ＣＭＰ装置、ＣＭＰ研磨方法、及び、半導体装置の製造方法
【課題】 ガイドリングを無駄に捨てることなくほぼ使用限界まで使用できる、ＣＭＰ装置、ＣＭＰ研磨方法、及び、半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 ＣＭＰ装置１１は、半導体ウエハ４４を吸着して保持するトップリング４６と、半導体ウエハ４４の側面をガイドするリテーナリング４５と、半導体ウエハ４４を研磨する研磨パッド４１と、ＣＣＤカメラ４２とを有する。半導体ウエハ４４を研磨処理するとき、半導体ウエハ４４とともに、半導体ウエハ４４をガイドしているリテーナリング４５の研磨を行う。リテーナリング４５には、半導体ウエハ４４を研磨したときに発生する研磨粉を排出する溝が設けられている。溝は、ＣＣＤカメラ４２によって溝の画像が取り込まれ、この画像を画像処理部で処理することにより深さが求められる。この深さを随時確認することで、リテーナリング４５の使用限界管理をする。
【解決手段】 ＣＭＰ装置１１は、半導体ウエハ４４を吸着して保持するトップリング４６と、半導体ウエハ４４の側面をガイドするリテーナリング４５と、半導体ウエハ４４を研磨する研磨パッド４１と、ＣＣＤカメラ４２とを有する。半導体ウエハ４４を研磨処理するとき、半導体ウエハ４４とともに、半導体ウエハ４４をガイドしているリテーナリング４５の研磨を行う。リテーナリング４５には、半導体ウエハ４４を研磨したときに発生する研磨粉を排出する溝が設けられている。溝は、ＣＣＤカメラ４２によって溝の画像が取り込まれ、この画像を画像処理部で処理することにより深さが求められる。この深さを随時確認することで、リテーナリング４５の使用限界管理をする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＭＰ装置、ＣＭＰ研磨方法、及び、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）装置は、被研磨基板である半導体ウエハ上に成膜された膜を平坦にするために用いられる。対象となる膜は、例えば、ＳｉＯ2（シリコン酸化）膜、Ｃｕ（銅）膜、Ｗ（タングステン）膜など様々である。ＣＭＰ装置は、スラリーと呼ばれる研磨剤と研磨パッドと呼ばれる研磨布で主に構成され、研磨パッド上にスラリーを塗布しつつ、半導体ウエハと研磨パッドを回転させて研磨を行うものである。
【０００３】
従来のＣＭＰ装置は、図７に示すように、ターンテーブル１０１を有しており、このターンテーブル１０１の下部には回転軸（図示せず）を介して回転モータ（図示せず）が取り付けられている。ターンテーブル１０１の上面には、研磨パッド１０２が貼り付けられている。研磨パッド１０２の上方には、半導体ウエハ１０５を保持する保持装置（例えば、ポリッシングヘッドやウエハ吸着ヘッド）１００が配置されている。また、研磨パッド１０２の上方には、スラリー１０３を吐出するスラリー供給ノズル１０４が配置されている。
【０００４】
保持装置１００は、半導体ウエハ１０５が回転することによる側方への飛び出しを規制しているガイドリングを有する（例えば、特許文献１）。
更に、保持装置１００は、半導体ウエハ１０５を吸着して保持するトップリング１０７を有する。トップリング１０７は、ガイドリング１０６の上方に配置され、吸着機構（図示せず）の吸着によって半導体ウエハ１０５を固定している。トップリング１０７は、半導体ウエハ１０５を均一に研磨するために、高精度の平坦度を有している。トップリング１０７は、フランジ１０８に取り付けられており、フランジ１０８の上部に連結されたエアシリンダ１０９を介して回転モータ１１０に取り付けられている。
【０００５】
上記ＣＭＰ装置において、半導体ウエハ１０５を研磨処理する場合、まず、トップリング１０７の下面に半導体ウエハ１０５の裏面を真空吸着し、回転モータ１１０によって保持装置１００を回転させる。そして、回転モータ（図示せず）によってターンテーブル１０１を回転させ、スラリー供給ノズル１０４からスラリー１０３を吐出し、そのスラリー１０３を研磨パッド１０２の中央付近に滴下する。次に、半導体ウエハ１０５の側面をガイドしながら研磨するために、半導体ウエハ１０５の表面（研磨面）とともに半導体ウエハ１０５をガイドするガイドリング１０６を研磨パッド１０２に押し当てる。これにより、半導体ウエハ１０５とガイドリング１０６を同時に研磨し、半導体ウエハ１０５に形成された膜を平坦化している。
【０００６】
しかしながら、半導体ウエハ１０５とともにガイドリング１０６も研磨するので、半導体ウエハ１０５を研磨していく毎にガイドリング１０６が薄くなってしまっていた。薄くなると、ガイドリング１０６の下面に形成された、半導体ウエハ１０５の研磨粉を排出する排出溝（図示せず）がなくなってしまうので研磨粉を排出できず、半導体ウエハ１０５に傷を付けるなどの悪影響を及ぼしていた。よって、半導体ウエハ１０５の処理枚数によってガイドリング１０６の交換時期を管理していた。
【０００７】
【特許文献１】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】
【０００８】
しかしながら、処理枚数によってガイドリング１０６を交換すると、半導体ウエハ毎に研磨量が異なるので、ガイドリング１０６が使用可能な状態であっても処分してしまうことがあった。図７（ｂ）に示すように、ガイドリング１０６において、研磨処理前の幅寸法をＨ、処理枚数によって交換するときの幅寸法をＩ、使用限界の幅寸法をＪとする。処理枚数によって交換することにより、ガイドリング１０６が使用可能な状態にあるにも関わらず無駄に捨ててしまったり、メンテナンス時間が多くなったりするという問題があった。その結果、コストがかかってしまっていた。
また、研磨処理量が多く、ガイドリング１０６の使用限界寸法Ｊを超えて研磨処理をした場合、半導体ウエハ上に形成された膜を均一に平坦化できなかったり、膜にスクラッチ（傷）が発生したりするという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、ガイドリングを無駄に捨てることなくほぼ使用限界まで使用できる、ＣＭＰ装置、ＣＭＰ研磨方法、及び、半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題を解決するために、本発明に係るＣＭＰ装置は、被研磨基板をＣＭＰ研磨するＣＭＰ装置であって、前記被研磨基板の側面を保持するリテーナリングと、前記リテーナリングの底面に形成された溝の深さを測定可能な測定手段とを備えた。
【００１１】
この構成によれば、リテーナリングの底面に形成された溝の深さを測定手段によって測定しているので、リテーナリングの溝深さと使用限界値とを比較することができ、使用限界まで使用することが可能になる。これにより、リテーナリングを使用限界より多く残したことによる、ムダを抑えることができる。また、リテーナリングの使用限界を超えて使用したときの、被研磨基板を研磨したときに発生する研磨粉が排出されずに、被研磨基板を傷つけるなどの悪影響を抑制することができる。更に、リテーナリングを使用限界まで使用するので、リテーナリングを交換する回数を少なくすることができ、メンテナンス時間を低減することが可能になる。
【００１２】
本発明に係るＣＭＰ装置では、前記測定手段は、撮像装置によって撮像された画像の画像処理により溝深さを測定することが望ましい。
【００１３】
この構成によれば、撮像装置によってリテーナリングに形成された溝の画像を取り込み、その画像を画像処理することよって溝深さを測定することができる。よって、機械的に接触させて測定することによる、測定装置が汚れることを防止することが可能になる。また、接触させる測定位置まで移動することなく、測定することが可能になる。
【００１４】
本発明に係るＣＭＰ装置では、前記測定手段は、レーザを用いて測定することが望ましい。
【００１５】
この構成によれば、レーザを用いて測定することにより、リテーナリングに形成された溝の深さを求めることができる。よって、機械的に接触させて測定することによる、測定装置が汚れることを防止することが可能になる。また、接触させる測定位置まで移動することなく、測定することが可能になる。
【００１６】
