JP2003022992A - 半導体製造装置および半導体製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加工前の膜厚分布に応じて化学機械研磨法に
よる適切な加工を行えるようにする。 【解決手段】 ウエハ２より小さいパッド１で、ウエハ
２全面についてウエハ２とパッド１との相対的移動によ
るスキャン動作を行うことにより、化学機械研磨法によ
る加工を行う半導体製造装置において、ウエハ２におけ
る加工前の膜厚分布から、ウエハ２各点での必要な研磨
量を補正して算出し、算出された補正研磨量に応じてパ
ッド１によるウエハ２の加工を行う加工制御部５および
加工条件設定部６を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体製造装置
および半導体製造方法、特に、化学機械研磨法（以下、
ＣＭＰという）による加工を行う半導体製造装置および
半導体製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来技術においては、図６に示すよう
に、ウエハ２より大きなパッド１にウエハ２の研磨面を
接触させ、パッド１上にスラリーを散布しながら、パッ
ド１、ウエハ２を回転させることにより、ＣＭＰを行
う。

【０００３】従来技術では、ウエハの中央部と周辺部
で、周辺部の方が研磨レートが大きいという問題があ
る。また、周辺部以外では、全面均等に研磨され、前工
程で発生した膜厚ばらつきがＣＭＰ後もほぼそのまま残
り、ＣＭＰにより平坦度が改善されないという問題があ
る。ウエハ全面をＣＭＰしようとすると、柔らかめのパ
ッドを使用する必要があるが、この場合、チップ内で
は、大きなパターンに対してディッシング、エロージョ
ンが発生する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明では、ウエハ
より小さいパッドを、ウエハ上をスキャンさせることに
よりＣＭＰを行うようにする。これにより、ウエハ中央
部／周辺部を独立して研磨することができる。また、ウ
エハ面内の各点での研磨量を任意にコントロールでき、
前工程で発生したばらつきを吸収できる。研磨面積が小
さくなるため、固めのパッドを選択でき、ディッシン
グ、エロージョンを低減できる。

【０００５】この発明は、加工前の膜厚分布に応じて化
学機械研磨法による適切な加工を行える半導体製造装置
および半導体製造方法を提供しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る半導体
製造装置では、ウエハより小さいパッドで、ウエハ全面
についてスキャン動作を行うことにより、化学機械研磨
法による加工を行う半導体製造装置において、ウエハに
おける膜厚分布を検出する検出手段と、前記検出手段に
より検出された膜厚分布から、ウエハ各点での必要な研
磨量を補正して算出し、算出された補正研磨量に応じて
前記パッドによるウエハの加工を行う加工制御手段を設
けたものである。

【０００７】第２の発明に係る半導体製造装置では、第
１の発明において、凹状のパッド形状を有するパッドに
よりウエハの加工を行うようにしたものである。

【０００８】第３の発明に係る半導体製造装置では、第
１の発明において、凸状のパッド形状を有するパッドに
よりウエハの加工を行うようにしたものである。

【０００９】第４の発明に係る半導体製造装置では、第
１ないし第３の発明において、複数のパッドを設け、前
記複数のパッドでウエハ全面についてのスキャン動作を
行い、ウエハを加工するようにしたものである。

【００１０】第５の発明に係る半導体製造装置では、第
１ないし第４の発明において、ウエハ自体も、その加工
面を移動するよう回転させるようにしたものである。

【００１１】第６の発明に係る半導体製造方法では、ウ
エハより小さいパッドで、ウエハ全面についてスキャン
動作を行うことにより、化学機械研磨法による加工を行
うにあたり、、ウエハにおける膜厚分布を検出し、検出
された膜厚分布から、ウエハ各点での必要な研磨量を補
正して算出し、算出された補正研磨量に応じて前記パッ
ドによるウエハの加工を行うようにしたものである。

