WO2004002681A1 - 研磨パッド等の寿命・良否判定方法、研磨パッドのコンディショニング方法、研磨装置、半導体デバイス及び半導体デバイス製造方法 - Google Patents

研磨パッド等の寿命・良否判定方法、研磨パッドのコンディショニング方法、研磨装置、半導体デバイス及び半導体デバイス製造方法 Download PDF

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WO2004002681A1
WO2004002681A1 PCT/JP2003/008216 JP0308216W WO2004002681A1 WO 2004002681 A1 WO2004002681 A1 WO 2004002681A1 JP 0308216 W JP0308216 W JP 0308216W WO 2004002681 A1 WO2004002681 A1 WO 2004002681A1
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WO
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polishing
conditioning
polishing pad
conditioner
thickness
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Application number
PCT/JP2003/008216
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English (en)
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Inventor
Susumu Hoshino
Original Assignee
Nikon Corporation
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B53/00—Devices or means for dressing or conditioning abrasive surfaces
    • B24B53/017—Devices or means for dressing, cleaning or otherwise conditioning lapping tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/12—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation involving optical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/18—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation taking regard of the presence of dressing tools
    • B24B49/186—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation taking regard of the presence of dressing tools taking regard of the wear of the dressing tools

Definitions

  • the present invention relates to a polishing technique, and particularly to a polishing pad life determining method, a conditioner life determining method, a conditioner quality determining method, a polishing pad conditioning method, a polishing apparatus, a semiconductor device, and a semiconductor device manufacturing method. Things. Background art
  • polishing apparatus for example, chemical mechanical polishing (Chemical mechanical polishing) for global flattening of a surface of a semiconductor device wafer or the like.
  • CMP is a process of removing the surface irregularities of a wafer by using chemical polishing (melting with a polishing agent or a solution) in combination with physical polishing. Polishing is performed by pressing the wafer surface with the pad and causing relative movement, thereby enabling uniform polishing within the wafer surface. In such a polisher, the polished surface of the polishing pad is clogged and deteriorates according to the polishing time. Therefore, regular conditioning (also referred to as dressing) is performed and good processing is continued. Like a maintainer Is performed.
  • This conditioning is performed by bringing the polishing surface of the polishing pad into contact with the conditioning surface of a conditioner (also referred to as a conditioning tool or a dressing tool) and moving the polishing pad and the conditioner relative to each other.
  • a conditioner also referred to as a conditioning tool or a dressing tool
  • the conditioner for example, a tool in which abrasive grains such as diamond particles are distributed over the entire annular or disk-shaped conditioning surface is used.
  • the relative movement is performed, for example, by rotating both the polishing pad and the conditioner.
  • the thickness of the polishing pad is determined by the consumption caused by the polishing of the object to be polished such as a wafer and the consumption caused by the conditioning ( As a result of cutting, the desired polishing characteristics cannot be obtained over time, and the service life is exhausted.
  • a conditioning device that performs the conditioning generally includes the conditioner and a holding unit that holds the conditioner.
  • the conditioning surface of the conditioner is also consumed due to the conditioning of the polishing pad, so that the desired conditioning characteristics cannot be obtained before long, and the life is over. Therefore, conventionally, the life of the conditioner was determined based on the accumulated time and the number of times of conditioning by the conditioner, and when it was determined that the life had expired, the conditioner was replaced with a new one. And a new con Conditioners always have the desired conditioning characteristics and can be used for conditioning polishing pads without special checks.
  • conditioning of a polishing pad was performed every time a predetermined number of objects to be polished were polished by the polishing pad. However, conditioning was performed each time under the same conditioning conditions.
  • the life of the polishing pad was determined based on the accumulated time and the number of times of polishing and conditioning, so that the life of the polishing pad could not be accurately determined. . For this reason, in actuality, it is determined that the life of the polishing pad has expired fairly early, despite the fact that the desired polishing characteristics are still sufficiently obtained in anticipation of a considerable margin, and a new polishing pad is determined. Had been replaced by Due to the force s, the running cost of the polishing apparatus was increased. If it is not determined that the life of the polishing pad has expired early with sufficient allowance, the life of the polishing pad cannot be accurately determined. Although the characteristics are no longer obtained, the object to be polished is polished, and the object to be polished cannot be accurately polished, resulting in a fatal result.
  • the life of the conditioner is determined based on the accumulated time and the number of times of conditioning. Therefore, the life of the conditioner cannot be accurately determined. For this reason, in practice, a considerable margin is taken into consideration, and although the desired conditioning characteristics can be obtained in real time, it is determined that the life of the conditioner has expired quite early, and the new conditioner is determined. It had been replaced with a conditioner. Therefore, the running cost of the polishing apparatus has increased. Note that the life of the conditioner is If the conditioner is not determined, the life of the conditioner cannot be accurately determined, and the polishing pad may be conditioned even though the conditioner has not obtained the desired conditioning characteristics. As a result, the polishing pad cannot exhibit desired polishing characteristics, and as a result, the object to be polished cannot be accurately polished, resulting in a fatal result.
  • new conditioners do not always have the desired conditioning properties. For example, in the case of a new conditioner, the cutting ability of the abrasive grains is too high, and the polishing surface of the polishing pad becomes too rough beyond the stage of recovering from clogging of the polishing pad. It has been found that the polished pad may not be able to exhibit desired polishing characteristics in some cases. Therefore, if a new conditioner is used for conditioning the polishing pad without any check as in the conventional case, the polishing pad cannot exhibit desired polishing characteristics, and the object to be polished can be precisely formed. They could not be polished and could have fatal consequences. However, there has been no effective method for judging the quality of a new conditioner.
  • conditioning of the polishing pad has been performed every time a predetermined number of objects to be polished are polished by the polishing pad, as described above.
  • the conditioning is performed each time under the same conditioning conditions.
  • the conditioning surface of the conditioner gradually wears out, the condition of the polishing surface of the polishing pad after conditioning gradually changes. Therefore, the polishing state of the object to be polished by the polishing pad changes for each object to be polished, which is not preferable. Disclosure of the invention
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and has as its object to provide a polishing pad life determining method capable of accurately determining the life of a polishing pad.
  • Another object of the present invention is to provide a conditioner life determining method capable of accurately determining the life of a conditioner.
  • Still another object of the present invention is to provide a conditioner quality judgment method capable of appropriately judging the quality of a new conditioner. Furthermore, the present invention is to polish each object to be polished in the same manner. It is an object of the present invention to provide a polishing pad conditioning method that can perform the polishing.
  • Another object of the present invention is to provide a polishing apparatus that can reduce running costs.
  • Still another object of the present invention is to provide a polishing apparatus that can polish each object to be polished in the same manner.
  • Still another object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method capable of manufacturing a semiconductor device at low cost as compared with a conventional semiconductor device manufacturing method, and a low-cost semiconductor device. .
  • a first invention for achieving the above object is a conditioning method for conditioning a polishing pad used for polishing an object to be polished with a conditioner
  • the thickness of the polishing pad is measured
  • the one or more conditioning of the polishing pad is performed.
  • a conditioning condition at the time of the next conditioning after the one or more conditionings is set, and the next conditioning is performed according to the set conditioning condition. Is what you do.
  • a second invention for achieving the above object is the first invention, wherein the conditioning condition is a conditioning time.
  • a third invention for achieving the above object is a life determining method for determining the life of a conditioner used for conditioning a polishing pad used for polishing an object to be polished,
  • the thickness of the polishing pad is measured.
  • a fourth invention for achieving the above object is:
  • the new conditioner is determined to be defective.
  • a fifth invention for achieving the above object is a life determining method for determining the life of a polishing pad used for polishing an object to be polished, the method comprising measuring the thickness of the polishing pad, and measuring the thickness of the polishing pad. When the thickness of the polishing pad is smaller than a predetermined value, it is determined that the life of the polishing pad has expired.
  • the polishing pad is relatively moved while applying a load between the polishing pad and the object to be polished.
  • an alarm is generated to notify that the polishing pad should be replaced with a new polishing pad, or the polishing pad is automatically turned off.
  • the polishing pad is relatively moved while applying a load between the polishing pad and the object to be polished.
  • a conditioning unit having a conditioner for conditioning the polishing pad with the conditioner
  • the polishing pad is used for a first evening and a second evening thereafter.
  • a calculating unit for calculating an average cutting rate during a cumulative conditioning time of the polishing pad by a conditioner; and an alarm indicating that the conditioner should be replaced with a new conditioner when the average cutting rate is lower than a predetermined value. Or means for automatically replacing the conditioner with a new conditioner.
  • the polishing pad is relatively moved while applying a load between the polishing pad and the object to be polished.
  • a conditioning unit having a conditioner for conditioning the polishing pad with the conditioner
  • Means for generating an alarm or automatically replacing said conditioner with a new conditioner When,
  • the polishing pad is relatively moved while applying a load between the polishing pad and the object to be polished.
  • a conditioning unit having a conditioner for conditioning the polishing pad with the conditioner
  • Means for determining an average cutting rate during a cumulative conditioning time of the polishing pad by the conditioner Based on the thickness measured at the first evening timing and the thickness measured at the second evening timing, within a period from the first timing to the second timing, Means for determining an average cutting rate during a cumulative conditioning time of the polishing pad by the conditioner;
  • a conditioning condition setting unit that sets a conditioning condition of a next conditioning after the period of the polishing pad based on the average cutting rate
  • a tenth invention for achieving the above object is the ninth invention, wherein the conditioning condition is a conditioning time.
  • the eleventh invention for achieving the above object is characterized in that the polishing pad and the object to be polished are relatively moved while applying a load between the polishing pad and the object to be polished.
  • a conditioning unit having a conditioner, wherein the conditioning unit performs conditioning each time the polishing pad polishes a predetermined number of the objects to be polished;
  • a measuring unit for measuring the thickness of the polishing pad at a first evening and at a second timing thereafter;
  • the workpiece to be polished by the polishing pad and the source after the second timing is based on the thickness measured at the second evening timing.
  • a twelfth invention for achieving the above object has a step of flattening a surface of a semiconductor wafer by using the polishing apparatus according to any one of the sixth invention to the eleventh invention.
  • a thirteenth invention for achieving the above object is a semiconductor device characterized by being manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device according to the first invention.
  • FIG. 1 is a schematic top view schematically showing a polishing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic top view showing a state of processing a wafer by the polishing apparatus shown in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view schematically showing main elements located on a first polishing stage in the polishing apparatus shown in FIG. 1 when viewed from the side.
  • FIG. 4 is a schematic flowchart showing the operation of the polishing apparatus shown in FIG.
  • FIG. 5 is another schematic flowchart showing the operation of the polishing apparatus shown in FIG.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a semiconductor device manufacturing process. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a schematic top view schematically showing a polishing apparatus 1 according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic top view showing an aspect of wafer processing of the polishing apparatus 1 shown in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view schematically showing main elements located on the first polishing stage in the polishing apparatus 1 shown in FIG. 1 when viewed from the side.
  • a polishing state monitoring device 50a which will be described later, is omitted for convenience of notation.
  • the polishing apparatus 1 is an example of a CMP apparatus that precisely and flatly polishes a semiconductor wafer as an object to be polished in a three-stage polishing process.
  • the polishing apparatus 1 is mainly composed of a cassette index section 100, a wafer cleaning section 200, and a polishing section 300, and each section is individually partitioned.
  • a clean chamber is configured.
  • an automatic opening / closing shut-down may be provided between each room.
  • the cassette index section 100 includes a wafer mounting table 120 on which cassettes (also referred to as carriers) holding a plurality of wafers C1 to C4 are mounted and an unprocessed wafer taken out of the cassette.
  • Cleaning unit 200 Cleaning unit 200
  • the first transfer robot 150 that carries the wafers that have been washed in the wafer cleaning unit 200 after polishing into the temporary storage table 211 and stores them in a cassette. Is configured.
  • the first transfer robot 150 has two articulated arms 15 3 a and 15 3 b.
  • the robot is a multi-joint arm type robot having a base 151, a swivel base 152 that can be horizontally rotated and raised and lowered on this base 151, and two multi-joint robots mounted on a swivel table 152.
  • One arm 15 3 a, 15 3 b, each articulated arm 15 3 a, 1 53 a 1 and 5b (the B-arm 155b is offsetly disposed below the A-arm 155a, and is vertically overlapped in FIGS. 1 and 2).
  • a holding portion for mounting and holding the wafer by suction is formed at the distal ends of the A-arm 155a and the B-arm 155b.
  • the base 151 is provided with a linear moving device that is horizontally movable along a linear guide 160 provided on the floor surface.
  • the first transfer robot 150 moves in front of the target cassette along the linear guide 160, and horizontally turns and raises and lowers the swivel base 152 to operate the A-arm 150a or B Move the arm 155b to the desired slot height and operate the articulated arm 153a and the A-arm 155a, or the articulated arm 153b and the B-arm 155b.
  • the unprocessed wafer in the target slot can be sucked and held and taken out by the holding part at the tip of the A arm 155a or the B arm 155b, or the processed wafer can be stored in the target slot. .
  • the wafer cleaning section 200 includes the first cleaning chamber 210, the second cleaning chamber 220, and the third cleaning chamber 220.
  • the polishing chamber 230 is configured to perform a drying process under a nitrogen atmosphere.
  • the unprocessed wafer before polishing passes through the wafer cleaning section 200 from the cassette index section 100 through the cleaning machine temporary storage table 211 without going through the above-mentioned cleaning step, and passes through the wafer polishing section 3. 0 Carried in 0.
  • the polishing unit 300 is divided into four parts, and is indexed according to the positioning stop positions of the index table 340 and the index table 340 which are rotated and fed every 90 degrees by the operation of a stepping motor or the like. Unprocessed wafers are loaded into the first polishing stage 310, the second polishing stage 320, the third polishing stage 330, and the index table 340 provided so as to surround the index table 340 from the outer periphery. It is composed of a transfer stage 350 for unloading processed wafers.
  • the polishing stage may be called a polishing zone or a polishing chamber.
  • each section of the index table 340 divided into four chucks V1 to V4 for holding the wafer by suction from the back surface are arranged exposed on the table upper surface, and each of the chucks VI to V4 is indexed.
  • the table 340 is rotatably supported in a horizontal plane (a plane parallel to the paper surface in FIG. 1), and the electric motor and air motor provided inside the index table 340 are provided. High-speed rotation and stop holding are freely mounted by driving means such as overnight.
  • the diameter of the chucks V1 to V4 is slightly smaller than the diameter of the wafer. It is formed to have a small diameter, and is configured to be able to grip the outer peripheral end of the wafer held by the chucks V1 to V4.
  • the three polishing stages of the first polishing stage 310, the second polishing stage 320, and the third polishing stage 330 are respectively capable of swinging in the horizontal direction relative to the index table 340.
  • a polishing arm 3 11 1, 3 2 1, 3 3 1 that can move up and down in the vertical direction is provided.
  • a polishing head 311a which is suspended from the polishing arm 311 and is rotatable at high speed in a horizontal plane, is attached to a tip of the polishing arm 311.
  • the lower end surface has a polishing pad 311c as a polishing body for polishing the wafer flat by relative rotation with respect to the wafer.
  • the polishing pad 311c is mounted on the mounting plate 311b, and the mounting plate 311b is held on the polishing head 311a by vacuum suction.
  • the pad 311c is automatically replaced together with the support member 311b by a pad exchange device 318 described later.
  • a polishing head 311a and a pad exchange device 318 for example, the one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-148369 may be used. it can.
  • the tip of each of the polishing arms 3 2 1, 3 3 1 is also suspended from the polishing arms 3 2, 3 3 1 and is a polishing head that can rotate at high speed in a horizontal plane.
  • a polishing pad is provided at its lower end surface as a polishing body for flatly polishing the wafer by relative rotation with the wafer.
  • each of the polishing stages 310, 320, and 330 has a pad thickness measuring device 319, 329, which measures the thickness of the polishing pad. 339, a pad conditioning device for conditioning and polishing the surface of the polishing pad, 317, 327, 3337, and a pad exchange device for automatically exchanging the polishing node 318, 3 2 8 and 3 3 8 are attached.
  • a commercially available contact stylus type displacement meter is used, and the stylus 3 19 a contacts the polishing surface of the polishing pad 3 11 c and moves up and down according to its height.
  • the thickness distribution of the polishing pad 311c in the radial direction can be measured.
