(57)【要約】      （修正有）【課題】研磨レート及び研磨の均一性の低下が小さい研磨方法及び研磨装置を提供する。【解決手段】表面に研磨パッド１３が貼り付けられた回転可能なプラテン１１と、ウエハ１０を研磨パッド１３に押し付けるように回転可能に保持するウエハ保持機構１４とを備える研磨装置において、表面がシリコン材３２で形成されたシリコン部材３０を、回転する研磨パッド１３に押し付けるシリコン部材保持手段を備える。【選択図】図４
2006351928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するプラテンの表面に貼り付けられた研磨パッドに、表面に酸化膜材料を有するウエハを接触させて研磨する研磨方法において、
研磨中に、表面がシリコンで形成されたシリコン部材を、回転する前記研磨パッドに接触させることを特徴とする研磨方法。
【請求項２】
前記シリコン部材は、前記ウエハを接触させる位置と異なる位置で、前記研磨パッドに接触される請求項１に記載の研磨方法。
【請求項３】
前記シリコン部材は、前記ウエハと同一の表面形状を有する請求項２に記載の研磨装置。
【請求項４】
前記シリコン部材は、前記ウエハの周囲を囲むリング形状を有し、前記ウエハを接触させる位置の周囲で、前記研磨パッドに接触される請求項１に記載の研磨方法。
【請求項５】
回転するプラテンの表面に貼り付けられた研磨パッドに、表面に酸化膜材料を有する研磨対象ウエハを接触させて研磨する研磨方法において、
研磨対象ウエハの研磨が終了した後、次の研磨対象ウエハを研磨する前に、前記研磨パッドに表面がシリコンで形成されたシリコンウエハを接触させることを特徴とする研磨方法。
【請求項６】
研磨対象ウエハの研磨前後の膜厚の分布を測定し、
測定した研磨前後の膜厚の分布から研磨量の分布を算出し、
算出した研磨量の分布の差が所定量を超えた時には、前記研磨パッドに前記シリコンウエハを接触させる請求項５に記載の研磨方法。
【請求項７】
算出した研磨量の分布の差が所定量を超えた時には、アラームを発生する請求項６に記載の研磨方法。
【請求項８】
表面に研磨パッドが貼り付けられた回転可能なプラテンと、
ウエハを前記研磨パッドに押し付けるように回転可能に保持するウエハ保持機構とを備える研磨装置において、
表面がシリコンで形成されたシリコン部材を、回転する前記研磨パッドに押し付けるシリコン部材保持手段を備えることを特徴とする研磨装置。
【請求項９】
前記シリコン部材は、前記ウエハと同一の表面形状を有する請求項８に記載の研磨装置。
【請求項１０】
表面に研磨パッドが貼り付けられた回転可能なプラテンと、
ウエハを前記研磨パッドに押し付けるように回転可能に保持するウエハ保持機構とを備える研磨装置において、
前記ウエハ保持機構は、前記ウエハの周囲に設けられ、表面が前記研磨パッドを押し付けるリテーナリングを備え、
前記リテーナリングの表面はシリコンで形成されていることを特徴とする研磨装置。
【請求項１１】
表面に研磨パッドが貼り付けられた回転可能なプラテンと、ウエハを前記研磨パッドに押し付けるように回転可能に保持するウエハ保持機構とを備える少なくとも１個の研磨装置と、
表面に酸化膜材料を有する前記研磨対象ウエハを供給及び排出する研磨対象ウエハロード・アンロード部と、
表面がシリコンで形成されたシリコンウエハを供給及び排出する研磨ウエハロード・アンロード部と、
前記研磨対象ウエハの表面の酸化膜材料の膜厚を検出する膜厚計とを備え、
