JP2019102518A - 基板処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡便な方法により、ウェーハ等の基板研磨の応答特性をより正確に得ること【解決手段】基板処理装置は、ウェーハＷを研磨パッド４２に押し付けるための複数の圧力室Ｄ１〜Ｄ５を形成する研磨ヘッドと、これら複数の圧力室Ｄ１〜Ｄ５の内部の圧力を個別に制御することで、圧力フィードバック制御を行うための圧力制御部と、研磨中のウェーハＷの膜厚分布を測定する膜厚測定部と、圧力室Ｄ１〜Ｄ５における設定圧力の情報を複数記憶する記憶部と、ウェーハＷの研磨中に所定条件を満たす毎に、設定圧力を変更してウェーハＷに対する研磨レートを測定し、得られた複数の研磨レートに基づいて圧力フィードバックに対する基板研磨の応答特性を取得する応答特性取得部とを備える。【選択図】図７
Description
本発明は、半導体ウェーハ等の基板の表面を処理する基板処理装置に関する。
半導体デバイスの製造工程では、半導体ウェーハ等の基板の表面を研磨処理する研磨装置が広く使用されている。この種の研磨装置では、ウェーハはトップリング又は研磨ヘッドと称される基板保持装置により保持された状態で回転する。この状態で、研磨パッドとともに研磨テーブルを回転させながら、ウェーハの表面を研磨パッドの研磨面に押し付け、研磨液の存在下でウェーハの表面を研磨面に摺接させることで、ウェーハの表面が研磨される。
このような研磨装置では、研磨中のウェーハと研磨パッドの研磨面との間の相対的な押圧力がウェーハの全面に亘って均一でない場合には、ウェーハの各部分に与えられる押圧力に応じて研磨不足や過研磨が生じてしまう。そこで、ウェーハに対する押圧力を均一化するために、研磨ヘッドの下部に弾性膜から形成される複数の圧力室を設け、これら複数の圧力室の圧力をフィードバック制御することで、研磨中のウェーハに加わる押圧力を制御することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
さらに、研磨ヘッドの圧力室のみならず、その周囲に設けられるリテーナリング内の圧力室の圧力もフィードバック制御することで、より精密な膜厚プロファイルの制御を行うようにした基板研磨装置が知られている（特許文献２参照）。
これら複数の圧力室の圧力をフィードバック制御するにあたっては、基板研磨装置の応答特性（単位時間あたりの研磨量の特性）を事前に得ておく必要がある。この応答特性は、ウェーハの種類や研磨環境（スラリーの種類、研磨ヘッドの種類、研磨パッドの種類等）といった研磨条件によって変動するため、様々な研磨条件下で応答特性を取得しておくことが好ましい。
ある研磨条件における応答特性は、次のようにして得ることができる。基板研磨装置を構成する圧力室に対して、複数の異なる圧力条件を設定する。個々の圧力条件にてウェーハを研磨し、研磨後のウェーハを取り出してその膜厚分布（ウェーハ内の複数の位置に対応した膜厚分布）測定することで、研磨前後の膜厚データを取得し、そこから研磨レートを算出する。これを繰り返すことで、個々の圧力条件に応じた研磨レートを取得する。そして、得られた全圧力条件に対する研磨レートのデータに対して重回帰分析を行うことで、応答特性を得ることができる。
従来の方法では、ある研磨条件における応答特性を得るにあたり、多くのウェーハを研磨する必要があるばかりでなく、ウェーハの研磨を行うための時間も必要となる。そして、複数の研磨条件に応じた応答特性を得るためには、さらに多くのウェーハと研磨時間が必要となる。
