JP4876345B2 - シミュレーション方法及び装置、並びに、これを用いた研磨方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨に関するシミュレーション方法及び装置、研磨方法及び装置、研磨装置を制御するための制御プログラム等の作成方法及び装置、研磨に関するシミュレーションプログラム記録媒体、制御プログラム等を作成するためのプログラム記録媒体、研磨システム、並びに、半導体デバイス及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
本発明は、例えば、ＵＬＳＩなどの半導体デバイスを製造する方法において、半導体デバイスの平坦化研磨（例えば、半導体素子形成における、半導体ウエハ又はその上に形成された誘電体層あるいは金属層の除去工程）等に関連して用いるのに好適である。
【０００３】
【従来の技術】
半導体デバイスの高密度化は限界を見せず進展を続けており、高密度実現のため、種々な技術、方法の開発が進められている。その一つが、多層配線であり、これに伴う技術的課題に、グローバルな（比較的大きなエリアでの）デバイス面の平坦化及び、上下層間の配線がある。
【０００４】
リソグラフィの短波長化に伴う露光時の焦点深度短縮を考慮すると、少なくとも露光エリア程度の範囲での層間層の平坦化の精度要求は大きい。また、金属電極層の埋め込みであるいわゆる象嵌（プラグ、ダマシン）の要求も多層配線実現にとっては大きく、この場合、積層後の余分な金属層の除去及び平坦化が行わなければならない。これらの、大きな（ダイサイズレベルでの）エリアの効率的な平坦化技術として注目を集めているのが、化学的機械的研磨である。これは、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing又はPlanarization）と呼ばれる研磨工程である。ＣＭＰは、物理的研磨に、化学的な作用とを併用して、ウエハの表面層を除いていく工程で、グローバル平坦化及び、電極形成技術の最有力な候補となっている。具体的には、酸、アルカリ、酸化剤などの研磨物の可溶性溶媒中に、研磨粒（シリカ、アルミナ、酸化セリウムなどが一般的）を分散させたスラリーと呼ばれる研磨剤を用い、更に、適当な研磨体（研磨パッドなどの研磨体）と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する研磨定盤等の基材とを有する研磨工具の前記研磨体で、ウエハ表面を加圧し、相対運動で摩擦することにより研磨を進行させる。
【０００５】
前記研磨体の使用が進行すると、研磨体の研磨面が目詰まり等により研磨能力が低下する。そこで、従来から、研磨工程と同時にあるいは研磨工程とは別に、研磨体のドレス（いわゆる目立て）が行われ、研磨体の研磨面が削られる。
【０００６】
ＣＭＰ研磨工程の工程効率化と平坦性の精度の向上を図る上で、研磨量を精度良く予測して、その予測結果に基づいて効率良く研磨条件（研磨装置の制御パラメータ等）の最適化を図ることが、極めて重要である。このため、例えば、米国特許第５，５９９，４２３号においても、ＣＭＰに関するシミュレーションが提案されている。
【０００７】
また、ＣＭＰ以外の研磨、例えば、レンズ等の光学部材の研磨や、ウエハの研削などの一般的な研磨においても、研磨に関するシミュレーションの重要性は認識されており、種々のシミュレーション方法が提案されてきた。
【０００８】
研磨に関するシミュレーションにおいては、研磨量の予測が基礎をなしている。そして、従来から提供されてきた研磨に関する種々のシミュレーションでは、研磨量の予測は、下記の数１のプレストン（Preston）の式に従ってなされていた。数１において、ｈは研磨対象物（被研磨物）の研磨量（研磨量）、ηはプレストン定数、Ｐは荷重（研磨対象物にかかる圧力）、Ｖは研磨体と研磨対象物との接触相対速度（研磨量を求めようとしている部分領域の接触相対速度）、ｔは研磨時間である。
【０００９】
【数１】
ｈ＝ηＰＶｔ
【００１０】
このプレストン（Preston）の式は、経験則であるが、非常に精度良く研磨量を求めることができるとされ、いわば基本原理として取り扱われ、研磨に関するいずれのシミュレーションにおいても根幹をなしている。
【００１１】
従来の研磨に関するシミュレーションにおいては、プレストンの式を適用する際に、研磨工具の研磨体の研磨面が常に高い精度で平坦に保たれていることを前提として、荷重Ｐを与えていた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、研磨工具の研磨体は、研磨が進行するに従ってわずかながら減っていく。のみならず、研磨工具の研磨体は、ドレス工程が進行するに従って、比較的大きく減っていく。そして、これらの研磨体の減りは、研磨面の各部において必ずしも一様ではなく、研磨体の各部においてばらつく。このため、研磨体の使用が進行するに従って、研磨体の各部の厚みが徐々に薄くなっていくのみならず、研磨体の研磨面に凹凸が生ずる。その結果、この厚みの変化及び凹凸の発生によって、被研磨物の被研磨面の個々の部分領域と研磨体の研磨面との間に実際にかかる荷重は、研磨体の研磨面が高い精度で平坦に保たれている場合の荷重とは異なったものとなる。
【００１３】
したがって、前記従来の研磨に関するシミュレーションでは、プレストンの式を適用する際に、研磨工具の研磨体の研磨面が常に高い精度で平坦に保たれていることを前提として、荷重Ｐを与えていたため、研磨体の研磨面の凹凸の発生等の影響を受けて、研磨量のシミュレーションの精度が低下していた。すなわち、前記従来の研磨に関するシミュレーションでは、研磨体の研磨面の凹凸の発生等の影響が考慮されていなかったため、研磨量のシミュレーションの精度が低下していた。このように、研磨量のシミュレーションの精度が低下すると、効率良く研磨条件（研磨装置の制御パラメータ等）の最適化を図ることが困難となり、ひいては、ＣＭＰ研磨工程の工程効率化を図ることができなくなるとともに、平坦性の精度が低下してしまう。
【００１４】
以上説明した事情は、ＣＭＰについてのみならず、レンズ等の光学部材の研磨などの他の研磨についても、同様である。
【００１５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、研磨後における被研磨物の被研磨面の研磨量分布を精度良く予測することができるシミュレーション方法及び装置、並びに、そのためのプログラムを記録した記録媒体を提供することを目的とする。
【００１６】
また、本発明は、研磨後における研磨対象物の被研磨面の面形状又は被研磨面の膜厚分布を精度良く予測することができるシミュレーション方法及び装置、並びに、そのためのプログラムを記録した記録媒体を提供することを目的とする。
【００１７】
さらに、本発明は、高精度の研磨量予測に基づくことにより、研磨対象物の被研磨面の所望の形状又は被研磨面側の所望の膜厚分布を精度良く得るために必要な、研磨装置用の制御パラメータ又は制御プログラムを作成することができる作成方法及び装置、並びに、そのためのプログラムを記録した記録媒体を提供することを目的とする。
【００１８】
さらにまた、本発明は、研磨対象物の被研磨面の所望の面形状又は被研磨面側の所望の膜厚分布を精度良く得ることができる研磨方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１９】
また、本発明は、被研磨物の被研磨面の所望の面形状又は被研磨面側の所望の膜厚分布を精度良く得ることができるとともに、研磨工程の効率化を図ることができる研磨システムを提供することを目的とする。
【００２０】
さらにまた、本発明は、工程効率化を図ることができるとともに歩留りが向上し、従来の半導体デバイス製造方法に比べて低コストで半導体デバイスを製造することができる半導体デバイス製造方法、及び低コストの半導体デバイスを提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の第１の態様によるシミュレーション方法は、研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨した後の、前記被研磨物の被研磨面の研磨量分布を予測するシミュレーション方法において、前記被研磨物の被研磨面の個々の部分領域について、前記被研磨物を研磨した後の当該部分領域の研磨量を、非加圧時の前記研磨体の前記研磨面の、前記基材を基準とした高さ分布、又は、該高さ分布を示す指標を、パラメータの１つとして、予測するものである。
【００２２】
本発明の第２の態様によるシミュレーション方法は、前記第１の態様において、前記指標が、前記研磨体に対して行われるドレス工程の回数、前記研磨体に対して行われるドレス工程の累積時間、前記研磨体による前記被研磨物の研磨の回数、及び、前記研磨体による前記被研磨物の研磨の累積時間のうちの、いずれか１つ又はいずれか２つ以上の組み合わせであるものである。
【００２３】
本発明の第３の態様によるシミュレーション方法は、前記第１の態様において、前記研磨体の使用期間において当該研磨体の前記高さ分布を順次計測又は予測し、最新に計測又は予測された高さ分布に基づいて前記部分領域の研磨量を予測するものである。
【００２４】
本発明の第４の態様によるシミュレーション方法は、前記第３の態様において、前記高さ分布の計測又は予測は、前記研磨体をドレスするドレス工程の後に行われるものである。
【００２５】
本発明の第５の態様によるシミュレーション方法は、前記第３又は第４の態様において、前記高さ分布の計測又は予測は、当該研磨体による当該被研磨物とは別の被研磨物の研磨工程の後に行われるものである。
【００２６】
本発明の第６の態様によるシミュレーション方法は、前記第３乃至第５のいずれかの態様において、前記高さ分布の予測は、前記研磨体に対して行われるドレス工程の回数、前記研磨体に対して行われるドレス工程の累積時間、前記研磨体による前記被研磨物の研磨の回数、及び、前記研磨体による前記被研磨物の研磨の累積時間のうちの、いずれか１つ又はいずれか２つ以上の組み合わせと、前記高さ分布との関係を示す、ルックアップテーブル又は式を参照することにより、行われるものである。
【００２７】
本発明の第７の態様によるシミュレーション方法は、前記第３乃至第５のいずれかの態様において、前記高さ分布の予測は、プレストンの式に従って行われるものである。
【００２８】
本発明の第８の態様によるシミュレーション方法は、前記第１乃至第７のいずれかの態様において、前記被研磨物の研磨は、前記研磨体と前記被研磨物との間に研磨剤を介在させつつ行う化学的機械的研磨であるものである。
【００２９】
本発明の第９の態様によるシミュレーション方法は、研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨した後の、前記被研磨物の被研磨面の形状又は前記被研磨面側の膜厚分布を予測するシミュレーション方法において、前記第１乃至第８のいずれかの態様によるシミュレーション方法を用いて前記被研磨物の前記形状又は前記膜厚分布を予測するものである。
【００３０】
本発明の第１０の態様による作成方法は、研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨する研磨装置を、制御するための制御パラメータ又は制御プログラムを作成する作成方法であって、（ａ）前記第１乃至第９のいずれかの態様によるシミュレーション方法を用い、想定又は設定された制御パラメータ又は制御プログラムに従って前記研磨装置により前記被研磨物が研磨された後に得られる前記被研磨面の研磨量分布を、予測するシミュレーション段階と、（ｂ）前記シミュレーション段階で予測された研磨量分布と前記被研磨物の被研磨面の目標研磨量分布とを比較することで、前記想定又は設定された制御パラメータ又は制御プログラムの良否を判定する判定段階と、を備えたものである。
【００３１】
本発明の第１１の態様による作成方法は、前記第１０の態様において、前記判定段階で否と判定された場合には、前記想定又は設定された制御パラメータ又は制御プログラムを、既に前記判定段階で否と判定されたものに対して少なくとも一部を変更したものにして、前記シミュレーション段階及び前記判定段階を、この順に繰り返すものである。
【００３２】
本発明の第１２の態様によるシミュレーション装置は、研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨した後の、前記被研磨物の被研磨面の研磨量分布を予測するシミュレーション装置において、前記被研磨物の被研磨面の個々の部分領域について、前記被研磨物を研磨した後の当該部分領域の研磨量を、非加圧時の前記研磨体の前記研磨面の、前記基材を基準とした高さ分布、又は、該高さ分布を示す指標を、パラメータの１つとして、予測する予測手段を、備えたものである。
【００３３】
本発明の第１３の態様によるシミュレーション装置は、前記第１２の態様において、前記指標が、前記研磨体に対して行われるドレス工程の回数、前記研磨体に対して行われるドレス工程の累積時間、前記研磨体による前記被研磨物の研磨の回数、及び、前記研磨体による前記被研磨物の研磨の累積時間のうちの、いずれか１つ又はいずれか２つ以上の組み合わせであるものである。
【００３４】
本発明の第１４の態様によるシミュレーション装置は、前記第１２の態様において、前記研磨体の使用期間において当該研磨体の前記高さ分布を順次計測又は予測する手段を備え、前記予測手段は、最新に計測又は予測された高さ分布に基づいて前記部分領域の研磨量を予測するものである。
【００３５】
本発明の第１５の態様によるシミュレーション装置は、前記第１４の態様において、前記計測又は予測する手段は、前記高さ分布の計測又は予測を、前記研磨体をドレスするドレス工程の後に行うものである。
【００３６】
本発明の第１６の態様によるシミュレーション装置は、前記第１４又は第１５の態様において、前記計測又は予測する手段は、前記高さ分布の計測又は予測を、当該研磨体による当該被研磨物とは別の被研磨物の研磨工程の後に行うものである。
