JP2021058955A - 研磨装置、情報処理システム、情報処理方法及びプログラム - Google Patents

研磨装置、情報処理システム、情報処理方法及びプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】研磨中に基板の配線高さを推定する方法を提供する。【解決手段】渦電流センサ150が設けられ且つ回転可能に構成された研磨テーブル110と、回転可能に構成され且つ当該研磨テーブル110と対向する面に基板121が取り付け可能な研磨ヘッド120と、対象基板121の研磨処理中に、前記渦電流センサ150が対象基板121に対向する各位置にある場合の出力信号に対して予め決められた前処理を実行して前処理後データを生成し、当該渦電流センサ150が基板121に対向する各位置にある場合の出力信号に対して予め決められた前処理を実行された後のデータを入力とし、当該基板121の少なくとも一つの位置における配線高さを出力とする学習データセットを用いて学習済みの機械学習モデルに対して、前処理後データを入力することによって、当該対象基板121の少なくとも一つの位置における配線高さを決定するプロセッサ142と、を有する。【選択図】図1

Description

本発明は、研磨装置、情報処理システム、情報処理方法及びプログラムに関する。
化学機械研磨(Chemical Mechanical Polishing:以下、CMPという)は、研磨剤(砥粒)自体が有する表面化学作用または研磨液に含まれる化学成分の作用によって、研磨剤と研磨対象物の相対運動による機械的研磨(表面除去)効果を増大させ、高速かつ平滑な研磨面を得る技術である。
研磨装置は、研磨終点検出するコントローラを搭載して例えば渦電流センサを用いて、最適な研磨終了点の検出を行うことが行われている(特許文献1参照)。渦電流センサは、例えば研磨テーブルの下に設置され、研磨テーブルを貫く方向に磁力線を発生している。研磨テーブルが回転すると渦電流センサは研磨テーブルと共に回転し、トップリングに保持されたウエハの下を通過する。このとき、ウエハ面上に導電性の膜が存在すると、ウエハ面上に渦電流が発生する。渦電流が流れると当初の磁力線とは逆方向に磁力線が発生する。この逆方向に発生する磁力線の強度を測定することによって導電性の膜の厚さを計測する。
特開2005−121616号公報
半導体の微細化によりCMP加工中の配線の高さをコントロールしたい需要がある。CMPを用いた研磨装置がウエハのCMP加工中に渦電流センサで配線パターンを持ったウエハを測定すると、凹凸を持った信号が観測できる。この凹凸と配線パターンのサイズ(パターン形状、幅、高さ)には相関がある。
しかし、CMP加工中にはウエハと、研磨テーブルの下に固定された渦電流センサはそれぞれに円運動しており、また、配線パターンは製品により種々に変化するため、出現する凹凸パターンも様々であり、単純に配線高さ(導電性の膜の厚さ)を算出することができない。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、研磨中に基板の配線高さを推定することを可能とする研磨装置、情報処理システム、情報処理方法及びプログラムを提供することを目的とする。
本発明の第1の態様に係る研磨装置は、渦電流センサが設けられ且つ回転可能に構成された研磨テーブルと、前記研磨テーブルに対向し且つ回転可能に構成され且つ前記研磨テーブルと対向する面に基板が取り付け可能な研磨ヘッドと、対象基板の研磨処理中に、前記渦電流センサが対象基板に対向する各位置にある場合の出力信号に対して予め決められた前処理を実行して対象基板の前処理後データを生成し、前記渦電流センサが基板に対向する各位置にある場合の出力信号に対して予め決められた前処理を実行された後のデータを入力とし、当該基板の少なくとも一つの位置における配線高さを出力とする学習データセットを用いて学習済みの機械学習モデルに対して、前記対象基板の前処理後データを入力することによって、当該対象基板の少なくとも一つの位置における配線高さを決定するプロセッサと、を備える。
この構成によれば、渦電流センサが基板に対向する各位置にある場合の出力信号に対して予め決められた前処理を実行された後のデータを入力とし、当該基板の少なくとも一つの位置における配線高さを出力とする学習データセットを用いて学習済みの機械学習モデルに対して、対象基板の前処理後データを入力することによって、対象基板の少なくとも一つの位置における配線高さを推定することができる。
本発明の第2の態様に係る研磨装置は、第1の態様に係る研磨装置であって、前記プロセッサは、当該決定された配線高さが予め決められた配線高さになった場合、前記対象基板の研磨を終了するよう制御する。
この構成によれば、予め決められた配線高さになった場合に研磨を自動的に終了することができる。
本発明の第3の態様に係る研磨装置は、第1または2の態様に係る研磨装置であって、前記研磨ヘッドには、基板を押圧するためのエアバッグが設けられており、前記プロセッサは、前記決定された配線高さの分布に応じて、前記エアバッグ内の圧力分布を制御する。
この構成によれば、基板の研磨された面の高さ(例えば配線高さ)の均一性を向上させることができる。
本発明の第4の態様に係る研磨装置は、第1から3のいずれかの態様に係る研磨装置であって、前記機械学習モデルの入力は、更に研磨パッドの厚さ、研磨テーブルの回転数、及び/または研磨ヘッドの回転数を含む。
この構成によれば、研磨パッドの厚さ、研磨テーブルの回転数、及び/または研磨ヘッドの回転数によって、1回の削れる量が変わり得るので、これらのパラメータを一つ以上考慮することによって、配線高さの推定精度を向上させることができる。
本発明の第5の態様に係る研磨装置は、第1から4のいずれかの態様に係る研磨装置であって、前記渦電流センサを複数備え、前記機械学習モデルの入力は、前記複数の前記渦電流センサの同じ研磨テーブル回転周回における前記対象基板に対向する各位置における出力信号に対して、前記前処理が実行された後のデータである。
この構成によれば、複数の渦電流センサの同じ研磨テーブル回転周回の出力信号に対して、当該前処理が実行された後のデータを機械学習モデルの入力として用いることによって、同じ周回の出力信号を複数用いることで、一つの出力信号にノイズが載ったとしても他の出力信号にノイズが載っていなければ配線高さを推定することができる。これにより、配線高さの推定のロバスト性を向上させることができる。
