JP2018164977A - 膜厚信号処理装置、研磨装置、膜厚信号処理方法、及び、研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】膜厚の検出精度を向上させる。【解決手段】膜厚信号処理装置２３０は、研磨対象物１０２の膜厚を研磨面に沿って検出する渦電流センサ２１０から出力された膜厚データを受信する受信部２３２と、受信部２３２によって受信された膜厚データに基づいて、膜厚データの有効範囲を特定する特定部２３６と、特定部２３６によって特定された有効範囲内における膜厚データの補正を行う補正部２３８と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、膜厚信号処理装置、研磨装置、膜厚信号処理方法、及び、研磨方法に関するものである。

近年、半導体デバイスの高集積化・高密度化に伴い、回路の配線がますます微細化し、多層配線の層数も増加している。回路の微細化を図りながら多層配線を実現するためには、半導体デバイス表面を精度よく平坦化処理する必要がある。

半導体デバイス表面の平坦化技術として、化学的機械研磨（ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ））が知られている。ＣＭＰを行うための研磨装置は、研磨パッドが貼り付けられた研磨テーブルと、研磨対象物（例えば半導体ウエハなどの基板、又は基板の表面に形成された各種の膜）を保持するためのトップリングとを備えている。研磨装置は、研磨テーブルを回転させながら、トップリングに保持された研磨対象物を研磨パッドに押圧することによって研磨対象物を研磨する。

研磨装置は、研磨対象物の膜厚に基づいて研磨工程の終点検知を行うために膜厚測定装置を備えている。膜厚測定装置は、研磨対象物の膜厚を検出する膜厚センサを備えている。膜厚センサは代表的には、渦電流センサ、又は、光学式センサが挙げられる。

渦電流センサ又は光学式センサは、研磨テーブルに形成された穴に配置され、研磨テーブルの回転とともに回転しながら、研磨対象物と対向している時相で膜厚を検出する。渦電流センサは、導電膜などの研磨対象物に渦電流を誘起させ、研磨対象物に誘起された渦電流によって発生する磁界の変化から研磨対象物の厚さを検出する。一方、光学式センサは、研磨対象物に光を照射し、研磨対象物から反射する干渉波を測定することによって研磨対象物の厚さを検出する。

ところで、膜厚センサは、研磨テーブルの回転にともなって研磨対象物の研磨面に沿って相対的に移動しながら膜厚を検出する。一方、膜厚センサは、膜厚を検出するための磁界又は光のスポット径が存在している。このため、膜厚センサの出力がおおよそ１００％に到達するためには、スポット径の全範囲が研磨対象物に対向する必要がある。すなわち、研磨対象物の研磨面の中央部に膜厚センサが対向している状態では、膜厚センサのスポット径の全範囲が研磨対象物に対向するので膜厚センサの出力がおおよそ１００％になる。一方、研磨対象物のエッジ部分に膜厚センサが対向している状態では、膜厚センサのスポット径の一部が研磨対象物に対向するので膜厚センサの出力が１００％に到達しない。

従来技術では、膜厚センサの出力がおおよそ１００％に到達していない箇所では膜厚センサの出力を破棄して処理する、いわゆるエッジカット処理を行うことが知られている。

特開２００５−１１９７７号公報 特開２００５−１２１６１６号公報

しかしながら、従来技術は、膜厚の検出精度を向上させることについては考慮されてい
ない。

すなわち、従来技術は、膜厚センサの出力がおおよそ１００％に到達していない箇所では膜厚センサの出力を破棄して処理する、いわゆるエッジカット処理を行うので、研磨対象物のエッジ部分において膜厚を高い精度で検出することが難しい。

そこで、本願発明は、エッジ部の膜厚の検出精度を向上させ、センサ出力の有効範囲を広げることで研磨対象物の面内均一性を向上させることを課題とする。

本願発明の膜厚信号処理装置の一形態は、上記課題に鑑みなされたもので、研磨対象物の膜厚を研磨面に沿って検出する膜厚センサから出力された膜厚データを受信する受信部と、前記受信部によって受信された膜厚データに基づいて、前記膜厚データの有効範囲を特定する特定部と、前記特定部によって特定された有効範囲内における前記膜厚データの補正を行う補正部と、を備えることを特徴とする。

また、本願発明の膜厚信号処理装置の一形態は、上記課題に鑑みなされたもので、研磨対象物の膜厚を研磨面に沿って検出する膜厚センサから出力された膜厚データを受信する受信部と、前記受信部によって受信された膜厚データの隣接する複数点の膜厚の差分に基づいて前記膜厚データの有効範囲のエッジ部を求める演算部と、前記演算部によって求められたエッジ部に基づいて、前記膜厚データの有効範囲を特定する特定部と、を備えることを特徴とする。

また、膜厚信号処理装置の一形態において、前記受信部によって受信された膜厚データの隣接する複数点の膜厚の差分に基づいて前記膜厚データの有効範囲のエッジ部を求める演算部を、さらに備え、前記特定部は、前記演算部によって求められたエッジ部に基づいて、前記膜厚データの有効範囲を特定する、ことができる。

