JP2000052243A - 研磨加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】被研磨対象物であるウェハＷの化学的機械研磨
法を用いた研磨加工装置において、加工条件を自動的に
補正でき、研磨量および加工精度を向上化および安定化
することができる研磨加工装置を提供する。 【解決手段】研磨工具によるウェハＷの研磨量を目標研
磨量で研磨させるように設定された加工条件データを保
持する加工条件データ選択保持部１１４と、検出された
ウェハＷの各位置の研磨量に基づいて研磨量が均一にな
るように加工条件データを補正する加工条件データ補正
手段としてのＸ軸速度パターン補正部１１８と、Ｚ軸位
置パターン補正部１１９とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、シリコン
ウェハなどの半導体基板または半導体基板上に形成され
た層間絶縁膜等の平坦面を有する被研磨対象の表面を化
学的機械研磨法により研磨する研磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の高集積化、多層配線化が進
むにつれて、半導体装置の製造工程では、各種層間絶縁
膜あるいはその他の膜の平坦化が重要となっている。平
坦化のための技術としては、種々の手段が提案されてい
るが、近年、シリコンウェハのミラーポリシング技術を
応用したＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing：化学
的機械研磨）法が注目され、これを利用して平坦化を図
る方法が開発されている。従来のＣＭＰ法を用いた研磨
装置の一例を図１２に示す。図１２に示す研磨装置３０
１は、リング状の研磨工具３０２を回転させる主軸スピ
ンドル３０３と、ウェハＷを保持するテーブル３０４と
を有する。テーブル３０４は、レール３０５に沿ってＸ
軸方向に移動自在に設けられたスライダ３０６の上に回
転自在に装着してあり、たとえば、モータ、プーリ、ベ
ルト等によって構成される回転駆動手段によって回転駆
動される。主軸スピンドル３０３は、Ｚ軸方向に移動自
在に保持されており、図示しない駆動機構によってＺ軸
方向の目標位置に位置決めされる。上記構成の研磨装置
３０１では、まず、ウェハＷが所定の回転数で回転さ
れ、ウェハＷ上に研磨剤である、たとえば、酸化シリコ
ンおよび水酸化カリウムの水溶液からなるスラリが図示
しないスラリ供給装置からウェハＷ上に連続的に供給さ
れる。次に、研磨工具３０２が所定の回転数で回転さ
れ、研磨工具３０２がウェハＷの外周部に接触する位置
に位置するように、ウェハＷおよび研磨工具３０２がＸ
軸およびＺ軸方向に位置決めされる。研磨工具３０２は
ウェハＷに対して所定の押し込み量となるようにＺ軸方
向に位置決めされ、これにより、研磨工具３０２とウェ
ハＷとの間には所定の加工圧力が発生する。この状態
で、ウェハＷが所定の速度パターンでＸ軸方向に移動さ
れ、研磨工具３０２の扇状の領域がウェハＷに摺接しな
がらウェハＷの研磨加工が行われウェハＷが平坦化され
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような研磨装置
においては、研磨工具３０２によるウェハＷの研磨量お
よび加工精度を設定した範囲に収めるために、研磨工具
３０２のウェハＷに対する切り込み量や、ウェハＷの研
磨工具３０２に対する送り速度等の各種の加工条件を最
適に設定する。しかしながら、複数毎のウェハＷの研磨
加工を行っているうちに、研磨工具３０２の状態が変化
したり、周囲の温度変化等の種々の加工環境の変化によ
って設定した加工条件では、所望の研磨量および加工精
度が得られなくなることがある。従来においては、たと
えば、所定枚数のウェハＷの研磨加工毎に研磨加工済の
ウェハＷ上の除去加工された膜厚を専用の膜厚測定装置
によって測定し、この測定結果に基づいて加工条件を補
正していた。このため、加工条件の補正は、たとえば、
熟練したオペレータの経験や勘等にたよることが多く、
補正作業に手間がかかるという不利益が存在した。ま
た、従来においては、各ウェハＷの研磨量および加工精
度は、研磨加工が終了しないと判断することができず、
このため、研磨量および加工精度のばらつきを見越して
プロセスマージンを大きくとる必要があり、他の製造プ
ロセスへの要求スペックが厳しくなり、また、十分なデ
バイス特性を発揮できない等の不利益が存在した。

【０００４】本発明は、上述の不利益に鑑みてなされた
ものであって、たとえば、ウェハ等の被研磨対象物の化
学的機械研磨法を用いた研磨加工装置において、加工条
件を自動的に補正でき、研磨量および加工精度を向上化
および安定化することができる研磨加工装置を提供する
ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、研磨面を有す
る研磨工具と、前記研磨工具を所定の回転軸を中心に回
転させ、前記研磨工具を被研磨対象物に対向する方向に
移動自在に保持する研磨工具回転保持手段と、前記被研
磨対象物を保持し所定の回転軸を中心に回転させる被研
磨対象物回転保持手段と、前記被研磨対象物の被被研磨
面と前記研磨工具の研磨面が所定の平面に沿うように前
記研磨工具回転保持手段と前記被研磨対象物回転保持手
段とを所定の方向に相対移動させる第１の移動手段と、
前記研磨工具回転保持手段と前記被研磨対象物回転保持
手段とを、前記研磨工具の研磨面と前記被研磨対象物の
被研磨面との対向方向に相対移動させる第２の移動手段
と、前記研磨工具による前記被研磨対象物の研磨量を目
標研磨量で研磨させるように前記所定の方向の前記被研
磨対象物と前記研磨工具との相対位置に応じて設定され
た前記各手段を駆動するための加工条件データを保持す
る加工条件データ保持手段と、前記加工条件データに基
づいて、前記第２の移動手段を駆動して前記研磨工具の
研磨面を前記被研磨対象物の被研磨面に対して位置決め
し、前記第１の移動手段を駆動して前記研磨工具の研磨
面と前記被研磨対象物の被研磨面とを相対移動させ、前
記研磨工具に前記被研磨対象物を研磨加工させる制御手
段と、前記被研磨対象物の被研磨面の複数位置の研磨量
を検出する研磨量検出手段と、前記検出された前記研磨
対象物の各位置の研磨量に基づいて、前記被研磨面の各
位置の研磨量が均一になるように前記加工条件データを
補正する加工条件データ補正手段とを有し、前記制御手
段は、補正された加工条件データに基づいて新たな被研
磨対象物の研磨加工を行う。

