【事件の表示】
　特許第２９１４８６０号「半導体装置とその製造方法および研磨方法ならびに研磨装置および研磨装置の研磨面の再生方法」の請求項１、２に係る特許に対する特許異議の申立てについて、次のとおり決定する。
【結　論】
　訂正を認める。
　本件特許異議の申立てを却下する。
【理　由】
１．手続きの経緯
　本件特許第２９１４８６０号発明は、平成５年１０月２０日（国内優先日平成４年（１９９２）１０月２０日及び平成４年（１９９２）１１月３０日）に特許出願され、平成１１年４月１６日にその特許権の設定登録がなされ、平成１１年１２月２７日に特許異議申立人菊池　信より請求項１〜２に対して特許異議の申立てがなされ、その後当審の平成１２年８月１０日付取消理由通知に対して、特許権者より平成１２年１０月２３日付で特許異議意見書及び訂正請求書が提出された。
２．訂正の適否についての判断
１）訂正の内容
ａ．訂正事項ａ
　特許時の特許明細書における、特許請求の範囲の請求項１および請求項２の記載
　「【請求項１】半導体装置のポリッシング平坦化工程において使用する研磨剤において、研磨剤の主成分はＣｅＯ２とＨ２Ｏであり、かつ主成分以外の各元素の比率がほぼ１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする研磨剤。
　　【請求項２】主成分以外の各元素としてＮａ，Ｍｇ，ＡＩ，Ｋ，Ｃａ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｒ，Ｗ，Ｐｂ，Ｔｈ，Ｕの各元素、またはそれぞれの元素の化合物であることを特徴とする、請求項１記載の研磨剤。」
を削除する。
ｂ．訂正事項ｂ
　特許時の特許明細書における、特許請求の範囲の請求項３ないし請求項６記載
　　「【請求項３】半導体基板上に導電膜を形成する工程と、
　前記導電膜を選択的に除去して凹部を形成する工程と、
　前記凹部を有する導電膜上に、少なくとも前記凹部の高さ以上に絶縁膜を形成
する工程と、
　前記導電膜をストッパーとして、前記絶縁膜を、請求項記載１の研磨剤を用い
て研磨除去させることによって、前記導電膜及び前記絶縁膜の表面平滑化を行う
研磨工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
　　　【請求項４】半導体基板上に選択的に配線部を形成する工程と、
　前記配線部を有する前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
　前記絶縁膜上に導電膜を形成する工程と、
　前記絶縁膜を及び導電膜を選択的に除去して前記配線部を露出させる凹部を形
成する工程と、
　前記凹部を有する導電膜上に、少なくとも前記凹部の高さ以上に配線材を形成
する工程と、
　前記導電膜をストッパーとして、前記配線材を、請求項１記載の研磨剤を用い
て研磨除去させることによって、前記絶縁膜及び配線材の表面平滑化を行う研磨
工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
　　　【請求項５】半導体基板上に第一の絶縁膜を形成する工程と、
　前記第一の絶縁膜上に選択的に配線部を形成する工程と、
　前記第一の絶縁膜を有する前記配線部上に第二の絶縁膜となるべく予定のアモ
ルファスシリコン膜を形成する工程と、
　前記アモルファスシリコン膜上に第三の絶縁膜を少なくとも配線部の高さ以上
に形成する工程と、
　前記アモルファスシリコン膜をストッパーとして、前記第三の絶縁膜を、請求
項１記載の研磨剤を用いて研磨除去させることによって、前記第三の絶縁膜及び
前記アモルファスシリコン膜の表面平滑化を行う研磨工程と、
　前記アモルファスシリコン膜を第二の絶縁膜に変性させる工程とを具備するこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
　　　【請求項６】ストッパーとして用いる導電膜は、ポリシリコン、アモルファスシリコン、チタンナイトライド、シリサイド膜あるいはカーボンであることを特徴とする、請求項３乃至５記載の半導体装置の製造方法。」
　とあるのを、
　　「【請求項１】半導体基板上に導電膜を形成する工程と、
　前記導電膜を選択的に除去して凹部を形成する工程と、
　前記凹部を有する導電膜上に、少なくとも前記凹部の高さ以上に絶縁膜を形成
する工程と、
　前記導電膜をストッパーとして、前記絶縁膜を、半導体装置のポリッシング平
坦化工程において使用する研磨剤において、研磨剤の主成分はＣｅＯ２とＨ２Ｏであり、かつ主成分以外の各元素の比率がほぼ１００ｐｐｍ以下である研磨剤を用いて研磨除去させることによって、前記導電膜及び前記絶縁膜の表面平滑化を行う研磨工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
　　　【請求項２】半導体基板上に選択的に配線部を形成する工程と、
　前記配線部を有する前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
　前記絶縁膜上に導電膜を形成する工程と、
　前記絶縁膜を及び導電膜を選択的に除去して前記配線部を露出させる凹部を形
成する工程と、
　前記凹部を有する導電膜上に、少なくとも前記凹部の高さ以上に配線材を形成
する工程と、
　前記導電膜をストッパーとして、前記配線材を、半導体装置のポリッシング平
坦化工程において使用する研磨剤において、研磨剤の主成分はＣｅＯ２とＨ２Ｏであり、かつ主成分以外の各元素の比率がほぼ１００ｐｐｍ以下である研磨剤を用いて研磨除去させることによって、前記絶縁膜及び配線材の表面平滑化を行う研磨工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
　　　【請求項３】半導体基板上に第一の絶縁膜を形成する工程と、
　前記第一の絶縁膜上に選択的に配線部を形成する工程と、
　前記第一の絶縁膜を有する前記配線部上に第二の絶縁膜となるべく予定のアモ
ルファスシリコン膜を形成する工程と、
　前記アモルファスシリコン膜上に第三の絶縁膜を少なくとも配線部の高さ以上
に形成する工程と、
　前記アモルファスシリコン膜をストッパーとして、前記第三の絶縁膜を、半導
体装置のポリッシング平坦化工程において使用する研磨剤において、研磨剤の主
成分はＣｅＯ２とＨ２Ｏであり、かつ主成分以外の各元素の比率がほぼ１００ｐｐｍ以下である研磨剤を用いて研磨除去させることによって、前記第三の絶縁膜及び前記アモルファスシリコン膜の表面平滑化を行う研磨工程と、
　前記アモルファスシリコン膜を第二の絶縁膜に変性させる工程とを具備するこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
　　　【請求項４】ストッパーとして用いる導電膜は、ポリシリコン、アモルファスシリコン、チタンナイトライド、シリサイド膜あるいはカーボンであることを特徴とする、請求項１乃至３記載の半導体装置の製造方法。」
　と訂正する。
２）訂正の目的の適否、新規事項の有無及び拡張・変更の存否
ａ．上記１）のａの訂正事項ａは、特許請求の範囲の減縮を目的とするものであり、また、願書に最初に添付した明細書又は図面に記載した事項の範囲内の訂正であり、実質上特許請求の範囲を拡張し又は変更するものではない。
ｂ．上記１）のｂの訂正事項ｂは、上記訂正事項ａにおいて特許時の特許明細書の、特許請求の範囲の請求項１および請求項２を削除したことにより、特許時の特許明細書の特許請求の範囲の請求項３ないし６をそれぞれ請求項１ないし４に訂正するものであり、このとき特許時の特許明細書の特許請求の範囲の請求項３ないし５の「請求項１記載の研磨剤」なる記載（請求項３「請求項記載１の研磨剤」の記載は、「請求項１記載の研磨剤」の誤記と認める。）を、特許時の特許明細書の特許請求の範囲の請求項１の記載に従って、「半導体装置のポリッシング平坦化工程において使用する研磨剤において、研磨剤の主成分はＣｅＯ２とＨ２Ｏであり、かつ主成分以外の各元素の比率がほぼ１００ｐｐｍ以下である研磨剤」と訂正し、更に、特許時の特許明細書の特許請求の範囲の請求項６「請求項３乃至５記載の」なる記載を「請求項１乃至３記載の」と訂正するものである。
　そして、訂正事項ｂにおけるこれらの訂正は、何れも訂正事項ａの訂正に対応して、特許明細書の記載を特許請求の範囲第３ないし５項を独立請求項に訂正し、また、特許請求の範囲の請求項６の引用項をこれと整合するように訂正するものであるから、明りょうでない記載の釈明を目的とするものであり、適法な訂正である。また、上記「請求項１記載の研磨剤」の訂正における訂正後の内容は、もともと特許明細書の請求項１に記載されていたものであるから、願書に最初に添付した明細書又は図面に記載した事項の範囲内の訂正であり、実質上特許請求の範囲を拡張し又は変更するものではない。
３）むすび
　以上のとおりであるから、上記訂正請求は、特許法第１２０条の４第２項及び同条第３項で準用する第１２６条第２〜３項の規定に適合するので、当該訂正を認める。
３．特許異議の申立てについての判断
　本件特許の訂正前の請求項１乃至２に係る発明は、訂正の結果削除され、特許異議の申立ての対象が存在しない。
　よって、結論のとおり決定する。
【異議決定日】
平成１３年１月３０日（２００１．１．３０）
【訂正の要旨】
１．訂正の要旨
１）訂正事項ａ
　特許時の特許明細書における、特許請求の範囲の請求項１および請求項２の記載
　「【請求項１】半導体装置のポリッシング平坦化工程において使用する研磨剤において、研磨剤の主成分はＣｅＯ２とＨ２Ｏであり、かつ主成分以外の各元素の比率がほぼ１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする研磨剤。
　【請求項２】主成分以外の各元素としてＮａ，Ｍｇ，ＡＩ，Ｋ，Ｃａ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｒ，Ｗ，Ｐｂ，Ｔｈ，Ｕの各元素、またはそれぞれの元素の化合物であることを特徴とする、請求項１記載の研磨剤。」
を削除する。
２）訂正事項ｂ
　特許時の特許明細書における、特許請求の範囲の請求項３ないし請求項６記載
　「【請求項３】半導体基板上に導電膜を形成する工程と、
　前記導電膜を選択的に除去して凹部を形成する工程と、
　前記凹部を有する導電膜上に、少なくとも前記凹部の高さ以上に絶縁膜を形成する工程と、
　前記導電膜をストッパーとして、前記絶縁膜を、請求項記載１の研磨剤を用いて研磨除去させることによって、前記導電膜及び前記絶縁膜の表面平滑化を行う研磨工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
　【請求項４】半導体基板上に選択的に配線部を形成する工程と、
　前記配線部を有する前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
　前記絶縁膜上に導電膜を形成する工程と、
　前記絶縁膜を及び導電膜を選択的に除去して前記配線部を露出させる凹部を形成する工程と、
　前記凹部を有する導電膜上に、少なくとも前記凹部の高さ以上に配線材を形成する工程と、
　前記導電膜をストッパーとして、前記配線材を、請求項１記載の研磨剤を用いて研磨除去させることによって、前記絶縁膜及び配線材の表面平滑化を行う研磨工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
　【請求項５】半導体基板上に第一の絶縁膜を形成する工程と、
　前記第一の絶縁膜上に選択的に配線部を形成する工程と、
　前記第一の絶縁膜を有する前記配線部上に第二の絶縁膜となるべく予定のアモルファスシリコン膜を形成する工程と、
　前記アモルファスシリコン膜上に第三の絶縁膜を少なくとも配線部の高さ以上に形成する工程と、
　前記アモルファスシリコン膜をストッパーとして、前記第三の絶縁膜を、請求項１記載の研磨剤を用いて研磨除去させることによって、前記第三の絶縁膜及び前記アモルファスシリコン膜の表面平滑化を行う研磨工程と、
　前記アモルファスシリコン膜を第二の絶縁膜に変性させる工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
　【請求項６】ストッパーとして用いる導電膜は、ポリシリコン、アモルファスシリコン、チタンナイトライド、シリサイド膜あるいはカーボンであることを特徴とする、請求項３乃至５記載の半導体装置の製造方法。」
　とあるのを、
　「【請求項１】半導体基板上に導電膜を形成する工程と、
　前記導電膜を選択的に除去して凹部を形成する工程と、
　前記凹部を有する導電膜上に、少なくとも前記凹部の高さ以上に絶縁膜を形成する工程と、
　前記導電膜をストッパーとして、前記絶縁膜を、半導体装置のポリッシング平坦化工程において使用する研磨剤において、研磨剤の主成分はＣｅＯ２とＨ２Ｏであり、かつ主成分以外の各元素の比率がほぼ１００ｐｐｍ以下である研磨剤を用いて研磨除去させることによって、前記導電膜及び前記絶縁膜の表面平滑化を行う研磨工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
　【請求項２】半導体基板上に選択的に配線部を形成する工程と、
　前記配線部を有する前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
　前記絶縁膜上に導電膜を形成する工程と、
　前記絶縁膜を及び導電膜を選択的に除去して前記配線部を露出させる凹部を形成する工程と、
　前記凹部を有する導電膜上に、少なくとも前記凹部の高さ以上に配線材を形成する工程と、
　前記導電膜をストッパーとして、前記配線材を、半導体装置のポリッシング平坦化工程において使用する研磨剤において、研磨剤の主成分はＣｅＯ２とＨ２Ｏであり、かつ主成分以外の各元素の比率がほぼ１００ｐｐｍ以下である研磨剤を用いて研磨除去させることによって、前記絶縁膜及び配線材の表面平滑化を行う研磨工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
　【請求項３】半導体基板上に第一の絶縁膜を形成する工程と、
　前記第一の絶縁膜上に選択的に配線部を形成する工程と、
　前記第一の絶縁膜を有する前記配線部上に第二の絶縁膜となるべく予定のアモルファスシリコン膜を形成する工程と、
　前記アモルファスシリコン膜上に第三の絶縁膜を少なくとも配線部の高さ以上に形成する工程と、
　前記アモルファスシリコン膜をストッパーとして、前記第三の絶縁膜を、半導体装置のポリッシング平坦化工程において使用する研磨剤において、研磨剤の主成分はＣｅＯ２とＨ２Ｏであり、かつ主成分以外の各元素の比率がほぼ１００ｐｐｍ以下である研磨剤を用いて研磨除去させることによって、前記第三の絶縁膜及び前記アモルファスシリコン膜の表面平滑化を行う研磨工程と、
　前記アモルファスシリコン膜を第二の絶縁膜に変性させる工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
　【請求項４】ストッパーとして用いる導電膜は、ポリシリコン、アモルファスシリコン、チタンナイトライド、シリサイド膜あるいはカーボンであることを特徴とする、請求項１乃至３記載の半導体装置の製造方法。」
　と訂正する。
（５４）【発明の名称】
半導体装置とその製造方法および研磨方法ならびに研磨装置および研磨装置の研磨面の再生方法
（５７）【特許請求の範囲】
　【請求項１】　半導体基板上に導電膜を形成する工程と、
　前記導電膜を選択的に除去して凹部を形成する工程と、
　前記凹部を有する導電膜上に、少なくとも前記凹部の高さ以上に絶縁膜を形成する工程と、
　前記導電膜をストッパーとして、前記絶縁膜を、
半導体装置のポリッシング平坦化工程において使用する研磨剤において、研磨剤の主成分はＣｅＯ２とＨ２Ｏであり、かつ主成分以外の各元素の比率がほぼ１００ｐｐｍ以下である
　【請求項２】　半導体基板上に選択的に配線部を形成する工程と、
　前記配線部を有する前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
　前記絶縁膜上に導電膜を形成する工程と、
　前記絶縁膜を及び導電膜を選択的に除去して前記配線部を露出させる凹部を形成する工程と、
　前記凹部を有する導電膜上に、少なくとも前記凹部の高さ以上に配線材を形成する工程と、
　前記導電膜をストッパーとして、前記配線材を、
半導体装置のポリッシング平坦化工程において使用する研磨剤において、研磨剤の主成分はＣｅＯ２とＨ２Ｏであり、かつ主成分以外の各元素の比率がほぼ１００ｐｐｍ以下である