本発明の第6の態様に係る研磨装置は、第1から4のいずれかの態様に係る研磨装置であって、前記渦電流センサを複数備え、前記機械学習モデルの入力は、前記複数の前記渦電流センサの同じ複数の研磨テーブル回転周回の前記対象基板に対向する各位置における出力信号に対して、前記前処理が実行された後のデータである。
この構成によれば、複数の周回の出力信号を用いることで、特定の渦電流センサが周回毎に基板を基準とする渦電流センサの移動軌跡が異なっていたとしても、その影響を相殺することができるので、配線高さの推定精度を向上させることができる。同じ周回の渦電流センサの出力信号を複数用いることで、一つの出力信号にノイズが載ったとしても他の出力信号にノイズが載っていなければ配線高さを推定することができるので、配線高さの推定のロバスト性を向上させることができる。
本発明の第7の態様に係る研磨装置は、第1から4のいずれかの態様に係る研磨装置であって、前記機械学習モデルの入力は、一つの前記渦電流センサの複数の研磨テーブル回転周回における前記対象基板に対向する各位置における出力信号に対して、前記前処理が実行された後のデータである。
この構成によれば、複数の周回の出力信号を用いることで、特定の渦電流センサが周回毎に基板を基準とする渦電流センサの移動軌跡が異なっていたとしても、その影響を相殺することができるので、配線高さの推定精度を向上させることができる。
本発明の第8の態様に係る研磨装置は、第1から7のいずれかの態様に係る研磨装置であって、前記プロセッサは、研磨処理中の渦電流センサの出力信号を用いて、前記学習済みの機械学習モデルを再学習させる。
この構成によれば、研磨装置を稼働した後も、研磨処理中の渦電流センサの出力信号を用いて、再学習するので、配線高さの予測精度を向上させることができる。
本発明の第9の態様に係る情報処理システムは、対象基板の研磨処理中に、渦電流センサが対象基板に対向する各位置にある場合の出力信号に対して予め決められた前処理を実行して対象基板の前処理後データを生成する前処理部と、前記渦電流センサが基板に対向する各位置にある場合の出力信号に対して予め決められた前処理を実行された後のデータを入力とし、当該基板の少なくとも一つの位置における配線高さを出力とする学習データセットを用いて学習済みの機械学習モデルに対して、前記対象基板の前処理後データを入力することによって、当該対象基板の少なくとも一つの位置における配線高さを決定する予測部と、を備える。
この構成によれば、渦電流センサが基板に対向する各位置にある場合の出力信号に対して予め決められた前処理を実行された後のデータを入力とし、当該基板の少なくとも一つの位置における配線高さを出力とする学習データセットを用いて学習済みの機械学習モデルに対して、対象基板の前処理後データを入力することによって、対象基板の少なくとも一つの位置における配線高さを推定することができる。
本発明の第10の態様に係る情報処理方法は、対象基板の研磨処理中に、渦電流センサが対象基板に対向する各位置にある場合の出力信号に対して予め決められた前処理を実行して対象基板の前処理後データを生成する前処理ステップと、前記渦電流センサが基板に対向する各位置にある場合の出力信号に対して予め決められた前処理を実行された後のデータを入力とし、当該基板の少なくとも一つの位置における配線高さを出力とする学習データセットを用いて学習済みの機械学習モデルに対して、前記対象基板の前処理後データを入力することによって、当該対象基板の少なくとも一つの位置における配線高さを決定する予測ステップと、を有する。
この構成によれば、渦電流センサが基板に対向する各位置にある場合の出力信号に対して予め決められた前処理を実行された後のデータを入力とし、当該基板の少なくとも一つの位置における配線高さを出力とする学習データセットを用いて学習済みの機械学習モデルに対して、対象基板の前処理後データを入力することによって、対象基板の少なくとも一つの位置における配線高さを推定することができる。
本発明の第11の態様に係るプログラムは、コンピュータを、対象基板の研磨処理中に、渦電流センサが対象基板に対向する各位置にある場合の出力信号に対して予め決められた前処理を実行して対象基板の前処理後データを生成する前処理部と、前記渦電流センサが基板に対向する各位置にある場合の出力信号に対して予め決められた前処理を実行された後のデータを入力とし、当該基板の少なくとも一つの位置における配線高さを出力とする学習データセットを用いて学習済みの機械学習モデルに対して、前記対象基板の前処理後データを入力することによって、当該対象基板の少なくとも一つの位置における配線高さを決定する予測部と、として機能させるためのプログラムである。
この構成によれば、渦電流センサが基板に対向する各位置にある場合の出力信号に対して予め決められた前処理を実行された後のデータを入力とし、当該基板の少なくとも一つの位置における配線高さを出力とする学習データセットを用いて学習済みの機械学習モデルに対して、対象基板の前処理後データを入力することによって、対象基板の少なくとも一つの位置における配線高さを推定することができる。
本発明の一態様によれば、渦電流センサが基板に対向する各位置にある場合の出力信号に対して予め決められた前処理を実行された後のデータを入力とし、当該基板の少なくとも一つの位置における配線高さを出力とする学習データセットを用いて学習済みの機械学習モデルに対して、対象基板の前処理後データを入力することによって、対象基板の少なくとも一つの位置における配線高さを推定することができる。
