JP2010142893A - データ処理装置および研磨装置および研磨レートの推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 研磨レートの推定精度を高める。
【解決手段】 研磨中における研磨部分の温度の情報と、前記温度以外の、研磨レートと関係のある所定の物理量の情報とを利用して、研磨レートを推定する研磨レート推定部Ｋを設ける。前記温度の情報は、研磨中における少なくとも２つの異なる所定の時間範囲内でそれぞれ検出した研磨部分の温度に基づいた前記各時間範囲毎の研磨部分温度情報である。
【選択図】 図３

Description

本発明は、データ処理装置および研磨装置および研磨レートの推定方法に関するものである。

研磨装置の研磨レートを推定する手法は様々に提案されている。例えば、特許文献１には次のような研磨レート推定手法が示されている。つまり、特許文献１では、研磨対象物を研磨する研磨部材を回転させるためのモーターの通電電流や、研磨開始から研磨終了までに検出された研磨部分の温度の平均値等の複数の要素を利用して、研磨レートを推定している。

特開２００５−３４２８４１号公報

ところで、研磨中における研磨部分の温度変化を調べてみたところ、図４のグラフに示されるような結果を得た。この実験では、同種のサンプルＡ，Ｂ，Ｃの３サンプルのそれぞれについて、それらサンプルＡ，Ｂ，Ｃを同様な条件の下で研磨しているときの研磨部分の温度を測定した。図４は、その測定した各サンプルＡ，Ｂ，Ｃの研磨時間経過による温度変化を表したグラフである。当該図４中の実線ＡはサンプルＡのものであり、点線ＢはサンプルＢのものであり、鎖線ＣはサンプルＣのものである。

それらサンプルＡ，Ｂ，Ｃについて、研磨開始から研磨終了までの温度測定値の平均値（以下、研磨全工程温度平均値と記す）を算出したところ、サンプルＡ，Ｂ，Ｃの研磨全工程温度平均値はほぼ等しかった。これに対して、各サンプルＡ，Ｂ，Ｃについて、研磨により除去された厚みの実測値を研磨時間で割って研磨レートを算出したところ、研磨レートに関しては、サンプルＣ＞サンプルＡ＞サンプルＢの結果を得た。

すなわち、サンプルＡ，Ｂ，Ｃにおける研磨全工程温度平均値はほぼ等しいのに対して、サンプルＡ，Ｂ，Ｃの研磨レートは互いに異なっているという実験結果を得た。

特許文献１では、前記の如く、研磨全工程温度平均値を利用して研磨レートを推定している。このため、特許文献１における研磨レート推定手法では、例えば、サンプルＡ，Ｂ，Ｃの研磨レートが異なっているのにも拘わらず、研磨全工程温度平均値が等しいために、サンプルＡ，Ｂ，Ｃの研磨レートは同様という推定結果になってしまう虞がある。すなわち、特許文献１に示されている研磨レート推定手法による研磨レートの推定精度は満足できるものではない。

本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、研磨レートの推定精度を高めることができるデータ処理装置および研磨装置および研磨レートの推定方法を提供することにある。

本発明のデータ処理装置には、
研磨中における研磨部分の温度の情報と、前記温度以外の、研磨レートと関係のある所定の物理量の情報とを利用して、研磨レートを推定する研磨レート推定部が設けられており、
前記温度の情報は、研磨中における少なくとも２つの異なる所定の時間範囲内でそれぞれ検出した研磨部分の温度に基づいた前記各時間範囲毎の研磨部分温度情報である。

本発明の研磨装置は、上記データ処理装置を備えている。

本発明の研磨レートの推定方法は、
温度以外の、研磨レートと関係のある所定の物理量を検出するステップと、
研磨中における少なくとも２つの異なる所定の時間範囲内のそれぞれにおいて、研磨部分の温度を検出するステップと、
前記検出した所定の物理量の情報と、前記検出温度に基づいた前記各時間範囲毎の研磨部分温度情報とに基づいて、研磨レートを推定するステップと、
を含む。

本発明によれば、研磨レートの推定精度を高めることができる。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。

本発明に係る第１実施形態の研磨装置は、図３（ａ）に示すようにデータ処置装置を有し、当該データ処置装置には、図３（ｂ）に示すように、研磨レート推定部Ｋが設けられている。その研磨レート推定部Ｋは、研磨中における研磨部分の温度の情報と、前記温度以外の、研磨レートと関係のある所定の物理量の情報とを利用して、研磨レートを推定する構成を有している。前記温度の情報は、研磨中における少なくとも２つの異なる所定の時間範囲内でそれぞれ検出した研磨部分の温度に基づいた前記各時間範囲毎の研磨部分温度情報である。なお、前記データ処理装置は、研磨装置から取り外すことが可能な、研磨装置とは別体の装置であってもよいし、研磨装置に一体的に設けられている制御装置が前記研磨レート推定部Ｋを有し、当該制御装置が前記データ処理装置として機能してもよい。

上記研磨レート推定部Ｋを有するデータ処置装置は、次のように動作して研磨レートを推定する。すなわち、データ処置装置は、温度以外の、研磨レートと関係のある所定の物理量を検出する（図３（ｃ）に示すステップＳ１）。また、データ処置装置は、研磨中における少なくとも２つの異なる所定の時間範囲内のそれぞれにおいて、研磨部分の温度を検出する（ステップＳ２）。そして、データ処置装置は、前記検出した所定の物理量の情報と、前記検出温度に基づいた前記各時間範囲毎の研磨部分温度情報とに基づいて、研磨レートを推定する（ステップＳ３）。

