JP3082850B2

JP3082850B2 - ウェーハ研磨装置

Info

Publication number: JP3082850B2
Application number: JP29575598A
Authority: JP
Inventors: 高男稲葉; 実沼本; 謙児酒井
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 1998-10-16
Filing date: 1998-10-16
Publication date: 2000-08-28
Anticipated expiration: 2018-10-16
Also published as: JP2000117623A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウェーハ研磨装置
に関し、特にウェーハ上にＩＣパターンを形成する工程
の途中で表面を平坦化するのに使用される化学的機械研
磨(Chemicla Mechanical Polishing:CMP) 法によるウェ
ーハ研磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＩＣの微細加工が進んでおり、多
層に渡ってＩＣパターンを形成することが行われてい
る。パターンを形成した層の表面にはある程度の凹凸が
生じるのが避けられない。従来は、そのまま次の層のパ
ターンを形成していたが、層数が増加すると共に線やホ
ールの幅が小さくなると良好なパターンを形成するのが
難しく、欠陥などが生じ易くなっていた。そこで、パタ
ーンを形成した層の表面を研磨して表面を平坦にした
後、次の層のパターンを形成することが行われている。
また、層間を接続するメタル層を形成するため、穴を形
成した後メッキなどでメタル層を形成し、表面のメタル
層を研磨して除去することで穴の部分のメタル層を残す
ことも行われている。このようなＩＣパターンを形成す
る工程の途中でウェーハを研磨するのには、ＣＭＰ法に
よるウェーハ研磨装置（ＣＭＰ装置）が使用される。

【０００３】図１は、ＩＣの製造工程におけるＣＭＰ法
による加工を説明する図であり、（１）は層間絶縁膜の
表面を研磨して平坦化する処理を、（２）は穴の部分の
メタル層のみが残るように表面を研磨する処理を示す。
図１の（１）に示すように、基板１上にメタル層などの
パターン２を形成した後層間絶縁膜３を形成すると、パ
ターン２の部分が他の部分よりも高くなり、表面に凹凸
が生じる。そこで、ＣＭＰ装置で表面を研磨し、右側の
ような状態にした後次のパターンを形成する。また、層
間を接続するメタル層を形成する場合には、（２）に示
すように、下層のパターン２の上に接続穴を形成した
後、メッキなどでメタル層４を全面に形成する。その
後、ＣＭＰ装置で表面のメタル層４がすべて除去される
まで研磨する。

【０００４】図２は、ＣＭＰ装置の基本構成を示す図で
ある。図示のように、ＣＭＰ装置は、研磨定盤１１とウ
ェーハ保持ヘッド２１とを有する。研磨定盤１１の表面
には、弾性がある研磨布１３が貼り付けられており、回
転軸１２を中心として回転する。回転する研磨定盤１１
の研磨布４上には、図示していないノズルから研磨材で
あるスラリが供給される。ウェーハ保持ヘッド２１は、
研磨するウェーハ１００を保持して研磨布１３に所定の
圧力で押し付けながら、回転軸２２を中心として回転す
る。これにより、保持されたウェーハの表面が研磨され
る。上記の研磨布１３には、スラリのウェーハとの接触
面への供給を容易にするために溝が設けられるのが一般
的である。図ではウェーハ保持ヘッド２１が１個の場合
を示したが、これでは研磨定盤１の右側などの部分を使
用しておらず、生産効率が十分でない。そこで、２個又
は４個などの複数個のウェーハ保持ヘッド２１を設け、
複数枚のウェーハを同時に研磨するのが一般的である。

【０００５】ＣＭＰ装置では、ＩＣパターンの表面を所
定量だけ正確に研磨することが要求される。研磨量を正
確に管理するため各種の方法が行われ提案されている。
もっとも正確に管理する方法には、研磨量を測定しなが
ら少しずつ研磨するプロセス制御方法がある。この方法
は、必要な膜厚にするために、数秒研磨しては残る膜圧
を測定し、研磨量が不足であれば再度研磨することを繰
り返す。しかし、これでは生産性が非常に低く、量産に
適用するのは難しいという問題があった。また、研磨中
に酸化膜下のメタル配線層との容量を検出する方式や、
研磨に必要なトルクが層の種類によって異なることを利
用してトルクの変化を検出する方式などが提案されてい
る。しかし、適用できる範囲が制限されることや、検出
精度の点などで十分とはいえないのが現状である。

