JP4237201B2 - 半導体装置の製造方法及び半導体装置の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の製造方法及び半導体装置の製造装置に関する。

半導体装置の製造工程において求められる半導体ウェハ表面の平坦度レベルは、パターンの微細化に伴ない厳しくなっている。半導体装置の加工ルールが０．３５μｍより微細になった頃から、Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ（以下、ＣＭＰ）という研磨手法が一般的に使用されるようになっている。このＣＭＰは、半導体ウェハ表面の段差を解消する上で有用である。

ＣＭＰでは、半導体ウェハを研磨パッドに押しつけることで研磨が行われる。この際、半導体ウェハの端部では、研磨パッドへの押し付け圧力が不均一になることがある。圧力が不均一となった半導体ウェハの端部周辺領域では、研磨量が一定となり難い。即ち、半導体ウェハ端部の圧力不均一化により、研磨量の面内ばらつきが発生することがあった。

ところで、近年では口径が３００ｍｍのものなど、半導体ウェハの大型化が進んでいる。大口径の半導体ウェハの表面を研磨するにあたり、上述の半導体ウェハ端部における圧力の不均一化はより顕著になり、研磨量の面内ばらつき低減が一層要求されつつある。

上記と関連して、特許文献１は、より良好な研磨均一性を達成することによって、ＣＭＰにおける生産量を増大させ、プロセスの問題点を発見し、対応する為に必要な時間を短縮することを目的とした技術を開示している。

また、特許文献２は、ウェハ全面を均一に研磨する為に研磨量を正確に検出することを目的とした技術を開示している。

また、特許文献３には、水に不溶のポリビニルアルコールを含む研磨パッドを用いることで、被研磨物表面へのダスト付着性を少なくし、スクラッチ傷の低減を果たし、更に平坦化特性をも両立することができる、との記述がある。

また、特許文献４は、表面段差の低減が図られたＣＭＰ方法を提供する為に、ドレッシング圧力を２９ｇ／ｃｍ^２とすることが記載されている。

しかしながら、上記の何れの文献にも、半導体ウェハ端部における圧力を均一にすることで、半導体ウェハの面内を均一に研磨することについての記載はない。

また、実際の製造ラインでは、複数毎の半導体ウェハが順番に研磨される事になるが、研磨枚数を経る毎に、研磨の均一性が悪化していく事があった。このような研磨枚数の増加に伴なう均一性の悪化も、上記の何れの文献によっても解決されない。
特表２００４−５３１０７７号 公報 特開２０００−１１７６２６号 公報 特開２００２−６６９０８号 公報 特開２００４−１８６４９３号 公報

本発明の目的は、半導体ウェハの表面を均一に研磨することのできる半導体装置の製造方法、及び半導体装置の製造装置、を提供することにある。
本発明の他の目的は、半導体ウェハの研磨時に、半導体ウェハ端部に加わる圧力を均一にすることのできる半導体装置の製造方法、及び半導体装置の製造装置、を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、研磨処理の回数を経ても表面を均一に研磨することの出きる半導体装置の製造方法、及び半導体装置の製造装置、を提供する事にある。

その課題を解決するための手段が、下記のように表現される。その表現中に現れる技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複数の形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現されている技術的事項に付せられている参照番号、参照記号等に一致している。このような参照番号、参照記号は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このような対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されることを意味しない。

本発明にかかる半導体装置の製造方法は、研磨パッド（２０）に半導体ウェハ（１９）を押しつけて半導体ウェハ（１９）を研磨する半導体装置の製造方法である。研磨パッド（２０）の硬度に基いて研磨条件を求める最適条件演算工程（ステップＳ１５、２３）と、求めた研磨条件にて半導体ウェハ（１９）を研磨する工程（ステップＳ１７）と、を具備する。
本発明者らは、半導体ウェハの表面を均一に研磨できる研磨条件は、研磨パッドの硬度に依存することを見出した。上述のように、研磨パッドの硬度に基いて研磨条件を求めることにより、半導体ウェハの表面を常に均一に研磨することができる。

上述の半導体装置の製造方法は、更に、研磨パッド（２０）の硬度を測定する工程（ステップＳ１３）、を具備し、最適条件演算工程において、その研磨条件は、測定された研磨パッド（２０）の硬度に基いて求められることが好ましい。

また、上述の半導体装置の製造方法において、最適条件算出工程が、研磨パッド（２０）が疲労する条件下に曝されていた時間を示す時間情報に基いて、研磨パッド（２０）の硬度を推定する工程を含み、その研磨条件は、推定された研磨パッド（２０）の硬度に基いて求められてもよい。
研磨パッドの硬度は、研磨パッドが曝されていた条件によって経時的に変化する。本発明に依れば、研磨パッドが疲労する条件下に曝されていた時間に基いて硬度を推定するので、研磨パッドの硬度を随時測定する必要がない。

上述の半導体装置の製造方法において、その時間情報は、研磨パッド（２０）が研磨処理に使用されていた時間を示す研磨時間を含むことが好ましい。
研磨パッドの硬度の変化は、研磨時間に大きく依存する。研磨時間に基づくことで、研磨パッドの硬度を正確に推定することができる。

上述の半導体装置の製造方法において、その時間情報は、研磨パッド（２０）が湿潤状態に曝されていた時間を示す湿潤放置時間を含むことが好ましい。
研磨パッドの硬度は、湿潤状態に曝されていると変化することがある。本発明に依れば、湿潤放置時間に基づくことで、研磨パッドの硬度をより正確に推定することができる。

