(57)【要約】      （修正有）【課題】研磨布の表面形状の測定を被加工物を研磨するときの状態に近い条件で行って、高精度で信頼性の高い研磨布表面形状の測定を行うことのできる研磨布の形状測定方法及び測定装置を提供する。【解決手段】研磨定盤１に貼り付けられた研磨布２の表面形状を変位測定手段３を用いて測定する研磨布の形状測定方法において、前記変位測定手段３を研磨布２に接触させて垂直応力を加えるとともに、前記研磨定盤１及び／または変位測定手段３を回転させて研磨定盤１と変位測定手段３とを相対的に移動させながら研磨布の表面形状を測定することを特徴とする研磨布の形状測定方法。【選択図】        図１
2004202630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨定盤に貼り付けられた研磨布の表面形状を変位測定手段を用いて測定する研磨布の形状測定方法において、前記変位測定手段を研磨布に接触させて垂直応力を加えるとともに、前記研磨定盤及び／または変位測定手段を回転させて研磨定盤と変位測定手段とを相対的に移動させながら研磨布の表面形状を測定することを特徴とする研磨布の形状測定方法。
【請求項２】
前記表面形状を測定する研磨布の領域を、少なくとも被加工物を研磨する際に該被加工物が接触する研磨布の領域とすることを特徴とする請求項１に記載の研磨布の形状測定方法。
【請求項３】
前記表面形状を測定する研磨布の領域を、研磨布表面全体とすることを特徴とする請求項１に記載の研磨布の形状測定方法。
【請求項４】
前記研磨布の表面形状の測定を、研磨布上に研磨剤を供給しながら行うことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の研磨布の形状測定方法。
【請求項５】
前記研磨布の表面形状の測定を、被加工物を研磨しながら行うことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の研磨布の形状測定方法。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の研磨布の形状測定方法により研磨布の表面形状を測定した後、該測定結果を研磨布にドレッシングを行う際のドレッシング条件及び／または被加工物に研磨を行う際の研磨条件にフィードバックして被加工物の研磨を行うことを特徴とする被加工物の研磨方法。
【請求項７】
前記研磨布の表面形状を測定した結果をフィードバックする研磨条件を、研磨定盤の冷却水の温度及び／または研磨剤の供給量とすることを特徴とする請求項６に記載の被加工物の研磨方法。
【請求項８】
研磨定盤に貼り付けられた研磨布の表面形状を測定する研磨布の形状測定装置において、少なくとも、前記研磨布に垂直応力を加えながら研磨布表面形状の変位を測定する変位測定手段と、該変位測定手段を支持するガイドレールと、前記研磨定盤と変位測定手段とを相対的に移動させるための研磨定盤及び／またはガイドレールを回転させる回転機構とを具備することを特徴とする研磨布の形状測定装置。
【請求項９】
前記変位測定手段が、少なくとも、前記研磨布表面と接触する平板状プローブと、該平板状プローブの上下方向の変位を検出する変位センサと、前記平板状プローブに垂直応力を加えるプローブ加圧手段とを具備することを特徴とする請求項８に記載の研磨布の形状測定装置。
【請求項１０】
前記平板状プローブの外周部が面取り加工されていることを特徴とする請求項９に記載の研磨布の形状測定装置。
【請求項１１】
前記変位測定手段が前記ガイドレールに複数配置されていることを特徴とする請求項８ないし請求項１０のいずれか一項に記載の研磨布の形状測定装置。
【請求項１２】
前記変位測定手段が前記ガイドレールに少なくとも１つ配置されており、該変位測定手段をガイドレール上で移動させる移動手段が設けられていることを特徴とする請求項８ないし請求項１１のいずれか一項に記載の研磨布の形状測定装置。
【請求項１３】
前記変位測定手段と研磨布との相対速度が一定となるように、前記移動手段と前記研磨定盤及び／またはガイドレールの回転速度とを制御する相対速度制御手段が設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の研磨布の形状測定装置。
【請求項１４】
前記変位測定手段で測定された測定データを記録するための記録装置が設けられていることを特徴とする請求項８ないし請求項１３のいずれか一項に記載の研磨布の表面形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物を研磨する研磨装置の研磨定盤に貼り付けられた研磨布の表面形状を測定するための測定方法及び測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウエーハ等の半導体ウエーハは、研磨工程において鏡面研磨加工が施され、その後、この半導体ウエーハ上に種々の回路が形成されて、半導体デバイスが作製される。
【０００３】
半導体ウエーハの研磨加工は、例えば図１０に示した研磨装置２５を用いることによって行うことができる。まず、研磨する面を下方に向けてウエーハ２３を研磨ヘッド２１に保持し、円盤状の研磨定盤２４に貼り付けられた研磨布２２にウエーハを押圧する。次いで、研磨布２２上に研磨剤を供給しつつ、研磨定盤２４を回転させてウエーハ２３を研磨定盤２４上で摺動させることによって、化学的機械的作用により被加工物の表面が研磨される。
