(57)【要約】【課題】段差を含む被研磨層を研磨する研磨工程を含む半導体装置の製造方法と半導体ウエハの研磨装置において、被研磨膜に膜質のばらつきがあっても、オフラインによる膜厚測定を増やすことなく、より均一な厚さの研磨を行なう。【解決手段】段差を研磨して平坦化する平坦化工程と、それに続く厚さ調整工程を行ない、段差の研磨を終了した平坦化時点において、摩擦の強さまたはそれに比例する信号に基づき、研磨速度の推定値を求め、これに基づき、厚さ調整工程における研磨時間を決定する。膜質のばらつきは研磨速度にばらつきを与えるが、平坦化時点における研磨速度の推定値に基づき、研磨時間を決定することにより、より均一化された厚さの研磨を行なうことができる。【選択図】        図４
2004158506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハを研磨する研磨工程を含み、この研磨工程では、段差を含んだ半導体ウエハの被研磨面と、研磨テーブルに設けられた研磨パッドとが所定の圧力で互いに押し付けられ、前記段差が研磨されて平坦化される半導体装置の製造方法であって、前記研磨工程は、前記被研磨面の段差を研磨して平坦化する平坦化工程と、さらに、この平坦化工程に続いて前記被研磨面を研磨して半導体ウエハの厚さを調整する厚さ調整工程とを含んでおり、前記平坦化工程により、前記半導体ウエハの被研磨面の段差の研磨が終了した平坦化時点において、前記被研磨面における摩擦の強さに基づき、この被研磨面の研磨速度の推定値を求め、この推定値に基づき、前記厚さ調整工程における研磨時間を決定することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、前記厚さ調整工程における研磨時間の決定が、研磨される複数の半導体ウエハ毎に行なわれることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の半導体装置の製造方法であって、前記厚さ調整工程における研磨時間が、前記厚さ調整工程における摩擦の強さの積分値を所定値にするようにして、決定されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
研磨テーブルに貼り付けられた研磨パッドと、研磨ヘッドに保持された半導体ウエハの被研磨面とを互いに押し付け、前記半導体ウエハの被研磨面を研磨する半導体ウエハの研磨装置であって、前記半導体ウエハが、その被研磨面に含まれる段差を平坦化する平坦化工程と、この平坦化工程の後で前記被研磨面を研磨して前記半導体ウエハの厚さを調整する厚さ調整工程とを含んで研磨されるものにおいて、前記研磨パッドと前記半導体ウエハの被研磨面との摩擦の強さをモニタするモニタ手段および前記厚さ調整工程における研磨時間を設定する研磨時間決定手段を有し、前記モニタ手段が、前記半導体ウエハの被研磨面に含まれる段差の研磨が完了した平坦化時点における摩擦の強さのモニタ値を求め、また前記研磨時間設定手段が、このモニタ値に基づき、前記被研磨面の研磨速度の推定値を求め、前記厚さ調整工程における研磨時間を決定するように構成されたことを特徴とする半導体ウエハの研磨装置。
【請求項５】
請求項４記載の半導体ウエハの研磨装置であって、前記研磨時間設定手段が、前記厚さ調整工程における摩擦の強さの積分値を所定値にするようにして前記厚さ調整工程における研磨時間を設定するように構成されたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項４または５記載の半導体ウエハの研磨装置であって、前記モニタ手段が、前記研磨テーブルと研磨ヘッドの少なくとも一方の駆動軸のトルクを検出するトルクセンサを有することを特徴とする半導体ウエハの研磨装置。
【請求項７】
