JPH10321567A - 研磨方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被処理物における被研磨膜の残膜量を監視し
ながら被研磨膜の研磨を行うことを可能にする。 【解決手段】 研磨時に半導体ウェハ１を支持して回転
するとともに表面に研磨パッド４が設けられた研磨盤３
と、研磨盤３を回転させる研磨盤回転手段８と、研磨時
に回転しながら半導体ウェハ１を研磨パッド４に押さえ
付けて保持する加圧ヘッド６と、加圧ヘッド６を回転さ
せる加圧ヘッド回転手段９と、研磨中の半導体ウェハ１
の残膜量を検出する超音波探触子５とからなり、超音波
探触子５によって研磨中の半導体ウェハ１の残膜量を監
視しながら半導体ウェハ１の被研磨膜の研磨を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造技術に
関し、特に、化学的機械研磨において研磨中の被研磨膜
の残膜量を監視する研磨技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】以下に説明する技術は、本発明を研究、
完成するに際し、本発明者によって検討されたものであ
り、その概要は次のとおりである。

【０００３】半導体ウェハの製造工程で使用される半導
体製造装置の一例として、半導体ウェハの表面に形成さ
れた被研磨膜である層間絶縁膜や金属膜を研磨する化学
的機械研磨装置いわゆるＣＭＰ（Chemical Mechanical
Polishing)装置が用いられている。

【０００４】前記ＣＭＰ装置は、供給されたスラリ（研
磨剤を含む研磨液）と被研磨膜とにおいて化学的結合
（化学反応）を起こさせ、これに機械的な荷重を加える
ことによって被研磨膜を除去して研磨を行うものであ
り、被研磨膜の平坦化に用いられることが多い。

【０００５】すなわち、ＣＭＰ装置は、化学反応作用と
機械研磨作用とを利用して半導体ウェハの表面に形成さ
れた被研磨膜を研磨し、この被研磨膜を平坦化するもの
である。

【０００６】なお、高密度な半導体集積回路の形成が求
められているため、平坦化能力の高いＣＭＰ法が使用さ
れつつあるが、その研磨量の安定化および半導体ウェハ
における研磨量の面内均一性の確保には、研磨パッドの
耐久性やウェハ加圧圧力などの管理が必須である。

【０００７】ここで、半導体ウェハ上の被研磨膜を研磨
してこの被研磨膜を平坦にする方法およびＣＭＰ装置に
ついては、例えば、株式会社工業調査会、１９９３年６
月１日発行、「電子材料１９９３年６月号」、４１〜６
２頁に記載されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記した技
術においては、ＣＭＰ装置を用いて研磨を行う際の研磨
条件出し、特に、研磨速度の設定が困難であることが問
題とされる。

【０００９】さらに、研磨後の残膜量（残膜厚）の計測
に時間が掛かることが問題とされる。

【００１０】本発明の目的は、被処理物における被研磨
膜の残膜量を監視しながら被研磨膜を研磨する研磨方法
および装置を提供することにある。

【００１１】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。

【００１２】

【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。

【００１３】すなわち、本発明の研磨方法は、被処理物
に形成された被研磨膜を研磨するものであり、残膜量検
出手段によって研磨中の前記被研磨膜の残膜量を監視し
ながら前記被研磨膜を研磨するものである。

【００１４】これにより、研磨の条件管理を不要にする
ことができ、その結果、研磨速度の設定を不要にするこ
とができる。

【００１５】さらに、研磨中に被研磨膜の残膜量を監視
するため、研磨後に残膜量の計測を行わなくて済む。こ
れにより、膜厚管理の工数を低減できるとともに、研磨
工程の作業時間を短縮させることができる。

【００１６】なお、本発明の研磨方法は、前記被処理物
が半導体ウェハであるとともに、前記残膜量検出手段と
して超音波を発受信する超音波探触子を用い、前記超音
波探触子による超音波を前記半導体ウェハの前記被研磨
膜が形成された面と反対の裏面側から前記半導体ウェハ
に照射するものである。

