(57)【要約】【課題】  ウェハのエッジ部分の研磨において、研磨時間を適正化することによりスループットの向上を図ることができる技術を提供する。【解決手段】  ウェハ１のエッジ部分に、研磨ローラ５Ａを接触させて、エッジ部分に形成された膜を研磨する。このとき、エッジ部分の研磨状態がＣＣＤカメラ６で撮像されている。ＣＣＤカメラ６で撮像された画像は、演算部８に入力される。演算部８は、入力した画像の所定領域（検知領域）を複数の分割領域に分割する。そして、演算部８は、分割したそれぞれの分割領域において、画像を白黒のいずれかに２値化処理する。続いて、演算部８は、画像の所定領域に対する白領域の割合を示す割合データを算出し、算出した割合データを制御部９へ出力する。制御部９では、入力した割合データと予め定められたしきい値との間で大小の比較が行なわれる。この比較結果に基づいて、研磨終了時を判断する。【選択図】  図１
2005191179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）半導体ウェハ上に膜を成膜する工程と、
（ｂ）前記半導体ウェハのエッジ部分に成膜された前記膜を研磨する工程と、
（ｃ）前記エッジ部分の研磨状態を光学的に検出する工程と、
（ｄ）前記（ｃ）工程の検出結果に基づいて、前記エッジ部分の研磨を終了する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
（ａ）半導体ウェハ上に膜を成膜する工程と、
（ｂ）前記半導体ウェハのエッジ部分に成膜された前記膜を研磨する工程と、
（ｃ）前記エッジ部分の研磨状態を光学的に検出する工程と、
（ｄ）前記（ｃ）工程の検出結果に基づいて、前記エッジ部分の研磨を終了する工程とを備え、
前記（ｄ）工程は、
（ｄ１）前記（ｃ）工程の検出結果を数値化する工程と、
（ｄ２）数値化された数値が予め定められたしきい値に達した場合に前記エッジ部分の研磨を終了する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
（ａ）半導体ウェハ上に膜を成膜する工程と、
（ｂ）前記半導体ウェハのエッジ部分に成膜された前記膜を研磨する工程と、
（ｃ）前記エッジ部分の研磨状態を画像として検出する工程と、
（ｄ）前記（ｃ）工程の検出結果に基づいて、前記エッジ部分の研磨を終了する工程とを備え、
前記（ｄ）工程は、
（ｄ１）前記（ｃ）工程によって得られた前記画像の所定領域を複数の分割領域に分割する工程と、
（ｄ２）それぞれの前記分割領域で前記画像を白黒のいずれかに２値化処理する工程と、
（ｄ３）２値化処理した前記画像に基づいて、前記画像の所定領域における白領域の割合を示す割合データを算出する工程と、
（ｄ４）算出した前記割合データが予め定められているしきい値以下になった場合に前記エッジ部分の研磨を終了する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
（ａ）半導体ウェハ上に膜を成膜する工程と、
（ｂ）前記半導体ウェハのエッジ部分に成膜された前記膜を研磨する工程と、
（ｃ）前記エッジ部分の研磨状態をＣＣＤカメラまたはフォトセンサを使用して検出する工程と、
（ｄ）前記（ｃ）工程の検出結果に基づいて、前記エッジ部分の研磨を終了する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
（ａ）半導体ウェハのエッジ部分に形成されている膜を研磨する研磨部と、
（ｂ）前記エッジ部分の研磨状態を光学的に検出する検出部と、
（ｃ）前記検出部で検出した研磨状態に基づいて、前記エッジ部分の研磨を終了するかを制御する制御部とを備えることを特徴とする研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、半導体ウェハのエッジ部分に形成された膜を研磨する工程に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハ（以下、ウェハという）に形成された膜を研磨する方法として化学的機械的研磨方法（ＣＭＰ；Chemical  Mechanical  Polishing）がある。ＣＭＰ法は、例えば研磨液（スラリー）をウェハの表面上に流しながら、ウェハホルダに貼り付けたウェハの表面を、研磨パッドに接触させて研磨する方法である。このＣＭＰ法において、膜の研磨を終了する終点を検出する技術として、光を利用したものがある。
【０００３】
例えば、特開２００２−００９０３０号公報（特許文献１）には、ウェハ表面に斜めから光を入射し、ウェハ表面で反射した光の光量を計測してウェハ上に形成された膜の研磨終了時を判断する技術が記載されている。
【０００４】
