JP2006165323A - Ｃｍｐ加工用研磨布、ｃｍｐ装置並びに半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ウェハ研磨またはドレス工程による研磨層の厚さ変化をモニタすることのできるＣＭＰ加工用研磨布、ＣＭＰ装置並びに半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 ＣＭＰ加工用研磨布（以下、研磨布）１０は、ＣＭＰ装置の研磨盤Ｔ１に貼り付けられ回転するものである。研磨布１０は、粘着層１１、クッション層１２、粘着層１３、研磨層１４が順次に積層された構成となっている。研磨布１０は、最上層の研磨層１４において、スラリー保持のための第１パターン１４１に加え、研磨層厚みモニタ用の第２パターン１４２が形成されている。第１パターン１４１は、研磨層１４の厚さが変わっても同等の平面形状を保つ溝または穴のパターンを有する。第２パターン１４２は、研磨層１４の厚さの減少に応じて平面形状が小さくなる溝または穴のテーパーパターンを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体装置製造に係り、特にＣＭＰ（chemical mechanical polishing：化学的機械的研磨）加工に必要なＣＭＰ加工用研磨布、これを用いたＣＭＰ装置並びに半導体装置の製造方法に関する。

ＣＭＰは、超ＬＳＩデバイスの各配線層等の形成に欠かせない技術となっている。ＣＭＰ技術は、半導体ウェハ上の各層の平坦化によってリソグラフィ精度を格段に向上させ、より微細なパターンの形成を可能にする。ＣＭＰは、今や露光技術、トランジスタの設計、配線設計までも影響を及ぼす技術となっている。

ＣＭＰプロセスでは、一般に発泡ポリウレタン製のＣＭＰ加工用研磨布（研磨パッドともいう）を研磨盤に貼り付け回転させ、スラリー（研磨剤入り溶媒）を供給しつつ半導体ウェハの加工面を適当な圧力で押し付ける。研磨布は、スラリー保持のため、最上層の研磨層略全域に同一の形状、深さの溝あるいは穴が形成されている。半導体ウェハの加工面は、凸部でより大きな圧力がかかって研磨が促進され、平坦化されていく。

通常、研磨布は、定期的に電着ダイヤモンド砥石などでドレスし、研磨布の表面（研磨層）を初期の表面状態に近付ける（ドレッシングまたはコンディショニングともいう）。研磨布のドレスによって、加工対象のウェハ面内研磨条件の均一化、ウェハ研磨能率の維持を図る。

研磨布は、ウェハ研磨加工処理を続けていくと、研磨層が減って過剰に平滑化され、スラリーを保持する機能（スラリー溜り）が減少してしまう。これにより、スラリーがパッド内に均一に広がらなくなる。この結果、ウェハ面内研磨条件が著しく変動する、ウェハ研磨能率が極端に低下するといった問題が起こる。通常、研磨布は、上記問題が起こる前に、新しい研磨布と交換される。

従来、研磨能率を増加させる目的で研磨布に溝を設け、しかも、溝密度に工夫を施し、研磨ウェハの平坦度を改善しようとする技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、研磨布の中心から遠ざかるほど溝密度を増加させる。これにより、ウェハまたはウェハ保持治具が安定して自転することにより、研磨ウェハの平坦度を改善する効果が得られる。
特開平１１−２８５９６３号公報（４頁，５頁、図１）

ＣＭＰ加工用研磨布は、ドレス工程が嵩む度に最上層の研磨層が減っていく。研磨布は、研磨盤への貼り付け後、交換のために剥がすまで研磨層の厚み管理ができないのが現状である。このため、研磨布の寿命、交換周期は、十分なマージンを加味し設定する必要がった。これにより、未だ研磨層が厚く使用可能な研磨布を交換し、コスト増大を招く。あるいは、既に研磨層が薄くなっている研磨布を使用し続け、加工不良のウェハが現出される危険性があった。

本発明は上記のような事情を考慮してなされたもので、ウェハ研磨またはドレス工程による研磨層の厚さ変化をモニタすることのできるＣＭＰ加工用研磨布、ＣＭＰ装置並びに半導体装置の製造方法を提供しようとするものである。

本発明に係るＣＭＰ加工用研磨布は、半導体ウェハにおける被平坦化処理層を化学的機械的研磨により平坦化するＣＭＰ加工用研磨布に関し、最上層の研磨層に設けられた少なくともスラリー保持のための第１パターンと、前記研磨層の一部領域に設けられた少なくとも前記研磨層の厚さに応じて平面形状が変化するモニタ用の第２パターンと、を含む。

本発明に係るＣＭＰ加工用研磨布は、半導体ウェハにおける被平坦化処理層を化学的機械的研磨により平坦化するＣＭＰ加工用研磨布に関し、研磨盤に貼り付ける第１の粘着層と、前記第１の粘着層上に設けられたクッション層と、前記クッション層上に設けられた第２の粘着層と、前記第２の粘着層上に設けられた研磨層と、前記研磨層に設けられた少なくともスラリー保持のための第１パターンと、前記研磨層の一部領域に設けられた少なくとも前記研磨層の厚さに応じて平面形状が変化するモニタ用の第２パターンと、を含む。