【００１７】また、本発明の研磨装置は、被処理物に形
成された被研磨膜の研磨を行うものであり、研磨時に前
記被処理物を支持しかつ表面に研磨パッドが設けられた
研磨盤と、研磨時に前記被処理物を前記研磨パッドに押
さえ付けて保持する加圧保持部材と、研磨中の前記被研
磨膜の残膜量を検出する残膜量検出手段とを有し、前記
残膜量検出手段によって研磨中の前記被研磨膜の残膜量
を監視しながら前記被研磨膜の研磨を行うものである。

【００１８】さらに、本発明の研磨装置は、前記残膜量
検出手段が超音波を発受信する超音波探触子であり、前
記超音波探触子が前記加圧保持部材に設けられているも
のである。

【００１９】なお、本発明の研磨装置は、前記被処理物
が半導体ウェハである。

【００２０】

【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。

【００２１】図１は本発明による研磨装置（ＣＭＰ装
置）の構造の実施の形態の一例を示す構成概念図、図２
は図１に示す研磨装置における被研磨膜の残膜量計測方
法の実施の形態の一例を一部断面にして示す計測原理
図、図３は本発明の研磨装置を用いた半導体装置の製造
手順の一例を示す拡大部分断面図である。

【００２２】図１に示す本実施の形態の研磨装置は、Ｃ
ＭＰ装置（化学的機械研磨装置）とも呼ばれ、図２に示
す研磨剤２ａを含んだ研磨液であるスラリ２と半導体ウ
ェハ１（被処理物）の表面１ａに形成された被研磨膜１
ｃとにおいて化学反応を起こさせ、これに機械的な荷重
を加えることによって被研磨膜１ｃの研磨を行うもので
ある。

【００２３】なお、半導体製造工程において、前記ＣＭ
Ｐ装置は、半導体ウェハ１に形成された層間絶縁膜（本
実施の形態では図３に示すＳｉＯ₂ などの酸化膜１６）
や配線メタル膜である金属膜１５（図３参照）などの被
研磨膜１ｃを研磨するものであり、この被研磨膜１ｃの
平坦化に用いられることが多い。

【００２４】図１および図２を用いて、図１に示すＣＭ
Ｐ装置の構成について説明すると、研磨時に半導体ウェ
ハ１を支持して回転するとともに表面３ａに研磨布やポ
リウレタンなどからなる研磨パッド４が設けられた研磨
盤３（回転定盤ともいう）と、研磨盤３を回転させる研
磨盤回転手段８と、研磨時に回転しながら半導体ウェハ
１を研磨パッド４に押さえ付けて保持する加圧ヘッド６
（ウェハキァリアとも呼ばれる加圧保持部材）と、加圧
ヘッド６を回転させる加圧ヘッド回転手段９と、研磨中
の半導体ウェハ１の残膜量（残膜厚）を検出する残膜量
検出手段である超音波探触子５とからなり、超音波探触
子５によって研磨中の半導体ウェハ１の残膜量を監視し
ながら半導体ウェハ１の被研磨膜１ｃの研磨を行うもの
である。

【００２５】なお、超音波探触子５は、超音波１１を発
受信するものであり、本実施の形態のＣＭＰ装置におい
ては、超音波探触子５が加圧ヘッド６に設けられてい
る。

【００２６】ここで、超音波探触子５は、図２に示すよ
うに、例えば、円筒形のものであり、電流を印加すると
固有振動の超音波１１を発振するジルコニア（酸化ジル
コニウム）などの振動子５ａと超音波１１を集中する集
中レンズ５ｂとを有している。

【００２７】なお、超音波探触子５から発振される超音
波１１は、被研磨膜１ｃの残膜量の分解能を向上させる
ため、１００ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚ程度の高周波が好ま
しい。

