(57)【要約】【課題】同一ロットに属する基板の枚数がＣＭＰ装置が備えるキャリアの整数倍でない場合に、端数基板の研磨量を、全てのキャリアを用いて研磨された他の基板の研磨量と、簡単に、一致させることができる基板研磨方法を提供する。【解決手段】１つの研磨パッドに対して複数のキャリアを有する基板研磨装置において、複数のキャリアの内、一部のキャリアのみを用いた基板研磨にて特定の研磨量を得るために要する研磨時間を求める際に、全てのキャリアを用いた基板研磨での研磨時間と、前記複数のキャリアの一部のみを用いた基板研磨での研磨時間との相関関係を示す補正係数を予め求めておき、当該補正係数と、全てのキャリアを用いた基板研磨にて前記特定研磨量を研磨するのに要する研磨時間とに基づいて算出する。【選択図】図１
2007237313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの研磨パッドに対して複数のキャリアを有し、当該複数のキャリアに支持された基板を前記研磨パッドに押圧することより、複数の基板を同時に研磨可能な基板研磨装置において用いられる基板研磨方法であって、
全てのキャリアを用いた基板研磨において特定量の研磨に必要な研磨時間を求めるステップと、
全てのキャリアを用いた基板研磨の研磨時間と、一部のキャリアのみを用いた基板研磨の研磨時間との相関関係を示す補正係数と、前記求められた研磨時間とに基づいて、一部のキャリアのみを用いた基板研磨において、前記特定量に研磨に必要な研磨時間を算出するステップと、
当該算出された研磨時間に基づいて、一部のキャリアのみを用いて基板研磨を行うステップと、
を有することを特徴とする基板研磨方法。
【請求項２】
前記補正係数が、基板研磨に使用されるキャリアの数に応じた値である請求項１記載の基板研磨方法。
【請求項３】
前記補正係数が、同一の研磨パッドにおいて研磨がなされた基板の累積研磨量に応じた値である請求項１または２記載の基板研磨方法。
【請求項４】
前記補正係数が、基板の累積研磨量に応じて段階的に設定された値である請求項１または２記載の基板研磨方法。
【請求項５】
前記研磨パッドと前記キャリアとの研磨相対速度を、前記補正係数の累積研磨量に対する依存性を抑制可能な速度とし、前記補正係数を固定値とした請求項１または２記載の基板研磨方法。
【請求項６】
前記請求項１〜５のいずれかに記載の基板研磨方法により、基板表面の平坦化が行われる半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板や液晶基板等よりなる基板表面を平坦化するための基板研磨方法、及び当該基板研磨方法を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程において、層間絶縁膜の平坦化、ダマシン構造配線の形成、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）の形成等に、化学的機械的研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）が広く使用されている。
【０００３】
図７は、ＣＭＰに用いられる基板研磨装置（以下、ＣＭＰ装置という。）の一例を示す斜視図である。図７に示すように、ＣＭＰ装置は、円盤状のキャリア１に保持された被研磨基板３の研磨面を、円盤状の研磨定盤６（以下、プラテン６という。）上に貼り付けられた研磨布（研磨パッド）５に所定の圧力で押し付けることにより研磨を行う。このとき、プラテン６は、プラテン６を中心部で支持するプラテン軸７を軸心として所定の方向に回転するとともに、キャリア１は、キャリア１を中心部で支持するキャリア軸８を軸心として所定の方向に回転している。研磨パッド５は、例えば、独立気泡型ポリウレタン樹脂や不織布等からなり、研磨パッド５上には、例えば、コロイダルシリカやフュームドシリカを主成分とする研磨剤１１（以下、スラリー１１という。）が研磨剤供給装置１０から供給される。これにより、基板３の研磨面は、研磨パッド５との摩擦による機械的研磨作用と、スラリー１１による化学的研磨作用とにより、基板３の研磨面の凹凸がなくなるよう研磨される。
【０００４】
通常、ＣＭＰ装置は、研磨処理のスループット向上のため、複数のキャリアを有している。図７のＣＭＰ装置は、第２のキャリア２を具備しており、１つの研磨パッド５上で、キャリア１に支持された基板３と、キャリア２に支持された基板４とを同時に研磨することができる（以下、２枚研磨という。）。
【０００５】
