(57)【要約】【課題】  研磨布の表面形状管理、ドレッシング工具の設定位置制御、設定角度制御の簡素化、エッジエクスクージョンの拡大回避等を図ることを可能とする構成の研磨装置の提供。【解決手段】  研磨対象物１００の研磨に用いる研磨布４４と、研磨布４４を取り付ける取付面４３ａを形成してなる研磨布取付部材４３と、取付面４３ａを外方に向けて研磨布取付部材４３を収容保持する保持部材４２とからなる研磨体４０を有して構成される研磨装置１において、研磨布取付部材４３を保持部材４２とで内部空間Ｈ’を形成するように収容保持し、この内部空間Ｈ’内に設けられるとともに取付面４３ａに対して垂直方向に収縮および膨張可能な変形部材５０と、変形部材５０の変形量を制御する制御部９０とを備え、変形部材５０の変形に応じて研磨布取付部材４３の取付面４３ａを追従変形させるように構成している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨対象物の研磨に用いる研磨布を有する研磨体を備え、
前記研磨体は前記研磨布の研磨面の形状を変形させる手段を有することを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記研磨体は、前記研磨布を取り付ける取付面を形成してなる研磨布取付部材を有し、
前記研磨布の研磨面の形状を変形させる手段は、前記研磨布取付部材の取付面を変形させることにより前記研磨布の研磨面の形状を変形させることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項３】
前記研磨布の研磨面の形状を変形させる手段は、前記取付面に対して垂直方向に収縮および膨張可能な変形部材であり、
前記変形部材の変形量を制御する制御部を備え、
前記変形部材の変形に応じて前記取付面を追従変形させることを特徴とする請求項１又は２に記載の研磨装置。
【請求項４】
研磨対象物の研磨に用いる研磨布と、前記研磨布を取り付ける取付面を形成してなる研磨布取付部材と、前記取付面を外方に向けて前記研磨布取付部材を収容保持する保持部材とからなる研磨体を有して構成される研磨装置において、
前記研磨布取付部材は、前記保持部材とで内部空間を形成するように収容保持され、
前記内部空間内に設けられるとともに前記取付面に対して垂直方向に収縮および膨張可能な変形部材と、
前記変形部材の変形量を制御する制御部とを備え、
前記変形部材の変形に応じて前記研磨布取付部材の前記取付面を追従変形させるように構成されていることを特徴とする研磨装置。
【請求項５】
電圧を印加する印加手段が備えられ、
前記変形部材が、前記印加手段から印加される電圧に応じて前記取付面に対して垂直方向に収縮あるいは膨張して変形する圧電素子から構成され、
前記制御部により前記印加手段から印加される電圧が制御され、前記圧電素子の変形量が制御されるように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の研磨装置。
【請求項６】
前記保持部材は円筒状に形成され、前記研磨布取付部材は前記保持部材の円筒開口面を覆って前記保持部材に収容保持され、前記圧電素子は円盤状に形成されて前記内部空間に収容されており、
前記圧電素子の円面上に径方向に順次並んで複数の電極が周設されており、
前記印加手段からの電圧を前記複数の電極のそれぞれに対応して印加可能に構成されていることを特徴とする請求項５に記載の研磨装置。
【請求項７】
前記圧電素子は、前記研磨布の研磨時において前記圧電素子に発生する逆起電力を前記制御部に出力する出力手段を設けて構成され、
前記制御部は前記出力手段から出力される逆起電力に基づいて前記研磨体から前記研磨対象物に作用する研磨荷重を演算するように構成されてい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】
前記圧電素子の円面上に径方向に並んで周設される前記複数の電極のそれぞれを周方向に分割し、前記複数の電極が径方向および周方向に並んで周設されており、
前記印加手段からの電圧を、前記径方向および周方向に並ぶ前記複数の電極のそれぞれに対応して印加可能に構成されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の研磨装置。
【請求項９】
前記出力手段が、前記複数の電極における周方向への分割数に対応する個数設けて構成されていることを特徴とする請求項８に記載の研磨装置。
【請求項１０】
前記保持部材は円筒状に形成され、前記研磨布取付部材は前記保持部材の円筒開口面を覆って前記保持部材に収容保持され、前記圧電素子は前記内部空間の外側縁部に収容されて構成されることを特徴とする請求項５に記載の研磨装置。
【請求項１１】
前記印加手段から前記圧電素子に交流電圧を印加し、前記圧電素子が超音波振動を行うように構成されることを特徴とする請求項５〜１０のいずれか１項に記載の研磨装置。
【請求項１２】
磁界を印加する印加手段が備えられ、
前記変形部材が、前記印加手段から印加される磁界に応じて前記取付面に対して垂直方向に収縮あるいは膨張して変形する磁歪素子から構成され、
前記制御部により前記印加手段から印加される磁界が制御され、前記磁歪素子の変形量が制御されるように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の研磨装置。
【請求項１３】
前記研磨対象物が半導体ウェハであり、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の研磨装置を用いて前記半導体ウェハの表面を研磨加工する工程を有することを特徴とする半導体デバイス製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の半導体デバイス製造方法により製造されることを特徴とする半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハ等の研磨対象物を研磨する研磨装置、この研磨装置を用いた半導体デバイス製造方法、およびこの半導体デバイス製造方法により製造された半導体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記研磨装置として、研磨対象物である半導体ウェハを保持具で保持し、これを研磨布（研磨パッド）に接触させながら相対回転移動させて半導体ウェハの表面研磨を行うものがある。このような装置として、前後、上下、左右動および回転可能なスピンドルの下端に取付保持された研磨布を、回転定盤の上面に保持された半導体ウェハに上方から接触させ、ウェハと研磨布との接触面にシリカ粒を含んだ研磨剤（スラリー）を供給しつつ、ウェハと研磨布との双方を回転させてウェハ表面の研磨を行うＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学的機械的研磨）装置が知られている。
【０００３】