さらに、研磨中のウェーハは、基板研磨装置の研磨ヘッド内で移動することから、研磨後の膜厚測定により得られた膜厚分布と、研磨中の実際の膜厚分布との間に誤差が生じ、正確な応答特性を得ることができなかった。
本発明は、上記に鑑みなされたものであり、簡便な方法により、ウェーハ等の基板研磨の応答特性をより正確に得ることができる基板処理装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様は、基板を研磨パッドに押し付けることにより基板の研磨を行う基板処理装置であって、基板を押圧するための複数の圧力室を形成する研磨ヘッドと、当該複数の圧力室内の圧力を個別に制御することで、圧力フィードバック制御を行うための圧力制御部と、研磨中の基板の膜厚分布を測定する膜厚測定部と、複数の圧力室における設定圧力の情報を複数記憶する記憶部と、基板研磨中に所定条件を満たす毎に設定圧力を変更して基板に対する研磨レートを測定し、得られた複数の研磨レートに基づいて圧力室における圧力フィードバックに対する基板研磨の応答特性を取得する応答特性取得部とを備える。
上記の基板処理装置において、一定時間が経過した場合又は基板の研磨量が一定量に達した場合に設定圧力を変更することが好ましい。また、複数の設定圧力として、各圧力室の基準値からなる基準圧力条件と、当該基準圧力条件から一の圧力室における圧力値のみを変化させた複数の設定圧力条件から構成することが好ましい。さらに、１枚の基板に対して、複数の設定圧力にて基板研磨を順次行うことで、複数の研磨レートを測定するようにすることが好ましい。
上記の基板処理装置において、基準圧力条件に基づく研磨レートの時間変化を示す基準レートを取得した後、複数の設定圧力にて基板研磨を順次行うことで得られた研磨レートに対し基準レートに基づき規格化することで、研磨レートを補正するようにすることが好ましい。これにより、研磨レートの時間変化の影響を可能な限り低減することができる。
本発明によれば、基板研磨中に所定条件を満たす毎に設定圧力を変更して基板に対する研磨レートを測定し、得られた複数の研磨レートに基づいて圧力室における圧力フィードバックに対する基板研磨の応答特性を取得するようにしたから、簡便な方法により基板研磨の応答特性をより正確に得ることができる。
以下、本発明の一実施形態に係る基板処理装置について、図面を参照して説明する。なお、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図１は、基板処理装置の全体構成を示す平面図である。基板処理装置１０は、ロード／アンロード部１２、研磨部１３と、洗浄部１４とに区画されており、これらは矩形状のハウジング１１の内部に設けられている。また、基板処理装置１０は、基板搬送、研磨、洗浄等の処理の動作制御を行う制御装置１５を有している。
ロード／アンロード部１２は、複数のフロントロード部２０と、走行機構２１と、２台の搬送ロボット２２を備えている。フロントロード部２０には、多数の基板（基板）をストックする基板カセットが載置される。搬送ロボット２２は、上下に２つのハンドを備えており、走行機構２１上を移動することで、フロントロード部２０内の基板カセットから基板Ｗを取り出して研磨部１３へ送るとともに、洗浄部１４から送られる処理済みの基板を基板カセットに戻す動作を行う。
研磨部１３は、基板の研磨（平坦化処理）を行う領域であり、複数の研磨ユニット１３Ａ〜１３Ｄが設けられ、基板処理装置の長手方向に沿って配列されている。個々の研磨ユニットは、研磨テーブル上の基板Ｗを研磨パッドに押圧しながら研磨するためのトップリングと、研磨パッドに研磨液やドレッシング液を供給する研磨液供給ノズルと、研磨パッドの研磨面のドレッシングを行うドレッサと、液体と気体の混合流体または霧状の液体を研磨面に噴射して研磨面に残留する研磨屑や砥粒を洗い流すアトマイザを備えている。
