(57)【要約】【課題】  研磨時に基板に形成された膜が剥離することを防止することができ、研磨時におけるプロセス時間増大に繋がるプロセス条件を選択しなくて済む研磨装置を提供する。【解決手段】  研磨面を有する研磨テーブル１と、基板４を保持する基板ホルダ５とを備え、基板４と研磨面とを摺接させて基板４を研磨する研磨装置において、基板４の被研磨面の研磨状態を監視する監視部３１と、監視部３１により検出された被研磨面の研磨状態に基づいて研磨条件を変更する制御部３２とからなる監視制御装置３０を設けた。【選択図】        図２
2005131732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨面を有する研磨具と、基板を保持する基板ホルダとを備え、基板と研磨面とを摺接させて基板を研磨する研磨装置において、
基板の被研磨面の研磨状態を監視する監視部と、前記監視部により検出された被研磨面の研磨状態に基づいて研磨条件を変更する制御部とからなる監視制御装置を設けたことを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記監視部により検出された前記研磨状態が基板に成膜された膜の剥離に関わる予め設定した条件になった場合に、前記制御部は前記研磨条件を変更することを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項３】
前記監視部は、研磨具及び／又は基板ホルダを回転させる駆動モータの負荷トルクを監視することを特徴とする請求項１又は２記載の研磨装置。
【請求項４】
前記監視部は、基板ホルダに摺動方向に作用する力を監視することを特徴とする請求項１又は２記載の研磨装置。
【請求項５】
前記監視部は、基板の被研磨面の状態を光学的に監視することを特徴とする請求項１又は２記載の研磨装置。
【請求項６】
前記監視部は、アコースティックエミッションの有無を監視することを特徴とする請求項１又は２記載の研磨装置。
【請求項７】
前記研磨条件は、研磨荷重であることを特徴とする請求項１又は２記載の研磨装置。
【請求項８】
前記研磨条件は、研磨具及び／又は基板ホルダの回転速度及び／又は揺動速度であることを特徴とする請求項１又は２記載の研磨装置。
【請求項９】
前記研磨条件は、研磨液の供給量であることを特徴とする請求項１又は２記載の研磨装置。
【請求項１０】
前記研磨条件は、研磨液の種類であることを特徴とする請求項１又は２記載の研磨装置。
【請求項１１】
前記研磨条件は、in-situドレッシング条件であることを特徴とする請求項１又は２記載の研磨装置。
【請求項１２】
前記研磨条件は、研磨面に供給する研磨液の温度であることを特徴とする請求項１又は２記載の研磨装置。
【請求項１３】
前記研磨条件は、研磨面の温度であることを特徴とする請求項１又は２記載の研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は研磨装置に係り、特に半導体ウェハ等の被研磨材を平坦かつ鏡面状に研磨する研磨装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インターネットや高速大容量通信網などの情報通信手段の著しい発達に伴い、これを支える半導体集積回路技術には微細化および高集積化の要求が高まっている。
しかしながら、半導体デバイスの微細化および高集積化が進むにつれて、半導体デバイス中の電気信号の遅延、すなわちＲＣ遅延が大きな問題になってきている。このＲＣ遅延は配線抵抗Ｒと配線間の容量Ｃの積で決まるため、ＲＣ遅延対策としては、電気的に低抵抗の配線金属と低誘電率の層間・線間絶縁膜を組み合わせて適用することである。
【０００３】
そのため、配線材料としてＷやＡｌもしくはＡｌ合金に代わり、より電気的抵抗が低いＣｕやＣｕ合金が採用されつつある。また層間・線間絶縁膜としてＳｉＯ２に代わり、低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）材料が開発されつつある。そして、低誘電率材料の開発とともに材料の多孔質化等により膜の低密度化などを図り、さらなる層間・線間絶縁膜の低誘電率化が推し進められている。
