JP2019030915A - 研磨装置、研磨方法、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】終点検出の精度を高めることが可能な研磨装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、研磨装置は、研磨対象物の表面を研磨する研磨装置であって、検知部と、終点検出部と、終点条件設定部と、を備える。検知部は、研磨中における表面の状態に相関する特性値を検知する。終点検出部は、特性値または研磨時間が、研磨の終点に対応する終点条件を満たしたことを検出する。終点条件設定部は、研磨装置に関する装置情報と、研磨対象物に関する研磨対象物情報との少なくとも一方に基づいて終点条件を設定し、設定した終点条件を終点検出部へ出力する。【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、研磨装置、研磨方法、およびプログラムに関する。

半導体装置の製造工程の一つである化学的機械的研磨工程では、研磨の終点を検出する終点検出が行われている。終点検出では、一般的に、研磨中における研磨対象物の表面状態に相関する特性値を検出して研磨時間を制御する。この特性値が、予め固定された終点条件を満たすと、研磨は終了する。

特表２０１５−５１９７４０号公報

上記終点条件の最適値は、研磨装置の状態等によって変動する場合がある。そのため、終点条件が予め固定された従来の終点検出では、検出精度が不十分になり、その結果、研磨の過不足が生じるおそれがある。

本発明の実施形態は、終点検出の精度を高めることが可能な研磨装置、研磨方法、およびプログラムを提供する。

本実施形態に係る研磨装置は、研磨対象物の表面を研磨する研磨装置であって、検知部と、終点検出部と、終点条件設定部と、を備える。検知部は、研磨中における表面の状態に相関する特性値を検知する。終点検出部は、特性値または研磨時間が、研磨の終点に対応する終点条件を満たしたことを検出する。終点条件設定部は、研磨装置に関する装置情報と、研磨対象物に関する研磨対象物情報との少なくとも一方に基づいて終点条件を設定し、設定した終点条件を終点検出部へ出力する。

第１実施形態に係る研磨装置の構成を概略的に示す模式図である。 研磨対象物の構造を示す断面図である。 テーブル駆動機構の駆動電流の波形を示す図である。 テーブル駆動機構の駆動電流を微分した波形を示す図である。 研磨動作の手順を示すフローチャートである。 （ａ）は研磨前の研磨対象物の構造を示す断面図であり、（ｂ）は研磨後の研磨対象物の構造を示す断面図である。 研磨パッドの累積処理枚数と微分電流の極小値との関係を示す図である。 比較例と第２実施形態について検出誤差の計測結果を示す表である。 研磨パッドの累積処理枚数と研磨の終点時間との関係を示す図である。 比較例と第３実施形態について検出誤差の計測結果を示す表である。 （ａ）は研磨前の他の研磨対象物の構造を示す断面図であり、（ｂ）は研磨後の他の研磨対象物の構造を示す断面図である。 なる研磨状況で研磨対象物を研磨したときのテーブル駆動機構の駆動電流を微分した波形を示す図である。 比較例と第５実施形態について検出誤差ΔＴの計測結果を示す表である。 研磨対象物の膜厚と微分電流の極小値との関係を示す図である。 比較例と第６実施形態について検出誤差の計測結果を示す表である。 研磨対象物における配線の面積占有率と、テーブル駆動機構の駆動電流の最小値との関係を示す図である。 比較例と第７実施形態について検出誤差の計測結果を示す表である。 第８実施形態に係る研磨装置の構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る研磨装置の構成を示すブロック図である。図１に示す研磨装置１には、研磨テーブル１１が設置されている。研磨テーブル１１は、テーブル駆動機構２１に接続されている。テーブル駆動機構２１は、任意の回転数で研磨テーブル１１を回転させる。研磨テーブル１１上には、交換可能な研磨パッド１２が設置されている。

研磨パッド１２の上方には、研磨ヘッド１３が設置されている。研磨ヘッド１３は、研磨対象物１００を保持する。研磨ヘッド１３は、ヘッド駆動機構２２に接続されている。ヘッド駆動機構２２は、任意の回転数で研磨ヘッド１３を回転させる。また、研磨ヘッド１３は、ヘッド加圧機構２３に接続されている。ヘッド加圧機構２３によって、研磨対象物１００は任意の圧力で加圧される。

また、研磨パッド１２の上方には、ドレッサー１４およびノズル１５が設置されている。ドレッサー１４には研削粒子が固着している。この研削粒子は、研磨対象物１００の研磨終了の度に研磨パッド１２の表面を研削する。これにより、研磨パッド１２の表面は、研磨の度に初期化される。

ノズル１５は、研磨パッド１２上にスラリー２００を供給する。ノズル１５は流量調節機構２４に接続されている。流量調節機構２４は、スラリー２００の流量を調節する。

テーブル駆動機構２１、ヘッド駆動機構２２、ヘッド加圧機構２３、および流量調節機構２４は、制御部２５にそれぞれ接続されている。制御部２５は、研磨テーブル１１の回転数、研磨ヘッド１３の回転数、研磨対象物１００へ加える圧力、およびスラリー２００の流量をそれぞれ制御する。