【００３７】
本発明の第１７の態様によるシミュレーション装置は、前記第１４乃至第１６のいずれかの態様において、前記計測又は予測する手段は、前記高さ分布の予測を、前記研磨体に対して行われるドレス工程の回数、前記研磨体に対して行われるドレス工程の累積時間、前記研磨体による前記被研磨物の研磨の回数、及び、前記研磨体による前記被研磨物の研磨の累積時間のうちの、いずれか１つ又はいずれか２つ以上の組み合わせと、前記高さ分布との関係を示す、ルックアップテーブル又は式を参照することにより、行うものである。
【００３８】
本発明の第１８の態様によるシミュレーション装置は、前記第１４乃至第１６のいずれかの態様において、前記計測又は予測する手段は、前記高さ分布の予測を、プレストンの式に従って行うものである。
【００３９】
本発明の第１９の態様によるシミュレーション装置は、前記第１２乃至第１８のいずれかの態様において、前記被研磨物の研磨は、前記研磨体と前記被研磨物との間に研磨剤を介在させつつ行う化学的機械的研磨であるものである。
【００４０】
本発明の第２０の態様によるシミュレーション装置は、研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨した後の、前記被研磨物の被研磨面の形状又は前記被研磨面側の膜厚分布を予測するシミュレーション装置において、前記第１乃至第９のいずれかの態様によるシミュレーション方法を用いて、あるいは、前記第１２乃至第１９のいずれかの態様によるシミュレーション装置を用いて、前記被研磨物の前記形状又は前記膜厚分布を予測する予測手段を、備えたものである。
【００４１】
本発明の第２１の態様による作成装置は、研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨する研磨装置を、制御するための制御パラメータ又は制御プログラムを作成する作成装置であって、（ａ）前記第１乃至第９のいずれかの態様によるシミュレーション方法を用い、想定又は設定された制御パラメータ又は制御プログラムに従って前記研磨装置により前記被研磨物が研磨された後に得られる前記被研磨面の研磨量分布を、予測するシミュレーション手段と、（ｂ）前記シミュレーション手段により予測された研磨量分布と前記被研磨物の被研磨面の目標研磨量分布とを比較することで、前記想定又は設定された制御パラメータ又は制御プログラムの良否を判定する判定手段と、を備えたものである。
【００４２】
本発明の第２２の態様による作成装置は、前記第２１の態様において、前記判定段階で否と判定された場合には、前記想定又は設定された制御パラメータ又は制御プログラムを、既に前記判定手段により否と判定されたものに対して少なくとも一部を変更したものにして、前記シミュレーション手段及び前記判定手段に、この順に動作を繰り返させる手段を、備えたものである。
【００４３】
本発明の第２３の態様による研磨方法は、研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨する研磨装置を用いて、前記被研磨物を研磨する方法において、前記第１０又は第１１の態様による作成方法により作成された制御パラメータ又は制御プログラム、あるいは、前記第１乃至第９のいずれかの態様によるシミュレーション方法を用いて作成された制御パラメータ又は制御プログラムに従って、前記研磨装置を作動させることによって、前記被研磨物を研磨するものである。
【００４４】
本発明の第２４の態様による研磨方法は、研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨する研磨装置を用いて、前記被研磨物を研磨する方法において、前記研磨装置を制御するための制御パラメータ又は制御プログラムであって、非加圧時の前記研磨体の前記研磨面の、前記基材を基準とした高さ分布、又は、該高さ分布を示す指標に応じて、異なる制御パラメータ又は制御プログラムに従って、前記研磨装置を作動させることによって、前記被研磨物を研磨するものである。
【００４５】
本発明の第２５の研磨方法は、前記第２４の態様において、前記指標が、前記研磨体に対して行われるドレス工程の回数、前記研磨体に対して行われるドレス工程の累積時間、前記研磨体による前記被研磨物の研磨の回数、及び、前記研磨体による前記被研磨物の研磨の累積時間のうちの、いずれか１つ又はいずれか２つ以上の組み合わせであるものである。
【００４６】
本発明の第２６の態様による研磨装置は、研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨する研磨装置において、前記第１０又は第１１の態様による作成方法により作成された制御パラメータ又は制御プログラム、あるいは、前記第１乃至第９のいずれかの態様によるシミュレーション方法を用いて作成された制御パラメータ又は制御プログラムに従って、前記被研磨物を研磨するものである。
【００４７】
本発明の第２７の態様による研磨装置は、研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨する研磨装置において、非加圧時の前記研磨体の前記研磨面の、前記基材を基準とした高さ分布、又は、該高さ分布を示す指標に応じて、異なる制御パラメータ又は制御プログラムに従って、前記研磨の動作を制御する制御手段を、備えたものである。
【００４８】
本発明の第２８の態様による研磨装置は、前記第２７の態様において、前記指標が、前記研磨体に対して行われるドレス工程の回数、前記研磨体に対して行われるドレス工程の累積時間、前記研磨体による前記被研磨物の研磨の回数、及び、前記研磨体による前記被研磨物の研磨の累積時間のうちの、いずれか１つ又はいずれか２つ以上の組み合わせであるものである。
【００４９】
本発明の第２９の態様による研磨装置は、前記第２６乃至第２８のいずれかの態様において、前記被研磨物の研磨は、前記研磨体と前記被研磨物との間に研磨剤を介在させつつ行う化学的機械的研磨であるものである。
【００５０】
本発明の第３０の態様によるコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨した後の、前記被研磨物の被研磨面の研磨量分布を予測するシミュレーション機能を、コンピュータに実現させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、前記シミュレーション機能は、前記被研磨物の被研磨面の個々の部分領域について、前記被研磨物を研磨した後の当該部分領域の研磨量を、非加圧時の前記研磨体の前記研磨面の、前記基材を基準とした高さ分布、又は、該高さ分布を示す指標を、パラメータの１つとして、予測する機能を、含むものである。
【００５１】
本発明の第３１の態様によるコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨した後の、前記被研磨物の被研磨面の形状又は前記被研磨面側の膜厚分布を予測するシミュレーション機能を、コンピュータに実現させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、前記シミュレーション機能は、前記被研磨物の被研磨面の個々の部分領域について、前記被研磨物を研磨した後の当該部分領域の研磨量を、非加圧時の前記研磨体の前記研磨面の、前記基材を基準とした高さ分布、又は、該高さ分布を示す指標を、パラメータの１つとして、予測する機能を、含むものである。
【００５２】
本発明の第３２の態様によるコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨する研磨装置を、制御するための制御パラメータ又は制御プログラムを作成する作成処理を、コンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、前記作成処理は、（ａ）想定又は設定された制御パラメータ又は制御プログラムに従って前記研磨装置により前記被研磨物が研磨された後に得られる前記被研磨面の研磨量分布を、予測するシミュレーション段階と、（ｂ）前記シミュレーション段階で予測された研磨量分布と前記被研磨物の被研磨面の目標研磨量分布とを比較することで、前記想定段階で想定された制御パラメータ又は制御プログラムの良否を判定する判定段階と、を含むものである。そして、前記シミュレーション段階は、前記被研磨物の被研磨面の個々の部分領域について、前記被研磨物を研磨した後の当該部分領域の研磨量を、非加圧時の前記研磨体の前記研磨面の、前記基材を基準とした高さ分布、又は、該高さ分布を示す指標を、パラメータの１つとして、予測する段階を、含む。
【００５３】
本発明の第３３の態様によるコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、前記第３２の態様において、前記作成処理は、前記判定段階で否と判定された場合には、前記想定又は設定された制御パラメータ又は制御プログラムを、既に前記判定段階で否と判定されたものに対して少なくとも一部を変更したものにして、前記シミュレーション段階及び前記判定段階を、この順に繰り返すものである。
【００５４】
本発明の第３４の態様による研磨システムは、研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨する研磨装置と、前記研磨装置を制御するための制御パラメータ又は制御プログラムを作成する作成装置と、を備えたものである。そして、前記作成装置は、（ａ）請求項１乃至９のいずれかに記載のシミュレーション方法を用いて、あるいは、請求項１２乃至２０のいずれかに記載のシミュレーション装置を用いて、想定又は設定された制御パラメータ又は制御プログラムに従って前記研磨装置により前記被研磨物が研磨された後に得られる前記被研磨面の研磨量分布を、予測するシミュレーション手段と、（ｂ）前記シミュレーション手段により予測された研磨量分布と前記目標研磨量分布とを比較することで、前記想定手段により想定された制御パラメータ又は制御プログラムの良否を判定する判定手段と、を含む。前記研磨装置は、前記作成装置により作成された制御パラメータ又は制御プログラム従って、前記被研磨物を研磨するものである。
【００５５】
本発明の第３５の態様による研磨システムは、前記第３４の態様において、前記作成装置は、前記判定段階で否と判定された場合には、前記想定又は設定された制御パラメータ又は制御プログラムを、既に前記判定手段により否と判定されたものに対して少なくとも一部を変更したものにして、前記シミュレーション手段及び前記判定手段に、この順に動作を繰り返させる手段を、含むものである。
【００５６】
本発明の第３６の態様による研磨システムは、前記第３４又は第３５の態様において、前記作成装置により作成された制御パラメータ又は制御プログラムの前記研磨装置への入力が、自動的に又は指令に応答して、行われるものである。
【００５７】
本発明の第３７の態様による研磨システムは、前記第３４乃至第３６のいずれかの態様において、前記被研磨物の研磨は、前記研磨体と前記被研磨物との間に研磨剤を介在させつつ行う化学的機械的研磨であるものである。
【００５８】
本発明の第３８の態様による半導体デバイス製造方法は、前記第２６乃至第２９のいずれかの態様による研磨装置あるいは前記第３４乃至第３７のいずれかの態様による研磨システムを用いて、半導体ウエハの表面を平坦化する工程を有するものである。
【００５９】
本発明の第３９の態様による半導体デバイスは、前記第３８の態様による半導体デバイス製造方法により製造されるものである。
【００６０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による研磨方法及び装置、研磨に関するシミュレーション方法及び装置、研磨装置を制御するための制御プログラム等の作成方法及び装置、研磨に関するシミュレーションプログラム記録媒体、制御プログラム等を作成するためのプログラム記録媒体、研磨システム、半導体デバイス製造方法、並びに、半導体デバイスについて、図面を参照して説明する。
【００６１】
なお、後述する各実施の形態は、研磨の例として化学的機械的研磨について適用した例に関するものである。しかし、本発明は、その他の研磨や研削やその他の砥粒研磨やその他の種々の研磨についての、シミュレーション方法及び装置、研磨方法及び装置、研磨システムなどにも適用することができ、後述する各実施の形態を所望の研磨内容に応じて適宜変形し得ることは、言うまでもない。
【００６２】
［本発明の原理］
【００６３】
本発明の実施の形態の説明に先立って、本発明の原理について説明する。図１３は本発明の原理を模式的に示す説明図であり、図１中の要部拡大断面図に相当している。図１３において、後述する図１中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付している。
【００６４】
図１３において、１４は研磨工具１１を構成する研磨体としての研磨パッド、１３は研磨工具１１を構成する剛体からなる平板状の基材であり、これらが研磨ヘッドを構成している。研磨パッド１４の上面が基材１３の下面に貼り付けられ、研磨パッド１４の下面が研磨面となっている。すなわち、研磨パッド１４における研磨面と反対側の面が、基材により支持されている。本例では基材１３の下面は平面となっているが、本発明では、例えば、基材１３の下面を曲面等で構成してもよい。研磨工具１１は、公知の加圧機構を有しており、例えば、エアー等の流体圧による荷重を基材１３の上面に下方へ向けて加えることができるようになっている。研磨パッド１４としては、例えば、シート状の発泡ポリウレタン、あるいは表面に溝構造を有した無発泡樹脂などを用いることができ、研磨パッドは弾性体である。研磨パッド１４は、単層のみならず２層以上からなるものであってもよい。また、図１３において、２は被研磨物としてのプロセスウエハ、１２はウエハ２を保持するウエハホルダである。
【００６５】
