(57)【要約】【課題】半導体集積回路装置の製造におけるCMP工程に用いられる研磨パッドは比較的高価なものであり、不要な交換は避ける必要がある。したがって、このパッドの磨耗量を正確に測ることが重要となっている。しかし、光による通常の測定では、スラリの存在が障害になり、接触型センサによるものでは、汚染物の溶出が問題となる。【解決手段】ＣＭＰ工程においてドレッサ稼働中にドレッサの高さ位置を計測することにより間接的に研磨パッドの磨耗量または厚さを検出し、それによって、研磨パッド交換時期の適正化を図る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程を含む半導体集積回路装置の製造方法：
（ａ）ウエハの第１の主面上に第１の部材層を形成する工程；
（ｂ）化学機械研磨装置内において、前記第１の部材層に対して、化学機械研磨を施す工程、
ここで、前記工程（ｂ）は、以下の下位工程を含む：
（ｉ）研磨パッドに回転するドレッサを押し付けることによりドレス処理を実行する工程；
（ｉｉ）前記研磨パッドに前記ウエハの前記第１の主面側を押し付けた状態で、前記研磨パッドに研磨スラリを供給しながら相互に移動させる工程；
（ｉｉｉ）前記下位工程（ｉ）中において、前記ドレッサの前記研磨パッドの表面に垂直な方向の位置を計測することにより、前記研磨パッドの磨耗量または厚さを間接的に検出する工程。
【請求項２】
前記１項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記下位工程（ｉ）が行われる第１の期間と前記下位工程（ｉｉ）が行われる第２の期間とは、少なくとも一部が重複している。
【請求項３】
前記２項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記第１の部材層は絶縁層である。
【請求項４】
前記３項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記第１の部材層は酸化シリコン膜を主要な構成膜として含む。
【請求項５】
前記４項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記下位工程（ｉ）が行われる前記第１の期間と前記下位工程（ｉｉ）が行われる前記第２の期間とは、それらの主要部が重複している。
【請求項６】
前記５項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記垂直位置の計測は、センサが直接に前記研磨パッドに接触することなく行われる。
【請求項７】
前記６項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記垂直位置の計測は、光を用いることなく行われる。
【請求項８】
前記７項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記下位工程（ｉ）および（ｉｉ）においては、前記研磨パッドは回転している。
【請求項９】
前記８項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記下位工程（ｉｉ）においては、前記ウエハは回転している。
【請求項１０】
前記９項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記下位工程（ｉ）においては、前記ドレッサは前記研磨パッド上での半径方向の位置を変える。
【請求項１１】
前記１０項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記垂直位置の計測は、前記下位工程（ｉ）が行われる前記第１の期間中、複数回行われる。
【請求項１２】
前記１１項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記ドレッサはドレッサ保持回転部に固定されており、前記ドレッサ保持回転部は上下に伸縮制御できるようにされており、それ自体はドレッサ・ヘッド部に回転できるように保持されており、前記ドレッサ・ヘッド部はドレッサ・アームを介してドレッサ支持部によって保持されており、前記ドレッサ支持部は前記化学機械研磨装置の基体に必要に応じて自転するように保持されている。
【請求項１３】
前記１２項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記垂直位置の計測は、コイル部を含むセンサ本体と変位体とを有する変位センサにより行われる。
【請求項１４】
前記１３項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記センサ本体は、前記ドレッサを保持する前記ドレッサ・ヘッド部に設けられている。
