JP2006093296A - 半導体製造装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 研磨パッドの厚みを常に均一に保ち、高平坦な半導体ウエハの研磨と使用期限までの使用を可能にする。
【解決手段】 ウエハを支える保持具１１と、ウエハに研磨を行う研磨パッド１と、研磨パッド１の活性化を行うドレッサ６とを備え、ドレッサ６は、研磨パッド１の厚みを測定する渦電流式厚み測定機構１３を備えている。これにより保持具１１を分解することなく研磨パッド１の厚みをリアルタイムに測定することができ、研磨パッド１の厚み分布に応じて、圧力を調節しながら研磨パッド１の活性化を行うことができる。このため、常に平坦な研磨パッド１を用いての半導体ウエハの研磨が可能になる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、特に半導体ウエハに対する化学的機械的研磨（ＣＭＰ）用の装置、これに用いる研磨パッドの厚み測定、及び半導体ウエハの研磨方法についての半導体製造装置および半導体装置の製造方法に関する。

近年、半導体装置の微細化は著しい。半導体装置の微細化を実現するために、半導体装置の製造方法について種々の新しい技術が開発されている。これらの新技術の中でも、金属配線材料と絶縁材料とからなる配線層を幾層にも積層する多層配線技術は、半導体装置の微細化及び高機能化に大きく貢献できる反面、数多くの技術的な課題を有している。その課題の１つに、各配線層における平坦性の確保が上げられる。例えば、この平坦性が確保されずに各配線層の上面に凹凸が残った状態では、微細化の鍵となるフォトリソグラフィ工程においてフォーカスずれが発生し、配線パターンの形成が不可能となる。この課題を解決するために、近年、半導体ウエハの表面を化学的機械的に研磨して平坦化する化学的機械的研磨（ＣＭＰ）法が多用されるようになってきている（例えば、特許文献１）。

以下、従来のＣＭＰ装置について図面を参照しながら説明する。

図１１は、従来のターンテーブル方式のＣＭＰ装置における研磨機構部の構成を概略的に示している。

同図に示すＣＭＰ装置では、基材が発泡ポリウレタンからなるシート状の研磨パッド１０１が円形の定盤１０２に貼り付けられている。そして、研磨パッド１０１上に研磨剤であるスラリ１０３をノズル１０４から供給しながら定盤１０２を回転させ、キャリア１０５に吸着しリテーナリング１０６で周辺を支持した半導体ウエハ１０７の表面をキャリア１０５に回転を加えながら押し当てることにより、半導体ウエハ１０７を研磨する。また、研磨パッド１０１の上面を活性化させる（毛羽立たせる）ために、ドレッサアーム１０８の先端に取り付けたシリンダ１０９の下面に装着させたドレッサ１１０を自転させて研磨パッド１０１に押し当てて、定盤１０２の中央付近から端部の間を随時旋回移動させる。研磨パッド１０１の上面を活性化させることにより、研磨パッド１０１は研磨力を維持することができる。また、研磨パッド１０１の表面には研磨に用いるスラリ１０３が効率よく半導体ウエハ１０７と研磨パッド１０１との間に流れ込むように、一定間隔で、かつ、一定の深さのパッド溝１１１が複数本形成されている。さらに、図１２に示すように、リテーナリング１０６の研磨パッド１０１と接触する面にも約５ｍｍ程度の深さの複数本のリテーナ溝１１２が形成されている。

以上で説明したようなＣＭＰ装置を用いることで、半導体装置の上面は高精度に平坦化され、微細な配線パターンの形成が可能となる。
特表２００３−５３４６４９号公報（特願２００１−５８５９９１）

