(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に研磨パッドが取り付けられた研磨定盤と基板保持手段とを各々回転せしめながら、前記基板保持手段に保持された基板を前記研磨パッドに押し付けて、前記基板に形成された膜を研磨する化学機械研磨装置において、
前記基板保持手段で保持された前記基板を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段の加熱温度を検出する温度検出手段と、
あらかじめ測定された前記膜の研磨後の膜厚分布に基づいて、前記膜の研磨面全体でほぼ均一な研磨レートが得られるような温度補正量を設定する温度補正量設定手段と、
前記温度検出手段の検出温度が前記温度補正量に相当するように前記加熱手段を制御する制御手段とを有し、
前記温度補正量を設定するために使用される前記膜厚分布は、前記膜の研磨期間より前に、当該化学機械研磨装置を用いて、前記基板保持手段で保持された前記基板を前記加熱手段により加熱することなく、前記膜を研磨してからその膜厚を測定することにより得られたものであり、
前記膜の研磨期間中には、前記制御手段で前記加熱手段を制御しながら、前記基板保持手段で保持された前記基板を前記加熱手段により加熱することを特徴とする化学機械研磨装置。
【請求項２】
前記加熱手段が複数のヒータを含んでおり、それらのヒータが前記制御手段により各々制御される請求項１に記載の化学機械研磨装置。
【請求項３】
前記温度検出手段が、複数の前記ヒータに各々対応する複数の温度センサを含んでいる請求項２に記載の化学機械研磨装置。
【請求項４】
上面に研磨パッドが取り付けられた研磨定盤と基板保持手段とを備えた化学機械研磨装置を用い、前記研磨定盤と前記基板保持手段とを各々回転せしめながら、前記基板保持手段に保持された基板を前記研磨パッドに押し付けて、前記基板に形成された膜を研磨する化学機械研磨方法において、
前記化学機械研磨装置を用いて、前記基板を前記基板保持手段に保持して加熱手段で加熱することなく前記膜を研磨し、当該膜の膜厚を測定することにより当該膜の研磨後の膜厚分布を得る予備工程と、
前記化学機械研磨装置を用いて、前記基板を前記基板保持手段に保持して前記加熱手段で加熱しながら前記膜を研磨する本工程とを備え、
前記本工程では、
前記予備工程で得られた前記膜厚分布に基づいて、前記膜の研磨面全体でほぼ均一な研磨レートが得られるような温度補正量を温度補正量設定手段で設定し、
温度検出手段で前記加熱手段の加熱温度を検出しながら、その検出温度が前記温度補正量に相当するように制御手段で前記加熱手段を制御することを特徴とする化学機械研磨方法。
【請求項５】
前記加熱手段が複数のヒータを含んでおり、それらのヒータが前記制御手段により各々制御される請求項４に記載の化学機械研磨方法。
【請求項６】
前記温度検出手段が、複数の前記ヒータに各々対応する複数の温度センサを含んでいる請求項５に記載の化学機械研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、化学機械研磨装置および化学機械研磨方法に関し、さらに言えば、半導体装置の製造工程における平坦化加工に好適に使用される化学機械研磨装置および化学機械研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置製造における平坦化加工技術として、化学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing、ＣＭＰ）が注目されている。これは、化学機械研磨では、エッチバックなどの他の平坦化加工技術で実現が困難であった堆積膜の基板全面に亘る平坦化が可能になるからである。半導体装置の高密度化・微細化を進める上で堆積膜の平坦化は不可欠なプロセスであり、化学機械研磨は重要な技術であると言える。
【０００３】
図５は、従来の化学機械研磨装置の概略構成を示す。
【０００４】
図５の化学機械研磨装置は、表面に研磨パッド１０２が張り付けられた円柱状の研磨定盤１０１を備えている。研磨定盤１０１の底部は、垂直方向に延びる回転シャフト１０５に接続されている。回転シャフト１０５は第１駆動機構（図示せず）に取り付けられおり、第１駆動機構よって研磨定盤１０１が回転駆動される。それにより、研磨パッド１０２も同時に回転せしめられる。
