防ぐためには、研磨パッドのプロファイルを知る必要がある。しかしながら、研磨パッドのプロファイルの取得には、上述した作業が伴うため、多くの時間とコストがかかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第４２５９０４８号公報
【特許文献２】特開２００６−２５５８５１号公報
【特許文献３】特開２００８−２０７３２０号公報
【特許文献４】特開２００８−２４６６１９号公報
【特許文献５】特開２００９−１４８８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上述した従来の問題点を解決するためになされたものであり、研磨パッドのコンディショニングのレシピチューニングに費やされるコストおよび時間を大幅に低減し、研磨パッドを研磨テーブルから剥がすことなく研磨パッドの研磨面を監視することができる方法およ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】
【００１１】
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、研磨装置に使用される研磨パッドの研磨面を監視する方法であって、回転するドレッサーを前記研磨パッドの研磨面上を揺動させて該研磨面をコンディショニングし、前記研磨面のコンディショニング中に、前記研磨面に接する前記ドレッサーの上下方向の位置から前記研磨面の高さを測定し、前記研磨面上に定義された二次元平面上における前記ドレッサーの中心位置を求めることにより、前記二次元平面上における、前記研磨面の高さの測定点の位置を算出し、前記研磨面の高さの測定と前記測定点の位置の算出を繰り返して、前記研磨面内における高さ分布を生成し、前記研磨面の高さの測定値の所定時間当たりの変化量を算出し、前記変化量が所定のしきい値を超えたときに取得された測定値に対応する前記二次元平面上の位置に異常検知点をプロットして前記研磨面の高さの異常検知点分布を生成することを特徴とする。
【００１２】
本発明の好ましい態様は、前記異常検知点分布から、前記研磨面上の予め定められた複数の領域において前記研磨面の高さの異常発生密度を算出し、前記複数の領域のうちの少なくも１つにおいて前記異常発生密度が所定の値に達したときに前記研磨パッドのコンディショニングが異常であると決定することを特徴とする。
【００１３】
本発明の他の態様は、研磨装置に使用される研磨パッドの研磨面を監視する方法であって、回転するドレッサーを前記研磨パッドの研磨面上を揺動させて該研磨面をコンディショニングし、前記研磨面のコンディショニング中に、前記研磨面に接する前記ドレッサーの上下方向の位置から前記研磨面の高さを測定し、前記研磨面上に定義された二次元平面上における前記ドレッサーの中心位置を求めることにより、前記二次元平面上における、前記研磨面の高さの測定点の位置を算出し、前記研磨面の高さの測定と前記測定点の位置の算出を繰り返して、前記研磨面内における高さ分布を生成し、前記研磨面の高さの複数の測定値を計測時間軸に沿って並べることで該複数の測定値からなる測定波形を形成し、前記測定波形から前記ドレッサーの回転に起因する振動成分を抽出してモニタリング波形を形成し、前記モニタリング波形の振幅が所定の大きさを超えたときに取得された測定値に対応する前記二次元平面上の位置に異常検知点をプロットして前記研磨面の高さの異常検知点分布を生成することを特徴とする。
【００１４】
本発明の好ましい態様は、前記モニタリング波形を形成する工程は、前記測定波形にバンドパスフィルターを適用して、前記ドレッサーの回転に起因する振動成分を抽出する工程を含むことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記モニタリング波形を形成する工程は、前記測定波形にバンドエリミネーションフィルターを適用して、前記ドレッサーの揺動に起因する振動成分を除去する工程を含むことを特徴とする。
【００１５】
本発明の他の態様は、研磨装置に使用される研磨パッドの研磨面を監視する方法であって、回転するドレッサーを前記研磨パッドの研磨面上を揺動させて該研磨面をコンディショニングし、前記研磨面のコンディショニング中に、前記研磨面に接する前記ドレッサーの上下方向の位置から前記研磨面の高さを測定し、前記研磨面上に定義された二次元平面上における前記ドレッサーの中心位置を求めることにより、前記二次元平面上における、前記研磨面の高さの測定点の位置を算出し、前記研磨面の高さの測定と前記測定点の位置の算出を繰り返して、前記研磨面内における高さ分布を生成し、前記研磨面の高さの測定値の所定時間当たりの変化量を算出し、前記変化量が所定のしきい値を超えたときに取得された測定値に対応する前記二次元平面上の位置に異常検知点をプロットして前記研磨面の高さの異常検知点分布を生成し、前記異常検知点分布から、前記研磨面上の予め定められた複数の領域において前記研磨面の高さの異常発生密度を算出し、前記複数の領域のうちの少なくも１つにおいて前記異常発生密度が所定の値に達したときに前記研磨パッドのコンディショニングが異常であると決定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記異常発生密度を色の濃淡で前記二次元平面上に表すことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記複数の領域のうちの少なくも１つにおいて前記異常発生密度が所定の値に達したときに前記研磨パッドのコンディショニングが異常であることを示す信号を発生することを特徴とする。