また、特開２００２−２４６３５２号公報（特許文献２）には、ウェハの一側面からウェハ内部に光を入射した後、入射した光を反対側の側面から出射し、入射した光のスペクトルと出射した光のスペクトルとを比較することによって、ウェハ上に形成された膜の研磨終了時を判断する技術が記載されている。
【特許文献１】特開２００２−００９０３０号公報（第５頁〜第８頁、図１）
【特許文献２】特開２００２−２４６３５２号公報（第５頁〜第７頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、ウェハのエッジ部分からの異物の発生を防止するため、ウェハのエッジ部分に形成された膜を除去する手法がとられている。
【０００６】
例えば、エッジ部分に形成された膜を除去する方法としては、３個の研磨ドラムを使用して、ウェハのエッジ部分の全域を研磨し、エッジ部分に形成された膜を除去するものがある。すなわち、第１のドラムで、ウェハのエッジ部分の上面側を研磨し、第２のドラムでウェハのエッジ部分の中央部を研磨し、第３のドラムで、ウェハのエッジ部分の下面側を研磨するものである。
【０００７】
ウェハのエッジ部分を研磨する場合においても、研磨を終了する終点を検出する必要がある。ところが、上記した終点検出方法は、ウェハの平坦な表面を研磨するＣＭＰ技術について利用されるものであり、曲面形状をしているウェハのエッジ部分の研磨にそのまま利用することができない。このため、ウェハのエッジ部分における研磨の終了時点は、研磨する研磨時間を管理することによって行われている。
【０００８】
しかし、ウェハのエッジ部分に形成された膜を研磨する場合、研磨の適切な終了時間を特定することが困難という問題点がある。すなわち、ウェハのエッジ部分からの異物発生を防止するためには、ウェハのエッジ部分に形成されている不要な膜をすべて研磨する必要があるが、ウェハ毎にエッジ部分の断面形状やエッジ部分に形成された膜の膜厚がミクロンオーダーでばらつく。このため、適切な研磨時間を一律に決定することは困難であり、確実にエッジ部分に形成された膜を除去するため、予想される研磨時間（理論値）よりも１．５倍から３倍程度長めに研磨を行っているのが現状である。したがって、無駄な研磨を行なうことによる研磨時間の長時間化が生じ、スループットが低下する問題点がある。
【０００９】
また、製造する製品の品種および着工している工程によってウェハのエッジ部分に形成される膜の膜厚が異なる。このため、研磨時間の特定のためには条件出しが必要になり、この条件出しにはそれぞれの品種および工程分のレシピが必要になる。したがって、研磨時間の条件出しが複雑になるという問題点がある。
【００１０】
本発明の目的は、ウェハのエッジ部分の研磨において、研磨時間を適正化することによりスループットの向上を図ることができる技術を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、ウェハのエッジ部分の研磨において、研磨時間の適正化を簡便に行なうことができる技術を提供することにある。
【００１２】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述およ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】
【００１３】
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、次のとおりである。
【００１４】
本発明による半導体装置の製造方法は、（ａ）半導体ウェハ上に膜を成膜する工程と、（ｂ）前記半導体ウェハのエッジ部分に成膜された前記膜を研磨する工程と、（ｃ）前記エッジ部分の研磨状態を光学的に検出する工程と、（ｄ）前記（ｃ）工程の検出結果に基づいて、前記エッジ部分の研磨を終了する工程とを備えるものである。
【００１５】
また、本発明による研磨装置は、（ａ）半導体ウェハのエッジ部分に形成されている膜を研磨する研磨部と、（ｂ）前記エッジ部分の研磨状態を光学的に検出する検出部と、（ｃ）前記検出部で検出した研磨状態に基づいて、前記エッジ部分の研磨を終了するかを制御する制御部とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１６】
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以下のとおりである。
【００１７】
研磨時間の適正化によって、スループットの向上を図ることができる。また、研磨時間の適正化を簡便に行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１９】
