(57)【要約】【課題】半導体ウエハの研磨装置で、リテーナリングの摩耗に起因して研磨後のウエハの面内均一性が低下する面内均一性低下を抑制する。【解決手段】所定のタイミングでリテーナリングの摩耗量を測定し、リテーナリングの厚み減少分以上に、リテーナリングの高さや研磨条件をを変化させることで、リテーナリングの底面の形状変化に起因して、半導体ウエハの研磨後に面内均一性が低下する均一性低下を補償する。【選択図】図４
2007287787.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨対象の半導体ウエハの周縁をウエハ面内方向にガイドするリテーナリングと、半導体ウエハの裏面を厚み方向に押圧するウエハ押圧部と、半導体ウエハの表面を研磨する研磨パッドとを有する研磨装置を用いて半導体ウエハを研磨する、半導体装置の製造方法において、
所定のタイミングで前記リテーナリングの摩耗量を取得するステップと、
前記取得された摩耗量に基づいて研磨条件補正量を算出するステップと、
前記摩耗量取得ステップ以前に採用した研磨条件に、前記算出された研磨条件補正量を加算した研磨条件を用いて、半導体ウエハを研磨するステップ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２】
前記算出する研磨条件補正量は、前記取得された摩耗量に対応する研磨条件補正量と、前記リテーナリングの形状変化に対応する研磨条件補正量とを含む、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記算出ステップは、更に、前記取得された摩耗量に基づいてリテーナリングの高さ補正値を算出し、
前記研磨ステップは、更に、前記摩耗量取得ステップ以前に採用したリテーナリングの高さに、前記算出された高さ補正値を加算したリテーナリングの高さを用いる、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記リテーナリングの高さ補正値は、前記取得された摩耗量に対応するリテーナリングの厚みの変化に等しい、請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
研磨対象の半導体ウエハの周縁をウエハ面内方向にガイドするリテーナリングと、半導体ウエハの裏面を厚み方向に押圧するウエハ押圧部と、半導体ウエハの表面を研磨する研磨パッドとを有する研磨装置を用いて半導体ウエハを研磨する、半導体装置の製造方法において、
所定のタイミングで前記リテーナリングの摩耗量を取得するステップと、
前記取得された摩耗量に対応するリテーナリングの厚みの変化以上のリテーナリングの高さ補正値を算出するステップと、
前記摩耗量取得ステップ以前に採用したリテーナリングの高さに、前記算出された高さ補正値を加算したリテーナリングの高さを用いて、半導体ウエハを研磨するステップ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６】
前記算出ステップは、所定の近似式を用いて前記研磨条件補正量を算出する、請求項１〜５の何れか一に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記摩耗量取得ステップは、リテーナリングの研磨パッドに接触する面に形成された溝の深さを測定するステップを含む、請求項１〜６の何れか一に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記摩耗量取得ステップは、半導体ウエハを研磨した累積時間と、該研磨で採用した研磨条件とに基づいて、前記リテーナリングの摩耗量を推定するステップを含む、請求項１〜６の何れか一に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
研磨対象の半導体ウエハの周縁をウエハ面内方向にガイドするリテーナリングと、半導体ウエハの裏面を厚み方向に押圧するウエハ押圧部と、半導体ウエハの表面を研磨する研磨パッドとを有する研磨装置を備える半導体装置の製造装置において、
所定のタイミングで前記リテーナリングの摩耗量を取得する摩耗量取得手段と、
前記取得された摩耗量に基づいて研磨条件補正量を算出する算出手段と、
前記摩耗量取得手段が摩耗量を取得する以前に採用した研磨条件に、前記算出手段で算出された研磨条件補正量を加算した研磨条件を設定する研磨条件設定手段とを備え、
前記設定された研磨条件を用いて半導体ウエハを研磨することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項１０】
前記算出手段は、更に前記取得された摩耗量に基づいてリテーナリングの高さ補正値を算出し、
前記摩耗量取得手段が摩耗量を取得する以前に採用したリテーナリングの高さに、前記算出手段が算出したリテーナリングの高さ補正値を加算して半導体ウエハを研磨する、請求項９に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１１】
