JPH09150367A

JPH09150367A - 研磨装置及び研磨方法

Info

Publication number: JPH09150367A
Application number: JP8174996A
Authority: JP
Inventors: Jiyunji Fukuroda; 淳史袋田; Yoshihiro Arimoto; 由弘有本; Wataru Nakamura; 亘中村
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1995-04-26
Filing date: 1996-04-03
Publication date: 1997-06-10
Anticipated expiration: 2016-04-03
Also published as: JP3466374B2

Abstract

(57)【要約】【課題】研磨装置に関し、研磨の際の振動を高感度に検
出して研磨のバラツキを精度良く、しかもリアルタイム
で検出して研磨時間を短縮し、また、ゴミの存在の確認
を容易にするとともに、定盤の振動の伝達を無線で正常
に行うとともに、研磨状態を捉えるために利用される研
磨固有の振動の検出能力を改善すること。【解決手段】研磨対象物を支持する第１の定盤３を回転
する駆動機構21と、第１の定盤に対向する第２の定盤２
に張付られた研磨布１と、第１又は第２の定盤に取付け
られて研磨時の振動を検出する振動検出器10と、第１の
定盤、第２の定盤の動作を制御する制御部17と、振動検
出器に検出された振動強度を周波数分析し、さらに振動
強度を時間毎に積分し、積分値の時間的変化が基準値を
下回った時、又は積分値が基準値を下回った時の何れか
の時点で、前記第１の定盤、前記第２の定盤を停止する
研磨停止信号を前記制御部に送る信号解析手段15とを含
む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、研磨装置及び研磨
方法に関し、より詳しくは半導体素子を構成する絶縁膜
や導電膜の表面などの平坦化に用いる研磨装置及び研磨
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体記憶装置などの半導体装置は年々
集積度が増し、その内部回路の配線の多層化もさらに進
んでいる。その配線の多層化を可能にするために、化学
機械研磨（以下、ＣＭＰ(chemical mechanical polishi
ng) という）技術を利用して配線上の層間絶縁膜が平坦
化されている。ＣＭＰ技術では時間的、コスト的な面か
ら研磨の終点検出や自動化が重視されている。

【０００３】しかし、その研磨の終了時期については、
研磨布の劣化などが原因で研磨速度が一定に保てないた
めに、時間的に制御したとしても厳密に決定することは
できなかった。従って、これまでは短時間の研磨を行っ
ては一旦研磨を中止して被研磨物の研磨状態を観察す
る、といった作業を平坦面が得られるまで繰り返してい
た。このような方法では手間や時間もかかるので実用的
でない。

【０００４】ＣＭＰの終点検出はこれまで、定盤（ヘッ
ドともいう）を回転させるモータのトルクの変化を検出
してその変化に基づいて研磨面の摩擦抵抗をモニタする
方法があった。しかし、この方法は高周波成分が皆無の
ため、研磨面の擦り摩擦力の位置的、時間的平均を得る
に過ぎないので、感度が悪く、さらにヘッドの構造によ
っては使用できない場合もある。例えば、ヘッドと筐体
が弾性体で接合されるような構造を有するエアバック方
式では、研磨面の摩擦の影響が回転軸に伝わりにくくな
り、著しく感度が低下して実用にならない。

【０００５】また、光学式膜厚計で研磨物を測定して終
点を検出する方法もあるが、リアルタイムで検出できな
い。また、窒化シリコン膜とSiO₂膜を同時に研磨する場
合には、光学式膜厚計でその研磨膜厚を精度良く測定す
ることができない。そこで、モーターの回転トルクや定
盤の振動の変化に基づいて研磨の終点検出を行うこと
が、特開平6-320416号、特開平6- 45299号公報において
提案されている。しかし、それらの公報では、研磨面が
単に平坦化された否かではなくて、研磨が進んで異質の
材料が研磨面に露出し、これにより研磨面の摩擦抵抗が
変化して振動が変化した時点を終点としている。

【０００６】また、研磨面と研磨布との摩擦による定盤
の歪みを、歪みセンサで測定する方法が特開平6-320416
号公報に記載されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、歪みセンサを
使用する研磨装置では、研磨により生じる振動が小さい
ので、研磨装置のモータ振動などの機械的振動（音）が
バックグラウンドノイズとして混入するので、十分な感
度が得られない。この結果、研磨面の全領域の研磨状態
を精度良く検知したり或いは終点を検出することは難し
く、基本的な研磨を終えた後に、さらに追加の研磨が必
要となる。

【０００８】また、研磨面と研磨布との摩擦により生じ
るヘッドの歪みを歪みセンサで測定する場合には、その
歪みは歪みセンサに現れるほど大きくはない。しかも、
研磨装置自体の振動をフイルタで低減しても、歪みセン
サによりウェハ表面の凹凸の変化は検出できないのが実
状である。なぜならば歪みセンサは高い振動周波数に感
度が無いからである。

【０００９】従来の研磨装置では、研磨布の目立てや交
換の時期に関する客観的な指標がないので、それらの作
業を無用に行いがちである。さらに、研磨の際のゴミ
（異物）により研磨面に傷が付いたとしても、研磨終了
後に研磨対象物を取り出してその研磨面を顕微鏡で観察
することにより始めて傷の存在がわかることになる。Ｃ
ＭＰによる研磨の際のゴミの発生及び混入に対しては何
等の対策もとられておらず、研磨面の傷を観察すること
で間接的に評価していた。

【００１０】一方、従来では研磨終了後に研磨評価を行
っているので、１ロット（通常は２５枚程度）の初期の
段階でゴミが混入して被研磨物の表面に傷が付きはじめ
ても、その１ロットが終了するまではゴミの混入は気が
つかなかった。このため、研磨面を傷付けるようなゴミ
が入ってから後に研磨される被研磨物には当然に傷が付
くので、半導体ウェハのような研磨対象物が無駄に消費
される。しかも、傷付いた研磨面からその一部が欠落し
てゴミとなり、さらにゴミが増加することもある。

【００１１】また、研磨の際にゴミが存在しても、その
場所が特定できないので、ゴミを除去するために研磨布
全体を交換することもあり、そのような場合には手間が
かかってしまう。さらに、上記した特許公開公報では、
定盤振動検出のための信号を定盤の上から増幅器に伝達
することが記載されているが、その信号伝達を無線で行
おうとする場合には、定盤を回転させるためのモータの
シャフトによって無線信号が一時的に途切れてしまう。

【００１２】ところで、研磨量は、パターンの形状に依
存し、しかも加圧力、回転数、研磨液流量、研磨布の表
面状態などの研磨条件によって大幅に変化する。従っ
て、時間で研磨量を制御する場合には、ロット毎に一旦
試し研磨を行い、研磨速度を確認することを行っている
が、これでは手間がかかってしまう。しかも、パターン
の異なる複数種類のロットについて研磨を行う場合に
は、試し研磨の占める時間が増えてスループットが低下
する。

【００１３】本発明の目的は、研磨の際の振動を高感度
に検出して研磨のバラツキを精度良く、しかもリアルタ
イムで検出して研磨時間を短縮し、また、ゴミの存在の
確認を容易にするとともに、定盤の振動の伝達を無線で
正常に行うとともに、研磨状態を捉えるために利用され
る研磨固有の振動の検出能力を改善することができる研
磨装置及び研磨方法を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記した課題は、図１、
図２２等に例示するように、研磨対象物を支持する第１
の定盤３と、前記第１の定盤３を回転させる第１の駆動
機構２１と、前記第１の定盤３に対向して配置される第
２の定盤２と、前記第２の定盤２に張り付けられた研磨
布１と、前記第１の定盤３又は前記第２の定盤２に取り
付けられ、研磨時の振動を検出する振動検出器１０（１
０Ａ，１０Ｂ）と、少なくとも前記第１の定盤３と前記
第２の定盤２の一方の研磨動作を制御する制御部１７
と、前記振動検出器１０により検出された振動強度を周
波数分析し、さらに該振動強度を時間毎に積分し、積分
値の時間的変化が基準値を下回った時、又は該積分値が
基準値を下回った時の何れかの時点で、前記第１の定
盤、前記第２の定盤の少なくとも一方を停止する研磨停
止信号を前記制御部に送る信号解析手段１５とを有する
ことを特徴とする研磨装置により解決する。

【００１５】上記研磨装置において、前記第１の定盤の
周囲には弾性体７が形成されていることを特徴とする。
上記研磨装置において、前記研磨布１の表面には溝４又
は孔が形成され、且つ前記研磨布１の内部には該表面の
振動に共振する空洞６が形成されていることを特徴とす
る。

【００１６】上記研磨装置において、前記振動検出器１
０Ａの出力端側には、中心周波数の異なる複数のバンド
パスフィルタ３４ｂが組合わせて接続されていることを
特徴とする。上記研磨装置において、図１６に例示する
ように、研磨開始、研磨停止又は研磨条件を満たしたか
否かの判断をする信号解析部３３と、前記振動検出器１
０によって検出された研磨の振動情報を無線送信する送
信部１３と、前記送信部１３から出力された無線信号を
受信し、且つ該無線信号の同調周波数の変動を参照周波
数の範囲内に自動的に保持する自動周波数制御機構を有
するとともに、前記信号解析部３４が受信データを要求
する毎に前記送信機１３の発振周波数を該自動周波数制
御機構により受信する受信機３２とを有することを特徴
とする研磨装置によって解決する。

【００１７】上記研磨装置において、前記振動検出器１
０は、縦方向又は円周方向の振動を検出する素子である
ことを特徴とする。上記研磨装置において、図２２に例
示するように、前記振動検出器１０Ａ、１０Ｂは、前記
第１の定盤３の回転中心に対して対象に複数個取り付け
られ、複数の前記振動検出器１０Ａ，１０Ｂの出力信号
の和又は差をとる演算器３７，３８が複数の前記振動検
出器１０Ａ，１０Ｂの出力端に接続されていることを特
徴とする。

【００１８】上記研磨装置において、図３４に例示する
ように、前記振動検出器１０で検出される振動周波数を
前記振動検出器１０の共振周波数に変換する振動変換手
段５９を、前記振動検出器１０に接続したことを特徴と
する。上記研磨装置において、図３２に例示するよう
に、被研磨物Ｗがインナーシート５１を介して前記第１
の定盤３に支持され、前記第１の定盤３と前記インナー
シート５１に形成された貫通孔５４と、前記貫通孔５４
内を通して前記被研磨物Ｗと前記振動検出器１０の双方
に接触する振動伝達体５５とを有することを特徴とす
る。

【００１９】上記研磨装置において、前記第２の定盤３
には、前記第２の定盤３を回転させる第２の駆動機構Ｍ
が接続されており、前記第１の定盤２は、前記振動検出
器１０により検出しようとする振動周波数と同じ第１の
固有振動周波数を有するとともに、前記第１の駆動機構
２１及び前記第２の駆動機構Ｍの少なくとも一方が、前
記第１の固有振動周波数と異なった第２の固有振動周波
数を有することを特徴とする。

【００２０】上記課題は、図１に例示するように、研磨
対象物を支持する第１の定盤３と、前記第１の定盤３を
回転させる駆動機構２１と、前記第１の定盤３に対向し
て配置され、且つ内部に空洞２ａが形成された第２の定
盤２と、前記第２の定盤２に張り付けられた研磨布１
と、前記第１の定盤３又は前記第２の定盤２に取り付け
られ、研磨時の振動信号を出力する振動検出器１０と、
少なくとも前記第１の定盤３と前記第２の定盤２の一方
の研磨動作を制御する制御部１７とを有することを特徴
とする研磨装置によって解決する。

【００２１】または、図１５に例示するように、被研磨
物を支持する第一の定盤３と、前記第一の定盤３に対向
して配置される第二の定盤２と、前記第二の定盤２に張
り付けられる研磨布１ａと、前記第一の定盤３又は前記
第二の定盤２に取付けられた振動検出器１０と、少なく
とも前記第１の定盤３又は前記第２の定盤２を駆動する
駆動機構２１と、前記振動検出器１０が取付けられた側
の前記第一の定盤３又は前記第二の定盤２に取り付けら
れ、且つ前記振動検出器１０によって検出された情報を
無線送信する送信部１３と、前記送信部１３から出力さ
れた無線信号を受信する受信部１４と、前記受信部１４
に接続されて、受信した前記無線信号を解析する信号解
析部１５と、前記信号解析部１５からの信号に基づい
て、研磨停止、研磨条件を変更を指示する信号を少なく
とも前記駆動機構に出力する制御部１７と、前記振動検
出器１０が取り付けられた前記第一の定盤３又は前記第
二の定盤２の回転軸の周囲に取付けられ且つ前記送信部
１３に接続された環状の送信アンテナ２５と、前記回転
軸の延長上に取付けられ且つ前記受信部１４に接続され
る受信アンテナ２６とを有することを特徴とする研磨装
置。

【００２２】この場合、図１９に例示するように、前記
振動検出器１０Ａの出力に基づく振動信号の振幅レンジ
を広げるための対数アンプ３４ｃと、前記受信部１４の
出力側に接続されて前記受信部からの出力信号を変換す
る逆対数アンプ３５とを有することを特徴とする。上記
した研磨装置において、図３９〜図４７に例示するよう
に、研磨対象物を支持する第１の定盤３と、前記第１の
定盤３に対向して配置される第２の定盤２と、前記第２
の定盤２に張り付けられる研磨布１ｄと、前記第１の定
盤３を前記研磨布１ｄ上の一定範囲内で周期的に移動さ
せる駆動手段８，２１と、前記第１の定盤３の振動強度
又は前記駆動手段の駆動トルクの値を、前記第１の定盤
の位置成分を含む関数で割算してその結果を研磨状態信
号として出力し、該研磨状態信号の変化を時間で微分
し、その微分値に基づいて研磨終了を検出する研磨終点
検出手段７７とを有することを特徴とする研磨装置によ
って解決する。

【００２３】上記した課題は、図４８に例示するよう
に、被研磨物Ｗを支持する定盤３と、該被研磨物Ｗを研
磨する研磨布１と、前記研磨布１と前記被研磨物Ｗの摩
擦によって前記研磨布１の移動方向又は前記定盤の回転
方向に引きずられる前記第定盤３の変位の変化を測定す
る変位検出器６１〜６３とを有することを特徴とする研
磨装置により解決する。

【００２４】この研磨装置において、前記研磨布１との
摩擦によって平坦化される前記被研磨物Ｗの平坦化速度
と前記変位検出器６１〜６３の出力信号とを対応させ、
該出力信号の変化が該平坦か速度の所定の範囲内又は所
定の値に達した時を研磨終点として判別する研磨終点判
別手段１５を有することを特徴とする。上記した課題
は、図１〜図１０に例示するように、研磨対象物を支持
する第１の定盤と、該第１の定盤に対向して配置される
第２の定盤と、該第２の定盤に張り付けられる研磨布と
を使用して、該研磨対象物を前記研磨布により研磨する
研磨方法において、振動検出器によって、前記第１の定
盤又は前記第２の定盤の研磨時の振動を検出し、前記振
動検出器から出力された振動強度を周波数分析し、さら
に該振動強度を時間毎に積分し、積分値の時間的変化が
基準値を下回った時、又は該積分値が基準値を下回った
時の何れかの時点で研磨を停止することを特徴とする研
磨方法によって解決する。