【００１２】第７の発明に係る半導体製造方法では、第
６の発明において、凹状のパッド形状を有するパッドに
よりウエハの加工を行うようにしたものである。

【００１３】第８の発明に係る半導体製造方法では、第
６の発明において、凸状のパッド形状を有するパッドに
よりウエハの加工を行うようにしたものである。

【００１４】第９の発明に係る半導体製造方法では、第
６ないし第８の発明において、同一研磨ステーション上
で、材質，硬度，大きさの異なるパッドにより、順次、
化学機械研磨法によって加工を行うようにしたものであ
る。

【００１５】第１０の発明に係る半導体製造方法では、
第６ないし第９の発明において、複数のパッドでウエハ
全面についてのスキャン動作を行わせるようにしたもの
である。

【００１６】第１１の発明に係る半導体製造方法では、
第６ないし第１０の発明において、ウエハ自体も、その
加工面を移動するよう回転させるようにしたものであ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】実施の形態１．この発明による実
施の形態１を図１および図２について説明する。図１は
実施の形態１における半導体製造装置の構成を示す平面
図である。図２は実施の形態１における半導体製造装置
の構成を示す側面図である。図において、１はパッド、
２はウエハ、４はパッド受け、５は加工制御部、６は加
工条件設定部である。

【００１８】円盤状のパッド１は、その軸線を中心に回
転し、その軸線中心が図１に示す軌跡Ａをたどるように
加工制御部５により駆動制御される。パッド１は、ウエ
ハ２との相対的移動によりウエハ２の全面についてスキ
ャン動作を行うことによりＣＭＰ加工を行い、ウエハ２
に対する研磨動作を行う。加工条件設定部６は、ＣＭＰ
加工前のウエハ２における膜厚分布を検出し、検出され
た膜厚分布から、ウエハ２における各点での必要な研磨
量を補正して算出し、算出された研磨量に応じてパッド
１によるウエハ２の加工を行うよう、加工制御部５に制
御信号を供給する。加工制御部５は加工条件設定部６か
ら供給された制御信号に従ってパッド１を駆動制御し、
ウエハ２に対する所望のＣＭＰ加工を行うものである。

【００１９】この実施の形態１においては、ウエハ２よ
り小さなパッド１を用い、そのパッド１を回転させなが
らウエハ２上をスキャンさせる時、ＣＭＰ前の膜厚分布
より各点での必要な研磨量を算出し、パッド１の回転
数，圧力を調節しながら一定速度でスキャンさせること
により、ウエハ２面内の各点での研磨量を調節する。

【００２０】または、パッド１の回転数，圧力を一定に
し、パッドのスキャン速度を調節することにより、ウエ
ハ２面内の各点での研磨量を調節する。

【００２１】この実施の形態１では、ウエハ２の各点で
の研磨量をコントロールできるので、前工程でのばらつ
きを改善，吸収しつつ、ＣＭＰ加工を行える。

【００２２】この発明による実施の形態１によれば、ウ
エハ２より小さいパッド１で、ウエハ２全面について前
記ウエハ２とパッド１との相対的移動によるスキャン動
作を行うことにより、化学機械研磨法による加工を行う
半導体製造装置において、ウエハ２における加工前の膜
厚分布から、ウエハ２各点での必要な研磨量を補正して
算出し、算出された補正研磨量に応じて前記パッド１に
よるウエハ２の加工を行う加工制御部５および加工条件
設定部６からなる加工制御手段を設けたので、加工前の
膜厚分布に応じて化学機械研磨法による適切な加工を行
え、前工程でのウエハの膜厚ばらつきを改善，吸収しつ
つ、化学機械研磨法による的確な加工を行えるる半導体
製造装置を提供することができる。

