(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨テーブルの研磨面に第１ドレッサーを押圧しながら研磨テーブルと第１ドレッサーとを相対移動させて研磨面のドレッシングを行ない、
上記ドレッシング後の研磨テーブルの研磨面にトップリングで保持した研磨対象物の被研磨面を押圧しながら研磨テーブルとトップリングとを相対移動させて研磨対象物の被研磨面を研磨し、
研磨後の研磨対象物の被研磨面のプロファイルを測定して該プロファイルが予め決められたレベルを満たすか否かを判断し、
上記プロファイルが上記レベルを逸脱していた場合は上記第１のドレッサーとは異なる別のドレッサーで研磨テーブルの研磨面のドレッシングを行なうことを特徴とするポリッシング方法。
【請求項２】
上記第１ドレッサーは、上記研磨対象物よりも径の小さなドレッサーであることを特徴とする請求項１に記載のポリッシング方法。
【請求項３】
上記研磨テーブルと上記第１ドレッサーの相対運動を、上記第１ドレッサーを回転させながら該第１ドレッサーを上記研磨テーブルの研磨面上を移動させて行なうことを特徴とする請求項１または２に記載のポリッシング方法。
【請求項４】
上記第１ドレッサーの回転速度、研磨面上の移動速度及び研磨面に対する押圧力の少なくとも１つを制御しながら、上記研磨テーブルの研磨面のドレッシングを行なうことを特徴とする請求項３記載のポリッシング方法。
【請求項５】
上記別のドレッサーは、上記研磨テーブルの研磨面の略全面をドレッシングするドレッサーであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のポリッシング方法。
【請求項６】
上記別のドレッサーは、上記研磨面が局所的に減耗した場合に該研磨面の略全面をドレッシングすることを特徴とする請求項５に記載のポリッシング方法。
【請求項７】
上記別のドレッサーは、上記研磨対象物よりも径の大きなドレッサーであることを特徴とする請求項５又は６に記載のポリッシング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハなどの研磨対象物を平坦かつ鏡面状に研磨するポリッシング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、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、配線間距離もより狭くなりつつある。特に線幅が０．５μｍ以下の光リソグラフィの場合、焦点深度が浅くなるためステッパーの結像面の平坦度を必要とする。このような半導体ウェハの表面を平坦化する一手段として、化学機械研磨（ＣＭＰ）を行なうポリッシング装置が知られている。
【０００３】
この種のポリッシング装置は、図１２に示すように、上面に研磨布（研磨パッド）３００を貼付して研磨面を構成する研磨テーブル３０２と、研磨対象物である半導体ウェハ等の基板Ｗをその被研磨面を研磨テーブル３０２に向けて保持するトップリング３０４とを備えている。このようなポリッシング装置を用いて半導体ウェハＷの研磨処理を行なう場合には、研磨テーブル３０２とトップリング３０４とをそれぞれ自転させ、研磨テーブル３０２の上方に設置された砥液ノズル３０６より砥液を供給しつつ、トップリング３０４により半導体ウェハＷを一定の圧力で研磨テーブル３０２の研磨布３００に押圧する。砥液ノズル３０６から供給される砥液は、例えばアルカリ溶液にシリカ等の微粒子からなる砥粒を懸濁したものを用い、アルカリによる化学的研磨作用と、砥粒による機械的研磨作用との複合作用である化学的・機械的研磨によって半導体ウェハＷが平坦かつ鏡面状に研磨される。
【０００４】
研磨布３００に半導体ウェハＷを接触させて、研磨テーブル３０２を回転することによりポリッシングを行なうと、研磨布３００には、砥粒や研磨屑が付着し、研磨布３００の特性が変化して研磨性能が劣化してくる。このため、同一の研磨布３００を用いて半導体ウェハＷの研磨を繰り返すと、研磨速度の低下、又は研磨ムラが生じるなどの問題がある。そこで、半導体ウェハの研磨前後、又は最中に研磨布３００の表面状態を回復するドレッシング（目立て）と称するコンディショニングが行われている。
【０００５】
研磨布のドレッシングを行なう場合には、ポリッシング装置にドレッサー３０８を設け、研磨する半導体ウェハＷの交換時などに、このドレッサー３０８によって研磨布３００のドレッシングを行なう。即ち、ドレッサー３０８の下面に取り付けられたドレッシング部材を研磨テーブル３０２の研磨布３００に押圧しつつ、研磨テーブル３０２とドレッサー３０８とをそれぞれ自転させることで、研磨面に付着した砥粒や切削屑を除去すると共に、研磨面全体の平坦化及び目立てが行なわれ、研磨面が再生される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体ウェハの表面に形成される薄膜は、成膜の際の方法や装置の特性により、半導体ウェハの半径方向の位置で膜厚が異なる。即ち、半径方向に膜厚分布を持っている。また、このような膜厚分布は、成膜の方法や成膜装置の種類によって異なる。即ち、膜厚の厚い部分の半径方向の位置やその数、及び膜厚の薄い部分と厚い部分との膜厚の差は、成膜の方法や成膜装置の種類により異なっている。
【０００７】