【０００６】研磨量を管理する別の方法は、研磨プロセ
スを安定させて時間管理する方法である。この方法は、
あらかじめ研磨時間と研磨量の関係を示すモデルを作成
し、そのモデルに従って指示された研磨量だけ研磨する
のに必要な研磨時間を算出し、その時間だけ研磨を行
う。この方法は、簡単で研磨プロセスが安定であれば研
磨量も比較的正確である。

【０００７】別の方法として、研磨中のウェーハの厚さ
を直接測定してその変化から研磨量を算出することが考
えられるが、研磨中のウェーハの厚さを直接測定するの
は実際には困難である。そこで、ウェーハの厚さの変化
に相当する量、例えば、ラップ定盤上に配置される試料
保持具とウェーハを貼り付けた試料保持枠の間の上下方
向の相対位置の変化を電気マイクロメータなどの検出器
で検出する構成である。試料保持具はウェーハと同様に
ラップ定盤に接触しており、試料保持枠の変位を検出す
れば研磨量が検出できる。ラップ定盤でなく研磨布を使
用する場合には、研磨布が弾性体であるためウェーハの
中心と周辺で研磨むらが発生し、検出信号も安定しない
という問題がある。そこで、ウェーハの周囲に研磨面調
整リングを設けて、その内部での研磨布の変動を低減し
てウェーハの縁への研磨圧力の偏在を抑制すると共に、
ウェーハと研磨面調整リングの間に研磨布に接触する基
準パッドを設け、この基準パッドと試料保持枠との上下
方向の相対位置を検出する方法が提案されている。この
方法であれば、検出信号の変動が低減され、より高精度
の測定が可能になる。

【０００８】上記の方法を行う場合、ウェーハ、試料保
持具、研磨面調整リング及び基準パッドの研磨布に接触
している部分で研磨に伴う熱が発生し、これら各部の温
度分布を変化させる。そのため検出器を支持する部分や
検出器が接触する部分の相対位置が熱膨張により変化
し、検出信号に影響する。このような影響を除くため、
あらかじめ検出信号と実際の研磨量の関係を示すモデル
を作成し、そのモデルに従って検出信号を補正し、補正
した検出信号の値が所定値だけ変化した時に指示された
量だけ研磨が行われたと判定している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記の研磨時間と研磨
量の関係を示すモデルを作成して時間管理する方法や、
ウェーハの厚さの変化に相当する量を検出してモデルに
従って補正する方法では、参照ウェーハを研磨してその
前後のウェーハの厚さや膜厚の変化を測定してあらかじ
めモデルを作成している。しかし、温度や研磨布の磨耗
状態などの各種の要因が変動することによりこのモデル
の通りの研磨が行われず、研磨量に誤差を生じるという
問題が生じた。

【００１０】このような問題を解決するため、ダミーウ
ェーハを一緒に研磨したり、定期的にダミーウェーハを
研磨してモデルの補正が行われているが、ダミーウェー
ハを使用するので、その分スループットが低下するとい
う問題がある。本発明はこのような問題を解決するため
のもので、ウェーハ研磨装置における研磨量を正確に制
御できるようにすることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を実現するた
め、本発明のウェーハ研磨装置では、研磨する通常のウ
ェーハについて、実際の研磨量を測定し、その実測値と
研磨予定値を比較し、その差だけモデルを随時補正す
る。すなわち、本発明のウェーハ研磨装置は、表面に研
磨布が設けられた回転する研磨定盤と、ウェーハを保持
してウェーハの表面を研磨布に押し付けながら回転する
ウェーハ保持ヘッドと、研磨布の表面とウェーハの裏面
又はウェーハ保持ヘッドとの上下方向の相対位置の変化
を検出する変位測定器と、変位測定器の出力と実測値か
ら作成された変位測定器の出力を補正する研磨モデルに
従って、指示された研磨量データだけ研磨が行われるよ
うに制御する制御手段とを備えるウェーハ研磨装置にお
いて、研磨したウェーハの研磨量の実測値を測定する研
磨量測定手段と、研磨量測定手段で測定した研磨量の実
測値と研磨量データの差に応じて、研磨モデルを補正す
る研磨モデル補正手段とを備えることを特徴とする。