従来のＣＭＰ装置においては、消耗により研磨パッドの表面に形成されたパッド溝１１１が浅くなり、リテーナ溝１１２が浅くなった場合、スラリ１０３が半導体ウエハ１０７と研磨パッド１０１の間に効率よく供給されず、研磨異常を発生させるので、これらを消耗部材として交換している。また、説明したように、ドレッサ１１０を研磨パッド１０１に押し当てて研磨パッド表面を活性化する場合、研磨パッド１０１全面に渡って均一にドレッサ１１０を当てることが難しく、使用を重ねていくと図１３に示すように、研磨パッド表面にうねりが発生する。このうねりは、研磨パッド表面におけるパッド溝の深さばらつきを発生させる。うねりが発生している研磨パッドを用いて研磨した半導体ウエハの研磨レート均一性を図１４に示した。この図の縦軸は半導体ウエハの単位時間当たりの研磨量を示し、横軸には半導体ウエハの直径方向の距離について示したものである。この図１３と図１４との関係を詳細に見ると、研磨パッドが薄くなる部分、すなわち、パッド溝が浅くなる部分で研磨量が低くなっていることがわかる。このように、うねりによるパッド溝のばらつきが半導体ウエハの研磨量に大きく影響していることがわかる。従って、高精度かつ、平坦に半導体ウエハの研磨を行うには、研磨パッドの表面を常に平坦に保つことが重要であることがわかる。また、これらの結果から、正常に研磨ができる研磨パッドの使用期限は、パッド溝の深さによって決まると考えられるため、常に研磨パッドを平坦にし、急所的な薄い部分をなくせば、適正な期限までの使用が可能になると考えられる。この研磨パッドの厚みは従来、使用済みの研磨パッドを定盤から剥がしとり、厚みをマイクロゲージなどで測定している。使用途中での測定ができれば、このような使用期限管理が可能になるため、その測定方法の確立が現状の大きな課題となっている。また、スラリを効率よく半導体ウエハの表面に供給するという面で、リテーナ溝の管理も半導体ウエハの研磨性能に影響する。これまでリテーナリングのリテーナ溝はキャリアを研磨機から取り外し、目視によって溝の減りを確認していた。また、そのリテーナ溝の深さの測定においては、キャリアを分解し、マイクロゲージなどで測定を行うため、大きな労力を要し、作業者、管理者においては、この作業を効率よく行える方法の確立が現状の大きな課題となっている。

したがって、この発明の目的は、研磨パッドの厚みを常に均一に保ち、高平坦な半導体ウエハの研磨と使用期限までの使用を可能にすることであり、具体的に研磨パッドの表面を平坦に保つパッド活性化方法を有する半導体研磨装置、および、低労力でかつ安定した、研磨パッド、リテーナリングの厚みを測定する方法、これらを用いた高精度な半導体ウエハの研磨方法についての半導体製造装置および半導体装置の製造方法を提供することである。

上記課題を解決するためにこの発明の請求項１記載の半導体製造装置は、ウエハを支える保持具と、前記ウエハに研磨を行う研磨パッドと、前記研磨パッドの活性化を行うドレッサとを備え、前記ドレッサは、前記研磨パッドの厚みを測定する渦電流式厚み測定機構を備えている。

請求項２記載の半導体製造装置は、請求項１記載の半導体製造装置において、前記ドレッサは、前記研磨パッドのパッド面をドレスするドレスパッドと、前記ドレスパッドを保持するシリンダとから構成され、前記渦電流式厚み測定機構は、前記シリンダ内部に配置されている。

請求項３記載の半導体製造装置は、ウエハを支える保持具と、前記ウエハに研磨を行う研磨パッドとを備え、前記保持具は、前記ウエハの側壁を固定する側壁保持部と、前記ウエハの裏面に接触して前記ウエハを支える裏面保持部とから構成され、前記側壁保持部内に、側壁保持部の厚みを測定する渦電流式厚み測定機構を設置している。

請求項４記載の半導体製造装置は、ウエハを支える保持具と、前記ウエハに研磨を行う研磨パッドと、前記研磨パッドの活性化を行うドレッサとを備え、前記ドレッサは、前記研磨パッドのパッド面をドレスするドレスパッドと、前記ドレスパッドを保持するシリンダとから構成され、前記保持具は、前記ウエハの側壁を固定する側壁保持部と、前記ウエハの裏面に接触して前記ウエハを支える裏面保持部とから構成され、前記側壁保持部および前記研磨パッドの厚みを測定するために、前記側壁保持部内および前記シリンダ内部に渦電流式厚み測定機構をそれぞれ設置している。

請求項５記載の半導体製造装置は、請求項１記載の半導体製造装置において、前記ドレッサを支持するドレッサアームを備え、前記渦電流式厚み測定機構は、前記ドレッサアームの前記研磨パッドに面した側に設置されている。