しかしながら、上述した従来のドレッサーでは研磨面全体を均一にドレッシングするため、研磨面全体が同じように再生され、研磨面全体が同じ研磨力を持つこととなる。従って、従来のドレッサーによって研磨面を再生した後、半導体ウェハの全面を均等に押圧して研磨すると、半導体ウェハの全面で研磨レートが一定となる。このため、上述した膜厚分布に適合した研磨を行なうことができず、膜厚の薄い部分では過研磨が、膜厚の厚い部分では研磨不足が生ずる場合があった。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、半導体ウェハ等の研磨対象物の表面に形成された薄膜の膜厚分布に対応して研磨を行なって、研磨後の膜厚の均一性を得ることができるポリッシング方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような従来技術における問題点を解決するために、本発明は、研磨テーブルの研磨面に第１ドレッサーを押圧しながら研磨テーブルと第１ドレッサーとを相対移動させて研磨面のドレッシングを行ない、上記ドレッシング後の研磨テーブルの研磨面にトップリングで保持した研磨対象物の被研磨面を押圧しながら研磨テーブルとトップリングとを相対移動させて研磨対象物の被研磨面を研磨し、研磨後の研磨対象物の被研磨面のプロファイルを測定して該プロファイルが予め決められたレベルを満たすか否かを判断し、上記プロファイルが上記レベルを逸脱していた場合は上記第１のドレッサーとは異なる別のドレッサーで研磨テーブルの研磨面のドレッシングを行なうことを特徴とする。
【００１２】
本発明の一態様においては、上記第１ドレッサーが上記研磨対象物よりも径の小さなドレッサーであることを特徴とする。また、上記研磨テーブルと上記第１ドレッサーの相対運動を、上記第１ドレッサーを回転させながら該第１ドレッサーを上記研磨テーブルの研磨面上を移動させて行なうことを特徴とする。更に、上記第１ドレッサーの回転速度、研磨面上の移動速度及び研磨面に対する押圧力の少なくとも１つを制御しながら、上記研磨テーブルの研磨面のドレッシングを行なうことを特徴とする。
【００１４】
本発明の他の一態様においては、上記別のドレッサーは、上記研磨テーブルの研磨面の略全面をドレッシングするドレッサーであることを特徴とする。好ましくは、この別のドレッサーを上記研磨対象物よりも径の大きなドレッサーとし、別のドレッサーによって上記研磨対象物が押圧される研磨面の略全面を目立てする。これにより、研磨面の凸起部を選択的に除去して研磨面の平坦化を行なうことができる。即ち、研磨中におけるドレッシングによって目立てを多くした部分は早く削れてしまうため、研磨後の研磨面の表面には凹凸ができるが、上記別のドレッサーによるドレッシングによって、このうちの凸起部のみを削り落とすことができるので、研磨面の表面を平坦化することができる。
【００１５】
更に、本発明の一態様は、上記別のドレッサーが、上記研磨面が局所的に減耗した場合に該研磨面の略全面を目立てすることを特徴とする。このような構成により、例えば、第１ドレッサーによるドレッシングによって研磨テーブルの研磨面が局所的に減耗した場合においても、別のドレッサーによって研磨面の状態をリセットすることができるので、その後の研磨をより正確にすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図１乃至図８を参照して詳細に説明する。
図１は、ポリッシング装置を模式的に示す平面図である。
【００１８】
図１に示すように、ポリッシング装置には、全体が長方形をなす床上のスペースの一端側に一対の研磨部１ａ，１ｂが左右に対向して配置され、他端側にそれぞれ半導体ウェハ収納用カセット２ａ，２ｂを載置する一対のロード・アンロードユニットが配置されている。研磨部１ａ，１ｂとロード・アンロードユニットとを結ぶ線上には、半導体ウェハを搬送する搬送ロボット４ａ，４ｂが２台配置されて搬送ラインが形成されている。この搬送ラインの両側には、それぞれ１台の反転機５，６とこの反転機５，６を挟んで２台の洗浄機７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂとが配置されている。
【００１９】
２つの研磨部１ａ，１ｂは、基本的に同一の仕様の装置が搬送ラインに対称に配置されており、それぞれ、上面に研磨布が貼付された研磨テーブル１１と、研磨対象物である半導体ウェハを真空吸着により保持し、これを研磨テーブル１１に押圧して研磨するトップリングユニット１２と、研磨テーブル１１上の研磨布の目立て（ドレッシング）を行なうドレッシングユニット１３とを備えている。また、研磨部１ａ，１ｂには、それぞれの搬送ライン側に、半導体ウェハをトップリングユニット１２との間で授受するプッシャー１４が設けられている。
【００２０】
搬送ロボット４ａ，４ｂは、水平面内で屈折自在な関節アームを有しており、それぞれ上下に２つの把持部をドライフィンガーとウェットフィンガーとして使い分けている。この例では２台のロボットが使用されるので、基本的に第１ロボット４ａは反転機５，６よりカセット２ａ，２ｂ側の領域を、第２ロボット４ｂは反転機５，６より研磨部１ａ，１ｂ側の領域をそれぞれ受け持つ。
【００２１】