【０００５】
研磨定盤１０１の上には、先端を研磨パッド１０２に向けながら所定の位置に配置された研磨スラリー供給管１０３が設けられている。研磨スラリー供給管１０３は、研磨パッド１０２上に研磨スラリー１０４を滴下・供給する。
【０００６】
さらに、研磨定盤１０１の上には、研磨対象膜（図示せず）が形成された基板（例えば、半導体ウェハ）１０６を保持する基板ホルダ１１０が設けられている。基板ホルダ１１０は、底部に円形の凹部が形成され且つ断面がコの字形のホルダ本体１１１を有している。
【０００７】
ホルダ本体１１１の頂部には、回転シャフト１１２が接続されている。回転シャフト１１２は、回転駆動および上下駆動可能な第２駆動機構（図示せず）に取り付けられている。
【０００８】
ホルダ本体１１１の内壁には、円板状のプレート１１３が固定されている。プレート１１３は、ホルダ本体１１１の底部から所定の距離だけ後退した位置に配置されている。プレート１１３の下面には、樹脂製フィルムからなるバッキングフィルム１１４が接着されている。
【０００９】
基板ホルダ１１０は、バッキングフィルム１１４を介して基板１０６を保持する。そして、基板１０６を保持した状態で、第２駆動機構によって回転駆動および上下駆動される。
【００１０】
次に、図５の従来の化学機械研磨装置を使用した化学機械研磨方法について説明する。
【００１１】
まず、研磨対象膜が形成された基板１０６を基板ホルダ１１０で保持する。
【００１２】
次に、研磨定盤１０１を回転させながら、研磨パッド１０２の表面に研磨スラリー１０４を研磨スラリー供給管１０３から滴下して供給する。研磨定盤１０１の回転により、滴下された研磨スラリー１０４には遠心力が作用し、研磨スラリー１０４が研磨パッド１０２の表面に一様に分布せしめられる。
【００１３】
続いて、基板ホルダ１１０を研磨定盤１０１の回転と同じ方向に回転させながら研磨パッド１０２に向けて降下させ、基板１０６の研磨対象膜を研磨パッド１０２の表面に押し付ける。
【００１４】
この状態において、研磨対象膜の表面領域が研磨スラリー１０４に含まれる水酸化カリウム（ＫＯＨ）と反応して軟質層が形成される。そして、形成された軟質層が研磨スラリー１０４に含まれる砥粒により機械的に削られて研磨が進行する。このように化学機械研磨では、研磨対象膜に対する化学的要因（軟質層の形成）と機械的要因（砥粒による研削）によって研磨対象膜が研磨されるのである。
【００１５】
一般に、化学機械研磨における研磨レート（すなわち、研磨速度）は、研磨面の温度、研磨パッド１０２への押し付け圧力、プレート１１３に印加される裏面圧力（backside pressure）、研磨定盤１０１および基板ホルダ１１０の回転速度、研磨パッド１０２の表面粗度、研磨スラリー１０４の分散状態、研磨スラリー１０４中の砥粒の密度などの様々な要因によって変化する。
【００１６】
図５の従来技術の化学機械研磨装置では、上記の要因により研磨レートが研磨面内で不均一になり易いという問題がある。例えば、研磨レート５００±５０ｎｍ／ｍｉｎの目標値に対し、基板１０６上の全体で５０〜１００ｎｍ／ｍｉｎ程度のバラツキが生じてしまうのである。
【００１７】
そこで、このような問題が生じないように、従来より種々の改良がなされている。
【００１８】
例えば、特開平１１−３３８９７号公報には、基板を保持する基板保持手段の内部に、基板の温度を検出する温度検出手段と、基板を加熱する基板加熱手段とを設け、温度検出手段が検出した温度に基づいて、基板の面内温度が均一になるように、基板加熱手段により基板を加熱するようにした化学機械研磨装置が開示されている。この化学機械研磨装置では、研磨レートを変化させる要因の一つである温度を基板上の全体に亘って均一にすることができる。
【００１９】
また、特開平１１−１２１４０９号公報には、トップリング（すなわち、基板保持手段）の内部に同心円状に配置された複数のヒータを設け、それらヒータの発熱量を各々調整して基板の半径方向の面内温度分布を調整するようにした化学機械研磨装置が開示されている。この化学機械研磨装置では、基板の面内研磨速度を制御することができる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、図５の従来の化学機械研磨装置では、研磨レート（すなわち、研磨速度）が研磨面内で不均一になり易い。そのため、基板上の全体に亘って十分な平坦性を得るのが困難であるという問題がある。そして、平坦性が不十分であると、リソグラフィー工程での焦点深度のズレによる露光ミスが生じたり、凹凸面に形成された配線の信頼性が低下してしまう。