本発明に係るＣＭＰ装置では、前記被研磨基板は、半導体ウエハである。
【００１７】
この構成によれば、リテーナリングの溝深さを測定しながら半導体ウエハを研磨するので、リテーナリングの使用限界を超えて使用したときの、研磨粉が排出されずに半導体ウエハを傷付けるなどの悪影響を抑制することができる。よって半導体ウエハの不良を低減することが可能になる。
【００１８】
上記問題を解決するために、本発明に係るＣＭＰ研磨方法は、半導体ウエハの側面を保持するリテーナリングと、前記リテーナリングに形成された溝の深さを測定可能な測定手段とを備えたＣＭＰ装置を用いて前記半導体ウエハの研磨を行うＣＭＰ研磨方法であって、前記リテーナリングに形成された溝の深さを測定する測定工程と、前記測定した溝の深さが使用限界を超えていない値のとき、前記リテーナリングとともに前記半導体ウエハを研磨する研磨工程とを有する。
【００１９】
この構成によれば、測定手段を備えたＣＭＰ装置において、リテーナリングに形成された溝の深さを測定する測定工程と、リテーナリングの使用限界を超えていない状態で研磨処理する研磨工程とにより、リテーナリングをムダなく使用することができる。また、リテーナリングをほぼ使用限界まで使用するので、リテーナリングを交換する回数を少なくすることができ、メンテナンス時間を低減することが可能になる。
【００２０】
上記問題を解決するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、ＣＭＰ研磨方法を用いて研磨することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係るＣＭＰ装置の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態のＣＭＰ装置が組み込まれたＣＭＰシステム全体を模式的に示す構成図である。以下、本実施形態のＣＭＰシステムの構成を、図１を参照しながら説明する。本実施形態のＣＭＰシステム１０は、ＣＭＰ装置１１と、洗浄装置２１とを有する。
【００２２】
ＣＭＰ装置１１は、研磨布である研磨パッドを載置して回転させるターンテーブル１２と、研磨パッド上に研磨剤であるスラリーを供給するスラリー供給ノズル１３と、被研磨基板である半導体ウエハを保持する保持装置１４と、半導体ウエハを搬送するウエハキャリア１５と、研磨パッドを洗浄するパッドコンディショナー１６とを有する。
【００２３】
洗浄装置２１は、半導体ウエハをロード及びアンロードするローダ／アンローダ２２と、半導体ウエハを搬送する第１搬送ロボット２３と第２搬送ロボット２４と、半導体ウエハを反転させるウエハ反転機２５と、半導体ウエハを洗浄する第１洗浄機２６と第２洗浄機２７と第３洗浄機２８とを有する。
【００２４】
図２は、ＣＭＰ装置の構造を模式的に示した模式断面図である。以下、ＣＭＰ装置の構造を、図２を参照しながら説明する。ＣＭＰ装置１１は、ターンテーブル１２と、研磨パッド４１と、保持装置１４と、スラリー供給ノズル１３と、撮像装置であるＣＣＤカメラ４２とを有する。
【００２５】
ターンテーブル１２は、回転軸（図示せず）を介して回転モータ（図示せず）が取り付けられており、回転モータの駆動により回転可能となっている。
【００２６】
研磨パッド４１は、ターンテーブル１２の上面に貼り付けられており、ターンテーブル１２の回転と共に回転可能となっている。研磨パッド４１は、例えば、発泡ポリウレタン製で構成されている。また、研磨パッド４１の表面には、スラリー４３を保持しながら半導体ウエハ４４を研磨するために、穴や溝が形成されている。
【００２７】
保持装置１４は、ターンテーブル１２の上方に配置され、リテーナリング４５と、トップリング４６と、フランジ４７と、エアシリンダ４８と、回転モータ４９とを有する。
【００２８】
リテーナリング４５は、半導体ウエハ４４の側面をガイドしている。このリテーナリング４５により、回転モータ４９によって半導体ウエハ４４を回転させたときに、半導体ウエハ４４がＣＭＰ装置１１から飛び出さないようにしている。リテーナリング４５は、樹脂製であり、例えばＰＰＳ（Poly Phenylen Sulfide）で構成されている。また、リテーナリング４５は、研磨処理時に半導体ウエハ４４のエッジがだれないように、半導体ウエハ４４と同時に研磨される。これにより、半導体ウエハ４４の平坦度を維持するとともに、半導体ウエハ４４のエッジがだれないように研磨することが可能になっている。
また、リテーナリング４５は、トップリング４６の内部に設けられたスライド機構（図示せず）によって、上下方向への調整が可能になっている。これにより、リテーナリング４５は、半導体ウエハ４４とともに研磨されて薄くなった分量だけトップリング４６から突出する方向へ移動させ、半導体ウエハ４４をその側面の適正な高さでガイドすることが可能になる。なお、リテーナリング４５の使用限度は、リテーナリング４５の底面（研磨パッド４１側）に形成された溝部の深さを測定することにより管理している。
【００２９】
トップリング４６は、リテーナリング４５の上側に配置され、半導体ウエハ４４を吸着している。トップリング４６は、半導体ウエハ４４を回転させるために、回転可能な状態に設けられている。トップリング４６の材質は、例えば、セラミック製である。トップリング４６には、半導体ウエハ４４を吸着するための孔（図示せず）が設けられている。この孔は、半導体ウエハ４４を真空吸着する際に、真空引きするための真空ポンプ（図示せず）に接続されている。トップリング４６の下面は、半導体ウエハ４４を水平に取り付けるために、高精度の平坦度を有している。
また、トップリング４６は、トップリング４６の上側に配置されたフランジ４７に取り付けられている。フランジ４７は、半導体ウエハ４４を上下させるためのエアシリンダ４８を介して、回転モータ４９に取り付けられている。上記構成により、回転モータ４９の回転によって半導体ウエハ４４が回転するようになっている。
【００３０】
スラリー供給ノズル１３は、研磨パッド４１の上方に配置され、スラリー４３を吐出することが可能になっている。スラリー４３は、例えば、シリカ（ＳｉＯ2粒子＝砥粒）を含む液体である。スラリー４３の吐出量は、例えば、１分間当り１３０ｃｃである。また、スラリー４３は、シリカを凝集させないために、分散材としてのアンモニアを含有する。
【００３１】
測定手段を構成するＣＣＤカメラ４２は、リテーナリング４５に形成された、溝部の明暗パターンを撮像することが可能な位置に配置されている。本実施形態では、半導体ウエハ４４を交換するときなど、保持装置１４が研磨パッド４１より上昇した位置で撮像するようにしている。また、ＣＣＤカメラ４２は、測定手段を構成する画像処理部４２ａを備えており、ＣＣＤカメラ４２によって撮像したリテーナリング４５の溝部（図３，４参照）の画像から、画像処理部によって溝部の深さを求めている。
【００３２】
図３は、リテーナリングを、図２において下側（研磨パッド側）からみた模式平面図である。以下、リテーナリングの構成を、図３を参照しながら説明する。リテーナリング４５は、リテーナリング本体５０と、第１〜第４の溝部５１〜５４とを有する。
【００３３】
リテーナリング本体５０は、全体を円形の平板で構成されており、中央に半導体ウエハ４４をガイドする丸孔５５が形成されている。リテーナリング本体５０は、例えば、スチレンで構成されている。
【００３４】
第１〜第４の溝部５１〜５４は、リテーナリング本体５０の片側の面（研磨パッド４１と対向する面）に、それぞれ周方向に均等な間隔をあけて形成されている。第１〜第４の溝部５１〜５４は、それぞれリテーナリング４５の中心から外周方向に向かって斜めに切り込まれている。これにより、研磨処理時に発生する研磨粉が、リテーナリング４５の外周方向に排出しやすくなっている。第１〜第４の溝部５１〜５４は、例えば、リテーナリング４５の厚みの半分までの深さを有する。また、リテーナリング４５は、トップリング４６に取り付けられたとき、第１〜第４の溝部５１〜５４が下面にくる状態に配置されている。
【００３５】