図８は、１バッチとして複数枚（図７の例では２枚）の基板を同時に研磨するＣＭＰ装置でのロット処理を示すフロー図である。ここで、ロットとは複数枚の基板群からなる処理単位である。また、ここでは、１ロットに属している基板の枚数は、１バッチで処理される基板の枚数以上であるとする。
【０００６】
図８に示すように、当該ロット処理では、まず、ロットを構成する基板群から同一バッチで処理される枚数の基板が選択され、ＣＭＰ装置にて研磨される（図８  Ｓ１→Ｓ２）。当該研磨が完了すると、同一ロット内に未研磨基板が残存している場合には、引き続き当該未研磨基板の研磨が行われる（図８  Ｓ３  Ｙｅｓ）。
【０００７】
このとき、残存基板数が１バッチの基板数（ここでは２枚）以上であれば、先のバッチと同様に、ロット内の未研磨基板からキャリア数と同数の基板が選択され、全てのキャリアを用いて研磨が実施される（図８  Ｓ４  Ｙｅｓ→Ｓ１→Ｓ２）。しかしながら、残存基板数が１バッチの基板数に満たない端数である場合には、従来から、以下に示すいずれかの処理が行われている（図８  Ｓ４  Ｎｏ）。
【０００８】
第１の方法は、ロットにダミー基板を１枚追加することでロットを擬似的に偶数枚として、他のバッチの研磨と同一の研磨条件で全てのキャリアを用いて研磨を行う方法である（図８  Ｓ５  Ｙｅｓ）。
【０００９】
また、第２の方法は、端数の基板のみをキャリアに装着して、一部のキャリアのみで研磨を行う方法である（図８  Ｓ５  Ｎｏ→Ｓ６）。しかしながら、この場合、他のバッチの研磨と同一の研磨条件で研磨を行うことはできない。これは、例えば、図７において、キャリア１のみに基板３を装着して研磨を行った際の基板３の研磨速度と、キャリア１とキャリア２とのそれぞれに基板を装着して研磨を行った際の基板３の研磨速度とが異なるからである。また、研磨速度は、研磨時間、キャリア１が基板を押圧する際の研磨圧力、キャリア１と研磨パッド５との研磨相対速度、及びスラリー１１の供給流量等により変動することが知られている。このため、通常は、研磨時間を除く他の条件を同一とし、研磨時間のみを変化させることで同一の研磨量が得られるように研磨が行われている。
【００１０】
なお、研磨が完了した際に、同一ロット内に未研磨基板がない場合にはロット処理が終了する（図８  Ｓ３  Ｎｏ）。
【００１１】
ところで、基板上に形成された絶縁膜等を、初期膜厚から規定膜厚までＣＭＰ研磨する場合の研磨時間は、以下のようにして求められている。ＣＭＰ研磨では、絶縁膜が、配線等のパターンが形成された基板上に形成されて凹凸が存在している場合、当該凹凸の粗密により研磨速度が変動する。このため、まず、凹凸のない基板の表面に形成された膜（以下、平坦膜という。）について研磨時間が求められ、当該研磨速度に凹凸の粗密に応じた係数を乗じることで、所望の研磨量を得るために必要な研磨時間が求められる。
【００１２】
一般に、ｎ個のキャリアを備えたＣＭＰ装置において、１バッチでｎ枚の基板に対して目標研磨量Ｖの研磨を行う場合の研磨時間Ｔnは、キャリア１〜キャリアｎに、平坦膜を有する基板を装着して研磨した場合の各キャリア１〜ｎにおける研磨速度Ｒ1〜Ｒnから、数１に示す式により求められる。
【００１３】
【数１】
2007237313.tif 000003
【００１４】
したがって、例えば、１バッチで２枚の基板の研磨を行う図７のＣＭＰ装置により目標研磨量Ｖの研磨を行う場合の研磨時間Ｔ2は、キャリア１に支持された基板３上の平坦膜の研磨速度Ｒ1と、キャリア２に支持された基板４上の平坦膜の研磨速度Ｒ2とから、数２に示す式により求められる。
【００１５】
【数２】
2007237313.tif 000004
【００１６】
このため、全てのキャリアを用いて研磨を行う場合には、数２に示す式から求められた研磨時間Ｔ2に基づいて、同一ロット内に属する全ての基板に対する研磨が行われている。
【００１７】
なお、一部のキャリアのみを用いて端数基板の研磨を行う場合には、端数基板を装着するキャリア（例えば、図７のキャリア１）のみに平坦膜を有する基板が装着された状態で研磨が行われた際の研磨速度に基づいて研磨時間が求められている。
【特許文献１】特開２００３−２４９４６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、例えば、２枚を１バッチとして研磨を行う場合、ロット内の基板枚数が奇数であるときにダミー基板を追加してロット処理を行う方法では、ＣＭＰ研磨工程前に当該ダミー基板をロットに挿入し、当該ダミー基板をＣＭＰ研磨工程後にロットから取出すという入れ替え作業が必要となる。また、ダミー基板は、その表面に、本来の加工対象である基板と同等の研磨速度が得られる絶縁膜が形成されている必要があるため、実際に製品になることのないダミー基板を製造する工程も必要である。このため、半導体装置の製造コストが増大するという問題があった。