上記それぞれ本発明に係るＣＭＰ加工用研磨布によれば、モニタ用の第２パターンは、研磨層の厚さに応じて平面形状が変化するようになっている。これにより、研磨層の減り具合がモニタでき、研磨布の使用可能な状態、研磨布の最適な交換時期を把握することができる。これにより、研磨能率の維持及び研磨布の浪費防止に寄与する。

なお、上記それぞれ本発明に係るＣＭＰ加工用研磨布において、研磨布の使用可能な状態、研磨布の最適な交換時期を把握するため、より好ましくは次のような特徴を有する。
前記第１パターンは、前記研磨層の厚さが変わっても同等の平面形状を保つ溝または穴のパターンを有し、前記第２パターンは、前記研磨層の厚さの減少に応じて平面形状が小さくなる溝または穴のテーパーパターンを有することを特徴とする。

また、本発明に係るＣＭＰ加工用研磨布は、半導体ウェハにおける被平坦化処理層を化学的機械的研磨により平坦化するＣＭＰ加工用研磨布に関し、最上層の研磨層に設けられた少なくともスラリー保持のための第１パターンと、前記研磨層の一部領域に設けられた少なくとも前記研磨層の厚さが所定のレベルになると平面形状が変化するモニタ用の第２パターンと、を含む。

本発明に係るＣＭＰ加工用研磨布は、半導体ウェハにおける被平坦化処理層を化学的機械的研磨により平坦化するＣＭＰ加工用研磨布に関し、研磨盤に貼り付ける第１の粘着層と、前記第１の粘着層上に設けられたクッション層と、前記クッション層上に設けられた第２の粘着層と、前記第２の粘着層上に設けられた研磨層と、前記研磨層に設けられた少なくともスラリー保持のための第１パターンと、前記研磨層の一部領域に設けられた少なくとも前記研磨層の厚さが所定のレベルになると平面形状が変化するモニタ用の第２パターンと、を含む。

上記それぞれ本発明に係るＣＭＰ加工用研磨布によれば、モニタ用の第２パターンは、研磨層の厚さが所定のレベルになるとその平面形状が変化するようになっている。これにより、研磨層が所定のレベルに減った状態をモニタすることができ、研磨布の使用可能な状態、研磨布の最適な交換時期を把握することができる。これにより、研磨能率の維持及び研磨布の浪費防止に寄与する。

なお、上記それぞれ本発明に係るＣＭＰ加工用研磨布において、研磨布の使用可能な状態、研磨布の最適な交換時期を把握するため、より好ましくは次のような特徴を有する。
前記第１パターンは、前記研磨層の厚さ方向に第１の深さをもって形成される溝または穴のパターンを有し、前記第２パターンは、前記研磨層の厚さ方向に前記第１の深さのレベルより小さい第２の深さをもって形成される溝または穴のパターンを有する。
あるいは、前記第１パターンは、前記研磨層の厚さ方向に第１の深さをもって形成される溝または穴のパターンを有し、前記第２パターンは、前記研磨層の厚さ方向に前記第１の深さのレベルより小さい数種類の段階的な深さをもって形成される溝または穴のパターンを有する。

さらに、以上前述した本発明に係るＣＭＰ加工用研磨布それぞれにおいて、前記第２パターンは、少なくとも前記研磨層のドレス領域に含まれ、前記第１パターン外側最外周近傍に設けられていることを特徴とする。これにより、研磨布（研磨層）のモニタがし易い。

本発明に係るＣＭＰ装置は、半導体ウェハにおける被平坦化処理層を化学的機械的研磨により平坦化するＣＭＰ装置に関し、研磨布が配された研磨盤と、前記半導体ウェハを保持しそのウェハ表面を研磨布に接触させるウェハキャリアと、前記研磨布の表面状態をドレスするドレッサと、前記研磨布にスラリーが供給され前記ウェハキャリアの制御によって前記半導体ウェハが研磨されている間、前記ドレッサにより前記研磨布のドレスが実施されている間、研磨もドレスも実施されていない間のいずれかの段階で前記研磨盤上における前記研磨布の厚みを把握する測定機構と、を含む。

上記本発明に係るＣＭＰ装置によれば、測定機構によって研磨盤上における研磨布の厚みを把握しておく。これにより、装置稼動状態でも、研磨布の使用可能な状態、研磨布の最適な交換時期の管理が期待できる。これにより、研磨能率の維持及び研磨布の浪費防止に寄与する。

本発明に係るＣＭＰ装置は、半導体ウェハにおける被平坦化処理層を化学的機械的研磨により平坦化するＣＭＰ装置に関し、研磨布が配された研磨盤と、前記半導体ウェハを保持しそのウェハ表面を研磨布に接触させるウェハキャリアと、前記研磨布の表面状態をドレスするドレッサと、前記研磨布にスラリーが供給され前記ウェハキャリアの制御によって前記半導体ウェハが研磨されている間、前記ドレッサにより前記研磨布のドレスが実施されている間、研磨もドレスも実施されていない間のいずれかの段階で前記研磨盤上における前記研磨布の厚みを把握する測定機構と、を含み、前記研磨布における最上層の研磨層に、前記測定機構でモニタ用として使われる前記研磨層の厚さに応じて平面形状が変わる溝または穴のパターンを有することを特徴とする。

