JP2000288927A

JP2000288927A - 平坦化研磨装置及び平坦化研磨方法

Info

Publication number: JP2000288927A
Application number: JP9994299A
Authority: JP
Inventors: Shuzo Sato; 修三佐藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-04-07
Filing date: 1999-04-07
Publication date: 2000-10-17
Also published as: TW467805B; US6461222B1

Abstract

(57)【要約】【課題】研磨物の研磨状態を研磨工程中に測定し、無
欠陥の研磨物を得ることができる平坦化研磨装置及び平
坦化研磨方法を提供すること。【解決手段】研磨物１０１の表面反射率の変化を検出
する検出手段１８０と、前記検出手段からの検出値に基
づいて、前記研磨物の削り残し部分を認識し、前記削り
残し部分と削り残し以外の部分の研磨条件を自動的に生
成してフィードバックする制御手段１９０とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばウェハの表
面に形成されたメッキ膜や絶縁膜を平坦に研磨する平坦
化研磨装置及び平坦化研磨方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１０は、メタル配線型基板の製造工程
を示す断面側面図である。シリコンで成るウェハ１の表
面上に銅（Ｃｕ）で成る配線パターン２を形成し、配線
パターン２を含むウェハ１の表面上に二酸化珪素（Ｓｉ
Ｏ₂）で成る絶縁膜３を被覆する（同図（Ａ））。

【０００３】そして、積層配線パターン用の導通穴４を
絶縁膜３にエッチング形成し（同図（Ｂ））、導通穴４
の内面を含む絶縁膜３の表面上にタンタル（Ｔａ）やチ
タン（Ｔｉ）等で成るバリヤ膜５を被覆し（同図
（Ｃ））、銅（Ｃｕ）で成るシード膜６をスパッタリン
グ形成する（同図（Ｄ））。そして、導通穴４の内部が
完全に塞がるように比較的厚めに銅（Ｃｕ）で成る積層
配線パターン用膜７をメッキ形成する（同図（Ｅ））。
その後、絶縁膜３上の不要な積層配線パターン用膜７を
研磨して取り除いて積層配線パターン８を形成し、最終
的なメタル配線型基板９とする（同図（Ｆ））。

【０００４】上述したメタル配線型基板９を製造する際
の研磨工程においては、平坦化研磨装置が用いられる。
図１１は、従来の平坦化研磨装置の概略を示す斜視図で
ある。この平坦化研磨装置２０は、研磨布２１が上面に
貼られた回転可能な円盤状の定盤２２と、ウェハ１を下
面で保持する回転可能であって、上下動（Ｚ方向）可能
な円盤状のマウント板２３と、研磨布２１上に研磨液Ｐ
を供給するノズル２４を備えている。

【０００５】このような構成において、先ず、積層配線
パターン用膜７が形成されているウェハ１の表面を下に
向けて、ウェハ１の裏面をマウント板２３の下面に接着
あるいは真空吸着させる。次に、定盤２２とマウント板
２３を回転させると共に、ノズル２４から研磨布２１上
に研磨液Ｐを供給する。そして、マウント板２３を下降
させて、ウェハ１の表面を研磨布２１上に押し付け、ウ
ェハ１の表面に形成されている積層配線パターン用膜７
を研磨する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の平坦化
研磨装置２０による積層配線パターン用膜７の研磨量
は、時間管理されているため不安定であり、研磨終了後
でないと正確な研磨量が判らないという欠点がある。さ
らに、研磨量の測定は、別置の専用膜厚測定機で測定す
る必要があり、工数が掛かるという欠点がある。また、
研磨精度も、研磨布２１の状態等により変化するので不
安定であり、作業者の経験や勘を頼りにしなければなら
ないという問題がある。

【０００７】このため、以下に述べるような、ディッシ
ング、エロージョン（シンニング）、リセス、スクラッ
チ・ケミカルダメージ、オーバーポリッシュ・アンダー
ポリッシュという欠陥が発生する場合がある。図１２
（Ａ）は、ディッシングの例であり、幅広の積層配線パ
ターン用膜７の中央部が研磨され過ぎて皿状にへこんで
しまい、積層配線パターン８の断面積が不足してしまう
という欠陥である。