【００１９】
一方、一部のキャリアのみを用いた研磨により端数基板の研磨を行うロット処理法での研磨時間は、２枚研磨と同一の研磨条件下の１枚研磨における平坦膜の研磨速度が求められていない研磨条件では端数研磨を行うことができない。このため、研磨条件を変更する場合には、１枚研磨における平坦化膜の研磨速度をその都度求める、あるいは、予め求めておく必要があった。
【００２０】
本発明は、上記従来の事情を鑑みて提案されたものであって、ＣＭＰ装置が備えるキャリアの整数倍ではない基板枚数からなるロットのＣＭＰ研磨を行う場合に、端数基板の研磨量を、ダミー基板を使用することなく、全てのキャリアを用いて研磨された他の基板と同一の研磨量にすることができる基板研磨方法及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決するため、本発明は、以下の技術的手段を採用している。まず、本発明に係る基板研磨方法は、１つの研磨パッドに対して複数のキャリアを有し、当該複数のキャリアに支持された基板を前記研磨パッドに押圧することより、複数の基板を同時に研磨可能な基板研磨装置において用いられる基板研磨方法を前提としている。そして、本発明の基板研磨方法は、上記複数のキャリアの内、一部のキャリアのみを用いた基板研磨にて特定の研磨量を得るために要する研磨時間を、上記複数のキャリアの全てを用いた基板研磨での研磨時間と上記複数のキャリアの一部のみを用いた基板研磨での研磨時間との相関関係を示す補正係数と、全てのキャリアを用いた基板研磨にて前記特定研磨量を研磨するのに必要とされる研磨時間とに基づいて算出する。当該研磨時間に基づいて、一部のキャリアのみを用いて基板研磨を行うものである。
【００２２】
上記補正係数は、基板研磨に使用するキャリアの数に応じた値として設定されるとともに、同一の研磨パッドにおいて研磨がなされた基板の累積処理量や累積処理枚数に応じて、連続的、あるいは、段階的に設定される。なお、上記補正係数の累積研磨量に対する依存性を抑制可能な速度とすれば、前記補正係数を固定値とすることもできる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、１つの研磨パッドに対し複数のキャリアを有する基板研磨装置でロットを処理する際に、一部のキャリアのみを用いて基板を研磨する場合であっても、ダミー基板を追加することなく、全てのキャリアを用いた研磨により研磨が行われた他の基板と同一量の研磨を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態の端数研磨処理を示すフロー図である。ここで、図１のフロー図は、図８のステップＳ６に対応している。なお、本発明が適用されるＣＭＰ装置は、機械的な機構については従来のＣＭＰ装置と同一である。また、端数基板の研磨以外の処理は、図８に示したフロー図により説明した、ダミー基板を使用しない場合の処理と同一であるので、ここでの説明は省略する。
【００２５】
本発明に係る基板研磨方法では、１つの研磨パッドに対してｎ個のキャリアを備えるＣＭＰ装置において、キャリア数の整数倍でない基板枚数からなるロットの研磨処理を行う際に生じるｋ枚（ｋ＝１、２、・・・、ｎ−１）の端数基板を、ｋ個のキャリアのみを用いて研磨を行う際の研磨時間Ｔkを、以下の数３に示す式に基づいて求める。
【００２６】
【数３】
2007237313.tif 000005
【００２７】
ここで、研磨時間Ｔnは、上記数１に示す式により求められた、ｎ個のキャリアを用いて基板の研磨を行う際に特定の研磨量を得るために要する研磨時間である。また、係数Ｐは、全て（ｎ個）のキャリアを用いた基板研磨での研磨時間と、当該研磨での研磨量と同一の研磨量を一部（ｋ個）のキャリアを用いた基板研磨において得るための研磨時間との相関関係を示す補正係数である。
【００２８】
すなわち、本発明に係る基板研磨方法では、図１に示すように、まず、全てのキャリアを用いた基板研磨において、特定の研磨量を得るに要する研磨時間Ｔnを求める（図１  Ｓ６１）。次いで、ｋ個のキャリアのみを用いて研磨を行う際の研磨時間Ｔkを、当該研磨時間Ｔnと補正係数Ｐとの関数から算出する（図１  Ｓ６２）。そして、このようにして求められた研磨時間Ｔkに基づいて端数基板の研磨を行うことで、全てのキャリアを用いて研磨を行った他の基板と同一の研磨量の研磨を端数基板に対して実施することができる（図１  Ｓ６３）。
【００２９】