上記本発明に係るＣＭＰ装置によれば、研磨層に、研磨層の厚さに応じて平面形状が変わる溝または穴のパターンが配され、そのパターンが測定機構によってモニタされる。これにより、研磨盤上に貼り付けられた研磨布の厚みが把握できる。装置稼動状態でも、研磨布の使用可能な状態、研磨布の最適な交換時期の管理が期待できる。これにより、研磨能率の維持及び研磨布の浪費防止に寄与する。

本発明に係るＣＭＰ装置は、半導体ウェハにおける被平坦化処理層を化学的機械的研磨により平坦化するＣＭＰ装置に関し、研磨布が配された研磨盤と、前記半導体ウェハを保持しそのウェハ表面を研磨布に接触させるウェハキャリアと、前記研磨布の表面状態をドレスするドレッサと、前記研磨布にスラリーが供給され前記ウェハキャリアの制御によって前記半導体ウェハが研磨されている間、前記ドレッサにより前記研磨布のドレスが実施されている間、研磨もドレスも実施されていない間のいずれかの段階で前記研磨盤上における前記研磨布の厚みを把握する測定機構と、を含み、前記研磨布における最上層の研磨層に、前記測定機構でモニタ用として使われる前記研磨層の厚さが所定レベルになると平面形状が変わる溝または穴のターンを有することを特徴とする。

上記本発明に係るＣＭＰ装置によれば、研磨層に、研磨層の厚さが所定レベルになると平面形状が変わる溝または穴のターンが配され、そのパターンが測定機構によってモニタされる。これにより、研磨盤上に貼り付けられた研磨布の厚みが把握できる。装置稼動状態でも、研磨布の使用可能な状態、研磨布の最適な交換時期の管理が期待できる。これにより、研磨能率の維持及び研磨布の浪費防止に寄与する。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体ウェハにおける被平坦化処理層が研磨盤で回転する研磨布により化学的かつ機械的に研磨され平坦化されるＣＭＰ工程と、前記ＣＭＰ工程を改善するための前記研磨布のドレス工程と、を含み、少なくとも前記ＣＭＰ工程中、前記ドレス工程中、前記ＣＭＰ工程後、前記ドレス工程後のいずれかの段階で前記研磨盤上における前記研磨布の厚みを把握し、前記研磨布の交換時期を最適化することを特徴とする。

上記本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、半導体ウェハの被平坦化処理層は、研磨布の厚みが把握されつつ平坦化される。研磨能率の維持及び研磨布の浪費防止に役立ち、研磨布の使用可能な状態、研磨布の最適な交換時期の管理ができる。これにより、歩留り向上、製造コスト改善が期待できる。

発明を実施するための形態

図１は、本発明の第１実施形態に係るＣＭＰ加工用研磨布の要部構成を示す断面図である。また、図１１〜図１４は、それぞれ研磨布の表面パターンの代表例を示す平面図である。
ＣＭＰ加工用研磨布（以下、研磨布）１０は、ＣＭＰ装置の研磨盤Ｔ１に貼り付けられ回転するものである。研磨布１０に、図示しない半導体ウェハにおける被平坦化処理層が回転しながら押し付けられ、化学的機械的研磨により平坦化される。研磨布１０は、粘着層１１、クッション層１２、粘着層１３、研磨層１４が順次に積層された構成となっている。粘着層１１は研磨盤Ｔ１に貼り付けられ、研磨層１４は最上層となっている。

研磨層１４は、スラリー保持のための第１パターン１４１が形成されている。この第１パターン１４１は、溝または穴のパターンを有し、研磨やドレスで研磨層１４の厚さが変わっても同等の平面形状を保つような形態である。パターンは様々考えられ限定されないが、図１１〜図１４のような構成、またはそれらの混載が代表的である。もちろん、溝または穴の密度が異なる形態を採用してもよい。

さらに、研磨層１４は、研磨層厚みモニタ用の第２パターン１４２が形成されている。この第２パターン１４２は、少なくとも研磨層１４の厚さに応じて平面形状が変化する溝または穴のパターンを有する。第２パターン１４２は、ＣＭＰプロセスに影響しない程度に設けることが重要である。例えば、第２パターン１４２は、研磨層１４中、５％以下の領域を占有する。

この第１実施形態では、第２パターン１４２は、研磨層１４の厚さの減少に応じて平面形状が小さくなる溝または穴のテーパーパターンを有する。第２パターン１４２は、少なくとも研磨層１４がドレスされる領域内に配されている必要がある。第２パターン１４２は、半導体ウェハが押し付けられ研磨される領域内に配されていることも考えられる。第２パターン１４２は、検出のし易さの観点から、第１パターン１４１外側最外周近傍に設けられる形態が考えられる。

上記第１実施形態の構成によれば、モニタ用の第２パターン１４２は、研磨層１４の厚さに応じて平面形状が変化するようになっている。より具体的には、研磨層１４の厚さの減少に応じて平面形状が小さくなる。これにより、研磨層１４の減り具合がモニタでき、研磨布１０の使用可能な状態、研磨布１０の最適な交換時期を把握することができる。これにより、研磨能率を安定させ、また、研磨布１０の早すぎる交換等、研磨布の浪費防止に寄与する。