【請求項１５】
前記１４項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記変位体は、前記ドレッサ保持回転部に固定されている。
【請求項１６】
前記１５項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記変位センサは被計測体の変位に基づく前記変位センサ内の前記コイル部のインピーダンスの変化を電気的に計測するものである。
【請求項１７】
前記１１項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記ドレッサはドレッサ保持回転部に固定されており、前記ドレッサ保持回転部はドレッサ・ヘッド部に回転できるように保持されており、前記ドレッサ・ヘッド部はドレッサ・アームを介してドレッサ支持部によって保持されており、前記ドレッサ支持部は前記化学機械研磨装置の基体に必要に応じて上下動および自転するように保持されている。
【請求項１８】
前記１７項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記垂直位置の計測は、コイル部を含むセンサ本体と変位体とを有する変位センサにより行われる。
【請求項１９】
前記１８項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記変位センサは、前記ドレッサ支持部に設けられている。
【請求項２０】
前記１９項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記垂直位置の計測は、前記変位センサが前記ドレッサ支持部の上下動を計測することによって行われる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路装置（または半導体装置）の製造方法における化学機械研磨技術（一般にＣＭＰ技術）に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
日本特開２０００−２７１８５４号公報（特許文献１）には、CMP装置の研磨パッドの平坦度、面粗さ、弾性率、気泡率等を測定して、パッドの交換時期等の判断に利用する技術が開示されている。
【０００３】
日本特開平１１−２０７５７２号公報（特許文献２）またはその対応米国特許５９３４９７４号公報（特許文献３）には、動作中のCMP装置の研磨パッドの磨耗を非接触センサで監視してパッド交換等を指示するシステムが開示されている。
【０００４】
日本特開平９−２９０３６３号公報（特許文献４）には、CMP装置の研磨パッドの高さを測定することによりパッド交換を判断する方法が開示されている。
【０００５】
日本特開２００１−０７９７５２号公報（特許文献５）には、CMP装置のドレッサー機構に光センサおよびその他のセンサを設置して研磨パッドの厚さを計測し、それに基づいてドレス量を調整する技術が開示されている。
【０００６】
日本特開平１０−０８６０５６号公報（特許文献６）またはその対応米国特許６０４０２４４号公報（特許文献７）には、CMP装置のCMP加工前後の研磨パッドの厚さ測定結果からパッド交換の時期を支持するシステムが開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２７１８５４号公報
【特許文献２】特開平１１−２０７５７２号公報
【特許文献３】米国特許５９３４９７４号公報
【特許文献４】特開平９−２９０３６３号公報
【特許文献５】特開２００１−０７９７５２号公報
【特許文献６】特開平１０−０８６０５６号公報
【特許文献７】米国特許６０４０２４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
半導体集積回路装置の製造に関するＣＭＰ工程においては、常時または間歇的に研磨パッドをドレスする必要がある。このドレス処理と研磨により、研磨パッドが磨耗するので、定期的にまたは処理の量に応じて、これを交換する必要がある。しかし、研磨パッドは比較的高価なものであり、不要な交換は避ける必要がある。したがって、このパッドの磨耗量を正確に測ることが重要となっている。しかし、光による通常の測定では、スラリの存在が障害になり、接触型センサによるものでは、汚染物の溶出が問題となる。
【０００９】
本発明の目的は、量産に適合した半導体集積回路装置の製造プロセスを提供することにある。
【００１０】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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下記の通りである。