請求項６記載の半導体製造装置は、請求項３または４記載の半導体製造装置において、前記側壁保持部は、前記研磨パッドに接触する側の面に複数の溝を有している。

請求項７記載の半導体装置の製造方法は、ウエハを支える保持具と、前記ウエハに研磨を行う研磨パッドと、前記研磨パッドの活性化を行うドレッサとを用い、前記ウエハを前記保持具に装着する工程と、前記ウエハを前記研磨パッドに押圧し研磨を行う工程と、前記研磨パッドに対して前記ドレッサによりドレスを行う工程とを含み、前記研磨を行う工程、もしくは前記ドレスを行う工程において、前記研磨パッドの厚みを渦電流式厚み測定機構により測定する。

請求項８記載の半導体装置の製造方法は、請求項７記載の半導体装置の製造方法において、前記ドレスを行う工程において、前記ドレッサの動きに合わせて、前記研磨パッドの厚みを複数回測定する。

請求項９記載の半導体装置の製造方法は、ウエハを支える保持具と、前記ウエハに研磨を行う研磨パッドと、前記研磨パッドの活性化を行うドレッサとを用い、前記ウエハを前記保持具に装着する工程と、前記ウエハを前記研磨パッドに押圧し研磨を行う工程と、研磨後前記研磨パッドに対して前記ドレッサによりドレスを行う工程とを含み、前記研磨を行う工程において、前記研磨パッドの厚みを渦電流式厚み測定機構により測定し、測定結果に基づき前記研磨パッドの厚み分布もしくは凹凸状態を検出し、前記ドレスを行う工程において、前記研磨パッドの厚み分布もしくは凹凸状態の検出結果に応じて圧力を変化させて、前記研磨パッドのドレスを行う。

請求項１０記載の半導体装置の製造方法は、請求項７または９記載の半導体装置の製造方法において、前記研磨を行う工程において、前記保持具の前記ウエハの側壁を固定する側壁保持部の下面に金属板を当て、前記側壁保持部の厚みを渦電流式厚み測定機構により測定する。

請求項１１記載の半導体装置の製造方法は、請求項９記載の半導体装置の製造方法において、前記ドレスを行う工程の後、前記保持具の前記ウエハの側壁を固定する側壁保持部の下面に金属板を当て、前記側壁保持部の厚みを渦電流式厚み測定機構により測定する工程と、前記測定した結果から前記側壁保持部の使用期限を判定する工程とを含む。

この発明の請求項１記載の半導体製造装置によれば、ドレッサは、研磨パッドの厚みを測定する渦電流式厚み測定機構を備えているので、保持具を分解することなく研磨パッドの厚みをリアルタイムに測定することができ、研磨パッドの厚み分布に応じて、圧力を調節しながら研磨パッドの活性化を行うことができる。このため、常に平坦な研磨パッドを用いての半導体ウエハの研磨が可能になる。ここで、渦電流式厚み測定機構は、渦電流センサと金属平板との間に発生する渦電流の距離に依存する変化を検出し、距離に換算するものである。すなわち、金属からなる研磨装置の定盤と研磨パッド（樹脂は渦電流に反応しない）を介して渦電流式センサとの間との距離をこの方式で測定する。この測定方法を用いれば、容易に使用途中の研磨パッドの厚みや、その厚み分布の測定が可能である。

請求項２では、請求項１記載の半導体製造装置において、ドレッサは、研磨パッドのパッド面をドレスするドレスパッドと、ドレスパッドを保持するシリンダとから構成され、渦電流式厚み測定機構は、シリンダ内部に配置されていることが好ましい。

この発明の請求項３記載の半導体製造装置によれば、保持具は、ウエハの側壁を固定する側壁保持部と、ウエハの裏面に接触してウエハを支える裏面保持部とから構成され、側壁保持部内に、側壁保持部の厚みを測定する渦電流式厚み測定機構を設置しているので、研磨パッドと同様にこれまで分解して測定を行っていた側壁保持部の厚みを分解することなく容易に測定できる。このため、労力の低下と、使用期限管理が容易になり、側壁保持部に起因する研磨異常の発生を防ぐことができる。

この発明の請求項４記載の半導体製造装置によれば、ドレッサは、研磨パッドのパッド面をドレスするドレスパッドと、ドレスパッドを保持するシリンダとから構成され、保持具は、ウエハの側壁を固定する側壁保持部と、ウエハの裏面に接触してウエハを支える裏面保持部とから構成され、側壁保持部および研磨パッドの厚みを測定するために、側壁保持部内およびシリンダ内部に渦電流式厚み測定機構をそれぞれ設置しているので、請求項１および３と同様の効果が得られる。

