(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体ウエハを研磨している研磨パッドの状態を精度よく把握するための測定を行なうことができる研磨状態識別装置と、この研磨状態識別装置を有する研磨装置と、この研磨装置を用いた半導体装置の製造方法とを提供する。【解決手段】研磨状態識別装置１００は、スラリーが供給された研磨パッド６に対して半導体ウエハの表面を押付けながら半導体ウエハと研磨パッド６とを相対運動させることにより半導体ウエハの表面を研磨するＣＭＰ装置において、スラリーが供給された研磨パッド６の状態を識別するためのものである。この研磨状態識別装置１００は、光透過部材２と、外周部材５ａとを有している。光透過部材２は研磨パッド６に押付けられる面を有している。外周部材５ａは、光透過部材２を取り囲む位置において、光透過部材２の研磨パッド６に押付けられる面よりも研磨パッド６側に突出している。【選択図】図４
2009012108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラリーが供給された研磨パッドに対して基板の表面を押付けながら前記基板と前記研磨パッドとを相対運動させることにより前記基板の表面を研磨する研磨装置において、前記スラリーが供給された研磨パッドの状態を識別するための研磨状態識別装置であって、
前記研磨パッドに押付けられる面を有する光透過部材と、
前記光透過部材を取り囲む位置において、前記光透過部材の前記研磨パッドに押付けられる面よりも前記研磨パッド側に突出する加圧部材とを備えた、研磨状態識別装置。
【請求項２】
前記光透過部材を経由して前記研磨パッドに入射する光を発生させる光源と、
前記研磨パッドに入射する光が前記研磨パッドにより反射されることにより生じる光の強度を検出する光検出部とをさらに備えた、請求項１に記載の研磨状態識別装置。
【請求項３】
前記光検出部がラマンスペクトルを検出することを特徴とする、請求項２に記載の研磨状態識別装置。
【請求項４】
前記光源および前記光検出部のそれぞれと、前記光透過部材との間に光ファイバをさらに備えた、請求項２または３に記載の研磨状態識別装置。
【請求項５】
スラリーが供給された研磨パッドに対して基板の表面を押付けながら前記基板と前記研磨パッドとを相対運動させることにより前記基板の表面を研磨する研磨装置であって、
前記基板の裏面側に圧力をかけることによって前記基板の表面を前記研磨パッドに押付けるための基板加圧部と、
前記基板を取り囲む位置おいて前記研磨パッドを押付けるリテーナリングと、
前記研磨パッドに押付けられる面を有する光透過部材と、
前記光透過部材を取り囲む位置において、前記光透過部材の前記研磨パッドに押付けられる面よりも前記研磨パッド側に突出して前記研磨パッドを押付ける加圧部材とを備えた、研磨装置。
【請求項６】
前記スラリーが供給された研磨パッドに前記光透過部材を経由して入射する光を発生させる光源と、
前記入射する光が前記スラリーが供給された研磨パッドにより反射された光の強度を検出する光検出部とをさらに備えた、請求項５に記載の研磨装置。
【請求項７】
前記光検出部がラマンスペクトルを検出することを特徴とする、請求項６に記載の研磨装置。
【請求項８】
前記光源および前記光検出部のそれぞれと、前記光透過部材との間に光ファイバをさらに備えた、請求項６または７に記載の研磨装置。
【請求項９】
請求項５〜８のいずれかに記載の研磨装置を用いて前記基板の表面を研磨する工程を含む、半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨状態識別装置、研磨装置、および半導体装置の製造方法に関し、特に、研磨パッドに押付けられる光透過部材を有する研磨状態識別装置と、この研磨状態識別装置を有する研磨装置と、この研磨装置を用いた半導体装置の製造方法とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程において、半導体ウエハの表面を平滑化したり平坦化したりするためのＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)技術による研磨が広く行なわれている。
