JPH10315131A - 半導体ウエハの研磨方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ドレッシング状態を正確に制御できる研磨技
術を提供する。 【解決手段】 研磨盤１３には研磨工具１５が設けら
れ、ウエハキャリアに保持されたウエハは研磨工具１５
に接触されて研磨される。ドレッサ２１により表面がド
レッシングされた研磨工具１５は、その表面状態が表面
状態測定機２３により測定され、研磨工具１５のドレッ
シング終了が表面状態測定機２３により測定された正面
状態によって判定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体ウエハ表面研
磨用の研磨具を所定の平坦度に整形することにより、半
導体ウエハの表面を所望の高品質に研磨し得るようにし
た半導体ウエハの研磨技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年にあっては、半導体メモリに代表さ
れる大規模集積回路(LSI) の高集積化に伴って配線の多
層化が進み、半導体ウエハ（以下、ウエハと言う）の主
面に形成される凹凸の段差は、１〜数μｍのサイズとな
る。この程度の凹凸の段差が主面に形成されると、パタ
ーン形成時には、リソグラフィーの焦点深度が段差に対
応することができなくなり、集積回路の加工精度が低下
し、スパッタリング法による金属成膜ではステップカバ
レッジが悪くなる。

【０００３】たとえば、２４０nmの波長のレーザー光を
光源とするステッパを用いる場合には、高解像度を得る
ためにＮＡ値つまり開口数を高めなければならず、焦点
深度マージンが減少することになり、0.３μｍ程度を解
像するには、段差は0.３〜0.４μｍ以下に設定すること
が必要となる。

【０００４】そこで、ウエハの表面を平坦に研磨するた
めに、研磨剤を溶媒に懸濁させて、溶媒自体にウエハの
表面を化学的にエッチング処理する能力を持たせつつ、
研磨工具により研磨するようにしたＣＭＰ(Chemical Me
chanical Polishing) 技術、つまり化学的機械研磨技術
が適用されている。この技術により、ウエハの主面に形
成された絶縁膜あるいは金属膜の凹凸を平坦化すること
が可能となる。

【０００５】ウエハの主面に形成された凹凸をＣＭＰ技
術によって研磨してウエハの主面を平坦化する場合に
は、研磨速度は研磨工具の表面状態がきわめて敏感に影
響し、研磨加工が繰り返されると、研磨工具の表面状態
が摩耗などによって劣化するので、研磨速度は研磨加工
時間の経過に伴って低下する。

【０００６】そのため、劣化した研磨工具の表面を初期
状態に回復させるために、ダイヤモンド砥粒がニッケル
材により保持されて形成されたダイヤモンドドレッサを
用いて、研磨工具のドレッシング、つまり整形が必要に
なる。このドレッシングはコンディショニングとも言わ
れる。

【０００７】研磨布の経時変化による目詰まりを防止す
るために、たとえば特開平5-177534号公報には、研磨布
とダイヤモンドドレッサとを共摺りを行うようにした技
術が記載されている。また、たとえば特開平7-297195号
公報には、研磨布の表面層形成と研磨布の表面形状創成
をダイヤモンド砥粒を付着した工具またはセラミックス
製工具で行うようにする技術が記載されている。

【０００８】従来のＣＭＰにあっては、劣化した研磨工
具の表面を初期状態に回復するためのドレッシングを行
う場合には、ドレッシング時間と研磨速度との関係を予
め実測しておき、この関係に基づいてドレッシング終了
時間を管理する方式がとられている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、研磨工具のド
レッシング終了に適した時間は、研磨工具によって研磨
される被研磨物であるウエハ側の状態と、研磨工具をド
レッシングするためのドレッサ側の状態とによって変動
することになる。つまり、ウエハのパターンの凹凸の割
合や研磨条件が平坦化する工程やデバイスの品種によっ
て、研磨工具の劣化は常に一定ではない。そして、ドレ
ッシング作業に使用されるドレッシング工具として、た
とえばダイヤモンドドレッサが用いられる場合には、ダ
イヤモンド砥粒の脱落などによりドレッシング性能が低
下するので、ドレッサの性能も常に一定ではない。