研磨布は、一般的に円筒状に形成される保持部材の円筒内側に当接させた状態で保持収容した研磨布取付部材に取り付けられる。この研磨布は、累積研磨時間に応じて表面が磨耗、目詰まりの進行によって劣化し、あるいは表面の平坦性が保持されず凹凸化し、安定した研磨性能を充分に発揮できなくなる。このような研磨布の劣化あるいは凹凸化に対して、ドレッシング（コンディショニング）と呼ばれる工程による研磨性能の維持が図られており、ドレッサ（コンディショナ）によって定期的にパッド表面が所定厚さ（約１μｍ）切削され、研磨布表面の平坦管理が行われている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００４−２５４１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の通り、研磨布は、ウェハ研磨に伴って徐々に磨耗するとともに、研磨性能を充分に発揮させるためにドレッシングにより切削を随時行う必要があることから、同一の研磨布であっても経時的に厚さが異なり、それに伴い各ドレッシング時において適切とされるドレッシング工具の設定位置あるいは設定角度は異なるものとなる。また、研磨布の取付面を有してなる研磨布取付部材の取付面においてもその面形状に個体差があり、保持部材においても研磨布取付部材を保持収容する内側面の面形状に個体差があり、それぞれの部材が一様な平坦性を確保されているわけではない。このような状況にあってドレッシングを行う上では、研磨布表面の凹凸状態、研磨布厚さの経時変化、さらには研磨布取付部材の取付面形状の個体差、保持部材の保持面形状の個体差を考慮しつつドレッサの設定位置制御、設定角度制御を行う必要があり、研磨性能を安定して発揮させるには制御内容、工程内容が複雑化するという問題があった。このようにドレッシングに係る制御内容、工程内容の複雑化に付随して、本来的にウェハを研磨する装置としてのダウンタイムが増加し、時間当たりウェハ研磨数の減少を招くという問題が生じている。さらに、消耗品とされる研磨布の使用前初期状態においても、各研磨布においてその平坦度に個体差があるのが現状であり、この初期個体差についての考慮も入れて研磨を行わなければならないという問題がある。
【０００５】
さらに、研磨布の径がウェハの径よりも小さく設定される装置（いわゆる小径パッド方式）の場合、研磨布の接触面全体を用いてウェハ研磨がなされることから、それぞれの径が逆に設定される装置と比較して研磨布単位面積における機械精度、物性等が及ぼす研磨性能への影響が大きく、小径パッド方式においては研磨布の表面形状管理（主として平坦性を保持する管理）の正確性に対する要請がより高いものとなっている。
【０００６】
また、小径パッド方式においては、ウェハ表面の全体を研磨するために、研磨布を、ウェハに一定の圧力を加えた状態でウェハへの接触とウェハからの離脱とを繰り返すように移動させる必要がある。しかしながら、このような研磨布の挙動により、ウェハのエッジ部に圧力集中が生じ、エッジ部が内部に比して過度に研磨された状態（エッジエクスクルージョンと称される）となる現象が生じてウェハ表面の平坦性確保が困難となる。エッジエクスクルージョンが拡大すればするほどウェハ１枚当たりのデバイス製造数が減少して歩留まりの悪化を招く等の問題があることから、ＣＭＰ装置においては、エッジエクスクルージョンの拡大を回避可能な装置構成に対する要請が高い。
【０００７】
本発明は、このような問題あるいは事情に鑑み、研磨布の表面形状管理、ドレッシング工具の設定位置制御、設定角度制御の簡素化、エッジエクスクージョンの拡大回避等を図ることを可能とする構成の研磨装置の提供を目的とする。そして、この研磨装置を用いた半導体デバイス製造方法、この製造方法により製造される半導体デバイス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】
【０００８】
上記目的達成のため、本発明に係る研磨装置は、研磨対象物の研磨に用いる研磨布を有する研磨体を備え、研磨体は研磨布の研磨面の形状を変形させる手段を有する。
【０００９】
また、研磨体は研磨布を取り付ける取付面を形成してなる研磨布取付部材を有し、研磨布の研磨面の形状を変形させる手段は、研磨布取付部材の取付面を変形させることにより研磨布の研磨面の形状を変形させることが好ましい。
【００１０】
また、研磨布の研磨面の形状を変形させる手段は、取付面に対して垂直方向に収縮及び膨張可能な変形部材であり、変形部材の変形量を制御する制御部を備え、変形部材の変形に応じて取付面を追従変形させることが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る研磨装置は、研磨対象物の研磨に用いる研磨布と、研磨布を取り付ける取付面を形成してなる研磨布取付部材と、取付面を外方に向けて研磨布取付部材を収容保持する保持部材とからなる研磨体を有して構成される研磨装置において、研磨布取付部材を保持部材とで内部空間を形成するように収容保持し、この内部空間内に設けられるとともに取付面に対して垂直方向に収縮および膨張可能な変形部材と、変形部材の変形量を制御する制御部とを備え、変形部材の変形に応じて研磨布取付部材の取付面を追従変形させるように構成している。
【００１２】
また、電圧を印加する印加手段を備え、変形部材を印加手段から印加される電圧に応じて取付面に対して垂直方向に収縮あるいは膨張して変形する圧電素子から構成し、制御部により印加手段から印加される電圧を制御し、圧電素子の変形量を制御するように構成してもよい。
【００１３】
また、保持部材を円筒状に形成し、研磨布取付部材を保持部材の円筒開口面を覆って保持部材に収容保持し、圧電素子を円盤状に形成して内部空間に収容し、圧電素子の円面上に径方向に順次並んで複数の電極を周設し、印加手段からの電圧を複数の電極のそれぞれに対応して印加可能に構成することが好ましい。
【００１４】
このとき、圧電素子を、研磨布の研磨時において圧電素子に発生する逆起電力を制御部に出力する出力手段を設けて構成し、制御部により出力手段から出力される逆起電力に基づいて研磨体から研磨対象物に作用する研磨荷重が演算されるように構成することが好ましい。
【００１５】
また、圧電素子の円面上に径方向に並んで周設される複数の電極のそれぞれを周方向に分割し、複数の電極を径方向および周方向に並んで周設し、印加手段からの電圧を、径方向および周方向に並ぶ複数の電極のそれぞれに対応して印加可能に構成してもよい。
【００１６】
このとき、出力手段を、複数の電極における周方向への分割数に対応する個数設けて構成してもよい。
【００１７】
また、保持部材を円筒状に形成し、研磨布取付部材を保持部材の円筒開口面を覆って保持部材に収容保持し、圧電素子を内部空間の外側縁部に収容して構成してもよい。
【００１８】
さらに、印加手段から圧電素子に交流電圧を印加し、圧電素子を超音波振動させるように構成してもよい。
【００１９】
また、磁界を印加する印加手段を備え、変形部材を印加手段から印加される磁界に応じて取付面に対して垂直方向に収縮あるいは膨張して変形する磁歪素子から構成し、制御部により印加手段から印加される磁界を制御し、磁歪素子の変形量を制御するように構成することが好ましい。
【００２０】
また、本発明に係る半導体デバイス製造方法は、上記研磨対象物を半導体ウェハとし、上記研磨装置を用いて半導体ウェハの表面を研磨加工する工程を有する。
【００２１】
また、本発明に係る半導体デバイスは、上記半導体デバイス製造方法より製造される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の研磨装置によれば、保持部材と研磨布取付部材とで形成される内部空間に、研磨布取付部材の研磨布取付面に対して垂直方向に収縮及び膨張可能な変形部材を備え、変形部材の変形に追従して研磨布取付面を変形させるように構成されている。これにより、取付面に取り付けられた研磨布の表面についても追従変形することとなる。従って、研磨布表面の初期個体差、研磨布の厚さ方向の経時変化、研磨布取付部材の取付面形状の個体差、保持部材の保持面形状の個体差を変形部材の変形により吸収できることから、各ドレッシング時におけるドレッシング工具の設定位置、設定角度の個体差を吸収することができる。このため、ドレッシングにおける制御内容、工程内容の簡素化に寄与し、研磨布表面形状管理の正確性を向上させることができ、半導体ウェハ等の研磨対象物を研磨する上で研磨性能を充分に発揮させることができる研磨装置を提供することができる。またドレッシングの制御内容、工程内容の複雑化に付随して起こるダウンタイムの増加を回避することができ、研磨対象物の歩留まり向上に寄与することができる。