【０００６】本発明では、研磨工具回転保持手段によっ
て回転させられた研磨工具は、被研磨対象物回転保持手
段によって回転させられた状態にある被研磨対象物に対
して加工条件データに基づく位置に位置決めされ、被研
磨対象物と研磨工具とは加工条件データに基づいた速度
で相対移動させられ、被研磨対象物は研磨される。研磨
加工された被研磨対象物の研磨量は研磨量検出手段によ
って検出され、研磨対象物の各位置の研磨量が加工条件
データ補正手段にフィードバックバックされて被研磨面
の各位置の研磨量が均一になるように加工条件データが
補正される。新たな研磨対象物は、補正された加工条件
データに従って研磨加工される。このため、加工環境が
経時変化しても加工条件データは常に最適なものに補正
（調整）される。また、研磨加工された被研磨対象物の
研磨量を個々にモニタすることができる。

【０００７】前記加工条件データ保持手段は、前記被研
磨対象物と前記研磨工具とを相対移動させる際の前記所
定の方向の相対位置に応じた前記被研磨対象物と前記研
磨工具との相対速度を規定する速度パターンデータを保
持しており、前記加工条件データ補正手段は、前記検出
された被研磨対象物の各位置の研磨量に基づいて、前記
被研磨面の各位置の研磨量が均一になるように前記速度
パターンデータを補正する速度パターン補正手段を有す
る。

【０００８】前記加工条件データ保持手段は、前記被研
磨対象物に対して前記研磨工具を所定の切り込み量で位
置決めする際に、前記所定の方向に移動する前記研磨工
具の研磨面が前記被研磨対象物の外周縁から直径方向の
所定距離の位置で接触し、前記所定距離の位置で離間す
るように前記研磨工具と前記被研磨対象物との対向方向
の位置を前記所定の方向の相対位置に応じて規定する位
置パターンデータを保持しており、前記加工条件データ
補正手段は、前記検出された各位置の研磨量に基づい
て、前記被研磨対象物の外周縁部から直径方向の所定の
距離の位置での研磨量が他の位置での研磨量に対して均
一となるように前記位置パターンデータの前記研磨工具
と前記被研磨対象物との接触および離間位置を補正する
位置パターン補正手段を有する。

【０００９】前記加工条件データ補正手段は、前記被研
磨対象物の被研磨面の複数位置の研磨量の検出値が所定
の範囲に収まっているかを判断する判断手段をさらに有
し、前記検出値が設定範囲に収まっている場合に前記加
工条件データを補正する。

【００１０】前記研磨量検出手段は、前記被研磨対象物
に形成された形成膜の膜厚を測定する膜厚測定センサ
と、前記膜厚測定センサによって測定された前記形成膜
の研磨加工前および研磨加工後の膜厚の差から研磨量を
算出する研磨量算出手段とを有する。

【００１１】前記速度パターン補正手段は、前記検出さ
れた被研磨対象物の各位置の研磨量と目標研磨量との差
の大きさに応じて前記被研磨対象物と研磨工具との各相
対位置における速度パターンデータを補正する。

【００１２】前記位置パターン補正手段は、前記被研磨
対象物の外周縁から所定距離の位置での検出研磨量の各
検出研磨量の平均値からの隔たりの大きさに応じて前記
接触および離間位置を補正する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る研磨
加工装置の一実施形態の構成を示す説明図であり、図２
は本実施形態に係る研磨加工装置およびこれに付随する
装置のレイアウトを示す図である。研磨装置１１と、制
御部５１と、位置決めユニット６１と、洗浄装置６２
と、、第２の搬送ロボット６４と、パーソナルコンピュ
ータ６５と、膜厚測定装置７１とを有している。

【００１４】図２に示すように、研磨装置１１は、壁２
０１で仕切られたスペース内に設置されており、研磨装
置１１には、スラリー供給装置８２およびスラリー排出
装置８３が接続されている。研磨装置１１のウェハカセ
ット投入口ＩＰ側には、位置決めユニット６１と、膜厚
測定装置７１と第１の搬送ロボット６３とが配置されて
いる。研磨装置１１と洗浄装置６２との間には、第２の
搬送ロボット６４が配置されている。洗浄装置６２の投
入バッファ８５には、洗浄用薬液供給装置８１が接続さ
れており、洗浄装置６２の隣には乾燥装置８４が配置さ
れている。

【００１５】研磨装置１１は、研磨工具３を保持し回転
させ、研磨工具３をＺ軸方向に移動自在に保持する研磨
工具保持部２と、研磨工具保持部２をＺ軸方向の目標位
置に位置決めするＺ軸位置決め機構部２１と、被研磨対
象物であるウェハＷを保持し回転させＸ軸方向に移動さ
せるＸ軸移動機構部３１とを有する。

【００１６】研磨工具保持部２は、研磨工具３を回転自
在に保持する保持装置４と、研磨工具３を回転させる主
軸モータ５とを有している。保持装置４は、内部に主軸
４ａを有しており、たとえば、この主軸４ａがたとえ
ば、保持装置４に内蔵されたベアリングによって回転自
在に保持されており、主軸４ａは、主軸モータ５に接続
されている。保持装置４内には、研磨剤としてのスラリ
ーや純水をウェハＷ上に供給する供給部が、たとえば、
主軸４ａ内に内蔵されている。この供給部は、スラリー
供給装置８２に接続されている。

【００１７】研磨工具３は、リング状に形成されてお
り、主軸４ａの先端に固着されている。研磨工具３は、
たとえば、発泡ポリウレタンや、不織布等の研磨布や固
定砥粒等から構成することができる。