一実施形態に係る研磨装置の概略正面図である。 本実施形態に係る配線高さを説明するための図である。 基板121に対する渦電流センサ150の水平方向の移動軌跡を示す模式図である。 基板121の下を通る渦電流センサ150が通っている間の渦電流センサ150の出力信号を表すグラフである。 第1の実施形態に係るプロセッサ142の機能ブロック図である。 第1の実施形態において用いられるニューラルネットワークの一例を示す模式図である。 第1の実施形態に係る処理の流れの一例を示すフローチャートである。 第1の実施形態の変形例に係るプロセッサ142の機能ブロック図である。 第1実施形態の変形例に係る処理の流れの一例を示すフローチャートである。 基板121に対する複数の渦電流センサの水平方向の移動軌跡を示す模式図である。 基板121の下を通る渦電流センサそれぞれが通っている間の渦電流センサそれぞれの出力信号を表すグラフの模式図である。 第2の実施形態に係るプロセッサ142の機能ブロック図である。 第2の実施形態において用いられるニューラルネットワークの一例を示す模式図である。 同じ渦電流センサのV回転目からV+3回転目までの出力信号の例を示す模式図である。 図12におけるV回転目からV+3回転目までの同じ渦電流センサの水平位置における水平方向の移動軌跡を示す模式図である。 第3の実施形態に係るプロセッサ142の機能ブロック図である。 第3の実施形態において用いられるニューラルネットワークの学習時のデータの流れの一例を示す模式図である。 第3の実施形態において用いられるニューラルネットワークの一例を示す模式図である。 第3の実施形態において用いられるニューラルネットワークの推論時のデータの流れの一例を示す模式図である。
以下、各実施形態について、図面を参照しながら説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
本実施形態では、配線パターンを持ったウエハをCMP研磨中の渦電流センサで測定して得られた出力信号と、その出力信号が測定された時の配線高さ(測定値でも、推定値でも良い)を機械学習モデル(ここでは一例としてニューラルネットワーク)に学習させる。この学習済みの機械学習モデル(ここでは一例としてニューラルネットワーク)を、CMP加工中に得られた出力信号に適用することにより、推定配線高さを決定する(すなわち膜厚値を推定する)。また、運用中に得られた、CMP加工中の渦電流波形データと、推定配線高さを用いて、学習済みの機械学習モデルを再学習することで、推定精度を改善する。
図1は、一実施形態に係る研磨装置の概略正面図である。一実施形態に係る研磨装置100は、化学機械研磨(CMP)で基板を研磨するCMP装置である。なお、研磨装置100は、渦電流センサが設けられた研磨テーブルを回転させて基板を研磨する装置であればよい。
図1に示すように、一実施形態に係る研磨装置100は、研磨テーブル110と、研磨ヘッド120と、液体供給機構130と、を備える。研磨装置100は、各構成要素を制御するためのコントローラ140を更に備えてもよい。コントローラ140は例えば、ストレージ141、プロセッサ142および入出力インタフェース143を備えてもよい。
研磨テーブル110の研磨ヘッド120と対向する面には、研磨パッド111が着脱可能に取り付けられている。研磨ヘッド120は研磨テーブル110と対向するように設けられている。研磨ヘッド120のうち研磨テーブル110と対向する面には基板121が着脱可能に取り付けられている。液体供給機構130はスラリなどの研磨液を研磨パッド111に供給するよう構成されている。なお、液体供給機構130は、研磨液以外にも洗浄液または薬液などを供給するように構成されていてもよい。
研磨装置100は、図示しない上下動機構により研磨ヘッド120を下降させて基板121を研磨パッド111に接触させることができる。ただし、上下動機構は研磨テーブル110を上下動させることができてもよい。研磨テーブル110および研磨ヘッド120は図示しないモータなどによって回転させられる。研磨装置100は、基板121と研磨パッド111とが接触した状態で研磨テーブル110および研磨ヘッド120の双方を回転させることで基板121を研磨する。
研磨テーブル110の内部には渦電流センサ150が設けられている。具体的には例えば、渦電流センサ150は、研磨中の基板121の中心を通過する位置に設置されている。渦電流センサ150は基板121の表面の導電層に渦電流を誘起する。渦電流センサ150は更に、当該渦電流により生じる磁界に起因するインピーダンスの変化から基板121の表面の導電層の厚さ(以下、配線高さともいう)を検出する。渦電流センサ150(または渦電流センサ150に接続されたコントローラ140もしくは渦電流センサ150の出力を読み取ったオペレータ)は、検出された導電層の厚さから、基板研磨の終点を検知することができる。入出力インタフェース143は、渦電流センサ150に接続されており、渦電流センサ150によって検出された出力信号を渦電流センサ150から受け取る。
研磨ヘッドには、基板121を押圧するためのエアバッグが設けられており、エアバッグ122は例えば、複数の区画1221〜1224に分割されている。エアバッグ122は一例として研磨ヘッド120に設けられている。なお、それに加えてまたはそれに替えて、エアバッグ122は研磨テーブル110に設けられていてもよい。エアバッグ122は基板121の研磨圧力を基板121の領域ごとに調整するための部材である。エアバッグ122は、内部に導入された空気の圧力によって体積が変化するように構成されている。なお、「エア」バッグという名称ではあるが、空気以外の流体、たとえば窒素ガスや純水、がエアバッグ122に導入されてもよい。
区画1221、1222、1223、1224はそれぞれ対応する圧力制御弁R1、R2、R3、R4に接続されている。圧力制御弁R1、R2、R3、R4は、コントローラ140に接続されており、コントローラ140からの制御信号に応じて、区画1221、1222、1223、1224に供給する圧力流体(例えば、ガス)の圧力を個別に調整する。これにより、区画1221〜1224毎に圧力を調整することができる。
図2は、本実施形態に係る配線高さを説明するための図である。図2の向かって左側の基板の断面図に示すように、研磨前の基板は、配線用の溝DPが形成されているベース層L12とベース層L12の上に設けられた金属層L11とを有する。ここでベース層L2は例えば、酸化膜(例えば、SiO2)または窒化膜である。
続いて、研磨装置100によって研磨することによって、金属層L11が削られて溝DP以外にベース層L12の上に載っている金属を除去すると、図2の向かって右側の基板の断面図のようになる。ここで、図2に示すように、溝DPの底から金属層L11の上面までの長さHが配線高さである。以下、基板121は一例としてウエハであるものとして説明する。