【００１０】そこで、工程や品種によらず、常に最も研
磨工具が劣化した状態を想定するとともに、ドレッシン
グ性能の劣化をも見込んでドレッシング終了時間を設定
しているので、長時間ドレッシングを行うのが一般的と
なっている。

【００１１】このように長時間ドレッシングする方式で
は、必要以上に研磨工具を消耗させることになり、研磨
工具の交換頻度が高くなり、ドレッシングに要する時間
もかかるという問題点がある。

【００１２】本発明の目的は、ドレッシングによる研磨
工具の表面状態の変化を把握することによって、ドレッ
シング状態を正確に制御できる研磨技術を提供すること
にある。

【００１３】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００１５】すなわち、本発明の半導体ウエハの研磨方
法は、ドレッシング工程においてドレッシングされた研
磨工具の表面状態を測定し、その測定値により研磨工具
のドレッシング終了を判定するようにしている。測定値
としては、研磨工具の表面粗さ、研磨工具の平坦度、ま
たは研磨工具の表面の滑り摩擦抵抗のいずれかあるいは
これらの複数の測定値とすることができる。

【００１６】ドレッサによって研磨工具をドレッシング
すると同時に研磨工具の表面状態を測定するようにして
も良く、研磨工具に所定のドレッシングを行い、ドレッ
シングを中断して研磨工具の表面状態を測定するように
しても良い。

【００１７】本発明の研磨装置は、研磨工具が設けられ
た研磨盤と、半導体ウエハを保持して前記半導体ウエハ
の表面を前記研磨工具に接触させるウエハキャリアと、
前記研磨工具の表面をドレッシングするドレッサと、前
記ドレッサによりドレッシングされた前記研磨工具の表
面状態を測定する表面状態測定機と、前記表面状態測定
機からの測定値信号により前記研磨工具のドレッシング
終了を制御する制御手段とを有することを特徴とする。
前記制御手段に前記研磨工具のドレッシング条件を前記
表面状態測定機による前記研磨工具の表面状態の測定値
により変更するドレッシング条件設定部を設けても良
く、前記表面状態測定機による前記研磨工具の表面状態
の測定値により研磨条件を変更する研磨条件設定部を設
けても良く、さらには、前記表面状態測定機による前記
研磨工具の表面状態の測定値に基づいて、その後に行う
前記研磨工具のドレッシング条件を設定するドレッシン
グ条件設定部を制御手段に設けても良い。

【００１８】このような本発明にあっては、ドレッシン
グの終了を時間で管理することなく、ドレッシングによ
る研磨工具の表面状態の変化を把握することにより、ド
レッシング状態を正確に制御することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００２０】図１〜図３は本発明の一実施の形態である
半導体ウエハの研磨装置を示す図であり、図１は研磨工
具をドレッサによりドレッシングしている状態を示す断
面図であり、図２は図１における２−２線に沿う断面図
であり、図３は研磨工具により半導体ウエハを研磨して
いる状態を示す断面図である。

【００２１】図示するように、研磨装置は上部が開口さ
れた筐体１１を有し、この筐体１１に回転自在に取り付
けられた回転軸１２の上端部には、筐体１１内に位置さ
せてプラテンつまり研磨盤１３が取り付けられ、この研
磨盤１３は研磨盤回転用モータ１４により回転駆動され
るようになっている。研磨盤１３の表面には、多数の気
孔を有する合成樹脂を研磨盤１３の表面に均一に貼り付
けられて形成された研磨パッドつまり研磨工具１５が設
けられている。

【００２２】研磨装置は、図３に示すように、研磨工具
１５により表面が研磨される被研磨物としてのウエハＷ
を保持するためのウエハキャリア１６を有しており、こ
のウエハキャリア１６は駆動軸１７の下端部に取り付け
られ、この駆動軸１７はウエハキャリア１６と一体とな
ってキャリア回転用のモータにより回転駆動されるよう
になっており、さらに研磨盤１３の上で上下動自在とな
っている。ウエハＷは、ウエハキャリア１６に設けられ
た真空案内路に真空を供給することにより、その表面つ
まり被研磨面Ｗａを下向きとしてウエハキャリア１６に
保持される。ウエハキャリア１６の先端部には、ウエハ
Ｗを収容するための凹部１８が形成されており、この凹
部１８内にウエハＷを収容すると、ウエハＷの被研磨面
Ｗａはウエハキャリア１６の先端面とほぼ同一面かある
いは僅かに先端面よりも突出した状態となる。

