JP2008068338A - 研磨装置、研磨方法、および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨パッドの交換時期を適切に把握することができる研磨装置を提供すること。
【解決手段】ＣＭＰ装置は、研磨パッド１３が貼り付けられた、回転する定盤１１と、ウェーハＷを前記研磨パッド１３に押圧して、当該ウェーハＷの表面を研磨する研磨ヘッド２０と、前記ウェーハＷの研磨工程における前記研磨パッド１３の表面温度を検出する赤外線式温度計５０と、前記赤外線式温度計５０によって検出される前記研磨パッド１３の表面温度に基づき、前記ウェーハＷを研磨することで前記研磨パッド１３に蓄積される積算蓄積温度Ａｎを算出する制御装置８０と、前記制御装置８０によって算出された前記積算蓄積温度Ａｎに基づき、前記研磨パッド１３の交換時期を報知する報知装置７０とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ；以下「ＣＭＰ」とする）によってウェーハなどの研磨対象を研磨する研磨装置、研磨方法、および半導体装置の製造方法に関する。

近年、半導体装置の製造において、フォトの露光マージンを確保するために、ＣＭＰによってウェーハなどの半導体装置の表面を平坦化することが必須となってきている。

ＣＭＰで使用されるＣＭＰ装置は、研磨パッドが貼り付けられたテーブルと、ウェーハを研磨パッドに押圧する研磨ヘッドと、研磨パッドにスラリを供給するスラリ供給ノズルなどを備える。

ウェーハの研磨では、先ずテーブルが所定方向に回転され、その表面に貼り付けられた研磨パッドに対して、スラリ供給ノズルからスラリが供給される。そして、供給されたスラリが遠心力によって研磨パッドの全体に広がったら、研磨ヘッドによってウェーハが研磨パッドに押圧され、ウェーハの表面研磨が開始される。

ところで、研磨パッドは、長期にわたり使用されると、特性が劣化して、ウェーハに欠陥が発生することが知られている。したがって、従来のＣＭＰ装置では、所定期間ごとに研磨パッドの貼り換えが行われていた。

従来から存在する研磨パッドの品質管理法としては、研磨パッドの粘弾性を動的に測定して、その測定結果に基づき、研磨パッドの交換時期を見極める品質管理法が開示されている（例えば、特許文献１を参照。）。
特開２００４−２２８２６５号公報

ところで、近年のデバイスの製造工程では、３００ｍｍウェーハの量産に伴い、致命的な問題が発生している。すなわち、３００ｍｍウェーハの研磨枚数が２００枚を超えたあたりから、ウェーハにマイクロスクラッチなどの欠陥が増加してしまい、製品の歩留まりが大きく低下する、という問題である。

図１０はマイクロスクラッチが発生した層間絶縁膜の平面図、図１１はマイクロスクラッチが発生した層間絶縁膜の図１０中Ｆ１１−Ｆ１１における断面図である。多数のコンタクトが形成されるトランジスタ上の層間絶縁膜にマイクロスクラッチが発生すると、マイクロスクラッチの内部にタングステンなどのコンタクト材料が侵入してしまい、図１０、図１１に示すように、コンタクト間におけるショートの原因となる。したがって、これまでの３００ｍｍウェーハの量産では、製品歩留まりの低下を見越して、早々と研磨パッドを交換する必要があった。

実際、検査装置を使用して０．１２（μｍ）以上のマイクロスクラッチを検査したところ、研磨パッドが交換された直後は、ウェーハ１枚あたり１０個程度であったのに対して、３００ｍｍウェーハの研磨枚数が２００枚を超えると、ウェーハ１枚あたり１００個以上、多いと５００〜６００個程度も発見された。

本発明は、研磨パッドの交換時期を適切に把握することができる研磨装置、研磨方法、および半導体装置の製造方法を提供する。

本発明における研磨装置、研磨方法、および半導体装置の製造方法は、以下のように構成されている。
（１）研磨装置は、研磨パッドが貼り付けられた、回転するテーブルと、研磨対象を前記研磨パッドに押圧して、当該研磨対象の表面を研磨する研磨ヘッドと、前記研磨対象の研磨工程における前記研磨パッドの温度を検出する検出装置と、前記検出装置によって検出される前記研磨パッドの温度に基づき、前記研磨対象を研磨することで前記研磨パッドに蓄積される温度情報を算出する算出装置と、前記算出装置によって算出された前記温度情報に基づき、前記研磨パッドの交換時期を報知する報知装置とを備える。
（２）研磨方法は、研磨対象を研磨パッドに押圧して、当該研磨対象の表面を研磨する工程と、前記研磨対象の研磨工程における前記研磨パッドの温度を検出する工程と、前記研磨パッドの温度に基づき、前記研磨対象を研磨することで前記研磨パッドに蓄積される温度情報を算出する工程と、前記研磨パッドに蓄積された前記温度情報に基づき、前記研磨パッドを交換する工程とを備える。
（３）半導体装置の製造方法は、基板に形成された膜を研磨パッドに押圧して、当該膜の表面を研磨する研磨工程を含んだ半導体装置の製造方法において、前記研磨工程は、前記膜の前記研磨工程における前記研磨パッドの温度を検出する工程と、前記研磨パッドの温度に基づき、前記膜を研磨することで前記研磨パッドに蓄積される温度情報を算出する工程と、前記研磨パッドに蓄積された温度情報に基づき、前記研磨パッドを交換する工程とを備える。