本実施形態に係る研磨装置１では、研磨対象物１００を研磨するとき、ヘッド駆動機構２２が研磨ヘッド１３を回転させるとともに、テーブル駆動機構２１が研磨テーブル１１を回転させる。このとき、検知部２６は、テーブル駆動機構２１の駆動電流を検知して終点検出部２７へ出力する。

終点検出部２７は、駆動電流の波形に示された特徴点、または予め設定された研磨の最大時間を検出すると、検出信号を制御部２５へ送信する。制御部２５は、この検出信号を受信すると、研磨の終了や研磨条件の切り替えを行う。

図２は、研磨対象物１００の構造を示す断面図である。図２に示す研磨対象物１００には、溝１０２が基板１０１に形成されている。また、ストッパー膜１０３が基板１０１上に形成されている。さらに、研磨対象膜１０４が、溝１０２に埋め込まれ、かつ、ストッパー膜１０３上に形成されている。

図３は、テーブル駆動機構２１の駆動電流の波形を示す図である。この駆動電流は、研磨対象物１００の表面と研磨パッド１２の表面との間で生じる摩擦力により変動する。摩擦力が大きいと駆動電流も大きくなる一方で、摩擦力が小さいと駆動電流も小さくなる。

例えば、研磨パッド１２が研磨対象物１００の研磨対象膜１０４を研磨するとき、ストッパー膜１０３の一部が露出し始めると、駆動電流は、研磨初期の電流値Ｉｓから減少し始める。その後、ストッパー膜１０３の全部が露出すると、駆動電流は、研磨終期の電流値Ｉｅに収束する。本実施形態では、駆動電流の変化を精度良く検出するために、終点検出部２７は、駆動電流を微分し、その微分値の変化に基づいて特徴点を検出する。

図４は、テーブル駆動機構２１の駆動電流を微分した波形を示す図である。図４に示す実線Ｌ１が、図３に示す駆動電流を微分した波形である。ストッパー膜１０３の露出が開始してから完了するまでの時間、すなわち研磨時間が短い場合、駆動電流の微分波形は実線Ｌ１のように急峻になり、極小値Ｄｍｉｎ１へ早期に到達する。

しかし、研磨時間は、研磨装置１の状態または研磨対象物１００の状態に応じて変動する可能性がある。例えば、研磨時間が長いと、駆動電流の微分波形は破線Ｌ２のように緩やかになり、極小値Ｄｍｉｎ２への到達が遅くなる。

終点検出部２７が、実線Ｌ１および破線Ｌ２で示された２つの研磨形態の終点を検出するために、仮に、しきい値ＴＨ１が研磨の終点条件として固定されたとする。この場合、実線Ｌ１で示された研磨形態では、しきい値ＴＨ１を検出した時間と極小値Ｄｍｉｎ１を検出した時間との検出誤差ΔＴが大きい。また、電流波形のノイズによってしきい値ＴＨ１が誤検出される可能性もある。

さらに、しきい値による終点検出が失敗した場合に研磨ステップの時間を決定する最大時間をＴｍａｘ１に設定すると、実線Ｌ１で示された研磨形態では終点検出に失敗した際に過研磨を抑制できる。しかし、破線Ｌ２で示された研磨形態では微分波形の極小値が来る前に研磨ステップが終了してしまい、研磨不足が生じる可能性がある。その一方で最大時間をＴｍａｘ２（＞Ｔｍａｘ１）に設定すると、実線Ｌ１で示された研磨形態では終点検出に失敗した際の過研磨を抑制することができず、研磨不良を起こす可能性が高くなる。

そこで、本実施形態に係る研磨装置１は、図１に示すように、終点条件を最適化するための終点条件設定部３０を備える。なお、終点条件設定部３０は、研磨装置１から独立した構成であってもよいし、終点検出部２７と一体の構成であってもよい。

終点条件設定部３０は、演算処理部３１と、記憶部３２と、を有する。演算処理部３１は、例えば、所定のプログラムに従って動作するＣＰＵ（Central Processing Unit）で構成されている。一方、記憶部３２は、例えば、上記プログラム等を記憶した半導体メモリで構成されている。

演算処理部３１には、研磨装置１に関する装置情報と、研磨対象物１００に関する研磨対象物情報との少なくとも一方が入力される。これらの情報は、記憶部３２に一時的に格納されていてもよいし、ネットワーク回線を通じて終点条件設定部３０に入力されてもよい。

装置情報には、研磨パッド１２の使用状態、ドレッサー１４の使用状態、または研磨パッド１２の研削レート（単位時間当たりの研削量）等が該当する。研磨パッド１２およびドレッサー１４の使用状態には、例えば、累積処理枚数、累積処理時間、摩耗量、ドレッシング時のトルク値等が含まれる。加えて、装置情報には、終点検出部２７で以前に検出された値や、研磨パッド１２で以前に研磨された研磨対象物の履歴等も該当する。