例えば、図７に示すＣＭＰ装置では、全てのキャリアを用いた基板研磨は２枚研磨であり、一部のキャリアのみを用いた研磨が１枚研磨となる。この場合、２枚研磨時に研磨時間Ｔ2の研磨を行った場合と同等の研磨量を、１枚研磨で実現するために研磨時間Ｔ1は、数４に示す式から求められることになる。
【００３０】
【数４】
2007237313.tif 000006
【００３１】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る基板研磨方法を図面を参照しながら詳細に説明する。まず、本実施形態に係る基板研磨方法では、上記数４に示した式として、数５に示す式を使用する。
【００３２】
【数５】
2007237313.tif 000007
【００３３】
すなわち、１つのキャリアのみを用いて研磨を行う際の研磨時間Ｔ1を、２つのキャリアを用いた基板研磨において特定の研磨量を得ることができる研磨時間Ｔ2に補正係数Ｐを乗じることにより算出するのである。以下、数５に示す式により、１枚研磨時の研磨時間を算出することの妥当性を説明する。
【００３４】
図２は、Ｐ−ＴＥＯＳからなる平坦膜（以下、Ｐ−ＴＥＯＳ平坦膜という）に対する１枚研磨時の研磨速度と２枚研磨時の研磨速度の比率（１枚研磨時の研磨速度／２枚研磨時の研磨速度、以下、研磨レート比という。）の研磨時間依存性を示す図である。ここで、Ｐ−ＴＥＯＳとは、ＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho silicate）を原料としたプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形成されたシリコン酸化膜である。図２において、横軸は研磨時間に対応し、縦軸は研磨レート比に対応している。また、図２のデータを取得した際の研磨条件は、基板を研磨パッドに押圧する研磨圧力が４５×１０3Ｎ／ｍ2、キャリア１及びキャリア２と、研磨パッド５との研磨相対速度が０．６４ｍ／ｓ、スラリー１１の供給速度が２００ｍｌ／ｍｉｎである。ここで、研磨相対速度は、基板上の一点が時間の経過とともに研磨パッド上に描く軌跡上での、当該一点の単位時間あたりの移動量である。ここでは、基板上の一点は基板中心である。
【００３５】
図２に示すように、研磨レート比は、研磨時間が６０秒であるときに１．１３であり、研磨時間が２４０秒であるときに１．１６である。すなわち、研磨時間が６０秒から２４０秒まで変化した際の研磨レート比の変化率は約２％であり、研磨レート比は研磨時間に対して一定値となることが理解できる。したがって、２枚研磨と同一の研磨量が得られる１枚研磨の研磨時間は、２枚研磨の研磨時間に関わらず、同一の補正係数Ｐを用いることにより求めることができる。
【００３６】
本願発明者らの知見では、上記研磨条件の場合、補正係数Ｐとして、０．８０〜０．８５の値を設定することで、２枚研磨の研磨量と１枚研磨の研磨量とを同一にすることができる。例えば、補正係数Ｐが０．８である場合、２枚研磨時の研磨時間Ｔ2が１５０秒であると、当該２枚研磨と同一の研磨量が得られる１枚研磨の研磨時間Ｔ1は１２０秒となる。なお、補正係数Ｐは、上記研磨レート比の逆数とほぼ同一になる。
【００３７】
一方、図３は、Ｐ−ＴＥＯＳ平坦膜の研磨レート比の研磨圧力依存性を示す図である。図３において、横軸は研磨圧力に対応し、縦軸は研磨レートに対応している。また、図３では、研磨相対速度をパラメータとして変化させている。図３に黒丸で示すデータＡの研磨相対速度は０．３０ｍ／ｓであり、白丸で示すデータＢの研磨相対速度は０．６４ｍ／ｓである。なお、図３のデータを取得した際のスラリー１１の供給流量は２００ｍｌ／ｍｉｎである。このとき、研磨時間は１８０秒としているが、図２に示したように、研磨レート比は研磨時間に依存しないため、他の研磨時間でも同様の結果が得られることになる。
【００３８】
図３に示すように、研磨相対速度が０．３０ｍ／ｓである場合、研磨レート比は、研磨圧力が３０×１０3Ｎ／ｍ2であるときに１．００であり、研磨圧力が６０×１０3Ｎ／ｍ2であるときに１．０４である。また、研磨相対速度が０．６４ｍ／ｓである場合、研磨レート比は、研磨圧力が３０×１０3Ｎ／ｍ2であるときに１．１１であり、研磨圧力が６０×１０3Ｎ／ｍ2であるときに１．１６である。
【００３９】
すなわち、研磨圧力が３０×１０3Ｎ／ｍ2から６０×１０3Ｎ／ｍ2まで変化した際の研磨レート比の変化率は、研磨相対速度が０．３０ｍ／ｓである場合に約４％であり、研磨相対速度が０．６４ｍ／ｓである場合に約５％である。研磨圧力に伴って研磨レート比に若干変動が生じているが、その変化率は５％以下であり、研磨レート比は研磨圧力依存性がなく、同一の研磨相対速度であれば研磨レート比は一定の値になることが理解できる。