本発明によれば、研磨パッドの交換時期を適切に把握することができる。

以下、図１−図９を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。
（ＣＭＰ装置の構成）
図１は本発明の一実施形態にかかるＣＭＰ装置の断面図、図２は同実施形態にかかるＣＭＰ装置の平面図である。図１、図２に示すように、本実施形態にかかるＣＭＰ装置は、研磨テーブル１０と、研磨ヘッド２０と、駆動装置３０と、スラリ供給ノズル４０と、赤外線式温度計（検出装置）５０と、目立て装置６０と、報知装置７０と、制御装置（算出装置）８０と、記憶装置９０とを備える。

研磨テーブル１０は、主として、定盤（テーブル）１１と被駆動軸１２とで構成される。定盤１１の上面には研磨パッド１３が配設されている。研磨パッド１３は、定盤１１に対して両面テープ（図示しない）などによって着脱可能に貼り付けられている。研磨パッド１３の表面には、全体にわたり同心円状の複数の溝（図示しない）が形成されている。溝は、研磨パッド１３に凹凸を形成して、研磨パッド１３の表面に研磨機能を与えるものである。研磨パッド１３の素材は、特に限定されるものではないが、本実施形態では、熱硬化性の発砲ポリウレタンが使用されている。また、研磨パッド１３に形成される溝の形状についても、まったく限定されるものではない。例えば、格子状であっても構わない。被駆動軸１２は、定盤１１の下面中心に連結されている。

駆動装置３０は、制御装置８０からの指示に基づき、被駆動軸１２を所定方向に回転させる。これにより、研磨テーブル１０の定盤１１に貼り付けられた研磨パッド１３は、被駆動軸１２と共に所定方向に回転することになる。

研磨ヘッド２０は、主として、キャリア２１とリテーナリング２２とで構成される。キャリア２１は、駆動装置（図示しない）によって水平方向および上下方向に駆動される。さらに、キャリア２１は、駆動装置によって所定方向に回転される。リテーナリング２２は、キャリア２１の下面における周縁部分に、キャリア２１と同軸に固定されていて、その内側にはウェーハ（半導体装置）Ｗを保持するためのスペースが形成されている。従って、キャリア２１が研磨テーブル１０の上方に配置されると、リテーナリング２２の内側に保持されたウェーハＷは、研磨テーブル１０の研磨パッド１３と対向することとなる。

スラリ供給ノズル４０は、研磨パッド１３の上方に配置されていて、必要に応じて研磨パッド１３の上面にスラリＬを供給する。スラリ供給ノズル４０から吐出されたスラリＬは、研磨テーブル１０の遠心力によって研磨パッド１３の全体に広がる。スラリＬの種類は、特に限定されるものではないが、例えばシリカを含むアルカリ性溶液が使用される。

赤外線式温度計５０は、研磨テーブル１０の上方に配置されていて、制御装置８０からの指示に基づき、研磨パッド１３における規定位置Ｐ、すなわち研磨ヘッド２０の近傍であって、かつ、研磨ヘッド２０に対して研磨テーブル１０の回転方向の下流となる位置の表面温度を検出する。

なお、本実施形態では、赤外線式温度計５０が研磨ヘッド２０と別体となっているが、研磨ヘッド２０に固定されていても良い。赤外線式温度計５０が研磨ヘッド２０に固定されていれば、研磨パッド１３が大きく揺動しても、温度検出をする位置が研磨パッド１３における規定位置Ｐからずれることがない。さらに、本実施形態では、研磨パッド１３の表面温度を検出するために、赤外線式温度計５０が使用されているが、本発明は、これに限定されるものではない。

目立て装置６０は、主として、装置本体６１と目立て部材６２とで構成される。装置本体６１は、目立て部材６２を水平方向および上下方向に駆動して、目立て部材６２の下面部分を研磨パッド１３に押し付ける。目立て部材６２は、円盤状に形成されていて、その下面部分には、ダイヤモンド製の目立て材（図示しない）が配設されている。したがって、研磨パッド１３に形成された溝が磨耗によって浅くなっても、装置本体６１によって目立て部材６２が研磨パッド１３に押し付けられ、研磨パッド１３の上面に再び深い溝が復元される。

報知装置７０は、制御装置８０からの指示に従って、研磨パッド１３の交換サインを作業者に報知する。交換サインの報知形態としては、特に限定されるものではないが、モニタ表示やアラームなどが考えられる。