図２は、本発明の第２実施形態に係るＣＭＰ装置の要部構成を示すブロック構成図である。ＣＭＰ装置２０は、前記第１実施形態で示した研磨布１０を配備してＣＭＰ（化学的機械的研磨）工程を達成する。前記第１実施形態と同様の箇所には同一の符号を付して説明する。
ＣＭＰ装置２０は、研磨盤Ｔ１、ウェハキャリア２１、ドレッサ２２、測定機構２３を有する。研磨盤Ｔ１は、研磨布１０が貼り付けられ回転する。ウェハキャリア２１は、半導体ウェハＷａｆを保持し、回転しながらその被平坦化処理層を研磨布１０に接触させる。ウェハＷａｆは、スラリー（図示せず）が供給される研磨布１０に、適当な圧力で化学的かつ機械的に研磨され平坦化される。ドレッサ２２は、研磨布１０の表面状態をドレスし、初期状態に近付ける。測定機構２３は、ＣＣＤカメラ等の光学系２３１、演算処理部２３２、表示部２３３を有する。

測定機構２３は、光学系２３１によって研磨層１４に設けられた第２パターン１４２を捉え、演算処理部２３２にて研磨層１４の厚みを算出する。そして、表示部２３３は、研磨布１０が使用可能な状態であること、あるいは研磨布１０の交換の最適なタイミングが確認、報知できるように、ディスプレイまたは警報発報等の機能が備わっている。

測定機構２３は、研磨布１０にスラリーが供給されウェハキャリア２１の制御によってウェハＷａｆが研磨されている間、ドレッサ２２により研磨布１０のドレスが実施されている間、研磨もドレスも実施されていない間のいずれかの段階で研磨盤Ｔ１上に貼り付けられた研磨布１０の厚みを把握することができる。

図３は、ＣＭＰ装置２０で利用される研磨布１０の要部構成を示す断面図である。スラリー保持用の第１パターン１４１及び研磨層厚みモニタ用の第２パターン１４２が表されている。ここでは、第１パターン１４１及び第２パターン１４２は穴パターンの形態とする。第２パターン１４２は、テーパーパターンとなっている。テーパーパターンに関する角度αは、６０°以下が好ましいが、研磨層１４の厚みと第１パターン１４１の穴径による。

第２パターン１４２は、初期状態では第１パターン１４１と同等の穴径φDiniを有する。第１パターン１４１は、研磨やドレスにより研磨層１４の厚さが減少しても初期状態と同等の穴径（φDini）を保つ。これに対して第２パターン１４２は、研磨層１４の厚さの減少に応じて穴径が小さくなり、変化する穴径をφDafとする。研磨層１４の初期の厚さをｔ０とすると、使用経過に伴う研磨層１４の残りの厚みｔは、次式で表せる。
t＝ｔ０−（φDini−φDaf）／２／tanα …（１）

測定機構２３は、研磨またはドレスを伴い回転している研磨布１０、あるいは研磨後またはドレス後の洗浄等で回転している研磨布１０に対し、光学系２３１によって所定タイミングで数箇所の第２パターン１４２を捉える。光学系２３１で得られた画像データは、演算処理部２３２にて上記（１）式に基づいた研磨層１４の残りの厚みｔを、平均値で算出する。この厚みｔを、研磨層１４の寿命（使用不可）の厚みや、寿命警告（あとウェハ１枚または数枚の処理で使用不可）の厚みに設定する。これにより、表示部２３３にて研磨布１０の交換の最適なタイミングが確認できるようになる。

図４は、ＣＭＰ装置２０によるＣＭＰ工程を利用した、半導体ウェハの処理枚数に対する研磨布１０の使用経過に伴う研磨層１４の残りの厚みｔを示す特性図である。上記（１）式に基づいた研磨層１４の残りの厚みｔに２つの所定値を定める。これにより、研磨布１０の交換を促す交換寿命警告（警報）や、ウェハ研磨処理禁止ポイントを把握する。このようなグラフを表示部２３３にて表示してもよい。

上記第２実施形態による構成によれば、ＣＭＰ装置２０は、研磨布１０及び測定機構２３を装備して研磨布１０の厚みを把握する。すなわち、研磨層１４において、主にウェハの均一な研磨に寄与する第１パターン１４１の他に、研磨層１４の厚さの減少に応じて平面形状が変わる第２パターン１４２が配されている。測定機構２３は、第２パターン１４２をモニタすることにより、研磨盤Ｔ１上に貼り付けられた状態の研磨層１４の厚み、ひいては研磨布１０の厚みが把握できる。なお、第２パターン１４２は、穴パターンとして説明したが、溝パターンでも同様であり、研磨盤Ｔ１上に貼り付けられた状態の研磨層１４の厚み、ひいては研磨布１０の厚みが把握できる。これにより、ＣＭＰ装置稼動状態でも、研磨布１０の使用可能な状態、研磨布１０の最適な交換時期の管理が期待できる。これにより、研磨能率の維持及び研磨布の浪費防止に寄与する。

また、上記第２実施形態によるＣＭＰ装置２０を利用して、半導体ウェハをＣＭＰ処理する。これにより、少なくともＣＭＰ工程中、ドレス工程中、ＣＭＰ工程後、ドレス工程後のいずれかの段階で研磨盤Ｔ１上における研磨布１０の厚みを把握する。また、研磨布１０の交換時期を最適化する。このようなＣＭＰ工程は、半導体装置の製造方法として、次のような効果が得られる。半導体ウェハの被平坦化処理層は、研磨布の厚みが把握されつつ平坦化される。研磨能率の維持及び研磨布の浪費防止に役立ち、研磨布の使用可能な状態、研磨布の最適な交換時期の管理ができる。これにより、歩留り向上、製造コスト改善が期待できる。

