JP2016004903A - 研磨装置、研磨方法、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨前又は研磨中に研磨パッドの状態を測定する。【解決手段】研磨装置は、研磨面を有する研磨パッドが設けられる回転可能なテーブルと、研磨対象物を保持した状態でその研磨対象物を研磨面に接触させることが可能な研磨ヘッドと、テーブルの回転中に研磨面に接触することが可能な接触部と、接触部の研磨面と接触する面の状態を測定する測定部と、を備える。研磨方法及び半導体装置の製造方法は、研磨動作中に接触部を研磨パッドの研磨面に接触させて前記接触部の状態を測定する測定工程と、測定工程の測定結果に基づいて研磨パッドの状態を判定する判定工程と、判定工程の判定結果に基づいて実行され、研磨対象物を研磨面に接触させて研磨対象物を研磨する研磨工程と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、研磨装置、研磨方法、及び半導体装置の製造方法に関する。

近年、半導体装置は、その微細化の実現のために、工程の複雑化や素子密度の増大が行われている。そのため、半導体装置は、横方向だけでなく縦方向に対しても高い加工の制御性が要求されるようになっている。さらに、工程の複雑化に伴って段差が拡大するとともに素子密度の向上に伴って積層数が増大することで、化学的機械的研磨（Chemical Mechanical Polishing／ＣＭＰ）による研磨量が増大する傾向にある。

しかしながら、ＣＭＰに用いられる研磨パッドは、使用に伴って摩耗や変形等が生じてその状態が変化する。そのため、研磨量が増大すると、研磨パッドの状態変化が大きくなって研磨に与える影響が増大し、その結果、研磨特性が不安定になったり仕上がりがばらついたりする等の問題が生じ易くなる。

特開平９−１５０３６７号公報

そこで、研磨前又は研磨中に研磨パッドの状態を測定することができる研磨装置、研磨方法、及び半導体装置の製造方法を提供する。

実施形態の研磨装置は、研磨面を有する研磨パッドが設けられる回転可能なテーブルと、研磨対象物を保持した状態でその研磨対象物を前記研磨面に接触させることが可能な研磨ヘッドと、前記テーブルの回転中に前記研磨面に接触することが可能な接触部と、前記接触部の前記研磨面と接触する面の状態を測定する測定部と、を備える。

実施形態の研磨方法は、研磨動作中に接触部を研磨パッドの研磨面に接触させて前記接触部の状態を測定する測定工程と、前記測定工程の測定結果に基づいて前記研磨パッドの状態を判定する判定工程と、前記判定工程の判定結果に基づいて実行され、研磨対象物を前記研磨面に接触させて前記研磨対象物を研磨する研磨工程と、を含む。

実施形態の半導体装置の製造方法は、半導体基板上にパターンを形成する工程と、パターン上に被研磨層を形成する工程と、研磨動作中に接触部を研磨パッドの研磨面に接触させて前記接触部の状態を測定する測定工程と、前記測定工程の測定結果に基づいて前記研磨パッドの状態を判定する判定工程と、前記判定工程の判定結果に基づいて実行され、研磨対象物を前記研磨面に接触させて前記研磨対象物を研磨する研磨工程と、を含む。

第１実施形態による研磨装置の概略構成の一例を示す図 第１実施形態による半導体装置の製造プロセスを（ａ）〜（ｃ）の順に示す半導体装置の断面図 第１実施形態による研磨装置によって実行される工程のうち一部の工程を示すフローチャート 第２実施形態による図１相当図 第３実施形態による図１相当図 第３実施形態による研磨装置により実行される工程を示すフローチャート 第３実施形態による研磨工程を（ａ）から（ｃ）の順に示す半導体装置の断面図 第４実施形態による研磨装置の概略構成の一例を示す平面図 第５実施形態による図８相当図

以下、複数の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。

（第１実施形態）
まず、図１を参照して研磨装置１０の概略について説明する。研磨装置１０は、テーブル１１、テーブル駆動部１２、研磨ヘッド１３、スラリー供給部１４、センサヘッド１５、制御部１６、及び圧子２０を備えている。テーブル１１は、全体として円板状に構成されている。テーブル１１の研磨ヘッド１３側つまり上面側には、研磨パッド３０が取り付けられる。テーブル１１は、テーブル駆動部１２によって駆動され、上側に設けられている研磨パッド３０とともに回転する。