【００１８】Ｚ軸位置決め機構部２１は、研磨工具保持
部２を保持するＺ軸スライダ６と、Ｚ軸スライダ６をＺ
軸方向に移動自在に保持する図示しないガイドレール
と、Ｚ軸モータ２２と、Ｚ軸モータ３５に接続されたボ
ールネジ軸２３と、Ｚ軸スライダ６と連結されボールネ
ジ軸２３が螺合するネジ部が形成された可動部材２４と
を有する。Ｚ軸モータ２２は、図示しないコラムに固定
されており、Ｚ軸モータ２２に接続されたＺ軸モータド
ライバ５４から駆動電流が供給されて回転駆動される。
ボールネジ軸２３は、Ｚ軸方向に沿って設けられ、一端
がＺ軸モータ２２に接続され、他端は、上記の図示しな
いコラムに設けられた保持部材によって回転自在に保持
されている。可動部材２４は、ボールネジ軸２３の回転
によってＺ軸方向に移動する際に回転しないように、図
示しないガイドによって回転方向の運動が規制されてい
る。

【００１９】Ｘ軸移動機構３１は、ウェハＷを保持する
ウェハテーブル３２と、ウェハテーブル３２を回転自在
に保持する保持装置３３と、ウェハテーブル３２を回転
させる駆動力を供給するテーブル軸モータ３４と、テー
ブル軸モータ３４と保持装置３３の回転軸とを連結する
ベルト３５と、テーブル軸モータ３４および保持装置３
３が設置されたＸ軸スライダ３６と、図示しない架台に
固定されたＸ軸モータ３７と、Ｘ軸モータ３７に接続さ
れたボールネジ軸３８と、Ｘ軸スライダ６６に連結され
ボールネジ軸３８に螺合するネジ部が形成された可動部
材３９とを有する。

【００２０】上記構成のＸ軸移動機構３１は、テーブル
軸モータ３４を駆動することにより、ウェハテーブル３
２が所定の回転数で回転し、Ｘ軸モータ３７はＸ軸モー
タドライバ５５に接続されたＸ軸モータドライバ５５か
ら供給される駆動電流によって回転駆動し、Ｘ軸スライ
ダ３６がボールネジ軸３８および可動部材３９を介して
Ｘ軸方向に駆動する。

【００２１】位置決めユニット６１は、ウェハＷのオリ
エンテーションフラットＯＦを基準としてウェハＷを基
準位置に位置決めする装置である。洗浄装置６２は、洗
浄用薬液供給装置８１から供給される洗浄用薬液によっ
て研磨加工されたウェハＷを洗浄する装置である。第１
の搬送ロボット６３は、ウェハカセットＣＳに収容され
たウェハＷを保持し、膜厚測定装置７１に搬送したり、
位置決めユニット６１に搬送したり、バッファ９０上に
搬送する自走式の搬送ロボットである。第２の搬送ロボ
ット６４は、バッファ９０上に載置されたウェハＷを研
磨装置１１のウェハテーブル３２に搬送したり、研磨加
工されたウェハテーブル３２上のウェハＷを洗浄装置８
５の投入バッファ内８５に搬送したりする。パーソナル
コンピュータ６５は、膜厚測定装置７１の測定データを
取り込むとともに、第１の搬送ロボット６３が膜厚測定
装置７１に対してウェハＷを位置決めした際の座標位置
データを取り込み、これらのデータを制御装置５２に出
力する。

【００２２】膜厚測定装置７１は、ウェハＷに形成され
た形成膜の膜厚を測定する装置である。膜厚測定装置７
１には、たとえば、分光エリプソメトリ方式や、単光エ
リプソメトリ方式や分光反射率測定方式のものを使用す
ることができる。本実施形態では、光源としてハロゲン
ランプやＵＶランプを使用した分光反射率測定方式の膜
厚測定装置を使用した。膜厚の測定レンジは、たとえ
ば、１０ｎｍ〜１５μｍ程度である。

【００２３】制御部５１は、制御装置５２と、Ｚ軸モー
タドライバ５４と、Ｘ軸モータドライバ５５と、主軸モ
ータドライバ５６と、テーブル軸モータドライバ５７と
を有する。Ｚ軸モータドライバ５４は、制御装置５２か
らの制御指令に基づいて、Ｚ軸モータ２２の位置決め制
御を行う。これにより、研磨工具３のウェハＷに対する
Ｚ軸方向の目標位置への位置決めが行われる。Ｘ軸モー
タドライバ５５は、制御装置５２からの制御指令に基づ
いて、Ｘ軸モータ５９の回転位置及び回転速度を制御す
る。これにより、研磨工具３に対する位置に応じてウェ
ハテーブル５２を所望の速度で移動させることができ
る。主軸モータドライバ５６は、制御装置５２からの制
御指令に基づいて、主軸モータ５を所定の回転速度に駆
動制御する。これにより、研磨工具３を所定の回転速度
に駆動することができる。テーブル軸モータドライバ５
７は、制御装置５２からの制御指令に基づいて、テーブ
ル軸モータ３４を所定の回転速度に駆動制御する。これ
により、ウェハＷを所定の回転速度に駆動することがで
きる。

【００２４】図３は、制御装置５２の構成の一例を示す
説明図である。制御装置５１は、加工プログラム保持部
１０１と、Ｘ軸モータ制御指令部１０２と、Ｚ軸モータ
制御指令部１０３と、主軸モータ制御指令部１０４と、
テーブル軸モータ制御指令部１０５と、位置決めユニッ
ト制御部１０６と、洗浄装置制御部１０７と、搬送ロボ
ット制御部１０８と、研磨量可否判断部１０９と、目標
研磨量設定保持部１１０と、均一性設定保持部１１１
と、エッジエクスクルージョン設定保持部１１２と、加
工条件データ記憶部１１３と、加工条件選択保持部１１
４と、加工前膜厚データ保持部１１５と、加工後膜厚デ
ータ保持部１１６と、研磨量算出部１１７と、Ｘ軸速度
パターン補正部１１８と、Ｚ軸位置パターン補正部１１
９と、研磨量許容値算出部１２０と、接触／離間位置算
出部１２１と、Ｘ軸速度パターンデータ保持部１２２
と、Ｚ軸位置パターンデータ保持部１２３とを有する。

