JP4067164B2 - 研磨方法及び研磨装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子、磁性素子、光学素子など薄膜素子の製造工程において、平面基板上に形成された薄膜の表面平坦化などに用いられる研磨方法及び研磨装置に関し、特にＬＳＩ等の半導体素子の製造工程においてシリコンウエハの表面に形成された薄膜の表面平坦化に用いられる研磨方法及び研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えばＬＳＩ等の半導体素子の製造工程において、半導体素子の高密度化を目的として多層配線が用いられるようになり、また半導体素子の微細化に伴い配線形成の高密度化が要求されるようになってきている。そのため、例えば層間絶縁膜や配線となる導電膜をウエハ表面に形成した後、これらの薄膜の表面の凹凸を化学的機械研磨(ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing) により平坦化することが行われるようになってきている。
【０００３】
このウエハ表面の薄膜の研磨には、研磨台に載置されたウエハに、研磨定盤に取り付けられた研磨パッドを押し当て、研磨スラリ（砥粒液）を供給しながら、研磨台および研磨定盤のいずれか一方または両方を回転させる方法が採られている。複数枚のウエハを研磨台に載置することにより、各ウエハを同時に研磨することも行われる。
【０００４】
従来、ＣＭＰ装置により、層間絶縁膜を研磨除去して薄膜表面の凹凸を平坦化するに際して、研磨が下地膜（下層の配線）まで達して、さらに下地膜を研磨し過ぎた場合、短絡などの配線不良が生じ、製造される半導体の特性に影響を与える。
【０００５】
さらに、複数枚のウエハを同時に研磨する場合は、研磨部は各ウエハの全面であるため、各ウエハ面内で均一に、かつ各ウエハ間でも同一の研磨厚みに研磨除去することが必要である。
【０００６】
通常、このような研磨を可能にするため、各ウエハの薄膜の初期厚みを同一とし、ウエハ面内で研磨の均一性が良く、しかも薄膜の下地膜に対する選択比が大きい研磨条件で、薄膜を研磨することが行われている。この場合には、すべての研磨面を下地膜の表面に到達させるべく研磨時間を少し長くしたとしても、下地膜に対する選択比が大きいので、下地膜が研磨される量を抑えることができる。ここで選択比とは、研磨速度の比をいう。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来の研磨装置及び研磨方法によれば、一般に、研磨する条件を一定にしていても、研磨パッドやリテーナなどの研磨部品の損耗や研磨条件の外乱による変動、および研磨する薄膜の状態などが一定ではないため、ウエハ面内およびまたは複数のウエハ間の研磨の均一性は変化する。
【０００８】
そのため、ウエハ面内での研磨の均一性および下地膜に対する選択比を満足する研磨条件を選択していたとしても、研磨が良好に行われない場合がある。従って、研磨バッチ毎に研磨の均一性を確認することが望ましい。しかし、すべての研磨に対して膜厚測定器を用いてウエハ面内およびまたはウエハ間の研磨の均一性を確認することは商業的な生産では困難である。
【０００９】
そこで本発明は、ウエハ面内の研磨の均一性や複数のウエハ間の研磨の均一性を容易に評価できる研磨方法とそのような研磨装置を提供することを目的としている。さらに、ウエハ面内の研磨の均一性や複数のウエハ間の研磨の均一性の悪化を直ちに判定することにより、長期にわたって良好な研磨が可能な研磨方法及びそのような研磨装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による研磨方法は、被研磨物の被研磨面に研磨パッドを押し当て、前記被研磨物および前記研磨パッドの少なくとも一方を回転させて前記被研磨物を研磨する研磨方法であって、前記研磨パッドを回転させる回転トルクおよび前記被研磨物を回転させる回転トルクの少なくとも一方の回転トルクの時間変化率を検出し、検出された回転トルクの時間変化率に基づいて前記被研磨面の研磨均一性を評価することを特徴とする。また、請求項２に係る発明による研磨方法は、前記被研磨物は複数であることを特徴とする。ここで、例えば図２を参照すれば、研磨パッド２を回転させる回転トルクは、回転軸２３の回転トルクであり、被研磨物Ｓを回転させる回転トルクは、回転軸２１または回転軸２２の回転トルクである。また、検出されたトルクの時間変化率に基づいて被研磨面Ｓａの研磨均一性を評価するには、例えば実験によりトルクの時間変化率と被研磨面Ｓａ内の研磨均一性との相関関係を把握しておき、それと実際に計測されるトルクの時間変化率とを比較する。
【００１１】
このように構成すると、検出されたトルクの時間変化率に基づいて被研磨面Ｓａの研磨均一性を評価するので、被研磨物の複数の測定点における膜厚を直接計測することなく研磨均一性をトルクの時間変化率から間接的に確実に知ることができる。
【００１２】
なお、図１〜図３に示すように、複数の被研磨物Ｓの被研磨面Ｓａに研磨パッド２を押し当て、複数の被研磨物Ｓをそれぞれ自転させると共に、複数の被研磨物Ｓと研磨パッド２とを相対的に公転させて複数の被研磨物Ｓを研磨する研磨方法であって、相対的に公転させるための回転トルクと複数の被研磨物Ｓをそれぞれ自転させる各回転トルクの少なくとも一つの回転トルクの時間変化率を検出し、前記検出されたトルクの時間変化率に基づいて被研磨面Ｓａの研磨均一性を評価するようにしてもよい。ここで、被研磨面Ｓａの研磨均一性というときは、ある１つの被研磨面Ｓａ内の研磨の均一性、あるいは複数の被研磨面Ｓａ間の研磨の均一性を意味する。また、例えば図２を参照すれば、相対的に公転させるための回転トルクは、回転軸２２または回転軸２３の回転トルクであり、自転させる各回転トルクは各回転軸２１の回転トルクである。
【００１３】
このように構成すると、相対的に公転させるための回転軸２２あるいは回転軸２３と複数の被研磨物Ｓをそれぞれ自転させる各回転軸２１の少なくとも一つの回転軸のトルクの時間変化率に基づいて研磨均一性を評価するので、特に回転軸２２あるいは回転軸２３のトルクを用いるときは複数の同時に研磨されている被研磨物Ｓ全体の被研磨面Ｓａ内の平均的な研磨均一性が評価でき、各回転軸２１のトルクを用いるときは、複数の被研磨物Ｓの各被研磨面Ｓａ内の研磨均一性が評価できる他、複数の被研磨物Ｓの各被研磨面Ｓａ間の研磨の均一性が評価できる。
【００１４】
以上の研磨方法では、請求項３に記載のように、被研磨物Ｓと研磨パッド２との間に研磨スラリを供給するようにしてもよい。このときは、特にＣＭＰによる研磨方法として用いることができる。
【００１５】
以上の研磨方法では、請求項４に記載のように、前記評価された研磨均一性に基づいて研磨条件を設定するようにしてもよい。
【００１６】
このときは、評価された研磨均一性に基づいて研磨条件を設定するので、ウエハ面内あるいはウエハ間の研磨の進行が不均一と判明したとき、それを修正するように研磨条件を変更できる。
【００１７】
請求項５に記載のように、請求項４に記載の研磨方法においては、前記研磨条件の設定は、前記研磨パッドの回転数の変更、前記被研磨物の回転数の変更、前記研磨パッドを前記被研磨面に押しつける圧力の変更、前記研磨スラリの流量の変更、前記研磨パッドの交換、前記被研磨物を保持するリテーナの調整（例えばシムの挿入等による高さの変更）、前記被研磨物を保持するリテーナの交換、及び前記研磨パッドの目立ての実施の少なくとも１つであるようにすることが好ましい。これらの条件が、ウエハＳの研磨均一性を支配する主なものである。ここで例えば図２を参照すれば、研磨パッド２の回転数とは回転軸２３の回転数であり、被研磨物Ｓの回転数とは回転軸２１あるいは回転軸２２の回転数である。
【００１８】
上記目的を達成するために、請求項６に係る発明による研磨装置は、被研磨物が取り付けられて一の回転軸回りに回転する研磨台と、前記研磨台に取り付けられた被研磨物に押し当てられて前記被研磨物を研磨する研磨パッドと、前記研磨パッドを被着して、他の回転軸回りに回転する研磨定盤と、各回転軸のうち少なくとも１つの回転軸のトルクの時間変化率を検出するトルク時間変化率検出部と、前記トルク時間変化率検出部で検出されたトルクの時間変化率に基づいて前記被研磨面の研磨均一性を評価する評価部とを備える。トルク時間変化率検出部と評価部とは一体の装置として構成してもよい。また、請求項７に係る発明による研磨装置は、被研磨物の被研磨面に研磨パッドを押し当て、前記被研磨物および前記研磨パッドの少なくとも一方を回転させて前記被研磨物を研磨する研磨装置であって、前記研磨パッドを回転させる回転トルクおよび前記被研磨物を回転させる回転トルクの少なくとも一方の回転トルクの時間変化率を検出する手段と、検出された回転トルクの時間変化率に基づいて前記被研磨面の研磨均一性を評価する手段とを備えることを特徴とする。
【００１９】
このように構成すると、特に回転軸２２あるいは回転軸２３のトルクを用いるときは複数の被研磨物Ｓ全体の被研磨面Ｓａ内の平均的な研磨均一性が評価でき、各回転軸２１のトルクを用いるときは、被研磨物Ｓ全体の被研磨面Ｓａ内の研磨均一性を評価することもでき、さらには複数の被研磨物Ｓの各被研磨面Ｓａ内の研磨の均一性の他、複数の被研磨物Ｓの各被研磨面Ｓａ間の研磨の均一性も評価できる。
【００２０】
上記の研磨装置では、請求項８に記載のように、評価された研磨均一性に基づいて研磨条件を設定する手段を備えてもよい。
【００２１】
このように構成すると、研磨条件設定部１０（２０）が評価部９（１９）で評価された研磨均一性に基づいて、研磨不良を修正するように研磨条件を設定することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
【００２３】
本発明者らは、研磨の終点検知の一つの方法 として用いられている研磨時のトルク変化に着目し、さらに、そのトルクの時間変化率を用いて、以下の知見に基づいて本発明を完成させた。
【００２４】
研磨台上にて複数枚の被研磨物であるウエハを同時に研磨する構造の研磨装置において、研磨されるウエハの層間絶縁膜は一般的には２層以上の構造であり、その上・下層の薄膜は研磨抵抗が異なるのが普通である。図９に層間絶縁膜の構造の一例を断面図で示す。
【００２５】
図９に示す層間絶縁膜は、シリコン等のウエハ基板ＳＡの上に配線ＳＸ１が形成され、その配線同士の間が配線間絶縁膜ＳＢで埋められている。これらを形成するにあたっては、先ずウエハ基板ＳＡの上に配線ＳＸ１が形成され、その上を覆うように配線間絶縁膜ＳＢが堆積され、その後、配線間絶縁膜ＳＢが配線ＳＸ１の高さと同一の高さまで研磨除去され、配線ＳＸ１の上部が配線間絶縁膜ＳＢから露出して、全体として平坦な面となるようにする。
【００２６】
その平坦な面の上に第１層の層間絶縁膜ＳＣが堆積され、その上面は研磨され平坦面となり、その平坦面上に第２の配線ＳＸ２が形成され、その上を覆うように配線間絶縁膜ＳＤが堆積され、その後、配線間絶縁膜ＳＤが配線ＳＸ２の高さと同一の高さまで研磨除去され、配線ＳＸ２の上部が配線間絶縁膜ＳＤから露出して、全体として平坦な面となるように加工される。図９では、配線間絶縁膜ＳＤは未だ研磨除去されておらず、研磨除去されて平坦な面となるところが破線で表示されている。即ち配線ＳＸ２の上部が露出する高さである。
【００２７】
図９に示される配線ＳＸ１と配線間絶縁膜ＳＢの上面のような多層絶縁膜構造の研磨終点の検知では、上層が研磨除去されて下層が現れた時の研磨抵抗の差異を、研磨トルクが減少または増加することを利用して検知し、研磨終点を判定している。
【００２８】
ここで、研磨トルクは、上層の薄膜が除去されて、下層の薄膜が出現してくる時の下層の薄膜の出現面積にほぼ比例して変化する。従って、ウエハ面内およびウエハ間で研磨が均一に進行している場合、１つのウエハ面内および複数のウエハ間の各部でほぼ同時に研磨対象の薄膜が除去されて下地膜が露出する。その結果、下地膜の面積が急速に増加するので、研磨終点近傍でのトルクの減少率または増加率、即ちトルクの時間変化率が大きくなる。