図１は、本実施の形態における研磨装置の概略構成を示した図である。図１において、本実施の形態１における研磨装置は、ウェハ１、ウェハホルダ２、ノズル３、スラリー（研磨液）４、研磨ローラ５Ａ、ＣＣＤカメラ（検出部）６、光源７、演算部８、制御部９を有している。
【００２０】
ウェハ１は、半導体材料を薄い円盤状に加工したもので、この上に各種のＩＣが形成される。本実施の形態における研磨装置では、このウェハ１のエッジ部分を研磨するものである。ここで、ウェハ１のエッジ部分とは、ウェハの外周部においてウェハの主面および裏面の平坦な面に対して角度がついた領域をいい、本明細書においては、ウェハの主面および裏面の平坦な面における外端部から製品となるチップが取得できる領域の間の一部の領域も含むものである。
【００２１】
ウェハホルダ２は、ウェハ１を保持して固定するものであり、例えば約１〜１２ｒｐｍで回転できるようになっている。
【００２２】
ノズル３は、スラリー４をウェハ１上に滴下することができるようになっており、このノズル３から滴下されるスラリー４は化学的機械的研磨で用いられる研磨砥液である。滴下されるスラリー４は、例えば絶縁膜を研磨する場合は、シリカ粒子とアルカリ溶液などから構成され、金属膜を研磨する場合は、アルミナ粒子と酸化剤の水溶液などから構成される。
【００２３】
研磨ローラ（研磨部）５Ａは、ウェハ１のエッジ部分の研磨を行えるように、約１００ｇ〜５０００ｇの一定荷重でウェハ１のエッジ部分に接触している。ウェハのエッジ部分に接触している研磨ローラ５Ａの側面には、研磨パッドが貼られており、研磨ローラ５Ａは、約５００ｒｐｍ〜５０００ｒｐｍで回転できるように構成されている。
【００２４】
図１では、ウェハ１を研磨する研磨ローラとして研磨ローラ５Ａだけを図示しているが実際には、図２に示すように研磨ローラ５Ｂ、５Ｃも存在している。図２は、研磨装置を上部から見た図であり、ウェハ１のエッジ部分に接触する角度の異なる研磨ローラ５Ａ〜５Ｃが設けられている。すなわち、本実施の形態の研磨装置は、研磨ローラ５Ａでウェハ１のエッジ部分の上部を研磨するととともに研磨ローラ５Ｂでエッジ部分の中央部を研し、研磨ローラ５Ｃでエッジ部分の下部を研磨するように構成されている。このように３つの研磨ローラ５Ａ〜５Ｃを使用することにより、エッジ部分に形成された膜を充分に除去することができる。
【００２５】
ＣＣＤカメラ６は、ウェハ１の側面からエッジ部分を撮像することができるような位置に設置されており、光源７は、ウェハ１のエッジ部分に光を照射するようになっている。この光源７は例えばハロゲンランプなどから構成されており、エッジ部分の斜め上方に２つおよびエッジ部分の斜め下方に２つの合計４つが設けられている。
【００２６】
ここで、ＣＣＤカメラ６と光源７から構成される光学系では、ウェハ１のエッジ部分に膜が形成されずにシリコンが露出した状態で暗視野になるように構成されている一方、エッジ部分に膜が形成されている状態で、膜で散乱された光がＣＣＤカメラ６に入射するように構成されている。このように光学系を構成することにより、エッジ部分に形成された膜の有無をＣＣＤカメラ６に入射する入射光の有無によって判断することができる。
【００２７】
演算部８は、ＣＣＤカメラ６で撮像した画像の所定領域をソフト的に複数の分割領域に分割し、分割したそれぞれの分割領域で画像を白黒に２値化処理をすることにより、所定の画像領域に対する白領域の割合を算出できるように構成されている。具体的に、例えば演算部８は、画像の所定領域を例えば縦横ともに１６分割することにより、画像の所定領域を１６×１６＝２５６の領域に分割し、この分割した領域の中から白領域となる領域の数を算出して、画像の所定領域における白領域の割合を求めるようになっている。つまり、演算部８はＣＣＤカメラ６での検出結果を示す画像から、画像の所定領域における白領域の割合を示す割合データ（画像を数値化したデータ）を算出している。このように、画像の所定領域における白領域の割合を算出することにより、エッジ部分の状態を検知することができる。すなわち、ウェハ１のエッジ部分に膜が形成されている場合、この成膜された膜で散乱された光がＣＣＤカメラ６に入射するため、白領域が増加する。これに対し、エッジ部分に形成された膜が少なくなっている場合やエッジ部分に膜が成膜されていない場合、ＣＣＤカメラ６に入射する光の光量が減少するので、白領域が減少する。したがって、所定の画像領域に対する白領域の割合を算出することで、エッジ部分の研磨状態を検知することができる。
【００２８】
なお、本実施の形態では、ＣＣＤカメラ６で撮像した画像を数値化して、画像の所定領域における白領域の割合を示す割合データを算出するようにしたが、これに限らず、例えば、ＣＣＤカメラ６で撮像した画像を数値化して、画像の所定領域における黒領域の割合を示すデータ（画像を数値化したデータ）を算出するようにしてもよい。