【００１２】本発明によれば、ダミーウェーハではな
く、通常のウェーハの研磨量の誤差に応じて随時モデル
が補正されるので、スループットを低下させることなし
に、その時点の状態に応じた最適なモデルで研磨量が制
御できる。従って、高精度の研磨量管理が可能になる。
研磨量測定手段は、例えば、ウェーハの厚さを測定する
ウェーハ厚測定器を有し、研磨前と研磨後のウェーハの
厚さの差から研磨量の実測値を算出する方式や、ウェー
ハの上に形成された酸化絶縁膜の層厚を検出する膜厚測
定器を有し、研磨前と研磨後の酸化絶縁膜の層厚の差か
ら研磨量の実測値を算出する方式がある。

【００１３】本発明では、研磨モデルとしては、研磨布
の表面とウェーハの裏面又はウェーハ保持ヘッドとの上
下方向の相対位置の変化を検出する変位測定器を利用す
る場合の変位測定器の出力と実測値から作成された変位
測定器の出力を補正するモデルを対象とする。補正の方
法としては、研磨量の実測値と研磨量データの中間値が
得られるように研磨モデルを補正する方法などがある
が、他にも研磨量の実測値と研磨量データの差が大きく
なった時に補正する方法などが考えられる。

【００１４】

【発明の実施の形態】ＣＭＰ装置は、高精度の研磨が行
えるといった研磨品質に関する高性能化と共に、スルー
プットといった処理効率の改善や設置面積を小さくする
といったことが要求されている。そこで、複数台の研磨
定盤を設け、複数台の研磨定盤へのウェーハの供給を行
うウェーハロード部と複数台の研磨定盤からのウェーハ
の搬出を行うウェーハアンロード部を共通化することが
行われている。このような構成であれば、複数台の研磨
定盤に対してウェーハロード部とウェーハアンロード部
はそれぞれ１個でよいので、設置面積を小さくできる。
また、研磨に要する時間に比べて、ウェーハロード部か
ら研磨定盤上へのウェーハの搬送や研磨定盤からウェー
ハアンロード部へのウェーハの搬送に要する時間は短い
ので、このような構成にしても処理効率が低下すること
はない。更に、ウェーハの研磨においては、研磨速度は
早いが精度が十分でない粗研と研磨速度は遅いが高精度
の研磨ができる精研を組み合わせて行う場合があるが、
上記のような構成であれば、複数台の研磨定盤のうちの
１台で精研を行い、他の研磨定盤で粗研を行うといった
運用も可能である。以下に説明する実施例では、上記の
ようなＣＭＰ装置を例として説明する。

【００１５】図３は、本発明の第１実施例のＣＭＰ装置
のレイアウトを示す上面図である。図示のように、２台
の研磨定盤１４と１５が設けられており、その上にウェ
ーハを保持して押し付ける２個のウェーハ保持ヘッド３
１と３２が設けられている。ウェーハ保持ヘッド３１と
３２は、それぞれウェーハ保持回転機構３３と３４及び
３５と３６を有する。各ウェーハ保持回転機構はウェー
ハを吸着して保持でき、研磨時には空気圧により研磨定
盤１４と１５に設けられた研磨布に押し付ける。ウェー
ハ保持ヘッド３１と３２は、一端が回転軸４０に、他端
が環状のガイド３９に支持された回転バー３７と３８に
吊り下げられ、回転バー３７と３８の回転に応じて回転
できるようになっている。これにより、ウェーハ保持ヘ
ッド３１と３２は、ウェーハロード部４１とウェーハア
ンロード部４２の上に移動できるようになっている。