【００４０】
この結果は、研磨圧力のみを変化させた場合、１枚研磨の研磨速度の変化率と２枚研磨の研磨速度の変化率との間には差がないことを示している。したがって、２枚研磨と同一の研磨量が得られる１枚研磨の研磨時間は、研磨圧力に関わらず、同一の補正係数Ｐを用いることにより求めることができる。
【００４１】
さらに、図３から容易に推測できるように、研磨レート比は、研磨相対速度に対する依存性を有している。図４は、Ｐ−ＴＥＯＳ平坦膜の研磨レート比の研磨相対速度依存性を示す図である。図４において、横軸は研磨相対速度に対応し、縦軸は研磨レート比に対応する。なお、図４のデータを取得した際の研磨圧力は３２×１０3Ｎ／ｍ2、研磨時間は１８０秒であるが、図２及び図３に示したように、研磨レート比は、研磨時間及び研磨圧力に対する依存性を有していない。このため、他の研磨時間や他の研磨圧力でも同様の結果が得られることになる。
【００４２】
図４に示すように、研磨レート比は、研磨相対速度が０．３０ｍ／ｓであるときに１．００であり、研磨相対速度が０．９０ｍ／ｓであるときに１．１６である。すなわち、研磨相対速度が０．３０ｍ／ｓから０．９０ｍ／ｓまで変化した際の研磨レート比の変化率は約１６％である。したがって、研磨レート比は、上述した研磨時間及び研磨圧力とは異なり、研磨相対速度に対する依存性を有している。また、この結果より、研磨相対速度の増加に伴う研磨速度の増加率が、２枚研磨よりも１枚研磨の方が大きいことが理解できる。
【００４３】
また、図５は、Ｐ−ＴＥＯＳ平坦膜の研磨レート比のスラリー流量依存性を示す図である。図５において、横軸はスラリー流量に対応し、縦軸は研磨レートに対応している。加えて、図５では、研磨レート比が依存性を有している研磨相対速度をパラメータとして変化させている。図５において、黒丸で示すデータＣの研磨相対速度は０．３０ｍ／ｓであり、白丸で示すデータＤの研磨相対速度は０．６４ｍ／ｓである。なお、図５のデータを取得した際の研磨圧力は４５×１０3Ｎ／ｍ2、研磨時間は１８０秒であるが、図２及び図３に示したように、研磨レート比は研磨時間及び研磨圧力に依存しないため、他の研磨時間や他の研磨圧力でも同様の結果が得られることになる。
【００４４】
図５のデータＣでは、研磨レート比は、スラリー流量が１３０ｍｌ／ｍｉｎであるときに１．１０であり、３２０ｍｌ／ｍｉｎであるときに１．０１である。また、データＤでは、研磨レート比は、スラリー流量が１３０ｍｌ／ｍｉｎであるときに１．２８であり、３２０ｍｌ／ｍｉｎであるときに１．０７である。すなわち、スラリー流量が１３０ｍｌ／ｍｉｎから３２０ｍｌ／ｍｉｎまで変化した際の研磨レート比の変化率は、研磨相対速度が０．３０ｍ／ｓである場合に約１０％であり、研磨相対速度が０．６４ｍ／ｓである場合に約２０％である。
【００４５】
したがって、研磨レート比は、上述の研磨相対速度と同様にスラリー流量に対しても依存性を有している。また、図５によれば、スラリー流量の増加に伴い、研磨レート比は１．０に収束していること理解できる。これは、スラリー流量の増加に伴う研磨レートの増加率が１枚研磨に比べて２枚研磨の方が大きく、スラリー流量の増大に伴って、１枚研磨の研磨速度と２枚研磨の研磨速度との差が小さくなることを示している。
【００４６】
以上、図２から図５により、研磨レート比の各種研磨条件に対する依存性を説明した。これらの結果により、１枚研磨と２枚研磨の研磨レート比は、研磨時間及び研磨圧力には依存せず、研磨条件の内、特に、研磨相対速度、及びスラリー流量に依存することが示された。つまり、少なくとも研磨相対速度及びスラリー流量を一定の条件に固定することで、１枚研磨と２枚研磨の研磨レート比は一定となる。したがって、このような条件下では、同一の補正係数Ｐを用いることが可能である。そして、当該補正係数Ｐを用いて数５に示す式により求めた研磨時間で１枚研磨を行うことで、当該１枚研磨の研磨量を、２枚研磨により研磨された他の基板の研磨量と同一にすることができる。
【００４７】
また、本願発明者らは、以上に示した結果を解析した結果、以下の知見を得た。研磨速度Ｒは、プレストンの法則から、研磨相対速度、研磨圧力に比例する。ここでは、本願発明者らが定義したスラリー研磨寄与率κを用いて、Ｒ＝κ×研磨相対速度×研磨圧力と表現する。スラリー研磨寄与率κは、単位面積あたりの基板研磨に寄与するスラリー量であり、研磨パッドに保持されているスラリー砥粒数に比例する。
【００４８】