上記のように、研磨レートの推定に利用する研磨部分の温度の情報として、研磨中における所定の複数の時間範囲毎の温度の情報を利用することにより、研磨レートの推定精度を高めることができる。それというのは次のような理由による。

すなわち、例えば、研磨中に図４に示されるような温度変化を示したサンプルＡ，Ｂ，Ｃの研磨レートは、前述したように、サンプルＣ＞サンプルＡ＞サンプルＢの高低関係があった。研磨工程の前半では、サンプルＡ，Ｂ，Ｃの研磨部分の温度は、サンプルＣ＞サンプルＡ＞サンプルＢの高低関係にあり、研磨レートと同様な高低関係である。これに対して、研磨工程の後半では、サンプルＡ，Ｂ，Ｃの研磨部分の温度は、サンプルＢ＞サンプルＣ＞サンプルＡの高低関係にあり、研磨レートとは異なる高低関係である。つまり、研磨工程の前半は、研磨レートと研磨部分の温度との関連性は強いのに対して、研磨工程の後半における研磨レートと研磨部分の温度との関連性は弱い。このように、研磨工程中における研磨レートと研磨部分の温度との関連性の度合いが研磨進行時間によって異なる。

すなわち、研磨部分の温度は研磨レートに関与することから、当該研磨部分の温度は、研磨レートを精度良く推定するために利用する要素として必要であると考えられる。しかし、上記のように、研磨工程中における研磨レートと研磨部分の温度との関連性の度合いが研磨進行時間によって異なる。そこで、この第１実施形態では、研磨中における少なくとも所定の２つの時間範囲（例えば、研磨工程の前半と後半）毎に別個の研磨部分温度情報を検出し、それら研磨部分温度情報を利用して研磨レートを推定することとした。これにより、研磨レートの推定精度を高めることができるというものである。

以下に、第１実施形態の研磨装置の詳細を説明する。

第１実施形態の研磨装置は、ＣＭＰ（Chemical-Mechanical-Polishing）装置(化学機械的研磨装置)である。図１（ａ）に示されるように、当該研磨装置１は、研磨機構部Ｓと、当該研磨機構部Ｓの動作を制御する制御装置Ｍとを有して構成されている。その研磨機構部Ｓは、研磨テーブル２と、テーブルモータ３と、ウェハホルダー４と、ホルダーモータ５と、ドレッサーヘッド６と、ドレッサーモータ７と、研磨液供給ノズル８と、温度検出手段９とを有して構成されている。

研磨テーブル２の上面には、研磨対象物である半導体ウェハＷを研磨する研磨部材である研磨パッド１０が設けられている。テーブルモータ３はその研磨パッド１０が配設されているテーブル面（研磨パッド形成面）に垂直な研磨テーブル中心軸を中心にして研磨テーブル２を回転させるものである。ウェハホルダー４は、研磨テーブル２の上方側に配置されている。当該ウェハホルダー４は、研磨テーブル２の研磨パッド形成面に対向するウェハ搭載面４ａを有している。そのウェハ搭載面４ａには、例えば、静電チャック手法等の保持手法により半導体ウェハＷが保持される。ホルダーモータ５は、そのウェハ搭載面４ａに垂直なウェハホルダー中心軸を中心にしてウェハホルダー４を回転させるものである。この研磨装置１には、ウェハホルダー４を研磨テーブル２に対して進退方向に移動させるウェハホルダー移動手段（図示せず）が設けられている。

ドレッサーヘッド６は、ウェハホルダー４の横側に当該ウェハホルダー４と共に研磨テーブル２の上方側に配置されている。当該ドレッサーヘッド６は、研磨テーブル２の研磨パッド１０に向き合う部分を有し、当該部分には、研磨パッド１０をドレッシングする部材が設けられている。ドレッサーモータ７はドレッサーヘッド６を回転させるものである。この研磨装置１には、ドレッサーヘッド６を研磨テーブル２の研磨パッド形成面に対して進退方向に移動させるドレッサー用移動手段（図示せず）が設けられている。

研磨液供給ノズル８は、研磨液であるスラリーを研磨テーブル２の研磨パッド１０に供給するノズルである。温度検出手段９は、研磨テーブル２の上部の温度を検出するものであり、例えば、赤外線温度センサ等により構成される。

このような研磨機構部Ｓでの研磨は次のように行われる。すなわち、研磨中には、研磨液供給ノズル８から研磨パッド１０に研磨液（スラリー）が供給される。また、テーブルモータ３によって研磨テーブル２が回転している。さらに、研磨対象物である半導体ウェハＷは、ウェハホルダー４のウェハ搭載面４ａに保持されている。そのウェハホルダー４は、ホルダーモータ５によって回転し、かつ、ウェハホルダー移動手段によって研磨テーブル２に所定の押圧力で押し付けられている。つまり、半導体ウェハＷは、研磨液が供給され、かつ、回転している研磨パッド１０に押し付けられることにより、研磨パッド１０による機械的な研磨と、研磨液（スラリー）による化学的な研磨とによって、研磨される。

また、研磨の後には（例えば１枚の半導体ウェハＷの研磨が終了する度に）、研磨パッド１０のドレッシングが行われる。つまり、ドレッサー用移動手段によってドレッサーヘッド６を研磨パッド１０に押し付ける。そして、ドレッサーモータ７により回転しているドレッサーヘッド６によって、テーブルモータ３によって回転している研磨パッド１０上の研磨くず等のゴミが除去される。