【０００８】図１２（Ｂ）は、エロージョン（シンニン
グ）の例であり、高パターン密度の積層配線パターン用
膜７と共に絶縁膜３も研磨され過ぎてへこんでしまい、
積層配線パターン８の断面積が不足してしまうという欠
陥である。図１２（Ｃ）は、スクラッチ・ケミカルダメ
ージの例であり、オープン・ショートや積層配線パター
ン８の抵抗値不良が生じてしまうという欠陥である。

【０００９】図１２（Ｄ）は、オーバーポリッシュ・ア
ンダーポリッシュの例であり、積層配線パターン用膜７
の設定除去量に対しての不足により、積層配線パターン
用膜７が表面に残存して配線ショートの原因になるとい
う欠陥及び積層配線パターン用膜７の設定除去量に対し
ての超過により、ディッシングやエロージョンの原因に
なるという欠陥である。

【００１０】本発明は、上述した事情から成されたもの
であり、研磨物の研磨状態を研磨工程中に測定し、無欠
陥の研磨物を得ることができる平坦化研磨装置及び平坦
化研磨方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明にあ
っては、研磨物の表面を一方向に相対移動して平坦に研
磨する研磨手段を有する平坦化研磨装置において、前記
研磨物の表面反射率の変化を検出する検出手段と、前記
検出手段からの検出値に基づいて、前記研磨物の削り残
し部分を認識し、前記削り残し部分と削り残し以外の部
分の研磨条件を自動的に生成してフィードバックする制
御手段とを備えることにより達成される。

【００１２】また、上記目的は、本発明にあっては、研
磨手段を研磨物の表面で一方向に相対移動させて、前記
研磨物の表面を平坦に研磨する平坦化研磨方法におい
て、前記研磨物の表面を研磨し、前記研磨物の表面反射
率の変化を検出し、前記検出値が所定値以上の部分を前
記研磨物の削り残し部分として認識し、前記削り残し以
外の部分は前記研磨手段を高速で相対移動させ、前記削
り残し部分は前記研磨手段を低速で相対移動させて、前
記研磨物の表面を再研磨することにより達成される。

【００１３】上記構成によれば、材質の違いによって表
面反射率が異なることを利用しているので、特に異なる
材料が積層された研磨物の研磨状態を容易に測定するこ
とができる。このため、研磨工程中において研磨物の削
り残し部分を特定し、その部分を集中的に研磨すること
が可能となるので、研磨精度が向上し、アンダーポリッ
シュを防止し、オーバーポリッシュを低減することがで
きる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述
べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、
技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明
の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨
の記載がない限り、これらの形態に限られるものではな
い。

【００１５】図１は、本発明の平坦化研磨装置の実施形
態の全体構成を示す平面図である。この平坦化研磨装置
１００は、研磨対象のウェハ１０１が投入されるカセッ
トポート１１０、このカセットポート１１０から取出さ
れたウェハ１０１を位置決めするハンドリングシステム
１２０、このハンドリングシステム１２０で位置決めさ
れたウェハ１０１を化学的機械研磨するポリッシングヘ
ッド１３０及びポリッシングヘッド１３０で化学的機械
研磨されたウェハ１０１を洗浄するクリーナ１４０で大
略構成されている。尚、各部間のウェハ１０１の搬送
は、図示しないロボットにより行われるようになってい
る。

【００１６】このような構成において、平坦化研磨装置
１００内における研磨工程について説明する。先ず、複
数枚のウェハ１０１が、カセット１０２内に並列に収納
され、このカセット１０２が、カセットポート１１０に
セットされる。そして、１枚のウェハ１０１が、カセッ
ト１０２から取出されて、ハンドリングシステム１２０
に搬送される。

【００１７】搬送されてきたウェハ１０１は、コンベア
１２１で位置決め部１２２に移送されて、センタリング
及びオリフラ合わせが行われ、再びコンベア１２１で元
の位置まで移送される。再移送されてきたウェハ１０１
は、ポリッシングヘッド１３０に搬送される。搬送され
てきたウェハ１０１は、バッファ１３１に一旦投入され
た後、加工部１３２にセットされて後述するように研磨
状態が測定されながら化学的機械研磨される。研磨が完
了したウェハ１０１は、ウェットステーション１３３に
一旦取出された後、クリーナ１４０に搬送される。

