JPH10146751A - 化学機械研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各種のウエハ等の基板をそれぞれの最適な研
磨条件により高精度で安定性のある研磨を速やかに行な
うことができる化学機械研磨装置を提供する。 【解決手段】 各種の基板にそれぞれ記録された情報に
対応する最適な研磨条件（例えば、研磨パッドや研磨ス
ラリーの種別、各駆動系の回転数等の数値、研磨プロセ
スのシーケンス等）を予めデータとして制御系５０のメ
モリに記憶させておき、研磨すべく搬入された基板Ｗの
情報を情報読取手段３１により読み取り、その情報に対
応した研磨条件に基づいて、種類の異なる研磨パッドを
装着した研磨ヘッド１０とブラシヘッド２０からなるヘ
ッド組立て体Ｈ、複数の種類の異なる研磨スラリー等の
供給手段４５、研磨スラリー等の切り換え手段３０およ
び各種の駆動系等を設定制御して、化学機械研磨を実行
する。また測定手段４１による基板の膜厚等の研磨状況
の測定結果に応じて適宜研磨条件を変更する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウエハ等の基板を
高精度に研磨する化学機械研磨装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスにおいては、近年、超微
細化や高段差化が進み、これに伴って、Ｓｉ、ＧａＡ
ｓ、ＩｎＰ等の半導体ウエハ、あるいは表面上に複数の
島状の半導体領域が形成された石英やガラス基板等が用
いられ、これらはいずれもフォトリソグラフィによりパ
ターニングされた配線や絶縁領域を形成するために、平
坦面が要求されるものであり、その表面には絶縁膜また
は金属膜或いはそれらが混在した面となっている。そし
てこれらのウエハ等の基板を高精度に平坦化するための
加工手段として、化学機械研磨（ＣＭＰ）方式が知られ
ている。

【０００３】化学機械研磨（ＣＭＰ）を実施する装置と
しては、図６に示すような装置が用いられており、この
種の化学機械研磨装置は、研磨パッド１０２が取り付け
られた回転テーブル１０１と、被研磨部材であるウエハ
等の基板１０４を下面に着脱自在に保持する被研磨部材
保持体１０３と、研磨パッド上に研磨スラリー（研磨
剤）１０７を供給する研磨スラリー供給ノズル１０６と
を備え、基板１０４を研磨パッド１０２に当接させて所
定の加工圧を与えるように研磨パッド１０２に押し付け
た状態で、回転テーブル１０１を回転させるとともに、
被研磨部材保持体１０３をも回転や直線運動を行なわ
せ、さらに同時に研磨パッド１０２と基板１０４との間
に研磨スラリーを供給しつつ化学機械研磨を行なうよう
に構成されている。

【０００４】そして、化学機械研磨に使用される研磨パ
ッドには、不織布や発泡ポリウレタン等の材料や、硬さ
または表面粗さ等の種類の異なるものが用いられ、ま
た、研磨スラリーとしては微粒子を含む液体が用いら
れ、微粒子として、シリカ（ＳｉＯ₂ ）、アルミナ（Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ ）、酸化マンガン（ＭｎＯ₂ ）、酸化セリウム
（ＣｅＯ）等があり、液体（分散液）として、ＮａＯ
Ｈ、ＫＯＨ、ＮＨ₄ ＯＨ、Ｈ₂ Ｏ₂ 等が用いられてい
る。これらの研磨スラリーは、基板の被研磨表面に応じ
て適宜選択されて使用され、例えば、シリコン半導体表
面の研磨においては、シリカ分散水酸化ナトリウム溶液
が用いられ、シリコン表面がＮａＯＨと反応して反応生
成物であるＮａ₂ ＳｉＯ₃ 層を作り、これをシリカと研
磨パッドによる機械的研磨により除去し、新たなシリコ
ン表面を露出させることで反応を進行させることによっ
て、半導体表面を高精度に平坦化するものである。この
ように、シリコン半導体表面の研磨にはシリカ分散水酸
化ナトリウム溶液が用いられ、また層間絶縁膜の研磨に
はシリカ分散水酸化カリウム溶液、そしてタングステン
等の金属膜の研磨にはアルミナや酸化マンガン分散の過
酸化水素水が適している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の化学機械研磨装置は、次のような未解決な課題
があった。

【０００６】研磨パッドを一体的に取り付けた回転テー
ブルが基板に比して著しく大径であるために、回転テー
ブルを含めた研磨装置全体が大型となり、研磨パッドを
取り付けた回転テーブルを高速回転させると振動が発生
して被研磨部材である基板の被研磨面を高精度に研磨す
ることができなくなるために、回転テーブルを高速回転
させることができず、その結果、研磨速度を向上させる
ことができない。また、研磨中に研磨屑等の異物を除去
することや基板の被研磨表面の膜厚や表面形状を検出す
ることが困難であって、長時間にわたって安定した化学
機械研磨を行なうことができなかった。

【０００７】さらに、ウエハ等の基板を化学機械研磨す
る際に、効率良く研磨を行なうためには、基板の表面材
料や状態によって使用する研磨スラリー、研磨パッドを
変更すべきであるが、一台の研磨装置において、基板の
表面材料や状態に応じて研磨スラリーや研磨パッドさら
には研磨条件を直ちに変更ことができず、研磨速度なら
びに生産性を向上させることができなかった。