制御装置８０は、ＣＭＰ装置に含まれる複数の構成要素を制御している。ここでは、制御装置８０が制御している複数の構成要素のうち、いくつかのものだけを説明する。例えば、制御装置８０は、ウェーハＷの研磨が開始されると同時に、赤外線式温度計５０に研磨パッド１３の表面温度の検出を開始させる。また、制御装置８０は、赤外線式温度計５０によって検出された研磨パッド１３の表面温度が５０℃を超えている期間だけ、検出された研磨パッド１３の表面温度を時間積分して、ウェーハＷ１枚あたり研磨パッド１３に蓄積される蓄積温度（後述する）を算出する。さらに、制御装置８０は、ウェーハＷ１枚あたり研磨パッド１３に蓄積される蓄積温度を積算して、供給される複数枚のウェーハＷを研磨することで研磨パッド１３に蓄積される積算蓄積温度（後述する）を算出する。また、制御装置８０は、研磨パッド１３の積算蓄積温度と、事前に設定された積算限界温度（後述する）とを比較して、積算蓄積温度が積算限界温度を超えた時点で、報知装置７０に研磨パッド１３の交換サインを報知させる。

記憶装置９０は、ウェーハＷ１枚を研磨するごとに、制御装置８０によって算出された、当該ウェーハ１枚あたり研磨パッド１３に蓄積される蓄積温度を記憶する。さらに、記憶装置９０は、事前に設定された積算限界温度（℃ｓｅｃ）を記憶している。
（基本原理）
ここで、本実施形態における３００ｍｍウェーハの研磨における基本原理について、発明者が行った実験結果を参照しながら説明する。

発明者は、従来から存在するＣＭＰ装置で３００ｍｍウェーハを実際に研磨して、研磨条件と研磨結果との関係について検討してみた。ここでは、２種類の研磨条件１、２と、
それぞれの研磨結果について紹介する。

先ず、研磨条件１から説明する。図３は同実施形態にかかる研磨条件１の下での３００
ｍｍウェーハの研磨枚数と製品歩留まりとの関係を示すグラフである。なお、図３において、横軸は研磨枚数を示し、縦軸は製品歩留まりを示している。図３を見ると、ウェーハの研磨枚数が２００枚を超えたあたりから、製品歩留まりが急激に低下していることがわかる。なお、ウェーハ１枚あたりの研磨時間は７５秒であった。

研磨条件１は、以下のとおりである。

研磨圧力：２８０ｇ重／ｃｍ² 、
研磨ヘッドの回転数：９８回転／分、
研磨テーブルの回転数：１１０回転／分、
スラリの供給量：０．２リットル／分、
スラリのタイプ：Ｃａｂｏｔ社製ＳＳ２５を純水で１：１に希釈したもの。

次に、研磨条件２について説明する。図４は同実施形態にかかる研磨条件２の下での３
００ｍｍウェーハの研磨枚数と製品歩留まりとの関係を示すグラフである。なお、図４において、横軸と縦軸とが示すものは、図３のものと同じである。図４を見ると、ウェーハＷの研磨枚数が増加しても、製品歩留まりが全く低下しないことがわかる。なお、ウェーハ１枚あたりの研磨時間は１００秒であった。

研磨条件２は、以下のとおりである。

研磨圧力：２８０ｇ重／ｃｍ² 、
研磨ヘッドの回転数：６０回転／分、
研磨テーブルの回転数：６５回転／分、
スラリの供給量：０．２リットル／分、
スラリのタイプ：Ｃａｂｏｔ社製ＳＳ２５を純水で１：１に希釈したもの。

ここで、研磨条件１、２を比較して頂きたい。研磨ヘッドや研磨テーブルの回転数のほ
かは、研磨条件がまったく同じであることがわかる。このことから、３００ｍｍウェーハの研磨において、研磨枚数が増加したときに製品歩留まりに差異が生じるのは、研磨ヘッドや研磨テーブルの回転数の違いに原因があることが明らかとなった。そこで、発明者は、研磨ヘッドや研磨テーブルの回転数が研磨パッドに与える影響について検討して、以下の考えに到達した。

すなわち、研磨ヘッドや研磨テーブルの回転数の増加は、研磨ヘッドとウェーハとの摩擦を促し、研磨パッドの温度を上昇させて、研磨パッドを熱的に劣化させる。これが、製品歩留まりを低下させる、という考えである。

このことは、ウェーハのサイズが２００ｍｍから３００ｍｍに拡大したことで製品歩留まりが低下したことからも、正当性が高いといえる。すなわち、ウェーハのサイズが拡大すれば、研磨ヘッドの回転数が同じであっても、ウェーハの周縁付近における速度は大きくなる。その結果、研磨パッドは、強く摩擦され、研磨パッドの温度が上昇し、熱的に劣化する。これが、製品歩留まりの低下を招いた、ということである。