【００２５】上記研磨方法において、前記積分値は、複
数の振動強度の平均値であることを特徴とする。上記研
磨方法において、前記研磨対象物上に形成されて表面に
凹凸を有する膜を、前記研磨布によって平坦化すること
を特徴とする。上記研磨方法において、研磨開始から研
磨停止までの時間が、設定時間よりも短いか、或いは前
記積分値の時間的変化が指定値を越えて減少したかのい
ずれかにより、研磨布の劣化を認識することを特徴とす
る。

【００２６】上記研磨方法において、研磨時間の際に、
特定の振動周波数の振動強度の減少率が他の振動周波数
の振動強度の減少率に比べて大きいことを検知して研磨
条件を変更することを特徴とする。上記研磨方法におい
て、前記振動検出器から出力された振動強度信号又は振
動スペクトルの変化に基づいて、研磨状態をリアルタイ
ムで分析して研磨終点を検出するか、研磨条件を変更す
ることを特徴とする。

【００２７】上記課題は、図３９〜図４７に例示するよ
うに、研磨対象物を支持する第１の定盤と、該第１の定
盤に対向して配置される第２の定盤と、該第２の定盤に
張り付けられた研磨布とを備えた研磨装置を用いる研磨
方法において、駆動手段により、前記第１の定盤を前記
研磨布上の一定範囲内で周期的に移動させ、前記第１の
定盤の振動強度又は前記駆動手段の回転トルクの値を、
前記第１の定盤の位置成分を含む関数で割算してその結
果を研磨状態信号とし、該研磨状態信号の変化を時間で
微分し、その微分値に基づいて研磨を終了する工程を含
むことを特徴とする研磨方法により解決する。

【００２８】上記研磨方法において、前記関数は、前記
研磨布の回転中心からの距離に比例する比例関数である
ことを特徴とする。また、前記研磨布において、略等密
度に溝又は孔が形成されている場合は、前記関数は、前
記研磨布の回転中心からの距離の二乗に比例する関数で
あることを特徴とする。さらに、前記関数には、前記第
２の定盤の回転数が含まれることを特徴とする。

【００２９】上記課題は、図２６〜図２８に例示するよ
うに、研磨対象物を支持する第１の定盤と、該第１の定
盤に対向して配置される第２の定盤と、該第２の定盤に
張り付けられる研磨布とを使用して、該研磨対象物を前
記研磨布により研磨する研磨方法において、振動検出器
によって、前記第１の定盤又は前記第２の定盤の研磨時
の振動を検出し、前記振動検出器により検出された振動
強度の異常を検出し、該振動強度の異常検出時間が前記
第２の定盤の回転周期よりも短い場合に、前記第１の定
盤と前記第２の定盤の駆動を制御することを有すること
を特徴とする研磨方法によって解決する。

【００３０】（作用）本発明によれば、振動検出器か
ら得られる振動情報を周波数分析し、その周波数におけ
る振動強度を時間毎に積分し、積分値が基準値を下回っ
た時、又はその積分値の時間的変化が基準値を下回った
時の何れかの時点で、研磨停止の信号を送る信号解析手
段により研磨を停止するようにしたので、研磨の終点検
出が容易になる。

【００３１】その信号解析手段では、研磨開始から研磨
停止までの時間が設定時間よりも短い場合と、前記積分
値の時間的変化が指定値を越えて減少した場合とのいず
れかで、研磨布劣化信号を示す信号を出力するので、研
磨の終了か研磨布の劣化かの判断が容易になり、最適な
研磨作業がなされる。研磨の際に、特定の振動周波数の
振動強度の減少率が他の振動周波数の振動強度に比べて
大きい場合には、研磨が一様に行われていないことが実
験的に確認されているので、そのような振動強度の減衰
を検知して研磨条件を変えて研磨が一様になるように研
磨条件を変えると最適な研磨がなされる。

【００３２】また、研磨対象物を支持する第１の定盤と
回転力伝達体機構とを弾性体を介して接続した構造を有
する研磨装置において、第１の定盤に振動検出器を取り
付けたので、回転力伝達機構に固有の振動を弾性体によ
って吸収させ、研磨対象物の振動を検出する場合のノイ
ズが低減する。これにより、研磨の終点検出がより速く
しかも正確に把握することができる。

【００３３】また、研磨時の振動を誘発する機構を研磨
布に形成するようにしているので、研磨時に生じる振動
の振動強度が大きくなるとともに、振動検出器により検
出できる振動周波数帯域が広くなって、研磨条件の緻密
な制御や、研磨の終点検出を容易にする。そのような機
構としては、研磨布に複数の溝を形成し、その溝に囲ま
れた領域での振動を誘発させるものがある。

【００３４】この場合、研磨布や定盤の内部に空洞を形
成すると、誘発された研磨時の振動が増幅されて、振動
検出の振動強度の変化の把握は容易になる。さらに、研
磨の際の振動検出器による振動の減衰量を実効値として
捉え、この実効値の変化を時間毎に測定してその変化の
積分値又は一定時間の変化量が零又はそれ以上になった
時点を研磨の終点検出としてもよい。

【００３５】この場合、第１の定盤が回転の他に研磨布
上を移動する動作を伴う場合には交流成分が大きすぎて
終点を判断しにくくなる。この場合には、第１の定盤の
位置を含む関数によって実効値を割ることにより、検出
信号を補正すると、研磨の終点検出が速く且つ正確に検
出できた。また、本発明によれば、研磨時の振動の検出
する振動検出器の出力を無線で外部に送信する場合に、
送信アンテナと受信アンテナを同軸上に配置するように
したので、アンテナが回転したり揺動しても安定な送受
信がなされる。

【００３６】さらに、定盤に取付けられる振動検出器や
送信部に電力を供給する場合にはその定盤を回転するシ
ャフトの周囲に環状導電体を取付け、この環状導電体に
接触するブラッシを通して電力を供給するようにしてい
るので、電池交換の手間や電力不足による作業停止とい
った事態が回避される。なお、環状導電体として市販の
スリップリングを用いてもよい。

【００３７】また本発明によれば、複数の研磨を同時に
行い、研磨情報を無線で送受信する場合に自動周波数制
御機構を用いているので、温度変化により送信周波数に
変動が生じても安定した受信状態が得られる。さらに、
本発明によれば、研磨時において、定盤に取付けられた
振動検出器により検出された振動強度の異常を検出し
て、振動強度の異常検出時間が定盤の回転周期よりも短
い場合にゴミの存在を示す信号を出力する信号分析部を
設けるようにしているので、その後に続く被研磨物の研
磨面のゴミによる傷の発生が未然に防止される。

【００３８】また、振動強度の異常が定盤の周期よりも
長く発生する場合には、傷以外の原因なので、直ぐに研
磨を停止すると、ゴミ以外の原因による研磨装置の異常
動作を容易に検出できる。さらに別の本発明によれば、
内部が空洞で機密保持される筐体から防振されたエアバ
ック式の上側定盤を有する構造において、円周方向の振
動を検出するような振動検出器を上側定盤に取り付け、
その振動検出器から出力された振動強度又は振動スペク
トルの信号の変化によって研磨の終了などを行わせてい
る。これによれば、エアバック式の上側定盤の回転方向
の振動強度やそのスペクトルの変化を知ることにより、
研磨状態の変化を判断することが容易になる。

【００３９】また、振動検出器からの信号をバンドパス
フィルタを介して制御部に出力するようにすると、研磨
装置や研磨条件に合わせて、研磨装置固有の周波数の振
動に依存する振動成分を除去して、実際の研磨によって
発生する振動だけを選択することができる。また、振動
検出器により検出した振動信号を無線で制御部に送る場
合に、対数アンプを介して振動信号の振幅レンジを拡大
して無線で送り、受信後に逆対数アンプで振動信号を復
元すると、Ｓ／Ｎ比が向上する。

【００４０】また、振動検出器による出力信号が小さい
場合に、振動検出器を複数接続することにより出力信号
を大きくすることができる。しかも、それら複数の振動
検出器によって検出したくない振動成分も増えるので、
その不要な振動成分が互いに打ち消しあい且つ必要な振
動成分が加算されるように振動検出器の向きや配置を選
択するようにすると、不要な振動成分によるノイズを低
減してＳ／Ｎ比を向上できる。

【００４１】また、他の本発明によれば、研磨の進行に
よって変化する被研磨物支持盤の振動を振動検出器で検
出する場合に、その振動検出器の周囲に防音材を配置し
ているために、モータなどのバックグラウンドノイズの
振動検出器への入力を抑制してＳ／Ｎ比を改善できる。
また、研磨の進行によって変化する被研磨物支持盤の振
動を振動検出器で検出する場合に、検出しようとする振
動の周波数を振動検出器の最大感度周波数に変換するよ
うにしたので、Ｓ／Ｎ比を改善できる。

【００４２】また、研磨の進行によって変化する被研磨
物支持盤の振動を振動検出器で検出する場合に、検出し
ようとする振動周波数と同じ周波数の固有振動周波数を
有する振動板を被研磨物支持盤と振動検出器の間に介在
させたので、振動検出器に入力する検出振動を共振させ
て増幅することができ、Ｓ／Ｎ比が改善される。また、
研磨の進行によって変化する被研磨物支持盤の振動を振
動検出器で検出する場合に、被研磨物支持盤を貫通して
振動検出器と被研磨物に接触する振動伝達体を設けたの
で、被研磨物から振動検出器への振動伝達効率が良くな
ってＳ／Ｎを改善できる。

【００４３】また、研磨の進行によって変化する被研磨
物支持盤の振動を振動検出器で検出する場合に、検出時
において、被研磨物支持盤を駆動するエネルギーの供給
を一時的に停止するようにしたので、バックグラウンド
ノイズを大幅に低減でき、Ｓ／Ｎ比を改善できる。ま
た、研磨の進行によって変化する被研磨物支持盤の振動
を振動検出器で検出する場合に、検出しようとする振動
周波数とバックグラウンドノイズの振動周波数とを相違
させるとともに、被研磨物支持盤の固有振動周波数と検
出しようとする振動周波数を同じにしたので、Ｓ／Ｎ比
を改善できる。

【００４４】また、研磨の進行によって変化する被研磨
物支持盤の振動を振動検出器で検出する場合に、バック
グラウンドノイズと逆位相で振動する振動板を被研磨物
支持盤と振動検出器の間に介在させたので、振動検出器
へのバックグラウンドノイズの入力を排除してＳ／Ｎ比
を改善できる。また、研磨の進行によって変化する被研
磨物支持盤の振動を振動検出器で検出する場合に、比研
磨物支持盤上に振動検出器を複数取り付けて選択可能に
したので、振動検出器の故障による交換の手間が軽減で
きる。

【００４５】さらに他の本発明の研磨装置によれば、研
磨の際に被研磨物支持盤の位置を検出する変位検出器を
有しているので、研磨が進むにつれて研磨布と被研磨物
の摩擦力が変化して被研磨物支持盤の位置が変化し、そ
の変位の変化量により研磨の終点等を検出できる。この
場合、被研磨物支持盤の位置の変化量はバックグラウン
ドノイズとは振動周波数帯が異なるので、モータ等の振
動の影響を受けずにＳ／Ｎ比の良い検出が可能になる。

【００４６】なお、本発明では、研磨時固有の振動を大
きくしたり、Ｓ／Ｎ比を改善する等の手法を採用してい
るので、研磨終点検出用の異物を有しないウェハの研磨
終点検出などの判断が容易になる。

【００４７】

【発明の実施の形態】そこで、以下に本発明の実施形態
を図面に基づいて説明する。（第１実施形態）図１は、本発明の第１実施形態の研磨
装置の要部を示す構成図である。研磨装置は、モータＭ
によって回転される円盤状の下側定盤２と、吸着パッド
（不図示）を介して被研磨物Ｗを支持する円盤状の上側
定盤３とを有している。下側定盤２と上側定盤３内には
それぞれ１つ又は複数の空洞からなる共振部２ａ，３ａ
が形成されている。また、下側定盤２上には、被研磨物
Ｗと対向接触する研磨布１が張りつけられている。

【００４８】研磨布１は例えば発泡ウレタンからなるも
ので二層構造となっている。研磨布１の上層部には、図
２(a),(b) に示すような深さ２mm程度の第一の溝４が複
数の箇所に形成されている。第一の溝４に囲まれた矩形
状の領域は例えば２０mm四方の広さを有し、研磨時に被
研磨物Ｗに接触して振動を誘発する励振部５となってい
る。また、研磨布１の下層部には、励振部５に重なる第
二の溝（空洞）６が形成され、その第二の溝６は、励振
部５の振動に共振するようになっている。

【００４９】第一の溝４の形成領域は特に限定されるも
のではないが、例えば図２(a) 、(b) に示すようなもの
がある。図２(a) に示す第一の溝４は平面が矩形状のも
ので、十字方向に複数本形成されている。また、図２
(b) に示す第一の溝４は、直線状に縦横に複数本形成さ
れたものである。上側定盤３は、図３に示すように、ゴ
ムやバネ等の弾性部７を介して内部空洞の筐体８に支持
されていて、筐体８とは異なる動きをするようになって
いる。筐体８の上部は、シャフト駆動部２１によって回
転及び上下動されるシャフト９の下端に固定されてい
る。筐体８と上側定盤３と弾性部７は全体でヘッドとも
呼ばれ、そのヘッド内部の空間は、上側定盤３を研磨布
１に押圧し得るような内部圧力となっている。

【００５０】上側定盤３の上部又は側部には振動検出素
子（以下、加速度素子ともいう）１０が取り付けられ、
その振動検出素子１０の出力端は筐体８に取り付けられ
た送信機１３に接続されている。振動検出素子１０とし
て、例えば圧電素子加速度センサーが使用される。筐体
８と上側定盤３と弾性部７によって囲まれる空間が所定
の圧力に保持される構造のヘッドは、エアバック式ヘッ
ドと呼ばれる。エアバック式ヘッドでは、上側定盤３が
上にずれると上側定盤３には位置を元に戻す下向きの圧
力が加わる一方、上側定盤３が下にずれると上側定盤３
には位置を元に戻す上向きの圧力が加わるような圧力が
加えられ又はそのような圧力が保持される。その圧力
は、シャフト９内の空洞を通して外部から加えられる。

【００５１】また、送信機１３は、振動検出素子１０か
らの振動周波数、振動強度に関する情報の信号を無線で
受信機１４に送信し、受信機１４で受けた振動情報を信
号解析部１５によって分析し、得られた振動周波数と振
動強度のパワースペクトルから研磨以外の原因による固
有振動成分（例えば、研磨装置固有の振動成分）を差し
引き、その結果を例えば表示部１６に表示したり、駆動
制御部１７を介してシャフト９やドレッサー１２を移動
したり駆動、停止したり、或いは駆動制御部１７を介し
てノズル１１から供給される研磨液給料量を制御したり
している。