図3Aは、基板121に対する渦電流センサ150の水平方向の移動軌跡を示す模式図である。研磨テーブル110が回転することにより、図3Aに示すように、渦電流センサ150は、矢印A1に示す軌跡で、基板121の下を通る。研磨テーブル110の回転数が予め決められているので、研磨テーブル110に固定された渦電流センサ150の速度は既知である。渦電流センサ150は、基板121(ここでは一例としてウエハ)の中心を通るように、渦電流センサ150及び研磨ヘッド120の基板121の位置が予め設定されている。これにより、プロセッサ142は、渦電流センサ150は一定の速度で円弧状に移動するので、渦電流センサ150が例えば所定の時間毎に移動する位置を計算することができ、この位置からウエハの半径方向の位置(以下、ウエハ半径位置という)を計算することができる。
図3Bは、基板121の下を通る渦電流センサ150が通っている間の渦電流センサ150の出力信号を表すグラフである。横軸が渦電流センサ150が位置するウエハ半径位置であり、縦軸がセンサ出力である。ここでは、ウエハの半径が150mmであり、ウエハ半径位置が−150mmから150mmまで変化する際のセンサ出力を表している。このように、出力信号の波形には凹凸がある。
図4は、第1の実施形態に係るプロセッサ142の機能ブロック図である。図4に示すように、プロセッサ142は、前処理部160、予測部164、判定部165として機能する。
前処理部160は、対象基板の研磨処理中に、渦電流センサ150が対象基板に対向する各位置にある場合の出力信号に対して予め決められた前処理を実行して対象基板の前処理後データを生成する。ここで、前処理部160は、ノイズ除去フィルタ161、データ補間部162、及びオフセット処理部163を備える。これらの処理については、図6において後述する。
予測部164は、機械学習モデル(ここでは一例としてニューラルネットワーク)を用いて、対象基板の配線高さを決定する。より詳細には、予測部164は、渦電流センサ150が基板に対向する各位置にある場合の出力信号に対して予め決められた前処理を実行された後のデータを入力とし、当該基板の少なくとも一つの位置における配線高さを出力とする学習データセットを用いて学習した機械学習モデル(ここでは一例としてニューラルネットワーク)に対して、当該対象基板の前処理後データを入力することによって、当該対象基板の少なくとも一つの位置(ここでは、一例としてM個の位置)における配線高さを決定する。
図5は、第1の実施形態において用いられるニューラルネットワークの一例を示す模式図である。図5に示すように、ニューラルネットワークMD1は一例として、K層(Kは自然数)のニューラルネットワークで、入力層は、N+3個(Nは自然数)のニューロンを有し、中間層はN個のニューロンを有し、出力層はM個(Mは自然数)のニューロンを有する。入力層及び中間層に含まれる各ニューロンは、一例として、次の層のニューロンと全結合する。それに加えて中間層のニューロンは一例として、自身の出力を入力に重みづけしてフィードバックする。このように本実施形態に係るニューラルネットワークは、一例としてリカレントニューラルネットワーク(RNN)である。
ある周回で基板の下を通過中の渦電流センサ150の出力信号で出現する出力波形または波形パターンは、それより前の周回基板の下を通過中の渦電流センサ150の出力信号(前スキャンの出力信号ともいう)の出力波形に関係がある。前スキャンの出力信号のデータを利用できるように、機械学習モデルは、リカレントニューラルネットワーク(RNN)またはリカレントニューラルネットワークの一種であるLSTM(Long short-term memory)を使うのが好ましい。
ニューラルネットワークの入力層のニューロンL1,1〜L1,Nには、各ウエハ半径位置に対応する前処理後の信号であるデータ1〜データNが入力される。
また、ニューラルネットワークの入力層のニューロンL1,N+1〜L1,N+3にはそれぞれ研磨パッド111の厚さデータ(以下、Pad厚さデータともいう)、研磨テーブル110の回転数データ(以下、テーブル回転数データともいう)、研磨ヘッド120の回転数データ(以下、キャリア回転数データともいう)が入力される。ニューラルネットワークの出力層からはそれぞれ、半径r1〜半径rMにおける配線高さが出力される。
すなわち、このニューラルネットワークの学習時には、学習データセットとして、各ウエハ半径位置に対応する前処理後の信号であるデータ1〜データN、及びPad厚さデータ、テーブル回転数データ及びキャリア回転数データが入力データとされ、そのときの半径r1〜半径rMにおける配線高さの測定値または推測値が出力データとして入力されて、各ニューロンの重み係数が更新される。ここで、測定値は、実際にウエハを研磨した後に計測された配線高さである。この重み係数の更新は、既存の更新方法(例えば、バックプロパゲーションなど)が用いられてもよい。
続いて、図6を用いて本実施形態に係る処理の流れについて説明する。図6は、第1の実施形態に係る処理の流れの一例を示すフローチャートである。ここでは、ストレージ141には、学習済のニューラルネットワークにおける各ニューロンの重み係数が記憶されているものとして説明する。
(ステップS101)まず、プロセッサ142はウエハ研磨を開始するよう制御する。
(ステップS102)次にプロセッサ142は、ウエハの下を1回通過する際の渦電流センサの出力信号を順次、ストレージ141に蓄積する。
以下のステップS103〜S105の処理は、前処理部160の処理である。
(ステップS103)次にノイズ除去フィルタ161は、渦電流センサの出力信号に対して、ノイズ除去フィルタ(ここでは一例としてローパスフィルタ(LPF))をかける。
(ステップS104)次にデータ補間部162は、センサ値がないウエハ半径位置のデータを補間する。
(ステップS105)次にオフセット処理部163は、データ補間後の信号に対して、予め決められた半径位置のデータを特定の値になるようオフセットする。これにより、ウエハ毎にばらつく直流成分を同じ特定の値にすることによってキャンセルすることができ、直流成分を除く交流成分の違いを学習することができる。オフセット処理部163は例えば、直流成分を除去するフィルタであってもよい。
(ステップS106)次に、予測部164は、ストレージ141を参照して、学習済のニューラルネットワークへ、オフセット後のデータを入力して、配線高さを決定する。
(ステップS107)次に、判定部165は、ステップS106で決定された配線高さが、予め決められた配線高さになったか否か判定する。配線高さが、予め決められた配線高さになっていないと判定された場合、処理がステップS102に戻って、ステップS102以降の処理が実行される。