【０００３】
半導体ウエハは、表面に凹凸を有するポリイミドなどからなる研磨パッドに押付けられる。研磨パッドと半導体ウエハとの間にはスラリー（研磨液）が供給される。そして半導体ウエハと研磨パッドとが相対的に動かされることにより、研磨パッド表面の凹凸が半導体ウエハに接し、ウエハの表面が研磨される。
【０００４】
半導体ウエハに面する研磨パッド表面の凹凸の一部は半導体ウエハに密着する。この密着した部分においては、機械的な研磨作用により半導体ウエハが研磨される。密着していない部分においては、半導体ウエハと研磨パッドとの間に溜まったスラリーの化学的な作用により半導体ウエハが研磨される。
【０００５】
研磨パッドの表面状態は、半導体ウエハと研磨パッドとの接触圧力および相対移動速度や、研磨パッドの磨耗状態、スラリーの種類および供給量、半導体ウエハ周辺に配置されたリテーナリングの圧力などによって変化し、研磨特性に影響を与える。
【０００６】
また研磨時の副生成物による研磨パッド凹凸の目詰まりによっても研磨特性は変化してしまう。このため、ダイヤモンド砥粒が固着されたドレッサーによって研磨パッド表面に対して目立てが行なわれ、数μｍから数十μｍ程度の凹凸が形成される。
【０００７】
研磨特性の変動が生じると、研磨速度の変動による研磨の過不足が生じたり、研磨により得られる表面の均一性が悪化したりする。また銅配線形成のためのＣＭＰにおいては、ディッシングの増大などの不良が誘発される。したがって研磨パッドの表面状態を管理することが重要であり、このための技術が開示されている。
【０００８】
たとえば特開２００５ -２４４０２７号公報には、半導体ウエハの研磨中に研磨パッドの状態の測定を行なうための半導体ウエハの研磨状態識別装置が開示されている。この公報によれば、研磨パッド表面に当接するように配置されたプリズムを通して光が照射され、反射光によって研磨パッド表面の状態が測定される。研磨パッドに対するプリズムの押圧力は、研磨パッドに対する半導体ウエハの押圧力とほぼ同じにすることができる。これにより研磨パッドに半導体ウエハが押圧されているときの密着状態をプリズムでそのまま再現することができる、と記載されている。
【特許文献１】特開２００５−２４４０２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の特開２００５−２４４０２７号公報に開示されている技術では、プリズムが研磨パッドを押圧する圧力が調整されるが、この調整によってのみでは半導体ウエハに押圧された研磨パッドの状態を精度よく再現することができないという問題があった。このため半導体ウエハを研磨している研磨パッドの状態を精度よく把握するための測定ができないという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、半導体ウエハを研磨している研磨パッドの状態を精度よく把握するための測定を行なうことができる研磨状態識別装置と、この研磨状態識別装置を有する研磨装置と、この研磨装置を用いた半導体装置の製造方法と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】
本発明の実施の形態に係る研磨状態識別装置は、スラリーが供給された研磨パッドに対して基板の表面を押付けながら基板と研磨パッドとを相対運動させることにより基板の表面を研磨する研磨装置において、スラリーが供給された研磨パッドの状態を識別するためのものである。この研磨状態識別装置は、光透過部材と、加圧部材とを有している。光透過部材は研磨パッドに押付けられる面を有している。加圧部材は、光透過部材を取り囲む位置において、光透過部材の研磨パッドに押付けられる面よりも研磨パッド側に突出している。
【００１２】
本発明の実施の形態に係る研磨装置は、スラリーが供給された研磨パッドに対して基板の表面を押付けながら基板と研磨パッドとを相対運動させることにより基板の表面を研磨する。研磨装置は、基板加圧部と、リテーナリングと、光透過部材と、加圧部材とを備えている。基板加圧部は、基板の裏面側に圧力をかけることによって基板の表面を研磨パッドに押付ける。リテーナリングは基板を取り囲む位置おいて研磨パッドを押付ける。光透過部材は研磨パッドに押付けられる面を有する。加圧部材は光透過部材を取り囲む位置において、光透過部材の研磨パッドに押付けられる面よりも研磨パッド側に突出して研磨パッドを押付ける。
