JP2003257913A

JP2003257913A - 化学的機械研磨装置、化学的機械研磨方法及びドレッシング方法

Info

Publication number: JP2003257913A
Application number: JP2002050627A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Yoshida; 英朗吉田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-02-27
Filing date: 2002-02-27
Publication date: 2003-09-12

Abstract

(57)【要約】【課題】化学的機械研磨方法において研磨レートが一
定になるようにする。【解決手段】回転可能に設けられた研磨定盤１０の上
には研磨パッド１１が設けられ、該研磨パッド１１の上
方には、回転可能且つ上下動可能に基板ホルダー１５が
設けられている。コンピュータ２２は、ＲＲ_min≦ｋ×
Ｐ×Ｖ≦ＲＲ_ma _x（但し、ＲＲ_minは研磨レートの下限
値であり、ＲＲ_maxは研磨レートの上限値であり、ｋは
実験により決まる定数であり、Ｐは研磨の圧力であり、
Ｖは研磨の相対速度である。）の式に基づいて、研磨の
圧力と研磨の相対速度との積の範囲を求める。作業者
は、研磨の圧力と研磨の相対速度との積の範囲内で、基
板ホルダー１５を研磨パッド１１に接近させる加圧力、
研磨定盤１０の回転速度及び基板ホルダー１５の回転速
度を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路の
多層配線工程又は素子分離工程等において被処理膜を平
坦化するための、化学的機械研磨装置、化学的機械研磨
方法及びドレッシング方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】以下、第１の従来例に係る化学的機械研
磨装置について図１０を参照しながら説明する。

【０００３】図１０に示すように、回転可能に設けられ
た研磨定盤１の上に研磨パッド２が設けられており、該
研磨パッド２の上方には研磨パッド２上に研磨剤（スラ
リー）３を供給する研磨剤供給管４が設けられている。

【０００４】また、研磨パッド２の上方には、例えば半
導体ウエハーよりなる被研磨基板５を保持する基板ホル
ダー６が、回転可能であり且つ研磨パッド２に対して接
近及び離反可能、つまり上下動可能に設けられている。

【０００５】前述のような構造を有する化学的機械研磨
装置において、研磨定盤１及び基板ホルダー６をそれぞ
れ回転させると共に研磨剤供給管４から研磨パッド２の
上に研磨剤３を供給しながら、基板ホルダー６を下降さ
せる。このようにすると、基板ホルダー６に保持されて
いる被研磨基板５の表面が研磨パッド２及び研磨剤３に
より研磨される。

【０００６】研磨の状態は、研磨の相対速度と研磨の圧
力とによって決定される。研磨の相対速度は、被研磨基
板５上の或る一点における、研磨定盤１の回転速度及び
基板ホルダー６の回転速度に基づき決定され、研磨の圧
力は基板ホルダー６に加えられる加圧力及び被研磨基板
５の面積により決定される。

【０００７】主要な研磨特性は、研磨レートと、研磨レ
ートの基板面内におけるばらつきであって、研磨レート
はPrestonの式で規定される。Prestonの式とは、研磨レ
ートは、研磨の相対速度（Ｖ）と研磨の圧力（Ｐ）との
積（Ｐ×Ｖ）に比例するというものである。

【０００８】研磨レートが研磨の相対速度と研磨の圧力
との積（Ｐ×Ｖ）で表されるのに対して、研磨レートの
基板面内のばらつきは、研磨の圧力に対する研磨の相対
速度の比（Ｖ／Ｐ）で表される。なぜなら、研磨の圧力
に対する研磨の相対速度の比（Ｖ／Ｐ）は、研磨の安定
性つまりバランスを表わすからである。

【０００９】高い研磨レートを得たい場合に、研磨の相
対速度を増大させる一方、研磨の圧力を低く設定する
と、被研磨基板の保持が不十分になるため、研磨レート
の面内均一性の維持が困難になるのみならず、研磨レー
トの基板面内のばらつきが大きくなってしまうという問
題がある。従って、研磨レートを制御する場合には、研
磨相対速度と研磨の圧力とを同時に制御する必要があ
る。

【００１０】以下、第２の従来例に係る化学的機械研磨
装置について図１１を参照しながら説明する。

【００１１】ところで、ドレッシングとは、被研磨基板
５に対して化学機械研磨を行なう前に、研磨パッド２の
表面を例えばダイヤモンド砥石で毛羽立たせる方法であ
る。ドレッシングを行なうと、研磨剤３に含まれる砥粒
が研磨パッド２の表面に保持され易くなるため、高い研
磨レートと、研磨レートの良好な基板面内のばらつきと
を実現することができる。

【００１２】図１１に示すように、研磨定盤１の上に設
けられた研磨パッド２の上方には、研磨パッド２上に純
水７を供給する純水供給管８と、表面にダイヤモンドが
散りばめられたドレッサ９とが設けられており、ドレッ
サ９は、基板ホルダー６と同様、回転可能で且つ上下動
可能である。

【００１３】ドレッシングを行なう場合には、研磨定盤
１及びドレッサ９をそれぞれ回転させると共に純水供給
管８から研磨パッド２の上に純水７を供給しながら、ド
レッサ９を下降させる。このようにすると、研磨パッド
２の表面が毛羽立つ。尚、ドレッシングは、化学的機械
研磨に比べて、基板ホルダー４がドレッサ９に代わり且
つ研磨剤３が純水７に代わっただけであり、プロセス自
体は研磨と同様に考えることができる。

【００１４】すなわち、ドレッシングの状態は、ドレッ
シングの相対速度とドレッシングの圧力とによって決定
される。ドレッシングの相対速度は、ドレッサ９上の或
る一点における、研磨定盤１の回転速度及びドレッサ９
の回転速度に基づき決定され、ドレッシングの圧力はド
レッサ９に加えられる加圧力及びドレッサ９の面積によ
り決定される。

【００１５】主要なドレッシング特性は、研磨パッド２
の切削レートと、切削レートの基板面内におけるばらつ
きである。ここで、研磨パッド２の切削レートについて
説明する。研磨パッド２の表面は、多くの場合、発泡ポ
リウレタンよりなるので、ドレッシングによって、発泡
ポリウレタンはダイヤモンドにより切削されることにな
る。この際の単位時間当たりの切削量を、研磨パッド２
の切削レートとする。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】以下、従来の化学的機
械研磨方法の第１の問題点について説明する。

【００１７】被研磨膜の平坦性を向上させるためには、
研磨の相対速度を大きくする一方、研磨の圧力を小さく
すればよい。また、研磨レートの面内均一性を向上させ
るためには、研磨の相対速度を小さくする一方、研磨の
圧力を大きくすればよい。従って、化学的機械研磨工程
の途中において、研磨の相対速度及び研磨の圧力を変化
させる必要が生じる。

【００１８】ところが、従来においては、作業者が経験
と勘に基づいて、研磨の相対速度及び研磨の圧力を設定
していたので、化学的機械研磨工程の途中において、研
磨レートが変化してしてしまう。

【００１９】このため、研磨の終了時間を予め予測でき
ないという問題がある。また、化学的機械研磨の途中に
おいて、研磨レートが高い値から低い値に変化すると、
被研磨基板に加速度が加わる。被研磨基板に加速度が加
わるということは、被研磨基板に力が加わるということ
と等価であるから、被研磨基板が基板ホルダーから飛び
出してしまうことがある。さらに、化学的機械研磨の途
中において、研磨レートが高い値から低い値に変化する
と、高価である研磨剤の消費量が増大してしまうという
問題もある。

【００２０】以下、従来の化学的機械研磨方法の第２の
問題点について説明する。

【００２１】化学的機械研磨の開始時に研磨レートを零
から所定値に到達させる間、及び化学的機械研磨の終了
時に研磨レートを所定値から零に到達させる間において
は、被研磨基板は非常に不安定な状態におかれる。

【００２２】研磨の相対速度及び研磨の圧力が零から所
定値まで変化する過程においては、研磨の相対速度と研
磨の圧力とのバランスが崩れてしまう。すなわち、研磨
の相対速度が速やかに大きくなる一方で研磨の圧力が速
やかに大きくならないため、異常な研磨が行なわれたり
又は被研磨基板が基板ホルダーから飛び出したりすると
いう問題がある。