【００１６】複数個のウェーハカセット６３に収容され
た研磨前の未研磨ウェーハは、移動機構６２上を移動可
能に支持された搬送アーム６１により取り上げられ、中
継台５９上に載置される。搬送アーム５８は、中継台５
９上に載置されたウェーハを第１のウェーハ厚さ測定器
５７に搬送する。この第１のウェーハ厚さ測定器５７
は、例えば、２個の電気マイクロメータの触針をウェー
ハの両面に接触させてその出力の和から厚さを求める測
定器である。厚さの測定は、ウェーハの複数箇所につい
て行われることが望ましい。厚さが確認されたウェーハ
は、搬送アーム４７によりウェーハロード部４１上の受
け部材４３と４４上に載置される。

【００１７】ウェーハアンロード部４２上の受け部材４
５と４６上に載置された研磨が終了した研磨済ウェーハ
は、搬送アーム４８により第１洗浄器５１上に載置され
る。第１洗浄器５１で洗浄されたウェーハは、搬送アー
ム５４により隣の第２洗浄器５２上に載置される。この
ように研磨済ウェーハの洗浄は、２段階で行われる。第
２洗浄器５２での第２段階の洗浄が終了したウェーハ
は、搬送アーム５５により乾燥器５３上に載置され乾燥
される。搬送アーム５４と５５は、移動機構５６上を移
動可能に支持されている。乾燥器５３で乾燥されたウェ
ーハは、搬送アーム６１により第２のウェーハ厚さ測定
器６０に搬送され、第１のウェーハ厚さ測定器５７で厚
さを測定したのと同じ位置について研磨後のウェーハの
厚さが測定される。第１のウェーハ厚さ測定器５７の測
定した厚さと第２のウェーハ厚さ測定器６０の測定した
厚さの差が研磨量である。厚さの測定が終了したウェー
ハは、搬送アーム６１によりウェーハカセット６３に戻
される。搬送アーム６１は、移動機構６２上を移動可能
に支持されている。

【００１８】研磨定盤１４と１５、及びウェーハ保持ヘ
ッド３１と３２のウェーハ保持回転機構３３と３４及び
３５と３６は、従来と同じ構成のものが使用できるが、
ここでは空気圧により、所定の圧力でウェーハを研磨布
に押し付ける構造のウェーハ保持回転機構を使用した。
図４は、ウェーハ保持ヘッド３１のウェーハ保持回転機
構３３の構成を示す図である。

【００１９】図示のように、ウェーハ保持回転機構３３
は、キャリア部材７１、研磨面調整リング７４と、ガイ
ドリング７５と、回転基板７７と、回転ガイド板８０
と、スリップリングを有する回転軸８２と、ギア８３、
８４と、モータ８５を有する。キャリア部材７１には、
空気を噴出する空気口７２と負圧が印加される吸着口７
３が設けられている。空気口７２から噴出される空気圧
でウェーハ１００を研磨布１３に押し付け、吸着口７３
に負圧を印加することでウェーハ１００をキャリア部材
７１に吸着して保持する。研磨面調整リング７４は、研
磨布１３に所定の圧力で接触して、内部の研磨布１３の
状態を一様にして、研磨むらが生じるのを防止する。ま
た、ウェーハ保持ヘッド３１が上方に移動する場合に
は、キャリア部材７１を保持し、ウェーハ１００を研磨
布１３に押し付ける場合には、キャリア部材７１に対し
て相互に拘束しない状態になる。ガイドリング７５は、
ウェーハ保持ヘッド３１が上方に移動する場合には、研
磨面調整リング７４を保持し、ウェーハ１００を研磨布
１３に押し付ける場合には、研磨面調整リング７４に対
して相互に拘束しない状態になる。

【００２０】回転基板７７とキャリア部材７１及び研磨
面調整リング７４の間には、ゴムシート７６が設けられ
ており、空気口７８から所定の圧力の空気圧を印加する
ことでキャリア部材７１を所定の圧力で押し下げ、空気
口７９から所定の圧力の空気圧を印加することで研磨面
調整リング７４所定の圧力で押し下げる。空気口７８か
らの空気圧でキャリア部材７１を押し下げると、キャリ
ア部材７１とウェーハ１００の間の間隙が変化し、空気
孔７２から噴出される空気圧が同じでもウェーハ１００
が研磨布１３に押し付けられる圧力を変化させることが
できる。