【０００４】
近年のＬＳＩの高密度化に伴い、研磨加工後の半導体ウエーハに要求される厚さばらつき（ＴＴＶ：Ｔｏｔａｌ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ）は１μｍ以下と厳しいものとなってきている。それに伴い、現在用いられている研磨装置では、その研磨定盤の平面度が厳しく管理されるようになってきている。
【０００５】
従来、研磨定盤の平面度は、測定を必要とする研磨定盤の所定の箇所に人手により真直度計を置いて測定するか、あるいは真直度計を利用した定盤表面形状を測定する装置等を用いて測定されている。この研磨定盤の表面形状を測定する装置は、真直な基準ガイドを定盤表面に平行に設置し、この基準ガイドに沿って真直に移動するスライダに電気マイクロメータ等の変位計を取り付け、その変位計のプローブが定盤に接触するようにスライダを移動させたときの定盤までの変位を計測していくことにより、真直度を測定し、これを定盤の全面に渡って行うことで定盤の表面形状を測定するものである。
【０００６】
一方、上記のような研磨定盤にプローブを接触させて測定を行う接触型の形状測定装置に対し、非接触型の平面度測定装置も提案されている。例えば特開昭６３−２０４１１０号公報では、研磨定盤に対して、直線状に配列した複数の距離センサからの出力信号と、これら各距離センサの位置関係と、定盤の回転角度とを対応づけした処理を行うことにより、定盤の平面形状を測定する測定方法が開示されている。
【０００７】
しかしながら、研磨定盤上には一様に塗布された粘着剤によって研磨布が貼り付けられており、上記のように研磨加工に要求される精度が厳しくなるにつれて、定盤の平面度を管理するだけでは十分とは言えず、研磨布を含めた平面度の管理が必要となってきている。
【０００８】
例えば、研磨布が研磨定盤に一様に貼りつけられているか、研磨布の厚み及び硬さ（圧縮率等）が均一であるか、また研磨布の使用により研磨布の厚みがどのように変化するか等を含めた総合的な平面度管理が必要になってきている。
さらに、研磨布は研磨加工が繰り返されていくと、磨耗・繰返し圧縮が加えられて研磨布の面内に厚さばらつきが生じる。このように厚さバラツキの生じた研磨布をそのまま使用してウエーハの研磨加工が続けられると、研磨布の厚さばらつきがウエーハ形状に転写し、ウエーハの平坦度を悪化させる。
【０００９】
特に、上記のようにＴＴＶが１μｍ以下の半導体ウエーハとなるように研磨加工を行う場合、研磨定盤に要求される平面度は非常に高いものとなり、それとともに研磨定盤に貼り付けられた研磨布の表面についても非常に高い平面度が求められる。そのため、それらの表面形状を高精度に測定して管理することが要求される。
【００１０】
このような要求に対し、例えば特開平８−６１９４９号公報では、研磨装置の研磨定盤及び研磨定盤に貼り付けられた研磨布の表面形状を同時に測定する表面形状測定装置が提案されている。
【００１１】
この特開平８−６１９４９号公報に示されている表面形状測定装置では、研磨布から離間して研磨布表面までの距離を測定するレーザ変位センサと、研磨布から離間して定盤までの距離を測定する渦電流変位センサとがスライダに固定されており、スライダをレールに沿ってステッピングモータで駆動して真直に移動させることにより、レーザ変位センサは研磨布表面を、渦電流センサは研磨定盤の表面を一直線に走査する。それによって、研磨定盤に研磨布を貼り付けた状態で研磨定盤とそれに貼り付けられた研磨布の平面度を同時に測定することができる。このような表面形状測定装置は、研磨定盤とそれに貼り付けられた研磨布の平面度を同時にしかも簡易に測定できることから、非常に測定能率の良いものである。
【００１２】
しかしながら、研磨装置に用いられる研磨定盤及び研磨布の材料には、一つの面内において品質の偏りがみられることがある。そのため、例えばこのような品質の偏りが研磨定盤に生じていると、上記のような定盤の上面の位置を検出する渦電流センサを用いる場合では、渦電流センサが材質の偏りによって研磨定盤の合金の不均一さの影響を受けるため、検出誤差が生じることがある。
【００１３】
また、この測定装置に設置されているレーザ変位センサは、研磨布の上面に照射したレーザの反射光によって研磨布の表面位置を検出するものであるため、研磨加工の際に研磨布が変色や目詰まりを起こすことによって反射率が変化してしまう。そのため、このように変色や目詰まりを起こした研磨布に対しては、レーザ変位センサによって正確な表面位置の測定ができないという問題があることがわかってきた。
【００１４】
さらに、研磨布は厚さ方向にある程度の弾性を有している。そのため、半導体ウエーハが一定の圧力で研磨布表面に押し付けられて研磨加工が施されるときは、研磨布の表面に若干の変位が生じている。そして、上記のように研磨布の材質に偏りがあるとき、その偏りに起因にして研磨布の弾性も偏るので、同じ圧力で半導体ウエーハを研磨布に接触させた場合でも、研磨布表面に生じる変位が異なるものとなる。したがって、圧力を受けない状態で測定した研磨布表面が如何に平坦であったとしても、実際に研磨加工を行っている際の被加工物との接触により変位が生じている研磨布の面（実効的加工面）が平坦になるとは限らない。
【００１５】
このような研磨布の弾性を考慮した研磨布表面形状の測定方法として、特開２００２−１３９３１６号公報では、研磨定盤に貼り付けられた研磨布の表面形状を測定する際に、実際の研磨加工時に生じる圧力と同等の単位面積当たりの垂直応力を研磨布に加えながら測定を行うことにより、研磨加工時に現れる実効的加工面の平坦度、すなわち実効的平坦度を測定する方法を開示している。