研磨部１３と洗浄部１４との間には、基板Ｗを搬送する搬送機構として、第１，第２リニアトランスポータ１６，１７が設けられている。第１リニアトランスポータ１６は、ロード／アンロード部１２から基板Ｗを受け取る第１位置、研磨ユニット１３Ａ，１３Ｂとの間で基板Ｗの受け渡しを行う第２，第３位置、第２リニアトランスポータ１７へ基板Ｗを受け渡すための第４位置との間で移動自在とされている。
第２リニアトランスポータ１７は、第１リニアトランスポータ１６から基板Ｗを受け取るための第５位置、研磨ユニット１３Ｃ，１３Ｄとの間で基板Ｗの受け渡しを行う第６，第７位置との間で移動自在とされている。これらトランスポータ１６，１７の間には、基板Ｗを洗浄部１４へ送るためのスイングトランスポータ２３が備えられている。
洗浄部１４は、第１基板洗浄装置３０、第２基板洗浄装置３１、基板乾燥装置３２と、これら装置間で基板の受け渡しを行うための搬送ロボット３３，３４を備えている。研磨ユニットで研磨処理が施された基板Ｗは、第１基板洗浄装置３０で洗浄（一次洗浄）され、次いで第２基板洗浄装置３１で更に洗浄（仕上げ洗浄）される。洗浄後の基板は、第２基板洗浄装置３１から基板乾燥装置３２に搬入されてスピン乾燥が施される。乾燥後の基板Ｗは、ロード／アンロード部１２に戻される。
図２は研磨ユニットの構成を概略的に示す斜視図である。研磨ユニット４０は、ウェーハ（基板）Ｗを保持して回転させるトップリング（基板保持装置）４１と、研磨パッド４２を支持する研磨テーブル４３と、研磨パッド４２にスラリー（研磨液）を供給する研磨液供給ノズル４５を備えている。また、研磨パッド４２の下部には、図３で示す膜厚測定器５０が設けられている。
トップリング４１は、トップリングシャフト４７によって回転可能に指示されており、さらに、その下面に真空吸着によりウェーハＷを保持できるように構成されている。また、研磨テーブル４３は、図示しないモータによりテーブル軸４３ａを中心として回転可能とされている。トップリング４１と研磨テーブル４３は、矢印で示す方向に回転し、この状態でトップリング４１は、ウェーハＷを研磨パッド４２の上側の研磨面４２ａに押しつける。研磨液供給ノズル４５から研磨パッド４２上に供給される研磨液の存在下で、ウェーハＷは研磨パッド４２に摺接されて研磨される。
図３は、膜厚測定器５０の構成を示す断面図である。トップリングシャフト４７は、ベルト等の連結手段４８を介して研磨ヘッドモータ４９に連結されて回転可能に構成されている。このトップリングシャフト４７の回転により、トップリング４１が矢印で示す方向に回転する。
膜厚測定器５０は、光センサ５１と処理部５２とを備えており、その動作は制御装置１５によって統括的に制御されている。光センサ５１は、ウェーハＷの表面に光を当て、ウェーハＷからの反射光を受光し、その反射光を波長に従って分解するように構成されている。光センサ５１は、光をウェーハＷの被研磨面に照射する投光部５３と、ウェーハＷから戻ってくる反射光を受光する受光部としての光ファイバー５４と、ウェーハＷからの反射光を波長に従って分解し、所定の波長範囲に亘って反射光の強度を測定する分光器５５とを備えている。
研磨テーブル４３には、その上面で開口する第１の孔６０Ａおよび第２の孔６０Ｂが形成されている。研磨パッド１１には、これら孔６０Ａ，６０Ｂに対応する位置に通孔５１が形成されている。孔６０Ａ，６０Ｂと通孔６１とは連通し、通孔６１は研磨面４２ａで開口している。第１の孔６０Ａは液体供給路６３およびロータリージョイント（図示せず）を介して液体供給源６５に連結されており、第２の孔６０Ｂは、液体排出路６４に連結されている。