【００２８】さらに、本実施の形態のＣＭＰ装置におけ
る残膜量の計測可能範囲は、例えば、数μｍ〜数百μｍ
程度であるが、特に、厚さ１〜２μｍの被研磨膜１ｃに
対しての残膜量の計測を行うことが有効である。

【００２９】また、この超音波探触子５は、超音波制御
部１０によって制御され、かつこの超音波制御部１０が
超音波１１の照射とその反射である超音波反射１２の取
り込みとを行い、そこで研磨中における被研磨膜１ｃの
残膜量を算出する。

【００３０】なお、本実施の形態のＣＭＰ装置において
は、研磨中は、半導体ウェハ１の表面１ａ側にはスラリ
２が供給され、これにより、超音波反射１２の受信が適
切に行えなくなるため、被研磨膜１ｃに超音波１１を照
射するにあたり、超音波１１を半導体ウェハ１の被研磨
膜１ｃが形成された面と反対の面すなわち裏面１ｄ側か
ら半導体ウェハ１に照射する。

【００３１】これにより、超音波探触子５は、加圧ヘッ
ド６に取り付けられている。

【００３２】なお、本実施の形態では、図２に示すよう
に、半導体ウェハ１の裏面１ｄ側から、被研磨膜１ｃに
対して超音波１１をほぼ垂直に照射する場合について説
明する。したがって、超音波探触子５は、被研磨膜１ｃ
に対してほぼ垂直に超音波１１を照射するように加圧ヘ
ッド６に取り付けられている。

【００３３】また、超音波制御部１０においては、被研
磨膜１ｃの両側の界面１ｅから反射する２つの超音波反
射１２を超音波探触子５によって受信し、かつ、この受
信結果を受信時間として取り込み、この２つの超音波反
射１２の受信時間差Ｔ（図２参照）によって被研磨膜１
ｃの残膜量を求める。

【００３４】なお、被研磨膜１ｃの両側の界面１ｅから
反射した２つの超音波反射１２は、時間差を生じて反射
するため、超音波制御部１０においては、超音波探触子
５を介して受信した２つの超音波反射１２の受信時間差
Ｔを検知することができ、この受信時間差Ｔによって被
研磨膜１ｃの残膜量（残膜厚）を算出する。

【００３５】さらに、超音波制御部１０に取り込む超音
波反射１２の受信時間の範囲を、予め超音波制御部１０
に設定しておく。

【００３６】つまり、実験などによって予め求めた各膜
ごとの膜厚による音速（超音波１１が伝わる速度）を超
音波制御部１０に登録しておき、これにより、受信時間
が所定範囲内のものだけを超音波制御部１０において認
識する。

【００３７】その結果、超音波制御部１０には、所定の
界面１ｅからの超音波反射１２以外の超音波１１の反射
を取り込まないようにすることができる。

【００３８】さらに、超音波制御部１０においては、前
記音速と受信時間差Ｔとから残膜量を算出する。

【００３９】また、本実施の形態のＣＭＰ装置におい
て、半導体ウェハ１の被研磨膜１ｃの研磨を行う際に、
超音波探触子５と被研磨膜１ｃとの間に金属膜１５（図
３参照）が形成されている場合には、超音波反射１２の
強度を低下させる可能性が大きい。

【００４０】したがって、超音波１１を照射する残膜量
の監視箇所（半導体ウェハ１上のモニタ箇所）は、前記
金属膜１５が比較的形成されていないウェハ端部とする
ことが好ましい。

【００４１】なお、半導体ウェハ１の配線層（例えば、
前記金属膜１５など）のレイアウトによって前記ウェハ
端部に超音波１１の照射箇所を設定できない場合には、
ウェハ内周部に超音波１１の照射専用箇所を設定し、こ
の照射専用箇所に、超音波１１の照射を行って残膜量を
計測してもよい。

【００４２】また、本実施の形態におけるＣＭＰ装置に
は、研磨時の被研磨膜１ｃの残膜量が予め設定された目
標残膜量に到達した時点で被研磨膜１ｃの研磨を終了さ
せる残膜量管理部７が設けられている。