研磨パッド３０は、研磨対象物に接して研磨するために用いられる。研磨パッド３０は、全体として円板状に構成されている。研磨パッド３０は、例えば発泡性のポリウレンタン樹脂を主要な材料として構成されている。研磨パッド３０には、例えば研磨層及び研磨層よりも柔軟な層を積層したものや、研磨層のみで構成されたものがある。研磨パッド３０は、研磨層側が研磨ヘッド１３側すなわち上方となるように設けられる。研磨パッド３０は、研磨ヘッド１３側の面、すなわち重力方向において上端面に研磨面３０１を有している。

研磨ヘッド１３は、テーブル１１に設けられる研磨パッド３０と対向して設けられている。すなわち、研磨ヘッド１３は、テーブル１１の上方に設けられている。また、研磨ヘッド１３は、テーブル１１の回転中心に対して一方側寄りに設けられている。研磨ヘッド１３は、テーブル１１側つまり下側に研磨対象物としてのウェーハ４０を保持する。なお、図１では、ウェーハ４０の厚みを、研磨パッド３０等との寸法関係において実際よりも誇張して表現している。

研磨ヘッド１３は、例えば空圧の増減によって伸縮可能なエアバッグ１３１を有している。研磨ヘッド１３は、エアバッグ１３１を膨張させることで、ウェーハ４０を保持した状態でウェーハ４０に圧力を加える。これにより、ウェーハ４０は、研磨ヘッド１３に保持されるとともに、研磨パッド３０の研磨面３０１に上方から所定の圧力で押し付けられる。研磨ヘッド１３は、研磨ヘッド駆動部１７によって駆動され、回転する。これにより、ウェーハ４０は、研磨ヘッド１３とともに回転する。

スラリー供給部１４は、水に添加剤を含ませたスラリー１４１を、研磨パッド３０の研磨面３０１に供給する。ウェーハ４０を研磨する際、スラリー供給部１４から供給されたスラリー１４１は、研磨ヘッド１３に保持されたウェーハ４０と研磨パッド３０の研磨面３０１との間に侵入する。研磨ヘッド１３に保持されているウェーハ４０は、適切な圧力で研磨パッド３０に押し付けられる。これにより、ウェーハ４０は、研磨パッド３０の研磨面３０１と接し、表面が研磨される。スラリー１４１中の添加剤は、砥粒及び界面活性剤を含んでいる。砥粒は、研磨を促進し、界面活性剤は、研磨を抑制する。研磨レートの調整は、研磨ヘッド１３の押し付け圧や、研磨ヘッド１３及びテーブル１１の回転速度の他、添加剤の混合比つまり砥粒及び界面活性剤の混合比を調整することで行われる。

圧子２０は、テーブル１１の回転中に研磨パッド３０の研磨面３０１に接触することが可能な接触部の一例である。圧子２０は、テーブル１１に設けられる研磨パッド３０と対向して設けられている。すなわち、圧子２０は、テーブル１１の上方に設けられている。また、圧子２０は、テーブル１１の回転中心に対して一方側寄りに設けられている。本実施形態の場合、圧子２０は、圧子保持部１９によって保持された状態で上下方向に駆動される。これにより、圧子２０は、テーブル１１の回転中つまり研磨パッド３０の回転中に、研磨パッド３０の研磨面３０１に対して所定の力で接触する。圧子２０の直径は、例えば２０ｍｍ程度である。

圧子２０は、例えば全体として円板状又は円柱状であって、本体部２１と接触層２２とを有している。本実施形態の場合、本体部２１は、例えば金属材料、樹脂材料、又はセラミック材料等によって形成されている。接触層２２は、本体部２１の研磨面３０１側に設けられており、例えば金属層や、被研磨層となる酸化シリコン層、又はストッパー層となる窒化シリコン層等で構成されている。圧子２０の研磨面３０１側の面を、研磨面３０１に接触する接触面２３と称する。なお、図１では、接触層２２の厚みを、圧子２０との寸法関係において実際よりも誇張して表現している。圧子２０の接触面２３が研磨パッド３０の研磨面３０１に接触した状態でテーブル１１が回転されると、接触面２３が研磨される。