【００２３】研磨工具１５の表面とウエハＷの被研磨面
Ｗａとの間に研磨液Ｌを供給するために、研磨液供給管
１９が研磨装置に設けられており、ここから供給される
研磨液ＬによってウエハＷの被研磨面Ｗａは化学的に研
磨される。

【００２４】図示する研磨装置は、研磨工具１５の表面
を整形つまりドレッシングするための整形工具つまりド
レッサ２１を有しており、このドレッサ２１はモータに
より回転駆動されるとともに、研磨盤１３の上で上下動
自在となった駆動軸２２の下端部に設けられている。ド
レッサ２１により研磨工具１５の表面をドレッシングす
る際にも、研磨工具１５によってウエハＷの表面を研磨
する際に供給される研磨液Ｌと同様の成分の研磨液Ｌが
研磨工具１５の表面に供給されるようになっており、ド
レッシングが行われるときに発生する切削くずの除去や
ドレッシング時の摩擦熱の除去が研磨液Ｌによって行わ
れる。

【００２５】図１に示されように、研磨装置は研磨工具
１５の表面状態を測定するための表面状態測定機２３を
有し、この表面状態測定機２３は、研磨盤１３の上方に
これの径方向に延びて設けられたガイド部材２４に沿っ
て摺動自在に装着された移動部材２５に取り付けられて
いる。

【００２６】図４は研磨装置の作動を制御する制御回路
を示すブロック図であり、ＣＰＵなどを有する制御部３
１からの信号によって、研磨盤１３を回転するための研
磨盤回転用モータ１４、キャリア回転用モータ３２、ウ
エハキァリア１６を上下方向に移動したり、この上下動
に加えて水平方向に移動するためのキャリア移動装置３
３の作動が制御されるようになっている。さらに、ドレ
ッサ２１を回転するためのドレッサ回転用モータ３４、
およびドレッサ２１を上下方向に移動するためのドレッ
サ移動装置３５の作動が制御部３１からの信号によって
制御されるようになっており、このドレッサ移動装置３
５により、上下動に加えて水平方向にもドレッサ２１を
移動するようにしても良い。

【００２７】また、研磨液Ｌを研磨液供給管１９から研
磨工具１５の表面に供給するための研磨液供給用ポンプ
３６と、表面状態測定機２３をガイド部材２４に沿って
移動するための測定機移動装置３７とにそれぞれ制御部
３１から制御信号が送られるようになっている。表面状
態測定機２３からは測定信号が制御部３１に送られるよ
うになっており、さらに研磨装置の作動を指令するため
の操作ボード３８からの入力信号が制御部３１に送られ
るようになっている。

【００２８】研磨装置を構成する表面状態測定機２３な
どの機器の作動手順および研磨工具１５によるウエハＷ
に対する押し付け力などの研磨条件やドレッサ２１の研
磨工具１５に対する押し付け力などのドレッシング条件
は、制御部３１内に設けられたメモリや外部に接続され
たメモリ３９に格納されており、さらにメモリには表面
状態測定機２３により測定されたデータが格納されるよ
うになっている。

【００２９】図５は半導体装置の製造工程の概略を示す
フローチャートであり、シリコン単結晶インゴットをダ
イヤモンドカッターなどを用いて切断することにより、
所定の厚みを有する円板状のウエハＷが形成される。こ
のウエハＷはラッピング装置そしてポリシング装置によ
りウエハＷの両面が鏡面仕上げされる。このようにして
両面が鏡面仕上げされたウエハＷは、ＬＳＩ製造プロセ
スにおいて、その主面に半導体集積回路が形成される。
このプロセスは、ＰＶＤ装置、ＣＶＤ装置そしてエピタ
キシャル成長装置などを用いて絶縁膜や金属配線膜など
を形成する多数の工程を有している。

【００３０】このようにして、ウエハ主面に回路が形成
されたウエハＷは、ダイシング工程において半導体チッ
プ単位に切断され、ダイボンディング工程においてリー
ドフレームの所定の位置にチップが搭載された後、ワイ
ヤボンディング工程においてリードフレームのインナー
リード部と半導体チップに設けられたボンディングパッ
ドとがワイヤを介して電気的に接続される。半導体チッ
プにはこれを封止するためにモールド工程において樹脂
パッケージ本体が成形された後に、リードフレームのう
ち不要な部分が切断され、アウターリード部を所定の形
状に折り曲げ加工することにより、半導体装置が製造さ
れることになる。