投光部５３は、多波長の光を発する光源５７と、光源５７に接続された光ファイバー５８とを備えている。光ファイバー５８は、光源５７によって発せられた光をウェーハＷの表面まで導く光伝送部である。光ファイバー５８，５４の先端は、第１の孔６０Ａ内に位置しており、ウェーハＷの被研磨面の近傍に位置している。光ファイバー５８，５４の各先端は、トップリング４１に保持されたウェーハＷを向いて配置される。研磨テーブル１３が回転するたびにウェーハＷの複数の領域に光が照射される。好ましくは、光ファイバー５８，５４の各先端は、トップリング４１に保持されたウェーハＷの中心を通るように配置される。
ウェーハＷの研磨中は、液体供給源６５から透明な液体としての水（好ましくは純水）が液体供給路６３を介して第１の孔６０Ａに供給され、ウェーハＷの下面と光ファイバー５８，５４の先端との間の空間を満たす。液体供給源６５からの水は、さらに第２の孔６０Ｂに流れ込み、液体排出路６４を通じて排出される。研磨液は水と共に排出され、これにより光路が確保される。液体供給路６３には、研磨テーブル４３の回転に同期して作動するバルブ（図示せず）が設けられている。このバルブは、通孔６１の上にウェーハＷが位置しないときは水の流れを止める、または水の流量を少なくするように動作する。
２本の光ファイバー５８，５４は、互いに並列に配置されており、それぞれの先端は、ウェーハＷの表面に対して垂直に配置されており、光ファイバー５８はウェーハＷの表面に垂直に光を照射するようになっている。
ウェーハＷの研磨中は、投光部５１から光がウェーハＷに照射され、光ファイバー（受光部）５４によってウェーハＷからの反射光が受光される。分光器５５は、各波長での反射光の強度を所定の波長範囲に亘って測定し、得られた光強度データを処理部５２に送る。この光強度データは、ウェーハＷの膜厚を反映した光学信号であり、反射光の強度及び対応する波長から構成される。
図４に示すように、トップリング４１は、トップリングシャフト４７の下端に固定されたヘッド本体７０と、ウェーハＷの側縁を支持するリテーナリング７１と、ウェーハＷを研磨パッド４２の研磨面に対して押圧する柔軟な弾性膜７２を備えている。リテーナリング７１はウェーハＷを囲むように配置されており、ヘッド本体７０に連結されている。弾性膜７２は、ヘッド本体７０の下面を覆うようにヘッド本体７０に取り付けられている。
ヘッド本体７０は、例えばエンジニアリングプラスティック（例えば、ＰＥＥＫ）などの樹脂により形成され、弾性膜７２は、例えばエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成されている。
トップリング４１を構成するトップリング本体７０およびリテーナリング７１は、トップリングシャフト４７の回転により一体に回転するように構成されている。
リテーナリング７１は、トップリング本体７０及び弾性膜７２を囲むように配置されている。このリテーナリング７１は、研磨パッド４２の研磨面４２ａに接触するリング状の樹脂材料から構成された部材であり、トップリング本体７０に保持されるウェーハＷの外周縁を囲むように配置されており、研磨中のウェーハＷがトップリング４１から飛び出さないようにウェーハＷの外周縁を支持している。
リテーナリング７１の上面には、図示しない環状のリテーナリング押圧機構に連結されており、リテーナリング７１の上面の全体に均一な下向きの荷重を与える。これによりリテーナリング７１の下面を研磨パッド４２の研磨面４２ａに対して押圧する。