【００１６】
本発明の他の態様は、研磨装置に使用される研磨パッドの研磨面を監視する装置であって、前記研磨パッドの研磨面上を揺動しながら該研磨面をコンディショニングする回転可能なドレッサーと、前記研磨面のコンディショニング中に、前記研磨面に接する前記ドレッサーの上下方向の位置から前記研磨面の高さを測定するパッド高さセンサと、前記研磨パッドの研磨面が平坦であるか否かを監視するパッド監視装置とを備え、前記パッド監視装置は、前記研磨面上に定義された二次元平面上における前記ドレッサーの中心位置を求めることにより、前記二次元平面上における、前記研磨面の高さの測定点の位置を算出する位置算出器と、前記研磨面の高さの測定値と前記測定点の位置から、前記研磨面内における高さ分布を生成するパッド高さ分析器と、前記高さの分布から前記研磨面の高さの異常検知点分布を生成する異常点分布生成器とを備え、前記異常点分布生成器は、前記研磨面の高さの測定値の所定時間当たりの変化量を算出し、前記変化量が所定のしきい値を超えたときに取得された測定値に対応する前記二次元平面上の位置に異常検知点をプロットすることにより前記異常検知点分布を生成することを特徴とする。
本発明の他の態様は、研磨装置に使用される研磨パッドの研磨面を監視する装置であって、前記研磨パッドの研磨面上を揺動しながら該研磨面をコンディショニングする回転可能なドレッサーと、前記研磨面のコンディショニング中に、前記研磨面に接する前記ドレッサーの上下方向の位置から前記研磨面の高さを測定するパッド高さセンサと、前記研磨パッドの研磨面が平坦であるか否かを監視するパッド監視装置とを備え、前記パッド監視装置は、前記研磨面上に定義された二次元平面上における前記ドレッサーの中心位置を求めることにより、前記二次元平面上における、前記研磨面の高さの測定点の位置を算出する位置算出器と、前記研磨面の高さの測定値と前記測定点の位置から、前記研磨面内における高さ分布を生成するパッド高さ分析器と、前記高さの分布から前記研磨面の高さの異常検知点分布を生成する異常点分布生成器とを備え、前記異常点分布生成器は、前記研磨面の高さの複数の測定値を計測時間軸に沿って並べることで該複数の測定値からなる測定波形を形成し、前記測定波形から前記ドレッサーの回転に起因する振動成分を抽出してモニタリング波形を形成し、前記モニタリング波形の振幅が所定の大きさを超えたときに取得された測定値に対応する前記二次元平面上の位置に異常検知点をプロットすることにより前記異常検知点分布を生成することを特徴とする。
本発明の他の態様は、研磨装置に使用される研磨パッドの研磨面を監視する装置であって、前記研磨パッドの研磨面上を揺動しながら該研磨面をコンディショニングする回転可能なドレッサーと、前記研磨面のコンディショニング中に、前記研磨面に接する前記ドレッサーの上下方向の位置から前記研磨面の高さを測定するパッド高さセンサと、前記研磨パッドの研磨面が平坦であるか否かを監視するパッド監視装置とを備え、前記パッド監視装置は、前記研磨面上に定義された二次元平面上における前記ドレッサーの中心位置を求めることにより、前記二次元平面上における、前記研磨面の高さの測定点の位置を算出する位置算出器と、前記研磨面の高さの測定値と前記測定点の位置から、前記研磨面内における高さ分布を生成するパッド高さ分析器と、前記高さの分布から前記研磨面の高さの異常検知点分布を生成する異常点分布生成器とを備え、前記異常点分布生成器は、前記パッド高さセンサが前記研磨面の高さの測定を繰り返すことにより得られた２つの測定値の差分を算出し、前記差分が所定のしきい値を超えたときに取得された測定値に対応する前記二次元平面上の位置に異常検知点をプロットすることにより前記異常検知点分布を生成し、前記異常検知点分布から、前記研磨面上の予め定められた複数の領域において前記研磨面の高さの異常発生密度を算出し、前記複数の領域のうちの少なくも１つにおいて前記異常発生密度が所定の値に達したときに前記研磨パッドのコンディショニングが異常であると決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、研磨パッドのコンディショニング中に、研磨パッドの研磨面の高さを二次元平面上に表すことができるので、研磨面のリアルタイム監視が可能となる。したがって、研磨パッドを剥がす必要がなく、パッドコンディショニングのレシピチューニングの時間およびコストを大幅に低減することができる。さらに、二次元平面上に表された研磨面の高さから、研磨面の平坦度が分かるので、研磨面の平坦度が失われる前に、研磨パッドを新しい研磨パッドに交換することができる。その結果、製品の歩留まりの低下を未然に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】基板を研磨する研磨装置を示す模式図である。
【図２】研磨パッドとドレッサーを模式的に示す平面図である。
【図３】図３（ａ）は、研磨面の高さを２０秒間測定して得られた高さ分布を示し、図３（ｂ）は、研磨面の高さを６００秒間測定して得られた高さ分布を示す。
【図４】図４（ａ）は、平坦な研磨面をコンディショニングしているときのパッド高さセンサの出力信号を示すグラフであり、図４（ｂ）は、平坦でない研磨面をコンディショニングしているときのパッド高さセンサの出力信号を示すグラフである。
【図５】判定器の一例を示すブロック図である。
【図６】抽出器から出力されたモニタリング波形を示すグラフである。
【図７】判定器の他の例を示すブロック図である。
【図８】判定器のさらに他の例を示すブロック図である。
【図９】判定器のさらに他の例を示すブロック図である。