反転機５，６は半導体ウェハの上下を反転させるもので、搬送ロボット４ａ，４ｂのハンドが到達可能な位置に配置されている。この例では、２つの反転機５，６をドライ基板を扱うものと、ウエット基板を扱うものとに使い分けている。
【００２２】
各洗浄機７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂの形式は任意であるが、例えば、研磨部１ａ，１ｂ側はスポンジ付きのローラで半導体ウェハの表裏両面を拭う形式の洗浄機７ａ，７ｂであり、カセット２ａ，２ｂ側は半導体ウェハのエッジを把持して水平面内で回転させながら洗浄液を供給する形式の洗浄機８ａ，８ｂである。後者は、遠心脱水して乾燥させる乾燥機としての機能をも備える。洗浄機７ａ，７ｂにおいて、半導体ウェハの１次洗浄を行なうことができ、洗浄機８ａ，８ｂにおいて１次洗浄後の半導体ウェハの２次洗浄を行なうことができる。
【００２３】
次に、上述した研磨部の詳細を説明する。図２は図１に示す研磨部１ａの要部を模式的に示す縦断面図、図３及び図４は図１の研磨部１ａの概略を示す平面図である。なお、以下では、研磨部１ａについてのみ説明するが、研磨部１ｂについても研磨部１ａと同様に考えることができる。
【００２４】
図２に示すように、研磨テーブル１１の研磨布１０の表面は研磨対象物である半導体ウェハＷと摺接する研磨面を構成している。研磨テーブル１１は、テーブル軸１１ａを介してその下方に配置されるモータ（図示せず）に連結されており、研磨テーブル１１はそのテーブル軸１１ａ周りに回転可能となっている。
【００２５】
図２乃至図４に示すように、研磨テーブル１１の上方には砥液・水供給ノズル１５が配置されており、この砥液・水供給ノズル１５からは研磨に使用する研磨砥液及びドレッシングに使用するドレッシング液（例えば、水）が研磨布１０上に供給される。また、これら砥液と水を回収する枠体１７が研磨テーブル１１の周囲に設けられており、この枠体の下部に樋１７ａが形成されている。
【００２６】
また、研磨テーブル１１の上方には、窒素ガスと純水又は薬液とを混合した液体を研磨布の研磨面に噴射するアトマイザ１６が配置されている。アトマイザ１６は、窒素ガス供給源及び液体供給源に接続される複数の噴射ノズル１６ａを備えている。窒素ガス供給源からの窒素ガス及び液体供給源からの純水又は薬液は、図示しないレギュレータやエアオペレータバルブによって所定の圧力に調整され、両者が混合された状態でアトマイザ１６の噴射ノズル１６ａに供給される。
【００２７】
混合された窒素ガスと純水又は薬液は、▲１▼液体微粒子化、▲２▼液体が凝固した微粒子固体化、▲３▼液体が蒸発した気体化（これら▲１▼、▲２▼、▲３▼を霧状化又はアトマイズという）された状態で、アトマイザ１６の噴射ノズル１６ａから研磨布１０に向けて噴射される。混合された液体が液体微粒子化、微粒子固体化、気体化のいずれの状態で噴射されるかは、窒素ガス及び／又は純水又は薬液の圧力、温度、又はノズル形状などによって決定される。従って、レギュレータなどによって窒素ガス及び／又は純水又は薬液の圧力、温度、又はノズル形状などを適宜変更することによって噴射される液体の状態を変更することができる。
【００２８】
トップリングユニット１２は、回転可能な支軸２０と、支軸２０の上端に連結されるトップリングヘッド２１と、トップリングヘッド２１の自由端から垂下するトップリングシャフト２２と、トップリングシャフト２２の下端に連結される略円盤状のトップリング２３とから構成されている。トップリング２３は、支軸２０の回転によるトップリングヘッド２１の揺動と共に水平方向に移動し、図１の矢印Ａで示すように、プッシャー１４と研磨布１０上の研磨位置との間での往復運動が可能となっている。
【００２９】
また、トップリング２３は、トップリングシャフト２２を介してトップリングヘッド２１の内部に設けられた図示しないモータ及び昇降シリンダに連結されており、これにより昇降可能かつトップリングシャフト２２周りに回転可能となっている。また、研磨対象である半導体ウェハＷは、トップリング２３の下端面に真空等によって吸着、保持されている。これらの機構により、トップリング２３は自転しながら、その下面に保持した半導体ウェハＷを研磨布１０に対して任意の圧力で押圧することができる。
【００３０】
ドレッシングユニット１３は、研磨を行って劣化した研磨布１０の表面を再生するもので、研磨テーブル１１の中心に対してトップリングユニット１２とは反対側に配置されている。図２乃至図４に示すように、ドレッシングユニット１３は、２つのドレッサー、即ち、第１ドレッサー３９及び第２ドレッサー３３を一体化して備えている。後述するように、第１ドレッサー３９は研磨中に研磨布１０のドレッシングを行なうため、第２ドレッサー３３は研磨前の研磨布１０の初期表面調整のための目粗しを行なうためにそれぞれ用いられる。
【００３１】
ドレッシングユニット１３は、回転可能な支軸３０と、支軸３０の上端に連結されるドレッサーヘッド３１と、ドレッサーヘッド３１の自由端から垂下するドレッサーシャフト３２と、ドレッサーシャフト３２の下端に連結される略円盤状の第２ドレッサー３３とを備えている。第２ドレッサー３３は、支軸３０の回転によるドレッサーヘッド３１の揺動と共に水平方向に移動し、図１及び図３の矢印Ｂで示すように研磨布１０上のドレッシング位置と研磨テーブル１１の外側の待機位置との間で往復運動が可能となっている。更に、第２ドレッサー３３は、ドレッサーシャフト３２を介してドレッサーヘッド３１の内部に設けられた図示しないモータ及び昇降シリンダに連結されており、これにより昇降可能かつドレッサーシャフト３２周りに回転可能となっている。なお、研磨テーブル１１の外側の待機位置には、第２ドレッサー３３を洗浄するためのドレッサー洗浄槽１８が配置されている。