【０００８】そこで、本発明は、上記従来の技術の有す
る未解決の課題に鑑みてなされたものであって、種々の
基板にそれぞれ対応する最適な研磨条件を適宜選択しう
るようになし、再現性等安定性がありかつ高精度の化学
機械研磨を行なうことができる化学機械研磨装置を提供
することを目的とものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の化学機械研磨装置は、被研磨部材の被研磨
面と該被研磨面に所定の加工圧を与えた状態で当接され
た研磨ヘッドの研磨面との間に研磨スラリーを供給しつ
つ、研磨ヘッドの研磨面の公転および自転と被研磨面の
回転あるいは揺動により研磨を行なう化学機械研磨装置
において、研磨スラリーを供給する供給用通路をそれぞ
れ有する複数の研磨ヘッドと、複数の研磨スラリーをそ
れぞれ供給する複数の研磨スラリー供給手段と、該複数
の研磨スラリー供給手段のいずれか一つを前記研磨ヘッ
ドの供給用通路のいずれかへ選択的に連通させるための
切り換え手段と、被研磨部材に予め記録されている情報
を読み取る情報読取手段と、被研磨部材の研磨状況を測
定する測定手段とを備え、さらに、各種の被研磨部材に
それぞれ対応する最適な研磨条件を記憶させたテーブル
メモリを含むメモリ手段と、前記情報読取手段により読
み取られた被研磨部材の情報に基づいて最適な研磨条件
を設定する研磨条件等設定手段と、前記測定手段による
研磨状況の測定結果を予め設定されている研磨条件に対
応する目標値と比較判断し、必要に応じて前記研磨条件
等を補正変更して設定する比較・補正変更手段と、前記
研磨条件等設定手段および／または前記比較・補正変更
手段の指令に応答して、前記研磨ヘッド、前記研磨スラ
リー供給手段、前記切り換え手段等をそれぞれ制御する
制御手段とを有する制御系を備えていることを特徴とす
る。

【００１０】さらに、本発明の化学機械研磨装置は、被
研磨部材の被研磨面と該被研磨面に所定の加工圧を与え
た状態で当接された研磨ヘッドの研磨面との間に研磨ス
ラリーを供給しつつ、研磨ヘッドの研磨面の公転および
自転と被研磨面の回転あるいは揺動により研磨を行なう
化学機械研磨装置において、研磨スラリーを供給する供
給用通路をそれぞれ有する複数の研磨ヘッドと、該研磨
ヘッドのそれぞれを公転および自転させさらに加圧する
ための第１の駆動系と、被研磨部材保持手段と、該被研
磨部材保持手段を回転および揺動させるための第２の駆
動系と、複数の研磨スラリーをそれぞれ供給する複数の
研磨スラリー供給手段と、該複数の研磨スラリー供給手
段のいずれか一つを前記研磨ヘッドの供給用通路のいず
れかへ選択的に連通させるための切り換え手段と、被研
磨部材に予め記録されている情報を読み取る情報読取手
段と、被研磨部材の研磨状況を測定する測定手段とを備
え、さらに、各種の被研磨部材にそれぞれ対応する最適
な研磨条件を記憶させたテーブルメモリを含むメモリ手
段と、前記情報読取手段により読み取られた被研磨部材
の情報に基づいて最適な研磨条件を設定する研磨条件等
設定手段と、前記測定手段による研磨状況の測定結果を
予め設定されている研磨条件に対応する目標値と比較判
断し、必要に応じて前記研磨条件等を補正変更して設定
する比較・補正変更手段と、前記研磨条件等設定手段お
よび／または前記比較・補正変更手段の指令に応答し
て、前記研磨ヘッド、前記研磨スラリー供給手段、前記
切り換え手段、前記第１の駆動系および前記第２の駆動
系等をそれぞれ制御する制御手段とを有する制御系を備
えていることを特徴とする。

【００１１】また、本発明の化学機械研磨装置におい
て、情報読取手段により読み取られる被研磨部材に予め
記録された情報は、ウエハ等の基板のＩＤ番号、または
絶縁膜や金属膜等の表面材料に関する情報であることが
好ましく、さらに、被研磨部材の研磨状況を測定する測
定手段は被研磨部材の膜厚または表面形状を測定するも
のであることが好ましい。

【００１２】さらに、本発明の化学機械研磨装置におい
て、各種の被研磨部材にそれぞれ対応する最適な研磨条
件として、研磨ヘッドに装着される研磨パッドの種類、
研磨スラリーの粒子の種類とその粒径、研磨スラリーの
分散液の種類とそのｐＨ、研磨パッドと研磨スラリーの
関係、第１の駆動系における公転数、自転数と加圧力、
第２の駆動系における回転数と揺動等の適宜な組み合わ
せ、および／または研磨プロセスのシーケンスが各種の
被研磨部材のそれぞれに応じて設定されていることが好
ましい。

【００１３】さらに、本発明の化学機械研磨装置におい
て、複数の研磨ヘッドとともに洗浄用のブラシヘッドを
設け、複数の研磨スラリーの供給手段とともに洗浄用の
純水または薬剤の供給手段を設けることが望ましい。