上述の半導体装置の製造方法において、その研磨条件は、研磨時に半導体ウェハ（１９）の周縁部に配置され半導体ウェハ（１９）をガイドするリテーナリング（１０）を、研磨パッド（２０）に押しつけるリテーナリング圧力、を含むことが好ましい。
リテーナリング圧力を制御することで、半導体ウェハ端部における圧力分布を制御することができる。よって、リテーナリング圧力を最適なものにすることで、半導体ウェハ表面を均一に研磨することができる。

上述の半導体装置の製造方法において、その研磨条件は、半導体ウェハ（１９）を研磨パッド（２０）に押しつける際に半導体ウェハ（１９）外周部にかける外周部圧力、を含むことが好ましい。
半導体ウェハ端部における圧力分布は、その外周部圧力に依存する。よって、外周部圧力を最適な条件にすることで、半導体ウェハ表面を均一に研磨することができる。

本発明にかかる半導体装置の製造方法は、研磨パッドに半導体ウェハを押しつけて半導体ウェハを研磨する半導体装置の製造方法である。研磨パッド（２０）の弾性変形率に基いて研磨条件を求める最適条件算出工程と、求めた研磨条件にて前記半導体ウェハを研磨する工程と、を具備する。

本発明にかかる半導体装置の製造方法は、研磨パッド（２０）に半導体ウェハを押しつけて半導体ウェハを研磨する半導体装置の製造方法である。研磨パッド（２０）が疲労する条件下に曝されていた時間を示す時間情報に基いて、研磨条件を求める工程と、求めた研磨条件にて研磨を行う工程（ステップＳ２５）と、を具備する。

本発明にかかる半導体装置の製造装置（３０）は、研磨パッド（２０）に半導体ウェハ（１９）を押しつけて半導体ウェハ（１９）を研磨する半導体装置の製造装置である。研磨パッド（２０）を含み、半導体ウェハ（１９）の研磨を行う研磨部（１２）と、研磨部（１２）の動作を制御する制御部（１１）と、を具備する。制御部（１１）は、研磨パッド（２０）の硬度に基いて、研磨条件を求め、求めた研磨条件で研磨を行うように、研磨部（１２）の動作を制御する。

上述の半導体装置の製造装置（３０）は、更に、研磨パッド（２０）の硬度を測定する硬度測定部（７）、を具備し、制御部（１１）が、硬度測定部（７）の測定結果に基いて、その研磨条件を求めることが好ましい。

また、上述の半導体装置の製造装置（３０）において、制御部（１１）が、研磨パッド（２０）が疲労する条件下に曝されていた時間を示す時間情報に基いて、研磨パッド（２０）の硬度を推定し、その研磨条件を求めるに際し、推定された研磨パッド（２０）の硬度に基いて求めてもよい。

上述の半導体装置の製造装置（３０）において、その時間情報は、研磨パッド（２０）が研磨処理に使用されていた時間を示す研磨時間を含むことが好ましい。

上述の半導体装置の製造装置（３０）において、その時間情報は、研磨パッド（２０）が湿潤状態に曝されていた時間を示す湿潤放置時間を含むことが好ましい。

上述の半導体装置の製造装置（３０）において、その研磨条件として、研磨時に半導体ウェハ（１９）の周縁部に配置され半導体ウェハ（１９）をガイドするリテーナリング（１０）を、研磨パッド（２０）に押しつけるリテーナリング圧力、を含むことが好ましい。

上述の半導体装置の製造装置（３０）において、その研磨条件として、半導体ウェハ（１９）を研磨パッド（２０）に押しつける際に半導体ウェハ（１９）外周部にかける外周部圧力、を含むことが好ましい。

本発明にかかる半導体装置の製造装置（３０）は、研磨パッド（２０）に半導体ウェハ（１９）を押しつけて半導体ウェハを研磨する半導体装置の製造装置である。研磨パッド（２０）を含み、半導体ウェハ（１９）の研磨を行う研磨部（１２）と、研磨部（１２）の動作を制御する制御部（１１）と、を具備する。制御部（１１）は、研磨パッドの弾性変形率に基いて、研磨条件を求め、求めた研磨条件で研磨を行うように、研磨部（１２）の動作を制御する。

本発明にかかる半導体装置の製造装置（３０）は、研磨パッド（２０）に半導体ウェハ（１９）を押しつけて半導体ウェハ（１９）を研磨する半導体装置の製造装置である。研磨パッド（２０）を含み、半導体ウェハ（１９）の研磨を行う研磨部（１２）と、研磨部（１２）の動作を制御する制御部（１１）と、を具備する。制御部（１１）は、研磨パッド（２０）が疲労する条件下に曝されていた時間を示す時間情報に基いて研磨条件を求め、求めた研磨条件で研磨を行うように、研磨部（１２）の動作を制御する。

本発明によれば、半導体ウェハの表面を均一に研磨することのできる半導体装置の製造方法、及び半導体装置の製造装置、が提供される。
本発明によれば、更に、半導体ウェハの研磨時に、半導体ウェハ端部に加わる圧力を均一にすることのできる半導体装置の製造方法、及び半導体装置の製造装置、が提供される。
本発明に依れば、更に、研磨処理の回数を経ても表面を均一に研磨することの出きる半導体装置の製造方法、及び半導体装置の製造装置、が提供される。