【００３２】
ここで、第２ドレッサー３３は、ドレッシング部材としてペレット及びリングタイプのダイヤモンドドレッサー３４を備えている。このダイヤモンドドレッサー３４は、第２ドレッサー３３の下面の周縁部にダイヤモンド粒子等の粒状物が電着された円板の部材を複数個配設したものである。第２ドレッサー３３の直径は例えば２７０ｍｍであり、研磨対象物である半導体ウェハＷの直径（２００ｍｍ）よりも大きくなっている。従って、第２ドレッサー３３によりドレッシングされる研磨面の領域は、半導体ウェハＷの研磨に用いられる研磨面の領域よりも大きくなっている。
【００３３】
ドレッサーヘッド３１の側部には支持部３５が固着されており、支持部３５の先端には揺動モータ３６が固定されている。揺動モータ３６のモータシャフト３６ａには揺動アーム３７が連結されており、揺動モータ３６を回転駆動することによって揺動アーム３７が揺動するようになっている。この揺動モータ３６は制御装置５０に接続されており、該制御装置５０によってモータ速度（揺動速度）が制御される。揺動モータ３６は、後述する第１ドレッサー３９を研磨テーブル１１の研磨面上で移動させる移動機構を構成する。
【００３４】
揺動アーム３７の自由端側からはドレッサーシャフト３８が垂下しており、ドレッサーシャフト３８の下端には略円盤状の第１ドレッサー３９が連結されている。第１ドレッサー３９は、揺動モータ３６の駆動による揺動アーム３７の揺動と共に水平方向に移動し、図４の矢印Ｃで示すように研磨布１０上のドレッシング位置と研磨テーブル１１の外側の待機位置との間で往復運動が可能となっている。支軸３０のドレッサーヘッド３１の下方には支持台４６が固定されており、支持台４６には第１ドレッサー３９の待機位置に第１ドレッサー３９を洗浄するための桶状のドレッサー洗浄槽４７が設けられている。この支持台４６は支軸３０の回転によりドレッサーヘッド３１と一体となって揺動する。
【００３５】
ドレッサーシャフト３８は揺動アーム３７に固定されたエアシリンダ（押圧機構）４０に連結されており、このエアシリンダ４０によってドレッサーシャフト３８は昇降可能となっている。更に、ドレッサーシャフト３８はキー（図示せず）を介して回転筒４１に連結されている。この回転筒４１はその外周部にタイミングプーリ４２を備えている。揺動アーム３７には回転モータ（回転機構）４３が固定されており、上記タイミングプーリ４２はタイミングベルト４４を介して回転モータ４３に設けられたタイミングプーリ４５に接続されている。従って、回転モータ４３を駆動することによってタイミングプーリ４５、タイミングベルト４４、及びタイミングプーリ４２を介して回転筒４１及びドレッサーシャフト３８が一体に回転し、第１ドレッサー３９が回転する。
【００３６】
ここで、第１ドレッサー３９は、ドレッシング部材としてディスクタイプのダイヤモンドドレッサー４８を備えている。このダイヤモンドドレッサー４８は、第１ドレッサー３９の下面の全面にダイヤモンド粒子等の粒状物が電着された円板の部材を配設したものである。第１ドレッサー３９の直径は例えば１００ｍｍであり、研磨対象物である半導体ウェハＷの直径（２００ｍｍ）よりも小さくなっている。従って、第１ドレッサー３９によりドレッシングされる研磨面の領域は、半導体ウェハＷの研磨に用いられる研磨面の領域よりも小さくなっている。
【００３７】
このように、ドレッシングユニットは、目的の異なる２つのドレッサー及び一方のドレッサーの洗浄槽を一体化した構成となっている。このような構成とすることにより、設備の省スペース化を図ることが可能となる。
【００３８】
次に、上述した構成のポリッシング装置を用いて、半導体ウェハの研磨処理及びドレッシングを行なう場合の動作について説明する。図５乃至図７は、一連の動作を示すタイミングチャートである。
【００３９】
まず、図５に示す例について説明する。
最初に研磨前の研磨布の初期表面調整が行なわれる。この研磨前の研磨布の初期表面調整では、ドレッシングユニット１３の第２ドレッサー３３を用いて研磨布１０の表面を薄く削り取ることによる目粗しが行なわれる。図３はこのような状態を示している。この場合には、支軸３０の回転によりドレッサーヘッド３１を研磨布１０上のドレッシング位置に移動する。そして、第２ドレッサー３３及び研磨テーブル１１をそれぞれ独立に自転させつつ、第２ドレッサー３３に保持されたダイヤモンドドレッサー３４を所定の圧力で研磨布１０に当接させる。このとき、ドレッシング部材３４が研磨布１０に接触するのと同時又は接触する前に、砥液・水供給ノズル１５から研磨布１０の上面に水を供給し、研磨布１０に残留している使用済みの砥液を洗い流す。このように、第２ドレッサー３３によって、研磨布１０の研磨面は全体に亘って再生される。
【００４０】
