(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨対象基板を研磨する機構と、前記基板上に成膜された薄膜の厚みを計測する為の膜厚測定装置と、目標とする研磨後の薄膜厚みを入力する為のインタフェースと、研磨時間および研磨速度を算出する為の演算装置を有する制御装置とを備え、
前記演算装置は、前記基板上に成膜された上層の薄膜と下層の薄膜それぞれの膜種の研磨速度比、及び基板上に成膜された上層の薄膜及び下層の薄膜の一部を研磨したときの研磨量と研磨時間との関係または基板上に成膜された上層の薄膜を研磨した時の研磨量と研磨時間との関係に基づき、下層の薄膜の研磨速度を算出し、この算出した下層の薄膜の研磨速度を基に追加研磨時間を設定する手段を備えたことを特徴とする基板研磨装置。
【請求項２】
基板上に成膜された上層の薄膜及び下層の薄膜の一部を研磨したときの研磨量と研磨時間との関係、及び基板上に成膜された上層の薄膜と下層の薄膜それぞれの膜種の研磨速度比から下層の薄膜の研磨速度を算出し、算出した下層の薄膜の研磨速度を基に追加研磨時間を設定することを特徴とする基板研磨方法。
【請求項３】
基板上に成膜された上層の薄膜を研磨した時の研磨量と研磨時間との関係、及び基板上に成膜された上層の薄膜と下層の薄膜それぞれの膜種の研磨速度比から下層の薄膜の研磨速度を算出し、算出した下層の薄膜の研磨速度を基に追加研磨時間を設定することを特徴とする基板研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハ等の基板を研磨して平坦化するポリッシング装置等の基板研磨装置、および半導体ウェハ等の基板を研磨して平坦化する基板研磨方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスがますます微細化され素子構造が複雑になり、またロジック系の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。
【０００３】
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。
【０００４】
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、ポリッシング装置を用いて、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。
【０００５】
この種のポリッシング装置は、研磨パッドからなる研磨面を有する研磨テーブルと、半導体ウェハ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保持装置とを備えている。このようなポリッシング装置を用いて半導体ウェハの研磨を行う場合には、基板保持装置により半導体ウェハを保持しつつ、この半導体ウェハを研磨テーブル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保持装置とを相対運動させることにより半導体ウェハが研磨面に摺接し、半導体ウェハの表面が平坦かつ鏡面に研磨される。
【０００６】
上述したポリッシング装置では、研磨速度が一定であれば、研磨量は研磨時間（処理時間）に比例する。このため、研磨時間の決定にあたっては、従来から以下の方法が採用されていた。即ち、まず１枚の半導体基板の研磨前における膜厚を測定する。続いて、その１枚の半導体基板を研磨装置で予め決めた一定時間に亘って研磨し、研磨後のその基板の膜厚を測定する。所要の研磨時間との関係から研磨速度を算定し、目標膜厚との関係から最適な研磨時間を計算する。そして、算出した研磨時間を用いて以降の半導体基板の研磨を行っている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００７】