（第１の実施形態）
図面を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本実施の形態に係る半導体装置の製造装置３０の構成を模式的に示す図である。半導体装置の製造装置３０は、半導体ウェハの研磨を行う研磨部１２と、研磨パッドの硬度を測定する硬度計７と、研磨部１２及び硬度計７の動作を制御する制御部１１と、を有している。

研磨部１２は、ヘッド１、クロス２、プラテン３、ロード／アンロード部４、ロボット５、洗浄部６、ドレッサ８、及びインターフェイス９を有している。各構成の役割が以下に記載される。

ヘッド１は、半導体ウェハ１９を保持するためのものである。

クロス２はヘッド１を支持するためのものであり、ヘッド１にヘッド回転軌跡１ａを描くような旋回運動を与える。

プラテン３は、研磨パッド２０を貼付するためのものである。半導体ウェハ１９の研磨時において、プラテン３が回転し、ヘッド１に支持された半導体ウェハ１９がプラテン３に貼りつけられた研磨パッド２０に押しつけられることで、研磨が行われる。

ロード／アンロード部４は、ヘッド１に半導体ウェハ１９を脱着させるためのものである。

ロボット５は、インターフェイス９を介して、半導体ウェハ１９を研磨部１２内へ搬入させるためのものである。また、ロボット５は、研磨の終了した半導体ウェハ１９を洗浄部６へ移動させる。そして、洗浄部６での処理が終了するとインターフェイス９を介して外部へ搬出する。

洗浄部６は、研磨の終了した半導体ウェハ１９の洗浄を行うためのものである。

ドレッサ８は、研磨パッドの表面状態を調整するためのものである。

研磨パッド２０は、例えばポリウレタン製のものを挙げる事ができる。研磨パッド２０は、研磨処理を行うと磨耗していくので、必要に応じて交換される。

研磨パッド２０は、必要に応じて溝や穴加工される場合がある。このような溝や穴は、後述するように硬度計７によって硬度測定を行う際に、測定に影響を与えることがある。従って、図７に示すように、研磨パッドの一部の領域に溝や穴等の加工を行わない物性測定用部位を設けてもよい。物性測定用部位の硬度を測定するためには、プラテン３の所定の位置に原点を予め定めておき、硬度の測定前にはパルスモータによりプラテンの回転角度を合わせる機構（図示せず）を設け、物性測定用部位の位置を特定できるようにすればよい。

図６を参照して、研磨時に研磨パッド２０上に配置される各構成を詳細に説明する。

研磨時においては、既述のようにヘッド１が半導体ウェハ１９を保持して、研磨パッド２０に押しつけるが、このヘッド１は、スピンドル２３によって支持されている。

ヘッド１の半導体ウェハ保持面側の中央部には、メンブレンサポート２２が配置されている。メンブレンサポート２２は、三つのメンブレン１８ａ，ｂ、ｃを保持している。三つのメンブレンは外周側からメンブレン１８ａ，ｂ，ｃの順に配置されている。半導体ウェハ１９は、このメンブレン１８ａ，ｂ，ｃを介してヘッド１に保持されるようになっている。研磨時において、メンブレン１８ａ、ｂ、ｃから半導体ウェハ１９に圧力が加えられることで、半導体ウェハ１９が研磨パッド２０に押し付けられる。尚、メンブレン１８ａ、ｂ、ｃが半導体ウェハ１９に与える圧力は、夫々独立に制御できるように構成されている。

ヘッド１の半導体ウェハ保持面側の外周部には、リテーナリング１０が設けられている。リテーナリング１０は、半導体ウェハ１９をガイドするためのものである。リテーナリング１０の内周形状は、保持すべき半導体ウェハ１９の形状に対応しており、このリテーナリング１０の内側に半導体ウェハ１９が保持される。

リテーナリング１０は、研磨時に所定の圧力で研磨パッド２０に押しつけられる。研磨パッド２０に押し付ける事で、リテーナリング１０は、単に被研磨物である半導体ウェハ１９をガイドするのみでなく、半導体ウェハ１９の端部における圧力を均一にする役割も果たすことができる。

図１１は、研磨時において、半導体ウェハ１９及びリテーナリング１０に作用する圧力を示す図である。リテーナリング１０の外周側端部では、圧力が不均一になっている。これは、端部においては研磨パッドが変形し易く、研磨パッドからリテーナリング１０側への反作用力が一定とならないからである。このような端部での圧力の不均一化は、リテーナリング１０を研磨パッドに押しつけない場合には、半導体ウェハ１９端部で発生すると予想される。即ち、リテーナリング１０を研磨パッド２０に押し付ける事で、圧力が不均一となる領域を半導体ウェハ１９端部からリテーナリング１０の外側端部へとずらす事ができる。

再び図６を参照する。研磨パッド２０の中央部の上方には、研磨剤ノズル２１が配置されている。研磨時においては、研磨剤ノズル２１から研磨パッド上に研磨液が供給される。

続いて、硬度計７について説明する。図２は、硬度計７の側面を模式的に描いた図である。硬度計７は、アームに支持されている。硬度測定時に、硬度計７の取り付けられたアーム先端部が上下運動を行い、所定の圧力で研磨パッド２０表面に硬度計７が押しつけられる。これにより、硬度計７が研磨パッド２０の硬度を測定する。硬度計７が測定したデータは、制御部１１に通知される。このように、硬度計７は、プラテン３に貼りつけられた研磨パッド２０の硬度を測定するためのものである。硬度計７としては、ショアＤ硬度計が例示される。