一方、研磨対象物情報には、研磨対象物の膜厚、表面段差、反り量等が該当する。また、研磨対象物の表面に形成されたパターンの長さ、表面全体におけるパターンの平面積の占有率も該当する。さらに、研磨対象物に対して既に行われた処理工程に関する情報、例えば、処理装置、処理履歴、形状の計測に関する情報も該当する。

演算処理部３１は、上述した装置情報と研磨対象物情報との少なくとも一方に基づいて、終点条件を設定する。本実施形態では、演算処理部３１は、テーブル駆動機構２１の微分電流のしきい値および研磨の最大時間を終点条件として設定する。

以下、図５を参照して上述した研磨装置１を用いた研磨方法について説明する。図５は、研磨動作の手順を示すフローチャートである。

まず、装置情報と研磨対象物情報との少なくとも一方が終点条件設定部３０へ入力される（ステップＳ１）。

次に、演算処理部３１は、入力情報に基づいて研磨の終点条件を設定する（ステップＳ２）。ステップＳ２では、例えば、演算処理部３１は、実線Ｌ１で示された研磨形態にはしきい値ＴＨ２および最大時間Ｔｍａｘ１を設定し、破線Ｌ２で示された研磨形態にはしきい値ＴＨ１および最大時間Ｔｍａｘ２を設定する。

なお、終点条件は、しきい値および最大時間だけでなく、しきい値を検出してからの経過時間、ノイズを含んだ電流波形を平滑化する際の平均区間、電流波形の勾配を演算する区間、当該勾配の平均区間等であってもよい。演算処理部３１は、入力情報に応じて、上記のような複数の異なる終点条件から、適用する条件を選択することも可能である。

演算処理部３１は、上記のように終点条件を設定した後、設定した終点条件を終点検出部２７へ出力する（ステップＳ３）。その結果、終点検出部２７で検出される終点条件が、変更される。例えば、終点検出部２７は、予め複数のしきい値を設定できるように構成され、複数のしきい値のうちの１つが、演算処理部３１によって終点条件として選択される。

次に、研磨対象物１００の研磨が開始される（ステップＳ４）。具体的には、制御部２５がテーブル駆動機構２１、ヘッド駆動機構２２、および流量調節機構２４を制御することによって、研磨テーブル１１および研磨ヘッド１３が回転し、スラリー２００がノズル１５から供給される。これにより、研磨対象物１００の研磨対象膜１０４が研磨パッド１２で研磨される。

研磨が開始されると、検知部２６が、研磨対象物１００の表面状態に相関する特性値を検知する（ステップＳ５）。本実施形態では、検知部２６は、テーブル駆動機構２１の駆動電流を上記特性値として検知する。また、検知部２６は、検知した駆動電流を終点検出部２７へ出力する。

なお、検知部２６の検知対象は、駆動電流の他に、例えば、ヘッド駆動機構２２の駆動電流、研磨パッド１２の表面温度、研磨音、研磨テーブル１１または研磨ヘッド１３の振動数、研磨対象物とスラリー２００との化学反応で生じたガス量等であってもよい。

次に、終点検出部２７は、特性値または研磨時間が終点条件を満たすか否か検出する（ステップＳ６）。具体的には、終点検出部２７は、検知部２６から入力された駆動電流の微分値を求める。続いて、終点検出部２７は、その微分値が演算処理部３１で設定されたしきい値を下回ったか否か判定する。微分値がしきい値を下回ると、終点検出部２７は、終点条件を満たしたと判定し、検出信号を制御部２５へ送信する。また、研磨時間が演算処理部３１で設定された最大時間を超えたときも、終点検出部２７は、終点条件を満たしたと判定し、検出信号を制御部２５へ送信する。検出信号の受信によって、制御部２５は、研磨を終了させる（ステップＳ７）。

以上説明した本実施形態によれば、終点検出に影響を及ぼす情報が終点条件設定部３０に入力される。終点条件設定部３０は、入力情報に基づいて、終点条件を適切に設定する。終点検出部２７は、終点条件設定部３０で最適化された終点条件で研磨の終点を検出する。よって、終点検出の精度を高めることが可能となる。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る研磨装置の構成は、第１実施形態に係る研磨装置１と同様である。そのため、研磨装置の詳細な説明は省略する。

図６（ａ）は、本実施形態に係る研磨前の研磨対象物の構造を示す断面図である。また、図６（ｂ）は、研磨後の研磨対象物の構造を示す断面図である。

図６（ａ）に示す研磨対象物１１０では、シリコン酸化膜１１２がシリコン基板１１１上に形成されている。シリコン酸化膜１１２の上面には、溝部１１３が形成されている。シリコン酸化膜１１２の上面および溝部１１３の内面には、バリアメタル層１１４が、例えばチタン（Ｔｉ）を用いて形成されている。バリアメタル層１１４上には、配線層１１５が、例えば銅（Ｃｕ）を用いて形成されている。

