(57)【要約】      （修正有）【課題】例え最上層の被研磨膜の初期膜厚に被研磨物毎のばらつきがあっても、この被研磨物毎の膜厚のばらつきに左右されることなく、各被研磨物に対して、最上層の被研磨膜の膜厚が最適な状態で、２段目の研磨を開始することができるようにする。【解決手段】被研磨膜の膜厚を研磨前に測定した後、該被研磨膜を途中まで研磨する１段目の研磨と、残った被研磨膜と次層の被研磨膜を研磨する２段目の研磨を予め設定した研磨条件で順次行い、１段目及び２段目の研磨における被研磨膜に対する処理時間と被研磨膜の膜厚測定値を基に該最上層の被研磨膜の研磨レートを求め、所定枚数目後に研磨される被研磨物に対し、該被研磨物に形成された被研磨膜の膜厚を研磨前に測定し、この膜厚測定値と被研磨膜の研磨レートに基づいて、該被研磨物または該被研磨物から所定枚数目後に研磨される被研磨物に対する１段目の研磨の処理時間を設定する。【選択図】図５
2008141186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の被研磨膜が形成された被研磨物に複数段の研磨を行う研磨方法であって、
被研磨物の最上層に形成された被研磨膜の膜厚を研磨前に測定した後、該最上層の被研磨膜を途中まで研磨する１段目の研磨と、残った最上層の被研磨膜と次層の被研磨膜を研磨する２段目の研磨を予め設定した研磨条件で順次行い、
前記１段目及び２段目の研磨における前記最上層の被研磨膜に対する処理時間と前記最上層の被研磨膜の膜厚測定値を基に該最上層の被研磨膜の研磨レートを求め、
所定枚数目後に研磨される被研磨物に対し、該被研磨物に形成された最上層の被研磨膜の膜厚を研磨前に測定し、この膜厚測定値と前記最上層の被研磨膜の研磨レートに基づいて、該被研磨物または該被研磨物から所定枚数目後に研磨される被研磨物に対する１段目の研磨の処理時間を設定することを特徴とする研磨方法。
【請求項２】
前記所定枚数目後の被研磨物は、直近の未研磨の被研磨物であることを特徴とする請求項１記載の研磨方法。
【請求項３】
前記所定枚数目後に研磨される被研磨物に対する１段目の研磨の処理時間を、該被研磨物に対する２段目の研磨の開始当初における最上層の被研磨膜の膜厚が所定の膜厚となるように設定することを特徴とする請求項１または２記載の研磨方法。
【請求項４】
研磨面を有する研磨テーブルと、被研磨物を保持し前記研磨面に対して押圧するトップリングとを相対運動させて前記１段目の研磨を行い、
研磨の対象が最上層の被研磨膜から次層の被研磨膜に変化したことを研磨テーブルまたはトップリングを駆動する駆動部のトルクを検出して検知することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の研磨方法。
【請求項５】
被研磨物の最上層に形成された被研磨膜に対する１段目の研磨と、該最上層の被研磨膜及び次層の被研磨膜に対する２段目の研磨を行う研磨部と、
被研磨物の最上層に形成された被研磨膜の膜厚を研磨前に測定する測定部と、
１段目及び２段目の研磨における前記最上層の被研磨膜に対する研磨時間と前記測定部において測定された研磨前の最上層の被研磨膜の膜厚から研磨レートを求め、所定枚数目後の被研磨物に対する１段目の研磨の処理時間を研磨前の該被研磨物の最上層の被研磨膜の膜厚と前記研磨レートから設定する制御部を有することを特徴とする研磨装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記所定枚数目後の被研磨物に対する１段目の研磨の処理時間を、該被研磨物に対する２段目の研磨の開始当初における最上層の被研磨膜の膜厚が所定の膜厚となるように設定することを特徴とする請求項５記載の研磨装置。
【請求項７】
前記研磨部は、研磨面を有する研磨テーブルと、被研磨物を保持し前記研磨面に対して押圧するトップリングを有し、
研磨処理の対象が最上層の被研磨膜から次層の被研磨膜に変化したことを研磨テーブルまたはトップリングを駆動する駆動部のトルクを検出して検知することを特徴とする請求項５または６記載の研磨装置。
【請求項８】
前記研磨部は、前記１段目の研磨を行う第１の研磨テーブルと、前記２段目の研磨を行う第２の研磨テーブルを有することを特徴とする請求項７記載の研磨装置。
【請求項９】
前記研磨部は、前記１段目の研磨と前記２段目の研磨を連続して行う研磨テーブルを有することを特徴とする請求項７記載の研磨装置。
【請求項１０】
複数の被研磨膜が形成された被研磨物に対して複数段の研磨を行う研磨装置を制御するためのプログラムであって、
被研磨物の最上層に形成された被研磨膜の膜厚と、該最上層の被研磨膜に対する１段目及び２段目の研磨の研磨時間に基づいて前記最上層の被研磨膜の研磨レートを求める手順と、