【００１８】搬送されてきたウェハ１０１は、薬剤を洗
浄するために洗浄部１４１を通された後、洗浄液を乾燥
させるために乾燥部１４２へ移送される。そして、乾燥
が完了したウェハ１０１は、再びハンドリングシステム
１２０に搬送され、カセット１０２の空き部分に収納さ
れる。収納している全ウェハ１０１について以上の工程
が終了したカセット１０２は、カセットポート１１０か
ら取出され、次工程へ搬送される。

【００１９】図２は、図１の平坦化研磨装置１００にお
ける加工部１３２の詳細を示す一部断面側面図である。
この加工部１３２は、加工テーブル１５０と加工ヘッド
１６０と研磨状態測定部１７０で大略構成されている。
加工テーブル１５０は、ウェハ１０１を載置固定して回
転させると共にＸ方向に移動させる機能を有する。台盤
１５１の上面には、ウェハ１０１を真空吸着するウェハ
チャック１５２が配設され、台盤１５１の下面には、Ｘ
軸ボールナット１５３を有する支持部１５４が配設され
ている。

【００２０】そして、Ｘ軸ボールナット１５３には、Ｘ
軸サーボモータ１５５に連結され、Ｘ方向に伸びるＸ軸
ボールネジ１５６が螺合されている。また、台盤１５１
の上方には、研磨液を供給するためのノズル１５７が配
設されている。尚、図示していないが、台盤１５１に
は、ウェハチャック１５２を回転させる機構が内蔵され
ている。

【００２１】加工ヘッド１６０は、Ｚ方向に移動して、
加工テーブル１５０に固定されているウェハ１０１を２
段階で化学的機械研磨する機能を有する。ウェハ１０１
と略同径の円盤状のバフ１６１と、このバフ１６１の径
より大きい内径を有する円環状のホイール１６２が、同
軸、即ち同心円状に配設されている。そして、バフ１６
１は、円環状のメタル定盤１６３の下面に接着固定さ
れ、ホイール１６２は、円環状のメタルツールフランジ
１６４の下面に接着固定されている。

【００２２】メタル定盤１６３の中央孔には、シャフト
１６５の一端が、軸受１６６を有するフランジ１６７を
介して固定されている。このフランジ１６７は、外周面
がテーパ形状に形成されており、同様のテーパ形状に形
成されているメタル定盤１６３の中央部の穴の内周面に
嵌合して固定されている。メタルツールフランジ１６４
の上面側には、等角度間隔で座ぐり１６８が設けられて
いる。

【００２３】この座ぐり１６８の内部には、バネ１６９
を有するピン１７０が、メタルツールフランジ１６４の
下面側へ突き抜けるように挿入されている。そして、ピ
ン１７０の先端は、メタル定盤１６３の上面に螺合され
ている。メタルツールフランジ１６４の上面には、主軸
スピンドルモータ１７１を有する主軸スピンドル１７２
が固定され、さらに主軸スピンドルモータ１７１の上部
には、エアシリンダ１７３が固定されている。

【００２４】シャフト１６５は、メタルツールフランジ
１６４の中央孔から主軸スピンドル１７２、主軸スピン
ドルモータ１７１及びエアシリンダ１７３の中央部を通
って突き抜けるように配設されている。そして、シャフ
ト１６５の他端には、エアシリンダ１７３のピストン１
７３ａが固定されている。そして、シャフト１６５は、
研磨液を供給するために中空円筒状に形成されている。

【００２５】主軸スピンドルモータ１７１の外周面に
は、Ｚ軸ボールナット１７４を有する支持部１７５が配
設されている。そして、支持部１７５は、Ｚ軸ガイド１
７６に係止されており、Ｚ軸ボールナット１７４には、
Ｚ軸サーボモータ１７７に連結され、Ｚ方向に伸びるＺ
軸ボールネジ１７８が螺合されている。