【００５２】研磨布１の表面はドレッサー１２により目
立てされる。ドレッサー１２の上下動及び回転動作は、
駆動制御部１７によって制御される。下側定盤２を回転
させるモータＭの回転数は、駆動制御部１７によって制
御される。上述した研磨装置により研磨される被研磨物
Ｗとしては、例えばシリコン、ゲルマニウムや化合物半
導体などのウェハや、そのようなウェハに形成された導
電膜、絶縁膜、金属膜がある。

【００５３】なお、上記した第一及び第二の溝の代わり
に研磨布１に複数の小孔を形成するようにしてもよい。
そこで次に、半導体ウェハの研磨を例に挙げて上記した
研磨装置の動作を説明する。まず、被研磨物Ｗとして半
導体ウェハＷを上側定盤３の下面に貼った後に、かつ駆
動制御部１７からの信号により下側定盤２を回転させ
る。さらに、駆動制御部１７からの信号によりシャフト
９を回転、下降させて半導体ウェハＷを研磨布１に押圧
する。その研磨の際にはノズル１１を通して研磨液を研
磨布１に供給する。

【００５４】研磨が開始すると、半導体ウェハＷと研磨
布１の摩擦によって半導体ウェハＷが振動するので、研
磨布１に形成された振動部５が振動し、その振動は第二
の溝６や下側定盤２及び上側定盤３の共振部２ａ，３ａ
の共振によって増幅され、振動検出素子１０に伝達され
る。振動検出素子１０に入力する振動としては、摩擦に
よる振動成分の他にシャフト９を駆動するシャフト駆動
部２１からの振動成分が存在する。シャフト駆動部２１
の固有振動は、摩擦振動を検出する振動検出素子１０の
ノイズになる。しかし、振動検出素子１０は、上側定盤
３に取り付けられているので、シャフト９及び筐体８に
伝達したシャフト駆動部２１の固有振動は、弾性体７の
振動吸収によって減衰される。この結果、上側定盤３に
伝わるシャフト駆動部２１の固有振動は弱くなるので、
振動検出素子１０に入力するノイズが低減する。

【００５５】振動検出素子１０によって検出された振動
周波数や振動強度等の振動情報は、送信機１３、受信機
１４、信号解析部１５を介して表示部１６に表示され
る。表示部１６では、例えば図４に示すような振動のパ
ワースペクトルが表示される。このパワースペクトル
は、信号解析部１５によって研磨以外の原因による固有
振動成分を引いたものである。

【００５６】研磨の初期段階であって研磨面の全面に凹
凸が存在する状態では、図４に見られるように低周波か
ら高周波までの広い振動周波数帯にわたり振動強度が大
きくなっていることがわかる。研磨が進んで研磨面の一
部が局部的に平坦になると、振動強度が振動周波数全体
で減少するだけでなく、５００Ｈｚ程度の低い振動周波
数の振動強度の減衰が顕著になる。低周波の減衰は、研
磨面の一部が平坦に研磨されることにより起こる特有の
現象であり、全体が一様に研磨されている場合には１０
００Ｈｚ前後の高周波の振動強度が減衰する。研磨面の
一部が平坦化されている場合には、駆動制御部１７によ
って上側定盤３や下側定盤２の回転数や上側定盤３によ
る圧力などを調整して、研磨のバラツキを少なくする。

【００５７】研磨面の全面が一様に平坦化すると振動が
生じなくなるので、図４に見られるように振動強度が全
振動周波数帯域でほぼ零になる。このように、研磨布１
に設けた励振部５の振動誘発によって振動周波数帯域が
広くかつ振動強度が大きくなって感度が良くなるばかり
でなく、研磨布１の第二の溝６や上側定盤３及び下側定
盤２の共振部２ａ，３ａによる共振によって振動が増幅
される。

【００５８】これにより、研磨面での微細な凹凸の存在
を増幅して検出することが可能になった。その振動の変
化によって研磨状態が研磨面の０．０５μｍ以下の微小
な凹凸でも検出でき、また、研磨面の研磨バラツキの状
況を精度良く把握でき、そのバラツキが低下する方向に
研磨圧力を変えたり上側又は下側定盤２，３の回転数を
変えることにより自動的に修正して研磨バラツキを修正
することができる。これにより、研磨状態を高精度に把
握して、研磨の終了の判断を容易にしたり、追加研磨が
不要になってスループットが向上する。

【００５９】振動周波数に対する振動強度のスペクトル
を信号解析部１５により積分すると研磨が進行するにつ
れて積分値は次第に減少するので、積分値の時間的変化
が無くなった場合には研磨が終了したと判断して信号解
析部１５から研磨終了の信号を駆動制御部１７に送り、
駆動制御部１７はシャフト９の回転を停止したり、シャ
フト９を上昇させたりして、半導体ウェハＷと研磨布１
の接触を断って研磨を終了させる。

【００６０】なお、その積分値が研磨終了時にも完全に
零にならないような場合には、その積分値が予め設定し
た基準値となったり、或いは積分値の時間的変化が予め
設定した基準値よりも小さくなった時点で研磨終了であ
ると判断してもよい。ところで、研磨が終わらない状態
で研磨布１が磨耗すると、被研磨物Ｗと励振部５との摩
擦が減少して振動が生じなくなり、振動強度が急速に減
衰して研磨終了の状態とほぼ同じ特性に変化する。この
ような急峻な振動強度の減衰は、振動検出素子１０、送
信機１３、受信機１４を介して信号解析部１５によって
検出され、信号解析部１５により研磨布１の劣化と判断
される。この場合には、駆動制御部１７を介して研磨を
中止するとともにドレッサー１２を駆動して研磨布１を
目立てすることになる。そして、目立てを終えた後に研
磨を再開する。

【００６１】研磨布１の表面が滑らかになった場合に
は、振動周波数の０〜数百Ｈｚの帯域の振動強度が数ｄ
Ｂの大きさで存在するので、その振動周波数帯域での振
動強度の存在と振動強度の変化の情報に基づいて研磨布
が磨耗したことを検知してもよい。研磨布の劣化の基準
は、研磨開始から終了までの時間が予め設定した時間よ
りも短い場合や、積分値の時間的変化が指定値を超えて
減少した場合を劣化基準としてもよい。

【００６２】次に、上記した研磨装置を用いて半導体装
置の配線を覆う絶縁膜を研磨する工程について説明す
る。半導体装置の配線を形成する場合には、まず、図５
(a) に示すように半導体基板Ｗ₁の上に第一の絶縁膜Ｗ
₂を形成した後に、第一の絶縁膜Ｗ₂上に金属膜を形成
し、ついで、図５(b) に示すようにその金属膜をパター
ニングして配線パターンＷ₃を形成する。その後に、図
６(a) に示すように、配線パターンＷ₃を保護するため
の第二の絶縁膜Ｗ₄を形成する。配線パターンＷ₃と第
一の絶縁膜Ｗ ₂によって形成される段差は、第二の絶縁
膜Ｗ₄の表面に凹凸となって現れる。第二の絶縁膜Ｗ₄
の表面は、上記した研磨装置によって終点が検出される
まで研磨され、その研磨面は図６(b) に示すように平坦
になった。

【００６３】第二の絶縁膜Ｗ₄が、例えばＴＥＯＳを使
用したSiO₂膜である場合には、研磨速度が大きいので、
図７(a) に示すように、第二の絶縁膜Ｗ₄の上にＣＶＤ
により窒化シリコン膜Ｗ₅が形成される場合もある。そ
の窒化シリコン膜Ｗ₅の表面には凹凸が現れる。第二の
絶縁膜Ｗ₄と窒化シリコン膜Ｗ₅の表面は本発明の研磨
装置によって終点が検出されるまで研磨され、その研磨
面は図７(b) に示すように平坦になる。窒化シリコンは
SiO₂よりも硬いので、窒化シリコン膜Ｗ₅が存在する場
合の研磨量は、窒化シリコン膜Ｗ₅が存在しない場合の
研磨量よりも少ない。

【００６４】第二の絶縁膜Ｗ₄だけを研磨する場合に
は、その研磨面は図８(a) 〜(c) のように変化し、これ
らの場合に振動検出素子１０に入力する振動の波形は図
１０に示すように研磨が進行するにつれて小さくなる。
一方、第二の絶縁膜Ｗ₄及び窒化シリコン膜Ｗ₅を研磨
する場合には、図９(a),(b) に示すように、初期の状態
で全体を覆っていた窒化シリコン膜Ｗ₅は、研磨が進む
につれて一部が消失し、その部分から第二の絶縁膜Ｗ₄
が露出することになる。さらに窒化シリコン膜Ｗ₅と第
一の絶縁膜Ｗ₄を研磨すると、研磨面が平坦化した時点
で研磨の終点が検出され、研磨は停止される。その研磨
面には、図９(c) に示すように、第一の絶縁膜Ｗ₄のみ
が露出する場合もあるし、一部に窒化シリコン膜Ｗ₅が
残っている場合もある。

【００６５】これらの研磨の際に振動検出素子１０に入
力する振動の波形はほぼ図１０に示すようになる。従っ
て、上記した研磨装置は、特開平６−３２０４１６号公
報に記載されているように膜質の変化によって振幅が大
きくなるような状況を捉えるものではなく、研磨面の平
坦性が良くなるにつれて振動強度が減少する事象を捉
え、振動の減少が所定の基準に達した段階で研磨終点を
判断して研磨を停止する構成となっている。

【００６６】なお、上記した振動検出素子１０は上側定
盤３に複数個取り付けてもよい。例えば、縦方向の振動
と横方向の振動を別々に検出して研磨状態をさらに詳細
に検出してもよい。また、振動検出素子１０の振動は縦
方向の振動でなく、横方向又は円周方向の振動であって
もよく、円周方向の振動については第８、９実施形態で
詳述する。また、振動検出素子１０の取り付け場所を上
側定盤３でなく下側定盤３としてもよい。その取付け箇
所については、以下の実施形態でも同様に適用される。（第２実施形態）図１１は、本発明の第２実施形態を示
す側面図である。

【００６７】本実施形態では、図１１に示すように、セ
ラミックや水晶等の圧電材料からなる振動検出素子（加
速度素子）１８を上側定盤３の中間層に介在させてい
る。これにより、被研磨物Ｗの研磨面に垂直な振動は勿
論のこと、研磨面の面に沿って生じる捩れ方向の摩擦、
即ち「ずり摩擦力」を検出できる。ずり摩擦力は、研磨
面の一部が局所的に平坦化すると急激に減少するので、
全体的に均一に研磨したい場合には、急激に減少しない
ように研磨条件（例えば研磨圧力、研磨速度）を調整し
て研磨のバラツキを解消させる。

【００６８】この実施形態の振動検出素子１８は、第１
実施形態と同様に送信機１３に接続される。また、この
振動検出素子１８は、研磨布１に励振部５を有しない研
磨装置にも適用してもよい。（第３実施形態）図１２は、本発明の第３実施形態を示
す側面図である。

【００６９】本実施形態では、図１２に示すように、歪
みゲージのようなフィルム状の圧力センサ１９を被研磨
物Ｗと上側定盤３の間に介在させている。これにより、
被研磨物Ｗが研磨面に垂直な方向に受ける圧力変化を電
気抵抗の変化として検出することにより、垂直方向の振
動周波数や振動強度を検出できる。この圧力センサ１９
として圧力分布を検出できるタイプのものを用いてもよ
い。

【００７０】この実施形態の振動検出素子１８は、第１
実施形態と同様に送信機１３に接続されるが、研磨布に
上記した励振部を有しない研磨装置にも適用できる。（第４実施形態）上記した実施形態では被研磨物を上側
定盤に取り付け、研磨布を下側定盤に貼り付けるように
したが、図１３に示すように、被研磨物Ｗを下側定盤２
に取り付け、研磨布１を上側定盤３に貼り付けるように
してもよい。

【００７１】この実施形態でも、研磨布１には励振部５
が設けられ、また振動検出素子１０及び送信機１３が上
側定盤３に取り付けられている。なお、本実施形態でも
研磨布１には第１実施形態と同様に第二の溝６を形成し
たり、上側定盤３や下側定盤２には空洞からなる共振部
２ａ，３ａを設けてもよい。（第５実施形態）上記した実施形態では、シャフトで上
側定盤を回転する機構となっているが、図１４に示すよ
うに、回転機構のない上側定盤２０を使用するいわゆる
デッドウェイト型の研磨装置を使用する場合にも、上側
定盤２０に振動検出素子１０や送信機１３を搭載しても
よい。この場合、下側定盤２上の研磨布１に励振部５を
設けたり、上側定盤２０や下側定盤２に空洞からなる共
振部を設けてもよい。

【００７２】なお、図１４において、図１と同一符号は
同一要素を示している。（第６実施形態）図１５は、本発明の第６実施形態の側
面図である。本実施形態では、電池を使用せずに送信機
に電力を供給する構造と、送信機と受信機を無線で接続
する構造を有する研磨装置を示す。図１５において図１
と同一符号は同一要素を示している。

【００７３】図１５において、シャフト９の上には、モ
ーターを有するシャフト駆動部２１が取り付けられ、こ
のシャフト駆動部２１は弾性体２２を介して揺動装置２
３に取り付けられている。揺動装置２３は、ベルト２４
に接続されて研磨布１ａの上面に沿って縦横に移動可能
に配置されている。また、上側定盤３には振動検出素子
（例えば加速センサー) １０が、上側定盤３の中心から
定盤半径の１／４〜３／４だけ離れた位置に取り付けら
れている。また送信機１３が取付けられた筐体８の外周
面には送信機１３に接続された送信用アンテナ２５が少
なくとも１周形成されている。また、揺動装置の外周面
には受信用アンテナ２６が少なくとも１周形成され、受
信用アンテナ２６は弾性体２２及びベルト２４に沿って
配置された信号線２７を介して図１に示した受信機１４
に接続される。なお、受信用アンテナ２６は、接地され
たシールド線２７ａに囲まれている。

【００７４】一方、シャフト９の周囲には、その表面か
ら絶縁された環状導体２８が形成され、この環状導体２
８には導電性のブラッシ２９が接触しており、導電性ブ
ラッシ２９は外部に引き出される電力供給用配線に接続
されている。また、環状導体２８からはシャフト９の内
部又は外部に沿って電線３０が引き出されており、その
電線３０は送信機１３の電源端子に接続されている。そ
の電線３０は絶縁物によって被覆されている。

【００７５】なお、上側定盤３を筐体８に支持するため
の弾性部７が絶縁体である場合には、上側定盤３と送信
機１３の間にはアース電位を確保するために上側定盤３
を導電体により形成するか或いは上側定盤３の表面に金
属を蒸着してそれらをアース線に接続する必要がある。
これにより接地電位であるシャフト９の長さ方向に引か
れる電線３０は１本で足りることになる。

【００７６】このような研磨装置によれば上側定盤３を
シャフト９により回転する場合でも、送信機１３から出
力された信号は上側定盤３の周囲にある略環状の送信用
アンテナ２５を通して無線で送信される。その無線信号
は、シャフト駆動部２１の周囲の略環状の受信用アンテ
ナ２６を介して図１に示す受信機１４に入力することに
なるので、無線信号がシャフト９によって妨害されるこ
とがなくなる。この場合、揺動装置２３が揺動しても送
信用アンテナ２５と受信用アンテナ２６は同時に揺動
し、そのうちの送信用アンテナ２５が回転する。なお、
受信用アンテナ２６は回転することはない。