【００１６】
しかしながら、このように研磨布に垂直応力を加えて研磨布表面形状を評価する方法が開示されているものの、実際に被加工物に研磨が行われている際、研磨布には研磨圧力だけではなく研磨定盤の回転による横方向の力（せん断応力）も加わっている。
【００１７】
この研磨定盤の回転によるせん断応力が研磨布に加えられていることによって、被加工物と接触している研磨布の近傍では、研磨布にしわが寄って研磨布形状を歪めている。この歪みにより研磨布の形状に異常が発生することがある。従って、研磨布に垂直応力だけを加えた従来の測定方法では、このような横方向のせん断応力による研磨布形状の変化を評価することができず、被加工物の研磨状態に近い条件で研磨布の測定が行われているとは言い難いため、その測定結果の信頼性は低いものとなる。
【００１８】
また、従来の測定方法では研磨布上の数点を測定して研磨布形状を判定していたが、実際に研磨定盤に貼り付けられた研磨布の形状は連続的に変化している。さらに、研磨布はもともと長方形に製造されているので、これを円形の研磨定盤に貼り付けて用いた場合、定盤中心から等距離の位置でも研磨布の厚さ等が異なる場合がある。従って、研磨布の形状を測定する場合には、少なくとも被加工物が接触する部分、好ましくは研磨布表面の全面を連続的に測定することが必要とされる。
【００１９】
【特許文献１】
特開昭６３−２０４１１０号公報
【特許文献２】
特開平８−６１９４９号公報
【特許文献３】
特開２００２−１３９３１６号公報
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、研磨布の表面形状の測定を被加工物を研磨するときの状態に近い条件で行って、高精度で信頼性の高い研磨布表面形状の測定を行うことのできる研磨布の形状測定方法及び測定装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、少なくとも、研磨定盤に貼り付けられた研磨布の表面形状を変位測定手段を用いて測定する研磨布の形状測定方法において、前記変位測定手段を研磨布に接触させて垂直応力を加えるとともに、前記研磨定盤及び／または変位測定手段を回転させて研磨定盤と変位測定手段とを相対的に移動させながら研磨布の表面形状を測定することを特徴とする研磨布の形状測定方法が提供される（請求項１）。
【００２２】
このように、研磨布の表面形状の測定を、変位測定手段で垂直応力を加えるとともに研磨定盤と変位測定手段とを相対的に移動させながら行うことによって、被加工物を研磨する際に研磨布に付加される力と同等の垂直応力及びせん断応力を加えながら測定できるため、研磨布の表面形状を連続的に高精度で測定することができるし、また得られる測定結果も信頼性の高いものとなる。
【００２３】
このとき、前記表面形状を測定する研磨布の領域を、少なくとも被加工物を研磨する際に該被加工物が接触する研磨布の領域とすることが好ましく（請求項２）、特に、前記表面形状を測定する研磨布の領域を、研磨布表面全体とすることが好ましい（請求項３）。
このように、表面形状を測定する研磨布の領域を、少なくとも被加工物が接触する研磨布の領域、さらには研磨布表面全体とすれば、研磨布の表面形状をより精密に測定でき、その表面形状を正確に把握することができる。
【００２４】
また、前記研磨布の表面形状の測定を、研磨布上に研磨剤を供給しながら行うことが好ましい（請求項４）。
このように、研磨布上に研磨剤を供給しながら測定を行うことによって、被加工物の研磨時の状態により近い条件で研磨布の表面形状を測定できるので、研磨布形状を一層正確に把握することが可能となる。
【００２５】
さらに、前記研磨布の表面形状の測定を、被加工物を研磨しながら行うことが好ましい（請求項５）。
このように、被加工物を研磨しながら測定を行うことによって、さらに被加工物の研磨時の状態に近い条件で研磨布の表面形状を測定できるので、研磨布形状をさらに正確に把握することが可能となる。
【００２６】
そして、本発明によれば、上記本発明の研磨布の形状測定方法により研磨布の表面形状を測定した後、該測定結果を研磨布にドレッシングを行う際のドレッシング条件及び／または被加工物に研磨を行う際の研磨条件にフィードバックして被加工物の研磨を行うことを特徴とする被加工物の研磨方法が提供される（請求項６）。
【００２７】
このように、本発明の研磨布の形状測定方法で得られた測定結果をドレッシング条件や被加工物に研磨を行う際の研磨条件にフィードバックすることにより、被加工物の研磨、特に被加工物のバッチ間での研磨を安定して行うことができ、研磨後の被加工物を極めて高平坦度のものにすることができる。
【００２８】
このとき、前記研磨布の表面形状を測定した結果をフィードバックする研磨条件を、研磨定盤の冷却水の温度及び／または研磨剤の供給量とすることが好ましい（請求項７）。
このように、形状測定方法で得られた測定結果を、研磨定盤の冷却水の温度や研磨剤の供給量にフィードバックすることによって、被加工物を研磨する際の研磨布の状態を簡便に改善することができ、極めて高平坦度の被加工物を容易に得ることができる。
【００２９】
