(57)【要約】【課題】ウェーハなどの基板の研磨に寄与する砥粒の量を増加させ、基板の研磨レートを向上させることができるドレッシング方法を提供する。【解決手段】ドレッシング方法は、ドレッサ５によって研磨部材１０の研磨面１０ａに形成される凸部７０の、研磨部材１０の接線方向に対して垂直なフェレ径を最大にすることができるドレッサ５の回転速度、研磨部材１０の回転速度、および研磨部材１０上でのドレッサ５の移動速度を決定し、決定された回転速度でドレッサ５および研磨部材１０をそれぞれ回転させながら、ドレッサ５を研磨部材１０の研磨面１０ａに押し付け、かつ決定された移動速度でドレッサ５を研磨部材１０の半径方向に移動させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドレッサによって研磨部材の研磨面に形成される凸部の、前記研磨部材の接線方向に対して垂直なフェレ径を最大にすることができる前記ドレッサの回転速度、前記研磨部材の回転速度、および前記研磨部材上での前記ドレッサの移動速度を決定し、
前記決定された回転速度で前記ドレッサおよび前記研磨部材をそれぞれ回転させながら、前記ドレッサを前記研磨部材の研磨面に押し付け、かつ前記決定された移動速度で前記ドレッサを前記研磨部材の半径方向に移動させることを特徴とするドレッシング方法。
【請求項２】
目標ドレッシングプロファイルを達成できるドレッシング圧力を決定する工程をさらに含み、
前記ドレッサを前記研磨部材の研磨面に押し付ける工程は、前記ドレッサを前記決定されたドレッシング圧力で前記研磨部材の研磨面に押し付ける工程であることを特徴とする請求項１に記載のドレッシング方法。
【請求項３】
前記研磨部材と前記ドレッサの相対運動方向を評価関数として含むシミュレーションを用いて、前記ドレッサの回転速度、前記研磨部材の回転速度、および前記ドレッサの移動速度を決定することを特徴とする請求項１または２に記載のドレッシング方法。
【請求項４】
ドレッサによって研磨部材の研磨面に形成される凸部の、前記研磨部材の接線方向に対して垂直なフェレ径を最大にすることができる前記ドレッサの回転速度、前記研磨部材の回転速度、および前記研磨部材上での前記ドレッサの移動速度を決定し、
前記決定された回転速度で前記ドレッサおよび前記研磨部材をそれぞれ回転させながら、前記ドレッサを前記研磨部材の研磨面に押し付け、かつ前記決定された移動速度で前記ドレッサを前記研磨部材の半径方向に移動させ、
前記研磨部材を回転させながら、かつ前記研磨部材の研磨面にスラリーを供給しながら、基板を前記研磨面に押し付けて該基板の表面を研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項５】
目標ドレッシングプロファイルを達成できるドレッシング圧力を決定する工程をさらに含み、
前記ドレッサを前記研磨部材の研磨面に押し付ける工程は、前記ドレッサを前記決定されたドレッシング圧力で前記研磨部材の研磨面に押し付ける工程であることを特徴とする請求項４に記載の研磨方法。
【請求項６】
前記研磨部材と前記ドレッサの相対運動方向を評価関数として含むシミュレーションを用いて、前記ドレッサの回転速度、前記研磨部材の回転速度、および前記ドレッサの移動速度を決定することを特徴とする請求項４または５に記載の研磨方法。
【請求項７】
研磨部材を保持する研磨テーブルと、
基板を前記研磨部材の研磨面に押し付ける研磨ヘッドと、
前記研磨部材の研磨面をドレッシングするドレッサとを備え、
前記ドレッサのドレッシング面が前記研磨部材の研磨面に摺接する方向は、前記研磨部材の半径方向であることを特徴とする研磨装置。
【請求項８】
前記ドレッサは、横軸ドレッサ、斜め軸ドレッサ、またはベルト式ドレッサであることを特徴とする請求項７に記載の研磨装置。
【請求項９】
ドレッサによって研磨部材の研磨面に形成される凸部の、前記研磨部材の接線方向に対して垂直なフェレ径を最大にすることができる前記ドレッサの回転速度、前記研磨部材の回転速度、および前記研磨部材上での前記ドレッサの移動速度を決定するステップをコンピュータに実行させるためのプログラムを記録した非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェーハなどの基板を研磨する研磨部材のドレッシングに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの高集積化が進むにつれて、回路の配線が微細化し、集積されるデバイスの寸法もより微細化されつつある。そこで、表面に例えば金属等の膜が形成されたウェーハを研磨して、ウェーハの表面を平坦化する工程が必要となっている。この平坦化法の一つとして、化学機械研磨（ＣＭＰ）装置による研磨がある。化学機械研磨装置は、研磨部材（研磨布、研磨パッド等）と、ウェーハを保持する保持部（研磨ヘッド、研磨ヘッド、チャック等）とを有している。そして、ウェーハの表面（被研磨面）を研磨部材の表面に押し当て、研磨部材にスラリーを供給しつつ、研磨部材とウェーハとを相対運動させることにより、ウェーハの表面を平坦に研磨するようにしている。