【００２９】
一方、１つのウエハ面内や複数のウエハ間で研磨が均一に進行していない場合、ウエハ面内およびまたはウエハ間の各部で研磨対象の薄膜が除去されて下地膜が露出する時期がずれる。その結果、下地膜の面積の増加は緩やかなものとなり、研磨終点近傍でのトルクの時間変化率が小さくなる。
【００３０】
図４のトルク変化の模式図を参照して、上層薄膜の研磨抵抗が下層薄膜より大きい場合について、研磨進行に伴うトルク変化を説明する。
【００３１】
ウエハ面内の研磨が均一に進行している場合（図中○の場合）、研磨終点（図中ＥＰ）近傍のトルクの時間に対する減少勾配、即ちトルクの時間変化率は急激である。これに対して、ウエハ面内の研磨が不均一に進行している場合（図中△および□の場合）、研磨の均一性が悪くなるに従い、研磨終点近傍でのトルクの減少勾配は緩やかになる。
【００３２】
図４のような線図を複数のウエハのそれぞれについて作成すると、複数のウエハ各々の面内の研磨が均一で複数のウエハ間の研磨が不均一に進行している場合は、各線図でのトルクの減少勾配は急であるが、研磨終点ＥＰの時間位置が線図毎にずれる。
【００３３】
また複数のウエハを総合した全体としての研磨均一性を示す線図を作成すると（研磨台の回転軸あるいは研磨定盤の回転軸のトルクを測定して）、複数のウエハ各々の面内の研磨均一性が悪いか、各ウエハ間の研磨均一性が悪いと、やはりトルクの減少勾配は緩やかになる。この場合、複数のウエハ各々の面内の研磨均一性が良好で、かつ各ウエハ間の研磨均一性も良好であれば、トルクの減少勾配は急になる。
【００３４】
図５に、上層の研磨抵抗が下層より小さい場合について、研磨進行に伴うトルク変化の模式図を示す。
【００３５】
ウエハ面内の研磨が均一に進行している場合（図中○の場合）、研磨終点（図中ＥＰ）近傍のトルクの増加勾配、即ちトルクの時間変化率は急激である。これに対して、ウエハ面内の研磨が不均一に進行している場合（図中△および□の場合）、研磨の均一性が悪くなるに従い、研磨終点近傍でのトルクの増加勾配は緩やかになる。
【００３６】
図５のような線図を複数のウエハのそれぞれについて作成した場合の知見については、図４の場合と同様なので重複した説明は省略する。
【００３７】
この研磨トルクの時間変化率（時間に対する１次微分値）の大小によって１つのウエハの被研磨面内およびまたは複数のウエハ間の研磨の均一性を定量化することができ、ひいてはそのような研磨の均一性を評価することができる。そして、研磨が良好に行われたかどうかを容易に判定することができる。
【００３８】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態であるＣＭＰによる研磨装置の斜視図であり、図２は図１の研磨装置の一部を断面した拡大断面図であり、図３は図１の装置の被研磨物載置部を搭載する研磨台の平面図（図２のＡ−Ａ矢視図）である。
【００３９】
図１及び図２において、研磨パッド２を被着する円盤状の研磨定盤５が、被着面を下方に向けて、またその円盤の中心で円盤の上方に円盤に垂直に設けられた第３の回転軸である回転軸２３の回りに回転するように構成されている。研磨定盤５の研磨パッド２を被着する面は、回転軸２３の回転軸線を中心とする円環状の平面になっており、その面に密着させて円環状の弾性体でできた弾性円盤１４が搭載され、弾性円盤１４を覆うように研磨布である研磨パッド２が被着されている。このようにして、研磨パッド２の外側の面は、下方に向いた円環状の、回転軸２３の回転軸線に直交する平面として研磨面２ａを形成している。
【００４０】
研磨定盤５の下方に、研磨パッド２の研磨面２ａに対向して、研磨台３が設けられている。研磨台３は研磨定盤５とほぼ同一の直径を有する円盤であり、その下方、即ち研磨定盤５と反対の側には、研磨台３の中心に第２の回転軸である回転軸２２が円盤に垂直に設けられており、回転軸２２により研磨台３は回転できるように構成されている。
【００４１】
また、研磨台３の研磨定盤５の側には、円環状の研磨面２ａに対向するように被研磨物載置部である円形のウエハ載置部１が複数（本実施の形態では５個）、回転軸２２の回転軸線を中心とするピッチ円状に中心が位置するように設けられている（図３参照）。
【００４２】
ウエハ載置部１の下方、研磨定盤５と反対の側には、ウエハ載置部１の中心に第１の回転軸である回転軸２１が円盤状のウエハ載置部に垂直に設けられており、各回転軸２１により各ウエハ載置部１は研磨台３上で回転できるように構成されている。ウエハ載置部１の上面、即ち研磨パッド２の側には、外径がウエハ載置部１より僅かに小さく、内径が載置すべきウエハの外径より僅かに大きく、上面が載置したときのウエハの上面とほぼ同一面内となる（典型的にはウエハ上面と同一面かあるいはそれより僅かに上になる）円環状のリテーナ１１が、その中心が回転軸２１の中心と一致するように設けられ、リテーナ１１の円環の内径の中に被研磨物であるウエハＳが載置され保持される。回転軸２１、２２、２３の回転軸線はそれぞれ平行である。
【００４３】
回転軸２３は、これを回転駆動する研磨定盤回転駆動機構７に連結されており、回転軸２３の回りに研磨定盤５は回転する。また回転軸２１、２２は、これらを回転駆動する研磨台回転駆動機構４に連結されており、それぞれ回転するように構成されている。
【００４４】
このような構成において、研磨台３は回転軸２２の回りに、またウエハ載置部１ひいてはウエハＳは回転軸２１の回りに、研磨台回転駆動機構４により回転させられるので、研磨台３がその回転軸２２の回りに回転（公転）するとともに、ウエハ載置部１もウエハ載置部１の回転軸２１の回りに回転（自転）する。また研磨定盤５は、回転軸２３の回りに回転させられる。したがって、回転軸２２を有する研磨台３と回転軸２３を有する研磨定盤５のいずれか一方あるいは双方を回転させれば、研磨台３上のウエハＳと研磨定盤に被着した研磨パッド２とは、相対的に公転することになる。
【００４５】
なお、回転軸２２の回転軸線と回転軸２３の回転軸線とは同一直線上にあってもよいが、典型的にはある程度、平行にずらして設定される。このことにより、研磨面２ａのできるだけ広い範囲を用いて、またウエハＳに対してできるだけ異なる研磨面が当たるように研磨することができ、一様な研磨を可能にする。
【００４６】
回転軸２３の中心には、研磨スラリ供給孔２３Ｈが貫通して穿設されており、研磨スラリ供給機構（図示せず）から研磨スラリ供給孔２３Ｈを通して研磨スラリを供給しながら、研磨パッド２の研磨面２ａとウエハＳの被研磨面Ｓａとを接触回転させることにより、研磨が行われる。この装置では、ウエハＳは５枚を同時に研磨することができる（図３）。
【００４７】
研磨定盤回転駆動機構７には、さらに研磨定盤５の回転トルクを測定するトルク測定機構８が接続されている。トルク測定機構８には、トルクの時間変化率を演算する機構が含まれている。即ち、トルク測定機構８は、トルクの時間変化率を検出する、トルク時間変化率検出装置でもある。
【００４８】
トルク測定機構８には、研磨の均一性を評価する評価部９が接続されている。トルク測定機構８は、トルクを測定し、さらに測定されたトルクからトルクの時間変化率を演算し、トルクの時間変化率を情報として含んだ信号を評価部９に伝達する。
【００４９】
トルク測定機構８の構成としては、例えば研磨定盤回転駆動機構７の電動機に入力される電力を測定し、その電力値と研磨定盤５の回転数とから算出するものなどを用いれば良い。研磨定盤５の回転数を一定とする場合、その電力値をそのまま用いても良い。また、研磨定盤５と研磨定盤回転駆動機構７の途中に、軸にかかる応力を測定するゲージを取り付けて、応力を検出することによりトルクを測定するようにしてもよい。あるいは、研磨定盤５と研磨定盤回転駆動機構７の途中にその他の市販のトルク測定器を挿入する構成としても良い。
【００５０】
以上、回転軸２３の回転トルクとその時間変化率の検出について説明したが、同様に研磨台回転駆動機構４にも、回転軸２２及び複数の回転軸２１の各回転トルクを測定するトルク測定機構１８が接続されている。
【００５１】
トルク測定機構１８は、回転軸２２の回転トルクを測定する測定部１８Ａと、各回転軸２１の回転トルクを測定する測定部１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅを含んでおり、各測定部にはトルクの時間変化率を演算する機構が含まれている。即ち、トルク測定機構１８で各回転軸の回転トルクの時間変化率を検出することができる。
【００５２】
トルク測定機構１８には、研磨の均一性を評価する評価部１９が接続されている。トルク測定機構１８は、各軸の回転トルクを測定し、さらに測定されたトルクから各トルクの時間変化率を演算し、各トルクの時間変化率を情報として含んだ信号を評価部１９に伝達する。
【００５３】
トルク測定機構１８の構成としては、例えばその中に構成要素として含まれる電動機に入力される電力を測定して算出する等、トルク測定機構８の構成と同様である。
【００５４】
評価部１９は、回転軸２２の回転トルク変化率を評価する評価部１９Ａと、各回転軸２１の回転トルク変化率を評価する評価部１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅを含んでおり、評価部１９で総合的に、あるいは各評価部で各トルクの時間変化率がお互いに、または所定の閾値と比較して評価される。
【００５５】
トルクの測定を研磨定盤５を駆動する回転軸２３に対して行うか、もしくは研磨台３の回転軸２２の一方または双方に対して行なえば、研磨における各ウエハＳの面内均一性を含めた全ウエハの全体としての研磨の均一性を評価することができる。
【００５６】
一方、トルクの測定をウエハ載置部１の各回転軸２１に対して行なえば、研磨における各ウエハＳそれぞれの面内均一性を評価できる。したがって、各ウエハＳの面内均一性と複数のウエハ間の均一性を分離して評価できる。
【００５７】
このように評価部９においては、トルク測定信号およびその時間微分値信号などから、複数の全ウエハの全体としての研磨の均一性を判定することができる。
【００５８】
また、評価部１９においては、トルク測定信号およびその時間微分値信号などから、複数の全ウエハの全体としての研磨の均一性、あるいは複数の各ウエハ内の研磨均一性の他、複数の各ウエハ間の研磨の均一性を判定することができる。
【００５９】
また、評価部９あるいは評価部１９においては、各ウエハＳの研磨終点を判定することもできる。研磨終点の判定は、例えばトルク測定信号およびその時間微分値の少なくとも一方が所定の設定値以上に変化した時を研磨終点と判定するなどの方法をとれば良い（図４、図５参照）。
【００６０】
以上のような研磨装置を用いて行うことのできる、本発明の実施の形態による研磨方法では、研磨台３に設けられた複数の被研磨物載置部１に載置された被研磨物Ｓに、研磨定盤５に被着された研磨パッド２を押し当て、被研磨物Ｓの被研磨面Ｓａと研磨パッド２との間に研磨スラリを供給し、研磨台３、被研磨物載置部１および研磨定盤５の少なくとも一つを回転させて複数枚の被研磨物Ｓを同時に研磨する。このようにして、研磨定盤５を回転させる回転軸２３、研磨台３を回転させる回転軸２２および複数の被研磨物載置部１を回転させる各回転軸２１の少なくとも一つのトルクを、トルク測定機構８、１８により測定し、さらに時間に対してこのトルクを微分することにより時間変化率を求め、求められたトルクの時間変化率から、複数の被研磨物それぞれの被研磨面Ｓａ内およびまたは複数の被研磨面Ｓａ相互間の研磨の均一性を、評価部９、１９により評価する。
【００６１】
このように本発明の実施の形態によれば、研磨装置、特に僅かの研磨量で高精度の平坦化を行うＣＭＰ装置においても、回転軸のトルクを介して被研磨物であるウエハの研磨均一性の状態を、定量的に検出できる。その結果、研磨と同時に製品の良否を判定でき、また製品の検査機構を簡素化できる。
【００６２】