  • the average value of the thickness distribution in the radial direction (the maximum value or the minimum value may be used) is adopted as the thickness of the polishing pad 311c.
  • the thickness distribution of c in the radial direction is measured, for example, the thickness of only one point on the polished surface of the polishing pad 311 c may be measured.
  • an optical displacement meter may be used instead of the contact stylus displacement meter.
  • the node thickness measuring devices 329 and 339 have the same configuration as the node thickness measuring device 319.
  • the pad conditioning device 3 17 has a conditioner 3 1 1 having a ring-shaped conditioning surface 3 1 7 a on which ring-shaped diamond abrasive grains and the like are distributed. 7b, a conditioner holding member 317c for holding the conditioner 317b, and a rotating mechanism 317d for rotating the conditioner holding member 317c.
  • the polishing surface of the polishing pad 311c is brought into contact with the conditioning surface 317a of the conditioner 317b to apply a load, and the polishing pad 311 is rotated by each rotation.
  • the polished surface of c is conditioned.
  • the node conditioning devices 327 and 3337 have the same configuration as the pad conditioning device 317.
  • the conditioners of the pad conditioning devices 3 17, 3 2 7, 3 3 7 are designed so that the workers can replace them manually, but as in the case of the polishing pad.
  • a conditioner exchange device for automatically exchanging conditioners may be provided.
  • Polishing arms and chucks at each polishing stage 310, 320, 330 The relative position of the polishing head, the pad thickness measuring device, the pad conditioning device, and the pad exchanging device is defined so as to be located on the rotating circumference of the polishing head at the tip of the polishing arm. For this reason, for example, when performing polishing in the first polishing stage 310, the polishing arm 311 is swung to move the polishing head onto the chuck V4, and the polishing head and the chuck V4 are moved. The polishing pad 3 is pressed against the wafer by lowering the polishing arm 311 while rotating the polishing pad 4 relatively, thereby performing polishing.
  • an abrasive slurry
  • a water supply device not shown
  • drainage is performed by, for example, rotating a chuck.
  • the index table 3400 can be rotated.
  • the polishing arm 311 is swung at a predetermined timing to be described later, and the thickness of the polishing pad is measured by the pad thickness measuring device 319.
  • the polishing arm 311 is further rocked (for each number of sheets), and the pad conditioning device 317 performs conditioning (conditioning) to correct clogging and irregularity of the polishing pad 311c.
  • the polishing arm 311 is further moved to move the polishing pad 311c upward to the pad exchange device 3188, and the polishing pad 311c is moved by this device. Perform automatic replacement.
  • An arm position detector (not shown) for detecting the swing angle position of the arm is attached to the polishing arm 311.
  • the polishing processing position of the polishing arm 311 ⁇ pad thickness measurement position ⁇ conditioning position
  • the pad replacement position is detected.
  • each polishing stage has a wafer being polished.
  • a polishing state monitoring device 50a for optically monitoring the polishing state of the wafer is attached, and it is possible to detect a decrease in the film thickness during the polishing processing in real time.
  • the polishing state monitoring device 500a for example, the device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-480680 can be used.
  • the polishing state monitoring device 50a has an arm 61 that extends approximately parallel to the polishing arm of each polishing stage and is freely movable in the horizontal direction.
  • An optical fiber, etc., is built in, and the tip of the arm 61 irradiates the probe light locally on the wafer being polished while being held by the chuck, and receives the reflected light from the wafer and guides it to a predetermined location. It is supposed to be done.
  • the arm 61 is configured to be synchronized with the polishing arm during polishing in order to avoid mechanical interference with the polishing arm.
  • the polishing state monitoring device 50a monitors the polishing state based on the reflected light from the wafer obtained when the tip of the arm 61 is positioned on the wafer.
  • the second transfer robot 360 is a multi-joint arm type robot similar to the first transfer robot 150 described above, and can be swung on a swivel base 36 2 capable of horizontal rotation and up / down movement.
  • the two articulated arms 3663a and 3663b attached to the arm, and the A-arms 3655a and It consists of B-arm 365 b.
  • the A arm 365a and the B arm 365b are offset vertically and arranged, and a wafer is placed and held at the tip of both arms 365a and 365b.
  • the holding part is formed.
  • the third transfer robot 370 includes a swing arm 371 that can swing horizontally and vertically in relation to the index table 340, and a swing arm at the tip of the swing arm 371.
  • 37 A and B clamps 375 b and 375 b which are suspended at both ends of a pivot arm 372 and a pivot arm 3 72, which are attached so as to be able to pivot horizontally with respect to 1. It is configured.
  • the A clamp 375a and the B clamp 375b are disposed at the ends of the pivot arm at the same distance from the pivot center of the pivot arm 372.
  • the state shown in FIG. 1 shows the standby posture of the third transfer robot 370, and unprocessed wafers are placed below the A clamp 375a and the B clamp 375b in the figure.
  • a temporary placing table 381 for placing a polished wafer and a B temporary placing table 382 for placing a polished wafer are provided.
  • the swing arm 371 of the third transfer robot 370 is swung, and the swing arm 372 is swung, so that the A-clamp 375 a or the B-clamp 375 b is turned into a chuck of the index table 340.
  • V1 can be moved to the position above, and the swing arm 371 is lowered at that position, and the wafer on the chuck is clamped and received by the A clamp 375a or the B clamp 375b, or the wafer is placed on the chuck. A new wafer can be placed and held.
  • an arm and a clamp for loading the wafer before polishing and an arm and a clamp for discharging the polished wafer are used.
  • the upper A arm 365 a is the arm for loading unprocessed wafers
  • the lower B arm 365 5 b is defined as the unloading arm
  • a clamp 375a is defined as the loading clamp
  • B clamp 375b is defined as the unloading clamp.
  • the operations relating to pad thickness measurement, pad exchange, conditioning, and conditioner exchange will be omitted, and the operation of the polishing apparatus 1 will be described.
  • the operations related to pad thickness measurement, pad replacement, conditioning, and conditioner replacement will be described in detail later with reference to a flowchart, focusing on one polishing stage.
  • the wafer before polishing by the polishing apparatus 1 (referred to as an unprocessed wafer in this specification) is referred to as a first polishing P1, a second polishing P2, and a third polishing P3.
  • An example will be described in which polishing is performed flat by the three-stage CMP process.
  • the first polishing process Pl, the second polishing process P2, and the third polishing process P3 are a first polishing stage 310, a second polishing stage 320, a third polishing stage. It's done at 330.
  • the polishing process is temporarily terminated.
  • the primary polishing P 1 is a preceding polishing of the secondary polishing P 2, and it is not necessary to detect the end point. And the polishing is terminated, and the polishing is terminated in a predetermined polishing time tp 1.
  • the unprocessed wafer Wd set in the cassette C1 of the force set index unit 100 is sequentially polished by the polishing unit 300 to become a processed wafer Wp.
  • a dotted line and an arrow indicate the flow of the wafer from the cleaning process in the wafer cleaning unit 200 to the storage in the cassette C4 of the cassette index unit 100.
  • Each transport robot 150, 360, 370, index table 340, chucks V1 to V4, polishing arm 311, 321, 331, polishing The operation of the head etc. is not shown
  • the control unit is controlled by a control unit composed of a computer or the like. The control unit controls these operations based on a preset control program.
  • the polishing apparatus 1 also includes an alarm unit for issuing an alarm described later, and an input device for the operator to give various commands and the like.
  • the alarm unit may generate one of a visual alarm and an audible alarm, or may generate both of them.
  • the first transfer robot 150 moves to the position of the cassette C1, and the swivel table 152 is horizontally turned and moved up and down. Move the B-arm 155b to the target wafer slot height, extend the articulated arm 155b and the B-arm 155b, and hold the tip of the B-arm 155b at the tip. Hold the unprocessed wafer W d in the slot by suction and pull out both arms by reducing the length. Then, the revolving table 15 2 is rotated by 180 degrees toward the wafer cleaning unit 200, and the unprocessed wafer W d is placed on the cleaning machine temporary placing table 2 1 1 provided in the cleaning unit 200. Is placed.
  • the second transfer robot 360 of the carry-in stage 350 facing the wafer cleaning chamber 200 is rotated by the turntable 36 when the unprocessed wafer W d is placed on the temporary support table 211. Activate 2 to rotate the A arm 3 6 5 a so that the tip end faces the temporary washing machine stand 2 1 1 and extend the multi-joint arm 3 6 3 a and the A arm 3 6 5 a.
  • the unprocessed wafer W d on the temporary washing machine stand 2 1 1 is held by suction at the holding section at the tip of the A arm.
  • the articulated arm 36 3 a and the A arm 365 5 a are reduced in length, and the swivel table 36 2 is rotated to invert, and the multi-joint arm 36 65
  • the unprocessed wafer Wd is placed on the A temporary placing table 381, by extending the joint arm 363a and the A arm 365a.
  • the third transfer port The boat 370 moves down and grips the unprocessed wafer Wd with the A clamp 375a, and waits until the index table 340 has been positioned at the standby position where the gripping operation has been performed to the predetermined height after gripping. Yes (standby posture).
  • the index table 340 stops positioning the swinging arm 371 and the rotating arm 372 are oscillated and rotated so that the unprocessed wafer is placed on the chuck V1 and held by suction.
  • the third transfer robot 370 is lifted after the clamp is released, and the swing arm 371 and the rotation arm 372 are oscillated and rotated so that the next unprocessed wafer W d is clamped by the A clamp 3. 7 Hold by 5a and wait for the next index operation at the standby position at the specified height.
  • polishing in the polishing section 300 is started. Until the unprocessed wafer Wd carried into the carry-in stage 350 is carried out of the transfer stage 350 through the first polishing stage 310, the second polishing stage 320, and the third polishing stage 330. Is as follows.
  • the index table 340 is moved to the position shown in FIGS. Rotate 90 degrees clockwise in the middle to position the unprocessed wafer W d on the first polishing stage 310 (V 4 position in FIGS. 1 and 2).
  • the polishing arm 3 1 1 is swung to move the polishing head onto the unprocessed wafer Wd, and ⁇
  • the polishing head and the chuck V1 are rotated at a high speed, for example, in opposite directions, and the polishing arm 311 is lowered to remove the polishing pad at the lower end of the polishing head to the wafer. Pressed upward to perform primary polishing P1.
  • the polishing arm 311 is moved in a minute range so that the polishing pad reciprocates between the center of rotation of the wafer and the outer peripheral edge while supplying slurry from the axis of the polishing head.
  • the wafer is moved and polished uniformly and flat.
  • a new unprocessed wafer is loaded onto the chuck V2 by the third transfer robot 370 during the first polishing.
  • the primary polishing process P 1 in the first polishing stage 310 is time control as described above. After a predetermined polishing time tp 1 has elapsed, the polishing arm 3 1 1 is raised to perform the first polishing. Stop polishing at stage 310. After that, the control unit determines whether or not the operation of the index table 340 is possible (that is, whether or not the operation of the stage other than the first polishing stage 310 is completed). If not, wait for it to be possible.
  • the index table 340 is rotated 90 degrees clockwise again, and the wafer on which the first polishing process P 1 has been completed is moved to the second polishing stage 3. Position it at 20 (V3 position in Figs. 1 and 2). At this time, simultaneously, the polishing arm 3221 is swung to move the polishing head onto the wafer. Then, the polishing arm 3 21 is lowered, and the polishing (second polishing P 2) on the second polishing stage 3 20 is performed by the same operation as the primary polishing P 1.
  • the second polishing process P2 at the second polishing stage 320 is a so-called final inspection process.
  • the polishing arm 3221 is raised and 2 Polishing stage 3 2 0 Stop the polishing process, and wash and drain the abrasive (slurry) on the workpiece.
  • control unit determines whether or not the operation of the index table 340 is possible (that is, whether or not the operation at a stage other than the second polishing stage 320 is completed). If not, wait for it to be possible.
  • the index table 340 is rotated 90 degrees clockwise again, and the wafer after the second polishing P 2 is polished for the third time. Position the stage 330 (V2 position in the figure). Then, the polishing arm 331 is moved down to perform the polishing (third polishing P3) on the third polishing stage 330 by the same operation as described above.
  • the third polishing process P3 at the third polishing stage 330 is also a so-called end point detection process, like the second polishing process P2.
  • the control unit controls the polishing arm. 3 3 1 is raised to stop the polishing in the third polishing stage 330.
  • control unit determines whether or not the operation of the index table 340 is possible (that is, whether or not the operation in a stage other than the third polishing stage 330 is completed), and If not, wait until it becomes possible.
  • the index table 340 is rotated 90 degrees clockwise again, and the wafer after the third polishing P 3 is transferred to the transfer stage 350. (Position V1 in Figs. 1 and 2).
  • the third transfer robot 370 operates the swing arm 371 and the rotation arm 372 in the ⁇ operation and the rotation operation to finish the polishing process.
  • the wafer W p is unloaded and the next unprocessed wafer W d is loaded on the chuck V 1.
  • the above operation is repeated by chucking and holding the chuck V1.
  • the second transfer robot 360 is turned on the swivel table 36 2 and the articulated arm.
  • 3 6 3 b and the B arm 3 6 5 b are operated to hold the processed wafer W p on the B temporary placing table 3 8 2 with the holding section at the tip of the B arm, and the swivel table 3 62 is swiveled.
  • the multi-joint arm 365 3 b and the B arm 365 5 b are extended and operated, and the processed wafer Wp is placed at the washing machine entrance 2 16 of the washing section 200.
  • the first cleaning chamber 210 performs double-sided cleaning using a rotating brush
  • the second cleaning chamber 220 performs surface pencil cleaning under ultrasonic vibration
  • the third cleaning chamber 230 uses pure water.
  • a drying process in a drying chamber 240 under a nitrogen atmosphere is taken out of the cleaning section 200 by the A arm 155a of the first transport robot 150 in the cassette index section 100, and the cassette C4 Stored in the designated slot.
  • the unprocessed wafer Wd set in the cassette C1 of the cassette index section 100 is sequentially polished by the polishing section 300 to become a processed wafer Wp, and the wafer cleaning section
  • the flow of the wafer from the cleaning process at 200 until the cassette is stored in the cassette C4 of the cassette index unit 100 has been described.
  • the control unit automatically controls a plurality of wafers (for example, a plurality of wafers contained in the cassette C1) from an operator via an input device (not shown).
  • a command is issued to start continuous polishing (herein referred to as “series polishing”), basically, for each of these wafers, the operations for different wafers are performed simultaneously in each stage at the same time. While following the wafer flow described above. Is performed.
  • FIG. 1 The operation of the polishing apparatus 1 will be described with reference to flow charts shown in FIGS. See also Figure 1 to Figure 3.
  • the control unit first determines whether or not the series polishing start command has been obtained from the input device (step Sl). If the start command has not been obtained, the control unit waits until it is obtained. This directive specifies how many wafers are polished continuously. Here, it is assumed that N wafers are specified to be continuously polished.
  • the control unit swings the polishing arm 311 to move the polishing head 311a to a position above the pad thickness measuring device 319, and the pad thickness is increased.
  • the measuring device 319 is caused to measure the thickness of the polishing pad 311c (step S2).
  • the value of the thickness may be any of the average value, the maximum value, the minimum value, and the value of a certain point in the radial thickness distribution, but the average value is preferable.
  • control unit determines whether or not the pad thickness measured in step S2 is equal to or greater than a predetermined minimum control value d1 that determines the life of the polishing pad 311c. Then, it is determined whether or not the life of the polishing pad 311c has expired (step S3).
  • step S2 the minimum control value is d1 or more (that is, polishing pad 3 If it is determined that the life of 11c has not expired, the flow shifts to step S11 described later. On the other hand, when it is determined in step S2 that the thickness is thinner than the minimum control value d1 (that is, the life of the polishing pad 311c has expired), the process proceeds to step S4. In this case, the wafer is not actually polished.
  • step S the control unit swings the polishing arm 311 to move the polishing head 311a upward to the pad exchange device 318, and the polishing pad 3 Replace 3 1 1 c with a new polishing pad. After that, the control unit causes the pad thickness measuring device 319 to measure the thickness of the polishing pad 311c as in step S2 (step S5).
  • the control unit moves the polishing head 311a by moving the polishing arm 311 above the pad conditioning device 3117, and lowers the polishing head 311a.
  • the polishing head 311a and the conditioner holding member 317c are rotated relative to each other to perform break-in conditioning of the polishing pad 311c (step S6).