【００２１】回転基板７７は、ベアリング８１を介して
回転ガイド板８０に回転可能に支持されており、モータ
８５が回転すると、ギア８４と回転軸８２のギア８３を
介して回転する。図５は、第１実施例のＣＭＰ装置の制
御部の構成を示す図である。図示のように、制御部はコ
ンピュータ９１を有し、これにディスプレイ９２と、キ
ーボードなどの入力装置９３と、モータやエアーバルブ
などのアクチュエータのドライバ群９４、通信インター
フェース９５、センサ群９６、第１のウェーハ厚さ測定
器５７及び第２のウェーハ厚さ測定器６０などが接続さ
れている。この制御部は、通信インターフェース９５を
介してＩＣの製造工程全体を管理するホストコンピュー
タに接続されている。オペレータは、ディスプレイ９２
を見ながら入力装置９３からウェーハ番号に対応させて
研磨量などを指示する。これに応じて、コンピュータ９
１は、センサ群９６の検出信号を監視しながらアクチュ
エータのドライバ群９４を駆動して、ウェーハカセット
６３に収容されたウェーハを順次研磨するようにＣＭＰ
装置を制御する。

【００２２】本実施例のＣＭＰ装置では、研磨量は、あ
らかじめ作成された研磨時間と研磨量のモデルに従って
指示された研磨量に対応する研磨時間を算出して、この
時間だけ研磨を行うことで制御される。以下、研磨量の
制御について説明する。図６は、本実施例の研磨時間と
研磨量のモデル及びその補正を説明する図である。あら
かじめ、同じ膜構造のダミーウェーハを、研磨布、スラ
リ、押圧力、回転速度などの研磨条件を同じにして研磨
し、研磨前後の厚さを測定する。これを複数の研磨時間
について行い、図６の（１）に示すような研磨時間と研
磨量の関係を求める。ここでは研磨時間と研磨量が比例
するように示したが、かならずしも比例するとは限らな
い。コンピュータ９１は、このような研磨時間と研磨量
の関係を記憶しており、指示された研磨量に応じて必要
な研磨時間を算出し、その時間研磨を行うことで、指示
された研磨量だけ研磨を行う。

【００２３】しかし、図６の（１）に示した研磨時間と
研磨量の関係は、研磨中に温度や研磨布の磨耗具合など
の条件が変化すると、それに応じて変化する。このよう
な温度や研磨布の磨耗具合などの条件は、変化が避けら
れない条件である。ここで、研磨中にこのような条件が
変化しても、研磨時間と研磨量の関係は同じ傾向で、変
化率が変わるだけであるとみなせる場合がほとんどであ
る。例えば、研磨時間と研磨量が比例して変化する図６
の（１）のような場合には、傾きが変化するだけであ
る。そこで、コンピュータ９１は、研磨の前に第１のウ
ェーハ厚さ測定器５７での研磨前のウェーハの厚さの測
定結果を取り込んで記憶し、研磨後に第２のウェーハ厚
さ測定器６０での研磨後のウェーハの厚さの測定結果を
取り込んでその差を算出する。この差が実際の研磨量に
相当する。

【００２４】例えば、図６の（２）に示すように、研磨
量Ａだけ研磨を行うように指示されると、破線で示す研
磨時間と研磨量の関係に基づいて研磨時間Ｔが算出され
る。時間Ｔだけ研磨したところ、実際の研磨量はＢであ
ったので、Ｂ−Ａだけ差が生じたことになる。そこで、
本実施例では、研磨時間Ｔに対して（Ａ＋Ｂ）／２＝Ｃ
の研磨量になるように、研磨時間と研磨量の関係を補正
し、次の研磨はこの補正した関係に基づいて研磨時間を
決定する。このような補正にするのは、研磨前後のウェ
ーハの厚さの測定から算出した研磨量の測定誤差を考慮
したためである。このような測定誤差が無視できるほど
小さければ、研磨時間Ｔに対してＢの研磨量になるよう
に、研磨時間と研磨量の関係を補正するようにしてもよ
い。