また、ウエハ面内およびまたはウエハ間の研磨の均一性の評価結果に基づき、次回以降の研磨条件を修正することや、研磨の均一性について膜厚計を用いたさらに詳細な評価を実施することができる。
【００６３】
例えば、研磨の均一性が不良と判断された場合は、研磨パッドの目立ての実施や研磨パッドの交換、リテーナの高さ変更または交換などを実施する。リテーナの高さの変更等の調整は、例えばリテーナとウエハ載置部１との間にシムを重ね挿入したり、既に挿入されているシムを抜き取ったりして行うことができる。また、リテーナの交換は、典型的には厚いもの或いは薄いものへの交換である。
【００６４】
ここで、研磨パッドの目立てとは、例えばダイヤモンド砥粒などの高硬度の砥粒が表面に埋め込まれたドレッサ（目立て機）を研磨パッドの表面に押し当て相対的に移動させることにより、研磨パッド表面を研削して研磨パッド表面の目立てを行うことである。
【００６５】
被研磨物の研磨を繰り返すと、研磨屑や研磨スラリなどが研磨パッド表面の微細な孔に入り込んで目詰まりを起こすことがある。この目詰まりが研磨パッドの一部分に起こると研磨の均一性の悪化につながる。したがって、研磨パッドの目立てを行うことで均一性の悪化を修正できる。
【００６６】
また、均一性が不良と判断された場合に、光学式の膜厚測定器を用いてウエハ表面の複数の測定点における膜厚を測定し、均一性の傾向（ウエハの中央部が削れ過ぎているのか、削れ過ぎは周辺部なのか、また均一性の悪化がウエハ面内かウエハ相互間かなど）をより詳細に評価し、その評価結果に基づいて、上記の各研磨条件に加えて各回転軸の回転数、研磨パッドを被研磨物に押しつける研磨圧力、研磨スラリの流量などを適正値に変更できるようにしてもよい。この場合には、毎回研磨量を膜厚測定器で測定する必要がないので、商業的生産に適する。
【００６７】
以上の研磨方法をフローチャートを参照して、さらに詳しく説明する。図１２は、本発明の第２の実施の形態である研磨方法のステップを示すフローチャートである。この実施の形態の研磨方法では、スタートするとまずウエハ装填工程ＳＰ１で１バッチ（例えば５個）のウエハＳが（例えば５個の）ウエハ載置部１に載置される。
【００６８】
ここで、一般に１バッチとは１回で処理できる１群のウエハをいい、例えば５枚のウエハを１バッチと呼ぶ。また、１ロットとは、同一条件の処理を施す１群のウエハをいい、例えば１ロットは５バッチ分２５枚のウエハからなる。１ロットは１カセットともいう。
【００６９】
続いて、研磨台３を公転させると共にウエハ載置部１を自転させ、また研磨パッド２を回転させることによりウエハＳを研磨する（工程ＳＰ２）。研磨が終了すれば、研磨終点近傍のトルクの時間変化率の絶対値Ｘ［Ｎ・ｍ／ｍｉｎ］を求める（工程ＳＰ３）。そのためには、例えばトルク測定機構８、１８によりトルクを測定し、その測定されたトルクの値を記憶しておき、研磨終了後に、研磨終点より所定時間だけ前から研磨終点までの間の所定の複数時点でのトルクの時間変化率の絶対値を求め、その平均値を上記研磨終点近傍のトルクの時間変化率の絶対値を求め、その平均値を上記研磨終点近傍のトルクの時間変化率の絶対値Ｘとすればよい。
【００７０】
ここで所定の時間は、典型的には、研磨終点近傍において予想されるトルクの時間変化率（トルクの減少あるいは増加勾配）が最も急激な場合（例えば図４、図５中○の場合）のトルクの減少あるいは増加の勾配の開始から勾配の終点（あるいは研磨終点ＥＰ）までの時間とする。あるいは、後述のパッドを交換した後の初期のトルクの時間変化率Ａの場合の、トルクの勾配の開始から勾配の終点（あるいは研磨終点ＥＰ）までの時間としてもよい。
【００７１】
なお、トルクの時間変化率について、図１１に示されるような閾値を設定しておく。図１１において、Ａはパッドを交換した後の初期のトルクの時間変化率であり、Ｂは軽度の不均一が生じた状態のトルクの時間変化率であり、Ｃは重度の不均一が生じた状態のトルクの時間変化率である。なお、Ｂ＝ｋ１・Ａ、Ｃ＝ｋ２・Ａと置くことができる。ｋ１、ｋ２は、トルクの時間変化率比である。
【００７２】
ここで、実施例において詳細に説明するが、トルクの時間変化率は、図７、図８に示されるように、ウエハ面内均一性、あるいはウエハ間均一性と相関関係があるので、閾値Ａ、Ｂ、Ｃは、許容均一性をまず設定し、その値から逆に読みとって設定してもよい。
【００７３】
例えば図７、図８のデータを与える研磨装置では、パッドを交換した後の初期状態でウエハ面内均一性は約２％であるので、図７によれば、Ａは約１９０［Ｎ・ｍ／ｍｉｎ］であり、軽度の不均一が生じた状態ではウエハ面内均一性は約４％であるので、Ｂは約１１０［Ｎ・ｍ／ｍｉｎ］であり、重度の不均一が生じた状態ではウエハ面内均一性は約７％であるので、Ｃは約４０［Ｎ・ｍ／ｍｉｎ］となる。したがって、この場合は、ｋ１は約０．６、ｋ２は約０．２ということになる。
【００７４】
図１２に戻り、第２の実施の形態の説明を続ける。ステップＳＰ３において求めたトルクの時間変化率の絶対値Ｘを閾値Ｃと比較する（ステップＳＰ４）。Ｘ＜Ｃのときは、重度の不均一が生じていると判断できるので、研磨パッドやリテーナの極度の劣化（磨耗、消耗等）や、研磨パッドの取り付け不良等が考えられるため、研磨装置を一時停止する（ステップＳＰ５）。
【００７５】
図１２には不図示であるが、研磨装置を一時停止した後に、作業者による研磨パッドやリテーナの点検、あるいは必要に応じて研磨パッドの交換、リテーナの高さ変更または交換などを行う。
【００７６】
ステップＳＰ４において、Ｘ≧ＣのときはさらにＸを閾値Ｂと比較する（ステップＳＰ６）。Ｃ≦Ｘ＜Ｂのときは、軽度の不均一が生じたと判断できるので、研磨パッドの目立てを行う（ステップＳＰ７）。ここで行う研磨パッドの目立ては、図１０に示されるような、研磨装置に備えられているドレッサ（目立て装置）により行うことができる。
【００７７】
図１０は、研磨装置１００を研磨台３の上方から見た平面図である。但し、研磨台とドレッサの関係を示すのに必要な部分以外は図示を省略してある。図１０に示されるように、本研磨装置１００には、研磨台３の側部に研磨台３と並べて外部ドレッサ３０が設けられている。外部ドレッサ３０は、表面が研磨パッド２の研磨面２ａ（図２）の側を向けて設けられたドレッシングホイール３２と、ドレッシングホイール３２を案内するホイールガイド３１とを含んで構成されている。ドレッシングホイール３２の上面（研磨面２ａに対向する面）にはダイヤモンド砥粒などの高硬度の砥粒が表面に埋め込まれている。このドレッサ３０は、必要に応じて自動的に目立てを行うように構成されており、作業者が関与することなく目立てを行い、研磨処理を継続できる。
【００７８】
研磨パッド２（の研磨面２ａ）の目立てが必要と判断されると、研磨パッド２（図１０では２点鎖線で表示）は、研磨台３ひいては複数のウエハ載置部１の上方から平行に横に（回転軸２３に直角な方向に）移動して、ホイールガイド３１の上方に位置する。
【００７９】
その状態で、ドレッシングホイール３２がホイールガイド３１により案内され、ドレッシングホイール３２と対向して表面が下方向に向いた研磨パッド２の研磨面２ａを舐めるように移動する。即ち、ドレッシングホイール３２は研磨パッド２の表面２ａに押し当てられ相対的に移動する。このとき、ドレッシングホイール３２は自転している。このようにして研磨パッド２は目立てされる。
【００８０】
図１２に戻り第２の実施の形態の説明を続ける。工程ＳＰ６で、Ｂ≦Ｘのときは、問題となるような不均一は生じていないと判断できるので、次の工程ＳＰ８で、研磨すべき１ロット分の全てのウエハＳが研磨処理されたかを判断し、未処理のウエハＳが残っているときは、次に処理すべきウエハＳをウエハ載置部１に載置して（ステップＳＰ９）、工程ＳＰ２に戻り、既に説明した工程を繰り返す。
【００８１】
工程ＳＰ８で、全てのウエハが処理されたと判断されると、研磨作業は完了する（エンドとなる）。
【００８２】
次に図１３を参照して、本発明の第３の実施の形態である研磨方法を説明する。この実施の形態は、ウエハ面内の均一性の悪化の傾向を判定して研磨条件を変更する場合である。
【００８３】
図１３において、工程ＳＰ６までは、実施の形態２の場合と同様であるので重複した説明は省略する。
【００８４】
工程ＳＰ６で、Ｃ≦Ｘ＜Ｂのときは、軽度の不均一が生じたと判断できるので、研磨装置に備えられている例えば光学式の膜厚測定器を用いてウエハ表面の複数の測定点における膜厚を測定する（ＳＰ１１）。この膜厚により研磨量が求められる。
【００８５】
この測定結果に基づいて、研磨の均一性悪化の傾向を評価する（ＳＰ１２）。即ち、典型的には１枚のウエハＳにおいてその中央部の研磨が過度なのか、周辺部の研磨が過度なのか、またそのような傾向は全てのウエハに共通なのか、それとも一部の特定のウエハにのみに生じているのか、または１枚のウエハにおいては均一性は悪化していないが複数のウエハ間の均一性が悪化しているのかなどの傾向を判断する。
【００８６】
その評価結果に基づいて、即ち不均一な研磨の進行がウエハ面内かウエハ相互間かにより、また不均一さの程度等に応じて、研磨条件の変更（研磨パッド２の回転数の変更、被研磨物Ｓの回転数の変更、研磨パッド２の研磨面２ａを被研磨面Ｓａに押しつける圧力の変更、研磨スラリの流量の変更、研磨パッドの交換、リテーナの調整または交換、研磨パッドの目立ての少なくとも１つ）を適正に行う（ＳＰ１３）。
【００８７】
研磨条件の変更は、研磨条件設定部１０、２０（図１）により行うことができる。その際は、以上の研磨条件のうちのどの条件が、またどの程度の変更が必要か判断して、研磨台回転駆動機構（被研磨物載置部１の回転駆動機構でもある）４と研磨定盤回転駆動機構７の一方または双方に指令を送り、必要な変更を実行する。このように、以上の処理を自動的に行えるように制御系を設定しておけば、軽度の不均一が生じても作業者が関与する必要がなく、研磨処理を継続できる。
【００８８】
次に全てのウエハの研磨処理が完了しているかを判断し（ＳＰ８）、完了していればエンドとし、完了していなければ次に処理すべきウエハをウエハ載置台に載置して（ＳＰ１４）、工程ＳＰ２に戻り、既に説明したように研磨を繰り返す。
【００８９】
このように、本発明の実施の形態によれば、ウエハ面内およびまたはウエハ間の研磨の均一性の悪化を直ちに修正できるので、研磨不良を最小限に抑え、長期にわたって良好な研磨を実施できる。
【００９０】
以上の実施の形態において、研磨の均一性の判断は、トルクやトルク時間変化率を研磨中にトルク測定機構８、１８あるいは評価部９、１９に組み込まれた不図示の記録部に記録しておいて、１バッチのウエハの研磨が終了してから、その記録に基づいて行う。すなわち、研磨終点より所定の時間だけ前から研磨終点までのトルクの時間変化率の絶対値の平均値を用いて判断している。
【００９１】
したがって、研磨条件の設定（研磨パッドの目立ての実施を含む）は、１バッチのウエハの研磨を途中で止めることなく、その１バッチのウエハの研磨が終了してから、いわばバッチ毎に行う。
【００９２】
また、研磨の均一性の判断を１バッチのウエハを研磨している最中に行ってもよい。この場合は、（例えば図４、図５から分かるように）研磨開始後しばらくは（研磨終点の近傍以外は）トルクの時間変化率は零に近い値となるので、この零に近い値は均一性の判断から外す必要がある。例えば、図１４に示すように閾値Ｄを加え、図１５の第４の実施の形態（第３の実施の形態の変形例）である研磨方法に示すように、トルクの時間変化率の絶対値ＸがＸ＜Ｄの場合はそのまま研磨を続ける（ＳＰ４ａ）ようにすればよい。
【００９３】
図１５において、研磨（ＳＰ２）中にトルクの時間変化率の絶対値Ｘを算出する（ＳＰ３ａ）。そのＸを各閾値と比較してその大小を判定する。先ず、工程ＳＰ４ａでＸ＜Ｄと判定された場合は、前記のようにそのまま研磨を続けるが、Ｄ≦Ｘと判定された場合は、工程ＳＰ４ｂに進み、さらにＸとＣの大小を判定する。ここで Ｄ≦Ｘ＜Ｃと判定された場合は、工程ＳＰ５に進み研磨装置を一時停止するのは、図１２の場合と同様である。また、工程ＳＰ４ｂでＣ≦Ｘと判定された場合は、工程ＳＰ６に進む点も、図１２の場合と同様である。