  • Pre-quin conditioning is conditioning that is usually performed on a new polishing pad, and for example, the conditioning time is lower than in the case of normal conditioning (conditioning performed in steps S12 and S14). And the cutting amount of the polishing pad 311c by the conditioner 317b is relatively large.
  • step S2 the control unit causes the pad thickness measuring device 319 to measure the thickness of the polishing pad 311c (step S7). Thereafter, the control unit divides the difference between the pad thickness measured in step S7 and the pad thickness measured in step S5 by the conditioning time of the break-in conditioning in step S6. The average cutting rate of the polishing pad 311c in step S6 is calculated (step S8). After that, the control unit determines that the average cutting rate calculated in step S8 is It is determined whether or not the life of the conditioner 317 b has expired by determining whether or not the life of the conditioner 317 b is equal to or more than a minimum control value R1 for determining the life of the conditioner 317 b (step S9).
  • step S9 If it is determined in step S9 that the value is equal to or more than the minimum control value R1 (that is, the life of the conditioner 317b has not expired), the next series of polishing (steps S12, S14 described later)
  • step S8 the conditioning time (one time) at which the cutting amount of the polishing pad 311c by each conditioning of the polishing pad 311c performed in step 1) becomes a predetermined value is determined.
  • the conditioning time is obtained from the calculated average cutting rate, and this conditioning time is reset in the internal memory of the control unit as the conditioning time in the conditioning in the next series of polishing (step S10). Then, the process returns to step S1.
  • step S11 the control unit estimates the thickness of the polishing pad 311c after polishing the number (N) of wafers specified in step S1.
  • steps S12 and S14 which will be described later, the number of wafers to be conditioned once is determined in advance, for example, conditioning is performed once for polishing two wafers. Therefore, it is possible to calculate how many conditionings have been performed after polishing N wafers. Then, the number of times of conditioning, the currently set conditioning time (conditioning time set latest by steps S10, S19, S30) and the average cutting rate (step S 8, S 1 8 3
  • the polishing pad after polishing N wafers in step S 1 by multiplying the average of the average cutting rates obtained in S 28 by A predicted value of 311c thickness can be obtained.
  • the control unit calculates the polishing pad 311c predicted in step S11. It is determined whether the thickness is equal to or greater than the minimum management value d1. If the thickness of the polishing pad 311c predicted in step S11 is equal to or greater than the minimum control value d1, the life of the polishing pad 311c will expire even if N wafers are polished. If not, proceed to step S12.
  • step S11 the control unit sets the maximum value of the number of polishing pads 311c that is predicted when it is assumed that a certain number of wafers have been polished that the thickness of the polishing pad 311c does not become thinner than the minimum management value d1. Find M.
  • the maximum value M is calculated under the condition of M ⁇ N in the same manner as the calculation for the N wafers in step S11, by calculating the predicted value of the polishing pad 311c for each wafer, It can be obtained by comparing with the value d 1. Then, the control unit resets the number of wafers to be actually polished in the continuous polishing from the number of wafers specified in step S1 to the number of M wafers (step S13), and proceeds to step S14. Transition. In step S12, the control unit causes each unit to perform the operation described in the above-described wafer flow, thereby polishing a series of N wafers (that is, automatically polishing the N wafers). When the series of polishing is completed, the process proceeds to step S15.
  • step S14 the control unit performs the operation described in the wafer flow described above in accordance with the setting of the M wafers in step S13, so that each unit performs a series of polishing of the M wafers (ie, The M wafers are automatically and continuously polished).
  • step S15 the process proceeds to step S15.
  • this series of polishing it is set in cassette C1.
  • the unprocessed M unprocessed wafers W d are each stored in the cassette C4 as M force-processed wafers WP.
  • the control unit not only polishes the wafer with the polishing pad 311c but also sets the polishing pad 311c in advance.
  • the control unit swings the polishing arm 3 1 1 to polish the polishing head 3 1. 1a is moved upward to the pad conditioning device 3 17 and the polishing head 3 11a is lowered, and the polishing head 3 11a and the conditioner holding member 3 17 c are rotated. Rotate relative to condition polishing pad 3 1 1c.
  • the conditioning in steps S12 and S14 is performed according to the currently set conditioning time (the latest setting time in steps S10, S19 and S30).
  • the conditioning conditions in steps S12 and S14 are the same as the conditioning conditions in steps S6 and S26, except for the conditioning time.
  • the present invention is not limited to this.
  • step S15 the control unit causes the node thickness measuring device 319 to measure the thickness of the polishing pad 311c, as in step S2.
  • step S3 the control unit determines that the pad thickness measured in step S15 is equal to or greater than a predetermined minimum control value d1 that determines the life of the polishing pad 311c. By determining whether or not the thickness is equal to or not, it is determined whether or not the life of the polishing pad 311c has expired (step S16). If the value is smaller than the minimum control value d1, the process proceeds to step S4. If the value is equal to or more than the minimum control value d1, the process proceeds to step S17.
  • step S17 the control unit sets the parameters measured in step S15.
  • the difference between the pad thickness and the pad thickness measured in step S3 is determined in step 12 or step S14 (depending on which step reached step S17).
  • the average cutting rate of the polishing pad 311c in the series of polishing is calculated by dividing by the accumulated conditioning time of the conditioning.
  • control unit determines whether or not the average cutting rate calculated in step S17 is equal to or greater than the minimum control value R1 that determines the life of the conditioner 317b. It is determined whether the life of 7b has expired (step S18).
  • step S18 If it is determined in step S18 that the value is not less than the minimum control value R1 (that is, the life of the conditioner 317b has not expired), the next series of polishing (steps S12, S14)
  • the conditioning time at which the amount of cutting of the polishing pad 311c by each conditioning of the polishing pad 311c performed at step S1 becomes a predetermined value is determined by the average cutting rate calculated in step S8. Then, the conditioning time (one time) is reset in the internal memory of the control unit as the conditioning time for the conditioning in the next series of polishing (step S19). Then, the process returns to step S1.
  • the control unit includes the conditioner 3 in the above-described alarm unit.
  • a warning to replace 17b is issued at one night or the like (Step S20).
  • the control unit waits for the conditioner 317b to be replaced in step S21, and when the conditioner 317b is replaced, the pad thickness measuring device as in step S2.
  • the thickness of the polishing pad 311c is measured (step S22).
  • the control unit is a replacement detection sensor (not shown) for the conditioner 317b.
  • the exchange of the conditioner 317b may be known by a signal from the controller, or if there is no such sensor, it may be known by a predetermined operation of the input device by an operator or the like.
  • step S3 the control unit determines that the pad thickness measured in step S22 is equal to or greater than a predetermined minimum control value d1 that determines the life of the polishing pad 311c.
  • a predetermined minimum control value d1 that determines the life of the polishing pad 311c.
  • step S24 the controller replaces the polishing pad 311c with a new polishing pad by the pad exchanging device 318 as in step S4.
  • step S25 the control section causes the thickness of the polishing pad 311c to be measured (step S25), and then proceeds to step S26.
  • step S26 the control unit causes the conditioning device 317 to break-in the polishing pad 311c in the same manner as in step S6.
  • the process of step S26 can be said to be the original break-in conditioning when the process proceeds from step S25 to step S26, but is performed when the process proceeds from YES in step S23 to step S26. In this case, the operation is exactly the same, but the quality of the new conditioner 317b is not the original break-in conditioning (the initial conditioning of the polishing pad 311c). This is a pre-operation to make a decision.
  • step S27 the control unit causes the thickness of the polishing pad 311c to be measured.
  • step S25 the control unit determines the pad thickness measured in step S25 or step S22 (this depends on whether or not step S25 has been reached via steps S24 and 25).
  • Pad thickness measured in S27 The average cutting rate of the polishing pad 311c in step S26 is calculated by dividing the difference from the difference by the conditioning time of the break-in conditioning performed in step 26 (step S2). 8). Thereafter, the control unit determines whether or not the average cutting rate obtained in step S28 is within the range of not less than the minimum control value R1 and not more than the predetermined maximum control value R2.
  • the pass / fail of the 317b is determined (step S29). If it is not within the range (if the conditioner 3 17 b is defective), the process returns to step S 20. On the other hand, if it is within the range (if the conditioner 3117b is good), the process proceeds to step S30.
  • step S30 the control unit sets the polishing pad 311 by conditioning once in each of the polishing pads 311c performed in the next series of polishing (steps S12 and S14).
  • the conditioning time at which the cutting amount of 1c becomes a predetermined value is determined from the average cutting rate calculated in step S28, and this conditioning time (one time) is used as the conditioning time for the next series of polishing. Reset to the internal memory of the control unit as the conditioning time during conditioning. Then, the process returns to step S1.
  • step S3 is performed individually for the polishing pad thickness of each polishing head, and then for all polishing heads, the polishing pad thickness is set to the minimum control value (each polishing head). Only if this is the case, the process proceeds to step S11, and in other cases, the series polishing is not performed. Also, wafers that are actually polished The number of sheets is determined according to the results of the determinations in steps S 11 and S 13 regarding the polishing head of each polishing stage.
  • the thickness of polishing pad 311c is measured in steps S2, S15, and S22, and the measurement is performed in steps S3, S16, and S23. If the measured thickness is smaller than the predetermined value d1, it is determined that the life of the polishing pad 311c has expired, and in that case, the polishing pad 311c is replaced with a new polishing pad. Therefore, according to the present embodiment, the life of the polishing pad can be accurately determined, and the polishing pad can be properly replaced. Therefore, the wafer can be polished with high accuracy, and it is possible to prevent a situation in which it is determined that the life of the polishing pad has expired as soon as possible, and the frequency of replacement of the polishing pad can be reduced. Running costs are reduced.
  • the average cutting rate of polishing pad 311c is calculated in steps S17 and S8, and the average cutting rate is set to predetermined value R in steps S18 and S9. If it is lower than 1, it is determined that the life of the conditioner 3 17 b has expired, and the conditioner 3 17 b is replaced with a new conditioner. Therefore, according to the present embodiment, the life of the conditioner can be accurately determined, and the conditioner can be replaced properly. Therefore, the polishing pad can be properly conditioned, and the wafer can be accurately polished. Moreover, it is possible to prevent the conditioner from being judged that the life of the conditioner has expired fairly early. Running costs are reduced because less is required. '
  • step S26 when a new conditioner is mounted on the pad conditioning apparatus, predetermined conditioning is performed in step S26, and steps S22 and S27 before and after the predetermined conditioning are performed.
  • pad The thickness is measured, and based on the measurement result, an average cutting rate of the polishing pad is calculated in step S28, and if the average cutting rate is out of the predetermined range in step S29, the new cutting rate is calculated.
  • the conditioner is determined to be defective, and step S20 is performed. Therefore, according to the present embodiment, the polishing pad can be conditioned (conditioning for polishing) by the conditioner having an appropriate cutting ability, and the desired polishing characteristics can be exhibited in the polishing pad. Thus, the wafer can be polished with high accuracy.
  • the average cutting rate of the polishing pad calculated in steps S 18, S 9, and S 29 becomes the next cutting rate in steps S 19, S 9, and S 29.
  • Conditioning conditions during conditioning in a series of polishing are fed back, so that the conditioning surface of the conditioner gradually wears out. In any case, the effect is greatly reduced, and the condition of the polished surface of the polishing pad after conditioning is almost constant for each wafer.Thus, it is necessary to stably and accurately polish a large number of wafers. Can be.
  • steps S11 and S13 are performed, and a situation in which the life of the polishing pad is exhausted in the middle of a series of polishing is prevented. Therefore, from this point, a large number of wafers can be polished stably and accurately.
  • the pad exchange devices 318, 328, 338 are provided, but these are not necessarily required in the present invention. If there is no pad exchange device 3 18, 3 2 8, 3 3 8, for example, an alarm indicating that the polishing pad should be exchanged may be generated in the operation in step S 4.
  • the conditioner is replaced manually.
  • a conditioner replacement device that automatically replaces the conditioner may be provided. In this case, instead of generating an alarm at step S20, the conditioner may be replaced by the conditioner replacement device.
  • a quartz substrate, a glass substrate in addition to performing precise polishing control in the Cu-CMP process, for example, in addition to a wafer process such as an interlayer insulating film processing process and an STI process, a quartz substrate, a glass substrate, The same can be applied to a processing process for a ceramic substrate or the like.
  • the polishing apparatus 1 is an example of a polishing apparatus that performs polishing using three stages of polishing stages 310, 320, and 330 using an index table 340 divided into four. there were.
  • the present invention is not limited to this.
  • a configuration in which polishing is performed in two stages of polishing stages, or a configuration in which four or more stages of polishing stages are provided may be employed.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a semiconductor device manufacturing process.
  • step S200 an appropriate processing step is selected from the following steps S201 to S204. According to the selection, the process proceeds to any one of steps S201 to S204.
  • Step S201 is an oxidation step of oxidizing the surface of the silicon wafer.
  • Step S202 is a CVD process for forming an insulating film on the silicon wafer surface by CVD or the like.
  • Step S203 is an electrode forming step of forming an electrode film on the silicon wafer by a process such as vapor deposition.
  • Step S204 is an ion implantation step of implanting ions into the silicon wafer.
  • Step S209 it is determined whether a CMP step is to be performed. If not, go to step S206. If yes, go to step S205.
  • Step S205 is a CMP step.
  • the polishing apparatus according to the present invention is used to flatten an interlayer insulating film, form a damascene by polishing a metal film on the surface of a semiconductor device, and the like. Is performed.
  • Step S206 is a photolithography process.
  • a resist is applied to the silicon wafer, a circuit pattern is printed on the silicon wafer by exposure using an exposure apparatus, and the exposed silicon wafer is developed.
  • the next step S207 is an etching step in which portions other than the developed resist image are exposed by etching, and thereafter, the resist is peeled off, and the unnecessary resist after etching is removed.
  • step S208 it is determined whether or not all necessary processes have been completed. If not, the process returns to step S200, and the previous steps are repeated to form a circuit pattern on the silicon wafer. . If it is determined in step S208 that all steps have been completed, the process ends.
  • the polishing apparatus according to the present invention since the polishing apparatus according to the present invention is used in the CMP process, the processing accuracy in the CMP process is improved without using a polishing pad whose life has expired and using a conditioner. At the same time, running costs can be reduced. As a result, a semiconductor device having less manufacturing variation than the conventional semiconductor device manufacturing method can be manufactured at low cost. Further, a semiconductor device manufactured by the semiconductor device manufacturing method according to the present invention has a high yield and is inexpensive.
  • the polishing apparatus according to the present invention is used in a CMP process of a semiconductor device manufacturing process other than the above semiconductor device manufacturing process. May be used.