【００１４】

【作用】各種のウエハ等の基板の化学機械研磨におい
て、基板の表面材料や状態に応じて、研磨に使用すべき
研磨パッドの種類、研磨スラリーの種類（粒子の種類お
よびその粒径、分散液の種類およびそのｐＨ等）、研磨
パッドと研磨スラリーの関係、ヘッド組立て体Ｈの駆動
系（公転数、自転数および加圧力）、被研磨部材保持手
段Ｅ（回転テーブル）の駆動系（回転数と揺動）等、さ
らには研磨プロセスのシーケンス等の最適な研磨条件を
予め設定しておき、研磨しようとする基板の情報を読取
手段により読み取ることによって、その基板情報に対応
する最適な研磨条件を速やかにかつ自動的に設定するこ
とができ、基板に対して最適な化学機械研磨を効率的に
かつ安定して行なうことができ、高精度で平坦性の優れ
た研磨が可能となり、さらに研磨状況を測定手段で測定
することにより、その測定結果に応じて各種の研磨条件
を補正変更することができ、また測定結果により研磨プ
ロセスのシーケンスを変更することができ、安定した研
磨を行うことができ、生産性を向上させることができ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。

【００１６】図１は本発明の化学機械研磨装置の全体構
成を図示する模式側面図であり、図２はそのヘッド組立
て体の拡大図である。図１および図２において、基台１
上に一体的に設けられたガイドテーブル３の上には被研
磨部材保持手段Ｅが形成され、この被研磨部材保持手段
Ｅは、ガイドテーブル３に沿ってＸ軸方向およびＹ軸方
向に移動可能に設けられたスライダ４と、このスライダ
４をＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ移動させるため
のＸＹ駆動手段（図３参照）と、スライダ４上に回転軸
６を介して回転自在に支持されかつ揺動自在に設けられ
た回転テーブル５と、この回転テーブル５を回転させる
ために回転軸６に連結された回転手段（図３参照）およ
び回転テーブル５を揺動させるための揺動手段（図３参
照）とを備え、回転テーブル５の上面に着脱自在に保持
されるウエハ等の基板ＷをＸ軸方向およびＹ軸方向に移
動させ、そして研磨加工時に基板Ｗを回転させるととも
に揺動させるように構成されている。

【００１７】基台１の上方で被研磨部材保持手段Ｅに対
向するように、複数の研磨ヘッド組立て体Ｈａ、Ｈｂ、
Ｈｃとブラシヘッド組立て体Ｈｏ（以下、これらを総称
してヘッド組立て体Ｈという。）が基台１から立設され
た支持部材２にそれぞれ上下動可能に支持されている。
研磨ヘッド組立て体Ｈａの構造を図２に基づいて説明す
ると、研磨ヘッド組立て体Ｈａは、支持部材２に上下動
可能に支持された公転駆動／加圧ユニット１４ａの公転
駆動手段（図３参照）に連結された回転軸１５ａに取り
付けられた公転テーブル１３ａと、公転テーブル１３ａ
に偏心して取り付けられ、研磨ヘッド１０ａを自転させ
るための自転駆動ユニット１２ａと、自転駆動ユニット
１２ａの自転駆動手段（図３参照）に連結され、下端に
研磨パッド１１ａを交換可能に装着された研磨ヘッド１
０ａとを備え、研磨ヘッド１０ａは、公転駆動／加圧ユ
ニット１４ａの公転駆動手段による公転テーブル１３ａ
の回転により公転され、そして自転駆動ユニット１２ａ
の自転駆動手段による回転により自転しうるように構成
され、また研磨ヘッド１０ａは公転駆動／加圧ユニット
１４ａの加圧手段（図３参照）により支持部材２に対し
て上下動されかつ回転テーブル５に保持された基板Ｗに
対する研磨ヘッド１０ａの加圧力を調整し得るように構
成されている。

【００１８】そして、研磨ヘッド１０ａおよび自転駆動
ユニット１２ａにはその中心軸線上に研磨スラリー供給
用の孔１９ａが形成され、さらにこの孔１９ａは、公転
テーブル１３ａ、回転軸１５ａおよび公転駆動／加圧ユ
ニット１４ａの中心軸線上を沿って設けられた貫通管１
７ａに導管１８ａを介して連通し、貫通管１７ａはその
上端部に連結した導管１６ａを介して研磨スラリー／純
水の切り換え手段３０（以下、単に研磨スラリー等の切
り換え手段ともいう。）に接続されている。したがっ
て、研磨ヘッド組立て体Ｈａにおいてその導管１６ａ、
貫通管１７ａ、導管１８ａおよび孔１９ａからなる供給
用通路は、研磨スラリー等の切り換え手段３０を適宜作
動させることによって、研磨スラリー供給手段４５の選
定されたいずれかと連通され、研磨ヘッド１０ａおよび
研磨パッド１１ａの中心部に所望の研磨スラリーを供給
することができ、化学機械研磨の間に研磨パッド１１ａ
と基板Ｗとの当接面に研磨スラリーを直接かつ確実に供
給することができるものである。

【００１９】また、その他の複数の研磨ヘッド組立て体
Ｈｂ、Ｈｃについても、研磨ヘッド組立て体Ｈａと同一
の構造を有するものであり、同一の部材にはそれぞれ同
一の符号にアルファベットｂおよびｃを付して表示す
る。