請求項５では、請求項１記載の半導体製造装置において、ドレッサを支持するドレッサアームを備え、渦電流式厚み測定機構は、ドレッサアームの研磨パッドに面した側に設置されていることが好ましい。この場合、渦電流式厚み測定機構を備える位置および個数は、研磨パッドの大きさによって変更することができる。

請求項６では、請求項３または４記載の半導体製造装置において、側壁保持部は、研磨パッドに接触する側の面に複数の溝を有しているので、ウエハにスラリーを効率良く供給できる。

この発明の請求項７記載の半導体装置の製造方法によれば、ウエハを保持具に装着する工程と、ウエハを研磨パッドに押圧し研磨を行う工程と、研磨パッドに対してドレッサによりドレスを行う工程とを含み、研磨を行う工程、もしくはドレスを行う工程において、研磨パッドの厚みを渦電流式厚み測定機構により測定するので、保持具を分解することなく研磨パッドの厚みをリアルタイムに測定することができる。

請求項８では、請求項７記載の半導体装置の製造方法において、ドレスを行う工程において、ドレッサの動きに合わせて、研磨パッドの厚みを複数回測定することが好ましい。各測定ポイントの平均値を計算することで、より正確な測定値を得ることができる。

この発明の請求項９記載の半導体装置の製造方法によれば、ウエハを保持具に装着する工程と、ウエハを研磨パッドに押圧し研磨を行う工程と、研磨後研磨パッドに対してドレッサによりドレスを行う工程とを含み、研磨を行う工程において、研磨パッドの厚みを渦電流式厚み測定機構により測定し、測定結果に基づき研磨パッドの厚み分布もしくは凹凸状態を検出し、ドレスを行う工程において、研磨パッドの厚み分布もしくは凹凸状態の検出結果に応じて圧力を変化させて、研磨パッドのドレスを行うので、保持具を分解することなく研磨パッドの厚みをリアルタイムに測定することができ、前記検出結果に応じて、圧力を調節しながら研磨パッドの活性化を行うことができることで、常に平坦な研磨パッドを用いての半導体ウエハの研磨が可能になる。

請求項１０では、請求項７または９記載の半導体装置の製造方法において、研磨を行う工程において、保持具のウエハの側壁を固定する側壁保持部の下面に金属板を当て、側壁保持部の厚みを測定するので、これまで分解して測定を行っていた側壁保持部の厚みを分解することなく容易に測定でき、労力の低下が可能となる。

請求項１１では、請求項９記載の半導体装置の製造方法において、ドレスを行う工程の後、保持具のウエハの側壁を固定する側壁保持部の下面に金属板を当て、側壁保持部の厚みを渦電流式厚み測定機構により測定する工程と、測定した結果から側壁保持部の使用期限を判定する工程とを含むので、これまで分解して測定を行っていた側壁保持部の厚みを分解することなく容易に測定でき、労力の低下が可能となる。また、使用期限管理が容易になり、側壁保持部に起因する研磨異常の発生を防ぐことができる。

本願発明者は、まず、従来の研磨装置において、研磨パッドを平坦に保ち、常にパッド溝の深さを一定に保つために、使用期限まで使用した研磨パッドを定盤から剥がし、マイクロゲージを用いて、厚みの測定を行った。その厚み分布に基づいて、次に使用する研磨パッドに対するパッド活性化圧力を部分的に変化させ（具合的には、研磨パッドの厚かった部分は活性化の圧力を強く、薄かった部分には圧力を低くして）、活性化を行ったが、初期状態の研磨パッドはほぼ平坦であることから、これに対してこのような変則的な活性化を行うと、圧力の強い部分は薄く、また、低い部分は厚く仕上がるため、前回の逆の傾向を示す結果となり、平坦に仕上がることはなかった。この結果から、当初は一定の活性化圧力で活性化を行い、厚み分布が発生し始めた段階で、変則的な圧力での活性化を行う必要があることがわかった。すなわち、使用期限までの途中で随時、研磨パッドの厚み測定を行うことが必要で、定盤から剥離したものの厚みを測定しても、研磨パッドを常に平坦に保つことが困難であることがわかる。

