JP2002028854A - 半導体基板の精密研磨方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 位置合わせ用のアライメントマーク上の膜層
を対称的な形状に研磨することにより、位置合わせ精度
を向上させ、さらに、研磨パッドの表面に刻まれている
格子状の溝模様が転写されるのを防ぎミクロな平坦度を
向上させることができる半導体基板の精密研磨方法およ
び精密研磨装置を提供する。 【解決手段】 総研磨時間Ｔ、回転速度切換え時間ｔ、
回転速度切換え時間前のウエハＷの回転速度Ｎ₁ 、回転
速度切換え後のウエハＷの回転速度Ｎ₂ および回転速度
切換え時間前の研磨パッドＰの回転速度（Ｎ₁ −ｎ）を
設定し、そして、ウエハＷと研磨パッドＰのトータルで
の回転した数を一致させるように、回転速度切換え後の
研磨パッドＰの回転速度Ｎ_x を算出して、ウエハＷと研
磨パッドＰを回転駆動してウエハＷを研磨する。これに
より、ウエハＷ上のアライメントマーク上の膜層を等方
的に研磨でき、位置合わせ精度を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、
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の基板の精
密研磨方法および研磨装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの超微細化や多層配線化
が進み、Ｓｉ、ＧａＡｓ、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
やガラス基板等の基板の外表面を高精度に平坦化するこ
とが求められている。さらに、ＳＯＩウエハの出現や３
次元集積化の必要性からも基板の外表面のグローバル平
坦化が望まれている。

【０００３】このような基板のグローバル平坦化はもち
ろんミクロな平坦化も可能な平坦化技術としては、例え
ば図５や図６に示すような化学機械研磨（ＣＭＰ）装置
が従来から知られている。

【０００４】図５に図示する化学機械研磨装置について
説明すると、化学機械研磨装置は、被加工物であるウエ
ハＷをその被研磨面を下向きにした状態で保持するウエ
ハチャック１０１と、ウエハチャック１０１に保持され
るウエハＷに対向するように配置されてウエハＷの口径
よりも大きな口径の例えばポリウレタンからなる研磨パ
ッドＰを貼り付ける研磨テーブル１０５とを備え、さら
に、研磨パッドＰ上に研磨剤（スラリー）１０７を供給
する研磨剤供給手段１０８が設けられている。研磨パッ
ドＰは、主として表面に凹凸を有する材料あるいは多孔
質材料で形成され、その表面には研磨剤をウエハＷに供
給しそして排出するための格子状の溝が刻まれている。

【０００５】このように構成される化学機械研磨装置に
おいて、ウエハチャック１０１に保持されたウエハＷの
被研磨面を研磨テーブル１０５に貼り付けた研磨パッド
Ｐ上に当接させるとともにウエハＷに所定の加工圧を加
えた状態で、ウエハＷと研磨パッドＰを図示しない駆動
手段によりそれぞれ矢印の方向に回転させ、同時に、研
磨剤供給手段１０８から研磨剤１０７を研磨パッドＰ上
に滴下しつつ、ウエハＷの被研磨面の研磨を行なう。ウ
エハＷと研磨パッドＰの駆動に関して、ウエハＷと研磨
パッドＰの回転速度（回転数）を等しくした場合には、
研磨パッドＰの線速度がウエハＷ上の任意の位置で一定
になるので、グローバル平坦化にとっては望ましいとこ
ろであるが、研磨パッドＰの表面に刻まれている研磨剤
用の格子状の溝模様がウエハＷの被研磨面に転写される
ため、ミクロな平坦化を得ることができない。そのた
め、一般に、ウエハＷと研磨パッドＰの回転速度を数％
ずらして研磨を行なっている。

【０００６】この研磨に際して、研磨量を向上させる目
的で使用する研磨剤（スラリー）としては、例えばミク
ロンオーダーからサブミクロンオーダーのＳｉＯ₂ の微
粒子が安定に分散したアルカリ水溶液等が使用されてい
る。