　【請求項３】　半導体基板上に第一の絶縁膜を形成する工程と、
　前記第一の絶縁膜上に選択的に配線部を形成する工程と、
　前記第一の絶縁膜を有する前記配線部上に第二の絶縁膜となるべく予定のアモルファスシリコン膜を形成する工程と、
　前記アモルファスシリコン膜上に第三の絶縁膜を少なくとも配線部の高さ以上に形成する工程と、
　前記アモルファスシリコン膜をストッパーとして、前記第三の絶縁膜を、
半導体装置のポリッシング平坦化工程において使用する研磨剤において、研磨剤の主成分はＣｅＯ２とＨ２Ｏであり、かつ主成分以外の各元素の比率がほぼ１００ｐｐｍ以下である
　前記アモルファスシリコン膜を第二の絶縁膜に変性させる工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
　【請求項４】　ストッパーとして用いる導電膜は、ポリシリコン、アモルファスシリコン、チタンナイトライド、シリサイド膜あるいはカーボンであることを特徴とする、請求項
１乃至３
【発明の詳細な説明】
　【０００１】
　【産業上の利用分野】
　この発明は、半導体装置とその製造方法および研磨方法ならびに研磨装置および研磨装置の研磨面の再生方法に関する。
　【０００２】
　【従来の技術】
　従来、半導体装置の製造工程等において、絶縁膜等を平坦化するための研磨工程では研磨剤としてコロイダルシリカが一般的に用いられていた。
　【０００３】
　コロイダルシリカのシリカ粒子は、通常ケイ酸ナトリウムを原料として用い、これを水溶液中で数十ｎｍのシリカ粒子に成長させたものが用いられている。
　【０００４】
　研磨剤として用いる場合には通常これを水に懸濁させたものに、シリカ粒子を平均に分散させるための水素イオン濃度の調整と研磨速度の増大という二つの目的により、ＫＯＨやＮａＯＨが添加されている。
　【０００５】
　例えば、このような研磨剤として不二見研磨剤工業株式会社（Ｆｕｊｉｍｉ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）のコンポール８０（ｃｏｍｐｏｌ−８０）という製品があるが、このようにアルカリ金属を含む研磨剤を用いてシリコン酸化膜等を研磨すると、研磨剤中のアルカリ金属がシリコン酸化膜あるいは半導体素子中に拡散し、ＭＯＳデバイスにおいてしきい値電圧を変動させるなど半導体装置の信頼性を著しく低下させることになってしまうという問題がある。
　【０００６】
　このためポリッシュ工程の前に、半導体素子への不純物拡散を防ぐ保護膜を被ポリッシュ膜の下にあらかじめ成膜しておくなどの予防策が必要であり、半導体プロセスが複雑になっていた。
　【０００７】
　以下各製造工程における半導体装置の断面図を参照して従来の製造方法を説明する。
　【０００８】
　図１（ａ）において１は半導体装置の基板、２は電極等の微細パターンである。
　【０００９】
　微細パターン上に保護膜を形成するには図１（ｂ）のように、まず半導体装置表面全面に保護膜３を成膜し、次にレジスト４をその上に塗布し、リソグラフィ法でレジスト４をパターニングする。
　【００１０】
　さらにレジストをマスクとして保護膜を選択的に除去してレジストを剥離すると、図１（ｃ）に示すように保護膜がパターニングされる。
　【００１１】
　この図１（ｄ）のように絶縁膜５を成膜してから、その表面をポリッシング法で研磨して平坦化すると図１（ｅ）に示す平坦な表面が得られる。
　【００１２】
　しかしながら、このように保護膜形成のために図１（ａ）、図１（ｂ）および図１（ｃ）の工程がよけいに必要であり、プロセスが複雑であった。
　【００１３】
　別のコロイダルシリカ系の研磨剤として、シリカ粒子を四塩化ケイ酸を熱分解したり有機シランを加水分解したりして成長させ、アンモニアやアミンで水素イオン濃度の調整を行った。アルカリ金属を含まない研磨剤もあるが、この様な研磨剤では、シリコン酸化膜等の研磨速度は著しく遅く、シリコン酸化膜等の研磨には実用できないという問題があった。
　【００１４】
　また、従来よりフォトマスク用ガラスの表面研磨においては、一次研磨として酸化アルミニウム懸濁液でガラス表面を研磨し、仕上げ研磨として平均粒径数μｍの酸化セリウム粒子を含む懸濁液で研磨するという方法がとられている。
　【００１５】
　しかしながら、通常、半導体装置の製造工程においては、絶縁膜の研磨量は高々数μｍ程度で、この様な２段階以上の研磨き好ましくない。
　【００１６】
　さらに、半導体装置の製造工程においては、通常、基板表面に数百ｎｍから数千ｎｍ程度の段差層（導電層）が形成された基板表面に絶縁膜を被覆する。
　【００１７】
　この際段差層内の段差形状は絶縁膜の表面形状に反映される。
　【００１８】
　さらに、絶縁膜の表面段差を研磨により平坦化しなければならないが、しかしながら、実際には平均粒径数μｍの酸化セリウム粒子で、数百ｎｍから数千ｎｍ程度の段差を平坦化しながら研磨することができるかどうか、また、絶縁膜表面に傷を発生させることなく研磨することが可能かどうか、さらにコロイダルシリカを用いた場合におけるような絶縁膜へのアルカリ金属汚染があるかどうかについては、全く知られておらず、フォトマスク用ガラスの研磨に対する上記方法を半導体装置の製造工程中の研磨工程に対して適用することなどは全く考慮されていなかった。
　【００１９】
　上述の如く、半導体装置の製造工程等において、研磨剤としてコロイダルシリカを用いた従来の研磨工程においては、アルカリ金属による汚染や研磨速度が遅いなどの問題があった。
　【００２０】
　またモフォトマスク用ガラスの表面研磨において、酸化セリウム粒子が含まれた懸濁液を用いる方法があるが、絶縁膜表面に傷を発生することなく、数百ｎｍから数千ｎｍ程度の段差を平坦化しながら研磨できるかどうか、また、アルカリ金属汚染があるかどうかについては、全く知られておらず、上記方法を半導体装置の製造工程における研磨工程に対して適用することなどは全く考慮されていなかった。
　【００２１】
　研磨による従来の代表的な平坦化技術を図２（ａ）ないし図２（ｃ）の工程断面図を用いて説明すると、まず、図２（ａ）に示すように、Ｓｉ半導体基板１１上にＳｉＯ２膜１２を形成し、この後、ＳｉＯ２膜１２上に厚さ１．１μｍの金属配線１３を形成する。
　【００２２】
　次に図２（ｂ）に示すように、全面にＳｉＯ２膜１４を堆積する。このとき、金属配線１３のパターンに対応してＳｉＯ２膜１４の表面に凹凸が生じる。次いでＳｉＯ２膜１４の表面を研磨し、ＳｉＯ２膜１４の表面の凹凸を除去する。このＳｉＯ２膜１４の研磨は図３に示す研磨装置を用いて行なう。
　【００２３】
　すなわち、図２（ｂ）のように構成されたＳｉ基板１を保持体５０１にセットし、このＳｉ基板１をターンテーブル５０２上で回転させる。ターンテーブル５０２上には、研磨剤供給パイプ５０３が設けられており、これにより、研磨の間、研磨剤５０５が供給され続けられるようになっている。
　【００２４】
　そして、Ｓｉ基板１の研磨面とターンテーブル５０２との間には研磨用不織布すなわち研磨用クロス５０４が設けられており、この研磨用クロス５０４と研磨剤の粒子とによって、基板表面の凹凸が削られる。
　【００２５】
　なお、ここでは、荷重体５０１には４０ｋｆｇの荷重が加わっており、１００ｒｐｍの速さで回転させている。また、ターンテーブル１００は１００ｒｐｍの速さで回転させている。
　【００２６】
　しかしながら、この種の方法では、図２（ｃ）に示すように、ＳｉＯ２膜１４の表面のもともとの凹凸は緩和されるが、金属配線４３間のＳｉＯ２膜１４が若干くぼみ、いわゆる、ディッシングが発生する。
　【００２７】
　この様子を詳細に調べた結果を図４に示す。この評価は金属配線１３の幅が５００μｍで、金属配線４３のピッチ間が１０００μｍの場合のものである。図中、横軸は図２（ｃ）の工程における研磨時間（秒）を示している。縦軸はＳｉＯ２膜１２の表面からＳｉＯ２膜１４の表面までの距離を示している。
　【００２８】
　研磨を行なう前は、金属配線１３がある部分（凸部）のＳｉＯ２膜１２の表面からＳｉＯ２膜１４の表面までの距離（図中の実線）と、金属配線１３がない部分（凹部）のＳｉＯ２膜１２の表面からＳｉＯ２膜１４の表面までの距離（図中の点線）との差は、金属配線１３の膜厚と同じ１．１μｍである。
　【００２９】
　研磨が進と、凸部のＳｉＯ２膜１４の研磨速度が凹部のそれより速いため、凸部におけるＳｉＯ２膜１２・ＳｉＯ２膜１４間の距離と凸部におけるそれとの差は縮まっていく。ここで、凸部のＳｉＯ２膜１４の研磨速度が凹部のそれより速い理由は、凸部のＳｉＯ２膜１４に荷重が集中するためである。
　【００３０】
　しかしながら、凸部におけるＳｉＯ２膜１２・ＳｉＯ２膜１４間の距離と凹部におけるそれとの差が縮まっていく速度は非常に遅く、研磨を約７０秒間行ない、凸部のＳｉＯ２膜１４を約１．０μｍ研磨で除去した場合、凹部のＳｉＯ２膜１４も約０．６５μｍ研磨で除去され、結果として、凸部におけるＳｉＯ２膜１２・ＳｉＯ２膜１４間の距離と凹部におけるそれとの差は約０．３５μｍとなる。
　【００３１】
　この方法により、ＳｉＯ２膜１４の表面を完全に平坦化するには、研磨量を増やせば良い。すなわち、ＳｉＯ２膜１４を厚く形成して研磨を行なえば良い
　【００３２】
　しかし、この方法では、研磨時間が非常に長くなり、このような研磨時間の長時間化は生産コストの上昇の原因となる。更に、研磨速度の被研磨基体面内のばらつきは、研磨量に比例して拡大するため、上記の如きに研磨量を増やすのは望ましくない。
　【００３３】
　上記方法に伴う凹部のディッシングを防止するには、例えば、窒化シリコンなどの膜を凹部の研磨ストッパーとして設けることにより、凹部のＳｉＯ２膜１４の研磨を抑制し、凸部のＳｉＯ２膜１４の膜厚と凹部のそれとの差が縮まる速度を速くすれば良い。
　【００３４】
　この方法を図５（ａ）ないし図５（ｄ）工程断面図を用いて説明すると、まず、図５（ａ）に示すように、先の方法と同様に、Ｓｉ基板１上にＳｉＯ２膜１２、金属配線１３（厚さ１．１μｍ）を形成する。
　【００３５】
　次に図５（ｂ）に示すように、金属配線１３が隠れるように全面ＳｉＯ２膜１４を堆積する。
　【００３６】
　次に図５（ｃ）に示すように、ＳｉＯ２膜１４上に窒化シリコン膜１５を堆積した後、この窒化シリコン膜１５をパターニングして、金属配線１３がない凹部のＳｉＯ２膜１４上にのみに窒化シリコン膜１５を選択的に残置する。
　【００３７】
　この後、先の方法と同様に、図３に示す研磨装置を用いて、ＳｉＯ２膜６４の表面を研磨する。
　【００３８】
　この方法によれば、図５（ｄ）に示すように、ＳｉＯ２膜１４の表面のもともとの凹凸を緩和できると共に、凹部のディッシングの発生も防止できる。しかしながら、金属配線１３間のＳｉＯ２膜１４が若干出っ張り、研磨後のＳｉＯ２膜６４の形状は、研磨前の形状と凹凸が反転したものとなる。
　【００３９】
　この様子を詳細に調べた結果を図６に示す。この評価は金属配線１３の幅が５００μｍで、金属配線１３のピッチ間が１０００μｍの場合のものである。図中、横軸は図５（ｄ）の工程における研磨時間（秒）を示している。縦軸はＳｉＯ２膜１２の表面からＳｉＯ２膜１４の表面までの距離を示している。
　【００４０】
　研磨を行なう前は、金属配線１３がある部分（凸部）のＳｉＯ２膜１２の表面からＳｉＯ２膜１３の表面までの距離（図中の実線）と、金属配線１３がない部分（凹部）のＳｉＯ２膜１２の表面からＳｉＯ２膜１４の表面までの距離（図中の点線）とは、ともに金属配線１３の膜厚と同じ１．１μｍである。
　【００４１】
　研磨を開始すると、凸部のＳｉＯ２膜１４の研磨速度が凹部のそれより速いため、凸部におけるＳｉＯ２膜１２とＳｉＯ２膜１４との間の距離と凹部におけるそれとの差は縮まっていく。ここで、凸部のＳｉＯ２膜１４の研磨速度が凹部のそれより速い理由は、凹凸を有するものを研磨すると、凸部に荷重が集中するからである。
　【００４２】
　更に、この方法では、凹部にストッパー膜としての窒化シリコン膜１５を設けているため、凹部のＳｉＯ２膜１４の研磨速度は凸部のそれに比べて非常に遅く、凸部のＳｉＯ２膜１４の研磨速度により凸部におけるＳｉＯ２膜１２とＳｉＯ２膜１４間との距離と凹部におけるそれとの差が縮まっていく。
　【００４３】
　そして、研磨開始後、約７０秒で凹部におけるＳｉＯ２膜１２とＳｉＯ２膜１４間との距離と凹部におけるそれとの差がほぼ０になり、ＳｉＯ２膜１４の表面が平坦になる。しかしながら、ＳｉＯ２膜１４の表面が平坦になっても、この後も研磨が続くため、窒化シリコン膜１５で被覆されていない部分、つまり、凸部のＳｉＯ２膜１４は研磨されて薄くなっていく。
　【００４４】
　この結果、凸部におけるＳｉＯ２膜１２とＳｉＯ２膜１４間との距離は凹部におけるそれよりも小さくなり、研磨後のＳｉＯ２膜１４の形状は、研磨則の形状と凹凸が反転したものとなる。
　【００４５】
　このようなＳｉＯ２膜１４の形状の反転を防止するには、ＳｉＯ２膜１４の表面が平坦になる時点で、窒化シリコン膜１４が消失するように、窒化シリコン膜１５の膜厚を最適化すれば良いが、最適な膜厚範囲が狭く、実用性に欠けるという問題がある。更に、この方法では必須な工程である。窒化シリコン膜１５などのストッパー膜を形成し、これをパターニングするという工程は、複雑でコストがかかるという難点もある。
　【００４６】
　上述の如く、従来の研磨による絶縁膜の平坦化方法では、凹部にディッシグが生じ、完全な平坦化が困難であるという問題があった。
　【００４７】
　そこで、ディッシングの発生を抑制するために、凹部に窒化シリコン膜などのストッパー膜を選択的に設けて研磨を行なうという方法が試みられた。
　【００４８】
　しかし、この方法にあっては、研磨により絶縁膜の平坦化が達成された直後に、ストッパー膜がない凸部の絶縁膜にディッシングが生じるため、この場合も、完全な平坦化が困難であるという問題があった。
　【００４９】
　図７（ａ）および図７（ｂ）は、半導体装置の従来の他の製造方法における平坦化工程を示す図である。
　【００５０】
　図７（ａ）に示すように、半導体基板あるいは下地基板１上に多層配線、半導体多結晶層、キャパシタ、電極等の微細パターン３２を選択的に形成し、該パターン間に凹部３３、３４を形成する。
　【００５１】
　凹部３３は、隣接した微細パターン間に生じた凹部であり、凹部３４は、凹部３３に比べて開口幅が大きい凹部である。
　【００５２】
　微細パターン３２を有する半導体基板１上に絶縁膜３５を形成する。更に、この絶縁膜３５にレジスト３６を塗布する。
　【００５３】
　隣接した微細パターン間に生じた凹部３３上方に塗布されたレジスト３６の膜厚は、凹部３３に比べて開口幅が大きい凹部３４上方に塗布されたレジスト３６の膜厚に比べ相対的に薄くなっている。
　【００５４】
　次に図７（ｂ）に示すように、このレジスト３６表面を例えばＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）によりエッチバックし絶縁膜３５を露出させる。ここで、３５ａは、隣接した微細パターン間に生じた凹部３３上方に形成された絶縁膜３５であり、３５ｂは、凹部３４上方に形成された絶縁膜３５である。
　【００５５】
　絶縁膜３５の表面形状は、凹部３３上方の、レジスト３６の膜厚が薄くなっていた部分では、エッチバックにおける絶縁膜３５のエッチングが早く進むので、絶縁膜３５全体としては表面にかなりの凹凸すなわち高低差が生じることになる。
　【００５６】
　また、図７（ａ）および図７（ｂ）は、半導体装置の他の平坦化工程、特に多層工程以前の平坦化を示す図である。
　【００５７】
　図８（ａ）に示すように、半導体基板１上にキャパシタあるいは電極としての例えばポリシリコン高融点金属シリサイド層４２を選択的に形成する。ここで、ポリシリコン高融点金属シリサイド層４２間のスペースが狭い部分の凹部４３と広い部分の凹部４４が存在することになる。
　【００５８】
　更に、このポリシリコン高融点金属シリサイド層４２を有する半導体基板４１上に絶縁膜４５を形成する。例えば、この絶縁膜４５がＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ　Ｐｈｏｓｐｈａｏｏｕｓ　Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｇｌａｓｓ）膜とする。
　【００５９】