(ステップS108)ステップS107で配線高さが、予め決められた配線高さになったと判定された場合、プロセッサ142はウエハ研磨を終了するよう制御する。
このように、プロセッサ142は、当該決定された配線高さが予め決められた配線高さになった場合、対象基板の研磨を終了するよう制御する。これにより、予め決められた配線高さになった場合に研磨を自動的に終了することができる。
なお、第1の実施形態では、ニューラルネットワークが、基板の複数の位置における配線高さを出力するようにしたが、これに限らず、基板の一つの位置における配線高さを出力してもよい。
以上、第1の実施形態に係る研磨装置は、渦電流センサ150が設けられ且つ回転可能に構成された研磨テーブル110と、研磨テーブル110に対向し且つ回転可能に構成され且つ研磨テーブル110と対向する面に基板が取り付け可能な研磨ヘッド120と、プロセッサ142とを備える。プロセッサ142は、対象基板の研磨処理中に、前記渦電流センサが対象基板に対向する各位置にある場合の出力信号に対して予め決められた前処理を実行して対象基板の前処理後データを生成する。そして、プロセッサ142は、渦電流センサ150が基板に対向する各位置にある場合の出力信号に対して予め決められた前処理を実行された後のデータを入力とし、当該基板の少なくとも一つの位置における配線高さを出力とする学習データセットを用いて学習済みの機械学習モデルに対して、当該対象基板の前処理後データを入力することによって、当該対象基板の少なくとも一つの位置における配線高さを決定する。
この構成により、渦電流センサ150が基板に対向する各位置にある場合の出力信号に対して予め決められた前処理を実行された後のデータを入力とし、当該基板の少なくとも一つの位置における配線高さを出力とする学習データセットを用いて学習済みの機械学習モデルに対して、対象基板の前処理後データを入力することによって、対象基板の少なくとも一つの位置における配線高さを推定することができる。
なお、本実施形態に係るニューラルネットワークの入力には、研磨パッドの厚さ、研磨テーブルの回転数、及び研磨ヘッドの回転数を含んだが、これに限らず、これらのうちの一つまたは二つが含まれていてもよい。すなわち、機械学習モデルの入力は、更に研磨パッドの厚さ、研磨テーブルの回転数、及び/または研磨ヘッドの回転数を含んでもよい。この構成により、研磨パッドの厚さ、研磨テーブルの回転数、及び/または研磨ヘッドの回転数によって、1回の削れる量が変わり得るので、これらのパラメータを一つ以上考慮することによって、配線高さの推定精度を向上させることができる。
また、研磨パッドの厚さ、研磨テーブルの回転数、及び研磨ヘッドの回転数の入力がないニューラルネットワークであってもよい。
<第1の実施形態の変形例>
続いて第1の実施形態の変形例について説明する。第1の実施形態の変形例では、第1の実施形態に比べて、更にプロセッサ142が、決定された配線高さの分布に応じて、エアバッグ122内の圧力分布を制御する点が異なっている。
図7は、第1の実施形態の変形例に係るプロセッサ142の機能ブロック図である。図7に示す第1の実施形態の変形例に係るプロセッサ142の機能ブロック図は、図4の第1の実施形態に係るプロセッサ142の機能ブロック図に比べて、圧力制御部166が追加されたものになっている。図7において、図4と同じ要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。圧力制御部166は、予測部164によって決定された配線高さの分布に応じて、エアバッグ122内の圧力分布を制御する。
図8は、第1実施形態の変形例に係る処理の流れの一例を示すフローチャートである。ステップS201〜S205は、図6のステップS101〜S105と同様であるので、その説明を省略する。
(ステップS206)予測部164は、ストレージ141を参照して、学習済のニューラルネットワークへ、オフセット後のデータを入力して、配線高さの分布を決定する。
(ステップS207)次に、圧力制御部166は、予測部164によって決定された配線高さの分布に応じて、エアバッグ122内の圧力分布を制御する。具体的には例えば、圧力制御部166は、対象の位置の配線高さが他の位置よりも高い場合、他の位置よりも削れていないので、その位置におけるエアバッグ122内の圧力を他の位置よりも圧力を高くしてもよい。また、それに加えてまたはそれに替えて、圧力制御部166は、対象の位置の配線高さが他の位置よりも低い場合、他の位置よりも削れているので、その位置におけるエアバッグ122内の圧力を他の位置よりも圧力を低くしてもよい。これにより、基板の研磨された面の高さ(例えば配線高さ)の均一性を向上させることができる。
以降のステップS208〜S209は、図6のステップS107〜S108と同様であるので、その説明を省略する。
<第2の実施形態>
続いて第2の実施形態について説明する。第2の実施形態では、第1の実施形態と比べて、渦電流センサが複数設けられている点が異なっている。図9Aは、基板121に対する複数の渦電流センサの水平方向の移動軌跡を示す模式図である。図9Aに示すように、渦電流センサ150−1、…、150−U(Uは2以上の整数)までのU個の渦電流センサが設けられている。
図9Bは、基板121の下を通る渦電流センサそれぞれが通っている間の渦電流センサそれぞれの出力信号を表すグラフの模式図である。図9Bに示すように、研磨テーブル110が1回転する毎に、渦電流センサ150−1、…、150−Uそれぞれの出力信号が得られるので、U個の出力信号が得られる。
図10は、第2の実施形態に係るプロセッサ142の機能ブロック図である。図10に示すように、図7の第1の実施形態の変形例に比べて、前処理部160が前処理部160bに変更され、予測部164が予測部164bに変更されたものになっている。
前処理部160bは、ノイズ除去フィルタ161−1、…、161−Uと、データ補間部162−1、…、162−Uと、オフセット処理部163−1、…、163−Uとを備える。ノイズ除去フィルタ161−1、…、161−Uはそれぞれ対応する渦電流センサ150−1、…、150−Uからの出力信号に対してノイズ除去フィルタをかける。データ補間部162−1、…、162−Uはそれぞれ対応するノイズ除去フィルタ後の信号に対して、センサ値がないウエハ半径位置のデータを補間する。オフセット処理部163−1、…、163−Uはそれぞれ対応するデータ補間後の信号に対して、予め決められた半径位置のデータを特定の値になるようオフセットする。