しかしながら、このようにして算出した研磨速度を単に次回に研磨する基板の研磨速度算出の基準として適用した場合には、研磨速度にバラツキがあり、その研磨速度が１枚限りの限定的なものであった場合には、後続して処理する基板の膜厚が目標値から大きくはずれる要因となる。このため、既に研磨が終了した半導体基板の研磨量及び研磨時間を記憶領域に保存し、これらのデータから平均研磨速度を算出し、この平均研磨時間に基づいて次回の研磨を行うことが提案されている（特許文献３参照）。この過去のデータに基づいて平均研磨速度を算出する手法では、逐一ロット毎に研磨速度を測定する手間が省け、さらに測定のバラツキも低減することができるという効果がある。
【０００８】
しかしながら、ポリッシング装置における研磨速度は、研磨パッドの表面状態、研磨パッド表面の目立てを行うパッドコンディショナーの状態、研磨液の組成や供給温度、成膜工程における温度や圧力や材料の変動に伴う膜の物性値の不均一性、研磨温度の変動等に強く依存するものであり、常に平均研磨時間どおりに安定しているとは限らない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３３１１８６４号
【特許文献２】特開平１０−１０６９８４号公報
【特許文献３】特公平７−１００２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上述した事情に鑑みて為されたもので、過研磨による製造歩留まりの低下や、工程のやり直し（リワーク）による製造コストの増大を抑制し、目標とする残膜厚に正確に研磨することができる基板研磨装置及び基板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】
【００１１】
上記課題を解決する本発明の基板研磨装置は、研磨対象基板を研磨する機構と、前記基板上に成膜された薄膜の厚みを計測する為の膜厚測定装置と、目標とする研磨後の薄膜厚みを入力する為のインタフェースと、研磨時間および研磨速度を算出する為の演算装置を有する制御装置とを備え、前記演算装置は、前記基板上に成膜された上層の薄膜と下層の薄膜それぞれの膜種の研磨速度比、及び基板上に成膜された上層の薄膜及び下層の薄膜の一部を研磨したときの研磨量と研磨時間との関係または基板上に成膜された上層の薄膜を研磨した時の研磨量と研磨時間との関係に基づき、下層の薄膜の研磨速度を算出し、この算出した下層の薄膜の研磨速度を基に追加研磨時間を設定する手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の基板研磨方法は、基板上に成膜された上層の薄膜及び下層の薄膜の一部を研磨したときの研磨量と研磨時間との関係、及び基板上に成膜された上層の薄膜と下層の薄膜それぞれの膜種の研磨速度比から下層の薄膜の研磨速度を算出し、算出した下層の薄膜の研磨速度を基に追加研磨時間を設定することを特徴としている。
本発明の他の基板研磨方法は、基板上に成膜された上層の薄膜を研磨した時の研磨量と研磨時間との関係、及び基板上に成膜された上層の薄膜と下層の薄膜それぞれの膜種の研磨速度比から下層の薄膜の研磨速度を算出し、算出した下層の薄膜の研磨速度を基に追加研磨時間を設定することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、正確な研磨速度の算出が行え、これにより正確な残膜厚の制御が行える基板研磨装置及び基板研磨方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る基板研磨装置の各部の配置構成を示す平面図である。
【図２】その研磨テーブル周辺の概略構成を示す一部断面説明図である。
【図３】その基板研磨装置の制御系の概略構成を示すブロック図である。
【図４】その重み付け平均法による演算手段の構成を示す図である。
【図５】二層膜の膜厚の変化例を示す図である。
【図６】他の二層膜の膜厚の変化例を示す図である。
【図７】同じく、他の二層膜の膜厚の変化例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。図１〜図７は本発明に係る一実施形態を示す図である。
【００１６】