さらに、本発明によれば、研磨定盤に貼り付けられた研磨布の表面形状を測定する研磨布の形状測定装置において、少なくとも、前記研磨布に垂直応力を加えながら研磨布表面形状の変位を測定する変位測定手段と、該変位測定手段を支持するガイドレールと、前記研磨定盤と変位測定手段とを相対的に移動させるための研磨定盤及び／またはガイドレールを回転させる回転機構とを具備することを特徴とする研磨布の形状測定装置が提供される（請求項８）。
【００３０】
このような構成を有する研磨布の形状測定装置であれば、研磨布の表面形状の測定を、変位測定手段で垂直応力を加えるとともに、研磨定盤と変位測定手段とを相対的に移動させることによりせん断応力を加えながら行うことが可能となるため、被加工物の研磨時の状態に近い条件で研磨布の表面形状を高精度に測定できる形状測定装置となる。
【００３１】
このとき、前記変位測定手段が、少なくとも、前記研磨布表面と接触する平板状プローブと、該平板状プローブの上下方向の変位を検出する変位センサと、前記平板状プローブに垂直応力を加えるプローブ加圧手段とを具備することが好ましい（請求項９）。
本発明の変位測定手段が少なくともこのような構成を有することによって、研磨布に所定の垂直応力を加えながら、研磨布の表面形状の変位を確実に測定することができる変位測定手段とすることができる。
【００３２】
さらに、前記平板状プローブの外周部が面取り加工されていることが好ましい（請求項１０）。
このように、変位測定手段における平板状プローブの外周部が面取り加工されていれば、測定の際に研磨定盤と変位測定手段とを相対的に移動させたときに、研磨布へのせん断応力の加わり方が被加工物の研磨時の状態と同様のものとなるため、より正確に研磨時の研磨布表面形状を測定できる測定装置となる。
【００３３】
また、本発明の研磨布の形状測定装置においては、前記変位測定手段が前記ガイドレールに複数配置されていることが好ましい（請求項１１）。
このように、変位測定手段がガイドレールに複数配置されていれば、被加工物の研磨時に被加工物が接触する領域の研磨布の表面形状、さらには研磨布表面全体の表面形状を測定できる測定装置とすることができる。
【００３４】
さらに、本発明の研磨布の形状測定装置においては、前記変位測定手段が前記ガイドレールに少なくとも１つ配置されており、該変位測定手段をガイドレール上で移動させる移動手段が設けられたものとすることができる（請求項１２）。
このように、変位測定手段がガイドレールに少なくとも１つ配置されており、その変位測定手段をガイドレール上で移動させる移動手段が設けられていれば、上記と同様に被加工物の研磨時に被加工物が接触する領域の研磨布の表面形状、さらには研磨布表面全体の表面形状を測定できる測定装置とすることができる。
【００３５】
この場合、前記変位測定手段と研磨布との相対速度が一定となるように、前記移動手段と前記研磨定盤及び／またはガイドレールの回転速度とを制御する相対速度制御手段が設けられていることが好ましい（請求項１３）。
このように相対速度制御手段を設けることによって、変位測定手段と研磨布との相対速度が一定となるように制御することができ、それによって、変位測定手段が１つしか設置されていない場合であっても高精度で安定した形状測定を行うことが可能となる。
【００３６】
さらに、前記変位測定手段で測定された測定データを記録するための記録装置が設けられていることが好ましい（請求項１４）。
このように、本発明の測定装置に変位測定手段で測定された測定データを記録するための記録装置が設けられていれば、変位測定手段で測定された測定データを研磨布の測定位置とリンクするようにして記録でき、また研磨定盤の回転速度等の測定条件を考慮に入れて、その後様々な処理を行いやすいデータとして保存することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明者は、研磨装置の研磨定盤に貼り付けられた研磨布の表面形状を測定する際に、研磨布形状の変位を測定する変位測定手段を研磨布に接触させて垂直応力を加えるとともに、研磨定盤と変位測定手段とを相対的に移動させて横方向の力（せん断応力）を加えながら測定を行うことによって、被加工物を研磨する際の研磨布の状態に近い条件で測定できるため、高精度で信頼性の高い研磨布の形状測定が可能となることを見出し、本発明を完成させた。
【００３８】
すなわち、本発明の研磨布の形状測定方法は、研磨定盤に貼り付けられた研磨布の表面形状を変位測定手段を用いて測定する研磨布の形状測定方法において、前記変位測定手段を研磨布に接触させて垂直応力を加えるとともに、前記研磨定盤及び／または変位測定手段を回転させて研磨定盤と変位測定手段とを相対的に移動させながら研磨布の表面形状を測定することに特徴を有するものである。
【００３９】
始めに、本発明に係る研磨布の形状測定装置について、図面を参照しながら説明する。
先ず、本発明の研磨布の形状測定装置の一例について、図１に概略断面図を、図２に概略平面図を示す。
図１及び図２に示した研磨布の形状測定装置は、研磨定盤１に貼り付けた研磨布２に垂直応力を加えながら研磨布２の表面形状の変位を測定する変位測定手段３と、この変位測定手段３を支持するガイドレール４と、研磨定盤１と変位測定手段３とを相対的に移動させるための研磨定盤１を回転させる研磨定盤回転機構５を具備するものであり、この測定装置では変位測定手段３がガイドレール４に複数配置されている。尚、この図１及び図２に示した研磨布の形状測定装置では、ガイドレール４の両端部が支持部に固定されている。また、本発明の研磨布の形状測定装置では、研磨定盤を回転させる研磨定盤回転機構５を、例えば被加工物を研磨する際に研磨定盤を回転させる回転機構で代用させることもできる。