【００２０】一方、ブラシヘッド組立て体Ｈｏは、ブラ
シヘッド２０の下端にブラシ２１を装着しているが、そ
の他の構成は研磨ヘッド組立て体Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃと同
様の公転駆動／加圧ユニット２４、回転軸２５、公転テ
ーブル２３および自転駆動ユニット２２から構成され、
研磨ヘッド組立て体Ｈａ等と同様に駆動される。さら
に、ブラシヘッド組立て体Ｈｏは、研磨ヘッド組立て体
Ｈａ等の貫通管および導管と同様に、洗浄用の純水ある
いは薬剤を供給するための孔２９、貫通管２７および導
管２６、２８が設けられて供給用通路を形成し、研磨ス
ラリー等の切り換え手段３０に接続されている。

【００２１】研磨スラリーおよび純水（または薬剤）の
供給は、複数のスラリー供給源と洗浄用の純水または薬
剤の供給源を有する複数の供給手段４５により行なわ
れ、それらの供給源にそれぞれ連通された導管群４６を
介して研磨スラリー等の切り換え手段３０に接続されて
いる。そして研磨スラリーとしては研磨すべき基板の種
類に応じて最適な研磨スラリーをそれぞれ選定して用い
る必要がある。そこで、基板の種類に応じて切り換え手
段３０を作動させることによって、特定されたヘッド組
立て体Ｈの供給用通路に対して、最適な研磨スラリーま
たは純水の供給手段４５を連通して、最適な研磨スラリ
ーまたは純水を研磨箇所に供給しうるように構成されて
いる。

【００２２】また、基台１には、基板Ｗあるいは複数の
基板を収容する基板カセットに予め記録されている情報
（例えば、ＩＤ番号、あるいは金属膜や層間絶縁膜等の
表面材料に関する情報等）を読み取るための情報読取手
段３１と読取用ステージ３２を備えている。この情報読
取手段３１は、研磨すべき基板Ｗを回転テーブル５に供
給する前に、読取用ステージ３２に載置された基板Ｗ等
に記録されている基板情報を読取り、その情報を後述す
る制御系５０に送信する。

【００２３】さらに、基台１上には支持脚部３４を備え
た搬送用ロボットハンド３５が設けられ、この搬送用ロ
ボットハンド３５は、基台１の近傍に搬入された基板カ
セットからその中に収容されている個々の基板Ｗを取り
出して読取用ステージ３２へ搬送し、そして読取りの終
わった基板Ｗを読取用ステージ３２から回転テーブル５
へ搬送して回転テーブル５に装填し、また、研磨が終了
した基板Ｗを回転テーブル５から受け取り基板カセット
へ収納するように搬送する機能を備えたものであり、さ
らにまた、読取用ステージ３２に載置された基板カセッ
トから個々の基板Ｗを取り出して回転テーブル５へ搬送
することもできるものである。

【００２４】また、基板の膜厚あるいは表面形状等の研
磨状態を電気的または光学的に検出し測定するための測
定手段４１が基台１上に立設された支持部４２に支持さ
れ、研磨箇所に対向して移動しうるように設けられてい
る。この測定手段４１は後述する制御系５０に接続さ
れ、その測定結果を制御系５０へ送信する。また、制御
系５０に接続された表示モニタや入力手段を備えた操作
パネル４４が支持部材２に付設されている。

【００２５】次に、上記のような構成を有する化学機械
研磨（ＣＭＰ）装置の制御装置を図３に基づいて説明す
る。

【００２６】基板Ｗまたは複数の基板Ｗを収容した基板
カセットに記録されている情報（例えば、ＩＤ番号ある
いは金属膜や層間絶縁膜等の表面材料に関する情報等）
を読み取る情報読取手段３１および基板Ｗの研磨状態
（膜厚あるいは表面形状等）を測定する測定手段４１が
接続された制御系５０は、メモリ５２内にテーブルメモ
リ５１を有し、そのテーブルメモリ５１には、基板Ｗの
基板情報のそれぞれに対応する研磨に最適な種々のデー
タ、例えば、研磨に使用すべき研磨パッドの種類、研磨
スラリーの種類（粒子の種類およびその粒径、分散液の
種類およびそのｐＨ等）、研磨パッドと研磨スラリーの
関係、ヘッド組立て体Ｈの駆動系（公転数、自転数およ
び加圧力）、被研磨部材保持手段Ｅ（回転テーブル）の
駆動系（回転数と揺動）等、さらには基板Ｗの種類に応
じた最適な研磨プロセスのシーケンス等の最適な研磨条
件を予め設定し記憶させてある。なお、テーブルメモリ
５１に設定されるこれらの最適な研磨条件の各種のデー
タ等は、理論上からあるいはこれまでの経験や実験等に
よって、種々の基板に対応してそれぞれ求められた最適
な値で構成されたものである。