そこで本発明者は、渦電流式厚み測定器を用いて、使用途中の研磨パッドの厚みを測定することを試みた結果、定盤から研磨パッドを剥離することなく研磨パッドの厚みを測定することが可能であることがわかった。ここで用いた渦電流式厚み測定器は、渦電流センサと金属平板との間に発生する渦電流の距離に依存する変化を検出し、距離に換算するものである。すなわち、金属からなる研磨装置の定盤とポリウレタンからなる研磨パッド（樹脂は渦電流に反応しない）を介して渦電流式センサとの間との距離をこの方式で測定する。この測定方法を用いれば、容易に使用途中の研磨パッドの厚みや、その厚み分布の測定が可能である。

次に、研磨パッドと同様に、キャリアを分解し、金属板の上においた樹脂製のリテーナリングの測定もあわせて可能であることを確認した。

以上のようにして本願発明者が想到した発明の実施形態について、図を用いて以下に説明する。

この発明の第１の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係るＣＭＰ装置のうち、研磨機構部の構成を概略的に示す図である。

図１に示すように、研磨パッド１を貼り付けるための回転可能な金属製の定盤２と、半導体ウエハを支持固定するためのウエハキャリア（保持具）１１と、研磨パッド１を活性化するドレッサ６と、ドレッサ６を支持するドレッサアーム８と、少なくとも一つ以上の研磨パッド１の厚みを測定するための渦電流式厚み測定機構１３とを備えている。ドレッサ６は、研磨パッド１のパッド面をドレスするドレスパッドと、ドレスパッドを保持するシリンダ７とから構成されている。キャリア１１は、ウエハの側壁を固定するリテーナリング（側壁保持部）１０と、ウエハの裏面に接触してウエハを支える裏面保持部とから構成されている。

この場合、ＣＭＰ装置のうち研磨機構部は、円形の定盤２と、研磨パッド１上にスラリ３を供給するノズル４とを備える。ここに貼り付けられている研磨パッド１は、表面にパッド溝５が一定間隔かつ、一定の深さで複数本形成され、研磨を行う対象膜や、使用するスラリ３などによって、さまざまな形態に設計、施工される。また、パッド溝５は、研磨パッド1表面に供給するスラリ３が、研磨パッド１表面全体に効率よく行き渡るように形成されている。また、研磨パッド１の活性化を行うドレッサ６を押し付けるシリンダ７がドレッサアーム８に備え付けられている。ドレッサアーム８は旋回移動が可能で、研磨パッド１の中央部から端部までを随時旋回移動する機構となっている。定盤２を回転させ、このドレッサアーム８を研磨パッド１の中央から端部に旋回移動させることで、研磨パッド１全面に渡って活性化が可能になる。さらに活性化を効率よく行うために、ドレッサ６は自転する機構になっている。また、半導体ウエハ９の周辺を支持するリテーナリング１０を備えたキャリア１１が、定盤２上付近に備えられる。

図２（ａ）は半導体ウエハの周辺を支持するリテーナリングを取り付けて使用するキャリアを示す分解斜視図、（ｂ）はリテーナリングの底面図、（ｃ）はリテーナリングの拡大断面図である。

キャリア１１には図示したように、リテーナリング１０が取り付けられており、リテーナリング１０の研磨パッド１と接触する面にはリテーナ溝１２が複数本形成されている。このリテーナ溝１２は研磨パッド１のパッド溝５と同様に、半導体ウエハ９にスラリ３が効率よく供給されるように形成されている。

半導体ウエハ９の研磨を行う際には、ウエハをキャリア１１に装着し、ウエハを研磨パッド１に押圧し研磨を行い、研磨パッド１に対してドレッサ６によりドレスを行う。研磨を行う工程、もしくはドレスを行う工程において、研磨パッド１の厚みを渦電流式厚み測定機構１３により測定する。この場合、研磨パッド１表面をドレッサ６で活性化（研磨前または研磨後に活性化する場合と、研磨と同時に活性化する場合がある）し、研磨パッド１上にスラリ３をノズル４から供給しながら行う。

このような機構の研磨装置のドレッサ６を取り付けているシリンダ７の断面図を図３に示した。図示したように、シリンダ７の内部には、渦電流式厚み測定器１３を内蔵している。ドレッサ６および、シリンダ７は自転式のため、渦電流式厚み測定器１３はそれ自体が回転しないように、ドレッサアーム８に固定している。また、渦電流式厚み測定器１３を取り付ける場所は、ドレッサ６近辺の、いわゆるドレッサ６と同じくして動作する位置であれば、特に限定されることはない。このように、旋回動作するドレッサ６に渦電流式厚み測定器１３を備えることで、ドレッサアーム８の稼動範囲内で、研磨パッドの厚みを測定することが可能になる。なお、図１ではリテーナリング１０に渦電流式厚み測定器１３を設けているが、これは本実施形態ではなくてもよい。