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Abstract

　ウエハＷｄの研磨に用いられる研磨パッド３１１ｃの厚みを、パッド厚み計測装置３１９により計測する。この厚みが所定値より薄い場合に、研磨パッド３１１ｃの寿命が尽きたと判定する。研磨パッド３１１ｃを、パッドコンディショニング装置３１７のコンディショナ３１７ｂによりコンディショニングする。このコンディショニングの前後で、研磨パッド３１１ｃの厚みを、パッド厚み計測装置３１９により計測する。このコンディショニングの前後で計測された研磨パッド３１１ｃの厚みに基づいて、研磨パッド３１１ｃの前記コンディショニングのコンディショニング時間中の平均切削レートを求める。この平均切削レートが所定値より低い場合に、コンディショナ３１７ｂの寿命が尽きたと判定する。これにより、研磨パッド及びコンディショナの寿命を正確に判定することができる。

Description

明 細 書 研磨パッ ド等の寿命 ·良否判定方法、 研磨パヅ ドのコンディショニング 方法、 研磨装置、 半導体デバイス及び半導体デバイス製造方法 技術分野
本発明は、 研磨技術に関し、 特に、 研磨パッ ドの寿命判定方法、 コン ディショナの寿命判定方法、 コンデイショナの良否判定方法、 研磨パッ ドのコンディショニング方法、 研磨装置、 半導体デバイス及び半導体デ バイス製造方法に関するものである。 背景技術
従来、 研磨パッ ドと被研磨物との間に荷重を加えつつ、 前記研磨パッ ドと前記被研磨物とを相対移動させることにより、 前記被研磨物を研磨 する研磨装置が提供されている。
このような研磨装置として、 例えば、 半導体デバイスウェハ等の表面 のグローバル平坦化な どのための化学的機械的研磨 （ Chemical
Mechanical Polishing又は Chemical Mechanical Plananzation 以 f では C M Pと称す）を行う研磨装置を、挙げることができる。 C M Pは、 物理的研磨に、 化学的な作用 （研磨剤、 溶液による溶かしだし） を併用 して、 ウェハの表面凹凸を除去していく工程で、 スラリーと呼ばれる研 磨剤を用い、 適当な研磨パッ ドで、 ウェハ表面を加圧し、 相対運動させ ることにより研磨を進行させ、ウェハ面内での一様な研磨が可能になる。 このような研磨装置では、 研磨パッ ドの研磨面は、 研磨時間に応じて 目詰ま りが進行して劣化するため、 定期的なコンディショニング （ドレ ッシングともいう） を行って良好な加工が継続されるようにメンテナン スされる。
このコンディショニングは、研磨パ ヅ ドの研磨面とコンディショナ（コ ンディ ショニング工具又はドレヅシング工具ともいう） のコンディショ ニング面とを当接させて、 研磨パッ ドとコンデイショナとを相対移動さ せることにより行われる。 前記コンディショナとしては、 例えば、 円環 状又は円板状のコンディショニング面の全体に渡ってダイヤモン ド粒子 等の砥粒が分布された工具が用いられる。 前記相対移動は、 例えば、 研 磨パッ ド及びコンデイショナを両方とも回転させることにより行われる 研磨パッ ドの厚さは、 ウェハ等の被研磨物の研磨に伴う消耗や、 前記 コンディ ショニングに伴う消耗 （切削） により、 薄くなつていき、 やが て所望の研磨特性を得ることができなくなって、 寿命が尽きる。 このた め、 研磨パ ヅ ドを新しい研磨パ ヅ ドに交換する必要がある。 そこで、 従 来は、 当該研磨パッ ドによる研磨の累積時間や、 コンディショニングの 累積時間や、 研磨した被研磨物の数や、 コンディショニングの回数によ つて、研磨パッ ドの寿命を判定し、その寿命が尽きたと判定したときに、 研磨パ ヅ ドを新しいものに交換していた。 なお、 研磨パッ ドは、 作業者 が手作業で交換する場合もあるし、 研磨パッ ドを自動的に交換する装置 も提供されている （例えば、 特開 2 0 0 1— 1 4 8 3 6 1号公報）。 また、 前記コンディショニングを行うコンディショニング装置は、 一 般的に、 前記コンディショナと、 これを保持する保持部とを備えた構成 とされている。 前記コンデイショナのコンディショニング面も研磨パヅ ドのコンディショニングにより消耗等してしまい、 やがて所望のコンデ ィショニング特性が得られなくなつて、寿命が尽きる。そこで、従来は、 当該コンディショナによるコンディショニングの累積時間や回数によつ て、 コンデイショナの寿命を判定し、 その寿命が尽きたと判定したとき に、 コンデイショナを新しいものに交換していた。 そして、 新しいコン ディショナは、常に所望のコンディショニング特性を有するものとして、 特別なチェックを行うことなく、 研磨パッ ドのコンディショニングに用
さらに、 従来は、 研磨パッ ドのコンディショニングは、 当該研磨パヅ ドにより所定数の被研磨物を研磨する毎に行われていたが、 毎回同じコ ンディショニング条件で行われていた。
しかしながら、 従来の研磨パッ ドの寿命判定方法では、 研磨やコンデ ィショニングの累積時間や回数によって研磨パッ ドの寿命を判定してい たので、 研磨パッ ドの寿命を正確に判定することができなかった。 この ため、 実際上は、 かなりの余裕を見越して、 実際には未だ十分に所望の 研磨特性が得られるにも拘わらず、 かなり早めに研磨パッ ドの寿命が尽 きたと判定し、 新しい研磨パッ ドに交換していた。 した力 sつて、 前記研 磨装置のランニングコス トが増大していた。 なお、 十分に余裕を見越こ して早めに研磨パッ ドの寿命が尽きたと判定しない場合には、 研磨パッ ドの寿命を正確に判定することができないことから、 研磨パッ ドが所望 の研磨特性が得られなくなっているにも拘わらず、 被研磨物を研磨して しまい、 被研磨物を精度良く研磨することができず、 致命的な結果を招 いてしまう。
また、 前記従来のコンデイショナの寿命判定方法では、 コンディショ ニングの累積時間や回数によってコンディショナの寿命を判定していた ので、 コンデイショナの寿命を正確に判定することができなかった。 こ のため、 実際上は、 かなりの余裕を見越して、 実際には来だ+分に所望 のコンディショニング特性が得られるにも拘わらず、 かなり早めにコン ディショナの寿命が尽きたとして判定し、 新しいコンディショナに交換 していた。 したがって、 前記研磨装置のランニングコス トが増大してい た。 なお、 十分に余裕を見越こして早めにコンデイショナの寿命が尽き たと判定しない場合には、 コンディショナの寿命を正確に判定すること ができないことから、 コンディショナが所望のコンディショニング特性 が得られなくなつているにも拘わらず、 研磨パッ ドをコンディショニン グしてしまい、 その結果、 研磨パッ ドが所望の研磨特性を発揮し得なく なり、 ひいては、 被研磨物を精度良く研磨することができず、 致命的な 結果を招いてしまう。
さらに、 新しいコンディショナが常に所望のコンディショニング特性 を有しているとは限らないことが、 判明した。 例えば、 新しいコンディ ショナの場合、 砥粒等による切削能力が高過ぎ、 研磨パッ ドの目詰まり 等を回復するという段階を越えて研磨パッ ドの研磨面が荒れ過ぎてしま い、 これにより、 コンディショニングした研磨パ ヅ ドが所望の研磨特性 を発揮し得なくなってしまう場合もあることが、判明した。したがって、 前記従来のように、 新しいコンディショナを何らチェックすることなく 研磨パ ッ ドのコンディショニングに用いると、 研磨パ ヅ ドが所望の研磨 特性を発揮し得なくなり、 ひいては、 被研磨物を精度良く研磨すること ができず、 致命的な結果を招いてしまうおそれがあった。 ところが、 従 来は、 新しいコンディショナの良否を判定する有効な方法がなかった。
また、従来は、研磨パッ ドのコンディショニングは、前述したように、 当該研磨パッ ドにより所定数の被研磨物を研磨する毎に行われていたが、 毎回同じコンディ ショニング条件で行われていた。 ところが、 コンディ ショナのコンディショニング面は徐々に消耗していくため、 コンデイシ ョニング後の研磨パッ ドの研磨面の状態は徐々に変化していく。 したが つて、 各被研磨物毎に、 研磨パッ ドによる被研磨物の研磨状態も変化し てしまい、 好ましくなかった。 発明の開示 本発明は、 このような事情に鑑みてなされたもので、 研磨パッ ドの寿 命を正確に判定することができる研磨パッ ドの寿命判定方法を提供する ことを目的とする。
また、 本発明は、 コンデイショナの寿命を正確に判定することができ るコンディショナの寿命判定方法を提供することを目的とする。
さらに、 本発明は、 新しいコンデイショナの良否を適切に判定するこ とができるコンデイショナの良否判定方法を提供することを目的とする, さらにまた、 本発明は、 各被研磨物について同じように研磨すること ができる研磨パッ ドのコンディショニング方法を提供することを目的と する。
また、 本発明は、 ランニングコス トを低減することができる研磨装置 を提供することを目的とする。
さらに、 本発明は、 各被研磨物について同じように研磨することがで きる研磨装置を提供することを目的とする。
さらにまた、 本発明は、 従来の半導体デバイス製造方法に比べて、 低 コス トで半導体デバイスを製造することができる半導体デバイス製造方 法、 及び低コス トの半導体デバイスを提供することを目的とする。
前記目的を達成するための第 1の発明は、 被研磨物の研磨に用いられ る研磨パ ヅ ドをコンデイ ショナでコンディショニングするコンディショ ニング方法であって、
前記研磨パッ ドを、 前記コンディショナを用いて所定条件で 1回以上 コンディショニングし、
前記 1回以上のコンディショニングの前後で、 前記研磨パツ ドの厚み を計測し、
前記 1回以上のコンディショニングの前後で計測された前記研磨パ ヅ ドの厚みに基づいて、 前記研磨パヅ ドの前記 1回以上のコンディショニ ングでの平均切削レートを求め、
前記平均切削レ一トに基づいて、 前記 1回以上のコンディショニング の次の回のコンディショニング時のコンディショニング条件を設定し、 前記次の回のコンディショニングを、 前記設定したコンディショニン グ条件に従って行うことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第 2の発明は、 前記第 1の発明であって、 コンディショニング条件がコンディショニング時間であることを特徴と するものである。
前記目的を達成するための第 3の発明は、 被研磨物の研磨に用いら れる研磨パヅ ドのコンディショニングに用いられるコンデイショナの寿 命を判定する寿命判定方法であって、
前記研磨パッ ドを、 前記コンディショナを用いてある累積コンデイシ ョニング時間コンディショニングし、
前記累積コンディショニング時間のコンディショニングの前後で、 前 記研磨パッ ドの厚みを計測し、
前記累積コンディショニング時間のコンディショニングの前後で計測 された前記研磨パッ ドの厚みに基づいて、 前記研磨パッ ドの前記累積コ ンディショニング時間中の平均切削レートを求め、
前記平均切削レートが所定値より低い場合に、 前記コンディショナの 寿命が尽きたと判定することを特徴とするものである。
前記目的を達成するた の第 4の発明は、
被研磨物の研磨に用いられる研磨パッ ドのコンディショニングに用い られる新しいコンディショナの良否を判定する良否判定方法であって、 前記研磨パッ ドを前記新しいコンディショナを用いてある累積コンデ イショニング時間コンディショニングし、
前記累積コンディショニング時間のコンディショニングの前後で、 前 記研磨パッ ドの厚みを計測し、
前記累積コンディショニング時間のコンディショニングの前後で計測 された前記研磨パッ ドの厚みに基づいて、 前記研磨パッ ドの前記累積コ ンディショニング時間中の平均切削レートを求め、
前記平均切削レートが所定範囲外である場合に、 前記新しいコンディ ショナが不良であると判定することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第 5の発明は、 被研磨物の研磨に用いられ る研磨パッ ドの寿命を判定する寿命判定方法であって、 前記研磨パッ ド の厚みを計測し、 前記計測された前記研磨パッ ドの厚みが所定値より薄 い場合に、 前記研磨パッ ドの寿命が尽きたと判定することを特徴とする ものである。
前記目的を達成するための第 6の発明は、 研磨パッ ドと被研磨物との 間に荷重を加えつつ、 前記研磨パッ ドと前記被研磨物とを相対移動させ ることにより、 前記被研磨物を研磨する研磨装置であって、
前記研磨パッ ドの厚みを計測する計測部と、
前記計測部により計測された前記研磨パッ ドの厚みが所定値より薄い 場合に、 前記研磨パッ ドを新しい研磨パッ ドに交換すべき旨の警報を発 生するかあるいは前記研磨パッ ドを自動的に新しい研磨パッ ドに交換す る手段と、
を備えたことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第 7の発明は、 研磨パッ ドと被研磨物と の間に荷重を加えつつ、 前記研磨パッ ドと前記被研磨物とを相対移動さ せることにより、 前記被研磨物を研磨する研磨装置であって、
コンデイショナを有し該コンディショナで前記研磨パヅ ドをコンディ ショニングするコンディショニング部と、
第 1の夕イミング及びその後の第 2の夕イミングで、 前記研磨パヅ ド の厚みを計測する計測部と、
前記第 1の夕イミングで計測された厚みと前記第 2のタイ ミングで計 t目』された厚みとに基づいて、 前記第 1のタイミングから前記第 2のタイ ミングまでの期間内の、 前記コンディショナによる前記研磨パッ ドの累 積コンディショニング時間中の平均切削レートを演算する演算部と、 前記平均切削レー卜が所定値より低い場合に、 前記コンデイショナを 新しいコンディショナに交換すべき旨の警報を発生するかあるいは前記 コンデイショナを自動的に新しいコンデイショナに交換する手段と、 を備えたことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第 8の発明は、 研磨パッ ドと被研磨物と の間に荷重を加えつつ、 前記研磨パッ ドと前記被研磨物とを相対移動さ せることにより、 前記被研磨物を研磨する研磨装置であって、
コンディショナを有し該コンディショナで前記研磨パッ ドをコンディ ショニングするコンディショニング部と、
前記コンディショニング部に新しいコンディショナが装着されて当該 新しいコンディショナが前記研磨パヅ ドのコンディショニングに用いら れる前の第 1のタイミング、 及び、 その後に前記新しいコンディショナ を用いて前記研磨パッ ドをコンディショニングした後の第 2のタイミン グで、 前記研磨パッ ドの厚みを計測する計測部と、
前記第 1のタイミングで計測された厚みと前記第 2のタイミングで計 t目』された厚みとに基づいて、 前記第 1の夕イミングから前記第 2のタイ ミングまでの期間内の、 前記コンディショナによる前記研磨パッ ドの累 積コンディショニング時間中の平均切削レートを演算する演算部と、 前記平均切削レートが所定範囲外である場合に、 前記コンディショナ を更に新しいコンディショナに交換すべき旨の警報を発生するかあるい は前記コンディショナを自動的に新しいコンディショナに交換する手段 と、
を備えたことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第 9の発明は、 研磨パッ ドと被研磨物との 間に荷重を加えつつ、 前記研磨パッ ドと前記被研磨物とを相対移動させ ることにより、 前記被研磨物を研磨する研磨装置であって、
コンディショナを有し該コンディショナで前記研磨パッ ドをコンディ ショニングするコンディショニング部と、
第 1の夕イ ミング及びその後の第 2の夕イ ミングで、 前記研磨パヅ ド の厚みを計測する計測部と、
前記第 1の夕イ ミ ングで計測された厚みと前記第 2の夕イ ミングで計 測された厚みとに基づいて、 前記第 1のタイミングから前記第 2のタイ ミングまでの期間内の、 前記コンディショナによる前記研磨パ ヅ ドの累 積コンディショニング時間中の平均切削レートを求める手段と、
前記平均切削レートに基づいて、 前記研磨パッ ドの前記期間後の次回 のコンディショニングのコンディショニング条件を設定するコンデイシ ョニング条件設定部と、