前記研磨レートと、所定枚数目後の被研磨物の最上層に形成された被研磨膜の膜厚から該所定枚数目後の被研磨物に対する１段目の研磨の処理時間を設定する手順を実行させるための研磨装置制御用プログラム。
【請求項１１】
前記所定枚数目後の被研磨物は、直近の未研磨の被研磨物であることを特徴とする請求項１０記載の研磨装置制御用プログラム。
【請求項１２】
前記１段目の研磨の処理時間を、前記２段目の研磨の開始当初における最上層の被研磨膜の膜厚が所定の膜厚となるように設定することを特徴とする請求項１０または１１記載の研磨装置制御用プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の基板の表面（被研磨面）を研磨して平坦化する研磨方法及び研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、半導体ウエハ等の基板の表面上に集積回路を形成する時には、基板の表面に絶縁膜、導電膜または半導体膜等を堆積させ、この堆積させた膜の内部に集積回路の配線を形成するようにしている。この配線形成にあたり、光や電子ビームなどによる集積回路の描画が行われるが、微細な配線を形成するためには描画の線幅を極力細くする必要があり、これにより、焦点深度が浅くなる。このため、描画面である半導体ウエハの表面を平坦化する必要がある。この平坦化の１手段として、化学的機械研磨（ＣＭＰ）装置による研磨が行われている。化学的機械研磨（ＣＭＰ）においては、１枚の半導体ウエハ等の基板の表面に順次積層した複数の膜を複数段の研磨プロセスに分けて研磨するようにした多段研磨が知られている。
【０００３】
例えば、図６（ａ）に示すように、絶縁層３００の内部に溝３０２を形成し、絶縁層３００の表面にＳｉＮ等のバリア膜３０４を成膜した後、溝３０２の内部に酸化膜３０６を埋込みながら該酸化膜３０６をバリア膜３０４の表面に堆積させた基板Ｗに対し、先ず１段目の研磨を行って、酸化膜３０６を途中まで研磨し、次に、第２の研磨を行って、残りの酸化膜３０６及びバリア膜３０４を所定量（目標値）まで研磨することが行われている。この場合、酸化膜３０６の表面に対する段差解消特性は低いが、酸化膜３０６に対する研磨レートの高い研磨液（スラリ）を用いて１段目の研磨を行い、しかる後、酸化膜３０６に対する研磨レートは低いが、酸化膜３０６の表面に対する段差解消特性の高い研磨液を用いて２段目の研磨を行うことにより、特に１段目の研磨において酸化膜３０６の研磨量を稼いで、全体の研磨時間を短縮することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図６（ａ）に示すように、内部に溝３０２が形成された絶縁層３００の上に更に酸化膜３０６を堆積させると、酸化膜３０６の表面の絶縁層３００に設けられた溝３０２に対応する部分に窪みが形成される。スループットを向上させるためには、酸化膜３０６に対する研磨レートの高い研磨液を用いた１段目の研磨において、酸化膜（最上層の被研磨膜）３０６を極力研磨し、酸化膜３０６に対する研磨レートの低い研磨液を用いた２段目の研磨においては、酸化膜３０６を殆ど研磨しないことが望ましい。しかしながら、段差解消能力の低い研磨液を使用した１段目の研磨では、前述した酸化膜３０６の表面の窪みは平坦化されず、２段目の研磨でこの窪みを解消する必要がある。このため、１段目の研磨では、酸化膜（最上層の被研磨膜）３０６をある程度残した状態で、研磨を終了する必要がある。
【０００５】
一方、酸化膜（最上層の被研磨膜）３０６が過剰に残った状態で２段目の研磨に入ると、研磨時間が増加する。しかも、２段目の研磨に使用される研磨液は、下層のバリア膜３０４に対する研磨能力が一般に低いため、より長時間に亘って２段目の研磨を行う必要がある。このように、２段目の研磨を長時間に亘って行うと、図６（ｂ）に示すように、溝３０２内の酸化膜３０６の表面が過剰に削られ、深さｄの酸化膜３０６のロスが生じて、ディッシングやエロージョンなどの原因となる。このため、研磨対象となる酸化膜３０６の膜厚が最適な状態で、２段目の研磨を開始することが望ましい。
【０００６】