【００２９】
制御部９は、演算部８によって演算された演算結果に基づいて、ウェハ１のエッジ部分を研磨する研磨ローラ５Ａ〜５Ｃを制御できるように構成されている。すなわち、制御部９は、演算部８から、画像の所定領域における白領域の割合を示す割合データを入力し、この入力した割合データが予め設定されているしきい値に比べて小さくなった場合に、エッジ研磨の終了時点が到来したと判断して、研磨ローラ５Ａ〜５Ｃによるエッジ研磨を終了するように構成されている。なお、演算部８において画像の所定領域における黒領域の割合を示すデータが算出される場合、制御部９は、このデータが予め定められたしきい値に比べて大きくなったときに、エッジ研磨の終了時点が到来したと判断して、研磨ローラ５Ａ〜５Ｃによるエッジ研磨を終了する。
【００３０】
本実施の形態における研磨装置は上記のように構成されており、以下に、この研磨装置を使用した半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００３１】
図３は、ＭＩＳ（Metal  Insulator  Semiconductor）トランジスタＱ1、Ｑ2の製造工程中の断面図である。まず、図３を参照して、ＭＩＳトランジスタＱ1、Ｑ2の製造工程について説明する。
【００３２】
図３に示すように、例えば１〜１０Ωｃｍ程度の比抵抗を有するウェハ１０を用意する。このウェハ１０は、ｐ型の単結晶シリコンよりなり、その主面には、素子分離領域１１が形成されている。素子分離領域１１は、酸化シリコンよりなり、例えばＳＴＩ（Shallow  Trench  Isolation）法やＬＯＣＯＳ（Local  Oxidization  Of  Silicon）などによって形成される。図３では、ウェハ１０に溝を形成し、形成した溝に酸化シリコン膜を埋め込むＳＴＩ法により形成された素子分離領域１１を示している。
【００３３】
次に、ウェハ１０に形成された素子分離領域１１によって分けられた活性領域、すなわちｎチャネル型のＭＩＳトランジスタＱ1を形成する領域にｐ型ウェル１２を形成する。ｐ型ウェル１２は、例えばイオン注入法により、ボロン（Ｂ）やフッ化ボロン（ＢＦ2）などをウェハ１０内に導入することによって形成される。同様にして、ｐチャネル型のＭＩＳトランジスタＱ2を形成する活性領域にｎ型ウェル１３を形成する。ｎ型ウェル１３は、例えばイオン注入法により、リンや砒素などをウェハ１０内に導入することによって形成される。
【００３４】
続いて、ｐ型ウェル１２およびｎ型ウェル１３上に、ゲート絶縁膜１４を形成する。ゲート絶縁膜１４は、例えば薄い酸化シリコン膜からなり、例えば熱酸化法を使用して形成することができる。
【００３５】
そして、ゲート絶縁膜１４上に、ゲート電極１６ａ、１６ｂを形成する。ゲート電極１６ａ、１６ｂは、以下のようにして形成される。まず、ウェハ１０のゲート絶縁膜１４上にポリシリコン膜１５を形成し、形成したポリシリコン膜１５のＭＩＳトランジスタＱ1形成領域にリンなどのｎ型不純物を導入する。一方、形成したポリシリコン膜１５のＭＩＳトランジスタＱ2形成領域にはボロンなどのｐ型不純物を導入する。これらの不純物の導入は、例えばイオン注入法を使用することによって行われる。このようにして、低抵抗のポリシリコン膜１５を形成した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用してポリシリコン膜をパターニングすることにより、ポリシリコン膜１５よりなるゲート電極１６ａ、１６ｂを形成する。ここで、ゲート電極１６ａを構成しているポリシリコン膜１５にはｎ型不純物が導入され、ゲート電極１６ｂを構成しているポリシリコン膜１５にはｐ型不純物が導入されている。したがって、デュアルゲートが形成されており、ｎチャネル型のＭＩＳトランジスタＱ1とｐチャネル型のＭＩＳトランジスタＱ2の両方でしきい値電圧を低減することができる。
【００３６】
次に、ゲート電極１６ａの両側の領域に低濃度ｎ型不純物拡散領域１７、１８を形成する。低濃度ｎ型不純物拡散領域１７、１８は、例えばイオン注入法を使用してリンなどのｎ型不純物をｐ型ウェル１２内に導入することによって形成される。同様にして、ゲート電極１６ｂの両側の領域に低濃度ｐ型不純物拡散領域１９、２０を形成する。低濃度ｐ型不純物拡散領域１９、２０は、例えばイオン注入法を使用してボロンなどのｐ型不純物をｎ型ウェル１３内に導入することによって形成される。
【００３７】