今、研磨パッド１４のドレス等により研磨パッド１４の研磨面が削られて、非加圧時の研磨パッド１４の研磨面の表面形状が例えば図１３（ａ）に示すようになっている場合について、考える。非加圧時の研磨パッド１４の凸部の厚みをｄ、研磨パッド１４の厚み方向の弾性定数（ヤング率に換算可能）をｋとする。研磨パッド１４におけるこの凸部からΔｄだけへこんだ凹部でのウエハ２にかかる実効荷重Ｐ２を、簡単な系で考えてみる。基材１３の上面に下方へ向けて荷重が加えられると、研磨パッド１４の下面（研磨面）がウエハ２に押し付けられ、研磨パッド１４が弾性変形して図１３（ｂ）に示す状態となる。研磨パッド１４の前記凸部でのウエハ２へかかる実効荷重入力をＰ１とすると、研磨パッド１４の前記凸部での研磨パッド１４の変形量は、Ｐ１／ｋとなる。研磨パッド１４の上面に下方へ向けて荷重が各所において均等に荷重されているとすると、前記凹部でのウエハ２にかかる実効荷重Ｐ２は、次の数２で示す通りとなる。
【００６６】
【数２】
Ｐ２＝（Ｐ１−ｋΔｄ）ｄ／（ｄ−Δｄ）
【００６７】
以上の説明から、非加圧時の研磨パッド１４の研磨面の凹凸（Δｄ）及び厚みｄによって、研磨パッド１４の細分化した個々の個別領域にかかる実効荷重が異なることがわかる。したがって、従来のように、非加圧時の研磨パッド１４の研磨面の凹凸（Δｄ）及び厚みｄにかかわらず、基材１３の上面にかかる荷重をそのままウエハ２へかかる荷重であるとして、数１に示すプレストンの式を適用することにより研磨量を予測すると、予測した研磨量が実際の研磨量とずれてしまう。
【００６８】
前述した説明から、弾性定数ｋは既知であるので、非加圧時の研磨パッド１４の研磨面の凹凸（Δｄ）及び厚みｄから、数２を用いて、研磨パッド１４の細分化した個々の個別領域にかかる実効荷重を算出できることがわかる。非加圧時の研磨パッド１４の研磨面の凹凸（Δｄ）及び厚みｄは、非加圧時の研磨パッド１４の研磨面の、基材１３を基準とした高さ分布から知ることができる。したがって、この高さ分布から、研磨パッド１４の細分化した個々の個別領域にかかる実効荷重を算出できる。このようにして算出した実効荷重をウエハ２へかかる荷重であるとして、数１に示すプレストンの式を適用することにより研磨量を予測すれば、予測した研磨量の精度が高まる。これが、本発明の基本的な原理である。
【００６９】
ただし、前述した説明では簡単な系で説明したが、必要に応じて、他の系を用いて、前記高さ分布から、実効荷重を、研磨パッド１４の弾性や粘弾性による変形に基づく合力の釣り合いの式やモーメントの釣り合いの式などより算出してもよい。また、前述した説明では、前述したように均等荷重であるものとしたが、実際には、研磨ヘッドの傾きなどによる偏荷重の影響も考慮して、研磨パッド１４の細分化した個々の個別領域にかかる実効荷重を算出することが好ましい。この場合、例えば、個別領域での荷重とそれによるパッドの変位を、上記した合力及びモーメントの釣り合いが成り立つような値にするために、繰り返し計算で最も適切な値とすることを行う。
【００７０】
［第１の実施の形態］
【００７１】
次に、本発明の第１の実施の形態による研磨システムについて、説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態による研磨システムを模式的に示す概略構成図である。図２は、ウエハ２の研磨時と研磨パッド１４のドレス時の様子を模式的に示す概略平面図である。図３は、非加圧時の研磨パッド１４の研磨面の、基材１３を基準とした高さ分布の計測時の様子を模式的に示す概略平面図である。図４は、本実施の形態による研磨システムの動作を示す概略フローチャートである。図５は、図４中のステップＳ５の処理内容を示す概略フローチャートである。
【００７２】
本実施の形態による研磨システムは、図１に示すように、被研磨物としてのプロセスウエハ２に対して化学的機械的研磨を行う研磨装置１と、研磨前又は研磨後のウエハ２の被研磨面側の膜厚分布（又はウエハ２の被研磨面の形状）を測定する測定装置３と、研磨装置１を制御するための制御パラメータ又は制御プログラムを作成する作成装置４と、測定装置３とウエハホルダ１２上との間などでウエハ２を搬送する搬送装置５と、非加圧時の研磨パッド１４の研磨面の、基材１３を基準とした高さ分布（以下、単に「高さ分布」という。）を計測する計測装置としての変位計３１と、を備えている。本実施の形態では、変位計３１は計測ステーション（計測ゾーン）に配置されている。
【００７３】
研磨装置１は、研磨工具１１と、研磨ステーション（研磨ゾーン）に位置した研磨工具１１の下側にウエハ２を保持するウエハホルダ１２と、研磨工具１１に形成した供給路（図示せず）を介してウエハ２と研磨工具１１との間に研磨剤（スラリー）を供給する研磨剤供給部（図示せず）と、ドレスステーション（ドレスゾーン）に配置されドレスステーションに位置した研磨工具１１の研磨パッド１４の研磨面をドレスするドレッサー（ドレスツール）３２と、コンピュータ等からなる制御部１５と、制御部１５による制御下で各部のモータを駆動する駆動部１６と、キーボード等の入力部１７と、ＣＲＴ等の表示部１８と、記録媒体としてのフロッピー（登録商標）ディスクに対してデータの読み書きを行うフロッピー（登録商標）ディスクドライブ１９と、を備えている。
【００７４】
研磨工具１１は、前述したように、研磨パッド１４と、研磨パッド１４における研磨面と反対側の面を支持する基材１３とを有している。本実施の形態では、研磨パッド１４の形状は、図２に示すように、回転中心の付近の部分が除去されたリング状とされているが、これに限定されるものではない。研磨工具１１は、アクチュエータとして電動モータを用いた図示しない機構によって、図１中の矢印で示すように、回転、上下動及び左右に揺動（往復動）できるようになっている。また、研磨工具１１は、アクチュエータとして電動モータを用いた図示しない移動機構によって、図１乃至図３に示すように、研磨ステーション、ドレスステーション及び計測ステーションに移動し得るようになっている。
【００７５】
ウエハ２は、ウエハホルダ１２上に保持され、ウエハ２の上面が被研磨面となっている。ウエハホルダ１２は、アクチュエータとして電動モータを用いた図示しない機構によって、図１中の矢印で示すように、回転できるようになっている。
【００７６】
本実施の形態では、研磨工具１１の径がウエハ２の径より小さくされ、装置全体のフットプリントが小さくなっているとともに、高速・低荷重研磨が容易となっている。もっとも、本発明では、研磨工具１１の径はウエハ２の径と同じかそれより大きくてもよい。
【００７７】
ここで、この研磨装置１によるウエハ２の研磨について説明する。研磨工具１１は、回転しながら揺動して、ウエハホルダ１２上のウエハ２の上面に所定の圧力（荷重）で押し付けられる。ウエハホルダ１２を回転させてウエハ２も回転させ、ウエハ２と研磨工具１１との間で相対運動を行わせる。この状態で、研磨剤が研磨剤供給部からウエハ２と研磨工具１１との間に供給され、その間で拡散し、ウエハ２の被研磨面を研磨する。すなわち、研磨工具１１とウエハ２の相対運動による機械的研磨と、研磨剤の化学的作用が相乗的に作用して良好な研磨が行われる。
【００７８】
ドレッサー３２は、アクチュエータとして電動モータを用いた図示しない機構によって、図１及び図２中の矢印で示すように、回転できるようになっている。本実施の形態では、ドレッサー３２の形状は、図２に示すように、回転中心の付近の部分が除去されたリング状とされているが、これに限定されるものではない。ドレッサー３２の表面には砥粒が分布されており、図２中の右側部分に示すように、ドレスステーションに位置した研磨工具１１の研磨パッド１４が荷重をかけた状態でドレッサー３２に押し付けられ、ドレッサー３２及び研磨工具１１がそれぞれ図２中の矢印で示すように回転されることにより、研磨と同様にして研磨パッド１４のドレスが行われるようになっている。もっとも、研磨パッド１４のドレスはこのような処理に限定されるものではない。
【００７９】
本実施の形態では、図３に示すように、変位計３１として市販の接触触針式変位計が用いられ、触針３１ａが研磨パッド１４の研磨面に接触してその高さに応じて上下し、触針３１ａを研磨パッド１４の半径方向にスライドさせることにより、研磨パッド１４の高さ分布を測定できるようになっている。なお、研磨パッド１４の同一半径の円周上の各位置の高さは実質的に同一となるので、研磨パッド１４のある半径に沿った一ライン上の各位置の高さを測定するだけでもよい。変位計３１として、接触触針式変位計に代えて、例えば後述する図１１中の光学式変位計を用いてもよい。
【００８０】
制御部１５は、作成装置４から供給される制御パラメータ又は制御プログラムに従って、前述したような研磨動作を実現するため、駆動部１６を介して、研磨工具１１の回転、上下動及び揺動用の各モータや、ウエハホルダ１２の回転用のモータを制御したり、その他の図示しない各部の制御を行う。また、制御部１５は、研磨工具１１の各ステーションへの移動やドレッサー３２の制御も行う。さらに、本実施の形態では、制御部１５は、研磨システム全体の統括制御部としても機能し、作成装置４、測定装置３、搬送装置５及び変位計３１も、制御部１５による制御を受けるようになっている。
【００８１】
入力部１７は、オペレータが各種の指令等や必要なデータ等を入力するために、用いられる。表示部１８は、制御部１５の制御下で、入力の案内表示などを表示する。フロッピー（登録商標）ディスクドライブ１９は、必要に応じて、制御パラメータ又は制御プログラムが記録されたフロッピー（登録商標）ディスクから、前記制御パラメータ等を読み込んで制御部１５に供給する。
【００８２】
測定装置３としては、ウエハ２の被研磨面側の膜がＳｉＯ２膜などであれば、例えば光干渉式膜厚測定装置を使用することができ、ウエハ２の被研磨面側の膜がＣｕなどの金属膜であれば、例えば電気抵抗式膜厚測定装置を用いることができる。なお、本実施の形態では、測定装置３として、膜厚分布を測定することができる膜厚測定装置が用いられている。
【００８３】
作成装置４は、コンピュータ等からなる演算処理部２０と、キーボード等の入力部２１と、ＣＲＴ等の表示部２２と、フロッピー（登録商標）ディスクに対してデータの読み書きを行うフロッピー（登録商標）ディスクドライブ２３と、を備えている。導入時には、フロッピー（登録商標）ディスクに記録されたプログラムが、ドライブ２３を介して図示しないハードディスクにインストールされることにより、演算処理部２０が後述する図４に示す処理を実行し得るようになる。したがって、このフロッピー（登録商標）ディスクは、図４に示す処理を実行するためのプログラムを記録した媒体を構成する。このようなプログラムは、インターネット等を介して作成装置４に伝送することも可能である。この点は、後述する各実施の形態についても同様である。なお、演算処理部２０と制御部１５とを、同一のコンピュータで構成してもよいことは、言うまでもない。
【００８４】
なお、前記記録媒体としては、フロッピー（登録商標）ディスクに限定されるものではなく、例えば、ＣＤ−Ｒ、ＭＯ、ＤＶＤなどであってもよい。この場合、ドライブ２３に代えて、記録媒体に応じたドライブが用いられることは言うまでもない。この点は、前述したフロッピー（登録商標）ディスクドライブ１９についても、また、後述する各実施の形態についても、同様である。
【００８５】
次に、本実施の形態による研磨システムの動作について、図４を参照して説明する。この研磨システムでは、動作を開始すると、制御部１５による制御下で、次の動作を行う。まず、制御部１５は、研磨工具１１に装着されている研磨パッド１４が新しいもの（未だウエハ２の研磨やドレスが行われていないもの）であるか否かを判定する（ステップＳ１）。この判定は、例えば、オペレータが入力部１７から研磨パッド１４が新しい旨の入力操作を事前に行ったか否かによって、行う。新しいものであれば、制御部１５は、その内部メモリ（図示せず）にドレス回数（ドレス工程の回数）のカウント値Ｎをゼロにリセットした（ステップＳ２）後、ステップＳ３へ移行する。一方、ステップＳ１で新しいものでないと判定されると、既にドレス回数Ｎが前記メモリに記憶されているので、そのままステップＳ３へ移行する。
【００８６】
ステップＳ３において、搬送装置５が所定の場所から研磨すべき新しいウエハ２を測定装置３に搬送してセットし（ステップＳ３）、その後、測定装置３がウエハ２の被研磨面側の膜厚分布を測定し、その測定結果が自動的に作成装置４の演算処理部２０へ入力される（ステップＳ４）。なお、測定装置３による測定が終了すると、搬送装置５は、測定が終了したウエハ２を、測定装置３から研磨装置１のウエハホルダ１２上へ搬送する。
【００８７】
次いで、作成装置４が、測定装置３からの測定結果である初期膜厚分布に基づいて、前記制御プログラム又は制御パラメータを作成し、作成した制御プログラム又は制御パラメータを制御部１５へ自動的に出力する（ステップＳ５）。その後、制御部１５は入力された制御プログラム又は制御パラメータに従った制御を行い、研磨装置１がウエハ２の被研磨面を研磨する（ステップＳ６）。この研磨が終了すると、研磨されたウエハ２が搬送装置５により所定の場所に搬送される一方、研磨工具１１がドレスステーションに移動して前記ドレス動作により研磨パッド１４がドレスされる。次いで、制御部１５は、その内部メモリに記録されているドレス回数Ｎが１つカウントアップし（ステップＳ８）、所期の枚数のウエハの研磨が終了したか否か判定する（ステップＳ９）。その研磨が終了していなければステップＳ３へ戻りそれ以降の動作を繰り返し、その研磨が終了していれば、一連の動作を終了する。
【００８８】
ここで、図４中のステップＳ５の処理内容について、図５を参照して説明する。
【００８９】
なお、ステップＳ５の処理に先立って、研磨条件のうちシミュレーション時に固定的に取り扱うパラメータ（固定パラメータと呼ぶ）の値、及び、研磨条件のうちシミュレーション時に値を調整するパラメータ（調整パラメータと呼ぶ。）の種別を、入力部２１により入力しておく。これらは、演算処理部２０の図示しない内部メモリ（図示せず）に格納される。固定パラメータとしては、例えば、ウエハ２の被研磨面側の膜の種別、スラリーの種別、研磨パッド１４の材料の種別、研磨パッド１４の構造（溝のパターン等）、研磨パッド１４の径、ウエハ２の径などを挙げることができる。また、調整パラメータとしては、例えば、研磨工具１１の回転数、ウエハ２の回転数、研磨工具１１の揺動パターン（速度、ストローク、揺動開始位置等）などを挙げることができる。なお、調整パラメータとして挙げたもののうち、例えば、研磨工具１１の回転数やウエハ２の回転数などは、固定パラメータとして、その値を予め入力してもよい。