【００３１】図６は図５に示したＬＳＩ製造プロセスに
おいてウエハＷの主面に回路を形成するための多数の工
程のうち一部の工程を示す図であり、図６（Ａ）はウエ
ハＷにスパッタリングによりタングステンなどからなる
金属配線層４１が形成された状態を示す。図６（Ｂ）は
金属配線層４１の表面に酸化膜４２がＣＶＤ装置によっ
て形成された状態を示す。この酸化膜４２は金属配線層
４１の上面に形成されており、その表面が凹凸となって
いる。そこで、図６（Ｃ）に示すように、酸化膜４２の
表面を平坦化するために、前述した研磨装置つまりＣＭ
Ｐ装置が使用される。

【００３２】図１〜図３に示す研磨装置を用いることに
より、研磨工具１５によるウエハＷの表面の研磨とドレ
ッサ２１による研磨工具１５のドレッシングとが行われ
る。ドレッシングは、所定枚数のウエハＷに対する研磨
が終了した後、あるいは１枚のウエハＷに対する研磨が
終了する毎に行うようにしても良く、研磨と同時にドレ
ッシングを行うようにしても良い。

【００３３】図７は研磨装置を用いて１枚のウエハＷの
研磨が終了する毎に研磨工具１５の表面をドレッシング
する場合における研磨作業の手順を示すフローチャート
であり、研磨装置に電源が供給されて装置が作動可能と
なると、まず、ステップＳ１において制御部３１を構成
するＣＰＵなどが初期設定される。

【００３４】この状態のもとで、操作ボード３８に設け
られた入力キーが作業者により操作されたり、あるいは
自動的に研磨装置を作動させる信号が入力されて研磨開
始指令がステップＳ２で出されると、ステップＳ３で研
磨盤１３がモータ１４により回転駆動される。この状態
のもとで、ウエハキャリア１６に保持されたウエハＷが
ウエハキャリア１６によって研磨工具１５に所定の押し
付け力によって押し付けられて、ウエハＷの表面Ｗａが
研磨される（ステップＳ４）。ステップＳ５で研磨終了
が判断されると、直ちに研磨作業が終了して、ウエハキ
ャリア１６は上方に退避移動される。

【００３５】次いで、ステップＳ６ではドレッシングが
開始されて、ドレッサ２１が研磨工具１５に向けて下降
移動して研磨工具１５に押し付けられる。ドレッシング
が開始されると、表面状態測定機２３が作動されて研磨
工具１５の表面状態が測定される（ステップＳ７）。研
磨工具１５の表面状態が所定の表面状態にまでドレッシ
ングされたことがステップＳ８で判断されたならば、ド
レッシングを停止してドレッサ２１は上方に移動され、
ステップＳ９において研磨作業を終了するか否かが判断
される。引き続いて他のウエハＷに対する研磨が行われ
る場合には、ステップＳ４に戻されて、ステップＳ９に
おいて研磨作業の終了まで繰り返される。ステップＳ１
０において研磨作業の終了が判断された場合には、研磨
盤１３の回転が停止されて、研磨が終了する。

【００３６】図７に示す研磨方法にあっては、１枚のウ
エハＷに対する研磨が終了する毎に研磨工具１５のドレ
ッシングを行っているが、前記したように、所定枚数の
ウエハＷに対する研磨が終了した後にドレッシングを行
うようにしても良い。

【００３７】いずれの場合にも、ドレッシングを行う際
に、ドレッサ２１によって所定の時間だけドレッシング
を行ったならば、ドレッシングを中断して研磨工具１５
の表面状態を測定し、所定の表面状態となっていない場
合にはさらに所定の時間だけドレッシングを行って再度
ドレッシングを中断して表面状態を測定するようにし、
所定の表面状態となるまで、ドレッシングと表面測定と
を繰り返すようにしても良い。さらには、研磨とドレッ
シングとを同時に行うようにしても良く、その場合には
研磨工具１５の表面状態が所定の状態となったならば、
ドレッシングを中止し、所定の表面状態よりも表面状態
が低下した場合にはドレッシングを再開するように研磨
とドレッシングとを制御する。

