(57)【要約】【課題】過研磨を防止し、研磨終点検出の精度を向上させることができる研磨装置を提供する。【解決手段】研磨装置は、研磨パッド１２を支持する研磨テーブル１０と、研磨テーブル１０を回転させるテーブルモータ２５と、ウェハＷを研磨パッド１２に押し付けるトップリング１５と、テーブルモータ２５のトルク電流値を測定する電流計３５と、ウェハＷに光を当て、ウェハＷからの反射光の強度を計測する光学式センサ４０と、反射光の強度から、膜の厚さに従って変化する研磨指標値を生成する処理部１８とを備える。処理部１８は、トルク電流値が所定のしきい値に達した時点および研磨指標値の所定の特徴点が現れた時点のうち、いずれか早い方に基づいて研磨終点を決定する。【選択図】図１
2013219248.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜が形成されたウェハを研磨する研磨装置において、
研磨パッドを支持する研磨テーブルと、
前記研磨テーブルを回転させるテーブルモータと、
ウェハを前記研磨パッドに押し付けるトップリングと、
前記ウェハに光を当て、前記ウェハからの反射光の強度を計測する光学式センサと、
前記反射光の強度から、前記膜の厚さに従って変化する研磨指標値を生成する処理部とを備え、
前記処理部は、前記テーブルモータのトルク電流値および前記研磨指標値を監視し、前記トルク電流値が所定のしきい値に達した時点および前記研磨指標値の所定の特徴点が現れた時点のうち、いずれか早い方に基づいて研磨終点を決定することを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記処理部は、前記研磨指標値の所定の特徴点が現れた時点での膜厚と前記所定の目標膜厚との差から求められた第１の検出誤差範囲と、前記トルク電流値が所定のしきい値に達した時点での膜厚と所定の目標膜厚との差から求められた第２の検出誤差範囲とを記憶しており、
前記第１の検出誤差範囲および前記第２の検出誤差範囲は、前記ウェハと同種のウェハの過去の研磨テータから予め取得された検出誤差範囲であり、
前記第２の検出誤差範囲が前記第１の検出誤差範囲に重なるように前記所定のしきい値が設定されることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項３】
前記トルク電流値が所定のしきい値に達した時点および前記研磨指標値の所定の特徴点が現れた時点のうち、いずれか早い方が前記研磨終点と決定されることを特徴とする請求項１または２に記載の研磨装置。
【請求項４】
前記トルク電流値が所定のしきい値に達した時点および前記研磨指標値の所定の特徴点が現れた時点のうち、いずれか早い方の時点から所定の時間が経過した時点が前記研磨終点と決定されることを特徴とする請求項１または２に記載の研磨装置。
【請求項５】
膜が形成されたウェハを研磨する研磨方法において、
研磨パッドを支持する研磨テーブルをテーブルモータにより回転させ、
トップリングによりウェハを前記研磨パッドに押し付け、
前記ウェハに光を当て、前記ウェハからの反射光の強度を計測し、
前記反射光の強度から、前記膜の厚さに従って変化する研磨指標値を生成し、
前記テーブルモータのトルク電流値および前記研磨指標値を監視し、
前記トルク電流値が所定のしきい値に達した時点および前記研磨指標値の所定の特徴点が現れた時点のうち、いずれか早い方に基づいて研磨終点を決定することを特徴とする研磨方法。
【請求項６】
前記トルク電流値が所定のしきい値に達した時点での膜厚と所定の目標膜厚との差から求められた第２の検出誤差範囲が、前記研磨指標値の所定の特徴点が現れた時点での膜厚と前記所定の目標膜厚との差から求められた第１の検出誤差範囲に重なるように前記所定のしきい値が設定され、
前記第１の検出誤差範囲および前記第２の検出誤差範囲は、前記ウェハと同種のウェハの過去の研磨テータから予め取得された検出誤差範囲であることを特徴とする請求項５に記載の研磨方法。
【請求項７】