図１は、本発明に係る基板研磨装置の各部の配置構成を示す平面図である。この基板研磨装置は、研磨面を有する研磨テーブルと、研磨対象の基板を保持して研磨テーブルの研磨面に押圧する基板保持装置と、基板上に形成されている膜の膜厚を測定する膜厚測定装置と、を備えている。
【００１７】
この基板研磨装置は、走行レール１００３上を移動する搬送ロボット１００４がカセット１００１内にストックされている半導体ウェハなどの基板の取出・収納を行うとともに、その未研磨・研磨済みの基板を載置台１０５０および搬送ロボット１０２０に中継させてロータリートランスポーター１０２７との間を往復させる。そして、そのロータリートランスポーター１０２７上の基板を後述する基板保持装置のトップリング１に保持させつつ研磨テーブル１００上に位置させることにより、複数枚の基板を連続して研磨処理することができるように、この基板研磨装置はシステム化されている。なお、図１において、１００５，１０２２は洗浄機であり、研磨後の基板を洗浄乾燥することができるように構成されている。また、１０３６も研磨テーブルであり、基板を２段研磨することができるように構成されている。１０３８，３０００は研磨テーブル１００，１０３６のドレッシングを行うためのドレッサであり、１０４３はそのドレッサ１０３８を洗浄するための水桶である。
【００１８】
この基板研磨装置には、研磨後に洗浄及び乾燥処理が完了した半導体ウェハ等の膜厚を測定するIn-line膜厚測定装置２００を備えている。図１に示すように、搬送ロボット１００４が研磨後のウェハをカセット１００１内に収納する前、もしくは搬送ロボット１００４が研磨前のウェハをカセット１００１から取出した後（In-line）に、センサコイルによる渦電流信号、光学的手段による研磨面への入射および反射の光学信号、研磨面の温度信号、あるいはマイクロ波の反射信号などの単独または適切なる組合せから、その半導体ウェハなどの基板の導電性膜のＣｕ膜やバリア層または、酸化膜等の絶縁膜の膜厚を測定する膜厚測定装置（測定手段）２００が配置されている。そして、この基板研磨装置は、その基板の研磨中または／および研磨後に、導電性膜が配線部などの必要な領域を除いて除去され、または絶縁膜が除去されることをこれらのセンサ信号や計測値を監視することにより検出して、ＣＭＰプロセスの終点を決定し、適切な研磨処理を繰り返すことができるようになっている。
【００１９】
また、図示しないが、研磨テーブル１００には、研磨中の半導体ウェハ等の膜厚を測定するIn-situ膜厚測定装置を備えている。そして、これらの測定結果は、後述するコントローラに伝達され、研磨装置の動作データ（レシピ）の修正等に用いられる。そして、研磨ステップの各研磨プロセスの条件、たとえば研磨テーブル、トップリングの回転数、圧力等と連動して、センサ出力を単独または組合せることで、研磨ステップ毎の研磨対象物の金属膜、酸化膜などの非金属の厚膜から薄膜までの膜厚計測、相対増減変化を検出することで、研磨工程における各種の条件設定、例えば研磨終点の検出に用いられる。そして、これらの膜厚測定装置では、半導体ウェハの半径方向に区画された各領域の膜厚の計測が可能であり、基板保持装置の半導体ウェハの領域毎に加える押圧力は、膜厚測定装置による当該領域毎の膜厚の測定情報に基づいて調整される。
【００２０】
この基板研磨装置の基板保持装置は、上述したように研磨対象である半導体ウェハ等の基板を保持して研磨テーブル上の研磨面に押圧して研磨する装置である。図２に示すように、基板保持装置を構成するトップリング１の下方には、上面に研磨パッド（研磨布）１０１を貼付した研磨テーブル１００が設置されている。また、研磨テーブル１００の上方には研磨液供給ノズル１０２が設置されており、この研磨液供給ノズル１０２によって研磨テーブル１００上の研磨パッド１０１上に研磨液Ｑが供給されるようになっている。
【００２１】
なお、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。
【００２２】