【００２５】図７は、本実施例における処理を示すフロ
ーチャートである。本実施例では、ウェーハ保持ヘッド
３１、３２はそれぞれ２枚のウェーハを同時に研磨する
ので、ステップ２０１では、２枚のウェーハの研磨量デ
ータを、通信インターフェース９５又は入力装置９３か
ら受け取る。なお、同じ処理を行うウェーハであれば、
研磨量は同じであるので、ステップ２０１は最初に行う
だけの場合もある。

【００２６】ステップ２０２では、第１のウェーハ厚さ
測定器５７で、研磨前の２枚のウェーハの厚さを測定す
る。ステップ２０３では、研磨モデルから研磨量データ
に応じた研磨時間を算出する。ステップ２０４で研磨を
開始し、ステップ２０５で研磨時間が経過したか判定す
る。研磨時間が経過したら、ステップ２０６で研磨を停
止し、ステップ２０７で洗浄と乾燥を行って、ステップ
２０８で、第２のウェーハ厚さ測定器６０で研磨後の２
枚のウェーハの厚さを測定し、ステップ２０９で２枚の
ウェーハの研磨量を算出する。

【００２７】ステップ２１０では、２枚のウェーハの研
磨量の差が第１所定値以上であるか判定する。２枚のウ
ェーハの研磨量の差が第１所定値以上である場合には、
そのまま研磨を続行できないのでエラー信号を発生す
る。これに応じて、２個のウェーハ保持回転機構の圧力
などの設定条件を修正する。ステップ２１１では、研磨
量と研磨量データの差を算出する。ここで、例えば、２
枚のウェーハの研磨量の平均を研磨量として計算を行
う。ステップ２１２では、研磨量と研磨量データの差が
第２所定値以上であるか判定する。正常であれば、徐々
に差が大きくなっても、突然大きな差が生じることはな
いので、大きな差が生じた場合には異常が発生したと考
えられるので、エラー信号を発生する。ステップ２１３
では、研磨量と研磨量データの差に応じて、図６の
（２）で説明したような方法で研磨モデルを補正する。
ステップ２１４では、同じ条件で研磨するウェーハが残
っているか判定し、残っていればステップ２０１に戻
り、なければ終了する。

【００２８】なお、第１及び第２のウェーハ厚さ測定器
では、１枚のウェーハの複数箇所の厚さを測定するが、
これらの箇所の研磨量の差があまり大きくなった場合に
も異常が生じたと考えられるので、エラー信号を発生す
るようにしてもよい。図８は、本発明の第２実施例のＣ
ＭＰ装置のレイアウトを示す上面図である。第１実施例
と異なるのは、第１のウェーハ厚さ測定器５７の代わり
に中継台６４が設けられ、中継台５９が除かれ、第２の
ウェーハ厚さ測定器６０の代わりに酸化絶縁膜厚測定器
６５が設けられている点である。このＣＭＰ装置は酸化
絶縁膜の研磨用であり、研磨の前後では酸化絶縁膜厚測
定器６５により酸化絶縁膜の厚さを測定し、研磨の前後
の酸化絶縁膜の厚さの差から研磨量を算出する。

【００２９】図９は、酸化絶縁膜厚測定器６５の測定原
理を説明する図であり、（１）が基本構成を、（２）が
得られる検出信号を示す。図９の（１）に示すように、
白色光源３０１の光はスリット３０２を通過してレンズ
３０３で平行光にされる。この平行光の一部は、ビーム
スプリッタ３０４を通過して酸化絶縁膜３が形成された
ウェーハ１００（基板１）に垂直に入射する。酸化絶縁
膜３の厚さは数百ｎｍ程度の厚さであり、光学的膜厚の
２倍（又はその整数倍）の波長の光は、干渉により反射
光が強くなる。この反射光をビームスプリッタ３０４で
分離し、プリズム３０５を通過させ、更にレンズ３０６
を通過させて、スリット３０７を通過した光を光検出器
３０８で検出する。プリズム３０５を通過した光は波長
に応じて屈折方向が異なり、スリット３０７を通過する
のは狭い波長範囲の光である。すなわち、ある波長の光
のみが光検出器３０８で検出されることになる。ここ
で、プリズム３０５を回転すると、スリット３０７を通
過する光の波長が変化する。従って、光検出器３０８は
プリズム３０５の回転に伴って各波長の光の強度を検出
することになる。上記のように、ウェーハ１００で反射
された光は、光学的膜厚の２倍（又はその整数倍）の波
長の成分が干渉により強度が強くなるので、図９の
（２）に示すような検出信号が得られる。従って、信号
がピークになる波長を検出すれば、光学的膜厚が測定で
き、それと酸化絶縁膜３の屈折率から膜厚が求まる。