前記トルク電流値が所定のしきい値に達した時点および前記研磨指標値の所定の特徴点が現れた時点のうち、いずれか早い方が前記研磨終点と決定されることを特徴とする請求項５または６に記載の研磨方法。
【請求項８】
前記トルク電流値が所定のしきい値に達した時点および前記研磨指標値の所定の特徴点が現れた時点のうち、いずれか早い方の時点から所定の時間が経過した時点が前記研磨終点と決定されることを特徴とする請求項５または６に記載の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハの研磨装置および研磨方法に関し、特に半導体ウェハの研磨終点を検出することができる研磨装置および研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハを研磨する装置においては、さまざまなタイプの研磨終点検出方法が使用されている。例えば、上層膜が研磨により除去されて下層膜が露出したことを検出するために、研磨テーブルのトルク電流の変化を検出する方法が採用されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
配線の微細化に伴い、研磨終点検出の精度の向上が求められている。しかしながら、上述のトルク電流式の研磨終点検出方法では、ウェハの面内で上層膜の厚さにばらつきがあるために、下層膜がウェハ全面で露出するまで研磨すると、目標膜厚に対して過研磨となることがある。
【０００４】
このような過研磨を防止するために、上層膜の表面上に形成された初期の凹凸が平坦になった時点をトルク電流の変化から検出し、その時点から予め定めた時間だけ研磨することが行われている。この方法によれば、目標膜厚よりも多く下層膜が残った状態で研磨を終了し、外部の膜厚測定器で研磨後の膜厚測定を行い、目標膜厚と測定膜厚との差異をなくすために必要な研磨時間を計算し、そして、算出された研磨時間だけ追加研磨を行って目標膜厚を実現する。しかしながら、このような追加研磨の実施は、全体の研磨時間を長くし、スループットを低下させてしまう。
【０００５】
このようなトルク電流式の研磨終点検出方法の他に、光学式センサを用いた研磨終点検出方法がある（例えば、特許文献３参照）。この方法では、ウェハの表面に光を導き、ウェハからの反射光を分析することによって、ウェハの研磨終点を決定する。この方法よれば、上層膜の研磨状態から研磨終点を検出するので、下層膜が露出する前に研磨を終了させることができる。しかしながら、ウェハに形成されている配線パターンや研磨に使用されるスラリーが終点検出精度に悪影響を与え、必要とされる精度が得られないことがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１９８８１３号公報
【特許文献２】特開平６−３１５８５０号公報
【特許文献３】特開２００４−１５４９２８号公報
【特許文献４】特開２００５−１１９７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述した問題を解決するためになされたもので、過研磨を防止して、研磨終点検出の精度を向上させることができる研磨装置および研磨方法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】
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、膜が形成されたウェハを研磨する研磨装置において、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、前記研磨テーブルを回転させるテーブルモータと、ウェハを前記研磨パッドに押し付けるトップリングと、前記ウェハに光を当て、前記ウェハからの反射光の強度を計測する光学式センサと、前記反射光の強度から、前記膜の厚さに従って変化する研磨指標値を生成する処理部とを備え、前記処理部は、前記テーブルモータのトルク電流値および前記研磨指標値を監視し、前記トルク電流値が所定のしきい値に達した時点および前記研磨指標値の所定の特徴点が現れた時点のうち、いずれか早い方に基づいて研磨終点を決定することを特徴とする。