【００４３】さらに、前記ＣＭＰ装置には、ノズル１７
を介して半導体ウェハ１の被研磨膜１ｃにスラリ２を供
給するスラリ供給手段１４が設置されるとともに、この
スラリ供給手段１４、加圧ヘッド回転手段９および研磨
盤回転手段８を制御して被研磨膜１ｃの研磨全般を制御
する研磨制御部１３が設けられている。

【００４４】これにより、超音波制御部１０において算
出された被研磨膜１ｃの残膜量（残膜厚）は、残膜量管
理部７にフィードバックされ、残膜量管理部７において
予め設定された目標残膜量に到達した時点で被研磨膜１
ｃの研磨を終了させる信号を残膜量管理部７から研磨制
御部１３に送信する。

【００４５】なお、各制御部は、必ずしも別々に設けら
れている必要はなく、一体型の制御部であってもよい。

【００４６】また、本実施の形態によるＣＭＰ装置は、
１枚の半導体ウェハ１の研磨が行われる程度の大きさの
ものであり、これにより、加圧ヘッド６も１枚の半導体
ウェハ１を保持する程度の大きさであるとともに、研磨
盤３も１枚の半導体ウェハ１を研磨する程度の大きさで
ある。

【００４７】したがって、本実施の形態のＣＭＰ装置
は、枚葉処理式のものである。

【００４８】なお、加圧ヘッド６は半導体ウェハ１の搬
入出を真空吸着によって行うため、回転とともに昇降か
つ水平移動可能に設置されており、研磨盤３は回転可能
に設置されている。

【００４９】また、加圧ヘッド６の動作と研磨盤３の動
作とは、研磨制御部１３によって制御される。

【００５０】さらに、スラリ２は、例えば、被研磨膜１
ｃがＳｉＯ₂ などの酸化膜１６（図３参照）である場
合、アルカリ性の溶媒（一例としてアルカリ水溶液）に
研磨剤２ａであるＳｉＯ₂ を混ぜたものであり、被研磨
膜１ｃがタングステンやアルミニウムなどの金属膜１５
（図３参照）の場合、酸性の前記溶媒に研磨剤２ａであ
るＡｌ₂ Ｏ₃ を混ぜたものである。

【００５１】また、本実施の形態によるＣＭＰ装置に取
り付けられた加圧ヘッド６は、伝熱性が高く耐食性に優
れた材料、例えば、ステンレス鋼などによって形成され
ており、研磨中、回転運動と揺動運動とを行う。

【００５２】本実施の形態の研磨方法について説明す
る。

【００５３】なお、前記研磨方法は、図１に示すＣＭＰ
装置を用いたものであり、半導体製造工程において、半
導体ウェハ１に形成された被研磨膜１ｃをその残膜量を
監視しながら研磨するものである。

【００５４】まず、加圧ヘッド６に超音波探触子５が取
り付けられた前記ＣＭＰ装置を準備する。

【００５５】続いて、加圧ヘッド６を上昇させた後、所
定箇所に収容されかつ被研磨膜１ｃが形成された半導体
ウェハ１の上方まで加圧ヘッド６を移動させる。

【００５６】そこで、加圧ヘッド６を下降させ、加圧ヘ
ッド６によって真空吸着を行うことにより、半導体ウェ
ハ１をピックアップし、再び、加圧ヘッド６によって研
磨盤３上の所定の位置まで半導体ウェハ１を搬送する。

【００５７】その後、半導体ウェハ１を保持した加圧ヘ
ッド６を下降させ、真空吸着を停止して半導体ウェハ１
を研磨盤３上に載置する。

【００５８】続いて、研磨制御部１３によって加圧ヘッ
ド回転手段９と研磨盤回転手段８とスラリ供給手段１４
とを制御しつつ、超音波制御部１０によって超音波探触
子５を制御して半導体ウェハ１の被研磨膜１ｃを研磨す
る。