【０００７】また、図６に図示する化学機械研磨装置に
おいては、被加工物であるウエハＷをその被研磨面を上
向きにした状態で保持するウエハチャック２０１と、ウ
エハチャック２０１を支持するウエハテーブル２０２
と、ウエハテーブル２０２に保持されるウエハＷに対向
するようにウエハテーブル２０２の上方に配置され、ウ
エハＷの口径よりも小さい口径の研磨パッドＰを保持す
る研磨パッドホルダー２０５とを備え、また、研磨剤
（スラリー）は、研磨パッドＰに設けられた小孔に連通
する不図示の研磨剤供給手段から小孔を介してウエハＷ
と研磨パッドＰとの間に供給されるように構成されてい
る。このように構成された化学機械研磨装置において、
ウエハテーブル２０２上にウエハチャック２０１を介し
て保持されたウエハＷの被研磨面に、研磨パッドホルダ
ー２０５に保持された小口径の研磨パッドＰを当接させ
るとともに所定の加工圧を加えた状態で、研磨パッドＰ
を図示しない駆動手段により矢印の方向に回転させると
ともに研磨パッドＰを揺動させ、同時に、図示しない研
磨剤供給手段から研磨剤を研磨パッドＰとウエハＷとの
間に供給して、ウエハＷの被研磨面の研磨を行なってい
る。

【０００８】以上のような研磨装置により研磨されたウ
エハ等の半導体基板は、洗浄工程を経て、次のデバイス
生産工程へと搬送され、順次加工処理を施してデバイス
を生産している。図７に一般的なデバイス生産工程のフ
ローを示す。

【０００９】図７において、ステップＳ１０１（酸化）
はウエハの表面を酸化させる工程、ステップＳ１０２
（ＣＶＤ）はウエハ表面に絶縁膜を形成する工程、ステ
ップＳ１０３（電極形成）はウエハ上に電極を蒸着によ
って形成する工程、ステップＳ１０４（イオン打込み）
はウエハにイオンを打ち込む工程である。そして、ステ
ップＳ１０５（ＣＭＰ）はウエハの表面を化学機械研磨
する工程であり、ステップＳ１０６（レジスト処理）は
ウエハにレジストを塗布する工程、ステップＳ１０７
（露光）はステッパー等の半導体露光装置によってマス
クの回路パターンをウエハの複数のショット領域に並べ
て焼き付け露光する工程、ステップＳ１０８（現像）は
露光したウエハを現像する工程、ステップＳ１０９（エ
ッチング）は現像したレジスト像以外の部分を削り取る
工程であり、ステップＳ１１０（レジスト剥離）はエッ
チングが済んで不要となったレジストを取り除く工程で
ある。これらの工程を１０〜２０回程度適宜繰り返し行
なうことによって半導体デバイスを生産している。つま
り、ＣＭＰの工程（ステップＳ１０５）が終了したウエ
ハ等の半導体基板は、重ね合わせ検査装置やステッパー
等による露光工程へ送り込まれている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ウエハ等の
基板の被研磨面上には、図８に例示するように、半導体
デバイスを形成するパターンｐ……以外に、重ね合わせ
検査装置やステッパー等のアライメント検出系のための
位置合わせ用のアライメントマークｍが配置されてい
る。研磨工程においては、図８に示すように、アライメ
ントマークｍの上にも絶縁膜や誘電体等を積層した膜層
ｓが形成されており、アライメントマークｍ上の膜層は
半導体デバイスを形成するパターンｐ……上の膜層とと
もに同時に研磨されている。一般に、ＣＭＰで平坦化す
べきデバイスパターンｐ…は１μｍ以下の微細パターン
であるが、アライメントマークｍは３０〜１００μｍ程
度の大きさである。また、ＣＭＰでは、ポリウレタンパ
ッドのような粘弾性体のパッドで研磨するために、研磨
中のパッドの変形により、凹凸の疎の部分は平坦に研磨
されず、いわゆるディッシングやシニングといった現象
が起こる。このため、アライメントパターンｍ上の膜層
ｓではＣＭＰによる平坦化の後でもわずかに凹凸が残
り、このわずかに残った凹凸からの反射がアライメント
に影響を及ぼしている。