本実施形態では、シリコン酸化膜１１２上に形成されたバリアメタル層１１４および配線層１１５が、シリカ砥粒を含んだスラリー２００を用いて研磨される。その結果、図６（ｂ）に示すように、バリアメタル層１１４および配線層１１５を溝部１１３内に埋め込んだ構造、いわゆるダマシン配線構造が形成される。

図７は、研磨パッド１２の累積処理枚数と、微分電流の極小値との関係を示す図である。微分電流は、テーブル駆動機構２１の駆動電流を微分したものである。図７によれば、累積処理枚数が増加するにつれて微分電流の極小値は小さくなるので、両者は相関する。

そこで、本実施形態では、ステップＳ１で研磨パッド１２の累積処理枚数が装置情報として終点条件設定部３０に入力されると、演算処理部３１が、ステップＳ２でテーブル駆動機構２１の微分電流のしきい値ＴＨを累積処理枚数Ｃｐａｄの関数として設定する。図７によれば、累積処理枚数と極小値とは、ほぼ直線関係である。そのため、演算処理部３１は、下式（１）に基づいて、しきい値ＴＨを終点条件として設定する。
ＴＨ＝−０．０１８２×Ｃｐａｄ−１１０．９５＋１０ （１）
式（１）では、図７に示す直線の近似式に、ばらつきマージンとして１０（Ａ／ｍｉｎ）を考慮している。

図８は、比較例と本実施形態について検出誤差ΔＴの計測結果を示す表である。検出誤差ΔＴは、しきい値ＴＨの検出時間と、極小値を検出したピーク時間との時間差である。

図８に示すように、研磨パッド１２の累積処理枚数が増えるにつれて、ピーク時間は短くなる。しかし、比較例では、しきい値ＴＨが固定されているので、検出誤差ΔＴは、累積処理枚数が増えるにつれて大きくなる。

一方、本実施形態では、研磨パッド１２の累積処理枚数に応じてしきい値ＴＨが、上記式（１）に基づいて変更されている。そのため、累積処理枚数が増加しても検出誤差ΔＴは小さい。

以上説明した本実施形態によれば、演算処理部３１が、装置情報の一つである研磨パッド１２の累積処理枚数に基づいて、終点条件の一つである微分電流のしきい値ＴＨを最適化している。これにより、終点検出部２７の検出誤差が小さくなるので、研磨の過不足を回避することができる。

なお、装置情報は、研磨パッド１２の累積処理枚数の他に、研磨パッド１２の累積処理時間、ドレッサー１４の累積処理枚数、ドレッサー１４の累積処理時間、研磨パッド１２の累積ドレッシング時間、研磨パッド１２の減耗量等の消耗部材の状態を示す情報であってもよい。

また、終点検出部２７は、駆動電流の微分値の変化の他に、駆動電流値の変化、または駆動電流の二次微分値の変化を検出してもよい。加えて、終点検出部２７は、装置情報に基づいて、しきい値の代わりに、特性値の波形における下降開始点または上昇開始点の検出条件を設定してもよい。さらに、演算処理部３１は、より精度を上げるため、上式（１）の代わりに、高次式または複数の情報を利用した多項式を用いて検出条件を算出してもよい。

（第３実施形態）
第３実施形態に係る研磨装置の構成は、第１実施形態に係る研磨装置１と同様である。また、本実施形態に係る研磨対象物は、第２実施形態に係る研磨対象物１１０と同じである。そのため、これらの詳細な説明は省略する。

図９は、研磨パッド１２の累積処理枚数と、研磨の終点時間との関係を示す図である。図９によれば、累積処理枚数が増加するにつれて終点時間は短くなるので、両者は相関する。

そこで、本実施形態では、ステップＳ１で研磨パッド１２の累積処理枚数が装置情報として終点条件設定部３０に入力されると、演算処理部３１は、ステップＳ２で研磨時間の最大時間Ｔｍａｘを累積処理枚数Ｃｐａｄの関数として設定する。図９によれば、累積処理枚数と終点時間とは、ほぼ直線関係である。そのため、演算処理部３１は、下式（２）に基づいて最大時間Ｔｍａｘを終点条件として設定する。
Ｔｍａｘ＝−０．００５４×Ｃｐａｄ＋１６．９６＋５ （２）
式（２）では、図９に示す直線の近似式に、ばらつきマージンとして５（ｓｅｃ）を考慮している。

図１０は、比較例と本実施形態について、検出誤差の計測結果を示す表である。この検出誤差は、研磨の終点時間と研磨の最大時間Ｔｍａｘとの時間差である。

図１０に示すように、研磨パッド１２の累積処理枚数が増えるにつれて、終点時間は短くなる。しかし、比較例では、最大時間Ｔｍａｘが固定されているので、終点検出に失敗した場合の検出誤差は、累積処理枚数が増えるにつれて大きくなる。