【００２３】また、研磨の相対速度及び研磨の圧力が所
定値から零まで変化する過程においても、研磨の相対速
度と研磨の圧力とのバランスが崩れてしまう。すなわ
ち、研磨の相対速度が速やかに小さくなる一方で研磨の
圧力が速やかに小さくならないため、被研磨膜にディッ
シングが発生するという問題がある。

【００２４】これらの現象が発生する理由は、基板ホル
ダーの回転速度及び研磨定盤の回転速度は、設定値が変
化すると速やかに変化する一方、基板ホルダーを研磨パ
ッドに押圧する加圧力は、設定値が変化してもエアシリ
ンダが速やかに変化しないからである。

【００２５】以下、従来のドレッシング方法の問題点に
ついて説明する。

【００２６】ドレッシング工程における研磨パッドの切
削レートは、ドレッシングの相対速度とドレッシングの
圧力とで規定されるが、その規定の方法は、ドレッシン
グによる研磨パッドの切削レートを研磨の場合における
研磨レートに対応させると、研磨の場合と同様に考える
ことができる。ドレッシングの不安定領域とは、例えば
ドレッシングの圧力が大きくなり過ぎる一方でドレッシ
ングの相対速度が小さくなり過ぎる領域である。この不
安定領域でドレッシングを行なうと、ドレッサの表面に
設けられているダイヤモンドが研磨パッドの表面に突き
刺さって脱落し、スクラッチが起きることがある。

【００２７】本発明は、前記の各問題点を改善し、化学
的機械研磨方法において研磨レートが一定になるように
することを第１の目的とし、化学的機械研磨方法におい
て研磨レートが零から所定値又は所定値から零に到達す
る期間において被研磨基板が安定な状態におかれるよう
にすることを第２の目的とし、ドレッシング方法におい
て切削レートが一定になるようにすることを第３の目的
とする。

【００２８】

【課題を解決するための手段】前記の第１の目的を達成
するため、本発明に係る第１の化学的機械研磨装置は、
回転可能に設けられた研磨定盤と、研磨定盤の上に設け
られた研磨パッドと、研磨パッドの上方に、回転可能で
あり且つ研磨パッドに対して接近及び離反可能に設けら
れ、被研磨基板を保持する基板ホルダーと、ＲＲ_min≦
ｋ×Ｐ×Ｖ≦ＲＲ_max（但し、ＲＲ_minは研磨レートの
下限値であり、ＲＲ_maxは研磨レートの上限値であり、
ｋは実験により決まる定数であり、Ｐは研磨の圧力であ
り、Ｖは研磨の相対速度である。）の式に基づいて、研
磨の圧力と研磨の相対速度との積の範囲を求める手段
と、研磨の圧力と研磨の相対速度との積の範囲内で作業
者が設定する研磨の圧力に基づいて、基板ホルダーを研
磨パッドに接近させる加圧力を制御する手段と、研磨の
圧力と研磨の相対速度との積の範囲内で作業者が設定す
る研磨の相対速度に基づいて、研磨定盤の回転速度及び
基板ホルダーの回転速度を制御する手段とを備えてい
る。

【００２９】本発明に係る第１の化学的機械研磨装置に
よると、作業者は、ＲＲ_min≦ｋ×Ｐ×Ｖ≦ＲＲ_maxの
式に基づいて求められる、研磨の圧力と研磨の相対速度
との積の範囲内で研磨の圧力及び研磨の相対速度を設定
するため、研磨レートは一定になる。このため、研磨の
終了時間を予め予測することができ、研磨の途中におい
て被研磨基板が基板ホルダーから飛び出してしまう事態
を回避できると共に、研磨剤の消費量を抑制することが
できる。

【００３０】本発明に係る第１の化学的機械研磨装置
は、ＷＩＷＮＵ_max≧ｍ×（Ｖ／Ｐ）（但し、ＷＩＷＮ
Ｕ_maxは研磨レートの面内ばらつきの最大値であり、ｍ
は実験により決まる定数である。）の式から、研磨の圧
力に対する研磨の相対速度の比率（Ｖ／Ｐ）の上限を求
める手段をさらに備え、加圧力を制御する手段は、積の
範囲内及び比率の上限以下で作業者が設定する研磨の圧
力に基づいて、基板ホルダーを研磨パッドに接近させる
加圧力を制御し、回転速度を制御する手段は、積の範囲
内及び比率の上限以下で作業者が設定する研磨の相対速
度に基づいて、研磨定盤の回転速度及び基板ホルダーの
回転速度を制御することが好ましい。

【００３１】このようにすると、研磨レートに基板面内
における均一性を確保することができる。

【００３２】前記の第２の目的を達成するため、本発明
に係る第２の化学的機械研磨装置は、回転可能に設けら
れた研磨定盤と、研磨定盤の上に設けられた研磨パッド
と、研磨パッドの上方に、回転可能であり且つ研磨パッ
ドに対して接近及び離反可能に設けられ、被研磨基板を
保持する基板ホルダーと、研磨レートが零から所定値に
到達するまでの間、研磨の圧力（Ｐ）に対する研磨の相
対速度（Ｖ）の比率（Ｖ／Ｐ）が一定値を保ちながら研
磨レートが増加するように、研磨の圧力及び研磨の相対
速度よりなる研磨条件を設定する手段と、研磨条件を設
定する手段が設定した研磨の圧力に基づいて、基板ホル
ダーを研磨パッドに接近させる加圧力を制御する手段
と、研磨条件を設定する手段が設定した研磨の相対速度
に基づいて、研磨定盤の回転速度及び基板ホルダーの回
転速度を制御する手段とを備えている。

【００３３】本発明に係る第２の化学的機械研磨装置に
よると、研磨の開始時に研磨レートが零から所定値に到
達するまでの間、研磨の圧力（Ｐ）に対する研磨の相対
速度（Ｖ）の比率（Ｖ／Ｐ）が一定値を保ちながら研磨
レートが増加するので、つまり研磨の相対速度と研磨の
圧力とのバランスが保たれるので、異常な研磨が行なわ
れる事態及び被研磨基板が基板ホルダーから飛び出す事
態を回避することができる。

【００３４】前記の第２の目的を達成するため、本発明
に係る第３の化学的機械研磨装置は、回転可能に設けら
れた研磨定盤と、研磨定盤の上に設けられた研磨パッド
と、研磨パッドの上方に、回転可能であり且つ研磨パッ
ドに対して接近及び離反可能に設けられ、被研磨基板を
保持する基板ホルダーと、研磨レートが所定値から零に
到達するまでの間、研磨の圧力（Ｐ）に対する研磨の相
対速度（Ｖ）の比率（Ｖ／Ｐ）が一定値を保ちながら研
磨レートが減少するように、研磨の圧力及び研磨の相対
速度よりなる研磨条件を設定する手段と、研磨条件を設
定する手段が設定した研磨の圧力に基づいて、基板ホル
ダーを研磨パッドに接近させる加圧力を制御する手段
と、研磨条件を設定する手段が設定した研磨の相対速度
に基づいて、研磨定盤の回転速度及び基板ホルダーの回
転速度を制御する手段とを備えている。

【００３５】本発明に係る第３の化学的機械研磨装置に
よると、研磨の終了時に研磨の相対速度及び研磨の圧力
が所定値から零まで変化するまでの間、研磨の圧力
（Ｐ）に対する研磨の相対速度（Ｖ）の比率（Ｖ／Ｐ）
が一定値を保ちながら研磨レートが減少するので、つま
り研磨の相対速度と研磨の圧力とのバランスが保たれる
ので、被研磨膜にディッシングが発生する事態を回避す
ることができる。