【００１１】これをさらに説明すると、重ね合わせ検査
装置やステッパー等のアライメント検出系において現在
実際に使用されている方式のほとんどは明視野画像処理
方式であって、この種のアライメント検出系は図９に概
略的に示すように構成されており、ウエハＷ上に形成さ
れたアライメントマークｍを検出し、その像を光学系で
撮像素子としてのＣＣＤ３０１上に形成し、その電気信
号を各種信号処理を実施することにより、位置検出を行
なっている。なお、図９において、３０２はアライメン
ト検出系の光源、３０３はアライメント検出系のビーム
スプリッターを含む光学系であり、３０５と３０６はス
テッパーのレチクルと投影レンズである。

【００１２】この種のアライメント検出系の光学系にお
いて最も必要とする結像性能は像の対称性である。とこ
ろで、アライメントマークｍ上の膜層ｓが、図１０の
（ａ）に示すように、非対称的であると、アライメント
マークｍに対して垂直に入射した光（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ
…）は、同図（ａ）に示すように異なった角度で反射
し、その反射光（Ａ′、Ｂ′、Ｃ′、Ｄ′…）は、アラ
イメント光学系を通り撮像素子としてのＣＣＤ上に同図
（ｂ）に示すように結像する。このように反射角度が異
なるためにＣＣＤ上での像が歪むことにより位置ずれを
起こすことがある。このためにアライメント精度を悪化
させてしまう要因となっている。

【００１３】このように、従来の研磨装置では、アライ
メントマーク上の膜層が非対称に研磨されるために、重
ね合わせ検査装置やステッパー等のアライメント検出系
において位置合わせ精度が悪化するという問題があっ
た。この理由としては、ウエハ等の基板と研磨パッドの
回転速度を数％ずらして研磨を行なっていること、およ
び、研磨パッドに経時的な変形が生じること等のため
に、アライメントマーク上の膜層が、等方的に研磨され
ず、非対称な形状となるためと考えられる。

【００１４】そこで、本発明は、上記従来技術の有する
未解決な課題に鑑みてなされたものであって、重ね合わ
せ検査装置やステッパー等の位置合わせ用のアライメン
トマーク上の膜層を対称的な形状に研磨することによ
り、位置合わせ精度を向上させ、さらに、研磨パッドの
表面に刻まれている格子状の溝模様が転写されるのを防
ぎミクロな平坦度を向上させることができる半導体基板
の精密研磨方法および精密研磨装置を提供することを目
的とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の半導体基板の精密研磨方法は、半導体基
板のデバイス形成面に研磨パッドを所定の加圧力を与え
た状態で当接させ、半導体基板と研磨パッドを各々回転
させながら研磨を行なう精密研磨方法において、半導体
基板と研磨パッドの回転速度を変化させ、かつ、半導体
基板と研磨パッドの研磨開始から研磨終了までのトータ
ルでの回転した数を一致させるように半導体基板と研磨
パッドの回転速度を制御することを特徴とする。

【００１６】本発明の半導体基板の精密研磨方法におい
ては、半導体基板の回転速度、研磨パッドの回転速度、
研磨時間、および研磨圧力を設定し、さらに、回転速度
切換え時間を設定し、これらの設定された半導体基板の
回転速度、研磨パッドの回転速度、研磨時間および回転
速度切換え時間に基づいて、半導体基板と研磨パッドの
それぞれの研磨開始から研磨終了までのトータルでの回
転した数を等しくなるように計算し、該計算結果に基づ
く回転速度によって半導体基板と研磨パッドを駆動させ
ることが好ましい。

【００１７】本発明の半導体基板の精密研磨方法におい
ては、回転速度切換え時間および半導体基板と研磨パッ
ドの回転速度のいずれか一方あるいは両方を記憶し、半
導体基板と研磨パッドの研磨開始から研磨終了までのト
ータルでの回転した数を一致させるように制御すること
が好ましい。

【００１８】さらに、本発明の半導体基板の精密研磨装
置は、半導体基板を回転させるための駆動手段および研
磨パッドを回転させるための駆動手段を有し、半導体基
板のデバイス形成面に研磨パッドを所定の加圧力を与え
た状態で当接させ、半導体基板と研磨パッドを各々回転
させながら研磨を行なう精密研磨装置において、半導体
基板と研磨パッドの回転速度を変化させ、かつ、半導体
基板と研磨パッドの研磨開始から研磨終了までのトータ
ルでの回転した数を一致させるように制御する制御手段
を備えていることを特徴とする。