次に、研磨前の第２ドレッサー３３によるドレッシングが行なわれる。この第２ドレッサー３３によるドレッシング中又はドレッシング前後に、所定の圧力、温度の窒素ガスと純水又は薬液とをアトマイザ１６に供給し、アトマイザ１６の噴射ノズル１６ａから純水又は薬液と窒素ガスとの混合液体を研磨布１０に向けて噴射する。これにより、混合液体が霧状化された状態で研磨布１０に噴射され、研磨布１０上の砥液や研磨屑が研磨テーブル１１の外方に飛散される。特に、研磨布の凹部に落ち込んだ砥液や研磨屑を、混合液体中の気体によって掻き出し、更に純水又は薬液によって洗い流すことができる。これにより、スクラッチの原因となる研磨布１０上に存在する砥液や研磨屑を効果的に除去することができる。このようなアトマイズは、第２ドレッサー３３によるドレッシング中の任意の時間、あるいは第２ドレッサー３３によるドレッシングの前後の任意の時間に行なうことができる。なお、図５乃至図７において点線で示すように、研磨前の研磨布の初期表面調整のときにもアトマイズを行なうこととしてもよい。
【００４１】
砥液・水供給ノズルから研磨布１０に供給された水や、アトマイザ１６から研磨布１０に噴射された混合液体は、研磨テーブル１１の回転による遠心力を受けて研磨テーブル１１の外方に飛散し、枠体１７の下部の樋１７ａにより回収される。ドレッシング終了後の第２ドレッサー３３は、ドレッサーヘッド３１の揺動により待機位置に戻され、この待機位置に設置されたドレッサー洗浄槽１８によって洗浄される。
【００４２】
次に、半導体ウェハの研磨処理が行なわれる。半導体ウェハの研磨処理中には、トップリング２３によって半導体ウェハＷの研磨が行なわれると同時に、ドレッシングユニット１３の第１ドレッサー３９によるドレッシングも行なわれる。図４はこのような状態を示している。この場合には、支軸２０の回転によりトップリングヘッド２１を研磨布１０上の研磨位置に移動する。そして、トップリング２３及び研磨テーブル１１をそれぞれ独立に自転させつつ、トップリング２３に保持された半導体ウェハＷと研磨テーブル１１とを相対運動させて、トップリング２３の下面に保持された半導体ウェハＷを研磨テーブル１１上の研磨布１０に押圧する。このとき、同時に砥液・水供給ノズル１５から研磨布１０の上面に砥液を供給する。この砥液として、例えばアルカリ溶液に微粒子からなる砥粒を懸濁したものが用いられ、アルカリによる化学的研磨作用と、砥粒による機械的研磨作用との複合作用とによって半導体ウェハＷが研磨される。研磨に使用された砥液は、研磨テーブル１１の回転による遠心力を受けて研磨テーブル１１の外方に飛散し、枠体１７の下部の樋１７ａにより回収される。
【００４３】
このような研磨中に、ドレッシングユニット１３の支持部３５に固定された揺動モータ３６を駆動し、揺動アーム３７を揺動させて支持台４６のドレッサー洗浄槽４７に収容されていた第１ドレッサー３９を研磨布１０上に移動させる。そして、第１ドレッサー３９を回転モータ４３により回転させ、第１ドレッサーに保持されたダイヤモンドドレッサー４８を所定の圧力で研磨布１０に当接させ研磨布１０のドレッシングを行なう。
【００４４】
このドレッシング中には、揺動モータ３６により揺動アーム３７及び第１ドレッサー３９を揺動させる。制御装置５０は、研磨テーブル１１上の位置によって第１ドレッサー３９の揺動速度が変化するように、揺動モータ３６のモータ速度を制御する。この第１ドレッサー３９の揺動速度は、半導体ウェハＷの被研磨面のプロファイルに基づいて制御されている。即ち、研磨すべき膜厚が厚い部分を研磨する研磨布１０の位置では遅く、研磨すべき膜厚が薄い部分を研磨する研磨布１０の位置では速く移動するように制御されている。従って、研磨すべき膜厚が厚い部分を研磨するために用いられる研磨布が、研磨すべき膜厚が薄い部分を研磨するために用いられる研磨布よりも多くドレッシングされ目立てされるため、トップリング２３では、研磨すべき膜厚の厚い部分を相対的に多く、薄い部分を相対的に少なく研磨することができ、研磨の過不足をなくすことができる。なお、半導体ウェハＷの研磨中における第１ドレッサー３９のドレッシング時間は任意に選択できる。また、制御装置５０は、第１ドレッサー３９の揺動速度を制御しているが、回転モータ（回転機構）４３又はエアシリンダ（押圧機構）４０を制御して、第１ドレッサー３９の回転速度又は押圧荷重を制御することによって、同様に研磨の過不足をなくすことが可能である。
【００４５】
図６に示す例においては、研磨前の研磨布の初期表面調整を第２ドレッサー３３ではなく、第１ドレッサー３９により行なっており、その他の点は上述した図５に示す例と同様である。このように、第１ドレッサー３９によって初期表面調整のための目粗しを行なうことも可能である。また、図７に示す例のように、第２ドレッサー３３を研磨布１０の交換時のみ使用し、その後のドレッシングは第１ドレッサー３９によって行なうことも可能である。使用前の研磨布１０は目立てが全くされていないので、初期表面調整のドレッシング時間が長くなる。一方、一度目立てがなされた研磨布１０は、その後は軽いドレッシングをするだけで研磨効率が上がる。従って、図７に示す例では、大径の第２ドレッサー３３によって短時間で初期表面調整を行ない、小径の第１ドレッサー３９によって、ドレッシングが必要な箇所の目立てを行なっている。このような方法は、研磨対象と使用する研磨砥液の組合せなどによって、研磨プロセス上、研磨中にドレッシングができない場合に好適なドレッシング方法である。
【００４６】