しかし、例えば前述の酸化膜３０６のように、半導体ウエハ等の基板表面の最上層に形成されて研磨される被研磨膜の膜厚は、一般に基板毎にばらつきがある。また研磨装置内の消耗部材などの劣化により、最上層の被研磨膜に対する研磨レートが低下することがある。このため、２段目の研磨開始当初における最上層の被研磨膜の膜厚を一定にすることは、一般に困難であった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、例え最上層の被研磨膜の初期膜厚に被研磨物毎のばらつきがあっても、この被研磨物毎の膜厚のばらつきに左右されることなく、各被研磨物に対して、最上層の被研磨膜の膜厚が最適な状態で、２段目の研磨を開始することができるようにした研磨方法及び研磨装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、複数の被研磨膜が形成された被研磨物に複数段の研磨を行う研磨方法であって、被研磨物の最上層に形成された被研磨膜の膜厚を研磨前に測定した後、該最上層の被研磨膜を途中まで研磨する１段目の研磨と、残った最上層の被研磨膜と次層の被研磨膜を研磨する２段目の研磨を予め設定した研磨条件で順次行い、前記１段目及び２段目の研磨における前記最上層の被研磨膜に対する処理時間と前記最上層の被研磨膜の膜厚測定値を基に該最上層の被研磨膜の研磨レートを求め、所定枚数目後に研磨される被研磨物に対し、該被研磨物に形成された最上層の被研磨膜の膜厚を研磨前に測定し、この膜厚測定値と前記最上層の被研磨膜の研磨レートに基づいて、該被研磨物または該被研磨物から所定枚数目後に研磨される被研磨物に対する１段目の研磨の処理時間を設定することを特徴とする研磨方法である。
【０００９】
このように、ある任意の被研磨物に対して、最上層の被研磨膜の膜厚を測定した後に多段研磨を行い、この多段研磨の内の１段目と２段目の研磨における最上層の被研磨膜に対する処理時間と前記最上層の被研磨膜の膜厚測定値を基に該最上層の被研磨膜の研磨レートを求め、所定枚数目後に研磨される被研磨物に対し、予め求めた研磨レートと当該被研磨物の研磨前の最上層の被研磨膜の膜厚とから１段目の研磨の処理時間を決定することで、２段目の研磨の開始当初における最上層の被研磨膜の膜厚を均一にすることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記所定枚数目後の被研磨物は、直近の未研磨の被研磨物であることを特徴とする請求項１記載の研磨方法である。
このように、研磨時間のフィードバックを直近の未研磨の被研磨物に適用することによって、研磨装置内における消耗部材の劣化等による研磨能力の変化にも対応した研磨レートを設定することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記所定枚数目後に研磨される被研磨物に対する１段目の研磨の処理時間を、該被研磨物に対する２段目の研磨の開始当初における最上層の被研磨膜の膜厚が所定の膜厚となるように設定することを特徴とする請求項１または２記載の研磨方法である。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、研磨面を有する研磨テーブルと、被研磨物を保持し前記研磨面に対して押圧するトップリングとを相対運動させて前記１段目の研磨を行い、研磨の対象が最上層の被研磨膜から次層の被研磨膜に変化したことを研磨テーブルまたはトップリングを駆動する駆動部のトルクを検出して検知することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の研磨方法である。
このように、研磨の対象が最上層の被研磨膜から次層の被研磨膜に変化したことを研磨テーブルまたはトップリングを駆動するモータ等の駆動部のトルクを検出して検知することで、１段目の研磨と２段目の研磨との間に、被研磨物の洗浄及び乾燥が必要な光学系の膜厚測定器等に搬送する必要をなくして、スループットを向上させることができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、被研磨物の最上層に形成された被研磨膜に対する１段目の研磨と、該最上層の被研磨膜及び次層の被研磨膜に対する２段目の研磨を行う研磨部と、被研磨物の最上層に形成された被研磨膜の膜厚を研磨前に測定する測定部と、１段目及び２段目の研磨における前記最上層の被研磨膜に対する研磨時間と前記測定部において測定された研磨前の最上層の被研磨膜の膜厚から研磨レートを求め、所定枚数目後の被研磨物に対する１段目の研磨の処理時間を研磨前の該被研磨物の最上層の被研磨膜の膜厚と前記研磨レートから設定する制御部を有することを特徴とする研磨装置である。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、前記制御部は、前記所定枚数目後の被研磨物に対する１段目の研磨の処理時間を、該被研磨物に対する２段目の研磨の開始当初における最上層の被研磨膜の膜厚が所定の膜厚となるように設定することを特徴とする請求項５記載の研磨装置である。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、前記研磨部は、研磨面を有する研磨テーブルと、被研磨物を保持し前記研磨面に対して押圧するトップリングを有し、研磨処理の対象が最上層の被研磨膜から次層の被研磨膜に変化したことを研磨テーブルまたはトップリングを駆動する駆動部のトルクを検出して検知することを特徴とする請求項５または６記載の研磨装置である。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、前記研磨部は、前記１段目の研磨を行う第１の研磨テーブルと、前記２段目の研磨を行う第２の研磨テーブルを有することを特徴とする請求項７記載の研磨装置である。