弾性膜７２は、同心状に配置された複数（図４では４つ）の環状の周壁７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄが設けられている。これら複数の周壁７２ａ〜７２ｄによって、弾性膜７２の上面とヘッド本体７０の下面との間に、中央に位置する円形状の第１圧力室Ｄ１と、環状の第２、第３及び第４圧力室Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４が形成されている。
ヘッド本体７０内には、中央の第１圧力室Ｄ１に連通する流路Ｇ１、第２〜第４圧力室に連通する流路Ｇ２〜Ｇ４が、それぞれ形成されている。これら流路Ｇ１〜Ｇ４は、それぞれ流体ラインを介して流体供給源７４に接続されている。流体ラインには、開閉バルブＶ１〜Ｖ４と図示しない圧力コントローラが設置されている。
リテーナリング７１の直上にはリテーナ室Ｄ５が形成されており、リテーナ圧力室Ｄ５は、ヘッド本体７０内に形成された流路Ｇ５、開閉バルブＶ５及び図示しない圧力コントローラが設置された流体ラインを介して流体供給源７４に接続されている。流体ラインに設置された圧力コントローラは、それぞれ流体供給源７４から圧力室Ｄ１〜Ｄ４およびリテーナ圧力室Ｄ５に供給する圧力流体の圧力を調整する圧力調整機能を有している。圧力コントローラおよび開閉バルブＶ１〜Ｖ５は、それらの作動が制御装置１５で制御されるようになっている。
図５は、制御装置１５の構成の一例を示したものである。制御装置１５は、研磨制御部８０、膜厚測定部８１、応答特性取得部８２及び記憶部８３を備えており、研磨ユニット４０の動作を統括的に制御する。なお、制御装置１５の構成は図５に示されたものに限定されず、基板処理装置１０の他の要素（例えば、ロード／アンロード部１２や洗浄部１４）の動作を制御する構成も備えられていることは言うまでもない。
研磨制御部８０は、研磨ユニット４０を構成するトップリング４１、研磨テーブル４３等の動作を制御して、トップリング４１に保持されたウェーハＷに対して研磨処理を行う。膜厚測定部８１は、膜厚測定器５０の動作を制御することで、研磨中のウェーハＷの膜厚プロファイルをリアルタイムで測定する。記憶部８３は、基板処理装置１０の動作を制御するためのプログラムのほか、後述する設定圧力等の設定データが記憶されている。
膜厚測定部８１において、ウェーハＷの膜厚を推定するアルゴリズムとしては、例えば、参照スペクトル（Fitting Error）アルゴリズムまたはＦＦＴ（Fast Fourier Transform）アルゴリズムを用いることができる。
参照スペクトルアルゴリズムでは、異なる膜厚に対応する複数の参照スペクトルを含む複数のスペクトルグループを用意しておく。処理部５２からのスペクトル信号（反射率スペクトル）と、最も形状が近い参照スペクトルを含むスペクトルグループを選択する。そして、ウェーハ研磨中に、膜厚を測定するための測定スペクトルを生成し、選択されたスペクトルグループの中から、最も形状の近い参照スペクトルを選択し、当該参照スペクトルに対応する膜厚を、研磨中のウェーハの膜厚として推定する。
ＦＦＴアルゴリズムででは、処理部５２からのスペクトル信号（反射率スペクトル）に対して、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を行って周波数成分とその強さを抽出し、得られた周波数成分を所定の関係式（被研磨層の厚さを表す関数であり、実測結果等から求められる）を用いて被研磨層の厚さに変換する。これにより、被研磨層の厚さと周波数成分の強度との関係を示す周波数スペクトルを生成する。周波数成分から変換された被研磨層の厚さに対するスペクトルのピーク強度が閾値を超えた場合に、当該ピーク強度に対応する周波数成分（被研磨層の厚さ）を、研磨中のウェーハの膜厚と推定する。