【００２５】加工プログラム保持部１０１は、たとえ
ば、研磨装置１１の起動および停止、位置決めユニット
６１、洗浄装置６２、第１および第２の搬送ロボット６
３、６４等の動作制御を行う予め用意されたシーケンス
プログラムを保持している。Ｘ軸モータ制御指令部１０
２は、Ｘ軸速度パターンデータ保持部１２２に保持され
た速度パターンデータに基づいて、Ｘ軸モータ３７を所
定の速度で回転駆動させるための制御指令をＸ軸モータ
ドライバ５５に出力する。Ｚ軸モータ制御指令部１０３
は、Ｚ軸位置パターンデータ保持部１３３に保持された
Ｚ軸位置パターンデータに基づいて、Ｚ軸モータ２２の
位置決め制御を行うための制御指令をＺ軸モータドライ
バ５４に出力する。主軸モータ制御指令部１０４は、加
工条件データ選択保持部１１４に保持された主軸モータ
５の回転速度データに基づいて、主軸モータ５を所定の
速度で回転駆動させるための制御指令を主軸モータドラ
イバ５６に出力する。テーブル軸モータ制御指令部１０
５は、加工条件データ選択保持部１１４に保持されたテ
ーブル軸モータ３４の回転速度データに基づいて、テー
ブル軸モータ３４を所定速度で回転駆動させるための制
御指令をテーブル軸モータドライバ５７に出力する。

【００２６】位置決めユニット制御部１０６は、加工プ
ログラム保持部１０１に保持されたシーケンスプログラ
ムにしたがって位置決めユニット６１を制御する。洗浄
装置制御部１０７は、加工プログラム保持部１０１に保
持されたシーケンスプログラムにしたがって洗浄装置６
２の動作制御を行う。搬送ロボット制御部１０８は、加
工プログラム保持部１０１に保持されたシーケンスプロ
グラムにしたがって第１の搬送ロボット６３および第２
の搬送ロボット６４を駆動制御する。

【００２７】加工前膜厚データ入力保持部１１５は、膜
厚測定装置７１によって研磨加工前のウェハＷ上のｎ点
について測定された膜厚データδ0 （i ）(i＝１〜ｎ）
が入力され、これらのデータを保持する。加工後膜厚デ
ータ入力保持部１１６は、膜厚測定装置７１によって研
磨加工後のウェハＷ上のｎ点について測定された膜厚デ
ータδ1 （i ）(i＝１〜ｎ）が入力され、これらのデー
タを保持する。ウェハＷの膜厚δの測定は、たとえば、
図４（ａ）に示すように、ウェハＷのオリエンテーショ
ンフラットＯＦを基準として、ウェハＷの中心位置Ｏを
含むＸ軸方向の５点および中心位置Ｏを中心として３０
度毎に分割された直径方向の５点の合計で４９点を測定
する。また、たとえば、図４（ｂ）に示すように、ウェ
ハＷの中心位置Ｏを含むＸ軸方向の９点および中心位置
Ｏを中心として３０度毎に分割された直径方向の５点の
合計で８１点を測定する。なお、ウェハＷの最外周の測
定点は、後述するエッジエクスクルージョン領域を画す
る円周上の位置とする。

【００２８】研磨量算出部１１７は、加工前膜厚データ
入力保持部１１５および加工後膜厚データ入力保持部１
１６に保持されたウェハＷ上の各位置の膜厚データδ0
（i）およびδ1 （i ）(i＝１〜ｎ）に基づいて、ウェ
ハＷの研磨量δ（i ）(i＝１〜ｎ）を算出する。ウェハ
Ｗの研磨量δ（i ）(i＝１〜ｎ）の算出は、膜厚データ
δ0 （i ）およびδ1 （i ）(i＝１〜ｎ）の差から算出
することができる。

【００２９】加工条件データ記憶部１１３は、過去に行
われた研磨加工データをデータベース化しており、主軸
モータ５の回転数、ウェハテーブル３２の回転数、Ｘ軸
平均送り速度、Ｚ軸切り込み量、Ｘ軸速度パターンデー
タ、Ｚ軸位置パターンデータなどの加工条件が各膜種や
研磨量に応じて種々記憶されている。加工条件選択保持
部１１４は、加工条件データ記憶部１１３に記憶された
加工条件データから所望の加工条件を選択し、この加工
条件データを保持する。

【００３０】目標研磨量設定保持部１１０は、ウェハＷ
を研磨する際の目標研磨量Ｄを設定保持する。均一性設
定保持部１１１は、研磨量のばらつきの許容範囲を規定
する均一性σを設定保持する。均一性σは、研磨量δの
最大値δmax と、研磨量δの最小値δmin と研磨量の平
均値δave から、次式（１）によって定義される。

【００３１】 σ＝｛（δmax −δmin ）／２＊δave ｝＊１００ ［％］ （１）

【００３２】研磨量許容値算出部１２０は、目標研磨量
設定保持部１１０において設定された目標研磨量Ｄおよ
び均一性設定保持部１１１において設定されれた均一性
σに基づいて、研磨量許容値の最大値Ｄmax および最小
値Ｄmin を算出する。たとえば、図５に示すように、目
標研磨量Ｄが４００ｎｍであり、均一性σが１０％の場
合には、の最大値Ｄmax は４４０ｎｍとなり、最小値Ｄ
min が３６０ｎｍとなる。

【００３３】研磨量可否判断部１０９は、研磨量許容値
算出部１２０において算出された研磨量許容値の最大値
Ｄmax および最小値Ｄmin に基づいて、研磨量算出部１
１７において算出されたウェハＷ上の各点における各研
磨量δ（i ）(i＝１〜ｎ）が研磨量許容値の最大値Ｄma
x および最小値Ｄmin 内に収まっているか否かを判断す
る。たとえば、図５に示すように、ウェハＷ上の各点の
研磨量がδ（１）〜δ（５）が最大値Ｄmax および最小
値Ｄmin 内に収まっている場合には、制御装置５２は後
述するＸ軸速度パターン補正およびＺ軸位置パターン補
正を行うが、ウェハＷ上の各点の研磨量がδ（１）〜δ
（５）が最大値Ｄmax および最小値Ｄmin 内に収まって
いない場合には、研磨量可否判断部１０９はアラーム信
号ＡＬＭを出力し、制御装置５２は研磨加工を停止す
る。