【００４０】
また、この研磨布の形状測定装置は、図２に示すように、研磨定盤回転機構５を駆動させることによって、変位測定手段３を研磨布２に対して軌道６に示すように相対的に移動させることができる。このとき、変位測定手段３が上記のようにガイドレールに複数配置されているので、変位測定手段３で研磨布表面全体の表面形状を測定することが可能となる。
その際、定盤回転機構で研磨定盤の回転速度を調節することによって、研磨定盤１と変位測定手段３の相対速度を制御することができる。
【００４１】
このような研磨布の形状測定装置において、変位測定手段３は、図７に示すように、研磨布表面と接触し、研磨布の表面形状の変位に応じて上下方向に可動する平板状プローブ７と、その平板状プローブ７の上下方向の変位を検出する変位センサとなるマイクロゲージ８と、平板状プローブ７に垂直応力を加えるプローブ加圧手段９とを具備している。
【００４２】
このとき、プローブ加圧手段９として用いられる形態は特に限定されるものではないが、例えば図７に示すように、ウエイト１１を配置したタイプのもの等を使用できる。この場合、ウエイト１１を載置するためのウエイト台１０が設けられており、このウエイト台１０の下面は平板状プローブ７と接続されており、ウエイト及びプローブの総重量を垂直応力として平板状プローブに加えられるように構成されている。
【００４３】
このように変位測定手段３が構成されていれば、ウエイトの重さや個数を調節したり、あるいは異なる重さのウエイトを組み合わせることによって、平板状プローブを介して研磨布に加える単位面積当たりの垂直応力の大きさを所定の大きさに制御できるとともに、研磨布の表面形状の変位を変位センサで確実に検出することができる。
【００４４】
また、プローブ加圧手段９の他の形態としては、研磨装置の研磨ヘッド等で用いられているような、弾性シートを用いた空間内に空気を供給して加圧するようなエアバック式といわれる構造のものを用いることもできる。
【００４５】
さらに、平板状プローブ７の上下方向の変位を検出する変位センサ８についても特に限定されるものではなく、例えば、図７に示したようなマイクロゲージの他に、作動変圧器型の変位センサ、磁気スケールを用いた変位センサ、光学的変位センサ、その他任意の形式の変位センサ等を使用することができる。また、変位センサの設置位置についても特に限定されるものではなく、平板状プローブの変位を敏感に検出できる位置に設置すれば良い。
【００４６】
上記のような変位測定手段３において、平板状プローブ７としては、シリコンやＳｉＣ等の材質のものが使用できる。また平板状プローブの大きさは、実際に研磨する被加工物の直径と同じ程度にしても良いし、これより小さい小片を用いても良く、研磨布形状を測定する際の分解能に応じて適宜決定することができる。また、ガイドレールに配置される変位測定手段の数についても、この平板状プローブの大きさ等に応じて、研磨布の所望の範囲の測定が行えるように適宜決定することができる。
【００４７】
このような平板状プローブ７において、その外周部は面取り加工２０が施されていることが好ましく、特に研磨を行う被加工物と同様の形状を有するように面取り加工が施されていることが好ましい。それによって、研磨布の表面形状の測定において研磨定盤と変位測定手段とを相対的に移動させたときに、研磨布へのせん断応力の加わり方を被加工物を研磨した時と同様の状態にすることができるため、より正確に被加工物研磨時の研磨布表面形状を評価することが可能になる。
【００４８】
また、本発明の研磨布の形状測定装置の別の例について、図３に概略断面図を、図４に概略平面図を示す。
図３及び図４に示した研磨布の形状測定装置は、研磨定盤１に貼り付けた研磨布２に垂直応力を加えながら研磨布２の表面形状の変位を測定する変位測定手段３と、この変位測定手段３を支持するガイドレール１２と、研磨定盤１と変位測定手段３とを相対的に移動させるためにガイドレールを回転させるガイドレール回転機構１３を具備するものである。この図３及び図４に示した装置において、変位測定手段３は上記図１及び図２に示した形状測定装置と同様の構成を有しており、ガイドレール１２に複数配置されている。
【００４９】
この研磨布の形状測定装置において、ガイドレール１２の一端はガイドレール支持溝１４に支持されており、またもう一端は回転機構支持部１５で固定されているガイドレール回転機構１３に接続されている。そして、このガイドレール回転機構１３を駆動させることによって、図４に示すように、変位測定手段３を研磨布２に対して軌道１６に示すように相対的に移動させることができる。このとき、変位測定手段３が上記のようにガイドレールに複数配置されているので、変位測定手段３で研磨布表面全体の表面形状を測定することができる。
【００５０】
また、研磨定盤については、必要に応じて研磨定盤回転機構（不図示）を駆動させたり停止させたりすることができ、ガイドレール回転機構及び／または研磨定盤回転機構の回転速度を調節することによって、研磨定盤１と変位測定手段３の相対速度を制御することができる。
【００５１】
また、本発明の研磨布の形状測定装置のさらに別の例について、図５に概略断面図を、図６に概略平面図を示す。