【００１９】本発明の半導体基板の精密研磨装置におい
て、前記制御手段は、半導体基板の回転速度、研磨パッ
ドの回転速度、研磨時間、研磨圧力を設定するための第
１の入力手段と回転速度切換え時間を設定するための第
２の入力手段を備え、さらに、前記第１および第２の入
力手段により入力される値から半導体基板と研磨パッド
のトータルでの回転した数を一致させるように計算する
演算部および前記第１の入力手段により入力された回転
速度と前記演算部の計算結果に基づく回転速度によって
半導体基板と研磨パッドをそれぞれ駆動させる制御部を
具備することが好ましい。

【００２０】本発明の半導体基板の精密研磨装置におい
て、回転速度切換え時間および半導体基板と研磨パッド
の回転速度のいずれか一方あるいは両方を記憶する記憶
部を具備し、半導体基板と研磨パッドの研磨開始から研
磨終了までのトータルでの回転した数を一致させるよう
に制御することが好ましい。

【００２１】

【作用】本発明の半導体基板の精密研磨方法および精密
研磨装置によれば、半導体基板と研磨パッドの回転速度
を変化させるとともに、半導体基板と研磨パッドの研磨
開始から研磨終了までのトータルでの回転した数を一致
させるように半導体基板と研磨パッドの回転速度を制御
することにより、半導体基板の被研磨面上の重ね合わせ
検査装置やステッパー等の位置合わせ用のアライメント
マーク上の膜層を等方的に研磨することができる。これ
により、アライメントマーク上の膜層を対称に研磨する
ことが可能になり、位置合わせ精度を向上させることが
でき、さらに、研磨パッドの表面に刻まれている格子状
の溝模様が転写させることを防ぎミクロな平坦度を向上
させることができる。

【００２２】

【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。

【００２３】図１は、本発明に係る研磨装置の概略構成
図であり、図２は、本発明に係る研磨装置の要部の概略
構成図である。

【００２４】本発明に係る研磨装置は、図１および図２
に図示するように、被加工物としての半導体基板（以
下、単にウエハともいう。）Ｗをその被研磨面を上向き
にした状態でウエハチャック１を介して保持するウエハ
テーブル２と、ウエハテーブル２に保持されるウエハＷ
に対向するようにウエハテーブル２の上方に配置され
て、ウエハＷの径より大きくかつウエハＷの径の２倍よ
り小さい口径を有する研磨パッドＰを保持する研磨ヘッ
ド５とを備え、研磨パッドＰを保持する研磨ヘッド５を
その軸を中心に矢印Ａの方向に回転駆動する第１の駆動
手段７と、研磨ヘッド５を上下方向に移動させて研磨パ
ッドＰをウエハＷに対して押圧して加圧するヘッド上下
動駆動手段８とが設けられ、また、ウエハＷを保持する
ウエハテーブル２には、図２に示すように、ウエハＷを
保持するウエハチャック１をその軸を中心に矢印Ｂの方
向に回転駆動する第２の駆動手段１０と、ウエハＷを保
持するウエハチャック１を水平方向に矢印Ｃの方向に揺
動させるためのガイド部１１ａと動力部１１ｂとから構
成される第３の駆動手段１１と、ウエハＷを研磨パッド
Ｐにより研磨する際にウエハＷの全面を研磨パッドＰに
対して一定に押圧するためのイコライズ機構１２とが設
けられ、さらに、ウエハＷの被研磨面と研磨パッドＰの
対向する領域に研磨剤Ｓを供給するように、研磨ヘッド
５および研磨パッドＰの中心部に設けられた小孔１４に
連通する研磨剤供給管１５を有する研磨剤供給手段１６
が設けられている。なお、研磨パッドＰが研磨剤Ｓを通
過させることができる材料、例えば布や大きな連通孔を
もつポリウレタンで構成されている場合には、研磨パッ
ドＰに小孔１４をわざわざ設ける必要はない。