【図１０】判定器のさらに他の例を示すブロック図である。
【図１１】パッド監視装置の一例を示す模式図である。
【図１２】研磨面のコンディショニングが正常に行われているときに得られた異常検知点の分布を示す図である。
【図１３】研磨面のコンディショニングが正常に行われていないときに得られた異常検知点の分布を示す図である。
【図１４】Ｘ−Ｙ回転座標系上に定義された複数の領域を示す図である。
【図１５】パッド監視装置の他の例を示す模式図である。
【図１６】研磨パッド上に定義されたＸ−Ｙ回転座標系上のサンプリング領域を示す図である。
【図１７】表示器に表示された研磨パッドのＸ軸プロファイルおよびＹ軸プロファイルを示す図である。
【図１８】研磨パッドのコンディショニングが正常に行われているときのＹ軸プロファイルの時間変化を示す図である。
【図１９】研磨パッドのコンディショニングが正常に行われていないときのＹ軸プロファイルの時間変化を示す図である。
【図２０】初期プロファイルと、所定時間経過後のプロファイルを示す図である。
【図２１】図２０に示すプロファイルから求められたカットレートを示す図である。
【図２２】研磨パッドのコンディショニングが正常に行われているときのＸ軸カットレートおよびＹ軸カットレートを示す図である。
【図２３】研磨パッドのコンディショニングが正常に行われていないときのＸ軸カットレートおよびＹ軸カットレートを示す図である。
【図２４】ドレッサーを間欠的に移動させるコンディショニング方法を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、半導体ウェハなどの基板を研磨する研磨装置を示す模式図である。図１に示すように、研磨装置は、研磨パッド２２を保持する研磨テーブル１２と、研磨パッド２２上に研磨液を供給する研磨液供給ノズル５と、基板Ｗを研磨するための研磨ユニット１と、基板Ｗの研磨に使用される研磨パッド２２をコンディショニング（ドレッシング）するドレッシングユニット２とを備えている。研磨ユニット１およびドレッシングユニット２は、ベース３上に設置されている。
【００２０】
研磨ユニット１は、トップリングシャフト１８の下端に連結されたトップリング２０を備えている。トップリング２０は、その下面に基板Ｗを真空吸着により保持するように構成されている。トップリングシャフト１８は、図示しないモータの駆動により回転し、このトップリングシャフト１８の回転により、トップリング２０および基板Ｗが回転する。トップリングシャフト１８は、図示しない上下動機構（例えば、サーボモータおよびボールねじなどから構成される）により研磨パッド２２に対して上下動するようになっている。
【００２１】
研磨テーブル１２は、その下方に配置されるモータ１３に連結されている。研磨テーブル１２は、その軸心周りにモータ１３によって回転される。研磨テーブル１２の上面には研磨パッド２２が貼付されており、研磨パッド２２の上面が基板Ｗを研磨する研磨面２２ａを構成している。
【００２２】
基板Ｗの研磨は次のようにして行われる。トップリング２０および研磨テーブル１２をそれぞれ回転させ、研磨パッド２２上に研磨液を供給する。この状態で、基板Ｗを保持したトップリング２０を下降させ、基板Ｗを研磨パッド２２の研磨面２２ａに押し付ける。基板Ｗと研磨パッド２２とは研磨液の存在下で互いに摺接され、これにより基板Ｗの表面が研磨され、平坦化される。
【００２３】
ドレッシングユニット２は、研磨パッド２２の研磨面２２ａに接触するドレッサー５０と、ドレッサー５０に連結されたドレッサーシャフト５１と、ドレッサーシャフト５１の上端に設けられたエアシリンダ５３と、ドレッサーシャフト５１を回転自在に支持するドレッサーアーム５５とを備えている。ドレッサー５０の下部はドレスディスク５０ａにより構成され、このドレスディスク５０ａの下面にはダイヤモンド粒子が固定されている。
【００２４】
ドレッサーシャフト５１およびドレッサー５０は、ドレッサーアーム５５に対して上下動可能となっている。エアシリンダ５３は、研磨パッド２２へのドレッシング荷重をドレッサー５０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５３に供給される空気圧により調整することができる。
【００２５】
ドレッサーアーム５５はモータ５６に駆動されて、支軸５８を中心として揺動するように構成されている。ドレッサーシャフト５１は、ドレッサーアーム５５内に設置された図示しないモータにより回転し、このドレッサーシャフト５１の回転により、ドレッサー５０がその軸心周りに回転する。エアシリンダ５３は、ドレッサーシャフト５１を介してドレッサー５０を所定の荷重で研磨パッド２２の研磨面２２ａに押圧する。
【００２６】
研磨パッド２２の研磨面２２ａのコンディショニングは次のようにして行われる。研磨テーブル１２および研磨パッド２２をモータ１３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２２の研磨面２２ａに供給する。さらに、ドレッサー５０をその軸心周りに回転させる。ドレッサー５０はエアシリンダ５３により研磨面２２ａに押圧され、ドレスディスク５０ａの下面を研磨面２２ａに摺接させる。この状態で、ドレッサーアーム５５を揺動させ、研磨パッド２２上のドレッサー５０を研磨パッド２２の略半径方向に移動させる。研磨パッド２２は、回転するドレッサー５０により削り取られ、これにより研磨面２２ａのコンディショニングが行われる。
【００２７】