【００２１】
特開平１１−３３８９７号公報に開示された化学機械研磨装置では、温度を基板上の全体に亘って均一にすることができる。しかし、上述したように、研磨レートを変動させる要因は温度だけではないので、必ずしも十分な平坦性を得られるものではない。したがって、この場合にも、基板上の全体に亘って十分な平坦性を得るのが困難であるという問題がある。
【００２２】
特開平１１−１２１４０９号公報に開示された化学機械研磨装置では、次のような問題がある。
【００２３】
一般に、化学機械研磨では、研磨期間中に摩擦熱が発生し、研磨面の温度が上昇（すなわち、変動）する。特開平１１−１２１４０９号公報の化学機械研磨装置においても、この摩擦熱の発生で研磨期間中に温度の変動が生じて、所望の研磨速度が得られない可能性がある。したがって、特開平１１−１２１４０９号公報の化学機械研磨装置では、必ずしも十分な平坦性を得られないという問題がある。
【００２４】
そこで、本発明の目的は、研磨レート（すなわち、研磨速度）が研磨面内でほぼ均一となる化学機械研磨装置を提供することにある。
【００２５】
本発明の他の目的は、基板上の全体に亘って優れた平坦性が容易に得られる化学機械研磨装置を提供することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
（１）  本発明の化学機械研磨装置は、
上面に研磨パッドが取り付けられた研磨定盤と基板保持手段とを各々回転せしめながら、前記基板保持手段に保持された基板を前記研磨パッドに押し付けて、前記基板に形成された膜を研磨する化学機械研磨装置において、
前記基板保持手段で保持された前記基板を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段の加熱温度を検出する温度検出手段と、
あらかじめ測定された前記膜の研磨後の膜厚分布に基づいて、前記膜の研磨面全体でほぼ均一な研磨レートが得られるような温度補正量を設定する温度補正量設定手段と、
前記温度検出手段の検出温度が前記温度補正量に相当するように前記加熱手段を制御する制御手段とを有し、
前記温度補正量を設定するために使用される前記膜厚分布は、前記膜の研磨期間より前に、当該化学機械研磨装置を用いて、前記基板保持手段で保持された前記基板を前記加熱手段により加熱することなく、前記膜を研磨してからその膜厚を測定することにより得られたものであり、
前記膜の研磨期間中には、前記制御手段で前記加熱手段を制御しながら、前記基板保持手段で保持された前記基板を前記加熱手段により加熱することを特徴とする。
【００２７】
（２）  本発明の化学機械研磨装置では、前記基板保持手段で保持された前記基板を加熱する加熱手段と、前記加熱手段の加熱温度を検出する温度検出手段と、あらかじめ測定された前記膜の研磨後の膜厚分布に基づいて、前記膜の研磨面全体でほぼ均一な研磨レートが得られるような温度補正量を設定する温度補正量設定手段と、前記温度検出手段の検出温度が前記温度補正量に相当するように前記加熱手段を制御する制御手段とを有している。前記温度補正量を設定するために使用される前記膜厚分布は、前記膜の研磨期間より前に、当該化学機械研磨装置を用いて、前記基板保持手段で保持された前記基板を前記加熱手段により加熱することなく、前記膜を研磨してからその膜厚を測定することにより得られたものとされている。そして、前記膜の研磨期間中には、前記制御手段で前記加熱手段を制御しながら、前記基板保持手段で保持された前記基板を前記加熱手段により加熱する。
【００２８】
そのため、研磨レート（すなわち、研磨速度）を研磨面の全体でほぼ均一にすることが可能となる。しかも、前記温度検出手段で前記加熱温度を検出しながら前記加熱手段を制御するため、前記研磨期間中に摩擦熱が生じても温度変動を抑制することができる。したがって、前記基板上の全体に亘って優れた平坦性を容易に得ることができる。
【００３０】
本発明の化学機械研磨装置の好ましい例では、前記加熱手段が複数のヒータを含んでおり、それらのヒータが前記制御手段により各々制御される。