研磨対象の半導体ウエハの周縁をウエハ面内方向にガイドするリテーナリングと、半導体ウエハの裏面を厚み方向に押圧するウエハ押圧部と、半導体ウエハの表面を研磨する研磨パッドとを有する研磨装置を備える半導体装置の製造装置において、
所定のタイミングで前記リテーナリングの摩耗量を取得する摩耗量取得手段と、
前記取得された摩耗量に対応するリテーナリングの厚みの変化以上のリテーナリングの高さ補正値を算出する算出手段と、
前記摩耗量取得ステップ以前に採用したリテーナリングの高さに、前記算出された高さ補正値を加算したリテーナリングの高さを用いて、半導体ウエハを研磨することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法及び装置に関し、更に詳しくは、研磨装置を用いて半導体ウエハを研磨する技術の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程において、パターンを加工する際に要求される半導体装置表面の平坦度レベルは、半導体装置の微細化とともに厳しくなっている。従来は、ＳＯＧ（spin on glass）等の塗布膜や、ＢＰＳＧ膜を高温にてアニ−ルするリフローなど、埋め込み膜の改善によって、要求される平坦度レベルへの対応がなされてきた。半導体装置の加工ルールが0.35μmより微細になった頃から、ＣＭＰ（chemical mechanical polishing）という、半導体装置を直接研磨する手段が一般的に使用されるようになっている。このＣＭＰは、半導体装置表面の段差を解消する上では有効であるものの、研磨後の被研磨膜の面内均一性がばらつくという問題があった。特に近年では、半導体装置は３００ｍｍウエハといった大口径ウエハ上で加工されるようになり、いかに被研磨膜の均一性向上を図るかが重要となってきている。このため、一般的に販売されている既存の研磨装置の構成では、要求される均一性の確保が困難になってきている。
【０００３】
従来技術における一般的な研磨動作としては、研磨パッド上に半導体ウエハを保持したヘッドのリテーナリングを所定の圧力にて接地した後に、半導体ウエハにエアバッグを介して圧力を加える。その際、研磨パッドには回転運動が与えられ、また、研磨剤ノズルから研磨剤が供給される。これら圧力印加、回転運動、研磨剤の供給といった基本動作により半導体ウエハ表面の研磨を行う。半導体ウエハの周縁は、研磨パッドへの作用が及ぶ境界部に接している。この境界部から数ｍｍ以内の半導体ウエハの周縁領域では、研磨パッドの下方への変形の反作用として、押圧力が不均一になることが一般的に知られている。この不均一となる領域を、リテーナリングにより半導体ウエハ周縁下面からリテーナリング下面にずらすことが可能となる。また、このリテーナリングの圧力を変更することで、半導体ウエハ周縁部での研磨速度のプロファイルを変更することが可能である。
【０００４】
半導体ウエハの研磨で問題となるのは、多数枚のウエハを研磨すると、一般的に樹脂で構成されたリテーナリングの磨耗が進行し、半導体ウエハ周縁部での研磨速度のプロファイルが、同一の研磨条件を採用しても変化することにある。このリテーナの摩耗に起因する研磨特性の変動について、図面を参照して説明する。
【０００５】
図5に、一般的な研磨装置のヘッド部分の概要図を示す。ＣＭＰ装置のヘッド1は、半導体ウエハ19を研磨パッド20に押し付けて研磨作用をもたらす主要部である。1990年台前半より以前に製造された研磨装置や、被研磨物の種類によっては、リテーナリング10を接地させない場合もある。しかし、一般的には、リテーナリング10を積極的に研磨パッド20に接地させる方式が主流である。リテーナリング10は、単に非研磨物である半導体ウエハ19をガイドするためのみではなく、半導体ウエハ19の周縁近傍の均一性を調整する機能をも有する。
【０００６】
一般的な研磨動作としては、研磨パッド20上に半導体ウエハ19を保持したヘッド1のリテーナリング10を所定の圧力にて接地した後に、半導体ウエハ19に弾性体のメンブレン18a〜ｃを介して空気圧にて圧力を加える。その際、研磨パッド20には回転運動が与えられ、また、研磨剤ノズル21から研磨剤が供給される。これら圧力印加、回転運動、研磨剤の供給といった基本動作により、半導体ウエハ19表面の研磨を行う。
【０００７】
図16に、研磨動作時にリテーナリング10が作用する模式図を示す。メンブレン18a〜ｃを介して、半導体ウエハ19には一定の圧力が作用する。この際、半導体ウエハ19の周縁は、研磨パッド20への作用が及ぶ境界部に接している。この境界部から数ｍｍ以内の半導体ウエハの周縁領域では、同図に示すように、研磨パッド２０の下方への変形の反作用として、押圧力が不均一になることが一般的に知られている。この不均一となる領域を、リテーナリング10により半導体ウエハ19の周縁部下面からリテーナリング10下面にずらすことが可能となる。また、このリテーナリング10の圧力を変更することで、半導体ウエハ19の周縁部での研磨速度のプロファイルを変更することが可能である。
【０００８】