続いて、ゲート電極１６ａ、１６ｂの側壁にサイドウォール２１を形成する。サイドウォール２１は、ウェハ１０上に例えばＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）法を使用して酸化シリコン膜を堆積し、堆積した酸化シリコン膜を異方性エッチングすることにより形成することができる。
【００３８】
サイドウォール２１を形成後、ゲート電極１６ａの両側の領域に高濃度ｎ型不純物拡散領域２２、２３を形成する。高濃度ｎ型不純物拡散領域２２、２３は、例えばイオン注入法を使用して、リンなどのｎ型不純物を導入することによって形成される。高濃度ｎ型不純物拡散領域２２、２３は、前述した低濃度ｎ型不純物拡散領域１７、１８よりも不純物濃度が高くなっている。同様にして、ゲート電極１６ｂの両側の領域に高濃度ｐ型不純物拡散領域２４、２５を形成する。高濃度ｐ型不純物拡散領域２４、２５は、例えばイオン注入法を使用して、ボロンなどのｐ型不純物を導入することによって形成される。この高濃度ｐ型不純物拡散領域２４、２５は、低濃度ｐ型不純物拡散領域１９、２０よりも高濃度にｐ型不純物が導入されている。
【００３９】
次に、ゲート電極１６ａ、１６ｂ、高濃度ｎ型不純物拡散領域２２、２３および高濃度ｐ型不純物拡散領域２４、２５の表面を露出させた後、ウェハ１０上に例えばＣＶＤ法を使用してコバルト（Ｃｏ）膜を堆積させる。そして、熱処理を施すことによって、コバルトシリサイド膜２６を形成する。これにより、ポリシリコン膜１５とコバルトシリサイド膜２６よりなるゲート電極１６ａ、１６ｂを形成することができる。また、高濃度ｎ型不純物拡散領域２２、２３および高濃度ｐ型不純物拡散領域２４、２５上にコバルトシリサイド膜２６を形成することができる。したがって、ゲート電極１６ａ、１６ｂを低抵抗化することができるとともに、高濃度ｎ型不純物拡散領域２２、２３および高濃度ｐ型不純物拡散領域２４、２５のシート抵抗を低くすることができる。その後、未反応のコバルト膜は除去される。
【００４０】
このようにして、ｐ型ウェル１２上にｎチャネル型のＭＩＳトランジスタＱ1を形成することができるとともに、ｎ型ウェル１３上にｐチャネル型のＭＩＳトランジスタＱ2を形成することができる。
【００４１】
次に、図４に示すように、ＴＥＯＳガス（Tetraethoxysilane;Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）4）を使用したＣＶＤ法により、ウェハ１０上に厚い酸化シリコン膜３０を形成する。この酸化シリコン膜３０は、エッジ部分にまで形成されるが、エッジ部分の上部から下部にいくに従って膜厚が薄くなっていることがわかる。その後、酸化シリコン膜３０を、ＣＭＰ法を使用して研磨し、その表面を平坦化する。ここで、基板工程により、ウェハ１０のエッジ部分および裏面に形成された膜を一まとめにして膜２７で表してある。
【００４２】
続いて、図５に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用して酸化シリコン膜３０にコンタクトホール３１を形成する。そして、図６に示すように、例えばスパッタリング法を用いて、ウェハ１０上にチタン／窒化チタン膜３２を形成する。このチタン／窒化チタン膜３２は、図６に示すようにウェハ１０のエッジ部分にまで形成される。ここで、エッジ部分に形成されたチタン／窒化チタン膜３２は、後の工程での異物発生の原因となるため、クランプを取り付けた状態でスパッタリングを行い、エッジ部分にチタン／窒化チタン膜３２を形成しないようにすることが考えられるが、クランプを取り付けた状態でスパッタリングを行なうと膜の厚さなど膜の均一性が損なわれるため、クランプの取り付け状態でのスパッタリングは行なわない。
【００４３】
次に、図７に示すように、ＣＶＤ法を使用して、タングステン膜３３をウェハ１０上に堆積させる。ここで、ＣＶＤ法を行なう際、ウェハ１０の外周部を覆うようにクランプを取り付けた状態で行なうため、ウェハ１０のエッジ部分には、タングステン膜３３は形成されない。ここでの工程では、クランプを取り付けた状態でＣＶＤ法を行なうが、形成されたタングステン膜３３は、後述する工程でＣＭＰ法によって研磨するため、膜の均一性が堆積したときになくても問題はない。
【００４４】
続いて、図８に示すように、ＣＭＰ法を使用してウェハ１０上に形成されたタングステン膜３３を研磨し、コンタクトホール３１以外の領域に形成されているタングステン膜３３を除去する。このようにして、コンタクトホール３１にチタン／窒化チタン膜３２およびタングステン膜３３を埋め込み、プラグ３４を形成することができる。
【００４５】