【００２７】制御系５０は、情報読取手段３１によって
読み取られた基板情報に基づいてテーブルルックアップ
を行ない、該当する最適な研磨条件のデータをテーブル
メモリ５１から読み出し、そのデータに基づいて、ヘッ
ド組立て体Ｈと研磨スラリーおよび研磨スラリー等の供
給手段４５、さらに駆動系の各種の研磨条件を設定する
研磨条件等設定手段５３、および適宜設定された所定の
時間をもって研磨された基板Ｗの膜厚あるいは表面形状
等を測定する測定手段４１による基板Ｗの研磨状況の測
定結果を、予め設定されている条件に対応する目標値と
比較判断し、比較判断の結果により必要に応じて前記の
研磨条件等を補正変更して設定する比較・補正変更手段
５５を有し、さらに、研磨条件等設定手段５３および／
または比較・補正変更手段５５の指令に応答して、ヘッ
ド組立て体Ｈと研磨スラリーの選定、研磨スラリー等の
切り換え手段３０およびヘッド組立て体Ｈの駆動系、被
研磨部材保持手段Ｅの駆動系、研磨スラリー供給手段４
５を適宜制御する制御手段５４を有している。また、制
御系５０は、測定手段４１の測定結果に応じて、所定の
研磨が終了しているか否かを判断して、未だ所定の研磨
に達していない場合には再度の研磨をメモリに記憶され
ている研磨条件で続行し、あるいは次の研磨プロセスに
移行するように指令するように構成されている。

【００２８】そこで、先ず、被研磨表面の材料や種類が
異なる基板Ｗに応じて研磨パッドと研磨スラリーの組み
合わせがそれぞれ特定された例をもって説明する。

【００２９】化学機械研磨装置における第１ないし第３
の研磨ヘッド１０ａ、１０ｂ、１０ｃには研磨パッドと
して種類の異なる研磨パッドＰｘ、研磨パッドＰｙ、研
磨パッドＰｚがそれぞれ装着され、種類の異なる研磨ス
ラリー等としては、研磨スラリーＳａ、研磨スラリーＳ
ｂ、研磨スラリーＳｃ、研磨スラリーＳｄ……、および
洗浄用の純水（または薬剤）Ｓｏが準備されているとす
る。なお、研磨パッドに関しては、硬さや表面粗さ等の
種類の異なるものとし、研磨スラリーＳに関しては、具
体的には、例えば、シリコン半導体表面の研磨に対して
はシリカ分散水酸化ナトリウム溶液、絶縁膜の研磨に対
してはシリカ分散水酸化カリウム溶液、またタングステ
ン等の金属膜の研磨に対してはアルミナや酸化マンガン
分散の過酸化水素水が適しており、さらに、同じ種類の
研磨スラリーにおいても、研磨すべき基板Ｗに対応して
微粒子の種類や粒子の径、そして液体のｐＨ等の異なる
ものを必要に応じて準備しておくこともできる。また、
ヘッド組立て体Ｈの駆動系において、公転回転数は１０
〜１０００ｒｐｍ、自転回転数は１０〜１０００ｒｐｍ
の範囲で適宜設定することができるようになし、研磨ヘ
ッドの加圧力としては１００〜５００ｇ重／ｃｍ² 程度
のものから選定できるように設定されているとする。

【００３０】このように設定された化学機械研磨装置を
用いて、テーブルメモリ５１に記憶されている最適な研
磨条件のデータとして、各種の基板Ｗに応じて研磨パッ
ドと研磨スラリーの組み合わせおよび駆動系の研磨条件
が、表１のようにそれぞれ設定されていると仮定する。

【００３１】

【表１】 （なお、Ｗｈ、Ｗｉ……は、基板Ｗに記録されているそ
れぞれ異なる基板情報を示し、Ｋｈ、Ｋｉ……は、ヘッ
ド組立て体Ｈの駆動系（自転回転数、公転回転数、加圧
力）および被研磨部材保持手段（回転テーブル）の駆動
系（回転数、揺動）等がそれぞれ特定された研磨条件を
意味するものであり、研磨時間Ｔｈ、Ｔｉ……はそれぞ
れの基板に対して研磨を行なうことにより所定の結果が
得られる時間とする。） このような最適な研磨条件がセットされている制御系５
０において、基板あるいは基板カセットに記録されてい
る基板情報を読み取った情報読取手段３１からその基板
情報を受けると、その基板情報に応じてテーブルルック
アップを行ない該当する最適な研磨条件のデータをテー
ブルメモリ５１から読み出す。そして、制御系５０の研
磨条件等設定手段５３は、読み出したそのデータに基づ
いて、研磨ヘッドと研磨スラリーの組み合わせを特定
し、制御手段５４が切り換え手段３０を作動させて所定
の研磨スラリーを特定された研磨ヘッドに供給するよう
に制御するとともに、ヘッド組立て体Ｈの駆動系や被研
磨部材保持手段Ｅの駆動系等を制御して、それぞれの研
磨条件に合致させる。

【００３２】例えば、基板情報Ｗｉが記録されている基
板Ｗ（あるいは基板カセット）が研磨すべく搬入される
と、情報読取手段３１がその基板情報Ｗｉを読み取り、
制御系５０へその情報を送り、制御系５０においては、
基板情報Ｗｉに対応したデータをテーブルメモリ５１か
ら読み出し、そのデータにしたがって研磨条件等を設定
する。研磨ヘッドとして研磨パッドＰｙが装着された第
２の研磨ヘッド１０ｂを選択設定し、研磨スラリーとし
て研磨スラリーＳａを選択設定する。そして切り換え手
段３０を作動させて、第２の研磨ヘッド１０ｂに研磨ス
ラリーＳａを供給するように制御する。そしてその他の
研磨条件Ｋｉがそれぞれの駆動系に指令されて所定の値
で作動するように設定される。一方、その基板Ｗは搬送
用ロボットハンド３５により読取用ステージ３２から回
転テーブル（被研磨部材保持手段）５に装填される。そ
して基板Ｗは回転テーブル５とともにスライダ４を介し
て第２の研磨ヘッド１０ｂに対応する位置へ移動され
る。その後、研磨ヘッド１０ｂが設定されている所定の
圧力で基板Ｗに圧接され、同じく設定されている所定の
値に基づいてそれぞれの駆動系が駆動されるとともに、
研磨スラリーＳａが研磨ヘッド１０ｂの中心部へ直接供
給され、化学機械研磨が実行される。