【００２５】本実施例の研磨装置は、さらに、前述した
第１の駆動手段７、ヘッド上下動駆動手段８、第２の駆
動手段１０および第３の駆動手段１１等の駆動を各々独
立してあるいは相関させて制御する制御手段１７が設け
られており、マイクロコンピューター等で構成される。

【００２６】また、本実施例の研磨装置では、研磨パッ
ドＰの自転軸とウエハＷの自転軸が一致しないようにず
らし、すなわち、軸位置を異ならしめるとともに、ウエ
ハＷの全面が必ず研磨パッドＰからはみ出さないように
両者を配置し、ウエハＷを揺動させる場合も研磨パッド
Ｐからはみ出ないようにする。このように、研磨パッド
ＰがウエハＷの被研磨面全面と常に接触する状態で研磨
を行なうようにする。そのため、本実施例では、研磨パ
ッドＰの自転軸とウエハＷの自転軸間の距離とウエハＷ
の半径との和が、研磨パッドＰの半径以下となるように
各自転軸の位置を設定してある。また、ウエハＷを揺動
させる場合にも揺動による自転軸間の最大距離とウエハ
Ｗの半径との和が研磨パッドＰの半径以下となるように
揺動範囲を定める。

【００２７】また、本実施例では、図２に示すように第
３の駆動手段１１によりウエハＷを揺動させているが、
研磨ヘッド５側に揺動手段を設けて、研磨ヘッド５側を
揺動させるように構成することもでき、あるいはまた、
ウエハＷと研磨パッドＰの両者を揺動させるように構成
することもできる。しかし、いずれの場合においてもウ
エハＷが研磨パッドＰからはみ出ないようにすることが
必要である。

【００２８】本発明に用いられる研磨剤としては、材質
が酸化シリコン、酸化セリウム、酸化アルミニウム、酸
化ゼオライト、酸化クロム、酸化鉄、炭化シリコン、炭
化ホウ素、カーボン、アンモニウム塩等であって、径が
数ミクロンオーダーからサブミクロンオーダーの範囲内
で比較的均一である微粒子が、水酸化ナトリウム水溶
液、水酸化カリウム水溶液、アンモニア水溶液、イソシ
アヌル酸溶液、Ｂｒ−ＣＨ₃ ＯＨ、塩酸水溶液等の溶液
中で分散している研磨液が用いられる。これらの微粒子
と溶液との組み合わせは、目的に合わせて選択すること
が可能である。例えば、Ｓｉ表面研磨においては、酸化
シリコン、酸化セリウム、アンモニウム塩、二酸化マン
ガン等の微粒子を上記溶液に分散させた研磨剤が好適で
あり、ＳｉＯ₂ の表面研磨においては、酸化シリコン微
粒子を水酸化カリウム水溶液に分散させた研磨剤が適し
ており、また、Ａｌ表面ウエハにおいては、酸化シリコ
ン微粒子を過酸化水素を含むアンモニア水溶液に分散さ
せた研磨剤が好適である。

【００２９】次に、上記のように構成される精密研磨装
置の研磨方法について説明する。

【００３０】本発明の研磨方法は、被加工物であるウエ
ハＷと研磨パッドＰを同方向に異なる回転速度で制御す
る方式であり、ウエハＷと研磨パッドＰの各々の回転速
度の選択範囲は１０００ｒｐｍ以下であり、より好まし
くは、５０〜３００ｒｐｍの範囲で同方向である。ま
た、ヘッド上下動駆動手段８によって研磨パッドＰをウ
エハＷに対して押圧する圧力は、０〜１００ｋＰａの範
囲である。

【００３１】一般的な研磨方法として、ウエハＷと研磨
パッドＰを同方向に同回転速度で駆動した場合には、ウ
エハＷの被研磨面上の任意の位置での相対的な周速を均
一にすることができるのでグローバルな均一性を確保し
た研磨が実現できるけれども、このようにウエハＷと研
磨パッドＰを同方向に同回転速度で駆動した場合には、
研磨パッドＰの表面に刻まれている研磨剤用の格子状の
溝模様がウエハＷに転写されるためミクロな平坦度を得
ることができない。