【０００３】
このような化学機械研磨装置に用いられる研磨部材の材料としては、一般に発泡樹脂や不織布が用いられている。研磨部材の表面には微細な凹凸が形成されており、この微細な凹凸は、目詰まり防止や研磨抵抗の低減に効果的なチップポケットとして作用する。しかし、研磨部材でウェーハの研磨を続けると、研磨部材表面の微細な凹凸が潰れてしまい、研磨レートの低下を引き起こす。このため、ダイヤモンド粒子などの多数の砥粒を電着させたドレッサで研磨部材表面のドレッシングを行い、研磨部材表面に微細な凹凸を再形成する。
【０００４】
研磨部材のドレッシング方法としては、回転するドレッサを移動（円弧状や直線状に往復運動、揺動）させながら、ドレッサのドレッシング面を回転している研磨部材に押し付ける方法がある。研磨部材のドレッシングの際に、微量ではあるが研磨部材の表面が削り取られる。したがって、適切にドレッシングが行われないと研磨部材の表面に不適切なうねりが生じ、ウェーハの面内で研磨レートのばらつきが生じるという不都合がある。研磨レートのばらつきは、研磨不良の原因となるため、研磨部材の表面に不適切なうねりを生じさせないように、ドレッシングを適切に行う必要がある。即ち、研磨部材の適切な回転速度、ドレッサの適切な回転速度、適切なドレッシング荷重、ドレッサの適切な移動速度といった、適切なドレッシング条件でドレッシングを行うことで研磨レートのばらつきを回避している。さらに、ドレッシング領域を複数に分けて各領域でのドレッサ移動速度を調整することで、パッド高さプロファイルを制御することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−７６０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述したように、研磨部材表面の微細な凹凸はチップポケットとして作用するが、同時にウェーハの材料を除去するための砥粒を保持する役割も果たす。即ち、ドレッシングによって研磨部材表面に生成された微細な凹凸の凹部（パッドアスペリティの谷の部分）を移動してきたスラリーに含まれる砥粒が、研磨部材表面の凸部と基板との接触部に滞留し、そこでウェーハの材料の除去、すなわちウェーハの研磨が行われる。
【０００７】
ＣＭＰプロセスにおいて、基板の研磨レート（除去レートともいう）は生産性を左右する重要な要素である。研磨レートを高くするためには、より多数の砥粒がウェーハの研磨に作用することが必要である。
【０００８】
そこで、本発明は、ウェーハなどの基板の研磨に寄与する砥粒の量を増加させ、基板の研磨レートを向上させると同時に、研磨部材のうねりを抑制して安定した研磨レートを実現することができるドレッシング方法を提供することを目的とする。また、本発明は、研磨レートを向上できるドレッシング条件下で基板を研磨する方法を提供することを目的とする。さらに、本発明は、研磨レートを向上させることができるドレッサ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】
【０００９】
本発明の一態様によれば、ドレッサによって研磨部材の研磨面に形成される凸部の、前記研磨部材の接線方向に対して垂直なフェレ径を最大にすることができる前記ドレッサの回転速度、前記研磨部材の回転速度、および前記研磨部材上での前記ドレッサの移動速度を決定し、前記決定された回転速度で前記ドレッサおよび前記研磨部材をそれぞれ回転させながら、前記ドレッサを前記研磨部材の研磨面に押し付け、かつ前記決定された移動速度で前記ドレッサを前記研磨部材の半径方向に移動させることを特徴とするドレッシング方法が提供される。
【００１０】
ドレッシング方法は、目標ドレッシングプロファイルを達成できるドレッシング圧力を決定する工程をさらに含み、前記ドレッサを前記研磨部材の研磨面に押し付ける工程は、前記ドレッサを前記決定されたドレッシング圧力で前記研磨部材の研磨面に押し付ける工程であることを特徴とする。
前記研磨部材と前記ドレッサの相対運動方向を評価関数として含むシミュレーションを用いて、前記ドレッサの回転速度、前記研磨部材の回転速度、および前記ドレッサの移動速度を決定することを特徴とする。
【００１１】
本発明の一態様によれば、ドレッサによって研磨部材の研磨面に形成される凸部の、前記研磨部材の接線方向に対して垂直なフェレ径を最大にすることができる前記ドレッサの回転速度、前記研磨部材の回転速度、および前記研磨部材上での前記ドレッサの移動速度を決定し、前記決定された回転速度で前記ドレッサおよび前記研磨部材をそれぞれ回転させながら、前記ドレッサを前記研磨部材の研磨面に押し付け、かつ前記決定された移動速度で前記ドレッサを前記研磨部材の半径方向に移動させ、前記研磨部材を回転させながら、かつ前記研磨部材の研磨面にスラリーを供給しながら、基板を前記研磨面に押し付けて該基板の表面を研磨することを特徴とする研磨方法が提供される。
【００１２】