【００７７】送信用アンテナ２５と受信用アンテナ２６
は、それらのうちの一方をシャフト９の周囲に略環状に
配置すれば送受信が可能になる。しかし、シャフト９の
揺動による送受信状態の不安定性を避けるためには、上
記したように送信用アンテナ２５と受信用アンテナ２６
の双方を環状にした上で、それらを同軸上に配置するこ
とが好ましい。

【００７８】一方、送信機１３で消費される電力は、シ
ャフト９に沿って配置された電線３０を通して供給され
るので、送信機１３に電力を供給するための電池の交換
の手間が不用となり、しかも、電力不足による研磨の中
断を回避してスループットを向上することができる。な
お、研磨布１ａは、第１実施形態のように励振部が形成
されたものであってもよい。また、電力供給系統及び信
号伝達系統以外は、第１実施に示した構造を採用しても
よい。（第７実施形態）第１実施形態や第６実施形態に示した
研磨装置を複数台使用して、複数の被研磨物を並行して
研磨する場合に管理システムを構築する必要があるの
で、その実施形態を図１６に基づいて説明する。

【００７９】図１６において、上記した構造を有する複
数の研磨装置ｍ₁〜ｍ_nには、周波数の異なる信号ｆ₁
〜ｆn を送信する上記した送信機１３が取付けられ、送
信機１３にはそれぞれ上記した振動検出素子１０が接続
されている。また、それらの送信機１３は、フィルター
により特定の振動周波数帯域のみを送信するように構成
されている。

【００８０】各送信機１３から出力された信号は送信用
アンテナ２５及び受信用アンテナ２６を介して無線で伝
搬される。送信用アンテナ２５の上方の受信用アンテナ
２６に入力した周波数の異なる信号ｆ₁〜ｆn は合成器
３１を介して受信機３２に入力するようになっている。
受信機３２は、信号解析部３３が一定量の受信データを
要求する毎に複数の送信機１３の信号ｆ₁〜ｆn を時分
割で順に同調して、同調した信号を信号解析部３３に送
信するとともに、オートチューニング（自動周波数制
御) 機構を有している。オートチューニング機構は、同
調すべき信号の周波数の変動を参照周波数の範囲内に自
動的に保持する機構なので、各信号ｆ₁〜ｆn の周波数
が温度変化などにより僅かにずれても、受信不能といっ
た不都合が回避される。このため、送信機１３の送信周
波数が温度変化などによって変動しても、常に最良の受
信状態で受信される。

【００８１】また、受信機３２は、同調した信号と同一
か最も近い周波数の信号ｆ₁〜ｆnとして信号解析部３
３に伝送するので、信号解析部３３での信号処理は正常
に行われる。信号解析部３３では、時分割された信号ｆ
₁〜ｆn の情報に基づいて各研磨装置ｍ₁〜ｍ_nの駆動
制御部１７を制御して定盤の駆動、停止や圧力調整、或
いは定盤の回転数の調整を行ったり、又はドレッサーを
駆動、停止する。

【００８２】なお、チューニングは、周波数の大きさ順
に行ってこれを何度も繰り返す。以上により、複数の研
磨装置を効率良く且つ最適に管理することができる。（第８実施形態）本実施形態では、研磨面の円周方向
（又は回転方向）の振動によって研磨を制御する研磨装
置について説明する。図１７は、第８実施形態を示す研
磨装置の側面図であり、図１８は、ヘッドの底面図を示
している。図１７において、図１及び図１５と同一符号
は同一要素を示し、また、図示しない部分は図１及び図
１５の何れかと同じ機構となっている。

【００８３】本実施形態において、エアバック式の筐体
８と上側定盤３を接続する弾性体７は特に材料を限定さ
れるものでないが、布を挟み込んだ多層構造のゴムシー
トを使用したり、そのゴムシートを複数枚重ねたものを
使用すれば機械的強度の大きいものが得られる。上側定
盤３の上には振動検出素子１０Ａが取付けられていて、
図１８に示すように上側定盤３の円周方向の微小振動を
検出する向きとなっている。その振動検出素子１０Ａ
は、その向きを変えることによって検知すべき振動の方
向を選択できる構造となっている。前述した第１〜第７
の実施形態における振動検出素子１０は上下の振動を検
出する向きに配置されている。

【００８４】振動検出素子１０は、信号線を介して筐体
８上の送信機１３Ａに接続されている。送信機１３Ａの
信号出力端は筐体８外周面の環状の送信用アンテナ２５
に接続され、また、送信機１３Ａの電源端は図１５で示
した環状導電体２８に接続されている。送信用アンテナ
２５から出力される無線信号を受ける側の機構は、図１
５で示した環状の受信用アンテナ２６を含む構成となっ
ている。

【００８５】なお、図１７中符号３４は、後述する第１
のアンプ３４ａとフィルタ３４ｂと第２のアンプ３４ｃ
を集積した回路を示している。その送信系と受信系の回
路は図１９のようになる。振動検出素子１０Ａは、第１
のアンプ３４ａとフィルタ３４ｂと第２のアンプ３４ｃ
を介して送信機１３Ａに有線で接続されている。振動検
出素子１０Ａは、５０ｍＶ／Ｇ（約５０μＶ／ガル）相
当以上の感度であってノイズレベルが１ｍＧ（約１ガ
ル）相当以下のものが使用され、振動検出素子１０Ａと
して加速度センサを使用する場合には、その共振周波数
が２０ｋＨｚ以上であり、または、研磨の進行に伴って
振動強度が変化する周波数に共振をもつものである。

【００８６】第１のアンプ３４ａは増幅率５００、フィ
ルタは１０Ｈｚ〜３０ＫＨｚのバンドパス、第２のアン
プ３４ｃは増幅率１／５０の特性のものが使用され、送
信機１３Ａとして例えばＦＭ送信機が用いられる。その
アンプ３４ａ，３４ｃはそれぞれ市販のオペアンプを適
用できる。また、フィルタ３４ｂは、研磨条件や被研磨
物の変化や研磨装置改造による振動モードの変化にすぐ
に対応できるように、グラフィックイコライザのように
中心周波数の異なるバンドパスフィルタを複数個組み合
わせたものを使用したり、或いはプログラマブル・バン
ドパスフィルタを使用し、各振動周波数帯域の透過率を
変えるようにしてもよい。グラフィックイコライザを用
いたフィルタの特性の一例を図２０に示す。なお、各バ
ンドパスフィルタは、それぞれ、減衰率が３４ｄＢ／ｏ
ｃｔ以上、帯域幅が中心の周波数と同等以下又は１ｋＨ
ｚ程度のものを使用することが好ましい。

【００８７】一方、受信系では、受信用アンテナ２６に
接続された受信機１４は、図１に示す信号解析部１５、
駆動制御部１７を有する処理部３５を有し、処理部３５
はＦＦＴアナライザ又はＣＰＵボード又は所謂パソコン
によって構成される。処理部３５は例えば１０Ｈｚ程度
から３０ｋＨｚ程度までの振動周波数のスペクトルを得
るようにする。

【００８８】以上は研磨固有の振動を測定するための構
造について説明しているが、実際には、下側定盤２や上
側定盤３を回転するためのモータなどの振動が振動検出
素子１０Ａに入力する。そこで、研磨装置自体の振動が
原因となる上側定盤３の振動が５０ｍＧ（約５０ガル）
以下になるような構造にすることが好ましい。５０ｍＧ
以下か否かを判断する方法として、被研磨物Ｗとして平
坦なウェハを用いた場合に上側定盤３に及ぼす研磨振動
を測定すればよい。

【００８９】次に、上記した構造の研磨装置を使用して
研磨終点を検出することについて説明する。まず、下側
定盤２と上側定盤３を回転させるとともに、下側定盤２
の下に貼り付けた被研磨物Ｗを下側定盤２上の研磨布１
に押しつけて被研磨物Ｗの研磨を開始する。研磨布１は
第１実施形態で説明したような格子状の溝４と振動部５
を有している。

【００９０】上側定盤３の円周方向の０〜２５ｋＨｚの
振動の周波数とその振動の強度の関係が研磨時間によっ
てどのように変化するかを調べたところ図２１のような
結果が得られ、研磨が進むにつれて振動周波数の帯域全
体で振動強度が低下することがわかる。このことから、
振動検出素子１０Ａによって検出された振動信号は、送
信機１３Ａ、受信機１４などを介して処理部３５に入力
する。処理部３５では、基準値であるリファレンススペ
クトルと測定中の振動信号とを比較し、例えば、特定の
周波数域における振動強度の積分値とリファレンススペ
クトルの積分値との比が所定の閾値以下になったとき、
或いは、特定の周波数域の振動強度の積分値の時間変化
量が所定の閾値以下になったときに、研磨の終了と判定
する。

【００９１】振動信号の検出精度は、無線送信機１３Ａ
の性能に大きく影響する。第１及び第２のアンプ３４
ａ，３４ｃとフィルタ３４ｂに要求される特性や送信す
る振動信号は次のような手順を踏んで決定される。ま
ず、有線で上側定盤３の振動強度を測定する。次に、振
動強度信号を増幅した電圧がフィルタ３４ｂの許容入力
電圧を越えないような値となるように第１のアンプ３４
ａの増幅率を決定する。さらに、フィルタ３４ｂを通過
した振動強度信号を増幅して得られる電圧が送信機１３
Ａの許容入力電圧を越えないような値になるように第２
のアンプ３４ｃの増幅率が決定される。

【００９２】また、フィルタ３４ｂの振動強度周波数の
透過周波数帯域を決定する場合にはまず、実際に研磨を
行いながら無線送信し、研磨が進行しても振動強度が変
化しない振動周波数を調べ、この振動周波数を透過させ
ないような透過周波数帯域を決定する。研磨が進行して
も振動強度が変化しない振動成分は、研磨装置自身に起
因する振動ノイズである。

【００９３】研磨布１の劣化や研磨液の濃度変化は、予
め測定しておいたスペクトルと実測のスペクトルの形状
を比較することにより知ることができる。これらの情報
が不要であって研磨終点のみを知りたい場合には、送信
機１３Ａの前段で特定の周波数域の振動強度信号をその
実効値に対応する直流信号に変換し、これを送信機１３
Ａから受信機１４に送るようにしてもよい。

【００９４】また、振動信号を無線送信する際に振幅レ
ンジを拡大するために、振動信号を対数アンプ３４ｃで
増幅してから送信機１３Ａで無線送信し、その無線信号
を受信機１４で受信した後にその受信信号を処理部３５
内の逆対数アンプで元の信号を再現するようにしてもよ
い。なお、本実施形態では、図１５に示すと同じように
環状導電体２８を使用して発振器１３Ａに電力を供給す
る構造となっているが、電池を使用する構造としてもよ
い。また、送信機１３Ａは、無線でなく、電源供給用に
使用した環状導電体２８と同じ構造の信号用環状導電体
を使用して有線で受信機１４に送信してもよい。さら
に、送信機１３Ａは、筐体８の外部に取り付けている
が、振動検出素子１０と同様に筐体８内の空洞の内部に
取り付けてもよい。

【００９５】図１７では、１個の下側定盤２の上に１個
の上側定盤３を配置したが、１個の下側定盤２の上に複
数個の上側定盤を配置したり、或いは下側定盤２と上側
定盤３の組を複数備えた研磨装置を使用する場合には、
研磨の進行や終了を各ヘッド毎に上記した構成を設け
て、各々独立に研磨を制御するようにする。本実施形態
で説明したアンプやフィルタは、第１〜第７の実施形態
の研磨装置に適用してもよい。（第９実施形態）上記した第８実施形態では、１つの振
動検出素子１０Ａを取付ける場合について説明したが、
振動検出素子１０Ａと同じ重さの錘又は第２の振動検出
素子を上側定盤３の上に振動検出素子１０Ａと中心対称
にして取付けると、回転する上側定盤３のバランスがよ
くなって回転時の振動が安定する。

【００９６】第２の振動検出素子を取付けた装置を示す
と図２２のようになり、この構成では以下に示すような
回路構成を採ることによって２つの振動検出素子１０
Ａ，１０Ｂの振動ノイズを低減できる。その振動ノイズ
は測定方向に対して直角方向の振動成分によるものであ
る。振動検出素子１０Ａ，１０Ｂは、一般に、測定方向
に対して直角方向となる振動成分に数％の感度を有す
る。本実施形態において、その直角方向の振動成分は縦
方向の振動である。

【００９７】図２２において、２つの振動検出素子１０
Ａ，１０Ｂにそれぞれ入力する２つの縦方向の振動ノイ
ズは、図２３(a),(b) に示すように逆方向の場合と、図
２４(a),(b) に示すように同方向の場合がある。図２３
に示すような逆方向で縦の振動ノイズが生じる場合には
図２５(a) に示すように、振動検出素子１０Ａ，１０Ｂ
の出力端に接続された第１のアンプ３４ｄ，３４ｅの出
力端に加算器３６を接続し、その加算器３６の出力端を
フィルタ３４ｂに接続することになる。この場合、図２
２(a) の実線の矢印で示すように、２つの振動検出素子
１０Ａ，１０Ｂはそれぞれ上側定盤３の回転振動を同一
円周方向で検出するように配置する。

【００９８】このような振動検出素子１０Ａ，１０Ｂの
配置にして、第１のアンプ３４ｄ，３４ｅの出力側に加
算回路３６を挿入することによって縦方向の振動ノイズ
を打ち消して低減することができ、しかも、フィルタ３
４ｂに入力する円周方向の振動強度が２倍になるのでＳ
／Ｎ比が改善される。これに対して、図２４(a),(b) に
示すような同方向の縦の振動ノイズが生じる場合には図
２５(b) に示すように、振動検出素子１０Ａ，１０Ｂの
出力端に接続された第１の増幅器３４ｄ，３４ｅの出力
端に減算器３８を接続し、その減算器３８の出力端をフ
ィルタ３４ｂに接続する。この場合、図２２(a) の破線
の矢印で示すように、２つの振動検出素子１０Ａ，１０
Ｂはそれぞれ上側定盤３の回転振動を逆方向で検出する
ように配置する。

【００９９】このような振動検出素子１０Ａ，１０Ｂの
配置にして、第１のアンプ２４ｄ，３４ｅの出力側に減
算器３８を挿入することによって逆向きの振動ノイズを
加えて振動ノイズを低減できる。しかも、逆方向に検出
された円周方向の振動強度は、減算器３８によって絶対
値が２倍になるので、フィルタ３４ｂに入力する円周方
向の振動強度が２倍になり、Ｓ／Ｎ比が改善される。

【０１００】上側定盤３が、図２３(a),(b) に示すよう
な縦振動となるか或いは図２４(a),(b) に示すような縦
振動になるかは研磨装置や研磨条件によって異なるの
で、予めどちらの縦振動をとるかを調査しておく必要が
ある。そのような縦の振動は、２つの振動検出素子１０
Ａ，１０Ｂの取付け方向を変えたり、信号の加算器と減
算器を入れ換えて、一番ノイズの少ない構成を選べばよ
い。