前記研磨対象ウエハの研磨前後の膜厚の分布を前記膜厚計で測定して研磨量の分布を算出し、算出した研磨量の分布の差が所定量を超えた時には、前記研磨パッドに前記シリコンウエハを接触させることを特徴とする研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造プロセスで、ウエハ上に形成された層の表面を化学機械研磨(Chemical Mechanical Polishing: CMP)する研磨方法及び研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体製造プロセスにおいては、研磨装置（ＣＭＰ装置）を使用してプロセスの途中のウエハの表面を化学機械研磨（ＣＭＰ）することが行われており、特許文献１及び２などに説明されている。まず、従来のＣＭＰ装置の概略構成を簡単に説明する。
【０００３】
ＣＭＰ装置では、研磨パッドを貼り付けたプラテンを回転させ、研磨パッドに研磨剤（スラリー）を供給しながら、ウエハ保持機構に保持されたウエハを回転しながら研磨パッドに押し付けて研磨を行う。ＣＭＰでは、ウエハの表面に形成された酸化膜や金属膜の層を研磨する。
【０００４】
図１は、ＣＭＰ装置の概略構成図である。図１に示すように、研磨パッド１３を貼り付けたプラテン１１を回転軸１２の回りに回転し、研磨パッド１３上にスラリー供給器１６からスラリー１７を供給しながら、その上にウエハ保持機構１４に保持したウエハ１０を回転させながら押し付ける。ウエハ保持機構１４は、回転軸１５の回りに回転する。
【０００５】
研磨パッド１３は研磨に伴って薄くなるため、ある程度の厚さになると新品の研磨パッド１３に交換される。新品の研磨パッド１３は、スラリーを保持する表面の凹凸状態やスラリーとのなじみが不十分であるため、そのままでは安定した高品質の研磨を行うことができない。そこで、新品の研磨パッド１３に置き換えた時には、図１のドレッシング装置２０により、研磨パッド１３の表面をドレッシング処理する。ドレッシング装置２０は、回転軸２２の回りに回転する円板２１を有し、円板２１の表面２３は、ダイヤモンド砥粒を含む金属で作られており、部分的にダイヤモンド砥粒が突き出した凹凸を有する。回転するドレッシング装置２０を表面２３を、研磨パッド１３の表面全体に押し付けて、研磨パッド１３の表面をドレッシングする。ドレッシングの後、複数枚の予備ウエハを研磨し、研磨パッドの表面がスラリーに対してなじむようにした後、通常の研磨動作が行える状態になる。また、研磨パッドは、使用に従って表面が目詰まりすることがあり、そのような場合にもドレッシング処理が行われる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２１２７５４号公報
【特許文献２】特開２００４−６３４８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、研磨パッドは使用に従って表面が目詰まりして十分な研磨が行えない状態になるが、十分な研磨が行えない状態になるまでの期間、すなわち研磨できる期間をいかに延ばすかが、コスト低減及びスループット向上の上から重要な問題である。
【０００８】
十分な研磨が行えない状態では、単位時間当たりに除去される厚さが減少すると共に、ウエハ上の位置に対する研磨の均一性が低下するという問題が生じる。研磨により単位時間当たりに除去される厚さは、研磨レート（ｎｍ／分）と呼ばれる。研磨レートが低下すると、研磨に要する時間が長くなり、スループットが低下するという問題を生じる。
【０００９】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、研磨レート及び研磨の均一性の低下が小さい研磨方法及び研磨装置の実現も目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を実現するため、本発明の研磨方法及び研磨装置は、表面に酸化膜材料を有するウエハを研磨する時に、表面がシリコンで形成されたシリコン部材を回転する研磨パッドに接触させることを特徴とする。