研磨方法は、目標ドレッシングプロファイルを達成できるドレッシング圧力を決定する工程をさらに含み、前記ドレッサを前記研磨部材の研磨面に押し付ける工程は、前記ドレッサを前記決定されたドレッシング圧力で前記研磨部材の研磨面に押し付ける工程であることを特徴とする。
前記研磨部材と前記ドレッサの相対運動方向を評価関数として含むシミュレーションを用いて、前記ドレッサの回転速度、前記研磨部材の回転速度、および前記ドレッサの移動速度を決定することを特徴とする。
【００１３】
本発明の一態様によれば、研磨部材を保持する研磨テーブルと、基板を前記研磨部材の研磨面に押し付ける研磨ヘッドと、前記研磨部材の研磨面をドレッシングするドレッサとを備え、前記ドレッサのドレッシング面が前記研磨部材の研磨面に摺接する方向は、前記研磨部材の半径方向であることを特徴とする研磨装置が提供される。
前記ドレッサは、横軸ドレッサ、斜め軸ドレッサ、またはベルト式ドレッサであることを特徴とする。
【００１４】
本発明の一態様によれば、ドレッサによって研磨部材の研磨面に形成される凸部の、前記研磨部材の接線方向に対して垂直なフェレ径を最大にすることができる前記ドレッサの回転速度、前記研磨部材の回転速度、および前記研磨部材上での前記ドレッサの移動速度を決定するステップをコンピュータに実行させるためのプログラムを記録した非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
ドレッサで研磨部材の研磨面をドレッシングすると、研磨面には複数のスクラッチが多方向に形成され、結果として、スクラッチに囲まれた凸部が研磨部材の研磨面に生成される。基板の研磨は、研磨部材と基板との間にスラリーを存在させた状態で、研磨部材と基板とをそれぞれ回転させることにより行われる。スラリーに含まれる砥粒は、凸部の縁に保持され、基板に接触することで基板から材料を除去する。
【００１６】
ＣＭＰプロセスでは、研磨部材の回転は基板の回転よりも支配的である。本発明によれば、凸部のフェレ径は、研磨部材の半径方向において最大化される。スラリーに含まれる砥粒は、半径方向に長い凸部に保持される。したがって、より多くの砥粒が基板の研磨に寄与し、基板の研磨レートを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】研磨装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】研磨部材上でのドレッサの移動を説明する平面図である。
【図３】発泡ポリウレタン製の研磨部材の研磨面と、その研磨面に形成された凸部の形状を示す図である。
【図４】スラリーに含まれる砥粒が凸部に滞留する様子を示す図である。
【図５】スラリーに含まれる砥粒が凸部に滞留する様子を示す図である。
【図６】一般的なドレッシング条件で基板の研磨を実施した場合の、研磨方向に対する角度と、凸部の実測形状から推定した総フェレ径との関係を分析した結果を示す図である。
【図７】複数のドレッシング条件を示す図である。
【図８】実験を通じてフェレ径と研磨レートを評価した結果を示す図である。
【図９】横軸ドレッサの一例を示す模式図である。
【図１０】斜め軸ドレッサの一例を示す模式図である。
【図１１】ベルト式ドレッサの一例を示す模式図である。
【図１２】ドレッシング監視装置の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、ウェーハなどの基板を研磨する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、研磨装置は、基板Ｗの研磨に使用される研磨部材１０を保持する研磨テーブル９と、基板Ｗを研磨するための研磨ユニット１と、研磨部材１０上にスラリーを供給するスラリー供給ノズル４と、研磨部材１０を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。研磨部材１０の例としては、発泡樹脂からなる研磨パッド、不織布からなる研磨布が挙げられる。
【００１９】
研磨ユニット１は、研磨ヘッドシャフト１８の下端に連結された研磨ヘッド２０を備えている。研磨ヘッド２０は、その下面に基板Ｗを真空吸着により保持することができるように構成されている。研磨ヘッドシャフト１８は、図示しないモータの駆動により回転し、この研磨ヘッドシャフト１８の回転により、研磨ヘッド２０および基板Ｗが回転する。研磨ヘッドシャフト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）により研磨部材１０に対して上下動するようになっている。
【００２０】
研磨テーブル９は、その下方に配置されるテーブルモータ１３に連結されている。研磨テーブル９は、その軸心まわりにテーブルモータ１３によって回転される。研磨テーブル９の上面には研磨部材１０が貼付されており、研磨部材１０の上面が基板Ｗを研磨する研磨面１０ａを構成している。
【００２１】