制御装置Ｍは、データ処理装置としての機能を有し、図１（ｂ）に示すように、測定レート検出部１５と、記憶部１６と、データ取得部１７と、時計機構１８と、研磨制御部１９と、ドレッシング制御部２０と、研磨レート推定部２１とを有して構成されている。

研磨制御部１９は、予め定められた研磨動作用の制御手順を実行させるために記憶部１６に格納されたプログラムに従って、研磨機構部Ｓの研磨動作を制御する。つまり、研磨制御部１９は、上記プログラムに従って、前記モータ３，５やウェハホルダー移動手段等を制御して、研磨機構部Ｓに半導体ウェハＷを研磨させる構成を備えている。上記研磨動作用の制御手順には様々な手順があり、ここでは、その何れの手順でもって研磨動作が行われてもよく、その説明は省略する。なお、この第１実施形態では、研磨制御部１９は、研磨中には、テーブルモータ３およびホルダーモータ５が予め定められた一定の回転数でもって回転駆動するように当該モータ３，５の回転を制御する。

ドレッシング制御部２０は、予め定められたドレッシング動作用の制御手順を実行させるために記憶部１６に格納されたプログラムに従って、ドレッサーヘッド６により研磨パッド１０のドレッシングを行わせる構成を備えている。上記ドレッシング動作用の制御手順には様々な手順があり、ここでは、その何れの手順でもってドレッシング動作が行われてもよく、その説明は省略する。なお、この第１実施形態では、ドレッシング制御部２０は、ドレッシング中に、ドレッサーモータ７が予め定められた一定の回転数でもって回転駆動するように当該ドレッサーモータ７の回転を制御する。

データ取得部１７は、記憶部１６に格納されているプログラムに従って、例えば次のように動作する。例えば、データ取得部１７は、研磨制御部１９の制御動作情報等に基づいて研磨が開始されたことを検知したときに、温度検出手段９により検出される温度の取り込みを開始する。そして、データ取得部１７は、研磨中において、例えば時計機構１８を利用して予め定められた時間間隔毎に（所定のサンプリング周期で）温度検出手段９の検出温度を研磨部分温度として取り込む。また、データ取得部１７は、そのように温度を検出する度に、当該温度が取り込まれたときの時間情報（例えば研磨開始時からの経過時間情報）を時計機構１８を利用して検出する。さらにまた、データ取得部１７は、検出した研磨部分温度と、当該温度が取り込まれたときの時間情報とを関連付け、当該温度−時間の情報を、その研磨中の半導体ウェハＷに対して付与されている識別情報に関連付けて記憶部１６に格納する。

また、データ取得部１７は、テーブルモータ３とホルダーモータ５とドレッサーモータ７のそれぞれの回転トルクデータを取り込む構成を有する。研磨装置１には、それらモータ３，５，７のそれぞれの回転トルクデータを取り込むために、トルク検出器や、モータ３，５，７の通電電流を回転トルクデータとして取り込むための電流計等のトルク検出手段（図示せず）が設けられている。データ取得部１７は、例えば研磨制御部１９の制御動作情報等に基づいて研磨が開始されることを検知したときに、テーブルモータ３およびホルダーモータ５が回転駆動する前に、前記トルク検出手段からの出力値を取り込む。また、データ取得部１７は、研磨開始以降に、前記研磨部分温度の取り込みと同様に、例えば時計機構１８を利用して予め定められた時間間隔毎に、前記トルク検出手段の検出値を回転トルクデータとして取り込む。そして、データ取得部１７は、取り込んだ回転トルクデータを、当該データが取り込まれたときの時間情報（例えば研磨開始時からの経過時間情報）に関連付ける。さらに、データ取得部１７は、その関連付けられたモータ３，５のそれぞれに関する回転トルクデータ−時間の情報を、それぞれ、その研磨中の半導体ウェハＷの識別情報に関連付けて記憶部１６に格納する。なお、この第１実施形態では、テーブルモータ３およびホルダーモータ５は、研磨中には、予め定められた一定の回転数でもって回転駆動するように研磨制御部１９により回転制御が成される構成と成している。このため、研磨開始以降の研磨パッド１０と半導体ウェハＷとの摩擦係数の変化に応じてテーブルモータ３およびホルダーモータ５のそれぞれの回転トルク（通電電流）は変化する。換言すれば、テーブルモータ３およびホルダーモータ５のそれぞれの回転トルクは、研磨中の半導体ウェハＷの研磨面の表面粗さと関係して変化する。その研磨中の半導体ウェハＷの研磨面の表面粗さは研磨レートに関係している。すなわち、上記モータ３，５の回転トルクデータは、研磨レートと関係のある物理量である。

さらに、データ取得部１７は、例えば研磨制御部１９の制御動作情報に基づいて研磨終了を検知したときには、時計機構１８からの時間情報に基づいて、その研磨に要した時間（研磨時間）を検出する。そして、データ取得部１７は、その検出した研磨時間の情報を、研磨が終了した半導体ウェハＷの識別情報に関連付けて記憶部１６に格納する。