【００１１】
研磨パッドの表面状態は、研磨レート（研磨速度）及び研磨の均一性に大きく影響する重要な要素であるが、研磨のメカニズムは十分に解明されていないのが現状である。
【００１２】
本願発明者は、表面に酸化膜材料を有するウエハを研磨する時に、表面がシリコンで形成されたシリコン部材を回転する研磨パッドに接触させることにより研磨パッドの表面状態が回復して研磨レートの低下を小さくできることを発見した。
【００１３】
図２は、研磨パッドを立ち上げた状態Ａで、ドレッシングをオフにして、表面にシリコン酸化膜（SiO2膜）を有するウエハを３０分間研磨して５分ごとに研磨レートを測定し、その後研磨パッドにシリコンウエハを接触させて５分ごとにシリコン酸化膜を有するウエハを研磨して研磨レートを測定した時の研磨レートの変化を示す図である。図２に示すように、状態ＡからＣまでシリコン酸化膜を有するウエハを研磨する間、研磨レートは低下する。これはこの間に研磨パッドの目詰まりが発生していると考えられる。研磨パッドに目詰まりが発生した状態Ｃから、研磨パッドへのシリコンウエハの接触を開始すると、ドレッシングを行わないのにもかかわらず研磨レートが増加することが分かる。これは研磨パッドにシリコンウエハを接触させることにより研磨パッドの表面が化学的に影響を受けたためと考えられる。言い換えれば、研磨パッドの表面状態は、機械的な作用により変化するだけでなく、化学的な作用により変化するといえる。
【００１４】
図３は、図２でＡからＤで示した時の研磨パッドの表面をＦＴ−ＩＲ（フーリエ赤外分光法）で測定した結果を示す。状態Ａから状態Ｃへの研磨パッドの目詰まり過程においては、1710cm-1のＣ＝Ｏ（カルボニル）伸縮振動ピークや1540 cm-1付近の−ＮＨ変角振動のピークが減少し、1250 cm-1の−ＣＯＣ（＝Ｏ）−（エステル）結合、1080cm-1のＳｉ−Ｏ結合のピークが増大した。シリコンウエハを研磨した後は、定性的なスペクトルは大きく変化しないが、Ｃ＝Ｏ伸縮ピークやＮｉＨ変角ピークが一部回復していることが確認できる。
【００１５】
以上のような実験結果から、次のように考察される。
【００１６】
一般に、シリコン（Ｓｉ）基板上に形成されたシリコン酸化膜のようなシリコンオキサイド系の材料を研磨する時には、シリカ系のスラリーが使用される。一方で、研磨パッドはポリウレタンで形成される。ポリウレタンは一般的に微小な相分離をした状態で存在する。一つはハードセグメントと呼ばれ、他方はソフトセグメントと呼ばれる。ハードセグメントは、極性分子が存在し、極性分子同士が凝集して整列した構造をとることが知られている。この極性分子として、ウレタン基やウレア基がある。これらの極性分子は水素結合しやすく、通常は互いの極性分子同士が凝集している。
【００１７】
一方、研磨の際に使用されるスラリー内の水は、典型的な極性分子である。水も大きい極性を持つため、他の極性を持つ分子と水素結合により吸着する性質を持つ。ドレッシングを行いながら研磨を行うことにより、研磨レートが上昇して安定化する状態は、この研磨パッドの極性分子同士が結合していた状態において、極性分子の間に水が割り込むことで、水と研磨パッド極性分子間で水素結合し、水分子に他の水分子が引き寄せられて、結果的になじんだ状態になる。すなわち、研磨パッドが立ち上がって、いわゆる研磨パッドがなじんだ状態になるためには、研磨パッド内の極性分子の存在とスラリー内の水の存在が必要不可欠である。この研磨パッドの極性分子に吸着するのは、かならずしも水ではない。前述のシリカ系のスラリー中に含まれるシラノールといわれる反応性の高い官能基が研磨パッドの極性分子に吸着されて、研磨パッドの極性分子を消費することが確認されたといえる。
【００１８】