【０００９】
本発明の好ましい態様は、前記処理部は、前記研磨指標値の所定の特徴点が現れた時点での膜厚と前記所定の目標膜厚との差から求められた第１の検出誤差範囲と、前記トルク電流値が所定のしきい値に達した時点での膜厚と所定の目標膜厚との差から求められた第２の検出誤差範囲とを記憶しており、前記第１の検出誤差範囲および前記第２の検出誤差範囲は、前記ウェハと同種のウェハの過去の研磨テータから予め取得された検出誤差範囲であり、前記第２の検出誤差範囲が前記第１の検出誤差範囲に重なるように前記所定のしきい値が設定されることを特徴とする。
【００１０】
本発明の好ましい態様は、前記トルク電流値が所定のしきい値に達した時点および前記研磨指標値の所定の特徴点が現れた時点のうち、いずれか早い方が前記研磨終点と決定されることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記トルク電流値が所定のしきい値に達した時点および前記研磨指標値の所定の特徴点が現れた時点のうち、いずれか早い方の時点から所定の時間が経過した時点が前記研磨終点と決定されることを特徴とする。
【００１１】
本発明の他の態様は、膜が形成されたウェハを研磨する研磨方法において、研磨パッドを支持する研磨テーブルをテーブルモータにより回転させ、トップリングによりウェハを前記研磨パッドに押し付け、前記ウェハに光を当て、前記ウェハからの反射光の強度を計測し、前記反射光の強度から、前記膜の厚さに従って変化する研磨指標値を生成し、前記テーブルモータのトルク電流値および前記研磨指標値を監視し、前記トルク電流値が所定のしきい値に達した時点および前記研磨指標値の所定の特徴点が現れた時点のうち、いずれか早い方に基づいて研磨終点を決定することを特徴とする。
【００１２】
本発明の好ましい態様は、前記トルク電流値が所定のしきい値に達した時点での膜厚と所定の目標膜厚との差から求められた第２の検出誤差範囲が、前記研磨指標値の所定の特徴点が現れた時点での膜厚と前記所定の目標膜厚との差から求められた第１の検出誤差範囲に重なるように前記所定のしきい値が設定され、前記第１の検出誤差範囲および前記第２の検出誤差範囲は、前記ウェハと同種のウェハの過去の研磨テータから予め取得された検出誤差範囲であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の好ましい態様は、前記トルク電流値が所定のしきい値に達した時点および前記研磨指標値の所定の特徴点が現れた時点のうち、いずれか早い方が前記研磨終点と決定されることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記トルク電流値が所定のしきい値に達した時点および前記研磨指標値の所定の特徴点が現れた時点のうち、いずれか早い方の時点から所定の時間が経過した時点が前記研磨終点と決定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、テーブルモータのトルク電流値および光学式センサからの光学信号の両方を用いて研磨終点を検出するので、過研磨となる前に研磨終点を検出する確率が高くなる。したがって、研磨終点検出の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態における研磨装置を示す模式図である。
【図２】図２（ａ）乃至図２（ｄ）は、ウェハの研磨が進行する様子を示す図である。
【図３】ウェハの研磨進行に従ってトルク電流が変化する様子を説明するための図である。
【図４】光学式センサの原理を説明するための模式図である。
【図５】ウェハと研磨テーブルとの位置関係を示す平面図である。
【図６】処理部によって生成された分光波形を示す図である。
【図７】分光波形から生成された研磨指標値を示すグラフである。
【図８】検出誤差範囲を正規分布として表したグラフである。
【図９】研磨終点検出の一例を示す図である。
【図１０】本発明の研磨終点検出方法の一実施形態を説明するための図である。