リテーナリング４５に形成された第１〜第４の溝部５１〜５４の形状は、ＣＭＰ装置１１に取り付けられた状態で、図３に示すように、リテーナリング４５の側方からＣＣＤカメラ４２によって画像として取り込まれる。ＣＣＤカメラ４２は、例えば、リテーナリング４５の中心に向くように配置されている。また、ＣＣＤカメラ４２は、第１〜第４の溝部５１〜５４の画像Ａ〜Ｄを、リテーナリング４５を矢印方向に順次回転させることにより撮像する。なお、画像Ａ〜Ｄは、リテーナリング４５の側方から撮像した画像をいう。このとき、例えば、ターンテーブル１２に設けられた回転位置決め機構（図示せず）によって、最初に位置決めした位置から１／４周ずつ回転させるようにしてもよい。また、回転位置決め機構が設けられていない場合、リテーナリング４５をゆっくり回転させながら撮像するようにしてもよい。
【００３６】
図４は、リテーナリングに形成された第１〜第４の溝部を撮像した画像を示す模式図である。以下、第１〜第４の溝部の画像を基に溝部の深さ求める方法について、図４を参照しながら説明する。
【００３７】
図４に示すように、画像Ａ〜画像Ｄは、ＣＣＤカメラ４２によって第１〜第４の溝部５１〜５４を撮像した画像を示している。画像Ａは第１の溝部５１を撮像した画像であり、画像Ｂは第２の溝部５２を撮像した画像であり、画像Ｃは第３の溝部５３を撮像した画像であり、画像Ｄは第４の溝部５４を撮像した画像である。
【００３８】
まず、ＣＣＤカメラ４２によって第１の溝部５１を撮像する。撮像された画像は、モノクロ画像であり、リテーナリング４５の側面４５ａが白色（明るい）、第１の溝部５１を含んだそれ以外の部分が黒色（暗い）となっている。画像処理部（図示せず）は、ＣＣＤカメラ４２より得られる明暗パターンの画像（第１の溝部５１）を、明暗パターンに対して一定の間隔をおいて走査させた走査線により２値化処理を行う。２値化処理とは、モノクロ画像を白と黒に分けることであり、モノクロ画像に対してしきい値を設け、それより明るいか暗いかによって白と黒の２つの画像に分ける処理をいう。更に画像処理部は、複数の走査線のうち、１本の走査線で「白」の領域と「黒」の領域とが組み合わされた走査線の数を加算し、この走査線の数と走査線の間隔とから第１の溝部５１の深さＫを求めている。つまり、第１の溝部５１を走査した走査線によって溝深さＫを算出している。
【００３９】
以降、画像Ｂ〜画像Ｄまでを順次撮像していく。画像処理部は、画像Ａ〜画像Ｄのそれぞれの深さＫ，Ｌ，Ｍ，Ｎの値と、リテーナリング４５の使用限界深さとを比較する。なお、リテーナリング４５の使用限界溝深さＸは、例えば、１．５ｍｍである。画像Ａ〜画像Ｄを基に求められたそれぞれの溝深さＫ〜Ｎのうち一番小さい値から、これから行う研磨処理で研磨する研磨量を引いた値が、１．５ｍｍより小さくなるようであれば、リテーナリング４５を交換する。溝深さＫ〜Ｎが１．５ｍｍより小さくならないようであれば、研磨処理を引き続き行う。これにより、第１〜第４の溝部５１〜５４を使用限界の深さ以上に残した状態で、研磨処理を行うことが出来る。
【００４０】
図５は、半導体装置の構成を模式的に示す模式断面図であり、同図（ａ）は、ＣＭＰ研磨処理前の状態を示した模式断面図、同図（ｂ）は、ＣＭＰ研磨処理後の状態を示す模式断面図である。以下、半導体装置の製造方法を、図５を参照しながら説明する。
図５（ａ）に示されるように、まず、シリコン基板６１上に第１層間絶縁膜６２を形成する。第１層間絶縁膜６２は、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2）を原料として、プラズマＣＶＤにより形成する。
【００４１】
次に、第１層間絶縁膜６２上に、アルミ配線６３を形成する。アルミ配線６３は、よく知られたフォトリソグラフィ工程とエッチング工程（洗浄、成膜、洗浄、感光材塗布、露光、現像、エッチング、感光材剥離）によって形成する。
【００４２】
次に、第１層間絶縁膜６２およびアルミ配線６３上に、膜としての第２層間絶縁膜６４を形成する。第２層間絶縁膜６４の形成方法は、上記した、プラズマＣＶＤ法を用いる。図５（ａ）に示されるように、第２層間絶縁膜６４の上面６４ａは、アルミ配線６３の起伏が反映されて凹凸状になっている。凹凸に形成された第２層間絶縁膜６４は、ＣＭＰ装置１１によって研磨処理することにより、平坦化された上面６４ｂになる（図５（ｂ）参照）。
なお、本実施形態では、第２層間絶縁膜６４の上面６４ａを、ＣＭＰ装置１１によって研磨処理して平坦化するとしたが、これに限らず、第１層間絶縁膜６２の上面を、ＣＭＰ装置１１を用いて研磨処理を行い平坦化させるようにしてもよい。
【００４３】
図６は、ＣＭＰ装置を用いて半導体ウエハに形成された第２層間絶縁膜を研磨する研磨処理手順を示すフローチャートである。以下、研磨処理手順を、図６を参照しながら説明する。まず、半導体ウエハ４４に形成された第２層間絶縁膜６４の研磨処理を開始する。ステップＳ１１では、半導体ウエハ４４をローダ／アンローダ２２（図１参照）にセットする。セット後、矢印３１に示すように、第１搬送ロボット２３によりローダ／アンローダ２２から半導体ウエハ４４を取り出す。次に、矢印３２に示すように、第１搬送ロボット２３により、半導体ウエハ４４をウエハ反転機２５（図１参照）に導入する。
【００４４】
ステップＳ１２では、半導体ウエハ４４を反転する。ウエハ反転機２５に導入された半導体ウエハ４４の表裏を反転する。これにより、第２層間絶縁膜６４が形成された半導体ウエハ４４の表面が下に向いた状態になっている。次に、矢印３３に示すように、第２搬送ロボット２４により、ウエハ反転機２５から反転させた半導体ウエハ４４を取り出し、矢印３４に示すように、半導体ウエハ４４をＣＭＰ装置１１に導入する。
【００４５】
ステップＳ１３では、半導体ウエハ４４の表面を研磨する。まず、導入した半導体ウエハ４４を、ウエハキャリア１５（図１参照）によりターンテーブル１２上に載置する。次に、ターンテーブル１２上に載置した半導体ウエハ４４を、図示しない真空ポンプを利用して、トップリング４６（図２参照）に設けられた穴に吸着させる。次に、回転モータ４９（図２参照）によって、吸着している半導体ウエハ４４を回転させるとともに、回転モータ（図示せず）によってターンテーブル１２を回転させる。次に、スラリー供給ノズル１３からスラリー４３を吐出し、そのスラリー４３を研磨パッド４１の中央付近に滴下する（図２参照）。次に、半導体ウエハ４４の表面（研磨面）を研磨パッド４１に押し当て、エアシリンダ４８により半導体ウエハ４４を研磨パッド４１に押圧する（図２参照）。これにより、半導体ウエハ４４の表面に形成された第２層間絶縁膜６４の研磨を行う。
【００４６】
ステップＳ１４では、研磨パッド４１を洗浄する。まず、ステップＳ１３において、所定枚数の半導体ウエハ４４を研磨処理したあと、半導体ウエハ４４をウエハキャリア１５により取り出し、矢印３５に示すように、半導体ウエハ４４を洗浄装置２１に導入する（図１参照）。次に、パッドコンディショナー１６により、研磨パッド４１を洗浄する（図１参照）。
【００４７】
ステップＳ１５では、半導体ウエハ４４を反転する。まず、洗浄装置２１において、第２搬送ロボット２４により、研磨処理後の半導体ウエハ４４をウエハ反転機２５に導入する。次に、ウエハ反転機２５において半導体ウエハ４４を反転し、半導体ウエハ４４の表面が上を向く状態にする。次に、反転させた半導体ウエハ４４を、第２搬送ロボット２４により取り出し、この取り出した半導体ウエハ４４を第１洗浄機２６に導入する。
【００４８】
ステップＳ１６では、半導体ウエハ４４を洗浄する。まず、第１洗浄機２６において、半導体ウエハ４４に１次洗浄を施す。その後、第２洗浄機２７において半導体ウエハ４４に２次洗浄を施し、その後、第３洗浄機２８において半導体ウエハ４４に３次洗浄を施す。次に、半導体ウエハ４４をスピン乾燥により乾燥させる。
【００４９】
ステップＳ１７では、半導体ウエハ４４を洗浄装置２１から取り出す。まず、矢印３６に示すように、第１搬送ロボット２３により、第３洗浄機２８から半導体ウエハ４４を取り出す。次に、矢印３７に示すように、第１搬送ロボット２３により、半導体ウエハ４４をローダ／アンローダ２２に導入する。次に、ローダ／アンローダ２２から半導体ウエハ４４を取り出す。
【００５０】