【０００４】
また、半導体デバイスの微細化および高集積化が進むにつれて、素子構造が複雑になり、また多層配線の層数が増えるに伴い、半導体デバイスの表面の凹凸はますます増え、段差が大きくなる傾向にある。半導体デバイスの製造では薄膜を形成し、パターンニングや開孔を行う微細加工の後、次の薄膜を形成するという工程を何回も繰り返すためである。
【０００５】
半導体デバイスの表面の凹凸が増えると、薄膜形成時に段差部での膜厚が薄くなったり、配線の断線によるオープンや配線層間の絶縁不良によるショートが起こったりするため、良品が取れなかったり、歩留まりが低下したりする傾向がある。また、初期的に正常動作をするものであっても、長時間の使用に対しては信頼性の問題が生じる。更に、リソグラフィ工程における露光時に、照射表面に凹凸があると露光系のレンズ焦点が部分的に合わなくなるため、半導体デバイスの表面の凹凸が増えると微細パターンの形成そのものが難しくなるという問題が生ずる。
【０００６】
従って、半導体デバイスの製造工程においては、半導体デバイス表面の平坦化技術がますます重要になっている。この平坦化技術のうち、最も重要な技術は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing））である。この化学的機械的研磨は、研磨装置を用いて、シリカ（ＳｉＯ２）等の砥粒を含んだ研磨液を研磨パッド等の研磨面上に供給しつつ半導体ウェハなどの基板を研磨面に摺接させて研磨を行うものである。
【０００７】
この種の研磨装置は、研磨パッドや固定砥粒からなる研磨面を有する研磨テーブルと、半導体ウェハ等の基板を保持するためのトップリング又はキャリアヘッド等と称される基板ホルダとを備えている。このような研磨装置を用いて半導体ウェハ等の基板の研磨を行う場合には、基板ホルダにより基板を保持しつつ、この基板を研磨面に対して所定の圧力で押圧する。このとき、研磨テーブルと基板ホルダとを相対運動させることにより基板が研磨面に摺接し、基板の表面が所定の研磨圧力で研磨される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般に、低誘電率材料は、膜密着強度が低いという問題がある。従って、低誘電率材料を層間・線間絶縁膜に用いる場合、研磨工程において、以下のような問題点がある。
（１）層間・線間絶縁膜と、金属膜やその他の膜との界面で剥離が生じ、半導体デバイスの製造が不可能になる。
（２）層間・線間絶縁膜の剥離を防止するために、過度に低い研磨圧力での研磨を余儀なくされ、プロセス時間の増大を引き起こす。
本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、研磨時に基板に形成された膜が剥離することを防止することができ、研磨時におけるプロセス時間増大に繋がるプロセス条件を選択しなくて済む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】
【０００９】
上述の目的を達成するために、本発明は、研磨面を有する研磨具と、基板を保持する基板ホルダとを備え、基板と研磨面とを摺接させて基板を研磨する研磨装置において、基板の被研磨面の研磨状態を監視する監視部と、前記監視部により検出された被研磨面の研磨状態に基づいて研磨条件を変更する制御部とからなる監視制御装置を設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明によれば、基板の研磨中に、監視部により基板の被研磨面の研磨状態を監視し、監視部により検出された被研磨面の研磨状態に基づいて研磨条件を変更することができるため、低誘電率材料などの密着性の弱い材料からなる膜が基板に形成されている場合でも、基板の研磨中に、膜が剥離する可能性がある研磨状態を検知して研磨条件を変更することにより、膜の剥離を防止することができる。
【００１１】
本発明の１態様によれば、前記監視部により検出された前記研磨状態が基板に成膜された膜の剥離に関わる予め設定した条件になった場合に、前記制御部は前記研磨条件を変更する。