【００２６】研磨状態測定部１７０は、検出装置１８０
及びこの検出装置１８０に電気的に接続された制御装置
１９０を備えている。検出装置１８０は、ウェハ１０１
の表面反射率の変化を検出する装置であり、受発光部１
８１及びこの受発光部１８１に接続された光ファイバ１
８２を備えている。

【００２７】受発光部１８１は、制御装置１９０から入
力した駆動信号をその大きさに対応した光に変換して光
ファイバ１８２に発光し、また光ファイバ１８２から受
光した光をその強度に対応したセンサ信号に変換して制
御装置１９０に出力する、例えば波長が３９０ｎｍの発
光ダイオード（ＬＥＤ）及びフォトディテクタを有する
アナログ出力付きのフォトセンサが使用される。光ファ
イバ１８２は、２芯のファイバであり、ファイバ先端
が、加工ヘッド１６０の隣接位置であって、ウェハ１０
１のＸ方向の中心線上の例えば５０ｍｍ〜１００ｍｍ上
方の位置に、ウェハ１０１の表面に向かって固定されて
いる。

【００２８】制御装置１９０は、検出装置１８０からの
検出値に基づいて、ウェハ１０１の削り残し部分を認識
し、この削り残し部分と削り残し以外の部分の研磨条件
を自動的に生成してフィードバックする装置である。図
３は、制御装置１９０の詳細構成を示すブロック図であ
る。制御装置１９０は、センサ駆動部１９１、センサ信
号入力部１９２、研磨物位置認識部１９３、削り残し位
置認識部１９４及びＸ軸サーボモータ駆動制御部１９５
を備えている。

【００２９】センサ駆動部１９１及びセンサ信号入力部
１９２は、受発光部１８１に電気的に接続されている。
センサ駆動部１９１は、研磨物位置認識部１９３に電気
的に接続されている。センサ信号入力部１９２は、削り
残し位置認識部１９４に電気的に接続されている。研磨
物位置認識部１９３、削り残し位置認識部１９４及びＸ
軸サーボモータ駆動制御部１９５は、相互にループ接続
されている。Ｘ軸サーボモータ駆動制御部１９５は、Ｘ
軸サーボモータ１５５に電気的に接続されている。

【００３０】このような構成のセンサ駆動部１９１は、
研磨物位置認識部１９３からのウェハ１０１のＸ軸上の
位置信号に従って、所定の駆動信号を受発光部１８１に
出力する。センサ信号入力部１９２は、受発光部１８１
からのセンサ信号を入力して削り残し位置認識部１９４
に出力する。研磨物位置認識部１９３は、Ｘ軸サーボモ
ータ駆動制御部１９５からの駆動信号に基づいて、ウェ
ハ１０１のＸ軸上の位置を認識してセンサ駆動部１９１
及び削り残し位置認識部１９４に出力する。

【００３１】削り残し位置認識部１９４は、センサ信号
入力部１９２からのセンサ信号及び研磨物位置認識部１
９３からのウェハ１０１のＸ軸上の位置信号に基づい
て、ウェハ１０１上の削り残し部分のＸ軸上の位置を認
識してＸ軸サーボモータ駆動制御部１９５に出力する。
Ｘ軸サーボモータ駆動制御部１９５は、削り残し位置認
識部１９４からのウェハ１０１上の削り残し部分のＸ軸
上の位置信号に基づいて、Ｘ軸サーボモータ１５５を駆
動制御する。これにより、加工テーブル１５０に固定さ
れているウェハ１０１は、加工テーブル１５０の駆動の
みにより、加工ヘッド１６０での研磨工程後、直に研磨
状態測定部１７０での測定工程に入ることができる。

【００３２】ここで、先ず、ウェハ１０１の表面反射率
とウェハ１０１の研磨状態（削り残し部分及び削り残し
以外の部分）の関係について説明する。図４は、研磨後
のウェハ１０１の表面状態の一例を示す斜視図である。
ウェハ１０１は、加工テーブル１５０で回転させられな
がら、回転している加工ヘッド１６０で研磨されるの
で、図に示すように、銅（Ｃｕ）で成る積層配線パター
ン用膜７の削り残し部分１０１ａ、タンタル（Ｔａ）で
成るバリヤ膜５の削り残し部分１０１ｂ及び二酸化珪素
（ＳｉＯ₂）で成る絶縁膜（酸化膜）３の削り残し以外
の部分１０１ｃは略同心円状に形成される。