【００２３】
また、本発明に係るデバイス製造方法では、上述した研磨装置により研磨工程を行うため、研磨工程の歩留りが向上する。これにより、従来のデバイス製造方法に比べて低コストでデバイスを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明の第１実施形態に係る研磨装置の代表例であるＣＭＰ装置の要部構成を図１に示している。ＣＭＰ装置１は、研磨対象の半導体ウェハ（以下、「ウェハ」とも称する）１００を上面側に着脱自在に吸着保持可能なウェハ保持テーブル２６と、このウェハ保持テーブル２６の上方に設けられ、ウェハの被研磨面１００ａと対向する研磨パッド４４を取り付けた研磨体４０を保持してなる研磨ヘッド３０とを備えて構成される。また、ウェハ保持テーブル２６に代えて研磨パッド４４に対向させることを可能とするドレッシング装置７０をともに備えて構成されており、各装置が制御部９０による作動制御を受けて作動するように構成されている。図２に平面視で模式的に示すように、このＣＭＰ装置１では、ウェハ１００が円盤状に、研磨パッド４４がドーナツ状にそれぞれ形成されているが、研磨パッド４４の外径がウェハ１００の径よりも小さく設定されており（いわゆる「小径パッド方式」）、研磨パッド４４をウェハ１００に接触させた状態で双方を相対移動させてウェハの被研磨面１００ａ全体を研磨できるようになっている。
【００２５】
ウェハ保持テーブル２６は、ウェハ１００と略同径とされる円盤状の回転テーブルであり、上下方向に延びた回転軸２７の上端に取り付けられて略水平姿勢に保持されている。ウェハ保持テーブル２６の上面には図示しない真空チャックが設けられており、これによりウェハ１００をウェハ保持テーブル２６の上面側に着脱自在に吸着保持できるようになっている。回転軸２７は、図示しない電動モータを有して制御部９０からの指令により作動するように構成されるウェハ回転機構１８によって図１，２に矢印Ｒ’で示すように垂直軸まわりに回転駆動されるようになっており、ウェハ保持テーブル２６を水平面内で回転させることができる。
【００２６】
ドレッシング装置７０は、中央が上方に盛り上がるとともに中心部が凹状に形成されてこの中心部にダイヤモンド等の硬質材からなるドレッシング部７１ａが配設されたドレッシング工具７１と、ドレッシング工具７１の下方に位置してこれを支持する支持部材７２と、上下方向に延びて上端において支持部材７２を保持する回転軸７３とを有して構成されている。回転軸７３は、図示しない電動モータを有して構成されるドレッシング回転機構７６によって図１に矢印Ｒ”で示すように垂直軸周りに回転駆動されるようになっているとともに、図示しない電動モータを有して構成されるドレッシング水平移動機構７７によって図１に矢印Ｘ”で示すように水平方向に移動可能に構成され、さらに、図示しない空圧アクチュエータ等を有して構成されるドレッシング昇降機構７８によって図１に矢印Ｚ”で示すように上下方向に昇降可能に構成されており、制御部９０からの指令を受けてドレッシング工具７１を回転、水平移動、および昇降させることができる。
【００２７】
また、図１に示すように、研磨パッド４４の厚みを計測するための厚み計測装置２が、ウェハ保持テーブル２６、ドレッシング装置７０に代えて研磨パッド４４に対向させて配設可能に構成されている。この厚み計測装置２は、接触触針式変位計を備えており、変位計の触針部２ａを研磨パッドの研磨面に接触させてその高さに応じて上下するようになっている。そして、触針部２ａの上下方向の位置検出を行いながら研磨パッド４４の径方向にスライド移動させることにより、研磨パッド４４の径方向の厚さ分布、即ち研磨パッド４４の平坦度が検出され、これを制御部９０に出力可能に構成されている。なお、厚み計測装置２の変位計として、光学式の変位計を備えて構成してもよい。
【００２８】
研磨ヘッド３０は、上下に延びるスピンドル２１の下端部に取り付けられている。このスピンドル２１は、図示しない電動モータを有して制御部９０からの指令を受けて作動するように構成される研磨ヘッド回転機構１６によって図１，２に矢印Ｒで示すように垂直軸まわりに回転駆動されるようになっており、研磨ヘッド３０全体を回転させて研磨パッド４４を水平面内で回転させることができる。また、スピンドル２１は、複数の図示しない電動モータを有して構成される研磨ヘッド移動機構１７によって三次元的に平行移動可能に構成されており、制御部９０からの指令を受けて研磨ヘッド３０を垂直姿勢のまま三次元的に、即ち、図１，２に矢印Ｘ，Ｙ，Ｚで示すように前後左右および上下方向に平行移動させることができる。
【００２９】
研磨ヘッド３０は、図３に示すように、上面から開放下面に向けて拡開する傘状に形成されて上面をスピンドル２１の下端部に係合させてボルト８１によりスピンドル２１に固定されるハウジング３１と、それぞれ円盤状に形成されてハウジング３１の開放下面を覆うように取り付けられ、ボルト８２によりハウジング３１に固定されるドライブリング３２およびダイアフラム３３とを有して構成され、ダイアフラム３３の下面に取り付けられる基準プレート３４の下方に位置して研磨体４０が取り付けられている。この構成により、ハウジング３１内には、ハウジング上面の開口３１ａを介してスピンドル２１の軸心に貫通形成された軸孔２１ａに連通する円錐台状の内部空間Ｈが形成される。
【００３０】
ドライブリング３２は、オーステナイト系ステンレス板等の弾性変形可能な金属板で成形され、中央に円孔を有する円形帯板状に形成され、径方向において同心円状に並ぶとともに周方向において断続的に延びる多数の開孔３２ａ，３２ａ，…が設けられている。ダイアフラム３３は、所定厚さのゴムシートをドライブリング３２と略同一内外径を有する円形帯板状に形成して作製されている。基準プレート３４は、中央を貫通する軸孔３４ｃが形成されており、外径寸法がハウジング３１の下面寸法よりも小さく設定されている。
【００３１】
また、ドライブリング３２、ダイアフラム３３、および基準プレート３４は、ピン８３、およびピンのフランジ部８３ａ外側に周設されるリング８４により芯合わせがなされ、ボルト８５によりピンのフランジ部８３ａと基準プレート３４とが螺着され、ボルト８６によりリング８４、ドライブリング３２、ダイアフラム３３および基準プレート３４とが螺着されて各部材が固定される。このようなドライブリング３２およびダイアフラム３３がハウジング３１の開放下面を覆うようにしてハウジング３１に収容されてボルト８２により固定されることにより、互いの外周部をハウジング３１と基準プレート３４とで挟持された状態で略水平に固定されることとなる。
【００３２】
この構成により、ハウジングの内部空間Ｈはゴム製のダイアフラム３３により下方に対して密閉状態とされる。なお、内部空間Ｈの空気圧が大気圧であれば、基準プレート３４の自重により弾性材製のドライブリング３２が下方に弾性変形し、ドライブリング３２に弾性変形量に応じた復元力が上方に作用することになる。
【００３３】
研磨体４０は、基準プレート３４の軸孔３４ｃに上端部が挿入されるシャフト４１と、セラミックス等の高剛性材料により下面を開放した円筒状に形成されてシャフト４１のフランジ部４１ａに嵌合されるパッド装着部材４２と、ＰＥＴ等の樹脂材によりドーナツ盤状に形成されてシャフト４１の下端部に嵌合してパッド装着部材４２の開放下面を着脱容易に覆蓋するパッドプレート４３とから構成されており、シャフト４１を介して基準プレート３４と芯合わせがなされた状態で連結される。また、シャフト４１とパッド装着部材４２とはボルト８７により螺着固定されており、パッドプレート４３の下面４３ａ（特許請求の範囲における取付面）には研磨パッド４４が接着剤等を用いて接着されている。