図５及び図６に示した研磨布の形状測定装置は、研磨定盤１に貼り付けた研磨布２に垂直応力を加えながら研磨布２の表面形状の変位を測定する変位測定手段３と、この変位測定手段３を支持するガイドレール１７と、研磨定盤１と変位測定手段３とを相対的に移動させるための研磨定盤を回転軸を中心に回転させる研磨定盤回転機構５を具備するものである。この形状測定装置において、上記図７と同様の構成を有する変位測定手段３は、ガイドレール１７に１つ配置されており、またこの１つの変位測定手段をガイドレール１７上で移動させる移動手段１８が設けられている。
【００５２】
このように、変位測定手段が少なくとも１つ配置されており、その変位測定手段をガイドレール上で移動させる移動手段が設けられていれば、変位測定手段が１つしか設置されていなくても、研磨定盤回転機構５を駆動しながら移動手段１８で変位測定手段３を移動させることによって、図６に示すように、変位測定手段３を研磨布２に対して軌道１９に示すように相対的に移動させて、研磨布の表面全体を走査することができる。この移動手段１８としては、ステッピングモータ等を用いることができ、例えば変位測定手段を左右に移動させるワイヤあるいはベルトの一端を固定し、ステッピングモータによってベルトを駆動することによって、変位測定手段をガイドレール上で移動させることができる。
【００５３】
この場合、変位測定手段３と研磨布２との相対速度が一定となるように、移動手段１８と研磨定盤１の回転速度とを制御する（ガイドレール回転機構が設置されている場合は、ガイドレールの回転速度も併せて制御する）相対速度制御手段３０が設けられていることが好ましい。このように相対速度制御手段を設けることによって、変位測定手段と研磨布との相対速度が一定となるように制御することができ、それによって、上記のように変位測定手段３が１つしか設置されていなくても、高精度で安定した研磨布の形状測定を行うことが可能となる。
【００５４】
さらに、上記に示したような本発明の研磨布の形状測定装置において、変位測定手段で測定された測定データを記録するための記録装置３１が設けられていることが好ましい。このように記録装置が設けられていれば、変位測定手段で測定された測定データを研磨布の測定位置とリンクするようにして記録でき、また研磨定盤の回転速度等の測定条件を考慮に入れて、その後様々な処理を行いやすいデータとして保存することができる。
【００５５】
次に、本発明の研磨布の形状測定方法について、図１及び図２に示した研磨布の形状測定装置を例に挙げて説明する。
本発明の研磨布の形状測定方法は、研磨定盤１に貼り付けられた研磨布２の表面形状を変位測定手段３を用いて測定する研磨布の形状測定方法であって、変位測定手段３を研磨布２に接触させて垂直応力を加えるとともに、研磨定盤１を研磨定盤回転機構５によって回転させて研磨定盤１と変位測定手段３とを相対的に移動させながら研磨布の表面形状を測定する測定方法である。
【００５６】
尚、図１及び図２に示した研磨布の形状測定装置は、研磨定盤回転機構５で研磨定盤１を回転させることによって研磨定盤１と変位測定手段３とを相対的に移動させているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明では研磨定盤と変位測定手段とを相対的に移動させれば良いため、例えば図３及び図４に示したようにガイドレール回転機構を設けることによって、研磨定盤を回転させずにガイドレールのみを回転させたり、また研磨定盤及びガイドレールの両方を回転させることによって、研磨定盤と変位測定手段とを相対的に移動させることもできる。
【００５７】
また、研磨定盤及び／またはガイドレールを回転させる回転方向も特に限定されるものではなく、任意の方向に回転させることができるが、好ましくは被加工物を研磨する際の研磨定盤の回転方向に合わせて研磨定盤と変位測定手段を相対的に移動させることが好ましい。
【００５８】
このように、研磨布２の表面形状の測定を、変位測定手段３で垂直応力を加えるとともに、研磨定盤１と変位測定手段３とを相対的に移動させながら行うことによって、被加工物を研磨するときに研磨布に付加される力と同等の垂直応力及びせん断応力を加えながら研磨布形状の測定ができる。そのため、被加工物の研磨時と近い条件で研磨布の表面形状を測定できるので、例えば研磨布のしわの入り易さ等のようなことも高精度に測定することが可能となる。したがって、研磨時の研磨布表面形状を正確に把握できるし、また得られる測定結果も非常に信頼性の高いものとなる。
【００５９】
このとき、図１に示すように変位測定手段３が複数配置されていれば、測定が行われる研磨布の領域を、少なくとも被加工物を研磨する際にその被加工物が接触する研磨布の領域とすることができ、さらには図２に示すように研磨布表面全体とすることができる。したがって、研磨布の表面形状をより精密にかつ短時間で測定でき、その表面形状を正確に把握することができる。
【００６０】
また、例えば図５に示すように、変位測定手段３が少なくとも一つ配置されており、この変位測定手段３をガイドレール１７上で移動させる移動手段１８が設けられた形状測定装置であれば、研磨定盤回転機構５を駆動しながら移動手段１８を移動させることによって、図６に示すように研磨布表面全体の形状を測定することができ、研磨布形状を正確に把握することができる。もちろん、変位測定手段３を複数設置する場合においても、移動手段１８を設けて、より短時間で広い領域の測定ができるようにしても良い。
【００６１】