予測部164bは、機械学習モデル(ここでは一例としてニューラルネットワーク)を用いて、対象基板の配線高さを決定する。より詳細には、予測部164bは、複数の渦電流センサ150−1〜150−Uの同じ研磨テーブル回転周回の対象基板に対向する各位置における出力信号に対して予め決められた前処理を実行された後のデータを入力とし、当該基板の少なくとも一つの位置における配線高さを出力とする学習データセットを用いて学習した機械学習モデル(ここでは一例としてニューラルネットワーク)に対して、当該対象基板の前処理後データを入力することによって、当該対象基板の少なくとも一つの位置(ここでは、一例としてM個の位置)における配線高さを決定する。
図11は、第2の実施形態において用いられるニューラルネットワークの一例を示す模式図である。図11に示すように、ニューラルネットワークMD2は一例として、K層(Kは自然数)のニューラルネットワークで、入力層は、U×N+3個(Nは自然数)のニューロンを有し、中間層はU×N個のニューロンを有し、出力層はM個(Mは自然数)のニューロンを有する。入力層及び中間層に含まれる各ニューロンは、一例として、次の層のニューロンと全結合する。それに加えて中間層のニューロンは、自身の出力を入力に重みづけしてフィードバックする。
ニューラルネットワークの入力層のニューロンL1,1〜L1,U×Nには、同じテーブル回転周回の渦電流センサ150−1、…、150−Uからの出力信号に対して前処理された後の各ウエハ半径位置に対応する信号である渦電流センサ150−1のデータ1〜データN、…、渦電流センサ150−Uのデータ1〜データNが入力される。
また、ニューラルネットワークの入力層のニューロンL1,U×N+1〜L1,U×N+3にはそれぞれ研磨パッド111の厚さデータ(Pad厚さデータ)、研磨テーブル110の回転数データ(テーブル回転数データ)、研磨ヘッド120の回転数データ(キャリア回転数データ)が入力される。ニューラルネットワークの出力層からはそれぞれ、半径r1〜半径rMにおける配線高さが出力される。
以上、第2の実施形態では、渦電流センサを複数備え、機械学習モデルの入力は、複数の渦電流センサ150−1〜150−Uの同じ研磨テーブル回転周回における対象基板に対向する各位置における出力信号に対して、当該前処理が実行された後のデータである。
これにより、複数の渦電流センサの同じ研磨テーブル回転周回の出力信号に対して、当該前処理が実行された後のデータを機械学習モデルの入力として用いることによって、同じ周回の出力信号を複数用いることで、一つの出力信号にノイズが載ったとしても他の出力信号にノイズが載っていなければ配線高さを推定することができる。これにより、配線高さの推定のロバスト性を向上させることができる。
<第3の実施形態>
続いて、第3の実施形態について説明する。第3の実施形態では、第2の実施形態と比べて、複数の渦電流センサの出力信号を用いることは共通しているが、更に複数の周回の出力信号を用いる点が異なっている。
図12は、研磨テーブルのV回転目からV+3回転目までの同じ渦電流センサの出力信号の例を示す模式図である。Vは自然数である。縦軸がセンサ出力で、横軸がウエハ半径位置である。研磨回数が増えると、研磨されて僅かずつ配線高さが低くなっていく。
図13は、図12におけるV回転目からV+3回転目までの同じ渦電流センサの基板を基準とする水平方向の移動軌跡を示す模式図である。図13に示すように、渦電流センサのV回転目からV+3回転目それぞれの水平方向の移動軌跡は、T1〜T4である。このように、同じ渦電流センサであっても、研磨テーブルが回転する回数毎に、基板121を基準とする水平方向の移動軌跡が異なっている。本実施形態では、複数の渦電流センサの複数の周回の出力信号を用いることによって、その複数の周回の平均的な配線高さを推定する。
図14は、第3の実施形態に係るプロセッサ142の機能ブロック図である。図14に示すように、図10の第2の実施形態に比べて、前処理部160bが前処理部160cに変更され、予測部164bが予測部164cに変更されたものになっている。
本実施形態では、一例として、渦電流センサ150−1、…、150−8までの8個の渦電流センサを備える。これに応じて、前処理部160cは、前処理部160bにおいて、ノイズ除去フィルタ、データ補間部、オフセット処理部それぞれの数が8になったものである。ノイズ除去フィルタ161−1〜161−8、データ補間部162−1〜162−8、オフセット処理部163−1〜163−8は第2の実施形態と同様の処理を実行する。そしてオフセット処理部163−1〜163−8は、オフセット後のデータをストレージ141に保存する。
予測部164cは、機械学習モデル(ここでは一例としてニューラルネットワーク)を用いて、対象基板の配線高さを決定する。より詳細には、予測部164cは、複数の渦電流センサの同じ“複数の”研磨テーブル回転周回の対象基板に対向する各位置における出力信号に対して予め決められた前処理を実行された後のデータを入力とし、当該基板の少なくとも一つの位置における配線高さを出力とする学習データセットを用いて学習した機械学習モデル(ここでは一例としてニューラルネットワーク)に対して、当該対象基板の前処理後データを入力することによって、当該対象基板の少なくとも一つの位置(ここでは、一例としてM個の位置)における配線高さを決定する。
図15は、第3の実施形態において用いられるニューラルネットワークの学習時のデータの流れの一例を示す模式図である。図15に示すように、研磨テーブルが1回転する毎に、渦電流センサ150−1〜150−8それぞれから出力された出力信号に対して前処理部160cが前処理を実行した後のデータD1が出力され、ストレージ141に保存される。渦電流センサ150−1〜150−8それぞれについて、ウエハ半径位置それぞれのデータが得られるので、研磨テーブル1回転分のデータD1は、図15に示すように一例として、8行×N列(Nは自然数)の行列で表される。ここでは一例として、ウエハ半径位置は、−150mm〜150mmの範囲であるので、列のインデックスが1の場合、−150mmのウエハ半径位置のデータを表わし、列のインデックスがNの場合、150mmのウエハ半径位置のデータを表す。