【００１２】
すなわち、本願発明は、ＣＭＰ工程においてドレッサ稼働中にドレッサの高さ位置を計測することにより間接的に研磨パッドの磨耗量または厚さを検出するものである。
【発明の効果】
【００１３】
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下記のとおりである。
【００１４】
すなわち、ドレッサ稼働中にドレッサの高さ位置を計測することにより間接的に研磨パッドの磨耗量または厚さを検出するので、研磨パッドをセンサ等の部材で汚染することなく計測をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
〔実施の形態の概要〕
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。
【００１６】
１．以下の工程を含む半導体集積回路装置の製造方法：
（ａ）ウエハの第１の主面上に第１の部材層を形成する工程；
（ｂ）化学機械研磨装置内において、前記第１の部材層に対して、化学機械研磨を施す工程、
ここで、前記工程（ｂ）は、以下の下位工程を含む：
（ｉ）研磨パッドに回転するドレッサを押し付けることによりドレス処理を実行する工程；
（ｉｉ）前記研磨パッドに前記ウエハの前記第１の主面側を押し付けた状態で、前記研磨パッドに研磨スラリを供給しながら相互に移動させる工程；
（ｉｉｉ）前記下位工程（ｉ）中において、前記ドレッサの前記研磨パッドの表面に垂直な方向の位置を計測することにより、前記研磨パッドの磨耗量または厚さを間接的に検出する工程。
【００１７】
２．前記１項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記下位工程（ｉ）が行われる第１の期間と前記下位工程（ｉｉ）が行われる第２の期間とは、少なくとも一部が重複している。
【００１８】
３．前記１または２項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記第１の部材層は絶縁層である。
【００１９】
４．前記１から３項のいずれか一つの半導体集積回路装置の製造方法において、前記第１の部材層は酸化シリコン膜を主要な構成膜として含む。
【００２０】
５．前記１から４項のいずれか一つの半導体集積回路装置の製造方法において、前記下位工程（ｉ）が行われる前記第１の期間と前記下位工程（ｉｉ）が行われる前記第２の期間とは、それらの主要部が重複している。
【００２１】
６．前記１から５項のいずれか一つの半導体集積回路装置の製造方法において、前記垂直位置の計測は、センサが直接に前記研磨パッドに接触することなく行われる。
【００２２】
７．前記１から６項のいずれか一つの半導体集積回路装置の製造方法において、前記垂直位置の計測は、光を用いることなく行われる。
【００２３】
８．前記１から７項のいずれか一つの半導体集積回路装置の製造方法において、前記下位工程（ｉ）および（ｉｉ）においては、前記研磨パッドは回転している。
【００２４】
９．前記１から８項のいずれか一つの半導体集積回路装置の製造方法において、前記下位工程（ｉｉ）においては、前記ウエハは回転している。
【００２５】
１０．前記１から９項のいずれか一つの半導体集積回路装置の製造方法において、前記下位工程（ｉ）においては、前記ドレッサは前記研磨パッド上での半径方向の位置を変える。
【００２６】
１１．前記１から１０項のいずれか一つの半導体集積回路装置の製造方法において、前記垂直位置の計測は、前記下位工程（ｉ）が行われる前記第１の期間中、複数回行われる。
【００２７】
１２．前記１から１１項のいずれか一つの半導体集積回路装置の製造方法において、前記ドレッサはドレッサ保持回転部に固定されており、前記ドレッサ保持回転部はドレッサ・ヘッド部に上下動制御および回転できるように保持されており、前記ドレッサ・ヘッド部はドレッサ・アームを介してドレッサ支持部によって保持されており、前記ドレッサ支持部は前記化学機械研磨装置の基体に必要に応じて自転するように保持されている。
【００２８】
１３．前記１から１２項のいずれか一つの半導体集積回路装置の製造方法において、前記垂直位置の計測は、コイル部を含むセンサ本体と変位体とを有する変位センサにより行われる。
【００２９】
１４．前記１３項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記センサ本体は、前記ドレッサを保持する前記ドレッサ・ヘッド部に設けられている。
【００３０】
１５．前記１３または１４項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記変位体は、前記ドレッサ保持回転部に固定されている。