研磨パッドに保持されているスラリー砥粒数Ｉは、非定常収支モデルを用いると、研磨パッドに供給されるスラリー砥粒数Ｇ、及び基板と研磨パッドとの単位時間あたりの接触面積Ｈにより、Ｉ＝Ｇ／Ｈとして表現される。ここで、研磨パッドに供給されるスラリー砥粒数Ｇはスラリー流量に比例する単調増加関数であり、基板と研磨パッドとの単位時間あたりの接触面積Ｈは（研磨相対速度×基板面積）に比例する単調増加関数である。一方、研磨パッドに保持されているスラリー砥粒数Ｉは際限なく増大することはなく、研磨パッドに依存した上限値が存在する。
【００４９】
したがって、研磨パッドに供給されるスラリー砥粒数Ｇが大きく、基板と研磨パッドとの単位時間あたりの接触面積Ｈが小さいほど、研磨パッドに保持されているスラリー砥粒数Ｉは特定の上限値に収束することになる。すなわち、スラリー流量が大きく、（研磨相対速度×基板面積）の値が小さいほど、研磨パッドに保持されているスラリー砥粒数は特定の上限値に収束する。
【００５０】
以上の解析により、本願発明者らは、同一の研磨条件である場合、１枚研磨の方が２枚研磨に比べて基板面積が小さいため、研磨パッドに保持されているスラリー砥粒数Ｉ、すなわちスラリー研磨寄与率κが大きくなることを見出した。また、研磨相対速度が小さいほど、あるいはスラリー流量が大きいほど、研磨パッドに保持されているスラリー砥粒数が上限値に収束し、１枚研磨と２枚研磨におけるスラリー研磨寄与率κの差が小さくなることを見出した。すなわち、研磨相対速度が小さいほど、あるいは、スラリー流量が大きいほど、研磨レート比がある一定の値に収束するのである。
【００５１】
したがって、１枚研磨と２枚研磨とにおいて、当該スラリー研磨寄与率κが同等となる研磨条件下、すなわち、研磨相対速度が比較的小さい領域（例えば、０．３ｍ／ｓ以下の有限値）や、スラリー流量が比較的大きい領域（例えば、４００ｍｌ／ｍｉｎ以上の有限値）では、研磨相対速度及びスラリー流量を変化させた場合であっても研磨レート比は一定と看做すことができる。
【００５２】
このため、当該研磨相対速度、スラリー流量の領域では、補正係数Ｐを固定値とすることができ、当該補正係数Ｐを用いて数５に示す式により求めた研磨時間で研磨を行うことで、１枚研磨の研磨量を、２枚研磨により研磨された他の基板の研磨量と同一にすることができる。なお、基板表面に凹凸が存在す場合には、数５に示す式により求められた研磨時間に、必要に応じて、当該凹凸の粗密に応じた係数を乗じることで、所望の研磨量を得るために必要な研磨時間が求められる。
【００５３】
ところで、以上では、１つの研磨パッド５に対して２つのキャリア１、２を有するＣＭＰ装置について説明したが、上述した内容は、１つの研磨パッドに対してｎ個のキャリアを備えたＣＭＰ装置に対しても適用することが可能である。すなわち、当該ＣＭＰ装置により、ｎの整数倍ではない基板枚数からなるロットの研磨を行う場合、当該ロット処理では、ｎ枚に満たない基板枚数（１〜ｎ−１枚）の研磨を行うバッチが生じることになる。
【００５４】
上述のスラリー研磨寄与率によれば、同時に研磨する基板の枚数に応じてスラリー研磨寄与率が変動する。したがって、一部のキャリアのみを用いて基板研磨を行う際の研磨時間も、同時に研磨する基板枚数に応じてｎ−１通り設定される必要がある。
【００５５】
ここで、全て（ｎ個）のキャリアを用いてＰ−ＴＥＯＳ平坦膜を研磨した際に、特定の研磨量を得るのに要する研磨時間をＴn、また、全て（ｎ個）のキャリアを用いた基板研磨での研磨時間と、当該研磨での研磨量と同一の研磨量を一部（ｋ個）のキャリアを用いた基板研磨において得るための研磨時間との相関関係を示す補正係数をＰnkとすると、研磨時間Ｔnkは、数５に示した式と同様に、数６に示す式で表すことができる。
【００５６】
【数６】
2007237313.tif 000008
【００５７】
ここで、研磨時間Ｔnは、上記数１に示す式により求められることは勿論である。なお、補正係数Ｐnkは、ｎ個全てのキャリアを用いてＰ−ＴＥＯＳ平坦膜の研磨を行った場合の研磨速度Ｒn、及びｋ個のキャリアのみを用いてＰ−ＴＥＯＳ平坦膜の研磨を行った際の研磨速度Ｒkにより、数７に示す式で表すことができる。
【００５８】
【数７】
2007237313.tif 000009
【００５９】
したがって、図４及び図５で示したように、研磨相対速度とスラリー流量に応じて、補正係数Ｐnk（ｋ＝１〜ｎ−１）を予め求めておくことで、研磨時間Ｔnk（ｋ＝１〜ｎ−１）を演算することができる。そして、当該研磨時間Ｔnkで端数基板の研磨を行うことで、ｋ個のキャリアを用いて研磨を行う場合の研磨量を、全て（ｎ個）のキャリアを用いて研磨を行った他の基板の研磨量と同一にすることができる。なお、基板表面に凹凸が存在す場合には、数６に示す式により求められた研磨時間に、必要に応じて、当該凹凸の粗密に応じた係数を乗じることで、所望の研磨量を得るために必要な研磨時間が求められる。