【００３６】前記の第３の目的を達成するため、本発明
に係る第４の化学的機械研磨装置は、回転可能に設けら
れた研磨定盤と、研磨定盤の上に設けられた研磨パッド
と、研磨パッドの上方に、回転可能であり且つ研磨パッ
ドに対して接近及び離反可能に設けられ、研磨パッドの
表面をドレッシングするドレッサと、ＤＲＲ_min≦ｋ×
Ｐ×Ｖ≦ＤＲＲ_max（但し、ＤＲＲ_minは切削レートの
下限値であり、ＤＲＲ _maxは切削レートの上限値であ
り、ｋは実験により決まる定数であり、Ｐはドレッシン
グの圧力であり、Ｖはドレッシングの相対速度であ
る。）の式に基づいて、ドレッシングの圧力とドレッシ
ングの相対速度との積の範囲を求める手段と、ドレッシ
ングの圧力とドレッシングの相対速度との積の範囲内で
作業者が設定するドレッシングの圧力に基づいて、ドレ
ッサを研磨パッドに接近させる加圧力を制御する手段
と、ドレッシングの圧力とドレッシングの相対速度との
積の範囲内で作業者が設定するドレッシングの相対速度
に基づいて、研磨定盤の回転速度及びドレッサの回転速
度を制御する手段とを備えている。

【００３７】本発明に係る第４の化学的機械研磨装置に
よると、作業者は、ＤＲＲ_min≦ｋ×Ｐ×Ｖ≦ＤＲＲ
_maxの式に基づいて求められる、ドレッシングの圧力と
ドレッシングの相対速度との積の範囲内でドレッシング
の圧力及びドレッシングの相対速度を設定するため、切
削レートは一定になる。このため、ドレッサの表面に設
けられているダイヤモンドが研磨パッドの表面に突き刺
さって脱落してスクラッチが起きる事態を回避すること
ができる。

【００３８】前記の第１の目的を達成するため、本発明
に係る第１の化学的機械研磨方法は、回転可能に設けら
れた研磨定盤と、研磨定盤の上に設けられた研磨パッド
と、研磨パッドの上方に、回転可能であり且つ研磨パッ
ドに対して接近及び離反可能に設けられ、被研磨基板を
保持する基板ホルダーとを有する化学的機械研磨装置を
用いて行なう化学的機械研磨方法を対象とし、ＲＲ_min
≦ｋ×Ｐ×Ｖ≦ＲＲ_ma _x（但し、ＲＲ_minは研磨レート
の下限値であり、ＲＲ_maxは研磨レートの上限値であ
り、ｋは実験により決まる定数であり、Ｐは研磨の圧力
であり、Ｖは研磨の相対速度である。）の式に基づい
て、研磨の圧力と研磨の相対速度との積の範囲を求める
工程と、研磨の圧力と研磨の相対速度との積の範囲内で
作業者が設定する研磨の圧力に基づいて、基板ホルダー
を研磨パッドに接近させる加圧力を制御する工程と、研
磨の圧力と研磨の相対速度との積の範囲内で作業者が設
定する研磨の相対速度に基づいて、研磨定盤の回転速度
及び基板ホルダーの回転速度を制御する工程とを備えて
いる。

【００３９】本発明に係る第１の化学的機械研磨方法に
よると、作業者は、ＲＲ_min≦ｋ×Ｐ×Ｖ≦ＲＲ_maxの
式に基づいて求められる、研磨の圧力と研磨の相対速度
との積の範囲内で研磨の圧力及び研磨の相対速度を設定
するため、研磨レートは一定になる。このため、研磨の
終了時間を予め予測することができ、研磨の途中におい
て被研磨基板が基板ホルダーから飛び出してしまう事態
を回避できると共に、研磨剤の消費量を抑制することが
できる。

【００４０】本発明に係る第１の化学的機械研磨方法
は、ＷＩＷＮＵ_max≧ｍ×（Ｖ／Ｐ）（但し、ＷＩＷＮ
Ｕ_maxは研磨レートの面内ばらつきの最大値であり、ｍ
は実験により決まる定数である。）の式から、研磨の圧
力に対する研磨の相対速度の比率（Ｖ／Ｐ）の上限を求
める工程をさらに備え、加圧力を制御する工程は、積の
範囲内及び比率の上限以下で作業者が設定する研磨の圧
力に基づいて、基板ホルダーを研磨パッドに接近させる
加圧力を制御する工程を含み、回転速度を制御する工程
は、積の範囲内及び比率の上限以下で作業者が設定する
研磨の相対速度に基づいて、研磨定盤の回転速度及び基
板ホルダーの回転速度を制御する工程を含むことが好ま
しい。

【００４１】このようにすると、研磨レートに基板面内
における均一性を確保することができる。

【００４２】前記の第２の目的を達成するため、本発明
に係る第２の化学的機械研磨方法は、回転可能に設けら
れた研磨定盤と、研磨定盤の上に設けられた研磨パッド
と、研磨パッドの上方に、回転可能であり且つ研磨パッ
ドに対して接近及び離反可能に設けられ、被研磨基板を
保持する基板ホルダーとを有する化学的機械研磨装置を
用いて行なう化学的機械研磨方法を対象とし、研磨レー
トが零から所定値に到達するまでの間、研磨の圧力
（Ｐ）に対する研磨の相対速度（Ｖ）の比率（Ｖ／Ｐ）
が一定値を保ちながら研磨レートが増加するように、研
磨の圧力及び研磨の相対速度を設定する工程と、設定さ
れた研磨の圧力に基づいて、基板ホルダーを研磨パッド
に接近させる加圧力を制御する工程と、設定された研磨
の相対速度に基づいて、研磨定盤の回転速度及び基板ホ
ルダーの回転速度を制御する工程とを備えている。

【００４３】本発明に係る第２の化学的機械研磨方法に
よると、研磨の開始時に研磨レートが零から所定値に到
達するまでの間、研磨の圧力（Ｐ）に対する研磨の相対
速度（Ｖ）の比率（Ｖ／Ｐ）が一定値を保ちながら研磨
レートが増加するので、つまり研磨の相対速度と研磨の
圧力とのバランスが保たれるので、異常な研磨が行なわ
れる事態及び被研磨基板が基板ホルダーから飛び出す事
態を回避することができる。

【００４４】前記の第２の目的を達成するため、本発明
に係る第３の化学的機械研磨方法は、回転可能に設けら
れた研磨定盤と、研磨定盤の上に設けられた研磨パッド
と、研磨パッドの上方に、回転可能であり且つ研磨パッ
ドに対して接近及び離反可能に設けられ、被研磨基板を
保持する基板ホルダーとを有する化学的機械研磨装置を
用いて行なう化学的機械研磨方法を対象とし、研磨レー
トが所定値から零に到達するまでの間、研磨の圧力
（Ｐ）に対する研磨の相対速度（Ｖ）の比率（Ｖ／Ｐ）
が一定値を保ちながら研磨レートが減少するように、研
磨の圧力及び研磨の相対速度を設定する工程と、設定さ
れた研磨の圧力に基づいて、基板ホルダーを研磨パッド
に接近させる加圧力を制御する工程と、設定された研磨
の相対速度に基づいて、研磨定盤の回転速度及び基板ホ
ルダーの回転速度を制御する工程とを備えている。

【００４５】本発明に係る第３の化学的機械研磨方法に
よると、研磨の終了時に研磨の相対速度及び研磨の圧力
が所定値から零まで変化するまでの間、研磨の圧力
（Ｐ）に対する研磨の相対速度（Ｖ）の比率（Ｖ／Ｐ）
が一定値を保ちながら研磨レートが減少するので、つま
り研磨の相対速度と研磨の圧力とのバランスが保たれる
ので、被研磨膜にディッシングが発生する事態を回避す
ることができる。

【００４６】前記の第３の目的を達成するため、本発明
に係るドレッシング方法は、回転可能に設けられた研磨
定盤と、研磨定盤の上に設けられた研磨パッドと、研磨
パッドの上方に、回転可能であり且つ研磨パッドに対し
て接近及び離反可能に設けられ、研磨パッドの表面をド
レッシングするドレッサとを有する化学的機械研磨装置
を用いて行なうドレッシング方法を対象とし、ＤＲＲ
_min≦ｋ×Ｐ×Ｖ≦ＤＲＲ_max（但し、ＤＲＲ_minは切
削レートの下限値であり、ＤＲＲ_maxは切削レートの上
限値であり、ｋは実験により決まる定数であり、Ｐはド
レッシングの圧力であり、Ｖはドレッシングの相対速度
である。）の式に基づいて、ドレッシングの圧力とドレ
ッシングの相対速度との積の範囲を求める工程と、積の
範囲内で作業者が設定するドレッシングの圧力に基づい
て、ドレッサを研磨パッドに接近させる加圧力を制御す
る工程と、積の範囲内で作業者が設定するドレッシング
の相対速度に基づいて、研磨定盤の回転速度及びドレッ
サの回転速度を制御する工程とを備えている。