図５は、本発明の第３実施形態に係るＣＭＰ加工用研磨布の要部構成を示す断面図である。
ＣＭＰ加工用研磨布（以下、研磨布）３０は、ＣＭＰ装置の研磨盤Ｔ２に貼り付けられ回転するものである。研磨布３０に、図示しない半導体ウェハにおける被平坦化処理層が回転しながら押し付けられ、化学的機械的研磨により平坦化される。研磨布３０は、粘着層３１、クッション層３２、粘着層３３、研磨層３４が順次に積層された構成となっている。粘着層３１は研磨盤Ｔ２に貼り付けられ、研磨層３４は最上層となっている。

研磨層３４は、スラリー保持のための第１パターン３４１が形成されている。この第１パターン３４１は、溝または穴のパターンを有し、研磨やドレスで研磨層３４の厚さが変わっても同等の平面形状を保つような形態である。パターンは様々考えられ限定されないが、図１１〜図１４のような構成、またはそれらの混載が代表的である。もちろん、溝または穴の密度が異なる形態を採用してもよい。

さらに、研磨層３４は、研磨層厚みモニタ用の第２パターン３４２が形成されている。この第２パターン３４２は、少なくとも研磨層３４の厚さが所定のレベルになるとその平面形状が変化する溝または穴のパターンを有する。第２パターン３４２は、ＣＭＰプロセスに影響しない程度に設けることが重要である。例えば、第２パターン３４２は、研磨層３４中、５％以下の領域を占有する。

この第３実施形態では、第１パターン３４１が研磨層３４の厚さ方向に第１の深さＤ１をもって形成されている。これに対し、第２パターン３４２は、研磨層３４の厚さ方向に、第１の深さＤ１のレベルより小さい第２の深さＤ２をもって形成される溝または穴のパターンを有する。従って、第２パターン３４２は、研磨層３４において深さＤ２より深い領域ではパターンが無くなる。第２パターン３４２は、少なくとも研磨層３４がドレスされる領域内に配されている必要がある。第２パターン３４２は、半導体ウェハが押し付けられ研磨される領域内に配されていることも考えられる。第２パターン３４２は、検出のし易さの観点から、第１パターン３４１外側最外周近傍に設けられる形態が考えられる。

上記第３実施形態の構成によれば、モニタ用の第２パターン３４２は、研磨層３４の厚さが所定のレベルになるとその平面形状が変化する。より具体的には、研磨層３４の厚さが所定のレベルになると第２パターン３４２は消える。これにより、研磨層３４が所定レベルに減った状態をモニタすることができ、研磨布３０の使用可能な状態、研磨布３０の最適な交換時期を把握することができる。これにより、研磨能率の安定させ、また、研磨布３０の早すぎる交換等、研磨布の浪費防止に寄与する。

図６は、本発明の第４施形態に係るＣＭＰ装置の要部構成を示すブロック構成図である。ＣＭＰ装置４０は、前記第３実施形態で示した研磨布３０を配備してＣＭＰ（化学的機械的研磨）工程を達成する。前記第３実施形態と同様の箇所には同一の符号を付して説明する。
ＣＭＰ装置４０は、研磨盤Ｔ２、ウェハキャリア４１、ドレッサ４２、測定機構４３を有する。研磨盤Ｔ２は、研磨布３０が貼り付けられ回転する。ウェハキャリア４１は、半導体ウェハＷａｆを保持し、回転しながらその被平坦化処理層を研磨布３０に接触させる。ウェハＷａｆは、スラリー（図示せず）が供給される研磨布３０に、適当な圧力で化学的かつ機械的に研磨され平坦化される。ドレッサ４２は、研磨布３０の表面状態をドレスし、初期状態に近付ける。測定機構４３は、ＣＣＤカメラ等の光学系４３１、演算処理部４３２、表示部４３３を有する。

測定機構４３は、光学系４３１によって研磨層３４に設けられた第２パターン３４２を捉え、演算処理部４３２にて研磨層３４の厚みを算出する。そして、表示部４３３は、研磨布３０が使用可能な状態であること、あるいは研磨布３０の交換の最適なタイミングが確認、報知できるように、ディスプレイまたは警報発報等の機能が備わっている。

測定機構４３は、研磨布３０にスラリーが供給されウェハキャリア４１の制御によってウェハＷａｆが研磨されている間、ドレッサ４２により研磨布３０のドレスが実施されている間、研磨もドレスも実施されていない間のいずれかの段階で研磨盤Ｔ２上に貼り付けられた研磨布３０の厚みを把握することができる。

図７は、ＣＭＰ装置４０で利用される研磨布３０の要部構成を示す断面図である。スラリー保持用の第１パターン３４１及び研磨層厚みモニタ用の第２パターン３４２が表されている。ここでは、第１パターン３４１及び第２パターン３４２は穴パターンの形態とする。第２パターン３４２は、深さは異なるが、平面形状は第１パターン３４１と同じになっている。

第２パターン３４２は、研磨層３４の厚さがｔ０の初期状態から所定レベルの深さＤ２まで第１パターン３４１と同等の穴径φDiniを有する。つまり、深さＤ１を有する第１パターン３４１は、研磨やドレスにより研磨層３４の厚さが所定レベルの深さＤ２まで減少しても初期状態と同等の穴径（φDini）を保つ。これに対して第２パターン３４２は、研磨層３４の厚さが減少し、所定レベルの深さＤ２に達すると無くなる。