これを踏まえ、発明者は、研磨条件１、２の下で３００ｍｍウェーハを研磨しながら、
研磨パッドの表面温度を測定した。研磨パッドの表面温度の測定装置としては、赤外線式温度計を使用した。赤外線式温度計は、ウェーハとの接触状態から開放された直後の研磨パッドの表面温度を測定するために、研磨ヘッドの近傍であって、かつ、研磨パッドを基準として研磨テーブルの回転方向の下流となる位置にセットした。

図５は同実施形態にかかる３００ｍｍウェーハの研磨時間と研磨パッドの表面温度との関係を示すグラフである。図５において、温度カーブ１は、研磨条件１の下で測定された
ウェーハ１枚分の温度変化であって、温度カーブ２は、研磨条件２の下で測定されたウェ
ーハ１枚分の温度変化である。なお、１枚のウェーハの研磨が終了すると、研磨パッドの上面には純水が供給され、研磨パッドの表面温度は、常温、例えば２３℃まで低下することになる。

図５を見ると、研磨条件１の下では、ウェーハの研磨を開始してから３０秒経過した時
点で、研磨パッドの表面温度が６０℃近くまで達しているが、研磨条件２の下では、研磨
開始から１００秒経過しても、研磨パッドの表面温度は、４５℃にも達していないことがわかる。しかも、研磨条件２の下では、図４に示すように、ウェーハの研磨枚数が増加し
ても製品歩留まりが低下しない。以上のことから、研磨パッドの表面温度が特定の温度以上になると、研磨パッドが熱的に劣化して、製品歩留まりが低下する、と考えられる。本実施形態では、特定の温度として「５０℃」を採用した。

図６は同実施形態にかかる３００ｍｍウェーハを研磨条件１と研磨条件２とで１ロット
ずつ交互に研磨したときの研磨枚数と製品歩留まりとの関係を示すグラフである。なお、１ロットは、ウェーハ２５枚である。

図６を見ると、ウェーハの研磨枚数が４００枚のあたりから製品歩留まりの低下がはじまることがわかる。すなわち、研磨条件１の下での研磨枚数と、研磨条件２の下での研磨
枚数がそれぞれ２００枚に到達したあたりから、製品歩留まりの低下が始まることがわかる。

このことから、研磨条件２の下での研磨枚数は製品歩留まりに何ら影響を与えないこと
が確認された。すなわち、研磨パッドの表面温度が５０℃以上になる研磨条件１の下での
研磨枚数だけが製品歩留まりに影響を与えることが明らかとなった。

そこで、研磨パッドの表面温度が５０℃以上となっている期間に限定して研磨パッドの表面温度を時間積分し、その積分結果と製品歩留まりとを比較した。

図７は同実施形態にかかる研磨条件１の下で３００ｍｍウェーハを研磨したときの研磨
時間と研磨パッドの表面温度との関係を示すグラフである。すなわち、図７における温度カーブは、図５における温度カーブ１に等しい。

本実施形態では、研磨パッドの表面温度を時間積分するために、図７における温度カーブを数式で表現することにした。近似方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、最小二乗法を利用して温度カーブを５次で近似すると、
Ｙ＝（２×１０^-8）Ｘ⁵ −（６×１０^-6）Ｘ⁴ ＋（８×１０^-4）Ｘ³ −（５．５×１０^-2）Ｘ² ＋１．９６Ｘ＋２５．３
が得られる。以下、この数式を［数１］とする。

［式１］において、Ｙは、研磨パッドの表面温度であって、Ｘは、研磨時間である。なお、温度カーブと［数１］との相関関係の程度を表す相関係数Ｒ２は、Ｒ２＝０．９９９２である。これにより、［式１］が図７に示す温度カーブに非常に良く近似されていることがわかる。

次に、［式１］を時間積分すると、
Ｚ＝（２×１０^-8／６）Ｘ⁶ −（６×１０^-6／５）Ｘ⁵ ＋（８×１０^-4／４）Ｘ⁴ −（５．５×１０^-2／３）Ｘ³ ＋（１．９６／２）Ｘ² ＋２５．３Ｘ
が得られる。以下、この数式を［数２］とする。

［式２］において、Ｚは、研磨パッドの表面温度の時間積分である。従って、［式２］に実際の研磨時間を代入すれば、研磨パッドの表面温度の時間積分が具体的に求められる。

ところで、本実施形態では、研磨パッドの表面温度が５０℃以上となる期間に着目している。そのため、先ず［式２］に研磨が完了する研磨時間７５（ｓｅｃ）を代入して、ウェーハの研磨が開始してから完了するまでの時間積分Ｉ１を算出した。次に、［式２］に研磨パッドの表面温度が５０℃に到達する研磨時間３５（ｓｅｃ）を代入して、ウェーハの研磨が開始してから研磨パッドの表面温度が５０℃に到達するまでの時間積分Ｉ２を算出した。そして最後に、時間積分Ｉ１から時間積分Ｉ２を差し引いて、研磨パッドの表面温度が５０℃以上となっている期間の時間積分Ｉ３を算出した。その結果、得られた時間積分Ｉ３は、２１８６（℃ｓｅｃ）であった。