を備えたことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第 1 0の発明は、前記第 9の発明であって、 前記コンディショニング条件がコンディショニング時間であることを特 徴とするものである。
前記目的を達成するための第 1 1の発明は、 研磨パッ ドと被研磨物 との間に荷重を加えつつ、 前記研磨パッ ドと前記被研磨物とを相対移動 させることにより、 前記被研磨物を研磨する研磨装置であって、
コンデイショナを有し、 該コンデイショナで前記研磨パッ ドを、 前記 研磨パッ ドで所定数の前記被研磨物を研磨する毎に、 コンディショニン グするコンディショニング部と、 第 1の夕イ ミング及びその後の第 2のタイミングで、 前記研磨パッド の厚みを計測する計測部と、
前記第 1の夕イ ミングで計測された厚みと前記第 2の夕イ ミングで計 測された厚みとに基づいて、 前記第 2のタイミングの後に前記研磨パ、ソ ドで研磨される前記被研磨物の数を、 当該数の前記被研磨物を研磨した と仮定したときに予測される前記研磨パッ ドの厚みが所定値より薄くな らない数以下に制限する手段と、
を備えたことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第 1 2の発明は、 前記第 6の発明から第 1 1の発明のいずれかの研磨装置を用いて、 半導体ウェハの表面を平坦化 する工程を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法である。 前記目的を達成するための第 1 3の発明は、 前記第 1 2の発明である 半導体デバイスの製造方法により製造されることを特徴とする半導体デ バイスである。 図面の簡単な説明
図 1は、 本明の第 1の実施の形態による研磨装置を模式的に示す概略 上面図である。
図 2は、 図 1に示す研磨装置のウェハの処理の様子を示す概略上面図 である。
図 3は、 図 1に示す研磨装置における第 1の研磨ステージに位置して いる主要な要素を側方から見て模式的に示す概略断面図である。
図 4は、図 1に示す研磨装置の動作を示す概略フローチャートである。 図 5は、 図 1に示す研磨装置の動作を示す他の概略フローチヤ一トで ある。
図 6は、半導体デバイスの製造プロセスを示すフローチャートである。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明による研磨パッ ドの寿命判定方法、 コンデイショナの寿 命判定方法、 コンデイショナの良否判定方法、 研磨パッ ドのコンデイシ ョニング方法、 研磨装置、 半導体デバイス及び半導体デバイス製造方法 について、 図面を参照して説明する。
[第 1の実施の形態]
図 1は、 本発明の第 1の実施の形態である研磨装置 1を模式的に示す 概略上面図である。 図 2は、 図 1に示す研磨装置 1のウェハの処理の様 子を示す概略上面図である。 図 3は、 図 1に示す研磨装置 1における第 1の研磨ステージに位置している主要な要素を側方から見て模式的に示 す概略断面図である。 なお、 図面表記の便宜上、 図 2では、 後述する研 磨状況モニタ装置 5 0 aを省略している。
本実施の形態による研磨装置 1は、 被研磨物としての半導体ウェハを 3ステージの研磨工程で精密に平坦研磨する C M P装置の例である。 この研磨装置 1は、 図 1及び図 2に示すように、 大きくカセッ トイン デヅクス部 1 0 0、 ウェハ洗浄部 2 0 0、 研磨部 3 0 0から構成されて おり、各部はそれそれ仕切られてクリーンチャンバが構成される。なお、 各室間には自動開閉式のシャッ夕を設けても良い。
カセッ トインデックス部 1 0 0は、 複数枚のウェハを保持したカセヅ ト (キャリアとも称する） C 1〜C 4を載置するウェハ載置テーブル 1 2 0と、 未加工ウェハをカセッ トから取り出して洗浄部 2 0 0の洗浄機 仮置き台 2 1 1に搬入し、 また研磨加工後にウェハ洗浄部 2 0 0で洗浄 された加工済みウェハをカセッ トに収納する第 1搬送ロボッ ト 1 5 0と を有して構成されている。
第 1搬送ロボッ ト 1 5 0は 2本の多関節アーム 1 5 3 a , 1 5 3 bを 有する多関節アーム型のロボッ トであり、 基台 15 1とこの基台 15 1 上に水平旋回及び昇降作動自在な旋回台 1 52、 旋回台 152上に取り 付けられた 2本の多関節ァ一ム 1 5 3 a, 1 5 3 b、 それそれの多関節 アーム 1 5 3 a, 1 53 bの先端部に各アームに対して伸縮自在に取り 付けられた Aアーム 1 55 a及び Bアーム 1 5 5 b (Bアーム 1 55 b は Aアーム 1 5 5 aの下方にオフセヅ ト配置されており、 図 1及び図 2 において上下に重なって位置している） 等から構成されている。 Aァー ム 1 5 5 a及び Bアーム 155 bの先端部にはウェハを載置して吸着保 持する保持部が形成されている。 また、 基台 1 5 1には床面に配設され たリニアガイ ド 1 6 0に沿って水平移動自在な直線移動装置が設けられ ている。
このため、 第 1搬送ロボヅ ト 1 5 0は、 リニアガイ ド 160に沿って 目的とするカセッ トの前方に移動し、 旋回台 1 52を水平旋回及び昇降 作動させて Aアーム 1 5 5 a又は Bアーム 1 5 5 bを目的とするスロ ヅ ト高さに移動させ、 多関節アーム 1 53 a及び Aアーム 155 a、 又は 多関節アーム 1 53 b及び Bァ一ム 1 5 5 bを作動させて Aアーム 15 5 a又は Bアーム 1 5 5 bの先端部の保持部で目的スロッ ト中の未加工 ウェハを吸着保持して取り出し、 あるいは目的スロッ トに加工済みゥェ ハを収納することができる。
なお、 上下方向にオフセッ トして配置されるこれら 2対のアーム 15 5 a， 1 5 5 bは機能上等価に構成されており、 いずれを取り出し用又 は収納用として用い、 あるいは一方のアームのみを両方の用途に用いる 構成とすることもできるが、 図示する研磨装置では未加工ウェハを下側 の; Bアーム 1 5 5 bでカセヅ トから取り出し、 洗浄後の加工済みウェハ を上側の Aアーム 1 5 5 aでカセッ トに収納するように設定している。 ウェハ洗浄部 200は、 第 1洗浄室 2 10、 第 2洗浄室 220、 第 3 洗浄室 2 3 0及び乾燥室 2 4 0の 4室構成からなり、 研磨加工済みのゥ ェハが第 1洗浄室 2 1 0→第 2洗浄室 2 2 0 第 3洗浄室 2 3 0 乾燥 室 2 4 0のように順次送られて研磨加工部 3 0 0で付着したスラリーや 研磨加工液、 研磨摩耗粉等の除去洗浄が行われる。 例えば、 第 1洗浄室 2 1 0では回転ブラシによる両面洗浄、 第 2洗浄室 2 2 0では超音波加 振下での表面ペンシル洗浄、 第 3洗浄室 2 3 0では純水によるスピナ一 洗浄、 乾燥室 2 4 0では窒素雰囲気下における乾燥処理が行われるよう に構成されている。 なお、 研磨加工前の未加工ウェハは上記洗浄工程を 経ることなく、 カセッ トインデックス部 1 0 0から洗浄機仮置き台 2 1 1を介してウェハ洗浄部 2 0 0を通過しウェハ研磨部 3 0 0に搬入され る。
研磨部 3 0 0は、 4分割されてステッピングモー夕等の作動により 9 0度ごとに回動送りされるインデックステーブル 3 4 0と、 インデック ステーブル 3 4 0の位置決め停止位置に対応してィンデックステーブル 3 4 0を外周から取り囲むように設けられた第 1研磨ステージ 3 1 0 、 第 2研磨ステージ 3 2 0、 第 3研磨ステージ 3 3 0、 及びインデックス テーブル 3 4 0に未加工ウェハを搬入し加工済みウェハを搬出する搬送 ステージ 3 5 0などから構成されている。 なお、 研磨ステージは、 研磨 ゾーンあるいは研磨室と呼ぶ場合もある。
4分割されたインデックステーブル 3 4 0の各々の区画には、 ウェハ を裏面から吸着保持するチャック V 1 〜 V 4がテーブル上面に露出して 配設されており、 各チャック V I 〜 V 4はインデックステーブル 3 4 0 に水平面 （図 1中の紙面と平行な面） 内で回転自在に支持されるととも に、 ィンデヅクステーブル 3 4 0の内部に設けられた電動モー夕やエア モ一夕等の駆動手段により高速回転及び停止保持が自在に取り付けられ ている。 なお、 チャック V 1 〜 V 4の直径はウェハ直径よりもわずかに 小径に形成されており、 チャック V 1〜V 4に保持されたウェハの外周 端部を把持可能に構成されている。
第 1研磨ステージ 3 1 0、 第 2研磨ステージ 3 2 0、 第 3研磨ステ一 ジ 3 3 0の 3つの研磨ステージには、 それぞれ、 インデックステーブル 3 4 0に対して水平方向に揺動自在かつ鉛直方向に上下動自在な研磨ァ —ム 3 1 1 , 3 2 1 , 3 3 1が設けられている。
図 3に示すように、 研磨アーム 3 1 1の先端部には、 研磨アーム 3 1 1から垂下して水平面内に高速回転自在な研磨へッ ド 3 1 1 aが取り付 けられており、 その下端面にウェハとの相対回転によりウェハを平坦研 磨する研磨体としての研磨パッ ド 3 1 1 cを有している。 本実施の形態 では、 研磨パッ ド 3 1 1 cは、 取付板 3 1 1 bに取り付けられ、 取付板 3 1 1 bが研磨へヅ ド 3 1 1 aに真空吸着により保持されており、 研磨 パッ ド 3 1 1 cは、 後述するパッ ド交換装置 3 1 8により、 支持部材 3 1 1 bごと自動交換されるようになっている。 このような研磨へヅ ド 3 1 1 a及びパヅ ド交換装置 3 1 8としては、 例えば、 特開 2 0 0 1 _ 1 4 8 3 6 1号公報に開示されたものを採用することができる。 図面には 示していないが、 各研磨アーム 3 2 1 , 3 3 1の先端部にも、 研磨ァ一 ム 3 2 1， 3 3 1から垂下して水平面内に高速回転自在な研磨へッ ドが 取り付けられており、 その下端面にウェハとの相対回転によりウェハを 平坦研磨する研磨体としての研磨パッ ドを有している。
また、 図 1及び図 2に示すように、 各研磨ステージ 3 1 0 ， 3 2 0， 3 3 0には、 研磨パッ ドの厚みを計測するパッ ド厚み計測装置 3 1 9， 3 2 9 , 3 3 9と、 研磨パッ ドの表面をコンディショニング、するパヅ ド コンディショニング装置 3 1 7 , 3 2 7， 3 3 7と、 研磨ノ ッ ドを自動 交換するパヅ ド交換装置 3 1 8， 3 2 8 , 3 3 8が取り付けられている。 本実施の形態では、 図 3に示すように、 パッ ド厚み計測装置 3 1 9 と して、 市販の接触触針式変位計が用いられ、 触針 3 1 9 aが研磨パッ ド 3 1 1 cの研磨面に接触してその高さに応じて上下し、 触針 3 1 9 aを 研磨パヅ ド 3 1 1 cの半径方向にスライ ドさせることにより、 研磨パッ ド 3 1 1 cの半径方向の厚さ分布を測定できるようになつている。 本実 施の形態では、 研磨パッ ド 3 1 1 cの厚さとして、 半径方向の厚さ分布 の平均値 （最大値又は最小値等でもよい。） を採用するので、 研磨パッ ド 3 1 1 cの半径方向の厚さ分布を測定するが、 例えば、 研磨パッ ド 3 1 1 cの研磨面の一点のみの厚さを計測するだけでもよい。 なお、 パッ ド 厚み計測装置 3 1 9として、 接触触針式変位計に代えて、 例えば、 光学 式変位計を用いてもよい。 ノ ッ ド厚み計測装置 3 2 9， 3 3 9は、 ノ ヅ ド厚み計測装置 3 1 9と同様の構成を有している。
また、 本実施の形態では、 パッ ドコンディショニング装置 3 1 7は、 図 3に示すように、 リング状のダイャモンド砥粒等が分布されたリング 状のコンディショニング面 3 1 7 aを有するコンディショナ 3 1 7 bと、 コンディショナ 3 1 7 bを保持するコンディショナ保持部材 3 1 7 cと、 コンディショナ保持部材 3 1 7 cを回転させる回転機構 3 1 7 dと、 を 有している。 研磨パヅ ド 3 1 1 cの研磨面とコンディショナ 3 1 7 bの コンディショニング面 3 1 7 aとを当接させて加重をかけ、 それそれ回 転させることにより、 研磨パ ヅ ド 3 1 1 cの研磨面がコンディショニン グされるようになつている。 ノ ッ ドコンディショニング装置 3 2 7 , 3 3 7は、パッ ドコンディショニング装置 3 1 7と同様に構成されている。 本実施の形態では、 パッ ドコンディショニング装置 3 1 7 , 3 2 7 , 3 3 7のコンディショナは、 作業者が手作業で交換し得るようになつてい るが、 研磨パッ ドの場合と同様に、 コンデイショナを自動交換するコン ディショナ交換装置を設けてもよい。
各研磨ステージ 3 1 0 , 3 2 0 , 3 3 0における研磨アームとチヤッ ク、 パッ ド厚み計測装置、 パッ ドコンディショニング装置、 パッ ド交換 装置とは、 研磨アーム先端の研磨へッ ドの摇動円周上に位置するように 相対位置が規定されている。 このため、 例えば、 第 1研磨ステージ 3 1 0において研磨加工を行うときには、 研磨アーム 3 1 1を揺動させて研 磨へッ ドをチヤック V 4上に移動させ、 研磨へヅ ド及びチヤック V 4を 相対回転させるとともに研磨アーム 3 1 1を降下させることにより研磨 パッ ドをウェハ上に押圧させて研磨加工を行う。なお、研磨加工の際に、 研磨剤 （スラリー） が研磨パヅ ドとウェハとの間に介在されることは、 言うまでもない。 そして、 研磨加工の最終段階には、 不図示の水供給装 置によって被研磨物上の研磨剤を洗い流した後、 例えばチャックを回転 することで水切りを行う。
研磨加工をすベて終了して研磨アーム 3 1 1をわずかに上昇させると インデックステーブル 3 4 0を回動させることができる。 このとき、 後 述する所定タイ ミングで研磨アーム 3 1 1を揺動させてパッ ド厚み計測 装置 3 1 9で研磨パッ ドの厚みを計測し、 所定の研磨回数ごと （すなわ ち、 ウェハの枚数ごと） に研磨アーム 3 1 1を更に揺動させてパッ ドコ ンディショニング装置 3 1 7で研磨パヅ ド 3 1 1 cの目詰まりや目の不 揃いを修正する目立て （コンディショニング） を行い、 また後述する夕 イミングで研磨アーム 3 1 1を更に摇動させて研磨パヅ ド 3 1 1 cをパ ッ ド交換装置 3 1 8上方に移動させ、 この装置により研磨パッ ド 3 1 1 cの自動交換を行う。
研磨アーム 3 1 1にはアームの揺動角度位置を検出するアーム位置検 出器 （図示せず） が取り付けられており、 研磨アーム 3 1 1の研磨加工 位置ゃパッ ド厚み計測位置ゃコンディショニング位置ゃパヅ ド交換位置 を検出している。
また、 各研磨ステージには、 図 1に示すように、 研磨加工中のウェハ の研磨状況を光学的にモニタする研磨状況モニタ装置 5 0 aが取り付け られ、 研磨加工中の膜厚減少などがリアルタイムで検出可能となってい る。 この研磨状況モニタ装置 5 0 aとしては、 例えば、 特開 2 0 0 0— 4 0 6 8 0号公報に開示されている装置を用いることができる。 本実施 の形態では、 研磨状況モニタ装置 5 0 aは、 各研磨ステージの研磨ァ一 ムとおおよそ平行に延び水平方向に摇動自在のアーム 6 1を有している c このアーム 6 1 には光ファイバ等が内蔵され、アーム 6 1の先端部から、 チヤックに保持されて研磨加工中のウェハ上にプローブ光を局所的に照 射するとともにウェハからの反射光を受光して所定箇所に導かれるよう になっている。 アーム 6 1は、 研磨アームとの機械的な干渉を避けるた めに研磨加工中に研磨アームと同期して摇動されるようになっている。 本実施の形態では、 研磨状況モニタ装置 5 0 aは、 アーム 6 1の先端部 がウェハ上に位置しているときに得られるウェハからの反射光に基づい て、 研磨状況がモニタされる。
以上の構成及び作動は、 第 2研磨ステージ 3 2 0、 第 3研磨ステージ 3 3 0においても同様である。