【図１１】第１の検出誤差範囲と第２の検出誤差範囲の一例を示す図である。
【図１２】本発明の研磨終点検出方法の一実施形態を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態における研磨装置を示す模式図である。図１に示すように、研磨装置は、研磨テーブル１０と、トップリングシャフト１６に支持されたトップリング１５と、各種データに基づいてウェハＷの研磨終点を検出する処理部１８とを備えている。トップリング１５は、その下面にウェハＷを保持できるように構成されている。トップリングシャフト１６は、ベルト等の連結手段１７を介してトップリングモータ２０に連結されて回転されるようになっている。このトップリングシャフト１６の回転により、トップリング１５が矢印で示す方向に回転するようになっている。
【００１７】
研磨テーブル１０は、テーブル軸１０ａを介してその下方に配置されるテーブルモータ２５に連結されており、このテーブルモータ２５により研磨テーブル１０が矢印で示す方向に回転されるようになっている。この研磨テーブル１０の上面には研磨パッド１２が貼付されており、研磨パッド１２の上面１２ａがウェハＷを研磨する研磨面を構成している。
【００１８】
トップリングシャフト１６は、図示しない上下動機構により上下動するようになっている。下面にウェハＷを保持したトップリング１５は、トップリングシャフト１６により下降されてウェハＷを研磨パッド１２の上面（研磨面）１２ａに押し付ける。ウェハＷの研磨中は、トップリング１５および研磨テーブル１０をそれぞれ回転させ、研磨テーブル１０の上方に設けられた研磨液供給ノズル３０から研磨パッド１２上に研磨液（スラリー）を供給する。ウェハＷの表面は、研磨液に含まれる砥粒による機械的作用と研磨液の化学的作用により研磨される。
【００１９】
ウェハＷの研磨中は、ウェハＷの表面と研磨パッド１２の研磨面１２ａとが摺接するため、ウェハＷと研磨パッド１２との間には摩擦力が生じる。この摩擦力は、ウェハＷの露出面の形状および露出面を形成する膜の種類に依存して変化する。例えば、上層膜が研磨により除去されて下層膜が露出すると、ウェハＷと研磨パッド１２との間に生じる摩擦力が変化する。
【００２０】
テーブルモータ２５は、研磨テーブル１０を予め設定された一定の速度で回転させるように制御される。したがって、ウェハＷと研磨パッド１２との間に作用する摩擦力が変化すると、テーブルモータ２５に流れる電流値、すなわちトルク電流が変化する。より具体的には、摩擦力が大きくなると、研磨テーブル１０により大きなトルクを与えるためにトルク電流が増え、摩擦力が小さくなると、研磨テーブル１０に与えるトルクを小さくするためにトルク電流が下がる。テーブルモータ２５には、そのトルク電流を測定する電流計３５が接続されている。なお、電流計３５を設けずに、テーブルモータ２５を駆動するインバータ（図示せず）からの出力される電流値を用いることもできる。
【００２１】
図２（ａ）乃至図２（ｄ）は、ウェハの研磨が進行する様子を示す図である。図３はウェハの研磨進行に従ってトルク電流が変化する様子を説明するための図である。図２（ａ）に示すように、シリコン層１の上にポリシリコン２が形成され、ポリシリコン２を覆うようにシリコンナイトライド（窒化ケイ素）３が形成されている。さらに、シリコンナイトライド３の上には絶縁膜４が形成されている。このウェハは、下層膜であるシリコンナイトライド３がウェハ表面に現れるまでその上層膜である絶縁膜４が研磨される。したがって、このウェハの研磨終点は、シリコンナイトライド３が露出した時点である。使用される研磨液は、絶縁膜４の研磨を促進させ、シリコンナイトライド３の研磨を抑制するような化学的性質を持つ研磨液である。
【００２２】