【００３２】そのため、通常は、ウエハＷと研磨パッド
Ｐの回転速度（回転数）を数％ずらして研磨を行なって
いる。このように回転速度をずらす範囲は、どちらか一
方の回転速度に対し０．１〜１０％程度であり、より好
ましくは、１ｒｐｍ程度である。例えば、ウエハＷを６
０ｒｐｍで回転させるとき、研磨パッドＰを５９ｒｐｍ
で回転させて１分間研磨したとする。このとき、ウエハ
Ｗは６０回転、研磨パッドＰは５９回転したことにな
り、ウエハＷと研磨パッドＰのトータルでの回転した数
の差は、６０−５９＝１回転であり、角度に換算すると
３６０度の回転差である。研磨パッドＰに刻まれた研磨
剤用の溝が前述したように格子状であれば、９０度以上
の回転差があれば溝模様の転写を防ぐことができ、ま
た、研磨パッドＰに刻まれた研磨剤用の溝が螺旋状であ
れば３６０度の回転差で溝模様の転写を平均化すること
が可能となる。

【００３３】ところで、単にウエハＷと研磨パッドＰの
回転速度を数％ずらして研磨を行なうと、その回転数差
に起因して非対称な研磨が行なわれることとなる。その
メカニズムについて説明すると、ウエハＷと研磨パッド
Ｐを同方向に同回転速度で駆動した場合のウエハＷと研
磨パッドＰの相対位置関係は、ウエハＷの自転軸と研磨
パッドＰの自転軸との距離を半径とする自転を伴わない
回転運動を行なった場合と等しくなる。この場合に、ウ
エハＷ上のアライメントマーク上の膜層は等方的に研磨
される。しかし、ウエハＷと研磨パッドＰの回転速度を
数％ずらして研磨を行なうと、その回転した数の差分の
自転運動が発生し、図１０に示すように、ウエハＷ上の
アライメントマークｍ上の膜層ｓは非対称に研磨され
る。このようにウエハＷと研磨パッドＰの回転速度を数
％ずらして研磨した場合、回転に起因してウエハＷ上で
のアライメントマークの位置ずれが発生し、その位置ず
れの方向は図４に示すようになる。つまり、ウエハＷと
研磨パッドＰの回転した数に差があると、等方的に研磨
されないのである。

【００３４】そこで、本発明では、ウエハＷと研磨パッ
ドＰの回転速度（ｒｐｍ）と回転時間のいずれか一方あ
るいは両方を変化させ、かつ、ウエハＷと研磨パッドＰ
の研磨開始から研磨終了までのトータルでの回転した数
を一致させるように、ウエハＷと研磨パッドＰの回転を
制御することに特徴を有するものである。

【００３５】すなわち、本発明の精密研磨装置は、ウエ
ハＷの回転速度、研磨パッドＰの回転速度、研磨時間、
研磨圧力を設定するための入力手段とともに回転速度切
換え時間を設定するための入力手段を備え、さらに、ウ
エハＷと研磨パッドＰの回転した数を等しくなるように
計算するための演算部とウエハＷおよび研磨パッドＰを
所定の回転速度で駆動させる制御部を備えている。

【００３６】以下に、本発明の精密研磨方法について、
図３を用いてその制御内容を説明する。図３のタイミン
グチャートに示すように、総研磨時間をＴ、回転速度切
換え時間をｔ、回転速度切換え時間ｔ前のウエハＷの回
転速度をＮ₁ （ｒｐｍ）、回転速度切換え後のウエハＷ
の回転速度をＮ₂ （ｒｐｍ）、回転速度切換え時間ｔ前
の研磨パッドＰの回転速度を（Ｎ₁ −ｎ）（ｒｐｍ）、
回転速度切換え後の研磨パッドＰの回転速度をＮ_x （ｒ
ｐｍ）とするとき、回転速度切換え後の研磨パッドＰの
回転速度Ｎ_x は、次のように計算することができる。す
なわち、研磨開始から研磨終了までの総研磨時間内にお
けるウエハＷのトータルでの回転した数｛Ｎ₁ ・ｔ＋Ｎ
₂ ・（Ｔ−ｔ）｝と、研磨パッドＰのトータルでの回転
した数｛（Ｎ₁ −ｎ）・ｔ＋Ｎ_x ・（Ｔ−ｔ）｝を一致
させることから、 Ｎ₁ ・ｔ＋Ｎ₂ ・（Ｔ−ｔ）＝（Ｎ₁ −ｎ）・ｔ＋Ｎ_x
・（Ｔ−ｔ）