請求項４または５記載の半導体ウエハの研磨装置であって、前記モニタ手段が、前記研磨テーブルと研磨ヘッドの少なくとも一方を駆動する駆動モータの駆動電流を検出するトルクセンサを有することを特徴とする半導体ウエハの研磨装置。
【請求項８】
請求項４または５記載の半導体ウエハの研磨装置であって、前記モニタ手段が、前記研磨テーブルと研磨ヘッドの少なくとも一方に取り付けた振動センサを有することを特徴とする半導体ウエハの研磨装置。
【請求項９】
請求項４または５記載の半導体ウエハの研磨装置であって、前記モニタ手段が、前記研磨テーブルと研磨ヘッドの少なくとも一方に取り付けた音響センサを有することを特徴とする半導体ウエハの研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウエハを研磨する研磨工程を含んだ半導体装置の製造方法およびそれに使用される半導体ウエハの研磨装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩの高集積化による半導体装置の微細化、配線の多層化に伴い、半導体装置の製造プロセスで使用されるステッパの焦点深度は年々減少し、露光マージンが厳しくなっている。そのため、化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：以下ＣＭＰという）による半導体ウエハ表面の段差の平坦化が重要視されている。
【０００３】
このＣＭＰによる一般的な処理手順は、最初にモニタウエハの被研磨膜の被研磨面を研磨し、その研磨前後のオフラインによる膜厚測定に基づいて、研磨速度および研磨の均一性を評価する。これらの評価により、半導体ウエハが研磨可能であるかを判断した後、研磨すべき研磨条件を決定して、製品となる半導体ウエハの研磨を行なう。この研磨条件、特に研磨速度は、製品となる半導体ウエハの各被研磨膜毎に、被研磨膜の研磨速度、製品となる半導体ウエハの研磨前のオフライン測定による膜厚、および研磨後の目標膜厚から決定される。
【０００４】
しかし、製品となる半導体ウエハについては、被研磨膜の膜種が異なる場合はもちろんのこと、例え同一の膜種であっても、それを成膜する成膜装置の機差により、ロット毎に膜質にばらつきがあり、また同一の成膜装置で成膜した１つのロットの中でも、その成膜条件の変化のために、半導体ウエハ毎に膜質のばらつきが生じる。
【０００５】
これに伴い、実際の研磨工程では、この被研磨膜の膜種の相違および同一膜種の膜質のばらつきによって、研磨速度にばらつきが生じる結果になり、例え同一工程で処理された同じ被研磨膜を同じ研磨時間で研磨しても、異なるロット間ではもちろん、同じロットの中の半導体ウエハについても、研磨後の膜厚にばらつきが生じる。したがって、研磨後の膜厚測定を高頻度で行なわなければならず、また膜厚測定の結果、所定膜厚範囲を外れた半導体ウエハは、被研磨膜の再研磨、または再成膜が必要になり、その研磨後に膜厚の再測定も行なう必要があるため、処理能力が大きく低下することとなる。併せて、研磨が著しく過度となったケースでは、半導体ウエハの破棄によるロスまで生じる。
【０００６】
これらの研磨後の膜厚のばらつきを抑制するために、いろいろな研磨終了状態の検出技術が提案されている。研磨時における研磨面の摩擦力を、歪検出ゲージによって検出し、被研磨面の段差の研磨が終了した時点で、摩擦力が大きく変化することを検出し、その時点で研磨を終了させるものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、半導体ウエハを押圧保持する研磨ヘッドの回転軸にトーション計を設け、摩擦力の変化を検出し、研磨を終了させるものが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。さらに、振動センサまたは音響センサを用い、各被研磨膜の相違を検出するものも提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−２５６２０９号公報（特に、図２及び段落００３９、００４０の説明）