この発明の第２の実施の形態を図４に基づいて説明する。図４は本発明の第２の実施形態に係るＣＭＰ装置のうち、ドレッサアームを概略的に示す斜視図である。

図４に示すように、第１の実施形態において、渦電流式厚み測定器１３は、ドレッサアーム８の研磨パッド１に面した側に設置されている。この場合、ドレッサアーム８に複数個連続的に渦電流式厚み測定器１３を備え付ける。このように配置することで、より多くの点を短時間に測定することが可能になる。渦電流式厚み測定器を備える位置および、個数は、研磨パッドの大きさによって変更するが、より多く配置することで、より短時間に詳細のデータが取れることは言うまでもない。

この発明の第３の実施の形態を図５および図６に基づいて説明する。図５は本発明の第３の実施形態に係る研磨パッド厚みの測定方法を示す説明図である。

図５に示すように、第１の実施形態と同様に渦電流式厚み測定器１３を内蔵したドレッサ６が構成され、金属からなる定盤２に渦電流式厚み測定器１３を押し当てて、０点調整（距離が０になるように調整）を行う。その後、研磨パッド１を貼り付け、再度、渦電流厚み測定器１３を研磨パッド１の上面に押し当てることで、研磨パッド１の厚みを測定した。ドレッサ６の旋回動作と同時に連続的に測定した結果を図６に示した。ドレッサ６の動作は、研磨パッド１の中央部分から端部にかけて、自転しながら旋回動作させた。この結果からわかるように、本発明の測定方法を用いれば、研磨パッド１を剥がすことなく、ドレッサ６に内蔵した渦電流式厚み測定器１３で、研磨パッド１の厚み分布の測定が可能であることがわかる。本実施形態では、ドレッサ６の旋回動作を一方向に一回のみ動作させて、研磨パッド1の厚み測定を行ったが、複数回動作し、各測定ポイントの平均値を計算することで、より正確な測定値を得ることができる。また、測定のポイント数に限定はなく、局所的に変化が激しい場合にはより多くのポイントを測定するべきである。

また、研磨パッドの厚みを測定するタイミングにも限定はなく、半導体ウエハを研磨する前後、または、研磨しながらでも測定は可能である。

この発明の第４の実施の形態を図７に基づいて説明する。図７は本発明の第４の実施形態の研磨パッドの厚み分布の測定結果にあわせた活性化圧力の変化を表す図である。

第３の実施形態において、研磨を行う工程、研磨パッドの厚みを渦電流式厚み測定機構により測定し、測定結果に基づき研磨パッドの厚み分布もしくは凹凸状態を検出し、ドレスを行う工程において、研磨パッドの厚み分布もしくは凹凸状態の検出結果に応じて圧力を変化させて、研磨パッドのドレスを行う。

このように第３の実施の形態に示す測定方法を用いれば、図７に示すように、研磨パッドの厚み分布に基づいて、研磨パッドが厚い部分は活性化圧力を高く、薄い部分は活性化圧力を低くするという、圧力を制御しながらの活性化、研磨が可能になり、常に平坦な研磨パッド１および、半導体ウエハ全面に渡って均一な研磨量を得ることができる。

この発明の第５の実施の形態を図８に基づいて説明する。図８（ａ）は本発明の第５の実施形態に係る研磨装置の要部断面図、（ｂ）はその渦電流式厚み測定器の位置を示す説明図を示すものである。