【００９４】
工程ＳＰ６で、Ｂ≦Ｘと判定された場合、研磨終了か否かを判定し（ＳＰ８ａ）、研磨がまだ終了していなければ工程ＳＰ２に戻り研磨は継続される。工程ＳＰ８ａで研磨終了と判定されれば、工程ＳＰ８に進み全てのウエハが研磨されたか否かを判定する。以下は図１２の場合と同様である。
【００９５】
また、予め研磨開始から研磨終了までに要するおおよその時間を求めておき、研磨開始から所定時間経過してから（研磨終点近傍になってから）、図１２、図１３に示される処理工程に基づいて均一性の判断を行うようにしてもよい。
【００９６】
なお、以上実施の形態は、研磨対象の膜質が変化する時点でのトルクの変化を検出し、それに基づいて研磨の均一性の評価を行う場合で説明した。それは、膜質の変化に伴うトルクの変化は一般的には顕著だからである。
【００９７】
しかしながら、同じ膜質内での研磨において、凹凸を有する被研磨面が平坦になる過程でのトルクの変化を検出し、それに基づいて研磨の均一性を評価するようにしてもよい。同じ膜質内でのトルク変化は、膜質が変化する場合ほど顕著ではないが、いずれにしても検出可能な変化を生じ得るからである。
【００９８】
【実施例】
本発明の研磨方法の実施例について説明する。本実施例で用いた研磨装置は、先に説明した図１に示した装置である。トルクの測定は、研磨定盤回転駆動機構７の電動機に入力される電力を測定して、その電力値と研磨定盤５の回転数とから演算した。
【００９９】
研磨に用いたウエハは、シリコンウエハＳ上にシリコン酸化膜が８００ｎｍ、その上層にタングステン膜（パターンなし）が６００ｎｍ成膜されたものである。各研磨回数毎に同一のウエハを５枚載置して研磨を継続した。
【０１００】
研磨パッド２は、不織布にポリウレタンを含侵させたものを用いた。研磨スラリは、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）をＫＩＯ3水溶液に懸濁させたものを用いた。
【０１０１】
研磨定盤５、研磨台３、ウエハ載置部１の回転数は、それぞれ４５ｒｐｍ、７ｒｐｍ、４２ｒｐｍとした。
【０１０２】
図６（ａ）はウエハの研磨バッチ回数が少ない時点（初期時点）でのトルクの時間変化の測定結果の一例を示す図であり、図６（ｂ）はかなりの回数を処理した時点（後期時点）でのトルクの時間変化の測定結果を示す図である。
【０１０３】
研磨の終点は、タングステン膜が研磨除去されシリコン酸化膜が露出した時点とし、トルク波形データが所定のトルク値（下限判定設定値）より低下した時点として判定した。図６において研磨終点をＥＰで示している。
【０１０４】
なお、実際の半導体製造においては、１つの薄膜層、例えばタングステン膜が完全に研磨除去されて、下層の例えばシリコン酸化膜が露出するような研磨が行われることはほとんどないが、本実施例では実験としてそのような研磨を行った。但し、これは図９に示されるような、配線ＳＸ１が研磨面に表れるまで配線間絶縁層ＳＢを研磨除去する場合に模することができる。
【０１０５】
また、実際の半導体製造においては、ＥＰで示される時点で研磨は終了するのであるが、本実施例では実験として、ＥＰ時点以降のトルク変化を検証するために、研磨はＥＰを越えてしばらく継続し、トルクのデータを採取した。
【０１０６】
研磨の均一性評価には、研磨終点より所定の時間だけ前、本実施例では０．５ｍｉｎ前から研磨終点であるＥＰで示される点までのトルクの平均勾配の絶対値を用いた。
【０１０７】
初期時点でのトルクの平均勾配の絶対値は、図６（ａ）から求められ、１９０（Ｎ・ｍ／ｍｉｎ）であった。一方、後期時点での研磨結果の平均勾配の絶対値は、図６（ｂ）から求められ、４０（Ｎ・ｍ／ｍｉｎ）であった。
【０１０８】
研磨後に膜厚測定器を用いてウエハ各部（面上２５点）での研磨厚みを測定し、研磨速度の均一性を評価した。研磨速度のウエハ面内均一性Ｕｒは、面内２５点での研磨速度の平均値Ｒmeanと標準偏差σとから、下記の数式（１）に基づいて求めた。
【０１０９】
ウエハ間（５枚／バッチ）の研磨速度の均一性Ｓｒは、各ウエハの平均研磨速度の最大値Ｒｍａｘと最小値Ｒｍｉｎとから、下記の数式（２）に基づいて求めた。
【０１１０】
【数１】
【０１１１】
【数２】
【０１１２】
同様にして、初期時点から後期時点までの中間段階でもトルクの平均勾配の絶対値と研磨の均一性を求めた。
【０１１３】
その結果、ウエハ面内均一性Ｕｒ は、初期時点で２％、中間時点で４％、後期時点で７％であった。また、ウエハ間の均一性Ｓｒ は、初期時点で±２％、中間時点で±３．５％、後期時点で±６％であった。この結果を図７と図８に示す。
【０１１４】
図７に、研磨終点近傍におけるトルクの平均勾配の絶対値と研磨速度のウエハ面内均一性Ｕｒ との関係を示す。ここで言う研磨速度とは、膜厚の変化の速さのことであり、膜厚測定器を用いて各ウエハの各部の研磨前後の膜厚を測定し、膜厚の減少分とそのように研磨除去するに要した時間から計算することができる。研磨で除去された膜厚がどれだけ均一かにより、ウエハ面内およびまたはウエハ間の研磨の均一性が評価できる。
【０１１５】
図７に示されるように、研磨終点近傍におけるトルクの平均勾配の絶対値と研磨速度のウエハ面内均一性Ｕｒ とには良好な相関関係が見られた。したがって、薄膜の材質、研磨条件毎に図７に示されるような具体的な相関関係のデータを得ておけば、研磨終点近傍のトルクの平均勾配を測定することにより、ウエハ面内での研磨速度の均一性を評価できる。
【０１１６】
同様に、図８に研磨終点近傍におけるトルクの平均勾配の絶対値とウエハ間の研磨速度の均一性Ｓｒ との関係を示す。この両者にも、ウエハ面内均一性Ｕｒと同様に、良好な相関関係が見られた。したがって、やはり薄膜の材質、研磨条件毎に図８に示されるような具体的な相関関係のデータを得ておけば、研磨終点近傍のトルクの平均勾配を測定することにより、複数のウエハ間での研磨速度の均一性をも評価できる。
【０１１７】
すなわち、研磨終点近傍におけるトルクの平均勾配の絶対値を用いることにより、ウエハ面内均一性Ｕｒとウエハ間均一性Ｓｒとを重複した研磨の均一性を研磨バッチ毎に判定できることになる。従って、研磨の均一性が所定の許容値内にあるかどうかを、間接的にモニターできることになる。
【０１１８】
さらに、本実施例においては研磨終点近傍におけるトルクの平均勾配の絶対値が８０［Ｎ・ｍ／ｍｉｎ］以下となったときを一つの基準として、かつ研磨速度が低下傾向にある場合に、研磨条件の一つである研磨パッドまたはリテーナを交換する、または研磨パッドの目立てを実施するというように規定することにより、ウエハ面内およびウエハ間の研磨の均一性の悪化に対処できることを確認した。すなわち、研磨終点近傍のトルクの平均勾配をモニターすることにより、研磨条件を変更する時期の判定ができることを確認した。ただし、本実施例に用いた研磨装置において、判定のための閾値は、８０［Ｎ・ｍ／ｍｉｎ］に限らず、先の実施の形態で説明したように、１１０［Ｎ・ｍ／ｍｉｎ］と４０［Ｎ・ｍ／ｍｉｎ］の２つとし、軽度・重度の不均一のように段階的に研磨均一性を判定するようにしてもよい。
【０１１９】
なお、本実施例では研磨定盤を回転させる回転軸のトルク測定を用いたが、研磨台を回転させる回転軸、複数のウエハ載置部を回転させる各回転軸でトルク計測を行っても研磨の均一性を評価できる。
【０１２０】
複数のウエハ載置部それぞれの回転軸の研磨終点近傍の回転トルクの平均勾配の絶対値をそれぞれ測定すれば、複数のウエハの各々のウエハ面内均一性Ｕｒが評価できると共に、各ウエハ間の均一性Ｓｒが評価でき、また研磨台あるいは研磨定盤の一方か両方の研磨終点近傍のトルクの平均勾配の絶対値を測定すれば、ウエハ面内均一性Ｕｒとウエハ間均一性Ｓｒとを重複した研磨の均一性を研磨バッチ毎に判定できることになる。従って、各ウエハ載置部上のウエハの研磨の均一性が所定の許容値内にあるかどうかを、間接的にモニターできる。
【０１２１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、検出されたトルクの時間変化率に基づいて被研磨面Ｓａの研磨均一性を評価するので、被研磨物の膜厚を直接計測しなくても、トルクの時間変化率から研磨均一性を間接的に確実に知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である研磨装置の概略構成図である。
【図２】図１の装置の拡大部分断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ矢視図である。
【図４】本発明の実施の形態である研磨時のトルクの径時変化（上層薄膜の研磨抵抗が下層薄膜より大の場合）を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態である研磨時のトルクの径時変化（下層薄膜の研磨抵抗が上層薄膜より大の場合）を示す模式図である。
【図６】トルクの時間変化の一例を示す線図であり、（ａ）は研磨バッチ回数が少ない時点（初期時点）での、また（ｂ）は研磨バッチ回数がかなり進んだ時点（後期時点）でのトルクの時間変化の一例を示す線図である。
【図７】トルクの研磨終点近傍の平均勾配（絶対値）とウエハ面内均一性との関係を示す線図である。
【図８】トルクの研磨終点近傍の平均勾配（絶対値）とウエハ間均一性との関係を示す線図である。
【図９】ウエハの配線と層間絶縁膜の構造の一例を示す模式的断面図である。
【図１０】ドレッサを備える研磨装置の部分平面図である。
【図１１】トルクの時間変化率に関する閾値を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態である研磨方法のステップを示すフロー図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態である研磨方法のステップを示すフロー図である。
【図１４】トルクの時間変化率に関する閾値を示す図である。
【図１５】本発明の第４の実施の形態である研磨方法のステップを示すフロー図である。
【符号の説明】
１ ウエハ載置部
２ 研磨パッド
２ａ 研磨面
３ 研磨台
４ 研磨台回転軸駆動機構
５ 研磨定盤
７ 研磨定盤回転軸駆動機構
８ トルク測定機構
９ 評価部
１０ 研磨条件設定部
１１ リテーナ
１８ トルク測定機構
１８Ａ 測定部
１８ａ〜１８ｅ 測定部
１９ 評価部
１９Ａ 評価部
１９ａ〜１９ｅ 評価部
２０ 研磨条件設定部
２１ 回転軸
２２ 回転軸
２３ 回転軸
３０ ドレッサ
３１ ホイールガイド
３２ ドレッシングホイール
１００ 研磨装置
ＥＰ 研磨終点
Ｓ ウエハ
Ｓａ 被研磨面
ＳＸ１、ＳＸ２ 配線
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子、磁性素子、光学素子など薄膜素子の製造工程において、平面基板上に形成された薄膜の表面平坦化などに用いられる研磨方法及び研磨装置に関し、特にＬＳＩ等の半導体素子の製造工程においてシリコンウエハの表面に形成された薄膜の表面平坦化に用いられる研磨方法及び研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えばＬＳＩ等の半導体素子の製造工程において、半導体素子の高密度化を目的として多層配線が用いられるようになり、また半導体素子の微細化に伴い配線形成の高密度化が要求されるようになってきている。そのため、例えば層間絶縁膜や配線となる導電膜をウエハ表面に形成した後、これらの薄膜の表面の凹凸を化学的機械研磨(ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing) により平坦化することが行われるようになってきている。
【０００３】
このウエハ表面の薄膜の研磨には、研磨台に載置されたウエハに、研磨定盤に取り付けられた研磨パッドを押し当て、研磨スラリ（砥粒液）を供給しながら、研磨台および研磨定盤のいずれか一方または両方を回転させる方法が採られている。複数枚のウエハを研磨台に載置することにより、各ウエハを同時に研磨することも行われる。