【０１０１】なお、本実施形態では、円周方向の振動成
分を検出対象とし、縦方向の振動成分を除くようにした
が、縦方向の振動成分を検出対象とする場合には、円周
方向の振動成分を除去対象とするが、この場合には２つ
の振動検出素子の向きを調整する必要がある。（第１０実施形態）図２６は、本発明の第１０実施形態
を示す側面図である。

【０１０２】本実施形態は、研磨中にゴミにより研磨面
が傷つくことを防止するとともに、ゴミの除去を容易に
するものである。研磨面を傷つけるようなゴミとして
は、研磨液に含まれる酸化シリコンが乾燥して固まった
ものや、被研磨物のかけらなどがある。図２６におい
て、デッドウェイト型の上側定盤４１を使用し、その表
面には加速度検出素子（振動検出素子）４２が取り付け
られている。また、上側定盤４１の下には被研磨物Ｗと
して例えば半導体ウェハを張りつけ、これを下側定盤４
３に張り付けられた研磨布４４の上に載置する。

【０１０３】また、下側定盤４３の側部には光反射率が
高いマーカー４５が取付けられ、マーカーが所定位置に
有るか否かは下側定盤４３の側方のマーカー位置検出器
４６によって検出される。マーカー検出器４６は発光素
子と受光素子を有し、マーカー４５による反射光により
受光量が増加するので、マーカー４５の有無が検出され
る。

【０１０４】上側定盤４１の加速度センサー４２の信号
は、第１実施形態で示した送信機１３、受信機１４を介
して信号解析部１５に入力される。上記した研磨装置に
おいて、下側定盤４３を回転させて研磨布４４により被
研磨物Ｗを研磨する。この場合、被研磨物Ｗは図示しな
いアームによって一定の方向に移動される。そして、マ
ーカー４５が１回転する間に加速度センサー４２によっ
て検出された上側定盤４１の振動情報を図１に示す送信
機１３、受信機１４を介して信号処解析部１５に少なく
とも１度、或いは連続して入力する。

【０１０５】正常に研磨がなされる場合には図２７(a)
のような振動周波数と振動強度のスペクトルが得られる
が、研磨布４４上のゴミによって被研磨物Ｗの研磨面が
傷付くと図２７(b) のように一部の周波数で振動強度が
増加する。増加の判断基準となるスペクトルは、予め調
べておいてもよいし、傷付く前のスペクトルを用いても
よい。

【０１０６】そのような、振動強度の異常によってゴミ
の存在が明らかになった場合に、駆動制御部１７は、ノ
ズル１１を通して水を研磨布４４に供給させながらドレ
ッサー１２を駆動して研磨布４４の表面からゴミを下側
定盤４３の外部に排出させた後に、再び研磨を再開させ
る、といった制御を行う。ところで、ゴミの位置を特定
したい場合には次のような処理を行う。

【０１０７】研磨の際には、上側定盤４１の振動情報を
信号解析部１５に連続して入力すると、マーカー検出器
４６によってマーカー４３の検出時が分かるので、これ
を時間軸にマーカー位置として記録し、併せて異常信号
を記録してゆくと、例えば図２８のような特性が得られ
る。マーカー位置は一定周期で現れるので、研磨面にゴ
ミによる傷が発生した場合には、異常信号の発生時を時
間軸に記録する。これにより、マーカー通過の時間的間
隔とマーカー通過時から異常信号発生までの時間との割
合から、研磨布４４の中心からマーカー４５を結ぶ線を
基準にしてそこからゴミの発生した角度θが容易に求ま
る。

【０１０８】そこで、信号解析部１５は駆動制御部１７
に駆動信号を送ってドレッサー１２２を駆動して、少な
くともその角度θの法線に沿って研磨布４４の表面をド
レッサー１２を駆動させるとゴミの除去が短時間で行わ
れる。また、ドレッサー後にも同じ位置で異常信号が発
生したり、被研磨物Ｗを交換しても同じ位置で異常信号
が発生するような場合には、研磨を即時停止するととも
に異常信号を発生させて作業員に知らせ、作業員は異常
信号の原因を取り除くことなる。これにより、次の被研
磨物Ｗの研磨は正常な状態で開始することができるの
で、無駄に消費される被研磨物Ｗ、例えば半導体ウェハ
の数が減り、また研磨効率が良くなる。

【０１０９】ところで、図２８に示すように、マーカー
の１周期以内で異常信号が止まれば異常信号がゴミによ
るものであることがわかる。しかし、１周期以上続く場
合にはゴミ以外の原因による異常信号の発生の可能性が
大きいので、この場合には信号解析部によって研磨を完
全に停止させ構成にし、停止指令と同時に異常信号音を
発するようにして作業員に知らせる必要がある。（第１１実施形態）本実施形態では、振動検出素子の出
力のＳ／Ｎ比や振動検出素子に入力する振動のＳ／Ｎ比
を改善するための装置を図２９〜図３５に基づいて説明
する。振動検出素子に入力する振動のノイズは、被研磨
物Ｗと研磨布１の摩擦によって生じる振動以外の振動で
あって主にモータから発生し、このようなノイズを以下
にバックグラウンドノイズという。

【０１１０】なお、図２９〜図３５において、振動検出
素子１０を上側定盤（ヘッドの底板）３の上面中央に置
いているのは、被振動検出物Ｗと研磨布１の相対速度が
安定して検出の誤差が小さくなるなるからである。本実
施形態の基本的な構造は第１又は第７実施形態と同じで
あり、それらの実施形態と同じ符号は、同じ要素を示し
ている。

【０１１１】図２９は、ヘッドの筐体８内の空洞におい
て、防音／吸音材５０により間隙を介して振動検出素子
１０を囲む構造を採用したものである。防音／吸音材５
０は、上側定盤３が自由に振動できるような蛇腹式スプ
リング、ゴム等の弾性材や多孔性樹脂などにより構成さ
れている。このような構成を採用することにより、筐体
８内の空間を伝達するバックグラウンドノイズを防音、
吸音して、振動検出素子１０に入力するＳ／Ｎ比を向上
することができる。しかも、防音／吸音材５０と振動検
出素子１０の間に間隙が形成されているので、防音／吸
音材５０と振動検出素子１０の摩擦による新たなノイズ
が発生することがない。

【０１１２】上側定盤３の固有振動周波数とバックグラ
ウンドノイズの振動周波数とを一致させないようにする
と、さらにＳ／Ｎ比が改善される。なお、図２９中符号
５１は、被研磨物Ｗの厚さバラツキを吸収するために上
側定盤３と被研磨物Ｗの間に介在されたインナーシート
を示している。図３０は、図２９に示した振動検出素子
１０と上側定盤３の間に共振板５２を介在させた装置で
ある。共振板５２は、測定しようとする特定の振動周波
数で共振するもので、例えばスプリングコイルなどから
形成されている。

【０１１３】これによれば、共振板５２の共振周波数と
相違する周波数のバックグラウンドノイズは、共振板５
２によって遮蔽されて振動検出素子１０への入力が妨げ
られるので、振動検出素子１０への入力のＳ／Ｎ比は向
上する。図３１は、図３０に示した共振器１０の側方に
アンプ５３を取り付けた装置である。

【０１１４】振動検出素子１０自体のインピーダンスが
高い場合に、アンプ５３との接続配線が長ければ振動検
出素子１０の出力信号にノイズが入り易くなるが、共振
器１０とアンプ５３を上側定盤３上に取り付けることに
よりその接続配線を短くして振動信号に加わるノイズを
大幅に低減でき、これによりＳ／Ｎ比が改善される。図
３２に示す研磨装置のヘッドにおいて、上側定盤３とイ
ンナーシート５１の双方にはそれらを貫通する孔５４が
形成されており、その孔５４の中には振動検出素子１０
と被検出物Ｗに接触する振動伝達用針５５が挿通されて
いる。研磨布１との摩擦によって被検出物Ｗに生じた振
動は、インナーシート５１によって吸収されずに振動伝
達用針５５を介して振動検出素子１０に伝達されるの
で、振動検出素子１０に入力する振動強度が大きくなっ
てＳ／Ｎ比が向上する。

【０１１５】図３３は、図２９に示した振動検出素子１
０と上側定盤３の間に振動板５６を介在させ、且つ筐体
８の上にバックグラウンド測定用の第２の振動検出素子
５７を搭載した装置である。第２の振動検出素子５７か
ら出力されたバックグラウンドノイズの信号は、振動制
御部５８によって逆位相に変換された後に、その振動制
御部５８によってその逆位相の信号と同じ波形で振動板
５６を振動させるようにした装置である。振動板５６
は、例えばピエゾ素子などの圧電材料から形成されたも
のがある。

【０１１６】この装置によれば、振動板５６により発生
する振動は、振動検出素子１０に入力するバックグラウ
ンドノイズを打ち消すので、研磨布１と被研磨物Ｗによ
り発生する振動を選択的に振動検出素子１０に入力する
ことが可能になり、Ｓ／Ｎ比が大幅に向上する。ところ
で、振動検出素子１０の共振周波数ｆ₀はそれ以外の周
波数に比べて５〜１０倍の感度がある。しかし、検出し
ようとする振動の周波数ｆ₁がその共振周波数ｆ₀と一
致しない場合がある。この場合には、図３４に示すよう
に、検出した周波数ｆ₁の振動を周波数変換回路５９に
入力して、この周波数変換回路５９により検出した振動
周波数ｆ₁と同じ強度又は比例した強度で振動板５６を
周波数ｆ₀で発振させ、その周波数ｆ₀の振動を振動検
出素子１０にフィードバックすることにより、高感度な
振動検出が可能になる。この場合、振動数ｆ₀の振動に
ついて第１又は第６実施形態で示したような処理を行
う。

【０１１７】図３５は、図２９に示した振動検出素子１
０を上側定盤３の上に複数個配置するとともに、それら
の振動検出素子１０と上側定盤３の間に個々に振動板５
２を介在させた装置である。そして、各振動板５２に一
定の信号を加えることにより、振動検出素子１０の感度
の検査を行って検出しようとする振動の周波数に対し最
も感度が良い振動検出素子１０を図示しない選択回路に
より選択するようにしている。

【０１１８】これにより振動検出素子１０の特性のバラ
ツキを回避するとともに、劣化した振動検出素子１０の
代わりに電気回路によって別なものに選択することがで
き、振動検出素子１０の交換作業の手間を軽減すること
ができる。Ｓ／Ｎ比を改善する上記以外の方法として、
振動検出時に研磨装置の一部又は全てのモータの電源供
給を停止させてもよく、これによれば、バックグラウン
ドノイズは大幅に減少する。その停止時間は数秒以下と
し、この程度の時間であればヘッド及び下側定盤２は慣
性によって回転するので研磨処理は続行される。また、
振動検出には数秒以下の時間あれば十分であり、振動検
出に支障はない。そのモータの電源供給の停止は、図１
に示すような駆動制御部１７の制御信号によって行われ
る。

【０１１９】また、振動検出素子１０の出力は、第８実
施形態に示したようなアンプ、フィルタを通して外部に
取り出すか、或いはＡ／Ｄ変換してから外部に取り出す
ことにより、信号伝達系で生じるノイズを低減すること
ができる。Ａ／Ｄ変換した信号を無線送信する場合に
は、図１７に示す発振器１３Ａと振動検出素子１０Ａの
間にＡ／Ｄ変換器（不図示）を介在させる。

【０１２０】さらに、ヘッドが揺動しているような場合
には、ヘッドの方向が変化する場所ではその揺動による
バックグラウンドノイズが大きくなるので、振動の検知
を避ける。なお、各振動検出素子の一例として米国バイ
ブロメータ社の圧電素子加速センサーの型名CE507M101
、CE507M301 があり、これらのセンサーを使用する場
合には、図３６に示すように、高感度が得られる共振周
波数ｆ₀で振動強度を検出するのが好ましい。このこと
は上記した各実施形態についても適用できる。

【０１２１】次に、測定結果を図３７及び図３８に示
す。図３７は、振動の周波数スペクトルが研磨時間の経
過とともにどのように変化すかを示す一例である。これ
によれば、研磨時間の経過とともに、振動強度が低下す
ることがわかる。図３８は、図３７のようなスペクトル
において、特定の周波数範囲のスペクトルを積分し、一
定時間経過毎の積分値の差を算出して記載したものであ
る。これによれば、研磨時間経過とともに、積分値の変
化量が小さくなって研磨による平坦化が進行しているこ
とがわかる。積分値の変化が無くなった時が研磨の終点
となる。この終点の判断は上記した各実施形態について
も適用できる。（第１２実施形態）図３９(a) は、本発明の第１２実施
形態に係る研磨装置の機械部分を示す断面図、図３９
(b) は、下側定盤を示す平面図である。図４０は、本発
明の第１２実施形態に係る研磨装置の信号処理部分を示
す回路図である。なお、これらの図において、図１、図
１５と同じ符号は同じ要素を示している。

【０１２２】図３９(a) において、シャフト駆動部２１
の側方には上側定盤３の位置を検出する位置検出器６１
が配置されている。この位置検出器６１は、シャフト駆
動部２１に取り付けた検知板６２に光を照射する発光素
子６１ａと、検知板６２からの反射光を受光する受光素
子６１ｂを有している。位置検出器６１は、受光素子６
１ｂの入射光量に応じてシャフト駆動部２１からの距離
Ｌを測定し、その測定データを後述するコンピュータ７
７に入力するものである。発光素子６１ａとしては例え
ば半導体レーザを使用し、受光素子６１ｂとしてはフォ
トダイオードを使用する。

【０１２３】下側定盤２には、縦横に複数本の溝４ａが
切られている研磨布１ｄが張り付けられており、研磨布
１ｄは、下側定盤２とともにモータＭによって研磨時に
回転される。その研磨布１ｄ上では、研磨の際に、上側
定盤３が点ａと点ｂの間を往復動し、さらに上側定盤３
は定速で回転するようになっている。その上側定盤３の
往復動及び回転は、弾性体７、筐体８、シャフト９を介
してシャフト駆動部２１から伝達される。シャフト駆動
部２１の動作は第１実施形態と同様にして駆動制御部１
７によって制御される。

【０１２４】上側定盤３に取り付けられた振動検出素子
１０の出力端は、図４０に示すように、整流器６３を介
して電圧が印加され、さらにコンデンサ６４、アンプ６
５、ローパスフィルタ６６及びハイパスフィルター６７
を介してＦＭ送信機３４Ｂに接続されている。振動検出
素子１０から出力された振動信号は、コンデンサ６４で
機械的及び電気的ノイズが除かれ、アンプ６５により増
幅された後に、ローパスフィルタ６６とハイパスフィル
タ６７によって特定振動数帯域に狭められてＦＭ送信機
３４Ｂに入力する。その特定振動数帯域は、例えばロー
パスフィルタ６６が１８ｋＨｚ以上の振動信号を除去
し、ハイパスフィルター６７が８ｋＨｚ以下の振動信号
を除去するものである場合には、８ｋＨｚ〜１８ｋＨｚ
となる。