搬送ステージ 3 5 0には、 第 2搬送ロボッ ト 3 6 0 と第 3搬送ロボッ ト 3 7 0とが配設されている。 第 2搬送ロボッ ト 3 6 0は、 前述した第 1搬送ロボッ ト 1 5 0と同様の多関節アーム型のロボッ トであり、 水平 旋回及び昇降作動自在な旋回台 3 6 2上に揺動自在に取り付けられた 2 本の多関節アーム 3 6 3 a， 3 6 3 b及び各多関節アーム 3 6 3 a， 3 6 3 bの先端部に伸縮自在に取り付けられた Aアーム 3 6 5 a及び Bァ ーム 3 6 5 bから構成されている。 Aアーム 3 6 5 aと Bアーム 3 6 5 bとは上下にオフセヅ トして配置されるとともに、 両アーム 3 6 5 a , 3 6 5 bの先端部にはウェハを載置して吸着保持する保持部が形成され ている。 第 3搬送ロボヅ ト 370は、 インデックステーブル 340に対して水 平方向に揺動自在かつ鉛直方向に上下動自在な揺動アーム 37 1と、 こ の揺動アーム 37 1の先端部に揺動アーム 37 1に対して水平旋回自在 に取り付けられた回動アーム 372、 回動アーム 3 72の両端部に縣吊 されてウェハの外周端部を把持する Aクランプ 37 5 a及び Bクランプ 375 bなどから構成されている。 Aクランプ 37 5 aと Bクランプ 3 75 bとは回動アーム 372の回動中心から同一距離の回動アーム端部 に配設されている。 また、 図 1に示す状態は第 3搬送ロボッ ト 370の 待機姿勢を示しており、 図における Aクランプ 37 5 aと Bクランプ 3 75 bとの下方には、 それそれ未加工のウエノヽを載置する A仮置き台 3 8 1と、 研磨加工済みのウェハを載置する B仮置き台 3 82とが設けら れている。
このため、 第 3搬送ロボッ ト 370の揺動アーム 37 1を揺動作動さ せ、 さらに回動アーム 372を旋回作動させることにより Aクランプ 3 75 a又は Bクランプ 375 bをインデックステーブル 340のチヤヅ ク V 1上に移動させることができ、 当該位置で揺動アーム 37 1を下降 させて Aクランプ 375 a又は Bクランプ 37 5 bでチャック上のゥェ ハを外周クランプして受け取り、 あるいはチャック上に新たなウェハを 載置保持させることができる。
なお、 研磨加工後のウェハにはスラリーを含んだ研磨加工液が付着し ていることから、研磨加工前のウェハを搬入するアーム及びクランプと、 研磨加工後のウェハを搬出するアーム及びクランプとを区別し、 上下に オフセッ トされた A, Bアーム 36 5 a, 3 6 5 bのうち上方に位置す る Aアーム 36 5 aを未加工ウェハの搬入用アーム、 下方に位置する B アーム 36 5 bを搬出用アームに、 また、 Aクランプ 3 75 aを搬入用 クランプ、 Bクランプ 375 bを搬出用クランプとして規定している。 次に、以上のように構成される研磨装置 1の動作について、説明する。 まず、 ウェハの流れに着目し、 パッ ド厚み計測、 パッ ド交換、 コンディ ショニング及びコンディショナ交換に関する動作については省略して、 研磨装置 1の動作について説明する。 パッ ド厚み計測、 パッ ド交換、 コ ンディショニング及びコンディショナ交換に関する動作については、 1 つの研磨ステージに着目して、後にフローチャートを参照して詳述する。 以下の説明では、 研磨装置 1による研磨加工前のウェハ （本明細書で は未加工ウェハという）を、第 1次研磨加工 P 1、第 2次研磨加工 P 2、 第 3次研磨加工 P 3の 3段階の C M Pによる研磨加工で平坦に研磨する 場合を例にして、 説明する。 以下の例では、 第 1次研磨加工 P l、 第 2 次研磨加工 P 2及び第 3次研磨加工 P 3は、 第 1研磨ステージ 3 1 0、 第 2研磨ステージ 3 2 0、 第 3研磨ステージ 3 3 0でそれそれ行われる ようになっている。
なお、 第 2次研磨加工 P 2及び第 3次研磨加工 P 3では、 研磨状況モ 二夕装置 5 0 aによる研磨終点の検出で、 一旦研磨加工を終了させる。 一方、 本例では、 第 1次研磨加工 P 1は第 2次研磨加工 P 2の前段的研 磨加工であり、終点検出を行うまでもないので、第 1次研磨加工 P 1は、 時間管理で研磨加工を終了させることとし、 所定の研磨加工時間 t p 1 で終了させる。
図 2には、 力セ ヅ トインデックス部 1 0 0のカセッ ト C 1にセッ トさ れた未加工ウェハ W dが、 研磨部 3 0 0で順次研磨処理されて加工済み ウェハ W pとなり、 ウェハ洗浄部 2 0 0で洗浄処理されてカセッ トイン デックス部 1 0 0のカセヅ ト C 4に収納されるまでのウェハの流れを、 点線と矢印を付して示している。なお、各搬送ロボヅ ト 1 5 0 , 3 6 0 , 3 7 0やインデックステ一ブル 3 4 0、 チャック V 1〜V 4、 研磨ァ一 ム 3 1 1 , 3 2 1， 3 3 1、 研磨ヘッ ド等の作動は図示しないパーソナ ルコンピュータ等からなる制御部によって制御され、 この制御部は予め 設定された制御プログラムに基づいてこれらの作動制御を行う。 なお、 図面には示していないが、研磨装置 1は、後述する警報を発する警報部、 及び、 オペレータが各種の指令等を与える入力装置も備えている。 この 警報部としては、 視覚的な警報及び聴覚的な警報のいずれか一方を発生 するものでもよいし、 両方を発生するものでもよい。
まず、 研磨装置 1が起動され研磨加工が開始されると、 第 1搬送ロボ ヅ ト 1 5 0がカセッ ト C 1の位置に移動し、 旋回台 1 5 2を水平旋回及 び昇降作動させて Bアーム 1 5 5 bを目的とするウェハのスロッ ト高さ に移動させ、 多関節アーム 1 5 3 b及び Bアーム 1 5 5 bを伸長作動さ せて Bアーム 1 5 5 b先端の保持部でスロヅ ト内の未加工ウェハ W dを 吸着保持し、 両アームを縮長作動させて引き出す。 そして、 旋回台 1 5 2を 1 8 0度旋回作動させてウェハ洗浄部 2 0 0に向かい、 この洗浄部 2 0 0に設けられた洗浄機仮置き台 2 1 1上に未加工ウェハ W dを載置 する。
ウェハ洗浄室 2 0 0を挟んで対峙する搬入ステージ 3 5 0の第 2搬送 ロボッ ト 3 6 0は、未加工ウェハ W dが仮置き台 2 1 1に載置されると、 旋回台 3 6 2を作動させて Aアーム 3 6 5 a先端部が洗浄機仮置き台 2 1 1に向かうように旋回し、 多関節ァ一ム 3 6 3 a及び Aアーム 3 6 5 aを伸長作動させて Aアーム先端の保持部で洗浄機仮置き台 2 1 1上の 未加工ウェハ W dを吸着保持する。 そして、 未加工ウェハ W dを保持す ると多関節アーム 3 6 3 a及び Aアーム 3 6 5 aを縮長作動させるとと もに旋回台 3 6 2を旋回作動させて反転し、 再び多関節アーム 3 6 3 a 及び Aアーム 3 6 5 aを伸長作動させて未加工ウェハ W dを A仮置き台 3 8 1上に載置する。
未加工ウェハ W dが A仮置き台 3 8 1上に載置されると、 第 3搬送口 ボヅ ト 3 7 0が下降作動して Aクランプ 3 7 5 aで未加工ウェハ W dを 把持し、 把持後所定高さまで上昇作動した待機位置でィンデツクステ一 ブル 3 4 0の位置決め完了するまで待機する （待機姿勢）。ィンデックス テ一プル 3 4 0が位置決め停止すると揺動アーム 3 7 1及び回動アーム 3 7 2を揺動作動及び回動作動させて未加工ウェハをチヤック V 1上に 載置し吸着保持させる。 そして第 3搬送ロボッ ト 3 7 0はクランプ解除 後上昇し、 揺動アーム 3 7 1及び回動アーム 3 7 2を揺動作動及び回動 作動させて次の未加工ウェハ W dを Aクランプ 3 7 5 aで把持し、 所定 高さの待機位置で次のィンデックス作動まで待機する。
以降、 研磨部 3 0 0における研磨加工が開始される。 搬入ステージ 3 5 0に搬入された未加工ウェハ W dが第 1研磨ステージ 3 1 0から第 2 研磨ステージ 3 2 0、 第 3研磨ステージ 3 3 0を経て搬送ステージ 3 5 0から搬出されるまでの流れは、 以下の通りである。
なお、 以下の説明では 1つの未加工ウェハ W dが各ステージで加工さ れて加工済みウェハとして収納されるまでの進行を時系列で説明するが、 各ステージにはィンデヅクステーブル 3 4 0の回動作動ごとに順次新た なウェハが搬入され、 ィンデヅクステ一プル 3 4 0の回動作動ごとに新 たな加工済みウェハが搬出され、 各ステージでは異なるウェハに関する 動作が同時に並行して行われる。
未加工ウェハ W dがチャック V 1上に吸着保持され、 第 3搬送ロボッ ト 3 7 0がインデックステ一プル 3 4 0の上方から待避すると、 インデ ックステ一ブル 3 4 0を図 1及び図 2中の右回り （時計回り） に 9 0度 回動作動させ、 未加工ウェハ W dを第 1研磨ステージ 3 1 0 (図 1及び 図 2における V 4位置） に位置決めする。 このとき、 同時に、 研磨ァー ム 3 1 1を揺動作動させて研磨へッ ドを未加工ウェハ W d上に移動させ ο ィンデックステーブル 3 4 0が位置決め停止すると、 研磨へッ ドとチ ャック V 1 とを例えば反対方向に高速回転させるとともに研磨アーム 3 1 1を下降させて研磨へッ ド下端の研磨パッ ドをウェハ上に押圧させ、 第 1次研磨加工 P 1を行う。 研磨加工中には研磨へッ ドの軸心からスラ リーを供給しながら研磨パッ ドがウェハの回転中心と外周端部との間を 往復動するように微小範囲で研磨アーム 3 1 1を摇動作動させてウェハ を均一に平坦研磨する。搬送ステージ 3 5 0では、第 1次研磨加工中に、 新たな未加工ウェハが第 3搬送ロボッ ト 3 7 0によりチヤヅク V 2上に 搬入される。
第 1研磨ステージ 3 1 0での第 1次研磨加工 P 1は前述したように時 間制御であり、 所定の研磨加工時間 t p 1が経過すると、 研磨アーム 3 1 1を上昇させて第 1研磨ステージ 3 1 0での研磨加工を停止する。 そ の後、 制御部は、 インデヅクステーブル 3 4 0の作動が可能であるか否 か （すなわち、 第 1研磨ステージ 3 1 0以外のステージでの動作が完了 したか否か） を判定し、 可能でなければ可能となるのを待つ。
インデックステーブル 3 4 0の作動が可能であれば、 インデックステ 一ブル 3 4 0 を再び右回りに 9 0度回動作動させ、 第 1次研磨加工 P 1 が終了したウェハを第 2研磨ステージ 3 2 0 (図 1及び図 2における V 3位置） に位置決めする。 このとき、 同時に、 研磨アーム 3 2 1を揺動 作動させて研磨へヅ ドをウェハ上に移動させる。 そして、 研磨アーム 3 2 1を下降させ、 上記第 1次研磨加工 P 1と同様の作動により、 第 2研 磨ステージ 3 2 0での研磨加工 （第 2次研磨加工 P 2 ) を行う。
第 2研磨ステージ 3 2 0での第 2次研磨加工 P 2は、 いわゆる終点検 出加工である。 第 2研磨ステージ 3 2 0の研磨状況モニタ装置 5 0 aで 検出される加工膜厚が予め設定された所定の膜厚まで減少したと判断さ れるときに、 研磨アーム 3 2 1を上昇させ第 2研磨ステージ 3 2 0での 研磨加工を停止すると共に、 被研磨物上の研磨剤 （スラリー） を洗い流 すための洗浄、 水切りを行う。
次に、 制御部は、 インデックステーブル 3 4 0の作動が可能であるか 否か （すなわち、 第 2研磨ステージ 3 2 0以外のステ一ジでの動作が完 了したか否か） を判定し、 可能でなければ可能となるのを待つ。
インデックステ一ブル 3 4 0の作動が可能であれば、 インデックステ —ブル 3 4 0を再び右回りに 9 0度回動作動させ、 第 2次研磨加工 P 2 が終了したウェハを第 3研磨ステージ 3 3 0 (図における V 2位置） に 位置決めする。 そして、 研磨アーム 3 3 1を下降させて上述したと同様 の作動により第 3研磨ステージ 3 3 0での研磨加工 （第 3次研磨加工 P 3 ) を行う。
第 3研磨ステージ 3 3 0での第 3次研磨加工 P 3も、 第 2次研磨加工 P 2 と同様に、 いわゆる終点検出加工である。 制御部は、 第 3研磨ステ —ジ 3 3 0の研磨状況モニタ装置 5 0 aで検出される加工膜厚が予め設 定された所定の膜厚まで減少したと判断されるときに、 研磨アーム 3 3 1 を上昇させて第 3研磨ステージ 3 3 0での研磨加工を停止する。
次に、 制御部は、 インデックステーブル 3 4 0の作動が可能であるか 否か （すなわち、 第 3研磨ステージ 3 3 0以外のステージでの動作が完 了 したか否か） を判定し、 可能でなければ可能となるのを待つ。
インデックステーブル 3 4 0の作動が可能であれば、 インデックステ ―ブル 3 4 0を再び右回りに 9 0度回動作動させ、 第 3次研磨加工 P 3 が終了したウェハを搬送ステージ 3 5 0 (図 1及び図 2における V 1位 置） に位置決めする。 インデックステーブル 3 4 0が位置決め停止する と、 第 3搬送ロボッ ト 3 7 0が揺動アーム 3 7 1及び回動アーム 3 7 2 を摇動作動及び回動作動させて研磨加工が終了した加工済みウェハ W p を搬出するともに、 次の未加工ウェハ W dをチヤック V 1上に搬入して チャック V 1に吸着保持させ、 以上の動作を繰り返す。
加工済みウェハ W pが B仮置き台 3 8 2に載置され第 3搬送ロボッ ト 3 7 0が待機位置で停止すると、 第 2搬送ロボッ ト 3 6 0は旋回台 3 6 2、 多関節アーム 3 6 3 b及び Bアーム 3 6 5 bを作動させて Bアーム 先端の保持部で B仮置き台 3 8 2上の加工済みウェハ W pを吸着保持し、 旋回台 3 6 2を旋回作動、 多関節アーム 3 6 3 b及び Bアーム 3 6 5 b を伸長作動させてさせて洗浄部 2 0 0の洗浄機入口 2 1 6に加工済みゥ ェハ W pを載置する。
洗浄部 2 0 0では、 第 1洗浄室 2 1 0で回転ブラシによる両面洗浄、 第 2洗浄室 2 2 0で超音波加振下での表面ペンシル洗浄、 第 3洗浄室 2 3 0で純水によるスピナ一洗浄、 乾燥室 2 4 0で窒素雰囲気下における 乾燥処理が行われる。 そして、 このようにして洗浄された完成品ウェハ は、 カセヅ トインデヅクス部 1 0 0における第 1搬送ロボヅ ト 1 5 0の Aアーム 1 5 5 aにより洗浄部 2 0 0から取り出され、 カセッ ト C 4の 指定スロッ トに収納される。
以上、 カセッ トインデックス部 1 0 0のカセッ ト C 1 にセヅ 卜された 未加工ウェハ W dが、 研磨部 3 0 0で順次研磨処理されて加工済みゥェ ハ W pとなり、 ウェハ洗浄部 2 0 0で洗浄処理されてカセッ トインデッ クス部 1 0 0のカセッ ト C 4に収納されるまでのウェハの流れを、 説明 した。
本実施の形態による研磨装置 1では、 制御部が、 図示しない入力装置 を介してオペレー夕から、 複数枚のウェハ （例えば、 カセッ ト C 1に収 容されている複数枚のウェハ） についての自動的な連続した研磨 （ここ では、 「一連研磨」 という。） を開始させる旨の指令を受けると、 基本的 には、 これらのウェハの各々について、 各ステージでは異なるウェハに 関する動作が同時に並行して行われつつ、 前述したウェハの流れに従つ た処理が行われる。
次に、 本実施の形態の特徴的な動作であるパッ ド厚み計測、 パッ ド交 換、 コンディショニング及ぴコンディショナ交換に関する動作を中心に して、 1つの研磨ステージ 3 1 0に着目し、 図 4及び図 5に示すフロー チャートを参照して研磨装置 1の動作について説明する。 なお、 図 1乃 至図 3も参照されたい。
なお、 以下の説明では、 理解を容易にするため、 研磨ステージは第 1 研磨ステージ 3 1 0のみしか存在しないものとして説明する。 第 2研磨 ステージ 3 2 0及び第 3研磨ステージ 3 3 0を考慮した実際の動作につ いては、 後述する。
制御部は、 まず、 前記入力装置から、 前記一連研磨の開始指令が得ら れたか否かを判定し （ステップ S l )、 この開始指令が得られなければ、 得られるまで待つ。 この指令により、 何枚のウェハを連続して研磨する かが指定されるようになっている。 ここでは、 N枚のウェハが連続して 研磨するように指定されたものとする。