続いて、制御部１１について説明する。図３は、制御部１１の構成を示すブロック図である。制御部１１は、研磨部１２及び硬度計７に接続されており、これらの動作を制御する機能を実現する。制御部１１は、ＣＰＵやＲＡＭなどを備えたコンピュータであり、インストールされたソフトウェアプログラムとハードウェアとが協同してその機能を実現するものである。制御部１１は、硬度計７から通知された研磨パッド２０の硬度に基いて、研磨を行うにあたっての最適研磨条件を算出する。そして、算出した最適研磨条件で研磨が行われるように、研磨部１２の動作を制御する。制御部１１の機能構成について以下に説明する。

制御部１１は、記憶部１３と、演算部１４と、を有している。

演算部１４は、制御部１１にインストールされたソフトウェアである。演算部１４は、硬度計７によって測定された硬度データに基いて、記憶部１３を参照して最適な研磨条件を求める機能を実現する。

記憶部１３には、研磨パッド２０の硬度と、表面を均一に研磨する為の研磨条件と、の対応関係が予め格納されている。記憶部１３としては、例えばハードディスクが例示される。尚、記憶部１３には、必要に応じて、研磨を行う際の研磨条件に関するデータ等も格納されている。

図１３Ａは、記憶部１３に格納されたデータを概念的に示す図である。記憶部１３には、研磨パッドの硬度（Ｈ）と、表面を均一に研磨する為の最適研磨条件（Ｐ）との対応関係が格納されている。このような対応関係は、例えば研磨パッドを処理枚数とともに硬度測定を行って、各硬度毎に半導体ウェハ１９の表面が最も均一に研磨される条件を探す事で得られる。

尚、研磨条件（Ｐ）としては、リテーナリング１０に加える圧力、及び半導体ウェハの外周部の圧力変動を調整するメンブレン１８ｃに加える圧力、を選ぶ事が好ましい。半導体ウェハ１９端部における圧力分布は、リテーナリング１０の圧力と、半導体外周部に加わる圧力とのバランスに依存するところが大きいからである。

記憶部１３に格納される対応関係としては、図１３Ａのようなテーブルではなくて、近似式で表現されていてもよい。また、硬度そのものを用いるのではなく、初期の硬度（未使用時の硬度）からの変化量（Ｄ）と研磨条件（Ｐ）との対応関係が記載されていてもよい。変化量（Ｄ）と研磨条件（Ｐ）との対応関係を用いる場合には、研磨パッドの初期硬度の数値も記憶部に格納される。

図４には、変化量（Ｄ）を用いた場合の一例として、研磨パッド２０の初期の硬度からの変化量（Ｄ）と、最適リテーナリング圧力との関係を示すグラフが描かれている。図４に示される例では、研磨条件Ｐ（最適リテーナリング圧力）と硬度情報（初期硬度からの変化量Ｄ）との関係が、多項式近似を行うことで、近似式により表されることができる。このような場合には、例えば２次式で近似した近似式（例；Ｐ＝０．００８１Ｄ^２＋０．１６４３Ｄ＋５．９８６）が記憶部１３に格納されていてもよい。

続いて、本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法について説明する。以下に述べる方法は、制御部１１によって実現される。図５は、半導体装置の製造方法のフローチャートである。各工程の詳細について以下に説明する。

ステップＳ１１；研磨パッド交換直後かどうかの判断
研磨処理の開始が指示されると、制御部１１は、まず研磨パッド２０が交換直後かどうかの判断を行う。研磨パッド２０が交換直後であった場合には、パッド硬度の測定（Ｓ１３）が実行される。一方、研磨パッド交換直後ではなかった場合には、硬度測定を行うかどうかの判断（Ｓ１２）が実行される。

ステップＳ１２；硬度測定の実行を行うか否かの判断
Ｓ１１において、研磨パッド交換直後でなかった場合には、硬度測定の実行を行うか否かを判断する。この判断の基準としては、例えば、半導体ウェハ１９の処理枚数や、研磨パッド２０が放置されていた時間等を用いることができる。即ち、制御部１１は、所定の処理枚数を処理した後や、研磨パッド２０の放置時間が所定時間以上経過していた場合に、硬度測定を実行すると判断する。硬度測定を実行する必要があると判断すれば、次ぎのステップＳ１３へと進む。一方、硬度測定を実行する必要がない場合には、記憶部１３から前回の研磨時と同条件の研磨条件データが転送され（Ｓ１９）、この研磨条件が設定される（Ｓ１６）。

ステップＳ１３、１４；研磨パッドの硬度を測定
制御部１１が、硬度測定を行う必要がありと判断した場合には、硬度計７によって、研磨パッド２０の硬度の測定が行われる（Ｓ１３）。硬度計７が測定したデータは、制御部１１に転送される（Ｓ１４）。尚、研磨パッド２０の交換直後の測定であった場合には、必要に応じて、本ステップで測定されたデータが初期硬度として記憶部１３に格納される。