図８に示すように、第１の実施形態において、リテーナリング１０が取り付けられたキャリア１１の内部に、渦電流式厚み測定器１３が少なくとも一つ以上内蔵されている。この渦電流厚み測定器１３は樹脂製のリテーナリング１０の厚みを測定する目的で備えられ、キャリア１１内部に内蔵されている。リテーナリング１０は半導体ウエハ９の研磨を行う際に、同時に研磨パッド１に押し当てるために、研磨とともに消耗していく。この消耗により、スラリ３を効率よく半導体ウエハ９に供給するために形成されているリテーナ溝１２は浅くなり、もともと５ｍｍ程度の深さの溝が、約１ｍｍ以下になると研磨異常が発生する。このリテーナリング１０の減り量がキャリア１１を分解することなくリアルタイムに測定が可能になる。本実施形態では、キャリア１１の内部に渦電流式厚み測定器１３を円周上に等間隔に４個内蔵し、リテーナリング１０全体の減り量やばらつきを測定できる形としたが、渦電流式厚み測定器１３の個数と配置は上記以外でもよい。また、第１の実施形態で示した研磨パッド１の厚みを測定する渦電流式厚み測定器１３はなくてもよい。

この発明の第６の実施の形態を図９に基づいて説明する。図９は本発明の第６の実施形態に係るリテーナリングの厚み測定方法を示す要部断面図である。

まず、第５の実施形態と同様にキャリア１１内部に渦電流式厚み測定器１３を組み込み、樹脂製のリテーナリング１０を装着する。次に、初期状態のリテーナリング１０の厚みを測定するために図示したように、リテーナリング１０の下部に金属板１４を当て、測定する。その後は、研磨を行う毎、もしくは必要に応じて測定を繰り返す。簡易的に測定を行う場合は、研磨を行う工程において、リテーナリング１０の厚みを渦電流式厚み測定器１３により測定する。この場合、金属板１４は、研磨パッド１上に設置し、リテーナリング１０を当てることで厚みの測定は可能になる。しかし、連続的に研磨を行いながら測定を行うには、研磨機構周辺に測定専用の金属板１４を設置し、キャリア１１への半導体ウエハ９の搬送途中や研磨終了後の半導体ウエハ取り外しまでの間に、測定を行う。また、測定した結果からリテーナリング１０の使用期限を判定してもよい。

図１０に本発明の第６の実施形態における研磨時間とリテーナリング１０の厚みの関係を示した。この結果からわかるように、研磨時間の増加とともにリテーナリング１０の減り量の測定が可能であることがわかる。もともと５ｍｍ程度あるリテーナ溝１２が１ｍｍ以下になる、すなわち、研磨異常が発生する可能性が高くなる減り量で、リテーナリング１０を交換すれば、研磨異常を発生させることはない。このように、キャリア１１を分解せずにリテーナリング１０の厚みを測定できたので、容易にリテーナリング１０の寿命管理を行うことができた。

本発明に係る半導体製造装置および半導体装置の製造方法は、常に平坦な研磨パッドを用いての半導体ウエハの研磨が可能になり、高平坦な半導体ウエハの研磨と使用期限までの使用を可能にする装置と方法等に好適である。

本発明の第１の実施形態に係るＣＭＰ装置のうち、研磨機構部の構成を概略的に示す図である。 （ａ）は第１の実施形態において半導体ウエハの周辺を支持するリテーナリングを取り付けて使用するキャリアを示す分解斜視図、（ｂ）はリテーナリングの底面図、（ｃ）はリテーナリングの拡大断面図である。 第１の実施形態において研磨装置のドレッサを取り付けているシリンダの断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るＣＭＰ装置のうち、ドレッサアームを概略的に示す斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係る研磨パッド厚みの測定方法を示す説明図である。 第３の実施形態の研磨パッドの厚み分布の測定結果を表す図である。 本発明の第４の実施形態の研磨パッドの厚み分布の測定結果にあわせた活性化圧力の変化を表す図である。 （ａ）は本発明の第５の実施形態に係る研磨装置の要部断面図、（ｂ）はその渦電流式厚み測定器の位置を示す説明図である。 本発明の第６の実施形態に係るリテーナリングの厚み測定方法を示す要部断面図である。 本発明の第６の実施形態における研磨時間とリテーナリング１０の厚みの関係を示す図である。 従来のターンテーブル方式のＣＭＰ装置における研磨機構部の構成を概略的に示す図である。 （ａ）は従来例において半導体ウエハの周辺を支持するリテーナリングを取り付けて使用するキャリアを示す分解斜視図、（ｂ）はリテーナリングの底面図、（ｃ）はリテーナリングの拡大断面図である。 研磨パッドの厚み分布の測定結果を表す図である。 半導体ウエハの研磨レート均一性を示す図である。