【特許文献２】
特開２００１−４４１５７号公報（特に、図１及び段落００１２、００１３の説明）
【特許文献３】
特開平１１−３５４４７７号公報（特に、図１Ａ及び段落００１６、００２１、００２２の説明）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの先行技術は、いずれも、被研磨面に含まれた段差の研磨が終了した平坦化時点で、被研磨面の摩擦力が大きく変化することを検出し、この時点で、研磨作業を終了させるものである。
【０００９】
しかしながら、ＬＳＩの配線層を覆う層間膜を研磨する場合には、被研磨面に含まれる段差が研磨されて平坦化が終了した後、さらに研磨を行ない、半導体ウエハの厚さ調整を行なう必要がある。この厚さ調整においても、被研磨膜の膜質のばらつきによって、研磨後の膜厚にばらつきが生じるが、この厚さ調整における研磨の終了を決定するような技術は従来提案されておらず、この厚さ調整の工程における、膜厚測定、再研磨、再成膜によって、処理能力が低下するのを避けることができない。
【００１０】
この発明は、このような従来の課題を改良し、厚さ調整工程における研磨時間を設定するようにした研磨工程を含む半導体装置の製造方法を提案するものである。
また、この発明は、この半導体製造方法に使用される半導体ウエハの研磨装置であって、特に厚さ調整工程における研磨時間の設定を可能にした半導体ウエハの研磨装置を提案するものである。
【００１１】
【課題を解決する手段】
この発明による半導体装置の製造方法は、半導体ウエハを研磨する研磨工程を含み、この研磨工程では、段差を含んだ半導体ウエハの被研磨面と、研磨テーブルに設けられた研磨パッドとが所定の圧力で互いに押し付けられ、前記段差が研磨されて平坦化される半導体装置の製造方法であって、前記研磨工程は、前記被研磨面の段差を研磨して平坦化する平坦化工程と、さらに、この平坦化工程に続いて前記被研磨面を研磨して半導体ウエハの厚さを調整する厚さ調整工程とを含んでおり、前記平坦化工程により、前記半導体ウエハの被研磨面の段差の研磨が終了した平坦化時点において、前記被研磨面における摩擦の強さに基づき、この被研磨面の研磨速度の推定値を求め、この推定値に基づき、前記厚さ調整工程における研磨時間を決定することを特徴とする。
【００１２】
この発明による半導体装置の製造方法に含まれる研磨工程では、平坦化工程により、半導体ウエハの被研磨面の段差の研磨が終了した平坦化時点において、被研磨面における摩擦の強さに基づき、この被研磨面の研磨速度の推定値を求め、この推定値に基づき、厚さ調整工程における研磨時間を決定する。この決定された研磨時間で厚さ調整工程の研磨作業を行なうことにより、ばらつきの少ない研磨を行ない、研磨処理能力を向上することができる。
【００１３】
また、この発明による半導体ウエハの研磨装置は、研磨テーブルに貼り付けられた研磨パッドと、研磨ヘッドに保持された半導体ウエハの被研磨面とを互いに押し付け、前記半導体ウエハの被研磨面を研磨する半導体ウエハの研磨装置であって、前記半導体ウエハが、その被研磨面に含まれる段差を平坦化する平坦化工程と、この平坦化工程の後で前記被研磨面を研磨して前記半導体ウエハの厚さを調整する厚さ調整工程とを含んで研磨されるものにおいて、前記研磨パッドと前記半導体ウエハの被研磨面との摩擦の強さをモニタするモニタ手段および前記厚さ調整工程における研磨時間を設定する研磨時間決定手段を有し、前記モニタ手段が、前記半導体ウエハの被研磨面に含まれる段差の研磨が終了した平坦化時点における摩擦の強さのモニタ値を求め、また前記研磨時間設定手段が、このモニタ値に基づき、前記被研磨面の研磨速度の推定値を求め、前記厚さ調整工程における研磨時間を決定するように構成されたことを特徴とする。
