(57)【要約】      （修正有）【課題】研磨工程において実際に使用されている状態における研磨パッドの表面形状及び粘弾性特性を示す値の両者が測定可能な測定手段を有した研磨装置を提供する。【解決手段】ウェハを研磨パッド２７の研磨面２７ｓに当接した状態で両者を相対移動させてウェハを研磨するＣＭＰ装置であって、研磨パッド２７の研磨面２７ｓと基準表面６２ｓとの間の距離を測定するメインセンサ６５及びサブセンサ６６を有し、研磨パッド２７の研磨面２７ｓの表面形状を測定するパッド形状測定装置と、研磨パッド２７の研磨面２７ｓに押圧して圧力負荷をかける圧力負荷装置とを備え、圧力負荷装置の圧力負荷によって研磨パッド２７の研磨面２７ｓに生じた変形量をメインセンサ６５及びサブセンサ６６を用いて測定し、測定された変形量が基準範囲内にあるか否かを判断するように構成される。【選択図】図３
2008290182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨対象物を研磨パッドの研磨面に当接した状態で両者を相対移動させて前記研磨対象物を研磨する研磨装置であって、
前記研磨パッドの研磨面と基準面との間の距離を測定する距離測定器を有し、前記研磨パッドの研磨面の表面形状を測定する表面形状測定装置と、
前記研磨パッドの研磨面に押圧して圧力負荷をかける圧力負荷装置とを備え、
前記圧力負荷装置の圧力負荷によって前記研磨パッドの研磨面に生じた変形量を前記距離測定器を用いて測定し、測定された前記変形量が基準範囲内にあるか否かを判断することを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記研磨パッドの研磨面に生じた変形量の測定は、前記圧力負荷装置によって前記研磨パッドの研磨面に異なる強さの圧力で段階的に加えたときの変形量を、前記距離測定器を用いて前記段階毎に測定して行われ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】
前記研磨パッドの研磨面に生じた変形量の測定は、前記圧力負荷装置によって前記研磨パッドの研磨面に一定圧力を加え、その後前記一定圧力を取り去ったときの変形量を、前記距離測定装置を用いて所定の時間間隔で測定して行われることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項４】
前記圧力負荷装置は、前記研磨パッドの研磨面に当接可能な押圧部材を有し、前記押圧部材を移動させて前記研磨パッドの研磨面に圧力負荷をかけるように構成され、
前記圧力負荷装置によって前記研磨パッドの前記研磨面に圧力を負荷したときに、前記距離測定器を用いて前記押圧部材の変位量を測定することによって、前記研磨パッドの研磨面に生じた変形量を求めるように構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の研磨装置。
【請求項５】
前記表面形状測定装置は、光学式の変位センサからなる前記距離測定器と、前記基準面を有する基準部材と、前記距離測定器が取り付けられるとともに前記基準面に沿って移動可能な可動部材とを有し、
前記可動部材を前記基準面に沿って移動させながら、前記距離測定器を用いて前記基準部材の前記基準面と前記研磨パッドの研磨面との間の距離を測定することにより、前記研磨パッドの表面形状を測定するように構成され、
前記圧力負荷装置は、前記表面形状測定装置を構成する前記可動部材に前記距離測定器とともに取り付けられ、前記可動部材を前記基準面に沿って移動させて前記研磨パッドの研磨面の所定位置に圧力を負荷するように構成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨パッドを用いて研磨対象物（例えば、半導体ウェハ）の表面を研磨するＣＭＰ装置等の研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハ（以下では、ウェハと称する）の製造工程において、ウェハ表面に形成された回路構成膜などの研磨加工を行う研磨装置（例えば、ＣＭＰ装置；化学機械研磨装置）に用いられる研磨加工工具すなわち研磨パッドは、加工時間が増すに応じて疲労により研磨パッドの研磨特性が変化してしまう。このように研磨特性が変化した研磨パッドによりウェハ表面の研磨を行うと、ウェハの表面研磨が不均一となり不良品が発生する虞があり、研磨パッドの研磨面の定期的なドレッシングを行っている。
【０００３】
従来では、ドレッシング終了後、研磨パッドが研磨装置（研磨ヘッド）から取り外され、測定装置によって研磨パッドの表面形状（例えば、研磨パッド表面の成す円錐頂角や研磨パッド表面の溝深さ等）、もしくは研磨パッドの粘弾性特性を示す値（例えば、研磨パッドに所定の応力が作用したときの変形量）が測定される（例えば、特許文献１を参照）。この測定結果が良好であれば、研磨パッドは再び研磨装置に取り付けられ、そのまま研磨に使用される。一方、測定結果が良好でない場合には、研磨パッドを研磨装置に取り付けて再び研磨パッドのドレッシングが行われる、もしくは研磨パッドの交換が行われる。