【００５９】すなわち、研磨剤２ａが含まれたスラリ２
をスラリ供給手段１４によって研磨盤３の研磨パッド４
上に供給し、かつ、加圧ヘッド回転手段９によって加圧
ヘッド６を回転させるとともに、研磨盤回転手段８によ
って研磨盤３を回転させた後、加圧ヘッド６によって半
導体ウェハ１を研磨盤３の研磨パッド４に押し付けて半
導体ウェハ１に形成された被研磨膜１ｃの研磨を開始す
る。

【００６０】また、研磨の開始とともに、加圧ヘッド６
に取り付けられた超音波探触子５（残膜量検出手段）に
よって、超音波１１を半導体ウェハ１の裏面１ｄ側から
被研磨膜１ｃに照射する。

【００６１】この際、被研磨膜１ｃの両側の界面１ｅか
ら反射する２つの超音波反射１２を超音波探触子５によ
って受信し、この受信結果が受信時間として超音波制御
部１０に取り込まれる。

【００６２】さらに、超音波制御部１０において、受信
した２つの超音波反射１２の受信時間差Ｔ（図２参照）
によって被研磨膜１ｃの残膜量を求める。

【００６３】これにより、研磨中の被研磨膜１ｃの残膜
量を監視しながら被研磨膜１ｃを研磨できる。

【００６４】なお、取り込む超音波反射１２の受信時間
の範囲を、予め超音波制御部１０に設定しておく。

【００６５】つまり、実験などによって予め求めた各膜
ごとの音速（超音波１１が伝わる速度）を超音波制御部
１０に登録しておき、これにより、受信時間が所定範囲
内のものだけを超音波制御部１０において認識する。

【００６６】その結果、所定の界面１ｅからの超音波反
射１２以外の超音波１１の反射については取り込まない
ようにすることができる。

【００６７】その後、研磨中の被研磨膜１ｃの残膜量を
超音波制御部１０と残膜量管理部７とによって常時監視
しながら被研磨膜１ｃの研磨を進行させる。

【００６８】なお、被研磨膜１ｃの研磨量すなわち残膜
量が、残膜量管理部７において予め設定された目標残膜
量に到達したら、直ちに研磨を終了させる信号を残膜量
管理部７から研磨制御部１３に送信する。

【００６９】これにより、研磨制御部１３によって、加
圧ヘッド６の加圧・回転および研磨盤３の回転を停止さ
せ、被研磨膜１ｃの研磨を終了する。

【００７０】次に、図１〜図３を用いて、本実施の形態
のＣＭＰ装置（研磨装置）を用いた半導体装置の製造方
法（図３参照）について説明する。

【００７１】本実施の形態では、半導体ウェハ１上にタ
ングステンなどによって金属膜１５を形成し、この上に
形成したＳｉＯ₂ などの層間絶縁膜である酸化膜１６を
前記ＣＭＰ装置を用いて平坦化する場合を説明する。

【００７２】まず、半導体ウェハ１上にスパッタ処理な
どによって金属膜１５を形成し、図３（ａ）に示すよう
に、これに露光およびエッチングして所望（配線パター
ンに応じた）の形状に形成する。

【００７３】その後、図３（ｂ）に示すように、ＣＶＤ
（Chemical Vapor Deposition)処理によって、金属膜１
５上に酸化膜１６を形成する。

【００７４】続いて、図３（ｃ）に示すように、本実施
の形態の研磨装置すなわちＣＭＰ装置によって、酸化膜
１６を研磨し、その平坦化を行う。

【００７５】ここでは、前記研磨方法と同様の方法で研
磨する。

【００７６】すなわち、残膜量検出手段である超音波探
触子５によって酸化膜１６に超音波１１を照射し、その
界面１ｅからの超音波１１の反射である超音波反射１２
を受信する。