一般に、シリカ系のスラリーは、シラノール（ＳｉＯＨ）を多く含む場合がある。しかし、新しくシリコンオキサイドを研磨する場合には、このシラノールはかえって研磨を抑制する因子となる。シリコンオキサイドの研磨で起きる化学反応は次式で示される。
【００１９】
【化１】
2006351928.tif 000003
【００２０】
シリコンオキサイドは引張応力下で水が浸透し、圧縮応力下でシロキサン結合が水和して、結果的にシラノールが形成される。シラノールが多くある場合、上記の化学式の右方向への反応は律速される。そのため、シリコン酸化膜を研磨する場合、シラノールが多いスラリーでは、シラノールは研磨の進行を妨害するのみならず、余剰シラノールが研磨パッドの極性分子と結合するため、研磨パッドのスラリーのなじみが低下し、その結果、研磨レートが劇的に低下する。
【００２１】
一方、研磨パッドにシリコン（Ｓｉ）ウエハを接触させる場合については、以下のようになる。
【００２２】
研磨パッドにシリコン（Ｓｉ）ウエハを接触させると、上記と逆の反応が起きる。シリコンは、水中、特にアルカリ性溶液中では表面に水酸基を有する。この水酸基を有するシリコン表面はシラノールと反応してシロキサン結合を形成し、除去されていく。この反応式は、次式の通りである。
【００２３】
【化２】
2006351928.tif 000004
【００２４】
これにより、シラノールは、研磨パッドにシリコンを接触させた時にＳｉ原子と結び付いてシロキサン結合を形成し、効率的に除去されていく。研磨パッドへのシリコンの接触においては、シラノールは研磨を促進する因子となる。また、酸化膜研磨途中にシリコンを接触させると、付近に存在する余剰シラノールと反応しながら研磨が進行するため、研磨抑制因子のシラノールを効果的に除去することができる。
【００２５】
シリコン酸化膜研磨では、シラノールを含むシリカスラリーを使用すると、研磨レートの低下が、通常の物理的な目詰まりのみならず、化学的な研磨パッド表面改質による研磨レートの低下を招く。その結果、シリコン酸化膜研磨で目詰まりを防ぐためのドレッシング工程を怠ると、劇的に研磨レートが低下する。特に、シリコン酸化膜を研磨する時には、研磨の最中においても劇的に研磨レートが低下するため、研磨の最中にも研磨パッドをドレッシングするIn-situドレッシング技術が一般的になっている。しかし、この研磨パッドのドレッシングも絶えず安定的に行われる保証はない。ドレッシングが断続的である場合などには、時としてドレッシングが不十分になり、研磨レートが突如として落ち込むことが起こり得る。更に、ドレッシング時にドレッサの砥粒が脱落してウエハにスクラッチなどの不具合を発生したり、目詰まりの原因の一つである研磨屑やドレッシングによって発生した研磨パッドのドレッシング屑によりウエハにスクラッチなどの不具合を発生するので、ドレッシングはできるだけ行わないことが望ましい。
【００２６】
また、研磨量の分布に関しては、シリコン酸化膜を研磨する場合、シラノールが多いスラリーを使用すると、ウエハ中心の研磨レートが低い、センタースローと呼ばれる分布になりやすい。この理由は以下のように考えられる。
【００２７】
図１に示したような従来のロータリー式研磨機の場合、研磨パッドの各半径位置において、研磨パッド一周あたりにウエハを横切る距離が長い部分は、ウエハ中心付近を通過する半径部分であり、研磨パッドの中心と外周の中間部分に対応する。研磨パッドの中で、ウエハを横切る距離が長い部分ほど、研磨によるシラノールと研磨パッドの極性分子との結合が効率的に行われることになる。したがって、その研磨パッドの部分が寄与する研磨能率は他の部分と比較して大きく低下することになる。
【００２８】