ステップＳ１８では、リテーナリング４５に形成された第１〜第４の溝部５１〜５４の形状を読み込む。まず、保持装置１４とともに、リテーナリング４５を上昇させる。次に、ＣＣＤカメラ４２の撮像する向きに対して、第１の溝部５１が正面にくるように、保持装置１４の回転モータ４９を回転させる（図３参照）。次に、ＣＣＤカメラ４２によって、第１の溝部５１の側方向画像を撮像する（図４、画像Ａ参照）。次に、回転モータ４９を回転させて、第２の溝部５２がＣＣＤカメラ４２の正面になるように移動させる。次に、ＣＣＤカメラ４２によって、第２の溝部５２の画像を撮像する（図４、画像Ｂ参照）。以降、第３の溝部５３の画像（図４、画像Ｃ参照）、第４の溝部５４の画像（図４、画像Ｄ参照）を撮像する。
【００５１】
ステップＳ１９では、リテーナリング４５の第１〜第４の溝部５１〜５４の溝深さＫ〜Ｎを求める。まず、ＣＣＤカメラ４２によって撮像した第１〜第４の溝部の画像（画像Ａ〜画像Ｄ）より得られる明暗パターンに対し、複数の走査線により２値化処理を行う。次に、画像処理部（図示せず）によって、２値化処理後のデータから、それぞれの溝部の深さＫ〜Ｎを求める。
【００５２】
ステップＳ２０では、リテーナリング４５が使用限界か否かを判断する。使用限界であれば、ステップＳ２１に移行し、使用限界でなければステップＳ２３に移行する。まず、ステップＳ１９で求められた、第１〜第４の溝部５１〜５４のそれぞれの溝深さＫ〜Ｎが、例えば１．５ｍｍ以上あるか否かを判断する。また、１．５ｍｍ以上ある場合でも、次に研磨処理する研磨量によって、溝部の深さＫ〜Ｎが１．５ｍｍより少なくなるようであれば、使用限界を超えてしまうので、ステップＳ２１に移行する。
【００５３】
ステップＳ２１では、リテーナリング４５が使用限界であることを知らせる。これは、ＣＭＰ装置１１に取り付けられた表示部（図示せず）によって使用限界であることを知らせてもよいし、ブザーなどによって知らせるようにしてもよい。
【００５４】
ステップＳ２２では、使用後のリテーナリング４５を新品に交換する。使用限界になったリテーナリング４５をＣＭＰ装置１１から取り外し、新しいリテーナリング４５を取り付ける。取り付けたあと、ステップＳ２３へ移行する。
【００５５】
ステップＳ２３では、半導体ウエハ４４の研磨処理を続けるか否かを判断する。研磨処理を続けるのであれば、ステップＳ１１に移行して研磨処理を開始する。研磨処理をしないのであれば、研磨処理工程を終了する。
【００５６】
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られる。
（１）本実施形態によれば、リテーナリング４５に形成された第１〜第４の溝部５１〜５４をＣＣＤカメラ４２によって撮像し、この画像を基にして溝深さＫ〜Ｎを測定しているので、リテーナリング４５を使用限界まで使用することができる。よって、リテーナリング４５をムダに捨てることなく、コストを低減することができる。
【００５７】
（２）本実施形態によれば、リテーナリング４５を使用限界まで使用することができるので、リテーナリング４５を交換する回数を少なくすることが可能になり、メンテナンス時間を低減することができる。
【００５８】
（３）本実施形態によれば、リテーナリング４５がＣＭＰ装置１１に装着された状態で、溝深さＫ〜Ｎを測定しているので、リテーナリング４５及びトップリング４６などをＣＭＰ装置１１から外す作業が必要なく、メンテナンス時間が低減できる。
【００５９】
（４）本実施形態によれば、ＣＣＤカメラ４２によって第１〜第４の溝部５１〜５４の画像を撮像し、これを基にリテーナリング４５の使用限度を管理しているので、リテーナリング４５に形成された第１〜第４の溝部５１〜５４が使用限界以上に残っている状態で研磨処理することが可能になる。よって、この溝部５１〜５４により、半導体ウエハ４４を研磨処理したときに発生する研磨粉をリテーナリング４５の外周方向に排出することが可能になり、研磨粉による半導体ウエハ４４への傷を低減することができる。
【００６０】
なお、本実施形態は上記に限定されず、以下のような形態で実施することもできる。
（変形例１）前記実施形態では、リテーナリング４５に形成された第１〜第４の溝部５１〜５４の溝深さＫ〜Ｎの測定を、ＣＣＤカメラ４２と画像処理部とによって求めていた。これを、レーザを利用するレーザ測定機を用いて、溝深さＫ〜Ｎを管理するようにしてもよい。これによれば、第１〜第４の溝部５１〜５４にレーザを当てたときの反射波の状態により、溝深さＫ〜Ｎの測定が可能になるので、実施形態で得られる効果と同様に、リテーナリング４５を使用限界まで使用することができる。
【００６１】
（変形例２）前記実施形態では、溝深さＫ〜Ｎは、ＣＣＤカメラ４２によって撮像した画像Ａ〜Ｄを、一定の間隔をおいて走査させた走査線により２値化処理を行って求めていた。これを、ＣＣＤカメラ４２によって撮像した画像Ａ〜Ｄを、パターンマッチングによって溝深さＫ〜Ｎを求めるようにしてもよい。これによれば、予め用意されている複数の溝パターンと、ＣＣＤカメラ４２によって撮像した画像Ａ〜Ｄを比較することで、溝深さＫ〜Ｎを求めることができる。また、これに限らず、その他の画像処理方法によって溝深さＫ〜Ｎを求めるようにしてもよい。
【００６２】
（変形例３）前記実施形態では、ＣＣＤカメラ４２の撮像方向は、リテーナリング４５に対し中心に向けていた。これを、リテーナリング４５の中心方向に限定するものではなく、ＣＣＤカメラ４２によって、第１〜第４の溝部５１〜５４の形状が判別可能な位置であれば、その位置に向けて設置するようにしてもよい。
【００６３】
（変形例４）前記実施形態では、リテーナリング４５の使用可能な深さを、第１〜第４の溝部５１〜５４のそれぞれの溝深さＫ〜Ｎが、１．５ｍｍ以上あるか否かで判断していた。これを、溝深さＫ〜Ｎの平均をとって、その値が１．５ｍｍあれば、使用可能であると判断するようにしてもよい。また、溝深さＫ〜Ｎのうち１つの溝深さのみを測定して、リテーナリング４５の使用限界を管理するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】一実施形態によるＣＭＰシステムの構成を模式的に示す概略構成図。
【図２】ＣＭＰ装置の構成を模式的に示す概略断面図。
【図３】ＣＭＰ装置の研磨パッドを模式的に示す模式平面図。
【図４】溝部の画像を取り込んだ状態を示す模式図。
【図５】研磨前後の半導体装置を示す概略断面図。
【図６】ＣＭＰ装置による研磨処理手順を示すフローチャート。
【図７】従来のＣＭＰ装置の構成を模式的に示す概略断面図。
【符号の説明】
【００６５】
１０…ＣＭＰシステム、１１…ＣＭＰ装置、１２…ターンテーブル、１３…スラリー供給ノズル、１４…保持装置、２２…ローダ／アンローダ、４１…研磨パッド、４２…測定手段を構成する撮像装置としてのＣＣＤカメラ、４３…スラリー、４４…被研磨基板としての半導体ウエハ、４５…リテーナリング、４６…トップリング、５０…リテーナリングを構成するリテーナリング本体、５１…リテーナリングを構成する第１の溝部、５２…リテーナリングを構成する第２の溝部、５３…リテーナリングを構成する第３の溝部、５４…リテーナリングを構成する第４の溝部、６１…シリコン基板、６２…第１層間絶縁膜、６３…アルミ配線、６４…膜としての第２層間絶縁膜、６４ａ，６４ｂ…上面。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＭＰ装置、ＣＭＰ研磨方法、及び、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）装置は、被研磨基板である半導体ウエハ上に成膜された膜を平坦にするために用いられる。対象となる膜は、例えば、ＳｉＯ2（シリコン酸化）膜、Ｃｕ（銅）膜、Ｗ（タングステン）膜など様々である。ＣＭＰ装置は、スラリーと呼ばれる研磨剤と研磨パッドと呼ばれる研磨布で主に構成され、研磨パッド上にスラリーを塗布しつつ、半導体ウエハと研磨パッドを回転させて研磨を行うものである。
【０００３】
従来のＣＭＰ装置は、図７に示すように、ターンテーブル１０１を有しており、このターンテーブル１０１の下部には回転軸（図示せず）を介して回転モータ（図示せず）が取り付けられている。ターンテーブル１０１の上面には、研磨パッド１０２が貼り付けられている。研磨パッド１０２の上方には、半導体ウエハ１０５を保持する保持装置（例えば、ポリッシングヘッドやウエハ吸着ヘッド）１００が配置されている。また、研磨パッド１０２の上方には、スラリー１０３を吐出するスラリー供給ノズル１０４が配置されている。