【００１３】
本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法は，上記の研磨装置が用いられて基板の表面が研磨される工程を含む。
【発明の効果】
【００１４】
本実施の形態によれば、光透過部材を取り囲む位置において光透過部材の研磨パッドに押付けられる面よりも研磨パッド側に突出している加圧部材が、リテーナリングが研磨パッドに及ぼす影響を模することができる。このため半導体ウエハを研磨している研磨パッドの状態を精度よく把握することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
はじめに本実施の形態の研磨装置としてのＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)装置の構成について説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態１における研磨装置としてのＣＭＰ装置の主要部の概略斜視図である。図１を参照して、ＣＭＰ装置２００は、研磨ヘッド（基板加圧部）３と、リテーナリング５ｂと、研磨パッド６と、スラリー供給管１０と、定盤１４と、研磨状態識別装置１００とを有している。研磨状態識別装置１００は、研磨ヘッド３に接触しないように離されて配置されている。
【００１７】
研磨パッド６は主表面がほぼ円形の平板状の形状を有している。定盤１４は、研磨パッド６の平面形状に対応して、主表面がほぼ円形になるように形成されている。研磨パッド６と定盤１４とは、それぞれの主表面同士が接合されている。スラリー供給管１０は研磨パッド６にスラリー７を供給する機能を有している。
【００１８】
スラリー供給管１０は研磨パッド６の表面のうち半導体ウエハ４と接触する面、すなわち、研磨パッド６の研磨面に対して、スラリー７を供給するように形成されている。なお研磨パッド６のスラリー７が供給される表面の位置を変更することができるように、スラリー供給管１０は先端部が移動可能に形成されている。研磨ヘッド３は、スラリー７が供給された研磨パッド６に対して半導体ウエハ４の表面を押付ける機能を有している。半導体ウエハ４は、たとえば円板状の形状を有している。
【００１９】
図２は、本発明の実施の形態１における研磨装置としてのＣＭＰ装置の研磨ヘッド近傍における部分断面図である。なお図２においてはＣＭＰ装置により研磨される半導体ウエハ（基板）も図示されている。
【００２０】
主に図２を参照して、研磨ヘッド３にはリテーナリング５ｂが取り付けられている。リテーナリング５ｂは、円筒状の形状を有している。リテーナリング５ｂは研磨中にこの円筒上の形状の内側に半導体ウエハ４を保持し、半導体ウエハ４が研磨ヘッド３の下の位置から外れてしまうことを防止する機能を有している。
【００２１】
研磨ヘッド３には、矢印Ｆｈで示すように研磨パッド６側に向かう力が加えられる。これにより半導体ウエハ４の裏面側（図中上側）に圧力がかけられ、半導体ウエハ４の表面（図中下面）が研磨パッド６に圧力Ｐｓで押付けられる。またリテーナリング５ｂの表面が研磨パッドに圧力Ｐｒで押付けられる。リテーナリング５ｂの表面は半導体ウエハ４の表面よりも研磨パッド６側に突出しているため、圧力Ｐｒは圧力Ｐｓよりも大きい。リテーナリング５ｂの突出の程度を調整したり、あるいはアクチュエータ（図示せず）を設けたりすることにより、圧力Ｐｒと圧力Ｐｓとは独立して調整することができる。
【００２２】
再び図１を参照して、研磨ヘッド３は、矢印３１に示すように研磨パッド６の表面に垂直な軸周りに回転する機能を有している。また研磨パッド６は、矢印３０に示すように研磨パッド６の表面に垂直な軸周りに回転する定盤１４に固定されている。これにより、研磨装置２００は研磨パッド６に対して半導体ウエハ４の表面を押付けながら半導体ウエハ４と研磨パッド６とを相対運動させることができるように構成されている。