上記の方法とともに、あるいは上記の方法に代えて、渦電流（Resistance Eddy Current Monitor）方式により、ウェーハＷの膜厚を測定しても良い。この方法では、導電成膜を備えたウェーハの近傍にセンサコイルを配置して、一定周波数の交流電流を供給して導電性膜に渦電流を形成させ、当該センサコイルの両端子から見た導電成膜を含めたインピーダンスを計測する。計測されたインピーダンスを、抵抗成分と、リアクタンス成分と、位相及び振幅とを分離して出力させ、その変化を検出することで導電成膜の厚さを推定する。
応答特性取得部８２は、ウェーハＷの研磨膜厚制御（圧力フィードバック制御）を行うための研磨ユニット４０の応答特性（各圧力室の荷重を変化させたときの研磨レート）を取得する。具体的には、各圧力室Ｄ１〜Ｄ５の圧力を変更しながらウェーハＷの研磨を行い、膜厚測定部８１にてその膜厚プロファイルを取得して研磨レートを算出し、後述する重回帰分析を行うことで、研磨ユニット４０の応答特性を取得する。
図６は、応答特性を取得するための各圧力室の設定圧力（圧力条件）を示したものであり、圧力条件ごとに、各圧力室の設定圧力が異なるように定められている。圧力条件１では、各圧力室Ｄ１〜Ｄ５の設定圧力がＡ１Ｐ〜Ａ５Ｐ（基準圧力）となるように定められる。圧力条件２では、圧力室Ｄ１における設定圧力が、Ａ１Ｐ＊０．９（圧力条件１での設定圧力（基準圧力）の９０％）と定められる。また、圧力条件３では、圧力室Ｄ１における設定圧力がＡ１Ｐ＊１．１（基準圧力の１１０％）と定められる。
同様に、圧力条件４では、圧力室Ｄ２における設定圧力がＡ２Ｐ＊０．９（基準圧力の９０％）と定められ、圧力条件５では、圧力室Ｄ２における設定圧力がＡ２Ｐ＊１．１（基準圧力の１１０％）と定められる。以下同様にして、圧力室Ｄ３、Ｄ４及びＤ５での圧力のみが変化するように、圧力条件が定められる。図６の例では、１〜Ｍ番目までの圧力条件が定められている。
なお、図６の例は圧力条件を定める一例であり、本発明はこの設定条件（一の圧力室の設定圧力を基準値の９０％と１１０％に定める例）に限られず、例えば、８５％、９０％、９５％というように、５％刻みで設定圧力を複数回変化させてもよい。あるいは、複数の圧力室における設定圧力を基準値から変化させるように、圧力条件を定めても良い。
また、本実施形態においては、５つの圧力室を備えた場合を例にして説明しているが、圧力室の数はこれに限定されることはなく、適宜増減することができる。また、本実施形態においては、リテーナリングの圧力室を含めて設定圧力を定めているが、リテーナリングを除いた圧力室においてのみ圧力条件を設定するようにしても良い。
応答特性取得部８２は、例えば図７に示すフローチャートに従い、応答特性を取得する。まず、図示しない外部の膜厚測定器を用いて、テスト研磨前のウェーハＷの膜厚を測定する（Ｓ１１）。次に、ステップＳ１１で膜厚測定がされたウェーハＷを研磨ユニット４０にセットし（Ｓ１２）、研磨制御部８０において、各圧力室Ｄ１〜Ｄ５の圧力が設定圧力１（条件１）で定められた圧力（すなわち、各圧力室の圧力が基準値Ａ１Ｐ〜Ａ５Ｐ）となるように設定する（Ｓ１３）。
次に、応答性能取得部８２は、研磨中の設定圧力を切り替えるタイミング（切替条件）を設定する（Ｓ１４）。設定圧力を切り換えるタイミングとしては、例えば、膜厚測定器５０により測定されたウェーハＷの膜厚から求められるウェーハＷの研磨量（ステップＳ１１で測定された初期膜厚との差分）が設定値（例えば、数ｎｍ毎に定められる設定値）に達した場合に、設定圧力を切り替えることができる。あるいは、研磨開始からのウェーハＷの研磨時間が設定値（例えば、数秒毎に定められる設定値）に達した場合に、設定圧力を切り替えるようにしても良い。