【０００４】
保持装置１００は、半導体ウエハ１０５が回転することによる側方への飛び出しを規制しているガイドリングを有する（例えば、特許文献１）。
更に、保持装置１００は、半導体ウエハ１０５を吸着して保持するトップリング１０７を有する。トップリング１０７は、ガイドリング１０６の上方に配置され、吸着機構（図示せず）の吸着によって半導体ウエハ１０５を固定している。トップリング１０７は、半導体ウエハ１０５を均一に研磨するために、高精度の平坦度を有している。トップリング１０７は、フランジ１０８に取り付けられており、フランジ１０８の上部に連結されたエアシリンダ１０９を介して回転モータ１１０に取り付けられている。
【０００５】
上記ＣＭＰ装置において、半導体ウエハ１０５を研磨処理する場合、まず、トップリング１０７の下面に半導体ウエハ１０５の裏面を真空吸着し、回転モータ１１０によって保持装置１００を回転させる。そして、回転モータ（図示せず）によってターンテーブル１０１を回転させ、スラリー供給ノズル１０４からスラリー１０３を吐出し、そのスラリー１０３を研磨パッド１０２の中央付近に滴下する。次に、半導体ウエハ１０５の側面をガイドしながら研磨するために、半導体ウエハ１０５の表面（研磨面）とともに半導体ウエハ１０５をガイドするガイドリング１０６を研磨パッド１０２に押し当てる。これにより、半導体ウエハ１０５とガイドリング１０６を同時に研磨し、半導体ウエハ１０５に形成された膜を平坦化している。
【０００６】
しかしながら、半導体ウエハ１０５とともにガイドリング１０６も研磨するので、半導体ウエハ１０５を研磨していく毎にガイドリング１０６が薄くなってしまっていた。薄くなると、ガイドリング１０６の下面に形成された、半導体ウエハ１０５の研磨粉を排出する排出溝（図示せず）がなくなってしまうので研磨粉を排出できず、半導体ウエハ１０５に傷を付けるなどの悪影響を及ぼしていた。よって、半導体ウエハ１０５の処理枚数によってガイドリング１０６の交換時期を管理していた。
【０００７】
【特許文献１】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】
【０００８】
しかしながら、処理枚数によってガイドリング１０６を交換すると、半導体ウエハ毎に研磨量が異なるので、ガイドリング１０６が使用可能な状態であっても処分してしまうことがあった。図７（ｂ）に示すように、ガイドリング１０６において、研磨処理前の幅寸法をＨ、処理枚数によって交換するときの幅寸法をＩ、使用限界の幅寸法をＪとする。処理枚数によって交換することにより、ガイドリング１０６が使用可能な状態にあるにも関わらず無駄に捨ててしまったり、メンテナンス時間が多くなったりするという問題があった。その結果、コストがかかってしまっていた。
また、研磨処理量が多く、ガイドリング１０６の使用限界寸法Ｊを超えて研磨処理をした場合、半導体ウエハ上に形成された膜を均一に平坦化できなかったり、膜にスクラッチ（傷）が発生したりするという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、ガイドリングを無駄に捨てることなくほぼ使用限界まで使用できる、ＣＭＰ装置、ＣＭＰ研磨方法、及び、半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題を解決するために、本発明に係るＣＭＰ装置は、被研磨基板をＣＭＰ研磨するＣＭＰ装置であって、前記被研磨基板の側面を保持するリテーナリングと、前記リテーナリングの底面に形成された溝の深さを測定可能な測定手段とを備えた。
【００１１】
この構成によれば、リテーナリングの底面に形成された溝の深さを測定手段によって測定しているので、リテーナリングの溝深さと使用限界値とを比較することができ、使用限界まで使用することが可能になる。これにより、リテーナリングを使用限界より多く残したことによる、ムダを抑えることができる。また、リテーナリングの使用限界を超えて使用したときの、被研磨基板を研磨したときに発生する研磨粉が排出されずに、被研磨基板を傷つけるなどの悪影響を抑制することができる。更に、リテーナリングを使用限界まで使用するので、リテーナリングを交換する回数を少なくすることができ、メンテナンス時間を低減することが可能になる。
【００１２】
本発明に係るＣＭＰ装置では、前記測定手段は、撮像装置によって撮像された画像の画像処理により溝深さを測定することが望ましい。
【００１３】
この構成によれば、撮像装置によってリテーナリングに形成された溝の画像を取り込み、その画像を画像処理することよって溝深さを測定することができる。よって、機械的に接触させて測定することによる、測定装置が汚れることを防止することが可能になる。また、接触させる測定位置まで移動することなく、測定することが可能になる。
【００１４】
本発明に係るＣＭＰ装置では、前記測定手段は、レーザを用いて測定することが望ましい。
【００１５】
この構成によれば、レーザを用いて測定することにより、リテーナリングに形成された溝の深さを求めることができる。よって、機械的に接触させて測定することによる、測定装置が汚れることを防止することが可能になる。また、接触させる測定位置まで移動することなく、測定することが可能になる。
【００１６】
本発明に係るＣＭＰ装置では、前記被研磨基板は、半導体ウエハである。
【００１７】
この構成によれば、リテーナリングの溝深さを測定しながら半導体ウエハを研磨するので、リテーナリングの使用限界を超えて使用したときの、研磨粉が排出されずに半導体ウエハを傷付けるなどの悪影響を抑制することができる。よって半導体ウエハの不良を低減することが可能になる。
【００１８】
上記問題を解決するために、本発明に係るＣＭＰ研磨方法は、半導体ウエハの側面を保持するリテーナリングと、前記リテーナリングに形成された溝の深さを測定可能な測定手段とを備えたＣＭＰ装置を用いて前記半導体ウエハの研磨を行うＣＭＰ研磨方法であって、前記リテーナリングに形成された溝の深さを測定する測定工程と、前記測定した溝の深さが使用限界を超えていない値のとき、前記リテーナリングとともに前記半導体ウエハを研磨する研磨工程とを有する。
【００１９】
この構成によれば、測定手段を備えたＣＭＰ装置において、リテーナリングに形成された溝の深さを測定する測定工程と、リテーナリングの使用限界を超えていない状態で研磨処理する研磨工程とにより、リテーナリングをムダなく使用することができる。また、リテーナリングをほぼ使用限界まで使用するので、リテーナリングを交換する回数を少なくすることができ、メンテナンス時間を低減することが可能になる。
【００２０】
上記問題を解決するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、ＣＭＰ研磨方法を用いて研磨することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係るＣＭＰ装置の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態のＣＭＰ装置が組み込まれたＣＭＰシステム全体を模式的に示す構成図である。以下、本実施形態のＣＭＰシステムの構成を、図１を参照しながら説明する。本実施形態のＣＭＰシステム１０は、ＣＭＰ装置１１と、洗浄装置２１とを有する。
【００２２】
ＣＭＰ装置１１は、研磨布である研磨パッドを載置して回転させるターンテーブル１２と、研磨パッド上に研磨剤であるスラリーを供給するスラリー供給ノズル１３と、被研磨基板である半導体ウエハを保持する保持装置１４と、半導体ウエハを搬送するウエハキャリア１５と、研磨パッドを洗浄するパッドコンディショナー１６とを有する。
【００２３】
洗浄装置２１は、半導体ウエハをロード及びアンロードするローダ／アンローダ２２と、半導体ウエハを搬送する第１搬送ロボット２３と第２搬送ロボット２４と、半導体ウエハを反転させるウエハ反転機２５と、半導体ウエハを洗浄する第１洗浄機２６と第２洗浄機２７と第３洗浄機２８とを有する。
【００２４】