研磨初期では、絶縁膜４の上面には、シリコンナイトライド３の形状に沿って段部４ａが形成されている。この段部４ａの存在により、ウェハと研磨パッド１２との間の接触面積が小さくなるので、ウェハと研磨パッド１２との間の摩擦力は小さい。図２（ｂ）に示すように、研磨が進行して絶縁膜４の段部４ａが除去されると、ウェハと研磨パッド１２との間の接触面積が増加し、ウェハと研磨パッド１２との間の摩擦力も増加する。したがって、トルク電流が増加する。さらに、ウェハの研磨が進行すると、図２（ｃ）に示すように、シリコンナイトライド３がウェハ表面に現れる。シリコンナイトライド３が露出すると、摩擦力が低下する。これは、シリコンナイトライド３の研磨を抑制する化学的性質を有する研磨液が使用されているからである。
【００２３】
シリコンナイトライド３が露出すると、トルク電流が低下する。ウェハの研磨終点は、このトルク電流の変化点に基づいて決定することができる。すなわち、図３に示すように、トルク電流値が低下して予め設定されたしきい値に達した時点を研磨終点として決定することができる。しかしながら、ウェハに形成されている絶縁膜（上層膜）４の厚さはウェハの面内においてばらつきがあり、このために下層膜であるシリコンナイトライド３がウェハの全面に現れるまで研磨すると、図２（ｄ）に示すように、過研磨となってしまう。
【００２４】
そこで、本発明では、トルク電流に基づいた研磨終点検出と、光学式センサ４０を用いた研磨終点検出との組み合わせが使用される。図１に示すように、光学式センサ４０は、研磨テーブル１０に埋設されており、研磨テーブル１０とともに回転する。光学式センサ４０は、ウェハＷの表面に光を当て、ウェハＷからの反射光を受光し、さらに、各波長での反射光の強度を測定する。
【００２５】
光学式センサ４０は、光をウェハＷの被研磨面に照射する投光部４２と、ウェハＷから戻ってくる反射光を受光する受光部としての光ファイバー４３と、ウェハＷからの反射光を波長に従って分解し、所定の波長範囲に亘って反射光の強度を測定する分光器４４とを備えている。
【００２６】
研磨テーブル１０には、その上面で開口する第１の孔５０Ａおよび第２の孔５０Ｂが形成されている。また、研磨パッド１２には、これら孔５０Ａ，５０Ｂに対応する位置に通孔５１が形成されている。孔５０Ａ，５０Ｂと通孔５１とは連通し、通孔５１は研磨面１２ａで開口している。第１の孔５０Ａは液体供給路５３およびロータリージョイント（図示せず）を介して液体供給源５５に連結されており、第２の孔５０Ｂは、液体排出路５４に連結されている。
【００２７】
投光部４２は、多波長の光を発する光源４７と、光源４７に接続された光ファイバー４８とを備えている。光ファイバー４８は、光源４７によって発せられた光をウェハＷの表面まで導く光伝送部である。光ファイバー４８および光ファイバー４３の先端は、第１の孔５０Ａ内に位置しており、ウェハＷの被研磨面の近傍に位置している。光ファイバー４８および光ファイバー４３の各先端は、トップリング１５に保持されたウェハＷの中心に対向して配置され、研磨テーブル１０が回転するたびにウェハＷの中心を含む複数の領域に光が照射されるようになっている。
【００２８】
ウェハＷの研磨中は、液体供給源５５からは、透明な液体として水（好ましくは純水）が液体供給路５３を介して第１の孔５０Ａに供給され、ウェハＷの下面と光ファイバー４８，４３の先端との間の空間を満たす。水は、さらに第２の孔５０Ｂに流れ込み、液体排出路５４を通じて排出される。研磨液は水と共に排出され、これにより光路が確保される。液体供給路５３には、研磨テーブル１０の回転に同期して作動するバルブ（図示せず）が設けられている。このバルブは、通孔５１の上にウェハＷが位置しないときは水の流れを止める、または水の流量を少なくするように動作する。
【００２９】
光ファイバー４８と光ファイバー４３は互いに並列に配置されている。光ファイバー４８および光ファイバー４３の各先端は、ウェハＷの表面に対してほぼ垂直に配置されており、光ファイバー４８はウェハＷの表面にほぼ垂直に光を照射するようになっている。
【００３０】
ウェハＷの研磨中は、投光部４２から光がウェハＷに照射され、光ファイバー（受光部）４３によってウェハＷからの反射光が受光される。分光器４４は、反射光の各波長での強度を所定の波長範囲に亘って測定し、得られた光強度データを処理部１８に送る。処理部１８は、光強度データから波長ごとの光の強度を表わす分光波形を生成し、さらに分光波形からウェハＷの研磨進捗を示す研磨指標値を生成する。