【００３４】エッジエクスクルージョン設定保持部１１
２は、ウェハＷのエッジエクスクルージョンの距離ＥＥ
を設定保持する。エッジエクスクルージョンは、図９に
示すように、ウェハＷの外周縁から直径方向に距離ＥＥ
までの領域Ｒout であり、このエッジエクスクルージョ
ン領域Ｒout は、半導体チップが形成されない、また
は、形成されても使用されない領域であり、領域Ｒout
の内側領域Ｒinに半導体チップを形成する。エッジエク
スクルージョン領域は、図６（ａ）に示すように、直径
が２００ｍｍのウェハＷに対して研磨工具３が最初に接
するウェハＷの周縁部付近の領域であり、また、図６
（ｂ）に示すように、ウェハＷに対してＸ軸方向の２０
０ｍｍ付近の位置まで移動した研磨工具３がウェハＷか
ら離間する領域であるため、エッジエクスクルージョン
領域の研磨量は他の領域とくらべて研磨量が不安定とな
る。通常は、図９（ｂ）に示すように、エッジエクスク
ルージョン領域Ｒout における研磨量は、他の領域の研
磨量よりも大きくなり、ウェハＷの周縁部はだれた形状
となりやすい。

【００３５】Ｚ軸位置パターンデータ保持部１２３に
は、加工条件データ記憶部１１３に記憶された加工条件
データから所望の加工条件を選択すると、Ｘ軸方向の各
位置に応じた所定のＺ軸位置パターンデータが読み出さ
れる。Ｚ軸位置パターンデータ保持部１２３に保持され
ている研磨工具３をＺ軸方向に位置決めするためのＺ軸
位置パターンデータは、たとえば、図１０に示すよう
に、研磨工具３のＺ軸方向の位置をウェハＷのＸ軸方向
の位置に応じた値となっている。すなわち、研磨工具３
がウェハＷの外周縁（Ｘ＝０ｍｍ）の位置から距離ＥＥ
の位置ＸｉでウェハＷの表面に接触し、所定の切り込み
量Ｚｔで研磨工具３がウェハＷに対して位置決めされ、
研磨工具３がウェハＷの外周縁（Ｘ＝２００ｍｍ）の位
置から距離ＥＥの位置Ｘ0 で研磨工具３がウェハＷから
離間するように研磨工具３をＺ軸方向に位置決めする位
置パターンデータとなっている。

【００３６】接触／離間位置算出部１２１は、エッジエ
クスクルージョン領域を規定する距離ＥＥおよびウェハ
Ｗの直径から、研磨工具３がウェハＷに接触するＸ軸座
標位置Ｘｉおよび研磨工具３がウェハＷから離れるＸ軸
座標位置Ｘ0 を算出する。

【００３７】Ｘ軸速度パターンデータ保持部１２２に
は、加工条件データ記憶部１１３に記憶された加工条件
データから所望の加工条件を選択すると、Ｘ軸方向の各
位置に応じた所定のＸ軸速度パターンデータｆ（i ）
（i ＝１〜ｎ）が読み出される。Ｘ軸速度パターンデー
タは、たとえば、研磨工具３をウェハＷに対してＺ軸方
向に一定の切り込み量でＸ軸方向に一定の速度で送る
と、ウェハＷの中心位置Ｏに関して外周部領域では研磨
加工される面積（距離）が広く（長く）、ウェハＷの中
心位置領域にいくほど研磨加工される面積（距離）が狭
い（短い）ため、ウェハＷの中心位置領域にいくほど研
磨量は増大し、ウェハＷ面内で研磨量が均一とならな
い。この研磨量の不均一性を修正するために、加工条件
データ記憶部１１３においてデータベース化されたＸ軸
速度パターンデータは、図７の実線で示すように、ウェ
ハＷのＸ軸方向の送り速度をウェハＷの中心位置に近い
ほど速くし、ウェハＷの外周部は遅くして、ウェハＷ面
内の研磨量が均一になるように設定されている。なお、
Ｘ軸速度データパターンは、図７の実線で示すように、
ウェハＷの最外周では送り速度が比較的速くなってい
る。この領域は、研磨工具３がウェハＷに最初に接する
領域であり、研磨量が増大しやすい領域であるため、送
り速度を速くしている。

【００３８】Ｘ軸速度パターンデータ補正部１１８は、
研磨量許容値算出部１２０において算出されたウェハＷ
面内の各位置での研磨量δに基づいて、ウェハＷの全面
で均一になるように、上記のＸ軸速度パターンデータを
補正する。以下、Ｘ軸速度パターンデータの補正方法に
ついて説明する。まず、算出した研磨量δ（ｉ）（ｉ＝
１〜ｎ）と目標研磨量Ｄとの差の平均研磨量δave から
の隔たりの割合γ（ｉ）（ｉ＝１〜ｎ）を次式（２）に
よって算出する。γ（ｉ）が正の値をとるときは、研磨
量が過剰のオーバポリッシュ状態であり、γ（ｉ）が負
の値をとるときは、研磨量が不足したアンダーポリッシ
ュ状態である。

【００３９】 γ（ｉ）＝｛（δ（ｉ）−Ｄ）／δave ｝＊１００ ［％］ （２）

【００４０】次いで、各ウェハＷの各位置におけるＸ軸
方向の送り速度ｆ（i ）（i ＝１〜ｎ）を（２）式で算
出された隔たりの割合γ（ｉ）から次式（３）によって
補正する。なお、補正されたＸ軸方向の送り速度をｆ’
（i ）（ｉ＝１〜ｎ）とする。