【００１４】
この発明による半導体ウエハの研磨装置は、研磨パッドと半導体ウエハの被研磨面との摩擦の強さをモニタするモニタ手段を有し、このモニタ手段は半導体ウエハの被研磨面に含まれる段差の研磨が終了した平坦化時点における摩擦の強さのモニタ値を求める。併せて、この発明による半導体ウエハの研磨装置は、厚さ調整工程における研磨時間を設定する研磨時間設定手段を有し、この研磨時間設定手段は、前記モニタ値に基づき、前記被研磨面に対する研磨速度の推定値を求め、厚さ調整工程における研磨時間を設定する。これらのモニタ手段と研磨時間設定手段により、厚さ調整工程における研磨時間を自動的に設定し、ばらつきの少ない研磨を行なうことができる。
【００１５】
【実施の形態】
以下この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
＜半導体ウエハの研磨装置の構成の説明＞
図１は、この発明による半導体装置の製造方法において使用される半導体ウエハの研磨装置を一部断面して示す側面図である。
【００１６】
この半導体ウエハの研磨装置は、研磨テーブル１０と、研磨ヘッド２０と、研磨液供給装置３０と、ドレッサ４０とを備えている。
研磨テーブル１０は、例えば円板として構成され、駆動軸１１の上端にほぼ水平に取り付けられている。この駆動軸１１は駆動モータ１２によって図中に矢印Ａ１で示す方向に、所定の回転数で駆動される。研磨テーブル１０の上面には、テーブル平面１３が形成されており、このテーブル平面１３には、その全面に半導体ウエハを研磨するための研磨パッド１５が貼り付けられている。
【００１７】
研磨ヘッド２０は、研磨パッド１５と対向するように配置されている。この研磨ヘッド２０は、研磨テーブル１０よりも径の小さな円板であり、研磨パッド１５の外周部分に対向するように、配置されている。研磨ヘッド２０は研磨パッド１５と対向するウエハ支持面２１を有し、このウエハ支持面２１には、研磨すべき半導体ウエハ２２が取り付けられる。この半導体ウエハ２２は、研磨パッド１５と対向する側に被研磨層を持つように取り付けられる。半導体ウエハ２２の被研磨面を符号２３として示す。半導体ウエハ２２は、この被研磨面２３が研磨パッド１５に対向するようにして、ウエハ支持面２１に取り付けられている。
【００１８】
研磨ヘッド２０は、駆動軸２５の下端に、ほぼ水平に取り付けられており、テーブル平面１３とウエハ支持面２１は互いに平行に、対向する。この駆動軸２５は、駆動モータ２６によって図中に矢印Ａ２で示す方向に、所定の回転数で駆動される。また駆動軸２５はその軸線に沿って移動可能に支持され、押圧機構２７により矢印Ａ３で示すように、軸線方向に駆動され、半導体ウエハ２２の被研磨面２３を研磨パッド１５に所定の圧力で押圧するように構成されている。
【００１９】
駆動モータ２６には、トルクセンサ２８が内蔵されている。このトルクセンサ２８は、駆動モータ２６のモータトルクに比例した電流に基いて、研磨パッド１５と半導体ウエハ２２の被研磨面２３との間の摩擦の強さＦをモニタし、この摩擦の強さＦに応じた出力信号Ｓｆを電気信号として発生する。この出力信号Ｓｆは信号処理制御部２９に供給される。信号処理制御部２９は信号変換手段２９１と研磨時間決定手段２９２を含む。信号変換手段は、出力信号Ｓｆを研磨速度信号Ｓｖに変換し、また研磨時間決定手段２９２は研磨速度信号Ｓｖを受けて、研磨時間信号ＳＴを発生する。
【００２０】
研磨液供給装置３０は、研磨液（スラリー）３２を供給する。この研磨液供給装置３０は、供給管３１を有し、この供給管３１は、研磨パッド１５の中心部上に設けられており、研磨パッド１５の中心部に、研磨液（スラリー）３２を滴下する。
【００２１】