【００２３】
図３は、本発明の実施の形態１における研磨状態識別装置の部分断面図である。図４は、本発明の実施の形態１における研磨装置としてのＣＭＰ装置の研磨状態識別装置近傍における部分断面図である。
【００２４】
主に図１および図３を参照して、研磨状態識別装置１００は、光検出装置（光検出部）８ａと、光源８ｂと、光ファイバ１ａ，１ｂ，１ｃと、光ファイバ分岐部４１と、保持具９と、外周部材（加圧部材）５ａと、光透過部材２とを有している。
【００２５】
光透過部材２は、一方主面（図中下面）および他方主面（図中上面）を有する円板状の形状を有している。外周部材５ａは、円筒状の形状を有し、光透過部材２を取り囲むように保持具９に固定されている。外周部材５ａの円環の幅Ｗは３ｍｍ以上が好ましく、８ｍｍ以上がさらに好ましい。
【００２６】
光透過部材２の直径は１５ｍｍ以上が好ましく、５０ｍｍ以上がさらに好ましい。材質としては、スラリー７に対して溶解などの反応性を有さず、かつ、測定に用いられる光に対して透光性を有するものであればよく、たとえば石英ガラスや蛍石を用いることができる。
【００２７】
保持具９は光ファイバ１ｃを通すための貫通孔を有している。また保持具９は、光透過部材２および外周部材５ａを押圧する円板状あるいは円筒状の部分と、この円板状の部分に力が伝達されるための柄部とを有している。この構成により、保持具９は光透過部材２および外周部材５ａからなる部分を研磨パッド６に力Ｆｊ（図４）で押付ける機能を有している。また保持具９は研磨パッド６の平面形状である円の半径方向に移動可能なように構成されている。
【００２８】
図３および図４を参照して、外周部材５ａは光透過部材２の研磨パッド６に押付けられる面よりも研磨パッド６側に寸法Ｈｏだけ突出している状態とされている。寸法Ｈｏは好ましくは０．１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。
【００２９】
この構成により、光透過部材２および外周部材５ａのそれぞれが研磨パッド６に押付けられる圧力Ｐｉ，Ｐｏの間には、圧力Ｐｏ＞圧力Ｐｉの関係がある。圧力Ｐｏと圧力Ｐｉとの差異は寸法Ｈｏにより調整することができる。
【００３０】
なお研磨状態識別装置１００は、圧力Ｐｉが、たとえば０．０７ｋＰａ以上１３８ｋＰａ以下（約０．０１ｐｓｉ(pounds per square inch)以上約２０ｐｓｉ以下）の範囲で調整することができるように構成されている。
【００３１】
図１および図４を参照して、光ファイバ１ｃは、光透過部材２の上において光ファイバ１ｃの一方端部の端面が光透過部材２の上面と平行になるように保持具９に挿入された状態で固定されている。光ファイバ１ｃの他方端部は光ファイバ分岐部４１に接続されている。なお光ファイバ１ｃの端面と光透過部材２の上面とは互いに離れていてもよいし接着されていてもよい。
【００３２】
光ファイバ１ｂの一方端部は光源８ｂに接続され、他方端部は光ファイバ分岐部４１に接続されている。光ファイバ１ａの一方端部は光検出装置８ａに接続され、他方端部は光ファイバ分岐部４１に接続されている。光ファイバ分岐部４１は、光ファイバ１ｂからの光を光ファイバ１ｃに導く機能と、光ファイバ１ｃからの光を光ファイバ１ａに導く機能とを有している。光検出装置８ａおよび光源８ｂは定盤１４から離れた位置に配置されている。
【００３３】
次に本実施の形態の研磨装置としてのＣＭＰ装置の使用方法について説明する。
図１および図２を参照して、研磨ヘッド３の下面のリテーナリング５ｂに囲まれた領域に半導体ウエハ４が取り付けられる。定盤１４が矢印３０の向きに回転され、研磨ヘッド３が矢印３１の向きに回転される。またスラリー供給管１０から研磨パッド６の表面（研磨面）に適量のスラリー７が連続的または断続的に供給される。
【００３４】
この状態で半導体ウエハ４およびリテーナリング５ｂのそれぞれが、研磨パッド６に対して圧力Ｐｓ，Ｐｒの各々の圧力で押圧される。これにより半導体ウエハ４の主表面は研磨パッド６の表面に密着して研磨される。研磨中は、研磨パッド６に半導体ウエハ４が押圧される圧力Ｐｓが調整されるとともに、研磨ヘッド３の回転速度および定盤１４の回転速度も調整される。