さらに、データ取得部１７は、例えばドレッシング制御部２０の制御動作情報に基づいてドレッシング動作が開始されることを検知したときに、ドレッサーモータ７が回転駆動する前の前記トルク検出手段の検出値を取り込む。また、データ取得部１７は、引き続き、ドレッシング開始以降のドレッサーモータ７の回転トルクデータを前記トルク検出手段を利用して取り込む。データ取得部１７は、その回転トルクデータの取り込みに関しても、前記モータ３，５の回転トルクデータの取り込みと同様に、例えば時計機構１８を利用して予め定められた時間間隔毎に取り込む。そして、データ取得部１７は、取り込んだ回転トルクデータを、当該データが取り込まれたときの時間情報（例えばドレッシング開始時からの経過時間情報）に関連付ける。さらに、データ取得部１７は、その関連付けられた回転トルクデータ−時間の情報をそのドレッシング工程の前で研磨されていた半導体ウェハＷの識別情報に関連付けて記憶部１６に格納する。

なお、研磨パッド１０の表面状態は研磨を行うに従って変化する。また、ドレッサーモータ７は、所定の一定の回転数でもって回転駆動するようにドレッシング制御部２０によって制御される。このため、ドレッサーモータ７の回転トルクデータ（通電電流量）は、その研磨パッド１０の表面状態の変化に応じて変化する。研磨パッド１０の表面状態は半導体ウェハＷの研磨レートに関係しているから、ドレッサーモータ７の回転トルクデータは、研磨レートと関係のある物理量である。

測定レート検出部１５は、記憶部１６に予め格納されたプログラムに従って次のように動作する。例えば、測定レート検出部１５は、次のような研磨量測定値に基づいて研磨レートの測定値（実測の研磨レート）を算出し、当該算出した実測の研磨レートの情報を記憶部１６に書き込む。すなわち、予め研磨レートを測定すると定められた半導体ウェハＷは、研磨前と研磨後のそれぞれの厚みが例えばレーザー三角測量方式の厚み測定装置により測定される。その測定された研磨前後の厚み差分が研磨量測定値として検出される。当該研磨量測定値は、研磨装置１とは別の装置で算出されて研磨装置１の制御装置Ｍに入力される構成であってもよいし、研磨前後のそれぞれの厚みの測定値を入力して制御装置Ｍで算出させる構成としてもよい。このような研磨量測定値は、当該測定値を得た半導体ウェハＷの識別情報と共に測定レート検出部１５に加えられる。

測定レート検出部１５は、上記研磨量測定値と半導体ウェハＷの識別情報を受け取ると、その半導体ウェハＷの識別情報と同じ識別情報に関連付けられている前記研磨時間の情報を記憶部１６から読み出す。そして、測定レート検出部１５は、受け取った研磨量測定値を、記憶部１６から読み出した研磨時間で割って、研磨レートを算出する。さらに、測定レート検出部１５は、その算出した研磨レートを実測研磨レート情報として、算出に使用した研磨量測定値および研磨時間の情報に関連付けられている半導体ウェハＷの識別情報に関連付けて記憶部１６に格納する。

研磨レート推定部２１は、図１（ｂ）の実線に示すように、モデル式作成部２４と、温度情報検出部２５と、モータ回転情報検出部２６と、研磨レート算出部２７とを有して構成されている。それら各構成部２４〜２７は、それぞれ、記憶部１６に予め格納されているプログラムに従って次のように動作する。

温度情報検出部２５は、次のようにして、研磨中における温度の情報を検出する構成を有する。例えば、温度情報検出部２５は、半導体ウェハＷの識別情報に基づいて、半導体ウェハＷ毎の温度−時間の情報を記憶部１６から読み出す。そして、温度情報検出部２５は、その読み出した情報に基づいて、図２に示されるような区間Ａと区間Ｂとのそれぞれにおける温度の統計的な代表値を研磨部分温度情報として半導体ウェハＷ毎に算出する。この第１実施形態では、研磨開始から研磨終了までの研磨工程を時間で２等分に区分して区間Ａ，Ｂを設定している。つまり、区間Ａとは、研磨開始時から、予め設定した研磨中間点ｔmまでの時間範囲である。区間Ｂとは、その研磨中間点ｔmから研磨終了時までの時間範囲である。なお、統計的な代表値には、平均値や、中央値や、最頻値を始め複数種あり、何れを採用してもよいが、例えば、ここでは、平均値を統計的な代表値として検出する。

温度情報検出部２５は、各区間Ａ，Ｂ毎の温度の代表値（研磨部分温度情報）を算出した後には、その算出した各研磨部分温度情報をそれぞれ、算出に使用した温度−時間の情報に関連付けられている半導体ウェハＷの識別情報に関連付けて記憶部１６に格納する。

モータ回転情報検出部２６は、例えば、半導体ウェハＷ毎に、各半導体ウェハＷの識別情報に基づいて、研磨開始から研磨終了までに検出されたテーブルモータ３とホルダーモータ５のそれぞれの回転トルクデータを記憶部１６から読み出す。そして、モータ回転情報検出部２６は、読み出した各回転トルクデータから、それぞれ、研磨を開始する前に検出した停止中の各モータ３，５に対応する前記トルク検出手段の出力値を差し引いた値を算出する。つまり、ゼロ点補正を行う。さらに、モータ回転情報検出部２６は、ゼロ点補正後の回転トルクデータに基づいて、各半導体ウェハＷ毎に、研磨中のテーブルモータ３とホルダーモータ５のそれぞれの回転トルクデータの統計的な代表値を検出する。統計的な代表値には、平均値や、中央値や、最頻値を始め複数種あり、何れを採用してもよいが、例えば、ここでは、平均値を統計的な代表値として検出する。