ステップＳ１５；最適研磨条件の演算
制御部１１に硬度計７から硬度データが転送されると、演算部１４が最適研磨条件の算出を行う。具体的には、演算部１４が記憶部１３を参照し、記憶部１３に記述された硬度データと最適研磨条件との対応関係に基いて、測定された硬度データに対応する最適研磨条件を取得する。既述のように、ここで求められる最適研磨条件としては、リテーナリング１０の圧力、メンブレン１８ａの圧力が挙げられる。

尚、記憶部１３に記述されたデータが、初期硬度の変化量Ｄと最適研磨条件との対応関係である場合には、Ｓ１３の処理で測定された硬度データと、記憶部１３に格納された初期硬度とから、硬度の変化量Ｄが算出される。そして、制御部１１は、算出された変化量Ｄに対応した最適研磨条件を取得する。

ステップＳ１６、１７；最適条件の設定、研磨
続いて、制御部１１は、取得した最適研磨条件を研磨条件として設定する。Ｓ１２の処理で硬度測定を実行しないと判断された場合には、前回の研磨時における研磨条件がそのまま設定される。そして、制御部１１が、設定された研磨条件で半導体ウェハ１９の研磨を行うように、研磨部１２の動作を制御する。１枚の半導体ウェハ１９の研磨が終了すると、ヘッド１や研磨パッド２０が純水によって洗浄される。尚、この洗浄に用いられる洗浄装置の図示は省略されている。次ぎの半導体ウェハを研磨する場合には、再びステップＳ１２の処理へ戻りＳ１３〜１９の処理を繰り返す。

本実施の形態に依れば、研磨パッド２０の硬度に基いて、最適な研磨条件を求めることで、半導体ウェハ１９端部に生じる圧力不均一化が常に抑制され、半導体ウェハ１９の表面を均一に研磨することができる。

図８は、本実施の形態による効果を説明する為の図であり、横軸に処理枚数、縦軸に面内均一性（半導体ウェハの研磨量の（最大値−最小値）を平均研磨量×２で除算した値）を示したグラフである。比較例は、処理枚数に関わらず研磨条件を一定として研磨を行った場合である。実施例では研磨パッドの硬度を随時測定して、最適研磨条件を算出した例である。比較例では、処理枚数が増加するとともに、面内均一性が上昇している。これは、研磨処理の回数を重ねる度に、研磨パッドの硬度が変化するためである。即ち、研磨パッドの硬度が変化すると、半導体ウェハ端部１９において、研磨パッド２０から半導体ウェハ１９側へ加わる反作用力が変化する。この結果、半導体ウェハ１９の端部における圧力が不均一となる為である。これに対して、実施例では、研磨パッドの硬度が変化したとしても、変化した後の硬度に対応して最適研磨条件で研磨処理が実行されるので、半導体ウェハ１９端部における圧力不均一化が抑制される。よって、半導体ウェハ１９の表面が均一に研磨される。

尚、本実施の形態においては、研磨パッド２０の硬度に基いて最適研磨条件を求めているが、硬度に代えて研磨パッド２０の弾性変形率を用いてもよい。この場合、構成としては硬度計７に代えて弾性変形率を測定することが可能な弾性変形率測定器（図示せず）が用いられる。また、記憶部１３には、硬度と最適研磨条件との対応関係に代えて、弾性変形率と最適研磨条件との対応関係が格納される。このように、硬度ではなくて弾性変形率を用いても、同様に半導体ウェハの端部における圧力を均一に保つことができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。本実施形態は、第１の実施形態に対して、最適研磨条件を算出する手法が異なっている。即ち、制御部１１の機能構成が異なっている。第１の実施形態では、研磨パッド２０の硬度を測定して、この測定結果に基いて最適研磨条件を求めるのに対して、本実施の形態では、研磨パッド２０が疲労する条件下に曝されていた時間を基に研磨パッドの硬度を推定し、この推定された硬度に基いて最適研磨条件が求められる。従って、本実施の形態では、硬度計７は不要である。尚、研磨部１２の構成は、第１の実施形態と同じであるので、説明を省略する。制御部１１の機能構成を以下に説明する。

制御部１１は、第１の実施形態と同様に、演算部１４及び記憶部１３を有している。但し、演算部１４の機能、及び記憶部１３に格納されたデータは、第１の実施形態とは異なっている。

演算部１４は、現在プラテン３に貼りつけられている研磨パッドの累積研磨時間に基いて、最適研磨条件を求める機能を実現する。このとき、演算部１４は記憶部を参照して、最適研磨条件を求める。

図１３Ｂは、記憶部１３に格納されたデータを概念的に示す図である。記憶部１３には、予め、研磨パッド２０が研磨処理に使用された時間の累積（研磨時間Ｔａ）と、硬度（Ｈ）との対応関係が記載されている。更に、第１の実施形態と同様に、硬度（Ｈ）と最適研磨条件（Ｐ）との対応関係も記載されている。

また、記憶部１３には、研磨パッド２０が交換されてからの累積の研磨時間（図示されていない）が記憶されている。

研磨パッド２０の硬度は、研磨時間に依存する傾向にある。従って、研磨時間（Ｔａ）と硬度（Ｈ）との対応関係は、事前に各研磨時間における研磨パッドの硬度を測定しておく事で求める事ができる。