【００３１】
図４は、光学式センサ４０の原理を説明するための模式図であり、図５はウェハと研磨テーブルとの位置関係を示す平面図である。図４に示す例では、ウェハＷは、下層膜と、その上に形成された上層膜とを有している。投光部４２および受光部４３は、ウェハＷの表面に対向して配置されている。投光部４２は、研磨テーブル１０が１回転するたびにウェハＷの中心を含む複数の領域に光を照射する。
【００３２】
ウェハＷに照射された光は、媒質（図４の例では水）と上層膜との界面と、上層膜と下層膜との界面で反射し、これらの界面で反射した光が互いに干渉する。この光の干渉の仕方は、上層膜の厚さ（すなわち光路長）に応じて変化する。このため、ウェハＷからの反射光から生成される分光波形は、上層膜の厚さに従って変化する。分光器４４は、反射光を波長に従って分解し、反射光の強度を波長ごとに測定する。処理部１８は、分光器４４から得られた反射光の強度データから分光波形を生成する。この分光波形は、光の波長と強度との関係を示す線グラフ（波形）として表される。光の強度は、反射率または相対反射率などの相対値として表わすこともできる。
【００３３】
図６は、処理部１８によって生成された分光波形を示す図である。図６において、横軸は反射光の波長を表わし、縦軸は反射光の強度から導かれる相対反射率を表わす。この相対反射率とは、反射光の強度を表わす１つの指標であり、具体的には、反射光の強度と所定の基準強度との比である。各波長において反射光の強度（実測強度）を所定の基準強度で割ることにより、装置の光学系や光源固有の強度のばらつきなどの不要な要素が実測強度から除去され、これにより上層膜の厚さ情報のみを反映した分光波形を得ることができる。
【００３４】
所定の基準強度は、例えば、膜が形成されていないシリコンウェハ（ベアウェハ）を水の存在下で研磨しているときに得られた反射光の強度とすることができる。実際の研磨では、実測強度からダークレベル（光を遮断した条件下で得られた背景強度）を引き算して補正実測強度を求め、さらに基準強度から上記ダークレベルを引き算して補正基準強度を求め、そして、補正実測強度を補正基準強度で割り算することにより、相対反射率が求められる。具体的には、相対反射率Ｒ（λ）は、次の式（１）を用いて求めることができる。
【数１】
2013219248.tif 000003
ここで、λは波長であり、Ｅ（λ）はウェハからの反射光の強度であり、Ｂ（λ）は基準強度であり、Ｄ（λ）はダークレベル（光を遮断した条件下で測定された光の強度）である。
【００３５】
処理部１８は、次の式を用いて、研磨の進捗を示す研磨指標値（スペクトラル・インデックス）を分光波形から生成する。
研磨指標値Ｓ（λ１）＝Ｒ（λ１）／（Ｒ（λ１）＋Ｒ（λ２）＋…
＋Ｒ（λｋ））  ・・・（２）
ここで、λは光の波長を表し、Ｒ（λｋ）は、波長λｋにおける相対反射率を表す。なお、研磨指標値の算出に使用される光の波長λの数は、好ましくは、２つまたは３つである（すなわち、ｋ＝２または３）。式（２）から分かるように、相対反射率を相対反射率で割ることによって、波長に依存しないノイズ成分を相対反射率から除去することができる。したがって、ノイズのない研磨指標値を得ることができる。
【００３６】
図７は、研磨指標値を示すグラフである。図７に示すように、研磨指標値は、研磨時間とともに周期的に変化する。これは、光の波の干渉による現象である。つまり、ウェハに照射された光は、媒質と上層膜との界面と、上層膜と下層膜との界面で反射し、これらの界面で反射した光の波が互いに干渉する。この光の波の干渉の仕方は、上層膜の厚さ（すなわち光路長）に応じて変化する。このため、分光波形から生成される研磨指標値は、上層膜の厚さとともに、すなわち研磨時間とともに周期的に変化する。
【００３７】