【００３１】
１６．前記１３から１５項のいずれか一つの半導体集積回路装置の製造方法において、前記変位センサは被計測体の変位に基づく前記変位センサ内の前記コイル部のインピーダンスの変化を電気的に計測するものである。
【００３２】
１７．前記１から１１項のいずれか一つの半導体集積回路装置の製造方法において、前記ドレッサはドレッサ保持回転部に固定されており、前記ドレッサ保持回転部はドレッサ・ヘッド部に回転できるように保持されており、前記ドレッサ・ヘッド部はドレッサ・アームを介してドレッサ支持部によって保持されており、前記ドレッサ支持部は前記化学機械研磨装置の基体に必要に応じて上下動および自転するように保持されている。
【００３３】
１８．前記１７項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記垂直位置の計測は、コイル部を含むセンサ本体と変位体とを有する変位センサにより行われる。
【００３４】
１９．前記１８項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記変位センサは、前記ドレッサ支持部に設けられている。
【００３５】
２０．前記１８または１９項の半導体集積回路装置の製造方法において、前記垂直位置の計測は、前記変位センサが前記ドレッサ支持部の上下動を計測することによって行われる。
【００３６】
次に、本願において開示される発明のその他の実施の形態について概要を説明する。
【００３７】
２１．以下の工程を含む半導体集積回路装置の製造方法：
（ａ）ウエハの第１の主面上に第１の部材層を形成する工程；
（ｂ）化学機械研磨装置内において、前記第１の部材層に対して、化学機械研磨を施す工程、
ここで、前記工程（ｂ）は、以下の下位工程を含む：
（ｉ）研磨パッドに回転するドレッサを押し付けることによりドレス処理を実行する工程；
（ｉｉ）前記研磨パッドに前記ウエハの前記第１の主面側を押し付けた状態で、前記研磨パッドに研磨スラリを供給しながら相互に移動させる工程；
（ｉｉｉ）前記下位工程（ｉ）中において、前記ドレッサの前記研磨パッドの表面に垂直な方向の位置を計測することにより、前記研磨パッドの磨耗量または厚さを検出する工程。
【００３８】
〔本願における記載形式・基本的用語・用法の説明〕
１．本願において、実施の態様の記載は、必要に応じて、便宜上複数の部分に分けて記載する場合もあるが、特にそうでない旨明示した場合を除き、これらは相互に独立別個のものではなく、単一の例の各部分、一方が他方の一部詳細または一部または全部の変形例等である。また、原則として、同様の部分は繰り返しを省略する。また、実施の態様における各構成要素は、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、必須のものではない。
【００３９】
２．同様に実施の態様等の記載において、材料、組成等について、「ＡからなるＸ」等といっても、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、Ａ以外の要素を主要な構成要素のひとつとするものを排除するものではない。たとえば、成分についていえば、「Ａを主要な成分として含むＸ」等の意味である。たとえば、「シリコン部材」等といっても、純粋なシリコンに限定されるものではなく、SiGe合金やその他シリコンを主要な成分とする多元合金、その他の添加物等を含む部材も含むものであることはいうまでもない。同様に、「酸化シリコン膜」または「シリコン酸化膜」と言っても、比較的純粋な非ドープ酸化シリコン(Undoped Silicon Dioxide)だけでなく、FSG（Fluorosilicate Glass）、TEOSベース酸化シリコン(TEOS-based silicon oxide)、SiOC(Silicon Oxicarbide)またはカーボンドープ酸化シリコン(Carbon-doped Silicon oxide)またはOSG(Organosilicate glass)、PSG(Phosphorus Silicate Glass)、BPSG(Borophosphosilicate Glass)等の熱酸化膜、CVD酸化膜、SOG(Spin ON Glass)、ナノ・クラスタリング・シリカ（Nano-Clustering Silica:NSC）等の塗布系酸化シリコン、これらと同様な部材に空孔を導入したシリカ系Low-k絶縁膜（ポーラス系絶縁膜）、およびこれらを主要な構成要素とする他のシリコン系絶縁膜（シリカ系絶縁膜）との複合膜等を含むことは言うまでもない。
【００４０】