その後、図９に示すように、例えばスパッタリング法を使用してウェハ１０上にアルミニウム膜３５を形成し、このアルミニウム膜３５上に、例えばＣＶＤ法を使用してＳｉＯＮ膜３６を形成する。このＳｉＯＮ膜３６は、フォトリソグラフィ技術の露光工程で、アルミニウム膜３５など反射率の高い膜にパターニングを施す際、アルミニウム膜３５からの反射光の影響を抑制するために設けられた反射防止膜である。アルミニウム膜３５およびＳｉＯＮ膜３６を形成する際には、ウェハ１０のエッジ部分を覆うようにクランプが取り付けられているため、エッジ部分には、膜が形成されない。
【００４６】
次に、図１０に示すように、フォトリソグラフィ技術を使用することによりパターニングされたレジスト膜（図示せず）をマスクにして、アルミニウム膜３５およびＳｉＯＮ膜３６のパターニングを行い、アルミニウム配線３７を形成する。その後、図１１に示すように、例えばＣＶＤ法を使用して、ウェハ１０上に酸化シリコン膜３８を形成する。この酸化シリコン膜３８は、ウェハ１のエッジ部分にも形成される。続いて、図１２に示すように、ＣＭＰ法を使用することにより、酸化シリコン膜３８を研磨し、その表面を平坦化する。ここまでの工程で、ウェハ１のエッジ部分には、膜２７、酸化シリコン膜３０、チタン／窒化チタン膜３２および酸化シリコン膜３８が形成されている。
【００４７】
次に、ウェハ１０のエッジ部分に形成された膜は、その後の工程で、剥がれたりして異物発生の原因となるため、エッジ部分を研磨する。ウェハ１０のエッジ部分の研磨は、図１および図２に示した研磨装置において行われる。
【００４８】
図１および図２に示すように、ウェハ１０のエッジ部分には、研磨ローラ５Ａ〜５Ｃが一定荷重で接触しており、この研磨ローラ５Ａ〜５Ｃの側面に貼られた研磨パッドによりエッジ部分の研磨が行われる。エッジ部分の研磨が行われる際には、図１３に示すように、ＣＣＤカメラ６によってエッジ部分の画像が撮像される。図１３では、図１２で示したウェハ１０のエッジ部分の断面図を簡略化して記載するとともに、このエッジ部分がウェハ１０の側面からＣＣＤカメラ６によって撮像されることを示している。
【００４９】
図１２および図１３に示すような膜がエッジ部分に形成された状態にあるとき、ＣＣＤカメラ６によって、このエッジ部分を撮像した模式的な様子を図１４に示す。ＣＣＤカメラ６はウェハ１０のエッジ部分に膜が形成されていない状態のときに暗視野となるように調整されている。したがって、図１４に示す画像は、全体的に暗くなっているが、ウェハ１０の上面や下面の近傍には、光が入射しており、灰色領域や白色領域が写っていることがわかる。この灰色領域や白色領域は、ウェハ１０のエッジ部分に膜が形成されているため、その膜によって散乱された光がＣＣＤカメラ６に入射することにより撮像されたものである。
【００５０】
続いて、図１４に示す画像（画像データ）は、ＣＣＤカメラ６から演算部８へ出力される。演算部８は、ＣＣＤカメラ６から図１４に示す画像を入力すると、まず、この画像の所定領域（検知領域）をソフト的に複数の分割領域に分割する。具体的には、図１５に示すように、縦方向および横方向を１６分割することにより、画像の所定領域を２５６個の分割領域に分割する。そして、分割したそれぞれの分割領域において、画像の２値化を行なう。画像の２値化は、例えば、図１５に示すように、黒領域および黒に近い灰色領域を黒領域と判定する一方、白領域、白に近い灰色領域および灰色領域を白領域と判定することによって行われる。なお、検知領域とは、画像の領域のうち解析を行なうための領域をいう。
【００５１】
次に、演算部８は、２値化によって得られた白領域に基づいて、画像の所定領域に対する白領域の割合を示す割合データを算出する。例えば図１５の場合、画像の所定領域を分割した２５６個の分割領域のうち白領域となる領域は９６個であり、所定領域全体に占める白領域の割合を示す割合データは９６／２５６（＝０．３７５）となる。
【００５２】
続いて、演算部８は、算出した割合データを制御部９へ出力する。制御部９は、演算部８から割合データを入力すると、入力した割合データが予め設定しておいたしきい値に比べて小さいか否かを判断する。ここで、予め設定しておくしきい値としては、割合データがこのしきい値以下であれば、ウェハ１０のエッジ部分に形成されていた膜の除去が終了したと判断してよい値が設定され、例えば０．０３（＝３％）と設定することができる。なお、しきい値を０．０３としたのは、単なる例示であり、もちろんこれ以外の値に適宜設定してもよい。
【００５３】
今の場合、演算部８から入力した割合データの値が０．３７５であり、予め設定しておいたしきい値（＝０．０３）に比べて大きいため、制御部９はウェハ１０のエッジ部分の研磨を続行するように研磨ローラ５Ａ〜５Ｃを制御する。
【００５４】