【０００４】
このように、従来は、研磨装置内で研磨パッドの表面形状もしくは粘弾性特性を測定する手段が無く、一旦研磨パッドを研磨装置から取り外して研磨パッドの表面形状もしくは粘弾性特性を測定していた。しかしながら、近年では、研磨パッドの表面形状を自動測定可能な表面形状測定装置が考案され、この表面形状測定装置が搭載された研磨装置が実用化されつつある（例えば、特許文献２を参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０‐２８８５７９号公報
【特許文献２】国際公開第０５／０７２９１０号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来においては、研磨パッドの表面形状もしくは粘弾性特性のどちらか一方を測定し、この測定値が基準の範囲内に入るか否かの結果により研磨対象物に対して該研磨パッドを用いた場合に目的とする研磨が可能であるかを判断していた。しかしながら、研磨パッドの表面形状及び粘弾性特性の両者は互いに研磨結果に影響するために、これでは研磨パッドの研磨特性を正確に判断するには十分ではないという問題があった。また、一旦研磨パッドを研磨装置から取り外して研磨パッドの表面形状もしくは粘弾性特性を測定する場合では、研磨工程において実際に使用されている状態における研磨パッドの研磨特性を正確に判断できないという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、研磨工程において実際に使用されている状態における研磨パッドの表面形状及び粘弾性特性の両者が測定可能な測定手段を有した研磨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】
【０００８】
上記課題を解決して目的を達成するため、本発明に係る研磨装置は、研磨対象物を研磨パッドの研磨面に当接した状態で両者を相対移動させて前記研磨対象物を研磨する研磨装置であって、前記研磨パッドの研磨面と基準面との間の距離を測定する距離測定器を有し、前記研磨パッドの研磨面の表面形状を測定する表面形状測定装置と、前記研磨パッドの研磨面に押圧して圧力負荷をかける圧力負荷装置とを備え、前記圧力負荷装置の圧力負荷によって前記研磨パッドの研磨面に生じた変形量を前記距離測定器を用いて測定し、測定された前記変形量が基準範囲内にあるか否かを判断するように構成される。
【０００９】
上記研磨装置において、前記研磨パッドの研磨面に生じた変形量の測定は、前記圧力負荷装置によって前記研磨パッドの研磨面に異なる強さの圧力で段階的に加えたときの変形量を、前記距離測定器を用いて前記段階毎に測定して行われるのが好ましい。
【００１０】
上記研磨装置において、前記研磨パッドの研磨面に生じた変形量の測定は、前記圧力負荷装置によって前記研磨パッドの研磨面に一定圧力を加え、その後前記一定圧力を取り去ったときの変形量を、前記距離測定装置を用いて所定の時間間隔で測定して行われるのが好ましい。
【００１１】
上記研磨装置において、前記圧力負荷装置は、前記研磨パッドの研磨面に当接可能な押圧部材を有し、前記押圧部材を移動させて前記研磨パッドの研磨面に圧力負荷をかけるように構成され、前記圧力負荷装置によって前記研磨パッドの前記研磨面に圧力を負荷したときに、前記距離測定器を用いて前記押圧部材の変位量を測定することによって、前記研磨パッドの研磨面に生じた変形量を求めるのが好ましい。
【００１２】
上記研磨装置において、前記表面形状測定装置が、光学式の変位センサからなる前記距離測定器と、前記基準面を有する基準部材と、前記距離測定器が取り付けられるとともに前記基準面に沿って移動可能な可動部材とを有し、前記可動部材を前記基準面に沿って移動させながら、前記距離測定器を用いて前記基準部材の前記基準面と前記研磨パッドの研磨面との間の距離を測定することにより、前記研磨パッドの表面形状を測定するように構成され、前記圧力負荷装置が、前記表面形状測定装置を構成する前記可動部材に前記距離測定器とともに取り付けられ、前記可動部材を前記基準面に沿って移動させて前記研磨パッドの研磨面の所定位置に圧力を負荷するように構成されるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る研磨装置によれば、表面形状測定装置とともに圧力負荷装置を備えており、圧力負荷装置の圧力負荷によって研磨パッドの研磨面に生じた変形量を、表面形状測定装置を構成する距離測定器を用いて測定することができるので、研磨パッドの表面形状及び粘弾性特性の両者の測定結果に基づいて、研磨工程において実際に使用されている状態における研磨パッドの研磨特性を正確に判断できる。このため、研磨工程中に研磨パッドの劣化状態を的確に把握してウェハの表面研磨が不均一となることを未然に防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係る研磨装置の代表例であるＣＭＰ装置（化学機械研磨装置）の一部を図１に示している。このＣＭＰ装置Ｃは、その研磨工程に従ってカセットインデックス部、ウェハ洗浄部、及び研磨部から構成され、また研磨部は、４分割されたインデックステーブルのそれぞれの区画に設けられる３つの研磨室と１つの搬送室とから構成されるが、本実施形態では、そのうちの１つの研磨室について説明を行う。