【００３０】また、ウェーハ保持回転機構３３〜３６
は、研磨中にウェーハ厚の変化に相当する量を検出する
検出器を有しており、研磨量の制御がこの検出器の検出
信号に基づいて行われる点が第１実施例とは異なる。図
１０は、第２実施例のＣＭＰ装置のウェーハ保持回転機
構の構成を示す図である。図１０に示した第２実施例の
ウェーハ保持回転機構が第１実施例のものと異なるの
は、研磨面調整リング１１０とキャリア部材１２１の間
に基準パッドリング１４１が設けられており、基準パッ
ドリング１４１には中心部に伸びるアーム１４２が設け
られており、アーム１４２の中心部に設けられたボビン
１３１と、キャリア部材１２１に設けられたコア１３２
で差動トランスが構成され、キャリア部材１２１と基準
パッドリング１４１の間の上下方向の相対位置の変化が
検出できるようになっている点である。

【００３１】上記のボビン１３１とコア１３２で構成さ
れる差動トランスから得られる信号は、図１１の（１）
に示すように、研磨定盤１１の回転周期（ウェーハ保持
回転機構の回転周期も同じであるとする。）で激しく変
動するので、研磨定盤１１の回転周期内のサンプリング
回数の整数倍のサンプリング数で移動平均データを算出
して、移動平均データを使用する。図１２の（１）は、
図１の（１）に示したような酸化絶縁膜３を研磨した時
の移動平均を示す図である。図示のように、研磨を開始
してからある時間経過するまでの期間Ａでは、移動平均
が激しく変動している。研磨を行っているので、移動平
均が増加することは考えられず、このような変動は、研
磨開始からある程度の時間までは、全面に渡るスラリの
供給が安定せず、研磨による熱の発生が始まるなどの要
因によると思われる。この期間は同じ研磨条件であれ
ば、比較的一定であり、この期間を経過すれば移動平均
データは安定するので、本実施例では、研磨開始から期
間Ａの間のデータは使用せず、期間Ｂのデータのみを使
用して研磨量を算出している。

【００３２】更に、同じ条件でダミーウェーハの研磨を
行い、複数の研磨時間で研磨を停止し、研磨の前後で酸
化絶縁膜膜の厚さを測定した結果から、図１２の（１）
に示すようなデータを示す場合、研磨量の実測値は図１
２の（２）に示すような変化を示すことが分かった。こ
のような差が生じるのは、研磨による熱の発生は研磨の
間行われるので、検出器を支持するキャリアやパッド及
びアームなどの各部の温度分布が変化して熱膨張量が変
化し、検出器の相対位置を変化させるためと予想され
る。また、検出器自体にも温度特性があるので、検出器
の部分の温度が変化すれば検出信号が変化する。このよ
うな移動平均データと実測値の差は、研磨の条件が同じ
であれば、同じように発生した。そこで、図１２の
（１）と（２）の差を算出して（３）のような補正モデ
ルを作成して記憶しておき、図１２の（１）の移動平均
データから上記の補正値を減算して補正データを算出す
るようにしている。そして、この移動平均データを補正
した後の値が所定の値になった時に研磨を停止してい
る。

【００３３】ところで、図１２の（３）のような補正モ
デルも各種の要因により変動することが分かった。その
ため、移動平均データを補正した後の値が所定の値にな
った時に研磨を停止しても実際の研磨量が所望の値にな
らないことが生じた。そこで、第２実施例では、このよ
うな研磨予定量と実際の研磨量に応じて補正モデルを変
更する。この変更は、例えば、図１２の（３）に示す補
正値カーブを、研磨開始時点でのずれはゼロで、研磨時
間の位置で研磨予定量と実際の研磨量の差分だけずれる
ように各研磨時間における補正値を徐々にずらせば比較
的よい対応が得られた。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のウェーハ
研磨装置によれば、ウェーハの研磨量が、より高精度に
測定できるようになるので、ＣＭＰ装置における研磨量
の管理がより高精度に行えるようになる。これにより、
高集積度のＩＣを高い歩留りで効率よく生産することが
可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＩＣの製造工程におけるＣＭＰ法による加工を
説明する図である。