【００３８】研磨工具１５によるウエハＷの表面の研磨
条件としては、研磨盤１３の回転数、ウエハＷの回転数
やウエハキャリア１６によるウエハＷへの押し付け力な
どがあるが、これらの条件は研磨条件設定部として機能
するメモリ３９に格納されており、それを読み出して制
御部３１により研磨盤１３の回転数などが制御される。
そして、研磨開始前に表面状態測定機２３により研磨工
具１５の表面状態を測定し、その測定した研磨工具１５
の表面状態の測定値により研磨条件を変更するようにし
ても良い。

【００３９】ドレッシングがなされる際におけるドレッ
シング条件としては、研磨盤１３の回転数、ドレッサ２
１の回転数やドレッサ２１の研磨工具１５に対する押し
付け力などがあるが、これらの条件もドレッシング条件
設定部としても機能するメモリ３９に格納されており、
それを読み出して制御部３１によりドレッサ２１の回転
数などが制御される。そのドレッシング条件を研磨条件
と同様に、表面状態測定機２３により測定した研磨工具
１５の表面状態の測定値により変更するようにしても良
い。

【００４０】このように、研磨工具１５の表面状態に応
じて、研磨条件やドレッシング条件を変更することによ
り、最適の研磨条件および最適のドレッシング条件によ
ってそれぞれの作業が行われる。

【００４１】また、予め設定された研磨条件やドレッシ
ング条件が、表面状態測定機２３による測定値に基づい
て変更された場合には、その後に行われる研磨やドレッ
シングの条件を変更された条件に基づいて行うべく、変
更後の条件をメモリ３９に格納するようにしても良い。

【００４２】次に、表面状態測定機２３による研磨工具
１５の表面状態を検出する方式について説明する。表面
状態を検出する方式としては、研磨工具１５の表面粗さ
を測定する方式、平坦度を測定する方式および表面の滑
り摩擦抵抗を測定する方式などがある。

【００４３】表面粗さは、研磨工具１５の表面が初期状
態の多数の気孔を有する合成樹脂の状態と、目詰まりし
た状態との違いを捉えることで測定することができ、研
磨工具１５の表面に触針を接触させるようにした触針式
と、研磨工具１５の表面の光の反射率を検出するように
した光学的方式とのいずれかを適用して表面粗さを測定
することができる。

【００４４】図８は研磨工具１５としてビトリファイド
砥石（ＪＩＳ Ｒ６２１０）を用い、研磨盤１３の回転
を停止した状態で触針式で研磨工具１５の表面粗さを測
定した結果を示すグラフであり、ドレッシングを３０秒
行う毎に研磨盤１３の回転を停止して表面粗さを測定し
た。この結果、1.５分ドレッシングすることにより、研
磨工具１５の表面粗さがほぼ初期状態に回復しているこ
とが判明し、触針式に研磨工具１５の表面粗さを測定す
ることにより、研磨工具１５が所定の表面状態にドレッ
シングされたことを検出するきことができ、ドレッシン
グの終了状態を判定することができる。

【００４５】図９は研磨工具１５として前述と同じくビ
トリファイド砥石を用い、研磨盤１３を回転させた状態
の研磨工具１５に接触させた触針に生ずる振動を測定し
た結果を示すグラフであり、触針の振動時の振幅を表面
粗さに換算することによってドレッシングの終了状態を
判定することができる。

【００４６】図１０は上述と同様に、研磨工具１５とし
てビトリファイド砥石を用い、研磨盤１３を回転さた状
態として研磨工具１５に照射した光の表面反射率を測定
結果を示すグラフであり、表面反射率が所定値以下とな
ると、研磨工具１５の表面粗さが所定の粗さとなったこ
とを判定することができる。

【００４７】次に、平坦度は触針式や光学的変位計によ
り測定することができ、研磨工具１５の表面全体の凹凸
を検出することができる。

【００４８】図１１は研磨工具１５としてアスカーＣス
ケール硬度６０度程度の軟質な研磨パッドを用いて、そ
の平坦度を研磨工具１５を停止した状態で光学式変位計
により研磨工具つまり研磨盤１３の半径方向に測定した
結果を示すグラフである。ドレッシング前には３０μｍ
程度の凹凸があったが、２分間のドレッシング後には５
μｍ以下の凹凸になった。