【００３１】
本発明の化学機械研磨装置の他の好ましい例では、前記温度検出手段が、複数の前記ヒータに各々対応する複数の温度センサを含んでいる。
【００３２】
（４）  本発明の化学機械研磨方法は、
上面に研磨パッドが取り付けられた研磨定盤と基板保持手段とを備えた化学機械研磨装置を用い、前記研磨定盤と前記基板保持手段とを各々回転せしめながら、前記基板保持手段に保持された基板を前記研磨パッドに押し付けて、前記基板に形成された膜を研磨する化学機械研磨方法において、
前記化学機械研磨装置を用いて、前記基板を前記基板保持手段に保持して加熱手段で加熱することなく前記膜を研磨し、当該膜の膜厚を測定することにより当該膜の研磨後の膜厚分布を得る予備工程と、
前記化学機械研磨装置を用いて、前記基板を前記基板保持手段に保持して前記加熱手段で加熱しながら前記膜を研磨する本工程とを備え、
前記本工程では、
前記予備工程で得られた前記膜厚分布に基づいて、前記膜の研磨面全体でほぼ均一な研磨レートが得られるような温度補正量を温度補正量設定手段で設定し、
温度検出手段で前記加熱手段の加熱温度を検出しながら、その検出温度が前記温度補正量に相当するように制御手段で前記加熱手段を制御することを特徴とする。
【００３３】
（５）  本発明の化学機械研磨方法は、前記化学機械研磨装置を用いて、前記基板を前記基板保持手段に保持して加熱手段で加熱することなく前記膜を研磨し、当該膜の膜厚を測定することにより当該膜の研磨後の膜厚分布を得る予備工程と、前記化学機械研磨装置を用いて、前記基板を前記基板保持手段に保持して前記加熱手段で加熱しながら前記膜を研磨する本工程とを備えている。前記本工程では、前記予備工程で得られた前記膜厚分布に基づいて、前記膜の研磨面全体でほぼ均一な研磨レートが得られるような温度補正量を温度補正量設定手段で設定し、温度検出手段で前記加熱手段の加熱温度を検出しながら、その検出温度が前記温度補正量に相当するように制御手段で前記加熱手段を制御する。
このように、前記温度補正量を設定するために使用される前記膜厚分布は、前記本工程より前に実行される前記予備工程において、前記化学機械研磨装置を用いて、前記基板保持手段で保持された前記基板を前記加熱手段により加熱することなく、前記膜を研磨してからその膜厚を測定することにより得られる。そして、前記本工程では、前記化学機械研磨装置を用いて、前記制御手段で前記加熱手段を制御しながら、前記基板保持手段で保持された前記基板を前記加熱手段により加熱すると共に、前記膜を研磨する。
そのため、研磨レート（すなわち、研磨速度）を研磨面の全体でほぼ均一にすることが可能となる。しかも、前記温度検出手段で前記加熱温度を検出しながら前記加熱手段を制御するため、前記研磨期間中に摩擦熱が生じても温度変動を抑制することができる。したがって、前記基板上の全体に亘って優れた平坦性を容易に得ることができる。
このように、上述した本発明の化学機械研磨装置と同じ効果が得られる。
【００３５】
本発明の化学機械研磨方法の好ましい例では、前記加熱手段が複数のヒータを含んでおり、それらのヒータが前記制御手段により各々制御される。
【００３６】
本発明の化学機械研磨方法の他の好ましい例では、前記温度検出手段が、複数の前記ヒータに各々対応する複数の温度センサを含んでいる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。
【００３８】
図１および図２は、本発明の一実施形態の化学機械研磨装置１の概略構成を示す。
【００３９】
図１および図２の化学機械研磨装置１は、表面に研磨パッド１２が張り付けられた円柱状の研磨定盤１１を備えている。研磨定盤１１の底部は、垂直方向に延びる回転シャフト１５に接続されている。回転シャフト１５は第１駆動機構（図示せず）に取り付けられおり、第１駆動機構よって研磨定盤１１が回転駆動される。それにより、研磨パッド１２も同時に回転せしめられる。
【００４０】
研磨定盤１１の上には、先端を研磨パッド１２に向けながら所定の位置に配置された研磨スラリー供給管１３が設けられている。研磨スラリー供給管１３は、研磨パッド１２上に研磨スラリー１４を滴下・供給する。
【００４１】
さらに、研磨定盤１１の上には、基板（例えば、半導体ウェハ）２を保持する基板ホルダ２０が設けられている。基板ホルダ２０は、底部に円形の凹部が形成され且つ断面がコの字形のホルダ本体２１を有している。