モータ回転情報検出部２６は、その検出した値を、それぞれ、当該値の検出に使用した回転トルクデータに関連付けられている半導体ウェハＷの識別情報に関連付けてモータ回転情報として記憶部１６に格納する。

また、モータ回転情報検出部２６は、各半導体ウェハＷの識別情報にそれぞれ関連付けられているドレッサーモータ７の回転トルクデータを各半導体ウェハＷ単位で記憶部１６から読み出す。そして、モータ回転情報検出部２６は、読み出した回転トルクデータから、ドレッシングを開始する前に検出された停止中のドレッサーモータ７の前記トルク検出手段の出力値を差し引いた値を算出する。つまり、ゼロ点補正を行う。さらに、モータ回転情報検出部２６は、そのゼロ点補正後の回転トルクデータに基づいてドレッシング中におけるドレッサーモータ７の回転トルクデータの統計的な代表値（例えば平均値）を検出する。モータ回転情報検出部２６は、その検出した値をモータ回転情報として、当該値の検出に使用した回転トルクデータに関連付けられている半導体ウェハＷの識別情報に関連付けて、記憶部１６に格納する。

この第１実施形態では、上記のように検出された各モータ３，５，７のモータ回転情報が、研磨レートを推定する際に、温度以外の所定の物理量の情報として、後述のように用いられる。

モデル式作成部２４は、予め記憶部１６に格納されているプログラムに従って、次のように動作して回帰分析のモデル式を作成して、当該モデル式を記憶部１６に格納する。例えば、モデル式作成部２４は、測定レート検出部１５によって記憶部１６に格納された実測研磨レート情報を読み出す。また、モデル式作成部２４は、その実測研磨レート情報に関連付けられている半導体ウェハＷの識別情報と同じ識別情報に関連付けられている前記研磨中の各区間Ａ，Ｂの研磨部分温度情報を記憶部１６から読み出す。同様に、モデル式作成部２４は、半導体ウェハＷの識別情報に基づいて、各モータ３，５，７のモータ回転情報を記憶部１６から読み出す。換言すれば、モデル式作成部２４は、半導体ウェハＷ毎に、前記実測研磨レート情報と、研磨中の各区間Ａ，Ｂの研磨部分温度情報と、各モータ３，５，７のモータ回転情報とを、それぞれ、記憶部１６から読み出す。

モデル式作成部２４は、上記のように記憶部１６から読み出した情報に基づいて、研磨レートを目的変数（Ｙ）とし、次に示すような変数を説明変数（Ｘ１，．．．Ｘ５）とした回帰分析の下記のようなモデル式（１）を作成する。ここでの説明変数は、研磨中の区間Ａにおける研磨部分温度情報（区間Ａの温度の代表値（平均値））Ｔ１と、研磨中の区間Ｂにおける研磨部分温度情報（区間Ｂの温度の代表値（平均値））Ｔ２である。さらに、この第１実施形態では、説明変数として、テーブルモータ３のモータ回転情報Ｘ３と、ホルダーモータ５のモータ回転情報Ｘ４と、ドレッサーモータ７のモータ回転情報Ｘ５とをも用いられる。

モデル式：Ｙ＝ａ・Ｘ１＋ｂ・Ｘ２＋ｃ・Ｘ３＋ｄ・Ｘ４＋ｅ・Ｘ５＋ｆ ---（１）
つまり、モデル式作成部２４は、前記のように記憶部１６から読み出した情報に基づいて、回帰分析のモデル式（１）における係数ａ〜ｆを例えば最小二乗法により求めて、研磨レートを推定するためのモデル式を作成する。モデル式作成部２４は、その作成したモデル式を記憶部１６に格納する。

研磨レート算出部２７は、予め記憶部１６に格納されているプログラムに従って、次のように研磨レートを算出する。例えば、研磨レート算出部２７は、半導体ウェハＷの識別情報を利用して、研磨レート推定対象の研磨が行われているときの研磨部分の温度の検出値に基づいた研磨中の前記区間Ａ，Ｂの各研磨部分温度情報を記憶部１６から読み出す。また、研磨レート算出部２７は、研磨レート推定対象の研磨が行われているときに検出された回転トルクデータに基づいた各モータ３，５のモータ回転情報を記憶部１６から読み出す。さらに、研磨レート算出部２７は、研磨レート推定対象の研磨が行われた後のドレッシング中に検出された回転トルクデータに基づいたドレッサーモータ７のモータ回転情報を記憶部１６から読み出す。

さらにまた、研磨レート算出部２７は、記憶部１６から前記回帰分析のモデル式を読み出す。そして、研磨レート算出部２７は、上記のように読み出した研磨部分温度情報とモータ回転情報の数値を、それぞれ、前記モデル式の該当する変数に代入する。これにより、研磨レート算出部２７は、モデル式に基づいて研磨レートを算出する。

この第１実施形態では、上記のように、研磨レートを推定する際に利用する研磨部分の温度情報として、研磨中における所定の時間範囲（研磨工程の前半と後半）毎に、別個の研磨部分温度情報を検出した。そして、それら各時間範囲毎の研磨部分温度情報を利用して重回帰分析により研磨レートを推定している。つまり、この第１実施形態では、前述したように、研磨進行時間によって研磨部分温度と研磨レートとの関連性の度合いが異なることから、この関連性の度合いの違いを考慮して研磨レートを推定している。このために、この第１実施形態では、研磨開始から研磨終了までの研磨部分の温度の平均値を利用して研磨レートを推定する場合に比べて、研磨レートの推定精度を大幅に高めることができるというものである。