さらに、研磨条件２の下での研磨結果から、５０℃未満の領域は特に影響が無いものと
考え、得られた時間積分Ｉ３、すなわち２１８６から、５０度未満の時間積分Ｉ４、すなわち５０×（７５−３５）＝２０００（℃ｓｅｃ）を差し引いて、５０℃以上の領域だけを抽出した。こうして得られた時間積分Ｉ５は、１８６（℃ｓｅｃ）である。なお、時間積分Ｉ５は、図７における斜線領域に相当している。

つまり、以上の計算によって得られた１８６（℃ｓｅｃ）は、研磨条件１の下で３００
ｍｍウェーハを研磨したときに、ウェーハ１枚あたり研磨パッドに蓄積される温度影響である、と言い換えることができる。以下、ウェーハ１枚あたり研磨パッドに蓄積される温度影響を「蓄積温度（℃ｓｅｃ）」と呼ぶこととする。なお、「蓄積温度（℃ｓｅｃ）」は、本願発明における研磨別温度情報に相当するものである。

ところで、研磨条件１の下では、図３に示すように、ウェーハの研磨枚数が２００枚あ
たりから製品歩留まりの低下がはじまる。このことから、発明者は、研磨パッドに蓄積される蓄積温度の積算が１８６（℃）×２００（枚）＝３７２００（℃ｓｅｃ）に到達すると、製品歩留まりの低下がはじまる、と考えた。以下、研磨パッドに蓄積される蓄積温度の積算を「積算蓄積温度（℃ｓｅｃ）」と呼ぶこととする。

以上の検討結果を踏まえ、発明者は、ウェーハの研磨が１枚ずつ終了するたびに、研磨パッドに蓄積される蓄積温度（℃ｓｅｃ）を積算してゆき、積算蓄積温度が３７２００（℃ｓｅｃ）を超えた時点で、研磨パッドを交換することにした。
（研磨作業の流れ）
次に、図１、図８を参照しながら、本実施形態における３００ｍｍウェーハの研磨作業の流れについて説明する。図８は同実施形態にかかる３００ｍｍウェーハの研磨作業の流れ図である。なお、本実施形態では、研磨対象として、ウェーハに作り込まれたトランジスタ上の層間絶縁膜を想定している。層間絶縁膜の材料としては、例えばＳｉＯ₂ などが採用される。

３００ｍｍウェーハの研磨工程が開始されると、先ず、未研磨の複数枚の３００ｍｍウェーハから１枚目のウェーハがピックアップされ、研磨ヘッド２０のリテーナリング２２の内側にセットされる。

これとは別に、駆動装置３０によって研磨テーブル１０が所定方向に回転され、研磨パッド１３の上面にスラリ供給ノズル４０から所定分量のスラリＬが供給される。なお、研磨パッド１３は、貼り付けられたばかりの未使用のものである。

次に、３００ｍｍウェーハＷを保持した研磨ヘッド２０は、駆動装置（図示しない）によって所定方向に高速回転され、研磨パッド１３の上方に搬送されたのち、ゆっくりと下降する。すると、リテーナリング２２に保持されているウェーハＷは、研磨パッド１３の表面に所定圧力で押圧され、ウェーハの表面研磨が開始される。

ウェーハＷが研磨パッド１３の表面に接触すると、赤外線式温度計５０は、制御装置８０からの指示に従って、研磨パッド１３の表面温度の検出を開始する（ステップＳ１）。なお、赤外線式温度計５０が検出するのは、前述したとおり、研磨パッド１３の規定位置Ｐ、すなわち研磨ヘッド２０の近傍であって、かつ、研磨ヘッド２０を基準として研磨テーブル１０の下流となる位置である。すなわち、赤外線式温度計５０は、ウェーハＷとの接触状態が開放された直後の研磨パッド１３の表面温度を検出している。なお、ウェーハＷの研磨が進んでゆくと、ウェーハＷと研磨パッド１３との摩擦によって、研磨パッド１３の表面温度は上昇することになる。

赤外線式温度計５０によって検出された研磨パッド１３の表面温度は、リアルタイムで制御装置８０に送られる。そして、１枚目のウェーハＷの研磨が終了した時点で、制御装置８０に含まれる処理部（図示しない）によって、研磨パッド１３の表面温度の温度カーブの近似式が作成される（ステップＳ２）。そして、作成された温度カーブの近似式を利用して、研磨パッド１３の表面温度が時間積分される（ステップＳ３）。ここでの積分時間は、前述のとおり、研磨パッド１３の表面温度が５０℃以上である期間だけで良い。これにより、１枚目のウェーハＷの研磨によって研磨パッド１３に蓄積された蓄積温度ａ１（℃ｓｅｃ）が算出される。

１枚目のウェーハＷの研磨によって研磨パッド１３に蓄積された蓄積温度ａ１（℃ｓｅｃ）は、記憶装置９０に記憶されるとともに、積算蓄積温度Ａ１とみなされる。なお、研磨が終了した１枚目のウェーハＷは、速やかに研磨ヘッド２０から取り外され、事前に定められた箇所に搬送される。