【００４７】本発明に係るドレッシング方法によると、
作業者は、ＤＲＲ_min≦ｋ×Ｐ×Ｖ≦ＤＲＲ_maxの式に
基づいて求められる、ドレッシングの圧力とドレッシン
グの相対速度との積の範囲内でドレッシングの圧力及び
ドレッシングの相対速度を設定するため、切削レートは
一定になる。このため、ドレッサの表面に設けられてい
るダイヤモンドが研磨パッドの表面に突き刺さって脱落
してスクラッチが起きる事態を回避することができる。

【００４８】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明
の第１の実施形態に係る化学的機械研磨装置について、
図１〜図３を参照しながら説明する。

【００４９】図１は第１の実施形態に係る化学的機械研
磨装置を示しており、回転可能に設けられた研磨定盤１
０の上に研磨パッド１１が設けられており、該研磨パッ
ド１１の上方には研磨パッド１１上に研磨剤（スラリ
ー）１２を供給する研磨剤供給管（研磨剤供給手段）１
３が設けられている。

【００５０】また、研磨パッド１１の上方には、例えば
半導体ウエハーよりなる被研磨基板１４を保持する基板
ホルダー１５が、回転可能であり且つ研磨パッド１１に
対して接近及び離反可能、つまり上下動可能に設けられ
ている。

【００５１】基板ホルダー１５の回転軸には、基板ホル
ダー１５の回転速度を制御する第１のモータ電流制御手
段１６と、基板ホルダー１５を研磨パッド１１に接近さ
せる加圧力（つまり基板ホルダー１５を下方に押圧する
押圧力）を制御するエアシリンダ１７とが設けられてい
る。

【００５２】また、研磨定盤１０の回転軸には、研磨定
盤１０の回転速度を制御する第２のモータ電流制御手段
１８が設けられている。

【００５３】コンピュータ２２は、第１のモータ電流制
御手段１６と、エアシリンダ１７と、第２のモータ電流
制御手段１８とを制御する。第１のモータ電流制御手段
１６に制御される基板ホルダー１５の回転速度は第１の
タコメータ１９によりモニターされ、第２のモータ電流
制御手段１８の回転速度は第２のタコメータ２１により
モニターされ、エアシリンダ１７の加圧力はロードセル
２０によりモニターされる。尚、コンピュータ２２が第
１のモータ電流制御手段１６、エアシリンダ１７及び第
２のモータ電流制御手段１８を制御する内容については
後述する。

【００５４】以下、コンピュータ２２に予め入力してお
く情報について説明する。

【００５５】図２は、研磨の相対速度と研磨の圧力との
関係を示しており、図２において実線で示す分数関数ａ
及び分数関数ｂは研磨レートが一定になる関係を表わ
し、破線で示す比例関数ｃは研磨レートの基板面内にお
けるばらつき（以下、単に研磨レートの面内ばらつきと
いう）が一定になる関係を表わしている。

【００５６】まず、分数関数について説明する。

【００５７】Prestonの式より、研磨レートＲＲ（Remov
al Rate ）は次式で表わされる。

【００５８】ＲＲ＝ｋ×Ｐ×Ｖ…………(1) 式(1) において、ｋは比例定数であって、被研磨膜、研
磨パッド又は研磨剤の種類によって決まる。Ｐは研磨の
圧力であり、Ｖは研磨の相対速度である。

【００５９】研磨レートＲＲを一定として、式(1) を研
磨の相対速度Ｖについて解くと、Ｖ＝ＲＲ／（ｋ×Ｐ）…………(2) となる。つまり、研
磨レートＲＲが一定のとき、相対速度Ｖと圧力Ｐとは分
数関数の関係で表わされることになる。

【００６０】次に、比例関係について説明する。

【００６１】研磨レートの面内ばらつきＷＩＷＮＵは、
相対速度Ｖと圧力Ｐとのバランスであるから、次式で表
される。

【００６２】ＷＩＷＮＵ＝ｍ×（Ｖ／Ｐ）…………(3) 式(3) において、ｍは定数である。

【００６３】式(3) において、Ｐが一定で且つＶが大で
あるならば、研磨は不安定になり、ＷＩＷＮＵは大とな
る。一方、Ｖが一定で且つＰが大であるならば、研磨は
安定し、ＷＩＷＮＵは小となる。すなわち、Ｖが一定で
且つＰが大であるならば、研磨レートの面内ばらつきは
小となる。

【００６４】式（３）をＷＩＷＮＵを一定として、Ｖに
ついて解くと、Ｖ＝（ＷＩＷＮＵ／ｍ）×Ｐ…………(4) となる。つまり、ＷＩＷＮＵが一定のとき、相対速度Ｖと圧力Ｐ
とは比例関係で表わされることになる。

【００６５】研磨レートの下限をＲＲ_minとし、研磨レ
ートの上限をＲＲ_maxとすると、ＲＲ_min≦ＲＲ≦ＲＲ_max…………(5) となる。尚、研
磨レートの下限ＲＲ_min及び上限ＲＲ_maxは、研磨に要
する時間及び化学的研磨装置の処理能力等に基づいて設
定される。

【００６６】式(1) 及び式(5) より、ＲＲ_min≦ｋ×Ｐ×Ｖ…………(6) ＲＲ_max≧ｋ×Ｐ×Ｖ…………(7) という２つの不等式が得られる。

【００６７】式(6) 及び式(7) をＶについて解くと、そ
れぞれ、Ｖ≧ＲＲ_min／（ｋ×Ｐ）…………(8) Ｖ≦ＲＲ_max／（ｋ×Ｐ）…………(9) となる。

【００６８】定数ｋは、或る相対速度及び或る圧力の下
で得られた研磨レートの値を使って、式(1) から実験的
に容易に求めることができる。

【００６９】式(8) は分数関数ａに相当し、式(9) は分
数関数ｂに相当するので、図２における分数関数ａと分
数関数ｂとの間の領域で、研磨の相対速度及び研磨の圧
力を設定すると、所望の研磨レートを確保できることに
なる。また、分数関数ａと分数関数ｂとの間の領域で研
磨の相対速度を大きくすると、被研磨膜の平坦性が向上
することになる。

【００７０】次に、研磨レートの面内ばらつきの上限値
ＷＩＷＮＵ_maxを考えると、ＷＩＷＮＵ_max≧ｍ×（Ｖ／Ｐ）…………(10)が成立す
る。

【００７１】式(10)をＶについて解くと、Ｖ≦（ＷＩＷＮＵ_max／ｍ）×Ｐ…………(11)という不
等式が得られる。

【００７２】式(11)は、比例関数ｃに相当するので、図
２において、比例関数ｃよりも下側の領域で研磨する
と、研磨レートの面内均一性を確保できる。

【００７３】従って、式(8) 、(9) 及び(11)の不等式で
囲まれる領域、つまり分数関数ａ及び分数関数ｂと、比
例関数ｃとによって囲まれる領域が、被研磨膜の平坦性
の向上と研磨レートの面内均一性との両立を図ることが
できる領域である。

【００７４】そして、分数関数ａ及び分数関数ｂと、比
例関数ｃとによって囲まれる領域内において、できるだ
け研磨の相対速度Ｖが大きくなると共に研磨の圧力Ｖが
小さくなるポイントを選択すると、被研磨膜の平坦性が
向上する。

【００７５】以下、分数関数ａ、分数関数ｂ及び比例関
数ｃを決定する具体例として、銅膜に対して行なう化学
的機械研磨について説明する。

【００７６】まず、定数ｋを求める方法について説明す
る。研磨レートの下限ＲＲ_min＝５００ｎｍ／ｍｉｎと
し、研磨レートの上限ＲＲ_max＝７００ｎｍ／ｍｉｎと
する。研磨の相対速度Ｖ＝８５６ｎｍ／ｍｉｎ、研磨の
圧力Ｐ＝２１０ｇ／ｃｍ²のとき、研磨レートＲＲ＝５
１０ｎｍ／ｍｉｎが得られるから、定数ｋは、ｋ＝２．
８４×１０^-3になる。