本発明によれば、膜の剥離に関わる予め設定した条件として、例えば、研磨界面に作用する摩擦力の閾値を設定しておき、プロセス中、監視していた摩擦力が閾値を超えたら、監視部より制御部に指令を出し、制御部により、摩擦力を下げる方向にプロセス条件を制御する。これにより、膜の剥離を防止できる。また、予め膜の剥離が起こらない閾値を知っているため、この閾値まで最大限近づけて研磨を行なうことができるため、膜の剥離を防止するために過度に安全で研磨に長時間を要するプロセスを選択しなくて済む。
【００１２】
本発明の１態様によれば、前記監視部は、研磨具及び／又は基板ホルダを回転させる駆動モータの負荷トルクを監視する。
本発明の１態様によれば、前記監視部は、基板ホルダに摺動方向に作用する力を監視する。
本発明の１態様によれば、前記監視部は、基板の被研磨面の状態を光学的に監視する。
本発明の１態様によれば、前記監視部は、アコースティックエミッションの有無を監視する。
【００１３】
本発明の１態様によれば、前記研磨条件は、研磨荷重である。
本発明の１態様によれば、前記研磨条件は、研磨具及び／又は基板ホルダの回転速度及び／又は揺動速度である。
本発明の１態様によれば、前記研磨条件は、研磨液の供給量である。
本発明の１態様によれば、前記研磨条件は、研磨液の種類である。
【００１４】
本発明の１態様によれば、前記研磨条件は、in-situドレッシング条件である。
本発明の１態様によれば、前記研磨条件は、研磨面に供給する研磨液の温度である。
本発明の１態様によれば、前記研磨条件は、研磨面の温度である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、低誘電率材料などの密着性の弱い材料を半導体デバイスに用いた場合でも、基板の研磨中に、基板に形成された膜の剥離を防止することができる。また、膜の剥離を防止するために過度に安全で研磨に長時間を要するプロセスを選択しなくて済み、プロセスマージンを広げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る研磨装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の研磨装置の全体構成を示す概略図である。図１に示すように、研磨装置は、研磨面を有した研磨テーブル１と、被研磨材である半導体ウェハ等の基板４を保持して研磨テーブル１上の研磨面に押圧する基板ホルダ５と、研磨テーブル１上の研磨面をドレッシングするドレッサ２５とを備えている。研磨対象である基板４は、被研磨面である下面にｌｏｗ−ｋ膜を具備している。ｌｏｗ−ｋ膜を形成する材料としては、ＳｉＯＣ，Ｆ  ｄｏｐｅｄ  ＳｉＯ２，ＨＳＱ，ＭＳＱ，ＢＣＢ（Benzo Cyclo Butene），ＰＡＥ（Poly Arylene Ethers），ＳｉＯ２，ＳｉＯＦ，Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ，ＰＳＩ(Polyimide siloxane)，ＣＶＤ−ＰＩ（CVD polyimide），ＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylene），ＰＮＴ（Polynaphthalene），ＢＣＢ（Benzo cyclo butene），ａ−Ｃ：Ｆ（フッ素化アモルファスカーボン），Ｐａｌｙｌｅｎｅ−Ｎ，Ｐａｌｙｌｅｎｅ−Ｆ，ＳＯＧ−Ｓｉｌｏｘａｎや、これら材料のポーラス構造体が用いられる。
【００１７】
研磨テーブル１は、上面に研磨パッド２を貼付しており、研磨パッド２の上面が前記研磨面を構成している。研磨テーブル１は研磨テーブル駆動モータ９により回転駆動されるようになっている。また、研磨テーブル１の上方には研磨液供給ノズル８が設置されており、この研磨液供給ノズル８によって研磨テーブル１上の研磨パッド２に研磨液（スラリ）Ｑが供給されるようになっている。
【００１８】
市場で入手できる研磨パッド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へこみ又は孔を有している。
【００１９】