処理部１８は、研磨指標値の特徴点となる極大点または極小点（以下、総称して極値点という）を検出し、その検出時点に基づいて研磨終点を決定する。図７の例では、所定の時間から４つ目の極小点を検出した時点を研磨終点と決定する。あるいは、所定の極値点を検出した時点から所定時間が経過した時点を研磨終点としてもよい。
【００３８】
光学式センサ４０を用いた研磨終点検出は、ウェハに形成されている配線パターン、下層膜の厚さやトレンチ部の深さのばらつき、光学定数のばらつきなどの種々の要因により、検出誤差を伴う。研磨終点検出に高い精度が求められる場合、この検出誤差により、図８に示すように、研磨された膜の厚さが許容範囲に収まらず、研磨不足または過研磨となることがある。図８に示す例では、許容される目標範囲は、目標膜厚に対して±２ｎｍであるのに対して、検出誤差範囲は目標膜厚に対して±５ｎｍである。図８は、この検出誤差範囲を正規分布として表したグラフを示している。この例では、研磨不足および過研磨が起きる確率はそれぞれ１０．８％である。
【００３９】
研磨不足は追加研磨をすることで解消されるが、過研磨を解消する手段はない。図９に示すように、研磨指標値の特徴点が僅かに早く現れるように研磨終点検出レシピを調整することで過研磨を防止することは可能である。しかしながら、この場合では、研磨不足が発生する確率が上昇し、７３．７％となってしまう。
【００４０】
そこで、本発明では、光学式センサ４０から得られる研磨指標値と、テーブルトルク電流値とを組み合わせてウェハの研磨終点を検出する。図１０は、本発明の研磨終点検出方法の一実施形態を説明するための図である。図１０に示すように、研磨されているウェハの膜厚が目標膜厚に達したときに研磨指標値の特徴点が現れるように光学式センサ４０の研磨終点検出レシピが調整される。
【００４１】
光学式センサ４０のみならず、トルク電流値に基づく研磨終点検出においても、ウェハ面内のシリコンナイトライド表面高さのばらつきなどに起因して、検出誤差は存在する。また、多くの場合、膜表面の段部が除去されたとき、または異種膜（上述の例ではシリコンナイトライド）が露出したときに初めてトルク電流値が変化するため、検出は遅れ気味になる。光学式センサ４０の検出誤差範囲（以下、第１の検出誤差範囲Ｒ１という）と、トルク電流に基づく研磨終点検出の検出誤差範囲（以下、第２の検出誤差範囲Ｒ２という）とは、重なり合うように設定される。第２の検出誤差範囲Ｒ２の位置は、研磨終点検出のためのトルク電流またはトルク電流の変化速度（傾きまたは微分値）のしきい値によって変更することができる。図１０に示すように、第２の検出誤差範囲Ｒ２は、研磨不足領域と重なることなく、その大部分が目標範囲内に位置するように設定されることが好ましい。
【００４２】
ウェハの研磨中、処理部１８はトルク電流値および研磨指標値の両方を監視する。そして、トルク電流値が所定のしきい値に達した時点および研磨指標値の特徴点が現れた時点のうち、いずれか早い方を研磨終点として決定する。
【００４３】
第１の検出誤差範囲Ｒ１は、研磨対象となるウェハと同種のウェハを複数枚研磨し、トルク電流値が所定のしきい値に達した時点での各ウェハの膜厚を外部の膜厚測定器によって測定し、その測定された膜厚と所定の目標膜厚との差から求められる。同様に、第２の検出誤差範囲Ｒ２は、研磨対象となるウェハと同種のウェハを複数枚研磨し、研磨指標値の所定の特徴点が現れた時点での各ウェハの膜厚を外部の膜厚測定器によって測定し、その測定された膜厚と前記所定の目標膜厚との差から求められる。
【００４４】
このようにして過去の研磨データから得られた第１の検出誤差範囲Ｒ１と第２の検出誤差範囲Ｒ２は、重なり合うように設定される。そして、処理部１８は、トルク電流値または研磨指標値のいずれか一方が先に研磨終点を示した時点をウェハの研磨終点に決定する。このようにトルク電流値および研磨指標値の両方を研磨進捗の監視に使用することにより、過研磨の確率が下がり、より正確なウェハの研磨終点を決定することができる。光学式センサまたはトルク電流センサ（トルク電流式終点検出）をそれぞれ単独で使用した場合、図１０によれば、それぞれ１０．８％，１７．１％の確率で過研磨が発生する。しかしながら、それぞれのセンサは、検出原理の違いにより誤差の要因が異なる。したがって、個々のセンサではタイムリーに検出できずに過研磨が発生する場合であっても、同時に検出が遅れて過研磨が発生する確率は格段に小さい。