上述したように、上記ポリッシング装置は、研磨対象物である半導体ウェハＷよりも径の小さな第１ドレッサー３９を用いることにより、研磨面の領域内でドレッシングされる領域を任意に変更することができるため、研磨面の任意の箇所の目立て量を調整することが可能となる。従って、半導体ウェハＷの被研磨面のプロファイル（膜厚分布）に応じた適切な研磨が可能となる。
【００４７】
ここで、例えば成膜法や成膜装置に応じて半導体ウェハＷの研磨すべき膜厚の分布、即ち、半導体ウェハＷの被研磨面のプロファイルを予め想定し、このプロファイルに基づいたプログラムによって第１ドレッサー３９の揺動速度、回転速度、押圧荷重のうち少なくとも１つを制御することとしてもよい。また、図２乃至図４に示すように、研磨前又は研磨中の半導体ウェハＷの被研磨面のプロファイルを測定する膜厚測定器１００を設けて、この膜厚測定器により測定された実際の半導体ウェハＷの被研磨面のプロファイルに基づいて半導体ウェハ毎に第１ドレッサー３９の揺動速度、回転速度、押圧荷重のうち少なくとも１つを制御することとしてもよい。このように膜厚測定器１００を設けた場合には、半導体ウェハ毎に、より適切な研磨が可能となる。また、このように膜厚測定器１００により半導体ウェハＷの被研磨面のプロファイルを測定する場合においては、更に研磨布１０の研磨面のプロファイルを測定するパッドプロファイラーを設けて研磨面のプロファイルをも測定し、半導体ウェハＷの被研磨面及び研磨布１０の研磨面の双方のプロファイルに基づいて、第１ドレッサー３９の揺動速度、回転速度、押圧荷重のうち少なくとも１つを制御することとしてもよい。
【００４８】
また、図８に示すようなフローによって研磨布１０のドレッシングを行なうことも可能である。即ち、第２ドレッサー３３によって初期表面調整した後、第１ドレッサー３９によるドレッシングを行ない、半導体ウェハＷを研磨する。半導体ウェハＷの研磨後には、研磨布１０の研磨性能が適切に維持されているかを判断し、研磨性能が適切に維持されていない場合には、大径の第２ドレッサー３３によって研磨布１０を全体に亘ってドレッシングする。研磨性能が適切に維持されているかを判断するためには、研磨後の半導体ウェハＷの被研磨面のプロファイルを膜厚測定器１００によって測定し、測定されたプロファイルが予め決められたレベルを満たすか否かを判断する。このように、研磨面が局所的に減耗した場合に、大径の第２ドレッサー３３によって研磨面の略全面を目立てすることによって、第１ドレッサー３９によるドレッシングによって研磨布１０が局所的に減耗した場合においても、第２ドレッサー３３によって研磨布１０の状態をリセットすることが可能となる。
【００４９】
次に、他のポリッシング装置について図９乃至図１１を参照して詳細に説明する。なお、上述の例における部材又は要素と同一の作用又は機能を有する部材又は要素には同一の符号を付し、特に説明しない部分については上述の例と同様である。
図９は、研磨部の要部を模式的に示す縦断面図、図１０及び図１１は、研磨部の概略を示す平面図である。
【００５０】
このポリッシング装置は、図９乃至図１１に示すように、研磨中に研磨布のドレッシングを行なう第１ドレッサー７３を備えた第１ドレッシングユニット５２と、研磨前の研磨布の初期表面調整のための目粗しを行なう第２ドレッサー６３を備えた第２ドレッシングユニット５１とを別々に備えている。
【００５１】
第１ドレッシングユニット５２は、水平方向に延びるボールネジ７０と、ボールネジ７０上のナット７１から垂下するドレッサーシャフト７２と、ドレッサーシャフト７２の下端に連結される略円板状の第１ドレッサー７３とを備えている。ボールネジ７０の一端にはボールネジ駆動モータ７４が接続されている。ボールネジ駆動モータ７４の駆動によりボールネジ７０が回転し、このボールネジ７０の作用によりボールネジ７０上のナット７１及び該ナット７１に連結された第１ドレッサー７３が水平方向に移動可能となっている。これにより、第１ドレッサー７３は、図１１の矢印Ｅに示すように、研磨布１０上のドレッシング位置と研磨テーブル１１の外側の待機位置との間で往復運動が可能となっている。このボールネジ駆動モータ７４は制御装置８０に接続されており、制御装置８０によってモータ速度（揺動速度）が制御される。このボールネジ駆動モータ７４は、第１ドレッサー７３を研磨テーブル１１上で移動させる移動機構を構成する。
【００５２】
更に、第１ドレッサー７３は、ドレッサーシャフト７２を介してボールネジ７０のナット７１上に固定された回転モータ（回転機構）７５及びエアシリンダ（押圧機構）７６に連結されており、これにより昇降可能かつドレッサーシャフト７２周りに回転可能となっている。なお、研磨テーブル１１の外側の待機位置には、第１ドレッサー７３を洗浄するためのドレッサー洗浄槽７７が配置されている。
【００５３】
ここで、第１ドレッサー７３は、前述の例と同様に、ドレッシング部材としてディスクタイプのダイヤモンドドレッサー７８を備えており、第１ドレッサー７３の直径は研磨対象物である半導体ウェハＷの直径よりも小さくなっている。従って、第１ドレッサー７３によりドレッシングされる研磨面の領域は、半導体ウェハＷの研磨に用いられる研磨面の領域よりも小さくなっている。
【００５４】