【００３４】
また、図４〜６に併せて示すように、パッド装着部材４２の上面には円状の凹部４２ａ，４２ｂが設けられており、導電性材料で成形されるピン４８，４９が、それぞれ底部４８ａ，４９ａを凹部４２ａ，４２ｂに収容させてコンタクト部４８ｂ，４９ｂを上方に突出させた状態として、ボルト８８，８９によりパッド装着部材４２に固定されている。一方、基準プレート３４の下面には円筒状の凹設部３４ａ，３４ｂが形成されており、凹設部３４ａ，３４ｂのそれぞれ内部に、コンタクト部４８ｂ，４９ｂと係合可能な内径を有したピン収容部材３８，３９が密嵌収容されている。
【００３５】
また、一方のピン４８は、コンタクト部４８ｂが、絶縁性材料で成形されて十字状に設けられる区画部材４８ｃによって領域区分されており、これら領域のそれぞれを互いに独立した電極として機能させることができるようになっている。このピン４８と係合するピン収容部材３８においては、径方向に貫通して延びるネジ孔３８ａ，３８ａ，…が設けられており、このネジ孔３８ａ，３８ａ，…のそれぞれ内部にプランジャ３８ｐ，３８ｐ，…が螺合して設けられている。各プランジャ３８ｐは、後端面から延びて設けられる図示しない配線等により、制御部９０の電圧設定部９１により設定された電圧を印加する印加装置５５と電気的に接続状態とされる。
【００３６】
また、他方のピン４９においても、絶縁性材料の区画部材により４つに領域区分されており、このピンと係合するピン収容部材３９においては、上記同様に設けられるネジ孔３９ａ，３９ａ，…内にプランジャ３９ｐ，３９ｐ，…が螺合して設けられている。プランジャ３９ｐのうちの一つはアース部ＧＲＤに接続され、プランジャ３９ｐのうちの一つは、後端面から延びて設けられる図示しない配線等により制御部９０のピックアップ制御部９２と電気的に接続状態とされる。
【００３７】
基準プレート３４およびパッド装着部材４２は上記構成を有するため、シャフト４１を基準プレート３４の軸孔３４ｃへ挿入する際に、ピン４８，４９のそれぞれをピン収容部材３８，３９のそれぞれに収容させることでコンタクト部４８ｂ，４９ｂに設けた溝部４８ｄ，４９ｄにプランジャ３８ｐ，３９ｐのボールが係合して両者が固定される。また、このピン４８，４９とプランジャ３８ｐ，３９ｐとの係合により、コンタクト部４８ｂ，４９ｂと、印加装置５５、アース部材ＧＲＤ、あるいはピックアップ制御部９２とが電気的に接続状態となる。また、ピン４８，４９のピン収容部材３８，３９への収容、およびプランジャ３８ｐ，３９ｐの溝部４８ｄ，４９ｄへの係合により、研磨体４０の基準プレート３４に対する周方向および鉛直方向の位置決めがなされ、後述する真空ラインにおける空気流路６２，６３の整合が図られる。
【００３８】
研磨体４０には、円筒状のパッド装着部材４２および開放下面を覆うパッドプレート４３により内部空間Ｈ’が形成される。この空間Ｈ’内には、低剛性材料によりドーナツ皿形状に形成されるカバー部材４５がシャフト４１に嵌合されて収容されており、カバー部材４５上には、円筒状の素子部材５１からなる２つの圧電素子５０ａ，５０ｂ(５０)が、パッド装着部材４２の天板下面とカバー部材４５の上面との間に、重層されるとともに挟持された状態で収容されている。
【００３９】
図７に斜視図を示すように、上記圧電素子５０は、軸心に貫通口を有する円筒状の素子部材５１の両円面５１ａ，５１ｂおよび外側面５１ｃに、例えば銀ペーストの焼付等により電極５２〜５４をパターン成形して構成されている。図７(ａ)に示すように、一方の円面５１ａ（説明便宜のため以下、「表面５１ａ」とも称する）上には、それぞれ円形帯板状に周方向に延びて形成され、互いの内外径が順次大きくなるように設定される４つの印加電極５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄが同心上に成形されている。これら印加電極５２Ａ〜５２Ｄは端部が表面５１ａの外周縁方向に延びるように形成されており、外周縁部から外側面５１ｃに折り返されてそれぞれの電極引出部が形成されている。圧電素子５０は、各印加電極５２Ａ〜５２Ｄにプラスの印加があると印加された電極成形面において鉛直方向（厚さ方向、図示上下方向）に膨張し、マイナスの印加があると印加された電極成形面において鉛直方向に収縮するようになっている。
【００４０】
また、図７(ｂ)に示すように他方の円面５１ｂ（同以下、「裏面５１ｂ」とも称する）上には、一面を覆うようにグランド電極５３が成形されており、グランド電極５３の電極引出部が外周縁部から外側面５１ｃに折り返されるようにして形成されている。
【００４１】
さらに、図７(ａ)，(ｂ)に示すように、素子部材５１の表面５１ａの外周縁部および当該部位から外側面５１ｃに折り返されてピックアップ電極５４が形成されている。
【００４２】
なお、図７(ａ)，(ｂ)に示す圧電素子５０ａは、印加電極５２Ａ〜５２Ｄが形成される表面５１ａを上方露出させた向き（図７(ａ)に示す向き）において、表面５１ａの最外径位置に成形される印加電極５２Ａの電極引出部が外側面５１ｃにおいて最右側に、表面５１ａの最内径位置に成形される印加電極５２Ｄの電極引出部が外側面５１ｃにおいて最左側に位置するようにして電極引出部が配設されている。本実施形態においては、圧電素子の表面を上方露出させた向きとして、表面の最外径位置に配設される印加電極５２Ａの電極引出部を外側面５１ｃにおいて最左側に、表面の最内径位置に配設される印加電極５２Ｄの電極引出部が外側面５１ｃにおいて最右側に位置するように、且つ電極引出部の配設間隔を上記圧電素子５０ａと同一となるように設定した圧電素子５０ｂが作製される。
【００４３】
図８に示すように、電極引出部の並びが正逆関係にある２つの圧電素子５０ａ，５０ｂは、互いの表面同士を合わせて印加電極５２Ａ〜５２Ｄを対応接触させた状態で重層され、軸心の貫通口をシャフト４１に嵌合させて研磨体４０の内部空間Ｈ’に配設される。印加電極５２Ａ〜５２Ｄは、それぞれパッド装着部材４２上面のピン４８と図示しない配線により接続されており、４つの印加電極５２Ａ〜５２Ｄがそれぞれ、独立した電極として機能するコンタクト部４８ｂの各領域に接続状態とされる。また、互いのピックアップ電極５４，５４も印加電極５２Ａ〜５２Ｄと同様に対応接触するようになっている。そして、グランド電極５３，５３およびピックアップ電極５４は、パッド装着部材４２上面のピン４９に図示しない配線によりそれぞれ接続されており、上記ピン４８と同様に独立した電極として機能するコンタクト部４９ｂの各領域に接続状態とされる。
【００４４】
これにより、各印加電極５２Ａ〜５２Ｄは、コンタクト部４８ｂを介して印加装置５５と電気的に接続状態とされ、電圧設定部９１により適宜設定される電圧を各印加電極５２Ａ〜５２Ｄに独立対応して印加可能に構成される。また、ピックアップ電極５４は、コンタクト部４９ｂを介して制御部９０に備えられるピックアップ制御部９２と電気的に接続状態とされる。また、グランド電極５３，５３は、コンタクト部４９ｂを介してアース部ＧＲＤと接続状態とされ、これにより圧電素子５０のシールドがなされる。
【００４５】
図９に模式的に例示するように、電圧設定部９１によって印加電極５２Ａ〜５２Ｄのそれぞれに対応して適宜設定される電圧を印加装置５５から印加することで、圧電素子５０ａ，５０ｂの形状を変化させることができる。なお、図９(ａ)には、各印加電極５２Ａ〜５２Ｄに電圧が印加されていない状態を示している。重層される圧電素子５０は、図３に示すように上面が高剛性材料で成形されるパッド装着部材４２の天板下面と当接しているとともに、下面が低剛性材料で成形されてシャフト４１に嵌合されるカバー部材４５と当接して収容されている。このため、圧電素子５０は、収縮、膨張による変形の際に、上方への変形を規制された状態となり、低剛性のカバー部材４５を追従変形させるようにして変形するようになっている。