【００７７】次に、定数ｍを求める方法について図３を
参照しながら説明する。

【００７８】図３は、銅膜に対して行なう化学的機械研
磨において、研磨の圧力Ｐが１７５ｇ／ｃｍ²で一定の
とき、研磨の相対速度Ｖに対する、研磨レート及び研磨
レートの面内ばらつきの関係を示している。尚、図３に
おいて、○印は研磨レートを示し、△は研磨レートの面
内ばらつきを示している。

【００７９】図３に示すように、研磨の相対速度Ｖの増
加に伴って、式(1) に示すように、研磨レートも増加し
ていくが、研磨の相対速度Ｖが１５００ｎｍ／ｍｉｎを
超えると、研磨レートの増加が飽和する。そして、さら
に研磨の相対速度Ｖが増加すると、これまで維持されて
きた研磨レートの面内ばらつき、つまり１０％以下の研
磨レートの面内ばらつきが大きく劣化することが分か
る。研磨レートの面内ばらつきの上限値ＷＩＷＮＵ_max
＝１０％（＝０．１）とすると、図３より、定数ｍは、
ｍ＝１.１×１０^-2と考えてよい。

【００８０】ところで、図２は、前述の方法により求め
られた各定数（ｋ、ｍ、ＲＲ_min、ＲＲ_max、ＷＩＷＮ
Ｕ_max）を考慮して描かれた、研磨の圧力Ｐと研磨の相
対速度Ｖとの関係を示す特性図である。前述のように、
分数関数ａ及び分数関数ｂと、比例関数ｃとによって囲
まれる領域が、被研磨膜の平坦性の向上と研磨レートの
面内均一性との両立を図ることができる具体的な領域で
ある。

【００８１】以下、第１の実施形態に係る化学的機械研
磨装置を用いて行なう化学的機械研磨法について説明す
る。

【００８２】まず、前述の方法により求められる、定数
ｋ、定数ｍ、研磨レートの下限値ＲＲ_min、研磨レート
の上限値ＲＲ_max及び研磨レートの面内ばらつきの上限
値ＷＩＷＮＵ_max等からなる各情報をコンピュータ２２
に入力すると、コンピュータ２２は、入力された各情報
に基づき演算を行なって、分数関数ａ、分数関数ｂ及び
比例関数ｃを作成する。

【００８３】次に、分数関数ａ、分数関数ｂ及び比例関
数ｃにより囲まれる領域内において、平坦性の向上と研
磨レートの面内均一性の観点から、作業者が好ましいと
判断する研磨の相対速度Ｖ及び研磨の圧力Ｐをコンピュ
ータ２２に入力する。

【００８４】このような準備作業が終了すると、コンピ
ュータ２２は、研磨の相対速度Ｖに基づいて、研磨定盤
１０の回転速度及び基板ホルダー１５の回転速度を算出
し、算出した各回転速度を第１のモータ電流制御手段１
６及び第２のモータ電流制御手段１８にそれぞれ出力す
ると共に、研磨の圧力Ｐに基づいて基板ホルダー１５に
加える加圧力を算出し、算出した加圧力をエアシリンダ
１７に出力する。

【００８５】その後、研磨剤供給管１３から研磨パッド
１１の上に研磨剤１２を供給しながら、研磨定盤１０及
び基板ホルダー１５をそれぞれ所定の回転速度で回転さ
せると共に、基板ホルダー１５を所定の加圧力で下降さ
せて、基板ホルダー１５に保持されている被研磨基板１
４の表面を研磨パッド１１及び研磨剤１２により研磨す
る。

【００８６】第１の実施形態によると、分数関数ａと分
数関数ｂとの間の領域で、研磨の相対速度Ｖ及び研磨の
圧力Ｐを設定するため、被研磨基板１４に対して所定の
研磨レートで化学的機械研磨を行なうことができる。

【００８７】また、比例関数ｃよりも下側の領域で研磨
するため、研磨レートの面内均一性を確保することがで
きる。

【００８８】また、分数関数ａ、分数関数ｂ及び比例関
数ｃにより囲まれる領域内において、研磨の相対速度Ｖ
を大きくすると共に研磨の圧力Ｐを小さくすると、所定
の研磨レートを確保しながら、被研磨膜の平坦性の向上
と研磨レートの面内均一性との両立を図ることができ
る。

【００８９】（第２の実施形態）以下、本発明の第２の
実施形態に係る化学的機械研磨方法について、図４及び
図５を参照しながら説明する。

【００９０】第１の実施形態においては、研磨レートを
所定範囲内の或る一点、例えば図４において設定値Ａで
示す条件で研磨を行なうのであるが、図４において符号
ｄで示すような、研磨の開始時つまり研磨レートが０で
ある状態から、研磨レートが設定値Ａに到達するまでの
間、及び、研磨の終了時つまり研磨の相対速度及び圧力
が設定値Ａから０に移行するまでの間においては、被研
磨基板１４は非常に不安定な状態におかれている。

【００９１】研磨の相対速度及び研磨の圧力が０から設
定値Ａまで変化する過程においては、研磨の相対速度と
研磨の圧力とのバランスが崩れてしまって、つまり研磨
の相対速度が速やかに大きくなる一方で研磨の圧力が速
やかに大きくならないため、異常な研磨が行なわれたり
又は被研磨基板１４が基板ホルダー１５から飛び出した
りするという問題がある。また、研磨の相対速度及び研
磨の圧力が設定値Ａから０まで変化する過程において
は、研磨の相対速度と研磨の圧力とのバランスが崩れて
しまって、つまり研磨の相対速度が速やかに小さくなる
一方で研磨の圧力が速やかに小さくならないため、被研
磨膜にディッシングが発生するという問題がある。

【００９２】その理由は、基板ホルダー１５の回転速度
及び研磨定盤１０の回転速度は、第１のモータ電流制御
手段１６及び第２のモータ電流制御手段１８がコンピュ
ータ２２から制御信号を受けると速やかに変化する一
方、基板ホルダー１５が被研磨基板１４を研磨パッド１
１に押圧する加圧力は、エアシリンダ１７がコンピュー
タ２２から制御信号を受けても速やかに変化しない。こ
のため、研磨の相対速度と研磨の圧力とのバランスが崩
れてしまうので、正常な研磨が行なわれないのである。

【００９３】そこで、第２の実施形態においては、長い
応答時間を必要とする研磨の圧力の変化に対応させて、
研磨の相対速度を変化させるものである。以下、この方
法について、図５を参照しながら具体的に説明する。

【００９４】まず、化学的機械研磨工程の開始時におい
て研磨レートが零から所定値に増加するまでの期間、つ
まり研磨の相対速度及び研磨の圧力が零から設定値Ａに
移行するまでの期間について説明する。

【００９５】ｔ₁は時間の変化量であって、応答速度が
遅い加圧力の変化に基づき定められる最小の時間つまり
最短時間であり、Ｒ₁は時間の変化量ｔ₁の間に変化さ
せることができる研磨レートの最大値、つまり研磨レー
トの最大変化量である。従って、研磨の相対速度及び圧
力が０である状態から設定値Ａに移行するまでの間にお
いては、時間ｔ₁毎に研磨レートはＲ₁だけ増加する。
具体的には、エアシリンダ１７の加圧力を段階的に増加
させると共に、研磨の圧力Ｐに対する研磨の相対速度Ｖ
の比率（Ｖ／Ｐ）が一定になるように、研磨定盤１０の
回転速度及び基盤ホルダー１５の回転速度を制御する。
このようにすると、研磨の圧力Ｐに対する研磨の相対速
度Ｖの比率（Ｖ／Ｐ）は一定になる。

【００９６】次に、化学的機械研磨の終了時において研
磨レートが所定値から零に減少するまでの期間、つまり
研磨の相対速度及び研磨の圧力が設定値Ａから零に移行
するまでの期間について説明する。

【００９７】ｔ₂は時間の変化量であって、応答速度が
遅い加圧力の変化に基づき定められる最小の時間つまり
最短時間であり、Ｒ₂は時間の変化量ｔ₂の間に変化さ
せることができる研磨レートの最大値、つまり研磨レー
トの最大変化量である。従って、研磨の相対速度及び圧
力が設定値Ａから０に移行するまでの間においては、時
間ｔ₂毎に研磨レートはＲ₂だけ減少する。具体的に
は、エアシリンダ１７の加圧力を段階的に低減させると
共に、研磨の圧力Ｐに対する研磨の相対速度Ｖの比率
（Ｖ／Ｐ）が一定になるように、研磨定盤１０の回転速
度及び基盤ホルダー１５の回転速度を制御する。このよ
うにすると、研磨の圧力Ｐに対する研磨の相対速度Ｖの
比率（Ｖ／Ｐ）は一定になる。