上述の各対応関係において、硬度（Ｈ）を省略して、最適研磨条件（Ｐ）を研磨時間（Ｔａ）に直接対応付けておいてもよい。図１３Ｃは、（Ｐ）と（Ｔa）とを直接対応付けた場合に、記憶部１３に格納されるデータを示す概念図である。最適研磨条件（Ｐ）は硬度（Ｈ）に依存し、硬度（Ｈ）は研磨時間（Ｔａ）に依存するので、最適研磨条件（Ｐ）を研磨時間（Ｔａ）に直接対応付ける事ができる。このようにすれば、記憶部１３に格納されるデータ構造が簡素化されるので、記憶部１３のハードウェア構成を簡単にする事ができる。

また、図１０は、研磨時間（Ｔａ）と最適研磨条件（Ｐ）との対応関係の一例を示すグラフである。最適研磨条件（Ｐ）として、リテーナリング圧力が用いられている。図１０に示される例においては、多項式近似により、最適なリテーナリング圧力Ｐは、「Ｐ（ＰＳＩ）＝−０．００１１Ｔａ^２＋０．０５４Ｔａ＋６．０００７」という近似式で表現されることができる。このように対応関係を近似式で表すことができる場合には、この近似式のみが記憶部１３に格納されていてもよい。

次ぎに、図９を参照して、本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法について説明する。

ステップＳ２１；研磨パッドが交換直後であるかどうかの判断
第１の実施形態と同様に、研磨パッドが交換直後かどうかの判断（Ｓ２１）が行われる。研磨パッド交換直後であった場合には、研磨条件が初期化され（Ｓ３０）、初期設定の条件（研磨時間Ｔａ＝ゼロに対応する最適研磨条件）で半導体ウェハ１９の研磨が実行される（Ｓ２５）。一方、研磨パッド交換直後ではない場合には、次ぎのステップＳ２２へ進む。

ステップＳ２２；研磨条件を再設定する必要があるか否かの判断
Ｓ２１において、研磨パッド交換直後でなかった場合には、研磨条件を再設定する必要があるかどうかの判断が行われる。この判断の基準としては、例えば、半導体ウェハ１９の処理枚数や、研磨パッド２０が放置されていた時間等を用いることができる。即ち、制御部１１は、所定の処理枚数を処理した後や、研磨パッド２０の放置時間が所定時間以上経過していた場合に、研磨条件を再設定すると判断する。研磨条件の再設定を行う必要があると判断すれば、次ぎのステップＳ２３へと進む。一方、再設定を行う必要がない場合には、記憶部１３から前回の研磨時と同じ研磨条件データが制御部１１に転送され（Ｓ２９）、この研磨条件が制御部１１に設定される（Ｓ２４）。

ステップＳ２３、２４；最適条件の演算
Ｓ２２において、研磨条件の再設定を行うと判断すると、演算部１４は記憶部１３に格納された累積の研磨時間を取得する。そして、記憶部１３に格納された研磨時間（Ｔａ）と硬度（Ｈ）との対応関係を参照して、現在の研磨パッド２０の硬度を推定する。更に、硬度（Ｈ）と最適研磨条件（Ｐ）との対応関係を参照して、推定された硬度に対応する最適研磨条件（Ｐ）を求める。このようにして求められた最適研磨条件（Ｐ）が、研磨条件として設定される（Ｓ２４）。

ステップＳ２５、２６、２７；研磨、累積処理
制御部１１が、設定された研磨条件に従って半導体ウェハ１９の研磨を行うように、研磨部１２の動作を制御する。研磨が終了すると、制御部１１は、研磨に要した時間を累積する（Ｓ２６）。制御部１１は、記憶部１３に累積の研磨時間データを転送し（Ｓ２７）、累積の研磨時間を書き換える。

以上のＳ２１から２７の処理が、半導体ウェハ１９を研磨する毎に繰り返される。

本実施の形態に依れば、第１の実施形態に対して硬度を測定する工程が省略されている。従って、第１の実施形態と同様の作用効果に加えて、半導体ウェハ１９の研磨処理工程におけるスループットを向上させる事ができる。

（第３の実施形態）
続いて、第３の実施形態について説明する。本実施の形態は、第２の実施形態と比較して、制御部１１の機能構成が更に工夫されている。即ち、第２の実施形態では、研磨パッド２０が研磨処理に用いられた時間の累積から最適研磨条件を求めていたが、本実施の形態では、研磨処理の累積時間に加えて、研磨パッド２０が湿潤状況下に放置されていた時間をも用いて、最適研磨条件を求める。尚、制御部１１の機能構成以外の点については、第２の実施形態と同様であるので、その説明は省略される。

制御部１１は、第２の実施形態と同様に、記憶部１３と、演算部１４とを有している。

演算部１４は、記憶部１３を参照して、最適研磨条件（Ｐ）を求め、これを設定条件とする機能を実現する。

図１３Ｄは、記憶部１３に格納されたデータを概念的に示す図である。図１３Ｄを参照して、記憶部１３に格納されたデータについて説明する。記憶部１３には、研磨パッドの硬度（Ｈ）が、研磨時間（Ｔａ）及び湿潤放置時間（Ｔｂ）に対応付けられたデータが格納されている。また、記憶部１３には、研磨パッドの硬度（Ｈ）と最適研磨条件（Ｐ）との対応関係も格納されている。硬度（Ｈ）と、研磨時間（Ｔａ）及び湿潤放置時間（Ｔｂ）との対応関係は、事前に各研磨時間の各湿潤放置時間毎に硬度を測定しておく事で求める事ができる。尚、記憶部１３には、更に、現在プラテン３に貼りつけられている研磨パッド２０の累積研磨時間（時図示せず）と、累積の湿潤放置時間（図示せず）、が格納されている。