ドレッサ４０は、研磨パッド１５の目立てを行なう。このドレッサ４０は、ドレッサ円板４１を有し、このドレッサ円板４１は、軸線方向に移動可能な駆動軸４２の下端に取り付けられている。このドレッサ円板４１は、研磨パッド１５の外周部分と対向して配置されており、このドレッサ板４１の下面にはドレッサシート４３が貼り付けられている。このドレッサシート４３は、駆動軸４２の矢印Ａ４方向の移動により、研磨パッド１５の外周部分に押し付けられ、駆動軸４２によって回転され、研磨パッド１５の研磨能力を維持するために、研磨パッド１５を削り、その目立てを行なう。
【００２２】
＜研磨装置の動作と研磨方法の説明＞
さて、半導体装置の製造方法は、半導体ウエハに対する種々のウエハ処理工程を含み、さらに、半導体ウエハを複数の半導体チップに分割するチップ分割工程、半導体チップの実装工程を含んでいる。ウエハ処理工程は、半導体ウエハの半導体基板内に多数の能動領域を形成する工程、半導体基板上に絶縁膜、層間絶縁膜を成膜する工程、絶縁膜上に配線層を形成する工程を含む。
層間絶縁膜は、配線層の相互間に配置された絶縁膜である。例えば、第１の配線層を形成した後、この第１の配線層を覆うように層間絶縁膜が形成され、この層間絶縁膜を研磨工程により研磨して平坦化した後に、次の第２の配線層が形成される。図１に示した半導体ウエハの研磨装置は、ウエハ処理工程の中で、例えばこの層間絶縁膜を研磨する研磨工程で使用される。この層間絶縁膜は例えばプラズマ酸化膜であるが、プラズマ窒化膜も使用される。
【００２３】
実施の形態１による研磨工程は、層間絶縁膜を成膜した状態の半導体ウエハ２２を、研磨ヘッド２０のウエハ支持面２１に取り付けた状態で、実行される。半導体ウエハ２２の被研磨面２３には、層間絶縁膜が成膜されており、この層間絶縁膜が研磨される。被研磨面２３は、押圧機構２７により、所定の圧力で研磨パッド１５に押し付けられ、この状態で、駆動モータ１２、２６の回転により、被研磨面２３と研磨パッド１５の間に研磨液を介在させ、それらの間に摩擦を与えながら、研磨パッド１５によって、被研磨面２３を研磨する。
【００２４】
一般に層間絶縁膜は、第１の配線層を覆うように成膜されるので、成膜された状態では、その表面に第１の配線層のパターンに応じた多数の段差を持っている。この段差は通常表面に近い程、断面積が小さい。この層間絶縁膜の研磨工程は、次の２つの研磨ステップを含んで実行される。第１の研磨ステップは、被研磨面２３の段差を研磨して平坦化する平坦化工程であり、第２の研磨ステップは、この平坦化工程に続いて、平坦化された被研磨面２３をさらに研磨して層間絶縁膜および半導体ウエハ２２の厚さを調整する厚さ調整工程である。
【００２５】
この研磨工程において、被研磨膜が段差を有する層間絶縁膜とすると、被研磨面２３と研磨パッド１５との間の摩擦の強さＦは、押圧機構２７による押圧力を一定に保った場合、時間の経過に伴って、図２の特性５０に示すように変化する。図２は研磨工程における研磨摩擦特性を示す。この図２において、横軸は研磨時間Ｔであり、研磨の開始時点がＴｓ、研磨終了時点がＴｅとされている。縦軸は摩擦の強さＦである。Ｓ１は第１の研磨ステップ、すなわち平坦化工程の期間を示し、Ｓ２は第２の研磨ステップ、すなわち厚さ調整工程の期間を示す。
【００２６】
研磨は第１のステップ、すなわち平坦化工程Ｓ１から始まる。研磨開始時点Ｔｓにおいて、モータ１２、２６はそれぞれ所定の回転数で回転し、被研磨面２３は押圧機構２７により、所定の押圧力で研磨パッド１５に押し付けられているものとする。この研磨開始時点Ｔｓにおける摩擦の強さＦをＦｓとする。平坦化工程Ｓ１では、時間の経過に伴い、被研磨面２３の段差が次第に研磨されるので、時間の経過に伴い被研磨面積が次第に増加し、これに伴い、摩擦の強さＦが直線的に増加する。時点Ｔａにおいて、被研磨面２３の段差の研磨が終了すると被研磨面２３の被研磨面積は一定となるので、摩擦の強さＦは一定となる。この時点Ｔａにおける摩擦の強さＦをＦａとする。この摩擦の強さＦａは、その後の厚さ調整工程Ｓ２では、被研磨面積が一定であるので、この時点Ｔａにおける摩擦の強さＦａが保持される。時点Ｔａは平坦化時点と定義される。