ドレッサーアーム５５には、研磨面２２ａの高さを測定するパッド高さセンサ４０が固定されている。また、ドレッサーシャフト５１には、パッド高さセンサ４０に対向してセンサターゲット４１が固定されている。センサターゲット４１は、ドレッサーシャフト５１およびドレッサー５０と一体に上下動し、一方、パッド高さセンサ４０の上下方向の位置は固定されている。パッド高さセンサ４０は変位センサであり、センサターゲット４１の変位を測定することで、研磨面２２ａの高さ（研磨パッド２２の厚さ）を間接的に測定することができる。センサターゲット４１はドレッサー５０に連結されているので、パッド高さセンサ４０は、研磨パッド２２のコンディショニング中に研磨面２２ａの高さを測定することができる。
【００２８】
パッド高さセンサ４０は、研磨面２２ａに接するドレッサー５０の上下方向の位置から研磨面２２ａを間接的に測定する。したがって、ドレッサー５０の下面（ドレッシング面）が接触している研磨面２２ａの高さの平均がパッド高さセンサ４０によって測定される。パッド高さセンサ４０としては、リニアスケール式センサ、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のあらゆるタイプのセンサを用いることができる。
【００２９】
パッド高さセンサ４０は、パッド監視装置６０に接続されており、パッド高さセンサ４０の出力信号（すなわち、研磨面２２ａの高さの測定値）がパッド監視装置６０に送られるようになっている。パッド監視装置６０は、研磨面２２ａの高さの測定値から、研磨パッド２２のプロファイル（研磨面２２ａの断面形状）を取得し、さらに研磨パッド２２のコンディショニングが正しく行われているか否かを判定する機能を備えている。
【００３０】
研磨装置は、研磨テーブル１２および研磨パッド２２の回転角度を測定するテーブルロータリエンコーダ３１と、ドレッサー５０の揺動角度を測定するドレッサーロータリエンコーダ３２とを備えている。これらテーブルロータリエンコーダ３１およびドレッサーロータリエンコーダ３２は、角度の絶対値を測定するアブソリュートエンコーダである。
【００３１】
図２は、研磨パッド２２とドレッサー５０を模式的に示す平面図である。図２において、ｘ−ｙ座標系はベース３（図１参照）上に定義された固定座標系であり、Ｘ−Ｙ座標系は研磨パッド２２の研磨面２２ａ上に定義された回転座標系である。図２に示すように、研磨テーブル１２およびその上の研磨パッド２２はｘ−ｙ固定座標系の原点Ｏを中心として回転する。一方、ドレッサー５０はｘ−ｙ固定座標系上の所定の点Ｃを中心として所定の角度だけ回転する（すなわち揺動する）。この点Ｃの位置は図１に示す支軸５８の中心位置に相当する。
【００３２】
研磨テーブル１２と支軸５８の相対位置は固定であるから、ｘ−ｙ固定座標系上の点Ｃの座標は必然的に決定される。点Ｃを中心とするドレッサー５０の揺動角度θは、ドレッサーアーム５５の揺動角度であり、この揺動角度θはドレッサーロータリエンコーダ３２により計測される。研磨パッド２２（研磨テーブル１２）の回転角度αは、ｘ−ｙ固定座標系の座標軸とＸ−Ｙ回転座標系の座標軸とがなす角度であり、この回転角度αはテーブルロータリエンコーダ３１により計測される。
【００３３】
ドレッサー５０とその揺動中心点Ｃとの距離Ｒは、研磨装置の設計から定まる既知の値である。ｘ−ｙ固定座標系上のドレッサー５０の中心の座標は、点Ｃの座標と、距離Ｒと、角度θとから決定することができる。さらに、Ｘ−Ｙ回転座標系上のドレッサー５０の中心の座標は、ｘ−ｙ固定座標系上のドレッサー５０の中心の座標と、研磨パッド２２の回転角度αとから決定することができる。固定座標系上の座標から回転座標系上の座標への変換は、公知の三角関数と四則演算を用いて行うことができる。
【００３４】
テーブルロータリエンコーダ３１およびドレッサーロータリエンコーダ３２は、パッド監視装置６０に接続されており、回転角度αの測定値および揺動角度θの測定値はパッド監視装置６０に送られるようになっている。パッド監視装置６０には、上述したドレッサー５０と点Ｃとの距離Ｒおよび研磨テーブル１２に対する支軸５８の相対位置が予め記憶されている。
【００３５】
パッド監視装置６０は、回転角度αおよび揺動角度θから上述のようにしてＸ−Ｙ回転座標系上のドレッサー５０の中心の座標を算出する。Ｘ−Ｙ回転座標系は、研磨面２２ａ上に定義された二次元平面である。すなわち、Ｘ−Ｙ回転座標系上のドレッサー５０の座標は、研磨面２２ａに対するドレッサー５０の相対位置を示す。このように、ドレッサー５０の位置は、研磨面２２ａに定義された二次元平面上の位置として表される。
【００３６】
パッド高さセンサ４０は、ドレッサー５０による研磨パッド２２のコンディショニング中に、所定の時間間隔で研磨面２２ａの高さを測定するように構成されている。そして、パッド高さセンサ４０によって研磨面２２ａの高さが測定されるたびに、その測定値はパッド監視装置６０に送られる。パッド監視装置６０では、各測定値は、Ｘ−Ｙ回転座標系上の測定点の座標（すなわち、ドレッサー５０の中心の位置）と関連付けられる。この座標は、研磨パッド２２上の測定点の位置を示している。各測定値および関連付けられた測定点の位置は、パッド監視装置６０に記憶される。
【００３７】
さらに、パッド監視装置６０は、測定点を、研磨パッド２２上に定義されたＸ−Ｙ回転座標系上にプロットし、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すような高さ分布を生成する。図３（ａ）は、研磨面２２ａの高さを２０秒間測定して得られた高さ分布を示し、図３（ｂ）は、研磨面２２ａの高さを６００秒間測定して得られた高さ分布を示す。高さ分布とは、研磨パッド２２の研磨面の高さの分布である。図３（ａ）および図３（ｂ）に示す高さ分布に現れている各測定点は、研磨面２２ａの高さおよび測定点の位置に関する情報を有している。したがって、高さ分布から、研磨パッド２２のプロファイルを取得することが可能である。