【０００４】
従来、ＣＭＰ装置により、層間絶縁膜を研磨除去して薄膜表面の凹凸を平坦化するに際して、研磨が下地膜（下層の配線）まで達して、さらに下地膜を研磨し過ぎた場合、短絡などの配線不良が生じ、製造される半導体の特性に影響を与える。
【０００５】
さらに、複数枚のウエハを同時に研磨する場合は、研磨部は各ウエハの全面であるため、各ウエハ面内で均一に、かつ各ウエハ間でも同一の研磨厚みに研磨除去することが必要である。
【０００６】
通常、このような研磨を可能にするため、各ウエハの薄膜の初期厚みを同一とし、ウエハ面内で研磨の均一性が良く、しかも薄膜の下地膜に対する選択比が大きい研磨条件で、薄膜を研磨することが行われている。この場合には、すべての研磨面を下地膜の表面に到達させるべく研磨時間を少し長くしたとしても、下地膜に対する選択比が大きいので、下地膜が研磨される量を抑えることができる。ここで選択比とは、研磨速度の比をいう。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来の研磨装置及び研磨方法によれば、一般に、研磨する条件を一定にしていても、研磨パッドやリテーナなどの研磨部品の損耗や研磨条件の外乱による変動、および研磨する薄膜の状態などが一定ではないため、ウエハ面内およびまたは複数のウエハ間の研磨の均一性は変化する。
【０００８】
そのため、ウエハ面内での研磨の均一性および下地膜に対する選択比を満足する研磨条件を選択していたとしても、研磨が良好に行われない場合がある。従って、研磨バッチ毎に研磨の均一性を確認することが望ましい。しかし、すべての研磨に対して膜厚測定器を用いてウエハ面内およびまたはウエハ間の研磨の均一性を確認することは商業的な生産では困難である。
【０００９】
そこで本発明は、ウエハ面内の研磨の均一性や複数のウエハ間の研磨の均一性を容易に評価できる研磨方法とそのような研磨装置を提供することを目的としている。さらに、ウエハ面内の研磨の均一性や複数のウエハ間の研磨の均一性の悪化を直ちに判定することにより、長期にわたって良好な研磨が可能な研磨方法及びそのような研磨装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による研磨方法は、被研磨物の被研磨面に研磨パッドを押し当て、前記被研磨物および前記研磨パッドの少なくとも一方を回転させて前記被研磨物を研磨する研磨方法であって、前記研磨パッドを回転させる回転トルクおよび前記被研磨物を回転させる回転トルクの少なくとも一方の回転トルクの時間変化率を検出し、検出された回転トルクの時間変化率に基づいて前記被研磨面の研磨均一性を評価することを特徴とする。また、請求項２に係る発明による研磨方法は、前記被研磨物は複数であることを特徴とする。ここで、例えば図２を参照すれば、研磨パッド２を回転させる回転トルクは、回転軸２３の回転トルクであり、被研磨物Ｓを回転させる回転トルクは、回転軸２１または回転軸２２の回転トルクである。また、検出されたトルクの時間変化率に基づいて被研磨面Ｓａの研磨均一性を評価するには、例えば実験によりトルクの時間変化率と被研磨面Ｓａ内の研磨均一性との相関関係を把握しておき、それと実際に計測されるトルクの時間変化率とを比較する。
【００１１】
このように構成すると、検出されたトルクの時間変化率に基づいて被研磨面Ｓａの研磨均一性を評価するので、被研磨物の複数の測定点における膜厚を直接計測することなく研磨均一性をトルクの時間変化率から間接的に確実に知ることができる。
【００１２】
なお、図１〜図３に示すように、複数の被研磨物Ｓの被研磨面Ｓａに研磨パッド２を押し当て、複数の被研磨物Ｓをそれぞれ自転させると共に、複数の被研磨物Ｓと研磨パッド２とを相対的に公転させて複数の被研磨物Ｓを研磨する研磨方法であって、相対的に公転させるための回転トルクと複数の被研磨物Ｓをそれぞれ自転させる各回転トルクの少なくとも一つの回転トルクの時間変化率を検出し、前記検出されたトルクの時間変化率に基づいて被研磨面Ｓａの研磨均一性を評価するようにしてもよい。ここで、被研磨面Ｓａの研磨均一性というときは、ある１つの被研磨面Ｓａ内の研磨の均一性、あるいは複数の被研磨面Ｓａ間の研磨の均一性を意味する。また、例えば図２を参照すれば、相対的に公転させるための回転トルクは、回転軸２２または回転軸２３の回転トルクであり、自転させる各回転トルクは各回転軸２１の回転トルクである。
【００１３】
このように構成すると、相対的に公転させるための回転軸２２あるいは回転軸２３と複数の被研磨物Ｓをそれぞれ自転させる各回転軸２１の少なくとも一つの回転軸のトルクの時間変化率に基づいて研磨均一性を評価するので、特に回転軸２２あるいは回転軸２３のトルクを用いるときは複数の同時に研磨されている被研磨物Ｓ全体の被研磨面Ｓａ内の平均的な研磨均一性が評価でき、各回転軸２１のトルクを用いるときは、複数の被研磨物Ｓの各被研磨面Ｓａ内の研磨均一性が評価できる他、複数の被研磨物Ｓの各被研磨面Ｓａ間の研磨の均一性が評価できる。
【００１４】
以上の研磨方法では、請求項３に記載のように、被研磨物Ｓと研磨パッド２との間に研磨スラリを供給するようにしてもよい。このときは、特にＣＭＰによる研磨方法として用いることができる。
【００１５】
以上の研磨方法では、請求項４に記載のように、前記評価された研磨均一性に基づいて研磨条件を設定するようにしてもよい。
【００１６】
このときは、評価された研磨均一性に基づいて研磨条件を設定するので、ウエハ面内あるいはウエハ間の研磨の進行が不均一と判明したとき、それを修正するように研磨条件を変更できる。
【００１７】
請求項５に記載のように、請求項４に記載の研磨方法においては、前記研磨条件の設定は、前記研磨パッドの回転数の変更、前記被研磨物の回転数の変更、前記研磨パッドを前記被研磨面に押しつける圧力の変更、前記研磨スラリの流量の変更、前記研磨パッドの交換、前記被研磨物を保持するリテーナの調整（例えばシムの挿入等による高さの変更）、前記被研磨物を保持するリテーナの交換、及び前記研磨パッドの目立ての実施の少なくとも１つであるようにすることが好ましい。これらの条件が、ウエハＳの研磨均一性を支配する主なものである。ここで例えば図２を参照すれば、研磨パッド２の回転数とは回転軸２３の回転数であり、被研磨物Ｓの回転数とは回転軸２１あるいは回転軸２２の回転数である。
【００１８】
上記目的を達成するために、請求項６に係る発明による研磨装置は、被研磨物が取り付けられて一の回転軸回りに回転する研磨台と、前記研磨台に取り付けられた被研磨物に押し当てられて前記被研磨物を研磨する研磨パッドと、前記研磨パッドを被着して、他の回転軸回りに回転する研磨定盤と、各回転軸のうち少なくとも１つの回転軸のトルクの時間変化率を検出するトルク時間変化率検出部と、前記トルク時間変化率検出部で検出されたトルクの時間変化率に基づいて前記被研磨面の研磨均一性を評価する評価部とを備える。トルク時間変化率検出部と評価部とは一体の装置として構成してもよい。また、請求項７に係る発明による研磨装置は、被研磨物の被研磨面に研磨パッドを押し当て、前記被研磨物および前記研磨パッドの少なくとも一方を回転させて前記被研磨物を研磨する研磨装置であって、前記研磨パッドを回転させる回転トルクおよび前記被研磨物を回転させる回転トルクの少なくとも一方の回転トルクの時間変化率を検出する手段と、検出された回転トルクの時間変化率に基づいて前記被研磨面の研磨均一性を評価する手段とを備えることを特徴とする。
【００１９】
このように構成すると、特に回転軸２２あるいは回転軸２３のトルクを用いるときは複数の被研磨物Ｓ全体の被研磨面Ｓａ内の平均的な研磨均一性が評価でき、各回転軸２１のトルクを用いるときは、被研磨物Ｓ全体の被研磨面Ｓａ内の研磨均一性を評価することもでき、さらには複数の被研磨物Ｓの各被研磨面Ｓａ内の研磨の均一性の他、複数の被研磨物Ｓの各被研磨面Ｓａ間の研磨の均一性も評価できる。
【００２０】
上記の研磨装置では、請求項８に記載のように、評価された研磨均一性に基づいて研磨条件を設定する手段を備えてもよい。
【００２１】
このように構成すると、研磨条件設定部１０（２０）が評価部９（１９）で評価された研磨均一性に基づいて、研磨不良を修正するように研磨条件を設定することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
【００２３】
本発明者らは、研磨の終点検知の一つの方法 として用いられている研磨時のトルク変化に着目し、さらに、そのトルクの時間変化率を用いて、以下の知見に基づいて本発明を完成させた。
【００２４】
研磨台上にて複数枚の被研磨物であるウエハを同時に研磨する構造の研磨装置において、研磨されるウエハの層間絶縁膜は一般的には２層以上の構造であり、その上・下層の薄膜は研磨抵抗が異なるのが普通である。図９に層間絶縁膜の構造の一例を断面図で示す。
【００２５】
図９に示す層間絶縁膜は、シリコン等のウエハ基板ＳＡの上に配線ＳＸ１が形成され、その配線同士の間が配線間絶縁膜ＳＢで埋められている。これらを形成するにあたっては、先ずウエハ基板ＳＡの上に配線ＳＸ１が形成され、その上を覆うように配線間絶縁膜ＳＢが堆積され、その後、配線間絶縁膜ＳＢが配線ＳＸ１の高さと同一の高さまで研磨除去され、配線ＳＸ１の上部が配線間絶縁膜ＳＢから露出して、全体として平坦な面となるようにする。
【００２６】
その平坦な面の上に第１層の層間絶縁膜ＳＣが堆積され、その上面は研磨され平坦面となり、その平坦面上に第２の配線ＳＸ２が形成され、その上を覆うように配線間絶縁膜ＳＤが堆積され、その後、配線間絶縁膜ＳＤが配線ＳＸ２の高さと同一の高さまで研磨除去され、配線ＳＸ２の上部が配線間絶縁膜ＳＤから露出して、全体として平坦な面となるように加工される。図９では、配線間絶縁膜ＳＤは未だ研磨除去されておらず、研磨除去されて平坦な面となるところが破線で表示されている。即ち配線ＳＸ２の上部が露出する高さである。
【００２７】
図９に示される配線ＳＸ１と配線間絶縁膜ＳＢの上面のような多層絶縁膜構造の研磨終点の検知では、上層が研磨除去されて下層が現れた時の研磨抵抗の差異を、研磨トルクが減少または増加することを利用して検知し、研磨終点を判定している。
【００２８】
ここで、研磨トルクは、上層の薄膜が除去されて、下層の薄膜が出現してくる時の下層の薄膜の出現面積にほぼ比例して変化する。従って、ウエハ面内およびウエハ間で研磨が均一に進行している場合、１つのウエハ面内および複数のウエハ間の各部でほぼ同時に研磨対象の薄膜が除去されて下地膜が露出する。その結果、下地膜の面積が急速に増加するので、研磨終点近傍でのトルクの減少率または増加率、即ちトルクの時間変化率が大きくなる。
【００２９】
一方、１つのウエハ面内や複数のウエハ間で研磨が均一に進行していない場合、ウエハ面内およびまたはウエハ間の各部で研磨対象の薄膜が除去されて下地膜が露出する時期がずれる。その結果、下地膜の面積の増加は緩やかなものとなり、研磨終点近傍でのトルクの時間変化率が小さくなる。
【００３０】
図４のトルク変化の模式図を参照して、上層薄膜の研磨抵抗が下層薄膜より大きい場合について、研磨進行に伴うトルク変化を説明する。
【００３１】
ウエハ面内の研磨が均一に進行している場合（図中○の場合）、研磨終点（図中ＥＰ）近傍のトルクの時間に対する減少勾配、即ちトルクの時間変化率は急激である。これに対して、ウエハ面内の研磨が不均一に進行している場合（図中△および□の場合）、研磨の均一性が悪くなるに従い、研磨終点近傍でのトルクの減少勾配は緩やかになる。
【００３２】
図４のような線図を複数のウエハのそれぞれについて作成すると、複数のウエハ各々の面内の研磨が均一で複数のウエハ間の研磨が不均一に進行している場合は、各線図でのトルクの減少勾配は急であるが、研磨終点ＥＰの時間位置が線図毎にずれる。
【００３３】