【００４６】
図９(ｂ)には最外の印加電極５２Ａをプラスに印加(＋α)し、印加電極５２Ｂを印加電極５２Ａよりも電圧を半減してプラスに印加(＋α／２)し、印加電極５２Ｃを印加電極５２Ｂと絶対値を等しくマイナスに印加(−α／２)し、最内の印加電極５２Ｄを印加電極５２Ａと絶対値を等しくマイナスに印加(−α)した場合を示しており、このように各印加電極５２Ａ〜５２Ｄに電圧を印加することで、圧電素子５０の中央部を収縮させるとともに外周縁部を膨張させ、相対的に中央部を凹状とすることができる。また、図９(ｃ)には各印加電極５２Ａ〜５２Ｄにおいて図９(ｂ)に示すものと正負を逆にして印加した場合を示しており、これにより圧電素子５０の中央部を膨張させるとともに外周縁部を収縮させ、相対的に中央部を凸状とすることができる。
【００４７】
図９(ｄ)には最外および最内の印加電極５２Ａ，５２Ｄをマイナスに印加(−α)し、中央２つの印加電極５２Ｂ，５２Ｃをプラスに印加(＋α)した場合を、図９(ｅ)には各印加電極５２Ａ〜５２Ｄにおいて図９(ｄ)に示すものと正負を逆にして印加した場合をそれぞれ示しており、このように各印加電圧５２Ａ〜５２Ｄに電圧を印加することで、圧電素子５０の各印加電極５２Ａ〜５２Ｄの形成面を厚さ方向に収縮あるいは膨張させて図示するように変形させることができる。
【００４８】
なお、図９(ｂ)，(ｃ)に示すように中央部を相対的に凹状あるいは凸状に変形させるにあたっては、最内から最外にかけて印加電圧値が順次小さくあるいは大きくなるように設定されていれば上記および図示のような電圧設定に限られるものでなく、電圧比の設定により中央部から外側部にかけての傾斜勾配を任意に設定できるようになる。また、図９(ｂ)〜(ｅ)に示す圧電素子の変形形状は一例であり、電圧設定部９１で設定される各印加電極５２Ａ〜５２Ｄに印加される電圧比を調整することで任意に圧電素子５０の厚さを変形させることができる。
【００４９】
この圧電素子５０の変形により、低剛性材料でなるカバー部材４５の変形によって、ＰＥＴ等の樹脂材でなるパッドプレート４３も併せて追従変形することとなる。そして、パッドプレート４３の変形を受けてパッドプレート４３の下面４３ａに接着される研磨パッド４４の表面形状も追従変形することとなる。電圧設定部９１における各印加電極５２Ａ〜５２Ｄに印加する電圧の設定制御により、研磨パッド４４の径方向に対する表面形状を任意にコントロールすることができるようになる。
【００５０】
また、図３に示すように、基準プレート３４の内部には、上下面および外側面から空気流路６２が形成されている。この空気流路６２の上面開口部において、スピンドル２１の軸孔２１ａおよび空間Ｈ内を延びて配設される吸入管６１が接続されるとともに、下面開口部において、パッド装着部材４２、圧電素子５０、およびカバー部材４５をそれぞれ厚さ方向に延びて設けられる空気流路６３，６４，６５と互いに連通するように構成されており、吸入管６１から空気流路６５に至る真空ラインが形成される（図１では図示略）。吸入管６１は、空気流路６２との接続部の他端側において図示しない吸入装置と繋がれており、吸入装置を作動させて上記真空ラインから空気吸入することにより、パッドプレート４３をカバー部材４５の下面に吸着させることができるようになっている。
【００５１】
また、スピンドル２１の軸孔２１ａおよび内部空間Ｈ内には研磨剤供給装置１１と繋がる研磨剤供給管６７が延びており、研磨剤供給管６７がシャフト４１の軸心を貫通して設けられる研磨剤流路６８とそれぞれ繋がり、研磨剤供給ライン６６が形成されている。研磨剤供給管６７は、研磨剤流路６８との対向端部の他端側において研磨剤供給装置１１と繋がれており、制御部９０からの指令により研磨剤供給装置１１を作動させて研磨剤供給ライン６６に研磨剤を供給することにより、シャフト４１の下端開口部から下方、即ち、図３に二点鎖線で示すウェハの被研磨面１００ａに研磨剤が供給されるようになっている。
【００５２】
また、前述のようにスピンドル２１の軸孔２１ａは内部空間Ｈと連通しており、図１に示すようにこの軸孔２１ａの他端側は、レギュレータ１２を介してエア供給源１３に繋がり、エア供給源１３から供給される空気圧により内部空間Ｈ内の圧力を所望圧力に調整設定できるようになっている。
【００５３】
スピンドル２１、ハウジング３１、基準プレート３４、シャフト４１、カバー部材４５等の各所には、真空漏れおよびスラリー漏れ対策のため、Ｏリング等のシール部材が図示するように適宜配設されている。
【００５４】
このように各部材が組み付けられる研磨ヘッド３０は、研磨ヘッド回転機構１６により回転駆動されるスピンドル２１の回転が、ハウジング３１、ドライブプレート３２、基準プレート３４を介して研磨体４０に伝達され、研磨パッド４４が矢印Ｒ方向に回転することとなる。
【００５５】
このような構成のＣＭＰ装置１を用いてウェハ１００の研磨を行うには、まず、ウェハ保持テーブル２６の上面に研磨対象となるウェハ１００が吸着取り付けされ、制御部９０から出力されるウェハ回転信号によりウェハ回転機構１８が作動しウェハ保持テーブル２６が矢印Ｒ’方向に回転駆動される。次に、制御部９０が研磨ヘッド移動機構１７にヘッド移動信号を出力することで研磨ヘッド３０がウェハ１００の上方に位置し、研磨ヘッド回転機構１６にヘッド回転信号を出力することでスピンドル２１および研磨ヘッド３０が矢印Ｒ方向に回転する。続いて、制御部９０が研磨ヘッド移動機構１７にヘッド移動信号を出力することで研磨ヘッド３０が下方へ移動し、研磨パッド４４の下面がウェハの被研磨面１００ａに当接する。
【００５６】
このとき、研磨体４０は基準プレート３４を介して弾性を有するドライブプレート３２およびダイアフラム３３に上下移動可能に保持されているため、研磨ヘッド３０がさらに下降すると、研磨体４０がハウジング３１に対して上方へ相対移動し、これに伴ってドライブプレート３２およびダイアフラム３３の下方への変形量が減少する。
【００５７】
次に、制御部９０がレギュレータ１２にエア供給信号を出力することでエア供給源１３から内部空間Ｈ内に所定の空気圧が供給され、内部空間Ｈの空気圧によりウェハ１００と研磨パッド４４との接触圧、すなわち、研磨体４０のウェハ１００に対する研磨荷重が所定の値に設定される。そして、制御部９０が研磨ヘッド移動機構１７にヘッド移動信号を出力することで研磨ヘッド３０が略水平面内で移動する。このとき同時に、制御部９０が研磨剤供給装置１１に研磨剤供給信号を出力することで研磨剤供給装置１１より研磨剤が圧送され、研磨パッド４４の下面側に研磨剤が供給される。これにより、ウェハの被研磨面１００ａは、図２に示すように、研磨剤の供給を受けつつウェハ１００自身の矢印Ｒ’方向への回転運動と研磨ヘッド３０の矢印Ｒ方向の回転運動、および矢印Ｘ，Ｙ方向の水平運動とにより研磨される。なお、研磨パッド４４は、所定の研磨荷重を被研磨面１００ａに負荷した状態で、被研磨面１００ａとの接触およびオーバーハングによる露出を繰り返しながらウェハの被研磨面１００ａの研磨を行うようになっている。
【００５８】
このような研磨時は、研磨荷重に応じて研磨体４０の内部空間Ｈに配設される圧電素子５０に応力が作用することで圧電素子５０に逆起電力が生じており、この逆起電力がピックアップ電極５４からピックアップ制御部９２に逐次出力されるようになっている。ピックアップ制御部９２では、ピックアップ電極５４から逐次出力される逆起電力に基づいて圧電素子５０に加わる応力の演算が行われ、これによりウェハの被研磨面１００ａに作用する外力変動の微分値が得られるようになっている。