センサヘッド１５は、圧子２０の接触層２２の状態を測定する測定部の一例である。研磨装置１０は、圧子２０の接触層２２の状態を測定することにより、間接的に研磨パッド３０の状態を測定することができる。この場合、センサヘッド１５は、接触層２２の状態として接触層２２の厚みを測定することができる。つまり、研磨装置１０は、テーブル１１を回転させるとともにスラリー１４１を供給することで研磨動作を実行し、その研磨動作中に圧子２０の接触面２３を研磨パッド３０の研磨面３０１に接触させて、接触層２２を研磨する。センサヘッド１５は、接触層２２の研磨による厚みの変化量つまり研磨レートの変化を測定する。そして、研磨装置１０は、この研磨レートの変化に基づいて、研磨パッド３０の状態を測定する。

すなわち、研磨レートが変化する前後において、例えばテーブル１１の回転速度やスラリー１４１の添加剤の混合比等の研磨動作の条件が一定であれば、その研磨レートの変化は、研磨パッド３０の状態の変化に起因していることがわかる。したがって、研磨装置１０は、研磨動作中に圧子２０の接触層２２の状態を測定することにより、現状の研磨パッド３０の状態すなわち被研磨層に対する研磨レートを測定することができる。この場合、研磨動作の実行中に、実際にウェーハ４０を研磨しても良いし、研磨しなくても良い。

センサヘッド１５は、テーブル１１に埋め込まれている。センサヘッド１５は、テーブル１１と共に回転して圧子２０の下を通過する。センサヘッド１５は、圧子２０の下を通過する際に、接触層２２の状態この場合厚みを測定する。そして、センサヘッド１５による測定結果は、例えば増幅器１８等を介して制御部１６へ送信される。

センサヘッド１５の測定方式は、接触層２２の種類によって異なり、例えば渦電流式と光学式とがある。研磨装置１０は、接触層２２の種類に応じて、これら複数の測定方式のうち一つを単独で又は複数の測定方式を組み合わせて用いられる。例えば接触層２２が金属層であれば、渦電流式が用いられる。渦電流式の場合、センサヘッド１５は、高周波交流電源に接続された図示しないコイルを有しており、そのコイルからテーブル１１を貫く方向に磁力線を発生する。その磁力線が、導電性の金属層である接触層２２を通過すると、接触層２２に渦電流が生じる。この渦電流は、接触層２２の抵抗、つまり接触層２２の厚みに応じて大きさが変化する。一方、接触層２２に渦電流が発生すると、センサヘッド１５から発生する磁力線とは逆方向の磁力線が発生する。この逆方向に発生する磁力線の強度を測定することにより、金属層である接触層２２の厚みの変化を測定することができる。

また、例えば接触層２２が、酸化膜や窒化膜等の絶縁膜である場合、センサヘッド１５の測定方式には光学式が用いられる。光学式の場合、センサヘッド１５は、詳細は図示しないが、投光部と受光部とを有している。投光部から照射された光の一部は、接触面２３で反射し、残りは接触層２２を透過して本体部２１と接触層２２との境界面で反射する。そして、受光部は、接触面２３で反射する光と本体部２１と接触層２２との境界面で反射する光とを合成した光を受光する。その際、接触面２３で反射する光と、本体部２１と接触層２２との境界面で反射する光とに位相差が生じるため、その合成である反射光の強度に強弱が生じる。つまり、接触層２２の厚みが変化すると、反射光の位相差が変化して、受光部が受光する受光強度が周期的に変化することになる。この受光強度の変化を測定することで、接触層２２の厚みの変化を測定することができる。

また、上述したように、本実施形態においてセンサヘッド１５は、圧子２０の接触層２２の厚みの変化つまり研磨量を測定することができる。そのため、センサヘッド１５は、ウェーハ４０の研磨工程において、研磨終点を得るための終点検知の手段として用いることもできる。すなわち、研磨装置１０がウェーハ４０の研磨の終点検知の手段として上述した渦電流式センサや光学式センサを備えている場合、それらのセンサを、圧子２０の接触層２２の状態を測定する測定部として用いることができる。

制御部１６は、テーブル駆動部１２、研磨ヘッド駆動部１７、圧子保持部１９等に接続されている。制御部１６は、ソフトウェアプログラムを有するコンピュータによって構成されており、研磨装置１０の全体の制御を司っている。制御部１６は、研磨対象物であるウェーハ４０の研磨工程前、又は研磨工程中に、研磨パッド３０の状態を判定する。そして、制御部１６は、その判定結果に基づいて、研磨パッド３０の交換の要否を判断したり、テーブル１１の回転速度やウェーハ４０の押し付け圧、及びスラリー１４１の添加剤の混合比等の研磨条件を設定したりする。