また複数のウエハを総合した全体としての研磨均一性を示す線図を作成すると（研磨台の回転軸あるいは研磨定盤の回転軸のトルクを測定して）、複数のウエハ各々の面内の研磨均一性が悪いか、各ウエハ間の研磨均一性が悪いと、やはりトルクの減少勾配は緩やかになる。この場合、複数のウエハ各々の面内の研磨均一性が良好で、かつ各ウエハ間の研磨均一性も良好であれば、トルクの減少勾配は急になる。
【００３４】
図５に、上層の研磨抵抗が下層より小さい場合について、研磨進行に伴うトルク変化の模式図を示す。
【００３５】
ウエハ面内の研磨が均一に進行している場合（図中○の場合）、研磨終点（図中ＥＰ）近傍のトルクの増加勾配、即ちトルクの時間変化率は急激である。これに対して、ウエハ面内の研磨が不均一に進行している場合（図中△および□の場合）、研磨の均一性が悪くなるに従い、研磨終点近傍でのトルクの増加勾配は緩やかになる。
【００３６】
図５のような線図を複数のウエハのそれぞれについて作成した場合の知見については、図４の場合と同様なので重複した説明は省略する。
【００３７】
この研磨トルクの時間変化率（時間に対する１次微分値）の大小によって１つのウエハの被研磨面内およびまたは複数のウエハ間の研磨の均一性を定量化することができ、ひいてはそのような研磨の均一性を評価することができる。そして、研磨が良好に行われたかどうかを容易に判定することができる。
【００３８】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態であるＣＭＰによる研磨装置の斜視図であり、図２は図１の研磨装置の一部を断面した拡大断面図であり、図３は図１の装置の被研磨物載置部を搭載する研磨台の平面図（図２のＡ−Ａ矢視図）である。
【００３９】
図１及び図２において、研磨パッド２を被着する円盤状の研磨定盤５が、被着面を下方に向けて、またその円盤の中心で円盤の上方に円盤に垂直に設けられた第３の回転軸である回転軸２３の回りに回転するように構成されている。研磨定盤５の研磨パッド２を被着する面は、回転軸２３の回転軸線を中心とする円環状の平面になっており、その面に密着させて円環状の弾性体でできた弾性円盤１４が搭載され、弾性円盤１４を覆うように研磨布である研磨パッド２が被着されている。このようにして、研磨パッド２の外側の面は、下方に向いた円環状の、回転軸２３の回転軸線に直交する平面として研磨面２ａを形成している。
【００４０】
研磨定盤５の下方に、研磨パッド２の研磨面２ａに対向して、研磨台３が設けられている。研磨台３は研磨定盤５とほぼ同一の直径を有する円盤であり、その下方、即ち研磨定盤５と反対の側には、研磨台３の中心に第２の回転軸である回転軸２２が円盤に垂直に設けられており、回転軸２２により研磨台３は回転できるように構成されている。
【００４１】
また、研磨台３の研磨定盤５の側には、円環状の研磨面２ａに対向するように被研磨物載置部である円形のウエハ載置部１が複数（本実施の形態では５個）、回転軸２２の回転軸線を中心とするピッチ円状に中心が位置するように設けられている（図３参照）。
【００４２】
ウエハ載置部１の下方、研磨定盤５と反対の側には、ウエハ載置部１の中心に第１の回転軸である回転軸２１が円盤状のウエハ載置部に垂直に設けられており、各回転軸２１により各ウエハ載置部１は研磨台３上で回転できるように構成されている。ウエハ載置部１の上面、即ち研磨パッド２の側には、外径がウエハ載置部１より僅かに小さく、内径が載置すべきウエハの外径より僅かに大きく、上面が載置したときのウエハの上面とほぼ同一面内となる（典型的にはウエハ上面と同一面かあるいはそれより僅かに上になる）円環状のリテーナ１１が、その中心が回転軸２１の中心と一致するように設けられ、リテーナ１１の円環の内径の中に被研磨物であるウエハＳが載置され保持される。回転軸２１、２２、２３の回転軸線はそれぞれ平行である。
【００４３】
回転軸２３は、これを回転駆動する研磨定盤回転駆動機構７に連結されており、回転軸２３の回りに研磨定盤５は回転する。また回転軸２１、２２は、これらを回転駆動する研磨台回転駆動機構４に連結されており、それぞれ回転するように構成されている。
【００４４】
このような構成において、研磨台３は回転軸２２の回りに、またウエハ載置部１ひいてはウエハＳは回転軸２１の回りに、研磨台回転駆動機構４により回転させられるので、研磨台３がその回転軸２２の回りに回転（公転）するとともに、ウエハ載置部１もウエハ載置部１の回転軸２１の回りに回転（自転）する。また研磨定盤５は、回転軸２３の回りに回転させられる。したがって、回転軸２２を有する研磨台３と回転軸２３を有する研磨定盤５のいずれか一方あるいは双方を回転させれば、研磨台３上のウエハＳと研磨定盤に被着した研磨パッド２とは、相対的に公転することになる。
【００４５】
なお、回転軸２２の回転軸線と回転軸２３の回転軸線とは同一直線上にあってもよいが、典型的にはある程度、平行にずらして設定される。このことにより、研磨面２ａのできるだけ広い範囲を用いて、またウエハＳに対してできるだけ異なる研磨面が当たるように研磨することができ、一様な研磨を可能にする。
【００４６】
回転軸２３の中心には、研磨スラリ供給孔２３Ｈが貫通して穿設されており、研磨スラリ供給機構（図示せず）から研磨スラリ供給孔２３Ｈを通して研磨スラリを供給しながら、研磨パッド２の研磨面２ａとウエハＳの被研磨面Ｓａとを接触回転させることにより、研磨が行われる。この装置では、ウエハＳは５枚を同時に研磨することができる（図３）。
【００４７】
研磨定盤回転駆動機構７には、さらに研磨定盤５の回転トルクを測定するトルク測定機構８が接続されている。トルク測定機構８には、トルクの時間変化率を演算する機構が含まれている。即ち、トルク測定機構８は、トルクの時間変化率を検出する、トルク時間変化率検出装置でもある。
【００４８】
トルク測定機構８には、研磨の均一性を評価する評価部９が接続されている。トルク測定機構８は、トルクを測定し、さらに測定されたトルクからトルクの時間変化率を演算し、トルクの時間変化率を情報として含んだ信号を評価部９に伝達する。
【００４９】
トルク測定機構８の構成としては、例えば研磨定盤回転駆動機構７の電動機に入力される電力を測定し、その電力値と研磨定盤５の回転数とから算出するものなどを用いれば良い。研磨定盤５の回転数を一定とする場合、その電力値をそのまま用いても良い。また、研磨定盤５と研磨定盤回転駆動機構７の途中に、軸にかかる応力を測定するゲージを取り付けて、応力を検出することによりトルクを測定するようにしてもよい。あるいは、研磨定盤５と研磨定盤回転駆動機構７の途中にその他の市販のトルク測定器を挿入する構成としても良い。
【００５０】
以上、回転軸２３の回転トルクとその時間変化率の検出について説明したが、同様に研磨台回転駆動機構４にも、回転軸２２及び複数の回転軸２１の各回転トルクを測定するトルク測定機構１８が接続されている。
【００５１】
トルク測定機構１８は、回転軸２２の回転トルクを測定する測定部１８Ａと、各回転軸２１の回転トルクを測定する測定部１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅを含んでおり、各測定部にはトルクの時間変化率を演算する機構が含まれている。即ち、トルク測定機構１８で各回転軸の回転トルクの時間変化率を検出することができる。
【００５２】
トルク測定機構１８には、研磨の均一性を評価する評価部１９が接続されている。トルク測定機構１８は、各軸の回転トルクを測定し、さらに測定されたトルクから各トルクの時間変化率を演算し、各トルクの時間変化率を情報として含んだ信号を評価部１９に伝達する。
【００５３】
トルク測定機構１８の構成としては、例えばその中に構成要素として含まれる電動機に入力される電力を測定して算出する等、トルク測定機構８の構成と同様である。
【００５４】
評価部１９は、回転軸２２の回転トルク変化率を評価する評価部１９Ａと、各回転軸２１の回転トルク変化率を評価する評価部１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅを含んでおり、評価部１９で総合的に、あるいは各評価部で各トルクの時間変化率がお互いに、または所定の閾値と比較して評価される。
【００５５】
トルクの測定を研磨定盤５を駆動する回転軸２３に対して行うか、もしくは研磨台３の回転軸２２の一方または双方に対して行なえば、研磨における各ウエハＳの面内均一性を含めた全ウエハの全体としての研磨の均一性を評価することができる。
【００５６】
一方、トルクの測定をウエハ載置部１の各回転軸２１に対して行なえば、研磨における各ウエハＳそれぞれの面内均一性を評価できる。したがって、各ウエハＳの面内均一性と複数のウエハ間の均一性を分離して評価できる。
【００５７】
このように評価部９においては、トルク測定信号およびその時間微分値信号などから、複数の全ウエハの全体としての研磨の均一性を判定することができる。
【００５８】
また、評価部１９においては、トルク測定信号およびその時間微分値信号などから、複数の全ウエハの全体としての研磨の均一性、あるいは複数の各ウエハ内の研磨均一性の他、複数の各ウエハ間の研磨の均一性を判定することができる。
【００５９】
また、評価部９あるいは評価部１９においては、各ウエハＳの研磨終点を判定することもできる。研磨終点の判定は、例えばトルク測定信号およびその時間微分値の少なくとも一方が所定の設定値以上に変化した時を研磨終点と判定するなどの方法をとれば良い（図４、図５参照）。
【００６０】
以上のような研磨装置を用いて行うことのできる、本発明の実施の形態による研磨方法では、研磨台３に設けられた複数の被研磨物載置部１に載置された被研磨物Ｓに、研磨定盤５に被着された研磨パッド２を押し当て、被研磨物Ｓの被研磨面Ｓａと研磨パッド２との間に研磨スラリを供給し、研磨台３、被研磨物載置部１および研磨定盤５の少なくとも一つを回転させて複数枚の被研磨物Ｓを同時に研磨する。このようにして、研磨定盤５を回転させる回転軸２３、研磨台３を回転させる回転軸２２および複数の被研磨物載置部１を回転させる各回転軸２１の少なくとも一つのトルクを、トルク測定機構８、１８により測定し、さらに時間に対してこのトルクを微分することにより時間変化率を求め、求められたトルクの時間変化率から、複数の被研磨物それぞれの被研磨面Ｓａ内およびまたは複数の被研磨面Ｓａ相互間の研磨の均一性を、評価部９、１９により評価する。
【００６１】
このように本発明の実施の形態によれば、研磨装置、特に僅かの研磨量で高精度の平坦化を行うＣＭＰ装置においても、回転軸のトルクを介して被研磨物であるウエハの研磨均一性の状態を、定量的に検出できる。その結果、研磨と同時に製品の良否を判定でき、また製品の検査機構を簡素化できる。
【００６２】
また、ウエハ面内およびまたはウエハ間の研磨の均一性の評価結果に基づき、次回以降の研磨条件を修正することや、研磨の均一性について膜厚計を用いたさらに詳細な評価を実施することができる。
【００６３】
例えば、研磨の均一性が不良と判断された場合は、研磨パッドの目立ての実施や研磨パッドの交換、リテーナの高さ変更または交換などを実施する。リテーナの高さの変更等の調整は、例えばリテーナとウエハ載置部１との間にシムを重ね挿入したり、既に挿入されているシムを抜き取ったりして行うことができる。また、リテーナの交換は、典型的には厚いもの或いは薄いものへの交換である。
【００６４】
ここで、研磨パッドの目立てとは、例えばダイヤモンド砥粒などの高硬度の砥粒が表面に埋め込まれたドレッサ（目立て機）を研磨パッドの表面に押し当て相対的に移動させることにより、研磨パッド表面を研削して研磨パッド表面の目立てを行うことである。
【００６５】
被研磨物の研磨を繰り返すと、研磨屑や研磨スラリなどが研磨パッド表面の微細な孔に入り込んで目詰まりを起こすことがある。この目詰まりが研磨パッドの一部分に起こると研磨の均一性の悪化につながる。したがって、研磨パッドの目立てを行うことで均一性の悪化を修正できる。
【００６６】