リテーナリング10の磨耗に起因する研磨特性の変動については、下記のように、幾つかの特許文献に記載がある。この従来技術について、その技術の概要と、特性変動の関係とを説明する。
【０００９】
特許文献１には、リテーナリングが磨耗すると所望の研磨特性が得られなくなるので、その交換のタイミングを簡易に且つ効率良く検出しようとする技術が記載されている。しかし、この公報記載の発明は、研磨特性を制御する目的や構成を有していない。
【００１０】
特許文献２には、リテーナリングの高さを調整する機構を有する旨が記載されている。しかし、この公報では、どのような基準をもってどのようにリテーナリングの高さを調整するかは、明確に記載されていない。
【００１１】
特許文献３は、リテーナリングの高さを測定する手段と、高さを補正する手段と、リテーナリングの片削れを修正する手段とを有する研磨装置を記載している。しかし、この公報に記載の発明では、片削れを補正する研磨を加えていることから、リテーナリングの磨耗速度が上昇する。しかし、その高さ調整によって、リテーナリングの寿命が延びることはない。
【００１２】
【特許文献１】特開2001-25962号公報
【特許文献２】特開2003-25217号公報
【特許文献３】特開2003-273047号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
以下、リテーナリング磨耗に起因する問題点を説明する。図17は、研磨装置におけるウエハ19を保持するヘッドの要部を示す。ヘッドの構造にはいくつかの種類があるが、ここではメンブレン18を支える支持体（メンブレンサポート）22がヘッドに固定された構造体のものを一例として示す。リテーナリング10が磨耗して、メンブレンサポート22との相対距離が変化した場合には、半導体ウエハ19の周縁に近接した部分では、その周縁が支持されているため、その弾性体の反力が支持部に近いほど変化し、ウエハ19に加わる実効圧力が変化し易い。図18に、リテーナリングの摩耗量を示す、リテーナリングに形成された溝の深さと、研磨後にウエハに生じたウエハ面内均一性の関係について、実際に取得したデータを実線で示す。なお、縦軸はウエハ表面の高さのばらつきを示す。リテーナリング10の磨耗の進行とともに、研磨後の半導体ウエハにおいて被研磨膜の面内均一性が悪化していく現象が生じていることが判る。
【００１４】
なお、リテーナリングは、ウエハ1000枚の研磨後に、材質にもよるがおよそ0.1ｍｍ〜0.5ｍｍの磨耗量を持つ。従来は、リテーナリングがおよそ0.5〜1.5ｍｍ程度の摩耗量を示した段階で、リテーナリングを廃棄することが一般的であった。この場合、研磨特性の変化の抑制を重視すると高い頻度で交換しなけらばならず、また、交換頻度の低減を重視すると研磨特性の変化を許容しなければならないというトレードオフの関係がある。
【００１５】
上記のような現象を踏まえ、リテーナの摩耗量に基づいて、リテーナリングの高さを変える等の研磨条件を補正する実験を行った。しかし、この補正は、均一性の変化を抑制する方向には作用するものの、図18の点線に示すように、面内均一性を初期状態にまで戻すことは出来なかった。この差異の要因を分析した所、リテーナリングの形状変化が影響を与えていることが判った。リテーナリングは、研磨の進行に伴って、摩耗量が増大すると共にリング周縁部の底面が湾曲する形状変化を起こし、この摩耗量の増大と形状変化とにより、リテーナリング近傍でウエハへの実効圧力が変化する。摩耗量の増大と形状変化の２つの要因は、ウエハへの実効圧力に関して、同一方向に作用し、且つ、相乗的に働く。すなわち、研磨が進行すると、同一研磨条件であっても、これら２つの要因により、ウエハ周縁部への圧力が実効的に強く作用する方向に変化する。このため、リテーナリングが新しいときの状態で研磨条件が最適化されていた場合には、研磨時間の経過と共に、徐々に半導体ウエハの面内均一性が悪化していく。
【００１６】
本発明は、上記に鑑み、リテーナリングの摩耗量及び底面の形状変化に起因する研磨特性の変動を抑制することで、半導体ウエハの研磨に際して、ウエハの面内均一性が高い研磨が可能となり、且つ、リテーナリングの寿命の延長が可能となる、半導体装置の製造方法及び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】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る半導体装置の製造方法は、研磨対象の半導体ウエハの周縁をウエハ面内方向にガイドするリテーナリングと、半導体ウエハの裏面を厚み方向に押圧するウエハ押圧部と、半導体ウエハの表面を研磨する研磨パッドとを有する研磨装置を用いて半導体ウエハを研磨する、半導体装置の製造方法において、
所定のタイミングで前記リテーナリングの摩耗量を取得するステップと、
前記取得された摩耗量に基づいて研磨条件補正量を算出するステップと、