　次に図８（ｂ）に示すように、このＢＰＳＧ膜をリン拡散メルトによりリフローさせる。すると、ポリシリコン高融点金属シリサイド層４２間のスペースが広い部分の凹部４４のＢＰＳＧ膜４５はスペースが狭い部分の凹部４３のＢＰＳＧ膜４５よりも表面高さが低くなり、絶縁膜４５全体としては表面にかなりの凹凸すなわち高低差が生じることになる。
　【００６０】
　このような平坦化工程を含む製造方法においては、半導体基板上に電極、キャバシタ、配線などの凸部段差構造や、トレンチ、コンタクトホールなどの凹部段差構造を設けることが非常に多い。この段差構造上に例えば絶縁膜を設けて、この絶縁膜をエッチバックやリフローすることによって、これらの段差を平坦化している。
　【００６１】
　しかしながら、このエッチバックやリフローといった方法では、凹部の幅がさまざまであるため、絶縁膜表面を高さを完全に等しくすることができない。すなわち、絶縁膜を完全に平坦化することができない。
　【００６２】
　表面に凹凸が残ることは、この後の後工程にさまざまな悪影響を与える。
　【００６３】
　例えば、表面に凹凸が残る膜上に配線材料を形成し、この配線材料をパターニングを行う。すると、パターンの露光の際に、焦点が合致せず、その結果、形成された配線の形成が乱れ、精度良くパターニングできない。
　【００６４】
　近年のサブミクロンデバイスでは、集積度が上がってチップ内で中心部分と周辺部分の高低差が広がってきており、配線幅も非常に狭くなっている。このような状況では、脱表面の凹凸はパターン形状の乱れを生じるだけでなく電気特性にも悪影響を及ぼすことになる。
　【００６５】
　また、エッチバックとしては、ＲＩＥを用いるので、異方性エッチング特有の、開口部のサイズやパターン占有率の違いによるエッチングレートや形状のローディング効果が生じ、エッチングの制御性に欠ける。
　【００６６】
　これらの結果として、配線の断線、あるいは配線間のショート等の不良が起こり、配線の歩留まりや信頼性を低下させるという問題があった。
　【００６７】
　図９（ａ）ないし図９（Ｃ）は、絶縁膜の平坦化に関する従来の他の研磨工程を示す断面図である。
　【００６８】
　まず図９（ａ）に示すようにＳｉ半導体基板１上にＳｉＯ２膜５２を堆積する。この後、このＳｉＯ２膜５２上に下層配線５３を形成する。
　【００６９】
　次に、図９（ｂ）に示すように下層配線５３等の全面にＳｉＯ２膜５４を堆積した後、図９（ｃ）に示すようにこのＳｉＯ２膜５４の一部を研磨法により除去する。
　【００７０】
　ここで、研磨の工程は、図９（ｂ）に示すＳｉＯ２膜５４表面の凹凸を取り除き、ＳｉＯ２膜５４表面を平坦にするためのものである。
　【００７１】
　しかしながら、図９（ｃ）に示すように、ＳｉＯ２膜５４表面の一部を平坦にすることは比較的容易であるものの、ＳｉＯ２膜５４表面の全体に渡って平坦にすることは容易ではない。ＳｉＯ２膜５４の削れ量はＳｉ基板５１面内の位置によって異なるからである。この場合、削り量を制御することも容易ではない。
　【００７２】
　そこで、窒化シリコン膜等を研磨のストッパーとして用いて、削り量を制御する方法が考えられる。この方法を図１０（ａ）ないし図１０（ｄ）に示す。
　【００７３】
　この方法は、図１０（ａ）に示すように、まず、Ｓｉ基板１上にＳｉＯ２膜６２を堆積する。この後、このＳｉＯ２膜６２上に下層配線６３を形成する。
　【００７４】
　次に、図１０（ｂ）に示すように下層配線６３上にストッパーとなる窒化シリコン膜６４を堆積した後、図１０（ｃ）に示すように、窒化シリコン膜６４上にＳｉＯ２膜６５を堆積する。そして、図１０（ｄ）に示すように、ＳｉＯ２膜６５の一部を研磨法により除去する。
　【００７５】
　しかしながら、図１０（ｄ）に示すように、研磨の程度はＳｉ基板５２面内の位置によって異なる。研磨がストッパーとしての窒化シリコン膜６４で止まっているところもある一方、Ｓｉ基板５２面内の位置によっては、窒化シリコン膜６４さえもが研磨によって消失し、下層配線６３が研磨されているところも発生している。
　【００７６】
　また、図１１（ａ）ないし図１１（ｃ）および図１２（ａ）ないし図１２（ｅ）は、それぞれ薄膜半導体素子の従来の製造工程に関するものであり、シリコンの基板を研磨によって薄膜化する工程を示すものである。
　【００７７】
　図１１（ａ）に示すように、まず、Ｓｉ基板１上にＳｉＯ２膜７２を形成する。
　【００７８】
　次に図１１（ｂ）に示すように別のＳｉ基板７３をＳｉ基板１上にＳｉＯ２膜７２を介して張り付けた後、図１１（ｃ）に示すように、Ｓｉ基板７３を研磨により薄膜化する。
　【００７９】
　このとき、シリコン薄膜７３の膜厚は図１１（ｃ）に示すようにＳｉ基板１の面内の位置によって大きく異なり、位置によってはシリコン薄膜７３が消失してしまっている。
　【００８０】
　そこで、この場合、ＳｉＯ
２
　【００８１】
　図１２（ａ）に示すように、まず、Ｓｉ基板１上にＳｉＯ２膜８２を形成する。
　【００８２】
　次に図１２（ｂ）に示すように別のＳｉ基板８３をストッパーとしてＳｉ基板１上にＳｉＯ２膜８２を介して張り付ける。この後、図１２（ｃ）に示すように、Ｓｉ基板８３にＳｉＯ２膜８２表面に到着する穴を開孔する。これに続いて図１２（ｄ）に示すように、この開孔部に選択的に所望の厚さのＳｉＯ２膜８２を堆積した後、図１２（ｅ）に示す如く、Ｓｉ基板８３の一部を研磨法により除去する。
　【００８３】
　この場合、図１２（ｅ）に示すように、研磨の程度はＳｉ基板１の面内の位置によって異なる。ＳｉＯ２膜８４で研磨が止まっているところもあるが、Ｓｉ基板１の面内の位置によっては、ＳｉＯ２膜８４が研磨によって消失し、結果としてシリコン薄膜８３が消失してしまっている。
　【００８４】
　このように、従来の半導体装置の製造方法において、次のような問題があった。
　【００８５】
　すなわち、一つの大きな問題としては、研磨量の制御が難しいということである。ここでいう研磨量の制御とは、絶対的な研磨速度の制御と研磨速度の面内の均一性の制御とであり、これらの二つを制御できなければ、実用できる技術とはなり得ない。そこで、研磨量を制御する方法として、研磨のストッパーとして窒化シリコン膜やＳｉＯ２膜を用いる方法も考えられている。
　【００８６】
　しかしながら、窒化シリコン膜やＳｉＯ２膜を研磨のストッパーとして用いる場合は、被研磨物とストッパーとの研磨速度の選択比を十分には取ることができず、このため、製造には実用しがたいという問題がある。さらに、被研磨物とストッパーとの研磨速度の選択比は、研磨剤の種類によって大きく異なる。例えば、研磨剤中の水酸化ナトリウムが多く入っていれば、ＳｉＯ２膜の研磨速度は速くなる。このため、研磨剤の種類によってストッパー材料を選択しなければならないという問題がある。
　【００８７】
　上述のように、従来の半導体の製造方法における研磨工程においては、研磨量の制御が難しく、実用できないという問題があった。
　【００８８】
　半導体装置の従来の製造方法における研磨工程では、また研磨量の制御は、製品を研磨する前にテストピースを研磨し、テストピースで得られた研磨速度をもとに製品の研磨時間を設定して研磨するという方法がとられている。
　【００８９】
　しかしながら、研磨速度は、図１８に示すように、時間と共に刻々と変化し、テストピースで得られた研磨速度は、必ずしも製品を研磨しているときの研磨速度と同じではない。
　【００９０】
　このような研磨速度の経時変化は、研磨布の研磨剤の保持量や保持状態により大きく変わり、コントロールするのが非常に難しい。
　【００９１】
　そこで、テストピースで得られた研磨速度を少しでも製品を研磨しているときの研磨速度と近くするために、テストピースの数を増やすことで対応しているが、これは、テストピースの材料費の高騰や生産設備の稼働率の低下など、生産コストの上昇につながり、研磨工程を実用するにあたっての障害になっている。
　【００９２】
　また、別の方法としては、製品をあらかじめ少な目に研磨し、この削り量を測定し、再びこの製品を研磨するという繰り返しにより、研磨量をコントロールするという方法もとられている。
　【００９３】
　しかし、この方法では、テストピースの経費は余りかからないが、手間がかかり、生産設備の稼働率も低くなってしまう。
　【００９４】
　さらに、半導体装置の製造工程での研磨量は高々１μｍ程度であり、このような少ない研磨量では、前記方法では研磨量のコントロールの精度もあまり良くない。
　【００９５】
　半導体装置の従来の製造方法においては、このように、研磨量の制御が難しいという問題がある。
　【００９６】
　そこで、テストピースにより研磨速度を確認する方法や、１枚の製品の削り量を確認しながら数回にわけて研磨する方法がとられているが、手間がかかり、さらに生産コストも上昇する。また、コントロールの精度も十分でない。
　【００９７】
　またさらに、従来の研磨方法においては、ＵＳＰ．Ｐａｔ．Ｎｏ．５，０３６，０１５「Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　Ｅｎｄｐｏｉｎｔ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｄｕｒｉｎｇ　ｃｈｅｍｉｃａｌ／Ｍｅｃｈａｎｉｃｕｌ　Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｎｃｔｏｒ　Ｗａｆｅｒｓ」に見られるように、平坦化装置のターンテーブルを電気モーターで駆動し、保持装置に保持されたウェーハとターンテーブル上の研磨用クロスとの間の摩擦の変化を該電気モーターを流れる電流値の変化として検知している。
　【００９８】
　そして酸化珪素膜を平坦化する際には、あらかじめ酸化珪素膜の下により硬い材料層を設けて、研磨面が酸化珪素膜の研磨による除去を完了し、硬い材料層に到達し摩擦が大きく増大した時点で平坦化の終了としている。
　【００９９】
　この従来方法の問題点を図１４ないし図１６を参照しながら説明する。
　【０１００】
　図１４は従来の研磨装置の概要を示し、ターンテーブル５０２の研磨用クロス５０４と保持具５０１に保持された半導体ウェーハ１の間の摩擦の変化をモーター５１１，５１２にそれぞれ接続された電流計５１３，５１４によって検出される電流の変化として検知している。
　【０１０１】
　モーター５１１，５１２に流れる電流は駆動電源５１５，５１６の電圧に対し図１５に示すように２次関数状に変化し、駆動電圧の変化により検知量が影響を受ける。
　【０１０２】
　また、図１６に示す様に、モーター電流は研磨の行われていない無負荷状態においても無負荷電流１０が流れるため、摩擦状態を適格に示すことは困難である。
　【０１０３】
　さらに、研磨装置には図１４に示す様にモーター５１１，５１２の高調波等によるターンテーブル５０２および保持装置のそれぞれのシャフト５１７，５１８への脈動を防止するため、シャフト５１７，５１８間をベルト５１９，５２０により連結し、機械的脈動の研磨面への悪影響を防止しているが、ベルト５１９，５２０とシャフト５１７，５１８間は駆動中、滑りを生じ易く、この滑りにより、モーター５１１，５１２への負荷状態が変動し、電流値は研磨状態を反映しにくくなる。
　【０１０４】
　ところでまた、従来の他の研磨方法においては、ターンテーブルの回転数および被研磨物にかかる荷重から研磨速度を算出し、この研磨速度と要求される研磨量とから研磨時間を設定している。
　【０１０５】
　すなわち、駆動モーターにより回転自在に形成されたターンテーブル上には研磨用クロスとして不織布が設けられており、この不織布の上方には被研磨物を保持する保持部が設けられている。この保持部は駆動モーターにより回動自在に形成されてる。
　【０１０６】
　上記構成において、先ず、前記保持部に被研磨物である半導体基板すなわち半導体ウェーハが前記テーブルの上面と対向する位置に取り付けられる。このウェーハは、シリコン基板上に第１の絶縁膜を介して配線が設けられ、この配線および第１の絶縁膜の上には第２の絶縁膜が設けられたものである。
　【０１０７】
　次に、前記保持部およびテーブルは駆動モーターによってそれぞれ所定の回転数により回転される。この後、前記テーブルとともに回転している不織布上には研磨剤が供給される。
　【０１０８】
　次に、前記保持部は下方に移動され、前記ウェーハは不織布に接触される。この際、前記ウェーハには所定の荷重がかけられている。
　【０１０９】
　この後、前記保持部はテーブルの表面と平行な方向に移動され、ウェーハは所定の時間だけ研磨される。これにより、前記ウェーハにおける第２の絶縁膜２は凹凸が削られ平坦にされる。
　【０１１０】
　次に、前記保持部において、ウェーハが交換される。この後、上述したような工程が繰り返される。
　【０１１１】
　所定の時間、研磨装置を使用した後、前記不織布のコンデションを良くするため、この不織布にはブラシによりドレッシングが施される。次に上述したような工程、即ち研磨、ドレッシングが繰り返された後、前記不織布は交換される。
　【０１１２】
　ところで、上記従来の研磨方法では、設定された研磨条件、即ち回転数および荷重から研磨速度を計算し、この研磨速度と必要な研磨量とから研磨時間を設定している。
　【０１１３】
　すなわち、前記回転数および荷重それぞれを変えなければ、前記研磨速度も一定であるとして計算されている。
　【０１１４】
　しかし、前記回転数および荷重それぞれの設定を変えなくても、研磨の際のウェーハと不織布との摩擦が研磨時間の経過とともに変化することによって、研磨速度も変化する。
　【０１１５】
　図１７は、不織布の総使用時間と研磨速度との関係を示す図である。不織布の総使用時間が５０分以内の段階は使用初期段階とされており、不織布の総使用時間が５０分以上の段階は稼働段階とされている。
　【０１１６】
　図１７によれば、稼働段階においても、不織布の総使用時間が経過するにつれて研磨速度も変化している。
　【０１１７】
　この原因としては、不織布の総使用時間が増加するにつれて、不織布に研磨剤が目詰まりしたり、不織布自身が研磨されること、即ち不織布が磨耗されることにより、不織布の表面状態が変化することが考えられる。
　【０１１８】
　つまり、前記不織布の表面において、研磨剤の供給、排出機能が低下し、被研磨物における研磨効率が変化する。
　【０１１９】
　すなわち、不織布の表面組織は図１３に示すように無数の繊維間空間があり、この空間内に研磨剤粒子５０５が保持される。そして研磨時に、保持された研磨剤がウェーハに排出すなわち供給される。しかしながら、この供給排出機能は不織布の磨耗により低下する。このため、研磨速度の経時変化を引き起こす。
　【０１２０】
　また、不織布の表面状態がさらに悪くなると、被研磨物における研磨面にキズが発生したり、前記研磨面における平坦性の低下が生じることがある。
　【０１２１】
　前記不織布に研磨剤が目詰まりすることに対しては、適切な時期に不織布をブラシ等によりドレッシングすることが考えられる。前記不織布が磨耗することに対してドレッシングは有効であるが、ドレッシングで回復、再生しない場合は、不織布の寿命であるから、適切な時期に不織布を交換する必要がある。
　【０１２２】
　しかしながら、従来の研磨方法では、前記ドレッシングの時期は作業者の経験等により判断し、前記不織布の交換の時期については、単位時間当りの研磨量を測定することによって研磨速度を計算し、この研磨速度から判断している。
　【０１２３】
　このため、ドレッシングの時期および不織布の交換の時期は適切なものではなかった。この結果、被研磨物における研磨速度を一定に保つことができず、被研磨物における研磨量を正確に制御することができなかった。
　【０１２４】
　【発明が解決しようとする課題】
　上記したように、半導体装置の従来の製造方法においては、研磨粒子からアルカリ金属などの不純物が半導体装置内部に拡散するのを防ぐために、ポリッシュ工程の前に、半導体素子への不純物拡散を防ぐ保護膜を被ポリッシュ膜の下にあらかじめ成膜しておくなどの予防策が必要であり、半導体プロセスを複雑化させていたり、あるいは製造工程中に形成される絶縁膜表面の凹凸のためにパターン形状の乱れが生じ、配線の断線、あるいは配線間のショート等の不良が起こり、配線の歩留まりや信頼性を低下させるという問題点があった。
　【０１２５】
　また従来の研磨方法では、研磨量の制御はあらかじめテストピースを研磨し、その得られた研磨速度をもとに製品の研磨時間を設定して研磨している。また前記ドレッシングの時期は作業者の経験等により判断し、前記不織布の交換の時期については、単位時間当りの研磨量を測定することによって研磨速度を計算し、この研磨速度から判断している。このため、ドレッシングの時期および不織布の交換の時期は適切なものではなかった。この結果、被研磨物における研磨速度を一定に保つことができず、被研磨物における研磨量を正確に制御することができなかった。