第２ドレッシングユニット５１は、回転可能な支軸６０と、支軸６０の上端に連結されるドレッサーヘッド６１と、ドレッサーヘッド６１の自由端から垂下するドレッサーシャフト６２と、ドレッサーシャフト６２の下端に連結される略円盤状の第２ドレッサー６３とを備えている。第２ドレッサー６３は、支軸６０の回転によるドレッサーヘッド６１の揺動と共に水平方向に移動し、図１０の矢印Ｄで示すように研磨布１０上のドレッシング位置と研磨テーブル１１の外側の待機位置との間で往復運動が可能となっている。更に、第２ドレッサー６３は、ドレッサーシャフト６２を介してドレッサーヘッド６１の内部に設けられた図示しないモータ及び昇降シリンダに連結されており、これにより昇降可能かつドレッサーシャフト６２周りに回転可能となっている。
【００５５】
ここで、第２ドレッサー６３は、前述の例と同様に、ドレッシング部材としてペレットタイプのダイヤモンドドレッサー６４を備えており、第２ドレッサー６３の直径は、研磨対象物である半導体ウェハＷの直径よりも大きくなっている。従って、第２ドレッサー６３によりドレッシングされる研磨面の領域は、半導体ウェハＷの研磨に用いられる研磨面の領域よりも大きくなっている。
【００５６】
次に、上述した構成のポリッシング装置を用いて、半導体ウェハの研磨処理及びドレッシングを行なう場合の動作について説明する。以下では、前述の図５に示す例に対応する動作についてのみ説明するが、図６乃至図８に示す例に対応する動作も可能であることは言うまでもない。
【００５７】
まず、研磨前の研磨布の初期表面調整を行なう場合について説明する。この研磨前の研磨布の初期表面調整では、第２ドレッシングユニット５１の第２ドレッサー６３を用いて研磨布１０の表面を薄く削り取ることによる目粗しが行なわれる。図１０はこのような状態を示している。この場合には、支軸６０の回転によりドレッサーヘッド６１を研磨布１０上のドレッシング位置に移動する。そして、第２ドレッサー６３及び研磨テーブル１１をそれぞれ独立に自転させつつ、第２ドレッサー６３に保持されたダイヤモンドドレッサー６４を所定の圧力で研磨布１０に当接させる。このように、第２ドレッサー６３によって研磨布１０の研磨面は全体に亘って再生される。なお、ドレッシング終了後の第２ドレッサー６３は、ドレッサーヘッド６１の揺動により待機位置に戻され、この待機位置に設置されたドレッサー洗浄槽１８によって洗浄される。
【００５８】
次に、半導体ウェハの研磨処理が行なわれる。半導体ウェハの研磨処理中には、トップリング２３によって半導体ウェハＷの研磨が行なわれると同時に、第１ドレッシングユニット５２の第１ドレッサー７３によるドレッシングも行なわれる。図１１はこのような状態を示している。この場合には、支軸２０の回転によりトップリングヘッド２１を研磨布１０上の研磨位置に移動する。そして、トップリング２３及び研磨テーブル１１をそれぞれ独立に自転させつつ、トップリング２３に保持された半導体ウェハＷと研磨テーブル１１とを相対運動させて、トップリング２３の下面に保持された半導体ウェハＷを研磨テーブル１１上の研磨布１０に押圧する。このとき、同時に砥液・水供給ノズル１５から研磨布１０の上面に砥液が供給され、半導体ウェハＷが研磨される。
【００５９】
このような研磨中に、第１ドレッシングユニット５２のボールネジ駆動モータ７４を駆動し、ドレッサー洗浄槽７７に収容されていた第１ドレッサー７３を研磨布１０上に移動させる。そして、第１ドレッサー７３を回転モータ７５により回転させ、第１ドレッサー７３に保持されたダイヤモンドドレッサー７８を所定の圧力で研磨布１０に当接させ研磨布１０のドレッシングを行なう。
【００６０】
このドレッシング中には、ボールネジ駆動モータ７４により第１ドレッサー７３を研磨テーブル１１上でテーブル１１の半径方向に揺動させる。制御装置８０は、研磨テーブル１１上の位置によって第１ドレッサー７３の揺動速度が変化するように、ボールネジ駆動モータ７４のモータ速度を制御する。この第１ドレッサー７３の揺動速度は、半導体ウェハＷの被研磨面のプロファイルに基づいて制御されている。即ち、研磨すべき膜厚が厚い部分を研磨する研磨布１０の位置では遅く、研磨すべき膜厚が薄い部分を研磨する研磨布１０の位置では速く移動するように制御される。従って、研磨すべき膜厚が厚い部分を研磨するために用いられる研磨布は、研磨すべき膜厚が薄い部分を研磨するために用いられる研磨布よりも多くドレッシングされ目立てされるため、トップリング２３では、研磨すべき膜厚の厚い部分を相対的に多く、薄い部分を相対的に少なく研磨することができ、研磨の過不足をなくすことができる。なお、半導体ウェハＷの研磨中における第１ドレッサー７３のドレッシング時間は任意に選択できる。また、制御装置５０は、第１ドレッサー７３の揺動速度を制御しているが、回転モータ（回転機構）７５及びエアシリンダ（押圧機構）７６を制御して、第１ドレッサー７３の回転速度又は押圧荷重を制御することによって、同様に研磨の過不足をなくすことが可能である。
【００６１】
このように、本発明に係るポリッシング装置は、研磨対象物である半導体ウェハＷよりも径の小さな第１ドレッサー７３を用いることにより、研磨面の領域内でドレッシングされる領域を任意に変更することができるため、研磨面の任意の箇所の目立て量を調整することが可能となる。従って、半導体ウェハＷの被研磨面のプロファイル（膜厚分布）に応じた適切な研磨が可能となる。
【００６２】