【００３８】
研磨パッド２２のコンディショニングが正しく行われていないと、研磨パッド２２がドレッサー５０により局所的に削られてしまい、研磨面２２ａの平坦度が失われてしまう。そこで、パッド監視装置６０は、パッド高さセンサ４０の出力信号に基づいて、研磨面２２ａが平坦であるか否か、すなわち研磨パッド２２のコンディショニングが正しく行われているか否かを監視する。
【００３９】
パッド監視装置６０は、パッド高さセンサ４０から送られる測定値を計測時間軸に沿って並べ、研磨面２２ａの高さの経時的な変化を示すグラフを作成する。図４（ａ）は、平坦な研磨面２２ａをコンディショニングしているときのパッド高さセンサ４０の出力信号を示すグラフであり、図４（ｂ）は、平坦でない研磨面２２ａをコンディショニングしているときのパッド高さセンサ４０の出力信号を示すグラフである。図４（ａ）および図４（ｂ）のグラフにおいて、縦軸は研磨面２２ａの高さを表し、横軸は研磨面２２ａの高さの計測時間を表している。
【００４０】
計測時間軸に沿って並べられた測定値は、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、波形を形成する。この波形は、複数の測定値から構成される測定波形である。図４（ａ）および図４（ｂ）から分かるように、波形には、２つの異なる周期Ｔ１，Ｔ２を持つ振動成分が含まれている。長い周期Ｔ１を持つ振動成分は、研磨面２２ａとドレッサーアーム５５の揺動平面との間の平行度に起因するものであり、周期Ｔ１はドレッサー５０の揺動周期に相当する。パッド高さセンサ４０の出力信号は、ドレッサー５０が研磨パッド２２の外周部に位置したときに高くなることがグラフから分かる。これは、研磨パッド２２の中心部よりも外周部でドレッサー５０が研磨パッド２２に引っ掛かりやすい（つまずきやすい）ことを示している。
【００４１】
短い周期Ｔ２は、ドレッサー５０の回転周期に相当する。この周期Ｔ２を持つ振動成分は、研磨テーブル１２の回転速度とドレッサー５０の回転速度が不一致であるが、比較的近いことに起因する。図４（ａ）に示すグラフでは、短い周期Ｔ２を持つ振動成分の振幅は、長い周期Ｔ１を持つ振動成分の振幅とほぼ同じである。これに対し、図４（ｂ）に示すグラフでは、短い周期Ｔ２を持つ振動成分の振幅は、長い周期Ｔ１を持つ振動成分の振幅よりも大きくなる。このことから、研磨パッド２２の研磨面２２ａの平坦度が失われるに従って、短い周期Ｔ２を持つ振動成分の振幅が大きくなることが分かる。
【００４２】
そこで、パッド監視装置６０は、パッド高さセンサ４０から得られた研磨面２２ａの高さの測定値に基づいて、コンディショニングされている研磨パッド２２の研磨面２２ａが平坦であるか否かを決定する。パッド監視装置６０は、研磨面２２ａの高さの測定値の時間変化を示す測定波形の振幅に基づいて、研磨パッド２２の研磨面２２ａが平坦であるか否かを判定する判定器７０を有している。この判定器７０は、測定波形の振幅があるしきい値を上回ったときは、研磨面２２ａが平坦でないと判定する。
【００４３】
図５は、判定器７０の一例を示すブロック図である。判定器７０は、測定波形から周期Ｔ２の振動成分を抽出する抽出器７２を備えている。この抽出器７２は、パッド高さセンサ４０から送られる複数の測定値を計測時間軸に沿って並べて測定波形を形成し、この測定波形から周期Ｔ２の振動成分を抽出してモニタリング波形を形成するように構成されている。周期Ｔ２の振動成分の抽出には、バンドパスフィルターを使用することができる。バンドパスフィルターの通過帯域は、周期Ｔ２の逆数である。周期Ｔ２は、上述したように、ドレッサー５０の回転周期に相当するから、バンドパスフィルターの通過帯域はドレッサー５０の回転速度により与えられる。判定器７０は、モニタリング波形の振幅が所定のしきい値よりも大きいか否かを決定する比較器７４Ａをさらに備えている。
【００４４】
図６は、抽出器７２から出力されたモニタリング波形を示すグラフである。図６から分かるように、モニタリング波形には、周期Ｔ２を持つ振動成分のみが現れている。したがって、比較器７４Ａは、周期Ｔ２を持つ振動成分の振幅と所定のしきい値とを比較することができる。なお、測定波形に周期Ｔ１を持つ振動成分が現れていない場合には、抽出器７２を省略してもよい。
【００４５】
図７は、判定器７０の他の例を示すブロック図である。判定器７０は、測定波形から周期Ｔ１の振動成分を除去する除去器７５を備えている。この除去器７５は、パッド高さセンサ４０から送られる複数の測定値を計測時間軸に沿って並べて測定波形を形成し、この測定波形から周期Ｔ１の振動成分を除去してモニタリング波形を形成するように構成されている。周期Ｔ１の振動成分の除去には、バンドエリミネーションフィルターを使用することができる。バンドエリミネーションフィルターの阻止帯域は、周期Ｔ１の逆数である。周期Ｔ１は、上述したように、ドレッサー５０の揺動周期に相当するから、バンドエリミネーションフィルターの阻止帯域はドレッサー５０の揺動周期により与えられる。
【００４６】
判定器７０は、モニタリング波形の振幅が所定のしきい値よりも大きいか否かを決定する比較器７４Ｂをさらに備えている。除去器７５から出力されるモニタリング波形は、図６に示す波形と実質的に同様の波形である。したがって、比較器７４Ｂは、周期Ｔ２を持つ振動成分の振幅を所定のしきい値と比較することができる。なお、測定波形に周期Ｔ１を持つ振動成分が現れていない場合には、除去器７５を省略してもよい。