【００９８】第２の実施形態においては、研磨レートが
０から設定値Ａに到達するまでの期間及び研磨レートが
設定値Ａから０に到達するまでの期間において、研磨の
圧力Ｐに対する研磨の相対速度Ｖの比率（Ｖ／Ｐ）が一
定になるので、研磨の相対速度と研磨の圧力とのバラン
スが崩れて、異常な研磨が行なわれたり又は被研磨基板
１４が基板ホルダー１５から飛び出したりするという事
態を回避することができる。

【００９９】（第３の実施形態）以下、本発明の第３の
実施形態に係る化学的機械研磨方法について、図６(a)
〜(d) 及び図７を参照しながら説明する。

【０１００】まず、図６(a) に示すように、基板上に堆
積された絶縁膜１００に配線溝１０１を形成した後、バ
リア層となる窒化タンタル膜１０２及び埋め込み配線と
なる銅膜１０３を順次堆積する。このようにすると、配
線溝１０１に起因して銅膜１０３には凹凸が形成され
る。

【０１０１】次に、図６(b) に示すように、銅膜１０３
に対して、高い研磨の相対速度及び低い研磨の圧力の条
件で第１段階のＣＭＰを行なって、銅膜１０３を平坦化
する。この第１段階のＣＭＰは、窒化タンタル膜１０２
が部分的に露出する段階で終了する。この場合の研磨の
相対速度及び研磨の圧力としては、分数関数ａ、分数関
数ｂ及び比例関数ｃで囲まれた領域内における高速且つ
低圧の条件、例えば図７における点Ｂの条件でＣＭＰを
行なう。また、点Ｂに到達するまでは、第２の実施形態
で説明した条件で行なうことが好ましい。

【０１０２】このように、低い研磨の圧力の条件でＣＭ
Ｐを行なうと、研磨パッド１１の弾性変形量が小さいた
め、研磨パッド１１の弾性変形が銅膜１０３の凹凸に追
随し難いので、高い平坦性が得られる。

【０１０３】また、点Ｂに到達するまでは、第２の実施
形態で説明した条件で行なうと、安定した条件でＣＭＰ
を行なうことができる。

【０１０４】次に、図６(c) に示すように、銅膜１０３
に対して、低い研磨の相対速度及び高い研磨の圧力の条
件で第２段階のＣＭＰを行なって、平坦化された銅膜１
０３における配線溝１０１から外部に露出している部分
を除去する。この場合の研磨の相対速度及び研磨の圧力
としては、分数関数ａ、分数関数ｂ及び比例関数ｃで囲
まれた領域内における低速且つ高圧の条件、例えば図７
における点Ｃの条件でＣＭＰを行なう。また、点Ｂから
点Ｃに移行する際には、分数関数ａ、分数関数ｂ及び比
例関数ｃで囲まれた領域内において、研磨の相対速度及
び研磨の圧力を設定する。

【０１０５】このように、高い研磨の相対速度の条件で
ＣＭＰを行なうと、研磨レートの均一性が得られる。

【０１０６】また、点Ｂから点Ｃに移行する際に、分数
関数ａ、分数関数ｂ及び比例関数ｃで囲まれた領域内に
おいて、研磨の相対速度及び研磨の圧力を変化させる
と、研磨レートを一定に保つことができるので、研磨終
了の時間を予測し易くなる。

【０１０７】次に、図６(d) に示すように、窒化タンタ
ル膜１０２における配線溝１０１から外部に露出してい
る部分を除去すると、バリア層１０２Ａ及び埋め込み配
線１０３Ａが得られる。

【０１０８】第３の実施形態によると、研磨レートを一
定にして安定した研磨を行ないつつ、高い平坦性及び研
磨レートの高い均一性を得ることができる。

【０１０９】尚、第３の実施形態においては、銅膜より
なる埋め込み配線１０３Ａを形成する場合について説明
したが、第３の実施形態はＳＴＩ（Shallow Trench Iso
lation）を形成する場合にも適用することができる。

【０１１０】（第４の実施形態）以下、本発明の第４の
実施形態に係る、化学的機械研磨におけるドレッシング
方法について、図８及び図９を参照しながら説明する。

【０１１１】図８は、第４の実施形態に係る化学的機械
研磨装置を示しており、回転可能に設けられた研磨定盤
１０の上に研磨パッド１１が設けられており、該研磨パ
ッド１１の上方には研磨パッド１１上に純水３２を供給
する純水供給管（純水供給手段）３３が設けられてい
る。

【０１１２】また、研磨パッド１１の上方には、表面に
ダイヤモンドが散りばめられたドレッサ３５が、回転可
能であり且つ研磨パッド１１に対して接近及び離反可
能、つまり上下動可能に設けられている。

【０１１３】ドレッサ３５の回転軸には、ドレッサ３５
の回転速度を制御する第１のモータ電流制御手段３６
と、ドレッサ３５を研磨パッド１１に接近させる加圧力
（つまりドレッサ３５を下方に押圧する押圧力）を制御
するエアシリンダ３７とが設けられている。

【０１１４】また、研磨定盤１０の回転軸には、研磨定
盤１０の回転速度を制御する第２のモータ電流制御手段
１８が設けられている。

【０１１５】コンピュータ４２は、第１のモータ電流制
御手段３６と、エアシリンダ３７と、第２のモータ電流
制御手段１８とを制御する。第１のモータ電流制御手段
３６に制御されるドレッサ３５の回転速度は第１のタコ
メータ３９によりモニターされ、第２のモータ電流制御
手段１８の回転速度は第２のタコメータ２１によりモニ
ターされ、エアシリンダ３７の加圧力はロードセル４０
によりモニターされる。尚、コンピュータ４２が第１の
モータ電流制御手段３６、ロードセル３７及び第２のモ
ータ電流制御手段１８を制御する内容については後述す
る。

【０１１６】以下、コンピュータ４２に予め入力してお
く情報について説明する。尚、ドレッシング方法におけ
るドレッシングの相対速度は研磨の相対速度と対応し、
ドレッシングの切削レートは研磨の研磨レートと対応す
る。

【０１１７】まず、分数関数について説明する。

【０１１８】切削レートＤＲＲ（Dressing Removal Rat
e ）は次式で表わされる。

【０１１９】ＤＲＲ＝Ｄｋ×Ｐ×Ｖ…………(12) 式(12)において、Ｄｋは比例定数であって、ドレッサ又
は研磨パッドの種類によって決まる。Ｐはドレッシング
の圧力であり、Ｖはドレッシングの相対速度である。

【０１２０】次に、比例関係について説明する。

【０１２１】切削レートの研磨パッド面内におけるばら
つき（以下、単に切削レートの面内ばらつきという）Ｄ
ＷＩＷＮＵは、相対速度Ｖと圧力Ｐとのバランスである
から、次式で表わされる。

【０１２２】ＤＷＩＷＮＵ＝Ｄｍ×（Ｖ／Ｐ）…………(13) 式(13)において、Ｄｍは定数である。

【０１２３】切削レートＤＲＲの下限をＤＲＲ_minと
し、切削レートＤＲＲの上限をＤＲＲ _maxとすると、ＤＲＲ_min≦ＤＲＲ≦ＤＲＲ_max…………(14)となる。
尚、切削レートＤＲＲの下限をＤＲＲ_min及び上限は、
切削に要する時間及びドレッサの処理能力等に基づいて
設定される。

【０１２４】式(12)及び式(14)より、ＤＲＲ_min≦Ｄｋ×Ｐ×Ｖ…………(15) ＤＲＲ_max≧Ｄｋ×Ｐ×Ｖ…………(16) という２つの不等式が得られる。

【０１２５】式(15)及び式(16)をＶについて解くと、そ
れぞれ、Ｖ≧ＤＲＲ_min／（Ｄｋ×Ｐ）…………(17) Ｖ≦ＤＲＲ_max／（Ｄｋ×Ｐ）…………(18) となる。