また、膜厚信号処理装置の一形態において、前記特定部によって特定された有効範囲内における前記膜厚データの補正を行う補正部をさらに備える、ことができる。

また、膜厚信号処理装置の一形態において、前記演算部は、前記受信部によって受信された膜厚データの隣接する複数点の膜厚の差分を乗算することによってエッジ検出用波形を生成し、前記特定部は、前記演算部によって生成されたエッジ検出用波形に現れる２つのピーク間の範囲を前記有効範囲として特定する、ことができる。

また、膜厚信号処理装置の一形態において、前記特定部は、前記演算部によって生成されたエッジ検出用波形に現れる２つのピークを起点として互いに近づく方向に所定の距離進んだ範囲を所定の処理用の領域として特定する、ことができる。

また、膜厚信号処理装置の一形態において、前記特定部は、前記演算部によって生成されたエッジ検出用波形に現れる２つのピークを起点として互いに近づく方向に所定の距離進んだ範囲を前記膜厚データの補正を行う補正領域として特定する、ことができる。

また、膜厚信号処理装置の一形態において、前記補正部は、前記有効範囲内における前記膜厚データのうち、膜厚に相関する強度が基準強度に達していない膜厚データについては、該膜圧データの強度を前記基準強度に合わせるように補正するか、又は、該膜圧データの強度に１より大きい所定倍率を乗算することによって補正する、ことができる。

また、膜厚信号処理装置の一形態において、前記膜厚センサは、前記研磨対象物の膜厚
を研磨面に沿って複数回検出し、前記特定部は、前記受信部によって前記膜厚データが受信されるごとに、受信された膜厚データに基づいて、前記膜厚データの有効範囲を特定する、ことができる。

また、膜厚信号処理装置の一形態において、前記膜厚センサは、前記研磨対象物の膜厚を研磨面に沿って複数回検出し、前記特定部は、前記受信部によって受信された基準の膜厚データに基づいて、前記膜厚データの基準の有効範囲を特定し、該特定した基準の有効範囲を前記複数の膜厚データに対する有効範囲と特定する、ことができる。

本願発明の研磨装置の一形態は、研磨対象物を研磨するための研磨パッドが貼り付けられる研磨テーブルと、前記研磨テーブルを回転駆動する駆動部と、前記研磨対象物を保持して前記研磨パッドに押圧する保持部と、前記研磨テーブルに形成された穴に配置され、前記研磨テーブルの回転に伴い前記研磨対象物の膜厚を研磨面に沿って検出する膜厚センサと、上記のいずれかの膜厚信号処理装置と、を備えることを特徴とする。

また、研磨装置の一形態において、前記膜厚信号処理装置の前記補正部によって補正された前記膜厚データに基づいて、前記研磨対象物の押圧力を制御する研磨装置制御部を備える、ことができる。

また、研磨装置の一形態において、前記研磨装置制御部は、前記膜厚信号処理装置の前記補正部によって補正された前記膜厚データに基づいて、前記研磨対象物の複数の領域の押圧力を独立に制御する、ことができる。

本願発明の膜厚信号処理方法の一形態は、研磨対象物の膜厚を研磨面に沿って検出する膜厚センサから出力された膜厚データを受信し、前記受信された膜厚データに基づいて、前記膜厚データの有効範囲を特定し、前記特定された有効範囲内における前記膜厚データのうち、膜厚に相関する強度が基準強度に達していない膜厚データについては、該膜圧データの強度を前記基準強度に合わせるように補正するか、又は、該膜圧データの強度に１より大きい所定倍率を乗算することによって補正する、ことを特徴とする。

本願発明の研磨方法の一形態は、研磨対象物の膜厚を研磨面に沿って検出する膜厚センサから出力された膜厚データを受信し、前記受信された膜厚データに基づいて、前記膜厚データの有効範囲を特定し、前記特定された有効範囲内における前記膜厚データの補正を行い、前記補正された膜厚データに基づいて、前記研磨対象物の押圧力を制御する、ことを特徴とする。

かかる本願発明によれば、膜厚の検出精度を向上させることができる。

図１は、第１実施形態の研磨装置の全体構成を模式的に示す図である。 図２は、演算部２３４及び特定部２３６の処理の概略を示す模式図である。 図３は、補正領域の特定について説明する模式図である。 図４は、補正の第１実施形態について説明するための図である。 図５は、補正の第２実施形態について説明するための図である。 図６は、補正の第３実施形態について説明するための図である。 図７は、補正の第４実施形態について説明するための図である。 図８は、補正の第５実施形態について説明するための図である。 図９は、研磨中に行う圧力コントロールの動作の一例を示すフローチャートである。 図１０は、本実施形態の膜厚信号処理方法のフローチャートである。 図１１は、本実施形態の研磨方法のフローチャートである。