前述の例と同様に、例えば成膜法や成膜装置に応じて半導体ウェハＷの被研磨面のプロファイルを予め想定し、このプロファイルに基づいたプログラムによって第１ドレッサー７３の揺動速度、回転速度、押圧荷重のうち少なくとも１つを制御することとしてもよいし、あるいは、研磨前の半導体ウェハＷの被研磨面のプロファイルを測定する膜厚測定器を設けて、この膜厚測定器により測定された実際の半導体ウェハＷの被研磨面のプロファイルに基づいて各半導体ウェハ毎に第１ドレッサー７３の揺動速度、回転速度、押圧荷重のうち少なくとも１つを制御することとしてもよい。
【００６３】
なお、前述の各例においては、第２ドレッサー及び第１ドレッサーのドレッシング部材としていずれもダイヤモンドドレッサーを用いたが、これに限られるものではない。例えば、ペレットタイプやディスクタイプのダイヤモンドドレッサーだけでなく、リングタイプのダイヤモンドドレッサーを用いることもでき、ブラシドレッサを用いることもできる。これらの様々なドレッシング部材を適宜組み合わせて使用することが可能である。
【００６４】
さてこれまで本発明の一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ものであることは言うまでもない。
【００６５】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、研磨対象物よりも径の小さなドレッサーを用いることにより、研磨面の領域内でドレッシングされる領域を任意に変更することができる。従って、研磨すべき膜厚が厚い部分を研磨するために用いられる研磨布を、研磨すべき膜厚が薄い部分を研磨するために用いられる研磨布よりも多くドレッシングし目立てすることが可能となる。これにより、研磨すべき膜厚の厚い部分を相対的に多く、薄い部分を相対的に少なく研磨することができ、研磨対象物の被研磨面のプロファイル（膜厚分布）に応じた適切な研磨が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ポリッシング装置を模式的に示す平面図である。
【図２】  ポリッシング装置の研磨部の要部を模式的に示す縦断面図である。
【図３】図１の研磨部の概略を示す平面図であり、研磨布の初期表面の調整を行なうときの状態を示している。
【図４】図１の研磨部の概略を示す平面図であり、トップリングによる研磨中の状態を示している。
【図５】図２の研磨部の一連の動作例を示すタイミングチャートである。
【図６】図２の研磨部の一連の動作例を示すタイミングチャートである。
【図７】図２の研磨部の一連の動作例を示すタイミングチャートである。
【図８】図２の研磨部の一連の動作例を示すフローチャートである。
【図９】  他のポリッシング装置の研磨部の要部を模式的に示す縦断面図である。
【図１０】  他のポリッシング装置の研磨部の概略を示す平面図であり、研磨布の初期表面の調整を行なうときの状態を示している。
【図１１】  他のポリッシング装置の研磨部の概略を示す平面図であり、トップリングによる研磨中の状態を示している。
【図１２】従来のポリッシング装置を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ  研磨部
２ａ，２ｂ  半導体ウェハ収納用カセット
４ａ，４ｂ  搬送ロボット
５，  ６    反転機
７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂ    洗浄機
１０    研磨布
１１    研磨テーブル
１１ａ  テーブル軸
１２    トップリングユニット
１３    ドレッシングユニット
１４    プッシャー
１５    砥液・水供給ノズル
１６    アトマイザ
１６ａ  噴射ノズル
１７    枠体
１７ａ  樋
１８，４７，７７    ドレッサー洗浄槽
２０，３０，６０    支軸
２１    トップリングヘッド
２２    トップリングシャフト
２３    トップリング
３１，６１    ドレッサーヘッド
３２，３８，６２，７２    ドレッサーシャフト
３３，６３    第２ドレッサー
３４，４８，６４，７８    ドレッシング部材
３５    支持部
３６    揺動モータ
３６ａ  モータシャフト
３７    揺動アーム
３９，７３    第１ドレッサー
４０    エアシリンダ
４１    回転円筒
４２，４５    タイミングプーリ
４３    回転モータ
４４    タイミングベルト
４６    支持台
５０，８０    制御装置
５１    第２ドレッシングユニット
５２    第１ドレッシングユニット
７０    ボールネジ
７１    ナット
７４    ボールネジ駆動モータ
７５    回転モータ
７６    エアシリンダ
１００  膜厚測定器
【図１】
0004349752.tif 000002
【図２】
0004349752.tif 000003
【図３】
0004349752.tif 000004
【図４】
0004349752.tif 000005
【図５】
0004349752.tif 000006
【図６】
0004349752.tif 000007
【図７】
0004349752.tif 000008
【図８】
0004349752.tif 000009
【図９】
0004349752.tif 000010
【図１０】
0004349752.tif 000011
【図１１】
0004349752.tif 000012
【図１２】
0004349752.tif 000013