次に、研磨パッド１３に蓄積された積算蓄積温度Ａ１は、事前に設定された積算限界温度（℃ｓｅｃ）と比較される（ステップＳ４）。そして、積算蓄積温度Ａ１（℃ｓｅｃ）が積算限界温度（℃ｓｅｃ）を超えていなければ（ステップＳ４のＮｏ）、研磨ヘッド２０のリテーナリング２２の内側に２枚目の３００ｍｍウェーハＷが供給され、次のウェーハＷの研磨が開始される。

２枚目のウェーハＷは、１枚目のウェーハＷと同じ要領で研磨され、そのうえで、蓄積温度ａ２（℃ｓeｃ）が算出される。従って、ここでは説明を割愛することとする。

２枚目のウェーハＷの研磨によって研磨パッド１３に蓄積された蓄積温度ａ２（℃ｓｅｃ）は、記憶装置９０に記憶されるとともに、１枚目のウェーハＷの研磨によって研磨パッド１３に蓄積された積算蓄積温度Ａ１（℃ｓｅｃ）に積算される。従って、２枚目のウェーハＷの研磨が終了すると、１枚目のウェーハＷの研磨による蓄積温度ａ１（℃ｓｅｃ）と、２枚目のウェーハＷの研磨による蓄積温度ａ２（℃ｓｅｃ）との積算である積算蓄積温度Ａ２（℃ｓｅｃ）が算出される。すなわち、２枚目のウェーハＷの研磨が終了した時点では、トータルで積算蓄積温度Ａ２（℃ｓｅｃ）が研磨パッド１３に蓄積されたことになる。

次に、研磨パッド１３に蓄積された積算蓄積温度Ａ２（℃ｓｅｃ）は、事前に設定された積算限界温度（℃ｓｅｃ）と比較される（ステップＳ４）。そして、積算蓄積温度Ａ２（℃ｓｅｃ）が積算限界温度（℃ｓｅｃ）を超えていなければ（ステップＳ４のＮｏ）、研磨ヘッド２０のリテーナリング２２の内側に３枚目の３００ｍｍウェーハＷが供給され、次のウェーハＷの研磨が開始される。

このように、本実施形態における３００ｍｍウェーハＷの研磨工程では、以上のような手続きが繰り返される。すなわち、ｎ枚目のウェーハＷの研磨が終了すると、１枚目〜ｎ枚目のウェーハＷの研磨によって研磨パッド１３に蓄積された蓄積温度ａ１〜ａｎ（℃ｓｅｃ）の積算である積算蓄積温度Ａｎ（℃ｓｅｃ）が算出される。

これまでは、積算蓄積温度（℃ｓｅｃ）が積算限界温度（℃ｓｅｃ）を超えていない場合について説明してきたが、３００ｍｍウェーハＷの研磨では、前述のように、ウェーハ１枚ごとに確実に研磨パッド１３に蓄積温度（℃ｓｅｃ）が蓄積される。従って、ウェーハＷの研磨枚数が増加していくと、いずれは、積算蓄積温度（℃ｓｅｃ）が積算限界温度（℃ｓｅｃ）を超えることになる。

例えば、ｎ＋１枚目のウェーハＷの研磨が終了した時点での積算蓄積温度Ａｎ＋１（℃ｓｅｃ）が積算限界温度（℃ｓｅｃ）を超えていたら（ステップＳ４のＹｅｓ）、研磨パッド１３の劣化が進んだものと判断され、報知装置７０によってアラームなどが鳴らされる。そして、アラームが鳴ったら、作業者は、研磨パッド１３の交換を行う（ステップＳ５）。
（本実施形態による作用）
本実施形態では、研磨パッド１３に蓄積した積算蓄積温度（℃ｓｅｃ）が積算限界温度（℃ｓｅｃ）を超えた時点で、研磨パッド１３が新しいものと交換される。そのため、温度蓄積によって劣化した研磨パッド１３が使用されないから、ウェーハＷにマイクロスクラッチなどの欠陥が発生しにくくなり、結果として、製品歩留まりの低下を防止できる。

本実施形態では、研磨パッド１３に蓄積された積算蓄積温度（℃ｓｅｃ）が積算限界温度（℃ｓｅｃ）を超えると、報知装置７０によってアラームが鳴らされる。そのため、作業者は、研磨パッド１３の交換作業を確実に行うことができる。

さらに、赤外線式温度計５０を追加するだけであるため、従来から存在するＣＭＰ装置にも、簡単に導入することが可能である。

本実施形態において、赤外線式温度計５０は、研磨パッド１３の表面における規定位置Ｐ、すなわち研磨ヘッド２０の近傍であって、かつ、研磨ヘッド２０を基準として研磨テーブル１０の回転方向の下流となる位置の表面温度を検出している。そのため、ウェーハＷとの摩擦によって上昇した研磨パッド１３の表面温度がほとんどリアルタイムに検出されるから、研磨パッド１３に蓄積される蓄積温度（℃ｓｅｃ）が非常に正確に算出される。その結果、製品歩留まりが低下しはじめる直前まで研磨パッド１３を利用することが可能となるから、研磨パッド１３の有効利用が実現され、結果として、製造コストが低下することになる。