前記摩耗量取得ステップ以前に採用した研磨条件に、前記算出された研磨条件補正量を加算した研磨条件を用いて、半導体ウエハを研磨するステップとを有することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の第２の態様に係る半導体装置の製造方法は、研磨対象の半導体ウエハの周縁をウエハ面内方向にガイドするリテーナリングと、半導体ウエハの裏面を厚み方向に押圧するウエハ押圧部と、半導体ウエハの表面を研磨する研磨パッドとを有する研磨装置を用いて半導体ウエハを研磨する、半導体装置の製造方法において、
所定のタイミングで前記リテーナリングの摩耗量を取得するステップと、
前記取得された摩耗量に対応するリテーナリングの厚みの変化以上のリテーナリングの高さ補正値を算出するステップと、
前記摩耗量取得ステップ以前に採用したリテーナリングの高さに、前記算出された高さ補正値を加算したリテーナリングの高さを用いて、半導体ウエハを研磨するステップとを有することを特徴とする。
【００１９】
更に、本発明の第３の態様に係る半導体装置の製造装置は、研磨対象の半導体ウエハの周縁をウエハ面内方向にガイドするリテーナリングと、半導体ウエハの裏面を厚み方向に押圧するウエハ押圧部と、半導体ウエハの表面を研磨する研磨パッドとを有する研磨装置を備える半導体装置の製造装置において、
所定のタイミングで前記リテーナリングの摩耗量を取得する摩耗量取得手段と、
前記取得された摩耗量に基づいて研磨条件補正量を算出する算出手段と、
前記摩耗量取得手段が摩耗量を取得する以前に採用した研磨条件に、前記算出手段で算出された研磨条件補正量を加算した研磨条件を設定する研磨条件設定手段とを備え、
前記設定された研磨条件を用いて半導体ウエハを研磨することを特徴とする。
【００２０】
更に、本発明の第４の態様に係る半導体装置の製造装置は、研磨対象の半導体ウエハの周縁をウエハ面内方向にガイドするリテーナリングと、半導体ウエハの裏面を厚み方向に押圧するウエハ押圧部と、半導体ウエハの表面を研磨する研磨パッドとを有する研磨装置を備える半導体装置の製造装置において、
所定のタイミングで前記リテーナリングの摩耗量を取得する摩耗量取得手段と、
前記取得された摩耗量に対応するリテーナリングの厚みの変化以上のリテーナリングの高さ補正値を算出する算出手段とを備え、
前記摩耗量取得ステップ以前に採用したリテーナリングの高さに、前記算出された高さ補正値を加算したリテーナリングの高さを用いて、半導体ウエハを研磨することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の第１の態様に係る半導体装置の製造方法及び第３の態様に係る半導体装置の製造装置では、リテーナリングの摩耗量に基づいて研磨条件補正量を算出し、その算出した補正分を以前の研磨条件に加算して研磨条件を設定し、この研磨条件を用いて研磨を行う。また、本発明の第２の態様に係る半導体装置の製造方法及び第４の態様に係る半導体装置の製造装置では、リテーナリングの摩耗量に対応する厚みの変化以上のリテーナリングの高さ補正値を用いてリテーナリングの高さ補正を行う。これら構成により、単にリテーナリングの摩耗量に対応する厚みの変化に基づいてリテーナリングの高さ補正を行う従来の製造方法及び装置とは異なり、半導体ウエハの研磨について、面内均一性が高い研磨が可能となり、且つ、リテーナリングの寿命の延長が可能となる。このため、半導体ウエハの研磨に際して、製造装置の運転コストの低減と製品の品質の向上の双方が可能となる。
【００２２】
本発明の第１の態様に係る半導体装置の製造方法では、前記算出する研磨条件補正量は、前記取得された摩耗量に対応する研磨条件補正量と、前記リテーナリングの形状変化に対応する研磨条件補正量とを含むことが好ましい。リテーナリングの形状変化に対応する研磨条件補正量を、摩耗量に対応する研磨条件補正量に加えて研磨条件を補正することにより、研磨後のウエハの面内均一性が向上する。また、これに代えて、前記算出ステップが、更に、前記取得された摩耗量に基づいてリテーナリングの高さ補正値を算出し、前記研磨ステップは、更に、前記摩耗量取得ステップ以前に採用したリテーナリングの高さに、前記算出された高さ補正値を加算したリテーナリングの高さを用いることでも上記本発明の目的が達成される。この場合には、前記リテーナリングの高さ補正値を、前記取得された摩耗量に対応するリテーナリングの厚みの変化に等しいとすることが好ましく、算出にあたっての計算が容易になる。
【００２３】
本発明の第１及び第２の態様に係る半導体装置の製造方法では、前記算出ステップは、所定の近似式を用いて前記研磨条件補正量を算出することが好ましい。計算が簡素になり、研磨装置のリアルタイムによる制御が容易になる。
【００２４】
前記摩耗量取得ステップは、リテーナリングの厚みを実際に測定してもよく、この場合には、リテーナリングの研磨パッドに接触する面に形成された溝の深さを測定することが好ましい。また、実際に測定することに代えて、半導体ウエハを研磨した累積時間と、該研磨で採用した研磨条件とに基づいて、前記リテーナリングの摩耗量を推定してもよい。この場合、摩耗量の取得が容易になる。
【００２５】