次に、研磨装置１０を用いた半導体装置の製造方法について、図２を参照して説明する。図２（ａ）に示すように、シリコン基板５１上に、ストッパー膜となるシリコン窒化膜５２を例えば約７０ｎｍの膜厚で形成する。次に、詳細は図示しないが、シリコン酸化膜等のエッチングマスク用いてシリコン窒化膜５２及びシリコン基板５１をエッチングし、これによりＳＴＩパターンとして例えば深さ約４５０ｎｍの溝５１１、５１２を形成する。なお、シリコン基板５１とシリコン窒化膜５２の間に、例えばシリコン酸化膜を設けても良い。

次に、図２（ｂ）に示すように、ＳＴＩパターンを構成する溝５１１、５１２を埋め込むようにして、シリコン酸化膜５３を、例えば高密度プラズマＣＶＤ法（ＨＤＰ−ＣＶＤ）などにより、例えば約６００ｎｍの厚さで形成する。このとき、図２（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜５３の表面は溝５１１、５１２に沿った凹凸面となる。

次に、図２（ｃ）に示すように、被研磨層であるシリコン酸化膜５３を、研磨装置１０を用いて化学的機械的研磨を行う。このように化学的機械的研磨を行って、ストッパー層となるシリコン窒化膜５２を露出させることで、図２（ｃ）に示すよう溝５１１、５１２にシリコン酸化膜５３１、５３２が埋め込まれた半導体装置５０が得られる。

次に、複数の半導体装置５０の生産工程におけるウェーハ４０の研磨について、図３を参照して説明する。この場合、圧子２０の接触面の状態を測定する工程を測定工程と称し、測定工程の測定結果に基づいて研磨パッド３０の状態を判定する工程を判定工程と称し、研磨対象物であるウェーハ４０を研磨する工程を研磨工程と称する。

通常、研磨装置１０は、研磨パッド３０が交換されると、その研磨パッド３０を繰り返して使用して複数のウェーハを研磨する。図３のフローチャートは、研磨装置１０によって実行される工程のうち、研磨パッド３０を交換してからある期間が経過するまでの工程を示している。

研磨装置１０は、ステップＳ１１において新品の研磨パッド３０に交換されると、ステップＳ１２に示すように、研磨パッド３０を立ち上げるためにダミーランを実行する。研磨装置１０は、ダミーランを実行すると、所要時間、例えば５分間程度ダミーウェーハに対して研磨動作を実行する。この場合、ダミーウェーハは、例えば何ら成膜が行われていないウェーハでも良いし、パターン等が形成されたウェーハでも良い。また、ダミーウェーハは、その全面に被研磨層やストッパー層が形成されたもの、いわゆるベタ膜が形成されたものでも良い。また、ダミーランは、必ずしもダミーウェーハに対して研磨動作をする必要は無く、例えばウェーハを研磨せずに単に研磨動作すなわちテーブル１１の回転及びスラリー１４１の供給を実行するだけでも良い。

研磨装置１０は、ステップＳ１２においてダミーランを終了した後、ステップＳ１３へ移行して、圧子２０の接触面２３の状態を測定する。研磨装置１０は、上述したように圧子２０の接触面２３を、研磨動作中の研磨パッド３０の研磨面３０１に所定の圧力で接触させ、センサヘッド１５によって接触面２３の状態つまり研磨レートを測定する。この場合、圧子２０の接触層２２をウェーハ４０の被研磨層と同じ材質にすることで、研磨装置１０は、実際にウェーハ４０の被研磨層を研磨する前に、その被研磨層の研磨レートを知ることができる。