一連研磨の開始指令が得られると、 制御部は、 研磨アーム 3 1 1を揺 動させて研磨へッ ド 3 1 1 aをパッ ド厚み計測装置 3 1 9上方に移動さ せ、 パッ ド厚み計測装置 3 1 9に、 研磨パツ ド 3 1 1 cの厚みを計測さ せる （ステップ S 2 )。 この厚みの値は、 前述したように、 半径方向の厚 み分布の平均値、最大値、最小値、 ある一点の値の、 いずれでもよいが、 平均値が好ましい。
次に、 制御部は、 ステップ S 2で計測されたパッ ド厚みが、 研磨パッ ド 3 1 1 cの寿命を定める所定の最小管理値 d 1以上の厚さであるか否 かを判定することによって、 研磨パヅ ド 3 1 1 cの寿命が尽きたか否か を判定する （ステップ S 3 )。
ステップ S 2で最小管理値 d 1以上である （すなわち、 研磨パッ ド 3 1 1 cの寿命が尽きていない） と判定されると、 後述するステップ S 1 1へ移行する。 一方、 ステップ S 2で最小管理値 d 1より薄い （すなわ ち、 研磨パヅ ド 3 1 1 cの寿命が尽きた） と判定されると、 ステップ S 4へ移行する。 この場合には、 実際にウェハが研磨されることはない。 ステップ S において、 制御部は、 研磨アーム 3 1 1を揺動させて研 磨へッ ド 3 1 1 aをパッ ド交換装置 3 1 8上方に移動させ、 この装置 3 1 8により研磨パ ヅ ド 3 1 1 cを新しい研磨パッ ドに交換させる。 その 後、 制御部は、 ステップ S 2と同様に、 パッ ド厚み計測装置 3 1 9に、 研磨パッ ド 3 1 1 cの厚みを計測させる （ステップ S 5 )。
次に、 制御部は、 研磨アーム 3 1 1を摇動させて研磨へッ ド 3 1 1 a をパヅ ドコンディショニング装置 3 1 7上方に移動させ、 研磨へッ ド 3 1 1 aを降下させるとともに研磨へッ ド 3 1 1 a及びコンディショナ保 持部材 3 1 7 cをそれそれ回転させて相対回転させ、 研磨パッ ド 3 1 1 cをブレークイ ンコンディショニングする (ステップ S 6 )。 プレ一クイ ンコンディショニングは、 通常は新しい研磨パッ ドに対して行われるコ ンディショニングであり、通常のコンディショニング（ステップ S 1 2， S 1 4で行われるコンディショニング） の場合に比べて例えばコンディ ショニング時間が長い一定時間とされ、 コンディショナ 3 1 7 bによる 研磨パッ ド 3 1 1 cの切削量は比較的大きい。
次いで、 制御部は、 ステップ S 2 と同様に、 パヅ ド厚み計測装置 3 1 9に、研磨パッ ド 3 1 1 cの厚みを計測させる（ステップ S 7 )。その後、 制御部は、 ステツプ S 7で計測されたパッ ド厚みとステツプ S 5で計測 されたパッ ド厚みとの差をステップ S 6のブレークインコンディショニ ングのコンディ ショニング時間で除算することにより、 ステップ S 6で の研磨パヅ ド 3 1 1 cの平均切削レートを算出する （ステップ S 8 )。 その後、 制御部は、 ステップ S 8で算出した平均切削レートが、 コン ディショナ 3 1 7 bの寿命を定める最小管理値 R 1以上であるか否かを 判定することによって、 コンディショナ 3 1 7 bの寿命が尽きたか否か を判定する （ステツプ S 9 )。
ステップ S 9で最小管理値 R 1以上である （すなわち、 コンディショ ナ 3 1 7 bの寿命が尽きていない）と判定されると、次回の一連研磨（後 述するステツプ S 1 2 , S 1 4 ) で行われる研磨パヅ ド 3 1 1 cの各 1 回のコンディショニングによる研磨パッ ド 3 1 1 cの切削量が所定値と なるようなコンディショニング時間 （ 1回の時間） を、 ステップ S 8で 算出した平均切削レートから求め、 このコンディショニング時間を、 次 回の一連研磨時のコンディショニング時におけるコンディショニング時 間として、制御部の内部メモリに再設定する（ステツプ S 1 0 )。その後、 ステップ S 1へ戻る。
ステップ S 1 1において、 制御部は、 ステップ S 1で指定された枚数 ( N枚） のウェハを研磨した後の研磨パヅ ド 3 1 1 cの厚さを、 予測す る。 後述するステップ S 1 2， S 1 4では、 例えば、 2枚のウェハの研 磨について 1回コンディショニングを行うなど、 ウェハの何枚当たりに コンディショニングを 1回行うかがが予め定められている。したがって、 N枚のウェハを研磨した後には何回コンディショニングを行つたかを算 出できる。 そして、 このコンディショニング回数と、 現在設定されてい るコンディ ショニング時間 （ステップ S 1 0， S 1 9 , S 3 0により最 新に設定されたコンディショニング時間） と、 最新に得られた平均切削 レート （ステップ S 8 , S 1 8 3 S 2 8で得られた平均切削レートのう ちの最新のもの） とを、 乗算することにより、 ステヅプ S 1で N枚のゥ ェハを研磨した後の研磨パッ ド 3 1 1 cの厚さの予測値を得ることがで きる。
次に、 制御部は、 ステップ S 1 1で予測された研磨パヅ ド 3 1 1 cの 厚みが、 前記最小管理値 d 1以上であるか否かを判定する。 ステップ S 1 1で予測された研磨パッ ド 3 1 1 cの厚みが最小管理値 d 1以上であ れば、 N枚のウェハを研磨しても研磨パヅ ド 3 1 1 cの寿命が尽きるこ とがなく、 ステップ S 1 2へ移行する。
一方、 ステップ S 1 1で予測された研磨パヅ ド 3 1 1 cの厚みが最小 管理値 d 1より薄ければ、 N枚のウェハを研磨してしまうと途中で研磨 パッ ド 3 1 1 cの寿命が尽きることから、 ステヅプ S 1 3へ移行する。 ステップ S 1 3において、 制御部は、 ある枚数のウェハを研磨したと仮 定したときに予測される研磨パッ ド 3 1 1 cの厚みが前記最小管理値 d 1より薄くならない当該枚数の最大値 Mを求める。 この最大値 Mは、 M < Nの条件下で、ステップ S 1 1の N枚のウェハの場合の算出と同様に、 各枚数について研磨パッ ド 3 1 1 cの予測値を算出し、 最小管理値 d 1 と比較することで、 求めることができる。 そして、 制御部は、 実際の一 連研磨で研磨すべきウェハの枚数を、 ステップ S 1で指定された N枚か ら、 M枚に設定し直し （ステップ S 1 3 )、 ステップ S 1 4へ移行する。 ステップ S 1 2において、 制御部は、 前述したウェハの流れで説明し た動作を各部に行わせることにより、 N枚のウェハを一連研磨し （すな わち、 N枚のウェハを自動的に連続的に研磨し）、 この一連研磨が終了す ると、 ステップ S 1 5へ移行する。 本例では、 この一連研磨が終了する と、 カセッ ト C 1にセッ トされていた N枚の未加工ウェハ W dが、 それ それ N枚の加工済みウェハ W p_となってカセッ ト C 4に収納される。 ステップ S 1 4において、 制御部は、 ステップ S 1 3による M枚の設 定に従い、 前述したウェハの流れで説明した動作を各部に行わせること により、 M枚のウェハを一連研磨し （すなわち、 M枚のウェハを自動的 に連続的に研磨し）、 この一連研磨が終了すると、 ステップ S 1 5へ移行 する。 本例では、 この一連研磨が終了すると、 カセッ ト C 1にセッ トさ れていた M枚の未加工ウェハ W dが、 それそれ M枚の力 Πェ済みウェハ W Pとなってカセヅ ト C 4に収納される。
なお、 制御部は、 ステップ S 1 2， S 1 4の一連研磨中に、 研磨パ ヅ ド 3 1 1 cによりウェハを研磨させるだけでなく、 研磨パヅ ド 3 1 1 c が予め定められた枚数 （例えば、 2枚など。 勿論、 1枚でもよいし、 3 枚以上でもよい） のウェハを研磨するごとに、 制御部は、 研磨アーム 3 1 1を揺動させて研磨へッ ド 3 1 1 aをパッ ドコンディショニング装置 3 1 7上方に移動させ、 研磨へッ ド 3 1 1 aを降下させるとともに研磨 ヘッ ド 3 1 1 a及びコンディショナ保持部材 3 1 7 cをそれそれ回転さ せて相対回転させ、 研磨パッ ド 3 1 1 cをコンデイショニングする。 こ のステップ S 1 2 , S 1 4でのコンディショニングは、 現在設定されて いるコンディショニング時間 （ステップ S 1 0 , S 1 9， S 3 0により 最新に設定されたコンディショニング時間） に従って行われる。 本実施 の形態では、 ステップ S 1 2 , S 1 4のコンディショニング条件は、 コ ンディ ショニング時間を除き、 ステップ S 6 , S 2 6のコンディ ショニ ング条件と同一にされている。 もっとも、 本発明ではこれに限定される ものではない。
ステップ S 1 5において、 制御部は、 ステヅプ S 2 と同様に、 ノ ヅ ド 厚み計測装置 3 1 9に、研磨パッ ド 3 1 1 cの厚みを計測させる。次に、 制御部は、 ステップ S 3と同様に、 ステップ S 1 5で言十測されたパヅ ド 厚みが、 研磨パッ ド 3 1 1 cの寿命を定める所定の最小管理値 d 1以上 の厚さであるか否かを判定することによって、 研磨パ、ッ ド 3 1 1 cの寿 命が尽きたか否かを判定する （ステップ S 1 6 )。最小管理値 d 1 より薄 ければステップ S 4へ移行する一方、 最小管理値 d 1以上であればステ ップ S 1 7へ移行する。
ステヅプ S 1 7において、 制御部は、 ステップ S 1 5で計測されたパ ッ ド厚みとステップ S 3で計測されたパッ ド厚みとの差をステップ 1 2 又はステツプ S 1 4 (これはいずれのステヅプを絰由してステヅプ S 1 7に到達したかによる） で行われたコンディショニングのコンディショ ニング累積時間で除算することにより、 当該一連研磨での研磨パッ ド 3 1 1 cの平均切削レートを算出する。
次に、 制御部は、 ステップ S 1 7で算出した平均切削レートが、 コン ディショナ 3 1 7 bの寿命を定める最小管理値 R 1以上であるか否かを 判定することによって、 コンディショナ 3 1 7 bの寿命が尽きたか否か を判定する （ステップ S 1 8 )。
ステヅプ S 1 8で最小管理値 R 1以上である （すなわち、 コンデイシ ョナ 3 1 7 bの寿命が尽きていない） と判定されると、 次回の一連研磨 (ステップ S 1 2， S 1 4 ) で行われる研磨パヅ ド 3 1 1 cの各 1回の コンディショニングによる研磨パッ ド 3 1 1 cの切削量が所定値となる ようなコンディショニング時間を、 ステップ S 8で算出した平均切削レ 一卜から求め、 このコンディショニング時間 （ 1回の時間） を、 次回の 一連研磨時のコンディショニング時におけるコンディショニング時間と して、 制御部の内部メモリに再設定する （ステップ S 1 9 )。 その後、 ス テツプ S 1へ戻る。
ステップ S 9 , S 1 8で最小管理値 R 1以下である （すなわち、 コン ディショナ 3 1 7 bの寿命が尽きた） と判定されると、 制御部は、 前述 した警報部に、 コンディショナ 3 1 7 bを交換すべき旨の警報をォペレ 一夕等に発生させる （ステツプ S 2 0 )。 その後、 制御部は、 ステツプ S 2 1でコンディショナ 3 1 7 bが交換されるのを待ち、 コンディショナ 3 1 7 bが交換されると、 ステップ S 2 と同様に、 パヅ ド厚み計測装置 3 1 9に、 研磨パッ ド 3 1 1 cの厚みを計測させる （ステップ S 2 2 )。 なお、 制御部は、 コンディショナ 3 1 7 bの交換検出センサ （図示せず） からの信号によってコンディショナ 3 1 7 bの交換を知ってもよいし、 そのようなセンサがない場合には、 オペレータによる前記入力装置の所 定の操作等によって知るようにしてもよい。
次に、 制御部は、 ステップ S 3と同様に、 ステップ S 2 2で計測され たパヅ ド厚みが、 研磨パッ ド 3 1 1 cの寿命を定める所定の最小管理値 d 1以上の厚さであるか否かを判定することによって、 研磨パヅ ド 3 1 1 cの寿命が尽きたか否かを判定する （ステップ S 2 3 )。最小管理値 d 1より薄ければステップ S 2 4へ移行する一方、 最小管理値 d 1以上で あればステヅプ S 2 6へ移行する。
ステップ S 2 4において、 制御部は、 ステップ S 4と同様に、 パヅ ド 交換装置 3 1 8により研磨パッ ド 3 1 1 cを新しい研磨パッ ドに交換さ せる。 次いで、 制御部は、 研磨パヅ ド 3 1 1 cの厚みを計測させ （ステ ップ S 2 5 )、 その後ステップ S 2 6へ移行する。
ステヅプ S 2 6において、 制御部は、 ステップ S 6 と同様に、 コンデ イショニング装置 3 1 7に研磨パヅ ド 3 1 1 cをブレークインコンディ ショニングさせる。 ステップ S 2 6の処理は、 ステップ S 2 5からステ ヅプ S 2 6へ移行した場合には本来のブレ一クインコンディショニング と言えるが、 ステップ S 2 3で Y E Sからステヅプ S 2 6へ移行した場 合には、 動作的には全く同じであるが、 本来的なブレークインコンディ ショニング （研磨パヅ ド 3 1 1 cの初期のコンディ ショニング） ではな く、 新しいコンディショナ 3 1 7 bの良否の判定等を行うための事前動 作である。
次に、 制御部は、 研磨パッ ド 3 1 1 cの厚みを計測させる （ステップ S 2 7 )。 次いで、 制御部は、 ステップ S 2 5又はステヅプ S 2 2で計測 されたパッ ド厚み （これはステップ S 2 4， 2 5を経由してステップ S 2 5に到達したか否かによる） とステップ S 2 7で計測されたパヅ ド厚 みとの差をステップ 2 6で行われたブレークインコンディショニングの コンディショニング時間で除算することにより、 ステップ S 2 6での研 磨パヅ ド 3 1 1 cの平均切削レートを算出する （ステップ S 2 8 )。 その後、 制御部は、 ステップ S 2 8でした平均切削レートが、 前記最 小管理値 R 1以上でかつ所定の最大管理値 R 2以下の範囲内であるか否 かを判定することによって、 コンディショナ 3 1 7 bの良否を判定する (ステップ S 2 9 )。範囲内でなければ（コンディショナ 3 1 7 bが不良 であれば）、 ステップ S 2 0へ戻る。 一方、 範囲内であれば （コンディシ ョナ 3 1 7 bが良であれば）、 ステツプ S 3 0へ移行する。
ステップ S 3 0において、 制御部は、 次回の一連研磨 （ステップ S 1 2 , S 1 4 ) で行われる研磨パヅ ド 3 1 1 cの各 1回のコンディショニ ングによる研磨パヅ ド 3 1 1 cの切削量が所定値となるようなコンディ ショニング時間を、ステップ S 2 8で算出した平均切削レートから求め、 このコンディショニング時間 （ 1回の時間） を、 次回の一連研磨時のコ ンデイショニング時におけるコンディショニング時間として、 制御部の 内部メモリに再設定する。 その後、 ステップ S 1へ戻る。
以上の動作説明では、 研磨ステージは第 1研磨ステージ 3 1 0のみし か存在しないものとして説明した。 しかし、 第 2研磨ステージ 3 2 0及 び第 3研磨ステージ 3 3 0を考慮した実際の動作では、 第 1研磨ステー ジ 3 1 0についての動作と同様の動作が各研磨ステージ 3 2 0， 3 3 0 についても行われ、 それらの各ステージに関する判断や処理が連係して 動作が行われる。 例えば、 ステップ S 3の判断は各研磨ヘッ ドの研磨パ ヅ ドの厚みについて個々に行われた後、 全ての研磨へヅ ドについてその 研磨パッ ドの厚みが最小管理値 （各研磨へヅ ドごとに異なっていてもよ い） 以上である場合にのみ、 ステップ S 1 1へ移行し、 その他の場合に は一連研磨が行われることはない。 また、 実際に一連研磨されるウェハ の枚数は、 各研磨ステージの研磨へヅ ドに関するステツプ S 1 1 , S 1 3の判断結果に応じて決定される。