【００９０】
また、ステップＳ５の処理に先立って、研磨パッド１４の材料及び構造（溝構造）などに応じて、研磨パッド１４に対して行われるドレス回数と研磨パッド１４の高さ分布との関係を、ルックアップテーブルの表現又は式の表現で、演算処理部２０の内部メモリに格納しておく。この関係は、予め実験により求めたもの（すなわち、ステップＳ７の同じドレス条件で実際に研磨パッド１４をドレスするとともに、各ドレス回数毎に変位計３１で研磨パッド１４の高さ分布を計測することにより、求めたもの）でもよい。また、本実施の形態では研磨パッド１４は研磨と同様の処理によりドレスされることから、研磨パッド１４を実際にドレスしてみなくても、研磨パッド１４の高さ分布を数１に示すプレストンの式に従って精度良く予測することができる（本発明者はこの点を実験的に確認した。）ので、演算処理部２０の内部メモリに格納する前記関係は、ドレス回数に応じてプレストンの式に従って予測した研磨パッド１４の前記高さ分布に基づいて求めたものでもよい。
【００９１】
研磨パッド１４の高さ分布のドレスの進行に伴う変動は同じドレス条件で行った場合再現性があるので、ドレス回数は、ドレスの進行に伴う研磨パッド１４の前記高さ分布の指標となり得る。同様に、ドレス累積時間も、ドレスの進行に伴う研磨パッド１４の前記高さ分布の指標となり得る。また、研磨回数や研磨累積時間は、研磨の進行に伴う研磨パッド１４の前記高さ分布の指標となり得る。ドレスによる研磨パッド１４の高さ分布の変動は、研磨による研磨パッド１４の高さ分布の変動に比べてかなり大きい。したがって、ドレス回数又はドレス累積時間のみでも、研磨パッド１４の高さ分布の精度の良い指標となる。しかし、ドレス回数又はドレス累積時間と研磨回数又は研磨累積時間との組み合わせは、研磨パッド１４の高さ分布の一層精度の良い指標となる。この点を考慮して、例えば、当該研磨パッド１４に対して行われるドレス回数及び当該研磨パッド１４を用いた研磨工程の回数との組み合わせと、研磨パッド１４の高さ分布との関係を、演算処理部２０の内部メモリに格納しておいてもよい。この場合、本実施の形態ではドレス回数＝研磨回数であることから、例えば、ドレス回数及び研磨回数を示すＮに関連づけて、ドレスと研磨をＮ回ずつ行った後の研磨パッド１４の高さ分布の計測値を、演算処理部２０の内部メモリに格納すればよい。
【００９２】
ステップＳ５の処理を開始すると、作成装置４の演算処理部２０は、まず、測定装置３から送られてきた膜厚分布の測定結果を、取得して、演算処理部２０の内部メモリに格納する（ステップＳ１１）。
【００９３】
次に、演算処理部２０は、膜厚分布の測定結果に基づいて、目標研磨量分布を算出する（ステップＳ１２）。目標研磨量分布は、所望の膜厚分布を得るために必要な前記被研磨面の研磨量分布である。
【００９４】
次いで、演算処理部２０は、調整パラメータの値（又は値の組）をある値（又は値の組）に設定（想定）する（ステップＳ１３）。これにより、制御パラメータ又は制御プログラムを想定したことになる。
【００９５】
その後、演算処理部２０は、ウエハ２の被研磨面の個々の部分領域のうちの１つの部分領域を処理の対象として設定する（ステップＳ１４）。次に、演算処理部２０は、ステップＳ１４で設定された部分領域について、内部メモリに格納されている固定パラメータ及びステップＳ１３で設定された調整パラメータの値に基づいて、当該部分領域の実効荷重、接触相対速度、研磨時間（接触時間）を算出する。このとき、演算処理部２０は、当該部分領域の実効荷重を算出するに際して、制御部１５の内部メモリに記憶されている最新のドレス回数Ｎを読み出し、演算処理部２０の内部メモリに予め記憶された前記式又は前記ルックアップテーブルに従って、このドレス回数Ｎに応じた研磨パッド１４の高さ分布を得る。そして、この高さ分布に基づいて、例えば、前述した数２又はこれに偏荷重の影響を加えたものに従って、当該部分領域の実効荷重を算出する。そして、演算処理部２０は、当該部分領域の実効荷重、接触相対速度、及び研磨時間（接触時間）から、数１に従って、研磨量を算出（予測）する（ステップＳ１５）。
【００９６】
次に、演算処理部２０は、ウエハ２の被研磨面の全ての部分領域について、研磨量の演算が終了したか否かを判定する（ステップＳ１６）。終了していなければ、ステップＳ１４へ戻る。一方、終了していれば、ステップＳ１７へ移行する。この場合には、ウエハ２の被研磨面の研磨量分布が得られたことになる。ステップＳ１４〜Ｓ１６が、ウエハ２の被研磨面の研磨量分布を予測する予測手段（シミュレーション手段）としての機能に相当している。
【００９７】
ステップＳ１７において、演算処理部２０は、予測されたウエハ２の被研磨面の研磨量分布を、ステップＳ１２で算出した目標研磨量分布と比較して、所定の基準を満たしているか否かを判定することによって、ステップＳ１３で設定した最新の調整パラメータの値（又は値の組）の良否、すなわち、想定した制御パラメータ又は制御プログラムの良否を判定する。
【００９８】
ステップＳ１７で否と判定されると、ステップＳ１３へ戻る。このとき、ステップＳ１３では、前回までのステップＳ１３で設定した値（又は値の組）に対して少なくとも一部を変更したものを、設定する。
【００９９】
一方、ステップＳ１７で良と判定されると、演算処理部２０は、ステップＳ１３で設定した最新の調整パラメータの値（又は値の組）、及び、必要に応じて、内部メモリに格納されている固定パラメータに基づいて、これらが示す研磨条件を達成するのに必要な、研磨装置１を制御するための制御パラメータ又は制御プログラムを作成し、これを研磨装置１の制御部１５へ送る（ステップＳ１８）。これにて、図４中のステップＳ５の処理を終了する。
【０１００】
このような動作によって、本実施の形態では、制御部１５は、研磨パッド１４の高さ分布を示す指標（本実施の形態では、ドレス回数Ｎ）に応じて、異なる制御パラメータ又は制御プログラムに従って、ウエハ２の研磨の動作を制御することになる。
【０１０１】
本実施の形態によれば、作成装置４は、図５中のステップＳ１５において、前述した本発明の原理に従い、ウエハ２の被研磨面の個々の部分領域について、研磨パッド１４の高さ分布を示す指標（本実施の形態では、ドレス回数Ｎ）をパラメータの１つとして、ウエハ２を研磨した後の当該部分領域の研磨量を予測している。したがって、ウエハ２の被研磨面の部分領域の研磨量を精度良く予測することができる。このため、図５中のステップＳ１４〜Ｓ１６において行われるウエハ２の被研磨面の研磨量分布の予測の精度も高まる。よって、効率良く研磨条件（研磨装置の制御パラメータ等）の最適化を図ることができる。その結果、全体としての工程効率化を達成することができる。しかも、作成装置４により作成された制御パラメータ又は制御プログラムに従って研磨装置１を運転しているので、ウエハ２の所望の膜厚分布を精度良く得ることができ、高平坦性を確保することができる。また、本実施の形態によれば、ステップＳ６のドレス工程を、研磨パッド１４の研磨面の平坦性が厳密に得られるように行わなくても、前述した効果を得ることができる。
【０１０２】
また、本実施の形態によれば、測定装置３、作成装置４、変位計３１及び研磨装置１が全体として研磨システムを構成しているため、測定、制御パラメータ等の作成及び研磨を一貫して行うことができ、全体としての研磨工程の効率化を図ることができる。
【０１０３】
さらに、本実施の形態によれば、測定装置３から作成装置４への測定結果の入力、及び、作成装置４により作成された制御パラメータ又は制御プログラムの研磨装置１への入力が、自動的に行われるので、オペレータの負担がなくなり、ひいては、全体としての研磨工程の効率化をより一層図ることができる。なお、前記各入力は、入力部１７又は２１からの指令に従って行われるようにすることも可能である。
【０１０４】
［第２の実施の形態］
【０１０５】
図６は、本発明の第２の実施の形態による研磨システムの動作を示す概略フローチャートである。図６において、図４中のステップと同一又は対応するステップには同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【０１０６】
本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なるところは、次の点のみである。すなわち、研磨工程（ステップＳ６）の後に、ステップＳ４と同じ膜厚測定を行い（ステップＳ２１）、その測定結果とウエハ２の被研磨面側の所望の膜厚分布又は前記被研磨面の所望の形状とを比較して、再度研磨を行うか否かを判定し（ステップＳ２２）、再度研磨を行う場合にはステップＳ５へ戻る一方、再度研磨を行わない場合にはステップＳ７へ移行する。
【０１０７】
本実施の形態によれば、ステップＳ２１，Ｓ２２を備えているので、一旦研磨された後のウエハ２の被研磨面の形状又は膜厚分布が所望の精度を有していないような場合には、再度ステップＳ５，Ｓ６，Ｓ２１を繰り返すことができ、ウエハ２の被研磨面の所望の形状又は被研磨面側の所望の膜厚分布を一層精度良く得ることができる。
【０１０８】
［第３の実施の形態］
【０１０９】
図７は、本発明の第３の実施の形態による研磨システムの動作を示す概略フローチャートである。図７において、図４中のステップと同一又は対応するステップには同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【０１１０】
本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なるところは、次の点のみである。すなわち、図４中のステップＳ１，Ｓ２，Ｓ８が取り除かれ、ステップＳ３１が追加されている。本実施の形態による研磨システムでは、動作を開始すると、制御部１５は、研磨パッド１４を計測ステーションへ移動させて、変位計３１に研磨パッド１４の高さ分布を計測させ、その計測結果が演算処理部２０へ入力され、その内部メモリに格納され（ステップＳ３１）、その後、ステップＳ３へ移行する。図７中のステップＳ５は図４中のステップＳ５と基本的に同じであるが、次の点で異なる。すなわち、本実施の形態では、ステップＳ５のうちのステップＳ１５（図５参照）において、演算処理部２０の内部メモリに予め格納されたルックアップテーブル等を参照して研磨パッド１４の高さ分布を得るのではなく、その代わりに、ステップＳ３１で最新に計測された研磨パッド１４の高さ分布を用いて、研磨量を算出する。また、ステップＳ７の後にステップＳ９へ直接移行し、ステップＳ９でＮＯの場合にはステップＳ３１へ戻る。
【０１１１】
本実施の形態によれば、毎回、研磨パッド１４の高さ分布が計測されるので、前記第１の実施の形態に比べればやや効率が低下するものの、基本的に前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。
【０１１２】
［第４の実施の形態］
【０１１３】
図８は、本発明の第４の実施の形態による作成装置の動作を示す概略フローチャートである。
【０１１４】
本実施の形態は、図１に示す前記第１の実施の形態による研磨システムの作成装置４を、測定装置３、研磨装置１及び変位計３１と切り離して独立させるように、変形したものであるが、本実施の形態による作成装置の概略構成を模式的に示すブロック図は、図１中の作成装置４と同じである。したがって、本実施の形態の説明においても、図１を参照する。ただし、本実施の形態では、測定装置３から演算処理部２０へのライン、制御部１５と演算処理部２０との間のライン、及び、変位計３１から演算処理部２０へのラインは、除去される。
【０１１５】
本実施の形態においても、前記第１の実施の形態と同様に、研磨パッド１４の材料及び構造（溝構造）などに応じて、研磨パッド１４に対して行われるドレス回数と研磨パッド１４の高さ分布との関係が、ルックアップテーブルの表現又は式の表現で、演算処理部２０の内部メモリに予め格納されている。
【０１１６】
本実施の形態による作成装置が動作を開始すると、図８に示すように、演算処理部２０は、表示部２２を制御して入力案内表示を表示させ、オペレータに、前述した固定パラメータ及び前述した調整パラメータの種別を入力することを促す（ステップＳ４１）。入力部２１を介してこれらが入力されると、演算処理部２０は、表示部２２を制御して入力案内表示を表示させ、オペレータに、測定装置３で測定したウエハ２の膜厚分布を入力することを促す（ステップＳ４２）。入力部２１を介してこの膜厚分布が入力されると、演算処理部２０は、ステップＳ４２で入力された膜厚分布の測定結果に基づいて、目標研磨量分布を算出する（ステップＳ４３）。
【０１１７】
次に、演算処理部２０は、表示部２２を制御して入力案内表示を表示させ、オペレータに、ドレス回数最大値を入力することを促す（ステップＳ４４）。入力部２１を介してこのドレス回数最大値が入力されると、ゼロから、入力されたドレス回数最大値までの回数のうち未だ設定（想定）されていないドレス回数を１つ設定（想定）する（ステップＳ４５）。
【０１１８】
その後、演算処理部２０は、図５中のステップＳ１３〜Ｓ１７にそれぞれ相当するステップＳ４６〜Ｓ５０を行う。ただし、ステップＳ４８では、演算処理部２０は、演算処理部２０の内部メモリに予め記憶された前記式又は前記ルックアップテーブルに従って、ステップＳ４５で想定されたドレス回数Ｎに応じた研磨パッド１４の高さ分布を得、この高さ分布を用いて、研磨量を算出する。
【０１１９】
ステップＳ５０でＹＥＳの場合、演算処理部２０は、ステップＳ５０の判定で用いられた、予測されたウエハ２の被研磨面の研磨量分布と、ステップＳ４２で入力された初期膜厚分布とに基づいて、予測されるウエハ２の被研磨面の膜厚分布を算出する（ステップＳ５１）。
【０１２０】