そして、研磨装置１０は、ステップＳ１４において、ステップＳ１３の計測結果に基づいて研磨パッド３０の状態を判定する。この場合、研磨装置１０は、例えばステップＳ１３で計測した研磨レートが所定の範囲から外れている場合、研磨パッド３０の状態は不良であると判断し（ステップＳ１４でＮＧ）、ステップＳ１２へ移行して再度ダミーランを実行する。一方、研磨装置１０は、例えばステップＳ１３で計測した研磨レートが所定の範囲内に収まっていれば、研磨パッド３０の状態は良好であると判断し（ステップＳ１４でＯＫ）、ステップＳ１５において研磨対象物であるウェーハ４０を研磨する。その後、研磨装置１０は、ステップＳ１６、Ｓ１７、Ｓ１８・・・において、ステップＳ１３、Ｓ１４、Ｓ１５と同様の工程を繰り返し、複数のウェーハ４０の研磨を行う。そして、研磨装置１０は、所定数のウェーハ４０を研磨すると、ステップＳ１１へ戻り、研磨パッド３０の交換が行われる。

この場合、研磨装置１０は、ステップＳ１４、Ｓ１７・・・における研磨パッド３０の状態判定の結果に基づいて、ステップＳ１５、Ｓ１８・・・の研磨条件を調整しても良い。例えば研磨装置１０は、ステップＳ１３で測定した研磨レートが低く、ステップＳ１４で研磨パッド３０の状態が不良であると判定した場合、ステップＳ１５の研磨工程の際に、テーブル１１の回転数を上げたりスラリー１４１の添加剤中の砥粒の比率を上げたりするなどして、研磨レートを高めるように調整する。一方、研磨装置１０は、ステップＳ１３で判定した研磨レートが高いと判断した場合には、ステップＳ１５の研磨工程の際に、テーブル１１の回転数を下げたりスラリー１４１の添加剤中の界面活性剤の比率を上げたりするなどして、研磨レートを下げるように調整する。

また、研磨装置１０は、各ステップＳ１５、Ｓ１８における研磨工程において、圧子２０の状態をリアルタイムで測定し、その測定結果に基づいて、研磨条件を随時変更するようにしても良い。
また、研磨装置１０は、ステップＳ１４、Ｓ１７・・・において、ＮＧの判定を所定回数行った場合に、研磨パッド３０の交換を促すようにしても良い。

ここで、研磨パッド３０は、複数のウェーハ４０を研磨することが通常であるが、複数のウェーハ４０を研磨する間に、研磨による削りカスや押圧による変形などが生じて研磨パッド３０の表面状態が変化する。すると、研磨パッド３０の研磨面３０１が、ウェーハ４０の研磨に与える影響が大きくなり、研磨レート等の条件が変わってくる。従来構成では、研磨パッドの交換後にダミーランを実行し、一旦研磨パッドの状態が良好であると判断されると、その後、研磨パッドの状態を判定することなく、ウェーハの研磨が続行される。したがって、従来構成では、研磨による研磨パッドの状態変化は、実際にウェーハを研磨してその結果を測定するまでは検知することができなかった。そのため、ウェーハの研磨の仕上がりにばらつきが生じ、歩止まりの向上を阻害する一因となっていた。

一方、上記実施形態の構成によれば、研磨装置１０は、ウェーハ４０を実際に研磨する前又は研磨中に、テーブル１１を回転させながら動的に研磨パッド３０の状態を測定することができる。したがって、ウェーハ４０を実際に研磨する前又は研磨中に、現在の研磨パッド３０の状態に合わせて研磨条件を設定したり、研磨パッド３０の使用の可否を判定したりすることができる。そのため、研磨による研磨パッド３０の状態変化の影響を低減することができ、その結果、ウェーハ４０の仕上げのばらつきを低減し、生産性の向上を図ることができる。

また、上記実施形態によれば、研磨装置１０は、実際に研磨工程を実行する際の条件と同じ条件下、すなわちテーブル１１を研磨工程の速度と同じ速度で回転させるとともにスラリー１４１を供給した状態で、研磨パッド３０の状態を測定することができる。したがって、研磨装置１０は、研磨による研磨パッド３０の状態変化をより正確に把握することができる。

ここで、圧子保持部１９を、任意の押し付け圧力に調整可能に構成しても良い。すなわち、圧子２０の研磨パッド３０の研磨面３０１に対する押し付け圧力を変更可能にしても良い。研磨ヘッド１３によるウェーハ４０の押し付け圧力が変化すると、研磨レートも変化する。そのため、圧子２０の押し付け圧力を、ウェーハ４０の押し付け圧力に合わせて変更することで、押し付け圧力に依存した研磨レートを適切に把握することができる。