【００３５】
図１〜図４を参照して、研磨が開始されるのと同時に保持具９が研磨パッド６の主表面に向かって移動される。これにより光透過部材２および外周部材５ａのそれぞれが、研磨パッド６の表面に圧力Ｐｉ，Ｐｏの各々の圧力で押圧される。寸法Ｈｏおよび力Ｆｊの少なくともいずれかが調整されることにより、圧力Ｐｉは圧力Ｐｓとほぼ同じとされ、圧力Ｐｏは圧力Ｐｒとほぼ同じとされる。圧力Ｐｉの絶対値としては、０．０７ｋＰａ以上１３８ｋＰａ以下（約０．０１ｐｓｉ以上約２０ｐｓｉ以下）が好ましい。また０．３４ｋＰａ以上６９ｋＰａ以下（約０．０５ｐｓｉ以上約１０ｐｓｉ以下）がより好ましい。
【００３６】
この状態で、光源８ｂから光が出射される。光源８ｂから出射した光は、光ファイバ１ｂ、光ファイバ分岐部４１および光ファイバ１ｃを順に経由して、光透過部材２の上面に垂直に入射する。光透過部材２に入射した光は光透過部材２を透過する。光透過部材２を透過した光は、光透過部材２の直下において、研磨パッド６、スラリー７または研磨により生じた副生成物により反射される。この反射された光は、再び光透過部材２を通り光ファイバ１ｃの端面に導入される。光ファイバ１ｃの端面に導入された光は、光ファイバ１ｃ、光ファイバ分岐部４１および光ファイバ１ａを経由して、光検出装置８ａに届く。
【００３７】
光検出装置８ａに届いた光に対して、光検出装置８ａによる各種の測定が行なわれて、その結果からＣＭＰ装置２００の制御が行なわれる。このためには、予め各種の測定データの管理値（絶対値）が定められて測定値と管理値とのずれによってＣＭＰ装置２００の制御が行なわれればよい。たとえば研磨パッド６の樹脂や、研磨パッド６上の副生成物などの検知においては、測定されたピークの絶対値と予め測定されて定められた管理値との比較によって判定が行なわれる。
【００３８】
あるいは、予め測定が行なわれる代わりに、１回の研磨中に複数回の測定が行なわれて、測定済の結果との比較によって研磨状態の判定とＣＭＰ装置２００の制御とが行なわれてもよい。
【００３９】
測定原理としては、たとえばラマン分光分析を用いることができる。研磨パッド６および研磨パッド６上に存在する物質の成分分析を行なう場合は、複数成分の各波長ピークが比較される。また、スラリー７のピークや研磨パッド６の摩耗状態の検知は、測定されたスペクトル同士のピークの大きさが比較されることによって行なわれる。
【００４０】
たとえばラマンスペクトルにおけるスラリー７が含有する成分のピークがモニタされることによって、スラリー７の供給量の過不足を検知することができる。また、たとえばスラリー７の砥粒のピークがモニタされることによって、砥粒の分散性を検知することができる。これらの測定結果から、ＣＭＰ装置２００に対して所定の調整が行なわれて最適な研磨状態が維持される。たとえばスラリー７が不足している場合には、スラリー供給管１０からのスラリー７の供給量を多くする調整を行なうことができる。
【００４１】
また、たとえばＣＭＰ装置２００により半導体ウエハ４の表面に形成されたＣｕ（銅）膜の研磨が行なわれる場合、研磨除去されたＣｕは、スラリー７の中の化学成分として可溶性の錯体になったり、Ｃｕのまま存在したりする。この研磨除去されたＣｕは、連続的または断続的に供給されるスラリー７により、やがて研磨パッド６から洗い流される。したがって、半導体ウエハ４の表面から完全にＣｕ膜が研磨除去された場合には、研磨パッド６上のスラリー７中に存在するＣｕの量も減少する。よってＣｕの量がモニタされることにより、研磨の終了を検知することができる。
【００４２】
また研磨除去されたＣｕは研磨パッド６の表面の凹凸に入りこみ、研磨パッド６の目詰まりが生じる。したがってＣｕの定量的な分析を行なうことによって、研磨パッド６の目詰まりの検知を行なうことができる。
【００４３】
また、研磨パッド６からの反射光の分析を行なうことによって、研磨パッド６表面への光透過部材２の密着状態を検知することができる。研磨パッド６とスラリー７との屈折率は互いに異なるため、光透過部材２が研磨パッド６に接している状態と、光透過部材２がスラリー７に接している状態とでは反射光の強度が異なる。この反射光の強度を定量的に測定することによって、たとえば研磨パッド６と光透過部材２との接触面積などを検知し、研磨パッド６と光透過部材２との密着状態を把握することができる。