符号の説明

１，１０１ 研磨パッド
２，１０２ 定盤
３，１０３ スラリ
４，１０４ ノズル
５，１１１ パッド溝
６，１１０ ドレッサ
７，１０９ シリンダ
８，１０８ ドレッサアーム
１０，１０６ リテーナリング
１１，１０５ キャリア
１２，１１２ リテーナ溝
１３ 渦電流式厚み測定器
１４ 金属板

Claims (11)

1. ウエハを支える保持具と、前記ウエハに研磨を行う研磨パッドと、前記研磨パッドの活性化を行うドレッサとを備え、
   前記ドレッサは、前記研磨パッドの厚みを測定する渦電流式厚み測定機構を備えていることを特徴とする半導体製造装置。
2. 前記ドレッサは、前記研磨パッドのパッド面をドレスするドレスパッドと、前記ドレスパッドを保持するシリンダとから構成され、前記渦電流式厚み測定機構は、前記シリンダ内部に配置されている請求項１記載の半導体製造装置。
3. ウエハを支える保持具と、前記ウエハに研磨を行う研磨パッドとを備え、
   前記保持具は、前記ウエハの側壁を固定する側壁保持部と、前記ウエハの裏面に接触して前記ウエハを支える裏面保持部とから構成され、前記側壁保持部内に、側壁保持部の厚みを測定する渦電流式厚み測定機構を設置していることを特徴とする半導体製造装置。
4. ウエハを支える保持具と、前記ウエハに研磨を行う研磨パッドと、前記研磨パッドの活性化を行うドレッサとを備え、
   前記ドレッサは、前記研磨パッドのパッド面をドレスするドレスパッドと、前記ドレスパッドを保持するシリンダとから構成され、
   前記保持具は、前記ウエハの側壁を固定する側壁保持部と、前記ウエハの裏面に接触して前記ウエハを支える裏面保持部とから構成され、
   前記側壁保持部および前記研磨パッドの厚みを測定するために、前記側壁保持部内および前記シリンダ内部に渦電流式厚み測定機構をそれぞれ設置していることを特徴とする半導体製造装置。
5. 前記ドレッサを支持するドレッサアームを備え、前記渦電流式厚み測定機構は、前記ドレッサアームの前記研磨パッドに面した側に設置されている請求項１記載の半導体製造装置。
6. 前記側壁保持部は、前記研磨パッドに接触する側の面に複数の溝を有している請求項３または４記載の半導体製造装置。
7. ウエハを支える保持具と、前記ウエハに研磨を行う研磨パッドと、前記研磨パッドの活性化を行うドレッサとを用い、
   前記ウエハを前記保持具に装着する工程と、
   前記ウエハを前記研磨パッドに押圧し研磨を行う工程と、
   前記研磨パッドに対して前記ドレッサによりドレスを行う工程とを含み、
   前記研磨を行う工程、もしくは前記ドレスを行う工程において、前記研磨パッドの厚みを渦電流式厚み測定機構により測定することを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. 前記ドレスを行う工程において、前記ドレッサの動きに合わせて、前記研磨パッドの厚みを複数回測定する請求項７記載の半導体装置の製造方法。
9. ウエハを支える保持具と、前記ウエハに研磨を行う研磨パッドと、前記研磨パッドの活性化を行うドレッサとを用い、
   前記ウエハを前記保持具に装着する工程と、
   前記ウエハを前記研磨パッドに押圧し研磨を行う工程と、
   研磨後前記研磨パッドに対して前記ドレッサによりドレスを行う工程とを含み、
   前記研磨を行う工程において、前記研磨パッドの厚みを渦電流式厚み測定機構により測定し、測定結果に基づき前記研磨パッドの厚み分布もしくは凹凸状態を検出し、
   前記ドレスを行う工程において、前記研磨パッドの厚み分布もしくは凹凸状態の検出結果に応じて圧力を変化させて、前記研磨パッドのドレスを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
10. 前記研磨を行う工程において、前記保持具の前記ウエハの側壁を固定する側壁保持部の下面に金属板を当て、前記側壁保持部の厚みを渦電流式厚み測定機構により測定する請求項７または９記載の半導体装置の製造方法。
11. 前記ドレスを行う工程の後、前記保持具の前記ウエハの側壁を固定する側壁保持部の下面に金属板を当て、前記側壁保持部の厚みを渦電流式厚み測定機構により測定する工程と、前記測定した結果から前記側壁保持部の使用期限を判定する工程とを含む請求項９記載の半導体装置の製造方法。
    
    

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