（第２実施形態）
次に、図４を参照して第２実施形態について説明する。第２実施形態では、圧子２０の接触面２３の状態の測定方法が、上記第１実施形態と異なる。すなわち、第２実施形態において、圧子２０は、図４に示すように、上記第１実施形態の本体部２１に換えて、水晶振動子で構成された本体部２４を有している。本体部２４は、図示しない信号の取り出し用の電極を有し、増幅器１８を介して制御部１６に接続されている。本体部２４の接触面２３は、上記第１実施形態と同様に、被研磨層であるシリコン酸化膜や金属膜等、又はストッパー層であるシリコン窒化膜等からなる接触層２２によって形成されている。

圧子２０は、本体部２４に電圧が印加されると、水晶振動子の圧電効果により振動する。この場合、圧子２０の共振周波数は、水晶振動子の特性が同一であれば、接触層２２の質量つまり接触層２２の厚みによって変化する。そのため、研磨装置１０は、圧子２０の接触層２２を研磨してその共振周波数の変化を測定することにより、接触層２２の研磨レートを測定する。これにより、研磨装置１０は、現在の研磨パッド３０の状態を知ることができる。この場合、圧子２０は、接触部の一例であるとともに、測定部の一例でもある。
本実施形態においても、上記第１実施形態と同様の作用効果が得られる。

また、第２実施形態において、圧子２０は、接触層２２に換えて、例えばスラリー１４１に含まれる界面活性剤を吸着し易い材料で構成された吸着層を有していても良い。この場合、圧子２０の吸着層がスラリー中の界面活性剤を吸着してその重量が変化することよって、圧子２０の共振周波数が変化する。そのため、研磨装置１０は、この吸着層による界面活性剤の吸着量を測定し、その測定結果から現在の研磨パッド３０の状態を判定することができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について、図５から図７を参照して説明する。第３実施形態において、研磨装置１０は、複数の圧子２０を備えている。なお、図５では、説明の便宜上、複数の圧子２０のうち２個のみを図示している。そして、これら圧子２０を、第１圧子２０１及び第２圧子２０２と称する。

複数の圧子２０の接触層２２は、それぞれウェーハ４０が有する被研磨層又はストッパー層で形成されている。研磨装置１０が、図７に示すようにシリコン基板５１上にストッパー膜となるシリコン窒化膜５２と被研磨膜となるシリコン酸化膜５３を設けた半導体装置５０を研磨する場合、第１圧子２０１の接触層２２１は、被研磨層である酸化シリコン層のいわゆるベタ膜で形成されている。また、第２圧子２０２の接触層２２２は、ストッパー層である窒化シリコン層のいわゆるベタ膜で形成されている。ここで、図７において、シリコン酸化膜５３のうちＬ１で示す範囲を第１層とし、Ｌ２で示す範囲を第２層とする。また、Ｌ３で示すシリコン窒化膜５２を第３層とする。

研磨装置１０は、まず、図６のステップＳ２１及び図７（ａ）に示すように、第１層Ｌ１の研磨を行う。その後、研磨装置１０は、図６のステップＳ２２に示すように、第１圧子２０１の状態を判定する。この場合、第１圧子２０１の接触層２２１は、酸化シリコン層のいわゆるベタ膜で形成されている。そのため、研磨装置１０は、第１圧子２０１の状態を判定することにより、未だ研磨を行っていない第２層Ｌ２についての研磨レートを知ることができる。

次に、研磨装置１０は、ステップＳ２３において研磨パッド３０の状態を判定し、継続して使用可能であれば（ステップＳ２３でＯＫ）、ステップＳ２４へ移行する。研磨装置１０は、第２層Ｌ２が露出して第１層Ｌ１の研磨が終了するまで、ステップＳ２２〜Ｓ２４を繰り返して研磨を継続する（ステップＳ２４でＮＯ）。そして、研磨装置１０は、図７（ｂ）に示すように第１層Ｌ１の研磨が終了すると（ステップＳ２４でＹＥＳ）、ステップＳ２５において、ステップＳ２２で測定した第２層Ｌ２の研磨レートに基づいて、第２層Ｌ２用の研磨条件を設定する。そして、研磨装置１０は、ステップＳ２６へ移行し、第２層Ｌ２の研磨を開始する。その後、研磨装置１０は、第２層Ｌ２についても、ステップＳ２２〜Ｓ２４と同様の工程を経て、第２層Ｌ２の研磨を行う。そして、研磨装置１０は、図７（ｃ）に示すように第３層Ｌ３が露出すると、研磨を終了する。なお、シリコン基板５１上に複数の層が積層されて、研磨対象となる層が第４層、第５層・・・と続く場合には、その積層数に応じてステップＳ２１〜Ｓ２４と同様の工程が実行される。