【図２】ウェーハ研磨装置の基本構成を模式的に示す図
である。

【図３】本発明の第１実施例のウェーハ研磨装置のレイ
アウトを示す上面図である。

【図４】第１実施例のウェーハ研磨装置のウェーハ保持
回転機構を示す図である。

【図５】第１実施例のウェーハ研磨装置の制御部の構成
を示す図である。

【図６】第１実施例における研磨モデルとその研磨モデ
ルの補正を説明する図である。

【図７】第１実施例における処理動作を示すフローチャ
ートである。

【図８】本発明の第２実施例のウェーハ研磨装置のレイ
アウトを示す上面図である。

【図９】第２実施例で使用する酸化絶縁膜の膜厚測定器
の原理を説明する図である。

【図１０】第２実施例のウェーハ研磨装置のウェーハ保
持回転機構を示す図である。

【図１１】第２実施例における研磨中のウェーハ厚検出
信号の例を示す図である。

【図１２】第２実施例におけるウェーハ厚検出信号とそ
の補正のための研磨モデル及び補正データを示す図であ
る。

【符号の説明】

１１…研磨定盤２１、３１、３２…ウェーハ保持ヘッド５７、６０…ウェーハロードの厚さ測定器６５…酸化絶縁膜の膜厚測定器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平８−288245（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−45568（ＪＰ，Ａ) 特開平９−298175（ＪＰ，Ａ) 特開平６−270053（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−257742（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B24B 37/04 H01L 21/304 622

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に研磨布が設けられた回転する研磨
定盤と、ウェーハを保持して該ウェーハの表面を前記研磨布に押
し付けながら回転するウェーハ保持ヘッドと、前記研磨布の表面と前記ウェーハの裏面又は前記ウェー
ハ保持ヘッドとの上下方向の相対位置の変化を検出する
変位測定器と、前記変位測定器の出力と実測値から作成された前記変位
測定器の出力を補正する研磨モデルに従って、指示され
た研磨量データだけ研磨が行われるように制御する制御
手段とを備えるウェーハ研磨装置において、研磨したウェーハの研磨量の実測値を測定する研磨量測
定手段と、該研磨量測定手段で測定した研磨量の実測値と前記研磨
量データの差に応じて、前記研磨モデルを補正する研磨
モデル補正手段とを備えることを特徴とするウェーハ研
磨装置。
【請求項２】請求項１に記載のウェーハ研磨装置であ
って、前記ウェーハの周囲に前記研磨布に接触するように設け
られた研磨面調整リングと、前記ウェーハと前記研磨面調整リングの間に前記研磨布
に接触するように設けられた基準パッドとを備え、前記変位測定器は、前記基準パッドと前記ウェーハ保持
ヘッドとの上下方向の相対位置の変化を検出するウェー
ハ研磨装置。
【請求項３】請求項１又は２に記載のウェーハ研磨装
置であって、前記研磨量測定手段は、前記ウェーハの厚さを測定する
ウェーハ厚測定器を有し、研磨前と研磨後のウェーハの
厚さの差から前記研磨量の実測値を算出するウェーハ研
磨装置。
【請求項４】請求項１又は２に記載のウェーハ研磨装
置であって、前記研磨量測定手段は、前記ウェーハの上に形成された
酸化絶縁膜の層厚を検出する膜厚測定器を有し、研磨前
と研磨後の前記酸化絶縁膜の層厚の差から前記研磨量の
実測値を算出するウェーハ研磨装置。
【請求項５】請求項１から４のいずれか１項に記載の
ウェーハ研磨装置であって、前記研磨モデル補正手段は、研磨量の実測値と前記研磨
量データの中間値が得られるように、前記研磨モデルを
補正するウェーハ研磨装置。