請求項９に記載の発明は、前記研磨部は、前記１段目の研磨と前記２段目の研磨を連続して行う研磨テーブルを有することを特徴とする請求項７記載の研磨装置である。
【００１７】
請求項１０に記載の発明は、複数の被研磨膜が形成された被研磨物に対して複数段の研磨を行う研磨装置を制御するためのプログラムであって、被研磨物の最上層に形成された被研磨膜の膜厚と、該最上層の被研磨膜に対する１段目及び２段目の研磨の研磨時間に基づいて前記最上層の被研磨膜の研磨レートを求める手順と、前記研磨レートと、所定枚数目後の被研磨物の最上層に形成された被研磨膜の膜厚から該所定枚数目後の被研磨物に対する１段目の研磨の処理時間を設定する手順を実行させるための研磨装置制御用プログラムである。
【００１８】
請求項１１に記載の発明は、前記所定枚数目後の被研磨物は、直近の未研磨の被研磨物であることを特徴とする請求項１０記載の研磨装置制御用プログラムである。
請求項１２に記載の発明は、前記１段目の研磨の処理時間を、前記２段目の研磨の開始当初における最上層の被研磨膜の膜厚が所定の膜厚となるように設定することを特徴とする請求項１０または１１記載の研磨装置制御用プログラムである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の研磨方法及び研磨装置によれば、基板等の被研磨物上に形成された複数層の被研磨膜に対する複数段の研磨を行う時に、最上層の被研磨膜の膜厚に被研磨物毎のばらつきがあっても、各被研磨物に対する２段目の研磨の開始当初における最上層膜の膜厚を常に一定に保ち、更に研磨部材の消耗を織り込んだ研磨レシピを作成することで、研磨後の被研磨膜の表面にディッシングやエロージョンが生じることを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、以下の例では、半導体ウエハ等の基板を被研磨物として、基板の表面（被研磨面）を平坦に研磨するようにした例を示す。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態に係る研磨装置の全体配置図を示す。図１に示すように、研磨装置は、走行レール２００上を移動する搬送ロボット２０２がカセット２０４内にストックされている半導体ウエハ等の基板（被研磨物）の出し入れを行うとともに、未研磨及び研磨済みの基板を、載置台２０６及び搬送ロボット２０８に中継させて、カセット２０４とロータリトランスポータ２１０との間を往復させる。そして、ロータリトランスポータ２１０上の基板を、後述するトップリング１に保持させつつ研磨テーブル１００上に位置させることにより、複数枚の基板を連続して研磨処理することができるように、研磨装置はシステム化されている。
【００２２】
研磨装置には、研磨後の基板を洗浄し乾燥させる洗浄機２１２，２１４、基板表面の２段目の研磨を行う研磨テーブル２１６、研磨テーブル１００，２１６のドレッシングを行うためのドレッサ２１８，２２０、及びドレッサ２１８を洗浄するための水桶２２２が備えられている。なお、複数の研磨液や複数の研磨条件（研磨レシピ）を切替ることにより、１台の研磨テーブル１００で２段研磨やそれ以上の複数段研磨を行うことも可能になっている。
【００２３】
図２は、本発明の他の実施の形態の研磨装置の全体構成を示す。図２に示すように、この研磨装置は、カセットを載置する３つのロード／アンロードステージ６００を備えている。このロード／アンロードステージ６００に沿って走行機構６０１が設けられており、この走行機構６０１の上には、２つのハンドを有する第１搬送ロボット６０２が配置されている。また、走行機構６０１に隣接して、後述するＩＴＭ２２４が配置されている。第１搬送ロボット６０２のハンドは、ロード／アンロードステージ６００上の各カセットおよびＩＴＭ２２４にアクセス可能となっている。
【００２４】
図２に示す研磨装置は、４つの研磨部６０４〜６０７を備えており、これらの研磨部６０４〜６０７は、装置の長手方向に沿って配列されている。それぞれの研磨部には、研磨面を有する研磨テーブル６０８と、半導体ウェハ等の基板を保持しかつ基板を研磨テーブル６０８に対して押圧しながら研磨するためのトップリング６０９と、研磨テーブル６０８に研磨液やドレッシング液（例えば、水）を供給するための研磨液供給ノズル６１０と、研磨テーブル６０８のドレッシングを行うためのドレッサ６１１と、液体（例えば純水）と気体（例えば窒素）の混合流体を霧状にして、１または複数のノズルから研磨面に噴射するアトマイザ６２２とを備えている。