　【０１２６】
　この発明は、不純物による汚染なしに簡便に得られあるいは膜表面の凹凸によるパターン形状の乱れを最小限にする半導体装置およびその製造方法、ならびに被研磨物における研磨量を正確に制御し得る研磨装置および研磨方法、さらには研磨面の品質を維持することのできる研磨面の再生方法を提供することを目的とする。
　【０１２７】
　【課題を解決するための手段】
　本発明の第１の態様では、半導体装置のポリッシング平坦化工程において使用する研磨剤として、主成分以外の各元素の比率がほぼ１００ｐｐｍ以下であるものを用いることを特徴としている。
　【０１２８】
　本発明の第２の態様では、半導体基板上に導電膜を形成する工程と、前記導電膜を選択的に除去して凹部を形成する工程と、前記凹部を有する導電膜上に、少なくとも前記凹部の高さ以上に絶縁膜を形成する工程と、前記導電膜をストッパーとして、前記絶縁膜を、酸化セリウムを含む研磨剤を用いて研磨除去させることによって、前記導電膜及び前記絶縁膜の表面平滑化を行う研磨工程とを具備することを特徴とする。
　【０１２９】
　本発明の第３の態様では、半導体基板上に選択的に配線部を形成する工程と、前記配線部を有する前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に導電膜を形成する工程と、前記絶縁膜を及び導電膜を選択的に除去して前記配線部を露出させる凹部を形成する工程と、前記凹部を有する導電膜上に、少なくとも前記凹部の高さ以上に配線材を形成する工程と、前記導電膜をストッパーとして、前記配線材を、酸化セリウムを含む研磨剤を用いて研磨除去させることによって、前記絶縁膜及び配線材の表面平滑化を行う研磨工程とを具備することを特徴とする。
　【０１３０】
　本発明の第４の態様では、半導体基板上に第一の絶縁膜を形成する工程と、前記第一の絶縁膜上に選択的に配線部を形成する工程と、前記第一の絶縁膜を有する前記配線部上に第二の絶縁膜となるべく予定のアモルファスシリコン膜を形成する工程と、前記アモルファスシリコン膜上に第三の絶縁膜を少なくとも配線部の高さ以上に形成する工程と、前記アモルファスシリコン膜をストッパーとして、前記第三の絶縁膜を、酸化セリウムを含む研磨剤を用いて研磨除去させることによって、前記第三の絶縁膜及び前記アモルファスシリコン膜の表面平滑化を行う研磨工程と、前記アモルファスシリコン膜を第二の絶縁膜に変性させる工程とを具備することを特徴とする。
　【０１３１】
　本発明の第５の態様では、半導体基板に形成された被加工層を研磨する半導体装置の製造方法において、被加工層と研磨剤の保持された定盤との間の摩擦を研磨中に測定し、この摩擦をもとに被加工層の研磨速度を算出し、この研磨速度を時間で積分してゆき研磨量を求め、この研磨量が所定量となった時点で研磨を終了させることを特徴とする。
　【０１３２】
　本発明の第６の態様では、半導体基板に形成された被加工層を研磨する半導体装置の製造方法において、被加工層と研磨剤の保持された定盤との間でされる仕事量を積算し、この積算された仕事量が所定量となった時点で研磨を終了させることを特徴とする。
　【０１３３】
　本発明の第７の態様では、半導体基板に形成された被加工層を研磨する手段と、前記被加工層と研磨剤の保持された定盤との間の摩擦を研磨中に測定し研磨量を求める手段とを有することを特徴とする。
　【０１３４】
　本発明の第８の態様では、半導体基板に形成された被加工層を研磨する手段と、前記被加工層と研磨剤の保持された定盤との間でされる仕事量を測定し積算する手段とを有することを特徴とする。
　【０１３５】
　本発明の第９の態様では、半導体ウェーハを研磨して平坦化する手段と、ウェーハ研磨面上の研磨負荷量絶対値を検出する手段とを具備することを特徴とする。
　【０１３６】
　本発明の第１０の態様では、テーブル上に研磨面が設けられ、この研磨面と対向した位置に設けられた保持部に被研磨面を有する被研磨物が保持され、この保持部と前記テーブルとの間に圧力をかけて前記研磨面と前記被研磨面とを摺動させることにより前記被研磨物を研磨する際、前記研磨面および前記被研磨面の間の第１の摩擦を測定するとともに、所定時間経過後の前記研磨面および前記被研磨面の間の第２の摩擦を測定する第１の手段と、前記第１の摩擦と前記第２の摩擦との比の値が算出される演算部と、前記比の値から前記研磨面に再生のための処理を施す時期を判断する第２の手段と、を具備することを特徴とする。
　【０１３７】
　本発明の第１１の態様では、テーブル上に研磨面が設けられ、この研磨面と対向した位置に設けられた保持部に被研磨面を有する被研磨物が保持され、この保持部と前記テーブルとの間に圧力をかけて前記研磨面と前記被研磨面とを摺動させることにより前記被研磨物を研磨する際、前記研磨面および前記被研磨面の間の第１の摩擦を測定するとともに、所定時間経過後の前記研磨面および前記被研磨面の間の第２の摩擦を測定する第１の手段と、前記第１の摩擦と前記第２の摩擦との比の値が算出される演算部と、前記比の値から前記研磨面を交換する時期を判断する第２の手段と、を具備することを特徴とする。
　【０１３８】
　本発明の第１２の態様では、テーブル上に研磨面が設けられ、この研磨面と対向した位置に設けられた保持部に被研磨面を有する被研磨物が保持され、この保持部と前記テーブルとの間に圧力をかけて前記研磨面と前記被研磨面とを摺動させることにより前記被研磨物を研磨する際、前記研磨面および前記被研磨面の間の第１の摩擦を測定するとともに、所定時間経過後の前記研磨面および前記被研磨面の間の第２の摩擦を測定する第１の手段と、前記第１の摩擦と前記第２の摩擦との比の値が算出される演算部と、前記比の値から前記研磨面に再生のための処理を施す時期を判断する第２の手段と、前記比の値から前記研磨面を交換する時期を判断する第３の手段と、を具備することを特徴とする。
　【０１３９】
　本発明の第１３の態様では、テーブル上に研磨面が設けられ、この研磨面と対向した位置に設けられた保持部に被研磨面を有する被研磨物を保持する工程と、前記テーブルおよび前記保持部を回転させる工程と、前記研磨面の上に研磨剤を供給し、前記保持部と前記テーブルとの間に圧力をかけて前記研磨面と前記被研磨面とを摺動させることにより前記被研磨物を研磨する工程と、前記研磨面および前記被研磨面の間の第１の摩擦を測定する工程と、所定時間経過後の前記研磨面および前記研磨面の間の第２の摩擦を測定し、前記第１の摩擦と前記第２の摩擦との比の値を算出する工程と、前記比の値から、前記研磨面に再生のための処理を施す時期および前記研磨面を交換する時期のうちの少なくとも一つを判断する工程と、を具備することを特徴とする。
　【０１４０】
　本発明の第１５の態様では、テーブル上に研磨面が設けられ、この研磨面と対向した位置に設けられた保持部に被研磨面を有する被研磨物が保持され、この保持部と前記テーブルとの間に圧力をかけて前記研磨面と前記被研磨面とを摺動させることによって前記被研磨物を第１の研磨条件により研磨する際、前記研磨面および前記研磨面の間の第１の摩擦を測定するとともに、所定時間経過後の前記研磨面および前記被研磨面の間の第２の摩擦を測定する手段と、前記第１の摩擦と前記第２の摩擦との比の値が算出され、この比の値から前記第１の摩擦による研磨量と同じ研磨量となる第２の研磨条件が算出される演算部と、を具備することを特徴とする。
　【０１４１】
　本発明の第１６の態様では、テーブル上に研磨面が設け、この研磨面と対向した位置に設けられた保持部に被研磨面を有する被研磨物を保持する工程と、前記テーブルおよび前記保持部を回転させる工程と、前記研磨面の上に研磨剤を供給し、前記保持部と前記テーブルとの間に圧力をかけて前記研磨面と前記被研磨面とを摺動させることによって前記被研磨物を第１の研磨条件により研磨する工程と、前記研磨面および前記研磨面の間の第１の摩擦を測定する工程と、所定時間経過後の前記研磨面および前記被研磨面の間の第２の摩擦を測定する工程と、前記第１の摩擦と前記第２の摩擦との比の値を算出する工程と、前記比の値から前記第１の摩擦による研磨量と同じ研磨量となる第２の研磨条件を算出する工程と、を具備することを特徴とする。
　【０１４２】
　本発明の第１７の態様では、常盤の上に研磨面が設けられ、この研磨面と対向した位置に設けられた保持部に被研磨面を有する被研磨物が保持され、前記研磨面と前記被研磨面との間に研磨剤を供給し、前記研磨面と前記被研磨面との間に圧力をかけて前記研磨面と前記被研磨面とを摺動させることにより前記被研磨物を研磨する研磨装置において、前記研磨面に界面活性剤を供給することを特徴とする。
　【０１４３】
　【作用】
　第１の態様においては、不純物をほとんど含まない高純度の研磨剤を用いる。それにより、ウェーハがポリッシュ後に研磨剤がウェーハ表面に残った場合でも研磨剤に含まれる不純物による半導体装置の汚染を防ぐことができる。
　【０１４４】
　第２ないし第４の態様においては、エッチバックやリフロ一等により半導体装置の平坦化を行わないので、凹部や凸部の寸法によらず絶対的な平坦化が可能である。
　【０１４５】
　しかも、酸化セリウムを含む研磨剤を用いることによって、中性領域で十分な研磨が可能になる。そこで、下層配線において、腐食に弱い材料が存在してもその材料を溶出させるようなことはない。
　【０１４６】
　また、エッチバックとしてＲＩＥを用いないので、異方性エッチング特有の開口部のサイズやパターン占有率の違いによるエッチングレートや形状のローディング効果がないため、エッチングの制御性に優れている。
　【０１４７】
　以上述べたように、凹部や凸部の寸法によらず絶対的な平坦化が可能であり、高い歩留まり、高信頼性の半導体装置を得ることができる。
　【０１４８】
　第５ないし第８の態様においては、被加工層と研磨剤の保持された定盤との問の摩擦と被加工層の研磨速度との間における、１対１の対応関係を利用している。それにより、被加工層と研磨剤の保持された定盤との間の摩擦を測定し、この摩擦をもとに被加工層の研磨速度を算出し、この研磨速度を時間で積分してゆき研磨量を求め、この研磨量が、所定量となった時点で研磨を終了させる。それにより、研磨量を簡便な方法で精度良く制御することができる。
　【０１４９】
　第９の態様では、研磨面の摩擦による負荷を研磨面に直結したシャフトの歪み量を測定し電気信号に変えて、研磨面を駆動するモーターの停止等の制御を行っている。それにより、より高精度に完全平坦化を簡単に実現している。
　【０１５０】
　第１０ないし第１６の態様では、この発明は、テーブルおよび保持部を回転させ、研磨面の上に研磨剤を供給し、前記研磨面と前記被研磨面とを摺動させることによって前記被研磨物を研磨する際、前記研磨面および被研磨面の間の第１の摩擦を測定し、所定時間経過後の前記研磨面および被研磨面の間の第２の摩擦を測定し、前記第１の摩擦と前記第２の摩擦との比の値を算出している。この比の値から前記研磨面および被研磨面の摩擦の変化がわかり、この摩擦の変化から前記研磨面の状態を察知することができる。この結果、前記研磨面に再生のための処理を施す時期および前記研磨面を交換する時期のうち少くとも一つを正確に判断することができる。
　【０１５１】
　また、被研磨物を第１の研磨条件により研磨する際、研磨面および被研磨面の間の第１の摩擦を測定し、所定の時間経過後、前記研磨面および被研磨面の間の第２の摩擦を測定し、前記第１の摩擦と前記第２の摩擦との比の値を算出し、前記比の値から前記第１の摩擦による研磨量と同じ研磨量となる第２の研磨条件を算出している。このため、前記研磨面の状態が変化しても、第２の研磨条件に設定を変更することにより、研磨量を一定に保つことができる。
　【０１５２】
　第１７の態様では、研磨面と被研磨面との間に研磨剤を供給し、研磨面と被研磨面との間に圧力をかけて研磨面と被研磨面とを摺動させることによって被研磨物を研磨する研磨装置において、研磨面の再生処理のために、研磨面に界面活性剤を供給している。それにより、研磨面に目詰まりした研磨剤の除去効果を高め、研磨面の表面状態を一定に保っている。
　【０１５３】
　【実施例】
　以下、本発明の実施例を図面を参照しながら詳細に説明する。
　【０１５４】
　図１９には本発明の実施例に係わる層間絶縁膜平坦化の工程断面図が示されている。
　【０１５５】
　図１９（ａ）に示す如く、表面に素子（不図示）が形成されたＳｉ基板２０１上に、厚さ１μｍのＳｉＯ２膜２０２を形成する。次いで、このＳｉＯ２膜２０２上に厚さ５００ｎｍのポリシリコン膜２０３を形成する。
　【０１５６】
　次に、図１９（ｂ）に示す如く、ポリシリコン膜２０３上に厚さ１．５μｍのフォトレジスト（感光性樹脂層）を塗布し、マスクパターン（図示せず）を用いてこのフォトレジスト層を露光し現像を行うことにより、フォトレジストパターン２０４を形成する。
　【０１５７】
　次に、図１９（ｃ）に示す如く、このフォトレジストパターン２０４をマスクとして、ＣＦ４ガスを使用したＲＩＥ法によりポリシリコン膜２０３をパターニングする。
　【０１５８】
　次に、図１９（ｄ）に示す如く、ＣＦ４とＯ２の混合ガスをマイクロ波放電させフォトレジストを灰化処理するダウンフロータイプの灰化処理装置により、フォトレジストパターン２０４を剥離する。
　【０１５９】
　次に図１に示す如く、全面に層間絶縁膜として厚さ１μｍのＳｉＯ２膜２０５を形成する。ここで、ＳｉＯ２膜２０５の表面にはポリシリコン配線２０３に対応して段差が生じた。
　【０１６０】
　次に、図１９（ｆ）に示す如く、ＳｉＯ２膜２０５を研磨した。研磨は、図３に概略的に示すような装置を用いた。図３に示されるように、ターンテーブル５０２上の研磨用クロス５０４の中心に研磨剤供給パイプ５０３の先端が位置しており、ターンテーブル５０２は前記中心を通る軸のまわりに１００ｒｐｍで矢印の方向に回転するとともに、前記先端から研磨剤が研磨用クロス５０４上に供給される。また、ウェーハ１は荷重４０ｋｇｆで研磨用クロス５０４上に押し付けられると共に、１００ｒｐｍで矢印の方向に回転せしめられる。研磨剤は、バストネサイトを粉砕、焼成してなる平均粒径１．２μｍ、最大粒径４．０μｍの酸化セリウムを含む粉体を水に懸濁させたものであり、その組成は、酸化セリウム５０ｗｔ％、その他の希土類金属の酸化物３７ｗｔ％程度のものである。本実施例で用いた酸化セリウムを含む粉体の組成を表１に示す。
　【０１６１】
　【表１】
酸化セリウムを含む研磨剤で研磨した後の絶縁膜表面は、平坦化がされていた。また、微分干渉型顕微鏡で絶縁膜表面を観察して、傷は観察されなかった。
　【０１６２】
　工程で、平均粒径２．５μｍ、最大粒径１２．０μｍの酸化セリウムを含む粉体１ｗｔ％を水に懸濁させた研磨剤を用いた場合にも、研磨した後の絶縁膜表面は平坦化がなされていたが、微分干渉型顕微鏡で絶縁膜表面を観察すると、１０ｃｍ２あたり４個の傷が観察された。
　【０１６３】
　また、平均粒径２．５μｍ、最大粒径１２．０μｍの酸化セリウムを含む粉体で、上記したように粉砕後焼成を行った粉末１ｗｔ％を水に懸濁させた研磨剤を用いた場合には、微分干渉型顕微鏡で絶縁膜表面を観察すると、１０ｃｍ２あたりの傷の数は１個であった。
　【０１６４】
　この結果より、酸化セリウムを含む研磨剤で研磨することにより、絶縁膜表面の平坦化が可能である事、酸化セリウムを含む研磨剤は、粒径が小さいもの、好ましくは最大粒径４μｍ以下のものが傷の発生を抑えられる事、さらに同じ粒径の研磨剤においても焼成条件を選択し粒子の硬さを軟らかくすることにより傷の発生を抑えられる事がわかる。
　【０１６５】
　次に、表２にシリコンを熱酸化した膜厚１μｍのシリコン酸化膜およびリンとホウ素を高濃度に含む膜厚１μｍのシリコン酸化膜（以下ＢＰＳＧと呼ぶ）それぞれを平均粒径２．５μｍ、最大粒径１２．０μｍの酸化セリウムを含む粉体１ｗｔ％を水に懸濁させた研磨剤を用いて０．５μｍ研磨した後の、原子吸光法による不純物分析の結果を示す。参考のため、コンポール８０で研磨した場合の結果も示す。
　【０１６６】
　【表２】
表２から明らかなように、コンポール８０で研磨した場合には、シリコン熱酸化膜ではＲｅｆ．の研磨を行っていないものの値（文献に記載されている通常の値）に比べ１桁程度ナトリウムのレベルが高くなりており、ＢＰＳＧ膜においては２桁以上もナトリウムのレベルが高くなっている。
　【０１６７】