【００１５】
搬送室から半導体ウェハＷ（以下では、ウェハＷと称する）が搬入される研磨室１には、４分割されてステッピングモータ等の作動により９０度毎に回動送りされるインデックステーブル２と、研磨アーム３と、ドレッシング装置４と、パッド交換台５と、パッド形状測定装置５０とが配設されている。インデックステーブル２のそれぞれの区画には、研磨対象物であるウェハＷを裏面から吸着保持するウェハ保持装置１０が配設されており、ウェハＷを吸着保持して研磨室１に移動させる。このウェハ保持装置１０は、インデックステーブル２に水平面内で回転自在に支持されており、インデックステーブル２の内部に配設された図示しない電動モータやエアモータ等の駆動手段により高速回転される。
【００１６】
研磨アーム３は、インデックステーブル２に対して水平方向に旋回可能で、且つ鉛直方向に上下動可能に構成されている。この研磨アーム３の揺動端部には研磨ヘッド２０が回転自在に取り付けられており、この研磨ヘッド２０は、図３に示すように、パッドプレート２５が取り付けられたキャリア部材２１を着脱可能に保持するようになっている。キャリア部材２１は円盤状に形成されており、ピン部材等を用いた嵌合により研磨ヘッド２０の下端部に着脱可能に装着される。
【００１７】
キャリア部材２１の下側には、パッドプレート２５の形状に合わせた嵌合穴部２２が形成され、この嵌合穴部２２にＯリング等を用いてパッドプレート２５を嵌合させることにより、パッドプレート２５がキャリア部材２１に着脱可能に取り付けられる。また、キャリア部材２１の内部には、図示しない真空源と繋がる複数の吸着穴２３が形成されており、真空源を用いて吸着穴２３に負圧を作用させることで、キャリア部材２１の嵌合穴部２２に取り付けられたパッドプレート２５を吸着保持できるようになっている。
【００１８】
パッドプレート２５は、樹脂製のプレート部材２６と、プレート部材２６の表面側（下面側）に貼り付けられた研磨パッド２７とを有して構成され、前述したように、キャリア部材２１の嵌合穴部２２に着脱可能に取り付けられる。また、パッドプレート２５は、樹脂製のプレート部材２６を用いた使い捨てのパッドプレートであり、このような使い捨てのパッドプレートを用いることで、キャリア部材２１に対するパッドプレート２５の着脱交換作業を容易にしている。
【００１９】
プレート部材２６は、ＰＥＴ（ポリエチレン‐テレフタラート）等の樹脂材料を用いて円盤状に形成され、ウェハＷの表面（被研磨面Ｗｓ）を平坦に研磨可能な研磨パッド２７が両面接着テープ等を用いてプレート部材２６の表面側（下面側）に貼り付けられている。なお、プレート部材２６の材質は、研磨剤（スラリー）に侵食されないものであれば問題ないが、手軽に入手でき加工が容易、且つ廃棄するときに公害上の問題を起こしにくいものとしてＰＥＴが好ましい。
【００２０】
研磨パッド２７は、発泡性のポリウレタン等の発泡体樹脂材料を用いてプレート部材２６とほぼ同じ外径を有するドーナツ円盤状に形成され、プレート部材２６の表面側（下面側）における中心部近傍が研磨パッド２７に覆われずに露出するようになっている。そして、研磨パッド２７の表面（下面）には、ウェハＷの表面（被研磨面Ｗｓ）に当接して研磨を行う研磨面２７ｓが形成される。また、研磨パッド２７の表面には、格子状の溝２８（図４（ｃ）を参照）が縦横にほぼ等間隔で形成されており、研磨加工の際に研磨剤（スラリー）の拡散が促進されるようになっている。なお、溝２８の幅及び深さは、ともに約１ｍｍ程度で形成されている。
【００２１】
このような研磨ヘッド２０は、研磨アーム３内に配設された図示しない回転駆動機構により回転駆動されて、水平面内で高速回転自在に構成される。また、研磨ヘッド２０は、上述のウェハ保持装置１０の回転方向と逆方向に回転駆動され、研磨パッド２７（パッドプレート２５）をウェハＷに当接させながら高速に相対回転させることにより、ウェハＷの表面（被研磨面Ｗｓ）が平坦に研磨される。さらに、研磨ヘッド２０は、図１に示すように、研磨アーム３の揺動により、ウェハ保持装置１０、ドレッシング装置４、パッド交換台５、及びパッド形状測定装置５０の上方にそれぞれ移動することができるようになっている。
【００２２】
なお、図１で示されるドレッシング装置４は、ウェハＷを研磨加工することによって研磨パッド２７に生じた目詰まりや目の不揃いを修正（ドレッシング、目立て）する装置であり、詳細図示は省略するが、表面にダイヤモンド砥粒等が固着されて回転自在なディスクと、ドレッシングされた研磨パッド２７の表面に純水を噴射して研磨パッド２７を純水洗浄する洗浄ノズルを有している。また、パッド交換台５は、使用後のパッドプレート２５を新品のものに交換するための装置である。