【００２３】また、この発明による実施の形態１によれ
ば、ウエハ２より小さいパッド１で、ウエハ２全面につ
いてスキャン動作を行うことにより、化学機械研磨法に
よる加工を行うにあたり、ウエハ２における膜厚分布を
検出し、検出された膜厚分布から、ウエハ２各点での必
要な研磨量を補正して算出し、算出された補正研磨量に
応じて前記パッド１によるウエハ２の加工を行うように
したので、加工前の膜厚分布に応じて化学機械研磨法に
よる適切な加工を行い、前工程でのウエハの膜厚ばらつ
きを改善，吸収しつつ、化学機械研磨法による的確な加
工を行える半導体製造方法を提供することができる。

【００２４】実施の形態２．この発明による実施の形態
２を図３について説明する。図３は実施の形態２におけ
る半導体製造装置の構成を示す側面図である。この実施
の形態２において、ここで説明する特有の構成，方法以
外の構成ないしは方法については、実施の形態１と同様
の構成，方法を含み、同様の作用を奏するものである。
図中、同一または相当部分については、同一の符号を付
けている。

【００２５】この実施の形態２では、パッド１のウエハ
２に接する対向部分の形状に改良を加えたものである。

【００２６】図３（ａ）ではパッド１のウエハ２に接す
る対向部分の形状をリング状にして、パッド１を凹状の
パッド形状を有するものとすることにより、パッド／ウ
エハの接触圧力が同じ部分だけで、ＣＭＰ加工を行うよ
うにしている。

【００２７】図３（ｂ）ではパッド１のウエハ２に接す
る対向部分の形状を凸状にすることにより、パッドの周
辺部でのウエハへの接触圧を小さくすることにより、パ
ッド全面でウエハの研磨量が等しくなるようにしてい
る。

【００２８】この実施の形態２では、パッド／ウエハの
接触内での研磨量が均一にできるものである。

【００２９】この発明による実施の形態２によれば、実
施の形態１における構成において、凹状のパッド形状を
有するパッド１によりウエハ１の加工を行うようにした
ので、パッド１とウエハ２との間の接触圧力が同じ部分
だけで加工を行うことができ、加工前の膜厚分布に応じ
て化学機械研磨法による適切な加工を行える半導体製造
装置を提供することができる。

【００３０】また、この発明による実施の形態２によれ
ば、実施の形態１における構成において、凸状のパッド
形状を有するパッドによりウエハの加工を行うようにし
たので、パッド１全面でウエハ２の研磨量を等しくする
ことができ、加工前の膜厚分布に応じて化学機械研磨法
による適切な加工を行える半導体製造装置を提供するこ
とができる。

【００３１】さらに、この発明による実施の形態２によ
れば、実施の形態１における方法において、凹状のパッ
ド形状を有するパッドによりウエハの加工を行うように
したので、パッド１とウエハ２との間の接触圧力が同じ
部分だけで加工を行うことができ加工前の膜厚分布に応
じて化学機械研磨法による適切な加工を行える半導体製
造方法を提供することができる。

【００３２】そしてこの発明による実施の形態２によれ
ば、実施の形態１における方法において、凸状のパッド
形状を有するパッドによりウエハの加工を行うようにし
たので、パッド１全面でウエハ２の研磨量を等しくする
ことができ、加工前の膜厚分布に応じて化学機械研磨法
による適切な加工を行える半導体製造方法を提供するこ
とができる。

【００３３】実施の形態３．この発明による実施の形態
３を図４について説明する。図４は実施の形態３におけ
る半導体製造装置の構成を示す平面図である。この実施
の形態３において、ここで説明する特有の構成，方法以
外の構成ないしは方法については、実施の形態１と同様
の構成，方法を含み、同様の作用を奏するものである。
図中、同一または相当部分については、同一の符号を付
けている。

【００３４】この実施の形態３では、実施の形態１のよ
うに、ウエハより小さなパッド１を用い、そのパッド１
を回転させながらウエハ２上をスキャンさせる時、図４
に示すように、同一ステーション上で、研磨の段階に応
じて、パッド１によるスキャン動作の後、材質・硬度・
大きさの異なるパッド３を続けてスキャン動作させる。
３種類以上のパッドを用いてもよい。また、それぞれの
パッド１およびパッド３に対して、スキャン時の回転
数，圧力，スキャン速度を調節する。