　これに対し、酸化セリウムを含む研磨剤で研磨したものでは、シリコン熱酸化膜、ＢＰＳＧ膜、共にナトリウムのレベルは、Ｒｅｆ．の研磨を行っていないものの値（文献に記載されている通常の値）と同等ないしはほぼ同等で、他の元素についても同等ないしはほぼ同等であった。また、Ｃｅについては１×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下であった。酸化セリウムを含む研磨剤は、先に述べたようにバストネサイトを粉砕、焼成したもので、特にアルカリ金属等を取り除く事は行っていないが、それでも絶縁層へのアルカリ金属汚染は観察されず、バストネサイトを原料とする研磨剤でも半導体装置の製造に支障ない事が分かる。
　【０１６８】
　次に、表３にシリコンを熱酸化シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、およびＢＰＳＧ膜それぞれを平均粒径２．５μｍ、最大粒径１２．０μｍの酸化セリウムを含む粉体１ｗｔ％を水に懸濁させた研磨剤を用いて研磨した際の研磨速度を示す。参考のため、コンポール８０および粒径１２ｎｍのシリコン粒子５ｗｔ％を水に懸濁させたもの、さらにこれにアンモニアを１０ｗｔ％加えたもの、および水酸化ナトリウムを０．２ｗｔ％加えたものも合わせて示す。
　【０１６９】
　【表３】
表３に示されるように、熱酸化したシリコン酸化膜の場合、コンポール８０の研磨速度は１１０ｎｍ／ｍｉｎ程度である。また、粒径１２ｎｍシリカ粒子５ｗｔ％を水に懸濁させただけのものでは、研磨速度は６ｎｍ／ｍｉｎと非常に小さい。これに、水酸化ナトリウムを０．２ｗｔ％加えたものでは研磨速度は５０ｎｍ／ｍｉｎ、アンモニアを１０ｗｔ％加えたものでは１８ｎｍ／ｍｉｎとそれぞれ増大するが、アンモニアの効果は水酸化ナトリウムの効果に比べて小さい。さらにまた、コンポール８０でシリコン窒化膜、ＢＰＳＧ膜を研磨した時の研磨速度はそれぞれ４０ｎｍ／ｍｉｎ、２００ｎｍ／ｍｉｎである。
　【０１７０】
　例えば５００ｎｍの熱酸化したシリコン酸化膜を研磨によって除去する場合、コンポール８０では約５分、粒径１２ｎｍのシリカ粒子５ｗｔ％を水に懸濁させたものに水酸化ナトリウムを０．２ｗｔ％加えたものでは約１０分であるが、アンモニアを１０ｗｔ％加えたものでは３０分程度もかかり実用できるものではない。
　【０１７１】
　これに対し、平均粒径２．５μｍ、最大粒径１２．０μｍの酸化セリウムを含む粉体１ｗｔ％を水に懸濁させた研磨剤で研磨した場合には、シリコン酸化膜の研磨速度が１０００ｎｍ／ｍｉｎ、シリコン窒化膜の研磨速度が３００ｎｍ／ｍｉｎ、ＢＰＳＧ膜の研磨速度が１２００β至１３００ｎｍ／ｍｉｎと非常に早く、５００ｎｍの膜を研磨によって除去するのにそれぞれ０．５分、２分程度と生産への実用に有効な速度が得られる。
　【０１７２】
　本実施例では、研磨剤はバストネサイトを粉砕、焼成してなる酸化セリウムを含む粉体を水に懸濁させたもので、その組成は、酸化セリウム５０ｗｔ％、その他の希土類金属の酸化物３７ｗｔ％程度のものを水に懸濁させたものについて述べたが、酸化セリウムを含む研磨剤は原料、製法、懸濁液の濃度など変更可能である。また、研磨する絶縁膜についてはシリコン熱酸化膜を中心に述べたが、化学的気相成長法で形成したシリコン酸化膜、窒化膜など他の絶縁膜、さらに、絶縁膜の一部に導体膜が形成されているものにおいても有効である。
　【０１７３】
　上記実施例によれば、酸化セリウムを含む研磨剤を用いることにより、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の絶縁膜を高速で研磨することができる。また、研磨の際に上記絶縁膜の内部にアルカリ金属汚染を引き起こす事もない。さらに、絶縁膜表面に傷を発生させることなく段差を平坦化しながら研磨することが可能である。従って、半導体装置の製造において従来の問題点を解消した、絶縁膜の研磨工程を実用化する事が容易になる。
　【０１７４】
　図２０（ａ）ないし図２０（ｃ）に本発明の他の実施例を示す。図２０（ａ）ないし図２０（ｃ）は製造途中の半導体装置の断面図であり、ここで図２０（ｂ）に示すように、半導体基板２０１に形成された半導体素子２１０を含む基板主表面全面上に絶縁膜２１２を成膜してから、その表面を図３に示すような研磨装置によりポリッシング法で平坦化すると図２０（ｃ）のように平坦な表面が得られる。ポリッシング法で使用する研磨剤として、主成分がＣｅＯ２とＨ２Ｏであり、主成分以外の不純物としてＮａ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｋ，Ｃａ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｒ，Ｗ，Ｐｂ，Ｔｈ，Ｕの各元素の濃度が１００ｐｐｍ以下であるものを用いる。各元素の濃度はＩＣＰ質量分析法により測定した。
　【０１７５】
　上記実施例におけるように、不純物をほとんど含まない高純度の研磨剤を用いることにより、ウェーハがポリッシュ中に研磨剤に触れたりポリッシュ後に研磨剤がウェーハ表面に残ったりしても、研磨剤に含まれる不純物による半導体装置の汚染を防ぐことができる。表４に本発明の方法及び従来の方法でポリッシュしたシリコン酸化膜を原始吸光分析法により測定したときの汚染状態を示す。表４から明らかなように、本発明によればＫ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｎｉについては検出限界以下の汚染状態であり、Ｎａ，Ｃａ，Ｆｅについてもそれぞれ２．３，０．９，３．４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であり、従来方法に比べて極めて汚染度が低いことがわかる。
　【０１７６】
　このように上記実施例の方法では半導体素子への汚染の心配もほとんどないので、半導体素子上に保護膜を形成する必要もなく、半導体装置の製造工程も簡便になり、生産性も向上する。
　【０１７７】
　【表４】
本発明の他の実施例に係る層関絶縁膜の平坦化方法を、図２１（ａ）ないし図２１（ｅ）の工程断面図を参照しながら説明する。
　【０１７８】
　まず、図２１（ａ）に示すように、所望の半導体素子（不図示）が形成されたＳｉ基板２０１上に下地としてのＳｉＯ２膜２０２を堆積する。
　【０１７９】
　次に図２１（ｂ）に示すように、このＳｉＯ２膜２０２上に厚さ１．１μｍのＡｌ配線２０６を形成する。
　【０１８０】
　次に図２１（ｃ）に示すように、Ａｌ配線２０６が形成された基板表面の全面にＳｉＯ２膜２０７を約１．２μｍの厚さに堆積する。
　【０１８１】
　次に図２１（ｄ）に示すように、ＳｉＯ２膜２０７上に、このＳｉＯ２膜２０７よりも研磨速度が遅い膜として、ポリシリコン膜２０８（研磨補助膜）を約０．１μｍの厚さに堆積する。
　【０１８２】
　この後、図３に示された研磨装置を用いてポリシリコン膜２０８、ＳｉＯ２膜２０７を研磨し、ＳｉＯ２膜２０７の表面の凹凸を除去する。研磨材としては、例えば、１ｗｔ％の酸化セリウム懸濁液を使用する。
　【０１８３】
　このような研磨工程により、図２１（ｅ）に示すように、ＳｉＯ２膜２０７を完全に平坦化できた。
　【０１８４】
　この様子を詳細に調べた結果を図２２に示す。この評価はＡｌ配線２０６の幅が５００μｍで、Ａｌ配線２０６のピッチ間が１０００μｍの場合のものである。図中、横軸は図２１（ｅ）の工程における研磨時間（秒）を示している。縦軸はＳｉＯ２膜２０２の表面からＳｉＯ２膜２０７の表面までの距離を示している。
　【０１８５】
　研磨を行なう前は、Ａｌ配線２０６がある部分（凸部）のＳｉＯ２膜２０２の表面からＳｉＯ２膜２０７の表面までの距離（図中の実線）と、Ａｌ配線２０６がない部分（凹部）のＳｉＯ２膜２０２の表面からＳｉＯ２膜２０７の表面までの距離（図中の点線）とは、ともにＡｌ配線２０６の膜厚と同じ１．１μｍである。
　【０１８６】
　研磨を行なうと、まず、凸部のポリシリコン膜２０８が除去されていき、研磨時間が約３０秒のところで、凸部ポリシリコン膜２０８が完全に除去され、凸部のＳｉＯ２膜２０７が露出する。凸部のポリシリコン膜２０８が優先的に除去されるのは、凸部にかかる荷重のほうが凹部のそれより大きいからである。
　【０１８７】
　凸部のポリシリコン膜２０８が削減すると、次には凸部のＳｉＯ２膜２０７が研磨によって除去されていく、この間、凹部のポリシリコン膜２０８は少しずつ研磨によって除去されていく。しかし、凹部にかかる荷重は凸部のそれに比べて小さいため、凸部のＳｉＯ２膜２０７が研磨によって除去されている間も、凹部にはポリシリコン膜２０８が残存し続ける。
　【０１８８】
　凸部のＳｉＯ２膜２０７が研磨によって除去されていくにしたがって、ＳｉＯ２膜２０７の表面の凹凸が緩和されていく。そして、研磨時間が約１００秒のところで、凹部のポリシリコン膜２０８はほぼ完全に消滅すると共に、ＳｉＯ２膜２０７の表面がほぼ完全に平坦になった。従って、ディッシングが生じること無く、必要最低限の削り量でＳｉＯ２膜２０７の平坦化が達成される。
　【０１８９】
　そして、研磨時間が約１００秒を経過した後は、平坦になったＳｉＯ２膜２０７を研磨することになるので、再び凹凸が現れることはない。
　【０１９０】
　以上述べたように本実施例の研磨による平坦化方法によれば、ＳｉＯ２膜２０７上に、これよりも研磨速度の遅いポリシリコン膜２０８を設けて研磨を行なっているので、必要最低限の削り量でＳｉＯ２膜２０７の平坦化が行なえる。更に、ＳｉＯ２膜２０７の平坦化が達成された後さらに研磨を続けても、ＳｉＯ２膜２０７に凹凸が生じることはない。
　【０１９１】
　また、本実施例では、ポリシリコン膜２０８の膜厚を０．１μｍとしたが、凹部のポリシリコン膜２０８は、凸部のポリシリコン膜２０８に対応して研磨されるため、ポリシリコン膜２０８の膜厚のマージンは広いものとなる。実際に、膜厚が０．０８μｍ，０．１５μｍのポリシリコン膜を用いても同様な結果が得られた。
　【０１９２】
　このように本実施例の平坦化方法は、ポリシリコン膜２０８の膜厚のマージンが大きく、しかも、従来のように、窒化シリコン膜などのストッパ膜を形成して、これをパターニングするという、複雑でコストがかかる工程が不要なので、実用性の高いものとなる。
　【０１９３】
　また、本発明者等の研究によれば、配線幅／ピッチ間隔に関係なく、被加工膜としてのＳｉＯ２膜は、図２２と同様な経時変化を示すことが分かった。
　【０１９４】
　図２３ないし図２７には、それぞれ、配線幅／ピッチ間隔が、２，５０，１００，２００，５００の場合についての、凸部における下地としてのＳｉＯ２膜の表面から被加工膜としてのＳｉＯ２膜の表面までの距離、および凹部のおける下地としてのＳｉＯ２膜の表面から被加工膜としてのＳｉＯ２膜の表面までの距離が示されている。
　【０１９５】
　これら図２３ないし図２７から、どの配線幅／ピッチ間隔の場合でも、研磨の初期段階では凹部の被加工膜としてのＳｉＯ２膜は研磨されず、研磨開始から一定時間後に凹部および凸部の被加工膜としてのＳｉＯ２膜がほぼ等しい速度で研磨されていくことが分かる。
　【０１９６】
　また、本発明者等の研究によれば、図２１（ｄ）の如きの構造の場合、Ａｌ配線２０６（Ａｌ配線とは限らない、つまり、被加工膜の凹凸部の原因となる下地膜）の厚さｘが、０．５≦ｘ≦１．５の範囲であれば、ポリシリコン膜２０８（ポリシリコン膜とは限らない、つまり、被加工膜よりも研磨速度の遅い膜）の厚さおよびるの研磨速度をそれぞれＡおよびａ、更にＳｉＯ２膜２０７（ＳｉＯ２膜とは限らない、つまり、被加工膜）の研磨速度をｂとした場合に、１００ａ≦ｂ・Ｂ≦２５０ａの条件で良好な結果が得られることが分かった。
　【０１９７】
　すなわち、下地膜の厚さが、０．５≦ｘ≦１．５の範囲の場合、上記条件で研磨を行なえば、被加工膜の膜厚に関係なく、被加工膜を完全に平坦に研磨できることが分かった。
　【０１９８】
　なお、本発明の場合、被加工膜上の研磨速度の遅い膜（研磨補助膜）は、その研磨速度が被加工膜のそれよりも遅くなければいけないので、次のような点に留意する必要がある。
　【０１９９】
　すなわち、被加工膜の研磨速度が研磨補助膜のそれより速くなるように荷重体の荷重をＷに設定しても、研磨の最中に荷重が小さいほうに変動すると、被加工膜ａの研磨速度が研磨補助膜ｂのそれよりも遅くなる恐れがある。このため、荷重の値に係わらず、常に被加工膜ａの研磨速度が研磨補助膜ｂのそれより速くなるようにすることが重要である。
　【０２００】
　なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではない。例えば、上記実施例では、被加工膜としてＳｉＯ２膜、被加工膜よりも研磨速度の遅い膜としてポリシリコン膜を用いた場合について説明したが、これら膜が他のものであっても良いし、更に、研磨剤も酸化セリウムに限定されるものではない。
　【０２０１】
　表５には、研磨剤（１ｗｔ％の酸化セリウム懸濁液、ＳｉＯ２粒子を分散させたコロイダルシリカ）と被加工膜／（アンドープのＳｉＯ２膜、ＳｉＮ膜、ポリシリコン膜、炭素膜、ＢとＰとを含むＳｉＯ２膜）との研磨速度関係が示されている。
　【０２０２】
　【表５】
この表５から、研磨剤、被加工膜として、それぞれ、酸化セリウム懸濁液、ＳｉＯ２膜（アンドープ）を用いた場合には、研磨速度の遅い膜として、ポリシリコン膜の他、窒化シリコン膜の炭素膜などを用いることができることが分かる。
　【０２０３】
　また、研磨剤、被加工膜として、それぞれ、コロイダルシリカ、ＳｉＯ２膜（アンドープ）を用いた場合にも、窒化シリコン膜や炭素膜などを用いることができることが分かる。
　【０２０４】
　また、上記実施例では、被加工膜が絶縁膜の場合について説明したが、本発明は、金属膜にも適用できる。この場合、例えば、表面に溝を有するＳｉＯ２膜の全面に被加工膜としてのＷ膜、研磨速度の遅い膜としてのＣｕ膜を順次堆積してＷ膜、Ｃｕ膜を研磨する。この場合、Ｃｕ膜はＷ膜に比べて十分に研磨され難いので、研磨剤の種類は広い範囲のものとなる。また、本発明は、Ｓｉ基板以外の半導体基板や半絶縁体基板にも適用でき乱
　【０２０５】
　以上詳述したようにこの実施例によれば、凹凸部を有する被加工膜上に、研磨速度が被加工膜のそれより遅い研磨補助膜を形成した後に、被加工膜、研磨補助膜の研磨を行なうことにより、ディッシングや工程数の増加を招くこと無く、被加工膜を平坦化できる。
　【０２０６】
　この発明のさらに他の実施例を図２８および図２９（ａ）ないし図２９（ｃ）を参照し、詳細に説明する。
　【０２０７】
　図２８は、この発明の実施例にかかる半導体装置の断面図を示すものであり、図２９（ａ）ないし図２９（ｃ）はその製造工程での断面を示しているものである。
　【０２０８】
　図２９（ａ）に示すように、半導体基板あるいは下地基板２０１上に例えば前記半導体基板２０１の表面を熱酸化して、例えば熱酸化膜２０２を形成する。更に、この熱酸化膜２０２上にポリシリコン等からなる導電膜２０３を形成する。更にこの導電膜２０３上に選択的にレジスト２０４を形成し、このレジスト２０４をマスクとして前記熱酸化膜２０２及び導電膜２０３、必要ならば半導体基板２０１を選択的に除去して凹部２１５，２１６としてのトレンチを形成する。凹部２１５は、近接した微細パターン２０４間に生じた凹部であり、凹部２１６は、凹部２１５に比べて開口幅が大きい凹部である。次に図２９（ｂ）に示すように、この凹部２１５，２１６を含む導電膜２０３上に周知のＣＶＤ法により絶縁膜を形成する。この絶縁膜２１７は、少なくとも、凹部２１５，２１６の高さ以上に形成する、この後、ケミカルメカニカルポリッシュ法を用いて絶縁膜２１７の表面から研磨を始める。具体的にいえば、ウェーハを下向きにセットしてバフ布を縛りつけたターンテーブル上に乗せて、ターンテーブルを回転させ、例えば酸化セリウム微粒子を含む研磨剤を用いて絶縁膜２１７を研磨する。あるいは、ウェーハを上向きにセットしたり、あるいはウェーハをキャリアに収納し両面研磨したりする。図２９（ｃ）に示すように、この時、導電膜２０３であるポリシリコンが研磨時のストッパーとして働き、導電膜２０３で研磨速度が遅くなるので、この時点でポリッシング工程をストップし、全ての凹部２１５，２１６を完全に平坦化される。
　【０２０９】
　また、導電膜２０３としては、表面部分が研磨時のストッパーとして働く効果を持つものであれば、別材質、例えばシリサイド膜、Ｃ（カーボン）、アモルファスシリコン、チタンナイトライドでも、またその積層構造であっても良い。
　【０２１０】