このとき、形状測定装置に設けられている相対速度制御手段によって、変位測定手段３と研磨布２との相対速度が一定となるように移動手段１８と研磨定盤１（及び／またはガイドレール）の回転速度とを制御することが好ましい。変位測定手段３と研磨布２の相対速度ｖは、ｖ＝２πｒｆ（ｍ／ｓｅｃ）と表すことができ（ｒ：中心からの変位測定手段の位置、ｆ：研磨定盤の回転数）、変位測定手段の位置に応じて研磨定盤の回転速度を調節することによって、相対速度ｖの値が一定あるいは所望の値となるように制御することができる。このように研磨定盤の回転速度を調節して変位測定手段と研磨布との相対速度が一定となるように制御することによって、変位測定手段が１つしか設置されていない場合でも、高精度で安定した形状測定を研磨布表面全体に行うことが可能となる。
【００６２】
さらに、本発明の研磨布の形状測定方法では、研磨布の表面形状の測定を、研磨布上に研磨剤を供給しながら行ったり、また被加工物をガイドレールの設置位置と重ならない位置で研磨しながら行うこともできる。
【００６３】
このように、研磨布上に研磨剤を供給しながら測定を行ったり、また被加工物を研磨しながら測定を行うことによって、より被加工物の研磨時の状態に近い条件で研磨布の表面形状を測定できるので、研磨布形状を一層正確に把握することが可能となる。
【００６４】
そして、本発明では、上記のような本発明の研磨布の形状測定方法により研磨布の表面形状を測定した後、その測定結果を研磨布にドレッシングを行う際のドレッシング条件及び／または被加工物に研磨を行う際の研磨条件にフィードバックして被加工物の研磨を行うことによって、被加工物の研磨、特に被加工物のバッチ間でのバラツキを抑制して研磨を安定して行うことができるようになる。さらにそれによって、研磨後の被加工物の平坦度を向上させることもできる。
【００６５】
例えば、研磨布の表面形状を測定した結果をドレッシング条件にフィードバックする場合、測定した研磨布の表面形状を等高線として表した際に等高線が密集している部分（研磨布の平面度が不均一な部分）がなくなるようにドレッシング条件を設定してドレッシングを行うことによって、研磨布を平坦化することができる。そして、この平坦な研磨布を用いて被加工物を研磨すれば、極めて高平坦度の被加工物を得ることができる。
【００６６】
また、前記研磨布の表面形状を測定した結果を、例えば研磨定盤の冷却水の温度や研磨剤の供給量等の研磨条件にフィードバックすることによっても、被加工物を研磨する際の研磨布の状態を簡便に改善することができ、極めて高平坦度の被加工物を容易に得ることが可能となる。
【００６７】
例えば、本発明の研磨布の形状測定方法により被加工物の研磨時に近い状態で測定した研磨布形状が研磨布外周部でハネ傾向にあるとき、つまり、被加工物の研磨中に研磨布外周部がハネるような傾向にあることが予想される場合、研磨定盤の冷却水の温度を調節することにより研磨布形状を調節することも可能である。これは研磨定盤の冷却水の温度を調節することにより研磨定盤自体の形状を変化させ、これに貼付してある研磨布形状も変化させるものである。例えば研磨装置の形態や研磨定盤の材質等にもよるが、通常より冷却水の温度を下げると、研磨定盤自体が中凸形状となる傾向のものがある。このような研磨定盤を用いている場合、研磨布形状がハネ傾向にあるときは、冷却水の温度を下げることによって改善できる。このように研磨定盤の冷却水の温度を適宜調節することで研磨布のハネ形状等を打ち消すような条件に設定できる。
【００６８】
また、その他の方法として、研磨布形状がハネるような傾向にあるときは、ウエーハ外周がダレ易いため、研磨剤の供給量や研磨剤の供給温度を調節して、ウエーハ自体が中凹形状になりやすい条件に設定すれば良い。例えば、上記のように本発明の研磨布の形状評価方法により研磨布形状が研磨中にハネることが予想される場合は、研磨剤の温度を上げたり、また研磨剤の供給量を少なくする等の調整を行うと、研磨布の形状の影響を打ち消すような状態でウエーハが研磨される。このように研磨布の形状をフィードバックし、研磨条件を調整して研磨することで、被加工物を高平坦度に研磨することができる。
【００６９】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
図５及び図６に示した研磨布の形状測定装置を用いて、研磨定盤に貼り付けられた研磨布の表面形状を測定した。
【００７０】
研磨布として厚さが約１．０ｍｍのロデールニッタ社製のＳｕｂａ６００を用いて、それを直径７５０ｍｍの研磨定盤全面に粘着剤を用いて貼り付けた。本実施例１では、被加工物の研磨加工に用いられる研磨布の半径８０〜３５０ｍｍの領域を測定エリアとして研磨布形状の測定を行った（中心から半径８０ｍｍ未満の領域は研磨剤の供給に用いられている空間であり、被加工物の研磨が行われない領域であるので除外した）。
【００７１】
また、変位測定手段として、図７に示すような構成を有するものを用いた。この変位測定手段において、研磨布全面に接触するための平板状プローブを直径１０ｍｍのシリコン小片とし、この平板状プローブの上下方向の変位を検出するための変位センサとしてマイクロゲージを用いた。また、被加工物を研磨する際に加えられる圧力と同等の垂直応力を研磨布に加えるために、プローブ加圧手段によって、単位面積当たり２００ｇ／ｃｍ２の垂直応力をかけた状態で平板状プローブを研磨布に押し付けて、またマイクロゲージで平板状プローブの上下方向の変位を測定できるようにした。
【００７２】
そして、変位測定手段と研磨布との相対速度が１．４ｍ／ｓｅｃとなるように研磨布が貼付された研磨定盤の回転速度を調節することによって、変位測定手段を研磨布全面に連続的に走査させながらマイクロゲージの数値を測定した。得られた測定データは、記録装置において定盤の回転速度及び変位測定手段の移動速度とリンクさせて、研磨布の位置と測定データを対応させることにより研磨布の位置毎の変位を自動的に記録した。