【００３５】この実施の形態３では、途中段階ではレー
トの早いパッド、最終段階ではディッシング，エロージ
ョンの起きにくいパッドと、使い分けることができる。

【００３６】この発明による実施の形態３によれば、実
施の形態１における方法において、同一研磨ステーショ
ン上で、材質，硬度，大きさの異なるパッド１，３によ
り、順次、化学機械研磨法によって加工を行うようにし
たので、加工前の膜厚分布に応じて化学機械研磨法によ
る適切な加工を行えるとともに、加工段階に応じたパッ
ドにより加工段階に適応した的確な加工を行える半導体
製造方法を提供することができる。

【００３７】実施の形態４．この発明による実施の形態
４を図５について説明する。図５は実施の形態４におけ
る半導体製造装置の構成を示す平面図である。この実施
の形態４において、ここで説明する特有の構成，方法以
外の構成ないしは方法については、実施の形態１ないし
実施の形態３と同様の構成，方法を含み、同様の作用を
奏するものである。図中、同一または相当部分について
は、同一の符号を付けている。

【００３８】この実施の形態４においては、実施の形態
１〜３のように、ウエハより小さなパッド１を用い、そ
のパッド１を回転させながらウエハ２上をスキャンさせ
る時、図５に示すように、パッド１を複数持つパッド支
持ヘッド７で、複数のパッド１をウエハ２に加工可能に
接しつつ、ウエハ２上をスキャン動作させる。

【００３９】この実施の形態では、実施の形態１と同じ
効果に加え、能率を上げることができる。

【００４０】この発明による実施の形態４によれば、実
施の形態１ないし実施の形態３の構成において、パッド
支持ヘッド７に取り付けられた複数のパッド１を設け、
前記複数のパッド１でウエハ全面についてのスキャン動
作を行い、ウエハ２を加工するようにしたので、加工前
の膜厚分布に応じて化学機械研磨法による適切な加工を
行えるとともに、効率的な加工を行える半導体製造装置
を提供することができる。

【００４１】また、この発明による実施の形態４によれ
ば、実施の形態１ないし実施の形態３の方法において、
パッド支持ヘッド７に取り付けられた複数のパッド１で
ウエハ全面についてのスキャン動作を行わせるようにし
たので、加工前の膜厚分布に応じて化学機械研磨法によ
る適切な加工を行えるとともに、効率的な加工を行える
半導体製造方法を提供することができる。

【００４２】実施の形態５．この発明による実施の形態
５を説明する。この実施の形態５において、ここで説明
する特有の構成，方法以外の構成ないしは方法について
は、実施の形態１ないし実施の形態４と同様の構成，方
法を含み、同様の作用を奏するものである。

【００４３】この実施の形態５においては、実施の形態
１〜４のそれぞれで、ウエハ２自体も、その加工面を移
動するように回転させる。

【００４４】この実施の形態５では、実施の形態１〜４
と同じ効果に加え、能率を上げることができる。

【００４５】この発明による実施の形態５によれば、第
１ないし第４の発明において、ウエハ２自体も、その加
工面を移動するよう回転させるようにしたので、加工前
の膜厚分布に応じて化学機械研磨法による適切な加工を
行えるとともに、更に効率的な加工を行える半導体製造
装置を提供することができる。

【００４６】また、この発明による実施の形態５によれ
ば、第６ないし第１０の発明において、ウエハ２自体
も、その加工面を移動するよう回転させるようにしたの
で、加工前の膜厚分布に応じて化学機械研磨法による適
切な加工を行えるとともに、更に効率的な加工を行える
半導体製造方法を提供することができる。