【００２５】
研磨部６０４，６０５の近傍には、長手方向に沿って基板を搬送する第１リニアトランスポータ６１２が設置されており、この第１リニアトランスポータ６１２のロード／アンロードステージ６００側には、第１搬送ロボット６０２から受け取った基板を反転する反転機６１３が配置されている。また、研磨部６０６，６０７の近傍にも、長手方向に沿って基板を搬送する第２リニアトランスポータ６１４が設置されている。
【００２６】
この研磨装置は、第２搬送ロボット６１５と、第２搬送ロボット６１５から受け取った基板を反転させる反転機６１６と、研磨後の基板を洗浄する４つの洗浄機６１７〜６２０と、反転機６１６および洗浄機６１７〜６２０の間で基板を搬送する搬送ユニット６２１とを備えている。これらの第２搬送ロボット６１５、反転機６１６、および洗浄機６１７〜６２０は、長手方向に沿って直列に配置されている。
【００２７】
このような研磨装置において、カセット内の基板は、反転機６１３、第１リニアトランスポータ６１２、第２リニアトランスポータ６１４を経て各研磨部６０４〜６０７に導入される。研磨後の基板は、第２搬送ロボット６１５および反転機６１６を経て洗浄機６１７〜６２０に導入され、ここで洗浄される。洗浄後の基板は、第１搬送ロボット６０２によりカセットに戻される。
【００２８】
この例では、４台の研磨テーブルを備え、２台の研磨テーブルを１セットとして基板を２段研磨するようにしているが、４台の研磨テーブルを用いて基板を４段研磨するようにしてもよい。
【００２９】
これらの研磨装置は、研磨前、あるいは研磨後に洗浄及び乾燥処理を経た基板表面における被研磨膜の膜厚等の表面状態を測定する測定部としてのＩＴＭ（In-line  Thickness  Monitor）２２４を備えている。たとえば、図１に示すように、走行レール２００の延長線上には、搬送ロボット２０２が研磨後の基板をカセット２０４内に収納する前、もしくは搬送ロボット２０２が研磨前の基板をカセット２０４から取出した後（In-line）に、光学的手段による基板表面へ入射し反射した光学信号により、半導体ウエハ等の基板表面における酸化膜等の絶縁膜の膜厚、導電性膜の銅膜やバリア膜等の研磨状態を測定するＩＴＭ（測定部）２２４が配置されている。
【００３０】
これらの研磨装置は、基板の研磨中または／および研磨後に、基板表面の導電性膜が配線部などの必要な領域を除いて除去され、または絶縁膜が除去されることをこれらのセンサ信号や計測値を監視することにより検出して、多段研磨プロセスにおける各段の研磨条件や、研磨処理工程の終点を決定し、適切な研磨処理を繰返すことができるようになっている。ＩＴＭ２２４は、基板の表面（被研磨面）の全面について表面状態を測定することができ、これにより基板の特定の箇所における研磨結果や、基板の全体的な研磨結果について調べることができる。
【００３１】
研磨装置の研磨部は、研磨対象である半導体ウエハ等の基板を保持して研磨テーブル上の研磨面に押圧し、これによって、基板の表面を平坦に研磨する。図１に示す研磨装置の研磨部の詳細を図３に示す。図３に示すように、トップリング１の下方には、上面に研磨パッド（研磨布）１０１を貼付した研磨テーブル１００が設置されている。研磨テーブル１００の上方には、研磨液供給ノズル１０２が設置されており、この研磨液供給ノズル１０２によって研磨テーブル１００上の研磨パッド１０１上に研磨液（スラリ）Ｑが供給される。また、トップリング１は、上面に研磨パッド（研磨テーブル）２１７を貼着した研磨テーブル２１６の直上方位置にも移動できようになっている。この研磨テーブル２１６は、いわゆるスクロール運転するように構成され、更に、研磨テーブル２１６の内部には、研磨パッド２１７の上に研磨液を供給する研磨液供給部（図示せず）が設けられている。これにより、研磨部が構成されている。
【００３２】
図１に示す研磨装置では、トップリング１で基板を保持したまま、研磨テーブル１００で基板に対する１段目の研磨を、研磨テーブル２１６で基板に対する２段目の研磨を行うようにしている。このため、研磨テーブル１００の研磨パッド１０１には、酸化膜３０６（図５参照）等の基板の最上層に形成された被研磨膜の表面に対する段差解消特性は低いが、該被研磨膜に対する研磨レートの高い研磨液（スラリ）Ｑが供給される。研磨テーブル２１６の研磨パッド２１７には、酸化膜３０６（図５参照）等の基板の最上層に形成された被研磨膜に対する研磨レートは低いが、該被研磨膜の表面に対する段差解消能力の高い研磨液（スラリ）Ｑが供給される。
【００３３】