【００４９】ウエハＷを研磨工具１５により研磨する場
合には、ウエハＷは図３に示すようなウエハホルダつま
りウエハキャリア１６によって保持されるが、ウエハキ
ャリア１６のウエハ保持面は平坦であり、研磨パッドつ
まり研磨工具１５の表面も平坦となっていなければなら
ない。たとえば、図１１に示すようにドレッシング前の
状態では、研磨工具１５の表面が平坦となっておらず、
弓なりとなっているために、ウエハＷの周辺部は、中心
部よりも大きな荷重を受けることになり、研磨速度が早
くなる。これに対して、研磨工具１５の中心部では、荷
重が小さくなるために研磨速度は遅くなる。このため、
ウエハＷの中央部分よりも周辺部分の研磨レートが高く
なり、ウエハＷの面内において研磨むらが増大すること
になる。したがって、研磨工具１５の表面の平坦度をド
レッシングによって高めることにより、研磨レートをウ
エハＷの面内において均一とすることができる。

【００５０】滑り摩擦抵抗を測定することにより表面状
態を検出する方式としては、測定用の小片が受ける摩擦
力を歪ゲージによって測定する方式を挙げることができ
る。測定用の小片としては、５ｍｍ角程度の石英ガラス
などが適当である。

【００５１】図１２は研磨工具１５としてアスカーＣス
ケール硬度６０程度の軟質な研磨パッドを用いて、研磨
盤１３を回転させた状態で歪ゲージの変位電圧を測定し
た結果を示すグラフである。その測定結果によると、1.
５分ドレッシングすることにより、ほぼ表面粗さが回復
しており、滑り摩擦抵抗を測定することによっても表面
状態の回復、つまりドレッシングの終了を判定すること
ができる。

【００５２】次に、最適なドレッシング終了の判定方式
について説明する。研磨工具１５としては多数の気孔を
有する合成樹脂でできた、たとえばアスカーＣスケール
硬度６０程度の軟質な研磨パッドを用い、研磨盤１３は
２０ｒｐｍで回転させた。一方、ドレッサ２１は、２０
０メッシュ程度のダイヤモンド砥粒を保持させ１００ｒ
ｐｍで回転させた。研磨液ＬはウエハＷの研磨時に影響
しないように、ウエハの研磨時と同じ成分のコロイダル
シリカ研磨液を用い、４０ｃｃ／ｍｉｎの割合で研磨パ
ッドの表面に供給した。

【００５３】ドレッシングの開始と同時にドレッサ２１
に荷重を加え、１００ｇ／ｃｍ² の荷重に維持した。研
磨パッドの場合には、平坦度もウエハ研磨に与える影響
が大きいので、滑り摩擦抵抗と平坦度の両方を測定し
た。したがって、この場合には、表面状態測定機２３
は、測定用の小片が受ける摩擦力を歪ゲージにより測定
するユニットと、レーザ変位計とを有している。この表
面状態測定機２３は、ガイド部材２４に案内されて研磨
盤１３の中心部と周辺部との間を交互に移動しながら、
研磨パッドの表面状態を測定する。移動時間は半径距離
の１ストロークを５秒とした。したがって、平坦度の測
定データである研磨盤１３の半径方向の変位量は、５秒
毎に得られることとなる。

【００５４】ドレッシング終了の判定は、たとえば、歪
ゲージの変位電圧を判定値Ａとし、これを1.３Ｖ以上に
設定し、研磨盤１３の半径方向の変位量を設定値Ｂとし
て５μｍ以下に設定した。

【００５５】図１３は研磨工具１５をドレッサ２１によ
りドレッシングしながら、図１２に示した場合と同様に
研磨工具１５の表面の滑り摩擦抵抗を検出すべく歪ゲー
ジの変位電圧を測定した結果と、図１１に示した場合と
同様に研磨工具１５の平坦度を測定した結果とを示すグ
ラフである。ドレッシングを開始してから５０秒後に、
滑り摩擦抵抗がドレッシング終了状態に対応した歪ゲー
ジの変位電圧値が判定値Ａに到達した。そして、１分４
０秒後に平坦度がドレッシング終了状態に相当する判定
値Ｂに到達したので、この時点でドレッシングを終了し
た。