３．同様に、図形、位置、属性等に関して、好適な例示をするが、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、厳密にそれに限定されるものではないことは言うまでもない。
【００４１】
４．さらに、特定の数値、数量に言及したときも、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、その特定の数値を超える数値であってもよいし、その特定の数値未満の数値でもよい。
【００４２】
５．「ウエハ」というときは、通常は半導体集積回路装置（半導体装置、電子装置も同じ）をその上に形成する単結晶シリコンウエハを指すが、エピタキシャルウエハ、絶縁基板と半導体層等の複合ウエハ等も含むことは言うまでもない。
【００４３】
〔実施の形態の詳細〕
実施の形態について更に詳述する。各図中において、同一または同様の部分は同一または類似の記号または参照番号で示し、説明は原則として繰り返さない。
【００４４】
図１から図３に基づいて本願の一実施形態の半導体集積回路装置の製造方法に使用するCMP装置の主要部の構造および動作の概要を説明する。以下では主に第１プラテン４aについて説明するが、それらは基本的に他のプラテンについてもそのまま当てはまるので、同様の部分については説明を繰り返さない。
【００４５】
図１はウエハ１a（ここでは３００mm径のウエハを例にとり説明する）のCMP処理および研磨パッド２のドレッシング処理が同時に行われている状態を示す。CMP装置の基台９上の回転している第１のプラテン４a上の研磨パッド２にウエハ１aの第１の主面が研磨ヘッド１１aによって押し付けられた状態で研磨ヘッド自転・公転機構１２によって回転している。このとき、研磨スラリ１４はスラリ供給部１５から供給されている。回転するドレッサ３aは上下に伸縮するドレッサ保持回転部５によって保持されている。このドレッサ保持回転部５は回転可能なようにドレッサヘッド部６に連結されており、このドレッサヘッド部６はアーム７aを介して、自転する支持柱８に固定されている。この支持柱８は基台９に回転可能に固定されている。ここで、ドレッサヘッド部６にはセンサ・ヘッド２１と検出コイル部２２からなる変位センサ本体が取り付けられており、ドレッサ保持回転部５のドレッサ側に取り付けられた変位体（金属パイプ）２３（図３）とともに変位センサを構成している。
【００４６】
図２はウエハ１aのCMP処理および研磨パッド２のドレッシング処理が同時に行われている状態を示す上面図である。ドレッシング処理中はドレッサ３aは自転するとともに、破線で示すように研磨パッド２上で揺動を繰り返す。この揺動および研磨パッド２の回転との関係で、ドレッサ３aは研磨パッド２上で実際にウエハと触れ合うほとんどの点を通過することになる。なお、各プラテンの回転速度はたとえば６３rpm、ドレッサ（ドレッサ径たとえば１０ｃｍ程度）の回転速度は９０rpm、ドレス荷重は７lbf（約３kg重）、揺動速度(スイープ頻度とも言う)は１９回/分（往復で１回とする）、ドレッサ中心の揺動幅は４３ｃｍである。このようにウエハ１aの径よりもドレッサ３aの径が小さいので、径の大きなドレッサを用いたよりも、ドレッシングの制御性がよくなる。ドレッサはここで用いたような円板のほぼ全面にダイヤモンド粒等の目立て用粒子を埋め込んだもの、円環状の基体に同様の処理をしたもの、円板の周辺に円環状にセグメント状の複数のドレッサ板を固定したもの等があるが、ドレッサの径というときは、それらの基板または基体の径とほぼ等しい。
【００４７】
図３はドレッサ機構のドレッサヘッド部６より先の部分を拡大してメカニズムの詳細を示したものである。ドレッサヘッド部６の中央部にはセンサヘッド２１が固定されており、このセンサヘッド２１の下面からコイル部２２が突出している。先の変位体２３はドレッサ保持回転部５の下部構造体５bにその下端が固定されており、コイル部２２の一部が変位体２３の内部に挿入された状態になっている。このドレッサ保持回転部５の下部構造体５bは上部構造体５aと上下スライド部２５を介して、上下にスライドするが回転は伝えるように連結されている。上部構造体５aはベアリング２４を介して、ドレッサヘッド６と回転可能に連結されている。一方、ドレッサ（ドレス板またはコンディショナ・プレート）３aは回転は伝えるが上下の揺動は自由なフレキシブル連結部２６を介して下部構造体５bの下端に連結されている。ここで、下部構造体５bの下端とドレッサ３aはコンプライアンス機構２７を介して、パッド面にならうようにされている。
【００４８】
なお、上記例と異なり、ドレッサ保持回転部が伸縮しないタイプの装置、すなわち支柱８の部分が上下することによって、ドレッサの高さが変化する装置では、変位センサを支柱部分８に取り付けて、そこでの支柱上部と支柱下部の変位を計測するようにしてもよい。