以下、本願発明の一実施形態に係る膜厚信号処理装置、研磨装置、膜厚信号処理方法、及び、研磨方法を図面に基づいて説明する。

＜研磨装置＞
図１は、第１実施形態の研磨装置の全体構成を模式的に示す図である。図１に示すように、研磨装置１００は、研磨対象物（例えば、半導体ウエハなどの基板、又は基板の表面に形成された各種の膜）１０２を研磨するための研磨パッド１０８を上面に取付け可能な研磨テーブル１１０と、研磨テーブル１１０を回転駆動する第１の電動モータ（駆動部）１１２と、研磨対象物１０２を保持可能なトップリング（保持部）１１６と、トップリング１１６を回転駆動する第２の電動モータ（駆動部）１１８と、を備える。

また、研磨装置１００は、研磨パッド１０８の上面に研磨材を含む研磨砥液を供給するスラリーライン１２０を備える。また、研磨装置１００は、研磨装置１００に関する各種制御信号を出力する研磨装置制御部１４０を備える。

また、研磨装置１００は、研磨テーブル１１０に形成された穴に配置され、研磨テーブル１１０の回転に伴い研磨対象物１０２の膜厚を研磨面に沿って検出する渦電流センサ２１０を備える。また、研磨装置１００は、研磨テーブル１１０に配置された近接センサ２２２（第１の部材）と、研磨テーブル１１０の外側に配置されたドグ２２４（第２の部材）とを含むトリガセンサ２２０を備える。

渦電流センサ２１０は、励磁コイル、検出コイル、及びバランスコイルを備える。励磁コイルは、交流電源から供給される交流電流により励磁され、近傍に配置される研磨対象物１０２に渦電流を形成する。研磨対象物１０２に形成される渦電流によって生じる磁束は、検出コイルとバランスコイルとに鎖交する。検出コイルのほうが導電膜に近い位置に配置されているので、両コイルに生じる誘起電圧のバランスが崩れる。これにより、渦電流センサ２１０は、研磨対象物の渦電流によって形成される鎖交磁束を検出し、検出した鎖交磁束に基づいて研磨対象物の厚さを検出する。なお、ここでは、渦電流センサ２１０を配置する例をしめしたが、これに限らず、研磨対象物に光を照射し、研磨対象物から反射する干渉波を測定することによって研磨対象物の厚さを検出する光学式センサを配置してもよい。

近接センサ２２２は、研磨テーブル１１０の下面（研磨パッド１０８が貼り付けられていない面）に貼り付けられている。ドグ２２４は、近接センサ２２２によって検出されるように、研磨テーブル１１０の外側に配置されている。トリガセンサ２２０は、近接センサ２２２とドグ２２４との位置関係に基づいて研磨テーブル１１０が１回転したことを示すトリガ信号を出力する。具体的には、トリガセンサ２２０は、近接センサ２２２とドグ２２４とが最も接近した状態でトリガ信号を出力する。

渦電流センサ２１０は、トリガセンサ２２０から出力されたトリガ信号に基づいて、測定開始タイミング及び測定終了タイミングが制御される。例えば、渦電流センサ２１０は、トリガセンサ２２０からトリガ信号が出力されてから所定時間が経過したタイミングを測定開始タイミングとし、トリガセンサ２２０からトリガ信号が出力されてから所定時間が経過したタイミングを測定終了タイミングとする。ここで、所定時間は、あらかじめパラメータとして設定されているものとする。

研磨装置１００は、研磨対象物１０２を研磨するときは、研磨砥粒を含む研磨スラリーをスラリーライン１２０から研磨パッド１０８の上面に供給し、第１の電動モータ１１２によって研磨テーブル１１０を回転駆動する。そして、研磨装置１００は、トップリング１１６を、研磨テーブル１１０の回転軸とは偏心した回転軸回りで回転させた状態で、トップリング１１６に保持された研磨対象物１０２を研磨パッド１０８に押圧する。これにより、研磨対象物１０２は研磨スラリーを保持した研磨パッド１０８によって研磨され、平坦化される。

＜膜厚信号処理装置＞
次に、膜厚信号処理装置２３０について説明する。図１に示すように、膜厚信号処理装置２３０は、ロータリージョイント・コネクタ１６０，１７０を介して渦電流センサ２１０と接続されている。膜厚信号処理装置２３０は、渦電流センサ２１０から出力された膜厚データに所定の信号処理を行って終点検出器２４０へ出力する。

終点検出器２４０は、膜厚信号処理装置２３０から出力される信号に基づいて研磨対象物１０２の膜厚の変化を監視する。終点検出器２４０は、研磨装置１００に関する各種制御を行う研磨装置制御部１４０と接続されている。終点検出器２４０は、研磨対象物１０２の研磨終点を検出したら、その旨を示す信号を研磨装置制御部１４０へ出力する。研磨装置制御部１４０は、終点検出器２４０から研磨終点を示す信号を受信したら、研磨装置１００による研磨を終了させる。