その後、ゼロから、ステップＳ４４で入力されたドレス回数最大値までの全ての回数について、ステップＳ４６〜Ｓ５１までの処理が終了したか否かを判定する（ステップＳ５２）。終了していなければステップＳ４５へ戻り、終了していればステップＳ５３へ移行する。
【０１２１】
ステップＳ５３において、演算処理部２０は、ゼロからドレス回数最大値までの各ドレス回数にそれぞれ関連づけて、各ドレス回数にそれぞれ対応する、予測された研磨量分布、予測された膜厚分布及び研磨条件を、表示部２２に表示させる（ステップＳ５３）。このとき、初期膜厚分布も表示させる。
【０１２２】
次に、演算処理部２０は、図５中のステップＳ１８の場合と同様に、研磨装置１を制御するための制御パラメータ又は制御プログラムを作成する。ただし、この制御パラメータ又は制御プログラムは、ゼロからドレス回数最大値までの各ドレス回数ごとに、作成する。そして、演算処理部２０は、各ドレス回数にそれぞれ関連づけられ各ドレス回数にそれぞれ対応する各制御パラメータ又は制御プログラムを、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ２３を介して図示しないフロッピー（登録商標）ディスクに書き込む（ステップＳ５４）。これにて、本実施の形態による作成装置は、動作を終了する。オペレータは、このフロッピー（登録商標）ディスクをドライブ２３から取り出して研磨装置１のドライブ１９にセットし、入力部１７から制御部１５に指令を与え、当該フロッピー（登録商標）ディスクに記録されている制御パラメータ又は制御プログラムに従った、研磨動作を開始させればよい。
【０１２３】
図９は、この場合の研磨装置１の動作の一例を示すフローチャートである。図９において、図４中のステップと同一又は対応するステップには同一符号を付し、その重複する説明は省略する。図９に示す動作では、図４中のステップＳ４，Ｓ５に代えて、ステップＳ６１が行われる。ステップＳ６１では、制御部１５は、制御部１５の内部メモリに記憶されている最新のドレス回数Ｎに関連づけられた制御パラメータ又は制御プログラムを選択する（ステップＳ６１）。そして、ステップＳ６において、制御部１５は、ステップＳ６１で選択した制御パラメータ又は制御プログラムに従った、研磨動作を行わせる。
【０１２４】
本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる他、図９に示すように、研磨工程に関連して予測処理や計測処理を行わないので、効率が向上する。
【０１２５】
［第５の実施の形態］
【０１２６】
図１０は、本発明の第５の実施の形態によるシミュレーション装置の動作を示す概略フローチャートである。
【０１２７】
本実施の形態は、図１に示す前記第１の実施の形態による研磨システムの作成装置４を、測定装置３、研磨装置１及び変位計３１と切り離して独立させるとともに、演算処理部２０の動作を変えて、シミュレーション機能のみを持つように、変形したものである。本実施の形態による作成装置の概略構成を模式的に示すブロック図は、図１中の作成装置４と同じである。したがって、本実施の形態の説明においても、図１を参照する。
【０１２８】
本実施の形態においても、前記第１の実施の形態と同様に、研磨パッド１４の材料及び構造（溝構造）などに応じて、研磨パッド１４に対して行われるドレス回数と研磨パッド１４の高さ分布との関係が、ルックアップテーブルの表現又は式の表現で、演算処理部２０の内部メモリに予め格納されている。
【０１２９】
本実施の形態による作成装置が動作を開始すると、図１０に示すように、演算処理部２０は、表示部２２を制御して入力案内表示を表示させ、オペレータに、全ての研磨条件（固定パラメータ及び調整パラメータ）を入力することを促す（ステップＳ６１）。入力部２１を介してこれらが入力されると、演算処理部２０は、表示部２２を制御して入力案内表示を表示させ、オペレータに、測定装置３で測定したウエハ２の膜厚分布を入力することを促す（ステップＳ６２）。入力部２１を介してこの膜厚分布が入力されると、演算処理部２０は、ステップＳ６２で入力された膜厚分布の測定結果に基づいて、目標研磨量分布を算出する（ステップＳ６３）。
【０１３０】
次に、演算処理部２０は、表示部２２を制御して入力案内表示を表示させ、オペレータに、ドレス回数を入力することを促す（ステップＳ６４）。入力部２１を介してこのドレス回数最大値が入力されると、演算処理部２０は、図５中のステップＳ１４〜Ｓ１６にそれぞれ相当するステップＳ６５〜Ｓ６７を行う。ただし、ステップＳ６６では、演算処理部２０は、演算処理部２０の内部メモリに予め記憶された前記式又は前記ルックアップテーブルに従って、ステップＳ６４で入力されたドレス回数Ｎに応じた研磨パッド１４の高さ分布を得、この高さ分布を用いて、研磨量を算出する。
【０１３１】
ステップＳ６７でＹＥＳの場合、演算処理部２０は、この時点までに得られた、予測されたウエハ２の被研磨面の研磨量分布と、ステップＳ６２で入力された初期膜厚分布とに基づいて、予測されるウエハ２の被研磨面の膜厚分布を算出する（ステップＳ６８）。その後、演算処理部２０は、予測された研磨量分布、初期膜厚分布及び予測された膜厚分布、ステップＳ６４で入力されたドレス回数、及び研磨条件を表示部２２に表示させる（ステップＳ６９）。
【０１３２】
次に、演算処理部２０は、入力部２２を介してオペレータからシミュレーションを継続させる旨の指令があったかシミュレーションを終了させる旨の指令があったかを判定する（ステップＳ７０）。継続の旨の指令があれば、ステップＳ６１へ戻る。一方、終了の旨の指令があれば、動作を終了する。
【０１３３】
本実施の形態によれば、オペレータが適宜研磨条件を入力することにより、それに応じたウエハ２の被研磨面の膜厚分布等のシミュレーション結果を得ることができる。したがって、オペレータは、このシミュレーション装置を用いて、研磨装置１を制御するための制御パラメータ又は制御プログラムを作成することも可能となる。
【０１３４】
［第６の実施の形態］
【０１３５】
図１１は、本発明の第６の実施の形態による研磨システムの一部を模式的に示す概略斜視図である。図１１において、図１中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【０１３６】
本実施の形態が前記第３の実施の形態と異なるところは、次の点のみである。すなわち、本実施の形態では、研磨工具１１の径がウエハ２の径より大きくされ、いわゆる大径パッド方式が採用されている。また、変位計３１として光学式変位計が用いられ、ウエハ２の研磨中にも、研磨パッド１４の高さ分布を計測し得るように、変位計３１が研磨ステーションに設けられている。図１１中、３５は変位計３１からのプローブ光を示している。この変位計３１は、図示しない移動機構により研磨パッド１４の半径方向に移動することによって、研磨パッド１４の高さ分布を計測し得るようになっている。
【０１３７】
本実施の形態では、このようにウエハ２の研磨中にも研磨パッド１４の高さ分布を計測し得るので、図７に示すフローチャートにおいて、ステップＳ６において同時に高さ分布を計測し、ステップＳ９でＮＯの場合にはステップＳ３へ戻ればよい。
【０１３８】
本実施の形態によっても、前記第３の実施の形態と同様の利点が得られる。また、本実施の形態によれば、ウエハ２の研磨中にも研磨パッド１４の高さ分布を計測し得るので、効率化を図ることができる。
【０１３９】
［第７の実施の形態］
【０１４０】
図１２は、半導体デバイス製造プロセスを示すフローチャートである。半導体デバイス製造プロセスをスタートして、まずステップＳ２００で、次に挙げるステップＳ２０１〜Ｓ２０４の中から適切な処理工程を選択する。選択に従って、ステップＳ２０１〜Ｓ２０４のいずれかに進む。
【０１４１】
ステップＳ２０１はシリコンウエハの表面を酸化させる酸化工程である。ステップＳ２０２はＣＶＤ等によりシリコンウエハ表面に絶縁膜を形成するＣＶＤ工程である。ステップＳ２０３はシリコンウエハ上に電極膜を蒸着等の工程で形成する電極形成工程である。ステップＳ２０４はシリコンウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込み工程である。
【０１４２】
ＣＶＤ工程もしくは電極形成工程の後で、ステップＳ２０９に進み、ＣＭＰ工程を行うかどうかを判断する。行わない場合はステップＳ２０６に進むが、行う場合はステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５はＣＭＰ工程であり、この工程では、本発明に係る研磨装置を用いて、層間絶縁膜の平坦化や、半導体デバイスの表面の金属膜の研磨によるダマシン（damascene）の形成等が行われる。
【０１４３】
ＣＭＰ工程または酸化工程の後でステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６はフォトリソ工程である。フォトリソ工程では、シリコンウエハへのレジストの塗布、露光装置を用いた露光によるシリコンウエハへの回路パターンの焼き付け、露光したシリコンウエハの現像が行われる。さらに次のステップＳ２０７は、現像したレジスト像以外の部分をエッチングにより削り、その後レジスト剥離を行い、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くエッチング工程である。
【０１４４】
次にステップＳ２０８で必要な全工程が完了したかを判断し、完了していなければステップＳ２００に戻り、先のステップを繰り返して、シリコンウエハ上に回路パターンが形成される。ステップＳ２０８で全工程が完了したと判断されればエンドとなる。
【０１４５】
本発明に係る半導体デバイス製造方法では、ＣＭＰ工程において本発明に係る研磨装置を用いているため、ＣＭＰ工程でのウエハの被研磨面の所望の形状又は被研磨面側の所望の膜厚分布を精度良く得ることができ、ＣＭＰ工程での歩留まりが向上するとともに、ＣＭＰ工程の工程効率化を図ることができる。これにより、従来の半導体デバイス製造方法に比べて低コストで半導体デバイスを製造することができるという効果がある。
【０１４６】
なお、前記の半導体デバイス製造プロセス以外の半導体デバイス製造プロセスのＣＭＰ工程に本発明に係る研磨装置を用いても良い。
【０１４７】
本発明に係る半導体デバイスは、本発明に係る半導体デバイス製造方法により製造される。これにより、従来の半導体デバイス製造方法に比べて低コストで半導体デバイスを製造することができ、半導体デバイスの製造原価を低下することができるという効果がある。
【０１４８】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【０１４９】
例えば、前記各実施の形態はＣＭＰに関して適用した例であったが、本発明は、ガラス等の光学部材などの研磨に適用することもできる。
【０１５０】
［実験例］
【０１５１】
本発明者は、図１乃至図３に示す研磨システムと同様の研磨システム（ただし、作成装置４を除く）を用い、次の実験を行った。
【０１５２】
使用した研磨パッド（研磨パッド１４に相当）は、リング状のもので、その外径は１５０ｍｍ、内径は５０ｍｍであった。使用したドレッサー（ドレッサー３２に相当）は、リング状のもので、その外径は１００ｍｍ、内径は８０ｍｍであった。研磨パッドのドレス条件は、研磨パッドの回転数を２００ｒｐｍ、ドレッサーの回転数（順回転）を９０ｒｐｍ、ドレス位置を中心距離（ドレッサーの中心と研磨パッドの中心との間の距離）で５５ｍｍ、ドレス荷重を１５０ｇ／ｃｍ２とした。被研磨物は、表面に誘電体膜が形成された直径２００ｍｍのウエハとした。その研磨条件は、ウエハの回転数を２００ｒｐｍ、研磨パッドの回転数（逆回転）を４００ｒｐｍ、揺動開始位置を中心距離（ウエハの中心と研磨パッドの中心との間の距離）で２５ｍｍ、揺動幅を４０ｍｍ、荷重を２００ｇ／ｃｍ２とした。
【０１５３】
１枚のウエハを前記研磨条件で研磨する度に（１回研磨毎に）、前記ドレス条件でドレス工程を行った。ドレス累積時間に応じて、接触触針式変位計を用いて、研磨パッドの表面形状（高さ分布）を測定した。その結果、ドレス回数毎に研磨パッドの表面の平坦性が落ち、初期の表面形状と累積ドレス時間１０分後の表面形状とでは、図１４に示すような差が見られた。ここで、同じ前記研磨条件で前記ウエハをそれぞれ研磨した後の前記ウエハ上の誘電体膜の研磨量は、初期の研磨パッドを用いた場合と、ドレス累積時間１０分後の研磨パッドを用いた場合とでは、図１５に示すようにずれた。つまり、初期に設定した研磨条件では所定の研磨量からずれてくることが判明した。
【０１５４】
そこで、ドレス累積時間によって、パッドの表面状態を変えた予測計算を行い、得られる研磨量分布（プロファイル）を修正するために、適宜研磨条件の変更を行った。そして、各累積時間におけるパッド形状を接触式変位計で計測し、データベース化し、それに応じた、研磨条件変更もあらかじめ入力しておいた。こうすることで、ドレスによるパッド形状変化をも取り込んだ安定研磨の可能なシステムとすることができた。この実験例は、前記第４実施の形態及び図９に示す動作を行う研磨装置１に類似するものである。
【０１５５】
前述した実験結果におけるパッドの表面形状変化は、プレストンの式及び若干の補正に従って予測算出が可能であった。また、予測したパッド表面状態でのウェハ研磨の結果も算出と一致した。このため、前述した実験結果におけるパッド表面状態の実測データおよび、実際にウェハを研磨して導出したあるパッド表面状態での研磨条件は、いずれも計算によるデータに置きかえることが可能であることがわかったため、計算データを使ったシステムの有効性が示された。
【０１５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、研磨後における被研磨物の被研磨面の研磨量分布を精度良く予測することができるシミュレーション方法及び装置、並びに、そのためのプログラムを記録した記録媒体を提供することができる。
【０１５７】