　更に、一般には、研磨剤として、コロイダルシリカが広く使われており、これはシリカ粒子を安定に分散きせておくためにＰＨ（水素イオン濃度）を１０付近の弱アルカリ性に調整してあり、ＰＨが変わると絶縁膜に対する十分な研磨速度が得られない。一方、この実施例においては、酸化セリウムを含む研磨剤を用いるので、ＰＨが７付近の中性領域においても、絶縁膜に対する十分な研磨速度が得られる。更に、中性領域の研磨剤であれば、ストッパーとなる導電膜等にピンホールがあり、その下部にアルミニウム配線のような腐食に弱い材料があったとしても、その材料を溶出させるようなこともない。
　【０２１１】
　また、以下に示す表６は、研磨物としての酸化膜の研磨速度を１としたときの各膜の研磨速度の酸化膜に対する選択比を示したものである。
　【０２１２】
　【表６】
上記表１により、絶縁膜が特に酸化膜である場合、この酸化膜を研磨する際は、ストッパーとしての導電膜が選択比が５．７のポリシリコンが適している。また、ストッパーとしては誘電膜でないものであるなら、選択比が２．６のシリコン窒化膜でも適する。しかし、選択比が５以上であるポリシリコンが特に望ましい。
　【０２１３】
　また、絶縁膜が特にシリコン窒化膜である場合、このシリコン窒化膜の研磨速度を１としたときのポリシリコンの研磨速度のシリコン窒化膜に対する選択比は２．２程度となる。従って、シリコン窒化膜を研磨する際は、ストッパーとしてポリシリコンは適する。
　【０２１４】
　また、ストッパーとして働く効果を持つ導電膜は、研磨物に対する選択比が大きいほど良く、特に選択比が５以上の材質であれば更に望ましい。
　【０２１５】
　このように、導電膜下が熱酸化膜であっても、酸化セリウムを含んだ研磨剤における絶縁膜のケミカルメカニカルポリッシュは適する。
　【０２１６】
　この発明のさらに他の実施例を図３０（ａ）ないし図３０（ｃ）を参照にし、詳細に説明する。図３０（ａ）ないし３０（ｃ）はこの発明の実施例における半導体装置の平坦化工程を示す図である。
　【０２１７】
　図３０（ａ）示すように、半導体基板あるいは下地基板２０１上に配線材料２２２を形成し、更にこの配線材料２２２上にポリシリコン等の誘電膜２０３を積層形成する。更にこの導電膜２０３上に選択的にレジスト２０４を形成し、このレジスト２０４をマスクとして前記導電膜２０３及び配線材料２２２を選択的に除去して、凹部２１５，２１６を形成する。凹部２１５は、近接した微細パターン間に生じた凹部であり、凹部２１６は、凹部２１５に比べて開口幅が大きい凹部である。次に図３０（ｂ）に示すように、この凹部２１５，２１６を含む導電膜２０３上に周知のＣＶＤ法により絶縁膜２１７を形成する。この絶縁膜２１７は、少なくとも、凹部２１５，２１６の高さ以上に形成する。この後、ケミカルメカニカルポリッシュ法を用いて絶縁膜２１７の表面から研磨を始める。具体的にいえば、ウェーハを下向きにセットしてバフ布を縛りつけたターンテーブル上に乗せてターンテーブルを回転させ、例えば酸化セリウム微粒子を含む研磨剤を用いて絶縁膜２１７を研磨する。あるいは、ウェーハを上向きにセットしたり、あるいはウェーハをキャリアに収納し両面研磨したりする。図３０（ｃ）に示すように、この時、導電膜２０３であるポリシリコンが研磨時のストッパーとして働き、導電膜２０３で研磨速度が遅くなるので、この時点でポリッシング工程をストップし、全ての凹部２１５，２１６を完全に平坦化される。
　【０２１８】
　このように、導電膜下が配線材料であっても、酸化セリウムを含んだ研磨剤における絶縁膜のケミカルメカニカルポリッシュは適する。
　【０２１９】
　この発明の他の実施例を図３１（ａ）および図３１（ｂ）を参照にし、詳細に説明する。図３１（ａ）および３１（ｂ）は他の実施例における半導体装置の平坦化工程を示す図である。
　【０２２０】
　図３１（ａ）に示すように、半導体基板あるいは下地基板２０１上に選択的に配線部２２２を形成し、更にこの配線部２２２を含む半導体基板２０１上に絶縁膜熱２２３、導電膜２２４を積層させる。更にこの絶縁膜２２５及び導電膜２２４を選択的に除去して凹部２２５を形成し、配線部２２２表面を露出させる。更に、配線部２２２を有する導電膜２２４上にアルミニウム等の配線材２２５を凹部２２５の深さ以上に形成させる。この後、ケミカルメカニカルポリッシュ法を用いて配線材２２６の表面から研磨を始める。具体的にいえば、ウェーハを下向きにセットしてバフ布を縛りつけたターンテーブル上に乗せてターンテーブルを回転させ、例えば酸化セリウム微粒子を含む研磨剤を用いて配線材２２６を研磨する。あるいは、ウェーハを上向きにセットしたり、あるいはウェーハをキャリアに収納し両面研磨したりする。図３２（ａ）に示すように、この時、導電膜２２４が研磨時のストッパーとして働き、導電膜２２４と配線材２２６は完全に平坦化される。すなわち凹部２２５の内部だけに配線材２２６が残存し、埋め込みが配線を形成することができる。
　【０２２１】
　導電膜２２４は、ストッパーとしての機能を有するポリシリコン等が望ましい。
　【０２２２】
　この実施例では、絶縁膜２２３上に導電膜２２４を積層して、導電膜２２４をストッパーとして研磨させたが、少なくとも、絶縁膜２２３の表面部分すなわち研磨される部分がストッパーとして働く効果を持つものであれば、導電膜２２４を形成する必要はない。
　【０２２３】
　以上のように、配線材をもケミカルメカニカルポリッシュ法で研磨することができる。
　【０２２４】
　この発明のさらに他の実施例を図３２（ａ）ないし図３２（ｃ）を参照にし、詳細に説明する。
　【０２２５】
　図３２（ａ）ないし図３２（ｃ）はさらに他の実施例における半導体装置の平坦化工程を示す図である。
　【０２２６】
　図３２（ａ）に示すように、半導体基板あるいは下地基板２０１上に配線、半導体多結晶層、キャパシタ、電極等の凸状段差層すなわちパターン２３１を形成する。更に、パターン２３１を有する半導体基板２０１上に第一の絶縁膜２３２を形成し平坦化する。この第一の絶縁膜２３２上に選択的に配線部２３４を形成する。この配線部２３４を含む第一の絶縁膜２３２上に第二の絶縁膜２３３となる予定のアモルファスシリコン２３３Ａを堆積する。この後、アモルファスシリコン２３３Ａ上に第三の絶縁膜２３５を少なくとも配線部２３４の高さ以上に形成する。この後、ケミカルメカニカルポリッシュ法を用いて第三の絶縁膜２３５の表面から研磨を始める。具体的にいえば、ウェーハを下向きにセットしてバフ布を縛りつけたターンテーブル上に乗せてターンテーブルを回転させ、例えば酸化セリウム微粒子を含む研磨剤を用いて第三の絶縁膜２３５を研磨する。あるいは、ウェーハを上向きにセットしたり、あるいはウェーハをキャリアに収納し両面研磨したりする。図３２（ｂ）に示すように、この時、第二の絶縁膜２３３となる予定のアモルファスシリコン２３３Ａが研磨時のストッパーとして働き、アモルファスシリコン２３３Ａと第三の絶縁膜２３５は完全に平坦化される。ただし、このままでは、アモルファスシリコン２３３Ａは導電性であるため、これを絶縁性にするために、図３２（ｃ）に示すように、研磨後、後酸化して絶縁性の第二の絶縁膜２３３に突出させる。
　【０２２７】
　前記アモルファスシリコンは、４００℃以下の低温で成膜できる。そのため、この第二の絶縁膜２３３下部に配線部２３４として、アルミニウム配線等の配線が存在する場合でも、配線形成後に成膜可能であり、８００℃程度の高温で成膜するポリシリコン膜を使えない多層工程への応用に適している。また、配線部２３４上のストッパーとして第二の絶縁膜２３３の形成工程の簡単である。
　【０２２８】
　また、多層工程以外にも配線部２３４の代わりに、ポリシリコン配線や電極が存在する場合では、ポリシリコン配線や電極を覆って形成された絶縁膜を平坦化する際、ストッパーを特段に形成する必要はなく、ポリシリコン配線や電極自身をストッパーとして利用でき、非常にプロセスが簡単になる。
　【０２２９】
　上記実施例における半導体装置の平坦化工程では、エッチバックやリフロー等により半導体装置の平坦化を行わないので、凹部や凸部の寸法によらず平坦化が可能であり、更に、酸化セリウムを含んだ中性領域の研磨剤で研磨するので、研磨の下部層の腐食の心配がなく、絶縁膜の凸部から研磨しはじめ表面全体を平坦化することができる。
　【０２３０】
　また、研磨を止めたい任意の場所にストッパーとしての絶縁膜等を成膜することにより、精度良く平坦化を制御することができる。このため、平坦化後に研磨表面に凹凸を残さずほぼ完全な平坦化を達成でき、後工程のパターニング等も良好に行うことができる。例えば、後工程での配線パターニングの際に、表面の凹凸に起因する露光時の焦点深度の差から生ずる配線の細り等の不都合がなくなる。特に、電極のすぐ上の絶縁膜に適用すれば、電極周辺の構造が今後ますます複雑化したり段差が大きくなっても、後工程に与える悪影響をなくすことができる。そのため、層間配線、層間絶縁膜形成が従来よりも良好にでき、より微細化される将来の配線形成にも十分対応できる。
　【０２３１】
　また、絶縁膜だけでなく配線材の研磨にも適用することができ、たいへん応用範囲が広がる。
　【０２３２】
　また、製造コストの削減、製品歩留まりアップといった効果も期待できる。
　【０２３３】
　また、ストッパーとして、導電性のポリシリコンや高抵抗のアモルファスシリコン、また各種シリサイド膜等が使用ではきるので、プロセスに応じてそれらの適当なものを選ぶことができることも大きなメリットである。
　【０２３４】
　以上述べたように、中性領域においても凹部や凸部の寸法によらず絶対的な平坦化が可能であり、高い歩留まり、高信頼性の半導体装置を得ることができる。
　【０２３５】
　図３３（ａ）ないし図３３（ｊ）を参照して本発明のさらに他の実施例を説明する。図３３（ａ）ないし図３３（ｊ）は、層間絶縁膜を平坦化する工程に関する工程断面図を示す。
　【０２３６】
　まず図３３（ａ）に示すように、表面に半導体素子（不図示）が形成されるＳｉ基板２０１上に、厚さ１μｍのＳｉＯ２膜２０２を形成する。次いで、このＳｉＯ２膜２０２上に厚さ５００ｎｍのポリシリコン膜２０３を形成する。
　【０２３７】
　次に、図３３（ｂ）に示すように、ポリシリコン膜２０３上に研磨のストッパーとなる厚さ１００ｎｍの炭素膜２４４を形成する。この炭素膜２４４は、Ａｒ雰囲気中でグラファイト板をターゲットとしたＤＣマグネトロンスパッタリング法を用いて形成する。この炭素膜２４４を形成する条件は、圧力４ｍＴｏｒｒ、投入電力３．５Ｗ／ｃｍ２、Ａｒ流量４０ＳＣＣＭである。なお、この炭素膜２４４の構造をエックス線回折を用いて調べたところ、構造は非晶質若しくは微結晶であった。また、四探針法による膜の比抵抗の測定では、０．７５Ωｃｍという値が得られた。
　【０２３８】
　次に、図３３（ｃ）に示すように、炭素膜２４４上に厚さ１．５μｍのフォトレジスト（感光性樹脂層）２４５を塗布する。次に、マスクパターン（図示せず）を用いてこのフォトレジスト２４５を露光した後、現像を行って露光された炭素膜２４４の部分を除去し、フォトレジストパターン２４５を形成する。
　【０２３９】
　次に、図３３（ｄ）に示すように、このフォトレジストパターン２４５をマスクとして、Ｏ２ガスを使用したＲＩＥ法により炭素膜をパターニングする。次に、図３３（ｅ）に示すように、ＣＦ４ガスを使用したＲＩＥ法によりポリシリコン膜２０３をパターニングする。
　【０２４０】
　次に、図３３（ｆ）に示すように、ＣＦ４とＯ２の混合ガスをマイクロ波放電させた下流でフォトレジストを灰化処理するダウンフロータイプの灰化処理装置によりフォトレジストパターン２４５を剥離した後、図３３（ｇ）に示すように、全面に層間絶縁膜として厚さ１μｍのＳｉＯ２膜２４６を形成する。ここで、ＳｉＯ２膜２４６の表面にはポリシリコン配線２０３に対応して凹凸の段差が生じている。すなわち、ポリシリコン配線２０３の上部のＳｉＯ２膜２４６と隣のポリシリコン配線２０３の上部のＳｉＯ２膜２４６との間に谷間状の段差が形成されている。この段差は以下の工程で平坦化されるべきものである。
　【０２４１】
　次に、ＳｉＯ２膜２４６を研磨する。この結果を図３３（ｈ）に示す。この研磨は、図３に模式図を示すような装置を用いて行われる。
　【０２４２】
　図３において、ターンテーブル５０２の上面の中心部には、研磨供給パイプ５０３を回して研磨剤が供給される。ターンテーブル５０２は約１００ｒｐｍで回転させられる。ターンテーブル５０２の上面には研磨用クロス５０４が形成され、研磨されるウェーハ１が載置されている。ウェーハ１は、約１００ｒｐｍで回転する荷重体５０１によって上方から約４０ｋｇｆの荷重で押し付けられている。
　【０２４３】
　研磨剤は、粒径８０ｎｍのＳｉＯ２粒子を水に懸濁させたものである。ＳｉＯ２粒子の量は２０ｗｔ％であり、また、水溶液の水素イオン濃度は水酸化ナトリウムを加えることによりｐＨ１２．０に調整してある。
　【０２４４】
　図３３（ｈ）に示すように、このようにして研磨されたＳｉＯ２膜２４６表面および炭素膜２４４は、平坦になっていることが確認された。また、ＳｉＯ２膜２４４の研磨において、６インチウェーハどの位置においても、炭素膜２４４の下層のポリシリコン配線２０３が研磨されることなく、研磨は炭素膜２４４の一部が残った状態で停止していた。
　【０２４５】
　この後、図３３（ｉ）に示すようにバレル型のＯ２プラズマ灰化装置により炭素膜２４４を剥離する。次に、層間絶縁膜として厚さ１μｍのＳｉＯ２膜２４７を形成することにより、図３３（ｊ）に示すような平坦な層間絶縁膜のＳｉＯ２膜２４７が完成する。図３３（ｊ）において層間絶縁膜のＳｉＯ２膜２４７は、図９（ｃ）で示した従来の例と異なり、図３３（ｉ）の工程で剥離された炭素膜２４４の厚さの分に対応する凹凸を除けば、６インチウェーハの全体に渡ってほぼ平坦に形成されていることがわかる。
　【０２４６】
　本実施例の構成によれば、研磨の工程の前にポリシリコン膜２０３を介してストッパーとしての炭素膜２４４を形成する工程を設けたので、被研磨物であるポリシリコン膜２０３、ＳｉＯ２膜２４６とストッパーとしての炭素膜２４４との研磨速度の選択比を非常に大きく取ることができ、炭素膜２４４の一部が残存する状態で研磨を停止することができる。この結果、研磨量の制御を容易に行うことができ、層間絶縁膜のＳｉＯ２膜２４７をウェーハの全体に渡ってほぼ平坦に形成することができる。
　【０２４７】
　次に、図３４（ａ）ないし図３４（ｉ）を参照して本発明の他の実施例を説明する。本実施例は薄膜半導体素子に於けるシリコンの薄膜化に関する。
　【０２４８】
　図３４（ａ）に示すように、まず、Ｓｉ基板２０１上に８００ｎｍのＳｉＯ２膜２０２を形成する。次に、図３４（ｂ）に示すように、別のＳｉ基板２５１をＳｉ基板２０１上にＳｉＯ２膜２０２を介して８００℃に加熱し張り付ける。
　【０２４９】
　次に、図３４（ｃ）に示すように、Ｓｉ基板２５１にＳｉＯ２膜２０２表面に到達する穴を開孔する。
　【０２５０】
　次に、図３４（ｄ）に示すように。Ｓｉ基板２５１表面にストッパーとしての炭素膜２４４を、Ａｒ雰囲気中でグラファイト板をターゲットとしたＤＣマグネトロンスパッタリング法を用いて１００ｎｍの厚さに形成する。
　【０２５１】
　次に、図３４（ｅ）に示すように、炭素膜２４４上に厚さ１．５μｍのフォトレジスト（感光性樹脂層）を塗布し、マスクパターン（図示せず）を用いてこのフォトレジストを露光する。次に、現像を行って露光された炭素膜２４４の部分を除去し、Ｓｉ基板２５１に開孔した穴部分にのみフォトレジストの残るフォトレジストパターン２４５を形成する。
　【０２５２】
　次に、図３４（ｆ）に示すように、このフォトレジストパターン２４５をマスクとしてＯ２ガスを使用したＲＩＥ法により炭素膜ａ４４をパターニングする。次に、図３４（ｇ）に示すように、ＣＦ４とＯ２の混合ガスをマイクロ波放電させた下流でフォトレジストを灰化処理するダウンフロータイプの灰化処理装置により、フォトレジストパターン２４５を剥離する。
　【０２５３】
　次に、Ｓｉ基板２４５を研磨する。この結果を図３５（ｈ）に示す。この研磨は、図３に模式図を示すような装置を用いて行われる。研磨剤は、粒径８０ｎｍのＳｉＯ２粒子を水に懸濁させたもので、ＳｉＯ２粒子の量は２０ｗｔ％であり、また、水溶液の水素イオン濃度は水酸化ナトリウムを加えることによりｐＨ１２．０に調整してある。
　【０２５４】
　図３４（ｈ）に示すように、このようにして研磨されたＳｉ基板２５１表面は、平坦になっていることが確認された。また、Ｓｉ基板２５１の研磨において、６インチウェーハどの位置においても、炭素膜２４４の下層のＳｉＯ２膜２０２が研磨されることなく、研磨は炭素膜２４４の一部が残存する状態で停止していた。また、Ｓｉ基板２５１の膜厚は炭素膜２４４と同じ１００ｎｍ程度であった。