市場で入手できる研磨パッド１０１，２１７としては種々のものがあり、例えば、ロデール社製のＳＵＢＡ８００、ＩＣ−１０００、ＩＣ−１０００／ＳＵＢＡ４００（二層クロス）、フジミインコーポレイテッド社製のＳｕｒｆｉｎ  ｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ  ０００等がある。ＳＵＢＡ８００、Ｓｕｒｆｉｎ  ｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ  ０００は、繊維をウレタン樹脂で固めた不織布であり、ＩＣ−１０００は、硬質の発泡ポリウレタン（単層）である。発泡ポリウレタンは、ポーラス（多孔質状）になっており、その表面に多数の微細な凹みまたは孔を有している。研磨パッド１０１，２１７は、基本的には消耗部材であり、基板の表面を研磨することによりすり減っていく。実際の研磨プロセスにおいては、研磨パッド１０１，２１７が所定の厚さになるか、または研磨速度が低下した時に、新しい研磨パッド１０１，２１７への張り替えを行っている。
【００３４】
図３に示すように、トップリング１は、自在継手部１０を介してトップリング駆動軸１１に接続されており、トップリング駆動軸１１は、トップリングヘッド１１０に固定されたトップリング用エアシリンダ１１１に連結されている。トップリング用エアシリンダ１１１によってトップリング駆動軸１１は上下動し、トップリング１の全体を昇降させるとともに、トップリング本体２の下端に固定されたリテーナリング３を研磨テーブル１００，２１６に押圧する。トップリング用エアシリンダ１１１は、圧縮空気源１２０に接続されており、トップリング用エアシリンダ１１１に供給される加圧空気の空気圧等の流体圧力を調整することができる。これにより、リテーナリング３で保持した基板で研磨パッド１０１，２１７を押圧する押圧力を調整することができる。
【００３５】
トップリング駆動軸１１は、キー（図示せず）を介して回転筒１１２に連結されている。回転筒１１２は、その外周部にタイミングプーリ１１３を備えている。トップリングヘッド１１０には、回転駆動部としてのトップリング用モータ１１４が固定されており、タイミングプーリ１１３は、タイミングベルト１１５を介してトップリング用モータ１１４に設けられたタイミングプーリ１１６に接続されている。従って、トップリング用モータ１１４を回転駆動することによって、タイミングプーリ１１６、タイミングベルト１１５及びタイミングプーリ１１３を介して回転筒１１２及びトップリング駆動軸１１が一体に回転し、トップリング１が回転する。トップリングヘッド１１０は、フレーム（図示せず）に固定支持されたトップリングヘッドシャフト１１７によって支持されている。
【００３６】
また、トップリング用モータ１１４には、このトルクを測定するトルク測定部１２２が設けられている。例えば、基板表面の研磨中に、基板上の絶縁膜が除去されて絶縁膜の下に形成された金属膜が研磨面に対して露出すると、摩擦力の変化によりトップリング用モータ１１４にかかるトルクが変化する。このトルク変化をトルク測定部１２２で検知し、これによって、絶縁膜が除去されたことを判定することができる。このトルク測定部１２２は、この例では、トップリング用モータ１１４の電流を計測しているが、実際にトップリング用モータ１１４にかかるトルクを測るものでも良い。また、この例では、トルク測定部１２２をトップリング用モータ１１４に設置しているが、研磨テーブル２１６を回転させるための研磨テーブル用モータにトルク測定部を設置しても良い。
【００３７】
前記ＩＴＭ２２４及びトルク測定部１２２からの信号は、図３に示すように、制御部４００に入力される。制御部４００は、図４に示すように、操作パネルなどのマン−マシン・インターフェイス等の入力部４０１からの入力や、各種データ処理を行うホストコンピュータ４０２からの入力に基づいて、所望形状などの目標プロフィールになるように基板Ｗを目標研磨レート（研磨量）で研磨するように研磨装置を制御する。
【００３８】
以下、本発明に係る研磨装置の制御部４００が実行する研磨方法について説明する。この例では、図５（ａ）に示すように、絶縁層３００の内部に溝３０２を形成し、絶縁層３００の表面にＳｉＮ等のバリア膜３０４を成膜した後、配線用の溝３０２の内部に酸化膜３０６を埋込みながら該酸化膜３０６をバリア膜３０４の表面に堆積させた基板Ｗに対し、先ず１段目の研磨を行って、酸化膜３０６を途中まで研磨し、次に、第２の研磨を行って、残りの酸化膜３０６及びバリア膜３０４を所定量（目標値）まで研磨する場合について説明する。
【００３９】
図１に示す研磨装置において、カセット２０４に収容された基板Ｗは、搬送ロボット２０２，２０８によって、順次ロータリトランスポート２１０に搬送され、トップリング１で保持される。そして、このトップリング１で保持された基板に対して、研磨テーブル１００による１段目の研磨と、研磨テーブル２１６による２段目の研磨が行われる。そして、研磨後の基板Ｗは、洗浄機２１２，２１４で洗浄され乾燥されてカセット２０４に戻される。