また、本発明によれば、研磨後における研磨対象物の被研磨面の面形状又は被研磨面の膜厚分布を精度良く予測することができるシミュレーション方法及び装置、並びに、そのためのプログラムを記録した記録媒体を提供することができる。
【０１５８】
さらに、本発明によれば、高精度の研磨量予測に基づくことにより、研磨対象物の被研磨面の所望の形状又は被研磨面側の所望の膜厚分布を精度良く得るために必要な、研磨装置用の制御パラメータ又は制御プログラムを作成することができる作成方法及び装置、並びに、そのためのプログラムを記録した記録媒体を提供することができる。
【０１５９】
さらにまた、本発明によれば、研磨対象物の被研磨面の所望の面形状又は被研磨面側の所望の膜厚分布を精度良く得ることができる研磨方法及び装置を提供することができる。
【０１６０】
また、本発明によれば、被研磨物の被研磨面の所望の面形状又は被研磨面側の所望の膜厚分布を精度良く得ることができるとともに、研磨工程の効率化を図ることができる研磨システムを提供することができる。
【０１６１】
さらにまた、本発明によれば、工程効率化を図ることができるとともに歩留りが向上し、従来の半導体デバイス製造方法に比べて低コストで半導体デバイスを製造することができる半導体デバイス製造方法、及び低コストの半導体デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による研磨システムを模式的に示す概略構成図である。
【図２】ウエハの研磨時と研磨パッドのドレス時の様子を模式的に示す概略平面図である。
【図３】非加圧時の研磨パッドの研磨面の、基材を基準とした高さ分布の計測時の様子を模式的に示す概略平面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態による研磨システムの動作を示す概略フローチャートである。
【図５】図４中のステップＳ５の処理内容を示す概略フローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施の形態による研磨システムの動作を示す概略フローチャートである。
【図７】本発明の第３の実施の形態による研磨システムの動作を示す概略フローチャートである。
【図８】本発明の第４の実施の形態による作成装置の動作を示す概略フローチャートである。
【図９】研磨装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第５の実施の形態によるシミュレーション装置の動作を示す概略フローチャートである。
【図１１】本発明の第６の実施の形態による研磨システムの一部を模式的に示す概略斜視図である。
【図１２】半導体デバイス製造プロセスを示すフローチャートである。
【図１３】本発明の原理を模式的に示す説明図である。
【図１４】研磨パッドのドレス進行に伴う表面形状の変化を示す実験データを示すグラフである。
【図１５】表面形状の異なる研磨パッドによる研磨量分布の差異を実験データで示すグラフである。
【符号の説明】
１ 研磨装置
２ ウエハ
３ 膜厚測定装置
４ 作成装置
５ 搬送装置
１１ 研磨工具
１２ ウエハホルダ
１３ 研磨定盤
１４ 研磨体
１５ 制御部
１６ 駆動部
１７，２１ 入力部
１８，２２ 表示部
１９，２３ フロッピー（登録商標）ディスクドライブ
２０ 演算処理部
３１ 変位計
３２ ドレッサー
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨に関するシミュレーション方法及び装置、研磨方法及び装置、研磨装置を制御するための制御プログラム等の作成方法及び装置、研磨に関するシミュレーションプログラム記録媒体、制御プログラム等を作成するためのプログラム記録媒体、研磨システム、並びに、半導体デバイス及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
本発明は、例えば、ＵＬＳＩなどの半導体デバイスを製造する方法において、半導体デバイスの平坦化研磨（例えば、半導体素子形成における、半導体ウエハ又はその上に形成された誘電体層あるいは金属層の除去工程）等に関連して用いるのに好適である。
【０００３】
【従来の技術】
半導体デバイスの高密度化は限界を見せず進展を続けており、高密度実現のため、種々な技術、方法の開発が進められている。その一つが、多層配線であり、これに伴う技術的課題に、グローバルな（比較的大きなエリアでの）デバイス面の平坦化及び、上下層間の配線がある。
【０００４】
リソグラフィの短波長化に伴う露光時の焦点深度短縮を考慮すると、少なくとも露光エリア程度の範囲での層間層の平坦化の精度要求は大きい。また、金属電極層の埋め込みであるいわゆる象嵌（プラグ、ダマシン）の要求も多層配線実現にとっては大きく、この場合、積層後の余分な金属層の除去及び平坦化が行わなければならない。これらの、大きな（ダイサイズレベルでの）エリアの効率的な平坦化技術として注目を集めているのが、化学的機械的研磨である。これは、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing又はPlanarization）と呼ばれる研磨工程である。ＣＭＰは、物理的研磨に、化学的な作用とを併用して、ウエハの表面層を除いていく工程で、グローバル平坦化及び、電極形成技術の最有力な候補となっている。具体的には、酸、アルカリ、酸化剤などの研磨物の可溶性溶媒中に、研磨粒（シリカ、アルミナ、酸化セリウムなどが一般的）を分散させたスラリーと呼ばれる研磨剤を用い、更に、適当な研磨体（研磨パッドなどの研磨体）と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する研磨定盤等の基材とを有する研磨工具の前記研磨体で、ウエハ表面を加圧し、相対運動で摩擦することにより研磨を進行させる。
【０００５】
前記研磨体の使用が進行すると、研磨体の研磨面が目詰まり等により研磨能力が低下する。そこで、従来から、研磨工程と同時にあるいは研磨工程とは別に、研磨体のドレス（いわゆる目立て）が行われ、研磨体の研磨面が削られる。
【０００６】
ＣＭＰ研磨工程の工程効率化と平坦性の精度の向上を図る上で、研磨量を精度良く予測して、その予測結果に基づいて効率良く研磨条件（研磨装置の制御パラメータ等）の最適化を図ることが、極めて重要である。このため、例えば、米国特許第５，５９９，４２３号においても、ＣＭＰに関するシミュレーションが提案されている。
【０００７】
また、ＣＭＰ以外の研磨、例えば、レンズ等の光学部材の研磨や、ウエハの研削などの一般的な研磨においても、研磨に関するシミュレーションの重要性は認識されており、種々のシミュレーション方法が提案されてきた。
【０００８】
研磨に関するシミュレーションにおいては、研磨量の予測が基礎をなしている。そして、従来から提供されてきた研磨に関する種々のシミュレーションでは、研磨量の予測は、下記の数１のプレストン（Preston）の式に従ってなされていた。数１において、ｈは研磨対象物（被研磨物）の研磨量（研磨量）、ηはプレストン定数、Ｐは荷重（研磨対象物にかかる圧力）、Ｖは研磨体と研磨対象物との接触相対速度（研磨量を求めようとしている部分領域の接触相対速度）、ｔは研磨時間である。
【０００９】
【数１】
ｈ＝ηＰＶｔ
【００１０】
このプレストン（Preston）の式は、経験則であるが、非常に精度良く研磨量を求めることができるとされ、いわば基本原理として取り扱われ、研磨に関するいずれのシミュレーションにおいても根幹をなしている。
【００１１】
従来の研磨に関するシミュレーションにおいては、プレストンの式を適用する際に、研磨工具の研磨体の研磨面が常に高い精度で平坦に保たれていることを前提として、荷重Ｐを与えていた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、研磨工具の研磨体は、研磨が進行するに従ってわずかながら減っていく。のみならず、研磨工具の研磨体は、ドレス工程が進行するに従って、比較的大きく減っていく。そして、これらの研磨体の減りは、研磨面の各部において必ずしも一様ではなく、研磨体の各部においてばらつく。このため、研磨体の使用が進行するに従って、研磨体の各部の厚みが徐々に薄くなっていくのみならず、研磨体の研磨面に凹凸が生ずる。その結果、この厚みの変化及び凹凸の発生によって、被研磨物の被研磨面の個々の部分領域と研磨体の研磨面との間に実際にかかる荷重は、研磨体の研磨面が高い精度で平坦に保たれている場合の荷重とは異なったものとなる。
【００１３】
したがって、前記従来の研磨に関するシミュレーションでは、プレストンの式を適用する際に、研磨工具の研磨体の研磨面が常に高い精度で平坦に保たれていることを前提として、荷重Ｐを与えていたため、研磨体の研磨面の凹凸の発生等の影響を受けて、研磨量のシミュレーションの精度が低下していた。すなわち、前記従来の研磨に関するシミュレーションでは、研磨体の研磨面の凹凸の発生等の影響が考慮されていなかったため、研磨量のシミュレーションの精度が低下していた。このように、研磨量のシミュレーションの精度が低下すると、効率良く研磨条件（研磨装置の制御パラメータ等）の最適化を図ることが困難となり、ひいては、ＣＭＰ研磨工程の工程効率化を図ることができなくなるとともに、平坦性の精度が低下してしまう。
【００１４】
以上説明した事情は、ＣＭＰについてのみならず、レンズ等の光学部材の研磨などの他の研磨についても、同様である。
【００１５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、研磨後における被研磨物の被研磨面の研磨量分布を精度良く予測することができるシミュレーション方法及び装置、並びに、そのためのプログラムを記録した記録媒体を提供することを目的とする。
【００１６】
また、本発明は、研磨後における研磨対象物の被研磨面の面形状又は被研磨面の膜厚分布を精度良く予測することができるシミュレーション方法及び装置、並びに、そのためのプログラムを記録した記録媒体を提供することを目的とする。
【００１７】
さらに、本発明は、高精度の研磨量予測に基づくことにより、研磨対象物の被研磨面の所望の形状又は被研磨面側の所望の膜厚分布を精度良く得るために必要な、研磨装置用の制御パラメータ又は制御プログラムを作成することができる作成方法及び装置、並びに、そのためのプログラムを記録した記録媒体を提供することを目的とする。
【００１８】
さらにまた、本発明は、研磨対象物の被研磨面の所望の面形状又は被研磨面側の所望の膜厚分布を精度良く得ることができる研磨方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１９】
また、本発明は、被研磨物の被研磨面の所望の面形状又は被研磨面側の所望の膜厚分布を精度良く得ることができるとともに、研磨工程の効率化を図ることができる研磨システムを提供することを目的とする。
【００２０】
さらにまた、本発明は、工程効率化を図ることができるとともに歩留りが向上し、従来の半導体デバイス製造方法に比べて低コストで半導体デバイスを製造することができる半導体デバイス製造方法、及び低コストの半導体デバイスを提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の第１の態様によるシミュレーション方法は、研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨した後の、前記被研磨物の被研磨面の研磨量分布を予測するシミュレーション方法において、前記被研磨物の被研磨面の個々の部分領域について、前記被研磨物を研磨した後の当該部分領域の研磨量を、非加圧時の前記研磨体の前記研磨面の、前記基材を基準とした高さ分布、又は、該高さ分布を示す指標を、パラメータの１つとして、予測するものである。
【００２２】
本発明の第２の態様によるシミュレーション方法は、前記第１の態様において、前記指標が、前記研磨体に対して行われるドレス工程の回数、前記研磨体に対して行われるドレス工程の累積時間、前記研磨体による前記被研磨物の研磨の回数、及び、前記研磨体による前記被研磨物の研磨の累積時間のうちの、いずれか１つ又はいずれか２つ以上の組み合わせであるものである。
【００２３】
本発明の第３の態様によるシミュレーション方法は、前記第１の態様において、前記研磨体の使用期間において当該研磨体の前記高さ分布を順次計測又は予測し、最新に計測又は予測された高さ分布に基づいて前記部分領域の研磨量を予測するものである。
【００２４】
本発明の第４の態様によるシミュレーション方法は、前記第３の態様において、前記高さ分布の計測又は予測は、前記研磨体をドレスするドレス工程の後に行われるものである。
【００２５】
本発明の第５の態様によるシミュレーション方法は、前記第３又は第４の態様において、前記高さ分布の計測又は予測は、当該研磨体による当該被研磨物とは別の被研磨物の研磨工程の後に行われるものである。
【００２６】
本発明の第６の態様によるシミュレーション方法は、前記第３乃至第５のいずれかの態様において、前記高さ分布の予測は、前記研磨体に対して行われるドレス工程の回数、前記研磨体に対して行われるドレス工程の累積時間、前記研磨体による前記被研磨物の研磨の回数、及び、前記研磨体による前記被研磨物の研磨の累積時間のうちの、いずれか１つ又はいずれか２つ以上の組み合わせと、前記高さ分布との関係を示す、ルックアップテーブル又は式を参照することにより、行われるものである。
【００２７】
本発明の第７の態様によるシミュレーション方法は、前記第３乃至第５のいずれかの態様において、前記高さ分布の予測は、プレストンの式に従って行われるものである。
【００２８】
本発明の第８の態様によるシミュレーション方法は、前記第１乃至第７のいずれかの態様において、前記被研磨物の研磨は、前記研磨体と前記被研磨物との間に研磨剤を介在させつつ行う化学的機械的研磨であるものである。
【００２９】