【００６０】
（第２の実施形態）
ところで、ＣＭＰ研磨では、一般に、同一の研磨パッド５で研磨を行った累積処理基板枚数（累積研磨量）の増大に伴って研磨速度が低下する。これは、研磨パッドや基板の研磨屑による研磨パッドの目詰まりや、研磨パッド５のドレッシングに伴う研磨パッドの溝深さの減少等に起因する。本実施形態では、研磨レート比の累積処理基板枚数の依存性について説明する。
【００６１】
図６は、Ｐ−ＴＥＯＳ平坦膜の研磨レート比の累積処理基板枚数（以下、累積基板枚数という。）に対する依存性を示す図である。図６において、横軸は累積基板枚数に対応し、縦軸は研磨レート比に対応する。なお、図６では、２種の研磨条件におけるデータを示している。図６に黒丸で示すデータＥの研磨条件は、研磨圧力が４５×１０3Ｎ／ｍ2、研磨相対速度が０．３０ｍ／ｓ、スラリー流量が２００ｍｌ／ｍｉｎである。また、図６に白丸で示すデータＦの研磨条件は、研磨圧力が４５×１０3Ｎ／ｍ2、研磨相対速度が０．６４ｍ／ｓ、スラリー流量が２００ｍｌ／ｍｉｎである。両条件での基板研磨において、研磨時間は１８０秒としているが、図２で示したように、研磨レート比は研磨時間に依存しない。また、図６において、例えば、累積基板枚数が１００枚に対する研磨レート比のデータは、基板を１００枚研磨した後に測定した研磨レート比を示している。
【００６２】
図６のデータＥでは、累積基板枚数が１００枚であるときの研磨レート比と、累積基板枚数が４００枚であるときの研磨レート比との間に差が生じていない。一方、データＦでは、研磨レート比は累積基板枚数が１００枚であるときに１．１３であり、累積基板枚数が４００枚であるときに１．０４である。すなわち、累積基板枚数が１００枚から４００枚まで変化した際の研磨レート比の変化率は、研磨相対速度が０．３０ｍ／ｓである場合にほぼ０％であり、研磨相対速度が０．６４ｍ／ｓである場合に約１０％である。
【００６３】
図６より、研磨レート比は、累積基板枚数に対して依存性を有する場合があり、例えば、研磨相対速度が０．６４ｍ／ｓである場合、累積基板枚数が少ないときに１枚研磨と２枚研磨とで同一の研磨量を得ることができる補正係数Ｐを設定した場合、以降４００枚の基板の研磨を行った際には、研磨量に１０％程度の誤差が生じることを示している。つまり、研磨相対速度が０．６４ｍ／ｓである場合には、補正係数Ｐを固定値としていると、端数基板の研磨量は、全てのキャリアを用いて研磨を行った他の基板との研磨量とが同一ではなくなるのである。
【００６４】
この対策として、本実施形態では、累積基板枚数の増加に伴って、補正係数を変動させる構成を採用する。図６のデータＦに示すように、研磨レート比は、累積基板枚数の増大とともに単調に減少する。これは、累積基板枚数の増大に伴って研磨速度が低下する割合が、２枚研磨に比べて１枚研磨の方が大きいことを示している。また、上述のような、研磨速度が低下する原理に基づく考察では、累積基板枚数の増大とともに研磨速度の低下率は減少し、研磨レート比は一定値に収束する。
【００６５】
このため、当該性質を利用して、補正係数Ｐを累積基板枚数に応じて変化させることで、上述のような、累積基板枚数の増加に伴う研磨誤差を小さくすることができる。本願発明者らの知見では、累積基板枚数２００枚につき補正係数Ｐを０．０５増加させ、当該補正係数Ｐを用いて数５に示す式により求めた研磨時間で研磨を行うことで、１枚研磨の研磨量を、２枚研磨により研磨された他の基板の研磨量と同一にすることができる。なお、補正係数Ｐを累積基板枚数に応じて変化させる方法は、研磨した基板枚数に応じて１バッチの基板研磨が完了する度に変化させても、例えば、４０枚の基板を研磨する度に０．０１増加させる等、複数バッチの基板研磨が完了する度に段階的に変化させることができる。さらには、補正係数Ｐは、累積研磨量（あるいは、対応する累積研磨時間）に応じてリアルタイムで連続的に変化させてもよい。
【００６６】
一方、図６に示すデータＥによれば、累積基板枚数に関わらず、研磨レート比が一定値を示す研磨条件も存在している。すなわち、当該研磨条件を積極的に利用することにより、累積基板枚数による研磨レート比の変動を抑制することも可能である。つまり、補正係数Ｐを累積基板枚数に応じて変化させることに代えて、研磨レート比の変動を抑制可能な研磨条件を用いるとともに、補正係数Ｐを固定値とすることでも上述のような、累積基板枚数の増加に伴う研磨誤差を小さくすることができる。
【００６７】