図２は、ＣＭＰ装置の構造を模式的に示した模式断面図である。以下、ＣＭＰ装置の構造を、図２を参照しながら説明する。ＣＭＰ装置１１は、ターンテーブル１２と、研磨パッド４１と、保持装置１４と、スラリー供給ノズル１３と、撮像装置であるＣＣＤカメラ４２とを有する。
【００２５】
ターンテーブル１２は、回転軸（図示せず）を介して回転モータ（図示せず）が取り付けられており、回転モータの駆動により回転可能となっている。
【００２６】
研磨パッド４１は、ターンテーブル１２の上面に貼り付けられており、ターンテーブル１２の回転と共に回転可能となっている。研磨パッド４１は、例えば、発泡ポリウレタン製で構成されている。また、研磨パッド４１の表面には、スラリー４３を保持しながら半導体ウエハ４４を研磨するために、穴や溝が形成されている。
【００２７】
保持装置１４は、ターンテーブル１２の上方に配置され、リテーナリング４５と、トップリング４６と、フランジ４７と、エアシリンダ４８と、回転モータ４９とを有する。
【００２８】
リテーナリング４５は、半導体ウエハ４４の側面をガイドしている。このリテーナリング４５により、回転モータ４９によって半導体ウエハ４４を回転させたときに、半導体ウエハ４４がＣＭＰ装置１１から飛び出さないようにしている。リテーナリング４５は、樹脂製であり、例えばＰＰＳ（Poly Phenylen Sulfide）で構成されている。また、リテーナリング４５は、研磨処理時に半導体ウエハ４４のエッジがだれないように、半導体ウエハ４４と同時に研磨される。これにより、半導体ウエハ４４の平坦度を維持するとともに、半導体ウエハ４４のエッジがだれないように研磨することが可能になっている。
また、リテーナリング４５は、トップリング４６の内部に設けられたスライド機構（図示せず）によって、上下方向への調整が可能になっている。これにより、リテーナリング４５は、半導体ウエハ４４とともに研磨されて薄くなった分量だけトップリング４６から突出する方向へ移動させ、半導体ウエハ４４をその側面の適正な高さでガイドすることが可能になる。なお、リテーナリング４５の使用限度は、リテーナリング４５の底面（研磨パッド４１側）に形成された溝部の深さを測定することにより管理している。
【００２９】
トップリング４６は、リテーナリング４５の上側に配置され、半導体ウエハ４４を吸着している。トップリング４６は、半導体ウエハ４４を回転させるために、回転可能な状態に設けられている。トップリング４６の材質は、例えば、セラミック製である。トップリング４６には、半導体ウエハ４４を吸着するための孔（図示せず）が設けられている。この孔は、半導体ウエハ４４を真空吸着する際に、真空引きするための真空ポンプ（図示せず）に接続されている。トップリング４６の下面は、半導体ウエハ４４を水平に取り付けるために、高精度の平坦度を有している。
また、トップリング４６は、トップリング４６の上側に配置されたフランジ４７に取り付けられている。フランジ４７は、半導体ウエハ４４を上下させるためのエアシリンダ４８を介して、回転モータ４９に取り付けられている。上記構成により、回転モータ４９の回転によって半導体ウエハ４４が回転するようになっている。
【００３０】
スラリー供給ノズル１３は、研磨パッド４１の上方に配置され、スラリー４３を吐出することが可能になっている。スラリー４３は、例えば、シリカ（ＳｉＯ2粒子＝砥粒）を含む液体である。スラリー４３の吐出量は、例えば、１分間当り１３０ｃｃである。また、スラリー４３は、シリカを凝集させないために、分散材としてのアンモニアを含有する。
【００３１】
測定手段を構成するＣＣＤカメラ４２は、リテーナリング４５に形成された、溝部の明暗パターンを撮像することが可能な位置に配置されている。本実施形態では、半導体ウエハ４４を交換するときなど、保持装置１４が研磨パッド４１より上昇した位置で撮像するようにしている。また、ＣＣＤカメラ４２は、測定手段を構成する画像処理部４２ａを備えており、ＣＣＤカメラ４２によって撮像したリテーナリング４５の溝部（図３，４参照）の画像から、画像処理部によって溝部の深さを求めている。
【００３２】
図３は、リテーナリングを、図２において下側（研磨パッド側）からみた模式平面図である。以下、リテーナリングの構成を、図３を参照しながら説明する。リテーナリング４５は、リテーナリング本体５０と、第１〜第４の溝部５１〜５４とを有する。
【００３３】
リテーナリング本体５０は、全体を円形の平板で構成されており、中央に半導体ウエハ４４をガイドする丸孔５５が形成されている。リテーナリング本体５０は、例えば、スチレンで構成されている。
【００３４】
第１〜第４の溝部５１〜５４は、リテーナリング本体５０の片側の面（研磨パッド４１と対向する面）に、それぞれ周方向に均等な間隔をあけて形成されている。第１〜第４の溝部５１〜５４は、それぞれリテーナリング４５の中心から外周方向に向かって斜めに切り込まれている。これにより、研磨処理時に発生する研磨粉が、リテーナリング４５の外周方向に排出しやすくなっている。第１〜第４の溝部５１〜５４は、例えば、リテーナリング４５の厚みの半分までの深さを有する。また、リテーナリング４５は、トップリング４６に取り付けられたとき、第１〜第４の溝部５１〜５４が下面にくる状態に配置されている。
【００３５】
リテーナリング４５に形成された第１〜第４の溝部５１〜５４の形状は、ＣＭＰ装置１１に取り付けられた状態で、図３に示すように、リテーナリング４５の側方からＣＣＤカメラ４２によって画像として取り込まれる。ＣＣＤカメラ４２は、例えば、リテーナリング４５の中心に向くように配置されている。また、ＣＣＤカメラ４２は、第１〜第４の溝部５１〜５４の画像Ａ〜Ｄを、リテーナリング４５を矢印方向に順次回転させることにより撮像する。なお、画像Ａ〜Ｄは、リテーナリング４５の側方から撮像した画像をいう。このとき、例えば、ターンテーブル１２に設けられた回転位置決め機構（図示せず）によって、最初に位置決めした位置から１／４周ずつ回転させるようにしてもよい。また、回転位置決め機構が設けられていない場合、リテーナリング４５をゆっくり回転させながら撮像するようにしてもよい。
【００３６】
図４は、リテーナリングに形成された第１〜第４の溝部を撮像した画像を示す模式図である。以下、第１〜第４の溝部の画像を基に溝部の深さ求める方法について、図４を参照しながら説明する。
【００３７】
図４に示すように、画像Ａ〜画像Ｄは、ＣＣＤカメラ４２によって第１〜第４の溝部５１〜５４を撮像した画像を示している。画像Ａは第１の溝部５１を撮像した画像であり、画像Ｂは第２の溝部５２を撮像した画像であり、画像Ｃは第３の溝部５３を撮像した画像であり、画像Ｄは第４の溝部５４を撮像した画像である。
【００３８】
まず、ＣＣＤカメラ４２によって第１の溝部５１を撮像する。撮像された画像は、モノクロ画像であり、リテーナリング４５の側面４５ａが白色（明るい）、第１の溝部５１を含んだそれ以外の部分が黒色（暗い）となっている。画像処理部（図示せず）は、ＣＣＤカメラ４２より得られる明暗パターンの画像（第１の溝部５１）を、明暗パターンに対して一定の間隔をおいて走査させた走査線により２値化処理を行う。２値化処理とは、モノクロ画像を白と黒に分けることであり、モノクロ画像に対してしきい値を設け、それより明るいか暗いかによって白と黒の２つの画像に分ける処理をいう。更に画像処理部は、複数の走査線のうち、１本の走査線で「白」の領域と「黒」の領域とが組み合わされた走査線の数を加算し、この走査線の数と走査線の間隔とから第１の溝部５１の深さＫを求めている。つまり、第１の溝部５１を走査した走査線によって溝深さＫを算出している。
【００３９】
以降、画像Ｂ〜画像Ｄまでを順次撮像していく。画像処理部は、画像Ａ〜画像Ｄのそれぞれの深さＫ，Ｌ，Ｍ，Ｎの値と、リテーナリング４５の使用限界深さとを比較する。なお、リテーナリング４５の使用限界溝深さＸは、例えば、１．５ｍｍである。画像Ａ〜画像Ｄを基に求められたそれぞれの溝深さＫ〜Ｎのうち一番小さい値から、これから行う研磨処理で研磨する研磨量を引いた値が、１．５ｍｍより小さくなるようであれば、リテーナリング４５を交換する。溝深さＫ〜Ｎが１．５ｍｍより小さくならないようであれば、研磨処理を引き続き行う。これにより、第１〜第４の溝部５１〜５４を使用限界の深さ以上に残した状態で、研磨処理を行うことが出来る。