ここで、湿潤放置時間（Ｔｂ）とは、研磨パッド２０が湿潤状態に曝されていた時間の累積を示している。１枚の半導体ウェハ１９の研磨が終わると、研磨パッド２０が純水によって洗浄されるが、この時に研磨パッド２０は湿潤状態に曝される事になる。研磨パッド２０の種類によっては、湿潤状態に曝されていると硬度が変化するものがある。図１２は、ポリウレタン製の研磨パッドを純水に浸して湿潤状態で放置下場合の硬度の変化を示すグラフである。図１２に示される例では、純水に浸漬させた時間が長くなると、硬度が低下していく事が示されている。

尚、硬度（Ｈ）と、研磨時間（Ｔａ）及び湿潤放置時間（Ｔｂ）との対応関係が近似式で表現できる場合には、この近似式が記憶部１３に格納されていてもよい。例えば、各研磨時間毎に、湿潤放置時間と硬度との対応関係を示す近似式が格納されていればよい。

本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法では、第２の実施形態と比較して最適条件を演算するステップ（Ｓ２３）における動作が更に工夫されている。ステップＳ２３において、制御部１１は、まず、記憶部１３から、格納された研磨時間（累積）データと、湿潤放置時間データと、を取得する。更に、記憶部１３に格納された硬度（Ｈ）と研磨時間（Ｔａ）及び湿潤放置時間（Ｔｂ）との対応関係に基いて、現在の研磨パッド２０の硬度を推定する。そして、記憶部１３に格納された硬度（Ｈ）と最適研磨条件（Ｐ）との対応関係を参照して、最適研磨条件（Ｐ）を取得する。その後の動作は第２の実施形態と同様である。

以上説明したように、本実施の形態では、研磨パッド２０が研磨に用いられた時間のみならず、湿潤状態に放置されていた時間も考慮して硬度を推定するので、湿潤状態にさらされていた場合に硬度の変化する研磨パッド２０を用いる場合には、より正確に硬度を推定することができる。

尚、本実施の形態では、記憶部１３に２つの対応関係（硬度−研磨時間及び湿潤放置時間の対応関係、硬度−最適研磨条件の対応関係）が格納されている場合について説明したが、最適研磨条件を研磨時間及び湿潤放置時間に直接対応付けてもよい。このようにすれば、記憶部１３に格納されるデータ構造が簡素化されるので、記憶部１３のハードウェア構成を簡単にする事ができる。

以上説明した第１〜第３の実施形態は、矛盾の無い範囲において組み合わせて使用することも可能である。

半導体装置の製造装置の構成を示す図である。 硬度計の構成を示す図である。 制御部１１の機能構成を示す図である。 硬度の変化量と最適研磨条件との対応関係の一例を示すグラフである。 第１の実施形態における半導体装置の製造方法のフローチャートである。 研磨部の側断面を模式的に描いた図である。 研磨パッドの上面図である。 第１の実施形態の作用効果を説明するための図である。 第２の実施形態における半導体装置の製造方法のフローチャートである。 研磨時間と最適研磨条件との対応関係の一例を示すグラフである。 半導体ウェハ端部に加わる圧力分布を示す図である。 硬度と湿潤放置時間との関係を示すグラフである。 硬度と最適研磨条件との対応関係を概念的に示す図である。 研磨時間、硬度、及び最適研磨条件との対応関係を概念的に示す図である。 研磨時間と最適研磨条件との対応関係を概念的に示す図である。 研磨時間、湿潤放置時間、硬度、及び最適研磨条件との対応関係を概念的に示す図である。

符号の説明

１ ヘッド
１ａ ヘッド回転軌跡
２ クロス
３ プラテン
４ ロード・アンロード部
５ ロボット
６ 洗浄部
７ 硬度計
８ ドレッサ
９ インターフェイス
１０ リテーナリング
１１ 制御部
１２ 研磨部
１３ 記憶部
１４ 演算部
１８ａ メンブレン
１８ｂ メンブレン
１８ｃ メンブレン
１９ 半導体ウェハ
２０ 研磨パッド
２０ａ 物性測定用部位
２１ 研磨剤ノズル
２２ メンブレンサポート
２３ スピンドル
３０ 半導体装置の製造装置

Claims (18)