一方、本実施形態では、研磨パッド１２の累積処理数に応じて最大時間Ｔｍａｘが、上記式（２）の関数に基づいて変更されている。そのため、累積処理枚数が増加しても終点検出に失敗した場合の検出誤差は小さい。

以上説明した本実施形態によれば、演算処理部３１が装置情報の一つである研磨パッド１２の累積処理枚数に応じて、終点条件の一つである研磨時間の最大時間Ｔｍａｘを最適化している。これにより、終点検出部２７が終点検出に失敗した場合の検出誤差が小さくなるので、過研磨を抑制して研磨不良を抑制することができる。なお、装置情報は、研磨パッド１２の累積処理枚数の他に、第２実施形態と同様に消耗部材の状態を示す他の情報であってもよい。

また、検出誤差をさらに小さくするためには、終点時間の予測精度を向上させることが望ましい。そのため、演算処理部３１は、装置点検時に取得された研磨レートに基づいて終点時間を予測し、予測した終点時間に応じて最大時間Ｔｍａｘを設定してもよい。さらに、演算処理部３１は、直前に処理された研磨対象物１１０の終点時間に基づいて最大時間Ｔｍａｘを設定してもよい。

（第４実施形態）
第４実施形態に係る研磨装置の構成は、第１実施形態に係る研磨装置１と同様である。また、本実施形態に係る研磨対象物は、第２実施形態に係る研磨対象物１１０と同じである。そのため、これらの詳細な説明は省略する。

第２実施形態で説明した図７によれば、研磨パッド１２の累積処理枚数が増加するにつれて、テーブル駆動機構２１の駆動電流を微分した微分電流の極小値は、小さくなる。

そこで、本実施形態では、直前の研磨で終点検出部２７により検出された微分電流の極小値Ｄｍｉｎが装置情報として終点条件設定部３０に入力される。終点条件設定部３０では、演算処理部３１が、ステップＳ２で下式（３）に基づいて、次の研磨対象物１１０を研磨する際のしきい値ＴＨｎｅｘｔを設定する。
ＴＨｎｅｘｔ＝Ｄｍｉｎ＋１０ （３）
例えば、前回の極小値Ｄｍｉｎが−１０８．５である場合、上式（３）によれば、しきい値ＴＨｎｅｘｔは、−９８．５（＝−１０８．５＋１０）となる。

以上説明した本実施形態によれば、研磨の終点に対応する微分電流の極小値が研磨パッド１２の累積処理枚数に応じて変動しても、演算処理部３１がその変動に対応するしきい値を設定する。よって、終点検出部２７の検出誤差が小さくなるので、研磨の過不足を回避することができる。

また、本実施形態では、上記しきい値は、直前に検出された研磨対象物１１０の特性値に基づいて設定されている。したがって、終点検出データの長期的な変動が複雑であることによって第２実施形態で説明した式（１）によるしきい値の制御が困難な場合、本実施形態は特に有効である。

なお、本実施形態では、定期的または非定期的に研磨されるダミー研磨対象物の特性値を利用してもよい。また、直前に検出した１つの特性値だけでなく、以前に検出した複数の特性値の平均値を利用してもよい。この場合、突発的なばらつきの影響を軽減することが可能である。

（第５実施形態）
第５実施形態に係る研磨装置の構成は、第１実施形態に係る研磨装置１と同様である。そのため、研磨装置の詳細な説明は省略する。

図１１（ａ）は、本実施形態に係る研磨前の研磨対象物の構造を示す断面図である。また、図１１（ｂ）は、研磨後の研磨対象物の構造を示す断面図である。

図１１（ａ）に示す研磨対象物１２０では、ゲート絶縁膜１２２がシリコン基板１２１上に形成されている。ゲート絶縁膜１２２上には、ポリシリコン膜１２３が形成されている。ポリシリコン膜１２３上にはシリコン窒化膜１２４が形成されている。これらの膜は、シリコン基板１２１内まで延びたトレンチ１２５によって、分離されている。トレンチ１２５には、シリコン酸化膜１２６が埋め込まれている。

本実施形態では、シリコン酸化膜１２６は、セリア砥粒を含んだスラリー２００を用いて、シリコン窒化膜１２４が露出するまで研磨される。その結果、図１１（ｂ）に示すように、素子分離構造が形成される。

研磨装置１では、研磨処理の間隔が長いと、研磨パッド１２の表面状態が変化する場合がある。そのため、研磨処理を再開するとき、最初にダミー研磨対象物を研磨して研磨パッド１２の表面状態を整える。しかし、この研磨処理を行っても、研磨パッド１２の表面状態を完全に整えることは難しい。