【００３３】このため、ウェハ１０１を加工テーブル１
５０で回転させながら、ウェハ１０１の中心から外周に
向かってＸ方向に表面反射率を測定することにより、ウ
ェハ１０１のＸ軸上の位置に対応した平均化された表面
反射率を得ることができる。つまり、図５に示すよう
に、研磨して純水洗浄した状態のウェハ１０１、即ちウ
ェットコンディションのウェハ１０１を３０ｒｐｍで回
転させながらＸ方向に移動させたときに測定されるウェ
ハ１０１の表面反射率（図では受発光部１８１のセンサ
信号Ｖ（ｍＶ）で表す）は、ウェハ１０１の中心（ｘ＝
０ｍｍ）からｘ＝１８ｍｍ程度までの円形部１０１ａ
が、約６０％〜８０％程度と最も高く、ｘ＝１８ｍｍか
らｘ＝２８ｍｍ程度までのリング部１０１ｂが、約２０
％〜４０％程度と次いで高く、ｘ＝２８ｍｍからｘ＝７
８ｍｍ程度までのリング部１０１ｃが、約２０％〜３０
％程度と最も低くなる。

【００３４】以上のことから、ウェハ１０１の表面反射
率をウェハ１０１のＸ軸上の位置と関係させながら測定
することにより、ウェハ１０１の研磨状態、即ち銅（Ｃ
ｕ）で成る積層配線パターン用膜７やタンタル（Ｔａ）
で成るバリヤ膜５が残っている部分と、二酸化珪素（Ｓ
ｉＯ₂）で成る絶縁膜（酸化膜）３が露出した削り終わ
った部分のＸ軸上の位置を認識することができる。

【００３５】次に、ウェハ１０１の削り残し部分と削り
残し以外の部分の研磨条件の生成について説明する。上
述したウェハ１０１の研磨状態のＸ軸上の位置を認識し
たら、過去の研磨条件である暫定レシピまたは前回の研
磨条件であるレシピの中から加工テーブル１５０のＸ方
向の送り速度パターン、即ちウェハ１０１の半径位置ｘ
（ｍｍ）の送り速度Ｆｘ（ｍｍ／ｍｉｎ）を読みだし
て、上記認識結果に基づいてオーバライド補正する。

【００３６】このオーバライド補正とは、研磨除去量の
過不足分をウェハ１０１の半径位置ｘ（ｍｍ）の送り速
度Ｆｘ（ｍｍ／ｍｉｎ）に掛けることで補正する処理で
ある。例えば、研磨除去量の不足分を５０％とした場
合、補正された送り速度Ｆ’ｘ（ｍｍ／ｍｉｎ）は、元
の送り速度Ｆｘ（ｍｍ／ｍｉｎ）の０．５倍となる。従
って、ウェハ１０１の半径位置ｘ（ｍｍ）での通過時間
は２倍となり、研磨除去量も２倍となる。

【００３７】逆に、研磨除去量の過分を２００％とした
場合、補正された送り速度Ｆ’ｘ（ｍｍ／ｍｉｎ）は、
元の送り速度Ｆｘ（ｍｍ／ｍｉｎ）の２倍となる。従っ
て、ウェハ１０１の半径位置ｘ（ｍｍ）での通過時間は
０．５倍となり、研磨除去量も０．５倍となる。

【００３８】上記例の場合、例えばチップ全体の記録密
度を５０％としたとき、反射率６０％以上（銅（Ｃｕ）
で成る積層配線パターン用膜７の部分に相当）の部分
は、オーバライド５０％（２倍の研磨除去量）とし、反
射率４０％〜６０％（銅（Ｃｕ）で成る積層配線パター
ン用膜７とタンタル（Ｔａ）で成るバリヤ膜５が混合し
た部分に相当）の部分は、オーバライド８０％（１．２
倍の研磨除去量）とし、反射率４０％以下（タンタル
（Ｔａ）で成るバリヤ膜５と二酸化珪素（ＳｉＯ₂）で
成る絶縁膜（酸化膜）３が混合した部分に相当）の部分
は、オーバライド２００％（０．５倍の研磨除去量）と
してオーバライド補正する。