【００４０】
この研磨処理に先立ち、研磨前の基板Ｗを、搬送ロボット２０２でＩＴＭ２２４に搬送し、このＩＴＭ２２４で、基板Ｗの最上層に形成された被研磨膜である酸化膜３０６の膜厚を測定する。この酸化膜３０６の膜厚は、研磨処理前の工程で形成されるが、一般に基板毎にばらつきがある。このばらつきを補償する研磨レシピを作成するため、研磨前に研磨対象である酸化膜（最上層の被研磨膜）３０６の膜厚を測定する。なお、研磨処理前の処理装置と研磨装置とがネットワーク等により情報の共有ができる時には、当該処理装置内で処理後の基板の最上層に形成された酸化膜３０６の膜厚を計測していれば、その計測値を研磨装置と共有することができる。このため、上述の研磨前の膜厚測定は不要となる。
【００４１】
酸化膜３０６の膜厚の測定が終了した基板Ｗを、搬送ロボット２０８でロータリトランスポータ２１０に搬送して、トップリング１で保持する。そして、先ず、研磨テーブル１００を使用し、予め設定した研磨条件で基板Ｗに対する１段目の研磨を行う。つまり、トップリング１で保持した基板Ｗを、研磨テーブル１００の研磨パッド１０１に所定の押圧力で押圧しつつ、研磨テーブル１００及びトップリング１を回転させ、同時に、研磨液供給ノズル１０２から研磨テーブル１００の研磨パッド１０１に研磨液Ｑを供給する。ここで、酸化膜３０６に対する研磨レートは高いが、酸化膜３０６の表面に対する段差解消能力の低い研磨液（スラリ）Ｑを用いて１段目の研磨を行うことで、酸化膜３０６の研磨量を稼ぎ、これによって、全体の研磨時間を短縮する。
【００４２】
そして、図５に示すように、酸化膜３０６を完全に除去することなく、酸化膜３０６が僅かに残った状態で、１段目の研磨を終了する。１段目の研磨の終点は、例えば時間管理で行っている。すなわち、研磨レシピ内の研磨時間データに基づいて所定時間研磨を行って１段目の研磨を終了する。
【００４３】
次に、この１段目の研磨が終了した基板Ｗを、トップリング１で保持したまま研磨テーブル２１６の直上方まで移動させ、この研磨テーブル２１６を使用して、予め設定した研磨条件で基板Ｗに対する２段目の研磨を行う。つまり、トップリング１で保持した基板Ｗを、研磨テーブル２１６の研磨パッド２１７に所定の押圧力で押圧しつつ、研磨テーブル２１６及びトップリング１を回転させ、同時に、研磨テーブル２１６に形成した研磨液供給部を通して研磨テーブル２１６の研磨パッド２１７に研磨液を供給する。この第２の研磨では、図５に示すように、バリア膜３０４上の酸化膜３０６を完全に研磨し、更に、バリア膜３０４を研磨目標まで（所定量）研磨する。
【００４４】
ここで、１段目の研磨で用いた研磨液に比べて酸化膜３０６に対する研磨レートは低いが、酸化膜３０６の表面に対する段差解消能力の高い研磨液（スラリ）を用いて２段目の研磨を行うことで、酸化膜３０６の表面を平坦化しつつ、バリア膜３０４の表面に残った酸化膜３０６を完全に除去することができる。２段目の研磨の終点は、例えば時間管理で行っている。すなわち、研磨レシピ内には、２段目の研磨の研磨対象が酸化膜３０６からバリア膜３０４に変化した後の研磨時間が設定されており、これに基づいて研磨終点を決定している。研磨対象の酸化膜３０６からバリア膜３０４への変化点は、前述したトルク測定部１２２からの信号で行っている。つまり、図５（ａ）に示すように、２段目の研磨で厚さＢの酸化膜３０６を研磨し、厚さＣのバリア膜３０４の研磨に移ると、図５（ｂ）に示すように、トップリング用モータ１１４の電流値（トルク）が徐々に増加し、酸化膜３０６を研磨し終わった時点で、トップリング用モータ１１４の電流値（トルク）が徐々に減少する。そこで、電流値（トルク）が最大となった時点（ｔ１）を研磨対象が酸化膜３０６からバリア膜３０４への変化した時とし、この時から研磨終了時（ｔ１〜ｔ２）の時間を管理する。
【００４５】
２段目の研磨が終了した基板Ｗを、ロータリトランスポータ２１０から搬送ロボット２０８を通して、洗浄機２１４から洗浄機２１２に順次搬送し、ここで基板を洗浄し乾燥させた後、搬送ロボット２０２でＩＴＭ２２４に搬送する。そして、このＩＴＭ２２４で研磨後のバリア膜３０４の膜厚やディッシングやエロージョンの数を測定した基板を、搬送ロボット２０２でカセット２０４に戻す。
【００４６】
上述の基板Ｗに関する研磨前の酸化膜（最上層の被研磨膜）３０６の膜厚、１段目の研磨の処理（研磨）時間、２段目の研磨における酸化膜３０６に対する処理（研磨）時間（ｔ１）、２段目の研磨におけるバリア膜（次層の被研磨膜）３０４に対する処理（研磨）時間（ｔ１〜ｔ２）、第１の研磨後におけるバリア膜３０４の膜厚のデータは、制御部４００内のデータベース内に記憶される。制御部４００は、これらのデータと、１段目の研磨と２段目の研磨において用いられた研磨液の酸化膜３０６に対する研磨速度比を基に、１段目の研磨と２段目の研磨における酸化膜３０６に対する研磨レートを算出する。