膜厚信号処理装置２３０は、受信部２３２、演算部２３４、特定部２３６、及び、補正部２３８を備える。

受信部２３２は、渦電流センサ２１０から出力された膜厚データを受信する。

演算部２３４は、受信部２３２によって受信された膜厚データの隣接する複数点の膜厚の差分に基づいて膜厚データの有効範囲のエッジ部を求める。例えば、演算部２３４は、たたみ込み計算によって、受信部２３２によって受信された膜厚データの隣接する複数点の膜厚の差分を計算することによってエッジ検出用波形を生成することができる。

すなわち、隣接する複数点（３点）の膜厚データをそれぞれｆ（ｉ−１），ｆ（ｉ），ｆ（ｉ＋１）とすると、ラプラシアンフィルタＦ（ｉ）による計算は、Ｆ（ｉ）＝｛（ｆ（ｉ−１）−ｆ（ｉ））｝−｛（ｆ（ｉ）−ｆ（ｉ＋１））｝＝ｆ（ｉ−１）−２ｆ（ｉ）＋ｆ（ｉ＋１）と表される。更に減算を行うと、Ｆ’（ｉ）＝ｆ（ｉ）−Ｆ（ｉ）＝−ｆ（ｉ−１）＋３ｆ（ｉ）−ｆ（ｉ＋１）となり、エッジが更に強調される。エッジ検出用波形に現れる２つのピークを、膜厚データの有効範囲のエッジ部とする。エッジは元の波形の輪郭として扱われることから、有効範囲として使用することが可能となる。なお、本実施形態では、隣接する複数点の膜厚の差分を乗算することによってエッジ検出用波形を生成する例を示すが、これに限らず、ｓｏｂｅｌフィルタなど他の演算を行うこともできる。

特定部２３６は、受信部２３２によって受信された膜厚データに基づいて、膜厚データの有効範囲を特定する。具体的には、特定部２３６は、演算部２３４によって求められたエッジ部に基づいて、膜厚データの有効範囲を特定する。さらに具体的には、特定部２３６は、演算部２３４によって生成されたエッジ検出用波形に現れる２つのピーク間の範囲を有効範囲として特定する。

演算部２３４及び特定部２３６について図を用いて説明する。図２は、演算部２３４及び特定部２３６の処理の概略を示す模式図である。図２において横軸は時間経過を示し、
縦軸は研磨対象物１０２の膜厚に相関する信号強度を示している。

受信部２３２は、渦電流センサ２１０から図２に示すような膜厚データ３１０を受信する。膜厚データ３１０は、模式的に示した研磨対象物１０２が存在する領域において出力が大きくなる。膜厚データ３１０は、時系列の複数点３１２における膜厚を繋ぎ合せて構成される。図２に示すように、膜厚データ３１０は、研磨対象物１０２のエッジ部分において肩だれが生じる。

演算部２３４は、受信部２３２によって受信された膜厚データの隣接する複数点３１２の膜厚の差分を乗算することによってエッジ検出用波形３２０を生成する。エッジ検出用波形３２０は、膜厚データ３１０の隣接する複数点３１２の膜厚の差分を乗算することによって生成されるので、図２に示すように、膜厚データ３１０の変化が大きい領域においてピーク３２２が現れる。この例では、膜厚データ３１０は、研磨対象物１０２と渦電流センサ２１０とが対向していない状態から対向し始める領域で大きくなり、研磨対象物１０２と渦電流センサ２１０とが対向している状態から対向しなくなる領域で小さくなるので、２つのピーク３２２が現れる。

特定部２３６は、演算部２３４によって生成されたエッジ検出用波形３２０に現れる２つのピーク３２２間の範囲を有効範囲３３０として特定する。なお、上述のように、渦電流センサ２１０は、トリガセンサ２２０からトリガ信号が出力されてから所定時間が経過したタイミングを測定開始タイミングとし、トリガセンサ２２０からトリガ信号が出力されてから所定時間が経過したタイミングを測定終了タイミングとする。本実施形態における膜厚データの有効範囲３３０は、渦電流センサ２１０の測定開始タイミングと測定終了タイミングとの間に特定される。

また、特定部２３６は、演算部２３４によって生成されたエッジ検出用波形３２０に現れる２つのピーク３２２を起点として互いに近づく方向に所定の距離進んだ範囲を膜厚データ３１０の補正を行う補正領域として特定することができる。

この点について図を用いて説明する。図３は、補正領域の特定について説明する模式図である。図３において横軸は時間経過を示し、縦軸は研磨対象物１０２の膜厚に相関する信号強度を示している。図３は、エッジ検出用波形３２０に現れる２つのピーク３２２のうち一方のピーク３２２における補正領域の特定について説明するが、他方のピーク３２２についても同様である。

図３に示すように、特定部２３６は、演算部２３４によって生成されたエッジ検出用波形３２０に現れる一方のピーク３２２を起点として他方のピーク３２２に近づく方向に所定の距離α進んだ範囲を膜厚データ３１０の補正を行う補正領域３４０として特定することができる。補正領域３４０は、有効範囲３３０内の一部の領域として特定される。図３の例では、膜厚データ３１０のうち、信号強度が７５％、９０％の膜厚データが補正対象となる。所定の距離αは、任意に設定することができる。