【００３７】したがって、

【数１】 すなわち、総研磨時間をＴ、回転速度切換え時間をｔ、
回転速度切換え時間ｔ前のウエハＷの回転速度をＮ₁
（ｒｐｍ）、回転速度切換え後のウエハＷの回転速度を
Ｎ₂ （ｒｐｍ）、回転速度切換え時間ｔ前の研磨パッド
Ｐの回転速度を（Ｎ₁ −ｎ）（ｒｐｍ）の各値を入力値
として入力手段を用いて入力することにより、演算部に
おいて、式（１）に基づいて、回転速度切換え後の研磨
パッドＰの回転速度Ｎ_x （ｒｐｍ）を求めることができ
る。

【００３８】例えば、総研磨時間Ｔを２分、回転速度切
換え時間ｔを１分、回転速度切換え時間ｔ前後のウエハ
Ｗの回転速度Ｎ₁ 、Ｎ₂ をともに６０ｒｐｍ、回転速度
切換え時間ｔ前の研磨パッドＰの回転速度（Ｎ₁ −ｎ）
を（６０−１＝）５９ｒｐｍとすると、回転速度切換え
後の研磨パッドＰの回転速度Ｎ_x （ｒｐｍ）は、前述し
た式（１）から、 Ｎ_x ＝｛６０×１＋６０×（２−１）−５９×１｝／
（２−１）＝６１ となる。このとき、ウエハＷと研磨パッドＰのそれぞれ
のトータルでの回転した数は、 ウエハＷの回転した数 ＝｛６０×１＋６０×（２−
１）｝＝１２０ 研磨パッドＰの回転した数＝｛５９×１＋６１×（２−
１）｝＝１２０ となる。すなわち、ウエハＷと研磨パッドＰの回転速度
を数％ずらして研磨を行なったにも拘らず、ウエハＷと
研磨パッドＰの回転した数の差は０となり、等方的な研
磨が実現される。

【００３９】また、回転速度切換え時間ｔを研磨時間Ｔ
の１／２として、その前後で回転する方向を変えた（例
えば、ＣＷからＣＣＷへ）場合、ウエハ上の各部分にお
ける速度ベクトルは回転速度切換え時間前後で打ち消し
合い、一層等方的な研磨が実現される。

【００４０】前述した式（１）のウエハＷと研磨パッド
Ｐの速度を入れ替えて、ウエハＷの切換え時間後の速度
をＮ_x として求めても、同様に本発明の効果が得られる
ことはいうまでもない。

【００４１】また、回転速度切換え時間ｔ、切換え後の
速度Ｎ₂ 、ウエハＷと研磨パッドＰの回転速度差ｎを係
数として演算部に記憶させておいても良い。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ウエハ等の半導体基板の被研磨面上の重ね合わせ検査装
置やステッパー等の位置合わせ用のアライメントマーク
上の膜層を等方的に研磨することができる。これによ
り、アライメントマーク上の膜層を対称に研磨すること
が可能になり、位置合わせ精度を向上させることがで
き、さらに、研磨パッドの表面に刻まれている格子状の
溝模様が転写させることを防ぎ、ミクロな平坦度を向上
させて、半導体デバイスの全生産工程を通しての歩留ま
りの向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る精密研磨装置の概略構成図であ
る。