【００３３】そして、基板情報Ｗｉが記録された基板Ｗ
に対する研磨が終了した後に、次いで基板情報Ｗｎを有
する基板Ｗが搬入されてその基板を研磨するときは、情
報読取手段３１により読み取られた基板情報Ｗｎに対応
するデータに基づいて、研磨パッドＰｚが装着された第
３の研磨ヘッド１０ｃと研磨スラリーＳｄの組み合わせ
が選定され、第３の研磨ヘッド１０ｃへ研磨スラリーＳ
ｄを供給するように切換え手段３０を作動させ、その
後、基板情報Ｗｎに対応する研磨条件Ｋｎが設定され、
基板Ｗに最適な研磨条件で化学機械研磨が実行される。

【００３４】また、各基板の研磨終了後にブラシヘッド
２０と純水Ｓｏの組み合わせを採用して、基板や回転テ
ーブルを洗浄し研磨スラリーや研磨屑等の異物を排除し
た後に、次の基板の研磨工程にはいるようにすることも
でき、あるいは基板の種類や研磨スラリーの種類が変更
されるときにのみ、ブラシヘッド２０と純水Ｓｏの組み
合わせにより、基板や回転テーブルを洗浄して研磨スラ
リーを除去しかつ研磨屑等の異物を排除するようにする
こともできる。

【００３５】前記のようになされる研磨は、予め設定さ
れたそれぞれの時間内において行われ、その時間経過後
に測定手段４１により基板Ｗの膜厚あるいは表面形状等
を測定し、その測定結果に基づいて制御系５０の比較・
補正変更手段５５が所定の目標値の許容範囲内か否かを
比較判別し、許容範囲内であれば研磨は終了する。な
お、許容範囲の一例を、時間と研磨量の関係を図示する
図５の図表において斜線で示す。

【００３６】しかし、研磨パッドや駆動系等の経年変化
の影響等により、所定の研磨時間が経過しても未だ許容
範囲に達していない場合には、再度の研磨を開始する
が、その場合には、研磨時間の延長等の適宜な対応を取
ることができる。これらの対応も予めテーブルメモリ５
１に記憶させておくことができ、また操作パネル４４の
入力手段から手動で適宜入力しうるようにすることも可
能である。測定結果と所定の目標値との差の程度に応じ
て、テーブルメモリ５１に予め設定されたデータに基づ
いて再度の研磨を行なうようにする。そしてその再度の
研磨に関するデータが、制御系５０のテーブルメモリ５
１のデータ（初期の標準設定値）に代えて用いられる。
その後同様に所定の時間後に研磨の許容範囲内になった
か否かを測定検査する。

【００３７】このように、測定結果に応じて、研磨時間
の延長等の研磨条件を補正変更した場合には、その初期
の標準設定値を補正変更するようにメモリに記憶させ、
以後この補正されたデータにより研磨を行なうようにす
る。すなわち、研磨パッド等の経年変化に伴ない研磨速
度が変化しても、学習効果により設定値を自動的に変化
させるように構成する。このようにデータを補正変更す
ることにより、例えば研磨パッド等の経年変化による研
磨条件の変動を修正することができ、次いで同じ種類の
基板の研磨をするときにはその補正変更されたデータに
基づき研磨を行うようにし、より適切な状態で研磨する
ことができる。なお、研磨パッド等を新品に交換した場
合にはテーブルメモリに設定されている初期の研磨条件
（標準設定値）を採用するように構成しておく。

【００３８】また、以上においては、研磨ヘッドと研磨
スラリーとの組み合わせに注目して研磨の制御について
説明したが、基板情報に対応して研磨プロセスのシーケ
ンスを制御するようにテーブルメモリにそのデータを記
憶させておくこともできる。例えば、最適なプロセスシ
ーケンスの一例として、研磨の前半は研磨速度を優先し
て、回転速度を高速にしかつ加圧力を高くし研磨スラリ
ーは高濃度もしくは砥粒の荒いものを用い、研磨パッド
として研磨力の高い研磨ヘッドの組み合わせを選択する
ようにし、そして研磨の後半には、研磨状態の測定結果
に基づいて平坦性や均一性を優先して、加圧力を低く設
定し研磨スラリーは低濃度もしくは砥粒の細かいものの
組み合わせにすることにより、一層良好な研磨結果を得
ることができる。さらに、中間の切り換え時において、
残留している荒い砥粒等を純水とブラシヘッドで洗浄す
るようにし、その後に次の工程に進むようにすることに
よって、一層効果的な研磨が可能となる。また、種類の
異なる研磨スラリーを組み合わせて研磨することも可能
であり、さらに、一台の研磨装置においてプロセスの異
なる基板が搭載されていても、研磨処理することができ
る。このような種々の研磨プロセスのシーケンスを、基
板情報（ＩＤ番号や基板の表面材料に関する情報等）に
対応させて、テーブルメモリに記憶させておくことによ
り、基板に応じて速やかにより最適な研磨プロセスを設
定することが可能となる。