【００５９】
このように構成されるＣＭＰ装置１においては、パッドプレート４３および研磨パッド４４を研磨体４０の下部に取り付けた初期状態において、パッドプレート４３の平面度個体差および研磨パッド４４の平面度個体差から結果として生じる研磨パッド４４の下面の平面度個体差があっても、圧電素子５０を適宜変形させることによりこれらの個体差を吸収させることができ、研磨パッド４４の下面の平面度を確保することができる。さらに、従来は、パッド装着部材４２の天板下面にパッドプレート４３の上面を当接させた状態でパッドプレート４３および研磨パッド４４が取り付けられており、パッド装着部材４２の天板下面の平面度個体差の影響もあったが、本実施形態のＣＭＰ装置１は、パッド装着部材４２の天板下面とパッドプレート４３との間に圧電素子５０を配設しており、圧電素子５０を適宜変形させることによりこの個体差を吸収させることでき、研磨パッド４４の下面の平面度を確保することができる。
【００６０】
また、研磨中においては圧電素子５０に発生する逆起電力をピックアップ電極５４からピックアップ制御部９２に逐次出力され、研磨パッド４４に加わる外力変動の微分値が得られるようになっている。これにより、研磨パッド４４からウェハ１００に加わる研磨荷重、あるいはウェハ１００のエッジ部に加わる圧力集中状態を監視することができ、エッジエクスクージョンが拡大し得る状態であるか否かの判定を行ってエッジエクスクルージョンの拡大を回避するような作動制御に資するものとなる。また、このピックアップ制御部９２で得られた外力変動の微分値を、圧電素子５０の変形量の設定、即ち電圧設定部９１おける印加電極５２Ａ〜５２Ｄに印加する電圧の設定にフィードバックさせ、これにより研磨中であっても、ウェハ１００を研磨する上で適切な研磨荷重が加えられるように研磨パッド４４の表面形状の適正化を図ることができる。
【００６１】
また、研磨パッド４４はウェハ研磨の過程で外側部あるいは中央部の磨耗が大きく、経時的に中央部が一般的には凸状あるいは凹状となって表面の平坦性が確保できなくなる。このような研磨パッド４４の経時変化が生じても、研磨パッド４４の下面において中央部が凸状となった場合は、図９(ｂ)に例示するように圧電素子５０を相対的に中央部が凹状となるように変形させることによりパッドプレート４３および研磨パッド４４を追従変形させて研磨パッド４４の下面の平坦性を確保させることができるようになる。また、研磨パッド４４の下面において中央部が凹状となった場合は、図９(ｃ)に例示するように圧電素子５０を相対的に中央部が凸状となるように変形させることによりパッドプレート４３および研磨パッド４４を追従変形させて研磨パッド４４の下面の平坦性を確保させることができるようになる。このように、本実施形態のＣＭＰ装置１においては、研磨パッド４４の下面の経時変化に伴う研磨性能の劣化の防止、回避をすることができる。
【００６２】
また、研磨パッド４４のメンテナンスのためドレッシング装置７０により研磨パッド４４を切削することとなるが、一度目の切削で研磨パッド４４の下面が所望する形状を得られなかった場合においても、ドレッシング装置７０のドレッシング工具７１の設定角度等を固定したままとしておき、厚さ測定装置２による厚さ分布測定結果に基づき、電圧供給部９１により印加電圧５２Ａ〜５２Ｄに印加する電圧を適宜設定して圧電素子５０を変形させ、一度目のドレッシング工具７１の設定角度等を固定したままとして再度ドレッシングを行わせることで研磨パッド４４の下面を所望形状に切削することができるようになる。このように、厚さ調節装置２による厚さ分布測定、この分布測定に基づいた印加電圧の設定を行えば、ドレッシング装置７０による切削を二度行うだけで研磨パッド４４の下面を所望形状にすることができるため、ドレッシング制御に係るＣＭＰ装置１のダウンタイム増加を回避することができ、ウェハ１００の単位時間当たりの研磨枚数を増加させるのに寄与することができる。
【００６３】
また、経時変化に伴う磨耗、あるいはドレッシング装置７０を用いた切削により、研磨パッド４４の厚さが経時的に薄くなることに伴ってドライブリング３２の下方弾性変形量が変化し、ドライブリングに作用する上方への復元力が経時的に変化することとなり、この復元力の経時変化に起因して研磨ヘッド移動機構１７によるスピンドル２１の矢印ｚ方向の位置調節、エア供給源１３から供給される内部空間Ｈの空気圧の設定等が複雑化する。しかしながら、本実施形態のＣＭＰ装置１においては、例えば、圧電素子５０を研磨パッド４４が薄くなったΔｚだけ厚くするように各印加電極５２Ａ〜５２Ｄに等しい電圧を印加するように電圧設定部９１で適宜設定することによって、研磨パッド４４の下面の水平相対位置を磨耗等に関わらず保持することができる。これにより、ドライブリング３２に作用する復元力をキャンセルでき、スピンドル１７の位置調節、内部空間Ｈの空気圧設定の制御を従来よりも簡素化することができる。
【００６４】
また、本実施形態においては、印加装置５５から供給される各印加電極５２Ａ〜５２Ｄへの印加電圧の正負を高周波で変換可能に構成することにより、圧電素子５０の収縮および膨張を交互に繰り返させる変形を行わせることができる。これにより、カバー部材４５を超音波振動させることでカバー部材４５に付着した研磨剤の洗浄を促すことができる。また、カバー部材４５に追従して研磨パッド４４が超音波振動することでウェハ１００上に凝固した研磨剤の粉砕を促し、凝固研磨剤が残存する状態で研磨することによりウェハの被研磨面１００ａに生じるおそれのある傷（スクラッチ）の形成を回避でき、ウェハの被研磨面１００ａ上における研磨剤、汚れの流れの円滑化に寄与することができる。さらに、研磨パッド４４の超音波振動によりウェハの被研磨面１００ａとの見かけの動摩擦係数を低下させることができ、超低圧研磨と同等の効果が得られる。
【００６５】
また、上記構成においては、パッド装着部材４２とパッドプレート４３との間に介設する圧電素子５０として２つの圧電素子５０ａ，５０ｂを重層するとしたが、重層される圧電素子の個数はこれに限られず、例えば図１０に示すように４つの圧電素子を重層して構成してもよい。なお、４つの圧電素子を重層するにあたっては、図示するように、上記構成と同様にして２つの圧電素子５０ａ，５０ｂの電極を対応接触させて重層したものを２組作製し、これらのグランド電極部５３，５３の電極引出部を整合させて重ね合わせる例が挙げられる。このように構成することにより、研磨パッド４４の厚さ方向への可変量を大きくすることができる。
【００６６】
続いて、図１１，１２を参照して第２実施形態について説明する。第２実施形態のＣＰＭ装置は、研磨ヘッド３０、研磨体４０の概要構成が図１，３等に示す第１実施形態と同様であり、以下、第１実施形態と同一態様の部分については同一符号を付して重複説明を省略する。
【００６７】
本実施形態は、第１実施形態に比して図１１に示すように圧電素子１５０の電極形状に特徴を有したものとなっている。第１実施形態では印加電極５２Ａ〜５２Ｄが径方向に４分されて配設されていたのに対し、図１１に示す圧電素子１５０は、素子部材５１の表面５１ａに、径方向に３分割されるとともに周方向においてそれぞれ４分割され、全体として１２個でなる印加電極１５２Ａａ〜１５２Ｃｄが成形されて構成されている。また、これら１２個の印加電極１５２Ａａ〜１５２Ｃｄのそれぞれから、外周縁方向に向けて延び、外側面５１ｃに折り返されて電極引出部が形成されている。また、表面５１ａには周方向の分割数に対応して素子部材５１の表面５１ａの外周縁部および当該部位から外側面５１ｃに折り返されて４つのピックアップ電極１５４ａ〜１５４ｄが形成されている。
【００６８】