【００２３】
研磨パッド２７の表面形状及び粘弾性特性を示す値（所定の圧力が作用したときの変形量）を測定するパッド形状測定装置５０は、図２，３に示すように、防水カバーが取り付けられた筐体部５１の内部に各構成部品が収容される。筐体部５１の内側に設けられた取り付け用台座５３には、前ブロック５５及び後ブロック５６が取り付けられており、前ブロック５５と後ブロック５６との間には、案内保持板５７が取り付けられ、案内保持板５７の下側には案内部材５８が取り付けられる。案内部材５８には、スライドテーブル５８ａが摺動可能に嵌合しており、案内部材５８及びスライドテーブル５８ａが案内機構５２を構成している。また、案内保持板５７の下側（案内部材５８の下側）には、ボールスクリュー６０が案内保持板５７（案内部材５８）と並行するように取り付けられる。スライドテーブル５８ａにはスクリューナット（図示せず）が嵌め込まれており、このスクリューナットにボールスクリュー６０が螺合している。可動部材５９は、スライドテーブル５８ａに締結されており、ボールスクリュー６０の回転によって、スライドテーブル５８ａとともに案内部材５８に沿って摺動するようになっている。
【００２４】
後ブロック５６には、モータ保持部材６１ａを介してモータ６１が取り付けられており、このモータ６１の回転駆動力を受けてボールスクリュー６０が回転するようになっている。また、所定の基準表面６２ｓを有する基準ブロック６２が、第１保持部材６３及び第２保持部材６４を介して、前ブロック５５及び後ブロック５６にそれぞれ保持されている。
【００２５】
モータ６１は、ＡＣモータ、ＤＣモータ、若しくはステッピングモータのいずれでも構わない。また、モータ６１はロータリーエンコーダ（図示せず）を内蔵し、モータ６１から出力されるモータエンコーダ信号に基づいて、ボールスクリュー６０等を介してモータ６１によって駆動される可動部材５９の位置を検出できるようになっている。原点位置に関しては、案内部材５８の所定箇所に原点センサ（図示せず）を取り付け、可動部材５９がこの位置を通過するときに原点リセット動作を行うようにしている。また、モータ６１の回転駆動トルクは、図示省略するモータ軸からギヤ機構及びベルト機構を介してボールスクリュー６０に伝達されるようになっている。なお、モータ６１の内蔵されたロータリーエンコーダが絶対値型であり、且つボールスクリュー６０を含む機械系の精度が十分ある場合には、原点センサは不要である。また、リニアモータとリニアエンコーダの組み合わせでも構わない。
【００２６】
可動部材５９の上部には、光学式（非接触式）の変位センサからなるメインセンサ６５が設けられ、研磨パッド２７の表面からの距離を測定するようになっている。また、可動部材５９の下部には、渦電流式の変位センサからなるサブセンサ６６が設けられ、基準ブロック６２の基準表面６２ｓからの距離を測定するようになっている。なお、筐体部５１における研磨パッド２７と対向する部分には、図示しない窓が設けられており、測定を行うときにだけ開放されるようになっている。
【００２７】
メインセンサ６５として、光学式（非接触式）の変位センサが用いられる。測定対象表面は、研磨パッド２７の表面（研磨面２７ｓ）であり発泡体樹脂の表面ということになる。発泡体の空孔径は２０〜３０μｍであるので、光学式センサスポットはこの空孔面積より大きいことが好ましい。また、研磨パッド２７の溝２８の幅は１ｍｍ程度であるので、スポット径はこの溝幅よりも小さいことが好ましい。なお、接触式のピックセンサの場合は、プローブ先端の直径が１ｍｍ以上であるので溝２８の深さを検出できない。また、渦電流式や超音波式の場合も、測定範囲が５ｍｍ程度であるので同様に溝２８の深さを検出できない。
【００２８】
サブセンサ６６として、渦電流式の変位センサが用いられる。測定感度を上げ、ノイズの影響を少なくするために、基準ブロック６２は鉄系材料やマルテンサイト系ステレンスを用いる。特に精度を必要としない場合は、アルミニウム、銅系材料等の各種金属でも構わない。基準ブロック６２の基準表面６２ｓは平坦に精密加工されているが、直径数ｍｍ程度の範囲の平均的な距離を算出することができる渦電流式の変位センサを使用することが好ましい。
【００２９】
メインセンサ６５の測定点及びサブセンサ６６の測定点、並びに可動部材５９の駆動点はそれぞれ同軸上に配置され、可動部材５９の駆動方向、すなわちボールスクリュー６０の回転軸に対し、各測定点及び駆動点の３点を結んだ軸が直交している。
【００３０】
また、可動部材５９の上部には、圧力負荷装置７０が設けられ、研磨パッド２７の表面に押圧して圧力負荷をかけるようになっている。圧力負荷装置７０は、研磨パッド２７の研磨面２７ｓに当接可能な押圧部材７１と、押圧部材７１を研磨面２７ｓに当接する方向に移動させる押圧部材駆動機構７２とを備えて構成される。
【００３１】