当該研磨条件は、データＦの研磨条件との比較によれば、研磨圧力と研磨相対速度とが小さい。しかしながら、図３で示したように、研磨レート比は、研磨圧力の変動に対して一定と看做すことができる。したがって、研磨相対速度を小さくすることにより、累積基板枚数による研磨レート比の変動を抑制することが可能である。
【００６８】
しかしながら、研磨相対速度が比較的小さい条件では、研磨速度が低下するため研磨工程のスループットが低下することが懸念される。この研磨速度の低下に対しては、研磨圧力を増大させることにより対応することができる。研磨圧力を増大させると、研磨速度はいわゆるプレストンの法則に従って比例的に増加する。しかも、図３で示したように、研磨圧力を増大させた場合に、研磨レート比はほとんど変化しない。したがって、研磨圧力を上げることで、研磨工程のスループットが低下させることなく、累積基板枚数による研磨レート比の変動を抑制することができる。
【００６９】
以上説明したように、本実施形態によれば、いずれの方法を採用しても、累積基板枚数に関わらず、補正係数Ｐを用いて数５に示す式により求めた研磨時間で研磨を行うことで、１枚研磨の研磨量を、２枚研磨により研磨された他の基板の研磨量と同一にすることができる。また、本実施形態で説明した方法が、数６に示すＰnkに対しても適用可能であることは勿論である。
【００７０】
なお、本発明は、以上で説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲において、種々の変形及び応用が可能である。すなわち、上記では、Ｐ−ＴＥＯＳ平坦膜を用いて研磨速度を求めたが、研磨対象となる材料膜と同一の材質からなる平坦膜あるいは、研磨対象となる基板と同一の材質からなる凹凸のない基板により、数１に示す式から研磨速度を求めてもよい。また、上記研磨時間Ｔnは、数１により算出されることは必須ではなく、例えば、表面に凹凸を有する基板を所望の膜厚に研磨した実時間を、研磨時間Ｔnとしてもよい。この場合、数６に示す式により算出された研磨時間Ｔkに、基板表面の凹凸に応じた係数を乗じる必要はない。
【００７１】
また、以上で説明した基板研磨方法は、例えば、１つの研磨パッドに対して複数のキャリアを備えた従来の基板研磨装置が、全てのキャリアを用いた基板研磨において、特定の研磨量を得るために要する研磨時間Ｔnを演算（あるいは、入力された研磨時間Ｔnを記憶する）手段と、当該演算（記憶）された研磨時間と上述の補正係数とに基づいて、一部のキャリアのみを用いた基板研磨にて前記特定研磨量を得るために要する研磨時間Ｔkを演算する手段とを備えることにより実現可能である。当該基板研磨装置において、一部のキャリアのみを用いて、演算された研磨時間Ｔkの基板研磨を行うことにより、所望の研磨量を容易に実現することができる。なお、上記の各演算を行う手段は、例えば、専用の演算回路や、プロセッサとＲＡＭやＲＯＭ等のメモリとを備えたハードウェア、及び当該メモリに格納され、プロセッサ上で動作するソフトウェア等として実現することができる。
【００７２】
さらに、以上説明した基板研磨方法を使用することにより、ロット内での特性ばらつきの少ない半導体装置を製造することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、１つの研磨パッドに対し複数のキャリアを有する基板研磨装置において、全てのキャリアを用いた基板研磨の研磨時間に基づいて、当該基板研磨と同一の研磨量となる、使用するキャリア数に応じた研磨時間を容易に設定することができ、基板の研磨方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の一実施形態の端数研磨を示すフロー図
【図２】本発明の一実施形態の研磨レート比の研磨時間依存性を示す図
【図３】本発明の一実施形態の研磨レート比の研磨圧力依存性を示す図
【図４】本発明の一実施形態の研磨レート比の研磨相対速度依存性を示す図
【図５】本発明の一実施形態の研磨レート比のスラリー流量依存性を示す図
【図６】本発明の一実施形態の研磨レート比率の累積基板枚数依存性を示す図
【図７】ＣＭＰ研磨装置の斜視図
【図８】端数研磨を含むロット処理を示すフロー図
【符号の説明】
【００７５】
１  キャリア
２  キャリア
３  基板
４  基板
５  研磨パッド
６  プラテン（定盤）
７  プラテン軸
８  キャリア軸
９  キャリア軸
１０  研磨剤供給装置
１１  研磨剤
【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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