図２に示した摩擦の強さＦの変化は、層間絶縁膜の膜種およびそれに覆われた第１配線層のパターンの相違に拘わらず、すべての層間絶縁膜の研磨工程において、同様な傾向を示す。層間絶縁膜の膜種を固定し、また第１配線層のパターンを固定すれば、層間絶縁膜の膜質のばらつきに関係なく、ほぼ一定の変化を示す。
【００２７】
さて、この発明の実施の形態１では、被研磨面２３における摩擦の強さＦがトルクセンサ２８によってモニタされ、その摩擦の強さＦに応じた電気的な出力信号Ｓｆが、信号処理制御部２９の信号変換手段２９１に与えられる。信号処理制御部２９は、次の信号処理を実行する。
第１の信号処理は、信号変換手段２９１で実行される。この第１の信号処理は、出力信号Ｓｆを監視して、その変化から、平坦化時点Ｔａにおける摩擦の強さＦａに対応した出力信号Ｓｆａを抽出することである。この第１の信号処理は、出力信号Ｓｆの変化に基づき、その変化が停止した平坦化時点Ｔａにおける出力信号Ｓｆａを抽出する。
【００２８】
第２の信号処理も信号変換手段２９１で実行される。この第２の信号処理は、この出力信号Ｓｆａに基づき、この出力信号Ｓｆａを、それに対応した研磨速度信号Ｓｖに変換し、研磨速度の推定値Ｖａを求めることである。この第２の信号処理では、研磨する層間絶縁膜の種類に対応した研磨速度特性が用いられる。図３は、この研磨速度特性の一例を示す。図３において、横軸は被研磨面２３における摩擦の強さＦを表しており、縦軸はこの摩擦の強さＦに対する被研磨面２３の研磨速度Ｖを表している。図３の特性６０から明らかなように、研磨速度Ｖは、摩擦の強さＦに対して、ほぼ直線的に比例している。第２の信号処理は、図３の特性に基づき、平坦化時点Ｔａにおける出力信号Ｓｆａに対応する研磨速度の推定値Ｖａを求める。
【００２９】
図３の研磨速度特性は、研磨する層間絶縁膜の膜種を固定し、その膜種に対応した特性である。この特性は、その層間絶縁膜を成膜する成膜装置により、その成膜装置で想定される揺らぎの範囲で、パラメータを振って複数のサンプルを作成し、それらを研磨したデータから得られたものである。複数のサンプルから得られたデータを平均自乗法によって平均化することにより、図３の研磨速度特性が得られた。サンプル研磨時の条件、例えば押圧力Ｐ、研磨パッド１５の種類、研磨液３２の種類は、製品となる半導体ウエハで、該当する層間絶縁膜を研磨するときの条件と同じとした。
【００３０】
第３の信号処理は、研磨時間決定手段２９２によって実行される。この第３の信号処理は、研磨速度の推定値Ｖａに基づき、厚さ調整工程Ｓ２における研磨時間ＴＳ２を演算することである。この研磨時間ＴＳ２は、平坦化時点Ｔａから研磨終了時点Ｔｅまでの時間である。研磨時間決定手段２９２は、研磨する半導体ウエハ毎に、平均化時点Ｔａにおいて、この研磨時間ＴＳ２を演算し、この研磨時間ＴＳ２により研磨終了時点Ｔｅを決定し、この研磨終了時点Ｔｅにおいて、制御信号ＳＴを発生し、厚さ調整工程Ｓ２を終了させ、研磨工程を終了させる。この研磨工程の終了は、半導体ウエハ２０を研磨パッド１５から引き離すとともに、モータ１２、２６を停止することによって行なわれる。
【００３１】
図４は、研磨する層間絶縁膜が同じ膜種であり、しかもその層間絶縁膜によって覆われる第１の配線層が同じパターンであるような２つの半導体ウエハについて、図２と同様な研磨摩擦特性を示したものである。図４において、特性５１は第１の半導体ウエハに関する特性であり、研磨開始時点Ｔｓにおける摩擦の強さがＦｓ１であり、平坦化時点Ｔａ１における摩擦の強さがＦａ１である。特性５２は第２の半導体ウエハに関する特性であり、研磨開始時点Ｔｓにおける摩擦の強さがＦｓ２であり、平坦化時点Ｔａ２における摩擦の強さがＦａ２である。