【０１２５】ＦＭ送信機３４Ｂは、振動信号を筐体８周
囲の送信用アンテナ２５から無線でＦＭ受信機６９へ送
信する。シャフト駆動部２１の周囲に取り付けられた受
信アンテナ２６に入力した振動信号は、図４０に示すよ
うに、ＦＭ受信機６９で受信される。ＦＭ受信機６９の
出力端には記録装置７０が接続されていて、記録装置７
０に格納された振動信号データは、データライブラリの
作成、周波数解析、処理回路の調整などに利用される。
また、ＦＭ受信機６９の出力端は、１ｋＨｚハイパスフ
ィルター７１、第１のアンプ７２、整流回路７３、０．
５Ｈｚローパスフィルター７４、第２のアンプ７５、Ａ
／Ｄ変換器７６を介してコンピュータ７７に接続されて
いる。そのハイパスフィルター７１は振動信号の直流成
分をカットするもので、また、整流回路７３とローパス
フィルター７４は振動信号の特定振動数帯域を積分して
振動数の実効値を求めるものである。

【０１２６】上記したコンピュータ７７では振動信号を
図４１のフローチャートに従って演算及び表示が行われ
る。まず、上側定盤３の回転中心が研磨布面上を移動せ
ずに、上側定盤３の回転のみによって研磨対象物Ｗを研
磨する場合について説明する。コンピュータ７７では、
連続して入力する振動信号の実効値を１秒間に１０個の
割合（１０Ｈｚ）で順次サンプリングし、ついで、サン
プリングした１０個のデータＤ₁の平均値を計算し、そ
の平均値を１つの点データＤ₂とする。

【０１２７】次に、点データＤ₂をそのまま経時的に画
像表示すると凹凸の多い線が得られるので、その線を平
滑に表示するために５つの点データＤ₂の平均値を求め
て点表示データＤ₃を得る。この場合、演算された順に
１つずつ点データＤ₂を繰上げながら５つの点データＤ
₂の平均を求めるようにすると、点表示データＤ₃は１
秒間に１個得られることになる。このような平均を移動
平均という。

【０１２８】この移動平均により得られた点表示データ
は、順次、コンピュータの画像表示部７７Ｄに描かれ、
点表示データが複数描かれることにより振動強度曲線が
得られる。ところで、サンプリングされたデータＤ
₁は、上記した実施形態から推測されるように、上側定
盤３が単に回転するだけの場合には研磨に進むにつれて
緩やかに減衰していくことになる。

【０１２９】しかし、上側定盤３が回転以外の動作、例
えば研磨布１ｄ上で往復動作を伴う場合には、点表示デ
ータＤ₃は図４２(a) の一点鎖線で示すように交流成分
を含むようになるので、研磨の終点が検出しにくくな
る。例えば、図４２(a) の一点鎖線の曲線を微分すると
図４２(b) の一点鎖線のような曲線となるので、その微
分値が零になった時点を研磨の終点として判断すること
はできない。

【０１３０】そこで、上側定盤３が研磨布１ｄ上で点ａ
・点ｂ間で往復動作する場合には、１０Ｈｚでサンプリ
ングした実効値のデータＤ₁をそれぞれ補正係数ηで割
算する補正を行い、その後に点データＤ₂、点表示デー
タＤ₃を求め、ついで点表示データＤ₃を画像表示部７
７Ｄに表示すると、図４２(a) の実線で示す曲線が得ら
れる。そしてその曲線の微分を示す曲線は図４２(b) の
実線で示す曲線が得られる。通常、往復動作の周期は数
十秒程度以上なので、点データＤ₂に対して補正関数で
割算してもよい。

【０１３１】回転している上側定盤３が、図３９(b) に
示すように、下側定盤２の回転中心Ｏ₀からの直径方向
にある２つの点ａと点ｂの間を往復する場合には、距離
ｒの時間的変化は図４３(a) のようになり、補正係数η
は図４３(b) のようなｒ²／ｒ₁ ²となる。例えば、点ａ
と点ｂ間の距離が３２mm、上側定盤３の移動速度ｖが２
mm／秒である場合には、図４３(b) の波形の周期Ｔは３
２秒となる。この場合のｒ₁は１３４mmである。

【０１３２】このような補正係数ηは次のようにして決
定される。研磨布１ｄの回転中心からの距離ｒにある研
磨対象物Ｗの研磨面の微小部分Ｐが角速度ωで回転する
研磨布１ｄにより擦られることを考えると、微小部分Ｐ
と研磨布１ｄとの相対速度はｒωの関数となる。この距
離ｒは、位置検出器６１からの位置データに基づいて求
められる。なお、微小部分Ｐは上側定盤３の回転中心と
した。

【０１３３】また、研磨布１ｄの表面には図４４(a),
(b) に示すように、一定の密度で溝４ｅ又は小孔４ｆが
掘ってあるものがあり、この場合には、研磨布１ｄが１
回転する間に微小部分Ｐが溝４ｅ又は小孔４ｆと接触す
る接触回数ｐはｒωの関数となる。また、図４４(c),
(d) に示すように、溝４ｇ又は小孔４ｈが、研磨布１ｄ
の回転中心から放射状に拡がっている場合には、研磨布
１ｄが１回転する間に微小部分Ｐが溝４Ｇ又は小孔４Ｈ
と接触する接触回数ｐはωの関数となる。なお、溝及び
小孔が形成されていない研磨布を使用する場合には、微
小部分Ｐの溝及び小孔による影響を考慮する必要がなく
なる。

【０１３４】そこで、上記した相対速度ｒωと接触回数
ｐとの積を補正関数ηとした。補正関数ηの基本は表１
のようになる。なお、研磨液の種類、研磨布の材料など
の要因は研磨中には殆ど変化しないと考えられるので、
補正係数ηには含めないことにした。また、上側定盤３
が回転以外の動作を伴わない場合にはｒは一定であるの
でｒを１とし、また、上側定盤３の回転数は研磨中に変
化しないのが一般的であり、ωを１として補正関数ηを
決めてもよい。さらに、補正関数ηは、係数を含むよう
なものであってもよい。例えば、図３９(b) 、図４３
(b) に示すように、距離ｒを距離ｒ₁（定数）で割って
もよい。

【０１３５】

【表１】

【０１３６】以上のように、補正されたサンプリングデ
ータＤｓは、図４１に示すように、１０Ｈｚで平均化さ
れた後に、点データＤ₂に変換され、ついで、点表示デ
ータＤ₃に変換される。そして、点表示データＤ₃は、
画像表示部７７ｄにおいて、例えば図４２(a) の実線の
ように研磨時間と振動強度の関係で表示される。さら
に、コンピュータ７７内では点表示データＤ₃に基づい
て描かれた曲線の微分値（ｄＶ／ｄｔ）又は時間変化量
ΔＶが演算される。その演算結果は、例えば図４２(b)
の実線のように曲線として画像表示部７７ｄに表示され
る。

【０１３７】点表示データの時間変化量ΔＶの演算は、
例えば、現在の点表示データＤ₃から１０個前の点表示
データＤ₃を差し引いた値で示される。この例の場合、
時間変化量ΔＶは、１秒間に１個のデータとなって表示
される。その微分値（ｄＶ／ｄｔ）又は時間変化量ΔＶ
が零又はそれ以上になった時点を研磨終点とし、その終
点検出結果は画像表示部７７Ｄに表示される。

【０１３８】以上のような演算及び表示を行うコンピュ
ータ７７は、第１実施形態で示す駆動制御部１７として
機能するので、研磨終点を検出した時点で研磨の停止を
シャフト駆動部２１に指令する。ところで、上側定盤３
が研磨布１ｄ上で２点ａ，ｂ間を往復する軌跡は、研磨
布１ｄの回転中心０₀から直径方向にあるとは限らな
い。例えば図４５(a) に示すように、直径方向に直交す
る直線状の軌跡となって存在したり、或いは図４６(a)
に示すように、ロボットのアームによって上側定盤３が
揺動されて、上側定盤３の軌跡が円弧状になることもあ
る。

【０１３９】これらの場合、上側定盤３の回転中心と研
磨布１ｄの回転中心Ｏ₀の間の距離ｒは、図４５(a) に
示す軌跡の場合には図４５(b) のように時間的に変化
し、また、図４６(a) に示す軌跡の場合には図４６(b)
のように時間的に変化する。コンピュータ７７において
は、位置検出器６１によって検出されたデータに基づい
て実効値測定時の距離ｒを演算し、補正関数ηとして利
用する。

【０１４０】ところで、上側定盤３に回転動作だけを付
与した場合には、補正関数ηを考慮する必要はなく、そ
の点表示データによる曲線は図４７(a) のようになり、
その微分値を示す曲線は図４７(b) のようになる。な
お、図４７(a),(b) における曲線Ａは、ＴＥＯＳを使用
して形成されたSiO₂膜を研磨した状態を示し、また、曲
線Ｂは、そのSiO₂膜の上にさらに窒化シリコン膜を形成
した後にそれらの膜を研磨した状態を示している。

【０１４１】なお、上記した説明では、上側定盤３の振
動強度に基づいて研磨終点を検出することについて説明
した。しかし、研磨の進行状況は、シャフト駆動部２１
に内蔵したモータのトルクの変化としても捕らえられ
る。従って、上記したようにトルクの実効値を求めて、
その実効値をサンプリングしたり補正する手段によって
研磨状況を把握したり、終点検出をすることができる。（第１３実施形態）本実施形態では、ヘッドと研磨布の
摩擦による振動（音）を測定するのではなく、ヘッドと
研磨布の摩擦力の変化に基づいて研磨状態や研磨終点を
測定するようにした装置の一例を示す。

【０１４２】図４８は、第１２実施形態の要部を示す断
面図及び底面図である。図４８において、図１、図１
５、図１７と同じ符号は同じ要素を示している。図４８
(a),(b) において、研磨布１が上面に貼り付けられた下
側定盤２は、シャフト駆動部２１によって所定の回転数
によって回転される。また、研磨布１の上面に押しつけ
られて研磨される被研磨物Ｗは、エアバック式のヘッド
の底部にある金属製の上側定盤３の下面にインナーパッ
ド５１を介して貼り付けられている。上側定盤３の周囲
には側壁３ｂが固定され、その側壁３ｂとヘッドの筐体
（支持体）８は弾性部７を介して接続されている。筐体
８の中央には、筐体８を回転させるための筒状のシャフ
ト９が取付けられている。また、シャフト９及び筐体８
の周囲には、筒状のヘッドカバー８０が回転不可能に取
り付けられており、ヘッドの研磨液による汚染が防止さ
れている。

【０１４３】上側定盤３の上面には、上側定盤の横方向
の変位（ずれ）量を縦方向の変位量に変換するための傾
斜面（不図示）が形成されている。筐体８の底面には、
上側定盤３の側壁３ｂの変位を検出するための第１の変
位検出器８１が取り付けられ、また、ヘッドカバー８０
の底面には上側定盤３の側壁３ｂの変位を検出するため
の第２の変位検出器８２が取り付けられ、さらに、上側
定盤３の傾斜面の上方にある筐体８内の天井面には、傾
斜面との距離の変位を検出するための第３の変位検出器
８３が取り付けられている。

【０１４４】第１、第２及び第３の変位検出器８１〜８
３は針の伸縮によって変位量を検出する触針式変位計
や、上側定盤側壁３ｂとの距離の変化によるキャパシタ
の変化量によって変位量を検出する容量式変位計や、上
側定盤側壁３ｂとの距離の変化による磁束密度の変化量
によって変位量を検出する渦電流変位計、光の反射によ
って距離を検出する光学式変位計などがある。

【０１４５】このような第１〜第３の変位検出器８１〜
８３は、図４８(b) のヘッドの底面図に示すように複数
個配置してもよいし、１つずつ配置してもよい。また、
第１〜第３の変位検出器８１〜８３は、図４８(a),(b)
のように全て設ける必要はなく、少なくとも１つ取り付
ければよい。第１〜第３の変位検出器８１〜８３の出力
は、図１９に示すようなアンプ３４ａ，３４ｃ、フィル
タ３４ｂを介して送信機１３ｂに接続され、送信機１３
ｂから発振された検出信号は受信機１４を介して処理部
３５に入力するように構成され、処理部３５は、変位信
号の変化によって研磨終点を判断したり、研磨条件を変
えることになる。

【０１４６】なお、特に図示していないが、上記した実
施形態と同様に研磨液供給用ノズルやドレッサが研磨布
１の上方に配置されている。また、第１及び第２の変位
検出器８１、８２に研磨液や水がかからないように透明
なカバーで保護するようにしてもよい。第３の変位検出
器８３は、筐体８内に配置されるのでカバーは不要であ
る。

【０１４７】次に、このような研磨装置を使用した研磨
終点検出について説明する。まず、平坦な標準ウェハを
インナーパッド５１の下面に取り付けて研磨動作を行わ
せると、上側定盤３の位置は図４９(a) から図４９(c)
のように変化する。この時の第１〜第３の変位検出器８
１〜８３の変位信号を規準信号として記録する。標準ウ
ェハは規準信号測定後に外される。

【０１４８】次に、被研磨物Ｗとして層間膜が形成され
たウェハをインナーパッド５１の下面に取り付けて研磨
作業を行わせると、図４９(a) の位置に存在した上側定
盤３は筐体８の移動にともなって図４９(b) のように変
位する。このような上側定盤３な変位が生じるのは、被
研磨物Ｗと研磨布１との摩擦が大きいので上側定盤３周
囲の弾性体７に加わる応力が大きくくずれるからであ
る。このため、上側定盤３が筐体８の移動方向に引かれ
るように偏ってしまう。これを初期状態とし、このとき
第１〜第３の変位検出器８１〜８３により検出された変
位量を最大値とする。

【０１４９】そして、研磨を続けると時間の経過ととも
に被研磨物Ｗと研磨布１との摩擦が少しずつ小さくなり
上側定盤３は図４９(c) のように筐体８の中央寄りに位
置するようになる。さらに上側定盤３の変化も小さくな
って、図５０に示すように、第１〜第３の変位検出器８
１〜８３により検出される変位の変化量も徐々に小さく
なり遂には変化量が零又は零に近くなり、この状態で研
磨を停止する。研磨の停止は、筐体３を持ち上げること
により研磨圧力を低減するか被研磨物Ｗを研磨布１から
離すことで行う。

【０１５０】なお、上側定盤３の変位の変化量によって
終点検出がし難い場合には、図５１に示すように、変位
量と規準信号を比べて一致した時点あるいは差がほとん
どなくなった時点を研磨の終了点としてもよい。終点検
出がし難い例として、例えば被研磨物Ｗ内に終点検出の
ための異物質を形成している場合に、平坦化されてその
異物質が露出したときにさらに変位が増加することがあ
る。