測定機構４３は、研磨またはドレスを伴い回転している研磨布３０、あるいは研磨後またはドレス後の洗浄等で回転している研磨布３０に対し、光学系４３１によって所定タイミングで数箇所の第２パターン３４２を捉える。光学系４３１で得られた画像データは、演算処理部４３２にて、第２パターン３４２の平面形状の変化、つまり、パターンの有無を検出する。この第２パターン３４２の無くなる深さＤ２のポイントを、研磨層３４の寿命（使用不可）の厚みや、寿命警告（あとウェハ１枚または数枚の処理で使用不可）の厚みに設定する。これにより、表示部４３３にて研磨布３０の交換の最適なタイミングが確認できるようになる。

上記第４実施形態による構成によれば、ＣＭＰ装置４０は、研磨布３０及び測定機構４３を装備して研磨布３０の厚みを把握する。すなわち、研磨層３４において、主にウェハの均一な研磨に寄与する第１パターン３４１の他に、研磨層３４の厚さの減少が所定レベルに達すると平面形状が変わる（パターンが消える）第２パターン３４２が配されている。測定機構４３は、第２パターン３４２をモニタすることにより、研磨盤Ｔ２上に貼り付けられた状態の研磨層３４の厚み、ひいては研磨布３０の厚みが把握できる。なお、第２パターン３４２は、穴パターンとして説明したが、溝パターンでも同様であり、研磨盤Ｔ２上に貼り付けられた状態の研磨層３４の厚み、ひいては研磨布３０の厚みが把握できる。これにより、ＣＭＰ装置稼動状態でも、研磨布３０の使用可能な状態、研磨布３０の最適な交換時期の管理が期待できる。これにより、研磨能率の維持及び研磨布の浪費防止に寄与する。

また、上記第４実施形態によるＣＭＰ装置４０を利用して、半導体ウェハをＣＭＰ処理する。これにより、少なくともＣＭＰ工程中、ドレス工程中、ＣＭＰ工程後、ドレス工程後のいずれかの段階で研磨盤Ｔ２上における研磨布３０の厚みを把握する。また、研磨布３０の交換時期を最適化する。このようなＣＭＰ工程は、半導体装置の製造方法として、次のような効果が得られる。半導体ウェハの被平坦化処理層は、研磨布の厚みが把握されつつ平坦化される。研磨能率の維持及び研磨布の浪費防止に役立ち、研磨布の使用可能な状態、研磨布の最適な交換時期の管理ができる。これにより、歩留り向上、製造コスト改善が期待できる。

図８は、本発明の第５実施形態に係るＣＭＰ加工用研磨布の要部構成を示す断面図であり、前記第３実施形態の応用例を示しており、図５と同様の箇所には同一の符号を付して説明する。
前記第３実施形態に比べて、研磨層厚みモニタ用の第２パターン３４２の種類を複数設けている。ここでは、第２パターン３４２ａ，３４２ｂとし、研磨層３４の厚さ方向に、第１の深さＤ１のレベルより小さい第２の深さをＤ２ａ，Ｄ２ｂと段階的に設けている。その他の構成は第３実施形態と同様である。

上記第５実施形態の構成によれば、モニタ用の第２パターン３４２ａ，３４２ｂは、研磨層３４の残りの厚さレベルによって、パターン３４２ａは消え、パターン３４２ｂは存在する、パターン３４２ａも３４２ｂも消えるといった状態をモニタすることができる。、研磨布３０の使用可能な状態、研磨布３０の最適な交換時期を把握することができる。このように、数種類の段階的な深さをもってモニタ用の第２パターンを設けた研磨布３０をＣＭＰ装置４０に採用すれば、研磨層３４の寿命（使用不可）の厚みはもとより、寿命警告（あとウェハ１枚または数枚の処理で使用不可）の厚みを把握するなど、より詳細なモニタが容易となる。これにより、研磨布３０の交換の最適なタイミングが確認できるようになる。

図９は、本発明の第６実施形態に係るＣＭＰ加工用研磨布の要部構成を示す断面図である。
ＣＭＰ加工用研磨布（以下、研磨布）６０は、ＣＭＰ装置の研磨盤Ｔ３に貼り付けられ回転するものである。研磨布６０は、前記第１の実施形態、第３の実施形態における研磨層１４、３４の構成を混載させた研磨層６４を有した形態となっている。モニタ用の第２パターン６４２は、スラリー保持用の第１パターン６４１より深さが小さい所定レベルの深さＤ３を有する。さらに、側壁は傾斜して研磨層６４の厚みの減少に応じて平面形状が変わり、Ｄ３に到達するまで研磨層６４の減り具合が把握できるようになっている。その他の構成は同様であるので、前記図１と同一の符号を付し、説明は省略する。研磨布６０は、第１の実施形態及び第３の実施形態で説明した機能を併せ持つことができる。

研磨布６０を配備したＣＭＰ装置は図示しないが、前記第２の実施形態、第４の実施形態における測定機構２３、４３と同様の機能を発揮して、研磨盤Ｔ３上に貼り付けられた状態の研磨層６４の厚み、ひいては研磨布６０の厚みが把握できる。これにより、ＣＭＰ装置稼動状態でも、研磨布６０の使用可能な状態、研磨布６０の最適な交換時期の管理が期待できる。これにより、研磨能率の維持及び研磨布の浪費防止に寄与する。