また、均一性が不良と判断された場合に、光学式の膜厚測定器を用いてウエハ表面の複数の測定点における膜厚を測定し、均一性の傾向（ウエハの中央部が削れ過ぎているのか、削れ過ぎは周辺部なのか、また均一性の悪化がウエハ面内かウエハ相互間かなど）をより詳細に評価し、その評価結果に基づいて、上記の各研磨条件に加えて各回転軸の回転数、研磨パッドを被研磨物に押しつける研磨圧力、研磨スラリの流量などを適正値に変更できるようにしてもよい。この場合には、毎回研磨量を膜厚測定器で測定する必要がないので、商業的生産に適する。
【００６７】
以上の研磨方法をフローチャートを参照して、さらに詳しく説明する。図１２は、本発明の第２の実施の形態である研磨方法のステップを示すフローチャートである。この実施の形態の研磨方法では、スタートするとまずウエハ装填工程ＳＰ１で１バッチ（例えば５個）のウエハＳが（例えば５個の）ウエハ載置部１に載置される。
【００６８】
ここで、一般に１バッチとは１回で処理できる１群のウエハをいい、例えば５枚のウエハを１バッチと呼ぶ。また、１ロットとは、同一条件の処理を施す１群のウエハをいい、例えば１ロットは５バッチ分２５枚のウエハからなる。１ロットは１カセットともいう。
【００６９】
続いて、研磨台３を公転させると共にウエハ載置部１を自転させ、また研磨パッド２を回転させることによりウエハＳを研磨する（工程ＳＰ２）。研磨が終了すれば、研磨終点近傍のトルクの時間変化率の絶対値Ｘ［Ｎ・ｍ／ｍｉｎ］を求める（工程ＳＰ３）。そのためには、例えばトルク測定機構８、１８によりトルクを測定し、その測定されたトルクの値を記憶しておき、研磨終了後に、研磨終点より所定時間だけ前から研磨終点までの間の所定の複数時点でのトルクの時間変化率の絶対値を求め、その平均値を上記研磨終点近傍のトルクの時間変化率の絶対値を求め、その平均値を上記研磨終点近傍のトルクの時間変化率の絶対値Ｘとすればよい。
【００７０】
ここで所定の時間は、典型的には、研磨終点近傍において予想されるトルクの時間変化率（トルクの減少あるいは増加勾配）が最も急激な場合（例えば図４、図５中○の場合）のトルクの減少あるいは増加の勾配の開始から勾配の終点（あるいは研磨終点ＥＰ）までの時間とする。あるいは、後述のパッドを交換した後の初期のトルクの時間変化率Ａの場合の、トルクの勾配の開始から勾配の終点（あるいは研磨終点ＥＰ）までの時間としてもよい。
【００７１】
なお、トルクの時間変化率について、図１１に示されるような閾値を設定しておく。図１１において、Ａはパッドを交換した後の初期のトルクの時間変化率であり、Ｂは軽度の不均一が生じた状態のトルクの時間変化率であり、Ｃは重度の不均一が生じた状態のトルクの時間変化率である。なお、Ｂ＝ｋ１・Ａ、Ｃ＝ｋ２・Ａと置くことができる。ｋ１、ｋ２は、トルクの時間変化率比である。
【００７２】
ここで、実施例において詳細に説明するが、トルクの時間変化率は、図７、図８に示されるように、ウエハ面内均一性、あるいはウエハ間均一性と相関関係があるので、閾値Ａ、Ｂ、Ｃは、許容均一性をまず設定し、その値から逆に読みとって設定してもよい。
【００７３】
例えば図７、図８のデータを与える研磨装置では、パッドを交換した後の初期状態でウエハ面内均一性は約２％であるので、図７によれば、Ａは約１９０［Ｎ・ｍ／ｍｉｎ］であり、軽度の不均一が生じた状態ではウエハ面内均一性は約４％であるので、Ｂは約１１０［Ｎ・ｍ／ｍｉｎ］であり、重度の不均一が生じた状態ではウエハ面内均一性は約７％であるので、Ｃは約４０［Ｎ・ｍ／ｍｉｎ］となる。したがって、この場合は、ｋ１は約０．６、ｋ２は約０．２ということになる。
【００７４】
図１２に戻り、第２の実施の形態の説明を続ける。ステップＳＰ３において求めたトルクの時間変化率の絶対値Ｘを閾値Ｃと比較する（ステップＳＰ４）。Ｘ＜Ｃのときは、重度の不均一が生じていると判断できるので、研磨パッドやリテーナの極度の劣化（磨耗、消耗等）や、研磨パッドの取り付け不良等が考えられるため、研磨装置を一時停止する（ステップＳＰ５）。
【００７５】
図１２には不図示であるが、研磨装置を一時停止した後に、作業者による研磨パッドやリテーナの点検、あるいは必要に応じて研磨パッドの交換、リテーナの高さ変更または交換などを行う。
【００７６】
ステップＳＰ４において、Ｘ≧ＣのときはさらにＸを閾値Ｂと比較する（ステップＳＰ６）。Ｃ≦Ｘ＜Ｂのときは、軽度の不均一が生じたと判断できるので、研磨パッドの目立てを行う（ステップＳＰ７）。ここで行う研磨パッドの目立ては、図１０に示されるような、研磨装置に備えられているドレッサ（目立て装置）により行うことができる。
【００７７】
図１０は、研磨装置１００を研磨台３の上方から見た平面図である。但し、研磨台とドレッサの関係を示すのに必要な部分以外は図示を省略してある。図１０に示されるように、本研磨装置１００には、研磨台３の側部に研磨台３と並べて外部ドレッサ３０が設けられている。外部ドレッサ３０は、表面が研磨パッド２の研磨面２ａ（図２）の側を向けて設けられたドレッシングホイール３２と、ドレッシングホイール３２を案内するホイールガイド３１とを含んで構成されている。ドレッシングホイール３２の上面（研磨面２ａに対向する面）にはダイヤモンド砥粒などの高硬度の砥粒が表面に埋め込まれている。このドレッサ３０は、必要に応じて自動的に目立てを行うように構成されており、作業者が関与することなく目立てを行い、研磨処理を継続できる。
【００７８】
研磨パッド２（の研磨面２ａ）の目立てが必要と判断されると、研磨パッド２（図１０では２点鎖線で表示）は、研磨台３ひいては複数のウエハ載置部１の上方から平行に横に（回転軸２３に直角な方向に）移動して、ホイールガイド３１の上方に位置する。
【００７９】
その状態で、ドレッシングホイール３２がホイールガイド３１により案内され、ドレッシングホイール３２と対向して表面が下方向に向いた研磨パッド２の研磨面２ａを舐めるように移動する。即ち、ドレッシングホイール３２は研磨パッド２の表面２ａに押し当てられ相対的に移動する。このとき、ドレッシングホイール３２は自転している。このようにして研磨パッド２は目立てされる。
【００８０】
図１２に戻り第２の実施の形態の説明を続ける。工程ＳＰ６で、Ｂ≦Ｘのときは、問題となるような不均一は生じていないと判断できるので、次の工程ＳＰ８で、研磨すべき１ロット分の全てのウエハＳが研磨処理されたかを判断し、未処理のウエハＳが残っているときは、次に処理すべきウエハＳをウエハ載置部１に載置して（ステップＳＰ９）、工程ＳＰ２に戻り、既に説明した工程を繰り返す。
【００８１】
工程ＳＰ８で、全てのウエハが処理されたと判断されると、研磨作業は完了する（エンドとなる）。
【００８２】
次に図１３を参照して、本発明の第３の実施の形態である研磨方法を説明する。この実施の形態は、ウエハ面内の均一性の悪化の傾向を判定して研磨条件を変更する場合である。
【００８３】
図１３において、工程ＳＰ６までは、実施の形態２の場合と同様であるので重複した説明は省略する。
【００８４】
工程ＳＰ６で、Ｃ≦Ｘ＜Ｂのときは、軽度の不均一が生じたと判断できるので、研磨装置に備えられている例えば光学式の膜厚測定器を用いてウエハ表面の複数の測定点における膜厚を測定する（ＳＰ１１）。この膜厚により研磨量が求められる。
【００８５】
この測定結果に基づいて、研磨の均一性悪化の傾向を評価する（ＳＰ１２）。即ち、典型的には１枚のウエハＳにおいてその中央部の研磨が過度なのか、周辺部の研磨が過度なのか、またそのような傾向は全てのウエハに共通なのか、それとも一部の特定のウエハにのみに生じているのか、または１枚のウエハにおいては均一性は悪化していないが複数のウエハ間の均一性が悪化しているのかなどの傾向を判断する。
【００８６】
その評価結果に基づいて、即ち不均一な研磨の進行がウエハ面内かウエハ相互間かにより、また不均一さの程度等に応じて、研磨条件の変更（研磨パッド２の回転数の変更、被研磨物Ｓの回転数の変更、研磨パッド２の研磨面２ａを被研磨面Ｓａに押しつける圧力の変更、研磨スラリの流量の変更、研磨パッドの交換、リテーナの調整または交換、研磨パッドの目立ての少なくとも１つ）を適正に行う（ＳＰ１３）。
【００８７】
研磨条件の変更は、研磨条件設定部１０、２０（図１）により行うことができる。その際は、以上の研磨条件のうちのどの条件が、またどの程度の変更が必要か判断して、研磨台回転駆動機構（被研磨物載置部１の回転駆動機構でもある）４と研磨定盤回転駆動機構７の一方または双方に指令を送り、必要な変更を実行する。このように、以上の処理を自動的に行えるように制御系を設定しておけば、軽度の不均一が生じても作業者が関与する必要がなく、研磨処理を継続できる。
【００８８】
次に全てのウエハの研磨処理が完了しているかを判断し（ＳＰ８）、完了していればエンドとし、完了していなければ次に処理すべきウエハをウエハ載置台に載置して（ＳＰ１４）、工程ＳＰ２に戻り、既に説明したように研磨を繰り返す。
【００８９】
このように、本発明の実施の形態によれば、ウエハ面内およびまたはウエハ間の研磨の均一性の悪化を直ちに修正できるので、研磨不良を最小限に抑え、長期にわたって良好な研磨を実施できる。
【００９０】
以上の実施の形態において、研磨の均一性の判断は、トルクやトルク時間変化率を研磨中にトルク測定機構８、１８あるいは評価部９、１９に組み込まれた不図示の記録部に記録しておいて、１バッチのウエハの研磨が終了してから、その記録に基づいて行う。すなわち、研磨終点より所定の時間だけ前から研磨終点までのトルクの時間変化率の絶対値の平均値を用いて判断している。
【００９１】
したがって、研磨条件の設定（研磨パッドの目立ての実施を含む）は、１バッチのウエハの研磨を途中で止めることなく、その１バッチのウエハの研磨が終了してから、いわばバッチ毎に行う。
【００９２】
また、研磨の均一性の判断を１バッチのウエハを研磨している最中に行ってもよい。この場合は、（例えば図４、図５から分かるように）研磨開始後しばらくは（研磨終点の近傍以外は）トルクの時間変化率は零に近い値となるので、この零に近い値は均一性の判断から外す必要がある。例えば、図１４に示すように閾値Ｄを加え、図１５の第４の実施の形態（第３の実施の形態の変形例）である研磨方法に示すように、トルクの時間変化率の絶対値ＸがＸ＜Ｄの場合はそのまま研磨を続ける（ＳＰ４ａ）ようにすればよい。
【００９３】
図１５において、研磨（ＳＰ２）中にトルクの時間変化率の絶対値Ｘを算出する（ＳＰ３ａ）。そのＸを各閾値と比較してその大小を判定する。先ず、工程ＳＰ４ａでＸ＜Ｄと判定された場合は、前記のようにそのまま研磨を続けるが、Ｄ≦Ｘと判定された場合は、工程ＳＰ４ｂに進み、さらにＸとＣの大小を判定する。ここで Ｄ≦Ｘ＜Ｃと判定された場合は、工程ＳＰ５に進み研磨装置を一時停止するのは、図１２の場合と同様である。また、工程ＳＰ４ｂでＣ≦Ｘと判定された場合は、工程ＳＰ６に進む点も、図１２の場合と同様である。
【００９４】
工程ＳＰ６で、Ｂ≦Ｘと判定された場合、研磨終了か否かを判定し（ＳＰ８ａ）、研磨がまだ終了していなければ工程ＳＰ２に戻り研磨は継続される。工程ＳＰ８ａで研磨終了と判定されれば、工程ＳＰ８に進み全てのウエハが研磨されたか否かを判定する。以下は図１２の場合と同様である。
【００９５】
また、予め研磨開始から研磨終了までに要するおおよその時間を求めておき、研磨開始から所定時間経過してから（研磨終点近傍になってから）、図１２、図１３に示される処理工程に基づいて均一性の判断を行うようにしてもよい。
【００９６】
なお、以上実施の形態は、研磨対象の膜質が変化する時点でのトルクの変化を検出し、それに基づいて研磨の均一性の評価を行う場合で説明した。それは、膜質の変化に伴うトルクの変化は一般的には顕著だからである。
【００９７】
しかしながら、同じ膜質内での研磨において、凹凸を有する被研磨面が平坦になる過程でのトルクの変化を検出し、それに基づいて研磨の均一性を評価するようにしてもよい。同じ膜質内でのトルク変化は、膜質が変化する場合ほど顕著ではないが、いずれにしても検出可能な変化を生じ得るからである。
【００９８】
【実施例】