【０１２６】定数Ｄｋは、或る相対速度及び或る圧力の
下で得られた切削レートの値を使って、式(12)から実験
的に容易に求めることができる。

【０１２７】式(17)は図９における分数関数ｅに相当
し、式(18)は図９における分数関数ｆに相当するので、
分数関数ｅと分数関数ｆとの間の領域で、ドレッシング
の相対速度及びドレッシングの圧力を設定すると、所望
の切削レートを確保できることになる。すなわち、式(1
7)及び式(18)の不等式の間の領域は、研磨パッドの切削
レートを満足する領域である。

【０１２８】以下、第４の実施形態に係るドレッシング
方法について具体的に説明する。

【０１２９】まず、前述の方法により求められる、定数
Ｄｋ、定数Ｄｍ、切削レートの下限値ＤＲＲ_min、切削
レート上限値ＤＲＲ_max等からなる各情報をコンピュー
タ４２に入力すると、コンピュータ４２は、入力された
各情報に基づき演算を行なって、分数関数ａ及び分数関
数ｂを求める。

【０１３０】このような準備作業が終了すると、コンピ
ュータ４２は、ドレッシングの相対速度Ｖに基づいて、
研磨定盤１０の回転速度及びドレッサ３５の回転速度を
算出し、算出した各回転速度を第１のモータ電流制御手
段３６及び第２のモータ電流制御手段１８にそれぞれ出
力すると共に、ドレッシングの圧力Ｐに基づいてドレッ
サ１５に加える加圧力を算出し、算出した加圧力をエア
シリンダ３７に出力する。

【０１３１】その後、純水供給管３３から研磨パッド１
１の上に純水１２を供給しながら、研磨定盤１０及びド
レッサ３５をそれぞれ所定の回転速度で回転させると共
に、ドレッサ３５を所定の加圧力で下降させて、研磨パ
ッド１１の表面をドレッサ３５によりドレッシングす
る。

【０１３２】この場合、ドレッシング工程の後に行なわ
れる研磨工程で研磨の対象となる被研磨膜の種類に最適
な研磨パッド１１の表面状態が得られるような、ドレッ
シングの相対速度及び圧力を、分数関数ｅと分数関数ｆ
との間の領域で設定する。例えば、低速で且つ高圧でド
レッシングを行なうと、研磨パッド１１の表面を十分に
毛羽立たせることができると共に、高速で且つ低圧でド
レッシングを行なうと、研磨パッド１１の表面の毛羽立
ち状態を抑制することができる。

【０１３３】第４の実施形態によると、式(17)で表わさ
れる分数関数ｅと式(18)で表わされる分数関数ｆとの間
の領域で、ドレッシングの相対速度Ｖ及びドレッシング
の圧力Ｐを設定するため、研磨パッド１１に対して、所
定の切削レートで最適なドレッシングを行なうことがで
きる。

【０１３４】

【発明の効果】本発明に係る第１の化学的機械研磨装置
又は第１の化学的機械研磨方方法によると、研磨の終了
時間を予め予測することができ、研磨の途中において被
研磨基板が基板ホルダーから飛び出してしまう事態を回
避できると共に、研磨剤の消費量を抑制することができ
る。

【０１３５】本発明に係る第２の化学的機械研磨装置又
は第２の化学的機械研磨方法によると、異常な研磨が行
なわれる事態及び被研磨基板が基板ホルダーから飛び出
す事態を回避することができる。

【０１３６】本発明に係る第３の化学的機械研磨装置又
は第３の化学的機械研磨方法によると、被研磨膜にディ
ッシングが発生する事態を回避することができる。

【０１３７】本発明に係る第４の化学的機械研磨装置又
はドレッシング方法によると、ドレッサの表面に設けら
れているダイヤモンドが研磨パッドの表面に突き刺さっ
て脱落してスクラッチが起きる事態を回避することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る化学的機械研磨装置の全
体構成を示す概略図である。