第１の半導体ウエハについては、その平坦化時点Ｔａ１における摩擦の強さＦａ１に基づき、図３の研磨速度特性から、それに対応した研磨速度の推定値Ｖａ１が求められ、これに応じて、厚さ調整工程の終了時点Ｔｅ１が決定され、この時点Ｔｅ１で研磨作業が終了される。
第２の半導体ウエハについては、その平坦化時点Ｔａ２における摩擦の強さＦａ２に基づき、図３の研磨速度特性から、それに対応した研磨速度の推定値Ｖａ２が求められ、これに応じて、厚さ調整工程の終了時点Ｔｅ２が決定され、この時点Ｔｅ２で研磨作業が終了される。
【００３２】
以上のように、実施の形態１による研磨工程を含む半導体装置の製造方法は、平坦化工程Ｓ１により、半導体ウエハ２２の被研磨面２３の段差の研磨が終了した平坦化時点Ｔａ、Ｔａ１、Ｔａ２において、被研磨面における摩擦の強さＦａ、Ｆａ１、Ｆａ２に基づき、この被研磨面２３の研磨速度の推定値Ｖａ、Ｖａ１、Ｖａ２を求め、この推定値Ｖａ、Ｖａ１、Ｖａ２に基づき、厚さ調整工程Ｓ２における研磨時間ＴＳ２を決定するようにしたので、平坦化工程Ｓ１に続く厚さ調整工程Ｓ２において、被研磨膜の膜質のばらつきにより、その研磨速度にばらつきが生じても、新たなオフラインによる膜厚測定を導入することなく、同じ研磨量の研磨を行ない、より均一な厚さ調整を行なうことができる。
また、実施の形態１では、厚さ調整期間における研磨時間の決定が、研磨される半導体ウエハ毎に行なわれるので、半導体ウエハ毎に被研磨膜の膜質のばらつきがあっても、それらの半導体ウエハをより均一な厚さに研磨することができる。
【００３３】
また、実施の形態１の半導体ウエハの研磨装置は、研磨パッド１５と被研磨面２３との摩擦の強さＦをモニタするモニタ手段２８および厚さ調整工程における研磨時間を設定する研磨時間決定手段２９２を有し、モニタ手段２８が、被研磨面に含まれる段差の研磨が終了した平坦化時点における摩擦の強さのモニタ値Ｆａ、Ｆａ１、Ｆａ２を求め、研磨時間決定手段２９２が、このモニタ値に基づき、被研磨面２３の研磨速度の推定値Ｖａ、Ｖａ１、Ｖａ２を求め、厚さ調整工程Ｓ２における研磨時間Ｔｓ２を決定するようにしたので、平坦化工程Ｓ１に続く厚さ調整工程Ｓ２において、被研磨膜の膜質のばらつきにより、その研磨速度にばらつきが生じても、新たにオフラインによる膜厚測定を導入することなく、同じ研磨量の研磨を行ない、より均一な厚さ調整を行なうことができる。
【００３４】
また実施の形態１に研磨装置は、研磨ヘッド２０を駆動する駆動軸２５のトルクを検出するトルクセンサ２６を用いたので、簡単に、被研磨面における摩擦の強さＦをモニタできる。
【００３５】
実施の形態１において、トルクセンサ２６は、研磨テーブル１０を駆動する駆動軸１１に設けることもできる。この場合にも、簡単に、被研磨面２３における摩擦の強さＦをモニタできる。
【００３６】
実施の形態２．
この実施の形態２は、研磨時間決定手段２９２が、厚さ調整工程Ｓ２における摩擦の強さＦの積分値をメモリするメモリ手段を有し、この摩擦の強さＦの積分値に基づき、厚さ調整工程Ｓ２における研磨時間ＴＳ２を決定するようにしたものである。他の構成は、実施の形態１と同じである。
【００３７】
被研磨膜の膜質のばらつきにより、図４に示す２つの半導体ウエハについての平坦化時点Ｔａ１、Ｔａ２にばらつきが生じ、厚さ調整工程Ｓ２の終了時点Ｔｅ１、Ｔｅ２にばらつきが生じても、これらの半導体ウエハに対する厚さ調整工程Ｓ２における摩擦の強さＦの積分値（研磨時間に対する摩擦の強さＦの積分値）は、互いに等しい。言い換えれば、図４に示す２つの半導体ウエハの研磨摩擦特性において、研磨速度の相違はあるものの、平坦化工程Ｓ１および厚さ調整工程Ｓ２のそれぞれについて、被研磨膜の研磨量は互いに等しい。被研磨膜が覆う第１の配線層のパターンが同じであり、被研磨膜のパターンが実質的に同じであれば、平坦化工程Ｓ１における研磨量も互いに等しく、またその後の厚さ調整工程についても、被研磨膜を同じ厚さに調整する以上、この厚さ調整工程Ｓ２における研磨量も互いに等しい。この研磨量は、被研磨面における摩擦の強さＦと研磨時間との積、すなわち摩擦の強さＦの積分値に等しい。