なお、裏面５１ｂには、図９(ｂ)に示すものと同様に、裏面５１ｂの一面を覆うようにしてグランド電極５３が設けられ、外側部５１ｃに電極引出部が折り返されて形成されている。さらに、上記実施例と同様にして、外側面に形成される電極引出部の並びが正逆関係にある圧電素子も同時に作製される。
【００６９】
このような圧電素子１５０を第１実施形態と同様に、互いの表面に形成される電極を対応接触させた状態として圧電素子を重ね合わせるとともに、パッド装着部材４２の上面に設けられるピンのコンタクト部４８ｂ，４９ｂ、およびピン収容部材のプランジャ３８Ｐ，３９ｐを介して印加電極１５２Ａａ〜１５２Ｃｄを印加装置５５に電気的に接続状態とし、グランド電極５３をグランド部ＧＲＤに接続し、ピックアップ電極１５４ａ〜１５４ｄをピックアップ制御部９２に電気的に接続状態としている。このようにして圧電素子１５０をパッド装着部材４２の天板下面とカバー部材４５との間に挟持収容することでＣＭＰ装置１が構成される。
【００７０】
これにより、１２個の各印加電極１５２Ａａ〜１５２Ｃｄにそれぞれ対応して印加装置５５から電圧を印加可能とされ、各印加電極１５２Ａａ〜１５２Ｃｄの形成面それぞれにおいて厚さ方向への収縮あるいは膨張の変形制御を行うことができるようになっている。このため、研磨パッド４４は、図１２の平面視で模式的に示すように、印加電極の形成面に応じて定まる１２分割された領域Ａａ〜Ｃｄのそれぞれにおいて厚さ方向への変形を行うことができるようになっている。このように、電圧設定部９１により各印加電極１５２Ａａ〜１５２Ｃｄに応じて設定された電圧を印加装置５５から印加することにより、第１実施形態においては径方向に対する厚さ方向の変形設定を任意に行えたのに対し、本実施例においては、周方向に対しても厚さ方向の変形設定を任意に行うことができ、より正確な研磨パッド４４の表面形状の管理を行うことができるようになる。また、ドライブリング３２に作用する復元力についても上記実施例と同様にしてキャンセルできるとともに、カバー部材４５、パッドプレート４３、研磨パッド４４を超音波振動させることによる効果も上記実施例と同様に生じさせることができる。
【００７１】
図１２に示すように、例えば領域Ａａ，Ｂｂ，Ｃｃに対応して設けられるピックアップ電極１５４ａからの出力に基づいてウェハ１００のエッジ部への圧力集中が過度となってエッジエクスクルージョンを拡大させるおそれがあると認められたときに、電圧設定部９１により、研磨パッド４４の領域Ａａ，Ｂａ，Ｃａのみを収縮させるように印加電圧を設定し、印加電極１５２Ａａ，１５２Ｂａ，１５２Ｃａへの印加電圧の設定変更を研磨中に行うことができる。このようにして、エッジエクスクージョンの拡大回避を効果的に行うことができる。
【００７２】
なお、周方向に３分割、径方向に４分割した例を示して説明したが、分割数は必ずしもこれに限られず、例えば、分割数をさらに増加することでより正確な制御を行うことができる。また、径方向に等分して電極を設けると外周側の電極面積が大きくなることから、周方向への分割数を同数とせず外周側の電極における周方向の分割数を内周側の電極におけるそれよりも多く設定して構成してもよい。また、この第２実施形態においても、第１実施形態と同様に重層する圧電素子の個数は２個に限らず、図１０に示す要領で４個重層することにより、厚さ方向の可変量を大きくすることができる。
【００７３】
次に、図１３，１４を参照して本発明の第３実施形態について説明する。図１３には、研磨体２４０の正断面図において左半部のみ示しているが、研磨体２４０は、シャフト２４１の軸に対して略対称に構成されるため、右半部については図示略する。また、上記各実施形態と同一態様の部分については同一符号を付して重複説明を省略する。
【００７４】
図１３，１４(ａ)に示すように、本実施形態における圧電素子２５０は、パッド装着部材４２内の内部空間Ｈ’において外周縁部に設けられている。圧電素子２５０は、矩形柱状に成形されており、端面において略半球状に形成された係合突起２５９が突出して設けられている。カバー部材２４５には、上面の周縁部において周方向に３等分された位置のそれぞれに略半球状に窪んだ係合凹部２４５ａ，２４５ａ，２４５ａが設けられており、図１４(ａ)に二点鎖線で示すように３つの圧電素子２５０ａ，２５０ｂ，２５０ｃのそれぞれ端面に設けられる係合突起２５９がこれら係合凹部２４５ａ，２４５ａ，２４５ａのそれぞれと係合可能とされる。両者を係合させて下面２４３ａに研磨パッド４４を取り付けたパッドプレート２４３をパッド装着部材４２の開放下面を覆ってカバー部材２４５の下面に当接させて取り付けることにより、３つの圧電素子２５０は、パッド装着部材４２の天板下面とカバー部材２４５の上面との間で挟持される。
【００７５】
この圧電素子２５０ａ，２５０ｂ，２５０ｃに対しても印加電極がそれぞれ設けられて印加装置５５と接続されており、コンタクト４８ｂを介して各圧電素子２５０ａ、２５０ｂ、２５０ｃにそれぞれ独立した電圧を印加可能に構成され、印加される電圧に応じて圧電素子は、上下方向に伸縮変形するようになっている。
【００７６】
圧電素子２５０を厚さ方向に膨張させ、その後初期状態に復帰させるにあたり、圧電素子２５０の膨張に伴って下動したカバー部材２４５を復帰上動させるため、カバー部材２４５を図１３に示す位置に付勢する複数のバネ２８９がパッド装着部材４２とパッドプレート２４３との間に跨設されている。また、パッド装着部材４２の空気流路６３の下方開口端とカバー部材２４５の空気流路６５の上方開口端との間には蛇腹状のフレキシブルダクト２６４が連設されており、真空ラインが圧電素子２５０の上下伸縮に伴うカバー部材２４５の変形に追従可能に形成され、パッドプレート２４３をカバー部材２４５の下面に吸着取付できるようになっている。
【００７７】
このように構成されるＣＭＰ装置１においても、電圧設定部９１で各圧電素子２５０ａ，２５０ｂ，２５０ｃに設定された電圧を独立対応して印加することにより、上記各実施形態と同様にして、研磨パッド４４の表面形状の管理を簡易に行うことができるという効果を得ることができ、研磨パッド４４の超音波振動により生じる効果を同様に得ることができる。
【００７８】
なお、図１３に示す圧電素子においては、図１４(ｂ)に示すように、円筒状の圧電素子２５０’を構成し、これを内部空間Ｈ’内においてパッド装着部材４２の天板下面とパッドプレート２４３の上面とにより挟持する構成としてもよい。この際においても、圧電素子２５０’の下面において周方向に３等分された位置それぞれに係合突起２５９を設け、それぞれの係合突起２５９をパッドプレート２４３の係合凹部２４５ａ，２４５ａ，２４５ａ内に係合させて組み付けられる。
【００７９】
この圧電素子２５０’に対しても印加電極が設けられて印加装置５５と接続されており、コンタクト４８ｂを介して圧電素子２５０’に電圧を印加可能に構成され、印加される電圧に応じて圧電素子２５０’が上下方向に伸縮変形するようになっている。
【００８０】
このような構成によれば、パッドプレート２４３の外周縁部に周設される圧電素子２５０’の変形により、パッドプレート２４３および研磨パッドの追従変形が生じる。このとき、圧電素子２５０’はパッドプレート２４３の外周縁部に周設されるものであるため、追従変形する研磨パッド４４は、中央部を凹状に変形されるか、中央部を凸状に変形されることとなる。このため、研磨パッド４４の経時変化に伴う中央部の凹状あるいは凸状変化に特化させて研磨パッド４４の表面形状を管理する場合において、上記各実施形態と比べて簡易に装置を構成することができ、制御内容も簡略化することができるという効果を有する。
【００８１】