【００４１】 ｆ’（i ）＝ｆ（i ）＊１／（１＋γ（ｉ）／１００） （３）

【００４２】Ｚ軸位置パターンデータ補正部１１９は、
研磨量許容値算出部１２０において算出されたウェハＷ
面内の各位置での研磨量δに基づいて、ウェハＷのエッ
ジエクスクルージョン領域Ｒout と内部領域ＲINの境界
線上の研磨量が内部領域ＲINの研磨量に対して均一にな
るように、上記のＺ軸位置パターンデータを補正する。
以下、Ｚ軸位置パターンデータの補正方法について説明
する。エッジエクスクルージョン領域の距離ＥＥが規定
されると、この値にしたがって研磨工具３がウェハＷに
接触する位置Ｘi および研磨工具３がウェハＷから離間
する位置Ｘ0 が接触／離間位置算出部１２１によって算
出される。接触位置Ｘi および離間位置Ｘ0 のウェハＷ
の外周縁からの距離Ｌは、接触／離間位置算出部１２１
によってウェハＷの外周縁から距離ＥＥに等しい値に暫
定的に決定されている。まず、ウェハＷの外周縁から距
離ＥＥの位置の研磨量δ（１）およびδ（ｎ）の平均研
磨量δave からの隔たりの割合γE を次式（４）によっ
て算出する。γE が正の値の場合には、ウェハＷの外周
の研磨量が過剰でだれた状態にあり、γE が負の値の場
合には、ウェハＷの外周の研磨量が不足し研磨残りがあ
る状態にある。

【００４３】 γE ＝｛（δ（１）＋δ（ｎ）−２δave ）／δave ｝＊１００［％］（４）

【００４４】次に、ウェハＷの外周縁から距離ＥＥの位
置の研磨量の平均研磨量δave からの隔たりの割合γE
に基づいて、接触位置Ｘi および離間位置Ｘ0 を次式
（５）および（６）によって補正する。なお、補正後の
接触位置Ｘi および離間位置Ｘ0 をＸ’i およびＸ’0
とする。また、ＬｗはウェハＷの直径である。

【００４５】 Ｘ’i ＝Ｌ／（１−γE ／１００） （５） Ｘ’0 ＝Ｌｗ−Ｌ／（１−γE ／１００） （６）

【００４６】次に、補正後の接触位置Ｘ’i および離間
位置Ｘ’0 に基づいて、たとえば、図１０に示したＺ軸
位置パターンデータを補正し、Ｚ軸位置パターンデータ
保持部１３３に保持されたＺ軸位置パターンデータを補
正後のＺ軸位置パターンデータに更新する。

【００４７】上記構成の研磨加工システムの動作の一例
について図１１に示すフローチャートに基づいて説明す
る。ウェハＷのサイズはφ２００ｍｍとし、ウェハＷ上
に形成された研磨対象膜は、ＴＥＯＳを原料ガスとして
形成した酸化シリコン膜とした。また、ウェハＷ上の膜
厚測定ポイントは、図４（ａ）に示したように、Ｘ軸方
向の５点および３０度間隔の直径方向の各点の合計４９
点を測定した。

【００４８】まず、研磨工具３のフェーシング作業を行
う。フェーシング作業は研磨工具３の交換時等に、取り
付け誤差などを補正するための研磨工具３のセルフカッ
ト動作である。あるいは、研磨化加工システムを起動後
最初のウェハＷの加工を開始する。

【００４９】次いで、目標研磨量Ｄ、均一性σを設定す
る（ステップＳ１）。本実施形態では、目標研磨量Ｄを
４００ｎｍとし、均一性σを１０％とした。また、エッ
ジエクスクルージョン領域の距離ＥＥを設定する（ステ
ップＳ２）。本実施形態では、距離ＥＥを５ｍｍとし
た。

【００５０】次いで、加工条件データの選択設定を行う
（ステップＳ３）。本実施形態では、各種加工条件デー
タのうち、たとえば、Ｘ軸平均送り速度を１５０ｍｍ／
ｍｉｎとし、Ｘ軸送り速度パターンを図７に示した実線
のようにし、Ｚ軸位置データパターンを図１０に示した
データとした。

【００５１】次いで、研磨量の許容最大値Ｄmax 、最小
値Ｄmin を算出する（ステップＳ４）。本実施形態で
は、上記した目標研磨量Ｄおよび均一性σの値から、最
大値Ｄmax 、最小値Ｄmin はそれぞれ、４４０ｎｍ、３
６０ｎｍとなる。

【００５２】次いで、接触位置Ｘi および離間位置Ｘ0
を算出する（ステップＳ５）。本実施形態では、距離Ｅ
Ｅが５ｍｍであることから、接触位置Ｘi および離間位
置Ｘ0 はそれぞれ５ｍｍ、１９５ｍｍとなる。

【００５３】次に、ウェハＷの研磨加工前の膜厚δを測
定する（ステップＳ６）。ウェハＷの膜厚測定は、ウェ
ハカセットＣＳからモニタ用のウェハＷを第１の搬送ロ
ボット６３によって位置決めユニット６１に移動し、位
置決めユニット６１によってウェハＷを基準位置に合わ
せ、次いで、膜厚測定装置７１に搬送し、第１の搬送ロ
ボット６３によってウェハＷを膜厚測定装置７１の基準
位置に移動位置決めして、ウェハＷ上のｎ点の膜厚δを
測定する。測定されたウェハＷ上のｎ点の膜厚データδ
は、加工前膜厚データ保持部１１５に保持される。

【００５４】次いで、第１の搬送ロボット６３によって
膜厚測定装置７１からウェハＷをバッファ９０上に搬送
し、第２の搬送ロボット６４によって、ウェハＷを研磨
装置１１のウェハテーブル３２上に搭載し、研磨加工を
開始する（ステップＳ７）。ウェハＷは、上記のように
設定された加工条件にしたがって研磨加工される。