基板Ｗの研磨は次のようにして行われる。研磨ヘッド２０および研磨テーブル９をそれぞれ矢印で示すように回転させ、スラリー供給ノズル４から研磨部材１０の研磨面１０ａ上にスラリーを供給する。基板Ｗを保持した研磨ヘッド２０を下降させ、さらに研磨ヘッド２０内に設置されたエアバッグからなる加圧機構（図示せず）により基板Ｗを研磨部材１０の研磨面１０ａに押し付ける。基板Ｗと研磨部材１０とはスラリーの存在下で互いに摺接される。基板Ｗの表面は、スラリーの化学成分による化学的作用と、スラリーに含まれる砥粒による機械的作用との組み合わせにより研磨される。このような研磨は、化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスと呼ばれる。
【００２２】
ドレッシングユニット２は、研磨部材１０の研磨面１０ａに接触するドレッサ５と、ドレッサ５に連結されたドレッサ軸１６と、ドレッサ軸１６の上端に設けられたエアシリンダ１９と、ドレッサ軸１６を回転自在に支持するドレッサアーム１７とを備えている。ドレッサ５の下面にはダイヤモンド粒子などの砥粒が固定されている。ドレッサ５の下面は、研磨部材１０の研磨面１０ａをドレッシングするドレッシング面を構成する。
【００２３】
ドレッサ軸１６およびドレッサ５は、ドレッサアーム１７に対して上下動可能となっている。エアシリンダ１９は、ドレッサ５を研磨部材１０に対して押し付けて、ドレッシング圧力を研磨部材１０に加えるアクチュエータである。ドレッシング圧力は、エアシリンダ１９に供給される空気圧により調整することができる。
【００２４】
ドレッサアーム１７はスイングモータ５６に駆動されて、支軸５８を中心として旋回（スイング）させるように構成されている。ドレッサ軸１６は、ドレッサアーム１７内に設置された図示しないモータにより回転し、このドレッサ軸１６の回転により、ドレッサ５がその軸心を中心に回転する。
【００２５】
研磨部材１０の研磨面１０ａ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９および研磨部材１０をテーブルモータ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）を研磨部材１０の研磨面１０ａに供給する。さらに、ドレッサ５をその軸心まわりに回転させる。研磨パッド１０の回転方向とドレッサ５の回転方向は通常同じであるが逆でも良い。
【００２６】
ドレッサ５はエアシリンダ１９により研磨面１０ａに押し付けられ、ドレッサ５の下面（ドレッシング面）を研磨面１０ａに摺接させる。この状態で、ドレッサアーム１７を旋回させ、研磨部材１０上のドレッサ５を研磨部材１０の半径方向に移動させる。研磨部材１０の研磨面１０ａは、回転するドレッサ５によりわずかに削り取られ、これにより研磨部材１０の研磨面１０ａのドレッシングが行われる。
【００２７】
研磨装置は、研磨テーブル９および研磨部材１０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、ドレッサアーム１７の旋回角度を測定するドレッサ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。これらのロータリエンコーダ３１，３２はドレッシング監視装置６０に接続されている。
【００２８】
ドレッサ５は研磨部材１０に接触しながら、研磨部材１０の半径方向に移動する。ドレッサ５、ドレッサ軸１６、ドレッサアーム１７、エアシリンダ１９、および図示しない回転機構などにより、ドレッシングユニット２が構成されている。このドレッシングユニット２には、ドレッシング監視装置６０が電気的に接続されている。ドレッシング監視装置６０としては、専用または汎用のコンピュータを用いることができる。
【００２９】
研磨部材１０上でのドレッサ５の移動について図２を参照して説明する。ドレッサアーム１７は、支軸５８を中心として時計回りおよび反時計回りに所定の角度だけ旋回する。そして、ドレッサアーム１７の旋回により、ドレッサ５は、記号Ｌで示すドレッサ移動範囲内で研磨部材１０の半径方向に移動する。
【００３０】
一般に、基板を研磨した後の研磨面１０ａの高さは不均一である。そこで、研磨部材１０の研磨面１０ａをドレッシングによって平坦化するために、研磨面１０ａの高さに従って、ドレッサ５の移動速度をドレッサ移動範囲Ｌ内の場所によって変えることが行われる。具体的には、ドレッサ移動範囲Ｌを研磨部材１０の半径方向に複数の区間に分割し、その区間での研磨面１０ａの高さに基づいてドレッサ５の移動速度を決定する。研磨面１０ａの高さは、ドレッサアーム１７に固定された図示しない距離センサにより測定することができる。ドレッサ５は異なる速度でそれぞれの区間を移動するので、ドレッサ５の各区間での滞在時間が異なる。したがって、ドレッサ５による研磨部材１０の材料除去量は区間ごとに異なる。
【００３１】
ドレッサ５で研磨部材１０の研磨面１０ａをドレッシングすると、研磨面１０ａには複数のスクラッチが多方向に形成され、結果として、スクラッチに囲まれた凸部が研磨面１０ａに生成される。基板Ｗの研磨中に研磨面１０ａに供給されたスラリーに含まれる砥粒の一部は、凸部の縁に保持される。基板Ｗの研磨は、研磨部材１０と基板Ｗとの間にスラリーを存在させた状態で、研磨部材１０と基板Ｗとをそれぞれ回転させることにより行われる。