トップリング１は、自在継手部１０を介してトップリング駆動軸１１に接続されており、トップリング駆動軸１１はトップリングヘッド１１０に固定されたトップリング用エアシリンダ１１１に連結されている。このトップリング用エアシリンダ１１１によってトップリング駆動軸１１は上下動し、トップリング１の全体を昇降させると共にトップリング本体２の下端に固定されたリテーナリング３を研磨テーブル１００に押圧するようになっている。トップリング用エアシリンダ１１１はレギュレータＲＥ１を介して圧縮空気源１２０に接続されており、レギュレータＲＥ１によってトップリング用エアシリンダ１１１に供給される加圧空気の空気圧等の流体圧力を調整することができる。これにより、リテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力を調整することができる。
【００２３】
また、トップリング駆動軸１１はキー（図示せず）を介して回転筒１１２に連結されている。この回転筒１１２はその外周部にタイミングプーリ１１３を備えている。トップリングヘッド１１０にはトップリング用モータ１１４が固定されており、上記タイミングプーリ１１３は、タイミングベルト１１５を介してトップリング用モータ１１４に設けられたタイミングプーリ１１６に接続されている。従って、トップリング用モータ１１４を回転駆動することによってタイミングプーリ１１６、タイミングベルト１１５、及びタイミングプーリ１１３を介して回転筒１１２及びトップリング駆動軸１１が図示しない機構により、昇降自在に一体に回転し、トップリング１が回転する。なお、トップリングヘッド１１０は、フレーム（図示せず）に固定支持されたトップリングヘッドシャフト１１７によって支持されている。
【００２４】
研磨時には、吸着部による半導体ウェハＷの吸着を解除し、トップリング１の下面に半導体ウェハＷを保持させると共に、トップリング駆動軸１１に連結されたトップリング用エアシリンダ１１１を作動させてトップリング１の下端に固定されたリテーナリング３を所定の押圧力で研磨テーブル１００の研磨面に押圧する。この状態で、圧力室２２，２３、中心部圧力室、及び中間部圧力室にそれぞれ所定の圧力の加圧流体を供給し、半導体ウェハＷを研磨テーブル１００の研磨面に押圧する。そして、研磨液供給ノズル１０２から研磨液Ｑを流すことにより、研磨パッド１０１に研磨液Ｑが保持され、半導体ウェハＷの研磨される面（下面）と研磨パッド１０１との間に研磨液Ｑが存在した状態で研磨が行われる。
【００２５】
この基板研磨装置の研磨対象の半導体ウェハ上には、配線を形成するためにＳｉＯ２膜に設けられた溝中に銅めっき膜が成膜されているとともに、その下地材料としてバリア層が成膜されている。この基板研磨装置の研磨対象の半導体ウェハの最上層にＳｉＯ２膜等の絶縁膜が成膜されているときには、光学式センサやマイクロ波センサによりその絶縁膜の膜厚を検知する。光学式センサの光源としては、ハロゲンランプやキセノンフラッシュランプ、ＬＥＤ、レーザー光源などが用いられる。基板研磨装置は、その半導体ウェハ上で不要な領域（配線領域外など）における絶縁膜や導電性膜などの研磨対象膜を除去するために、その研磨対象膜の有無を各種センサにより、例えば図２に示すように、渦電流センサ２０２によりその研磨対象膜の膜厚を検出し、膜厚測定装置２００で研磨対象膜の膜厚を測定しつつ、コントローラ４００がその半導体ウェハＷの表面上の研磨処理を制御する。
【００２６】
図３は基板研磨装置の制御系の概略構成を示す。この研磨装置３０１には、上述したように研磨対象基板を研磨する研磨テーブル及び基板保持部材等からなる研磨部３０２と、研磨テーブルの研磨面に目立てを行うドレッシング部３０３と、洗浄部３０４と、半導体ウェハをカセットからロード・アンロードする取出収納部３０５等を備えている。そして、取出収納部３０５において取り出された基板は搬送部３０６により研磨部３０２や洗浄部３０４等に送られる。
【００２７】