【００４９】
図４はドレッサ３aの模式断面図である。一般にドレッサ３aはニッケルやチタンなどの金属ディスク１８にダイヤモンド粒１７（他の目立て用粒子でもよい）を電着により固定して作られる。
【００５０】
図５は前記CMP装置の全体上面図である。この装置では、先に説明した第１プラテン４a以外に第２プラテン４b、第３プラテン４cがあり、ロードポート８１上のフープ（半導体ウエハ密封容器）８２内のウエハ１はハンドリング・ロボット３１により第１主面を下向きにした状態で、インプット・ステーション３２に受け入れられ、ロードカップ３４で位置合わせされ、複数の研磨ヘッド１１a、１１b、１１c、１１dのいずれかに吸着される。そして、その研磨ヘッドに保持された状態で研磨ヘッド自転・公転機構１２により、３個のプラテン４a、４b、４cを順に回って研磨処理される。最後にロードカップ３４を経てアウトプット・ステーション３３に移送され、そこからハンドリング・ロボット３１により、フープ８２に戻される。なお、各プラテンごとにドレッサ３a、３b、３c、アーム７a、７b、７c等からなるドレッサ機構（または研磨パッド・コンディショニング機構）が設けられている。
【００５１】
図６は垂直位置計測回路４１およびその信号に基づくCMP装置の制御・駆動システムの構成図である。たとえば、真鍮パイプ２３（変位体）とセンサロッド部（コイル部２２）との位置関係の変化をセンサヘッド部２１で読み取り、その信号をアンプ４２に送り、増幅その他の処理を施し（これらに電源回路４３から電源供給する）、CMP装置制御系４４に計測結果を出力する。CMP装置制御系４４はこの信号に基づいて研磨駆動系４５やドレッサ駆動系８５を制御（制御動作、たとえばリアルタイムでドレス時間やドレス圧を制御する）する。また、CMP装置制御系４４はこの信号に基づいてアラーム表示系８６を制御してアラーム（表示動作、たとえば、研磨パッドの交換時期が到来したことを表示する）を表示する。更に、外部へ（たとえば通信回線を通した工場のホスト制御系または外部データ処理系９１との通信）種々の情報を蓄積または送出（データログ蓄積等のデータ蓄積・送出動作、たとえばドレスレート情報を外部制御系に送出する）する。
【００５２】
図７は垂直位置計測回路４１の動作を説明する回路動作説明図である。パルス信号を印加Aするとコイル部２２のインダクタンスにより抵抗部Rを通して供給されたコンデンサ部Cの電圧波形Bがなまる。コイルの外側で金属パイプ２３が変位すると渦電流の影響で波形の勾配が変化する。その波形が閾値Vまで立ち上がる時間T１およびT２を検出することでセンサ出力を得ている（具体的には電圧波形Bを検波して出力する）。この図で点線がパイプ２３を挿入したときのもので、実線がパイプ２３を抜き出したときのものである。前記パルス信号の周期はたとえばサンプリングが１０回／秒となるように設定する。
【００５３】
図８は垂直位置計測回路４１の出力と変位体２３およびコイル部２２の位置関係を示す動作説明図である。これより、パイプ２３をコイル部２２にかぶせる長さが大きくなるほど出力が小さくなるのがわかる。
【００５４】
図９は先に図５のCMP装置全体図で示した複数のプラテン４a、４b、４c間での被処理ウエハ１a、１b、１cの動きを説明するための模式側断面図である。すなわち、ウエハ１aが第１プラテン４a上にあって、１次研磨が行われる（このときウエハ1bは第２プラテン上にあり、ウエハ1cは第３プラテン上にある）。ウエハ1aは次に第２プラテンに移動して、２次研磨が行われる（このときウエハ1bは第３プラテン上にあり、ウエハ1cはすでにCMP処理が完了しており、第１プラテン４aには次のウエハが供給されている。以下同様）。その後、ウエハ1aは第３プラテンに移動して、いわゆる水研磨（３次研磨）が行われる。すなわち、スラリを用いず、純水または薬液のみの供給下で研磨パッドにより仕上げ研磨を行う。
【００５５】
図１０は前記図９の各研磨パッド上でのウエハ研磨処理およびドレス処理の状況を示すタイムチャートである。各プラテン上でまず時間ｔ１でドレスが開始してパッドの状態を整えた直後の時間ｔ２（「先行ドレス時間」すなわち、t1からt2間の時間はたとえば約１２秒）にウエハの研磨が開始する。その後、先にドレスが時間ｔ３（「ドレス・研磨並行処理時間」すなわち、t2からt3間の時間はたとえば約６０秒）に終了した直後の時間ｔ４（「研磨単独処理時間」すなわち、t3からt4間の時間はたとえば約３秒）にウエハの研磨処理が終了する。その後、当該ウエハは次のプラテンに移動し、次のウエハの研磨開始前の時間ｔ５（「非処理時間」すなわち、t4からt5間の時間はたとえば約１５秒）に再度ドレスが開始する。