【００７７】この際、酸化膜１６の両側の界面１ｅから
の２つの超音波反射１２の受信時間差Ｔによって酸化膜
１６の残膜量（残膜厚）を算出する。

【００７８】そして、酸化膜１６の研磨量すなわち残膜
量が、残膜量管理部７において予め設定された目標残膜
量に到達したら、直ちに研磨を終了させる信号を残膜量
管理部７から研磨制御部１３に送信し、これにより、被
研磨膜１ｃの研磨を終了する。

【００７９】本実施の形態の研磨方法および装置によれ
ば、以下のような作用効果が得られる。

【００８０】すなわち、超音波探触子５（残膜量検出手
段）によって研磨中の被研磨膜１ｃの残膜量（残膜厚）
を監視しながら被研磨膜１ｃを研磨することにより、研
磨の条件管理を不要にすることができる。

【００８１】これにより、研磨速度の設定を不要にする
ことができる。

【００８２】さらに、研磨中に被研磨膜１ｃの残膜量を
監視するため、研磨後に前記残膜量の計測を行わなくて
済む。これにより、膜厚管理の工数を低減できるととも
に、研磨工程の作業時間を短縮させることができる。

【００８３】また、研磨中の被研磨膜１ｃの残膜量を管
理できるため、残膜量に応じて研磨速度を最適に制御す
る研磨量制御機能を有することができる。

【００８４】すなわち、研磨全般において、比較的粗研
磨が可能な研磨の初期段階を高速研磨とし、仕上げ研磨
を必要とする終期段階を低速研磨にする制御を行うこと
ができ、これにより、研磨処理の作業時間の短縮化を図
ることができる。

【００８５】なお、本実施の形態では、超音波探触子５
による超音波１１を半導体ウェハ１の裏面１ｄ側から半
導体ウェハ１に照射するとともに、被研磨膜１ｃの両側
の界面１ｅからの２つの超音波反射１２を超音波探触子
５によって受信し、この２つの超音波反射１２の受信時
間差Ｔによって被研磨膜１ｃの残膜量を求める。

【００８６】これにより、半導体ウェハ１のＣＭＰ研磨
において研磨中の半導体ウェハ１の被研磨膜１ｃの残膜
量を計測することができる。

【００８７】その結果、加圧ヘッド６のトルク管理によ
る膜厚制御やレーザ光を用いた膜厚制御では行えなかっ
た半導体ウェハ１の研磨中の被研磨膜１ｃの膜厚モニタ
を行うことが可能になる。

【００８８】さらに、研磨時の被研磨膜１ｃの残膜量が
予め設定された目標残膜量に到達した時点で被研磨膜１
ｃの研磨を終了させる残膜量管理部７を有することによ
り、被研磨膜１ｃの過剰研磨を防止することができる。

【００８９】これにより、被研磨膜１ｃの過剰研磨によ
る半導体ウェハ１の不良発生を未然に防ぐことができ、
その結果、半導体ウェハ１の歩留りを向上できる。

【００９０】以上、本発明者によってなされた発明を発
明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
前記発明の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言う
までもない。

【００９１】例えば、前記実施の形態においては、半導
体ウェハ１の被研磨膜１ｃに対して超音波１１をほぼ垂
直に照射する場合について説明したが、図４に示す他の
実施の形態のＣＭＰ装置のように、被研磨膜１ｃに対し
て超音波１１を傾斜させてもよい。

【００９２】すなわち、図４に示すＣＭＰ装置は、被研
磨膜１ｃに対して超音波１１を傾斜させて照射するよう
に超音波探触子５が加圧ヘッド６に取り付けられたもの
であり、この場合、発信用の超音波探触子５と受信用の
超音波探触子５とが設けられている。

【００９３】これにより、超音波反射１２の受信時、垂
直照射の場合よりも、２つめの超音波反射１２の遅延時
間が長くなる（受信時間差Ｔを長くすることができる）
ため、超音波探触子５の周波数が同じであれば、被研磨
膜１ｃの残膜量（残膜厚）の分解能を高くすることがで
きる。