【００４４】
本実施の形態によれば、図３に示すように外周部材５ａが光透過部材２よりも寸法Ｈｏだけ研磨パッド６側に突出しているため、図４に示すように圧力Ｐｏ＞圧力Ｐｉの関係が生じる。よって、図２に示すように圧力Ｐｒ＞圧力Ｐｓの関係を有する押圧力を受ける半導体ウエハ４およびその周辺領域の研磨パッド６の押圧状態を、光透過部材２およびその周辺領域において模することができる。これにより、リテーナリング５ｂにより研磨パッド６の凹凸が変形したり、半導体ウエハ４研磨面に流入するスラリー７の量が変動したりする影響についても織り込んで研磨パッド６の表面状態をモニタすることが可能になる。すなわち半導体ウエハ４を研磨している研磨パッド６の状態を精度よく把握することができる。
【００４５】
また圧力Ｐｉ，Ｐｏを互いに独立して変化させることで、より精度の高い状態で研磨状態をモニタすることができる。
【００４６】
また、図４に示すように光透過部材２と外周部材５ａとが研磨パッド６の表面に当接するように配置されている。この構成により、研磨パッド６と光透過部材２との間に存在する過剰なスラリー７を排除することができる。
【００４７】
仮に研磨パッド６と光透過部材２とが離されて研磨パッド６の測定が行なわれると、スラリー７の中に含まれる砥粒などの成分や、スラリー７の液面の揺らぎなどによって、研磨パッド６の表面の正確な測定を行なうことが困難になる。また外周部材５ａが当接しない状態で測定が行なわれると、リテーナリング５ｂの影響が測定に反映されず、正確に研磨状態をモニタすることが難しくなる場合がある。光透過部材２と外周部材５ａとを研磨パッド６に当接させることによって、このような悪影響が生じる要因を排除することができる。
【００４８】
また研磨状態識別装置１００は光源８ｂ（図１）を有しているため、光透過部２から研磨パッド６表面に入射する光を発生させることができる。
【００４９】
また研磨状態識別装置１００は光検出装置８ａを有しているため、研磨パッド６からの反射光強度を検出することができる。
【００５０】
また光検出装置８ａがラマンスペクトルを検出することにより、スラリー７の供給量の過不足の検知や、研磨の終了の検知などを行なうことができる。
【００５１】
また測定部位への光の導入および測定部位からの光の導出に光ファイバ１ａ，１ｂ，１ｃが用いられることによって、光検出装置８ａや光源８ｂを研磨を行なっている部分から離れた位置に容易に配置することができる。
【００５２】
なお光検出装置（分光測定装置）８ａや光源８ｂをＣＭＰ装置２００に直接組込んだり固定したりすることは困難である。なぜならば、ＣＭＰ装置２００のうち研磨が行なわれている部分は可動部品が多く、また空いている空間も小さいからである。また光ファイバ１ａ，１ｂ，１ｃの代わりにミラーやレンズなどを有する光学系の機器が用いられると、研磨状態識別装置１００の移動にともなう光路の調整が困難となる。またこのような光学機器は使用にともなって光軸がずれたりミラーの汚染などが生じたりするため定期的なメインテナンスが必要である。
【００５３】
また本実施の形態によれば、図１に示すように、研磨状態識別装置１００が、研磨ヘッド３から離れて配置されている。この構成により、研磨パッド６の表面における任意の位置の測定を行なうことができる。
【００５４】
また、保持具９は研磨パッド６の平面形状である円の半径方向に移動可能なように構成されている。これにより、研磨パッド６の研磨面全体に対する測定を行なうことができる。
【００５５】
また光透過部材２の材質として石英ガラスや蛍石が用いられることにより、半導体ウエハ４が重金属やナトリウムなどに汚染されることを防止できる。
【００５６】
また光透過部材２が円板上であることにより、安定した測定が行なえる。また外周部材５ａが円筒状の形状であることにより、安定した測定が行なえる。
【００５７】