このようなサイクルが繰り返される。なお、３次研磨は水研磨だけであり、一般にドレスは実施しない。したがって３次研磨ではこの図でドレスの部分を無視すればよい。また、必要に応じて、ドレスを実行してもよいことは言うまでもない。以上のように動作することで、先行ドレス時間中に研磨パッド上の１２０点（スイープ回数約４回、プラテン回転数約１２回、ドレッサ回転数役８回）の研磨パッド厚さを計測したことになり、必要があればこの情報に基づいて自動的に先行ドレス時間をリアルタイムで伸縮して（逆に「研磨時間」t2からt4を伸縮することで対応してもよい。ただ、前者はドレッサ寿命の点で有利である。）、常に適正な研磨量および研磨特性を維持することができる。また、上記のような場合に、各ポイントでドレス圧を制御して、時間を変えることなく適正なパッド状態を維持するようにしてもよい（これはスループットの観点で有効である）。また、これらの組み合わせで適切な研磨状態を維持するようにすることもできる。すなわち、以下のような処理が可能である。第１にドレス・研磨並行処理時間に得られた研磨パッドデータに基づいて、後続のウエハの処理（研磨処理またはドレス処理）をフィードバック修正・制御する。第２に先行ドレス時間中に得られた研磨パッドデータに基づいて、当該ステップで処理予定のウエハの研磨処理を実時間修正・制御する。第３に先行ドレス時間の前半に得られた研磨パッドデータに基づいて、当該ステップ先行ドレス時間の後半にドレス処理に実時間修正・制御をかける。第４に複数のウエハに対する処理中に得られた研磨パッドデータまたはそのログデータに基づいて、ホストシステムとの通信を通して、事後の処理の修正を実行する。
【００５６】
図１１から１３図は前記図１０に示した処理ステップに対応するデバイス断面フロー図である。図１１は１次研磨の前段階を示す。すなわち、ウエハ１の第１の主面側１６（第１主面）において、HDP(High Density Plasma)によるCVD(Chemical Vapor Deposition)酸化シリコン膜５２を基板（ウエハ１a）表面に形成されたSTI(Shallow Trench Isolation)溝等に埋め込んだ状態を示す。基板１aの表面にはCMPストッパ等として使用する窒化シリコン膜５１がパターニング形成されている。図１２は１次研磨が完了したときのデバイスの状態を示す断面図である。図１３は２次研磨が完了したときのデバイスの状態を示す断面図である。この後、ストッパ膜５１が選択的に除去されて、基板１aの表面が露出する。ここに、ゲート絶縁膜が形成され、その後の工程へ進む。
【００５７】
図１４にウエハ工程が一応終了した状態のデバイス断面構造を示す。このデバイスは、下層の通常アルミニウム系配線４層、上層の銅ダマシン配線３層、最上層アルミニウムボンディングパッドによる配線構成を持っている。シリコン単結晶基板１a（エピタキシャル基板）の第１の主面側にはn型ウエル６１およびp型ウエル６２があり、それぞれの中にp型ソースまたはドレイン領域６３およびn型ソースまたはドレイン領域６４が形成されている。基板の表面の上層にはP型MOS-FETのゲート電極６５およびN型MOS-FETのゲート電極６６があり、最下層層間絶縁膜６９内のコンタクトホールにはタングステン・プラグ６７が埋め込まれている。最下層層間絶縁膜６９上にはバリアメタルで上下を挟まれたアルミニウム配線６８（アルミニウムを主要な成分とする配線）が形成されている。５層目配線より上は埋め込み銅配線７０が形成されており、７層目の上部にはキャップ絶縁層７１があり、その開口部にボンディングパッド７４が形成されている。ファイナル・パッシベーション膜はこの場合、下層プラズマ・シリコン・ナイトライド膜７２、上層ポリ・イミド膜７３の２重構造である。
【００５８】
これらのプロセスで、CMP処理を施すのは、主に上記したSTI工程、アルミニウム配線（１から４層）の層間絶縁膜（ここでは層内絶縁膜を含む）をHDP等で形成したときの平坦化などの絶縁膜CMPプロセス、およびデュアルダマシン型銅配線部分（５から７層）で銅をメッキ等で形成した後の不要な金属除去すなわちメタルCMPプロセスである。また、コンタクト・プラグ６７やアルミニウム配線上のタングステンプラグについても同様のメタルCMPプロセスが適用される。本願に開示した発明は両方の場合に適用可能であるが、特に研磨パッドの消耗が激しいシリコン酸化膜系およびシリコン系のCMPプロセスに適用すると大きな効果が期待できる。また、光を用いない計測のため、銅ダマシン配線のメタルCMPでは、光電気効果等による腐食がないメリットがある。
【００５９】