【００４０】
図５は、半導体装置の構成を模式的に示す模式断面図であり、同図（ａ）は、ＣＭＰ研磨処理前の状態を示した模式断面図、同図（ｂ）は、ＣＭＰ研磨処理後の状態を示す模式断面図である。以下、半導体装置の製造方法を、図５を参照しながら説明する。
図５（ａ）に示されるように、まず、シリコン基板６１上に第１層間絶縁膜６２を形成する。第１層間絶縁膜６２は、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2）を原料として、プラズマＣＶＤにより形成する。
【００４１】
次に、第１層間絶縁膜６２上に、アルミ配線６３を形成する。アルミ配線６３は、よく知られたフォトリソグラフィ工程とエッチング工程（洗浄、成膜、洗浄、感光材塗布、露光、現像、エッチング、感光材剥離）によって形成する。
【００４２】
次に、第１層間絶縁膜６２およびアルミ配線６３上に、膜としての第２層間絶縁膜６４を形成する。第２層間絶縁膜６４の形成方法は、上記した、プラズマＣＶＤ法を用いる。図５（ａ）に示されるように、第２層間絶縁膜６４の上面６４ａは、アルミ配線６３の起伏が反映されて凹凸状になっている。凹凸に形成された第２層間絶縁膜６４は、ＣＭＰ装置１１によって研磨処理することにより、平坦化された上面６４ｂになる（図５（ｂ）参照）。
なお、本実施形態では、第２層間絶縁膜６４の上面６４ａを、ＣＭＰ装置１１によって研磨処理して平坦化するとしたが、これに限らず、第１層間絶縁膜６２の上面を、ＣＭＰ装置１１を用いて研磨処理を行い平坦化させるようにしてもよい。
【００４３】
図６は、ＣＭＰ装置を用いて半導体ウエハに形成された第２層間絶縁膜を研磨する研磨処理手順を示すフローチャートである。以下、研磨処理手順を、図６を参照しながら説明する。まず、半導体ウエハ４４に形成された第２層間絶縁膜６４の研磨処理を開始する。ステップＳ１１では、半導体ウエハ４４をローダ／アンローダ２２（図１参照）にセットする。セット後、矢印３１に示すように、第１搬送ロボット２３によりローダ／アンローダ２２から半導体ウエハ４４を取り出す。次に、矢印３２に示すように、第１搬送ロボット２３により、半導体ウエハ４４をウエハ反転機２５（図１参照）に導入する。
【００４４】
ステップＳ１２では、半導体ウエハ４４を反転する。ウエハ反転機２５に導入された半導体ウエハ４４の表裏を反転する。これにより、第２層間絶縁膜６４が形成された半導体ウエハ４４の表面が下に向いた状態になっている。次に、矢印３３に示すように、第２搬送ロボット２４により、ウエハ反転機２５から反転させた半導体ウエハ４４を取り出し、矢印３４に示すように、半導体ウエハ４４をＣＭＰ装置１１に導入する。
【００４５】
ステップＳ１３では、半導体ウエハ４４の表面を研磨する。まず、導入した半導体ウエハ４４を、ウエハキャリア１５（図１参照）によりターンテーブル１２上に載置する。次に、ターンテーブル１２上に載置した半導体ウエハ４４を、図示しない真空ポンプを利用して、トップリング４６（図２参照）に設けられた穴に吸着させる。次に、回転モータ４９（図２参照）によって、吸着している半導体ウエハ４４を回転させるとともに、回転モータ（図示せず）によってターンテーブル１２を回転させる。次に、スラリー供給ノズル１３からスラリー４３を吐出し、そのスラリー４３を研磨パッド４１の中央付近に滴下する（図２参照）。次に、半導体ウエハ４４の表面（研磨面）を研磨パッド４１に押し当て、エアシリンダ４８により半導体ウエハ４４を研磨パッド４１に押圧する（図２参照）。これにより、半導体ウエハ４４の表面に形成された第２層間絶縁膜６４の研磨を行う。
【００４６】
ステップＳ１４では、研磨パッド４１を洗浄する。まず、ステップＳ１３において、所定枚数の半導体ウエハ４４を研磨処理したあと、半導体ウエハ４４をウエハキャリア１５により取り出し、矢印３５に示すように、半導体ウエハ４４を洗浄装置２１に導入する（図１参照）。次に、パッドコンディショナー１６により、研磨パッド４１を洗浄する（図１参照）。
【００４７】
ステップＳ１５では、半導体ウエハ４４を反転する。まず、洗浄装置２１において、第２搬送ロボット２４により、研磨処理後の半導体ウエハ４４をウエハ反転機２５に導入する。次に、ウエハ反転機２５において半導体ウエハ４４を反転し、半導体ウエハ４４の表面が上を向く状態にする。次に、反転させた半導体ウエハ４４を、第２搬送ロボット２４により取り出し、この取り出した半導体ウエハ４４を第１洗浄機２６に導入する。
【００４８】
ステップＳ１６では、半導体ウエハ４４を洗浄する。まず、第１洗浄機２６において、半導体ウエハ４４に１次洗浄を施す。その後、第２洗浄機２７において半導体ウエハ４４に２次洗浄を施し、その後、第３洗浄機２８において半導体ウエハ４４に３次洗浄を施す。次に、半導体ウエハ４４をスピン乾燥により乾燥させる。
【００４９】
ステップＳ１７では、半導体ウエハ４４を洗浄装置２１から取り出す。まず、矢印３６に示すように、第１搬送ロボット２３により、第３洗浄機２８から半導体ウエハ４４を取り出す。次に、矢印３７に示すように、第１搬送ロボット２３により、半導体ウエハ４４をローダ／アンローダ２２に導入する。次に、ローダ／アンローダ２２から半導体ウエハ４４を取り出す。
【００５０】
ステップＳ１８では、リテーナリング４５に形成された第１〜第４の溝部５１〜５４の形状を読み込む。まず、保持装置１４とともに、リテーナリング４５を上昇させる。次に、ＣＣＤカメラ４２の撮像する向きに対して、第１の溝部５１が正面にくるように、保持装置１４の回転モータ４９を回転させる（図３参照）。次に、ＣＣＤカメラ４２によって、第１の溝部５１の側方向画像を撮像する（図４、画像Ａ参照）。次に、回転モータ４９を回転させて、第２の溝部５２がＣＣＤカメラ４２の正面になるように移動させる。次に、ＣＣＤカメラ４２によって、第２の溝部５２の画像を撮像する（図４、画像Ｂ参照）。以降、第３の溝部５３の画像（図４、画像Ｃ参照）、第４の溝部５４の画像（図４、画像Ｄ参照）を撮像する。
【００５１】
ステップＳ１９では、リテーナリング４５の第１〜第４の溝部５１〜５４の溝深さＫ〜Ｎを求める。まず、ＣＣＤカメラ４２によって撮像した第１〜第４の溝部の画像（画像Ａ〜画像Ｄ）より得られる明暗パターンに対し、複数の走査線により２値化処理を行う。次に、画像処理部（図示せず）によって、２値化処理後のデータから、それぞれの溝部の深さＫ〜Ｎを求める。
【００５２】
ステップＳ２０では、リテーナリング４５が使用限界か否かを判断する。使用限界であれば、ステップＳ２１に移行し、使用限界でなければステップＳ２３に移行する。まず、ステップＳ１９で求められた、第１〜第４の溝部５１〜５４のそれぞれの溝深さＫ〜Ｎが、例えば１．５ｍｍ以上あるか否かを判断する。また、１．５ｍｍ以上ある場合でも、次に研磨処理する研磨量によって、溝部の深さＫ〜Ｎが１．５ｍｍより少なくなるようであれば、使用限界を超えてしまうので、ステップＳ２１に移行する。
【００５３】
ステップＳ２１では、リテーナリング４５が使用限界であることを知らせる。これは、ＣＭＰ装置１１に取り付けられた表示部（図示せず）によって使用限界であることを知らせてもよいし、ブザーなどによって知らせるようにしてもよい。
【００５４】
ステップＳ２２では、使用後のリテーナリング４５を新品に交換する。使用限界になったリテーナリング４５をＣＭＰ装置１１から取り外し、新しいリテーナリング４５を取り付ける。取り付けたあと、ステップＳ２３へ移行する。
【００５５】
ステップＳ２３では、半導体ウエハ４４の研磨処理を続けるか否かを判断する。研磨処理を続けるのであれば、ステップＳ１１に移行して研磨処理を開始する。研磨処理をしないのであれば、研磨処理工程を終了する。
【００５６】
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られる。
（１）本実施形態によれば、リテーナリング４５に形成された第１〜第４の溝部５１〜５４をＣＣＤカメラ４２によって撮像し、この画像を基にして溝深さＫ〜Ｎを測定しているので、リテーナリング４５を使用限界まで使用することができる。よって、リテーナリング４５をムダに捨てることなく、コストを低減することができる。