本発明の第９の態様によるシミュレーション方法は、研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨した後の、前記被研磨物の被研磨面の形状又は前記被研磨面側の膜厚分布を予測するシミュレーション方法において、前記第１乃至第８のいずれかの態様によるシミュレーション方法を用いて前記被研磨物の前記形状又は前記膜厚分布を予測するものである。
【００３０】
本発明の第１０の態様による作成方法は、研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨する研磨装置を、制御するための制御パラメータ又は制御プログラムを作成する作成方法であって、（ａ）前記第１乃至第９のいずれかの態様によるシミュレーション方法を用い、想定又は設定された制御パラメータ又は制御プログラムに従って前記研磨装置により前記被研磨物が研磨された後に得られる前記被研磨面の研磨量分布を、予測するシミュレーション段階と、（ｂ）前記シミュレーション段階で予測された研磨量分布と前記被研磨物の被研磨面の目標研磨量分布とを比較することで、前記想定又は設定された制御パラメータ又は制御プログラムの良否を判定する判定段階と、を備えたものである。
【００３１】
本発明の第１１の態様による作成方法は、前記第１０の態様において、前記判定段階で否と判定された場合には、前記想定又は設定された制御パラメータ又は制御プログラムを、既に前記判定段階で否と判定されたものに対して少なくとも一部を変更したものにして、前記シミュレーション段階及び前記判定段階を、この順に繰り返すものである。
【００３２】
本発明の第１２の態様によるシミュレーション装置は、研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨した後の、前記被研磨物の被研磨面の研磨量分布を予測するシミュレーション装置において、前記被研磨物の被研磨面の個々の部分領域について、前記被研磨物を研磨した後の当該部分領域の研磨量を、非加圧時の前記研磨体の前記研磨面の、前記基材を基準とした高さ分布、又は、該高さ分布を示す指標を、パラメータの１つとして、予測する予測手段を、備えたものである。
【００３３】
本発明の第１３の態様によるシミュレーション装置は、前記第１２の態様において、前記指標が、前記研磨体に対して行われるドレス工程の回数、前記研磨体に対して行われるドレス工程の累積時間、前記研磨体による前記被研磨物の研磨の回数、及び、前記研磨体による前記被研磨物の研磨の累積時間のうちの、いずれか１つ又はいずれか２つ以上の組み合わせであるものである。
【００３４】
本発明の第１４の態様によるシミュレーション装置は、前記第１２の態様において、前記研磨体の使用期間において当該研磨体の前記高さ分布を順次計測又は予測する手段を備え、前記予測手段は、最新に計測又は予測された高さ分布に基づいて前記部分領域の研磨量を予測するものである。
【００３５】
本発明の第１５の態様によるシミュレーション装置は、前記第１４の態様において、前記計測又は予測する手段は、前記高さ分布の計測又は予測を、前記研磨体をドレスするドレス工程の後に行うものである。
【００３６】
本発明の第１６の態様によるシミュレーション装置は、前記第１４又は第１５の態様において、前記計測又は予測する手段は、前記高さ分布の計測又は予測を、当該研磨体による当該被研磨物とは別の被研磨物の研磨工程の後に行うものである。
【００３７】
本発明の第１７の態様によるシミュレーション装置は、前記第１４乃至第１６のいずれかの態様において、前記計測又は予測する手段は、前記高さ分布の予測を、前記研磨体に対して行われるドレス工程の回数、前記研磨体に対して行われるドレス工程の累積時間、前記研磨体による前記被研磨物の研磨の回数、及び、前記研磨体による前記被研磨物の研磨の累積時間のうちの、いずれか１つ又はいずれか２つ以上の組み合わせと、前記高さ分布との関係を示す、ルックアップテーブル又は式を参照することにより、行うものである。
【００３８】
本発明の第１８の態様によるシミュレーション装置は、前記第１４乃至第１６のいずれかの態様において、前記計測又は予測する手段は、前記高さ分布の予測を、プレストンの式に従って行うものである。
【００３９】
本発明の第１９の態様によるシミュレーション装置は、前記第１２乃至第１８のいずれかの態様において、前記被研磨物の研磨は、前記研磨体と前記被研磨物との間に研磨剤を介在させつつ行う化学的機械的研磨であるものである。
【００４０】
本発明の第２０の態様によるシミュレーション装置は、研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨した後の、前記被研磨物の被研磨面の形状又は前記被研磨面側の膜厚分布を予測するシミュレーション装置において、前記第１乃至第９のいずれかの態様によるシミュレーション方法を用いて、あるいは、前記第１２乃至第１９のいずれかの態様によるシミュレーション装置を用いて、前記被研磨物の前記形状又は前記膜厚分布を予測する予測手段を、備えたものである。
【００４１】
本発明の第２１の態様による作成装置は、研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨する研磨装置を、制御するための制御パラメータ又は制御プログラムを作成する作成装置であって、（ａ）前記第１乃至第９のいずれかの態様によるシミュレーション方法を用い、想定又は設定された制御パラメータ又は制御プログラムに従って前記研磨装置により前記被研磨物が研磨された後に得られる前記被研磨面の研磨量分布を、予測するシミュレーション手段と、（ｂ）前記シミュレーション手段により予測された研磨量分布と前記被研磨物の被研磨面の目標研磨量分布とを比較することで、前記想定又は設定された制御パラメータ又は制御プログラムの良否を判定する判定手段と、を備えたものである。
【００４２】
本発明の第２２の態様による作成装置は、前記第２１の態様において、前記判定段階で否と判定された場合には、前記想定又は設定された制御パラメータ又は制御プログラムを、既に前記判定手段により否と判定されたものに対して少なくとも一部を変更したものにして、前記シミュレーション手段及び前記判定手段に、この順に動作を繰り返させる手段を、備えたものである。
【００４３】
本発明の第２３の態様による研磨方法は、研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨する研磨装置を用いて、前記被研磨物を研磨する方法において、前記第１０又は第１１の態様による作成方法により作成された制御パラメータ又は制御プログラム、あるいは、前記第１乃至第９のいずれかの態様によるシミュレーション方法を用いて作成された制御パラメータ又は制御プログラムに従って、前記研磨装置を作動させることによって、前記被研磨物を研磨するものである。
【００４４】
本発明の第２４の態様による研磨方法は、研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨する研磨装置を用いて、前記被研磨物を研磨する方法において、前記研磨装置を制御するための制御パラメータ又は制御プログラムであって、非加圧時の前記研磨体の前記研磨面の、前記基材を基準とした高さ分布、又は、該高さ分布を示す指標に応じて、異なる制御パラメータ又は制御プログラムに従って、前記研磨装置を作動させることによって、前記被研磨物を研磨するものである。
【００４５】
本発明の第２５の研磨方法は、前記第２４の態様において、前記指標が、前記研磨体に対して行われるドレス工程の回数、前記研磨体に対して行われるドレス工程の累積時間、前記研磨体による前記被研磨物の研磨の回数、及び、前記研磨体による前記被研磨物の研磨の累積時間のうちの、いずれか１つ又はいずれか２つ以上の組み合わせであるものである。
【００４６】
本発明の第２６の態様による研磨装置は、研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨する研磨装置において、前記第１０又は第１１の態様による作成方法により作成された制御パラメータ又は制御プログラム、あるいは、前記第１乃至第９のいずれかの態様によるシミュレーション方法を用いて作成された制御パラメータ又は制御プログラムに従って、前記被研磨物を研磨するものである。
【００４７】
本発明の第２７の態様による研磨装置は、研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨する研磨装置において、非加圧時の前記研磨体の前記研磨面の、前記基材を基準とした高さ分布、又は、該高さ分布を示す指標に応じて、異なる制御パラメータ又は制御プログラムに従って、前記研磨の動作を制御する制御手段を、備えたものである。
【００４８】
本発明の第２８の態様による研磨装置は、前記第２７の態様において、前記指標が、前記研磨体に対して行われるドレス工程の回数、前記研磨体に対して行われるドレス工程の累積時間、前記研磨体による前記被研磨物の研磨の回数、及び、前記研磨体による前記被研磨物の研磨の累積時間のうちの、いずれか１つ又はいずれか２つ以上の組み合わせであるものである。
【００４９】
本発明の第２９の態様による研磨装置は、前記第２６乃至第２８のいずれかの態様において、前記被研磨物の研磨は、前記研磨体と前記被研磨物との間に研磨剤を介在させつつ行う化学的機械的研磨であるものである。
【００５０】
本発明の第３０の態様によるコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨した後の、前記被研磨物の被研磨面の研磨量分布を予測するシミュレーション機能を、コンピュータに実現させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、前記シミュレーション機能は、前記被研磨物の被研磨面の個々の部分領域について、前記被研磨物を研磨した後の当該部分領域の研磨量を、非加圧時の前記研磨体の前記研磨面の、前記基材を基準とした高さ分布、又は、該高さ分布を示す指標を、パラメータの１つとして、予測する機能を、含むものである。
【００５１】
本発明の第３１の態様によるコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨した後の、前記被研磨物の被研磨面の形状又は前記被研磨面側の膜厚分布を予測するシミュレーション機能を、コンピュータに実現させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、前記シミュレーション機能は、前記被研磨物の被研磨面の個々の部分領域について、前記被研磨物を研磨した後の当該部分領域の研磨量を、非加圧時の前記研磨体の前記研磨面の、前記基材を基準とした高さ分布、又は、該高さ分布を示す指標を、パラメータの１つとして、予測する機能を、含むものである。
【００５２】
本発明の第３２の態様によるコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨する研磨装置を、制御するための制御パラメータ又は制御プログラムを作成する作成処理を、コンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、前記作成処理は、（ａ）想定又は設定された制御パラメータ又は制御プログラムに従って前記研磨装置により前記被研磨物が研磨された後に得られる前記被研磨面の研磨量分布を、予測するシミュレーション段階と、（ｂ）前記シミュレーション段階で予測された研磨量分布と前記被研磨物の被研磨面の目標研磨量分布とを比較することで、前記想定段階で想定された制御パラメータ又は制御プログラムの良否を判定する判定段階と、を含むものである。そして、前記シミュレーション段階は、前記被研磨物の被研磨面の個々の部分領域について、前記被研磨物を研磨した後の当該部分領域の研磨量を、非加圧時の前記研磨体の前記研磨面の、前記基材を基準とした高さ分布、又は、該高さ分布を示す指標を、パラメータの１つとして、予測する段階を、含む。
【００５３】
本発明の第３３の態様によるコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、前記第３２の態様において、前記作成処理は、前記判定段階で否と判定された場合には、前記想定又は設定された制御パラメータ又は制御プログラムを、既に前記判定段階で否と判定されたものに対して少なくとも一部を変更したものにして、前記シミュレーション段階及び前記判定段階を、この順に繰り返すものである。
【００５４】
本発明の第３４の態様による研磨システムは、研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨する研磨装置と、前記研磨装置を制御するための制御パラメータ又は制御プログラムを作成する作成装置と、を備えたものである。そして、前記作成装置は、（ａ）請求項１乃至９のいずれかに記載のシミュレーション方法を用いて、あるいは、請求項１２乃至２０のいずれかに記載のシミュレーション装置を用いて、想定又は設定された制御パラメータ又は制御プログラムに従って前記研磨装置により前記被研磨物が研磨された後に得られる前記被研磨面の研磨量分布を、予測するシミュレーション手段と、（ｂ）前記シミュレーション手段により予測された研磨量分布と前記目標研磨量分布とを比較することで、前記想定手段により想定された制御パラメータ又は制御プログラムの良否を判定する判定手段と、を含む。前記研磨装置は、前記作成装置により作成された制御パラメータ又は制御プログラム従って、前記被研磨物を研磨するものである。
【００５５】
本発明の第３５の態様による研磨システムは、前記第３４の態様において、前記作成装置は、前記判定段階で否と判定された場合には、前記想定又は設定された制御パラメータ又は制御プログラムを、既に前記判定手段により否と判定されたものに対して少なくとも一部を変更したものにして、前記シミュレーション手段及び前記判定手段に、この順に動作を繰り返させる手段を、含むものである。
【００５６】
本発明の第３６の態様による研磨システムは、前記第３４又は第３５の態様において、前記作成装置により作成された制御パラメータ又は制御プログラムの前記研磨装置への入力が、自動的に又は指令に応答して、行われるものである。