なお、本実施形態では、特定部２３６は、補正領域３４０を特定する例を示すが、これに限らず、エッジ検出用波形３２０に現れる２つのピーク３２２に基づいて、他の処理用の領域を特定することもできる。すなわち、特定部２３６は、演算部２３４によって生成されたエッジ検出用波形３２０に現れる２つのピーク３２２を起点として互いに近づく方向に所定の距離進んだ範囲を所定の処理用の領域として特定することができる。例えば、研磨対象物１０２の領域ごとに研磨パッド１０８への押し付け圧力を異ならせるゾーンコントロールを行う場合に、特定部２３６によって特定された領域の膜厚データを用いてこの領域の押し付け圧力を制御することができる。

＜第１実施形態＞
次に、補正の第１実施形態について説明する。補正部２３８は、特定部２３６によって特定された有効範囲３３０（補正領域３４０）内における膜厚データ３１０の補正を行う。具体的には、補正部２３８は、有効範囲３３０（補正領域３４０）内における膜厚データのうち、膜厚に相関する強度が基準強度に達していない膜厚データについては、該膜圧データの強度を基準強度に合わせるように補正することができる。

図４は、補正の第１実施形態について説明するための図である。図４に示すように、渦電流センサ２１０からの出力が１００％である強度を基準強度とすると、補正領域３４０内において、約７５％，約９０％の強度の膜厚データは、基準強度に到達していない。そこで、補正部２３８は、補正領域３４０における約７５％，約９０％の強度の膜厚データを、１００％の強度に補正する。なお、補正部２３８は、補正領域３４０内の膜厚データのうち、元々強度が１００％のものについては補正を行わない。

このように膜厚データを補正することによって、膜厚データ３１０の肩だれした部分を研磨終点の検出に用いることができる膜厚データに補正することができる。その結果、研磨対象物のエッジ部分において膜厚を高い精度で検出することができるので、センサ出力の有効範囲を広げることができ、研磨対象物の面内均一性を向上させることができる。

＜第２実施形態＞
上述のように、渦電流センサ２１０は、研磨テーブル１１０の回転とともに回転しながら、研磨対象物１０２の膜厚を研磨面に沿って複数回検出する。この場合、特定部２３６は、受信部２３２によって膜厚データ３１０が受信されるごとに、受信された膜厚データ３１０に基づいて、膜厚データの有効範囲３３０を特定することができる。

図５は、補正の第２実施形態について説明するための図である。図５に示すように、研磨対象物１０２の研磨が進むと、研磨対象物１０２のエッジ部分が徐々に削れてエッジ部分の位置が移動する。これに伴い受信部２３２によって受信される膜厚データ３１０も変化する。膜厚データ３１０の変化によってエッジ検出用波形３２０の２つのピーク３２２の位置は、互いに近づく方向に移動する。第２実施形態では、特定部２３６は、エッジ検出用波形３２０の２つのピーク３２２の位置が変化するたびに、膜厚データ３１０の有効範囲３３０及び補正領域３４０を特定する。

補正部２３８は、膜厚データ３１０が受信されるごとに特定される有効範囲３３０及び補正領域３４０に基づいて、膜厚データ３１０を補正する。図５の例では、渦電流センサ２１０からの出力が１００％である強度を基準強度とすると、補正領域３４０内において、約７５％，約９０％の強度の膜厚データは、基準強度に到達していない。そこで、補正部２３８は、補正領域３４０における約７５％，約９０％の強度の膜厚データを、１００％の強度に補正する。なお、補正部２３８は、補正領域３４０内の膜厚データのうち、元々強度が１００％のものについては補正を行わない。

本実施形態によれば、膜厚データ３１０が受信されるごとに、受信された膜厚データ３１０に基づいて、膜厚データの有効範囲３３０を特定するので、研磨によって研磨対象物１０２の形状が変化してエッジ部分が移動したとしても精度よく有効範囲３３０及び補正領域３４０を特定することができる。その結果、研磨対象物のエッジ部分において膜厚を高い精度で検出することができるので、センサ出力の有効範囲を広げることができ、研磨対象物の面内均一性を向上させることができる。

＜第３実施形態＞
第１，第２実施形態では、補正部２３８は、補正領域３４０内の膜厚データを１００％の強度に補正する例を示したが、これには限られない。すなわち、補正部２３８は、有効範囲３３０（補正領域３４０）内における膜厚データのうち、膜厚に相関する強度が基準強度に達していない膜厚データについては、該膜圧データの強度に１より大きい所定倍率を乗算することによって補正することができる。

図６は、補正の第３実施形態について説明するための図である。図６に示すように、補正部２３８は、補正領域３４０内の膜厚データについて、所定倍率（例えば、１．２倍、又は１．３倍など）を乗算することによって補正を行うことができる。

本実施形態によれば、強度が基準強度に達していない膜厚データについては、膜圧データの強度に１より大きい所定倍率を乗算することによって補正するので、膜厚データをなめらかに補正することができる。その結果、研磨対象物のエッジ部分において膜厚を高い精度で検出することができるので、センサ出力の有効範囲を広げることができ、研磨対象物の面内均一性を向上させることができる。