前記の実施形態によれば直接研磨パッドに触れているドレッサによりパッドの状態を計測できるので、パッド交換時期、ドレスの状況等をリアルタイムで正確に判定することができる。ドレッサの種類、ドレス圧によるドレスレートをリアルタイムで計測・記憶できるので、ドレス時間の適正化を容易に実施することができる。研磨パッド磨耗量とドレス時間等の関係を常に把握できるので、それらのデータから処理異常の発生を早期に発見することができる。比較的簡単なセンサでリアルタイムの測定ができるので、安価な装置構成とすることができる。
【００６０】
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて複数の円板状の研磨パッドを用いたCMPプロセスについて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
【００６１】
例えば、単一の円板状の研磨パッドを用いたCMPプロセスにも、またベルト状の研磨パッドを用いたCMPプロセスにも適用できることは言うまでのない。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本願発明の一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法に使用するCMP装置の側方模式断面図である。
【図２】本願発明の一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法に使用するCMP装置の一つのプラテンおよびその周辺部分の上面図である。
【図３】本願発明の一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法に使用するCMP装置のドレッサ機構の側方模式断面図である。
【図４】本願発明の一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法に使用するCMP装置のドレッサの断面図である。
【図５】本願発明の一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法に使用するCMP装置の全体上面図である。
【図６】本願発明の一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法に使用するCMP装置の研磨パッド表面垂直位置計測系およびCMP動作制御系・駆動系の回路構成の概要を示すブロック図である。
【図７】本願発明の一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法に使用するCMP装置の研磨パッド表面垂直位置計測系の回路動作の概要を示す動作説明図である。
【図８】本願発明の一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法に使用するCMP装置の研磨パッド表面垂直位置計測系の出力とセンサのセンサ本体と変位体の位置関係との対応を示す出力電圧図である。
【図９】本願発明の一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法に使用するCMP装置の研磨動作の流れを示す処理フロー側方模式断面図である。
【図１０】本願発明の一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法に使用するCMP装置の第１および第２プラテンでの処理のシーケンスを示すタイムチャートである。
【図１１】本願発明の一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法におけるCMPプロセスの初期段階のデバイスの断面図である。
【図１２】本願発明の一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法におけるCMPプロセスの中間段階のデバイスの断面図である。
【図１３】本願発明の一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法におけるCMPプロセスの最終段階のデバイスの断面図である。
【図１４】本願発明の一実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法によるデバイスの一般的断面構造を示す模式断面構造図である。
【符号の説明】
【００６３】
１  ウエハ
２  研磨パッド
３a  ドレッサ
１４  研磨スラリ
５２  第１の部材層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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