研磨テーブルの回転回数(以下、研磨テーブル回転回数ともいう)が5回転分の前処理後のデータを、第3の実施形態において用いられるニューラルネットワークMD3の学習データセットの入力データとする。図15では、研磨テーブル回転回数がS−4〜S(Sは5以上の整数)までの5回分の前処理後のデータD2がニューラルネットワークMD3の学習データセットの入力データとして入力される。
まず、研磨前の基板の厚さ分布(研磨前の厚さプロファイルともいう)を測定する。そして、研磨時間、研磨テーブル回転数を設定する。そして、設定された研磨時間、設定された研磨テーブル回転数で研磨を実行する。研磨終了後に、研磨後の基板の厚さ分布(研磨後の厚さプロファイルともいう)を測定する。
研磨テーブル110の1回転あたりの研磨で除去される厚みである研磨レートが一定と仮定して、各研磨テーブル回転回数S−4〜Sでのウエハ半径位置毎の配線高さを計算する。この計算で得られたウエハ半径位置毎の配線高さ配列を学習データセットの出力データとする。
図16は、第3の実施形態において用いられるニューラルネットワークの一例を示す模式図である。図15に示すように、ニューラルネットワークMD3は一例として、K層(Kは自然数)のニューラルネットワークで、入力層は、5N+3個(Nは自然数)のニューロンを有し、中間層は5N個のニューロンを有し、出力層はM個(Mは自然数)のニューロンを有する。入力層及び中間層に含まれる各ニューロンは、一例として、次の層のニューロンと全結合する。それに加えて中間層のニューロンは、自身の出力を入力に重みづけしてフィードバックする。
ニューラルネットワークの入力層のニューロンL1,1〜L1,Nには、テーブル回転回数が同じS−4回の渦電流センサの150−1、…、150−8からの出力信号に対して前処理された後の各ウエハ半径位置に対応する信号である渦電流センサ150−1のデータ1〜データN、…、渦電流センサ150−8のデータ1〜データNが入力される。
同様にして、テーブル回転回数がS−3、S−2、S−1、S回それぞれの渦電流センサの150−1、…、150−8からの出力信号に対して前処理された後の各ウエハ半径位置に対応する信号である渦電流センサ150−1のデータ1〜データN、…、渦電流センサ150−8のデータ1〜データNが入力される。
また、ニューラルネットワークの入力層のニューロンL1,5N+1〜L1,U×5+3にはそれぞれ研磨パッド111の厚さデータ(Pad厚さデータ)、研磨テーブル110の回転数データ(テーブル回転数データ)、研磨ヘッド120の回転数データ(キャリア回転数データ)が入力される。ニューラルネットワークの出力層からはそれぞれ、半径r1〜半径rMにおける配線高さが出力される。
図17は、第3の実施形態において用いられるニューラルネットワークの推論時のデータの流れの一例を示す模式図である。図17に示すように、研磨処理中において、研磨テーブルが1回転する毎(あるいは渦電流センサ150−1〜150−8がそれぞれ基板121の下を通る毎に)に、渦電流センサ150−1〜150−8の出力信号に対して前処理部160cが前処理を実行する。これによって、前処理部160cから前処理後のデータD3が出力され、この前処理後のデータD3がストレージ141に保存される。
そして、予測部164cは、研磨テーブルが5回転する毎に、ストレージ141から研磨テーブル回転回数が直近のi−4〜i(iは5以上の整数)までの5個の前処理後のデータを読み出し、この読み出された5個の前処理後のデータD4が学習済みのニューラルネットワークMD3に入力される。これにより、学習済みのニューラルネットワークMD3から、配列高さ配列が出力される。
このように、第3の実施形態では、機械学習モデル(ここではニューラルネットワークMD3)の入力は、複数の渦電流センサの複数の研磨テーブル回転周回における対象基板に対向する各位置における出力信号に対して、前処理が実行された後のデータである。
これにより、複数の周回の出力信号を用いることで、特定の渦電流センサが周回毎に基板を基準とする渦電流センサの移動軌跡が異なっていたとしても、その影響を相殺することができるので、配線高さの推定精度を向上させることができる。同じ周回の渦電流センサの出力信号を複数用いることで、一つの出力信号にノイズが載ったとしても他の出力信号にノイズが載っていなければ配線高さを推定することができるので、配線高さの推定のロバスト性を向上させることができる。
なお、第3の実施形態において、渦電流センサは2〜7個または9個以上であってもよいし、一つであってもよく、一つ以上であればよい。
なお、第3の実施形態では、機械学習モデルの入力は、複数の渦電流センサの複数の研磨テーブル回転周回における対象基板に対向する各位置における出力信号に対して、前処理が実行された後のデータであるとしたが、これに限らず、“一つの”渦電流センサの複数の研磨テーブル回転周回における対象基板に対向する各位置における出力信号に対して、前処理が実行された後のデータであってもよい。これにより、複数の周回の出力信号を用いることで、特定の渦電流センサが周回毎に基板を基準とする渦電流センサの移動軌跡が異なっていたとしても、その影響を相殺することができるので、配線高さの推定精度を向上させることができる。
なお、ノイズ除去フィルタ161、データ補間部162、及びオフセット処理部163の処理の順番は、この順番に限ったものではなく、順不同である。
なお、各実施形態において、学習済みの機械学習モデルが完成後に、プロセッサ142は、研磨処理中の渦電流センサの出力信号を用いて、学習済みの機械学習モデル(例えば、ニューラルネットワーク)を再学習させてもよい。これにより、研磨装置を稼働した後も、研磨処理中の渦電流センサの出力信号を用いて、再学習するので、配線高さの予測精度を向上させることができる。
なお、プロセッサ142の処理の一部または全部を、別の情報処理システムが実行してもよいし、クラウド上に実装された情報処理システムが実行してもよい。
なお、上述した実施形態で説明したコントローラ140の少なくとも一部は、ハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ハードウェアで構成する場合には、コントローラ140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CD−ROM等の記録媒体に収納し、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、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。