【００５６】図１３に示す場合には、ドレッシングしな
がら研磨工具１５の表面状態を測定しているが、測定毎
にドレッシングを一時中断し研磨盤１３の回転を停止し
て表面状態を測定することも可能である。また、ドレッ
シング時間を一定にするために、ドレッサ２１の回転数
や押し付け荷重を変更するようにしたり、測定した表面
状態のデータに基づいて、次にドレッシングする際のド
レッシング条件を設定するようにすることも可能であ
る。さらに、研磨工具１５のドレッシングは常に一定条
件で行い、研磨工具１５の表面状態を測定した値により
ウエハＷの研磨条件を変更することも可能である。

【００５７】平坦度を測定する方式として、光学的方式
を用いることも可能であり、その場合には、所定の平坦
度となると反射光が一点に集中することから反射率を求
めることにより平坦度を検出することができる。

【００５８】また、表面粗さの測定と平坦度の測定とを
それぞれ研磨工具１５の表面の光の反射により行うよう
にしても良く、その場合にはそれぞれの測定計を表面状
態測定機２３に一体化して１方向から光を照射して反射
角度別の反射率を求め、反射率の総合値により表面粗さ
を、反射率角度別の集中度から平坦度を求めドレッシン
グの終了を判定するようにしても良い。

【００５９】さらに、ドレッサ２１と研磨工具１５とを
ＸＹ２軸方向に相対的に移動させるようにし、ドレッシ
ングが不十分な部分を集中的にドレッシングするように
しても良い。

【００６０】以上、本発明者によってなされた発明を実
施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実
施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

【００６１】たとえば、表面状態の検出方式としては、
上述した複数の検出方式を任意に組み合わせたり、単一
の検出方式のみを用いるようにしても良い。

【００６２】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明を、その利用分野であるウエハの主面に形
成された金属膜や絶縁膜などの表面を平坦化するための
化学的機械研磨の技術に適用した場合について説明した
が、これに限定されるものではなく、たとえば、ウエハ
の主面に回路を形成する前にラッピングやポリッシング
によりウエハの鏡面仕上げを行うための研磨装置にも本
発明を適用することができる。その場合には、ウエハの
両面を同時に研磨するので、下側の面を研磨する下定盤
に設けられた研磨工具と、上側の面を研磨する上定盤に
設けられた研磨工具とのそれぞれを表面状態測定機によ
り検出することになる。

【００６３】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００６４】(1).ドレッシングの終了を時間で管理する
方式に代えて、ドレッシングによる研磨工具の表面状態
の変化を把握することによって、ドレッシング状態を正
確に制御することが可能となる。

【００６５】(2).ドレッシングによる研磨工具の消耗を
最小限に抑えることができ、研磨工具の交換頻度を低減
することができる。

【００６６】(3).ドレッシング状態を正確に制御するこ
とができるので、より安定的にウエハを研磨することが
できる。

【００６７】(4).ドレッシングに要する時間を短くする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態である研磨装置の正面側
を示す側断面図である。

【図２】図１における２−２線に沿う研磨装置の平面側
を示す断面図である。

【図３】図１および図２に示す研磨装置を他の方向から
見た側断面図である。

【図４】研磨装置の制御回路を示すブロック図である。

【図５】半導体装置の製造手順を示す工程図である。

【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は半導体ウエハの主面に回路を
形成するための半導体ウエハの製造手順の一例を示す工
程図である。

【図７】研磨装置の制御手順を示すフローチャートであ
る。

【図８】研磨工具の表面粗さを触針式によって測定した
場合における表面粗さのドレッシング時間に伴う変化を
測定した結果を示すグラフである。

【図９】回転状態の研磨工具に触針を接触させて触針の
振幅の変化から研磨工具の表面粗さを換算するために、
振幅をドレッシング時間の経過とともに測定した結果を
示すグラフである。