以上のような原理によれば、研磨パッド中心と外周部分の中間位置（研磨パッドの半径の１／２の半径部分）が最もシラノールと研磨パッドの極性分子が結合していると考えられるので研磨能率は最も低くなり、研磨パッドの外周部もしくは中心部にいくほど、研磨パッドの極性分子はシラノールと結合していない状態になる。この状態でシリコン酸化膜を研磨した場合、ウエハの中心が他の部分よりも研磨レートが低いセンタースローの分布になる。センタースローの分布が顕著になり、中心と他の部分の差が大きくなると、研磨の均一性を大きく悪化させ、研磨性能の許容範囲を超えることになる。
【００２９】
このような研磨レートが急速に低下する現象や研磨量の分布の差が大きくなりセンタースローになる挙動は、ドレッシングが安定的に行えれば低下させることが可能であり、それにより研磨パッドの表面状態も安定する。しかし、ドレッシングは研磨パッドの表面を物理的にも除去するので、ドレッシングを行うと研磨パッドの厚さが急激に減少するため、ドレッシングを頻繁に行うことはできない。上記のように、研磨パッド側における表面改質が極めて急速に進行するため、頻繁に行えないドレッシングでは対処できない。
【００３０】
本発明では、研磨パッドにシリコンを接触させることにより、研磨レートが急速に低下する現象や研磨量の分布の差が大きくなりセンタースローになる挙動を抑制する。
【００３１】
これまで説明したように、研磨パッドにシリコンを接触させることにより、研磨パッド表面の目詰まりが解消されるので、本発明のように、シリコンを研磨することにより、研磨レートの低下及び研磨量の分布の差の増大を抑制できる。
【００３２】
研磨パッドにシリコンを接触させるには各種の構成があり得る。
【００３３】
第１の構成は、表面に酸化膜材料を有するウエハを研磨中に、表面がシリコンで形成されたシリコン部材を、回転する研磨パッドに接触させる構成である。この構成では、研磨パッドの表面は、酸化膜を研磨すると同時に、表面にシリコンが接触しており、酸化膜材料を研磨している時には研磨パッドの表面状態が悪化するが、シリコンが接触している部分では研磨パッドの表面状態が回復する。
【００３４】
図１に示すように、研磨対象のウエハを接触させる部分は研磨パッドのうちの一部分であり、研磨パッドの他の部分にシリコン部材を接触させることも可能であるが、例えば、研磨対象のウエハの回りにリング状のシリコン部材を配置することも可能である。
【００３５】
研磨対象のウエハと異なる位置にシリコン部材を設ける時には、シリコン部材を研磨対象のウエハと同一の表面形状を有するシリコンウエハを使用することができる。この場合、研磨パッドの回転中心からシリコンウエハの中心までの距離を、研磨パッドの回転中心から研磨対象のウエハの中心までの距離と同じにすることが望ましい。これにより、研磨対象のウエハを研磨することにより悪化する研磨パッドの部分と、研磨パッドにシリコンウエハを接触させることにより改善する研磨パッドの部分とが一致する。
【００３６】
また、ＣＭＰ装置では研磨対象のウエハの回りにリング状のリテーナリングが設けられるが、シリコン部材を研磨対象のウエハの回りにリング状に設ける時には、リテーナリングの表面にシリコン部材を形成する。
【００３７】
第２の構成は、表面に酸化膜材料を有する研磨対象ウエハを何枚か研磨するごとに、研磨パッドに表面がシリコンで形成されたシリコンウエハを接触させる。これであれば、従来のＣＭＰ装置をそのまま使用できる。この場合、膜厚計を使用して研磨対象ウエハの研磨前後の膜厚の分布を測定し、測定した研磨前後の膜厚の分布から研磨量の分布を算出し、算出した研磨量の分布の差が所定量を超えた時には、研磨パッドにシリコンウエハを接触させる。算出した研磨量の分布の差が所定量を超えた時には、アラームを発生するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、研磨方法及び研磨装置において、研磨レート及び研磨の均一性の低下を抑制でき、スループットが向上するだけでなく、研磨パッドをドレッシングする頻度が低下するので、研磨パッドの損耗が低減でき、ランニングコストを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