また、上述した研磨パッドに限らず、例えば、固定砥粒により研磨面を形成してもよい。固定砥粒は、砥粒をバインダ中に固定し板状に形成したものである。固定砥粒を用いた研磨においては、固定砥粒から自生した砥粒により研磨が進行する。固定砥粒は砥粒とバインダと気孔により構成されており、例えば砥粒には平均粒径０．５μｍ以下のＣｅＯ２又はＳｉＯ２又はＡｌ２Ｏ３を用い、バインダにはエポキシ樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂又はＭＢＳ樹脂やＡＢＳ樹脂などの熱可塑性樹脂を用いる。このような固定砥粒は硬質の研磨面を構成する。また、固定砥粒には、上述した板状のものの他に、薄い固定砥粒層の下に弾性を有する研磨パッドを貼付して二層構造とした固定砥粒パッドも含まれる。
【００２０】
上述した研磨テーブルと研磨パッドとは、研磨具を構成している。また、上述した研磨テーブルと固定砥粒とは、研磨具を構成している。ここで、研磨テーブルには、例えばＳｕＳ（金属）、Ａｌ２Ｏ２、ＳｉＣ等がある。
【００２１】
基板ホルダ５は、基板の上面を保持するホルダ本体６と、ホルダ本体６の下端に固定され基板の外周縁と係合する環状のリテーナリング７とを備えている。ホルダ本体６は金属やセラミックス等の強度及び剛性が高い材料から形成されている。また、リテーナリング７は、剛性の高い樹脂材又はセラミックス等から形成されている。基板ホルダ５は自在継手部１０を介して基板ホルダ駆動軸１１に接続されており、基板ホルダ駆動軸１１は基板ホルダヘッド１２に固定された基板ホルダ用エアシリンダ１３に連結されている。この基板ホルダ用エアシリンダ１３によって基板ホルダ駆動軸１１は上下動し、基板ホルダ５の全体を昇降させると共に基板ホルダ５を研磨テーブル１に押圧するようになっている。
【００２２】
基板ホルダ用エアシリンダ１３は流体路２１及びレギュレータＲを介して圧縮空気源２２に接続されており、レギュレータＲによって基板ホルダ用エアシリンダ１３に供給される加圧空気の空気圧等を調整することができる。これにより、基板ホルダ５が研磨パッド２を押圧する押圧力を調整することができ、研磨圧力を所望の値に調整できる。
【００２３】
また、基板ホルダ駆動軸１１はキー（図示せず）を介して回転筒１５に連結されている。この回転筒１５はその外周部にタイミングプーリ１６を備えている。基板ホルダヘッド１２には基板ホルダ駆動モータ１７が固定されており、上記タイミングプーリ１６は、タイミングベルト１８を介して基板ホルダ駆動モータ１７に設けられたタイミングプーリ１９に接続されている。従って、基板ホルダ駆動モータ１７を回転駆動することによってタイミングプーリ１９、タイミングベルト１８、及びタイミングプーリ１６を介して回転筒１５及び基板ホルダ駆動軸１１が一体に回転し、基板ホルダ５が回転する。なお、基板ホルダヘッド１２は、フレーム（図示せず）に回転可能に支持された基板ホルダヘッドシャフト２０によって支持されている。基板ホルダヘッドシャフト２０が回転することで基板ホルダヘッド１２が揺動し、これにより、基板ホルダ５は基板の受け渡しを行なう基板受渡し位置と研磨テーブル１の研磨面上の研磨位置との間を移動可能になっている。
【００２４】
ドレッサ２５は、例えばダイヤモンド粒子を電着したダイヤモンドドレッサからなり、ドレッサ２５はドレッサ駆動軸２６によってドレッサヘッド２７から吊下されている。ドレッサ駆動軸２６はドレッサ駆動モータ２８に連結されており、ドレッサ駆動モータ２８によりドレッサ２５は回転するようになっている。ドレッサヘッド２７は、フレーム（図示せず）に回転可能に支持されたドレッサヘッドシャフト２９によって支持されている。ドレッサヘッドシャフト２９が回転することで、ドレッサヘッド２７が揺動し、これにより、ドレッサ２５は待機位置と研磨テーブルの研磨面上のドレッシング位置との間を移動可能になっている。
【００２５】
次に、図１に示す研磨装置の動作について説明する。
上記構成の研磨装置において、半導体ウェハ等の基板４を基板ホルダ５に受け渡す際には、基板ホルダ５の全体を基板受渡し位置に位置させる。そして、基板受渡し位置にある基板受け渡し装置（プッシャ）により基板４を基板ホルダ５に受け渡すと、基板４は基板ホルダ５の下端面に真空吸着される。次に、基板４を吸着した状態で基板ホルダ５を移動させ、基板ホルダ５の全体を研磨テーブル１の上方に位置させる。なお、基板４の外周縁はリテーナリング７によって保持され、基板４が基板ホルダ５から飛び出さないようになっている。