本発明の第３の態様に係る半導体装置の製造装置では、前記算出手段が、更に前記取得された摩耗量に基づいてリテーナリングの高さ補正値を算出し、前記摩耗量取得手段が摩耗量を取得する以前に採用したリテーナリングの高さに、算出手段が算出したリテーナリングの高さ補正値を加算して半導体ウエハを研磨することも好ましい態様である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
次に、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造装置について、図面を参照して詳細に説明する。図1は、半導体ウエハの研磨装置の主要部を示す上面図である。研磨装置は、半導体ウエハを保持、加圧するヘッド１、ヘッド1に旋回運動を与えるクロス2、研磨パッドを有し研磨を行うための回転運動を与えるプラテン3、研磨パッド表面状態を調整するドレッサ8、ヘッド1に半導体ウエハを脱着させるロード／アンロード部4、半導体ウエハを装置内へ又は装置外へと搬送する搬送機構を構成するロボット5、及び、洗浄機構6などの一般的な機構を有する。また、これら一般的な機構に加え、本発明に基づいて、へッド1が旋回運動し通過する軌跡上1aに、リテーナリング下面に形成された溝段差を測定する測定機構、例えばレーザ変位計及びセンサ7を有する。センサ7は、プラテン3を複数個有する場合にはプラテン3間に設置される。或いはウエハの脱着を行うロード／アンロード部4内でも良い。なお、レーザ変位計及びセンサ7の上部には、必要に応じてスラリや純水からこれら変位計及びセンサ7を保護する機構を有してもよい。また、レーザ変位計及びセンサ7に代えて、リテーナリング10の厚み又は高さを直接に測定する測定装置を、研磨装置内に配設してもよい。
【００２７】
図2は、上記実施形態の半導体装置の製造装置における測定機構の要部を示す側面図である。ウエハをガイドするリテーナリング10の下面に、レーザ変位計及びセンサ7を有しており、レーザ変位計及びセンサ7は、リテーナリング溝11の深さを測定可能である。なお、リテーナリング10の磨耗量を把握する手段として、これらに代えて、装置内のヘッドの側方にＣＣＤカメラを設置し、画像認識で厚さや高さの変化を計測してもよい。研磨装置は、更に、図3に示すようにリテーナリングの測定を行う際のヘッド動作を制御する動作制御部12と、リテーナリング10の測定値からリテーナリング10厚さの変化量を算出し、予め設定された近似式により最適研磨条件を算出する演算部13と、その演算値を保持する記憶部14と、演算値を研磨装置の圧力条件に反映させ圧力を最適条件に切替える圧力制御部15と、これらを統括し研磨機構16に指示を与える指示部17とを有している。なお、演算部13で適用される近似式は、リテーナリング磨耗時の各摩耗量にて最適となる研磨条件を前もって取得して導き出されたものを用いる。
【００２８】
上記実施形態の研磨装置は、以上のように、リテーナリングの厚さの変化を検出する機構7aと、その厚さに基づいて最適研磨条件を演算する機構13と、その演算値を研磨装置の条件として取り込み実行する機構12とを有している。そのため、リテーナリングの磨耗状況による影響を取り除き、安定した研磨特性を有する研磨装置が得られる。
【００２９】
次に、図1〜5を参照して、上記実施形態に係る研磨装置で実施される半導体装置の製造方法を説明する。図4に、この研磨装置における処理を示すフローチャートを示した。研磨装置は、研磨処理開始を指示すると、先ずヘッド或いはリテーナリングが交換直後か否かを示すフラグをチェックする（ステップＳ１）。交換直後であれば、リテーナリングの高さまたは溝段差を測定してリテーナリングの摩耗量を測定する（ステップＳ３）。交換直後でなければ処理枚数が一定数を超えたか否かを調べて（ステップＳ２）、ステップＳ３に移行する。ステップＳ３で求めた測定値を転送し（ステップＳ４）、リテーナリング高さまたは溝段差に基づいて、最適条件を求める近似式を用い演算処理を行う（ステップＳ５）。演算で求まった最適条件をインプットし、最適条件として記憶部に設定し（ステップＳ６）、研磨を行う（ステップＳ７）。その後は、研磨が完了したか否かを判定し（ステップＳ８）、終了していなければステップＳ２に戻り、予め設定した枚数（Ｎ）までは、演算部で求められ記憶部に記憶された最適条件を読み出し（ステップＳ９）、それを最適条件として研磨を行う（ステップＳ６〜Ｓ８）。
【００３０】
研磨処理の枚数が設定された一定数以上に達して、ロットエンドと判定されると（ステップＳ２）、測定機構７でリテーナリングの磨耗量を再度測定し（ステップＳ３）、最適条件の演算部１３に転送する（ステップＳ４）。最適条件の演算部１３で最適条件を演算し（ステップＳ８）、算出された条件を、研磨条件にインプットする。例えばリテーナリング圧力を10PSIから9.8PSIなどのように変更する（ステップＳ６）。その後、次のロットからは、リテーナリング磨耗量に対応して演算された補正量で従来の条件を補正した新しい研磨条件にて研磨を行う。なお、処理枚数が一定値に満たない状態で終了し、再度、研磨を行う場合には、開始後、リテーナリングのフラグチェック（ステップＳ１）を経て、上記と同様のフローにて処理がなされる。
【００３１】