本発明の研磨方法の実施例について説明する。本実施例で用いた研磨装置は、先に説明した図１に示した装置である。トルクの測定は、研磨定盤回転駆動機構７の電動機に入力される電力を測定して、その電力値と研磨定盤５の回転数とから演算した。
【００９９】
研磨に用いたウエハは、シリコンウエハＳ上にシリコン酸化膜が８００ｎｍ、その上層にタングステン膜（パターンなし）が６００ｎｍ成膜されたものである。各研磨回数毎に同一のウエハを５枚載置して研磨を継続した。
【０１００】
研磨パッド２は、不織布にポリウレタンを含侵させたものを用いた。研磨スラリは、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）をＫＩＯ3水溶液に懸濁させたものを用いた。
【０１０１】
研磨定盤５、研磨台３、ウエハ載置部１の回転数は、それぞれ４５ｒｐｍ、７ｒｐｍ、４２ｒｐｍとした。
【０１０２】
図６（ａ）はウエハの研磨バッチ回数が少ない時点（初期時点）でのトルクの時間変化の測定結果の一例を示す図であり、図６（ｂ）はかなりの回数を処理した時点（後期時点）でのトルクの時間変化の測定結果を示す図である。
【０１０３】
研磨の終点は、タングステン膜が研磨除去されシリコン酸化膜が露出した時点とし、トルク波形データが所定のトルク値（下限判定設定値）より低下した時点として判定した。図６において研磨終点をＥＰで示している。
【０１０４】
なお、実際の半導体製造においては、１つの薄膜層、例えばタングステン膜が完全に研磨除去されて、下層の例えばシリコン酸化膜が露出するような研磨が行われることはほとんどないが、本実施例では実験としてそのような研磨を行った。但し、これは図９に示されるような、配線ＳＸ１が研磨面に表れるまで配線間絶縁層ＳＢを研磨除去する場合に模することができる。
【０１０５】
また、実際の半導体製造においては、ＥＰで示される時点で研磨は終了するのであるが、本実施例では実験として、ＥＰ時点以降のトルク変化を検証するために、研磨はＥＰを越えてしばらく継続し、トルクのデータを採取した。
【０１０６】
研磨の均一性評価には、研磨終点より所定の時間だけ前、本実施例では０．５ｍｉｎ前から研磨終点であるＥＰで示される点までのトルクの平均勾配の絶対値を用いた。
【０１０７】
初期時点でのトルクの平均勾配の絶対値は、図６（ａ）から求められ、１９０（Ｎ・ｍ／ｍｉｎ）であった。一方、後期時点での研磨結果の平均勾配の絶対値は、図６（ｂ）から求められ、４０（Ｎ・ｍ／ｍｉｎ）であった。
【０１０８】
研磨後に膜厚測定器を用いてウエハ各部（面上２５点）での研磨厚みを測定し、研磨速度の均一性を評価した。研磨速度のウエハ面内均一性Ｕｒは、面内２５点での研磨速度の平均値Ｒmeanと標準偏差σとから、下記の数式（１）に基づいて求めた。
【０１０９】
ウエハ間（５枚／バッチ）の研磨速度の均一性Ｓｒは、各ウエハの平均研磨速度の最大値Ｒｍａｘと最小値Ｒｍｉｎとから、下記の数式（２）に基づいて求めた。
【０１１０】
【数１】
【数２】
同様にして、初期時点から後期時点までの中間段階でもトルクの平均勾配の絶対値と研磨の均一性を求めた。
【０１１３】
その結果、ウエハ面内均一性Ｕｒ は、初期時点で２％、中間時点で４％、後期時点で７％であった。また、ウエハ間の均一性Ｓｒ は、初期時点で±２％、中間時点で±３．５％、後期時点で±６％であった。この結果を図７と図８に示す。
【０１１４】
図７に、研磨終点近傍におけるトルクの平均勾配の絶対値と研磨速度のウエハ面内均一性Ｕｒ との関係を示す。ここで言う研磨速度とは、膜厚の変化の速さのことであり、膜厚測定器を用いて各ウエハの各部の研磨前後の膜厚を測定し、膜厚の減少分とそのように研磨除去するに要した時間から計算することができる。研磨で除去された膜厚がどれだけ均一かにより、ウエハ面内およびまたはウエハ間の研磨の均一性が評価できる。
【０１１５】
図７に示されるように、研磨終点近傍におけるトルクの平均勾配の絶対値と研磨速度のウエハ面内均一性Ｕｒ とには良好な相関関係が見られた。したがって、薄膜の材質、研磨条件毎に図７に示されるような具体的な相関関係のデータを得ておけば、研磨終点近傍のトルクの平均勾配を測定することにより、ウエハ面内での研磨速度の均一性を評価できる。
【０１１６】
同様に、図８に研磨終点近傍におけるトルクの平均勾配の絶対値とウエハ間の研磨速度の均一性Ｓｒ との関係を示す。この両者にも、ウエハ面内均一性Ｕｒと同様に、良好な相関関係が見られた。したがって、やはり薄膜の材質、研磨条件毎に図８に示されるような具体的な相関関係のデータを得ておけば、研磨終点近傍のトルクの平均勾配を測定することにより、複数のウエハ間での研磨速度の均一性をも評価できる。
【０１１７】
すなわち、研磨終点近傍におけるトルクの平均勾配の絶対値を用いることにより、ウエハ面内均一性Ｕｒとウエハ間均一性Ｓｒとを重複した研磨の均一性を研磨バッチ毎に判定できることになる。従って、研磨の均一性が所定の許容値内にあるかどうかを、間接的にモニターできることになる。
【０１１８】
さらに、本実施例においては研磨終点近傍におけるトルクの平均勾配の絶対値が８０［Ｎ・ｍ／ｍｉｎ］以下となったときを一つの基準として、かつ研磨速度が低下傾向にある場合に、研磨条件の一つである研磨パッドまたはリテーナを交換する、または研磨パッドの目立てを実施するというように規定することにより、ウエハ面内およびウエハ間の研磨の均一性の悪化に対処できることを確認した。すなわち、研磨終点近傍のトルクの平均勾配をモニターすることにより、研磨条件を変更する時期の判定ができることを確認した。ただし、本実施例に用いた研磨装置において、判定のための閾値は、８０［Ｎ・ｍ／ｍｉｎ］に限らず、先の実施の形態で説明したように、１１０［Ｎ・ｍ／ｍｉｎ］と４０［Ｎ・ｍ／ｍｉｎ］の２つとし、軽度・重度の不均一のように段階的に研磨均一性を判定するようにしてもよい。
【０１１９】
なお、本実施例では研磨定盤を回転させる回転軸のトルク測定を用いたが、研磨台を回転させる回転軸、複数のウエハ載置部を回転させる各回転軸でトルク計測を行っても研磨の均一性を評価できる。
【０１２０】
複数のウエハ載置部それぞれの回転軸の研磨終点近傍の回転トルクの平均勾配の絶対値をそれぞれ測定すれば、複数のウエハの各々のウエハ面内均一性Ｕｒが評価できると共に、各ウエハ間の均一性Ｓｒが評価でき、また研磨台あるいは研磨定盤の一方か両方の研磨終点近傍のトルクの平均勾配の絶対値を測定すれば、ウエハ面内均一性Ｕｒとウエハ間均一性Ｓｒとを重複した研磨の均一性を研磨バッチ毎に判定できることになる。従って、各ウエハ載置部上のウエハの研磨の均一性が所定の許容値内にあるかどうかを、間接的にモニターできる。
【０１２１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、検出されたトルクの時間変化率に基づいて被研磨面Ｓａの研磨均一性を評価するので、被研磨物の膜厚を直接計測しなくても、トルクの時間変化率から研磨均一性を間接的に確実に知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である研磨装置の概略構成図である。
【図２】図１の装置の拡大部分断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ矢視図である。
【図４】本発明の実施の形態である研磨時のトルクの径時変化（上層薄膜の研磨抵抗が下層薄膜より大の場合）を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態である研磨時のトルクの径時変化（下層薄膜の研磨抵抗が上層薄膜より大の場合）を示す模式図である。
【図６】トルクの時間変化の一例を示す線図であり、（ａ）は研磨バッチ回数が少ない時点（初期時点）での、また（ｂ）は研磨バッチ回数がかなり進んだ時点（後期時点）でのトルクの時間変化の一例を示す線図である。
【図７】トルクの研磨終点近傍の平均勾配（絶対値）とウエハ面内均一性との関係を示す線図である。
【図８】トルクの研磨終点近傍の平均勾配（絶対値）とウエハ間均一性との関係を示す線図である。
【図９】ウエハの配線と層間絶縁膜の構造の一例を示す模式的断面図である。
【図１０】ドレッサを備える研磨装置の部分平面図である。
【図１１】トルクの時間変化率に関する閾値を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態である研磨方法のステップを示すフロー図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態である研磨方法のステップを示すフロー図である。
【図１４】トルクの時間変化率に関する閾値を示す図である。
【図１５】本発明の第４の実施の形態である研磨方法のステップを示すフロー図である。
【符号の説明】
１ ウエハ載置部
２ 研磨パッド
２ａ 研磨面
３ 研磨台
４ 研磨台回転軸駆動機構
５ 研磨定盤
７ 研磨定盤回転軸駆動機構
８ トルク測定機構
９ 評価部
１０ 研磨条件設定部
１１ リテーナ
１８ トルク測定機構
１８Ａ 測定部
１８ａ〜１８ｅ 測定部
１９ 評価部
１９Ａ 評価部
１９ａ〜１９ｅ 評価部
２０ 研磨条件設定部
２１ 回転軸
２２ 回転軸
２３ 回転軸
３０ ドレッサ
３１ ホイールガイド
３２ ドレッシングホイール
１００ 研磨装置
ＥＰ 研磨終点
Ｓ ウエハ
Ｓａ 被研磨面
ＳＸ１、ＳＸ２ 配線
Claims (8)
- 被研磨物の被研磨面に研磨パッドを押し当て、前記被研磨物および前記研磨パッドの少なくとも一方を回転させて前記被研磨物を研磨する研磨方法であって、
前記研磨パッドを回転させる回転トルクおよび前記被研磨物を回転させる回転トルクの少なくとも一方の回転トルクの時間変化率を検出し、
検出された回転トルクの時間変化率に基づいて前記被研磨面の研磨均一性を評価することを特徴とする研磨方法。 - 前記被研磨物は複数であることを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
- 前記被研磨物と前記研磨パッドとの間に研磨スラリを供給することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の研磨方法。
- 評価された研磨均一性に基づいて研磨条件を設定することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の研磨方法。
- 前記研磨条件の設定は、前記研磨パッドの回転数の変更、前記被研磨物の回転数の変更、前記研磨パッドを前記被研磨面に押しつける圧力の変更、前記研磨スラリの流量の変更、前記研磨パッドの交換、前記被研磨物を保持するリテーナの調整、前記被研磨物を保持するリテーナの交換、及び前記研磨パッドの目立ての実施の少なくとも１つであることを特徴とする請求項４に記載の研磨方法。
- 被研磨物が取り付けられて一の回転軸回りに回転する研磨台と、
前記研磨台に取り付けられた被研磨物に押し当てられて前記被研磨物を研磨する研磨パッドと、
前記研磨パッドを被着して、他の回転軸回りに回転する研磨定盤と、
各回転軸のうち少なくとも１つの回転軸のトルクの時間変化率を検出するトルク時間変化率検出部と、
前記トルク時間変化率検出部で検出されたトルクの時間変化率に基づいて前記被研磨面の研磨均一性を評価する評価部と
を備えることを特徴とする研磨装置。 - 被研磨物の被研磨面に研磨パッドを押し当て、前記被研磨物および前記研磨パッドの少なくとも一方を回転させて前記被研磨物を研磨する研磨装置であって、
前記研磨パッドを回転させる回転トルクおよび前記被研磨物を回転させる回転トルクの少なくとも一方の回転トルクの時間変化率を検出する手段と、
検出された回転トルクの時間変化率に基づいて前記被研磨面の研磨均一性を評価する手段と
を備えることを特徴とする研磨装置。 - 評価された研磨均一性に基づいて研磨条件を設定する手段を備える請求項６又は請求項７に記載の研磨装置。
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