【００４７】
図８は、判定器７０のさらに他の例を示すブロック図である。判定器７０は、研磨面２２ａの高さの測定値の所定時間当たりの変化量（絶対値）を計算する微分器７６と、得られた変化量が所定のしきい値よりも大きいか否かを決定する比較器７４Ｃとを備えている。微分器７６に使用される所定時間としては、例えば、パッド高さセンサ４０の計測時間間隔が使用される。微分器７６は、パッド高さセンサ４０から測定値を受け取るたびに、所定時間当たりの測定値の変化量を計算する。
【００４８】
図９は、判定器７０の他の例を示すブロック図である。判定器７０は、研磨面２２ａの高さの２つの測定値の差分（絶対値）を計算する差分計算器７７と、得られた差分が所定のしきい値よりも大きいか否かを決定する比較器７４Ｄとを備えている。差分計算器７７は、パッド高さセンサ４０から測定値を受け取るたびに、最新の２つの測定値の差分を計算する。
【００４９】
図１０は、判定器７０のさらに他の例を示すブロック図である。判定器７０は、研磨面２２ａの高さの測定値と予め定められた基準値との差分（絶対値）を算出する差分計算器７８と、得られた差分が所定のしきい値よりも大きいか否かを決定する比較器７４Ｅとを備えている。差分計算器７８に使用される所定の基準値としては、例えば、研磨面２２ａの初期の高さの計測値を用いることができる。差分計算器７８は、パッド高さセンサ４０から測定値を受け取るたびに、上記差分を算出する。
【００５０】
図１１は、パッド監視装置６０の一例を示す模式図である。図１１に示すように、パッド監視装置６０は、研磨パッド２２上のドレッサー５０の位置を算出する位置算出器８１と、ドレッサー５０の位置および研磨面２２ａの高さの測定値を互いに関連付けて記憶する測定データメモリ８２と、図５，図７，図８，図９，および図１０のうちのいずれか１つに記載された判定器７０と、測定値およびドレッサー５０の位置から、研磨面２２ａの高さの分布を示す高さ分布（図３（ａ）および図３（ｂ）参照）を生成するパッド高さ分析器８３とを備えている。
【００５１】
位置算出器８１は、上述したように、研磨面２２ａ上に定義されたＸ−Ｙ回転座標系である二次元平面上のドレッサー５０の位置を算出する。ドレッサー５０の位置は、研磨面２２ａの高さが測定された測定点の位置である。この測定点の位置は、その測定点における測定値と関連付けられる。さらに、その測定値が取得された時間が、その測定値および測定点の位置に関連付けられる。これらの測定値、測定点の位置、および測定時間は、１組の測定データとして測定データメモリ８２に記憶される。
【００５２】
位置算出器８１には、研磨テーブル１２およびドレッシングユニット２の構造から定まる定数が予め記憶されている。この定数は、研磨装置のベース３上に定義されたｘ−ｙ固定座標系上の座標を、研磨パッド２２上に定義されたＸ−Ｙ回転座標系上の座標に変換するために必要な定数であり、具体的には、図２に示す、ドレッサー５０とその揺動中心点Ｃとの距離Ｒ、および研磨テーブル１２の中心点Ｏに対するドレッサー５０の揺動中心点Ｃの相対位置である。
【００５３】
パッド監視装置６０は、研磨面２２ａが平坦でない位置を示す異常検知点の分布を生成する異常点分布生成器８５をさらに有している。判定器７０によって研磨面２２ａが平坦でないと判定されると、異常点分布生成器８５は、研磨面２２ａ上に定義された二次元平面（Ｘ−Ｙ回転座標系）上に異常検知点をプロットする。異常検知点がプロットされる位置は、研磨面２２ａが平坦でないと判定された測定点の位置である。異常検知点の分布は、表示器８６に表示されるようになっている。
【００５４】
図１２は、研磨面２２ａのコンディショニングが正常に行われているときに得られた異常検知点の分布を示す図である。図１２には、６００秒ごとに取得された異常検知点の分布が示されている。図１２に示すように、研磨面２２ａのコンディショニングが正常であるときは、研磨面２２ａが平坦に保たれる。したがって、Ｘ−Ｙ回転座標系には異常検知点は現れない。一方、図１３は、研磨面２２ａのコンディショニングが正常に行われていないときに得られた異常検知点の分布を示す図である。図１３に示すように、研磨面２２ａのコンディショニングが正常に行われていないときは、研磨面２２ａの平坦度が時間と共に失われていく。その結果、Ｘ−Ｙ回転座標系には異常検知点が現れる。このように、研磨面２２ａ上に定義された二次元平面上に現れる異常検知点から、研磨面２２ａのコンディショニングが正常に行われているか否かが分かる。
【００５５】
異常点分布生成器８５は、二次元平面上に現れた異常検知点の密度を計算する機能をさらに備えている。異常点分布生成器８５は、二次元平面内の複数の領域内において異常発生密度を計算し、各領域において異常発生密度が所定の値を超えたか否かを決定する。この領域は、研磨面２２ａ上のＸ−Ｙ回転座標系上に予め定義された格子状の領域である。
【００５６】
図１４は、Ｘ−Ｙ回転座標系上に定義された複数の領域を示す図である。異常検知点の密度は、各領域９０での異常検知点の数を領域９０の面積で割ることにより求めることができる。図１４の符号９０’で示す領域は、異常検知点の密度が所定の値に達した領域を示している。図１４に示すように、異常検知点の密度が所定の値に達した領域に色を付けることが好ましい。異常点分布生成器８５は、少なくとも１つの領域９０において異常検知点の密度が所定の値を超えたときには、研磨面２２ａのコンディショニングが正常に行われていないことを示す信号を出力する。
【００５７】