図１２は、異なる研磨状況で研磨対象物を研磨したときのテーブル駆動機構２１の駆動電流を微分した波形を示す図である。図１２に示す実線Ｌ３は、ダミー研磨対象物を研磨した直後に研磨対象物１２０を研磨したときの微分電流の波形である。一方、破線Ｌ４は、研磨対象物１２０を連続的に研磨しているときの微分電流の波形である。

図１２によれば、ダミー研磨対象物を研磨した直後に研磨対象物１２０を研磨すると、極小値は、研磨対象物１２０を連続的に研磨しているときの微小値よりも小さくなる。また、極小値を検出したピーク時間も短くなる。

そこで、本実施形態では、ステップＳ１で、研磨装置１で直前に研磨された研磨対象物の履歴を示す履歴情報が装置情報として終点条件設定部３０に入力される。終点条件設定部３０では、演算処理部３１が、ステップＳ２で上記履歴情報に基づいて、テーブル駆動機構２１の微分電流のしきい値ＴＨを設定する。

図１３は、比較例と本実施形態について検出誤差ΔＴの計測結果を示す表である。検出誤差ΔＴは、しきい値ＴＨの検出時間と極小値を検出したピーク時間との時間差である。

上述したように、直前の研磨対象物がダミーである場合、ピーク時間は短くなる。しかし、比較例はしきい値ＴＨが固定されている。そのため、ダミー研磨対象物を研磨した直後では、検出誤差ΔＴが大きい。

一方、本実施形態では、直前の研磨対象物がダミーである場合、演算処理部３１が、しきい値ＴＨを変更している。そのため、ダミー研磨対象物を研磨した直後でも、検出誤差ΔＴは小さい。

以上説明した本実施形態によれば、演算処理部３１が装置情報の一つである履歴情報に基づいて、終点条件の一つである微分電流のしきい値ＶＴＨを最適化している。これにより、ダミー研磨対象物を研磨した直後に本物の研磨対象物を研磨するときも、終点検出部２７の検出精度を維持できる。

なお、本実施形態では、履歴情報は、直前に研磨された研磨対象物がダミーであるか否かを示すがこれに限定されない。例えば、複数種の研磨対象物または複数の工程を同一の装置で処理すると、直前に処理された研磨対象物の品種または工程によって研磨パッド１２の表面状態が変化する。そのため、履歴情報は、直前に処理された研磨対象物の品種および工程を含んでいてもよい。

（第６実施形態）
第６実施形態に係る研磨装置の構成は、第１実施形態に係る研磨装置１と同様である。また、本実施形態に係る研磨対象物は、第５実施形態に係る研磨対象物１１０と同じである。そのため、これらの詳細な説明は省略する。

図１４は、研磨対象物の膜厚と、微分電流の極小値との関係を示す図である。研磨対象物の膜厚は、図１１（ａ）に示すシリコン酸化膜１２６の膜厚Ｔｎに相当する。一方、微分電流は、テーブル駆動機構２１の駆動電流を微分したものである。図１４によれば、膜厚Ｔｎが厚くなるにつれて極小値が大きくなるので、両者は相関する。

そこで、本実施形態では、ステップＳ１でシリコン酸化膜１２６の膜厚が研磨対象物情報として終点条件設定部３０に入力される。終点条件設定部３０では、演算処理部３１が、ステップＳ２で、下記の式（４）を用いてテーブル駆動機構２１の微分電流のしきい値ＴＨを設定する。
ＴＨ＝０．０６９４×Ｔｎ−６６．１７＋２ （４）
式（４）では、ばらつきマージンとして２（Ａ／ｍｉｎ）を考慮している。

図１５は、比較例と本実施形態について検出誤差ΔＴの計測結果を示す表である。検出誤差ΔＴは、しきい値ＴＨの検出時間と極小値を検出したピーク時間との時間差である。

図１５に示すように、研磨対象の膜厚Ｔｎに応じて、ピーク時間は変化する。しかし、比較例では、しきい値ＴＨが固定されているので、検出誤差ΔＴが大きい。一方、本実施形態では、しきい値ＴＨが、研磨対象の膜厚Ｔｎに応じて変更されている。そのため、比較例に比べて検出誤差ΔＴが小さい。

以上説明した本実施形態によれば、演算処理部３１が、研磨対象物情報の一つである研磨対象物の膜厚に基づいて、終点条件の一つである微分電流のしきい値ＴＨを最適化している。これにより、終点検出部２７の検出誤差が小さくなるので、研磨の過不足を回避することができる。

なお、上記膜厚Ｔｎを計測する膜厚測定器は、研磨装置１に付設されていてもよいし、研磨装置１から独立していてもよい。膜厚Ｔｎは、膜厚測定器から直接求める代わりに間接的に求めてもよい。例えば、膜厚Ｔｎは、成膜装置の処理時間、圧力、温度、ガス流量、といった物理量と相関がある。この場合、これらの物理量が研磨対象物情報として入力されると、演算処理部３１は、入力された物理量を膜厚Ｔｎに換算する。