【００２６】
次いで、基板４の吸着を解除し、それとほぼ同時に、基板ホルダ駆動軸１１に連結された基板ホルダ用エアシリンダ１３を作動させて、基板ホルダ５の下端面に保持された基板４を研磨テーブル１上の研磨パッド２に押圧する。このとき、研磨テーブル１および基板ホルダ５は、それぞれ研磨テーブル駆動モータ９および基板ホルダ駆動モータ１７により、所望の回転速度で回転している。予め研磨液供給ノズル８から研磨液Ｑを流すことにより、研磨パッド２に研磨液Ｑが保持され、基板４の被研磨面（下面）と研磨パッド２との間に研磨液Ｑが存在した状態で研磨が行われる。基板ホルダ用エアシリンダ１３に供給される空気の圧力を調整することにより、研磨圧力を所望の値に調整できる。そして、基板４の研磨工程中、基板４の被研磨面の研磨状態の監視と研磨状態の制御が行われる。この基板の研磨と同時に、ドレッサ２５を研磨パッド２に押圧しつつドレッサ２５を所定の回転速度で回転させ、ドレッシング液を供給しつつ研磨パッド２のインサイチュ（in-situ）ドレッシングを行なう。
【００２７】
次に、研磨工程中に、研磨状態の監視および研磨状態の制御を行なう研磨状態監視制御装置について図２乃至図６を参照して説明する。
図２は、図１に示す本発明の研磨装置を模式化して示すとともに、研磨装置に設置された各種センサおよび研磨状態監視制御装置を示す模式図である。図２に示すように、研磨装置は、研磨状態監視制御装置３０を備えており、この研磨状態監視制御装置３０は研磨状態監視部３１と研磨状態制御部３２とから構成されている。研磨テーブル１を回転駆動する研磨テーブル駆動モータ９のモータトルクは、モータ電流値に基づいて検出され、この検出されたモータトルクは研磨状態監視制御装置３０の研磨状態監視部３１に入力される。また基板ホルダ５を回転駆動する基板ホルダ駆動モータ１７のモータトルクは、モータ電流値に基づいて検出され、この検出されたモータトルクは研磨状態監視制御装置３０の研磨状態監視部３１に入力される。
【００２８】
また、基板ホルダ５には作用力センサ３３が設置されており、この作用力センサ３３によって基板ホルダ５の摺動方向に作用する力（作用力）が検出される。そして、この検出された作用力は研磨状態監視制御装置３０の研磨状態監視部３１に入力される。さらに、基板ホルダ５にはアコースティックエミッションセンサ（ＡＥセンサ）３５が設置されており、このアコースティックエミッションセンサ３５によって検出された弾性波（後述する）は研磨状態監視制御装置３０の研磨状態監視部３１に入力される。
【００２９】
一方、研磨テーブル１内には光学センサ３４が設置されており、この光学センサ３４で検出された基板４からの反射光は、研磨状態監視制御装置３０の研磨状態監視部３１に入力される。光学センサ３４は発光素子および受光素子を備え、発光素子から測定光が基板４に投光され、基板４からの反射光が受光素子により受光される。この受光された反射光は、前述したように研磨状態監視部３１に入力される。
【００３０】
次に、図２に示すように構成された各種センサおよび研磨状態監視制御装置の作用を説明する。
研磨テーブル駆動モータ９および基板ホルダ駆動モータ１７の各トルク値は、研磨状態監視制御装置３０の研磨状態監視部３１に入力され、研磨状態監視部３１において、研磨テーブル駆動モータ９のトルク及び／又は基板ホルダ駆動モータ１７のトルクから、基板４の被研磨面と研磨テーブル１上の研磨パッド２の研磨面との間に作用する摩擦力が検出される。この場合、基板４の被研磨面と研磨パッド２の研磨面との研磨界面に作用する摩擦力と負荷トルク（モータのトルク）との関係は、予め求めておく。
【００３１】
図３は、予め求めたモータの負荷トルクと研磨界面に作用する摩擦力との関係を示すグラフである。図３において、横軸はモータの負荷トルクを表し、縦軸は研磨界面に作用する摩擦力を表している。図３から明らかなように、モータの負荷トルクと摩擦力との間には線形相関がある。