【００３９】以上のような構成において、その動作例を
図６のフローチャート及び図７〜図９の動作図を参照し
て説明する。ここで、バフ１６１としては、例えば軟質
バフ、その研磨液としては、例えば硝酸（ＨＮＯ₃）等
のエッチャントの薬液が使用される。また、ホイール１
６２としては、例えば硬質アルミナ砥粒（γ−Ａｌ₂Ｏ
₃、粒子径０．３５μｍ、比重１．６１）が固定化され
た硬質ホイール、その研磨液としては、例えば１０ｗｔ
％のアルミナ砥粒（Ａｌ₂Ｏ₃、粒子径０．１６μｍ、
モース硬度８．０）を３％の過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）で
分散させたスラリ（ｐｈ４．８）が使用される。尚、こ
のホイール１６２とスラリによる研磨によると、銅（Ｃ
ｕ）、タンタル（Ｔａ）、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）の各
研磨速度は、１２００Å／ｍｉｎ、１３０Å／ｍｉｎ、
６０Å／ｍｉｎ以下となる。

【００４０】最初に、バフ１６１を用いた研磨を行い
（図７参照）、その後に、研磨状態測定部１７０での測
定を行い（図８参照）、その測定結果に基づいて、ホイ
ール１６２を用いた研磨を行う（図９参照）。

【００４１】先ず、ウェハチャック１５２にウェハ１０
１を真空吸着させたら、Ｘ軸サーボモータ１５５を駆動
してＸ軸ボールネジ１５６を回転させ、ウェハ１０１が
所定の研磨開始位置になるまで、支持部１５４を介して
台盤１５１を移動させる。そして、台盤１５１に内蔵さ
れている回転機構を駆動してウェハチャック１５２を介
してウェハ１０１を回転させる。同時に、主軸スピンド
ルモータ１７１を駆動して主軸スピンドル１７２を介し
てホイール１６２を回転させ、さらにピン１７０を介し
てバフ１６１を回転させる。

【００４２】次に、Ｚ軸サーボモータ１７７を駆動して
Ｚ軸ボールネジ１７８を回転させ、ホイール１６２の研
磨面が、ウェハチャック１５２に真空吸着されているウ
ェハ１０１の表面から所定の間隔を開けた状態になるま
で、支持部１７５をＺ軸ガイド１７６に沿って下降させ
る。そして、薬液を図示しない供給装置からシャフト１
６５の中空部及びメタル定盤１６３の溝１６３ａを介し
てバフ１６１へ供給する。同時に、エアシリンダ１７３
のシリンダ１７３ｂに設けられている加圧側供給口１７
３ｃにエアーを供給し、ピストン１７３ａ及びシャフト
１６５を介してメタル定盤１６３を下降させる。

【００４３】このとき、メタル定盤１６３は、バネ１６
９を圧縮し、バフ１６１の研磨面は、ホイール１６２の
研磨面よりも突き出た状態となる。そして、バフ１６１
の研磨面をウェハ１０１の表面に押しつけ、Ｘ軸サーボ
モータ１５５を駆動してＸ軸ボールネジ１５６を回転さ
せ、支持部１５４を介して台盤１５１を往復移動させ、
ウェハ１０１を化学的機械研磨する。尚、このときの研
磨量の絶対値は、主にエアシリンダ１７３の圧力とバフ
１６１のウェハ１０１に対する通過速度で制御すること
ができる（ＳＴＰ１）。

【００４４】この研磨終了後は、薬液の供給を停止し、
図示しないノズルを介してウェハ１０１の表面に純水及
び薬液を供給し、ウェハ１０１の表面に残存している研
磨液やパーティクルを洗浄除去してリンス及び酸化防止
する（ＳＴＰ２）。

【００４５】続いて、エアシリンダ１７３のシリンダ１
７３ｂに設けられている退避側供給口１７３ｄにエアー
を供給し、ピストン１７３ａ及びシャフト１６５を介し
てメタル定盤１６３を上昇させ、バフ１６１の研磨面を
ウェハ１０１の表面から離す。このとき、メタル定盤１
６３の上面は、メタルツールフランジ１６４の下面にバ
ネ１６９の復元力により押しつけられており、バフ１６
１の研磨面は、ホイール１６２の研磨面よりも引っ込ん
た状態となる。