【００４２】
ホルダ本体２１の頂部には、回転シャフト２２が接続されている。回転シャフト２２は、回転駆動および上下駆動可能な第２駆動機構（図示せず）に取り付けられている。
【００４３】
ホルダ本体２１の内壁には、円板状のプレート２３が固定されている。プレート２３は、ホルダ本体２１の底部から所定の距離だけ頂部側に後退した位置に配置されている。プレート２３の下面には、樹脂製フィルムからなるバッキングフィルム２４が接着されている。
【００４４】
基板ホルダ２０は、基板２に形成された研磨対象膜（または、研磨対象層）３を研磨定盤１１に対向させながら、バッキングフィルム２４を介して基板２を保持する。このように、バッキングフィルム２４を介在させることにより、基板２との密着性が高められると共に、基板２への加圧力を分散させて均等にすることができる。
【００４５】
基板ホルダ２０は、基板２を保持した状態で、第２駆動機構によって回転駆動および上下駆動される。
【００４６】
図２に明瞭に示すように、基板ホルダ２０の内部において、プレート２３の上面には４０個のヒータ２５と３７個の温度センサ２６とが設けられている。
【００４７】
ヒータ２５は、プレート２３の中心ｃを共通の中心とし且つ異なる半径を持つ仮想の円周ａ１、ａ２、ａ３、ａ４に沿って配置されている。すなわち、４個のヒータ２５が、円周ａ１に沿って等間隔で配置されている。８個のヒータ２５が、円周ａ１より大きい半径を持つ円周ａ２に沿って等間隔で配置されている。１２個のヒータ２５が、円周ａ２より大きい半径を持つ円周ａ３に沿って等間隔で配置されている。１６個のヒータ２５が、円周ａ３より大きい半径を持つ円周ａ４に沿って等間隔で配置されている。これらのヒータ２５の動作は、ヒータコントローラ３１により制御される。ヒータ２５としては、例えば、電流の供給により発熱する抵抗体ヒータが使用される。
【００４８】
温度センサ２６は、ヒータ２５のそれぞれに対応して配置されている。すなわち、円周ａ１に沿って配置された４個のヒータ２５に共通に対応する１個の温度センサ２６が、プレート２３の中心に配置されている。円周ａ２に沿って配置された８個のヒータ２５に対応する８個の温度センサ２６が、円周ａ２と同心で且つそれより小さい半径を持つ仮想の円周ｂ２に沿って等間隔で配置されている。円周ａ３に沿って配置された１２個のヒータ２５に対応する１２個の温度センサ２６が、円周ａ３と同心で且つそれより小さい半径を持つ仮想の円周ｂ３に沿って等間隔で配置されている。円周ａ４に沿って配置された１６個のヒータ２５に対応する１６個の温度センサ２６が、円周ａ４と同心で且つそれより小さい半径を持つ仮想の円周ｂ４に沿って等間隔で配置されている。これらの温度センサ２６は、対応するヒータ２５の近傍に配置され、対応するヒータの加熱温度を検出する。そして、検出温度に応じた検出信号ＳＨ１〜ＳＨ３７を生成し、ヒータコントローラ３１に送出する。なお、温度センサ２６としては、熱電対やサーミスタなどの公知のものが使用可能である。
【００４９】
ヒータコントローラ３１には、検出信号ＳH1〜ＳH37に各々対応した温度補正信号ＳC1〜ＳC37が温度補正量設定手段３２から供給される。ヒータコントローラ３１は、検出信号ＳH1〜ＳH37と温度補正信号ＳC1〜ＳC37とが等しくなるように、各ヒータ２５に供給される電流ＩH1〜ＩH40を調整する。
【００５０】
温度補正量設定手段３２には、研磨後の研磨対象膜３の膜厚データＤTが膜厚測定器４０から供給される。温度補正量設定手段３２は、供給された膜厚データＤTに基づいて、ヒータ２５に各々対応する温度補正量を設定する。温度補正量の設定は、次のように行われる。
【００５１】
膜厚データＤTには、ヒータ２５の配置に各々対応した４０個の測定点における研磨対象膜３の膜厚測定値が含まれている。ここで、研磨前の初期膜厚をｄ1、研磨後の目標膜厚をｄ0、研磨後の実測膜厚（すなわち、膜厚測定値）をｄ2、目標研磨レートをＲ0、実際の研磨レートをＲ、研磨時間をｔとすると、次の関係式が成立する。
【００５２】
Ｒ0＝（ｄ1―ｄ0）／ｔ                          （１）
Ｒ  ＝（ｄ1−ｄ2）／ｔ                          （２）
【００５３】