　【０２５５】
　この後、図３４（ｉ）に示すようにバレル型のＯ２プラズマ灰化装置により炭素膜２４４を剥離することにより、薄膜半導体素子に於けるシリコンの薄膜化が完了する。
　【０２５６】
　本実施例の構成によれば、研磨の工程の前にＳｉ基板２５１およびＳｉＯ２膜２０２を介してストッパーとしての炭素膜２４４を形成する工程を設けたので、被研磨物であるＳｉ基板２０３とストッパーとしての炭素膜２４４との研磨速度の選択比を非常に大きく取ることができ、炭素膜２４４の一部が残存する状態で研磨を停止することができる。この結果、研磨量の制御を容易に行うことができ、薄膜半導体素子に於けるシリコンの薄膜化を高精度に行うことができる。
　【０２５７】
　ここで、種々の研磨剤を用いた場合の種々の膜の研磨速度を、表７に示す。
　【０２５８】
　【表７】
なお、図３３および図３４を参照してのべた上記実施例では、非研磨膜としてＳｉＯ２膜とＳｉについて述べ、また、研磨剤としては粒径８０ｎｍのＳｉＯ２粒子を水に懸濁させ、水酸化ナトリウムを加えることによりｐＨ１２．０に調整したものを中心に述べた。しかし、本発明はこれに限定されず、炭素膜と被研磨物との研磨速度の選択比が取れる限りは被研磨物は他の材料であってもよく、研磨剤も、他の粒子、他の水素イオン濃度、他の薬剤を用いたものでも良い。例えば表７に示したようにＣｅＯ２懸濁液を研磨剤として使用してもよい。
　【０２５９】
　以上説明したように、本発明によれば、被加工層を研磨する工程の前に、研磨速度が非常に遅い炭素膜を研磨のストッパーとして形成する工程を有するので、被研磨物とストッパーとの研磨速度の選択比を非常に大きく取ることができ、この結果、研磨量の制御を容易に行うことができる。さらに、炭素膜は種々の化学薬品に対して非常に安定であるので、研磨剤の種類によらず使用することができる。
　【０２６０】
　したがって、被加工層としての被加工膜の下層、内部、上層、或いは隣接部等の少なくとも一部にストッパーとなる炭素膜を形成して被加工層の研磨を行うことにより、研磨剤の種類によらず被研磨物との研磨の選択比が大きくとれるため、研磨量の制御が容易になり、化学的不安定性等の実用にあたっての障害が解消される。
　【０２６１】
　以下、本発明による他実施例を図面３５を参照しながら詳細に説明する。
　【０２６２】
　図３５は、本発明に用いた研磨装置の模式図である。
　【０２６３】
　ターンテーブル５０２の上面には研磨クロス５０４が貼られ、研磨クロス５０４中央には研磨剤供給パイプ５０３を介して研磨剤５０５が供給される。
　【０２６４】
　研磨剤は、１ｗｔ％酸化セリウム懸濁液を用いた。
　【０２６５】
　研磨されるウェーハ１は、直径１５０ｍｍで荷重体５０１に保持され、ウェーハ２０１表面には被加工層として１μｍのＳｉＯ２膜がＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｕｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により成膜されている。また図中では省略したが、この装置には荷重体５０１を２台設け、２枚のウェーハ１同時に処理するようにしてもよい。
　【０２６６】
　ターンテーブル５０２は、モーター５１１によって駆動されており、モーター５１１にはモーターに流れる電流を測定する電流計５１３が接続されている。また、電流計５１３で測定された電流値は、演算器５４１で仕事量に換算され、仕事量の積算値が一定になったところで、研磨を停止させる信号を発する。
　【０２６７】
　図３５に示す装置を用いて、研磨速度の経時変化、およびそのときにモーターに流れる電流量を示したのが、図３６である。
　【０２６８】
　研磨速度は、時間と共に増大する傾向にあるが、所々で変動しているのが観察され、全体では３０％も研磨速度が変化している。また、研磨速度の変化に対応した形で、モーターに流れる電流量も変化しているのがわかる。
　【０２６９】
　図３７は、モーターに流れる電流と研磨速度の調べたものである。
　【０２７０】
　図３７より、モーターに流れる電流と研磨速度の間に、１対１の相関があることが確認された。これより、モーターに流れる電流を測定することにより研磨速度を知ることができ、この研磨速度を時間で積分してゆくと、その時間までの研磨量を知ることができる。
　【０２７１】
　さらに、モーターに流れる電流値を被加工層と研磨剤の保持された定盤との間の摩擦に変換し、整理したのが図３８である。
　【０２７２】
　図３８より、被加工層と研磨剤の保持された定盤との間の摩擦は、研磨速度とほぼ比例関係にある。
　【０２７３】
　また、図３９は、ターンテーブル５０２および荷重体５０１の回転速度を変化させた場合の研磨速度を調べたものである。
　【０２７４】
　図３９より、ターンテーブル５０２および荷重体５０１の回転速度と研磨速度の間には比例関係があることが確認された。
　【０２７５】
　また、当然のことながら、研磨時間と研磨量の間には比例関係がなりたつことが別の実験により確認されている。
　【０２７６】
　そうすると、図３８における摩擦に、ターンテーブル５０２と荷重体５０１の相対速度を乗じ、時間で積分した、被加工層と研磨剤の保持された定盤との間でされる仕事量は、研磨速度を時間で積分した研磨量と比例関係にあるということがいえる。
　【０２７７】
　実際、図３５に示す装置を用いて、被加工層と研磨剤の保持された定盤との間でされる仕事量を４５０００Ｊに設定し、０．６０μｍのＳｉＯ２膜を研磨で除去しようとしたが、１２０枚のウェーハを処理して、研磨量は０．５９μｍから０．６２μｍで、ばらつきは５％以下であった。
　【０２７８】
　また、フッ素を含むＳｉＯ２膜やホウ素とリンを含むＳｉＯ２膜についても検討を行ったが、フッ素を含むＳｉＯ２膜の場合には、上記実施例の場合と全く同じ結果が、ホウ素とリンを含むＳｉＯ２膜の場合には、単位仕事量での研磨量が上記実施例の場合よりも３割程度速い結果が得られた。
　【０２７９】
　本発明の構成によれば、被加工層であるＳｉＯ２膜と研磨剤である酸化セリウムが保持された定盤の間でされる仕事量を積算し、この積算された仕事量が、所定量となった時点で研磨を終了させることにより、ＳｉＯ２膜の研磨量を精度良く制御する事ができた。
　【０２８０】
　なお、上記実施例では、被加工層としてＳｉＯ２膜、研磨剤として酸化セリウムを用いた場合について述べたが、被加工層や研磨剤は他の材料でも良い。
　【０２８１】
　研磨装置の構造も実施例に述べたものに限られるものではない。
　【０２８２】
　また、実施例では、被加工層であるＳｉＯ２膜と研磨剤である酸化セルウムが保持された定盤の間でされる仕事量の間に比例関係がある場合について述べたが、完全な比例関係がなくても、被加工層と研磨剤の保持された定盤の間の摩擦が、研磨速度と１対１に対応していれば、研磨量は研磨中に知ることができる。
　【０２８３】
　さらに、前述したように、被加工層と研磨剤の保持された定盤の間の摩擦と研磨速度が比例関係にない場合でも、被加工層と研磨剤の保持された定盤の間の摩擦あるいはモーターに流れる電流と研磨速度の間に、１対１の相関があれば、これより、摩擦あるいはモーターに流れる電流を測定することにより研磨速度を知ることができ、この研磨速度を時間で積分してゆくと、その時間までの研磨量を知ることができる。
　【０２８４】
　以上説明したように、この実施例によれば、半導体基板に形成された被加工層を研磨する半導体装置の製造方法において、被加工層と研磨剤の保持された定盤との間の摩擦を研磨中に測定し、この摩擦をもとに被加工層の研磨速度を算出すれば、この研磨速度を時間で積分してゆくことにより、その時点までの研磨量を知ることができ、研磨量を精度良く制御することができる。
　【０２８５】
　以下に本発明の他の実施例について、図４０、図４１、図４２および図４３を参照しながら説明する。
　【０２８６】
　図４０は、本発明平坦化装置の斜視図でターンテーブル５０２上の研摩面５０４に供給される。研磨剤５０５により、半導体ウェーハ２０１を研摩する。ターンテーブル５０２下とウェーハ支持部５０１を回転するシャフト５１７，５１８にはシャフト５１７，５１８の歪みを検知する。歪みゲージなどによる歪みセンサ５５１，５５２が設置されている。さらにシャフト５１７，５１８はベルト５１９，５２０を介し、モーター５１１，５１２に連結されている。モーター５１１，５１２による駆動力により、研摩面５０４とウェーハ間２０１の摩擦により生じた負荷はシャフト５１７，５１８に歪みを与え、歪みゲージ等を用いた歪みセンサ５５１，５５２はこの歪み量を電気信号に変換される。図４１に示す様に研摩による負荷とシャフトの歪み及びこれらによる電気信号は直線の関係となる。このことにより、歪みセンサ５５１，５５２より出力された信号は、研摩面５０４とウェーハ２０１の表面の状態を適格に伝えている。よって図４２に示す様な、ウェーハ２０１面上の配線層２１０と絶縁層２１２で構成された凸凹面を研摩する際に本実施例では被研摩部分である絶縁層２１２の研摩面積を確実に検知し、図４３に示すような被研摩面１４が完全平坦化された際の情報を伝えることができる。
　【０２８７】
　本発明の他の実施例として歪みセンサはターンテーブル５０２側、ウェーハ保持装置側のいづれか一方の側に設置されても良くまたモーター５１１，５１２はベルト５１９，５２０介さずそれぞれ直結されてもよい。他に被研摩部分は絶縁層２１２のみに限らず配線層２１０までをも被研摩部分としても良い。
　【０２８８】
　本実施例により、下記の効果が有る。
　【０２８９】
　平坦化装置のターンテーブル５０２、ウェーハ支持装置を回転するシャフトに歪みセンサ５５１，５５２を取り付けるだけの簡単な操作により、１）より高精度な完全平坦化が実現できる。
　【０２９０】
　２）絶縁層の完全平坦化が研摩の配線への到達する前に、情報として検知されるため、配線層への影響が無く、配線層の信頼性が高い。
　【０２９１】
　３）上記２）と同じ理由により配線層の断線等が防止することができ高い歩留りが得られる。
　【０２９２】
　４）被研摩層の下に研摩停止のための硬い材料層の設置が不要となり、余分なプロセスが無くなり、半導体集積回路の生産性向上、コストダウンが実現できる。
　【０２９３】
　さらに硬い材料層の存在不要により、平坦化後の絶縁層のさらなる積層が不要である。
　【０２９４】
　以下、図面を参照してこの発明のさらに他の一実施例について説明する。
　【０２９５】
　図４４は、この発明の実施例による研磨装置における研磨部を示す概略図である。ターンテーブル５０２は、図示せぬ第１の駆動モーター（図４０で５１１であらわす）により回転可能に形成されている。前記テーブル５０２上には研磨用クロスである研磨用不織布５０４が設けられており、この不織布上には図示せぬ研磨剤供給ノズル（図４０で５０３）が設けられている。前記不織布の上方にはウェーハを保持する保持部５０１が設けられており、この保持部５０１における下面、即ち前記テーブル５０２の上面に対向する面には摩擦測定用ウェーハ６０１が保持されている。前記保持部５０１の上面にはその回転軸の一端が設けられており、この回転軸を介して図示せぬ第２の駆動モーター（図４０で５１２）により前記保持部５０１は回転可能に形成されている。前記テーブル５０２および保持部５０１それぞれの回転については、前記第１および第２の駆動モーターを介して制御部６１１により制御されている。この制御部６１１は、図４５に示すように、研磨条件の設定部、Ｆ／Ｆ０（後述）の演算部および研磨条件の再設定部から構成されている。
　【０２９６】
　上記構成において、先ず、摩擦を測定するための被研磨物、例えば摩擦測定用半導体ウェーハ６０１が準備される。この摩擦測定用ウェーハ６０１は、シリコン基板の表面上にシリコン酸化膜が形成され、このシリコン酸化膜はパターニングされてないとともに充分に厚く形成されたものである。前記摩擦測定用ウェーハ６０１は前記保持部５０１における下面に取り付けられる。前記第１の駆動モーターによりテーブル５０２は回転され、前記第２の駆動モーターにより保持部５０１は回転される。この際の回転数は第１の回転数される。この第１の回転数とは、摩擦測定用ウェーハ６０１に対するテーブル５０２とともに回転している前記不織布の相対速度に対応する。
　【０２９７】
　この後、前記研磨剤供給ノズルから研磨剤、５０５、例えば酸化セリウムの懸濁液５０５が図示のように前記不織布５０４の上に供給される。この不織布は酸化セリウムの懸濁液５０５を保持し、スムーズに排出する機能を持っている。次に、前記保持部５０１が移動制御手段（図示せず）により下方に移動されることにより、前記摩擦測定用ウェーハ６０１はテーブル５０２上の不織布に接触される。このとき、前記摩擦測定用ウェーハ６０１には第１の荷重がかけられている。この後、前記保持部５０１はテーブル５０２の上面と平行な方向、即ち水平方向に移動され、前記摩擦測定用ウェーハ６０１は第１の研磨時間だけ研磨される。すなわち、前記摩擦測定用ウェーハ６０１は上記の第１の研磨条件、つまり第１の荷重、第１の研磨時間、第１の回転数により研磨される。
　【０２９８】
　前記研磨の際、図４５に示す制御部６１１における研磨条件の設定部において、前記第１、第２の駆動モーターに流れる電流値が測定される。この電流値は稼働段階において測定されたものである。この稼働段階とは、前記不織布の使用初期段階を除いたものをいう。つまり、不織布の使用初期段階では、不織布において研磨剤５０５の目詰まりが著しく進むことにより、不織布と被研磨物との接触面の摩擦が急激に上昇し、この後、前記摩擦の変化が少なくなり、安定した状態となる。この状態が稼働段階である。
　【０２９９】
　次に、前記電流値および前記不織布と摩擦測定用ウェーハ６０１との接触面における摩擦Ｆ０の間には所定の関係があり、この電流値から前記摩擦Ｆ０は所定の演算により計算される。次に、この摩擦Ｆ０と摩擦測定用ウェーハ６０１が研磨される研磨速度との間には所定の関係があり、この摩擦Ｆ０から研磨速度が所定の演算により計算される。すなわち、前記電流値と前記研磨速度との間には図４６に示すような相関関係が成り立つため、この電流値から研磨速度を算出することができる。
　【０３００】
　図４６は、駆動モーター電流値と研磨速度との関係を示す図である。表面上にシリコン酸化膜が形成された摩擦測定用ウェーハ６０１が準備され、この摩擦測定用ウェーハ６０１が上記のように研磨される。この際の前記第１および第２の駆動モーターに流れる電流値およびこの電流値における研磨速度それぞれが測定された。図４６の曲線は、前記電流値と研磨速度との関係を示す特性曲線である。これから、電流値と研磨速度との間には相関関係があること、即ち１対１の対応関係があることがわかる。
　【０３０１】
　この後、前記テーブル５０２および保持部材５０１それぞれの回転が停止され、前記保持部材５０１において、摩擦測定用ウェーハ６０１から半導体装置製造用ウェーハ６０２に交換される。次に、前記研磨速度に基づいて半導体装置製造用ウェーハ６０２上のシリコン酸化膜を研磨する第２の研磨条件、即ち第２の荷重、第２の研磨時間、第２の回転数が設定される。この後、前記第１および第２の駆動モーターそれぞれによりテーブル５０２および保持部材５０１は第２の回転数で回転され、前記半導体装置製造用ウェーハ６０２には第２の荷重がかけられる。これにより、前記半導体装置製造用ウェーハ６０２は第２の研磨時間だけ研磨される。
　【０３０２】
　次に、前記第２の研磨条件により半導体装置製造用ウェーハ６０２が複数枚研磨されることによって、前記不織布が所定の時間使用された後、前記テーブル５０２および保持部５０１それぞれの回転が停止される。次に、前記保持部５０１において、半導体装置製造用ウェーハ６０２から前記摩擦測定用ウェーハ６０１に交換させる。この後、前記第１および第２の駆動モーターそれぞれによりテーブル５０２および保持部５０１は第１の回転数で回転され、前記摩擦測定用ウェーハ６０１には第１の荷重がかけられる。これにより、前記摩擦測定用ウェーハ６０１は第１の研磨時間だけ研磨される。
　【０３０３】
　前記研磨の際、図４５に示す制御部６１１におけるＦ／Ｆ０の演算部において、前記第１、第２の駆動モーターに流れる電流値が測定される。この電流値から前記摩擦測定用ウェーハ６０１と不織布との接触面における摩擦Ｆは所定の演算により計算され、この摩擦Ｆおよび前記摩擦Ｆ０によりＦ／Ｆ０の値が算出される。
　【０３０４】