そして、この研磨装置３０１においては、膜厚測定装置３０７を備え、研磨前後の膜厚及び研磨時間等のデータを制御装置３０８の記憶領域３０８ａに保存する。制御装置３０８には演算装置３０８ｂを備え、研磨終了後の基板の膜の研磨量及び研磨時間から研磨速度を算出し、同様に記憶領域３０８ａに保存する。従って、この研磨装置３０１においては、研磨が終了すると、その都度除去膜厚量及び研磨時間のデータが記憶領域３０８ａに保存され、演算装置３０８ｂにて研磨速度が算定され、そのデータが再び記憶領域３０８ａに保存される。また、インタフェース３１０は、各種のデータを作業者と装置との間で入出力できるようになっている。
【００２８】
この演算装置３０８ｂには、重み付け平均法を用いた研磨速度の演算手段を備えている。図４は、この演算手段の構成例を示す。記憶領域３０８ａには、過去の研磨済みの基板の研磨速度データＸ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５，…が収容されている。ここで、Ｘ１が前回の基板の研磨速度データであり、Ｘ２がその前の基板の研磨速度データであり、順番に配列されている。そして、重み付けデータ記憶部３０８ｃには重み付けの係数が保存されている。この重み付け係数は上述したインタフェース３１０を介して適宜の数値が入力される。ここで、重み付け係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは、ａがもっとも大きな数値であり、ｂがａよりも小さくなり、この順番でｅがもっとも小さな数値となっている。例えばａ＝４，ｂ＝２，ｃ＝１，ｄ＝０．５，ｅ＝０．２５であり、直近の係数程、重み付けが大きくなっている。そして、演算装置３０８ｂには、重み付け演算法による演算手段、
X0=(aX1+bX2+cX3+dX4+eX5)/(a+b+c+d+e)
が収容されている。
【００２９】
次に、重み付け平均法の具体例について説明する。研磨速度の変化が比較的急激なとき、例えば５枚のウェハを研磨した際に研磨速度が、１００ｎｍ／ｍｉｎ（１枚目）、１０５ｎｍ／ｍｉｎ（２枚目）、１１０ｎｍ／ｍｉｎ（３枚目）、１１５ｎｍ／ｍｉｎ（４枚目）、１２０ｎｍ／ｍｉｎ（５枚目）と推移したときに、通常の平均で求めた平均研磨速度は、
(100+105+110+115+120)/5=110[nm/min]
となる。一方、重み付け平均速度は、
(a×100+b×105+c×110+d×115+e×120)/(a+b+c+d+e)
で求められ、直前の結果をより重視出来るよう、上述したように、直近程係数が高くなるように設定する。これにより、重み付け平均法による平均研磨速度は、
（0.25×100＋0.5×105＋1×110＋2×115＋4×120）/（0.25＋0.5＋1＋2＋4）=115.8[nm/min]
となる。従って、遥かに直近データに対する応答性が良くなることが判る。
【００３０】
より高い応答性を求めるのであれば、上述した特許文献１等に見られるように直前の１枚から研磨速度を算出する方法もある。しかしながら、例えば研磨速度が、
１００ｎｍ／ｍｉｎ（１枚目）、
９０ｎｍ／ｍｉｎ（２枚目）、
１１０ｎｍ／ｍｉｎ（３枚目）、
１００ｎｍ／ｍｉｎ（４枚目）、
９０ｎｍ／ｍｉｎ（５枚目）、
１１０ｎｍ／ｍｉｎ（６枚目）、
…であるとすると、±１０％の範囲でばらついていることになる。
【００３１】
目標研磨量が５００ｎｍであった場合、１枚前の研磨結果のみを参照して研磨時間を計算すると、
【表１】
0005050024.tif 000002
となる。このため、研磨速度の短期的な変動が生じた場合、最適研磨量との差をより増幅させてしまうことになる。
【００３２】
重み付け平均法を用いれば、右肩上がり等の長期的な傾向を持った研磨速度の変化に対する高い応答性を得るとともに、短期的な変動を柔軟に吸収できるロバストな制御が可能となる。特に、研磨速度と温度との関係は、次のアレニウスの式によって表される。
ｋ＝Ａ*ｅｘｐ（−Ｅａ／ＲＴ）
ｋ：反応速度
Ａ：定数
Ｒ：気体定数
Ｅａ：活性化エネルギー
Ｔ：絶対温度
このように、研磨温度の上昇は研磨速度の異常上昇の要因となることが知らされており、重み付け平均法で求めた平均速度が効果的に正確な研磨時間の算出に寄与することができる。
【００３３】