以下、上記実施形態に係る半導体装置の製造方法における研磨及びリテーナリング磨耗量測定の動作について、その詳細を説明する。図１の研磨装置の主要部を示す上面図を参照する。半導体ウエハはインターフェース9からロボット5にて搬送され、ロード/アンロード部4にてヘッド１に吸着保持される。その後プラテン3上に移動して、研磨剤が供給され、回転運動を与えられたプラテン3上の研磨パッドに接触させる。ここで図5の一般的な研磨装置の主要部を示す側面図を参照する。リテーナリング10に所定の圧力を加え、その内側のメンブレン18a〜ｃを介して、ウエハ19へ加圧を行う。この際、メンブレン18a〜ｃは複数の領域に分割され夫々18a〜cの部位の圧力を夫々の設定値で制御可能となっている。
【００３２】
なお、一般的には、研磨と同時に研磨パッド20の表面状態を調整するドレッサ8により、研磨表面を処理し表面状態を調整する。研磨が終了すると、純水により研磨パッド20及びヘッド1、ウエハ19がリンスされる。その後、ウエハ19を研磨パッド20表面から剥離し、ロード／アンロード部へ移動し、ロボットで移動し洗浄機構で洗浄されて、装置インターフェース部のＦＯＵＰ等に収納される。以上は一般的なフローであり、本実施形態では、半導体ウエハ１９の回収後、リテーナリングの磨耗量を測定する工程が含まれる。測定に先立って、アイドル状態のヘッド１を高速回転で回し、リテーナリング10に付着した水分を一旦除去する。更にエアブローを行うユニットをつけても良い。
【００３３】
図２に示すように、リテーナリング10がセンサー7上部に位置するように移動し、レーザ変位計のセンサ7により基準位置からのリテーナリング10の高さを測定する。リテーナリング10に溝加工がある場合には、ヘッドを低速回転で回しながら溝深さを測定する。なお、リテーナリング10の厚さ及び溝の深さは、所定の加工精度で製造されており、個体差は所定の範囲内に抑制されている。また、リテーナリング10の磨耗量からの研磨条件変更は１条件のみに限定されるものではない。
【００３４】
図５に示すようなリテーナリング10の圧力、メンブレン18aなどの半導体ウエハ19のエッジ近傍の圧力を、様々に変更して組み合わせることが可能である。前述したように、リテーナリング磨耗時における実際のリテーナリング圧力依存性のデータ及びウエハエッジ近傍の圧力依存性を、複数の摩耗量で前もって取得しておき、最適条件の近似式を作製しておく。圧力の変更はこの近似式をもってなされる。
【００３５】
以上説明したように、上記実施形態に係る半導体装置の製造装置、および、半導体装置の製造方法では、リテーナリングの磨耗量を検出すること、リテーナリングの磨耗により生じる摩耗工程における特性変化を予測する手段を有すること、及び、この予測に基づいて特性変化を補償する手段、ここでは研磨条件の変更手段を有することで、リテーナリングの磨耗によって生じる研磨特性の変化を抑制することが出来る。
【００３６】
上記実施形態では、研磨装置にて課題となっているリテーナリングの磨耗に伴う研磨特性の変動を抑制し、半導体装置製品の歩留り低下を抑制することが出来る。同時に、従来に比して、生産効率の改善及びコストを削減することが可能となる。図6に、上記実施形態に係る半導体装置の製造装置で得られた改善の様子を、摩耗量に基づいた補正をしない場合と比較して示す。横軸はリテーナリングの摩耗量を、縦軸は研磨後の半導体ウエハの面内高さの差を示す。上記実施形態では、リテーナリングの厚さに殆ど依存することなく、ウエハ面内で均一な高さが得られ、面内均一性が改善された様子が示されている。
【００３７】
図7〜9を参照し、本発明の第２の実施形態について説明する。図7は、第２の実施形態を示す半導体製造装置の構成を示すブロック図である。本実施形態では、一般的な機構として、リテーナリング磨耗量を測定するリテーナリング測定機構7a、リテーナリング高さの最適化の演算を行う演算部13、それを記憶する記憶部14、研磨機構16、装置動作制御部12、圧力制御部15、及び、これら全体を統括する指示部17を有している。本実施形態では、これら一般的な機構に加えて、リテーナ高さを最適値に制御するリテーナ高さ制御部25、及び、リテーナリングの高さを変更する変更機構24を有する。
【００３８】
リテーナ高さ制御部25では、リテーナリング磨耗量と補正値との相関データを実際に取得することによって、最適な補正量を近似式により演算して研磨条件を制御する。例えば、最適な高さ補正値を調査すると、リテーナリングが0.5ｍｍ磨耗した場合には0.6ｍｍの補正が、1.0ｍｍ磨耗した場合には1.3ｍｍ補正の補正が、1.5ｍｍ磨耗した場合には2.0ｍｍの補正が必要であるというように、磨耗量に対応する補正量以上の補正を加えることにより、リテーナリングの初期状態に研磨特性を近似させることができる。この近似式で計算された値を制御部１２に入力する。
【００３９】
図8は、リテーナリングの高さを変更する機構の一例を示すもので、ヘッドを側面よりみた要部概要図である。リテーナリング10とそれを連結するキャリア29との間には、スライド部28とスライド部中心の精密ボールネジを駆動するパルスモータ26を有し、パルスモータ26の回転により、リテーナリング10を上下に駆動する機構となっている。また、キャリア29とリテーナリング10との間には、研磨中のリテーナリング10の位置を固定するためのリテーナ固定用メンブレン27を有している。