【０１５１】このような定盤の変位を調べる場合には、
変位検出器８１〜８３の出力信号の変化は緩やかであっ
て直流成分として測定すればよい。また、筐体８、上側
定盤３及び研磨布１の回転に伴って変位検出器８１〜８
３の検出信号が数十Ｈｚの低周波の場合にはその低周波
成分のみを検出信号として抽出すればよい。バックグラ
ウンドノイズのような高周波信号はフィルタによって除
去されるので、変位検出器８１〜８３の感度は振動検出
素子１０に比べて高くなる。そのように検出信号が直流
の場合、或いは周波数帯域が０〜１００Ｈｚ前後と狭い
場合には、高周波の場合よりも検出器への伝達精度が良
いので、上記した振動測定の場合に比べて高感度測定が
可能になる。

【０１５２】ところで、第１の変位検出器８１は、ヘッ
ドと同期して回転しているので、上側定盤３の測定する
範囲が変わらないので上側定盤３の形状のバラツキの影
響を受けない。しかし、第１の変位検出器８１は、上側
定盤３が１回転する間に上側定盤３との距離が変化する
ので、変位信号の強度や変位方向が自転周波数に対応し
て周期的に変化する。この自転周波数は、最大でも１０
０Ｈｚ前後であり、しかもヘッドの回転と同期している
からＳ／Ｎ比を劣化させない。

【０１５３】第２の変位検出器８２は、変位信号が周期
的に変わらずに上側定盤３の変化量をリニアに検出でき
るが、筐体８や上側定盤３の形状のバラツキの影響を受
けやすい。第３の変位検出器８３は、上側定盤３の上に
形成した斜面の上下動を被検出対象としてるが、そのよ
うな斜面をなくして上側定盤３の上面の上下動を被検出
対象としてもよい。

【０１５４】このような変位検出器８１〜８２を複数取
り付けることにより、筐体８や上側定盤３の前後、左右
及び上下の変位を測定することにより、総合的な情報量
が豊富になってが受ける種々の力を総合して、ウェハの
脱落、ウェハの破損、研磨条件（研磨液の供給、研磨布
の異常、圧力の変更、回転数の変更など）についてさら
に多くの情報を得ることができる。

【０１５５】また、上側定盤３の側壁３ｂの検出場所に
図５２(a),(b) に示すような半球形の突起９１，９２又
は図示しない窪みを形成しておけば、同一場所における
多方向の変位を検出することができる。なお、複数の研
磨対象物Ｗを同時に研磨する場合には図３９に示すヘッ
ドを複数同時に起動させることになる。各ヘッドの下で
の研磨のバラツキが１０パーセント以下の場合には、全
てのヘッドで研磨終点を検出する必要はなく一部のヘッ
ド（１つでもよい）に変位検出器８１〜８３や上記実施
形態の振動検出素子１０を取り付けるだけいよい。この
場合には、変位検出器８１〜８３又は振動検出素子１０
を取り付けたヘッドが終点に達したときに、全ヘッドの
研磨を停止することによっても良好な結果がえらる。な
お、その終点に達した後で所定の時間だけ研磨を過剰に
行ってもよい。

【０１５６】また、全てのヘッドに振動検出素子や変位
検出器を取付けるには、研磨の終点検出を終えた順にヘ
ッド（上側定盤３）を上昇させて研磨を停止させて全て
の研磨が終わるまで待機させるてもよい。複数のヘッド
の研磨の停止指令は、図１や図１９に示した制御部１
７，３５によって行わせる。

【０１５７】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、研磨
時の振動を誘発する機構を研磨布に形成するようにして
いるので、研磨時に生じる振動の振動強度が大きくなる
とともに、振動検出素子により検出できる振動周波数帯
域が広くなって、研磨条件を緻密に制御でき、また研磨
の終点検出を容易にできる。そのような機構としては、
研磨布に複数の溝を形成し、その溝に囲まれた領域での
振動を誘発させるものがある。

【０１５８】この場合、研磨布や定盤の内部に空洞を形
成すると、誘発された研磨時の振動が増幅されて、振動
検出の振動強度の変化の把握を容易にできる。また、振
動検出素子から得られる振動情報を周波数分析し、研磨
以外の原因による固有振動成分を差し引いた振動強度を
時間毎に積分し、積分値が基準値を下回った時、又はそ
の積分値の時間的変化が基準値を下回った時の何れかの
時点で、研磨停止の信号を送る信号解析手段により研磨
を停止するようにしたので、研磨の終点検出が容易にで
きる。

【０１５９】その信号解析手段では、研磨開始から研磨
停止までの時間が設定時間よりも短い場合と、前記積分
値の時間的変化が指定値を越えて減少した場合とのいず
れかで、研磨布劣化信号を示す信号を出力するので、研
磨の終了か研磨布の劣化かの判断が容易になり、研磨作
業を最適にできる。研磨の際に、特定の振動周波数の振
動強度の減少率が他の振動周波数のそれに比べて大きい
場合には、研磨が一様に行われていないことが実験的に
確認されているので、そのような振動強度の減衰を検知
して研磨条件を変えて研磨が一様になるように研磨条件
を変えるて研磨を最適にできる。

【０１６０】さらに、研磨の際の振動検出器による振動
の減衰量を実効値として捉え、この実効値の変化を時間
毎に測定してその変化の積分値又は一定時間の変化量が
零又はそれ以上になった時点を研磨の終点検出とする場
合であって、第１の定盤が回転の他に研磨布上を移動す
る動作を伴う場合には、第１の定盤の位置を含む関数に
よって実効値を割ることにより検出信号を補正すると、
研磨の終点検出が速く且つ正確に検出できる。

【０１６１】また、本発明によれば、研磨時の振動の検
出する振動検出素子の出力を無線で外部に送信する場合
に、送信アンテナと受信アンテナを同軸上に配置するよ
うにしたので、アンテナが回転したり揺動のある状態で
でも送受信を安定にすることができる。さらに、定盤に
取付けられる振動検出素子や送信部に電力を供給する場
合にはその定盤を回転するシャフトの周囲に環状導電体
を取付け、この環状導電体に接触するブラッシを通して
電力を供給するようにしているので、電池交換の手間や
電力不足による作業停止といった事態を回避できる。

【０１６２】また本発明によれば、複数の研磨を同時に
行い、研磨情報を無線で送受信する場合に自動周波数制
御機構を用いているので、温度変化による周波数変動が
生じても安定した受信状態にすることができる。さら
に、本発明によれば、研磨時において、定盤に取付けら
れた振動検出素子により検出された振動強度の異常を検
出して、振動強度の異常検出時間が定盤の回転周期より
も短い場合にゴミの存在を示す信号を出力する信号分析
部を設けるようにしているので、その後に続く被研磨物
の研磨面のゴミによる傷の発生を未然に防止できる。

【０１６３】さらに別の本発明によれば、内部が空洞で
機密保持される筐体から防振されたエアバック式の上側
定盤を有する構造において、円周方向の振動を検出する
ような振動検出素子を上側定盤に取り付け、その振動検
出素子から出力された振動強度又は振動スペクトルの信
号の変化によって研磨の終了などを行わせているので、
エアバック式の上側定盤の回転方向の振動強度やそのス
ペクトルの変化を知ることにより、研磨状態の変化を判
断することが容易になる。

【０１６４】また、振動検出素子からの信号をバンドパ
スフィルタを介して制御部に出力するようにすると、研
磨装置や研磨条件に合わせて、研磨装置固有の周波数の
振動に依存する振動成分を除去して、実際の研磨によっ
て発生する振動だけを選択することができる。また、振
動検出素子により検出した振動信号を無線で制御部に送
る場合に、対数アンプを介して振動信号の振幅レンジを
拡大して無線で送り、受信後に逆対数アンプで振動信号
を復元すると、Ｓ／Ｎ比が向上する。

【０１６５】また、振動検出素子による出力信号が小さ
い場合に、振動検出素子を複数接続することにより出力
信号を大きくすることができる。しかも、それら複数の
振動検出素子によって不要な振動成分も大きくなるの
で、その不要な振動成分が互いに打ち消しあい且つ必要
な振動成分が加算されるように振動検出素子の向きや配
置を選択するようにしているので、不要な振動成分によ
るノイズを低減してＳ／Ｎ比を向上できる。

【０１６６】また、他の本発明の研磨装置によれば、研
磨の進行によって変化する被研磨物支持盤の振動を振動
検出素子で検出する場合に、その振動検出素子の周囲に
防音材を配置しているために、モータなどのバックグラ
ウンドノイズの振動検出素子への入力を抑制してＳ／Ｎ
比を改善できる。また、研磨の進行によって変化する被
研磨物支持盤の振動を振動検出素子で検出する場合に、
検出しようとする振動の周波数を振動検出素子の最大感
度周波数に変換するようにしたので、Ｓ／Ｎ比を改善で
きる。

【０１６７】また、研磨の進行によって変化する被研磨
物支持盤の振動を振動検出素子で検出する場合に、検出
しようとする振動周波数と同じ周波数の固有振動周波数
を有する振動板を被研磨物支持盤と振動検出素子の間に
介在させたので、振動検出素子に入力する検出振動を共
振させて増幅することができ、Ｓ／Ｎ比が改善される。

【０１６８】また、研磨の進行によって変化する被研磨
物支持盤の振動を振動検出素子で検出する場合に、被研
磨物支持盤を貫通して振動検出素子と被研磨物に接触す
る振動伝達体を設けたので、被研磨物から振動検出素子
への振動伝達効率が良くなってＳ／Ｎを改善できる。ま
た、研磨の進行によって変化する被研磨物支持盤の振動
を振動検出素子で検出する場合に、検出時において、被
研磨物支持盤を駆動するエネルギーの供給を一時的に停
止するようにしたので、バックグラウンドノイズを大幅
に低減でき、Ｓ／Ｎ比を改善できる。

【０１６９】また、研磨の進行によって変化する被研磨
物支持盤の振動を振動検出素子で検出する場合に、検出
しようとする振動周波数とバックグラウンドノイズの振
動周波数とを相違させるとともに、被研磨物支持盤の固
有振動周波数と検出しようとする振動周波数を同じにし
たので、Ｓ／Ｎ比を改善できる。また、研磨の進行によ
って変化する被研磨物支持盤の振動を振動検出素子で検
出する場合に、バックグラウンドノイズと逆位相で振動
する振動板を被研磨物支持盤と振動検出素子の間に介在
させたので、振動検出素子へのバックグラウンドノイズ
の入力を排除してＳ／Ｎ比を改善できる。

【０１７０】また、研磨の進行によって変化する被研磨
物支持盤の振動を振動検出素子で検出する場合に、被研
磨物支持盤上に振動検出素子を複数取り付けて選択可能
にしたので、振動検出素子の故障による交換の手間が軽
減できる。さらに他の本発明の研磨装置によれば、研磨
の際に被研磨物支持盤の位置を検出する変位検出器を有
しているので、研磨が進むにつれて研磨布と被研磨物の
摩擦力が変化して被研磨物支持盤の位置が変化し、その
変位の変化量により研磨の終点等を検出できる。この場
合、被研磨物支持盤の位置の変化量はバックグラウンド
ノイズとは振動周波数帯が異なるので、モータ等の振動
の影響を受けずにＳ／Ｎ比の良い検出が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１実施形態の研磨装置を示
す構成図である。

【図２】図２(a),(b) は、本発明の第１実施形態の研磨
装置に適用される研磨布の溝を示す平面図である。

【図３】図３は、本発明の第１実施形態の研磨装置に用
いるヘッドを一部切断した斜視図である。

【図４】図４は、本発明の第１実施形態の研磨装置を使
用して研磨する過程で振動検出素子によって検出された
振動周波数と振動強度の関係を示すスペクトルである。

【図５】図５(a),(b) は、半導体装置製造の一部の工程
を示す断面図である。

【図６】図６(a),(b) は、本発明の第１実施形態の研磨
装置を使用して半導体装置の絶縁膜を研磨する第１例を
示す断面図である。

【図７】図７(a),(b) は、本発明の第１実施形態の研磨
装置を使用して半導体装置の絶縁膜を研磨する第２例を
示す断面図である。

【図８】図８(a) 〜(c) は、本発明の第１実施形態の研
磨装置を使用して半導体装置の絶縁膜を研磨の推移の第
１例を示す断面図である。

【図９】図９(a) 〜(c) は、本発明の第１実施形態の研
磨装置を使用して半導体装置の絶縁膜を研磨の推移の第
２例を示す断面図である。

【図１０】図１０は、本発明の第１実施形態の研磨装置
の振動検出素子から出力される振動の変化を示す波形図
である。

【図１１】図１１は、本発明の第２実施形態に係る研磨
装置のヘッド部分を示す側面図である。

【図１２】図１２は、本発明の第２実施形態に係る研磨
装置のヘッド部分を示す側面図である。

【図１３】図１３は、本発明の第３実施形態に係る研磨
装置のヘッド部分を示す側面図である。

【図１４】図１４は、本発明の第５実施形態に係る研磨
装置のヘッド部分を示す側面図である。

【図１５】図１５(a) は、本発明の第６実施形態の研磨
装置を示す側面図、図１５(b) はその送信アンテナ及び
受信アンテナの配置関係を示す斜視図である。

【図１６】図１６は、本発明の第７実施形態の研磨装置
の回路構成を示すブロック図である。

【図１７】図１７は、本発明の第８実施形態の研磨装置
を示す側面図である。

【図１８】図１８は、本発明の第８実施形態の研磨装置
の上側定盤の底面図である。

【図１９】図１９は、本発明の第８実施形態の研磨装置
の信号系統を示すブロック図である。

【図２０】図２０は、本発明の第８実施形態の研磨装置
に適用される複数のバンドパスフィルタの通過周波数と
信号透過率の関係の一例を示す図である。

【図２１】図２１は、本発明の第８実施形態の研磨装置
の振動検出素子により検出された振動周波数と振動強度
の関係を示すスペクトルである。

【図２２】図２２(a),(b) は、本発明の第９実施形態の
研磨装置の側面図とその研磨装置の上側定盤の底面図で
ある。

【図２３】図２３(a),(b) は、本発明の第９実施形態の
研磨装置の上側定盤の縦方向の振動の第１例を示す側面
図である。

【図２４】図２３(a),(b) は、本発明の第９実施形態の
研磨装置の上側定盤の縦方向の振動の第２例を示す側面
図である。

【図２５】図２５(a),(b) は、本発明の第９実施形態に
適用される信号系統の２つの例を示すブロック図であ
る。

【図２６】図２６(a),(b) は、本発明の第１０実施形態
の研磨装置の側面図と平面図である。

【図２７】図２７(a),(b) は、本発明の第１０実施形態
による振動周波数と振動強度の関係を示すスペクトルで
ある。

【図２８】図２８は、本発明の第１０実施形態の研磨装
置によるゴミによる異常信号とそれ以外の異常信号を示
すスペクトル図である。

【図２９】図２９は、本発明の第１１実施形態の研磨装
置において、ヘッド内に吸音材を設けた例を示す部分断
面図である。

【図３０】図３０は、本発明の第１１実施形態の研磨装
置において、振動検出素子の底部に振動体を取り付けた
例を示す部分断面図である。

【図３１】図３１は、本発明の第１１実施形態の研磨装
置において、振動検出素子の底部に振動体を取り付けた
例を示す部分断面図である。

【図３２】図３２は、本発明の第１１実施形態の研磨装
置において、振動検出素子と被検出物の間に振動伝達用
針を介在させた例を示す部分断面図である。

【図３３】図３３は、本発明の第１１実施形態の研磨装
置において、振動検出素子に入力するノイズ振動を除去
する回路を設けた例を示す部分断面図である。

【図３４】図３４は、本発明の第１１実施形態の研磨装
置において、振動検出素子に入力する振動周波数を変化
する回路を設けた例を示す部分断面図である。

【図３５】図３５は、本発明の第１１実施形態の研磨装
置において、振動検出素子とその底面に取り付ける振動
板を複数設けた例を示す部分断面図である。

【図３６】図３６は、本発明の研磨装置に適用される振
動検出素子の振動周波数と感度の関係を示す特性図であ
る。

【図３７】図３７は、本発明の第１１実施形態の研磨装
置において検出された研磨固有振動の周波数と強度の関
係を示すスペクトルである。

【図３８】図３８は、本発明の第１１実施形態の研磨装
置において検出された研磨固有振動のスペクトルの積分
値の時間経過による変化量を示す特性図である。

【図３９】図３９(a),(b) は、本発明の第１２実施形態
の研磨装置の側面図と、下側定盤及び研磨布を示す平面
図である。

【図４０】図４０は、本発明の第１２実施形態の研磨装
置の信号系統を示すブロック図である。

【図４１】図４１は、本発明の第１２実施形態の研磨装
置のコンピュータの信号処理を示すブロック図である。

【図４２】図４２(a) は、本発明の第１２実施形態の研
磨装置においてサンプリングデータを平均して表示した
補正前の振動強度曲線と、補正された振動強度曲線を示
す図であり、図４２(b) は、補正前と補正後のの振動強
度曲線の微分した曲線を示す図である。