その後、応答特性取得部８２は、設定圧力の番号を示す変数ｉを１に設定し（Ｓ１５）、ウェーハＷの研磨を開始する（Ｓ１６）。一定時間毎に膜厚測定部８１を介して研磨中のウェーハＷの膜厚プロファイル（径方向の膜厚分布）を測定し、その結果が記憶部８３に記憶される（Ｓ１７）。前述した設定圧力を切り替える切替条件（ウェーハＷの研磨量あるいは研磨時間）を満たしたかどうかの判定が行われ（Ｓ１８）、満たした場合にはステップＳ１９に移行し、満たしていない場合には、再びステップＳ１７に戻って膜厚プロファイルの測定が行われ、その結果が記憶部８３に記憶される。
ステップＳ１８において、切替条件を満たした場合には、変数ｉが最大値（Ｍ）に達したかどうかの判定が行われる（Ｓ１９）。変数ｉが最大値未満である場合には、応答特性取得部８２は、変数ｉに１を加算して（Ｓ２０）、次の圧力条件が設定される（Ｓ２１）。そして、再設定された圧力にて、ウェーハＷの研磨が引き続き行われるとともに、変更後の設定圧力にて膜厚プロファイルの測定が行われる（Ｓ１７）。
一方、変数ｉが最大値Ｍに達している場合には、全ての設定圧力による膜厚プロファイルの測定が行われたこととなり、ウェーハＷのテスト研磨が終了する（Ｓ２２）。そして、応答特性取得部８２は、記憶部８３に保存された圧力条件毎の膜厚プロファイルから研磨レート（実研磨レート）を算出し、その結果を重回帰分析することで、研磨ユニット４０の応答特性を算出する（Ｓ２３）。
重回帰分析による応答特性は、例えば次の方法により取得することができる。圧力条件毎の実研磨レートをＲ．ＲDOEとし、研磨レートの予測計算式Ｒ．Ｒiを下記のとおりに定義する。
Ｒ．Ｒi＝ ｂ0＋ｂ1＊ＡＰ１i＋ｂ2＊ＡＰ２i＋ｂ３＊ＡＰ３i
＋ｂ4＊ＡＰ４i＋ｂ5＊ＡＰ５i
ここで、ｂは応答係数、ＡＰは各圧力室における設定圧力をいう。
Ｒ．Ｒi＝ ｂ0＋ｂ1＊ＡＰ１i＋ｂ2＊ＡＰ２i＋ｂ３＊ＡＰ３i
＋ｂ4＊ＡＰ４i＋ｂ5＊ＡＰ５i
ここで、ｂは応答係数、ＡＰは各圧力室における設定圧力をいう。
応答特性取得部８２では、次式で示される研磨レートの実測値Ｒ．ＲDOEと予測計算式との残差（次式）を最小にするような、応答係数ｂ0〜ｂ5の組み合わせを算出する。
算出された応答係数ｂ0〜ｂ5のデータは、記憶部８３に記憶され、これにより応答特性の測定が終了する（Ｓ２４）。取得された応答係数ｂ0〜ｂ5のデータは、ウェーハＷの研磨中に圧力室Ｄ１〜Ｄ５のフィードバック制御を行う際に、適宜読み出される。
このように、本実施例にかかる基板研磨装置においては、圧力フィードバック制御における基板研磨の応答特性を取得するにあたり、一回のテスト研磨により取得することができる。よって、テスト用のウェーハを、設定圧力毎に用意する必要がなくなるから、簡便かつ低コストで応答特性を取得することができる。
また、本実施例にかかる基板研磨装置においては、研磨中のウェーハＷに対してリアルタイムに膜厚測定を行うことで応答特性を取得するようにしたから、テスト研磨後のウェーハに対して外部の膜厚測定器を用いて膜厚を測定する従来の方法と比べて、研磨中のウェーハの位置ずれに伴う膜厚分布のずれによる影響を除くことができ、より正確な応答特性を得ることが可能となる。
上記実施形態では、圧力室における設定圧力を固定した場合の研磨レートが一定であることを前提としているが、実際の装置においては、設定圧力を固定しても研磨レートは一定であるとは限らず、ウェーハの膜厚の変化等の要因により、例えば図８に示すように、研磨時間に応じて研磨レートは変動する。よって、応答特性を取得するにあたり、研磨レートの時間変化の影響を可能な限り低減することが望ましい。