また好ましくは寸法Ｈｏ（図３）が０．１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とされる。寸法Ｈｏが０．１ｍｍ未満の場合、図４に示す圧力Ｐｉと圧力Ｐｏとがほとんど同じとなってしまい、圧力Ｐｒ＞圧力Ｐｓ（図２）の状態を模することができなくなる。寸法Ｈｏが１．５ｍｍを越えると、圧力Ｐｏが大きくなり過ぎて研磨パッド６が不可逆的な変形を受けてしまう。
【００５８】
また好ましくは圧力Ｐｉ（図４）が０．０７ｋＰａ以上１３８ｋＰａ以下（約０．０１ｐｓｉ以上約２０ｐｓｉ以下）とされる。圧力Ｐｉが０．０７ｋＰａ未満では光透過部材２が研磨パッド６に十分に押付けられないために安定した測定ができない場合がある。圧力Ｐｉが１３８ｋＰａを超えると光透過部材２あるいは外周部材５ａの押圧によって研磨パッド６の表面に窪みなどの不可逆的な変形が生じるおそれがある。
【００５９】
さらに好ましくは圧力Ｐｉは０．３４ｋＰａ以上６９ｋＰａ以下（約０．０５ｐｓｉ以上約１０ｐｓｉ以下）とされる。これにより、より安定した測定を行なうことができ、かつ研磨パッド６の窪みなどの変形をより確実に防止することができる。
【００６０】
また光透過部材２の直径は好ましくは１５ｍｍ以上とされ、さらに好ましくは５０ｍｍ以上とされる。これにより、光透過部材２と研磨パッド６との接触面積の大きさが、通常用いられる研磨パッド６の凹凸の大きさおよびスラリー７に対して最適とされる。
【００６１】
また外周部材の円環の幅Ｗ（図３）は、好ましくは３ｍｍ以上とされ、さらに好ましく８ｍｍ以上とされる。これにより、研磨パッド６面の凹凸の状態が安定し、正確に測定を行なうことができる。
【００６２】
なお本実施の形態においては光ファイバ１ａ，１ｂ，１ｃが用いられたが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではない。たとえば、ミラーやレンズなどを用いた光学系の機器を組合せることにより光ファイバ１ａ，１ｂ，１ｃの少なくとも一部を代替することができる。
【００６３】
また圧力Ｐｉ（図４）は、必ずしも圧力Ｐｓ（図２）とほぼ同じとされなくてもよい。たとえば圧力Ｐｉ＞圧力Ｐｓとされた方が安定して研磨パッド６の表面の状態変化を検知することができる場合もあり、この場合に安定した検知が必要であれば圧力Ｐｉ＞圧力Ｐｓとされることが好ましい。圧力Ｐｏ（図４）についても、上記と同様に、必ずしも圧力Ｐｒ（図２）とほぼ同じである必要はない。
【００６４】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における研磨装置としてのＣＭＰ装置の研磨状態識別装置近傍における部分断面図である。
【００６５】
図５を参照して、本実施の形態の研磨状態識別装置１００ｖは、光透過部材２ｖと、保持具９ｖと、加圧配管１１とを有している。
【００６６】
保持具９ｖは光ファイバ１ｃを通すための貫通孔と、中空の加圧配管１１を通すための貫通孔とを有している。また保持具９ｖは、外周部材５ａを押圧する円板状あるいは円筒状の部分と、この円板状の部分に力が伝達されるための柄部とを有している。
【００６７】
光透過部材２ｖは、外周部材５ａの内周面に沿って移動することができるように構成されている。すなわち光透過部材２ｖは研磨パッド６の主面に対して垂直方向（図中縦方向）に移動することができる。
【００６８】
保持具９ｖと、外周部材５ａと、光透過部材２ｖとは、ほぼ密閉された空間ＳＰを形成している。この空間ＳＰ内には加圧配管１１の一方端部が位置している。そしてこの空間ＳＰに満たされた気体または液体の圧力Ｐｉに応じて、光透過部材２ｖは研磨パッド６に対して押圧される。この圧力Ｐｉは加圧配管１１の他方端部における圧力が変化されることにより調整することができる。
【００６９】
研磨中に力Ｆｊおよび加圧配管１１に加えられる圧力Ｐｉのそれぞれが制御されることにより、圧力Ｐｏと圧力Ｐｉとが独立して制御される。圧力Ｐｏおよび圧力Ｐｉの好ましい値は実施の形態１と同様である。
【００７０】
なお空間ＳＰ内に気体あるいは液体が導入される袋状の部材が設置されてもよい。これにより外周部材５ａと光透過部材２ｖとの隙間から気体あるいは液体が漏れることを防止することができる。
【００７１】
また本実施の形態のこれ以外の構成は上述した実施の形態１の構成と同様であるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７２】