【図２】第１の実施形態に係る化学的機械研磨方法にお
いて設定される研磨の相対速度及び研磨の圧力の範囲を
説明する図である。

【図３】第１の実施形態に係る化学的機械研磨方法にお
いて設定される研磨レートの範囲を説明する図である。

【図４】第２の実施形態に係る化学的機械研磨方法にお
いて設定される研磨レートの増加量を説明する図であ
る。

【図５】第２の実施形態に係る化学的機械研磨方法にお
いて設定される研磨レートの増加量及び減少量を説明す
る図である。

【図６】(a) 〜(d) は第３の実施形態に係る化学的機械
研磨方法を用いて埋め込み配線を形成する方法を示す工
程図である。

【図７】第３の実施形態に係る化学的機械研磨方法を用
いて埋め込み配線を形成する方法において適用される研
磨条件を説明する図である。

【図８】第４の実施形態に係る化学的機械研磨装置の全
体構成を示す概略図である。

【図９】第４の実施形態に係る化学的機械研磨方法にお
いて設定されるドレッシングの相対速度及びドレッシン
グの圧力の範囲を説明する図である。

【図１０】第１の従来例に係る化学的機械研磨装置の概
略図である。

【図１１】第２の従来例に係る化学的機械研磨装置の概
略図である。

【符号の説明】

１０研磨定盤１１研磨パッド１２研磨剤１３研磨剤供給管１４被研磨基板１５基板ホルダー１６第１のモータ電流制御手段１７エアシリンダ１８第２のモータ電流制御手段１９第１のタコメータ２０ロードセル２１第２のタコメータ２２コンピュータ３２純水３３純水供給管３５ドレッサ３６第１のモータ電流制御手段３７エアシリンダ１８第２のモータ電流制御手段３９第１のタコメータ４０ロードセル４２コンピュータ１００絶縁膜１０１配線溝１０２窒化タンタル膜１０２Ａバリア層１０３銅膜１０３Ａ埋め込み配線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ２４Ｂ 53/02 Ｂ２４Ｂ 53/02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転可能に設けられた研磨定盤と、前記研磨定盤の上に設けられた研磨パッドと、前記研磨パッドの上方に、回転可能であり且つ前記研磨
パッドに対して接近及び離反可能に設けられ、被研磨基
板を保持する基板ホルダーと、ＲＲ_min≦ｋ×Ｐ×Ｖ≦ＲＲ_max（但し、ＲＲ_minは研
磨レートの下限値であり、ＲＲ_maxは研磨レートの上限
値であり、ｋは実験により決まる定数であり、Ｐは研磨
の圧力であり、Ｖは研磨の相対速度である。）の式に基
づいて、研磨の圧力と研磨の相対速度との積の範囲を求
める手段と、前記積の範囲内で作業者が設定する研磨の圧力に基づい
て、前記基板ホルダーを前記研磨パッドに接近させる加
圧力を制御する手段と、前記積の範囲内で作業者が設定する研磨の相対速度に基
づいて、前記研磨定盤の回転速度及び前記基板ホルダー
の回転速度を制御する手段とを備えていることを特徴と
する化学的機械研磨装置。
【請求項２】ＷＩＷＮＵ_max≧ｍ×（Ｖ／Ｐ）（但
し、ＷＩＷＮＵ_maxは研磨レートの面内ばらつきの最大
値であり、ｍは実験により決まる定数である。）の式か
ら、研磨の圧力に対する研磨の相対速度の比率（Ｖ／
Ｐ）の上限を求める手段をさらに備え、前記加圧力を制御する手段は、前記積の範囲内及び前記
比率の上限以下で作業者が設定する研磨の圧力に基づい
て、前記基板ホルダーを前記研磨パッドに接近させる加
圧力を制御し、前記回転速度を制御する手段は、前記積の範囲内及び前
記比率の上限以下で作業者が設定する研磨の相対速度に
基づいて、前記研磨定盤の回転速度及び前記基板ホルダ
ーの回転速度を制御することを特徴とする請求項１に記
載の化学的機械研磨装置。
【請求項３】回転可能に設けられた研磨定盤と、前記研磨定盤の上に設けられた研磨パッドと、前記研磨パッドの上方に、回転可能であり且つ前記研磨
パッドに対して接近及び離反可能に設けられ、被研磨基
板を保持する基板ホルダーと、研磨レートが零から所定値に到達するまでの間、研磨の
圧力（Ｐ）に対する研磨の相対速度（Ｖ）の比率（Ｖ／
Ｐ）が一定値を保ちながら研磨レートが増加するよう
に、研磨の圧力及び研磨の相対速度よりなる研磨条件を
設定する手段と、前記研磨条件を設定する手段が設定した研磨の圧力に基
づいて、前記基板ホルダーを前記研磨パッドに接近させ
る加圧力を制御する手段と、前記研磨条件を設定する手段が設定した研磨の相対速度
に基づいて、前記研磨定盤の回転速度及び前記基板ホル
ダーの回転速度を制御する手段とを備えていることを特
徴とする化学的機械研磨装置。
【請求項４】回転可能に設けられた研磨定盤と、前記研磨定盤の上に設けられた研磨パッドと、前記研磨パッドの上方に、回転可能であり且つ前記研磨
パッドに対して接近及び離反可能に設けられ、被研磨基
板を保持する基板ホルダーと、研磨レートが所定値から零に到達するまでの間、研磨の
圧力（Ｐ）に対する研磨の相対速度（Ｖ）の比率（Ｖ／
Ｐ）が一定値を保ちながら研磨レートが減少するよう
に、研磨の圧力及び研磨の相対速度よりなる研磨条件を
設定する手段と、前記研磨条件を設定する手段が設定した研磨の圧力に基
づいて、前記基板ホルダーを前記研磨パッドに接近させ
る加圧力を制御する手段と、前記研磨条件を設定する手段が設定した研磨の相対速度
に基づいて、前記研磨定盤の回転速度及び前記基板ホル
ダーの回転速度を制御する手段とを備えていることを特
徴とする化学的機械研磨装置。
【請求項５】回転可能に設けられた研磨定盤と、前記研磨定盤の上に設けられた研磨パッドと、前記研磨パッドの上方に、回転可能であり且つ前記研磨
パッドに対して接近及び離反可能に設けられ、前記研磨
パッドの表面をドレッシングするドレッサと、ＤＲＲ_min≦ｋ×Ｐ×Ｖ≦ＤＲＲ_max（但し、ＤＲＲ
_minは切削レートの下限値であり、ＤＲＲ_maxは切削レ
ートの上限値であり、ｋは実験により決まる定数であ
り、Ｐはドレッシングの圧力であり、Ｖはドレッシング
の相対速度である。）の式に基づいて、ドレッシングの
圧力とドレッシングの相対速度との積の範囲を求める手
段と、前記積の範囲内で作業者が設定するドレッシングの圧力
に基づいて、前記ドレッサを前記研磨パッドに接近させ
る加圧力を制御する手段と、前記積の範囲内で作業者が設定するドレッシングの相対
速度に基づいて、前記研磨定盤の回転速度及び前記ドレ
ッサの回転速度を制御する手段とを備えていることを特
徴とする化学的機械研磨装置。
【請求項６】回転可能に設けられた研磨定盤と、前記
研磨定盤の上に設けられた研磨パッドと、前記研磨パッ
ドの上方に、回転可能であり且つ前記研磨パッドに対し
て接近及び離反可能に設けられ、被研磨基板を保持する
基板ホルダーとを有する化学的機械研磨装置を用いて行
なう化学的機械研磨方法であって、ＲＲ_min≦ｋ×Ｐ×Ｖ≦ＲＲ_max（但し、ＲＲ_minは研
磨レートの下限値であり、ＲＲ_maxは研磨レートの上限
値であり、ｋは実験により決まる定数であり、Ｐは研磨
の圧力であり、Ｖは研磨の相対速度である。）の式に基
づいて、研磨の圧力と研磨の相対速度との積の範囲を求
める工程と、前記積の範囲内で作業者が設定する研磨の圧力に基づい
て、前記基板ホルダーを前記研磨パッドに接近させる加
圧力を制御する工程と、前記積の範囲内で作業者が設定する研磨の相対速度に基
づいて、前記研磨定盤の回転速度及び前記基板ホルダー
の回転速度を制御する工程とを備えていることを特徴と
する化学的機械研磨方法。
【請求項７】ＷＩＷＮＵ_max≧ｍ×（Ｖ／Ｐ）（但
し、ＷＩＷＮＵ_maxは研磨レートの面内ばらつきの最大
値であり、ｍは実験により決まる定数である。）の式か
ら、研磨の圧力に対する研磨の相対速度の比率（Ｖ／
Ｐ）の上限を求める工程をさらに備え、前記加圧力を制御する工程は、前記積の範囲内及び前記
比率の上限以下で作業者が設定する研磨の圧力に基づい
て、前記基板ホルダーを前記研磨パッドに接近させる加
圧力を制御する工程を含み、前記回転速度を制御する工程は、前記積の範囲内及び前
記比率の上限以下で作業者が設定する研磨の相対速度に
基づいて、前記研磨定盤の回転速度及び前記基板ホルダ
ーの回転速度を制御する工程を含むことを特徴とする請
求項６に記載の化学的機械研磨方法。
【請求項８】回転可能に設けられた研磨定盤と、前記
研磨定盤の上に設けられた研磨パッドと、前記研磨パッ
ドの上方に、回転可能であり且つ前記研磨パッドに対し
て接近及び離反可能に設けられ、被研磨基板を保持する
基板ホルダーとを有する化学的機械研磨装置を用いて行
なう化学的機械研磨方法であって、研磨レートが零から所定値に到達するまでの間、研磨の
圧力（Ｐ）に対する研磨の相対速度（Ｖ）の比率（Ｖ／
Ｐ）が一定値を保ちながら研磨レートが増加するよう
に、研磨の圧力及び研磨の相対速度を設定する工程と、設定された研磨の圧力に基づいて、前記基板ホルダーを
前記研磨パッドに接近させる加圧力を制御する工程と、設定された研磨の相対速度に基づいて、前記研磨定盤の
回転速度及び前記基板ホルダーの回転速度を制御する工
程とを備えていることを特徴とする化学的機械研磨方
法。
【請求項９】回転可能に設けられた研磨定盤と、前記
研磨定盤の上に設けられた研磨パッドと、前記研磨パッ
ドの上方に、回転可能であり且つ前記研磨パッドに対し
て接近及び離反可能に設けられ、被研磨基板を保持する
基板ホルダーとを有する化学的機械研磨装置を用いて行
なう化学的機械研磨方法であって、研磨レートが所定値から零に到達するまでの間、研磨の
圧力（Ｐ）に対する研磨の相対速度（Ｖ）の比率（Ｖ／
Ｐ）が一定値を保ちながら研磨レートが減少するよう
に、研磨の圧力及び研磨の相対速度を設定する工程と、設定された研磨の圧力に基づいて、前記基板ホルダーを
前記研磨パッドに接近させる加圧力を制御する工程と、設定された研磨の相対速度に基づいて、前記研磨定盤の
回転速度及び前記基板ホルダーの回転速度を制御する工
程とを備えていることを特徴とする化学的機械研磨方
法。
【請求項１０】回転可能に設けられた研磨定盤と、前
記研磨定盤の上に設けられた研磨パッドと、前記研磨パ
ッドの上方に、回転可能であり且つ前記研磨パッドに対
して接近及び離反可能に設けられ、前記研磨パッドの表
面をドレッシングするドレッサとを有する化学的機械研
磨装置を用いて行なうドレッシング方法であって、ＤＲ
Ｒ_min≦ｋ×Ｐ×Ｖ≦ＤＲＲ_max（但し、ＤＲＲ_minは
切削レートの下限値であり、ＤＲＲ_maxは切削レートの
上限値であり、ｋは実験により決まる定数であり、Ｐは
ドレッシングの圧力であり、Ｖはドレッシングの相対速
度である。）の式に基づいて、ドレッシングの圧力とド
レッシングの相対速度との積の範囲を求める工程と、前記積の範囲内で作業者が設定するドレッシングの圧力
に基づいて、前記ドレッサを前記研磨パッドに接近させ
る加圧力を制御する工程と、前記積の範囲内で作業者が設定するドレッシングの相対
速度に基づいて、前記研磨定盤の回転速度及び前記ドレ
ッサの回転速度を制御する工程とを備えていることを特
徴とする化学的機械研磨方法。