【００４６】そして、ウェハ１０１の研磨状態を測定す
るために、Ｘ軸サーボモータ１５５を駆動してＸ軸ボー
ルネジ１５６を回転させ、ウェハ１０１の中心（ｘ＝０
ｍｍ）が光ファイバ１８２の直下の位置になるまで、支
持部１５４を介して台盤１５１を移動させる。この位置
決め完了後、受発光部１８１で発光させた光を光ファイ
バ１８２を介してウェハ１０１の表面に照射し、その反
射光を光ファイバ１８２を介して受発光部１８１で受光
して、ウェハ１０１の表面反射率を検出する。

【００４７】同時に、Ｘ軸サーボモータ１５５を駆動し
てＸ軸ボールネジ１５６を回転させ、支持部１５４を介
して台盤１５１をウェハ１０１の半径分だけ移動させ
る。これにより、ウェハ１０１の表面反射率をウェハ１
０１のＸ軸上の位置と関係させながら測定し、この測定
結果に基づいてＸ軸サーボモータ１５５によるウェハ１
０１の送り速度パターンを補正する（ＳＴＰ３〜５）。

【００４８】次に、Ｘ軸サーボモータ１５５を駆動して
Ｘ軸ボールネジ１５６を回転させ、ウェハ１０１が所定
の研磨開始位置になるまで、支持部１５４を介して台盤
１５１を移動させる。そして、スラリを図示しない供給
装置からノズル１５７を介してウェハ１０１の表面へ供
給する。同時に、Ｚ軸サーボモータ１７７を先程とは逆
方向に駆動してＺ軸ボールネジ１７８を回転させて、支
持部１７５をＺ軸ガイド１７６に沿って下降させる。

【００４９】そして、ホイール１６２の研磨面をウェハ
１０１の表面に押しつけ、上述の補正した送り速度パタ
ーンに基づいて、Ｘ軸サーボモータ１５５を駆動してＸ
軸ボールネジ１５６を回転させ、支持部１５４を介して
台盤１５１を往復移動させ、ウェハ１０１を化学的機械
研磨する（ＳＴＰ６）。

【００５０】この研磨終了後、スラリの供給を停止し、
図示しないノズルを介してウェハ１０１の表面に純水を
供給してウェハ１０１の表面に残存しているスラリやパ
ーティクルを洗浄除去し、ステップＳＴＰ３に戻ってウ
ェハ１０１の研磨状態を再測定する。この結果、ウェハ
１０１に削り残しが有るときは（ＳＴＰ４）、ステップ
ＳＴＰ５に進んで再研磨する。一方、ウェハ１０１に削
り残しが無いときは（ＳＴＰ４）、図示しないノズルを
介してウェハ１０１の表面に純水及び薬液を供給し、ウ
ェハ１０１の表面に残存しているスラリやパーティクル
を洗浄除去してリンス及び酸化防止し（ＳＴＰ７）、全
ての研磨工程を終了する。

【００５１】以上のように、ウェハ１０１の研磨状態を
測定しながら研磨するようにしているので、従来のよう
に時間管理のみでプロセスを組む場合と比べ、ウェハ１
０１全面をアンダーポリッシュが無く、オーバーポリッ
シュを少なくした研磨が可能となり、研磨精度や研磨安
定性を向上させることができる。また、従来はバラツキ
を見越してプロセスを組んであるため、不必要なマージ
ンを設定してあり、前後プロセスへの要求スペックが厳
しくなることや、十分なデバイス特性が発揮できない等
の弊害があったが、上記実施形態によれば、プロセスマ
ージンの拡大、歩留りの向上、コストダウンを図ること
ができる。また、従来の研磨条件だしのときには熟練し
たオペレータの経験や勘に頼ることが多く、またその作
業も手間が掛かっていたが、上記実施形態によれば、自
動化が可能となり、メンテナンスのスキルレス化が可能
となる。

【００５２】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
研磨物の研磨状態を研磨工程中に測定し、無欠陥の研磨
物を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の平坦化研磨装置の実施形態の全体構成
を示す平面図。