【００３８】
実施の形態２では、厚さ調整工程Ｓ２における摩擦の強さＦの積分値を、研磨する各半導体ウエハについて一定とするように、研磨時間決定手段２９２では、そのメモリ手段にメモリされた積分値が、研磨速度Ｖａ１、Ｖａ２で除算され、厚さ調整工程Ｓ２における研磨時間ＴＳ２が決定される。この実施の形態２によっても、厚さ調整工程Ｓ２における研磨厚さを、より均一化することができる。
【００３９】
実施の形態３．
この実施の形態３は、トルクセンサ２６に代わって、被研磨面２３で発生する振動を検出する振動センサを用い、この振動センサの出力信号によって信号処理制御部２９が、厚さ調整工程Ｓ２における研磨時間を決定するものである。その他の構成は実施の形態１と同じである。
振動センサは、被研磨面２３の摩擦の強さＦに比例した大きさの出力信号を発生するので、その研磨時間に対する特性は図２、図４と同様となる。したがって、平坦化時点Ｔａ１、Ｔａ２における振動センサの出力信号に基づき、それに対応した研磨時間を厚さ調整工程Ｓ２に与えることにより、同様に、より均一化された厚さ調整を、新たにオフラインによる膜厚測定を導入することなく、実現できる。この振動センサは、駆動軸１１に設けることもできる。
【００４０】
実施の形態４．
この実施の形態４は、トルクセンサ２６に代わって、被研磨面２３で発生する音響を検出する音響センサを用い、この音響センサの出力信号によって信号処理制御部２９が、厚さ調整工程Ｓ２における研磨時間を決定するものである。その他の構成は実施の形態１と同じである。
音響センサは、被研磨面２３の摩擦の強さＦに比例した大きさの出力信号を発生するので、その研磨時間に対する特性は図２、図４と同様となる。したがって、平坦化時点Ｔａ１、Ｔａ２における音響センサの出力信号に基づき、それに対応した研磨時間を厚さ調整工程Ｓ２に与えることにより、同様に、より均一化された厚さ調整を、新たにオフラインによる膜厚測定を導入することなく、実現できる。この音響センサは駆動軸１１に設けることもできる。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように、この発明の半導体装置の製造方法では、半導体ウエハの研磨工程において、研磨される膜質にばらつきがあっても、オフラインによる膜厚測定を増加させることなく、より均一な厚さで研磨することができ、研磨能力を向上し、半導体装置の製造能力を高めることができる。
【００４２】
また、この発明による半導体ウエハの研磨装置では、研磨される膜質にばらつきがあっても、オフラインによる膜厚測定を増加させることなく、より均一な厚さで研磨することができ、研磨能力を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による半導体ウエハの研磨装置の実施の形態１を示す構成図。
【図２】この発明に対応した研磨摩擦特性図。
【図３】この発明に対応した研磨速度特性図。
【図４】この発明に対応した２つの半導体ウエハの研磨摩擦特性図。
【符号の説明】
１０  研磨テーブル、１５  研磨パッド、２０  研磨ヘッド、
２２  半導体ウエハ、２３  被研磨面、２８  モニタ手段、
２９  信号処理制御部、２９１  信号変換手段、２９２  研磨時間決定手段、
３０  研磨液供給手段、４０  ドレッサ、
５０、５１、５２  研磨摩擦特性、
６０  研磨速度特性。
【図１】
2004158506.tif 000003
【図２】
2004158506.tif 000004
【図３】
2004158506.tif 000005
【図４】
2004158506.tif 000006