押圧部材７１は、略棒状に形成され、その先端部において研磨パッド２７の研磨面２７ｓに当接するようになっている。押圧部材７１の中間部には、メインセンサ６５の光軸と交わるように突出した被測定部７１ａが形成されている。また、押圧部材７１の中間部（被測定部７１ａが形成された位置より下部）には、ロータリアクチュエータ７３を有しており、ロータリアクチュエータ７３より上部の押圧部材７１（被測定部７１ａ）を回転させ、被測定部７１ａをメインセンサ６５の光軸と交わる位置もしくは交わらない位置に移動させる（例えば、図２に示す実線の位置と破線の位置のいずれかに位置させる）ようになっている。なお、押圧部材７１の先端部の形状は、例えば略半球形状、略コーン形状、もしくは略平面形状など、研磨パッド２７の材質、硬度、厚さ等に応じて決定される。
【００３２】
押圧部材駆動機構７２は、内部に図示しないアクチュエータ等を備えて構成され、押圧部材７１を図２における上下方向（例えば、研磨パッド２７の研磨面２７ｓに対して略垂直方向）に移動させ、押圧部材７１を介して研磨パッド２７を押圧し圧力負荷をかけて、研磨パッド２７の一部を変形させるようになっている。なお、押圧部材駆動機構７２は、研磨パッド２７に対して異なる強さの圧力を段階的に加える、もしくは一定圧力を加え、その後瞬間的にこの一定圧力をゼロにすることができるようになっている。
【００３３】
ところで、パッド形状測定装置５０を用いて実際に測定されるのは、研磨パッド２７の円錐頂角、溝深さ、及びパッド厚さ等の表面形状と、圧力負荷装置７０によって研磨パッド２７を押圧したときの変形量である。図２に示すように、メインセンサ６５は、研磨パッド２７の表面までの距離Ｌ１、もしくは押圧部材７１の被測定部７１ａの表面（下面）までの距離Ｌ２を測定し、サブセンサ６６は基準ブロック６２の基準表面６２ｓまでの距離Ｌｓを測定する。可動部材５９が研磨パッド２７に近づくとＬ１及びＬ２が小さくなりＬｓが大きくなる極性において、実際に測定値とされるのは（Ｌ１＋Ｌｓ）もしくは（Ｌ２＋Ｌｓ）の値である。すなわち、基準ブロック６２は、研磨パッド２７の表面位置もしくは被測定部７１ａの表面位置を測定するための基準位置を与えるために使用されており、これにより、例えば案内保持板５７や案内部材５８の変形により可動部材５９の位置が変動しても正しい測定が行われるようになっている。
【００３４】
研磨ヘッド２０が（図１の破線で示す）所定の基準相対位置（測定位置）に位置するときに、研磨パッド２７（すなわち、研磨ヘッド２０）の回転中心近傍をメインセンサ６５の測定方向に沿って延びる線が通過可能に構成されており、可動部材５９が案内部材５８に沿って図２における左右方向へ直線的に移動することで、研磨パッド２７の表面において研磨パッド２７の回転中心近傍を通る直線に沿った研磨パッド２７の表面形状を測定することができる。また、研磨ヘッド２０を所定角度ずつ回転させることにより、研磨パッド２７の回転中心近傍を通る複数の直線に沿った研磨パッド２７の表面形状（研磨パッド２７のほぼ全域における表面形状）を測定することができる。
【００３５】
さらに、圧力負荷装置７０は、メインセンサ６５とともに可動部材５９上に載置されて構成されているので、研磨パッド２７の表面における研磨パッド２７の回転中心近傍を通る直線に沿った位置で研磨パッド２７を押圧したときの変形量を測定することができる。なお、研磨パッド２７を押圧したときの変形量は、表面形状の測定と同様に研磨ヘッド２０を所定角度ずつ回転させることにより、研磨パッド２７のほぼ全域において測定することは可能である。しかしながら、この変形量は、研磨パッド２７の表面全域において（特に同一円周上において）ほぼ同様の値を示すので、所定の1箇所を測定すれば十分である。本実施形態では研磨パッド２７の回転中心近傍の1箇所（例えば、図４（ｃ）のＡ点）において、研磨パッド２７を押圧したときの変形量を測定する。
【００３６】
なお、本実施形態では、可動部材５９が案内部材５８に沿って直線運動するように構成されているが、これに限られるものではなく、例えば、アーム部材等を用いて可動部材を回転運動させるようにしてもよい。この場合、メインセンサによる測定位置は、研磨パッドの表面において研磨パッドの回転中心近傍を通る円弧に沿った位置となる。
【００３７】
上記のように、研磨パッド２７の表面形状（円錐頂角、溝深さ、パッド厚さ）、及び研磨パッド２７を押圧したときの変形量の測定を行うために測定制御部８０を有しており、測定制御部８０によりメインセンサ６５を移動させるとともに上記距離測定（（Ｌ１+Ｌｓ）もしくは（Ｌ２+Ｌｓ）の測定）が行われる。このようにしてパッド形状測定装置５０により測定された結果は、測定制御部８０に送られるとともにその測定結果に基づいて研磨パッド２７の継続使用が可能か否かの判断が行われる。
【００３８】
次に、以上のように構成されたＣＭＰ装置Ｃにおいて、測定制御部８０における研磨パッド２７の継続使用が可能か否かの判断内容について、フローチャートを参照して説明する。第１実施例に係る研磨パッド２７の継続使用が可能か否かの判断内容を図５のフローチャートに示している。
【００３９】