なお、第３実施形態において、カバー部材２４５には、上面あるいは下面に中心から径方向に延びて複数本の溝２４５ｄが設けられている。このように径方向に延びる溝２４５ｄを設けることにより、カバー部材２４５の上下方向への変形に伴う周方向の体積変化量を吸収させることができる。なお、図示略するが、カバー部材２４５の下面に設けられるパッドプレート２４３についても同様にして延びる溝を設けて構成してもよい。
【００８２】
また、カバー部材２４５を省略し、パッドプレート２４３を直接取り付けし、圧電素子２５０，２５０’の変形をパッドプレート２４３に直接追従させる構成としてもよい。
【００８３】
これまで本発明に係る研磨装置の実施形態について説明したが、必ずしも上記各実施形態の構成に限られない。例えば、上記各実施形態のＣＭＰ装置１の研磨体４０においては、研磨パッド４４をパッドプレート４３，２４３に接着しており、研磨パッド４４を接着させたパッドプレート４３，２４３を一つのユニットとしてシャフト４１，２４１およびパッド装着部材４２に対して着脱自在に構成するとしたが、パッドプレート４３，２４３を保持した状態として研磨パッド４４のみを着脱自在とする構成であってもよい。
【００８４】
また、印加電極５２Ａ〜５２Ｄ，１５２Ａａ〜１５２Ｃｄを銀ペーストの焼き付けにより成形するとしたが、他の手段により電極を成形してもよく、例えば重層される圧電素子間にフレキシブル電極を挟み込む構成としてもよい。さらに、圧電素子の各電極と印加装置５５、ピックアップ制御部９２等とを接続するためのピンは、導電性材料で成形されるとともに絶縁材でなる十字状の区画部材を設ける構成としたが、コンタクト部が複数の独立した電極として機能する構成であれば必ずしもこれに限られず、例えばピンを絶縁材で成形してコンタクト部に複数の導電性材料を領域区画するように貼着する構成であってもよい。
【００８５】
また、上記各実施例においては、内部空間Ｈ’に挟持されてパッドプレート４３および研磨パッド４４を追従変形させる部材として圧電素子５０，１５０，２５０，２５０’を用いて構成したが、必ずしもこの構成に限られず、例えば、内部空間Ｈ’にパッドプレート４４および研磨パッド４４の厚さ方向に収縮あるいは膨張可能として磁歪素子を配設し、印加装置５５によりこの磁歪素子に磁界を印加可能に構成しても同様に実施可能であり同様の効果を得ることができる。
【００８６】
続いて、本発明に係る半導体デバイスの製造方法の実施例に付いて説明する。図１５は半導体デバイスの製造プロセスを示すフローチャートである。半導体製造プロセスをスタートすると、まずステップＳ２００で次にあげるステップＳ２０１〜Ｓ２０４の中から適切な処理工程を選択し、いずれかのステップに進む。
【００８７】
ここで、ステップＳ２０１はウェハの表面を酸化させる酸化工程である。ステップＳ２０２はＣＶＤ等によりウェハ表面に絶縁膜や誘電体膜を形成するＣＶＤ工程である。Ｓ２０３はウェハに電極を蒸着等により形成する電極形成工程である。ステップＳ２０４はウェハにイオンを打ち込むイオン打ち込み工程である。
【００８８】
ＣＶＤ工程Ｓ２０２もしくは電極形成工程Ｓ２０３の後で、ステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５はＣＭＰ工程である。ＣＭＰ工程では本発明に係るＣＭＰ装置１により、層間絶縁膜の平坦化や半導体デバイス表面の金属膜の研磨、誘電体膜の研磨等が行われ、ダマシン(damascene)プロセスが適用されることもある。
【００８９】
ＣＭＰ工程Ｓ２０５もしくは酸化工程Ｓ２０１の後でステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６はフォトリソグラフィ工程である。この工程ではウェハへのレジストの塗布、露光装置を用いた露光によるウェハへの回路パターンの焼き付け、露光したウェハの現像が行われる。さらに、次のステップＳ２０７は現像したレジスト像以外の部分をエッチングにより削り、その後レジスト剥離が行われ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くエッチング工程である。
【００９０】
次に、ステップＳ２０８で必要な全工程が完了したかを判断し、完了していなければステップＳ２００に戻り、先のステップを繰り返してウェハ上に回路パターンが形成される。ステップＳ２０８で全工程が完了したと判断されればエンドとなる。
【００９１】
本発明による半導体デバイス製造方法では、ＣＭＰ工程において本発明に係る研磨装置を用いているため、ウェハの加工精度及び歩留まりが向上する。これにより、従来の半導体デバイス製造方法に比べて低コストで半導体デバイスを製造することができるという効果がある。なお、上記半導体デバイス製造プロセス以外の半導体デバイス製造プロセスのＣＭＰ工程に本発明による研磨装置を用いてもよい。また、本発明による半導体デバイス製造方法により製造された半導体デバイスは、歩留まりが高く低コストの半導体デバイスとなる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る研磨装置の一例であるＣＭＰ装置の要部構成を示す正面図である。
【図２】本発明の第１実施形態における研磨パッドを平面視で示す模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態における研磨ヘッドの正断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態における研磨部の平面図である。
【図５】本発明の第１実施形態におけるピンおよびピン収容部材を示す正断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態におけるピンおよびピン収容部材を示す平断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態における圧電素子の斜視図であり、(ａ)が印加電極の形成面を主として示し、(ｂ)がグランド電極の形成面を主として示す斜視図である。
【図８】本発明の第１実施形態における圧電素子を正面視で示す模式図であり、重層した圧電素子の電極に係る構成について示す模式図である。
【図９】本発明の第１実施形態における圧電素子を正断面視で示す模式図であり、圧電素子の形状を印加電圧パターンに対応して示す模式図である。
【図１０】本発明の第１実施形態において重層数を変更した圧電素子を正面視で示す模式図であり、重層した圧電素子の電極に係る構成について示す模式図である。
【図１１】本発明の第２実施形態における圧電素子の斜視図である。
【図１２】本発明の第２実施形態における研磨パッドを平面視で示す模式図である。
【図１３】本発明の第３実施形態における研磨ヘッドの要部を示す正断面図である。
【図１４】本発明の第３実施形態における圧電素子およびカバー部材の斜視図である。
【図１５】本発明に係る半導体デバイスの製造プロセスを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００９３】
１  ＣＭＰ装置（研磨装置）
３０  研磨ヘッド
４０，２４０  研磨体
４２  パッド装着部材（保持部材）
４３，２４３  パッドプレート（研磨布取付部材）
４３ａ，２４３ａ  下面（取付面）
４４  研磨パッド（研磨布）
４５  カバー部材
５０，１５０，２５０，２５０’  圧電素子
５２，１５２  印加電極（複数の電極）
５４，１５４  ピックアップ電極（出力手段）
５５  印加装置（印加手段）
９０  制御部
９１  電圧制御部
９２  ピックアップ制御部
１００  ウェハ
【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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