このように、研磨面２２ａの高さの異常領域を二次元平面上に現すことができるので、研磨面２２ａの平坦度が失われる前に、研磨パッドを新たな研磨パッドに交換することができる。したがって、製品の歩留まりの低下を未然に防ぐことができる。さらに、研磨パッド２２のコンディショニングが正常に行われているか否かを、研磨パッド２２のコンディショニング中に知ることができる。異常検知点の発生を視覚的に認識しやすくするために、異常検知点の密度を色の濃淡で表すことが好ましい。さらに、領域ごとに研磨面２２ａの高さの平均を算出し、必要に応じてこれを表示器８６に表示することが好ましい。
【００５８】
図１５は、パッド監視装置６０の他の例を示す模式図である。図１５に示すように、パッド監視装置６０は、上述した位置算出器８１と、測定データメモリ８２と、パッド高さ分析器８３と、パッド高さ分析器８３で得られた高さ分布から研磨パッド２２のプロファイルを取得するパッドプロファイル生成器９５とを備えている。この例では、上述した判定器７０および異常点分布生成器８５は設けられていないが、これら判定器７０および異常点分布生成器８５を図１５に示すパッド監視装置６０に設けてもよい。
【００５９】
パッドプロファイル生成器９５は、Ｘ−Ｙ回転座標系のＸ軸およびＹ軸上を延びる所定のサンプリング領域内にある測定点の測定値をＸ軸およびＹ軸に沿って並べることで、研磨パッド２２のＸ軸プロファイルおよびＹ軸プロファイルを生成する。図１６は、研磨パッド２２上に定義されたＸ−Ｙ回転座標系上のサンプリング領域を示す図である。図１６において、符号１００ＡがＸ軸上を延びるサンプリング領域を表し、符号１００ＢがＹ軸上を延びるサンプリング領域を表している。これらのサンプリング領域１００Ａ，１００Ｂは、ある程度の幅ｄを有しており、この幅ｄはドレッサー５０の直径と同じ程度であることが好ましい。これは、研磨パッド２２のプロファイルを作成するために十分な数の測定値を確保するためである。
【００６０】
パッドプロファイル生成器９５は、サンプリング領域１００Ａ，１００Ｂ内にある測定値を抽出し、研磨パッド２２のＸ軸プロファイルおよびＹ軸プロファイルを生成する。生成されたＸ軸プロファイルおよびＹ軸プロファイルは、表示器８６に表示される。図１７は、Ｘ軸プロファイルおよびＹ軸プロファイルを示す図である。Ｘ軸プロファイルは、Ｘ軸に沿った研磨面２２ａの高さ、すなわちＸ軸に沿った研磨面２２ａの断面形状を表す。Ｙ軸プロファイルは、Ｙ軸に沿った研磨面２２ａの高さ、すなわちＹ軸に沿った研磨面２２ａの断面形状を表す。これらプロファイルは、研磨パッド２２のコンディショニング中に表示器８６に表示することができる。取得されたプロファイルは、図１５に示すパッドプロファイルメモリ９６に記憶される。
【００６１】
図１８は、研磨パッド２２のコンディショニングが正常に行われているときの研磨パッド２２のＹ軸プロファイルの時間変化を示す図である。図１８から分かるように、研磨パッド２２のコンディショニングが正常に行われているときは、研磨面２２ａが平坦に維持される。図１９は、研磨パッド２２のコンディショニングが正常に行われていないときの研磨パッド２２のＹ軸プロファイルの時間変化を示す図である。図１９から分かるように、研磨パッド２２のコンディショニングが正常に行われていないときは、時間の経過とともに研磨面２２ａの平坦度が失われる。
【００６２】
パッドプロファイル生成器９５は、Ｘ軸プロファイルおよびＹ軸プロファイルから、研磨パッド２２のＸ軸カットレートおよびＹ軸カットレートを計算する機能をさらに有している。図２０は、初期プロファイルと、所定時間経過後のプロファイルを示す図であり、図２１は、図２０に示すプロファイルから求められたカットレートを示す図である。Ｘ軸カットレートおよびＹ軸カットレートは、次のようにして算出される。初期のＸ軸プロファイルおよび初期のＹ軸プロファイル上のデータと、ある時間が経過した後に取得されたＸ軸プロファイルおよびＹ軸プロファイル上のデータをパッドプロファイルメモリ９６から読み出し、対応する位置での研磨面２２ａの高さの差を計算し、得られた差を経過時間で割ることによりＸ軸カットレートおよびＹ軸カットレートが求められる。
【００６３】
図２１に示すように、Ｘ軸カットレートおよびＹ軸カットレートは、カットレートを縦軸、研磨パッド上の半径方向の位置を横軸とするグラフ上に表される。パッドプロファイル生成器９５によって生成されたＸ軸カットレートおよびＹ軸カットレートは、表示器８６に表示されるようになっている。
【００６４】
図２２は、研磨パッド２２のコンディショニングが正常に行われているときのＸ軸カットレートおよびＹ軸カットレートを示す図である。図２２から分かるように、研磨パッド２２のコンディショニングが正常に行われているときは、研磨面２２ａの全体に亘って均一なカットレートが得られている。図２３は、研磨パッド２２のコンディショニングが正常に行われていないときのＸ軸カットレートおよびＹ軸カットレートを示す図である。図２３から分かるように、研磨パッド２２のコンディショニングが正常に行われていないときは、研磨面２２ａの全体に亘って均一なカットレートが得られない。
【００６５】
研磨パッド２２のプロファイルおよびカットレートは、研磨パッド２２のコンディショニング中に取得することができるので、プロファイルおよび／またはカットレートを監視しながらパッドコンディショニングのレシピチューニングを行うことができる。さらに、研磨パッド２２のプロファイルおよびカットレートを取得するために、研磨パッド２２を研磨テーブル１２から剥がす必要がない。したがって、レシピチューニングに必要な時間およびコストを削減することができる。
【００６６】