次に、基板をロット単位で処理する際に用いる方法について説明する。この制御装置３０８には、過去の研磨速度のバラツキ範囲から過研磨しないためのマージン（余裕、許容範囲）を与えた研磨時間を算出する手段を備えている。そして、複数枚の基板をロット単位で処理する際に、ロット内の少なくとも最初の１枚を、初期膜厚、目標膜厚、過去の研磨速度バラツキ範囲の情報に基づいて、過研磨しないためのマージンを与えた研磨時間を算出し、その時間を用いて基板を研磨するようにしている。
【００３４】
ここで、過去の研磨速度バラツキ範囲の情報とは、例えば少なくとも過去数ロット分のロット内及びロット間の研磨速度のバラツキを意味する。尚、研磨対象基板の１枚の面内にもバラツキが存在するが、これは面内複数点の測定結果を平均してその基板の研磨速度としている。また、マージンは、過去のデータから次に研磨する基板に対する研磨速度を算出するに際して、研磨対象の基板に過研磨が生じないためのものである。
【００３５】
例えば、マージンは、
１枚目の研磨時間＝研磨量／（平均研磨速度×１２０％）
または、        ＝研磨量／過去の最大研磨速度
または、        ＝（研磨量×８０％）／平均研磨速度
等によって求められる。
【００３６】
尚、実際の運用において、ロット内の１枚目を慎重に削るのは、次の場合に特に必要である。
ａ．パッドやコンディショナーを交換したとき、
ｂ．トップリングの消耗品を交換したとき、
ｃ．ロット処理後、次のロット処理までの長時間の装置停止（アイドル時間）があったとき。
これらの状態では、パッドの温度変化が起り得るので、研磨速度が変わってしまう可能性がある為である。
【００３７】
次に、膜厚測定装置の較正について説明する。この研磨装置３０１内には、膜厚値が既知の較正用基板を保持するスペースを有している。そして、そのスペースから一定期間毎（例えば、週に１回、或いは１日１回）、この膜厚測定装置の較正を行う手段を備えている。この膜厚測定装置は、高精度に膜厚測定ができることが大前提である。このため、日常の点検及び較正が欠かせない。
【００３８】
さらに、膜厚測定装置がタングステンハロゲンランプに代表される光源を搭載した光干渉式膜厚測定計や分光エリクソン膜厚測定機だった場合には、ランプ寿命が近づくにつれて光量低下が生じる。このため、光量低下が発生した場合には測定時の露光時間（積分時間）を長くすることによって測定精度（Ｓ／Ｎ比）を維持する較正が必要である。従来はこのような点検及び較正作業は主として作業者により行われていたが、非常に手間のかかる仕事であった。上述したように、本発明の研磨装置においては、較正用基板を研磨装置内に内蔵し、これを制御装置の指令により自動的に較正作業を行うようにしたので、これらの手間が省け、高い精度の膜厚測定が可能となる。
【００３９】
次に、例えば上層がＴａＮ膜からなり、下層がＳｉＯ２からなる二層膜の研磨について説明する。この制御装置は、上層と下層のそれぞれの膜種の研磨速度比、または研磨機構に設けた膜厚測定器からの信号に基づき、複数の積層薄膜のうちの少なくとも一層の研磨速度、または積層されたそれぞれの膜における研磨速度を算出する手段を備えている。そして、この算出された研磨速度に基づいて研磨時間の最適化を図るようにしている。
【００４０】
例えば、図５に示すように、当初ＳｉＯ２膜５０ｎｍの下層膜の上にＴａＮ膜２０ｎｍが存在する二層膜において、６０秒の研磨によってＴａＮ膜２０ｎｍ及びＳｉＯ２膜１０ｎｍが除去されたとする。この場合に、ＳｉＯ２膜／ＴａＮ膜のそれぞれの研磨速度が不明につき、ＳｉＯ２膜の厚みを３５ｎｍまで削るのに最適な時間を算出することができない。
【００４１】
しかしながら、例えばＴａＮ膜とＳｉＯ２膜との研磨速度の比が２：１であった場合に、ＳｉＯ２膜の研磨速度は次式により求められる。
ＴａＮ膜の除去膜厚      ：ｘ(nm)
ＳｉＯ２膜の除去膜厚    ：ｙ(nm)
研磨時間                ：ｔ(sec)
【数１】
0005050024.tif 000003
ここで、上記例の場合には、
ＴａＮ膜の除去膜厚      ：ｘ＝20(nm)
ＳｉＯ２膜の除去膜厚    ：ｙ＝50-40(nm)
研磨時間                ：ｔ＝60(sec)