図４は、本発明の第１実施例のＣＭＰ装置の概略構成を示す図であり、（Ａ）は上面図であり、（Ｂ）は側面図である。第１実施例のＣＭＰ装置は、図１に示したような従来のＣＭＰ装置において、シリコン部材３１を研磨パッド１３に接触するように設けたものである。従来のＣＭＰ装置については、特許文献１及び２などに記載されているように広く知られているので、ここでは説明を省略する。
【００４０】
図４に示すように、プラテン１１及び研磨パッド１３は回転軸１２の回りを５０ｒｐｍの回転速度で回転する。ウエハ１０は、直径約２００ｍｍのシリコン基板上にシリコン酸化膜を形成したウエハで、ウエハ保持部材１４に保持され、２７．６ｋＰａ（４ｐｓｉ）の圧力で研磨パッドに押し付けられ、５０ｒｐｍの回転速度で回転する。１枚のウエハ１０は２分で研磨が終了する。
【００４１】
図示のように、ウエハ保持部材１４は回転する研磨パッド１３の右側の部分に配置され、シリコン部材３０は、研磨パッド１３の左側の部分で、ウエハ１０と同じ圧力で研磨パッド１３に押し付けられる。シリコン部材３０は、鉄製の基材３１の表面にシリコン材３２を貼り付けたもので、基材３１の表面にシリコン層を形成して作ることも可能である。シリコン部材３０は、研磨パッド１３と接触する表面の形状が棒状で、研磨パッドの中心から放射方向に配置される。なお、シリコン部材３０を設ける位置は図の位置に限定されず、研磨パッドの中心から放射方向に配置されるのであれば、どの位置でもよい。また、ウエハ１０はウエハ保持部材１４を移動して取り外されるが、その時にはシリコン部材３０も研磨パッド１３の上から退避される。図１に示したドレッシング装置２０は、シリコン部材３０が退避した状態で研磨パッド１３をドレッシングする。
【００４２】
第１実施例のＣＭＰ装置では、研磨対象のウエハ１０を研磨している時には、常時シリコン部材３０が研磨パッドの表面に接触するので、研磨対象のウエハ１０を研磨することにより悪化した研磨パッドの表面状態は、研磨パッドがシリコン部材３０のところまで回転してシリコン材３２に接触することにより回復される。
【００４３】
図５は、本発明の第２実施例のＣＭＰ装置の概略構成を示す図である。第２実施例のＣＭＰ装置は、従来のＣＭＰ装置で、研磨対象のウエハ１０を保持して回転するウエハ保持部材１４とは別に、ウエハ保持部材と同じ構成の部材を設けて研磨パッド１３にシリコンウエハ３３を接触させるように構成する。
【００４４】
図５に示すように、研磨パッド１３の回転中心からシリコンウエハ３３の回転中心までの距離は、研磨パッド１３の回転中心から研磨対象のウエハ１０の回転中心までの距離と等しくなるように配置される。研磨パッド１３の表面が１回転する間に研磨対象のウエハ１０に接触する長さは、研磨対象のウエハ１０の中心が位置する半径部分がもっとも長く、それより両側に離れるにしたがって短くなる。第２実施例のＣＭＰ装置では、シリコンウエハ３３は研磨対象のウエハ１０と同じ半径位置に配置されるので、研磨パッド１３の表面の各部は、１回転する間に研磨対象のウエハ１０に接触する長さと同じ長さだけシリコンウエハ３３と接触する。したがって、研磨対象のウエハ１０に接触する長さが長い研磨パッドの部分は、接触する長さが短い部分より表面状態が悪化するが、接触する長さが長い部分ほどシリコンウエハ３３に長く接触するのでその分より回復することになる。これにより、研磨パッド表面の改質のバラツキを小さくできる。