＜第４，５実施形態＞
第２，３実施形態では、膜厚データ３１０が受信されるごとに膜厚データの有効範囲３３０及び補正領域３４０を特定する例を示したが、これには限られない。すなわち、渦電流センサ２１０が研磨対象物１０２の膜厚を研磨面に沿って複数回検出する場合において、特定部２３６は、受信部２３２によって受信された基準の膜厚データに基づいて、膜厚データの基準の有効範囲を特定し、該特定した基準の有効範囲を複数の膜厚データに対する有効範囲と特定することができる。

図７，８は、補正の第４，５実施形態について説明するための図である。図７，８に示すように、特定部２３６は、受信部２３２によって受信された基準の膜厚データ３５０に基づいて、膜厚データの基準の有効範囲３３０及び補正領域３４０を特定する。

ここで、基準の膜厚データ３５０は、基準膜厚データを取得するために準備された基準研磨対象物を研磨した際に得られる膜厚データとすることができる。また、基準の膜厚データ３５０は、実際に研磨処理を行う対象の研磨対象物を、研磨材を含まない水などを用いて水ポリッシングした際に得られる膜厚データとすることができる。

本実施形態によれば、基準の膜厚データ３５０を用いて有効範囲３３０及び補正領域３４０を特定するので、有効範囲３３０及び補正領域３４０をより正確に特定することができる。その結果、研磨対象物のエッジ部分において膜厚を高い精度で検出することができるので、センサ出力の有効範囲を広げることができ、研磨対象物の面内均一性を向上させることができる。なお、第４，５実施形態では、基準の膜厚データ３５０を用いて特定された補正領域３４０内の膜厚データの強度に１より大きい所定倍率を乗算して補正する例を示したが、これに限らず、基準の膜厚データ３５０を用いて特定された補正領域３４０内の膜厚データの強度を１００％に補正することもできる。

なお、上記の各実施形態を適用した研磨装置１００において、トップリング１１６の内部の空間に複数の圧力室を設け、圧力室の内部圧力を調整することができる。すなわち、トップリング１１６の内側に形成された空間内には、複数の圧力室が設けられる。複数の圧力室は、中央の円形の圧力室と、この圧力室の外側に同心円状に配置された複数の環状の圧力室と、を備える。各圧力室の内部圧力は、図示しない圧力調整部により互いに独立して変化させることが可能である。これにより、各圧力室に対応する位置の研磨対象物１０２の各領域の押圧力を概ね独立に調整することができる。

研磨テーブル１１０の内部には、研磨対象物１０２の膜の状態を監視（検知）する膜厚センサ（例えば、渦電流センサ２１０）が埋設されている。渦電流センサ２１０は、膜厚信号処理装置２３０に接続され、膜厚信号処理装置２３０は、終点検出器２４０を介して研磨装置制御部１４０に接続されている。渦電流センサ２１０の出力信号は、膜厚信号処理装置２３０に送られる。膜厚信号処理装置２３０は、上記の各実施形態のように、渦電流センサ２１０の出力信号に対して必要な処理（演算処理・補正）を施してモニタリング信号（膜厚信号処理装置２３０の補正部２３８によって補正された膜厚データ）を生成する。膜厚信号処理装置２３０は、モニタリング信号に基づいてトップリング１１６内の各圧力室の内部圧力を操作する。すなわち、膜厚信号処理装置２３０は、トップリング１１６が研磨対象物１０２を押圧する力を決定し、この押圧力を研磨装置制御部１４０へ送信する。研磨装置制御部１４０は、トップリング１１６の研磨対象物１０２に対する押圧力を変更するように図示しない圧力調整部に指令を出す。なお、膜厚信号処理装置２３０と研磨装置制御部１４０とを別々の装置としてもよく、一体化して１つの制御装置としてもよい。膜厚センサによって検出された研磨対象物１０２の膜厚または膜厚に相当する信号の分布を上位のホストコンピュータ（複数の半導体製造装置と接続し、管理しているコンピュータ）に送信し、ホストコンピュータで蓄積しても良い。そして、研磨装置側から送信された研磨対象物１０２の膜厚または膜厚に相当する信号の分布に応じて、ホストコンピュータで、ホストコンピュータのデータベースに格納された押圧条件に対する研磨量に基づいて、膜厚または膜厚に相当する信号の分布が検出された研磨対象物１０２の押圧条件を決め、当該研磨装置の制御部１０４に送信しても良い。以下、研磨対象物１０２の各領域の押圧力の制御について説明する。

図９は、研磨中に行う圧力コントロールの動作の一例を示すフローチャートである。まず、研磨装置１００は、研磨対象物１０２を研磨位置に搬送する（ステップＳ１０１）。続いて、研磨装置１００は、研磨対象物１０２の研磨を開始する（ステップＳ１０２）。