また、研磨対象物情報は、上記膜厚Ｔｎの他に、表面段差、反り量、パターンの長さなどであってもよい。この場合、演算処理部３１は、これらの情報を多項式等により組み合わせてしきい値ＴＨを設定してもよい。

上記表面段差は、ドライエッチング装置の処理時間、圧力、温度、ガス流量、プラズマ発光波長・強度といった物理量と相関がある。そのため、研磨工程よりも前の工程時で計測された計測情報を、研磨対象物情報として終点条件設定部３０に入力してもよい。特に、前工程におけるチャンバークリーニング後の累積処理枚数や部材の累積処理枚数といった情報に相関がある場合には、これら処理履歴情報を研磨対象物情報として利用してもよい。これら前工程における処理について、装置間またはチャンバー間で差が著しい場合には、装置およびチャンバーの識別情報を研磨対象物情報として利用してもよい。

（第７実施形態）
第７実施形態に係る研磨装置の構成は、第１実施形態に係る研磨装置１と同様である。また、本実施形態に係る研磨対象物は、第２実施形態に係る研磨対象物１１０と同じである。そのため、これらの詳細な説明は省略する。

図１６は、研磨対象物における配線の面積占有率と、テーブル駆動機構２１の駆動電流の最小値との関係を示す図である。この面積占有率は、図６（ｂ）に示す研磨対象物１１０の平面積（上面の面積）に対して配線層１１５の平面積が占める割合である。図１６によれば、面積占有率が増加するにつれて駆動電流の最小値は大きくなるので、両者は相関する。

そこで、本実施形態では、ステップＳ１で上記面積占有率が研磨対象物情報として終点条件設定部３０に入力される。終点条件設定部３０では、演算処理部３１が、ステップＳ２で、テーブル駆動機構２１の駆動電流の最小値とみなすしきい値電流Ｉｍｉｎを配線層１１５の面積占有率ＤＮ（％）の関数として設定する。図１６によれば、駆動電流の最小値と面積占有率とは、ほぼ直線関係である。そのため、演算処理部３１は、下式（５）に基づいて、しきい値電流Ｉｍｉｎを終点条件として設定する。
Ｉｍｉｎ ＝ ０．０１９９ × ＤＮ ＋ ５．４０ ＋ １ （５）
式（５）では、図１６に示す直線の近似式に、ばらつきマージンとして１（Ａ）を考慮している。

図１７は、比較例と本実施形態について検出誤差の計測結果を示す表である。ここでは、検出誤差は、しきい値電流Ｉｍｉｎの検出時間と、駆動電流の最小値を検出した最小値検出時間との時間差である。

図１７に示すように、配線層１１５の面積占有率ＤＮに応じて、最小値検出時間は変化する。しかし、比較例では、しきい値電流が固定されているので検出誤差が大きい。一方、本実施形態では、しきい値電流が上記面積占有率ＤＮに応じて変更されている。そのため、比較例に比べて検出誤差が小さい。

以上説明した本実施形態によれば、演算処理部３１が、研磨対象物情報の一つである配線層１１５の面積占有率に基づいて、終点条件の一つであるテーブル駆動機構２１の駆動電流のしきい値電流を最適化している。これにより、終点検出部２７の検出誤差が小さくなるので、研磨の過不足を回避することができる。

（第８実施形態）
図１８は、第８実施形態に係る研磨装置の構成を示すブロック図である。図１８に示す研磨装置２では、図１に示す研磨装置１と同様の構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態に係る研磨装置２は、第２実施形態で説明した研磨対象物１１０を研磨する。研磨装置２には、光源４０および検知部２６が研磨テーブル１１に設けられている。光源４０は、研磨中に、研磨対象物１１０の表面に向けて赤色光を照射する。この赤色光は、研磨パッド１２およびスラリー２００を透過して研磨対象物１１０の表面で反射する。反射光は、検知部２６で受光される。

検知部２６は、受光量を終点検出部２７へ出力する。終点検出部２７は、この受光量、すなわち、研磨対象物１１０の表面で反射した反射光の光量に基づいて終点条件を満たすか否か判定する。

光源４０が赤色光を研磨対象物１１０に向けて照射したとき、反射光の光量は、研磨対象物１１０における配線層１１５の表面状態により変化する。研磨の進行に伴って研磨対象物１１０の表面を覆う配線層１１５の銅の面積率が減少すると、反射光の光量が低下する。また、反射光の光量は、入射光、すなわち光源４０の光量に依存する。光源４０の累積使用時間が長くなるにつれて、光源４０の光量は、経年劣化により減少する。

そこで、本実施形態では、ステップＳ１で光源４０の累積使用時間が装置情報として終点条件設定部３０に入力されると、演算処理部３１は、ステップＳ２で光源４０の累積使用時間に応じてしきい値光量を終点条件として設定する。光源ランプの累積使用時間が長くなるほど、しきい値光量は、小さくなる。