ウェハ１０のエッジ部分の研磨を続行するとやがて図１６に示すように、ウェハ１０のエッジ部分に形成されていた膜が除去され、シリコンが露出した状態になる。このとき、図１７に示すように、エッジ部分に形成された膜が除去されたウェハ１０がＣＣＤカメラ６によって撮像される。このときＣＣＤカメラ６で撮像された画像の模式図を図１８に示す。図１８を見てわかるように、ＣＣＤカメラ６で撮像した画像は、黒領域一色であることがわかる。ＣＣＤカメラ６は、前述したようにエッジ部分に膜が形成されていない場合、暗視野となるように調整されているため、この撮像結果からエッジ部分に形成されていた膜が除去されていることがわかる。
【００５５】
次に、図１８に示す画像は、ＣＣＤカメラ６から演算部８へ出力される。演算部８は、ＣＣＤカメラ６から図１８に示す画像を入力すると、まず、図１９に示すようにこの画像の所定領域をソフト的に２５６個の複数の分割領域に分割する。そして、分割したそれぞれの分割領域において、画像の２値化を行なう。今の場合、画像全体が黒領域となっているため、分割領域のすべてにおいて、黒領域に設定される。
【００５６】
続いて、画像の所定領域に対する白領域の割合を示す割合データを算出するが、白領域はないため、割合データは０となる。そして、演算部８は算出した割合データを制御部９へ出力する。制御部９は、演算部８から割合データを入力すると、入力した割合データが予め設定しておいたしきい値に比べて小さいか否かを判断する。今の場合、割合データは０であり、しきい値である０．０３に比べて小さくなっているため制御部９は、エッジ部分に形成された膜の除去が終了したと判断し、研磨ローラ５Ａ〜５Ｃによるエッジ部分の研磨を終了するように制御する。
【００５７】
このようにして、エッジ部分の研磨の終了時点を光学的に検出することができるため、１枚１枚のウェハ１０の研磨時間を必要最低限の時間にできる。したがって、研磨時間を時間で管理している従来の方法に比べて、研磨時間の短縮化を図ることができる。このため、スループットの向上を図ることができ、製品の原価低減を図ることができる。
【００５８】
つまり、ウェハ１０のエッジ部分の形状やエッジ部分に形成された膜の厚さが同一工程を経たウェハ１０であっても、ウェハ１０毎にミクロンオーダでばらつくため、従来のように研磨時間を時間で管理する方法では、理論上の研磨時間の１．５倍から３倍もの研磨時間を設定していた。したがって、研磨時間が長くなりスループットの低下を招いていた。これに対し、本実施の形態では、光学的にエッジ部分の研磨状態を検出しているので、例えウェハ１０毎にエッジ部分に形成された膜の膜厚がばらつくような場合であっても、１枚１枚のウェハ１０に対して、研磨時間を必要最低限の時間にすることができる。したがって、個々のウェハ１０に対して研磨時間の適正化を図ることができ、スループット向上を図ることができる。
【００５９】
また、本実施の形態では、ウェハ１０のエッジ部分の状態で研磨終了を判断するように構成されているため、ウェハ間やロット間でエッジ部分に形成された膜の膜厚などにばらつきがあっても、ウェハ１０のエッジ部分の状態を一定にすることができる。
【００６０】
また、研磨時間を時間で管理する従来の方法では、製品や工程毎にエッジ部分に形成される膜の膜厚が異なる。このため、研磨時間の特定のためには条件出しが必要になり、この条件出しにはそれぞれの品種および工程分のレシピが必要になる。したがって、研磨時間の条件出しが複雑になっていた。しかし、本実施の形態では、光学的にエッジ部分の研磨状態を検出し、検出した研磨状態で研磨終了を判断している。したがって、製品や工程が異なる場合であっても、自動的にウェハの表面が露出した状態になったときに研磨を終了することに変わりがないため、個々の製品や工程の相違による条件出しは不要となる。
このため、研磨時間の適正化を簡便に行なうことができる。
【００６１】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００６２】
なお、前記実施の形態では、ＣＣＤカメラを使用してウェハのエッジ部分を撮像するように構成したが、これに限らず、例えばフォトセンサを使用してもよい。この場合、ウェハのエッジ部分から入射する光の光量に基づいて、研磨終了時を判断する。
【００６３】
また、前記実施の形態では、層間絶縁膜となる酸化シリコン膜の表面をＣＭＰ研磨で平坦化した後にエッジ部分の研磨を行なっているが、これに限らず、エッジ部分の研磨を行なった後に、ＣＭＰ法によって層間絶縁膜となる酸化シリコン膜の平坦化を行なってもよい。さらに、前記実施の形態では、コンタクトホール以外の領域に形成されるタングステン膜をＣＭＰ法によって除去しているが、エッチバック法で除去してもよい。
【００６４】