1. 半導体ウェハの周縁部に配置され半導体ウェハをガイドするリテーナリングを研磨パッドに押しつけて半導体ウェハを研磨する半導体装置の製造方法であって、
   前記研磨パッドの硬度に基づいて研磨条件を求める最適条件演算工程と、
   求められた研磨条件に基づく圧力を前記リテーナリングに加えて前記半導体ウェハを研磨する工程と、
   を具備し、
   前記最適条件演算工程は、前記研磨パッドが疲労する条件下に曝されていた時間を示す時間情報に基づいて前記研磨パッドの硬度を推定する工程を含み、
   前記研磨条件は推定された前記研磨パッドの硬度に基づいて求められ、
   前記時間情報は、前記研磨パッドが湿潤状態に曝されていた時間を示す湿潤放置時間を含む
   半導体装置の製造方法。
2. 請求項１に記載された半導体装置の製造方法であって、
   前記時間情報は前記研磨パッドが研磨処理に使用されていた時間を示す研磨時間を含む
   半導体装置の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載された半導体装置の製造方法であって、
   前記研磨条件は、前記半導体ウェハを前記研磨パッドに押しつける際に前記半導体ウェハ外周部にかける外周部圧力、を含む
   半導体装置の製造方法。
4. 請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
   前記最適条件演算工程は、前記硬度に換えて前記研磨パッドの弾性変形率に基づいて前記研磨条件を求める
   半導体装置の製造方法。
5. 請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
   前記最適条件演算工程は、前記硬度に換えて前記研磨パッドが疲労する条件下に曝されていた時間を示す時間情報に基づいて前記研磨条件を求める
   半導体装置の製造方法。
6. 研磨パッドに半導体ウェハを押しつけて半導体ウェハを研磨する半導体装置の製造方法であって、
   前記研磨パッドによる研磨処理の累積研磨時間を求める工程と、
   前記研磨パッドが湿潤状態に曝されていた累積湿潤放置時間を求める工程と、
   前記累積研磨時間および累積湿潤放置時間に基づいて研磨条件を求める最適条件演算工程と、
   求められた前記研磨条件にて前記半導体ウェハを研磨する工程と、
   を具備する半導体装置の製造方法。
7. 請求項６記載の半導体装置の製造方法であって、
   前記研磨する工程は、前記求められた研磨条件に基づく圧力を半導体ウェハの周縁部に配置され半導体ウェハをガイドするリテーナリングに加えて前記半導体ウェハを研磨する工程である
   半導体装置の製造方法。
8. 請求項６又は７に記載の半導体装置の製造方法であって、
   前記研磨条件は前記半導体ウェハを前記研磨パッドに押しつける際に前記半導体ウェハ外周部にかける外周部圧力を含む
   半導体装置の製造方法。
9. 半導体ウェハを保持したヘッドを研磨パッドに押しつけて前記半導体ウェハを研磨する半導体装置の製造装置であって、
   前記研磨パッドによる研磨処理の累積研磨時間および前記研磨パッドが湿潤状態に曝されていた累積湿潤放置時間を求め、前記累積研磨時間および累積湿潤放置時間に基づいて研磨条件を求める制御部と、
   求められた前記研磨条件にて前記半導体ウェハを研磨する研磨部と、
   を具備する
   半導体装置の製造装置。
10. 請求項９に記載された半導体装置の製造装置であって、
    前記ヘッドは、前記ヘッドの外周部に設けられたリテーナリングを備えると共に、前記半導体ウェハは、前記リテーナリングで囲まれた領域に保持される
    半導体装置の製造装置。
11. 請求項１０に記載された半導体装置の製造装置であって、
    前記ヘッドは前記リテーナリングに囲まれた領域であって前記半導体ウェハと前記ヘッ
    ドとの間の領域に設けられたメンブレンをさらに備える
    半導体装置の製造装置。
12. 請求項１１に記載された半導体装置の製造装置であって、
    前記メンブレンは、おのおの独立に前記半導体ウェハに加える圧力を調整できるように複数のメンブレンで構成されている
    半導体装置の製造装置。
13. 請求項１２に記載された半導体装置の製造装置であって、
    前記メンブレンは、少なくとも前記リテーナリングの内壁に沿って設けられた第１のメンブレンと、前記第１のメンブレンによって囲まれた領域に設けられた第２のメンブレンとを備える
    半導体装置の製造装置。
14. 半導体ウェハの周縁部に配置され半導体ウェハをガイドするリテーナリングを研磨パッドに半導体ウェハを押しつけて半導体ウェハを研磨する半導体装置の製造装置であって、
    前記研磨パッドの硬度に基づいて研磨条件を求める制御部と、
    前記求められた研磨条件に基づく圧力を前記リテーナリングに加えて前記半導体ウェハを研磨する研磨部と、
    を具備し、
    前記制御部は、前記研磨パッドが疲労する条件下に曝されていた時間を示す時間情報に基づいて前記研磨パッドの硬度を推定する演算部を含み、
    前記研磨条件は推定された前記研磨パッドの硬度に基づいて求められ、
    前記時間情報は前記研磨パッドが湿潤状態に曝されていた時間を示す湿潤放置時間を含む
    半導体装置の製造装置。
15. 請求項１４に記載の半導体装置の製造装置であって、
    前記時間情報は前記研磨パッドが研磨処理に使用されていた時間を示す研磨時間を含む
    半導体装置の製造装置。
16. 請求項１４又は１５に記載の半導体装置の製造装置であって、
    前記研磨条件は前記半導体ウェハを前記研磨パッドに押しつける際に前記半導体ウェハ外周部にかける外周部圧力を含む
    半導体装置の製造装置。
17. 請求項１４に記載の半導体装置の製造装置であって、
    前記制御部は、前記硬度に換えて前記研磨パッドの弾性変形率に基づいて前記研磨条件を求める
    半導体装置の製造装置。
18. 請求項１４に記載の半導体装置の製造装置であって、
    前記制御部は、前記硬度に換えて前記研磨パッドが疲労する条件下に曝されていた時間を示す時間情報に基づいて前記研磨条件を求める
    半導体装置の製造装置。

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