図１０は、本発明の第７実施形態に係るＣＭＰ加工用研磨布の要部構成を示す断面図である。
ＣＭＰ加工用研磨布（以下、研磨布）７０は、ＣＭＰ装置の研磨盤Ｔ４に貼り付けられ回転するものである。研磨布７０は、前記第１の実施形態、第３の実施形態における研磨層１４、３４の構成を混載させた研磨層７４を有した形態となっている。モニタ用の第２パターン７４２は、スラリー保持用の第１パターン７４１より深さが小さい所定レベルの深さＤ４を有する。さらに、側壁は傾斜して研磨層７４の厚みの減少に応じて平面形状が変わり、Ｄ４に到達するまで研磨層７４の減り具合が把握できるようになっている。その他の構成は同様であるので、前記その他の構成は図１と同一の符号を付し、説明は省略する。研磨布７０は、第１の実施形態及び第３の実施形態で説明した機能を併せ持つことができる。

研磨布７０を配備したＣＭＰ装置は図示しないが、前記第２の実施形態、第４の実施形態における測定機構２３、４３と同様の機能を発揮して、研磨盤Ｔ４に貼り付けられた状態の研磨層７４の厚み、ひいては研磨布７０の厚みが把握できる。これにより、ＣＭＰ装置稼動状態でも、研磨布７０の使用可能な状態、研磨布７０の最適な交換時期の管理が期待できる。これにより、研磨能率の維持及び研磨布の浪費防止に寄与する。

以上説明したように本発明によれば、研磨布最上層の研磨層にスラリー保持用の第１パターンに加え、要所に研磨層厚みモニタ用の第２パターンが配されている。これにより、研磨層の所定の厚みがモニタでき、研磨布の使用可能な状態、研磨布の最適な交換時期を把握することができ、無駄を無くすることができる。また、ＣＭＰ装置に第２パターンをモニタする測定機構を設ける。これにより、磨盤上における研磨布の厚みを把握しておくことができる。装置稼動状態でも、研磨布の使用可能な状態、研磨布の最適な交換時期の管理が期待できる。これにより、研磨能率の維持及び研磨布の浪費防止に寄与する。この結果、ウェハ研磨またはドレス工程による研磨層の厚さ変化をモニタすることのできるＣＭＰ加工用研磨布、ＣＭＰ装置並びに半導体装置の製造方法を提供することができる。

第１実施形態に係るＣＭＰ加工用研磨布の要部構成を示す断面図。 第２実施形態に係るＣＭＰ装置の要部構成を示すブロック構成図。 図２のＣＭＰ装置で利用される研磨布の要部構成を示す断面図。 図２のＣＭＰ装置における研磨布の使用経過に伴う特性図。 第３実施形態に係るＣＭＰ加工用研磨布の要部構成を示す断面図。 第４施形態に係るＣＭＰ装置の要部構成を示すブロック構成図。 図６のＣＭＰ装置で利用される研磨布の要部構成を示す断面図。 第５実施形態に係るＣＭＰ加工用研磨布の要部構成を示す断面図。 第６実施形態に係るＣＭＰ加工用研磨布の要部構成を示す断面図。 第７実施形態に係るＣＭＰ加工用研磨布の要部構成を示す断面図。 研磨布の表面パターンの代表例を示す第１の平面図。 研磨布の表面パターンの代表例を示す第２の平面図。 研磨布の表面パターンの代表例を示す第３の平面図。 研磨布の表面パターンの代表例を示す第４の平面図。

符号の説明

１０，３０，６０，７０…ＣＭＰ加工用研磨布、１１，１３，３１，３３…粘着層、１２，３２…クッション層，１４，３４，６４，７４…研磨層、１４１，３４１…第１パターン（スラリー保持用パターン）、１４２，３４２…第２パターン（研磨層厚みモニタ用のパターン）、２０，４０…ＣＭＰ装置、２１，４１…ウェハキャリア、２２，４２…ドレッサ、２３，４３…測定機構、２３１，４３１…光学系、２３２，４３２…演算処理部、２３３，４３３…表示部、Ｗａｆ…半導体ウェハ、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４…研磨盤。

Claims (12)