【図２】図１の平坦化研磨装置における加工部の詳細を
示す一部断面側面図。

【図３】図２の加工部の制御装置の詳細を示すブロック
図。

【図４】研磨後のウェハの表面状態の一例を示す斜視
図。

【図５】図４のウェハの半径位置における表面反射率を
示す図。

【図６】図１の平坦化研磨装置の動作例を示すフローチ
ャート。

【図７】図１の平坦化研磨装置の動作例を示す第１の断
面側面図。

【図８】図１の平坦化研磨装置の動作例を示す第２の断
面側面図。

【図９】図１の平坦化研磨装置の動作例を示す第３の断
面側面図。

【図１０】メタル配線型基板の製造工程を示す断面側面
図。

【図１１】従来の平坦化研磨装置の概略を示す斜視図。

【図１２】メタル配線型基板における欠陥を示す断面側
面図。

【符号の説明】

１００・・・平坦化研磨装置、１０１・・・ウェハ、１
１０・・・カセットポート、１２０・・・ハンドリング
システム、１３０・・・ポリッシングヘッド、１３２・
・・加工部、１４０・・・クリーナ、１５０・・・加工
テーブル、１５１・・・台盤、１５２・・・ウェハチャ
ック、１５３・・・Ｘ軸ボールナット、１５４・・・支
持部、１５５・・・Ｘ軸サーボモータ、１５６・・・Ｘ
軸ボールネジ、１５７・・・ノズル、１６０・・・加工
ヘッド、１６１・・・バフ、１６２・・・ホイール、１
６３・・・メタル定盤、１６４・・・メタルツールフラ
ンジ、１６５・・・シャフト、１６６・・・軸受、１６
７・・・フランジ、１６８・・・座ぐり、１６９・・・
バネ、１７０・・・ピン、１７１・・・主軸スピンドル
モータ、１７２・・・主軸スピンドル、１７３・・・エ
アシリンダ、１７４・・・Ｚ軸ボールナット、１７５・
・・支持部、１７６・・・Ｚ軸ガイド、１７７・・・Ｚ
軸サーボモータ、１７８・・・Ｚ軸ボールネジ、１８０
・・・検出装置、１８１・・・受発光部、１８２・・・
光ファイバ、１９０・・・制御装置、１９１・・・セン
サ駆動部、１９２・・・センサ信号入力部、１９３・・
・研磨物位置認識部、１９４・・・削り残し位置認識
部、１９５・・・Ｘ軸サーボモータ駆動制御部、２００
・・・研磨状態測定部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】研磨物の表面を一方向に相対移動して平
坦に研磨する研磨手段を有する平坦化研磨装置におい
て、前記研磨物の表面反射率の変化を検出する検出手段と、前記検出手段からの検出値に基づいて、前記研磨物の削
り残し部分を認識し、前記削り残し部分と削り残し以外
の部分の研磨条件を自動的に生成してフィードバックす
る制御手段とを備えたことを特徴とする平坦化研磨装
置。
【請求項２】前記検出手段が、発光及び受光する受発
光部と、前記受発光部に接続された光ファイバとを備え
ている請求項１に記載の平坦化研磨装置。
【請求項３】前記制御手段は、前記検出値が所定値以
上の部分を前記削り残し部分として認識する請求項１に
記載の平坦化研磨装置。
【請求項４】前記制御手段が、前記削り残し以外の部
分は前記研磨手段を高速で相対移動させ、前記削り残し
部分は前記研磨手段を低速で相対移動させる研磨条件を
生成する請求項１に記載の平坦化研磨装置。
【請求項５】研磨手段を研磨物の表面で一方向に相対
移動させて、前記研磨物の表面を平坦に研磨する平坦化
研磨方法において、前記研磨物の表面を研磨し、前記研磨物の表面反射率の変化を検出し、前記検出値が所定値以上の部分を前記研磨物の削り残し
部分として認識し、前記削り残し以外の部分は前記研磨手段を高速で相対移
動させ、前記削り残し部分は前記研磨手段を低速で相対
移動させて、前記研磨物の表面を再研磨することを特徴
とする平坦化研磨方法。