以下に、第２実施形態を説明する。なお、この第２実施形態の説明において、第１実施形態と同様な構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。

この第２実施形態は、研磨中における前記所定の物理量（回転トルクデータ）が研磨の途中で大きく変化する場合を想定したものである。例えば、研磨対象物（半導体ウェハＷ）の表面に複数の層が積層形成されており、その最上層が金属層であり、その金属層の下側には絶縁層が形成されている場合がある。当該半導体ウェハＷの研磨工程において、半導体ウェハＷの最上層の金属層を除去し、引き続き、その下の絶縁層の一部を研磨により除去する場合がある。このような場合には、研磨工程中に、テーブルモータ３や、ホルダーモータ５の回転トルクデータは、例えば図５のグラフに示されるような時間的な変化を示す。つまり、研磨中において、最上層の金属層の研磨除去が終了し、その下の絶縁層の研磨に移行する時点Ｐにおいて、研磨している材料が変化することから、研磨対象物と研磨パッド１０の摩擦係数が変化して回転トルクデータが大きく変化する。

このように回転トルクデータが大きく変化する時点Ｐは、研磨部分の状態が大きく変化する時点であり、その時点を境にして、研磨部分温度と、研磨レートとの関係が変化すると考えられる。そこで、この第２実施形態では、研磨工程を区分する際の境界タイミング（区分位置）として、その回転トルクデータが大きく変化するタイミングを採用している。

この第２実施形態では、図１（ｂ）の点線に示されるような区分位置検出部２８が設けられている。この区分位置検出部２８は、データ取得部１７により検出され記憶部１６に格納されているモータ３，５の一方又は両方の回転トルクデータを利用して、図６に示される区間Ａ'，Ｂ'の区分位置Ｐを検出する構成を有している。なお、図６中における実線Ａと点線Ｂと鎖線Ｃは、それぞれ、研磨部分温度に関するものである。図６中における実線Ｔは回転トルクデータに関するものである。

回転トルクデータが大きく変化する時点Ｐを検出する手法には様々な手法があり、ここでは、何れを採用してもよいが、その一例として、区分位置検出部２８は、次のように区分位置Ｐを検出する。例えば、区分位置検出部２８は、半導体ウェハＷ単位で回転トルクデータを記憶部１６から読み出し、当該読み出した回転トルクデータの変化傾向（例えば、回転トルクデータの微分値）を算出する。そして、区分位置検出部２８は、その算出した回転トルクデータの変化傾向が所定のしきい値以上に大きくなった時点を区分位置Ｐとする。このような区分位置Ｐの検出は、例えば、モデル式作成部２４がモデル式を作成する際に使用する複数の半導体ウェハＷ毎に行われる。そして、区分位置検出部２８は、そのように検出した複数の区分位置Ｐの平均値を算出し、当該平均値を区分位置Ｐとして確定し、確定した区分位置Ｐの情報を記憶部１６に格納する。

この第２実施形態では、温度情報検出部２５は、各半導体ウェハＷ毎の研磨部分の温度−時間の情報を記憶部１６から読み出して、上記区分位置Ｐに基づいた各区間Ａ'，Ｂ'毎に研磨部分の温度の代表値（例えば平均値）を検出する。つまり、温度情報検出部２５は、各半導体ウェハＷ毎に、研磨開始から区分位置Ｐまでの時間範囲（区間Ａ'）と、区分位置Ｐから研磨終了（区間Ｂ'）とのそれぞれの研磨部分の温度の代表値を研磨部分温度情報として検出する。そして、温度情報検出部２５は、そのように検出した区間Ａ'，Ｂ'毎の研磨部分温度情報を半導体ウェハＷの識別情報に関連付けて記憶部１６に格納する。

この第２実施形態における上記以外の構成および動作は、第１実施形態と同様である。

この第２実施形態では、研磨レートと研磨部分の温度との関連性の度合いが変化する時点Ｐを温度以外の所定の物理量（回転トルクデータ）から推測し、この推測した時点Ｐでもって区間Ａ'，Ｂ'を区分している。そして、そのように区分した区間Ａ'，Ｂ'毎の研磨部分温度情報を利用して研磨レートを推定する。このため、研磨レートの推定精度をより向上させることが容易となる。

以下に、第３実施形態を説明する。なお、この第３実施形態の説明において、第１や第２の各実施形態と同様な構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。

この第３実施形態では、研磨工程を３区間以上に区分し、それら全区間、あるいは、全区間の中から選択された少なくとも２つの一部の区間における各区間（研磨部分温度情報検出対象区間）毎の研磨部分温度情報を利用して研磨レートを推定する。

すなわち、この第３実施形態では、温度情報検出部２５は、研磨工程における各半導体ウェハＷの研磨部分温度情報検出対象区間毎の研磨部分温度情報を前記第１実施形態や第２実施形態と同様に検出する。そして、温度情報検出部２５は、そのように検出した研磨部分温度情報を各半導体ウェハＷの識別情報に関連付けて記憶部１６に格納する。

モデル式作成部２４は、研磨工程中の全ての研磨部分温度情報検出対象区間の研磨部分温度情報を利用したモデル式を作成する構成を有する。また、研磨レート算出部２７は、そのように作成されたモデル式と、研磨工程中の全ての研磨部分温度情報検出対象区間の研磨部分温度情報とを利用して、研磨レートを推定する構成を有する。