【００５５】次いで、研磨加工されたウェハＷは、第２
の搬送ロボット６４によってウェハテーブル３２から洗
浄装置６２の投入バッファ８５に移動され、ウェハＷは
洗浄される（ステップＳ８）。洗浄されたウェハＷは、
乾燥装置８４において乾燥された後、第１の搬送ロボッ
ト６３によって膜厚測定装置７１まで移動され、研磨加
工後の膜厚が再度測定される（ステップＳ９）。測定さ
れたウェハＷ上のｎ点の膜厚データδは、加工後膜厚デ
ータ保持部１１６に保持される。

【００５６】次いで、研磨加工前と研磨加工後の各膜厚
データに基づいて、ウェハＷ上のｎ点での研磨量δ
（ｉ）（ｉ＝１〜ｎ）が研磨量算出部１１７において算
出される（ステップＳ１０）。次いで、この研磨量δ
（ｉ）が、算出された研磨量許容最大値Ｄmax および最
小値Ｄmin の範囲に収まっているか否かが研磨量可否判
断部１０９において判断される（ステップＳ１１）。研
磨量δ（ｉ）が最大値Ｄmax および最小値Ｄmin の範囲
に収まっていない場合には、研磨装置１１による研磨加
工が停止される。これにより、ウェハＷの研磨量が規定
された範囲の均一性に収まっていないウェハが大量に研
磨加工されることが未然に防がれる。

【００５７】研磨量δ（ｉ）が最大値Ｄmax および最小
値Ｄmin の範囲に収まっているばあいには、研磨量δ
（ｉ）（ｉ＝１〜ｎ）に基づいて、Ｘ軸速度パターンデ
ータの補正が行われる（ステップＳ１２）。たとえば、
図７に示した補正されていないＸ軸速度パターンデータ
によって研磨加工されたウェハＷは、図７の矢印で指す
領域（Ｘ＝７５ｍｍから外周寄りの領域）の研磨量が平
均研磨量δave に対して約２０％程度不足している。こ
のため、Ｘ軸速度パターンデータをＸ軸速度パターン補
正部１１８において補正すると、Ｘ軸速度パターンデー
タは、図８の矢印で指す領域（Ｘ＝７５ｍｍから外周寄
りの領域）において研磨量の不足分に応じて、Ｘ軸速度
パターンデータの値が低下するように補正される。図８
に示した補正されたＸ軸速度パターンデータによる研磨
加工結果は、同じく図８に示すように、研磨量が６００
ｎｍ付近で略均一な研磨量となる。

【００５８】Ｘ軸速度パターンデータの補正と同時に、
Ｚ軸位置パターンデータの補正がＺ軸位置パターン補正
部１３３において行われる（ステップＳ１３）。Ｚ軸位
置パターンデータの補正は、ウェハＷの外周縁から直径
方向の５ｍｍの位置の研磨量が平均研磨量δave よりも
不足する場合には、接触位置Ｘi および離間位置Ｘ0 は
ウェハＷの外周縁から直径方向の５ｍｍの位置からウェ
ハＷの内部側の位置に不足量に応じて補正され、ウェハ
Ｗの外周縁から直径方向の５ｍｍの位置の研磨量が平均
研磨量δave よりも過剰な場合には、接触位置Ｘi およ
び離間位置Ｘ0 はウェハＷの外周縁から直径方向の５ｍ
ｍの位置からウェハＷの内部側の外周側の位置に研磨量
の過剰量に応じて補正される。接触位置Ｘi および離間
位置Ｘ0 が補正されると、Ｚ軸位置パターンデータがが
新たなＺ軸位置パターンデータに更新される。

【００５９】以上のようにして、加工条件データである
Ｘ軸速度パターンデータおよびＺ軸位置パターンデータ
が補正更新され（ステップＳ１４）、補正された加工条
件データにしたがって新たなウェハＷの研磨加工が行わ
れる。本実施形態では、上記の動作が各ウェハＷの研磨
加工毎に行われる。したがって、Ｘ軸速度パターンデー
タおよびＺ軸位置パターンデータを含む過去付条件デー
タは、そのときの研磨加工の状態、環境に応じた常に最
新のデータに更新される。

【００６０】以上のように、本実施形態によれば、ウェ
ハＷの研磨量を常に監視することができ、研磨量が規格
範囲外となった大量のウェハＷの発生を未然に防止する
ことができる。また、本実施形態によれば、研磨加工プ
ロセスの途中でウェハＷの研磨量をモニタすることがで
きるため、研磨量のばらつきを容易に把握することがで
きる。また、本実施形態によれば、ウェハＷの研磨量が
設定範囲内に収まっているか否かを監視するのみでな
く、ウェハＷの研磨量が所定の研磨量となるように、あ
るいは、研磨量を均一とするように、加工条件データを
常に更新するため、研磨量のばらつきが大幅に縮小さ
れ、ウェハＷの研磨量および加工精度研磨精度を大幅に
向上させることができ、この結果、研磨加工におけるプ
ロセスマージンを必要十分な幅にすることができる。

【００６１】さらに、本実施形態によれば、ウェハＷの
研磨量を均一とするための加工条件データを自動で補正
設定することができるため、加工条件データの設定に要
する時間が大幅に短縮化され、また、熟練したオペレー
タによる経験や勘などが浮揚となる。なお、本実施形態
では、補正する加工条件データの対象として、Ｘ速度パ
ターンデータおよびＺ軸位置パターンデータの場合につ
いて説明したが、本発明はこれに限定されない。例え
ば、研磨パッド３の回転数や、ウェハＷの回転数等の他
の加工条件データも測定した研磨量に基づいて補正する
こが可能である。

【００６２】

【発明の効果】本発明によれば、加工条件データを自動
的に補正でき、研磨量および加工精度を向上化および安
定化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の研磨加工装置の一実施形態を示す構成
図である。

