JPH11251272A

JPH11251272A - 研磨方法及び研磨装置

Info

Publication number: JPH11251272A
Application number: JP6434498A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Miura; 潔三浦; Kiyotoshi Kurita; 清逸栗田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-02-27
Filing date: 1998-02-27
Publication date: 1999-09-17
Anticipated expiration: 2018-02-27
Also published as: JP4067164B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】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。【解決手段】被研磨物Ｓの被研磨面Ｓａに研磨パッド
２を押し当て、被研磨物Ｓおよび研磨パッド２の少なく
とも一方を回転させて前記被研磨物Ｓを研磨する研磨方
法であって；研磨パッド２を回転させる回転軸２３およ
び被研磨物Ｓを回転させる回転軸２１、２２の少なくと
も一方の回転軸の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物Ｓの被
研磨面Ｓａ内の研磨均一性を評価する研磨方法。検出さ
れたトルクの時間変化率に基づいて被研磨面Ｓａ内の研
磨均一性を評価するので、研磨均一性を直接計測するこ
となく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。

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 P
olishing) 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、図１〜図３
に示すように、被研磨物Ｓの被研磨面Ｓａに研磨パッド
２を押し当て、前記被研磨物Ｓおよび前記研磨パッド２
の少なくとも一方を回転させて前記被研磨物Ｓを研磨す
る研磨方法であって；研磨パッド２を回転させる回転ト
ルクおよび被研磨物Ｓ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；前記検出
された回転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２
２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】請求項２に係る発明による研磨方法は、図
１〜図３に示すように、複数の被研磨物Ｓの被研磨面Ｓ
ａ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ことを特徴とする。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、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を被研磨面Ｓａに押しつける圧力の変更、前
記研磨スラリの流量の変更、研磨パッド２の交換、被研
磨物Ｓを保持するリテーナ１１の調整（例えばシムの挿
入等による高さの変更）、被研磨物Ｓを保持するリテー
ナ１１の交換、及び研磨パッド２の目立ての実施の少な
くとも１つであ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、図１〜図３に示すように、被
研磨物Ｓを載置する複数の、第１の回転軸２１回りに回
転する被研磨物載置部１と；複数の被研磨物載置部１を
搭載する、第２の回転軸２２回りに回転する研磨台３
と；被研磨物載置部１に載置された被研磨物Ｓに押し当
てられて被研磨物Ｓを研磨する研磨パッド２と；研磨パ
ッド２を被着して、第３の回転軸２３回りに回転する研
磨定盤５と；第１、第２及び第３の回転軸２１、２２、
２３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装置８（１８）と；
トルク時間変化率検出装置８（１８）で検出されたトル
クの時間変化率に基づいて被研磨面Ｓａの研磨均一性を
評価する評価部９（１９）とを備える。トルク時間変化
率検出装置８（１８）と評価部９（１９）とは一体の装
置として構成してもよい。

【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７に記載のよ
うに、評価部９（１９）で評価された研磨均一性に基づ
いて研磨条件を設定する研磨条件設定部１０（２０）を
さらに備えてもよい。

【００２１】このように構成すると、研磨条件設定部１
０（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Ｓ
Ｂ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Ｓ
Ｃ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、２
２、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、１８
ｄ、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Ｃ
ＭＰ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１
１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１１
０［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４
０［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ＳＰ
４）。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ＳＰ
５）。

【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Ｓ
Ｐ８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１
２、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（Ａ
ｌ₂Ｏ₃）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／ｍｉ
ｎ）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Ｓ
ｒ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／ｍ
ｉｎ］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Ｕ
ｒ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

【特許請求の範囲】

【請求項１】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；前記検出された回転
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。
【請求項２】複数の被研磨物の被研磨面に研磨パッド
を押し当て、前記複数の被研磨物をそれぞれ自転させる
と共に、前記複数の被研磨物と前記研磨パッドとを相対
的に公転させて前記複数の被研磨物を研磨する研磨方法
であって；前記相対的に公転させるための回転トルクと
前記複数の被研磨物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。
【請求項３】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のいずれかに記載の研磨方法。
【請求項４】前記評価された研磨均一性に基づいて研
磨条件を設定することを特徴とする、請求項１乃至請求
項３のいずれかに記載の研磨方法。
【請求項５】前記研磨条件の設定は、前記研磨パッド
の回転数の変更、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。
【請求項６】被研磨物を載置する複数の、第１の回転
軸回りに回転する被研磨物載置部と；前記複数の被研磨
物載置部を搭載する、第２の回転軸回りに回転する研磨
台と；前記被研磨物載置部に載置さ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、第３の回転軸回りに回転する研
磨定盤と；前記第１、第２及び第３の回転軸のうち少な
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装置と；前記トルク時間変化率検出
装置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。
【請求項７】前記評価部で評価された研磨均一性に基
づいて研磨条件を設定する研磨条件設定部をさらに備え
ることを特徴とする、請求項６に記載の研磨装置。