【００９４】その結果、垂直照射の場合よりも、被研磨
膜１ｃの残膜量を高精度に計測することができる。

【００９５】また、前記実施の形態においては、残膜量
検出手段として超音波探触子５を用いる場合について説
明したが、研磨装置（ＣＭＰ装置）が、研磨中の被処理
物の被研磨膜１ｃを求める残膜量検出手段として、加圧
保持部材の被研磨膜１ｃの厚さ方向への移動量を検出す
るモニタ手段（例えば、カメラ）などの加圧保持部材位
置検出手段を備えているものであってもよい。

【００９６】すなわち、予め、被処理物の厚さと被研磨
膜１ｃの厚さとの合計の厚さを登録しておき、前記加圧
保持部材位置検出手段によって研磨開始時および研磨中
の前記加圧保持部の移動量を検知することにより、被研
磨膜１ｃの研磨量あるいは残膜量（残膜厚）を求めるも
のである。

【００９７】これによっても、前記実施の形態のＣＭＰ
装置と同様に、研磨中の被研磨膜の残膜量（残膜厚）を
求めることが可能である。

【００９８】また、前記実施の形態においては、被処理
物が半導体ウェハ１の場合について説明したが、前記被
処理物はこれに限らず、図１、図２または図４に示す研
磨装置によって研磨可能な被研磨膜１ｃを有した被処理
物であれば、半導体ウェハ１以外の他の被処理物（例え
ば、コンパクトディスクやレーザディスクなど）であっ
てもよい。

【００９９】なお、前記実施の形態および前記他の実施
の形態で説明した研磨装置は、枚葉処理式のものである
が、前記研磨装置は、例えば、１つの研磨盤３に対して
複数の加圧ヘッド６が設置されたバッチ処理式のもので
あってもよい。

【０１００】

【発明の効果】本願によっ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。

【０１０１】（１）．残膜量検出手段によって研磨中の
被研磨膜の残膜量を監視しながら被研磨膜を研磨するこ
とにより、研磨の条件管理を不要にすることができる。
これにより、研磨速度の設定を不要にすることができ
る。

【０１０２】（２）．研磨中に被研磨膜の残膜量を監視
するため、研磨後に残膜量の計測を行わなくて済む。こ
れにより、膜厚管理の工数を低減できるとともに、研磨
工程の作業時間を短縮させることができる。

【０１０３】（３）．研磨中の被研磨膜の残膜量を管理
できるため、残膜量に応じて研磨速度を最適に制御する
ことができる。これにより、研磨の初期段階を高速研磨
とし、終期段階を低速研磨にする制御を行うことがで
き、その結果、研磨処理の作業時間の短縮化を図ること
ができる。

【０１０４】（４）．被処理物を半導体ウェハとするこ
とにより、研磨中の半導体ウェハの被研磨膜の残膜量を
計測することができる。これにより、加圧保持部材によ
るトルク管理の膜厚制御やレーザ光を用いた膜厚制御で
は行えなかった半導体ウェハの研磨中の被研磨膜の膜厚
モニタを行うことが可能になる。

【０１０５】（５）．研磨時の被研磨膜の残膜量が予め
設定された目標残膜量に到達した時点で被研磨膜の研磨
を終了させる制御を行うことにより、被研磨膜の過剰研
磨を防止することができる。これにより、被処理物が半
導体ウェハである場合には、被研磨膜の過剰研磨による
半導体ウェハの不良発生を未然に防ぐことができ、その
結果、半導体ウェハの歩留りを向上できる。

【０１０６】（６）．超音波探触子によって被研磨膜に
超音波を照射する際に、傾斜させて照射することによ
り、超音波反射の受信時に、垂直照射の場合より長い時
間差によって受信できるため、残膜量の分解能を高くす
ることができる。これにより、残膜量を高精度に計測す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による研磨装置（ＣＭＰ装置）の構造の
実施の形態の一例を示す構成概念図である。