上記数式（１）、（２）から、目標研磨レートＲ0に対する実際の研磨レートＲのズレ（以下、研磨レート偏差という）ΔＲは次式で与えられる。
【００５４】
ΔＲ＝Ｒ−Ｒ0＝（ｄ0−ｄ2）／ｔ              （３）
【００５５】
すなわち、研磨レート偏差ΔＲは、膜厚データＤTに含まれる研磨対象膜３の膜厚測定値ｄ2から算出することができる。
【００５６】
温度補正量設定手段３２は、上記数式（３）に基づいて、ヒータ２５の配置に対応した複数の測定点における研磨レート偏差ΔＲを算出する。なお、初期膜厚ｄ0のデータは、温度補正量設定手段３２に予め記憶されているものを使用する。
【００５７】
さらに、温度補正量設定手段３２には、研磨レート偏差ΔＲを「０」にするために必要な温度補正量が温度補正量情報として記憶されている。この温度補正量は、予め行われた実験結果により得られたものである。
【００５８】
温度補正量設定手段３２は、温度補正量情報に基づいて、ヒータ２５の配置に対応した各測定点において研磨レート偏差ΔＲが「０」になる温度補正量を設定する。そして、設定された温度補正量に応じた温度補正信号ＳC1〜ＳC37を生成し、ヒータコントローラ３１に送出する。
【００５９】
上述したように、プレート２３の中心に配置された１個の温度センサ２６が、円周ａ１に沿って配置された４個のヒータ２５に共通に対応している。そのため、それらのヒータ２５に対応する４つの温度補正量の平均値に基づいて温度補正信号ＳＣ１を生成する。
【００６０】
なお、このような機能を持つ温度補正量設定手段３２は、通常のコンピュータ上で容易に実現される。
【００６１】
次に、上記の構成を持つ化学機械研磨装置１を使用した化学機械研磨方法について、図３のフローチャートを参照しながら説明する。
【００６２】
最初に、ステップＳ１およびＳ２からなる予備工程（すなわち、パイロット処理）を実行する。
【００６３】
ステップＳ１では、ヒータ２５によって基板２を加熱せずに、基板２の研磨対象膜３を研磨する。
【００６４】
すなわち、基板２を基板ホルダ２０で保持した後、研磨定盤１１を回転させながら、研磨パッド１２の表面に研磨スラリー１４を研磨スラリー供給管１３から滴下して供給する。研磨定盤１１の回転により、滴下された研磨スラリー１４には遠心力が作用し、研磨スラリー１４が研磨パッド１２の表面に一様に分布せしめられる。続いて、基板ホルダ２０を研磨定盤１１の回転と同じ方向に回転させながら研磨パッド１２に向けて降下させ、基板２の研磨対象膜３を研磨パッド１２の表面に押し付ける。この状態を所定の研磨時間だけ保持し、研磨対象膜３を研磨する。この際、ヒータコントローラ３１の動作を停止させ、ヒータ２５による加熱を行わないようにする。
【００６５】
次のステップＳ２では、膜厚測定器４０を使用し、研磨対象膜３の研磨後の膜厚を測定する。
【００６６】
図４は、ステップＳ３で測定された膜厚分布の一例を示すグラフであり、ＸおよびＹ方向の測定位置に対応する膜厚を示している。図４では、基板２の周辺部分の膜厚が薄く、中央部分の膜厚が厚くなっている。すなわち、基板２の周辺部分の研磨レートが大きく、中央部分の研磨レートが小さいことを示している。
【００６７】
次に、ステップＳ３、Ｓ４およびＳ５からなる本工程を実行する。
【００６８】
ステップＳ３では、ステップＳ２における膜厚測定結果から温度補正量を設定する。すなわち、温度補正量設定手段３２が、膜厚測定器４０から送出された膜厚データＤＴに基づいて温度補正量を設定し、設定された温度補正量に応じた温度補正信号ＳＣ１〜ＳＣ３７を生成する。
【００６９】
例えば、図４の膜厚測定結果が得られた場合、基板２の周辺部分よりも中央部分の温度が高くなるように、温度補正量が設定される。
【００７０】
次のステップＳ４では、ヒータ２５によって基板２を加熱しながら、基板２の研磨対象膜３を研磨する。
【００７１】
すなわち、ステップＳ１の場合と同様に、基板２を基板ホルダ２０で保持した後、研磨定盤１１を回転させながら、研磨パッド１２の表面に研磨スラリー１４を研磨スラリー供給管１３から滴下して供給する。研磨定盤１１の回転により、滴下された研磨スラリー１４には遠心力が作用し、研磨スラリー１４が研磨パッド１２の表面に一様に分布せしめられる。続いて、基板ホルダ２０を研磨定盤１１の回転と同じ方向に回転させながら研磨パッド１２に向けて降下させ、基板２の研磨対象膜３を研磨パッド１２の表面に押し付ける。この状態を所定の研磨時間だけ保持し、研磨対象膜３を研磨する。この研磨期間中、温度センサ２６の検出温度が温度補正量に相当するように、ヒータコントローラ３１で各ヒータ２５を制御しながら基板２を加熱する。