【００４７】

【発明の効果】第１の発明によれば、ウエハより小さい
パッドで、ウエハ全面について前記ウエハとパッドとの
相対的移動によるスキャン動作を行うことにより、化学
機械研磨法による加工を行う半導体製造装置において、
ウエハにおける加工前の膜厚分布から、ウエハ各点での
必要な研磨量を補正して算出し、算出された補正研磨量
に応じて前記パッドによるウエハの加工を行う加工制御
手段を設けたので、加工前の膜厚分布に応じて化学機械
研磨法による適切な加工を行え、前行程でのウエハの膜
厚ばらつきを改善，吸収しつつ、化学機械研磨法による
的確な加工を行える半導体製造装置を提供することがで
きる。

【００４８】第２の発明によれば、第１の発明におい
て、凹状のパッド形状を有するパッドによりウエハの加
工を行うようにしたので、パッドとウエハ間の接触圧力
の同じ部分だけで加工を行うことができ、加工前の膜厚
分布に応じて化学機械研磨法による適切な加工を行える
半導体製造装置を提供することができる。

【００４９】第３の発明によれば、第１の発明におい
て、凸状のパッド形状を有するパッドによりウエハの加
工を行うようにしたので、パッド全面でウエハの研磨量
が等しくするようにでき、加工前の膜厚分布に応じて化
学機械研磨法による適切な加工を行える半導体製造装置
を提供することができる。

【００５０】第４の発明によれば、第１ないし第３の発
明において、複数のパッドを設け、前記複数のパッドで
ウエハ全面についてのスキャン動作を行い、ウエハを加
工するようにしたので、加工前の膜厚分布に応じて化学
機械研磨法による適切な加工を行えるとともに、効率的
な加工を行える半導体製造装置を提供することができ
る。

【００５１】第５の発明によれば、第１ないし第４の発
明において、ウエハ自体も、その加工面を移動するよう
回転させるので、加工前の膜厚分布に応じて化学機械研
磨法による適切な加工を行えるとともに、更に効率的な
加工を行える半導体製造装置を提供することができる。

【００５２】第６の発明によれば、ウエハより小さいパ
ッドで、ウエハ全面についてスキャン動作を行うことに
より、化学機械研磨法による加工を行うにあたり、ウエ
ハにおける膜厚分布を検出し、検出された膜厚分布か
ら、ウエハ各点での必要な研磨量を補正して算出し、算
出された補正研磨量に応じて前記パッドによるウエハの
加工を行うようにしたので、加工前の膜厚分布に応じて
化学機械研磨法による適切な加工を行え、前行程でのウ
エハの膜厚ばらつきを改善，吸収しつつ、化学機械研磨
法による的確な加工を行える半導体製造方法を提供する
ことができる。

【００５３】第７の発明によれば、第６の発明におい
て、凹状のパッド形状を有するパッドによりウエハの加
工を行うようにしたので、パッドとウエハ間の接触圧力
の同じ部分だけで加工を行うことができ、加工前の膜厚
分布に応じて化学機械研磨法による適切な加工を行える
半導体製造方法を提供することができる。

【００５４】第８の発明によれば、第６の発明におい
て、凸状のパッド形状を有するパッドによりウエハの加
工を行うようにしたので、パッド全面でウエハの研磨量
が等しい状態で加工でき、加工前の膜厚分布に応じて化
学機械研磨法による適切な加工を行える半導体製造方法
を提供することができる。

【００５５】第９の発明によれば、第６ないし第８の発
明において、同一研磨ステーション上で、材質，硬度，
大きさの異なるパッドにより、順次、化学機械研磨法に
よって加工を行うようにしたので、加工前の膜厚分布に
応じて化学機械研磨法による適切な加工を行えるととも
に、加工段階に応じたパッドにより加工段階に適応した
的確な加工を行える半導体製造方法を提供することがで
きる。