【００４０】
図9は、本実施形態の半導体装置の製造装置における処理を示すフローチャートである。指示部が研磨処理開始を指示すると、先ずヘッド或いはリテーナリングが交換直後か否かのフラグをチェックする（ステップＳ１１）。交換直後であれば、研磨処理枚数がＮ以下であることを確認し（ステップＳ１２）、リテーナリングの高さまたは溝段差を測定する（ステップＳ１３）。センサから測定値を転送し（ステップＳ１４）、リテーナリング高さまたは溝段差に基づいて、リテーナリング高さ補正の最適値を近似式により演算しこれを記憶する（ステップＳ１５）。続いて、その最適高さ補正値になるようにリテーナリング10の高さを制御する（ステップＳ１６）。なお、一般的に、未使用で所定の精度で製造されたリテーナリングでは、補正することは殆どなく、実績条件が使用される。
【００４１】
その後、設定した枚数までは、先に記憶された最適高さ補正値に基づいて、繰り返し研磨が行われる（ステップＳ１７）。研磨終了でないことを確認し（ステップＳ１８）、ステップＳ１２に戻る。ステップＳ１２で処理枚数がＮ以下であれば、先に記憶された補正値を入力し、その補正値に基づいて研磨が行われ（ステップＳ１９、Ｓ１６〜Ｓ１８）、ステップＳ１２に戻る。ステップＳ１２で研磨処理の枚数が一定数以上に達して、ロットエンドであると判定されると、次のロットからは、リテーナリング10の磨耗量に対応する補正量以上の補正を行った状態で研磨を行う。つまり、リテーナリングの磨耗量を測定し（ステップＳ１３）、最適高さ補正演算部に転送する（ステップＳ１４）。その後、最適高さになるようにリテーナリング10の高さを調整する（ステップＳ１６）。なお、処理枚数が一定値に満たない状態で終了し、再度、研磨を行う場合には、開始後、リテーナリング10のフラグチェックを経て、上記と同様のフローにて処理がなされる。
【００４２】
図10は、第２の実施形態で得られる面内均一性を、研磨中のリテーナリングの厚みでプロットしている。比較のために、摩耗量で補正しない場合、摩耗量に対応する補正量で補正したばあい、及び、本実施形態による補正を行った場合について示した。同図から理解できるように、本実施形態では、リテーナリングの摩耗量に対応する補正量では、補償しきれない特性補償が得られた。
【００４３】
本発明の第３の実施形態を説明する。本実施形態では、リテーナリングの磨耗量の直接的なモニタは行わない代わりに、研磨条件と研磨時間の累積値とから磨耗量を演算し推定する。この場合、前もって特定研磨条件での研磨時間の累積値と磨耗量との相関データを取得しておき、その近似式に基づいて演算し、第一の実施形態と同様に研磨条件を変更する。なお、研磨圧力やプラテン回転数など、研磨条件が異なる複数の条件を有する場合には、夫々の条件下での係数を求めておき、累積値としてaX＋bY＋cZ（x,y,z：時間、a,b,c：磨耗係数）のように加算することで、磨耗量を推定する。
【００４４】
図11は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造装置における研磨装置の構成を示し、図12は、この研磨装置における処理の様子をフローチャートで示す。指示部17が研磨処理開始を指示すると、先ずヘッド或いはリテーナリング10が交換直後であるかどうかのフラグをチェックする（ステップＳ２１）。交換直後であれば、初期に設定された基本条件に従って研磨を行う（ステップＳ２９、Ｓ２７）。その後は、設定した推定磨耗量値に達するまでは（ステップＳ２２）、記憶部から設定した基本条件を入力し（ステップS３０）、それを最適条件として、繰り返し研磨が行われる（ステップＳ２６〜Ｓ２７）。ステップＳ２２で、磨耗量累積値が一定値以上に達し、ロットエンドであると判定されると、そのリテーナリング磨耗量の推定値を最適条件の演算部１３に転送する。最適条件の演算部１３は、その推定した摩耗量に基づいて最適条件を算出し（ステップＳ２５）、その算出された条件が、最適研磨条件として設定される（ステップＳ２６）。そして、次のロットからはリテーナリング11の磨耗量に対応した新条件にて研磨を行う（ステップＳ２７）。なお、処理枚数が一定値に満たない状態で終了し、再度、研磨を行う場合には、開始後、リテーナリングのフラグチェックを経て、上記と同様のフローにて処理がなされる。
【００４５】
本実施形態ではセンサやリテーナリング高さを調整する機構など特別なハードウェアを必要とせず、ソフトウェアのみの変更により本発明の効果を得ることができ、コスト効率が向上する。
【００４６】