ＣＭＰ装置Ｃを用いたウェハＷの研磨加工は、研磨ヘッド２０とともに研磨パッド２７（パッドプレート２５）を回転させながら、研磨パッド２７の研磨面２７ｓをウェハ保持装置１０に回転保持されたウェハＷの被研磨面Ｗｓに当接させて行われる。このとき、研磨パッド２７は回転しながらウェハＷに対して水平方向（すなわち、被研磨面Ｗｓ内の方向）へ往復運動（揺動）することで、ウェハＷの全表面が平坦に研磨加工される。なお、このとき研磨パッド２７とウェハＷとの間に研磨剤（スラリー）が供給される。
【００４０】
ウェハＷの研磨が終了すると、研磨アーム３の作動により、研磨ヘッド２０がウェハ保持装置１０の上方からドレッシング装置４の上方に移動し、そこで研磨パッド２７のドレッシングが行われる（ステップＳ１）。
【００４１】
ドレッシング終了後、研磨アーム３の作動により、研磨ヘッド２０がドレッシング装置４の上方からパッド形状測定装置５０の上方の基準相対位置に移動し、そこで研磨パッド２７の表面形状（円錐頂角、溝深さ、パッド厚さ）、及び研磨パッド２７を押圧したときの変形量（研磨パッド２７の粘弾性特性を示す値）が測定される（ステップＳ２）。
【００４２】
具体的に、研磨パッド２７の表面形状の測定は、測定制御部８０により、圧力負荷装置７０の押圧部材７１をロータリアクチュエータ７３の作動によって回転させ、押圧部材７１の被測定部７１ａをメインセンサ６５の光軸と交わらない位置（例えば、図２に示す破線の位置）に移動させた状態で、モータ６１を作動させて可動部材５９を基準ブロック６２の基準表面６２ｓと略平行な方向に移動させる。そして、ロータリーエンコーダ（図示せず）で得られるＸ軸（図２における左右方向軸）位置情報から、所定のサンプルピッチで研磨パッド２７の表面に対するメインセンサ６５、サブセンサ６６のＺ軸（図２における上下方向軸）方向距離測定値を取り込む。そして、研磨ヘッド２０を所定角度回転させ、研磨パッド２７の表面全体をスキャンするまで、研磨ヘッド２０の回転と研磨パッド２７の表面測定を繰り返す。例えば、研磨ヘッド２０の回転が１０度刻みであれば、１８回の往復スキャン動作で研磨パッド２７の表面全体の測定ができる。
【００４３】
また、研磨パッド２７を押圧したときの変形量の測定は、まず、測定制御部８０により、圧力負荷装置７０の押圧部材７１をロータリアクチュエータ７３の作動によって回転させ、押圧部材７１の被測定部７１ａをメインセンサ６５の光軸と交わる位置（例えば、図２に示す実線の位置）に移動させる。次に、ロータリーエンコーダ（図示せず）で得られるＸ軸（図２における左右方向軸）位置情報から、研磨パッド２７の回転中心近傍の位置（例えば、図４（ｃ）のＡ点）に押圧部材７１の先端部が対向する位置となるように、モータ６１を作動させて可動部材５９を基準ブロック６２の基準表面６２ｓと略平行な方向に移動させる。そして、押圧部材駆動機構７２によって押圧部材７１を図２における上下方向に移動させて、研磨パッド２７の回転中心近傍の位置に異なる強さの圧力を段階的に加え、各圧力を加えたときの押圧部材７１の被測定部７１ａに対するメインセンサ６５、サブセンサ６６のＺ軸（図２における上下方向軸）方向距離測定値を取り込む。なお、研磨パッド２７を押圧したときの変形量は、研磨パッド２７の表面形状測定の途中で測定しても良いし、もしくは表面形状測定の後で測定しても良い。
【００４４】
基準ブロック６２の基準表面６２ｓを基準面とするため、研磨パッド２７に対するメインセンサ６５の出力をＬ１、押圧部材７１の被測定部７１ａに対するメインセンサ６５の出力をＬ２、サブセンサ６６の出力をＬｓとし、可動部材５９が研磨パッド２７に近づくとＬ１及びＬ２が小さくなるとともにＬｓが大きくなる構成であったとすると、基準ブロック６２の基準表面６２ｓから研磨パッド２７の表面までの相対距離Ｌは、Ｌ＝（Ｌ１＋Ｌｓ）で得られ、基準表面６２ｓから押圧部材７１の被測定部７１ａの表面までの相対距離Ｌ´は、Ｌ´＝（Ｌ２+Ｌｓ）で得られる。
【００４５】
ステップＳ２において、Ｘ軸方向に沿った各測定点で測定した相対距離Ｌに基づいて、円錐頂角、溝深さ、パッド厚さ等が検出される。これらの算出方法は、例えば、国際公開第０５／０７２９１０号パンフレット等に記載されており、詳細な説明を省略する。なお、図４（ａ）もしくは（ｂ）において、円錐頂角とはαで示される角度であり、ドレッシング位置とはドレッシング装置４の相対位置βである。図４（ｂ）において、溝深さはγで示される値であり、パッド厚さはδで表される値である。また、研磨パッド２７を押圧したときの変形量（研磨パッド２７の粘弾性特性を示す値）は、各圧力を加えたときに被測定部７１ａの表面までの相対距離Ｌ´に基づいて算出され、すなわち被測定部７１ａの変位量（相対距離Ｌ´）とそのとき加えられた圧力との関係を示した値である。
【００４６】
ステップＳ２における研磨パッド２７の形状の測定が終了するとステップＳ３に進み、測定した研磨パッド２７の溝深さγ及びパッド厚さδが基準値以上であるか否かを判定し、基準値以上であるときにはステップＳ４に進み、基準値を満たさないときにはステップＳ８に進む。