続いて、膜厚信号処理装置２３０は、研磨対象物１０２の研磨中に、残膜指数を研磨対象物の各領域について算出する（ステップＳ１０３）。続いて、研磨装置制御部１４０は、残膜指数に基づいて残膜厚の分布を制御する（ステップＳ１０４）。

具体的には、研磨装置制御部１４０は、各領域について算出された残膜指数に基づいて、研磨対象物１０２の裏面の各領域に加える圧力（すなわち、圧力室内の圧力）を操作する。なお、研磨初期には研磨対象物１０２の被研磨膜表層の変質などにより研磨特性（圧力に対する研磨速度）が不安定になることがある。このような場合には、研磨開始から初回の制御を行うまでの間に、所定の待ち時間を設けてもよい。

続いて、終点検出器２４０は、残膜指数に基づいて研磨対象物の研磨を終了すべきか否かを決定する（ステップＳ１０５）。残膜指数があらかじめ設定された目標値に達していないと終点検出器２４０が判断した場合には（ステップＳ１０５，Ｎｏ）、ステップＳ１０３へ戻る。

一方、残膜指数があらかじめ設定された目標値に達したと終点検出器２４０が判断した場合には（ステップＳ１０５，Ｙｅｓ）、研磨装置制御部１４０は、研磨対象物の研磨を終了する（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０５〜１０６においては、研磨開始から所定の時間が経過したか否かを判断して研磨を終了することも可能である。本実施形態によれば、センサ出力の有効範囲が広がるので、研磨対象物１０２の領域ごとの測定点が増え、研磨の制御性の向上を図ることができる。

次に、本実施形態の膜厚信号処理方法について説明する。図１０は、本実施形態の膜厚信号処理方法のフローチャートである。まず、受信部２３２は、研磨対象物１０２の膜厚
を研磨面に沿って検出する渦電流センサ２１０から出力された膜厚データを受信する（ステップＳ２０１）。

続いて、特定部２３６は、受信部２３２によって受信された膜厚データに基づいて、膜厚データの有効範囲を特定する（ステップＳ２０２）。上述のように、特定部２３６は、演算部２３４によって求められたエッジ部に基づいて、膜厚データの有効範囲を特定することができる。また、特定部２３６は、演算部２３４によって生成されたエッジ検出用波形に現れる２つのピーク間の範囲を有効範囲として特定することができる。その他、特定部２３６は、上述の様々な態様によって膜厚データの有効範囲を特定することができる。

続いて、補正部２３８は、特定部２３６によって特定された有効範囲内における膜厚データの補正を行う（ステップＳ２０３）。補正部２３８は、上述の様々な態様によって膜厚データの補正を行うことができる。例えば、補正部２３８は、特定部２３６によって特定された有効範囲内における膜厚データのうち、膜厚に相関する強度が基準強度に達していない膜厚データについては、該膜圧データの強度を基準強度に合わせるように補正するか、又は、該膜圧データの強度に１より大きい所定倍率を乗算することによって補正することができる。

本実施形態の膜厚信号処理方法によれば、膜厚データの肩だれした部分を研磨終点の検出に用いることができる膜厚データに補正することができる。その結果、本実施形態の膜厚信号処理方法によれば、研磨対象物のエッジ部分において膜厚を高い精度で検出することができるので、センサ出力の有効範囲を広げることができ、研磨対象物の面内均一性を向上させることができる。

次に、本実施形態の研磨方法について説明する。図１１は、本実施形態の研磨方法のフローチャートである。

図１１におけるステップＳ３０１〜Ｓ３０３は、図１０におけるステップＳ２０１〜Ｓ２０３と同様であるので、詳細な説明は省略する。

ステップＳ３０３の後、膜厚信号処理装置２３０又は研磨装置制御部１４０は、補正部２３８によって補正された膜厚データに基づいて研磨対象物１０２の押圧力を制御する（ステップＳ３０４）。上述のように、膜厚信号処理装置２３０又は研磨装置制御部１４０は、トップリング１１６が研磨対象物１０２を押圧する力を決定し、トップリング１１６の研磨対象物１０２に対する押圧力を変更するように図示しない圧力調整部に指令を出す。研磨対象物１０２の押圧力制御の詳細は、図９に示した通りである。

本実施形態の研磨方法によれば、渦電流センサ２１０によって検出された膜厚データを補正するので、渦電流センサ２１０出力の有効範囲が広がる。その結果、本実施形態の研磨方法によれば、研磨対象物１０２の領域ごとの測定点が増え、研磨の制御性の向上を図ることができる。

１００ 研磨装置
１０２ 研磨対象物
１０８ 研磨パッド
１１０ 研磨テーブル
１１２ 電動モータ（駆動部）
１１６ トップリング（保持部）
１４０ 研磨装置制御部
２１０ 渦電流センサ（膜厚センサ）
２２０ トリガセンサ
２２２ 近接センサ
２２４ ドグ
２３０ 膜厚信号処理装置
２３２ 受信部
２３４ 演算部
２３６ 特定部
２３８ 補正部
２４０ 終点検出器
３１０ 膜厚データ
３２０ エッジ検出用波形
３２２ ピーク
３３０ 有効範囲
３４０ 補正領域
３５０ 基準の膜厚データ