【００３２】
本発明者らは、基板の研磨レートを向上させるために最適なドレッシング方法について鋭意研究した結果、研磨部材１０の研磨面１０ａの凸部が楕円球および楕円錐形状に近い形状を持つ傾向があり、凸部の長径方向と短径方向が研磨部材１０とドレッサ５の相対運動方向に依存して決定される傾向があることを見出した。更に、本発明者らは、研磨部材１０の回転速度とドレッサ５の回転速度を調整してその相対運動方向を制御することにより、高い研磨レートが期待できる凸部の総フェレ径の大きなドレッシング条件を得られることを突き止めた。更に、本発明者らは、ドレッサ５の回転速度と、研磨部材１０の回転速度と、研磨部材１０に加わるドレッシング圧力と、研磨部材１０上を移動するドレッサ５の移動速度から、フェレ径密度を相対的に算出するシミュレーションを用いて決定したドレッシング条件で基板の研磨を実施することにより、基板の研磨レートを増加させることが可能であることが分かった。なお、フェレ径とは、ある特定の方向（例えば相対運動方向）に対して垂直な方向に凸部の接触面を投影した長さをいい、フェレ径密度とは、研磨部材１０の研磨面１０ａ上のある領域内にある全ての凸部のフェレ径の合計を評価面積で割った値のことをいう。
【００３３】
図３は、発泡ポリウレタン製の研磨部材１０の研磨面１０ａと、その研磨面１０ａに形成された凸部７０の形状を示す図である。研磨部材１０の研磨面１０ａを分析した結果、基板の研磨に作用する凸部７０の多くは、図３に示すように、楕円球や楕円錐に近い形状を持つことが分かった。このような形状を持つ凸部７０の基板との接触面は、楕円形状である。図４に示すように、スラリーに含まれる砥粒８０は、楕円形の凸部７０の縁に滞留し、これらの砥粒８０が基板に接触することで基板から材料を除去する。
【００３４】
凸部は楕円形状であるため、研磨部材１０と基板の相対運動方向に依存して、ある特定の方向に沿った凸部７０のフェレ径が変化する。例えば、研磨部材１０の半径方向に沿ったフェレ径は、研磨部材１０と基板の相対運動方向に依存して変わる。このことは、研磨部材１０と基板の相対運動方向に対して垂直な方向に沿った凸部７０のフェレ径が最大となるように凸部７０を意図的に生成することで、基板の研磨レートが向上できる可能性を示唆している。研磨部材１０と基板の相対運動方向は、研磨部材１０と基板がそれぞれの軸心を中心に回転しているときに、研磨部材１０が基板に対して相対的に移動する方向である。以下の説明では、研磨部材１０と基板の相対運動方向を研磨方向という。
【００３５】
図５は、凸部７０の長径方向が研磨方向（研磨部材１０が基板に対して相対的に移動する方向）に対して垂直であるときの模式図である。図５に示すように、凸部７０の長径方向が研磨方向に対して垂直であるとき、図４に示す凸部７０に比べて、より多くの砥粒８０を凸部７０が保持することができる。このことは、研磨方向に垂直な方向に沿ったフェレ径が最大となるとき、基板の研磨レートが向上できる可能性を示唆している。
【００３６】
図６は、一般的なドレッシング条件で基板の研磨を実施した場合の、研磨方向に対する角度αと、凸部７０の実測形状から推定した総フェレ径（一辺が1mmの正方形の領域内にある凸部７０のフェレ径の総和）との関係を分析した結果を示す図である。この例では、角度αが０度の方向から凸部７０を見たときに総フェレ径が概ね最小となり、角度αが９０度の方向から凸部７０を見たときに総フェレ径が概ね最大となる。この分析結果は、凸部７０の長径方向が研磨方向と概ね一致する方向性をもって凸部７０が配列されていることを示唆している。一方、凸部７０の長径方向が研磨方向に対して垂直となるように研磨部材１０をドレッシングすることができれば、研磨方向に対して垂直な方向に沿ったフェレ径を最大化できる可能性がある。以下、研磨方向に対して垂直な方向に沿ったフェレ径を、垂直フェレ径という。
【００３７】
図６に示す実験で用いた一般的なドレッシング条件では、研磨部材１０とドレッサ５の相対運動方向は概ね研磨方向とほぼ一致している。このことから、凸部７０の異方性配列は研磨部材１０とドレッサ５の相対運動方向に強く依存していると考えられる。そこで、研磨部材１０とドレッサ５の相対運動方向を意図的に制御することで、凸部７０の方向性に変化を与えて垂直フェレ径を増大させ、研磨レートを増加させることができると考えられる。
【００３８】
シミュレーションに基づいて垂直フェレ径を最大化する条件を以下に説明する。このシミュレーションは、研磨部材１０とドレッサ５の相対運動方向を評価関数として含むシミュレーションである。ドレッサ５が研磨部材１０に対して押し付けられているとき、時刻tにおけるドレッサ５の位置を考慮すると、研磨部材１０とドレッサ５との接触面におけるドレッシング圧力はp(r,θ,t)で与えられる。ここで、rは研磨部材１０の回転中心を原点に持つ極座標系上のある点の前記原点からの半径方向の距離を表し、θは前記原点と前記点とを結ぶ線の座標軸からの角度を表す。