【００４５】
図６は、本発明の第３実施例のＣＭＰ装置の概略構成を示す図であり、（Ａ）は側断面図であり、（Ｂ）はウエハ１０を保持した状態を下側から見た図である。ＣＭＰ装置では、ウエハを押し付けられた研磨パッドの部分は周囲に対して若干沈む。そのため研磨パッドが回転してウエハのエッジから下側に潜り込む時にウエハを振動させて研磨、特に研磨の均一性を悪化させるという問題を生じる。そこで、特許文献１及び２などに記載されているように、保持したウエハ１０の回りを囲むようにリテーナリング４１を設け、リテーナリング４１で研磨パッドの表面を押して、ウエハ１０の周囲の研磨パッドの高さがウエハ１０の下面と同じ高さになるようにしている。
【００４６】
第３実施例のＣＭＰ装置では、鉄製のリテーナリング４１の研磨パッド１３と接触する表面にシリコン層４２を形成している。これにより、研磨対象のウエハ１０を研磨している時には、常時リテーナリング４１のシリコン層４２に研磨パッドが接触するので、研磨対象のウエハ１０を研磨することにより悪化した研磨パッドの表面状態は、研磨パッドがシリコン層４２に接触することにより回復される。
【００４７】
図７は、本発明の第４実施例のＣＭＰ装置５０の概略構成を示す図である。第４実施例のＣＭＰ装置は、２台のＣＭＰ部５１Ａ及び５１Ｂと、ウエハを搬送するウエハ搬送機構５２と、研磨対象のウエハ１０を供給して、研磨後のウエハを回収するウエハロード・アンロード部５３と、シリコンウエハ６０を供給及び回収するシリコンウエハロード・アンロード部５４と、研磨対象のウエハ１０のシリコン酸化膜の膜厚を測定する膜厚測定部５５とを有する。各ＣＭＰ部は従来のＣＭＰ装置と同じ構成を有し、ＣＭＰ部５１Ａは一次研磨用又は粗研磨用であり、ＣＭＰ部５１Ｂは仕上げ（又は二次）研磨用又は精密研磨用である。ウエハ搬送機構５２は、ウエハロード・アンロード部５３と膜厚測定部５５とＣＭＰ部５１Ａ及び５１Ｂとの間で、研磨対象のウエハ１０を搬送すると共に、シリコンウエハロード・アンロード部５４とＣＭＰ部５１Ａ及び５１Ｂとの間でシリコンウエハ６０を搬送する。膜厚測定部５５に設けられるシリコン酸化膜の膜厚を測定する装置は、特許文面２に記載されているように広く使用されており、どのような装置でもよい。ウエハロード・アンロード部５３及びシリコンウエハロード・アンロード部５４は、複数枚のウエハを収容するカセットを有する。なお、図示していないが、ＣＭＰ装置５０の制御を行う制御部が設けられている。
【００４８】
図８は、第４実施例のＣＭＰ装置５０での研磨動作を示すフローチャートである。ステップ１０１で、ウエハ搬送機構５２はウエハロード・アンロード部５３から研磨対象の酸化膜ウエハ１０を取り出し、膜厚測定部５５に搬送する。ステップ１０２で、ウエハ１０のシリコン酸化膜の膜厚を測定する。膜厚の測定は、ウエハの複数箇所で行われ、膜厚の分布が測定される。ステップ１０３で、ウエハ搬送機構５２は膜厚測定部５５から一次研磨用ＣＭＰ部５１Ａに研磨対象ウエハを搬送する。一次研磨が行われた後、ウエハ搬送機構５２は一次研磨用ＣＭＰ部５１Ａから仕上げ研磨用ＣＭＰ部５１Ｂに研磨対象ウエハを搬送して仕上げ研磨が行われる。
【００４９】
仕上げ研磨が行われた後、ステップ１０４で、ウエハ搬送機構５２は仕上げ研磨用ＣＭＰ部５１Ｂから膜厚測定部５５に研磨後の研磨対象ウエハを搬送し、研磨後のウエハ１０のシリコン酸化膜の膜厚を測定する。ここでも、膜厚の分布が測定される。ステップ１０５では、ウエハ搬送機構５２は膜厚測定部５５からウエハロード・アンロード部５３に研磨対象ウエハを搬送する。
【００５０】