【００７２】
そして、ステップＳ５では、所要枚数の基板２を研磨したか否かを判断し、研磨すべき基板２の全てを研磨した場合には終了する。所要枚数の基板２を研磨していない場合には、ステップＳ４に戻って研磨すべき他の基板２を研磨する。
【００７３】
以上述べたように、本発明の化学機械研磨装置１では、基板ホルダ２０の内部に複数のヒータ２５と複数の温度センサ２６とが設けられており、ヒータ２５により基板２を加熱しながら研磨対象膜３を研磨する。ヒータ２５の加熱温度は、対応する温度センサ２６で検出する。温度補正量設定手段３２は、予め測定された研磨対象膜３の研磨後の膜厚に基づいて、各ヒータ２５に対応する温度補正量を設定する。温度補正量は、目標研磨レートＲ０に対する実際の研磨レートＲのズレ（研磨レート偏差）ΔＲが「０」になるように設定される。すなわち、研磨面の全体で均一な研磨レートが得られるような温度補正量が設定される。そして、ヒータ２５の加熱温度が温度補正量になるように、ヒータ２５がヒータコントローラ３１により制御される。
【００７４】
そのため、研磨対象膜３の研磨面の全体でほぼ均一な研磨レートが得られる。しかも、温度補正量が研磨対象膜３の研磨後の膜厚に基づいて設定されるので、より確実に研磨レートを均一化できる。さらに、温度センサ２６で加熱温度を検出しながらヒータ２５を制御するため、研磨期間中に摩擦熱が生じても温度変動を抑制できる。したがって、基板２上の全体に亘って優れた平坦性を容易に得ることができる。
【００７５】
なお、本実施形態では、基板ホルダ２０の内部に４０個のヒータ２５と３７個の温度センサ２６とを設けているが、ヒータ２５および温度センサ２６の個数は任意に設定できる。ヒータ２５および温度センサ２６の望ましい個数は、３０個以上である。
【００７６】
また、ヒータ２５の配置に対応して膜厚の測定点を設定する代わりに、温度センサ２６の配置に対応して膜厚の測定点を設定し、温度センサ２６の配置に対応した各測定点において研磨レート偏差ΔＲが「０」になる温度補正量を設定してもよい。
【００７７】
さらに、研磨レート偏差ΔＲを算出する際に、目標膜厚ｄ0に代えて、研磨後の膜厚測定値ｄ2の中の最小値を使用してもよい。その場合にも、ほぼ同様の効果が得られる。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の化学機械研磨装置および化学機械研磨方法によれば、研磨レート（すなわち、研磨速度）が研磨面内でほぼ均一となる。したがって、基板上の全体に亘って優れた平坦性を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の化学機械研磨装置の概略構成を示す要部断面図である。
【図２】（ａ）は図１の化学機械研磨装置の基板ホルダの内部構造を示す拡大断面図であり、（ｂ）はそのＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】図１の化学機械研磨装置を使用した化学機械研磨方法を示すフローチャートである。
【図４】図３のフローチャートのステップＳ２で測定された研磨対象膜の膜厚分布を示すグラフである。
【図５】従来の化学機械研磨装置の概略構成を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１  化学機械研磨装置
２  基板
３  研磨対象膜
１１  研磨定盤
１２  研磨パッド
１３  研磨スラリー供給管
１４  研磨スラリー
１５  回転シャフト
２０  基板ホルダ
２１  ホルダ本体
２２  回転シャフト
２３  プレート
２４  バッキングフィルム
２５  ヒータ
２６  温度センサ
３１  ヒータコントローラ
３２  温度補正量設定手段
４０  膜厚測定器
【図１】
0004502168.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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