【００３９】
研磨部材１０の回転速度ωpとドレッサ５の回転速度ωdから、研磨部材１０とドレッサ５の相対運動ベクトルvpd(r,θ,t)が得られる。研磨部材１０のドレッシングにおいてもプレストン則（研磨レートが研磨圧力と相対速度に比例する法則）が成立するとして、T秒後の平均的なドレッシングプロファイルM(r)は、以下の式（１）で得られる。なお、式（１）におけるkpはプレストン係数であり、本実施形態では実験的に求めた定数が用いられる。ただし、圧力依存性や速度依存性、温度依存性、ドレッサ５や研磨部材１０の状態依存性などを考慮してプレストン係数kpを決定してもよい。
【数１】
2019063964.tif 000003
【００４０】
ドレッシングプロファイルM(r)は、ドレッサ５による研磨部材１０の材料除去量の分布である。上記式（１）で得られるドレッシングプロファイルM(r)と、目標ドレッシングプロファイルMref(r)との差を表す誤差関数e0は、次の式（２）で与えられる。この誤差関数e0を最小化することで、ドレッシングプロファイルM(r)を最適化するドレッシング条件を得ることができる。
【数２】
2019063964.tif 000004
【００４１】
さらに、以下に示す式（３）を用いることで、ドレッシングプロファイルM(r)におけるベクトル成分Mvec(r)を求めることができる。このベクトル成分Mvec(r)は、ドレッサ５と研磨部材１０の相対運動の平均的な方向性を示しており、以下に示す式（４）に示すように、研磨部材１０の回転方向ベクトル成分（接線方向ベクトル成分）Mtan(r)と半径方向ベクトル成分Mrad(r)との和、または研磨方向ベクトル成分Mp(r)と研磨方向に垂直な方向のベクトル成分Mn(r)との和で表すことができる。
【数３】
2019063964.tif 000005
【数４】
2019063964.tif 000006
【００４２】
ベクトル成分Mvec(r)の方向が研磨部材１０の凸部７０の長径方向と一致するとき、Mvec(r)におけるMp(r)の割合が小さくなれば、すなわちMn(r)の割合が大きくなれば、垂直フェレ径が大きくなる。化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスにおいては、研磨部材１０の回転は基板の回転よりも支配的であり、研磨方向の全体の平均は、研磨部材１０の回転方向（周方向または接線方向）と一致することが知られている。このため、Mtan(r)はMp(r)に概ね等しいとみなすことができ、Mrad(r)はMn(r)に概ね等しいとみなすことができる。ＣＭＰプロセスでは、垂直フェレ径は、研磨部材１０の接線方向に対して垂直なフェレ径ということができる。以下に示す式（５）または式（６）で表すベクトル成分比の評価関数e1を最小化することで、垂直フェレ径を最大化するドレッシング条件を得ることができる。
【数５】
2019063964.tif 000007
【数６】
2019063964.tif 000008
【００４３】
なお、フェレ径の方向性は、基本的にドレッサ５と研磨部材１０の相対運動方向に依存するため、ベクトル成分比の評価関数は、ドレッサ５と研磨部材１０の相対運動方向を反映していれば他の形式でもよい。
【００４４】
さらに、以下に示す式（７）で表される、誤差関数e0と目的関数e1との和である目的関数eを最小化することでドレッシングプロファイルM(r)の最適化と垂直フェレ径の最大化を同時に実現するドレッシング条件を得ることができる。式（７）において、w0およびw1は重み関数であり、それぞれの誤差関数e0，目的関数e1の優先度に基づいて任意に設定される。
【数７】
2019063964.tif 000009
【００４５】
次に、上述した実施形態に従って決定されたドレッシング条件の効果について検証を行った実験結果を以下に述べる。ドレッサ５と研磨部材１０の回転回数、およびドレッサ移動範囲Ｌ（図２参照）内に定義された複数の区間での滞在時間を変数として用いて、最適化を行った。図７は、複数のドレッシング条件を示す図である。具体的には、ドレッシング条件１は、ドレッシングプロファイルM(r)の均一化と垂直フェレ径の最大化を同時に達成することができる条件である。ドレッシング条件２は比較例としてドレッシングプロファイルの均一化と垂直フェレ径の最小化を同時に達成することができる条件であり、ドレッシング条件３は比較例としてドレッサ５の移動速度を一定とする条件である。
【００４６】
ドレッシング条件２ではドレッシングプロファイルM(r)の半径方向ベクトル成分Mrad(r)が極めて小さいのに対し、ドレッシング条件１ではドレッシングプロファイルM(r)の半径方向ベクトル成分Mrad(r)が大きく、かつドレッシングプロファイルM(r)も概ね均一であることが分かる。このように開発したシミュレーションを用いることで、所望のドレッシングプロファイルとフェレ径の方向性を同時に得ることが可能となる。
【００４７】