【００３９】次に、以上説明した本発明における研磨工
程の流れを図４のフロー図にしたがって説明する。

【００４０】情報読取手段３１が読取用ステージ３２上
に搬送された基板Ｗ（あるいは基板カセット）の基板情
報を読み取り（ステップ１）、その情報を制御系５０の
研磨条件等設定手段５３に送り、研磨条件等設定手段５
３はテーブルメモリ５１に記憶されているデータからそ
の基板情報に対応する最適な研磨ヘッドと研磨スラリー
を読み出し、その研磨ヘッドおよび研磨スラリーの設定
および切り換え手段の切り換えを行なう（ステップ
２）。続いて、設定されたヘッド組立て体の駆動系の公
転回転数、自転回転数および加圧力、そして被研磨部材
保持手段の駆動系の回転数および揺動、あるいは処理シ
ーケンスをデータに基づいてそれぞれ所定の駆動系に指
令し、所定の研磨条件を設定する（ステップ３および
４）。そして設定された条件で研磨を実行する（ステッ
プ５）。研磨を実行して所定の時間経過後に、測定手段
４１により基板の膜厚あるいは表面形状を測定し（ステ
ップ６）、その測定結果を予め設定されている研磨条件
に対応する目標値と比較し、時間対目標値の許容範囲内
であるか否か判断し（ステップ７）、膜厚あるいは表面
形状が目標値の許容範囲内に達している場合には研磨を
終了し被研磨部材保持手段から基板を取り出す（ステッ
プ８）。

【００４１】一方、膜厚あるいは表面形状等の測定結果
が、目標値の許容範囲外でありかつ許容範囲の上限外で
あるか比較し（ステップ９）、上限外であれば過度の研
磨がなされているものとして研磨を中止し（ステップ１
０）、測定結果が目標値の許容範囲内に達していない場
合には、予め設定されているテーブルメモリ５１のデー
タにしたがってあるいは入力手段からの入力にしたがっ
て、初期の標準設定値を補正変更し、その補正変更され
たデータに基づいて研磨条件を変更し（なお、この際に
補正変更された最終の値をメモリに記憶させ、次回から
の研磨にその補正された値を初期の標準設定値に代えて
実行するようにする。）、あるいは予め記憶されている
処理シーケンスの後半の研磨条件に設定し（ステップ１
１）、再度の研磨を実行する（ステップ２ないし５）。
そして、再度の研磨の所定の時間経過後に、測定手段に
より基板を測定し（ステップ６）、目標値の許容範囲と
比較し（ステップ７）、目標値の許容範囲に達しておれ
ば、その時点で研磨を終了する（ステップ８）。

【００４２】

【発明の効果】本発明は、上述のように構成されている
ので、種々の基板に記録されたそれぞれの基板情報に対
応して予め設定してある最適な研磨条件や最適な研磨プ
ロセスのシーケンスを速やかに選択して、自動的に各種
の基板に最適な研磨を効率的にかつ安定して行なうこと
ができ、高精度で平坦性の優れた研磨を行なうことがで
きる。

【００４３】さらに、研磨時の基板の研磨状況を検知測
定し、その測定結果に応じて各種条件を補正変更し、ま
た測定結果により研磨プロセスを変更して研磨を行なう
ことも可能であり、より一層高精度で平坦性の優れた研
磨を行なうことができ、さらに、再現性等を含め安定し
た研磨を行なうことができ、生産性を著しく向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の化学機械研磨装置の全体構成を図示す
る模式側面図である。

【図２】本発明の化学機械研磨装置におけるヘッド組立
て体の拡大図である。

【図３】本発明の化学機械研磨装置における制御装置の
ブロック図である。

【図４】化学機械研磨装置における制御を実行するフロ
ーチャートである。

【図５】時間−研磨量の関係および許容範囲を例示する
図表である。

【図６】従来の化学機械研磨装置の一例を示す模式斜示
図である。

【符号の説明】

Ｅ 被研磨部材保持手段 Ｈ ヘッド組立て体 Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃ 研磨ヘッド組立て体 Ｈｏ ブラシヘッド組立て体 Ｓ 研磨スラリー Ｗ 基板 １ 基台 ２ 支持部材 ５ 回転テーブル １０ 研磨ヘッド １１ 研磨パッド １２ 自転駆動ユニット １３ 公転テーブル １４ 公転駆動／加圧ユニット ２０ ブラシヘッド ３０ 研磨スラリー等の切り換え手段 ３１ 情報読取手段 ４１ 測定手段 ４５ 研磨スラリー等の供給手段 ５０ 制御系 ５１ テーブルメモリ ５３ 研磨条件等設定手段 ５４ 制御手段 ５５ 比較・補正変更手段