【００７３】
このように測定を行うことによって、図８に示すような中心の除外領域以外の研磨布全体の表面形状が測定された。図８は研磨布の位置とその形状（変位）を等高線で表したものである。このように、今回研磨定盤に貼りつけた研磨布は図８に示すような粗さのバラツキが観察され、被加工物に研磨を行うときに研磨布の平面度が面内で不均一となることがわかる。特に特定部分において等高線が密集しており、被加工物の研磨中に跳ね上がったような形状を示す研磨布であることがわかった。また、変位として最大４０μｍ程度の研磨布の厚さばらつきが観察された。
【００７４】
（実施例２、比較例）
上記実施例１で測定した研磨布を用いて、直径２００ｍｍのシリコンウエーハの研磨加工を行った（比較例）。研磨加工後、得られたシリコンウエーハの平坦度を測定した結果、ＳＦＱＲmaxで０．０９１μｍ（セルサイズ２５ｍｍ×２５ｍｍ、ウエーハの外周から２ｍｍ除外）であった。
【００７５】
次に、実施例１で測定した結果を基に形状変化が大きい部分（等高線が密な部分）がなくなるようにドレッシング条件を調節して、研磨布のドレッシングを行った。
その後、上記実施例１と同様にして研磨布の表面形状の測定を行った。その結果を図９に示す。図９に示したように、ドレッシング後の研磨布は、研磨布面内でほぼ均一な形状を有しており、被加工物に研磨を行う際の研磨布の平面度が非常に優れていることがわかった。
【００７６】
研磨布表面形状の測定を行った後、上記比較例と同様にして直径２００ｍｍのシリコンウエーハの研磨加工を行った（実施例２）。研磨加工後、得られたシリコンウエーハの平坦度を測定した結果、ＳＦＱＲmaxで０．０５５μｍ（セルサイズ２５ｍｍ×２５ｍｍ、ウエーハの外周から２ｍｍ除外）であり、非常に良好な平坦度を有するシリコンウエーハであった。
【００７７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００７８】
例えば、上記実施の形態では、変位測定手段を研磨布に対して同心円状または渦巻き状となるように相対的に移動させているが、本発明はこれに限定されるものではない。研磨布形状を垂直応力及びせん断応力を加えながら測定して、測定データと測定位置との対応が取れるのであれば、例えば変位測定手段を研磨布に対して格子状に相対的に移動させて研磨布の表面形状を測定することもできる。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、研磨布に垂直応力とせん断応力とを加えながら研磨布の表面形状を測定するため、被加工物の研磨時の状態に近い条件で研磨布の表面形状を高精度に測定することができ、また得られる測定結果も非常に信頼性の高いものとなる。さらに、得られた測定結果をドレッシング条件や被加工物に研磨を行う際の研磨条件にフィードバックすることにより、被加工物の研磨を安定して行うことができ、研磨後の被加工物を極めて高平坦度のものにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における研磨布の形状測定装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明における研磨布の形状測定装置の一例を示す概略平面図である。
【図３】本発明における研磨布の形状測定装置の別の例を示す概略断面図である。
【図４】本発明における研磨布の形状測定装置の別の例を示す概略平面図である。
【図５】本発明における研磨布の形状測定装置のさらに別の例を示す概略断面図である。
【図６】本発明における研磨布の形状測定装置のさらに別の例を示す概略平面図である。
【図７】本発明の研磨布の形状測定装置における変位測定手段の構成を示す構成概略図である。
【図８】実施例１において研磨布の表面形状を測定した測定結果を表す図である。
【図９】実施例２においてドレッシング後の研磨布の表面形状を測定した測定結果を表す図である。
【図１０】従来の研磨装置の構成を示す構成概略図である。
【符号の説明】
１…研磨定盤、  ２…研磨布、  ３…変位測定手段、
４…ガイドレール、  ５…研磨定盤回転機構、
６…研磨布に対する変位測定手段の軌道、
７…平板状プローブ、  ８…マイクロゲージ（変位センサ）、
９…プローブ加圧手段、  １０…ウエイト台、  １１…ウエイト、
１２…ガイドレール、  １３…ガイドレール回転機構、
１４…ガイドレール支持溝、  １５…回転機構支持部
１６…研磨布に対する変位測定手段の軌道、
１７…ガイドレール、  １８…移動手段、
１９…研磨布に対する変位測定手段の軌道、
２０…面取り加工、  ３０…相対速度制御手段、
３１…記録装置。
【図１】
2004202630.tif 000003
【図２】
2004202630.tif 000004
【図３】
2004202630.tif 000005
【図４】
2004202630.tif 000006
【図５】
2004202630.tif 000007
【図６】
2004202630.tif 000008
【図７】
2004202630.tif 000009
【図８】
2004202630.tif 000010
【図９】
2004202630.tif 000011
【図１０】
2004202630.tif 000012