ステップ１０６では、ステップ１０２と１０４で測定した研磨対象ウエハの研磨の前後のシリコン酸化膜の膜厚の変化から研磨量の分布を算出する。ステップ１０７では、ステップ１０６で算出した研磨量の分布が許容範囲内であるかを判定する。ここでは、研磨対象ウエハの各部の研磨量が許容範囲内であるかを判定する。したがって、研磨量の絶対値が許容範囲内であるかを判定されると共に、位置による研磨量の差が許容範囲内であるかが判定される。
【００５１】
ステップ１０７で、研磨量の分布が許容範囲内であると判定された時には、ステップ１０１に戻る。
【００５２】
ステップ１０７で、研磨量の分布が許容範囲外であると判定された時には、ステップ１０９に進む。ステップ１０９では、ウエハ搬送機構５２は、シリコンウエハロード・アンロード部５４からシリコンウエハ６０を取り出し、一次研磨用ＣＭＰ部５１Ａ及び仕上げ研磨用ＣＭＰ部５１Ｂの両方にシリコンウエハ６０を搬送する。したがって、ウエハ搬送機構５２は２枚のシリコンウエハ６０を搬送することになる。ステップ１１０で、一次研磨用ＣＭＰ部５１Ａ及び仕上げ研磨用ＣＭＰ部５１Ｂの両方でそれぞれシリコンウエハ６０を所定時間研磨する。ステップ１１１では、ウエハ搬送機構５２は、一次研磨用ＣＭＰ部５１Ａ及び仕上げ研磨用ＣＭＰ部５１Ｂからシリコンウエハロード・アンロード部５４に接触の終了したシリコンウエハ６０を搬送する。シリコンウエハ６０は厚さが所定の厚さになるまで何度でも使用できる。ステップ１１１の後、ステップ１０１に戻る。
【００５３】
図９は、第４実施例の研磨動作の変形例を示すフローチャートである。図８のフローチャートでは、ステップ１０７で研磨量の分布が許容範囲外であると判定された時にはステップ１０９に進んだが、ステップ１０７の次にステップ１２１に進んでオペレータにアラームを出力し、オペレータの指示に応じてステップ１０９に進むようにしてもよい。これにより、オペレータにシリコンウエハを研磨パッドに接触させる必要があることを知らせて、注意を喚起できる。もし、アラームが頻繁に発生する場合には、研磨パッドにシリコンウエハを接触させるだけでは対処できない事態、例えばドレッシングが必要な事態が発生したことをオペレータが認識できる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
以上説明したように、本発明は主として半導体装置を形成する半導体製造プロセスへの適用を意図しているが、表面に酸化膜が形成されたウエハを研磨する場合であれば、どのようなウエハにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】従来のＣＭＰ装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の原理を説明する実験結果を示す図である。
【図３】本発明の原理を説明する実験結果を示す図である。
【図４】本発明の第１実施例のＣＭＰ装置の概略構成を示す図である。
【図５】本発明の第２実施例のＣＭＰ装置の概略構成を示す図である。
【図６】本発明の第３実施例のＣＭＰ装置の概略構成を示す図である。
【図７】本発明の第４実施例のＣＭＰ装置の概略構成を示す図である。
【図８】第４実施例のＣＭＰ装置の動作を示すフローチャートである。
【図９】第４実施例のＣＭＰ装置の動作の変形例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５６】
１０    ウエハ
１１    プラテン
１３    研磨パッド
１４    ウエハ保持部材
１７    スラリー
３０    シリコン部材
３２    シリコン材
３３    シリコンウエハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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