【００４７】
まず、研磨パッド２７の溝深さγ及びパッド厚さδが基準値以上であると判定されたときには、ステップＳ２において測定した研磨パッド２７の円錐頂角αが基準値の範囲内であるか否かを判定し、基準の範囲内であるときはステップＳ５に進み、基準の範囲外であるときにはステップＳ６に進む。
【００４８】
そして、研磨パッド２７の円錐頂角αが基準の範囲外であると判定されたときには、ステップＳ６に進んでこの研磨パッド２７が不良である（研磨パッド２７のドレッシングが適性に行われていない）と判定する。この判定結果により、研磨パッド２７の円錐頂角αが修正可能な程度であるときには、ステップＳ７に進み、研磨ヘッド２０をドレッシング装置４の上方に戻して、ドレッシング条件（相対位置βなど）を変更して研磨パッド２７のドレッシングをやり直し、その後再び研磨パッド２７の表面形状を測定する工程を繰り返す。
【００４９】
また、研磨パッド２７の円錐頂角αが基準の範囲内であると判定されたときにはステップ５に進み、ステップ２において測定した研磨パッド２７を押圧したときの変形量が基準の範囲内であるか否かを判定し、基準の範囲内であるときには研磨パッド２７を継続使用（研磨ヘッド２０をウェハ保持装置１０の上方に戻して新しいウェハＷ´の研磨を開始）し、基準の範囲外であるときにはステップＳ８へ進む。
【００５０】
一方、ステップＳ３において研磨パッド２７の溝深さγ及びパッド厚さδが基準値を満たさないと判定されたとき、もしくはステップＳ５において研磨パッド２７を押圧したときの変形量が基準の範囲外であると判定されたときには、この研磨パッド２７は疲労等による消耗した状態にあり使用不可能であるため、ステップＳ８に進みパッド交換を行う。具体的には、研磨ヘッド２０をパッド交換台５の上方に移動させて研磨パッド２７（すなわち、パッドプレート２５）の交換を行い、そして研磨ヘッド２０をウェハ保持装置１０の上方に移動させて新しいウェハＷ´の研磨を行う。
【００５１】
次に第２実施例に係る研磨パッド２７の継続使用が可能か否かの判断内容を図６のフローチャートを参照して説明する。
【００５２】
ウェハＷの研磨が終了すると、研磨アーム３の作動により、研磨ヘッド２０がウェハ保持装置１０の上方からドレッシング装置４の上方に移動し、そこで研磨パッド２７のドレッシングが行われる（ステップＳ１１）。
【００５３】
ドレッシング終了後、研磨アーム３の作動により、研磨ヘッド２０がドレッシング装置４の上方からパッド形状測定装置５０の上方の基準相対位置に移動し、そこで研磨パッド２７の表面形状（円錐頂角、溝深さ、パッド厚さ）、及び研磨パッド２７を押圧したときの変形量が測定される（ステップＳ１２）。
【００５４】
具体的に、研磨パッド２７を押圧したときの変形量の測定は、まず、測定制御部８０により、圧力負荷装置７０の押圧部材７１をロータリアクチュエータ７３の作動によって回転させ、押圧部材７１の被測定部７１ａをメインセンサ６５の光軸と交わる位置（例えば、図２に示す実線の位置）に移動させる。次に、ロータリーエンコーダ（図示せず）で得られるＸ軸（図２における左右方向軸）位置情報から、研磨パッド２７の回転中心近傍の位置（例えば、図４（ｃ）のＡ点）に押圧部材７１の先端部が対向する位置となるように、モータ６１を作動させて可動部材５９を基準ブロック６２の基準表面６２ｓと略平行な方向に移動させる。そして、押圧部材駆動機構７２によって押圧部材７１を図２における上下方向に移動させて、研磨パッド２７の回転中心近傍の位置に一定圧力を加え、この一定圧力を瞬間的にゼロにしたときの押圧部材７１の被測定部７１ａに対するメインセンサ６５、サブセンサ６６のＺ軸（図２における上下方向軸）方向距離測定値を所定の時間間隔で取り込む。なお、研磨パッド２７の表面形状の測定は、第１実施例と同様に行われる。また、研磨パッド２７を押圧したときの変形量は、研磨パッド２７の表面形状測定の途中で測定しても良いし、もしくは表面形状測定の後で測定しても良い。
【００５５】
第１実施例と同様に、基準ブロック６２の基準表面６２ｓを基準面とするため、研磨パッド２７に対するメインセンサ６５の出力をＬ１、押圧部材７１の被測定部７１ａに対するメインセンサ６５の出力をＬ２、サブセンサ６６の出力をＬｓとし、可動部材５９が研磨パッド２７に近づくとＬ１及びＬ２が小さくなるとともにＬｓが大きくなる構成であったとすると、基準ブロック６２の基準表面６２ｓから研磨パッド２７の表面までの相対距離Ｌは、Ｌ＝（Ｌ１＋Ｌｓ）で得られ、基準表面６２ｓから押圧部材７１の被測定部７１ａの表面までの相対距離Ｌ´は、Ｌ´＝（Ｌ２+Ｌｓ）で得られる。
【００５６】
ステップＳ１２において、Ｘ軸方向に沿った各測定点で測定した相対距離Ｌに基づいて、円錐頂角、溝深さ、パッド厚さ等が検出される。これらの算出方法は、第１実施例と同様である。また、研磨パッド２７を押圧したときの変形量（研磨パッド２７の粘弾性特性を示す値）は、一定圧力を加え、この一定圧力を瞬間的にゼロにしたときに被測定部７１ａの表面までの距離を所定の時間間隔で取得した相対距離Ｌ´に基づいて算出され、すなわち研磨パッド２７の変形が元に戻るときの戻り量（相対距離Ｌ´）と時間との関係を示した値である。