【図４３】図４３(a) は、本発明の第１２実施形態の研
磨装置において、上側定盤が研磨布の直径方向に移動す
る場合の上側定盤の回転中心と研磨布の回転中心の距離
ｒの変化を示す波形図、図４３(b) は、その距離ｒを用
いた補正関数の波形図である。

【図４４】図４４(a) 〜(d) は、本発明の第１２実施形
態の研磨装置に使用される研磨布のバリエーションを示
す平面図である。

【図４５】図４５(a) は、本発明の第１２実施形態の研
磨装置において、上側定盤の移動軌跡の第２の例を示す
平面図、図４５(b) は、その移動軌跡における上側定盤
の回転中心と研磨布の回転中心の距離ｒの変化を示す波
形図である。

【図４６】図４６(a) は、本発明の第１２実施形態の研
磨装置において、上側定盤の移動軌跡の第３の例を示す
平面図、図４６(b) は、その移動軌跡における上側定盤
の回転中心と研磨布の回転中心の距離ｒの変化を示す波
形図である。

【図４７】図４７は、本発明の第１２実施形態の研磨装
置において、上側定盤が研磨布上を移動しない場合の時
間的変化を示す振動強度曲線、図４７(b) はその振動強
度曲線の微分曲線である。

【図４８】図４８(a),(b) は、本発明の第１３実施形態
の研磨装置の要部を示す断面図及び底面図である。

【図４９】図４９(a) 〜(c) は、本発明の第１３実施形
態の研磨装置のヘッドの底面の研磨による変化を示す底
面図である。

【図５０】図５０は、本発明の第１３実施形態の研磨装
置において、研磨の進行による上側定盤の変位の変化量
を示す図である。

【図５１】図５１は、本発明の第１３実施形態の研磨装
置において、研磨の進行による上側定盤の変位の変化量
と規準信号の比較を示す図である。

【図５２】図５２(a),(b) は、本発明の第１３実施形態
の研磨装置において、振動検出領域に突起を形成した状
態を示すヘッドの部分断面図である。

【符号の説明】

１、１ｄ研磨布２下側定盤２ａ空洞３上側定盤３ａ空洞３ｂ側壁４第一の溝５第二の溝６第二の溝（空洞）７弾性部８指示体９シャフト１０、１０Ａ、１０Ｂ振動検出素子１１ノズル１２ドレッサー１３、１３Ａ送信機１４受信機１５駆動制御部１６表示部２１シャフト駆動部２２弾性部２３揺動装置２４ベルト２５送信用アンテナ２６受信用アンテナ２７信号線２８環状導電体２９ブラッシ３０電線３１合成器３２受信機３３信号解析部３４ａ、３４ｄ、３４ｅ第１のアンプ３４ｂフィルタ３４ｃ第２のアンプ３４ＢＦＭ送信機３５処理部４１上側定盤４２加速度センサー４３下側定盤４４研磨布４５マーカー４６マーカー検出器５０防音／吸音材５１インナーシート５２共振板５３アンプ５４孔５５振動伝達用針５６振動板５７振動検出素子５８振動制御部５９周波数変換回路６１位置検出器６２検知板６３整流器６４コンデンサ６５アンプ６６ローパスフィルタ６７ハイパスフィルタ６９ＦＭ受信機７０記録装置７１フィルター７２第１のアンプ７３整流回路７４ローパスフィルター７５第２のアンプ７６Ａ／Ｄ変換器７７コンピュータ８１、８２、８３変位検出器９１、９２突起

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】研磨対象物を支持する第１の定盤と、前記第１の定盤を回転させる第１の駆動機構と、前記第１の定盤に対向して配置される第２の定盤と、前記第２の定盤に張り付けられた研磨布と、前記第１の定盤又は前記第２の定盤に取り付けられ、研
磨時の振動を検出する振動検出器と、少なくとも前記第１の定盤と前記第２の定盤の一方の研
磨動作を制御する制御部と、前記振動検出器により検出された振動強度を周波数分析
し、さらに該振動強度を時間毎に積分し、積分値の時間
的変化が基準値を下回った時、又は該積分値が基準値を
下回った時の何れかの時点で、前記第１の定盤、前記第
２の定盤の少なくとも一方を停止する研磨停止信号を前
記制御部に送る信号解析手段とを有することを特徴とす
る研磨装置。
【請求項２】前記第１の定盤の周囲には弾性体が形成さ
れていることを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項３】前記研磨布の表面には溝又は孔が形成さ
れ、前記研磨布の内部には該表面の振動に共振する空洞
が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載
の研磨装置。
【請求項４】前記振動検出器の出力端側には、中心周波
数の異なる複数のバンドパスフィルタが組合わせて接続
されていることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記
載の研磨装置。
【請求項５】研磨開始、研磨停止又は研磨の条件を満た
したか否かの判断をする信号解析部と、前記振動検出器によって検出された研磨の振動情報を無
線送信する送信部と、前記送信部から出力された無線信号を受信し、且つ該無
線信号の同調周波数の変動を参照周波数の範囲内に自動
的に保持する自動周波数制御機構を有するとともに、前
記信号解析部が受信データを要求する毎に前記送信機の
発振周波数を該自動周波数制御機構により受信する受信
部とを有することを特徴とする請求項１乃至４いずれか
記載の研磨装置。
【請求項６】前記振動検出器は、縦方向又は円周方向の
振動を検出する素子であることを特徴とする請求項１乃
至５いずれか記載の研磨装置。
【請求項７】前記振動検出器は、前記第１の定盤の回転
中心に対して対称に複数個取り付けられ、複数の前記振
動検出器の出力信号の和又は差をとる演算器が複数の前
記振動検出器の出力端に接続されていることを特徴とす
る請求項１乃至６いずれか記載の研磨装置。
【請求項８】前記振動検出器で検出される振動周波数を
前記振動検出器の共振周波数に変換する振動変換手段
を、前記振動検出器に接続したことを特徴とする請求項
１乃至７いずれか記載の研磨装置。
【請求項９】研磨対象物は、インナーシートを介して前
記第１の定盤に支持され、前記第１の定盤と前記インナーシートに形成された貫通
孔と、前記貫通孔を通して前記研磨対象物と前記振動検出器の
双方に接触する振動伝達体とを有することを特徴とする
請求項１乃至８いずれか記載の研磨装置。
【請求項１０】前記第２の定盤には、前記第２の定盤を
回転させる第２の駆動機構が接続されており、前記第１の定盤は、前記振動検出器により検出しようと
する振動周波数と同じ第１の固有振動周波数を有すると
ともに、前記第１の駆動機構及び前記第２の駆動機構の少なくと
も一方が、前記第１の固有振動周波数と異なった第２の
固有振動周波数を有することを特徴とする請求項１乃至
９いずれか記載の研磨装置。
【請求項１１】研磨対象物を支持する第１の定盤と、前記第１の定盤を回転させる駆動機構と、前記第１の定盤に対向して配置され、且つ内部に空洞が
形成された第２の定盤と、前記第２の定盤に張り付けられた研磨布と、前記第１の定盤又は前記第２の定盤に取り付けられ、研
磨時の振動信号を出力する振動検出器と、少なくとも前記第１の定盤と前記第２の定盤の一方の研
磨動作を制御する制御部とを有することを特徴とする研
磨装置。
【請求項１２】研磨対象物を支持する第１の定盤と、前記第１の定盤に対向して配置される第２の定盤と、前記第２の定盤に張り付けられる研磨布と、前記第１の定盤又は前記第２の定盤に取付けられた振動
検出器と、少なくとも前記第１の定盤又は前記第２の定盤を駆動す
る駆動機構と、前記振動検出器が取付けられた側の前記第１の定盤又は
前記第２の定盤に取り付けられ、且つ前記振動検出器に
より検出された振動情報を無線送信する送信部と、前記送信部から出力された無線信号を受信する受信部
と、前記受信部に接続されて、受信した前記無線信号を解析
する信号解析部と、前記信号解析部からの信号に基づいて、研磨停止又は研
磨条件の変更を指示する信号を少なくとも前記駆動機構
に出力する制御部と、前記振動検出器が取り付けられた前記第１の定盤又は前
記第２の定盤の回転軸の周囲に取付けられ、且つ前記送
信部に接続された環状の送信アンテナと、前記回転軸の延長上に取付けられ、且つ前記受信部に接
続される受信アンテナとを有することを特徴とする研磨
装置。
【請求項１３】前記振動検出器の出力に基づく振動信号
の振幅レンジを広げるための対数アンプと、前記受信部の出力側に接続されて前記受信部からの出力
信号を変換する逆対数アンプとを有することを特徴とす
る請求項１２記載の研磨装置。
【請求項１４】研磨対象物を支持する第１の定盤と、前記第１の定盤に対向して配置される第２の定盤と、前記第２の定盤に張り付けられる研磨布と、前記第１の定盤を前記研磨布上の一定範囲内で周期的に
移動させる駆動手段と、前記第１の定盤の振動強度又は前記駆動手段の駆動トル
クの値を、前記第１の定盤の位置成分を含む関数で割算
してその結果を研磨状態信号とし、該研磨状態信号の変
化を時間で微分し、その微分値に基づいて研磨終了を検
出する研磨終点検出手段とを有することを特徴とする研
磨装置。
【請求項１５】研磨対象物を支持する定盤と、前記定盤の周辺部を弾性体を介して支持し、且つ内部が
空洞の筐体と、前記研磨対象物を研磨する研磨布と、前記研磨布と前記研磨対象物の摩擦によって前記研磨布
の移動方向又は前記筐体の移動方向に引きずられる前記
定盤の前記筐体に対する相対位置を測定する変位検出器
とを有することを特徴とする研磨装置。
【請求項１６】前記研磨布との摩擦によって平坦化され
る前記研磨対象物の平坦化速度と前記変位検出器の出力
信号とを対応させ、該出力信号の変化が該平坦化速度の
所定の範囲内又は所定の値に達した時を研磨終点として
判別する研磨終点判別手段を有することを特徴とする請
求項１５記載の研磨装置。
【請求項１７】研磨対象物を支持する第１の定盤と、該
第１の定盤に対向して配置される第２の定盤と、該第２
の定盤に張り付けられる研磨布とを使用して、該研磨対
象物を前記研磨布により研磨する研磨方法において、振動検出器によって、前記第１の定盤又は前記第２の定
盤の研磨時の振動を検出し、前記振動検出器から出力された振動強度を周波数分析
し、さらに該振動強度を時間毎に積分し、積分値の時間
的変化が基準値を下回った時、又は該積分値が基準値を
下回った時の何れかの時点で研磨を停止することを特徴
とする研磨方法。
【請求項１８】前記積分値は、複数の振動強度の平均値
であることを特徴とする請求項１７記載の研磨方法。
【請求項１９】前記研磨対象物上に形成されて表面に凹
凸を有する膜を、前記研磨布によって平坦化することを
特徴とする請求項１７又は１８記載の研磨方法。
【請求項２０】研磨開始から研磨停止までの時間が、設
定時間よりも短いか、或いは前記積分値の時間的変化が
指定値を越えて減少したかのいずれかにより、研磨布の
劣化を認識することを特徴とする請求項１７乃至１９い
ずれか記載の研磨方法。
【請求項２１】研磨時間の際に、特定の振動周波数の振
動強度の減少率が他の振動周波数の振動強度の減少率に
比べて大きいことを検知して研磨条件を変更することを
特徴とする請求項１７乃至２０いずれか記載の研磨方
法。
【請求項２２】前記振動検出器から出力された振動強度
信号又は振動スペクトルの変化に基づいて、研磨状態を
リアルタイムで分析して研磨終点を検出するか、研磨条
件を変更することを特徴とする請求項１７乃至１９いず
れか記載の研磨方法。
【請求項２３】研磨対象物を支持する第１の定盤と、該
第１の定盤に対向して配置される第２の定盤と、該第２
の定盤に張り付けられた研磨布とを備えた研磨装置を用
いる研磨方法において、駆動手段により、前記第１の定盤を前記研磨布上の一定
範囲内で周期的に移動させ、前記第１の定盤の振動強度又は前記駆動手段の回転トル
クの値を、前記第１の定盤の位置成分を含む関数で割算
してその結果を研磨状態信号とし、該研磨状態信号の変
化を時間で微分し、その微分値に基づいて研磨を終了す
る工程を含むことを特徴とする研磨方法。
【請求項２４】前記関数は、前記研磨布の回転中心から
の距離に比例する比例関数であることを特徴とする請求
項２３記載の研磨装置。
【請求項２５】前記研磨布において、略等密度に溝又は
孔が形成されている場合は、前記関数は、前記研磨布の
回転中心からの距離の二乗に比例する関数であることを
特徴とする請求項２３記載の研磨方法。
【請求項２６】前記関数には、前記第２の定盤の回転数
が含まれることを特徴とする請求項２３記載の研磨方
法。
【請求項２７】研磨対象物を支持する第１の定盤と、該
第１の定盤に対向して配置される第２の定盤と、該第２
の定盤に張り付けられる研磨布とを使用して、該研磨対
象物を前記研磨布により研磨する研磨方法において、振動検出器によって、前記第１の定盤又は前記第２の定
盤の研磨時の振動を検出し、前記振動検出器により検出された振動強度の異常を検出
し、該振動強度の異常検出時間が前記第２の定盤の回転
周期よりも短い場合に、前記第１の定盤と前記第２の定
盤の駆動を制御することを有することを特徴とする研磨
方法。