本実施の形態によれば、 ステップ S 2 , S 1 5 , S 2 2で研磨パヅ ド 3 1 1 cの厚みが計測され、 ステップ S 3 , S 1 6， S 2 3で、 その計 測された厚みが所定値 d 1より薄い場合に、 研磨パッ ド 3 1 1 cの寿命 が尽きたと判定され、 その場合に研磨パッ ド 3 1 1 cが新しい研磨パッ ドに交換される。 したがって、 本実施の形態によれば、 研磨パッ ドの寿 命を正確に判定することができ、 適正に研磨パッ ドを交換することがで きる。 したがって、 ウェハを精度良く研磨することができ、 しかも、 か なり早めに研磨パッ ドの寿命が尽きたと判定するような事態を防止する ことができ、 研磨パッ ドの交換頻度が少なくてすむので、 ランニングコ ス トが低減する。
また、 本実施の形態によれば、 ステップ S 1 7 , S 8で研磨パヅ ド 3 1 1 cの平均切削レートが算出され、 ステップ S 1 8， S 9でその平均 切削レートが所定値 R 1より低い場合に、 コンディショナ 3 1 7 bの寿 命が尽きたと判定され、 コンディショナ 3 1 7 bが新しいコンディショ ナに交換される。 したがって、 本実施の形態によれば、 コンディショナ の寿命を正確に判定することができ、 適正にコンディショナを交換する ことができる。 したがって、 研磨パッ ドを適切にコンディショニングし ひいてはウェハを精度良く研磨することができ、 しかも、 かなり早めに コンディショナの寿命が尽きたと判定するような事態を防止することが でき、 コンデイショナの交換頻度が少なくてすむので、 ランニングコス トが低減する。 '
さらに、 本実施の形態によれば、 新しいコンデイショナがパッ ドコン ディショニング装置に装着された場合に、 ステップ S 2 6で所定のコン ディショニングが行われ、 その前後のステップ S 2 2 , S 2 7でパッ ド 厚みが計測され、 その計測結果に基づいて、 ステップ S 2 8で研磨パ ヅ ドの平均切削レ一卜が算出され、 ステツプ S 2 9でその平均切削レート が所定範囲外である場合に当該新しいコンデイショナが不良であると判 定し、ステップ S 2 0が行われる。 したがって、本実施の形態によれば、 適切な切削能力を有するコンディショナで研磨パッ ドをコンディショニ ング （研磨用のコンディ ショニング） することができるので、 研磨パヅ ドに所望の研磨特性を発揮させることができ、 ひいては、 ウェハを精度 良く研磨することができる。
さらにまた、 本実施の形態によれば、 ステップ S 1 8 , S 9 , S 2 9 で算出された研磨パッ ドの平均切削レートが、 ステップ S 1 9 , S 9 , S 2 9によって、 次回の一連研磨におけるコンディショニング時のコン ディショニング条件 （本実施の形態では、 コンディショニング時間であ るが、 必ずしもこれに限定されるものではない） にフィードバックされ るので、 コンディショナのコンディショニング面は徐々に消耗していつ ても、 その影響が大幅に低減され、 コンディショニング後の研磨パッ ド の研磨面の状態は各ウェハに対してほぼ一定の状態となり、 ひいては、 多数のウェハを安定して精度良く研磨することができる。
また、 本実施の形態によれば、 ステップ S 1 1 , S 1 3が行われ、 一 連研磨において、 途中で研磨パッ ドの寿命が尽きてしまうような事態が 防止される。 したがって、 この点からも、 多数のウェハを安定して精度 良く研磨することができる。
なお、 前記実施の形態では、 パッ ド交換装置 3 1 8 , 3 2 8 , 3 3 8 が設けられているが、 本発明では、 これらは必ずしも必要ではない。 パ ヅ ド交換装置 3 1 8 , 3 2 8 , 3 3 8がない場合には、 例えば、 ステツ プ S 4でオペレー夕に研磨パッ ドを交換すべき旨の警報を発生すればよ い。 また、 前記実施の形態では、 コンデイショナは手作業で交換するよ うになつていたが、 コンディショナの交換を自動的に行うコンディショ ナ交換装置を設けてもよい。 この場合、 ステップ S 2 0で警報を発生す る代わりに、 当該コンディショナ交換装置でコンディショナを交換すれ ばよい。
また、 本発明では、 C u— CMPプロセスにおける精密な研磨コント ロールを行う場合の他、 例えば、 層間絶縁膜の加工プロセスや S T Iプ ロセス等のようなウェハ加工の他、 石英基板やガラス基板、 セラミック 基板等の加工プロセスについても同様に適用可能である。
さらにまた、 本実施の形態による研磨装置 1は、 4分割されたインデ ヅクステーブル 34 0を用い、 3段階の研磨ステージ 3 1 0 , 3 2 0 , 3 3 0で研磨加工を行う研磨装置の例であった。 しかし、 本発明は、 こ れに限定ものではなく、 例えば、 2段階の研磨ステージで研磨加工を行 う構成や、 4段階以上の研磨ステージを設ける構成としてもよい。
[第 2の実施の形態]
次に、 本発明に係る半導体デバイスの製造方法の実施の形態について 説明する。 図 6は、 半導体デバイス製造プロセスを示すフローチャート である。 半導体デバイス製造プロセスをスタートして、 まずステップ S 2 0 0で、 次に挙げるステヅプ S 2 0 1〜S 2 04の中から適切な処理 工程を選択する。 選択に従って、 ステップ S 2 0 1〜S 2 0 4のいずれ かに進む。
ステップ S 2 0 1はシリコンウェハの表面を酸化させる酸化工程であ る。 ステップ S 2 0 2は CVD等によりシリコンウェハ表面に絶縁膜を 形成する C VD工程である。 ステップ S 2 0 3はシリコンウェハ上に電 極膜を蒸着等の工程で形成する電極形成工程である。 ステツプ S 2 04 はシリコンウェハにイオンを打ち込むイオン打ち込み工程である。
CVD工程 （ S 2 0 2 ) もしくは電極形成工程 （ S 2 0 3 ) の後で、 ステヅプ S 2 0 9に進み、 C M P工程を行うかどうかを判断する。 行わ ない場合はステツプ S 2 0 6に進むが、 行う場合はステヅプ S 2 0 5に 進む。 ステップ S 2 0 5は C M P工程であり、 この工程では、 本発明に 係る研磨装置を用いて、 層間絶縁膜の平坦化や、 半導体デバイスの表面 の金属膜の研磨によるダマシン （damascene) の形成等が行われる。
C M P工程 （ S 2 0 5 ) または酸化工程 （ S 2 0 1 ) の後でステップ S 2 0 6に進む。 ステップ S 2 0 6はフォ ト リソグラフィ工程である。 この工程では、 シリコンウェハへのレジス 卜の塗布、 露光装置を用いた 露光によるシリコンウェハへの回路パターンの焼き付け、 露光したシリ コンウェハの現像が行われる。 さらに次のステップ S 2 0 7は、 現像し たレジス ト像以外の部分をエッチングにより肖 り、 その後レジス ト剥離 を行い、 ェヅチングが済んで不要となったレジス トを取り除くエツチン グ工程である。
次にステップ S 2 0 8で必要な全工程が完了したかを判断し、 完了し ていなければステップ S 2 0 0に戻り、 先のステップを繰り返して、 シ リコンウェハ上に回路パターンが形成される。 ステップ S 2 0 8で全ェ 程が完了したと判断されればェンドとなる。
本発明に係る半導体デバイス製造方法では、 C M P工程において本発 明に係る研磨装置を用いているため、 寿命が尽きた研磨パッ ドゃコンデ イショナを使用する'ことがなく C M P工程の加工精度が向上するととも に、 ランニングコス トを低減することができる。 これにより、 従来の半 導体デバイス製造方法に比べて製造ばらつきの少ない半導体デバイスを、 低コス トで製造することができる。 また、 本発明による半導体デバイス 製造方法により製造された半導体デバイスでは、 歩留りが高く、 かつ、 安価な半導体デバイスとなる。 なお、 上記半導体デバイス製造プロセス 以外の半導体デバイス製造プロセスの C M P工程に本発明による研磨装 置を用いても良い。
以上、 本発明の各実施の形態及びその変形例について説明したが、 本 発明はこれらに限定されるものではない。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 被研磨物の研磨に用いられる研磨パッ ドをコンディショナでコン ディショニングするコンディショニング方法であつて、
前記研磨パッ ドを前記コンディショナを用いて所定条件で 1回以上コ ンディショニングし、
前記 1回以上のコンディショニングの前後で、 前記研磨パッ ドの厚み を計測し、
前記 1回以上のコンディショニングの前後で計測された前記研磨パッ ドの厚みに基づいて、 前記研磨パヅ ドの前記 1回以上のコンディショニ ングでの平均切削レートを求め、
前記平均切削レートに基づいて、 前記 1回以上のコンディショニング の次の回のコンディショニング時のコンデイショニング条件を設定し、 前記次の回のコンディショニングを、 前記設定したコンディショニン グ条件に従って行うことを特徴とする研磨パッ ドのコンディショニング 方法。
2 . 前記コンディショニング条件がコンディショニング時間であるこ とを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の研磨パッ ドのコンディショニ ング方法。
3 . 被研磨物の研磨に用いられる研磨パッ ドのコンディショニングに 用いられるコンディショナの寿命を判定する寿命判定方法であって、 前記研磨パヅ ドを前記コンディショナを用いてある累積コンディショ ニング時間コンディショニングし、
前記累積コンディショニング時間のコンディショニングの前後で、 前 記研磨パッ ドの厚みを計測し、
前記累積コンディショニング時間のコンディショニングの前後で計測 された前記研磨パッ ドの厚みに基づいて、 前記研磨パッ ドの前記累積コ ンディショニング時間中の平均切削レ一トを求め、
前記平均切削レートが所定値より低い場合に、 前記コンデイショナの 寿命が尽きたと判定することを特徴とするコンディショナの寿命判定方 法。
4 . 被研磨物の研磨に用いられる研磨パッ ドのコンディショニングに 用いられる新しいコンディショナの良否を判定する良否判定方法であつ て、 前記研磨パッ ドを前記新しいコンディショナを用いてある累積コ ンディショニング時間コンディショニングし、
前記累積コンディショニング時間のコンディショニングの前後で、 前 記研磨パッ ドの厚みを計測し、
前記累積コンディショニング時間のコンディショニングの前後で計測 された前記研磨パッ ドの厚みに基づいて、 前記研磨パッ ドの前記累積コ ンディショニング時間中の平均切削レートを求め、
前記平均切削レートが所定範囲外である場合に、 前記新しいコンディ ショナが不良であると判定することを特徴とするコンディショナの良否 判定方法。
5 . 被研磨物の研磨に用いられる研磨パッ ドの寿命を判定する寿命判 定方法であって、 前記研磨パッ ドの厚みを計測し、 前記計測された前記 研磨パッ ドの厚みが所定値より薄い場合に、 前記研磨パッ ドの寿命が尽 きたと判定することを特徴とする研磨パッ ドの寿命判定方法。
6 . 研磨パッ ドと被研磨物との間に荷重を加えつつ、 前記研磨パッ ド と前記被研磨物とを相対移動させることにより、 前記被研磨物を研磨す る研磨装置であって、
前記研磨パッ ドの厚みを計測する計測部と、
前記計測部により計測された前記研磨パッ ドの厚みが所定値より薄い 場合に、 前記研磨パッ ドを新しい研磨パッ ドに交換すべき旨の警報を発 生するかあるいは前記研磨パッ ドを自動的に新しい研磨パッ ドに交換す る手段と、
を備えたことを特徴とする研磨装置。
7 . 研磨パッ ドと被研磨物との間に荷重を加えつつ、 前記研磨パッ ド と前記被研磨物とを相対移動させることにより、 前記被研磨物を研磨す る研磨装置であって、
コンディショナを有し該コンディショナで前記研磨パヅ ドをコンディ ショニングするコンディショニング部と、
第 1のタイ ミング及びその後の第 2のタイ ミングで、 前記研磨パッ ド の厚みを計測する計測部と、
前記第 1のタイ ミングで計測された厚みと前記第 2のタイ ミングで計 測された厚みとに基づいて、 前記第 1の夕イ ミングから前記第 2のタイ ミングまでの期間内の、 前記コンディショナによる前記研磨パ ヅ ドの累 積コンディショニング時間中の平均切削レートを演算する演算部と、 前記平均切削レー卜が所定値より低い場合に、 前記コンデイショナを 新しいコンディショナに交換すべき旨の警報を発生するかあるいは前記 コンディショナを自動的に新しいコンディショナに交換する手段と、 を備えたことを特徴とする研磨装置。
8 . 研磨パッ ドと被研磨物との間に荷重を加えつつ、 前記研磨パッ ド と前記被研磨物とを相対移動させることにより、 前記被研磨物を研磨す る研磨装置であって、
コンデイショナを有し該コンディショナで前記研磨パッ ドをコンディ ショニングするコンディショニング部と、
前記コンディショニング部に新しいコンディショナが装着されて当該 新しいコンディショナが前記研磨パヅ ドのコンディショニングに用いら れる前の第 1のタイ ミング、 及び、 その後に前記新しいコンディショナ を用いて前記研磨パッ ドをコンディショニングした後の第 2のタイ ミン グで、 前記研磨パッ ドの厚みを計測する計測部と、
前記第 1の夕イ ミングで計測された厚みと前記第 2の夕イ ミングで計 測された厚みとに基づいて、 前記第 1のタイ ミングから前記第 2のタイ ミングまでの期間内の、 前記コンディショナによる前記研磨パッ ドの累 積コンディショニング時間中の平均切削レートを演算する演算部と、 前記平均切削レー卜が所定範囲外である場合に、 前記コンディショナ を更に新しいコンデイショナに交換すべき旨の警報を発生するかあるい は前記コンディショナを自動的に新しいコンディショナに交換する手段 と、
を備えたことを特徴とする研磨装置。
9 . 研磨パッ ドと被研磨物との間に荷重を加えつつ、 前記研磨パッ ド と前記被研磨物とを相対移動させることにより、 前記被研磨物を研磨す る研磨装置であって、
コンディショナを有し該コンディショナで前記研磨パヅ ドをコンディ ショニングするコンディショニング部と、
第 1の夕イ ミング及びその後の第 2の夕イ ミングで、 前記研磨パヅ ド の厚みを計測する計測部と、
前記第 1のタイ ミ ングで計測された厚みと前記第 2のタイ ミングで計 測された厚みとに基づいて、 前記第 1のタイ ミングから前記第 2のタイ ミングまでの期間内の、 前記コンディショナによる前記研磨パヅ ドの累 積コンディショニング時間中の平均切削レートを求める手段と、
前記平均切削レートに基づいて、 前記研磨パッ ドの前記期間後の次回 のコンディショニングのコンディショニング条件を設定するコンデイシ ョニング条件設定部と、 を備えたことを特徴とする研磨装置。
1 0 . 前記コンディショニング条件がコンディショニング時間である ことを特徴とする請求の範囲第 9項に記載の研磨装置。
1 1 . 研磨パッ ドと被研磨物との間に荷重を加えつつ、 前記研磨パッ ドと前記被研磨物とを相対移動させることにより、 前記被研磨物を研磨 する研磨装置であって、
コンデイショナを有し、 該コンディショナで前記研磨パッ ドを、 前記 研磨パッ ドで所定数の前記被研磨物を研磨する毎に、 コンディショニン グするコンディショニング部と、
第 1のタイ ミング及びその後の第 2のタイ ミ ングで、 前記研磨パッ ド の厚みを計測する計測部と、
前記第 1の夕イ ミングで計測された厚みと前記第 2の夕イミングで計 測された厚みとに基づいて、 前記第 2の夕イ ミ ングの後に前記研磨パッ ドで研磨される前記被研磨物の数を、 当該数の前記被研磨物を研磨した と仮定したときに予測される前記研磨パッ ドの厚みが所定値より薄くな らない数以下に制限する手段と、
を備えたことを特徴とする研磨装置。
1 2 . 請求の範囲第 6項から第 1 1項のうちいずれか 1項に記載の研 磨装置を用いて、 半導体ウェハの表面を平坦化する工程を有することを 特徴とする半導体デバイスの製造方法。
1 3 . 請求の範囲第 1 2項に記載の半導体デバイスの製造方法により製 造されることを特徴とする半導体デバイス。
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