ドレッシング監視装置６０は、式（１）乃至式（７）を含む上記シミュレーションを実行して、ドレッサ５によって研磨部材１０の研磨面１０ａに形成される凸部７０の垂直フェレ径を最大にすることができるドレッサ５の回転速度、研磨部材１０の回転速度、および研磨部材１０上でのドレッサ５の移動速度を決定する。ドレッシングユニット２は、決定された回転速度でドレッサ５および研磨部材１０をそれぞれ回転させながら、ドレッサ５を研磨部材１０の研磨面１０ａに押し付け、かつ決定された移動速度でドレッサ５を研磨部材１０の半径方向に移動させる。
【００４８】
ドレッシング監視装置６０は、ドレッサ５の回転速度、研磨部材１０の回転速度、および研磨部材１０上でのドレッサ５の移動速度を決定することに加えて、上記シミュレーションを用いて、目標ドレッシングプロファイルMref(r)を達成できるドレッシング圧力を決定することが好ましい。ドレッシングユニット２は、決定された回転速度でドレッサ５および研磨部材１０をそれぞれ回転させながら、ドレッサ５を決定されたドレッシング圧力で研磨部材１０の研磨面１０ａに押し付け、かつ決定された移動速度でドレッサ５を研磨部材１０の半径方向に移動させる。
【００４９】
研磨部材１０のドレッシングが終了した後、基板Ｗを保持した研磨ヘッド２０および研磨テーブル９をそれぞれ回転させ、研磨部材１０上にスラリーを供給する。研磨ヘッド２０を下降させ、さらに研磨ヘッド２０内に設置されたエアバッグからなる加圧機構（図示せず）により基板Ｗを研磨部材１０の研磨面１０ａに押し付ける。基板Ｗと研磨部材１０とはスラリーの存在下で互いに摺接され、これにより基板Ｗの表面が研磨される。
【００５０】
次に、図１に示す研磨装置を用いて、異なるドレッシング条件において実際に基板の研磨を実施した実験結果について説明する。実験を通じてフェレ径と研磨レートを評価した結果を図８に示す。図８に示されるように、ドレッシング条件１、ドレッシング条件３、ドレッシング条件２の順番で総フェレ径が大きく、研磨レートが高い結果が得られた。このように、ドレッシング条件を最適化すること、すなわち垂直フェレ径を最大化することにより研磨レートが向上する効果が確認された。
【００５１】
なお、実施例においては小型の回転ドレッサ５を用いる機構を対象としたが、本発明はドレッサの機構に左右されるものではなく、シミュレーションにおいて考慮できる対象であればいかなる機構でも問題はない。例えば、本発明は、横軸ドレッサ、斜め軸ドレッサ、ベルト式ドレッサなどを備える研磨装置においても適用することができる。
【００５２】
図９は、横軸ドレッサの一例を示す模式図である。このタイプのドレッサ５は、研磨部材１０の研磨面１０ａに平行な回転軸８７に固定されている。回転軸８７の延びる方向は、ドレッサ５が研磨部材１０に接触する点における研磨部材１０の半径方向に対して垂直である。回転軸８７は回転機構８５に連結されており、この回転機構８５によりドレッサ５および回転軸８７が回転する。回転機構８５はエアシリンダ１９に連結され、エアシリンダ１９はドレッサアーム１７に固定されている。
【００５３】
ドレッサ５はドラム形状を有しており、ドレッサ５の外周面にはダイヤモンド粒子などの砥粒が固定されている。ドレッサ５の外周面は、研磨部材１０の研磨面１０ａをドレッシングするドレッシング面を構成する。ドレッサアーム１７はドレッサ移動機構８８に連結されている。このドレッサ移動機構８８は、図９の矢印で示すように、ドレッサ５をドレッサアーム１７とともに研磨部材１０の半径方向に移動させるように構成されている。特に説明しない他の構成は、図１に示す実施形態と同じである。
【００５４】
図１０は、斜め軸ドレッサの一例を示す模式図である。基本的な構成は、図１に示す実施形態と同じであるが、ドレッサ軸１６（すなわちドレッサ５の軸心）は、ドレッサ５が研磨部材１０に接触する点における研磨部材１０の半径方向に対して垂直な方向に傾いている点で異なっている。ドレッサ５の下面からなるドレッシング面の片側の外周部は研磨面１０ａに接触するが、ドレッシング面の中心は研磨面１０ａに接触しない。特に説明しない他の構成は、図１に示す実施形態と同じである。
【００５５】
図１１は、ベルト式ドレッサの一例を示す模式図である。このタイプのドレッサ５は、複数のローラー９１に支持された無端ベルト９５を備えている。各ローラー９１の軸心は、研磨部材１０の研磨面１０ａに平行であり、かつドレッサ５が研磨部材１０に接触する点における研磨部材１０の半径方向に対して垂直である。複数のローラー９１のうちの１つは回転機構（図示せず）に連結されている。ローラー９１が回転機構により回転されると、無端ベルト９５が循環する。無端ベルト９５の外面にはダイヤモンド粒子などの砥粒が固定されている。無端ベルト９５の外面は、研磨部材１０の研磨面１０ａをドレッシングするドレッシング面を構成する。
【００５６】
ローラー９１はドレッサ軸１６を介してエアシリンダ１９に連結されている。ドレッサ５の無端ベルト９５は、エアシリンダ１９によって研磨部材１０の研磨面１０ａに押し付けられる。ドレッサアーム１７はドレッサ移動機構８８に連結されている。このドレッサ移動機構８８は、図１１の矢印で示すように、ドレッサ５をドレッサアーム１７とともに研磨部材１０の半径方向に移動させるように構成されている。特に説明しない他の構成は、図１に示す実施形態と同じである。