Claims (12)

1. 研磨対象物の膜厚を研磨面に沿って検出する膜厚センサから出力された膜厚データを受信する受信部と、
   前記受信部によって受信された膜厚データに基づいて、前記膜厚データの有効範囲を特定する特定部と、
   前記特定部によって特定された有効範囲内における前記膜厚データの補正を行う補正部と、
   を備え、
   前記膜厚センサは、前記研磨対象物の膜厚を研磨面に沿って複数回検出し、
   前記特定部は、前記受信部によって受信された基準の膜厚データに基づいて、前記膜厚データの基準の有効範囲を特定し、該特定した基準の有効範囲を前記複数の膜厚データに対する有効範囲と特定する、
   ことを特徴とする膜厚信号処理装置。
2. 研磨対象物の膜厚を研磨面に沿って検出する膜厚センサから出力された膜厚データを受信する受信部と、
   前記受信部によって受信された膜厚データの隣接する複数点の膜厚の差分に基づいて前記膜厚データの有効範囲のエッジ部を求める演算部と、
   前記演算部によって求められたエッジ部に基づいて、前記膜厚データの有効範囲を特定する特定部と、
   を備え、
   前記膜厚センサは、前記研磨対象物の膜厚を研磨面に沿って複数回検出し、
   前記特定部は、前記受信部によって受信された基準の膜厚データに基づいて、前記膜厚データの基準の有効範囲を特定し、該特定した基準の有効範囲を前記複数の膜厚データに対する有効範囲と特定する、
   ことを特徴とする膜厚信号処理装置。
3. 請求項１の膜厚信号処理装置において、
   前記受信部によって受信された膜厚データの隣接する複数点の膜厚の差分に基づいて前記膜厚データの有効範囲のエッジ部を求める演算部を、さらに備え、
   前記特定部は、前記演算部によって求められたエッジ部に基づいて、前記膜厚データの有効範囲を特定する、
   ことを特等とする膜厚信号処理装置。
4. 請求項２の膜厚信号処理装置において、
   前記特定部によって特定された有効範囲内における前記膜厚データの補正を行う補正部をさらに備える、
   ことを特等とする膜厚信号処理装置。
5. 請求項２又は３の膜厚信号処理装置において、
   前記演算部は、前記受信部によって受信された膜厚データの隣接する複数点の膜厚の差分を乗算することによってエッジ検出用波形を生成し、
   前記特定部は、前記演算部によって生成されたエッジ検出用波形に現れる２つのピーク間の範囲を前記有効範囲として特定する、
   ことを特徴とする膜厚信号処理装置。
6. 請求項５の膜厚信号処理装置において、
   前記特定部は、前記演算部によって生成されたエッジ検出用波形に現れる２つのピークを起点として互いに近づく方向に所定の距離進んだ範囲を所定の処理用の領域として特定
   する、
   ことを特徴とする膜厚信号処理装置。
7. 請求項５の膜厚信号処理装置において、
   前記特定部は、前記演算部によって生成されたエッジ検出用波形に現れる２つのピークを起点として互いに近づく方向に所定の距離進んだ範囲を前記膜厚データの補正を行う補正領域として特定する、
   ことを特徴とする膜厚信号処理装置。
8. 請求項１又は４の膜厚信号処理装置において、
   前記補正部は、前記有効範囲内における前記膜厚データのうち、膜厚に相関する強度が基準強度に達していない膜厚データについては、該膜厚データの強度を前記基準強度に合わせるように補正するか、又は、該膜厚データの強度に１より大きい所定倍率を乗算することによって補正する、
   ことを特徴とする膜厚信号処理装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項の膜厚信号処理装置において、
   前記膜厚センサは、前記研磨対象物の膜厚を研磨面に沿って複数回検出し、
   前記特定部は、前記受信部によって前記膜厚データが受信されるごとに、受信された膜厚データに基づいて、前記膜厚データの有効範囲を特定する、
   ことを特徴とする膜厚信号処理装置。
10. 研磨対象物を研磨するための研磨パッドが貼り付けられる研磨テーブルと、
    前記研磨テーブルを回転駆動する駆動部と、
    前記研磨対象物を保持して前記研磨パッドに押圧する保持部と、
    前記研磨テーブルに形成された穴に配置され、前記研磨テーブルの回転に伴い前記研磨対象物の膜厚を研磨面に沿って検出する膜厚センサと、
    請求項１〜９のいずれか１項の膜厚信号処理装置と、
    を備える研磨装置。
11. 請求項１０の研磨装置において、
    前記膜厚信号処理装置の前記補正部によって補正された前記膜厚データに基づいて、前記研磨対象物の押圧力を制御する研磨装置制御部を備える、
    研磨装置。
12. 請求項１１の研磨装置において、
    前記研磨装置制御部は、前記膜厚信号処理装置の前記補正部によって補正された前記膜厚データに基づいて、前記研磨対象物の複数の領域の押圧力を独立に制御する、
    研磨装置。