【００５６】第１０の発明によれば、第６ないし第９の
発明において、複数のパッドでウエハ全面についてのス
キャン動作を行わせるようにしたので、加工前の膜厚分
布に応じて化学機械研磨法による適切な加工を行えると
ともに、効率的な加工を行える半導体製造方法を提供す
ることができる。

【００５７】第１１の発明によれば、第６ないし第１０
の発明において、ウエハ自体も、その加工面を移動する
よう回転させるので、加工前の膜厚分布に応じて化学機
械研磨法による適切な加工を行えるとともに、更に効率
的な加工を行える半導体製造方法を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明による実施の形態１における半導体
装置の構成を示す平面図である。

【図２】 この発明による実施の形態１における半導体
装置の構成を示す側面図である。

【図３】 この発明による実施の形態２における半導体
装置の構成を示す側面図である。

【図４】 この発明による実施の形態３における半導体
装置の構成を示す平面図である。

【図５】 この発明による実施の形態４における半導体
装置の構成を示す平面図である。

【図６】 従来技術における半導体装置の構成を示す平
面図である。

【符号の説明】

１ パッド、２ ウエハ、３ パッド、４ パッド受
け、５ 加工制御部、６加工条件設定部、７ パッド支
持ヘッド。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウエハより小さいパッドで、ウエハ全面
   について前記ウエハとパッドとの相対的移動によるスキ
   ャン動作を行うことにより、化学機械研磨法による加工
   を行う半導体製造装置において、ウエハにおける加工前
   の膜厚分布から、ウエハ各点での必要な研磨量を補正し
   て算出し、算出された補正研磨量に応じて前記パッドに
   よるウエハの加工を行う加工制御手段を設けたことを特
   徴とする半導体製造装置。
2. 【請求項２】 凹状のパッド形状を有するパッドにより
   ウエハの加工を行うことを特徴とする請求項１に記載の
   半導体製造装置。
3. 【請求項３】 凸状のパッド形状を有するパッドにより
   ウエハの加工を行うことを特徴とする請求項１に記載の
   半導体製造装置。
4. 【請求項４】 複数のパッドを設け、前記複数のパッド
   でウエハ全面についてのスキャン動作を行い、ウエハを
   加工することを特徴とする請求項１ないし請求項３のい
   ずれかに記載の半導体製造装置。
5. 【請求項５】 ウエハ自体も、その加工面を移動するよ
   う回転させることを特徴とする請求項１ないし請求項４
   のいずれかに記載の半導体製造装置。
6. 【請求項６】 ウエハより小さいパッドで、ウエハ全面
   についてスキャン動作を行うことにより、化学機械研磨
   法による加工を行うにあたり、ウエハにおける膜厚分布
   を検出し、検出された膜厚分布から、ウエハ各点での必
   要な研磨量を補正して算出し、算出された補正研磨量に
   応じて前記パッドによるウエハの加工を行うことを特徴
   とする半導体製造方法。
7. 【請求項７】 凹状のパッド形状を有するパッドにより
   ウエハの加工を行うことを特徴とする請求項６に記載の
   半導体製造方法。
8. 【請求項８】 凸状のパッド形状を有するパッドにより
   ウエハの加工を行うことを特徴とする請求項６に記載の
   半導体製造方法。
9. 【請求項９】 同一研磨ステーション上で、材質，硬
   度，大きさの異なるパッドにより、順次、化学機械研磨
   法によって加工を行うことを特徴とする請求項６ないし
   請求項８のいずれかに記載の半導体製造方法。
10. 【請求項１０】 複数のパッドでウエハ全面についての
    スキャン動作を行わせることを特徴とする請求項６ない
    し請求項９のいずれかに記載の半導体製造方法。
11. 【請求項１１】 ウエハ自体も、その加工面を移動する
    よう回転させることを特徴とする請求項６ないし請求項
    １０のいずれかに記載の半導体製造方法。