また、前記実施の形態においては、研磨パッドが張られた研磨ローラにスラリを滴下してウェハのエッジを研磨する場合について例示したが、ウェハのエッジの輪郭が型取りしてある砥石、または有機系樹脂にスラリを埋め込むことにより製造された研磨用テープを用いて研磨してもよい。
【００６５】
また、前記実施の形態の研磨装置において、演算部と制御部とを同一のユニットとして構成してもよいし、それぞれ別のユニットとして構成するようにしてもよい。
【００６６】
また、前記実施の形態では、ウェハの真横にＣＣＤカメラを設置する場合について説明したが、これに限らず、ＣＣＤカメラをウェハの斜め下方や斜め上方からエッジ部分を撮像するように構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、半導体装置を製造する製造業に幅広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施の形態における研磨装置の概略構成を示した図である。
【図２】実施の形態における研磨装置の概略構成を示した図である。
【図３】本発明の実施の形態における半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図４】図３に続く半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図５】図４に続く半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図６】図５に続く半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図７】図６に続く半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図８】図７に続く半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図９】図８に続く半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図１０】図９に続く半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図１１】図１０に続く半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図１２】図１１に続く半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図１３】ウェハとＣＣＤカメラとの位置関係を示した図である。
【図１４】ＣＣＤカメラによるウェハのエッジ部分を撮像した様子を示す模式図である。
【図１５】演算部による画像の分割を示した模式図である。
【図１６】図１２に続く半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図１７】ウェハとＣＣＤカメラとの位置関係を示した図である。
【図１８】ＣＣＤカメラによるウェハのエッジ部分を撮像した様子を示す模式図である。
【図１９】演算部による画像の分割を示した模式図である。
【符号の説明】
【００６９】
１  ウェハ
２  ウェハホルダ
３  ノズル
４  スラリー
５Ａ  研磨ローラ
５Ｂ  研磨ローラ
５Ｃ  研磨ローラ
６  ＣＣＤカメラ
７  光源
８  演算部
９  制御部
１０  ウェハ
１１  素子分離領域
１２  ｐ型ウェル
１３  ｎ型ウェル
１４  ゲート絶縁膜
１５  ポリシリコン膜
１６ａ  ゲート電極
１６ｂ  ゲート電極
１７  低濃度ｎ型不純物拡散領域
１８  低濃度ｎ型不純物拡散領域
１９  低濃度ｐ型不純物拡散領域
２０  低濃度ｐ型不純物拡散領域
２１  サイドウォール
２２  高濃度ｎ型不純物拡散領域
２３  高濃度ｎ型不純物拡散領域
２４  高濃度ｐ型不純物拡散領域
２５  高濃度ｐ型不純物拡散領域
２６  コバルトシリサイド膜
２７  膜
３０  酸化シリコン膜
３１  コンタクトホール
３２  チタン／窒化チタン膜
３３  タングステン膜
３４  プラグ
３５  アルミニウム膜
３６  ＳｉＯＮ膜
３７  配線
３８  酸化シリコン膜
【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１６】
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【図１７】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１８】
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【図１９】
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