　この後、前記Ｆ／Ｆ０の値が０．９より大きく、１．１より小さい場合は、図４５に示す制御部６１１における研磨条件の再設定部において、研磨量を一定に保つため、前記第２の研磨条件による研磨速度と同じ研磨速度となるように、第３の研磨条件、即ち第３の荷重、第３の研磨時間、第３の回転数が前記Ｆ／Ｆ０の値から計算される。次に、前記テーブル５０２および保持部５０１それぞれの回転が停止される。次に、前記保持部５０１において、摩擦測定用ウェーハ６０１から半導体装置製造用ウェーハ６０２に交換される。この際、前記第３の研磨条件に再設定される。すなわち、前記第１および第２の駆動モーターそれぞれによりテーブル５０２および保持部５０１は第３の回転数で回転され、前記半導体装置製造用ウェーハ６０２には第３の荷重がかけられる。これにより、前記半導体装置製造用ウェーハ６０１は第３の時間だけ研磨される。
　【０３０５】
　また、前記Ｆ／Ｆ０の値が０．９以下または１．１以上の場合は、前記不織布を再生させるための処理、例えば不織布にドレッシング、シーズニング、洗浄等が施される。このドレッシングとは、ブラシにより不織布上に溜っている余分な研磨剤５０５、即ち不織布に目詰まりしている研磨剤５０５を除去することをいう。このドレッシングにより前記不織布のコンディションを良くすることができる。次に、前記摩擦測定用ウェーハ６０１は第１の条件により研磨される。この研磨の際、図４５に示すＦ／Ｆ０の演算部において、上述したようにＦ／Ｆ０の値が算出される。
　【０３０６】
　この後、前記Ｆ／Ｆ０の値が０．９以下または１．１以上の場合は、前記不織布を再生させるための処理が再び施される。前記Ｆ／Ｆ０の値が０．９より大きく、１．１より小さい場合は、図４５に示す研磨条件の再設定部において、研磨量を一定に保つため、前記第２の研磨条件による研磨速度と同じ研磨速度となるように、第３の研磨条件が前記Ｆ／Ｆ０の値から計算される。次に、前記テーブル５０２および保持部５０１それぞれの回転が停止される。次に、前記保持部５０１において、摩擦測定用ウェーハ６０１から半導体装置製造用ウェーハ６０２に交換される。この後、前記第３の研磨条件に再設定される。
　【０３０７】
　次に、前記第３の研磨条件により半導体装置製造用ウェーハ６０２が複数枚研磨されることによって、前記不織布が所定の時間使用された後、前記テーブル５０２および保持部５０１それぞれの回転が停止される。この後、前記保持部５０１において、半導体装置製造用ウェーハ６０２から前記摩擦測定用ウェーハ６０１に交換され、この摩擦測定用ウェーハ６０１は第１の研磨条件により研磨される。
　【０３０８】
　前記研磨の際、図４５に示すＦ／Ｆ０の演算部において、上述したようにＦ／Ｆ０の値が算出される。この後、上記のように、前記Ｆ／Ｆ０の値から、不織布を再生させるための処理が施されるか、または、研磨条件が再設定されるかが決められる。
　【０３０９】
　この後、上記のような工程が繰り返される。また、前記不織布を再生させるための処理を施しても、Ｆ／Ｆ０の値が０．９以下または１．１以上である場合は、前記不織布が寿命であると考えられる。このため、前記不織布は交換される。
　【０３１０】
　図４７は、不織布の総使用時間と研磨速度および研磨量それぞれとの関係を示す図である。すなわち、上記実施例において、摩擦測定用ウェーハ６０１と不織布との接触面の摩擦が、研磨中に第１、第２の駆動モーターに流れる電流値を測定することにより、モニターされた結果である。つまり、不織布の総使用時間の経過における前記駆動モーターの電流値が測定され、この電流値から摩擦測定用ウェーハ６０１と不織布との接触面の摩擦が計算され、この摩擦から研磨速度が計算されたものである。図４７の実線曲線は、不織布の総使用時間と研磨速度との関係を示すものである。点線曲線は、不織布の総使用時間と研磨量との関係を示すものである。不織布の総使用時間が５０分以内の段階は使用初期段階とされており、不織布の総使用時間が５０分以上の段階は稼働段階とされている。
　【０３１１】
　これに対して、図４８は、従来の研磨方法により研磨された場合の不織布の総使用時間と駆動モーター電流値および研磨速度それぞれとの関係を示す図である。点線曲線は、不織布の総使用時間と駆動モーター電流値との関係を示すものである。実線曲線は、不織布の総使用時間と研磨速度との関係を示すものである。
　【０３１２】
　上記図４７、図４８から、従来の研磨方法では稼働段階に入っても研磨速度を一定に保持することができないが、この発明の研磨方法を用いれば、稼働段階においては研磨速度をほぼ一定に保持できることがわかる。これとともに、稼働段階においては研磨量を一定に保持できることがわかる。
　【０３１３】
　上記実施例によれば、制御部１４におけるＦ／Ｆ０の演算部において、定期的に前記第１、第２の駆動モーターに流れる電流値を測定し、この電流値から前記摩擦測定用ウェーハ６０１と不織布との接触面における摩擦Ｆを所定の演算により計算し、この摩擦ＦによりＦ／Ｆ０の値を算出する。このＦ／Ｆ０の値により前記不織布の表面状態を評価することができる。前記表面状態が悪い場合、即ちＦ／Ｆ０の値が０．９以下または１．１以上の場合は、前記不織布を再生させるための処理、即ちドレッシング、シーズニング、洗浄等を施すことにより、不織布に必要以上に目詰まりしている研磨剤５０５を除去することができる。この結果、前記不織布の表面状態を良くすることができる。この後、再び前記表面状態におけるＦ／Ｆ０の値を求め、このＦ／Ｆ０の値から前記表面状態に合わせた研磨条件を再設定している。また、前記表面状態が良い場合、即ちＦ／Ｆ０の値が０．９より大きく、１．１より小さい場合は、このＦ／Ｆ０の値から研磨条件を再設定している。また、前記表面状態が悪いため、不織布にドレッシング、シーズニング、洗浄等を施しても表面状態が良くならない場合は、この不織布は寿命であるから交換している。したがって、前記Ｆ／Ｆ０の値から不織布の表面状態を評価して適切なドレッシング時期および不織布の寿命の時期を判断することができる。このため、被研磨物における研磨速度を一定に保つことができる。この結果、半導体装置製造用ウェーハにおける研磨量を精度良く制御することができる。
　【０３１４】
　また、半導体装置製造用ウェーハを研磨する際、材質の異なる下層が表面に露出する前に平坦化を終了させたい場合には、この発明の研磨方法は特に有効である。
　【０３１５】
　尚、この発明の研磨装置および研磨方法は上記の実施例に限定されることなく、図４６に示すような摩擦に対応する駆動モーター電流値と研磨速度との関係を知ることにより、研磨剤、被研磨物それぞれ種々変更可能である。例えば、研磨剤にコロイダルシリカを用いることも可能であり、被研磨物にポリシリコンを用いることも可能である。
　【０３１６】
　さらに、摩擦を知る手段は駆動モーターの電流値によるもののほかの方法でもよい。
　【０３１７】
　また、上記実施例では、テーブル５０２の上に不織布を設けているが、研磨剤が保持された物であれば、前記不織布の替わりに他の物を用いることも可能である。
　【０３１８】
　また、定期的に摩擦測定用ウェーハ６０１を研磨している際の第１、第２の駆動モーターに流れる電流値を測定し、この電流値の変化により、不織布を再生されるための処理を施す時期および不織布を交換する時期を判断しているが、摩擦測定用ウェーハ６０１を用いることなく、半導体装置製造用ウェーハ６０２を研磨している際の第１、第２の駆動モーターに流れる電流値を常に測定し、この電流値の変化により、不織布を再生させるための処理を施す時期および不織布を交換する時期を判断することも可能である。
　【０３１９】
　以上説明したようにこの実施例によれば、研磨面および被研磨面の間の第１の摩擦を測定し、所定時間経過後の第２の摩擦を測定し、前記第１の摩擦と前記第２の摩擦との比の値を算出している。したがって、被研磨物における研磨量を正確に制御することができる。
　【０３２０】
　以下、図４９ないし図５１を参照して本発明の一実施例について説明する。
　【０３２１】
　図４９は、研磨装置による研磨を示す模式図である。研磨面を有する研磨パッド５０４が常盤５０２上に設けられ、この研磨面に対向する位置に被研磨物であるウェーハ２０１を保持する保持部５０１が設けられている。また、この保持部５０１近傍には液供給ノズル５０３が設けられており、この液供給ノズル５０３より研磨剤５０５が供給される仕組みとなっている。
　【０３２２】
　上記構成の研磨装置においては、まず、この保持部５０１における下面、すなわち研磨パッド５０４の上面に対向する面に被研磨物２０１、例えばシリコン酸化膜を表面に有するウェーハが保持される。そして、研磨剤５０５、例えば酸化セリウムの懸濁液が液供給ノズル５０３より研磨パッド５０４上に供給される。その後ウェーハと研磨面の間に圧力をかけ、ウェーハと研磨面とを摺動させることによりウェーハが研磨される。
　【０３２３】
　図５０は、本発明の実施例における研磨面の再生処理を示す模式図である。所定の時間ウェーハを研磨した後には、研磨面の再生処理として液供給ノズル５０３より界面活性剤７０１、例えばポリカルボン酸系の陰イオン性界面活性剤が研磨パッド５０４上に供給され、さらに物理的手段、例えば先端にブラシ７０２を有する清浄装置７０３により研磨パッド表面を擦ることによって研磨面に目詰まりした研磨剤５０５が除去される。その後、液供給ノズル５０３より純水７０４が研磨パッド５０４上に供給され、界面活性剤７０１が除去される。
　【０３２４】
　そして、この後は上記の工程が繰り返される。
　【０３２５】
　図５１は、本発明による研磨速度の経時変化を示す図である。上記の研磨面の再生方法、すなわち従来のブラシ７０２等による再生手段に加えて、界面活性剤７０１を研磨パッド５０４上に供給する手段を用いることにより、研磨剤５０５の除去効果を非常に高くすることができる。したがって、従来方法では防ぐことができなかった研磨剤５０５の目詰まりに起因する研磨面の表面状態の変化を抑えることができるため、これに起因する研磨面のもつ研磨剤５０５の保持能力の劣化を抑えることができる。その結果、図１３に示すように、従来技術では生じていたところの研磨速度の経時変化を抑えることができる。
　【０３２６】
　尚、この発明の研磨面の再生方法は、上記の実施例に限定されることなく、再生のための手段の一つとして、界面活性剤７０１を使用する手段が含まれていればよい。すなわち、界面活性剤７０１を使用する手段以外の再生のための手段については限定せず、上記実施例に示した純水により界面活性剤７０１を除去する手段の有無についても限定しないとともに、界面活性剤７０１を除去する場合も純水７０４に限定しない。さらに、研磨面の再生を行う時期についても限定しない。例えば、被研磨物の研磨と研磨面の再生を同時に行ってもよい。
　【０３２７】
　また、界面活性剤７０１については、ポリカルボン酸系の陰イオン性界面活性剤に限定せず、界面活性剤７０１を構成する親油基、親水基、対イオンのそれぞれを種々変更可能である。さらに、研磨剤５０５および被研磨物２０１については、それぞれ限定しない。
　【０３２８】
　以上詳述したように、本発明の方法によれば、研磨面に目詰まりした研磨剤を容易に除去することができるようになる。その結果、研磨剤の目詰まりに起因する研磨面の劣化を防ぐことができるため、研磨速度の経時変化を抑えることができるとともに被研磨物表面へのキズの発生や平坦性の低下を防ぐことができる。したがって、被研磨面の品質を一定に維持できる。また、研磨パッドの長寿命化によりランニングコストを低減できる。さらに、研磨パッドの逐次の交換を熟練者の常時観察に頼ることがなくなる。
　【０３２９】
　【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被加工層の研磨量の制御を高精度に行うことができ、それにより精度の高い平坦化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
　【図１】
　半導体装置の従来の製造工程を示す図。
　【図２】
　従来の他の製造工程を示す図。
　【図３】
　従来の研磨装置の概略図。
　【図４】
　図３の研磨装置による研磨時間と研磨距離との関係を示す図。
　【図５】
　従来の他の製造工程を示す図。
　【図６】
　研磨時間と研磨距離との関係を示す図。
　【図７】
　従来の他の製造工程を示す図。
　【図８】
　従来のさらに他の製造工程を示す図。
　【図９】
　従来のさらに他の製造工程を示す図。
　【図１０】
　従来のさらに他の製造工程を示す図。
　【図１１】
　従来のさらに他の製造工程を示す図。
　【図１２】
　従来のさらに他の製造工程を示す図。
　【図１３】
　研磨剤を含んだ研磨面の断面図。
　【図１４】
　従来の研磨装置の概略図。
　【図１５】
　図１４の研磨装置における電源電圧とモーター電流との関係を示す図。
　【図１６】
　図１４の研磨装置における負荷とモーター電流との関係を示す図。
　【図１７】
　研磨用クロスの総使用時間と研磨速度との関係を示す図。
　【図１８】
　研磨時間と研磨速度との関係を示す図。
　【図１９】
　この発明の実施例にかかる半導体装置の製造工程を示す図。
　【図２０】
　この発明の実施例にかかる他の半導体装置の製造工程を示す図。
　【図２１】
　この発明の実施例にかかる他の半導体装置の製造工程を示す図。
　【図２２】
　研磨時間と研磨距離との関係を示す図。
　【図２３】
　研磨時間と研磨距離との関係を示す図。
　【図２４】
　研磨時間と研磨距離との関係を示す図。
　【図２５】
　研磨時間と研磨距離との関係を示す図。
　【図２６】
　研磨時間と研磨距離との関係を示す図。
　【図２７】
　研磨時間と研磨距離との関係を示す図。
　【図２８】
　この発明の実施例にかかる半導体装置の断面図。
　【図２９】
　図２９の半導体装置の製造工程を示す図。
　【図３０】
　この発明の他の実施例にかかる半導体装置の製造工程を示す図。
　【図３１】
　この発明の他の実施例にかかる半導体装置の製造工程を示す図。
　【図３２】
　この発明の他の実施例にかかる半導体装置の製造工程を示す図。
　【図３３】
　この発明の他の実施例にかかる半導体装置の製造工程を示す図。
　【図３４】
　この発明の他の実施例にかかる半導体装置の製造工程を示す図。
　【図３５】
　この発明の実施例にかかる研磨装置を示す図。
　【図３６】
　研磨時間と研磨速度との関係を示す図。
　【図３７】
　モーター電流と研磨速度との関係を示す図。
　【図３８】
　ターンテーブルと被加工層との間の摩擦と研磨速度との関係を示す図。
　【図３９】
　ターンテーブルおよび保持部の回転速度と研磨速度との関係を示す図。
　【図４０】
　この発明の実施例にかかる研磨装置を示す図。
　【図４１】
　図４０に示す研磨装置における負荷と歪みとの関係を示す図。
　【図４２】
　この発明の実施例にかかる半導体装置の製造工程を示す断面図。
　【図４３】
　この発明の実施例にかかる半導体装置の製造工程を示す断面図。
　【図４４】
　この発明の実施例にかかる研磨装置の研磨部の概略図。
　【図４５】
　図４４の研磨装置の制御部の制御フローを示す図。
　【図４６】
　モーター電流と研磨速度との関係を示す図。
　【図４７】
　この発明の実施例の研磨方法における、研磨用クロスの総使用時間と研磨速度および研磨量それぞれとの関係を示す図。
　【図４８】
　従来の研磨方法における、研磨用クロスの総使用時間とモーター電流および研磨速度それぞれとの関係を示す図。
　【図４９】
　研磨工程にある研磨装置の概略図。
　【図５０】
　研磨面の再生処理工程にある研磨装置の概略図。
　【図５１】
　研磨用クロスの総使用時間と研磨速度との関係を示す図。
　【符号の説明】
　１，２０１…Ｓｉ基板、２０２…ＳｉＯ２膜、２０３…ポリシリコン膜、２０４…フォトレジストパターン、２０５…ＳｉＯ２膜、２０６…Ａｌ配線、２０７…ＳｉＯ２膜、２０８…ポリシリコン膜、２１０…配線層、２１５，２１６…凹部、２１７…絶縁膜、２２２…配線部、２２３…絶縁膜、２２４…導電膜、２２５…凹部、２２６…配線材、２３１…パターン、２３２…第一の絶縁膜、２３３…第二の絶縁膜、２３３Ａ…アモルファスシリコン、２３４…配線部、２３５…第三の絶縁膜、２４４…炭素膜、２４５…フォトレジストパターン、２４６…ＳｉＯ２膜、２４７…ＳｉＯ２膜、２５１…Ｓｉ基板、５０１…保持部、５０２…ターンテーブル、５０３…研磨剤供給パイプ、５０４…研磨用クロス（研磨面）、５０５…研磨剤、５１１，５１２…モーター、５１７，５１８…シャフト５１９，５２０…ベルト、５４１…演算部、５５１，５５２…歪みセンサ、６０１…摩擦測定用ウェーハ、６０２…半導体装置製造用ウェーハ、６１１…制御部。