【００４７】
研磨レート算出後、カセット２０４から搬送された次に基板Ｗを、上述のように、研磨前にＩＴＭ２２４に搬送し、ＩＴＭ２２４で酸化膜３０６の膜厚を測定する。そして、この膜厚値と、制御部４００にて算出された研磨レートを基に、１段目の研磨における処理時間を新たに設定する。つまり、トップリング１で保持した基板Ｗに対する、研磨テーブル１００を使用した１段目の研磨を、新たに設定した時間に亘って行って、１段目の研磨を終了する。これにより、１段目の研磨における酸化膜３０６に対する研磨量Ａが補正され、酸化膜３０６の膜厚が所望の厚さになったところで、２段目に研磨に移ることができる。
【００４８】
上述のような研磨レシピの設定を行うことにより、基板Ｗの最上層に形成された酸化膜３０６等の、最上層の被研磨膜の初期膜厚に左右されることなく、２段目の研磨の開始当初における最上層の被研磨膜に膜厚が確保できるばかりでなく、直近の基板に対するデータをフィードバックすることによって、研磨工程に係る消耗部材の劣化等による研磨レートの減少を織り込んだ研磨レシピを作成することができる。
また、１段目の研磨と２段面の工程との間に、ＩＴＭ等による膜厚測定を行う必要がないので、スループットが向上する。
【００４９】
この例では、２台の研磨テーブル１００，２１６を２組備えた、いわゆるパラレル運転を行うようにしているが、このようなパラレル運転においては、データベースまたは制御部４００は、２組の研磨テーブル１００，２１６毎にそれぞれ独立に研磨に関するデータを記憶し、また研磨レシピを設定する。また、研磨テーブル１００の研磨パッド１０１に供給する研磨液Ｑの種類を変えることで、１台の研磨テーブル１００で１段目の研磨と２段目の研磨を行うようにしてもよく、このような場合も、データベースまたは制御部４００は、図１の２台の研磨テーブル１００毎にそれぞれ独立に研磨に関するデータを記憶し、また研磨レシピを設定する。このことは、図２に示す４台の研磨テーブル６０８にあっても同様である。
【００５０】
なお、上記の例では基板Ｗ上の酸化膜３０６に対する研磨レートが算出されるまで、次の基板は待機の状態であったが、１段目の研磨と２段目の研磨を異なるトップリング及び研磨テーブルを使用して行う、いわゆるシリーズ運転においては、基板を第１のトップリング及び研磨テーブルを使用した１段目の研磨から、第２のトップリング及び研磨テーブルを使用した２段目の研磨工程に移行する際に、次の基板が第１のトップリングに搬送される。このとき、当該次の基板に対する研磨レシピは、一つ前の基板に対する研磨レートを参照する。すなわち、n枚目の基板が１段目の研磨から２段目の研磨に移行する際に、ｎ＋１枚目の基板が１断面の研磨に付されるが、この時、ｎ＋１枚目の基板に対する研磨レシピは、既に研磨を終えたｎ−１枚目の基板に対する研磨レートを参照する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態の研磨装置の示す全体配置図である。
【図２】本発明の実施の形態の研磨装置の示す全体配置図である。
【図３】図１の研磨装置の研磨部を拡大して示す概要図である。
【図４】図１の研磨装置の制御ブロック図である。
【図５】（ａ）は、本発明の２段研磨の概要の説明に付する図で、（ｂ）は、本発明の２段目の研磨時におけるトップリング用モータの電流値（トルク）と研磨時間の関係を示すグラフである。
【図６】（ａ）は、従来の２段研磨の概要の説明に付する図で、（ｂ）は、従来の２段研磨において、２段目の研磨を長時間に亘って行った時の状態を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１，６０９  トップリング
１００，２１６，６０８  研磨テーブル
１０１，２１７  研磨パッド
１０２，６１０  研磨液供給ノズル
１１０  トップリングヘッド
１１１  トップリング用エアシリンダ
１１４  トップリング用モータ
１２２  トルク測定部
２０２，２０８，６０２，６１５  搬送ロボット
２０６  載置台
２１０  ロータリトランスポータ
２１２，２１４，６１７，６１８，６１９，６２０  洗浄機
２１８，２２０，６１１  ドレッサ
２２４  ＩＴＭ（測定部）
３０２  溝
３０４  バリア膜
３０６  酸化膜
４００  制御部
４０１  入力部
４０２  ホストコンピュータ
【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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