また、コントローラ140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、あるいは記録媒体に収納して頒布してもよい。
さらに、一つまたは複数の情報処理装置を含む情報処理システムによってコントローラ140を機能させてもよい。複数の情報処理装置を用いる場合、情報処理装置のうちの1つをコンピュータとし、当該コンピュータが所定のプログラムを実行することによりコントローラ140の少なくとも1つの手段として機能が実現されてもよい。
また、方法の発明においては、全ての工程(ステップ)をコンピュータによって自動制御で実現するようにしてもよい。また、各工程をコンピュータに実施させながら、工程間の進行制御を人の手によって実施するようにしてもよい。また、さらには、全工程のうちの少なくとも一部を人の手によって実施するようにしてもよい。
以上、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
100 研磨装置
110 研磨テーブル
111 研磨パッド
120 研磨ヘッド
121 基板
122 エアバッグ
1221〜1224 区画
130 液体供給機構
140 コントローラ
141 ストレージ
142 プロセッサ
143 入出力インタフェース
150 渦電流センサ
160、160b、160c 前処理部
161 ノイズ除去フィルタ
162 データ補間部
163 オフセット処理部
164、164b、164c 予測部
165 判定部
166 圧力制御部

Claims (11)

  1. 渦電流センサが設けられ且つ回転可能に構成された研磨テーブルと、
    前記研磨テーブルに対向し且つ回転可能に構成され且つ前記研磨テーブルと対向する面に基板が取り付け可能な研磨ヘッドと、
    対象基板の研磨処理中に、前記渦電流センサが対象基板に対向する各位置にある場合の出力信号に対して予め決められた前処理を実行して対象基板の前処理後データを生成し、前記渦電流センサが基板に対向する各位置にある場合の出力信号に対して予め決められた前処理を実行された後のデータを入力とし、当該基板の少なくとも一つの位置における配線高さを出力とする学習データセットを用いて学習済みの機械学習モデルに対して、前記対象基板の前処理後データを入力することによって、当該対象基板の少なくとも一つの位置における配線高さを決定するプロセッサと、
    を備える研磨装置。
  2. 前記プロセッサは、当該決定された配線高さが予め決められた配線高さになった場合、前記対象基板の研磨を終了するよう制御する
    請求項1に記載の研磨装置。
  3. 前記研磨ヘッドには、基板を押圧するためのエアバッグが設けられており、
    前記プロセッサは、前記決定された配線高さの分布に応じて、前記エアバッグ内の圧力分布を制御する
    請求項1または2に記載の研磨装置。
  4. 前記機械学習モデルの入力は、更に研磨パッドの厚さ、研磨テーブルの回転数、及び/または研磨ヘッドの回転数を含む
    請求項1から3のいずれか一項に記載の研磨装置。
  5. 前記渦電流センサを複数備え、
    前記機械学習モデルの入力は、前記複数の前記渦電流センサの同じ研磨テーブル回転周回における前記対象基板に対向する各位置における出力信号に対して、前記前処理が実行された後のデータである
    請求項1から4のいずれか一項に記載の研磨装置。
  6. 前記渦電流センサを複数備え、
    前記機械学習モデルの入力は、前記複数の前記渦電流センサの複数の研磨テーブル回転周回における前記対象基板に対向する各位置における出力信号に対して、前記前処理が実行された後のデータである
    請求項1から4のいずれか一項に記載の研磨装置。
  7. 前記機械学習モデルの入力は、一つの前記渦電流センサの複数の研磨テーブル回転周回における前記対象基板に対向する各位置における出力信号に対して、前記前処理が実行された後のデータである
    請求項1から4のいずれか一項に記載の研磨装置。
  8. 前記プロセッサは、研磨処理中の渦電流センサの出力信号を用いて、前記学習済みの機械学習モデルを再学習させる
    請求項1から7のいずれか一項に記載の研磨装置。
  9. 対象基板の研磨処理中に、渦電流センサが対象基板に対向する各位置にある場合の出力信号に対して予め決められた前処理を実行して対象基板の前処理後データを生成する前処理部と、
    前記渦電流センサが基板に対向する各位置にある場合の出力信号に対して予め決められた前処理を実行された後のデータを入力とし、当該基板の少なくとも一つの位置における配線高さを出力とする学習データセットを用いて学習済みの機械学習モデルに対して、前記対象基板の前処理後データを入力することによって、当該対象基板の少なくとも一つの位置における配線高さを決定する予測部と、
    を備える情報処理システム。
  10. 対象基板の研磨処理中に、渦電流センサが対象基板に対向する各位置にある場合の出力信号に対して予め決められた前処理を実行して対象基板の前処理後データを生成する前処理ステップと、
    前記渦電流センサが基板に対向する各位置にある場合の出力信号に対して予め決められた前処理を実行された後のデータを入力とし、当該基板の少なくとも一つの位置における配線高さを出力とする学習データセットを用いて学習済みの機械学習モデルに対して、前記対象基板の前処理後データを入力することによって、当該対象基板の少なくとも一つの位置における配線高さを決定する予測ステップと、
    を有する情報処理方法。
  11. コンピュータを、
    対象基板の研磨処理中に、渦電流センサが対象基板に対向する各位置にある場合の出力信号に対して予め決められた前処理を実行して対象基板の前処理後データを生成する前処理部と、
    前記渦電流センサが基板に対向する各位置にある場合の出力信号に対して予め決められた前処理を実行された後のデータを入力とし、当該基板の少なくとも一つの位置における配線高さを出力とする学習データセットを用いて学習済みの機械学習モデルに対して、前記対象基板の前処理後データを入力することによって、当該対象基板の少なくとも一つの位置における配線高さを決定する予測部と、
    として機能させるためのプログラム。
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