この方法によれば、ウェーハ４０を研磨する研磨工程は、第１層を研磨する第１研磨工程と、第１研磨工程の実行後に第２層を研磨する第２研磨工程と、を含んでいる。研磨装置１０は、第１研磨工程中に測定工程を実行することで、現状の研磨パッド３０の状態として第２層の研磨レートを測定する。そして、研磨装置１０は、その測定結果に基づいて第２研磨工程における研磨条件を設定し、第２研磨工程を実行する。これにより、研磨装置１０は、現在の研磨パッド３０の状態を的確に把握することができる。この場合、研磨装置１０は、現在研磨している層よりも後に研磨される層の研磨レートを知ることができる。そのため、被研磨層を実際に研磨する前に、現在の研磨パッド３０の状態に合わせて研磨条件を設定したり、研磨パッド３０の使用の可否を判定したりすることができる。そのため、研磨による研磨パッド３０の状態変化の影響を低減することができ、その結果、半導体装置５０の仕上げのばらつきを低減し、生産性の向上を図ることができる。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態について、図８を参照して説明する。第４実施形態において、研磨装置１０は、複数の圧子２０を備えている。なお、図８では、説明の便宜上、複数の圧子２０のうち２個の圧子２０のみを図示している。圧子２０は、何れも上記第１実施形態と同様の構成であって、テーブル１１の径方向つまり研磨パッド３０の径方向にずれて配置されている。すなわち、複数の圧子２０は、研磨パッド３０の直径方向に並んでいる。

テーブル１１の回転中における研磨パッド３０上の任意の点の周速度は、回転中心からの距離によって変わる。そのため、研磨による研磨パッド３０の状態変化は、その研磨パッド３０の径方向における位置によって異なる。本実施形態では、複数の圧子２０が、研磨パッド３０の径方向にずれて配置されている。そのため、研磨装置１０は、測定工程の実行により、研磨パッド３０上の径方向における複数の位置についての状態を知ることができる。すなわち、研磨装置１０は、研磨パッド３０の状態を、その研磨パッド３０の広い領域にわたって詳細に知ることができる。したがって、研磨装置１０は、研磨条件の設定等について細かい制御が可能となる。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態について、図９を参照して説明する。第５実施形態において、研磨装置１０は、複数種類の圧子、この場合、圧子２０及び圧子２５を有している。圧子２０と圧子２５とは、テーブル１１の回転中心を中心とする同一円周上においてその円周方向にずれて配置されている。圧子２０、２５は、それぞれ同一構成の圧子保持部１９によって保持されている。この場合、圧子２０と圧子２５とは、それぞれ同一の荷重により研磨パッド３０の研磨面３０１に押し付けられている。一方、圧子２０と圧子２５とは、研磨面３０１に対する接触面積が異なるように設定されている。その結果、圧子２０の研磨面３０１に対する押し付け圧力と、圧子２５の研磨面３０１に対する押し付け圧力とは、それぞれ異なる。この場合、圧子２０、２５のそれぞれの接触面積は、ウェーハ４０の押し付け圧力に合わせて設定することができる。

このような圧子２０、２５を用いることで、圧子保持部１９の押し付け力を変更することなく、複数の圧力に依存した研磨パッド３０の状態すなわち研磨レートを把握することができる。これにより、研磨装置１０は、より適切な研磨条件の設定が可能となって、研磨による研磨パッド３０の状態変化の影響を低減することができる。そして、その結果、ウェーハ４０の仕上げのばらつきを低減し、生産性の向上を図ることができる。

なお、ウェーハ４０の研磨加工における終点検知は、例えばテーブル１１を一定回転させた際のテーブル駆動部１２の電流値の変化を測定する方式であっても良い。この場合、研磨が進行して被研磨層が変わると、摩擦係数の違いによって、研磨パッド３０が受ける抵抗が変化する。これにより、研磨装置１０は、被研磨層の研磨の終点を検知することができる。