そこで、基準となる設定圧力（図６の設定条件１に対応する基準圧力）で研磨したウェーハの研磨レートで正規化することで、研磨レートの時間変化の影響を低減することができる。すなわち、基準圧力にてウェーハ（基準ウェーハ）を研磨し、その研磨レートの時間変化をＢ（ｔ）としたとき、基準ウェーハの全時刻における研磨レートの平均値をＡｖｅ＿Ｂは、次式にて表される。
そして、圧力条件ｉ（ｉは１からＭの間の数）で研磨した測定対象ウェーハの時刻ｔにおける研磨レート（図７のフローチャートに従いウェーハを研磨して得られる圧力条件毎の研磨レート）をＸｉ（ｔ）としたとき、正規化された研磨レートＸｉ＿Ｎｏｒｍ（ｔ）は、次式にて表される。
Ｘｉ＿Ｎｏｒｍ（ｔ）＝Ａｖｅ＿Ｂ＊（Ｘｉ（ｔ）／Ｂ（ｔ））
Ｘｉ＿Ｎｏｒｍ（ｔ）＝Ａｖｅ＿Ｂ＊（Ｘｉ（ｔ）／Ｂ（ｔ））
応答特性取得部８２は、上式で算出された（基準ウェーハにより規格化された）研磨レートＸｉ＿Ｎｏｒｍ（ｔ）を用いて、重回帰分析することで応答特性を算出し、記憶部８３に記憶する。これにより、研磨レートの時間変化の影響を可能な限り低減することができる。
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。
１０ 基板処理装置
１５ 制御装置
４０ 研磨ユニット
４１ トップリング
４２ 研磨パッド
５０ 膜厚測定器
８０ 研磨制御部
８１ 膜厚測定部
８２ 応答特性取得部
８３ 記憶部
Ｄ１〜Ｄ５ 圧力室
Ｗ ウェーハ
１５ 制御装置
４０ 研磨ユニット
４１ トップリング
４２ 研磨パッド
５０ 膜厚測定器
８０ 研磨制御部
８１ 膜厚測定部
８２ 応答特性取得部
８３ 記憶部
Ｄ１〜Ｄ５ 圧力室
Ｗ ウェーハ
Claims (5)
- 基板を研磨パッドに押し付けることにより前記基板の研磨を行う基板処理装置において、
前記基板を押圧するための複数の圧力室を形成する研磨ヘッドと、
前記複数の圧力室内の圧力を個別に制御することで、圧力フィードバック制御を行うための圧力制御部と、
研磨中の前記基板の膜厚分布を測定する膜厚測定部と、
前記複数の圧力室における設定圧力の情報を複数記憶する記憶部と、
前記基板の研磨中に所定条件を満たす毎に、前記設定圧力を変更して前記基板に対する研磨レートを測定し、得られた複数の研磨レートに基づいて、前記圧力室における圧力フィードバックに対する基板研磨の応答特性を取得する応答特性取得部と、を備えたことを特徴とする基板研磨装置。 - 前記所定条件は、一定時間が経過すること又は前記基板の研磨量が一定量に達することである、請求項１記載の基板研磨装置。
- 複数の前記設定圧力は、各圧力室の基準値からなる基準圧力条件と、当該基準圧力条件から一の圧力室における圧力値のみを変化させた複数の設定圧力条件から構成されることを特徴とする、請求項１または２記載の基板研磨装置。
- 前記応答特性取得部は、１枚の基板に対して、前記複数の設定圧力にて基板研磨を順次行うことで、前記複数の研磨レートを測定することを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか記載の基板研磨装置。
- 前記応答特性取得部は、前記基準圧力条件に基づく研磨レートの時間変化を示す基準レートを取得した後、前記複数の設定圧力にて基板研磨を順次行うことで得られた研磨レートに対し前記基準レートに基づき規格化することで、前記研磨レートを補正することを特徴とする、請求項３記載の基板研磨装置。
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