【００４５】
図１１は、第１の検出誤差範囲Ｒ１と第２の検出誤差範囲Ｒ２の他の例を示す図である。この例では、トルク電流式の検出誤差範囲Ｒ２の中心が目標範囲の境界（時間軸の右端）に達している。この場合でも、光学式センサおよびトルク電流センサの誤差要因は異なるため、図１０に示す例と同じように、過研磨の確率が下がり、より正確なウェハの研磨終点を検出することができる。このことは、トルク電流式の検出誤差範囲Ｒ２の中心が目標範囲外に及ぶ場合も同様である。
【００４６】
図１２は、本発明の研磨終点検出方法の実施形態を説明するフローチャートである。ウェハの研磨が開始されると、光学式センサ４０による反射光の強度測定およびトルク電流の測定が開始される。処理部１８は、光学式センサ４０から得られた光学式データから研磨指標値生成し、これを監視する。同時に、処理部１８はトルク電流値を監視する。なお、処理部１８は、電流計３５によって測定されたトルク電流値に代えて、テーブルモータ２５を駆動するドライバー（インバータ）から出力されるトルク電流値を監視してもよい。
【００４７】
処理部１８は、研磨指標値の所定の特徴点（極大点または極小点）が現れた否かを判断し、同時にトルク電流が所定のしきい値に達したかどうかを判断する。そして、研磨指標値の所定の特徴点が現れた時点およびトルク電流値が所定のしきい値に達した時点のうち、いずれか早い方を研磨終点として決定する。研磨終点の決定後、必要に応じて所定の時間だけ研磨（オーバーポリッシング）し、その後、ウェハの研磨を終了する。
【００４８】
トルク電流値に基づく研磨終点検出は、一般的に、露出を検出すべき異種膜（下層膜）の面積比率が大きい場合や、上層膜と下層膜とで研磨レート（除去レートともいう）が大きく異なる化学的性質を有する研磨液を使用した場合に有利である。これは、下層膜がウェハ表面に現れたときに摩擦力が大きく変化するからである。光学式センサ４０を用いた研磨終点検出は、下層膜が露出する前に上層膜の研磨状態を検出することができる点で有利である。本発明は、これら２つの研磨終点検出技術を組み合わせることで、より正確な研磨終点を実現することができる。
【００４９】
上述した実施形態では、トルク電流値に基づく研磨終点検出と研磨指標値に基づく研磨終点検出とをＯＲ条件で実行しているが、トルク電流値に基づく研磨終点検出と研磨指標値に基づく研磨終点検出とをＡＮＤ条件で実行してもよい。すなわち、トルク電流値が所定のしきい値に達したこと、および研磨指標値の特徴点が現れたことを条件として研磨終点として決定してもよい。言い換えれば、トルク電流値が所定のしきい値に達した時点および研磨指標値の特徴点が現れた時点のうち、いずれか遅い方が研磨終点として決定される。このようなＡＮＤ条件による研磨終点検出は、研磨不足を防ぎたいプロセスにおいて有効である。
【００５０】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。
【符号の説明】
【００５１】
１０    研磨テーブル
１２    研磨パッド
１５    トップリング
１６    トップリングシャフト
１７    連結手段
１８    処理部
２０    トップリングモータ
２５    テーブルモータ
３０    研磨液供給ノズル
３５    電流計
４０    光学式センサ
４２    投光部
４３    受光部（光ファイバー）
４４    分光器
４７    光源
４８    光ファイバー
５０Ａ  第１の孔
５０Ｂ  第２の孔
５１    通孔
５３    液体供給路
５４    液体排出路
５５    液体供給源
Ｗ      ウェハ
【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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