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被研磨部材の被研磨面と該被研磨面に所
   定の加工圧を与えた状態で当接された研磨ヘッドの研磨
   面との間に研磨スラリーを供給しつつ、研磨ヘッドの研
   磨面の公転および自転と被研磨面の回転あるいは揺動に
   より研磨を行なう化学機械研磨装置において、 研磨スラリーを供給する供給用通路をそれぞれ有する複
   数の研磨ヘッドと、 複数の研磨スラリーをそれぞれ供給する複数の研磨スラ
   リー供給手段と、 該複数の研磨スラリー供給手段のいずれか一つを前記研
   磨ヘッドの供給用通路のいずれかへ選択的に連通させる
   ための切り換え手段と、 被研磨部材に予め記録されている情報を読み取る情報読
   取手段と、 被研磨部材の研磨状況を測定する測定手段とを備え、 さらに、各種の被研磨部材にそれぞれ対応する最適な研
   磨条件を記憶させたテーブルメモリを含むメモリ手段
   と、前記情報読取手段により読み取られた被研磨部材の
   情報に基づいて最適な研磨条件を設定する研磨条件等設
   定手段と、前記測定手段による研磨状況の測定結果を予
   め設定されている研磨条件に対応する目標値と比較判断
   し、必要に応じて前記研磨条件等を補正変更して設定す
   る比較・補正変更手段と、前記研磨条件等設定手段およ
   び／または前記比較・補正変更手段の指令に応答して、
   前記研磨ヘッド、前記研磨スラリー供給手段、前記切り
   換え手段等をそれぞれ制御する制御手段とを有する制御
   系を備えていることを特徴とする化学機械研磨装置。
2. 【請求項２】 被研磨部材の被研磨面と該被研磨面に所
   定の加工圧を与えた状態で当接された研磨ヘッドの研磨
   面との間に研磨スラリーを供給しつつ、研磨ヘッドの研
   磨面の公転および自転と被研磨面の回転あるいは揺動に
   より研磨を行なう化学機械研磨装置において、 研磨スラリーを供給する供給用通路をそれぞれ有する複
   数の研磨ヘッドと、 該研磨ヘッドのそれぞれを公転および自転させさらに加
   圧するための第１の駆動系と、 被研磨部材保持手段と、 該被研磨部材保持手段を回転および揺動させるための第
   ２の駆動系と、 複数の研磨スラリーをそれぞれ供給する複数の研磨スラ
   リー供給手段と、 該複数の研磨スラリー供給手段のいずれか一つを前記研
   磨ヘッドの供給用通路のいずれかへ選択的に連通させる
   ための切り換え手段と、 被研磨部材に予め記録されている情報を読み取る情報読
   取手段と、 被研磨部材の研磨状況を測定する測定手段とを備え、 さらに、各種の被研磨部材にそれぞれ対応する最適な研
   磨条件を記憶させたテーブルメモリを含むメモリ手段
   と、前記情報読取手段により読み取られた被研磨部材の
   情報に基づいて最適な研磨条件を設定する研磨条件等設
   定手段と、前記測定手段による研磨状況の測定結果を予
   め設定されている研磨条件に対応する目標値と比較判断
   し、必要に応じて前記研磨条件等を補正変更して設定す
   る比較・補正変更手段と、前記研磨条件等設定手段およ
   び／または前記比較・補正変更手段の指令に応答して、
   前記研磨ヘッド、前記研磨スラリー供給手段、前記切り
   換え手段、前記第１の駆動系および前記第２の駆動系等
   をそれぞれ制御する制御手段とを有する制御系を備えて
   いることを特徴とする化学機械研磨装置。
3. 【請求項３】 情報読取手段により読み取られる被研磨
   部材に予め記録された情報は、ウエハ等の基板のＩＤ番
   号、または絶縁膜や金属膜等の表面材料に関する情報で
   あることを特徴とする請求項１または２記載の化学機械
   研磨装置。
4. 【請求項４】 被研磨部材の研磨状況を測定する測定手
   段は被研磨部材の膜厚または表面形状を測定するもので
   あることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項
   記載の化学機械研磨装置。
5. 【請求項５】 各種の被研磨部材にそれぞれ対応する最
   適な研磨条件として、研磨ヘッドに装着される研磨パッ
   ドの種類、研磨スラリーの粒子の種類とその粒径、研磨
   スラリーの分散液の種類とそのｐＨ、研磨パッドと研磨
   スラリーの関係、研磨ヘッドの駆動系における公転数、
   自転数と加圧力等の適宜な組み合わせ、および／または
   研磨プロセスのシーケンスが各種の被研磨部材のそれぞ
   れに応じて設定されていることを特徴とする請求項１な
   いし４のいずれか１項記載の化学機械研磨装置。
6. 【請求項６】 各種の被研磨部材にそれぞれ対応する最
   適な研磨条件として、研磨ヘッドに装着される研磨パッ
   ドの種類、研磨スラリーの粒子の種類とその粒径、研磨
   スラリーの分散液の種類とそのｐＨ、研磨パッドと研磨
   スラリーの関係、第１の駆動系における公転数、自転数
   と加圧力、第２の駆動系における回転数と揺動等の適宜
   な組み合わせ、および／または研磨プロセスのシーケン
   スが各種の被研磨部材のそれぞれに応じて設定されてい
   ることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項記
   載の化学機械研磨装置。
7. 【請求項７】 複数の研磨ヘッドとともに洗浄用のブラ
   シヘッドを設け、複数の研磨スラリーの供給手段ととも
   に洗浄用の純水または薬剤の供給手段を設けたことを特
   徴とする請求項１ないし６のいずれか１項記載の化学機
   械研磨装置。