1. 半導体ウェハにおける被平坦化処理層を化学的機械的研磨により平坦化するＣＭＰ加工用研磨布に関し、
   最上層の研磨層に設けられた少なくともスラリー保持のための第１パターンと、
   前記研磨層の一部領域に設けられた少なくとも前記研磨層の厚さに応じて平面形状が変化するモニタ用の第２パターンと、
   を含むＣＭＰ加工用研磨布。
2. 半導体ウェハにおける被平坦化処理層を化学的機械的研磨により平坦化するＣＭＰ加工用研磨布に関し、
   研磨盤に貼り付ける第１の粘着層と、
   前記第１の粘着層上に設けられたクッション層と、
   前記クッション層上に設けられた第２の粘着層と、
   前記第２の粘着層上に設けられた研磨層と、
   前記研磨層に設けられた少なくともスラリー保持のための第１パターンと、
   前記研磨層の一部領域に設けられた少なくとも前記研磨層の厚さに応じて平面形状が変化するモニタ用の第２パターンと、
   を含むＣＭＰ加工用研磨布。
3. 前記第１パターンは、前記研磨層の厚さが変わっても同等の平面形状を保つ溝または穴のパターンを有し、前記第２パターンは、前記研磨層の厚さの減少に応じて平面形状が小さくなる溝または穴のテーパーパターンを有する請求項１または２記載のＣＭＰ加工用研磨布。
4. 半導体ウェハにおける被平坦化処理層を化学的機械的研磨により平坦化するＣＭＰ加工用研磨布に関し、
   最上層の研磨層に設けられた少なくともスラリー保持のための第１パターンと、
   前記研磨層の一部領域に設けられた少なくとも前記研磨層の厚さが所定のレベルになると平面形状が変化するモニタ用の第２パターンと、
   を含むＣＭＰ加工用研磨布。
5. 半導体ウェハにおける被平坦化処理層を化学的機械的研磨により平坦化するＣＭＰ加工用研磨布に関し、
   研磨盤に貼り付ける第１の粘着層と、
   前記第１の粘着層上に設けられたクッション層と、
   前記クッション層上に設けられた第２の粘着層と、
   前記第２の粘着層上に設けられた研磨層と、
   前記研磨層に設けられた少なくともスラリー保持のための第１パターンと、
   前記研磨層の一部領域に設けられた少なくとも前記研磨層の厚さが所定のレベルになると平面形状が変化するモニタ用の第２パターンと、
   を含むＣＭＰ加工用研磨布。
6. 前記第１パターンは、前記研磨層の厚さ方向に第１の深さをもって形成される溝または穴のパターンを有し、前記第２パターンは、前記研磨層の厚さ方向に前記第１の深さのレベルより小さい第２の深さをもって形成される溝または穴のパターンを有する請求項５記載のＣＭＰ加工用研磨布。
7. 前記第１パターンは、前記研磨層の厚さ方向に第１の深さをもって形成される溝または穴のパターンを有し、前記第２パターンは、前記研磨層の厚さ方向に前記第１の深さのレベルより小さい数種類の段階的な深さをもって形成される溝または穴のパターンを有する請求項５記載のＣＭＰ加工用研磨布。
8. 前記第２パターンは、少なくとも前記研磨層のドレス領域に含まれ、前記第１パターン外側最外周近傍に設けられている請求項１〜７いずれか一つに記載のＣＭＰ加工用研磨布。
9. 半導体ウェハにおける被平坦化処理層を化学的機械的研磨により平坦化するＣＭＰ装置に関し、
   研磨布が配された研磨盤と、
   前記半導体ウェハを保持しそのウェハ表面を研磨布に接触させるウェハキャリアと、
   前記研磨布の表面状態をドレスするドレッサと、
   前記研磨布にスラリーが供給され前記ウェハキャリアの制御によって前記半導体ウェハが研磨されている間、前記ドレッサにより前記研磨布のドレスが実施されている間、研磨もドレスも実施されていない間のいずれかの段階で前記研磨盤上における前記研磨布の厚みを把握する測定機構と、
   を含むＣＭＰ装置。
10. 半導体ウェハにおける被平坦化処理層を化学的機械的研磨により平坦化するＣＭＰ装置に関し、
    研磨布が配された研磨盤と、
    前記半導体ウェハを保持しそのウェハ表面を研磨布に接触させるウェハキャリアと、
    前記研磨布の表面状態をドレスするドレッサと、
    前記研磨布にスラリーが供給され前記ウェハキャリアの制御によって前記半導体ウェハが研磨されている間、前記ドレッサにより前記研磨布のドレスが実施されている間、研磨もドレスも実施されていない間のいずれかの段階で前記研磨盤上における前記研磨布の厚みを把握する測定機構と、を含み、
    前記研磨布における最上層の研磨層に、前記測定機構でモニタ用として使われる前記研磨層の厚さに応じて平面形状が変わる溝または穴のパターンを有することを特徴とするＣＭＰ装置。
11. 半導体ウェハにおける被平坦化処理層を化学的機械的研磨により平坦化するＣＭＰ装置に関し、
    研磨布が配された研磨盤と、
    前記半導体ウェハを保持しそのウェハ表面を研磨布に接触させるウェハキャリアと、
    前記研磨布の表面状態をドレスするドレッサと、
    前記研磨布にスラリーが供給され前記ウェハキャリアの制御によって前記半導体ウェハが研磨されている間、前記ドレッサにより前記研磨布のドレスが実施されている間、研磨もドレスも実施されていない間のいずれかの段階で前記研磨盤上における前記研磨布の厚みを把握する測定機構と、を含み、
    前記研磨布における最上層の研磨層に、前記測定機構でモニタ用として使われる前記研磨層の厚さが所定レベルになると平面形状が変わる溝または穴のターンを有することを特徴とするＣＭＰ装置。
12. 半導体ウェハにおける被平坦化処理層が研磨盤で回転する研磨布により化学的かつ機械的に研磨され平坦化されるＣＭＰ工程と、
    前記ＣＭＰ工程を改善するための前記研磨布のドレス工程と、を含み、
    少なくとも前記ＣＭＰ工程中、前記ドレス工程中、前記ＣＭＰ工程後、前記ドレス工程後のいずれかの段階で前記研磨盤上における前記研磨布の厚みを把握し、前記研磨布の交換時期を最適化することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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