【００５７】
図９乃至図１１に示すドレッサ５のドレッシング面が研磨部材１０の研磨面１０ａに摺接する方向は、研磨部材１０の半径方向である。すなわち、図９乃至図１１に示すドレッサ５は、研磨部材１０の半径方向にドレッシングするので、垂直フェレ径を最大化することができる。
【００５８】
本実施形態では、ドレッシング監視装置６０は、コンピュータから構成される。図１２は、ドレッシング監視装置６０の構成を示す模式図である。ドレッシング監視装置６０は、プログラムやデータなどが格納される記憶装置１１０と、記憶装置１１０に格納されているプログラムに従って演算を行うＣＰＵ（中央処理装置）などの処理装置１２０と、データ、プログラム、および各種情報を記憶装置１１０に入力するための入力装置１３０と、処理結果や処理されたデータを出力するための出力装置１４０と、インターネットなどのネットワークに接続するための通信装置１５０を備えている。
【００５９】
記憶装置１１０は、処理装置１２０がアクセス可能な主記憶装置１１１と、データおよびプログラムを格納する補助記憶装置１１２を備えている。主記憶装置１１１は、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）であり、補助記憶装置１１２は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）またはソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）などのストレージ装置である。
【００６０】
入力装置１３０は、キーボード、マウスを備えており、さらに、記録媒体からデータを読み込むための記録媒体読み込み装置１３２と、記録媒体が接続される記録媒体ポート１３４を備えている。記録媒体は、非一時的な有形物であるコンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、例えば、光ディスク（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ）や、半導体メモリー（例えば、ＵＳＢフラッシュドライブ、メモリーカード）である。記録媒体読み込み装置１３２の例としては、ＣＤドライブ、ＤＶＤドライブなどの光学ドライブや、カードリーダーが挙げられる。記録媒体ポート１３４の例としては、ＵＳＢ端子が挙げられる。記録媒体に記憶されているプログラムおよび／またはデータは、入力装置１３０を介してドレッシング監視装置６０に導入され、記憶装置１１０の補助記憶装置１１２に格納される。出力装置１４０は、ディスプレイ装置１４１、印刷装置１４２を備えている。
【００６１】
コンピュータからなるドレッシング監視装置６０は、記憶装置１１０に電気的に格納されたプログラムに従って動作する。すなわち、ドレッシング監視装置６０は、ドレッサ５によって研磨部材１０の研磨面１０ａに形成される凸部７０の、研磨部材１０の接線方向に対して垂直なフェレ径を最大にすることができるドレッサ５の回転速度、研磨部材１０の回転速度、および研磨部材１０上でのドレッサ５の移動速度を決定するステップを実行する。
【００６２】
上記ステップをドレッシング監視装置６０に実行させるためのプログラムは、非一時的な有形物であるコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録され、記録媒体を介してドレッシング監視装置６０に提供される。または、プログラムは、インターネットなどの通信ネットワークを介してドレッシング監視装置６０に提供されてもよい。
【００６３】
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。
【符号の説明】
【００６４】
１      研磨ユニット
２      ドレッシングユニット
３      ベース
４      スラリー供給ノズル
５      ドレッサ
９      研磨テーブル
１０      研磨部材
１０ａ    研磨面
１３      テーブルモータ
１６      ドレッサ軸
１７      ドレッサアーム
１８      研磨ヘッドシャフト
１９      エアシリンダ
２０      研磨ヘッド
３１      テーブルロータリエンコーダ
３２      ドレッサロータリエンコーダ
５６      スイングモータ
５８      支軸
６０      ドレッシング監視装置
７０      凸部
８０      砥粒
８５      回転機構
８７      回転軸
８８      ドレッサ移動機構
９１      ローラー
９５      無端ベルト
【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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