【図２】本発明の一実施形態に係る研磨加工装置および
これに付随する装置のレイアウトを示す図である

【図３】本発明の一実施形態に係る制御装置の構成の一
例を示す説明図である。

【図４】ウェハの膜厚δの測定ポイントの一例を説明す
るための図である。

【図５】ウェハの目標研磨量および均一性σ、研磨量許
容値の最大値および最小値を説明するための図である。

【図６】ウェハを研磨工具に対して移動する際のＸ軸方
向の座標位置関係を説明するための図である。

【図７】Ｘ軸速度パターンデータ補正前のウェハ面内の
各測定位置とＸ軸速度パターンデータおよび研磨量との
関係を示す図である。

【図８】Ｘ軸速度パターンデータ補正後のウェハ面内の
各測定位置とＸ軸速度パターンデータおよび研磨量との
関係を示す図である。

【図９】ウェハのエッジエクスクルージョン領域を説明
するための図である。

【図１０】Ｚ軸位置パターンデータの一例を示す図であ
る。

【図１１】本発明の一実施形態に係る研磨加工装置の動
作の一例を説明するためのフローチャートである。

【図１２】従来のＣＭＰ装置の一構成例を示す斜視図で
ある。

【符号の説明】

１１…研磨装置、２…研磨工具保持部、３…研磨工具、
２１…Ｚ軸位置決め機構部、３１…Ｘ軸移動機構部、５
１…制御部、６１…位置決めユニット、６２…洗浄装
置、６３…第１の搬送ロボット、６４…第２の搬送ロボ
ット、６５…パーソナルコンピュータ、７１…膜厚測定
装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AA09 AA13 AB03 AC02 AC04 BA02 BA04 BA07 BA09 BB06 BB09 BC01 BC02 CB01 DA12 DA17

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】研磨面を有する研磨工具と、 前記研磨工具を所定の回転軸を中心に回転させ、前記研
   磨工具を被研磨対象物に対向する方向に移動自在に保持
   する研磨工具回転保持手段と、 前記被研磨対象物を保持し所定の回転軸を中心に回転さ
   せる被研磨対象物回転保持手段と、 前記被研磨対象物の被被研磨面と前記研磨工具の研磨面
   が所定の平面に沿うように前記研磨工具回転保持手段と
   前記被研磨対象物回転保持手段とを所定の方向に相対移
   動させる第１の移動手段と、 前記研磨工具回転保持手段と前記被研磨対象物回転保持
   手段とを、前記研磨工具の研磨面と前記被研磨対象物の
   被研磨面との対向方向に相対移動させる第２の移動手段
   と、 前記研磨工具による前記被研磨対象物の研磨量を目標研
   磨量で研磨させるように前記所定の方向の前記被研磨対
   象物と前記研磨工具との相対位置に応じて設定された前
   記各手段を駆動するための加工条件データを保持する加
   工条件データ保持手段と、 前記加工条件データに基づいて、前記第２の移動手段を
   駆動して前記研磨工具の研磨面を前記被研磨対象物の被
   研磨面に対して位置決めし、前記第１の移動手段を駆動
   して前記研磨工具の研磨面と前記被研磨対象物の被研磨
   面とを相対移動させ、前記研磨工具に前記被研磨対象物
   を研磨加工させる制御手段と、 記被研磨対象物の被研磨面の複数位置の研磨量を検出す
   る研磨量検出手段と、 前記検出された前記研磨対象物の各位置の研磨量に基づ
   いて、前記被研磨面の各位置の研磨量が均一になるよう
   に前記加工条件データを補正する加工条件データ補正手
   段とを有し、 前記制御手段は、補正された加工条件データに基づいて
   新たな被研磨対象物の研磨加工を行う研磨加工装置。
2. 【請求項２】前記加工条件データ保持手段は、前記被研
   磨対象物と前記研磨工具とを相対移動させる際の前記所
   定の方向の相対位置に応じた前記被研磨対象物と前記研
   磨工具との相対速度を規定する速度パターンデータを保
   持しており、 前記加工条件データ補正手段は、前記検出された被研磨
   対象物の各位置の研磨量に基づいて、前記被研磨面の各
   位置の研磨量が均一になるように前記速度パターンデー
   タを補正する速度パターン補正手段を有する請求項１に
   記載の研磨加工装置。
3. 【請求項３】前記加工条件データ保持手段は、前記被研
   磨対象物に対して前記研磨工具を所定の切り込み量で位
   置決めする際に、前記所定の方向に移動する前記研磨工
   具の研磨面が前記被研磨対象物の外周縁から直径方向の
   所定距離の位置で接触し、前記所定距離の位置で離間す
   るように前記研磨工具と前記被研磨対象物との対向方向
   の位置を前記所定の方向の相対位置に応じて規定する位
   置パターンデータを保持しており、 前記加工条件データ補正手段は、前記検出された各位置
   の研磨量に基づいて、前記被研磨対象物の外周縁部から
   直径方向の所定の距離の位置での研磨量を他の位置の研
   磨量に対して均一となるように前記位置パターンデータ
   の前記研磨工具と前記被研磨対象物との接触および離間
   位置を補正する位置パターン補正手段を有する請求項１
   に記載の研磨加工装置。
4. 【請求項４】前記加工条件データ補正手段は、前記被研
   磨対象物の被研磨面の複数位置の研磨量の検出値が所定
   の範囲に収まっているかを判断する判断手段をさらに有
   し、 前記検出値が設定範囲に収まっている場合に前記加工条
   件データを補正する請求項１に記載の研磨加工装置。
5. 【請求項５】前記研磨量検出手段は、前記被研磨対象物
   に形成された形成膜の膜厚を測定する膜厚測定センサ
   と、 前記膜厚測定センサによって測定された前記形成膜の研
   磨加工前および研磨加工後の膜厚の差から研磨量を算出
   する研磨量算出手段とを有する請求項１に記載の研磨加
   工装置。
6. 【請求項６】前記速度パターン補正手段は、前記検出さ
   れた被研磨対象物の各位置の研磨量と目標研磨量との差
   の大きさに応じて前記被研磨対象物と研磨工具との各相
   対位置における速度パターンデータを補正する請求項２
   に記載の研磨加工装置。
7. 【請求項７】前記位置パターン補正手段は、前記被研磨
   対象物の外周縁から所定距離の位置での検出研磨量の各
   検出研磨量の平均値からの隔たりの大きさに応じて前記
   接触および離間位置を補正する請求項３に記載の研磨加
   工装置。