この第３実施形態の上記以外の構成は、第１実施形態や第２実施形態と同様である。

この第３実施形態の構成は、研磨レートと研磨部分の温度との関連性の度合いによって研磨工程を３区間以上に区分できる場合に特に有効であり、そのような場合に、研磨レートの推定精度を飛躍的に向上させることが可能となる。

なお、研磨工程を３区間以上に区分する手法には、様々な手法があり、何れの手法を採用してもよいが、例えば、研磨工程を時間で所定の３以上の数で等分する手法がある。また、温度以外の所定の物理量（回転トルクデータ）が研磨工程中に２回以上大きく変化する場合には、それら変化する時点（区分位置）を第２実施形態と同様に検出し、それら区分位置でもって研磨工程を３区間以上に区分してもよい。

また、研磨工程の全区間の中から研磨部分温度情報検出対象区間を選択する場合には、研磨レートと、研磨部分の温度との関連性の度合いを主に考えて選択するが、研磨工程中における上記関連性の度合いの時間的な変化は研磨対象物の種類によって異なる。このため、研磨レートの推定精度を向上させるために利用する研磨部分温度情報検出対象区間の選択手法は一概には言えず、研磨対象物に応じた適宜な区間が選択される。

なお、この発明は第１〜第３の各実施形態に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得るものである。例えば、第１〜第３の各実施形態では、回転トルクデータは、研磨工程の全体の代表値を利用していた。これに対して、回転トルクデータに関しても、研磨部分の温度の情報と同様に、研磨工程を２つ以上に区分けし、各区間毎に回転トルクデータの代表値を求めて研磨レートの推定に利用してもよい。つまり、モータ回転情報検出部２６は、研磨中における少なくとも２つの異なる所定の時間範囲毎に回転トルクデータの代表値をモータ回転情報として求める構成を有する。モデル式作成部２４は、第１〜第３の各実施形態と同様に検出された所定の時間範囲毎の研磨部分温度情報と、そのように検出された所定の時間範囲毎のモータ回転情報とを説明変数としたモデル式を作成する。そして、研磨レート算出部２７は、その作成されたモデル式と、所定の時間範囲毎の研磨部分温度情報と、所定の時間範囲毎のモータ回転情報とを利用して、研磨レートを推定する。

また、研磨工程の区分け手法として、第１実施形態では、ただ単に時間で区分けし、第２実施形態では、温度以外の所定の物理量が大きく変化する時点で区分けしていた。これに対して、例えば、研磨対象物における研磨する部分の情報に基づいて、研磨レートと、研磨部分の温度との関連性の度合いが変化する時点を予測し当該時点でもって研磨工程を区分けしてもよい。なお、研磨する部分の情報とは、例えば、半導体ウェハＷの表面側に形成されている回路構成や、半導体ウェハＷに積層形成されている層構造等の情報などである。

さらに、第１〜第３の各実施形態では、研磨工程における複数の区間毎の研磨部分温度情報を研磨レートの推定に利用していた。これに対して、前記区間毎の研磨部分温度情報に加えて、研磨開始から研磨終了までに検出された研磨部分の温度の代表値をも研磨部分温度情報として研磨レートの推定に利用してもよい。なお、その研磨工程全体の研磨部分温度情報と、前記区間毎の研磨部分温度情報との相関関係が高いと、重回帰分析の計算が発散してしまう。このために、研磨工程全体の研磨部分温度情報をも利用して研磨レートを重回帰分析により推定する場合には、研磨工程全体の研磨部分温度情報と、前記区間毎の研磨部分温度情報との相関が高くないという条件の下で成される。

また、研磨レートの推定には、例えば、研磨工程を複数に区分けした全ての区間のうちの少なくとも一つの区間の研磨部分温度情報と、研磨工程全体の研磨部分温度情報とを利用してもよい。この場合にも、上記同様の理由により、その区間の研磨部分温度情報と、研磨工程全体の研磨部分温度情報との相関が高くないという条件の下で成される。

さらに、温度以外の所定の物理量（回転トルクデータ）に関しても上記同様に、研磨工程を複数に区分けした少なくとも一つの区間の情報と、研磨工程全体の情報とを利用してもよい。

さらに、第２実施形態では、研磨工程を区分けする時点Ｐを検出するための区分位置検出部２８が研磨装置１の制御装置Ｍに設けられていた。これに対して、例えば、研磨装置１とは別の装置でもって前記時点Ｐが検出され、当該検出された時点Ｐの情報が研磨装置１の制御装置Ｍに加えられる構成としてもよく、この場合には、制御装置Ｍの区分位置検出部２８は省略される。また、例えば、回転トルクデータに基づいて研磨装置の使用者が前記時点Ｐを決定し、当該時点Ｐの情報が制御装置Ｍに加えられる構成としてもよい。この場合にも、制御装置Ｍの区分位置検出部２８を省略してもよい。