本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製造装置は、第３の実施形態と同様にリテーナリングの磨耗量を近似するものである。しかし、上記第３の実施形態とは異なり、第２の実施形態と同様に、リテーナリング10の高さを変更する。図１3は、本実施形態に係る半導体装置の製造装置における研磨装置の構成をブロック図で示す。また、図１4は、その研磨装置における処理の様子をフローチャートで示す。図14では、図13のステップＳ29及びステップＳ26における研磨条件に代えて、リテーナリング10の高さ補正が採用される。その他は、図14は図13と同様なステップを有する。本実施形態では、第２の実施形態よりも簡素な構成を採用しながらも、本発明の効果が得られる。
【００４７】
図15は、本発明の第５の実施形態に係る半導体装置の製造装置における研磨装置の処理を示すフローチャートである。本実施形態は、第１の実施形態と第２の実施形態とを組み合わせた構成を採用するものである。本実施形態では、リテーナリングの磨耗量を所定のタイミングで測定し（ステップＳ４３）、リテーナリングの高さを補正し、さらに研磨条件の補正を加える（ステップＳ４６）。リテーナリングの補正を行う際に、例えば初期の厚さに一致させる補正を採用する場合には、リテーナリングの形状変化分に対して、研磨圧力などの研磨条件の補正を加える。
【００４８】
本発明の第６の実施形態について説明する。本実施形態に係る半導体装置の製造装置における研磨装置は、装置自体の構成は従来の研磨装置と同じとし、ヘッドを定期的に研磨装置から外すことで、リテーナリング10の厚さを計測して、磨耗量の実測を行う。複数種類の厚さのシムを準備し、磨耗量に対応して異なる厚さのシムを挿入して、リテーナリング１０の高さの減少分に対応する補正量以上の補正を与えて、リテーナリングの摩耗及び形状変化を補償する。つまり、磨耗量よりも厚いシムを挿入する。例えば、リテーナリングが0.5ｍｍ磨耗した場合には0.6ｍｍ厚のシムを、1.0ｍｍ磨耗した場合には1.3ｍｍ厚のシムを、1.5ｍｍ磨耗した場合には2.0ｍｍ厚のシムを、それぞれ挿入する。本実施形態は、研磨装置自体は従来の研磨装置と同様であるが、研磨方法のみを変更することで、研磨特性を安定化させる。
【００４９】
以上、本発明をその好適な実施態様に基づいて説明したが、本発明の半導体装置のせ遺贈方法及び装置は、上記実施態様の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施態様の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造装置における研磨装置を示す平面図。
【図２】図１の研磨装置におけるリテーナリングの厚み測定部を示す断面図。
【図３】図１の研磨装置のブロック図。
【図４】図３の研磨装置の処理を示すフローチャート。
【図５】研磨装置の一般的な断面図。
【図６】第１の実施形態で得られた、リテーナリングの厚みと研磨後のウエハにおける面内均一性の関係を示すグラフ。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造装置における研磨装置のブロック図。
【図８】図７の研磨装置の主要部の断面図。
【図９】図７の研磨装置の処理を示すフローチャート。
【図１０】第２の実施形態で得られた、リテーナリングの厚みと研磨後のウエハにおける面内均一性を示すグラフ。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造装置における研磨装置のブロック図。
【図１２】図１１の研磨装置における処理を示すフローチャート。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造装置における研磨装置のブロック図。
【図１４】図１３の研磨装置の処理を示すフローチャート。
【図１５】本発明の第５の実施形態に係る半導体装置の製造装置における研磨装置の処理を示すフローチャート。
【図１６】従来の研磨装置の主要部断面図と、研磨装置における圧力分布を示すグラフ。
【図１７】従来の研磨装置における問題を示す研磨装置の主要部断面図。
【図１８】従来の研磨装置におけるリテーナリングの摩耗量と研磨後のウエハにおける面内均一性の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５１】
１：ヘッド
１ａ：ヘッド回転軌跡
２：クロス
３：プラテン
４：ロード／アンロード部
５：ロボット
６：洗浄機構
７：センサ
８：ドレッサ
７ａ：リテーナリング測定機構
９：インターフェース
１０：リテーナリング
１１：リテーナリング溝
１２：装置動作制御部
１３：演算部
１４：記憶部
１５：圧力制御部
１６：研磨機構
１７：指示部
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ：メンブレン
１９：半導体ウエハ
２０：研磨パッド
２２：メンブレンサポート
２３：スピンドル
２４：リテーナリング高さ変更機構
２５：リテーナリング高さ制御部
２６：パルスモータ
２７：リテーナ固定用メンブレン
２８：スライド部
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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