【図２】図１に示す研磨装置における被研磨膜の残膜量
計測方法の実施の形態の一例を一部断面にして示す計測
原理図である。

【図３】（ａ),（ｂ),（ｃ）は本発明の研磨装置を用い
た半導体装置の製造手順の一例を示す拡大部分断面図で
ある。

【図４】本発明の他の実施の形態である研磨装置（ＣＭ
Ｐ装置）における被研磨膜の残膜量計測方法を一部断面
にして示す計測原理図である。

【符号の説明】

１ 半導体ウェハ（被処理物） １ａ 表面 １ｃ 被研磨膜 １ｄ 裏面 １ｅ 界面 ２ スラリ（研磨液） ２ａ 研磨剤 ３ 研磨盤 ３ａ 表面 ４ 研磨パッド ５ 超音波探触子（残膜量検出手段） ５ａ 振動子 ５ｂ 集中レンズ ６ 加圧ヘッド（加圧保持部材） ７ 残膜量管理部 ８ 研磨盤回転手段 ９ 加圧ヘッド回転手段 １０ 超音波制御部 １１ 超音波 １２ 超音波反射 １３ 研磨制御部 １４ スラリ供給手段 １５ 金属膜 １６ 酸化膜 １７ ノズル

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理物に形成された被研磨膜を研磨す
   る研磨方法であって、残膜量検出手段によって研磨中の
   前記被研磨膜の残膜量を監視しながら前記被研磨膜を研
   磨することを特徴とする研磨方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の研磨方法であって、前記
   残膜量検出手段として超音波を発受信する超音波探触子
   を用いることを特徴とする研磨方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の研磨方法であっ
   て、前記被処理物が半導体ウェハであるとともに、前記
   残膜量検出手段として超音波を発受信する超音波探触子
   を用い、前記超音波探触子による超音波を前記半導体ウ
   ェハの前記被研磨膜が形成された面と反対の裏面側から
   前記半導体ウェハに照射することを特徴とする研磨方
   法。
4. 【請求項４】 請求項３記載の研磨方法であって、前記
   超音波探触子による超音波を前記半導体ウェハの前記裏
   面側から前記半導体ウェハに照射するとともに、前記被
   研磨膜の両側界面から反射する２つの超音波反射を前記
   超音波探触子によって受信し、この２つの超音波反射の
   受信時間差によって前記被研磨膜の残膜量を求めること
   を特徴とする研磨方法。
5. 【請求項５】 請求項１，２，３または４記載の研磨方
   法であって、前記残膜量検出手段として超音波を発受信
   する超音波探触子を用いるとともに、前記超音波探触子
   によって前記被研磨膜に超音波を照射する際に、前記被
   研磨膜に対して傾斜させて照射することを特徴とする研
   磨方法。
6. 【請求項６】 被処理物に形成された被研磨膜の研磨を
   行う研磨装置であって、 研磨時に前記被処理物を支持し、かつ表面に研磨パッド
   が設けられた研磨盤と、 研磨時に前記被処理物を前記研磨パッドに押さえ付けて
   保持する加圧保持部材と、 研磨中の前記被研磨膜の残膜量を検出する残膜量検出手
   段とを有し、 前記残膜量検出手段によって研磨中の前記被研磨膜の残
   膜量を監視しながら前記被研磨膜の研磨を行うことを特
   徴とする研磨装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載の研磨装置であって、研磨
   時の前記被研磨膜の残膜量が予め設定された目標残膜量
   に到達した時点で前記被研磨膜の研磨を終了させる残膜
   量管理部を有することを特徴とする研磨装置。
8. 【請求項８】 請求項６または７記載の研磨装置であっ
   て、前記残膜量検出手段が超音波を発受信する超音波探
   触子であり、前記超音波探触子が前記加圧保持部材に設
   けられていることを特徴とする研磨装置。
9. 【請求項９】 請求項６，７または８記載の研磨装置で
   あって、前記被処理物が半導体ウェハであることを特徴
   とする研磨装置。