次に、図９を参照しながら、本実施形態の変形例について説明する。ここでは、前記実施形態と同じ構成・作用については、その説明を省略することとする。

図９は本発明の同実施形態の変形例にかかる３００ｍｍウェーハの研磨作業の流れ図である。図９に示すように、本変形例におけるウェーハの研磨工程は、前記実施形態におけるウェーハの研磨工程に含まれていたステップＳ２、すなわち温度カーブの近似式を作成するステップを含んでいない。このように、温度カーブの近似式を作成しなくても、制御装置８０によって、研磨パッド１３の表面温度から直接的に積算蓄積温度を算出しても、前記実施形態と同等の効果が得られる。

さらに、前記実施形態では、研磨パッド１３の交換時期を見極めるために、研磨パッド１３の表面温度の時間積分を利用していたが、例えば、研磨パッド１３の表面温度が５０℃以上となったウェーハＷの枚数と、研磨パッド１３の最高温度との乗積を利用して交換時期を見極めても良い。

すなわち、本発明では、研磨パッド１３の交換時期の見極めに、研磨パッド１３に蓄積される温度情報を利用することが重要であって、温度情報の種類としては、全く限定されるものではない。

また、研磨パッド１３の表面温度が５０℃以上となっている時間（ｓｅｃ）の積算を利用して交換時期を見極めても良い。

さらに、本実施形態では、ウェーハＷが１枚ずつ研磨されている。しかしながら、たとえ複数枚であっても、研磨パッド１３に蓄積される温度情報によって研磨パッド１３の交換時期を特定することが可能である。従って、本発明は、複数の研磨ヘッド２０を備えたＣＭＰ装置にも適用可能である。

なお、本実施形態では、研磨対象として、ウェーハＷに作り込まれたトランジスタ上の層間絶縁膜が想定されているが、研磨パッドによって研磨されるものであれば、例えばカッパー（Ｃｕ）膜やタングステン（Ｗ）膜であっても良い。

さらに、本発明は、本実施形態そのままに限定されるものではなく、その実施段階で適宜の変更・追加・削除などが可能である。例えば、本実施形態では、特定の温度として、すなわち研磨パッド１３が熱的に劣化する温度の閾値として、「５０（℃）」が採用されているが、研磨パッドの材質や溝の形状、ウェーハのサイズ、研磨対象の材質などに応じて適切な温度を採用する。また、本実施形態では、交換サインの報知形態として、モニタ表示やアラームなどが挙げられているが、ウェーハＷの研磨停止であっても構わない。

以上の実施形態から、以下の研磨装置、研磨方法、および半導体装置の製造方法が得られる。

［付記１］
研磨パッドが貼り付けられた、回転するテーブルと、
研磨対象を前記研磨パッドに押圧して、当該研磨対象の表面を研磨する研磨ヘッドと、
前記研磨対象を研磨している最中に、前記研磨パッドの温度を検出する検出装置と、
前記検出装置によって検出される研磨パッドの温度に基づき、前記研磨対象を研磨することで前記研磨パッドに蓄積される温度情報を算出する算出装置と、
前記算出装置によって算出された温度情報に基づき、前記研磨パッドの交換時期を報知する報知装置とを備えることを特徴とする記載された研磨装置。（１）
［付記２］
供給される前記研磨対象を研磨するたびに前記研磨パッドに蓄積される研磨別温度情報を記憶する記憶装置をさらに備え、
前記算出装置は、前記記憶装置に記憶された複数の前記研磨別温度情報を積算して前記温度情報とすることを特徴とする請求項１に記載された研磨装置。（２）
［付記３］
前記温度情報は、前記研磨パッドの温度が所定温度以上となっている期間における、当該研磨パッドの温度の時間積分であることを特徴とする付記１又は２に記載された研磨装置。（３）
［付記４］
前記温度情報は、前記研磨パッドの温度が所定温度以上となった研磨対象の個数と、前記研磨対象を研磨している最中の前記研磨パッドの最高温度との乗積であることを特徴とする付記１又は２に記載された研磨装置。

［付記５］
前記検出装置は、前記研磨パッドのうち、前記研磨ヘッドを基準として前記テーブルの回転方向の下流となる部位の温度を検出することを特徴とする付記１乃至４に記載された研磨装置。