本実施の形態によれば、力Ｆｊと、空間ＳＰ内の圧力Ｐｉとが制御されることにより、光透過部材２ｖと外周部材５ａとが研磨パッド６を押圧する圧力Ｐｉ，Ｐｏを研磨中に独立して精密に調整することができる。よって研磨パッド６の状態を、より精度よく測定することができる。
【００７３】
（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３における半導体装置の製造方法により得られる半導体装置の概略的な部分断面図である。図６を参照して、半導体装置は、たとえばトランジスタなどの半導体素子を含む機能層ＦＬと、銅などからなる配線ＷＲと、配線ＷＲの間を絶縁する絶縁層ＩＬと、配線ＷＲおよび絶縁層ＩＬの上を覆う絶縁層ＩＬ２とを有している。
【００７４】
図７は、本発明の実施の形態３における半導体装置の製造方法の一工程を示す概略的な部分断面図である。図７を参照して、半導体素子を含む機能層ＦＬ上に、パターンを有する絶縁層ＩＬが形成される。次に絶縁層ＩＬのパターンの隙間を埋めるように銅などからなる金属層ＭＴが形成される。以上により、機能層ＦＬと、絶縁層ＩＬと、金属層ＭＴとを有する半導体ウエハ４が形成される。
【００７５】
図２を参照して、半導体ウエハ４が、金属層ＭＴが研磨パッド６と接するように研磨ヘッド３に取り付けられる。
【００７６】
図１および図７を参照して、ＣＭＰ装置２００により、半導体ウエハ４の金属層ＭＴ側の表面が、図７の破線部まで研磨される。
【００７７】
図６および図７を参照して、この破線部の上に絶縁層ＩＬ２が堆積されることにより、半導体装置が得られる。
【００７８】
本実施の形態によれば、実施の形態１または２に示したＣＭＰ装置２００により半導体ウエハ４の表面の研磨が行なわれる。これにより、半導体ウエハ４を研磨している研磨パッドの状態が精度よく把握されながら半導体ウエハ４の研磨が行なわれる。これにより、半導体装置を、高い歩留まりで精度よく製造することができる。
【００７９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、研磨状態識別装置、研磨装置、および半導体装置の製造方法に関するものである。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施の形態１における研磨装置としてのＣＭＰ装置の主要部の概略斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１における研磨装置としてのＣＭＰ装置の研磨ヘッド近傍における部分断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１における研磨状態識別装置の部分断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１における研磨装置としてのＣＭＰ装置の研磨状態識別装置近傍における部分断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２における研磨装置としてのＣＭＰ装置の研磨状態識別装置近傍における部分断面図である。
【図６】本発明の実施の形態３における半導体装置の製造方法により得られる半導体装置の概略的な部分断面図である。
【図７】本発明の実施の形態３における半導体装置の製造方法の一工程を示す概略的な部分断面図である。
【符号の説明】
【００８２】
１ａ，１ｂ，１ｃ  光ファイバ、２，２ｖ  光透過部材、３  研磨ヘッド、４  半導体ウエハ、５ａ  外周部材、５ｂ  リテーナリング、６  研磨パッド、７  スラリー、８ａ  光検出装置、８ｂ  光源、９，９ｖ  保持具、１０  スラリー供給管、１１  加圧配管、１４  定盤、４１  光ファイバ分岐部、１００，１００ｖ  研磨状態識別装置、２００  ＣＭＰ装置、ＳＰ  空間。
【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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