【００５７】
（２）本実施形態によれば、リテーナリング４５を使用限界まで使用することができるので、リテーナリング４５を交換する回数を少なくすることが可能になり、メンテナンス時間を低減することができる。
【００５８】
（３）本実施形態によれば、リテーナリング４５がＣＭＰ装置１１に装着された状態で、溝深さＫ〜Ｎを測定しているので、リテーナリング４５及びトップリング４６などをＣＭＰ装置１１から外す作業が必要なく、メンテナンス時間が低減できる。
【００５９】
（４）本実施形態によれば、ＣＣＤカメラ４２によって第１〜第４の溝部５１〜５４の画像を撮像し、これを基にリテーナリング４５の使用限度を管理しているので、リテーナリング４５に形成された第１〜第４の溝部５１〜５４が使用限界以上に残っている状態で研磨処理することが可能になる。よって、この溝部５１〜５４により、半導体ウエハ４４を研磨処理したときに発生する研磨粉をリテーナリング４５の外周方向に排出することが可能になり、研磨粉による半導体ウエハ４４への傷を低減することができる。
【００６０】
なお、本実施形態は上記に限定されず、以下のような形態で実施することもできる。
（変形例１）前記実施形態では、リテーナリング４５に形成された第１〜第４の溝部５１〜５４の溝深さＫ〜Ｎの測定を、ＣＣＤカメラ４２と画像処理部とによって求めていた。これを、レーザを利用するレーザ測定機を用いて、溝深さＫ〜Ｎを管理するようにしてもよい。これによれば、第１〜第４の溝部５１〜５４にレーザを当てたときの反射波の状態により、溝深さＫ〜Ｎの測定が可能になるので、実施形態で得られる効果と同様に、リテーナリング４５を使用限界まで使用することができる。
【００６１】
（変形例２）前記実施形態では、溝深さＫ〜Ｎは、ＣＣＤカメラ４２によって撮像した画像Ａ〜Ｄを、一定の間隔をおいて走査させた走査線により２値化処理を行って求めていた。これを、ＣＣＤカメラ４２によって撮像した画像Ａ〜Ｄを、パターンマッチングによって溝深さＫ〜Ｎを求めるようにしてもよい。これによれば、予め用意されている複数の溝パターンと、ＣＣＤカメラ４２によって撮像した画像Ａ〜Ｄを比較することで、溝深さＫ〜Ｎを求めることができる。また、これに限らず、その他の画像処理方法によって溝深さＫ〜Ｎを求めるようにしてもよい。
【００６２】
（変形例３）前記実施形態では、ＣＣＤカメラ４２の撮像方向は、リテーナリング４５に対し中心に向けていた。これを、リテーナリング４５の中心方向に限定するものではなく、ＣＣＤカメラ４２によって、第１〜第４の溝部５１〜５４の形状が判別可能な位置であれば、その位置に向けて設置するようにしてもよい。
【００６３】
（変形例４）前記実施形態では、リテーナリング４５の使用可能な深さを、第１〜第４の溝部５１〜５４のそれぞれの溝深さＫ〜Ｎが、１．５ｍｍ以上あるか否かで判断していた。これを、溝深さＫ〜Ｎの平均をとって、その値が１．５ｍｍあれば、使用可能であると判断するようにしてもよい。また、溝深さＫ〜Ｎのうち１つの溝深さのみを測定して、リテーナリング４５の使用限界を管理するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】一実施形態によるＣＭＰシステムの構成を模式的に示す概略構成図。
【図２】ＣＭＰ装置の構成を模式的に示す概略断面図。
【図３】ＣＭＰ装置の研磨パッドを模式的に示す模式平面図。
【図４】溝部の画像を取り込んだ状態を示す模式図。
【図５】研磨前後の半導体装置を示す概略断面図。
【図６】ＣＭＰ装置による研磨処理手順を示すフローチャート。
【図７】従来のＣＭＰ装置の構成を模式的に示す概略断面図。
【符号の説明】
【００６５】
１０…ＣＭＰシステム、１１…ＣＭＰ装置、１２…ターンテーブル、１３…スラリー供給ノズル、１４…保持装置、２２…ローダ／アンローダ、４１…研磨パッド、４２…測定手段を構成する撮像装置としてのＣＣＤカメラ、４３…スラリー、４４…被研磨基板としての半導体ウエハ、４５…リテーナリング、４６…トップリング、５０…リテーナリングを構成するリテーナリング本体、５１…リテーナリングを構成する第１の溝部、５２…リテーナリングを構成する第２の溝部、５３…リテーナリングを構成する第３の溝部、５４…リテーナリングを構成する第４の溝部、６１…シリコン基板、６２…第１層間絶縁膜、６３…アルミ配線、６４…膜としての第２層間絶縁膜、６４ａ，６４ｂ…上面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被研磨基板をＣＭＰ研磨するＣＭＰ装置であって、
前記被研磨基板の側面を保持するリテーナリングと、
前記リテーナリングの底面に形成された溝の深さを測定可能な測定手段と
を備えたことを特徴とするＣＭＰ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＣＭＰ装置であって、
前記測定手段は、撮像装置によって撮像された画像の画像処理により溝深さを測定することを特徴とするＣＭＰ装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のＣＭＰ装置であって、
前記測定手段は、レーザを用いて測定することを特徴とするＣＭＰ装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のＣＭＰ装置であって、
前記被研磨基板は、半導体ウエハであることを特徴とするＣＭＰ装置。
【請求項５】
半導体ウエハの側面を保持するリテーナリングと、
前記リテーナリングに形成された溝の深さを測定可能な測定手段と
を備えたＣＭＰ装置を用いて前記半導体ウエハの研磨を行うＣＭＰ研磨方法であって、
前記リテーナリングに形成された溝の深さを測定する測定工程と、
前記測定した溝の深さが使用限界を超えていない値のとき、前記リテーナリングとともに前記半導体ウエハを研磨する研磨工程と
を有することを特徴とするＣＭＰ研磨方法。
【請求項６】
請求項５に記載のＣＭＰ研磨方法を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１】
被研磨基板をＣＭＰ研磨するＣＭＰ装置であって、
前記被研磨基板の側面を保持するリテーナリングと、
前記リテーナリングの底面に形成された溝の深さを測定可能な測定手段と
を備えたことを特徴とするＣＭＰ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＣＭＰ装置であって、
前記測定手段は、撮像装置によって撮像された画像の画像処理により溝深さを測定することを特徴とするＣＭＰ装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のＣＭＰ装置であって、
前記測定手段は、レーザを用いて測定することを特徴とするＣＭＰ装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のＣＭＰ装置であって、
前記被研磨基板は、半導体ウエハであることを特徴とするＣＭＰ装置。
【請求項５】
半導体ウエハの側面を保持するリテーナリングと、
前記リテーナリングに形成された溝の深さを測定可能な測定手段と
を備えたＣＭＰ装置を用いて前記半導体ウエハの研磨を行うＣＭＰ研磨方法であって、
前記リテーナリングに形成された溝の深さを測定する測定工程と、
前記測定した溝の深さが使用限界を超えていない値のとき、前記リテーナリングとともに前記半導体ウエハを研磨する研磨工程と
を有することを特徴とするＣＭＰ研磨方法。
【請求項６】
請求項５に記載のＣＭＰ研磨方法を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−３５３５３（Ｐ２００６−３５３５３Ａ）
【公開日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２１６８９３（Ｐ２００４−２１６８９３）
【出願日】平成１６年７月２６日（２００４．７．２６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月２６日（２００４．７．２６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]