その後、ステップＳ５で検知部２６が反射光の光量を特性値として検知する。ステップＳ６で反射光の光量がしきい値光量を下回ると、終点検出部２７は、終点条件を満たしたと判定する。

以上説明した本実施形態によれば、演算処理部３１が、装置情報の一つである光源４０の累積使用時間に基づいて、終点条件の一つである反射光量のしきい値を最適化している。これにより、光源４０の経年劣化に起因する終点検出部２７の検出誤差が小さくなるので、研磨の過不足を回避することができる。

なお、光源４０の光色は赤色に限定されず、検知部２６で特性値として検知される光学値も、反射光の光量に限定されない。例えば、光源４０は、白色光を研磨対象物１１０の表面に向けて照射してもよい。この場合、検知部２６は、反射光のスペクトル値を特性値として検知する。

上述した第１実施形態〜第８実施形態において、終点条件設定部３０によって行われる終点条件設定の少なくとも一部は、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、終点条件設定の少なくとも一部の機能を実現するプログラムをフレキシブルディスクや磁気ディスク、光ディスク等の非一時的な記録媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ソリッドステートドライブ装置、ハードディスク装置、メモリ素子などの固定型の記録媒体でもよい。

また、終点条件設定の少なくとも一部の機能を実現するプログラムを、インターネット等の通信回線（無線通信も含む）を介して頒布してもよい。さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは非一時的な記録媒体に収納して頒布してもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１、２ 研磨装置、１１ 研磨テーブル、１２ 研磨パッド、１４ ドレッサー、２１ テーブル駆動機構、２６ 検知部、２７ 終点検出部、３０ 終点条件設定部、４０ 光源

Claims (10)

1. 研磨対象物の表面を研磨する研磨装置であって、
   研磨中における前記表面の状態に相関する特性値を検知する検知部と、
   前記特性値または研磨時間が、研磨の終点に対応する終点条件を満たしたことを検出する終点検出部と、
   前記研磨装置に関する装置情報と、前記研磨対象物に関する研磨対象物情報との少なくとも一方に基づいて前記終点条件を設定し、設定した前記終点条件を前記終点検出部へ出力する終点条件設定部と、
   を備える研磨装置。
2. 前記表面を研磨する研磨パッドと、
   前記研磨パッドを研削するドレッサーと、をさらに備え、
   前記研磨パッドの使用状態、前記ドレッサーの使用状態、または前記研磨パッドの研削レートが前記装置情報として前記終点条件設定部に入力される、請求項１に記載の研磨装置。
3. 前記終点検出部で以前に検出された前記特性値または前記研磨時間が前記装置情報として前記終点条件設定部に入力される、請求項１に記載の研磨装置。
4. 前記研磨対象物の膜厚、表面段差、反り量、およびパターンの長さの少なくとも一つが予め計測され、計測値が前記研磨対象物情報として前記終点条件設定部に入力される、請求項１に記載の研磨装置。
5. 前記研磨装置の研磨履歴を示す履歴情報が前記装置情報として前記終点条件設定部に入力される、請求項１に記載の研磨装置。
6. 前記表面を研磨する研磨パッドと、
   前記研磨パッドが設けられた研磨テーブルと、
   前記研磨テーブルを駆動するテーブル駆動機構と、をさらに備え、
   前記検知部は、前記テーブル駆動機構の駆動電流を前記特性値として検知する、請求項１に記載の研磨装置。
7. 研磨中における前記表面に光を照射する光源をさらに備え、
   前記検知部は、前記光が前記表面で反射した反射光に関する光学値を前記特性値として検知し、
   前記終点条件設定部は、前記光源の累積使用時間を示す前記装置情報に基づいて前記終点条件を設定する、請求項１に記載の研磨装置。
8. 前記研磨装置で以前に研磨された前記研磨対象物の履歴が前記装置情報として前記終点条件設定部に入力される、請求項１に記載の研磨装置。
9. 研磨装置に関する装置情報と、研磨対象物に関する研磨対象物情報との少なくとも一方に基づいて、前記研磨装置による研磨の終点に対応する終点条件を設定し、
   前記研磨装置で前記研磨対象物の表面を研磨し、
   研磨中における前記表面の状態に相関する特性値を検知し、
   前記特性値または研磨時間が、設定した前記終点条件を満たしたことを検出すると、研磨を終了する、研磨方法。
10. 研磨対象物の表面の研磨中における前記表面の状態に相関する特性値を検知する検知部と、前記特性値または研磨時間が、研磨の終点に対応する終点条件を満たしたことを検出する終点検出部と、を備える研磨装置に接続されるコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
    前記研磨装置に関する装置情報と、前記研磨対象物に関する研磨対象物情報との少なくとも一方に基づいて前記終点条件を設定し、
    設定した前記終点条件を前記終点検出部へ出力する、プログラム。

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