図３に示すように、予め求めたモータの負荷トルクと研磨界面に作用する摩擦力との関係に基づいて、研磨テーブル駆動モータ９のトルク及び／又は基板ホルダ駆動モータ１７のトルクから、基板４の被研磨面と研磨テーブル１上の研磨パッド２の研磨面との間に作用する摩擦力が検出される。このようにして検出された基板４の被研磨面と研磨パッド２の研磨面との研磨界面に作用する摩擦力は、研磨状態監視部３１により、研磨工程中、常時監視される。
【００３２】
基板ホルダ５に設けられた作用力センサ３３は加速度センサから構成されており、作用力センサ３３により検出された加速度（振動）に基づいて基板４の被研磨面と研磨パッド２の研磨面との研磨界面に作用する摩擦力を検出することができる。この場合、作用力センサ３３から研磨状態監視制御装置３０の研磨状態監視部３１に入力された信号は、研磨状態監視部３１において研磨プロセスに強い相関のある周波数成分が取り出され、その時間変化が監視される。基板４の被研磨面と研磨パッド２の研磨面との研磨界面に作用する摩擦力と振動強度との関係は、予め求めておく。
【００３３】
また、光学センサ３４においては、発光素子より可視光を基板４の被研磨面に投光し、基板４の被研磨面からの反射光を受光素子で受光し、この反射光を研磨状態監視制御装置３０の研磨状態監視部３１に入力し、光の反射率を検出することができる。研磨状態監視部３１において、研磨工程中、この光の反射率を監視することで基板４の被研磨面の状態を光学的に監視することができる。
図４は、予め求めた光の反射率と基板の被研磨面との関係を示すグラフである。図４において、横軸は時間（秒）を表し、縦軸は基板の被研磨面の光の反射率（％）を表す。図４に示すように、３０秒付近で反射率（％）が急激に変化し、それ以降は、反射率が急激に低下している。この場合、３０秒付近で膜の剥離が発生したためである。基板４の被研磨面の光の反射率を監視することにより、基板４に成膜された膜の剥離の発生を検知することができる。
【００３４】
また基板ホルダ５に設けられたアコースティックエミッションセンサ３５は、基板４の被研磨面にある膜が剥離すると超音波帯域の弾性波が放出される（この現象をアコースティックエミッションという）ため、この弾性波を検出し、膜の剥離を検出することができる。研磨状態監視部３１において、研磨工程中、アコースティックエミッション（ＡＥ）の有無を監視し、基板４の被研磨面で生ずる膜の剥離を監視する。
【００３５】
上述のようにして、モータのトルク、振動強度、光の反射率、およびＡＥ等の各監視対象値は、研磨状態監視制御装置３０の研磨状態監視部３１において、研磨工程中、常時監視される。この場合、研磨状態監視部３１では、トルク、振動強度、光の反射率等の測定値と、予め定めた閾値とをプロセス中、常時比較する。閾値は、例えば、以下の手順で定める。
１）予め研磨対象である基板の膜剥離の臨界摩擦力を把握する。
２）安全率を考慮し、プロセス中、基板に加えてよい摩擦力の閾値を定める。
上述のように求めた閾値を用い、プロセス中、監視していた研磨界面の摩擦力が閾値を超えたら、研磨状態監視部３１より研磨状態制御部３２に指令を出し、研磨状態制御部３２により、摩擦力を下げる方向にプロセス条件を制御する。すなわち、研磨荷重を下げる、研磨液（スラリ）の流量を減少させる、基板ホルダ５及び／又は研磨テーブル１の回転速度を下げる、研磨液（スラリ）の種類を変更する等の制御を行う。
【００３６】
上述のように、監視していた測定値が閾値を超えた場合には、研磨状態監視部３１より研磨状態制御部３２に指令を出し、研磨状態制御部３２により、図２に示すように、研磨荷重の制御、研磨テーブル１及び／又は基板ホルダ５の回転速度の制御、研磨液の供給量の制御、研磨液の種類の変更、in-situドレッシング条件の制御、研磨液温度の制御、研磨面温度の制御等を行う。この場合、これらの制御のうち、１又は２以上の制御を適宜組み合わせて、基板４に形成された膜の剥離を未然に防止する。研磨液の温度制御は、研磨液を加温又は冷却するヒータやチラー等の温度調節手段を設けることにより行なう。また研磨面の温度制御方法は、研磨テーブル裏面より温調流体を流す方法、研磨面に光を照射して暖める方法、研磨面に送風して冷やす方法等がある。
【００３７】
図５は研磨液の供給量と摩擦力との関係を示すグラフであり、横軸は研磨液の流量（ｍｌ／ｍｉｎ）を表し、縦軸は研磨界面の摩擦力（Ｎ）を表す。