【図２】本発明に係る精密研磨装置の要部の概略構成図
である。

【図３】本発明の研磨方法に基づき回転速度切換え時間
後の研磨パッドの回転速度を計算する方法を説明するた
めの図である。

【図４】ウエハと研磨パッドの回転速度を数％ずらして
研磨した場合におけるウエハ上でのアライメントマーク
の位置ずれの方向を表す図である。

【図５】従来の化学機械研磨装置の概略図である。

【図６】従来の他の化学機械研磨装置の概略図である。

【図７】一般的なデバイス生産工程を示すフローチャー
トである。

【図８】半導体デバイスの形成工程における半導体デバ
イスの概略的な断面図である。

【図９】一般的なアライメント検出系を示す概略図であ
る。

【図１０】ウエハのアライメントマーク上の膜層の非対
称に基づくアライメントマークとＣＣＤ等の撮像素子上
の画像の関係を示す図である。

【符号の説明】

Ｗ 半導体基板（ウエハ） Ｐ 研磨パッド ｍ アライメントマーク ｓ 膜層 １ ウエハチャック ２ ウエハテーブル ５ 研磨ヘッド ７ 第１の駆動手段 ８ ヘッド上下動駆動手段 １０ 第２の駆動手段 １１ 第３の駆動手段 １２ イコライズ機構 １５ 研磨剤供給管 １６ 研磨剤供給機構 １７ 制御手段

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板のデバイス形成面に研磨パッ
   ドを所定の加圧力を与えた状態で当接させ、半導体基板
   と研磨パッドを各々回転させながら研磨を行なう精密研
   磨方法において、 半導体基板と研磨パッドの回転速度を変化させ、かつ、
   半導体基板と研磨パッドの研磨開始から研磨終了までの
   トータルでの回転した数を一致させるように半導体基板
   と研磨パッドの回転速度を制御することを特徴とする半
   導体基板の精密研磨方法。
2. 【請求項２】 半導体基板の回転速度、研磨パッドの回
   転速度、研磨時間、および研磨圧力を設定し、さらに、
   回転速度切換え時間を設定し、これらの設定された半導
   体基板の回転速度、研磨パッドの回転速度、研磨時間お
   よび回転速度切換え時間に基づいて、半導体基板と研磨
   パッドのそれぞれの研磨開始から研磨終了までのトータ
   ルでの回転した数を等しくなるように計算し、該計算結
   果に基づく回転速度によって半導体基板と研磨パッドを
   駆動させることを特徴とする請求項１記載の半導体基板
   の精密研磨方法。
3. 【請求項３】 回転速度切換え時間および半導体基板と
   研磨パッドの回転速度のいずれか一方あるいは両方を記
   憶し、半導体基板と研磨パッドの研磨開始から研磨終了
   までのトータルでの回転した数を一致させるように制御
   することを特徴とする請求項１または２記載の半導体基
   板の精密研磨方法。
4. 【請求項４】 半導体基板を回転させるための駆動手段
   および研磨パッドを回転させるための駆動手段を有し、
   半導体基板のデバイス形成面に研磨パッドを所定の加圧
   力を与えた状態で当接させ、半導体基板と研磨パッドを
   各々回転させながら研磨を行なう精密研磨装置におい
   て、 半導体基板と研磨パッドの回転速度を変化させ、かつ、
   半導体基板と研磨パッドの研磨開始から研磨終了までの
   トータルでの回転した数を一致させるように制御する制
   御手段を備えていることを特徴とする半導体基板の精密
   研磨装置。
5. 【請求項５】 前記制御手段は、半導体基板の回転速
   度、研磨パッドの回転速度、研磨時間、研磨圧力を設定
   するための第１の入力手段と回転速度切換え時間を設定
   するための第２の入力手段を備え、さらに、前記第１お
   よび第２の入力手段により入力される値から半導体基板
   と研磨パッドのトータルでの回転した数を一致させるよ
   うに計算する演算部および前記第１の入力手段により入
   力された回転速度と前記演算部の計算結果に基づく回転
   速度によって半導体基板と研磨パッドをそれぞれ駆動さ
   せる制御部を具備することを特徴とする請求項４記載の
   半導体基板の精密研磨装置。
6. 【請求項６】 回転速度切換え時間および半導体基板と
   研磨パッドの回転速度のいずれか一方あるいは両方を記
   憶する記憶部を具備し、半導体基板と研磨パッドの研磨
   開始から研磨終了までのトータルでの回転した数を一致
   させるように制御することを特徴とする請求項４または
   ５記載の半導体基板の精密研磨装置。