【００５７】
ステップＳ１２における研磨パッド２７の形状の測定が終了するとステップＳ１３に進み、測定した研磨パッド２７を押圧したときの変形量が基準の範囲内であるか否かを判定し、基準の範囲内であるときにはステップＳ１４に進み、基準の範囲外であるときにはステップＳ１８へ進む。
【００５８】
まず、研磨パッド２７を押圧したときの変形量が基準の範囲内であると判定されたときには、ステップＳ１２において測定した研磨パッド２７の溝深さγ及びパッド厚さδが基準値以上である否かを判定し、基準値以上であるときはステップＳ１５に進み、基準値を満たさないときにはステップＳ１８に進む。
【００５９】
そして、研磨パッド２７の溝深さγ及びパッド厚さδが基準値以上であると判定されたときには、ステップＳ１２において測定した研磨パッド２７の円錐頂角αが基準の範囲内であるか否かを判定し、基準の範囲内であるときには研磨パッド２７を継続使用（研磨ヘッド２０をウェハ保持装置１０の上方に戻して新しいウェハＷ´の研磨を開始）し、基準の範囲外であるときにはステップＳ１６へ進む。
【００６０】
研磨パッド２７の円錐頂角αが基準の範囲外であると判定されたときには、ステップＳ１６に進んでこの研磨パッド２７が不良である（研磨パッド２７のドレッシングが適性に行われていない）と判定する。この判定結果により、研磨パッド２７の円錐頂角αが修正可能な程度であるときには、ステップＳ１７に進み、研磨ヘッド２０をドレッシング装置４の上方に戻して、ドレッシング条件（相対位置βなど）を変更して研磨パッド２７のドレッシングをやり直し、その後再び研磨パッド２７の表面形状を測定する工程を繰り返す。
【００６１】
一方、ステップＳ１３において研磨パッド２７を押圧したときの変形量が基準の範囲外であると判定されたとき、もしくはステップＳ１４において研磨パッド２７の溝深さγ及びパッド厚さδが基準値を満たさないと判定されたときには、この研磨パッド２７は疲労等による消耗した状態にあり使用不可能であるため、ステップＳ１８に進みパッド交換を行う。具体的には、研磨ヘッド２０をパッド交換台５の上方に移動させて研磨パッド２７（すなわち、パッドプレート２５）の交換を行い、そして研磨ヘッド２０をウェハ保持装置１０の上方に移動させて新しいウェハＷ´の研磨を行う。
【００６２】
以上のようにして、ＣＭＰ装置Ｃでは、研磨パッド２７のドレッシング終了後、パッド形状測定装置５０において研磨パッド２７の表面形状、及び研磨パッド２７を押圧したときの変形量を測定し、この表面形状及び変形量（粘弾性特性を示す値）の両者の測定結果に基づいて、研磨加工において実際に使用されている状態における研磨パッド２７の研磨特性を正確に判断することができる。このため、研磨加工中に研磨パッドの劣化状態を的確に把握してウェハの表面研磨が不均一になることを未然に防ぐことができる。
【００６３】
なお、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内において種々の変形が可能である。例えば、圧力負荷装置７０は、可動部材５９にメインセンサ６５とともに設けられるとは限らなく、その際には、研磨パッド２７の表面に沿って移動可能な可動部材に設けられるとともに、研磨パッド２７を押圧したときに押圧部材７１の変位量をメインセンサ６５によって測定することができる構成であれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係るＣＭＰ装置の一部を構成する研磨室の概要を示す平面図である。
【図２】上記研磨室を構成するパッド形状測定装置の主要部を示す正面図である。
【図３】図２中の矢印III‐IIIに沿った断面図である。
【図４】上記ＣＭＰ装置を構成する研磨アームの研磨ヘッドに装着されるパッドプレートの模式図である。
【図５】上記ＣＭＰ装置における第１実施例に係る研磨パッドの継続使用が可能か否かの判断内容を示すフローチャートである。
【図６】上記ＣＭＰ装置における第２実施例に係る研磨パッドの継続使用が可能か否かの判断内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６５】
Ｃ      ＣＭＰ装置（研磨装置）
Ｗ      ウェハ（研磨対象物）
２７    研磨パッド（研磨パッド）
２７ｓ  研磨面（研磨面）
５０    パッド形状測定装置（表面形状測定装置）
５９    可動部材（可動部材）
６２    基準ブロック（基準部材）
６２ｓ  基準表面（基準面）
６５    メインセンサ（距離測定器）
６６    サブセンサ（距離測定器）
７０    圧力負荷装置（圧力負荷装置）
７１    押圧部材（押圧部材）
【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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