また、上記各実施形態の研磨装置１０は、図示しないドレッサーを備えている。このドレッサーは、研磨パッド３０の研磨面３０１を削って新たな研磨面を露出させるためのドレスを実行する。そして、研磨装置１０は、測定工程で得た測定結果によって研磨パッド３０の状態を判定し、その判定結果に基づいてドレスの条件を設定しても良い。

以上説明した実施形態によれば、研磨装置は、テーブルの回転中に研磨面に接触することが可能な接触部と、接触部の研磨面と接触する面の状態を測定する測定部と、を備えている。これによれば、テーブルの回転中である研磨動作中に、測定部が、接触部の研磨面との接触面の状態を測定することで、研磨装置は、その測定結果に基づいて、現在の研磨パッドの状態を知ることができる。

また、研磨方法及び半導体装置の製造方法は、研磨動作中に接触部を研磨パッドの研磨面に接触させて接触部の状態を測定する測定工程と、測定工程の測定結果に基づいて研磨パッドの状態を判定する判定工程と、判定工程の判定結果に基づいて実行され、研磨対象物を研磨面に接触させて研磨対象物を研磨する研磨工程と、を含んでいる。この場合、判定工程の判定結果に基づいて研磨工程の条件が設定される。これによれば、研磨対象物を実際に研磨する前又はその研磨中に、現在の研磨パッドの状態に合わせて研磨条件を設定したり、研磨パッド３０の使用の可否を判定したりすることができる。そのため、研磨による研磨パッドの状態変化の影響を低減することができ、その結果、研磨対象物の仕上げのばらつきを低減し、生産性の向上を図ることができる。

以上、本発明の複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、１０は研磨装置、１１はテーブル、１３は研磨ヘッド、１５はセンサヘッド（測定部）、２０、２５は圧子（接触部）、２０１は第１圧子（接触部）、２０２は第２圧子（接触部）、２２、２２１、２２２は接触層、２３は接触面、２４は本体部（水晶振動子）、３０は研磨パッド、３０１は研磨面、４０はウェーハ（研磨対象物）、５０は半導体装置、５１はシリコン基板（半導体基板）、５２はシリコン窒化膜（ストッパー層）、５３はシリコン酸化膜（被研磨層）を示す。

Claims (6)

1. 研磨面を有する研磨パッドが設けられる回転可能なテーブルと、
   研磨対象物を保持した状態でその研磨対象物を前記研磨面に接触させることが可能な研磨ヘッドと、
   前記テーブルの回転中に前記研磨面に接触することが可能な接触部と、
   前記接触部の前記研磨面と接触する面の状態を測定する測定部と、
   を備える研磨装置。
2. 前記研磨面と接触する前記接触部の面は、前記研磨対象物の被研磨層と同質材料で形成されている請求項１に記載の研磨装置。
3. 前記研磨面と接触する前記接触部の面は、前記研磨対象物のストッパー層と同質材料で形成されている請求項１に記載の研磨装置。
4. 研磨動作中に接触部を研磨パッドの研磨面に接触させて前記接触部の状態を測定する測定工程と、
   前記測定工程の測定結果に基づいて前記研磨パッドの状態を判定する判定工程と、
   前記判定工程の判定結果に基づいて実行され、研磨対象物を前記研磨面に接触させて前記研磨対象物を研磨する研磨工程と、
   を含む研磨方法。
5. 前記研磨工程は、
   前記研磨対象物の複数の層のうち第１層を研磨する第１研磨工程と、
   前記第１層よりも後の工程で研磨される第２層を研磨する第２研磨工程と、
   を含み、
   前記測定工程は、前記第１研磨工程中に実行されて、前記第２層が研磨される際の研磨レートを測定し、
   前記測定工程における測定結果に基づいて前記第２研磨工程が実行される請求項４に記載の研磨方法。
6. 半導体基板上にパターンを形成する工程と、
   パターン上に被研磨層を形成する工程と、
   研磨動作中に接触部を研磨パッドの研磨面に接触させて前記接触部の状態を測定する測定工程と、
   前記測定工程の測定結果に基づいて前記研磨パッドの状態を判定する判定工程と、
   前記判定工程の判定結果に基づいて実行され、研磨対象物を前記研磨面に接触させて前記研磨対象物を研磨する研磨工程と、
   を含む半導体装置の製造方法。

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