【図１０】研磨工具の表面に光を照射してその光の反射
率の変化をドレッシング時間の経過とともに測定した結
果を示すグラフである。

【図１１】研磨工具の表面の平坦度を検出するために、
研磨工具の半径方向に変位量をレーザー変位計で測定し
た結果を示すグラフである。

【図１２】滑り摩擦抵抗測定用の歪ゲージにより得られ
る変位電圧をドレッシング時間の経過とともに測定した
結果を示すグラフである。

【図１３】ドレッシング時間の経過に伴って、滑り摩擦
抵抗測定用の歪ゲージの変位電圧とレーザー変位計によ
る最大変位量の変化とをそれぞれ測定した結果を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１１ 筐体 １２ 回転軸 １３ 研磨盤 １４ 研磨盤回転用モータ １５ 研磨工具 １６ ウエハキャリア １７ 駆動軸 １８ 凹部 １９ 研磨液供給管 ２１ ドレッサ ２２ 駆動軸 ２３ 表面状態測定機 ２４ ガイド部材 ２５ 移動部材 ３１ 制御部 ３２ キャリア回転用モータ ３３ キャリア移動装置 ３４ ドレッサ回転用モータ ３５ ドレッサ移動装置 ３６ 研磨液供給用ポンプ ３７ 測定機移動装置 ３８ 操作ボード Ｌ 研磨液 Ｗ ウエハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安井 感 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 河合 亮成 東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地 株式会社日立製作所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 研磨工具に半導体ウエハの表面を接触さ
   せかつ前記研磨工具に研磨液を供給して前記研磨工具と
   前記半導体ウエハとを相対的に擦り付けて前記半導体ウ
   エハを研磨する研磨工程と、前記研磨工具をドレッサに
   よりドレッシングするドレッシング工程とを有する半導
   体ウエハの研磨方法であって、 前記ドレッシング工程においてドレッシングされた前記
   研磨工具の表面状態を測定し、 その測定値により前記研磨工具のドレッシング終了を判
   定するようにしたことを特徴とする半導体ウエハの研磨
   方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体ウエハの研磨方法
   において、前記測定値は前記研磨工具の表面粗さ、前記
   研磨工具の平坦度、または前記研磨工具の表面の滑り摩
   擦抵抗であることを特徴とする半導体ウエハの研磨方
   法。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の半導体ウエハの
   研磨方法において、前記ドレッサによって前記研磨工具
   をドレッシングすると同時に前記研磨工具の表面状態を
   測定するようにしたことを特徴とする半導体ウエハの研
   磨方法。
4. 【請求項４】 請求項１または２記載の半導体ウエハの
   研磨方法において、前記ドレッサによって前記研磨工具
   に所定のドレッシングを行った後にドレッシングを中断
   し、中断時に前記研磨工具の表面状態を測定するように
   したことを特徴とする半導体ウエハの研磨方法。
5. 【請求項５】 研磨工具が設けられた研磨盤と、 半導体ウエハを保持して前記半導体ウエハの表面を前記
   研磨工具に接触させるウエハキャリアと、 前記研磨工具の表面をドレッシングするドレッサと、 前記ドレッサによりドレッシングされた前記研磨工具の
   表面状態を測定する表面状態測定機と、 前記表面状態測定機からの測定値信号により前記研磨工
   具のドレッシング終了を制御する制御手段とを有するこ
   とを特徴とする半導体ウエハの研磨装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の半導体ウエハの研磨装置
   において、前記制御手段は、前記研磨工具のドレッシン
   グ条件を前記表面状態測定機による前記研磨工具の表面
   状態の測定値により変更するドレッシング条件設定部を
   有することを特徴とする半導体ウエハの研磨装置。
7. 【請求項７】 請求項５または６記載の半導体ウエハの
   研磨装置において、前記制御手段は、前記表面状態測定
   機による前記研磨工具の表面状態の測定値に基づいて、
   その後に行う前記研磨工具のドレッシング条件を設定す
   るドレッシング条件設定部を有することを特徴とする半
   導体ウエハの研磨装置。
8. 【請求項８】 請求項５，６または７のいずれか１項記
   載の半導体ウエハの研磨装置において、前記制御手段
   は、前記研磨工具のドレッシング条件を一定に制御し
   て、前記表面状態測定機による前記研磨工具の表面状態
   の測定値により研磨条件を変更する研磨条件設定部を有
   することを特徴とする半導体ウエハの研磨装置。