であるので、下記の演算により求められる。
【数２】
0005050024.tif 000004
これにより、ＳｉＯ２膜を３５ｎｍまで研磨するのに必要な追加研磨時間は、(40-35)/0.33=15(sec)となる。
【００４２】
また、研磨中に膜厚の測定が可能ないわゆる（図２で示すような渦電流センサ又は光学センサによる膜厚測定装置等の）In-situモニタによりＴａＮ膜のエンドポイントを取得する例について説明する。図６（ａ）に示すように、当初の膜厚が、下層がＳｉＯ２膜５０ｎｍであり、上層がＴａＮ膜２０ｎｍである場合に、３０秒後に図６（ｂ）に示すようにバリアメタル（ＴａＮ膜）の研磨終了をIn-situモニタにより検出したとする。３０秒間の研磨によりIn-situモニタによりエンドポイントを検出し、ＴａＮ膜２０ｎｍの研磨が終了したということは、
ＴａＮ膜の研磨速度＝20nm/30sec=0.66…(nm/sec)
を算出することができる。このときには、ＳｉＯ２膜が５０ｎｍである。そして、これらの２種類の膜の研磨速度比が２：１であることから、
ＳｉＯ２膜の研磨速度＝(50-40)nm/30sec=0.33…(nm/sec)
を算出することができる。従って、３０ｓｅｃ研磨することで、図６（ｃ）に示す目標膜厚となる。
【００４３】
また、エンドポイントで、ＴａＮ膜の研磨時間がわかれば、選択（研磨速度）比を用いなくとも、最適研磨時間の算出が可能である。例えば、ＴａＮ膜２０ｎｍとＳｉＯ２膜１０ｎｍを研磨により除去するのに６０ｓｅｃかかり、ＴａＮ膜２０ｎｍを除去するのに、３０ｓｅｃかかったことがIn-situモニタによるエンドポイント検出を用いて、判明したとする。ＳｉＯ２膜５０ｎｍから４０ｎｍの研磨は、（６０−３０）ｓｅｃの所要時間であるので、研磨速度は
(50-40)/(60-30)=0.33…[nm/sec]
となる。従って、ＳｉＯ２膜の目標膜厚が３５ｎｍであった場合、追加研磨時間は
(40-35)nm/0.33(nm/sec)=15sec
となる。
【００４４】
また、図７（ａ）（ｂ）に示すように、例えばＳｉ基板にＳｉＮ膜をマスクとしてエッチング溝が設けられていて、その溝の内部を含めてＳｉＯ２膜が堆積されている場合に、研磨によりＳｉＮ膜上のＳｉＯ２膜の研磨終点が検出されると、研磨速度比とエンドポイントモニタ出力に基づいて、ＳｉＮ膜の目標膜厚までの所要研磨時間を算定することができる。これにより、図７（ｂ）に示すような、Ｓｉ基板に設けられた溝にＳｉＯ２膜が埋め込まれ、表面が平坦化された構造（Shallow  Trench  Isolation）が正確な膜厚制御のもとに形成される。
【００４５】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことはいうまでもなく、例えば、基板研磨装置やその構成例は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４６】
１    トップリング
３    リテーナリング
１０    自在継手部
１１    トップリング駆動軸
２２，２３    圧力室
１００    研磨テーブル
１０１    研磨パッド
１０２    研磨液供給ノズル
１２０    圧縮空気源
２００    膜厚測定装置
３０１    研磨装置
３０２    研磨部
３０３    ドレッシング部
３０４    洗浄部
３０５    取出収納部
３０６    搬送部
３０７    膜厚測定装置
３０８    制御装置
３０８ａ  記憶領域
３０８ｂ  演算装置
３１０    インタフェース
４００    コントローラ
１００１    カセット
１００３    走行レール
１００４，１０２０    搬送ロボット
１０２７    ロータリートランスポーター
１０５０    載置台
Ｗ    半導体ウェハ
【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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