研磨パッド２２のコンディショニングは、図２に示すように、ドレッサー５０をその軸心周りに回転させながらドレッサー５０を研磨面２２ａの半径方向に複数回揺動させることにより行われる。この方法に代えて、ドレッサー５０をその軸心周りに回転させながら研磨面２２ａの半径方向にドレッサー５０を間欠的に移動させるようにしてもよい。
【００６７】
より具体的には、回転するドレッサー５０を研磨面２２ａ上のある位置に押し当て、研磨面２２ａの高さが目標値未満となるまでドレッサー５０をその位置で静止させる。研磨面２２ａの高さが目標値未満となったら、ドレッサー５０を研磨面２２ａの半径方向に少しだけ移動させ、再び研磨面２２ａの高さが目標値未満となるまでドレッサー５０をその位置で静止させる。この動作を繰り返すことで、基板の研磨に使用される研磨面２２ａの領域全体がコンディショニングされる。
【００６８】
ドレッサー５０の移動直後の研磨面高さの測定誤差を解消するために、ドレッサー５０を少なくとも所定の指定時間だけ静止させることが好ましい。この所定の指定時間は、研磨テーブル１２の回転速度をＮ（ｍｉｎ−１）としたときに、１２０／Ｎ（秒）であることが好ましい。ドレッサー５０の間欠移動の距離は、ドレッサー５０の半径の半分程度であることが好ましい。
【００６９】
図２４は、ドレッサー５０を間欠的に移動させるコンディショニング方法を説明するフローチャートである。ステップ１では、研磨面２２ａの全面に亘ってその高さを測定し、その測定結果から研磨面２２ａの高さの目標値を決定する。ステップ２では、ドレッサー５０を研磨面２２ａの上方に移動させ、さらにドレッサー５０および研磨パッド２２をそれぞれ回転させる。その状態で、ドレッサー５０を下降させ、その下面（ドレッシング面）を研磨面２２ａに押し当てる。
【００７０】
ステップ３では、回転するドレッサー５０を研磨面２２ａに押し当てたまま、上記所定の指定時間の間ドレッサー５０をその位置に静止させる。ステップ４では、測定された研磨面２２ａの高さが目標値未満であるか否かが判断される。ステップ５では、研磨面２２ａの高さが目標値未満となったときに、ドレッサー５０を所定の距離だけ研磨パッド２２の半径方向に移動させる。ステップ６では、最終コンディショニング位置にドレッサー５０が到達したか否かが判断される。ドレッサー５０が最終コンディショニング位置に到達していれば、コンディショニング処理が完了する。一方、ドレッサー５０が最終コンディショニング位置に到達していなければ、処理はステップ３に戻る。
【００７１】
この方法においても、研磨面２２ａ上に定義された二次元平面上のドレッサー５０の位置と、そのドレッサー５０の位置に対応する研磨面２２ａの高さを求めることができる。したがって、上述した研磨面２２ａの監視方法は、このコンディショニング方法にも適用することが可能である。
【００７２】
上述した研磨面の監視方法によれば、次のような効果を得ることができる。
（ｉ）製品の歩留まりの向上
研磨パッドのコンディショニング中に、研磨面の高さの異常検知点を二次元平面上に表すことができるので、基板の研磨不良の発生を未然に防ぐことができる。
（ii）研磨パッドのコスト削減
二次元平面上に表された異常検知点から研磨パッドの寿命を正確に判断することができるので、研磨パッドの不要な交換を回避することができる。
（iii）パッドコンディショニングの簡単かつ正確なレシピチューニング
二次元平面上に表された研磨面の高さから、研磨パッドのプロファイルおよびカットレートをリアルタイムで監視することができる。したがって、レシピの良否をパッドコンディショニング中に判断することができ、レシピチューニングの時間を低減することができる。また、さらに、二次元平面上に表された研磨面の高さに基づいてレシピチューニングを行うことができるので、レシピチューニングの精度を向上させることができる。
（iv）レシピチューニングのコスト削減
研磨パッドを研磨テーブルから剥がすことなく研磨パッドのプロファイルおよびカットレートを取得することができるので、レシピチューニングにかかるコストを下げることができる。さらには、研磨装置の稼働率を向上させることができる。
（ｖ）テスト研磨の削減
研磨パッドのプロファイルは、テスト研磨中にも取得することができる。したがって、研磨パッドのプロファイルに基づいてテスト研磨中に研磨条件を調整することができる。その結果、テスト研磨の回数を低減することができる。
【００７３】
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】
【００７４】
１    研磨ユニット
２    ドレッシングユニット
３    ベース
５    研磨液供給ノズル
１２    研磨テーブル
２０    トップリング
２２    研磨パッド
２２ａ  研磨面
３１    テーブルロータリエンコーダ
３２    ドレッサーロータリエンコーダ
４０    パッド高さセンサ
４１    センサターゲット
５０    ドレッサー
６０    パッド監視装置
７０    判定器
７２    抽出器
７４Ａ，７４Ｂ，７４Ｃ，７４Ｄ，７４Ｅ    比較器
７５    除去器
７６    微分器
７７，７８    差分計算器
８１    位置算出器
８２    測定データメモリ
８３    パッド高さ分析器
８５    異常点分布生成器
８６    表示器
９５    パッドプロファイル生成器
９６    パッドプロファイルメモリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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