さらに、この発明は、図１（ａ）に示すような研磨装置だけでなく、それ以外の研磨装置にも適用することができる。例えば、本発明は、図７に示すような構成の研磨装置３０にも適用することができる。図７に示す研磨装置３０は、研磨対象物３１を搭載する回転テーブル３２と、当該回転テーブル３２の研磨対象物搭載面３２ａに垂直な中心軸を中心にして回転テーブル３２を回転させるモータ３３とを有している。また、当該研磨装置３０は、回転テーブル３２の上方側に配置される研磨ヘッド３４と、当該研磨ヘッド３４における回転テーブル３２に向き合っている部分に設けられる研磨部材３５とを有している。さらに、研磨装置３０は、回転テーブル３２に研磨液を供給する研磨液供給ノズル３６を有している。さらに、研磨装置３０は、研磨ヘッド３４の移動機構（図示せず）を有している。当該移動機構は、研磨ヘッド３４を回転テーブル３２に対して進退方向に移動させる機能と研磨ヘッド３４を回転テーブル３２の研磨対象物搭載面３２ａに沿わせて移動させる機能とを有している。さらに、研磨装置３０は、当該装置の動作を制御する制御装置３７を有している。このような研磨装置３０にも本発明を適用することができる。このような研磨装置３０においても、本発明を適用することによって、研磨レートの推定精度を高めることができる。

さらに、第１〜第３の各実施形態では、モータ３，５，７の全ての回転トルクデータを所定の物理量の情報として研磨レートの推定に利用していた。これに対して、モータ３，５，７のうちの予め選択された一つあるいは二つのモータの回転トルクデータを研磨レートの推定に利用してもよい。

さらに、第１〜第３の各実施形態では、研磨装置１の制御装置Ｍがデータ処理装置と成している例を示した。これに対して、本発明に係るデータ処理装置の別の実施形態として、データ処理装置は、制御装置Ｍとは別体の、少なくとも上記のような研磨レート推定部２１を有する装置であってもよい。また、その制御装置Ｍとは別体のデータ処置装置は、研磨レートの推定に関わる制御構成部分、例えば、前述したような、測定レート検出部１５と、記憶部１６と、データ取得部１７と、時計機構１８と、研磨レート推定部２１とを有していてもよい。

本発明に係る研磨装置の実施形態を説明するための図である。 第１実施形態を説明するための研磨部分の温度の時間的な変化例を表すグラフである。 本発明に係る研磨装置とデータ処理装置の各実施形態における主要な構成部分を説明するための図である。 研磨部分の温度の時間的な変化例を表したグラフである。 回転トルクデータと、研磨経過時間との関係の一例を表したグラフである。 第２実施形態を説明するための図である。 研磨装置のその他の形態例を説明するための図である。

符号の説明

１ 研磨装置
３ テーブルモータ
５ ホルダーモータ
７ ドレッサーモータ
１０ 研磨パッド
２１，Ｋ 研磨レート推定部
Ｗ 半導体ウェハ

Claims (11)

1. 研磨中における研磨部分の温度の情報と、前記温度以外の、研磨レートと関係のある所定の物理量の情報とを利用して、研磨レートを推定する研磨レート推定部が設けられており、
   前記温度の情報は、研磨中における少なくとも２つの異なる所定の時間範囲内でそれぞれ検出した研磨部分の温度に基づいた前記各時間範囲毎の研磨部分温度情報であることを特徴とするデータ処理装置。
2. 前記研磨部分温度情報は、前記各時間範囲毎の検出温度の統計的な代表値であることを特徴とする請求項１記載のデータ処理装置。
3. 前記研磨レート推定部は、前記各時間範囲毎の研磨部分温度情報と、前記温度以外の所定の物理量の情報とをそれぞれ説明変数とし、当該説明変数を検出した研磨時における実測の研磨レートの情報を目的変数として回帰分析により作成されたモデル式と、研磨レート推定対象の研磨中における前記各時間範囲毎の研磨部分温度情報と、前記温度以外の所定の物理量の情報とに基づいて、研磨レートを推定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のデータ処理装置。
4. 前記所定の時間範囲を決定する範囲内外の境界タイミングの一つは、前記所定の物理量における時間的な変化傾向に基づいて決定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３記載のデータ処理装置。
5. 研磨を行う機構部には、少なくとも１つのモータが設けられており、
   前記所定の物理量の情報は、前記モータの回転トルクに関する情報であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一つに記載のデータ処理装置。
6. 請求項１乃至請求項５の何れか一つに記載されているデータ処理装置を備えている研磨装置。
7. 温度以外の、研磨レートと関係のある所定の物理量を検出するステップと、
   研磨中における少なくとも２つの異なる所定の時間範囲内のそれぞれにおいて、研磨部分の温度を検出するステップと、
   前記検出した所定の物理量の情報と、前記検出温度に基づいた前記各時間範囲毎の研磨部分温度情報とに基づいて、研磨レートを推定するステップと、
   を含む研磨レートの推定方法。
8. 前記研磨部分温度情報は、前記各時間範囲毎の検出温度の統計的な代表値であることを特徴とする請求項７記載の研磨レートの推定方法。
9. 研磨レートを推定するときには、前記各時間範囲毎の研磨部分温度情報と、前記温度以外の所定の物理量の情報とをそれぞれ説明変数とし、当該説明変数を検出した研磨時における実測の研磨レートの情報を目的変数として回帰分析により作成されたモデル式を利用することを特徴とする請求項７又は請求項８記載の研磨レートの推定方法。
10. 前記所定の時間範囲を決定する範囲内外の境界タイミングの一つを、前記所定の物理量における時間的な変化傾向に基づいて決定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項７又は請求項８又は請求項９記載の研磨レートの推定方法。
11. 前記所定の物理量の情報は、研磨を行う機構部に設けられているモータの回転トルクに関する情報であることを特徴とする請求項７乃至請求項１０の何れか一つに記載の研磨レートの推定方法。

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