［付記６］
前記研磨パッドは、熱可塑性のポリウレタンで形成されていることを特徴とする付記１乃至５に記載された研磨装置。

［付記７］
前記研磨対象は、半導体装置であることを特徴とする付記１乃至６に記載された研磨装置。

［付記８］
前記研磨対象は、３００ｍｍ以上の直径を有するウェーハであることを特徴とする付記１乃至７に記載された研磨装置。

［付記９］
研磨対象を研磨パッドに摩擦して、当該研磨対象の表面を研磨する工程と、
前記研磨対象を研磨している最中に、前記研磨パッドの温度を検出する工程と、
前記研磨パッドの温度に基づき、前記研磨対象を研磨することで前記研磨パッドに蓄積される温度情報を算出する工程と、
前記研磨パッドに蓄積された温度情報に基づき、前記研磨パッドを交換する工程とを備えることを特徴とする研磨方法。（４）
［付記１０］
基板に形成された膜を研磨パッドに摩擦して、当該膜の表面を研磨する研磨工程を含んだ半導体装置の製造方法において、
前記研磨工程は、
前記膜を研磨している最中に、前記研磨パッドの温度を検出する工程と、
前記研磨パッドの温度に基づき、前記膜を研磨することで前記研磨パッドに蓄積される温度情報を算出する工程と、
前記研磨パッドに蓄積された温度情報に基づき、前記研磨パッドを交換する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。（５）

本発明の一実施形態にかかるＣＭＰ装置の断面図。 同実施形態にかかるＣＭＰ装置の平面図。 同実施形態にかかる研磨条件１の下での３００ｍｍウェーハの研磨枚数と製品歩留まりとの関係を示すグラフ。 同実施形態にかかる研磨条件２の下での３００ｍｍウェーハの研磨枚数と製品歩留まりとの関係を示すグラフ。 同実施形態にかかる３００ｍｍウェーハの研磨時間と研磨パッドの表面温度との関係を示すグラフ。 同実施形態にかかる３００ｍｍウェーハを研磨条件１と研磨条件２とで１ロットずつ交互に研磨したときの研磨枚数と製品歩留まりとの関係を示すグラフ。 同実施形態にかかる研磨条件１の下で３００ｍｍウェーハを研磨したときの研磨時間と研磨パッドの表面温度との関係を示すグラフ。 同実施形態にかかる３００ｍｍウェーハの研磨作業の流れ図。 本発明の同実施形態の変形例にかかる３００ｍｍウェーハの研磨作業の流れ図。 マイクロスクラッチが発生した層間絶縁膜の平面図。 マイクロスクラッチが発生した層間絶縁膜の図１０中Ｆ１１−Ｆ１１における断面図。

符号の説明

１１…定盤（テーブル）、１３…研磨パッド、２０…研磨ヘッド、５０…赤外線式温度計（検出装置）、７０…報知装置、８０…制御装置（算出装置）、９０…記憶装置、ａｎ…蓄積温度（研磨別温度情報）、Ａｎ…積算蓄積温度、Ｐ…規定位置（部位）、Ｗ…ウェーハ（研磨対象）。

Claims (5)

1. 研磨パッドが貼り付けられた、回転するテーブルと、
   研磨対象を前記研磨パッドに押圧して、当該研磨対象の表面を研磨する研磨ヘッドと、
   前記研磨対象の研磨工程における前記研磨パッドの温度を検出する検出装置と、
   前記検出装置によって検出される前記研磨パッドの温度に基づき、前記研磨対象を研磨することで前記研磨パッドに蓄積される温度情報を算出する算出装置と、
   前記算出装置によって算出された前記温度情報に基づき、前記研磨パッドの交換時期を報知する報知装置と、
   を備えることを特徴とする記載された研磨装置。
2. 供給される前記研磨対象を研磨するたびに前記研磨パッドに蓄積される研磨別温度情報を記憶する記憶装置をさらに備え、
   前記算出装置は、前記記憶装置に記憶された複数の前記研磨別温度情報を積算して前記温度情報とすることを特徴とする請求項１に記載された研磨装置。
3. 前記温度情報は、前記研磨パッドの温度が所定温度以上となっている期間における、当該研磨パッドの温度の時間積分であることを特徴とする請求項１又は２に記載された研磨装置。
4. 研磨対象を研磨パッドに押圧して、当該研磨対象の表面を研磨する工程と、
   前記研磨対象の研磨工程における前記研磨パッドの温度を検出する工程と、
   前記研磨パッドの温度に基づき、前記研磨対象を研磨することで前記研磨パッドに蓄積される温度情報を算出する工程と、
   前記研磨パッドに蓄積された前記温度情報に基づき、前記研磨パッドを交換する工程と、
   を備えることを特徴とする研磨方法。
5. 基板に形成された膜を研磨パッドに押圧して、当該膜の表面を研磨する研磨工程を含んだ半導体装置の製造方法において、
   前記研磨工程は、
   前記膜の前記研磨工程における前記研磨パッドの温度を検出する工程と、
   前記研磨パッドの温度に基づき、前記膜を研磨することで前記研磨パッドに蓄積される温度情報を算出する工程と、
   前記研磨パッドに蓄積された温度情報に基づき、前記研磨パッドを交換する工程と、
   を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。

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