図５から明らかなように、研磨液の供給量を減少させることにより研磨界面の摩擦力を低下させることができる。したがって、監視していた摩擦力が閾値を超えたら、研磨液の供給量を減少させて摩擦力を低下させる。これにより、基板４に成膜された膜の剥離を未然に防止することができる。
【００３８】
図６は研磨液の種類と摩擦力との関係を示すグラフであり、横軸は研磨液の種類を表し、縦軸は摩擦係数を表す。図６において、０ｘ−１はＣａｂｏｔ社製シリコン酸化膜研磨用スラリＳＳ−２５であり、Ｃｕ−１はフジミインコーポレイテッド社製銅膜研磨用スラリＰＬ７１０１であり、Ｃｕ−２はＪＳＲ社製銅膜研磨用スラリＣＭＳ７３０３／７３０４であり、Ｃｕ−３はフジミインコーポレイテッド社製銅膜研磨用スラリＰＬ７１０２／ＤＣＭ−Ｇ２であり、Ｃｕ−４は銅膜研磨用砥粒フリースラリ１であり、Ｃｕ−５は銅膜研磨用砥粒フリースラリ２であり、Ｔａ−１はフジミインコーポレイテッド社製バリアメタル研磨用スラリＢ−１２であり、Ｔａ−２はＪＳＲ社製バリアメタル研磨用スラリＣＭＳ８３０１である。
図６から明らかなように、研磨液の種類を変更させることにより研磨界面の摩擦力を低下させることができる。したがって、監視していた研磨界面の摩擦力が閾値を超えたら、研磨液の種類を変更して摩擦力を低下させる。これにより、基板４に成膜された膜の剥離を未然に防止することができる。
【００３９】
前記閾値は複数定めることができ、下限値と上限値を定めることにより、最適なプロセスを維持することも可能である。最適なプロセス条件とは、研磨界面の摩擦力が極力小さく、研磨速度が極力大きいことであるが、被研磨面の面内均一性やパターン特性なども考慮する必要がある。基本的に摩擦力が大きければ研磨速度も大きくなるため、摩擦力が上述の閾値に可能な限り近づいた条件が最適なプロセス条件と言える。すなわち、研磨状態監視部３１において研磨界面の摩擦力を監視しながら、摩擦力が下がりすぎたら、摩擦力を上げる方向にパラメータを制御するという運用を行なう。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の研磨装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】図１に示す本発明の研磨装置を模式化して示すとともに研磨装置に設置された各種センサおよび研磨状態監視制御装置を示す模式図である。
【図３】予め求めたモータの負荷トルクと研磨界面に作用する摩擦力との関係を示すグラフである。
【図４】予め求めた光の反射率と基板の被研磨面との関係を示すグラフである。
【図５】研磨液供給量と摩擦力との関係を示すグラフである。
【図６】研磨液の種類と摩擦力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４１】
１    研磨テーブル
２    研磨パッド
４    基板
５    基板ホルダ
６    ホルダ本体
７    リテーナリング
８    研磨液供給ノズル
９    研磨テーブル駆動モータ
１０    自在継手部
１１    基板ホルダ駆動軸
１２    基板ホルダヘッド
１３    基板ホルダ用エアシリンダ
１５    回転筒
１６    タイミングプーリ
１７    基板ホルダ駆動モータ
１８    タイミングベルト
１９    タイミングプーリ
２０    基板ホルダヘッドシャフト
２１    流体路
２５    ドレッサ
２６    ドレッサ駆動軸
２７    ドレッサヘッド
２８    ドレッサ駆動モータ
２９    ドレッサヘッドシャフト
３０    研磨状態監視制御装置
３１    研磨状態監視部
３２    研磨状態制御部
３３    作用力センサ
３４    光学センサ
３５    アコースティックエミッションセンサ
Ｒ    レギュレータ
【図１】
2005131732.tif 000003
【図２】
2005131732.tif 000004
【図３】
2005131732.tif 000005
【図４】
2005131732.tif 000006
【図５】
2005131732.tif 000007
【図６】
2005131732.tif 000008