【００５７】
本発明の第３７の態様による研磨システムは、前記第３４乃至第３６のいずれかの態様において、前記被研磨物の研磨は、前記研磨体と前記被研磨物との間に研磨剤を介在させつつ行う化学的機械的研磨であるものである。
【００５８】
本発明の第３８の態様による半導体デバイス製造方法は、前記第２６乃至第２９のいずれかの態様による研磨装置あるいは前記第３４乃至第３７のいずれかの態様による研磨システムを用いて、半導体ウエハの表面を平坦化する工程を有するものである。
【００５９】
本発明の第３９の態様による半導体デバイスは、前記第３８の態様による半導体デバイス製造方法により製造されるものである。
【００６０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による研磨方法及び装置、研磨に関するシミュレーション方法及び装置、研磨装置を制御するための制御プログラム等の作成方法及び装置、研磨に関するシミュレーションプログラム記録媒体、制御プログラム等を作成するためのプログラム記録媒体、研磨システム、半導体デバイス製造方法、並びに、半導体デバイスについて、図面を参照して説明する。
【００６１】
なお、後述する各実施の形態は、研磨の例として化学的機械的研磨について適用した例に関するものである。しかし、本発明は、その他の研磨や研削やその他の砥粒研磨やその他の種々の研磨についての、シミュレーション方法及び装置、研磨方法及び装置、研磨システムなどにも適用することができ、後述する各実施の形態を所望の研磨内容に応じて適宜変形し得ることは、言うまでもない。
【００６２】
［本発明の原理］
【００６３】
本発明の実施の形態の説明に先立って、本発明の原理について説明する。図１３は本発明の原理を模式的に示す説明図であり、図１中の要部拡大断面図に相当している。図１３において、後述する図１中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付している。
【００６４】
図１３において、１４は研磨工具１１を構成する研磨体としての研磨パッド、１３は研磨工具１１を構成する剛体からなる平板状の基材であり、これらが研磨ヘッドを構成している。研磨パッド１４の上面が基材１３の下面に貼り付けられ、研磨パッド１４の下面が研磨面となっている。すなわち、研磨パッド１４における研磨面と反対側の面が、基材により支持されている。本例では基材１３の下面は平面となっているが、本発明では、例えば、基材１３の下面を曲面等で構成してもよい。研磨工具１１は、公知の加圧機構を有しており、例えば、エアー等の流体圧による荷重を基材１３の上面に下方へ向けて加えることができるようになっている。研磨パッド１４としては、例えば、シート状の発泡ポリウレタン、あるいは表面に溝構造を有した無発泡樹脂などを用いることができ、研磨パッドは弾性体である。研磨パッド１４は、単層のみならず２層以上からなるものであってもよい。また、図１３において、２は被研磨物としてのプロセスウエハ、１２はウエハ２を保持するウエハホルダである。
【００６５】
今、研磨パッド１４のドレス等により研磨パッド１４の研磨面が削られて、非加圧時の研磨パッド１４の研磨面の表面形状が例えば図１３（ａ）に示すようになっている場合について、考える。非加圧時の研磨パッド１４の凸部の厚みをｄ、研磨パッド１４の厚み方向の弾性定数（ヤング率に換算可能）をｋとする。研磨パッド１４におけるこの凸部からΔｄだけへこんだ凹部でのウエハ２にかかる実効荷重Ｐ２を、簡単な系で考えてみる。基材１３の上面に下方へ向けて荷重が加えられると、研磨パッド１４の下面（研磨面）がウエハ２に押し付けられ、研磨パッド１４が弾性変形して図１３（ｂ）に示す状態となる。研磨パッド１４の前記凸部でのウエハ２へかかる実効荷重入力をＰ１とすると、研磨パッド１４の前記凸部での研磨パッド１４の変形量は、Ｐ１／ｋとなる。研磨パッド１４の上面に下方へ向けて荷重が各所において均等に荷重されているとすると、前記凹部でのウエハ２にかかる実効荷重Ｐ２は、次の数２で示す通りとなる。
【００６６】
【数２】
Ｐ２＝（Ｐ１−ｋΔｄ）ｄ／（ｄ−Δｄ）
【００６７】
以上の説明から、非加圧時の研磨パッド１４の研磨面の凹凸（Δｄ）及び厚みｄによって、研磨パッド１４の細分化した個々の個別領域にかかる実効荷重が異なることがわかる。したがって、従来のように、非加圧時の研磨パッド１４の研磨面の凹凸（Δｄ）及び厚みｄにかかわらず、基材１３の上面にかかる荷重をそのままウエハ２へかかる荷重であるとして、数１に示すプレストンの式を適用することにより研磨量を予測すると、予測した研磨量が実際の研磨量とずれてしまう。
【００６８】
前述した説明から、弾性定数ｋは既知であるので、非加圧時の研磨パッド１４の研磨面の凹凸（Δｄ）及び厚みｄから、数２を用いて、研磨パッド１４の細分化した個々の個別領域にかかる実効荷重を算出できることがわかる。非加圧時の研磨パッド１４の研磨面の凹凸（Δｄ）及び厚みｄは、非加圧時の研磨パッド１４の研磨面の、基材１３を基準とした高さ分布から知ることができる。したがって、この高さ分布から、研磨パッド１４の細分化した個々の個別領域にかかる実効荷重を算出できる。このようにして算出した実効荷重をウエハ２へかかる荷重であるとして、数１に示すプレストンの式を適用することにより研磨量を予測すれば、予測した研磨量の精度が高まる。これが、本発明の基本的な原理である。
【００６９】
ただし、前述した説明では簡単な系で説明したが、必要に応じて、他の系を用いて、前記高さ分布から、実効荷重を、研磨パッド１４の弾性や粘弾性による変形に基づく合力の釣り合いの式やモーメントの釣り合いの式などより算出してもよい。また、前述した説明では、前述したように均等荷重であるものとしたが、実際には、研磨ヘッドの傾きなどによる偏荷重の影響も考慮して、研磨パッド１４の細分化した個々の個別領域にかかる実効荷重を算出することが好ましい。この場合、例えば、個別領域での荷重とそれによるパッドの変位を、上記した合力及びモーメントの釣り合いが成り立つような値にするために、繰り返し計算で最も適切な値とすることを行う。
【００７０】
［第１の実施の形態］
【００７１】
次に、本発明の第１の実施の形態による研磨システムについて、説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態による研磨システムを模式的に示す概略構成図である。図２は、ウエハ２の研磨時と研磨パッド１４のドレス時の様子を模式的に示す概略平面図である。図３は、非加圧時の研磨パッド１４の研磨面の、基材１３を基準とした高さ分布の計測時の様子を模式的に示す概略平面図である。図４は、本実施の形態による研磨システムの動作を示す概略フローチャートである。図５は、図４中のステップＳ５の処理内容を示す概略フローチャートである。
【００７２】
本実施の形態による研磨システムは、図１に示すように、被研磨物としてのプロセスウエハ２に対して化学的機械的研磨を行う研磨装置１と、研磨前又は研磨後のウエハ２の被研磨面側の膜厚分布（又はウエハ２の被研磨面の形状）を測定する測定装置３と、研磨装置１を制御するための制御パラメータ又は制御プログラムを作成する作成装置４と、測定装置３とウエハホルダ１２上との間などでウエハ２を搬送する搬送装置５と、非加圧時の研磨パッド１４の研磨面の、基材１３を基準とした高さ分布（以下、単に「高さ分布」という。）を計測する計測装置としての変位計３１と、を備えている。本実施の形態では、変位計３１は計測ステーション（計測ゾーン）に配置されている。
【００７３】
研磨装置１は、研磨工具１１と、研磨ステーション（研磨ゾーン）に位置した研磨工具１１の下側にウエハ２を保持するウエハホルダ１２と、研磨工具１１に形成した供給路（図示せず）を介してウエハ２と研磨工具１１との間に研磨剤（スラリー）を供給する研磨剤供給部（図示せず）と、ドレスステーション（ドレスゾーン）に配置されドレスステーションに位置した研磨工具１１の研磨パッド１４の研磨面をドレスするドレッサー（ドレスツール）３２と、コンピュータ等からなる制御部１５と、制御部１５による制御下で各部のモータを駆動する駆動部１６と、キーボード等の入力部１７と、ＣＲＴ等の表示部１８と、記録媒体としてのフロッピー（登録商標）ディスクに対してデータの読み書きを行うフロッピー（登録商標）ディスクドライブ１９と、を備えている。
【００７４】
研磨工具１１は、前述したように、研磨パッド１４と、研磨パッド１４における研磨面と反対側の面を支持する基材１３とを有している。本実施の形態では、研磨パッド１４の形状は、図２に示すように、回転中心の付近の部分が除去されたリング状とされているが、これに限定されるものではない。研磨工具１１は、アクチュエータとして電動モータを用いた図示しない機構によって、図１中の矢印で示すように、回転、上下動及び左右に揺動（往復動）できるようになっている。また、研磨工具１１は、アクチュエータとして電動モータを用いた図示しない移動機構によって、図１乃至図３に示すように、研磨ステーション、ドレスステーション及び計測ステーションに移動し得るようになっている。
【００７５】
ウエハ２は、ウエハホルダ１２上に保持され、ウエハ２の上面が被研磨面となっている。ウエハホルダ１２は、アクチュエータとして電動モータを用いた図示しない機構によって、図１中の矢印で示すように、回転できるようになっている。
【００７６】
本実施の形態では、研磨工具１１の径がウエハ２の径より小さくされ、装置全体のフットプリントが小さくなっているとともに、高速・低荷重研磨が容易となっている。もっとも、本発明では、研磨工具１１の径はウエハ２の径と同じかそれより大きくてもよい。
【００７７】
ここで、この研磨装置１によるウエハ２の研磨について説明する。研磨工具１１は、回転しながら揺動して、ウエハホルダ１２上のウエハ２の上面に所定の圧力（荷重）で押し付けられる。ウエハホルダ１２を回転させてウエハ２も回転させ、ウエハ２と研磨工具１１との間で相対運動を行わせる。この状態で、研磨剤が研磨剤供給部からウエハ２と研磨工具１１との間に供給され、その間で拡散し、ウエハ２の被研磨面を研磨する。すなわち、研磨工具１１とウエハ２の相対運動による機械的研磨と、研磨剤の化学的作用が相乗的に作用して良好な研磨が行われる。
【００７８】
ドレッサー３２は、アクチュエータとして電動モータを用いた図示しない機構によって、図１及び図２中の矢印で示すように、回転できるようになっている。本実施の形態では、ドレッサー３２の形状は、図２に示すように、回転中心の付近の部分が除去されたリング状とされているが、これに限定されるものではない。ドレッサー３２の表面には砥粒が分布されており、図２中の右側部分に示すように、ドレスステーションに位置した研磨工具１１の研磨パッド１４が荷重をかけた状態でドレッサー３２に押し付けられ、ドレッサー３２及び研磨工具１１がそれぞれ図２中の矢印で示すように回転されることにより、研磨と同様にして研磨パッド１４のドレスが行われるようになっている。もっとも、研磨パッド１４のドレスはこのような処理に限定されるものではない。
【００７９】
本実施の形態では、図３に示すように、変位計３１として市販の接触触針式変位計が用いられ、触針３１ａが研磨パッド１４の研磨面に接触してその高さに応じて上下し、触針３１ａを研磨パッド１４の半径方向にスライドさせることにより、研磨パッド１４の高さ分布を測定できるようになっている。なお、研磨パッド１４の同一半径の円周上の各位置の高さは実質的に同一となるので、研磨パッド１４のある半径に沿った一ライン上の各位置の高さを測定するだけでもよい。変位計３１として、接触触針式変位計に代えて、例えば後述する図１１中の光学式変位計を用いてもよい。
【００８０】
制御部１５は、作成装置４から供給される制御パラメータ又は制御プログラムに従って、前述したような研磨動作を実現するため、駆動部１６を介して、研磨工具１１の回転、上下動及び揺動用の各モータや、ウエハホルダ１２の回転用のモータを制御したり、その他の図示しない各部の制御を行う。また、制御部１５は、研磨工具１１の各ステーションへの移動やドレッサー３２の制御も行う。さらに、本実施の形態では、制御部１５は、研磨システム全体の統括制御部としても機能し、作成装置４、測定装置３、搬送装置５及び変位計３１も、制御部１５による制御を受けるようになっている。
【００８１】
入力部１７は、オペレータが各種の指令等や必要なデータ等を入力するために、用いられる。表示部１８は、制御部１５の制御下で、入力の案内表示などを表示する。フロッピー（登録商標）ディスクドライブ１９は、必要に応じて、制御パラメータ又は制御プログラムが記録されたフロッピー（登録商標）ディスクから、前記制御パラメータ等を読み込んで制御部１５に供給する。
【００８２】
測定装置３としては、ウエハ２の被研磨面側の膜がＳｉＯ２膜などであれば、例えば光干渉式膜厚測定装置を使用することができ、ウエハ２の被研磨面側の膜がＣｕなどの金属膜であれば、例えば電気抵抗式膜厚測定装置を用いることができる。なお、本実施の形態では、測定装置３として、膜厚分布を測定することができる膜厚測定装置が用いられている。
【００８３】
作成装置４は、コンピュータ等からなる演算処理部２０と、キーボード等の入力部２１と、ＣＲＴ等の表示部２２と、フロッピー（登録商標）ディスクに対してデータの読み書きを行うフロッピー（登録商標）ディスクドライブ２３と、を備えている。導入時には、フロッピー（登録商標）ディスクに記録されたプログラムが、ドライブ２３を介して図示しないハードディスクにインストールされることにより、演算処理部２０が後述する図４に示す処理を実行し得るようになる。したがって、このフロッピー（登録商標）ディスクは、図４に示す処理を実行するためのプログラムを記録した媒体を構成する。このようなプログラムは、インターネット等を介して作成装置４に伝送することも可能である。この点は、後述する各実施の形態についても同様である。なお、演算処理部２０と制御部１５とを、同一のコンピュータで構成してもよいことは、言うまでもない。
【００８４】
なお、前記記録媒体としては、フロッピー（登録商標）ディスクに限定されるものではなく、例えば、ＣＤ−Ｒ、ＭＯ、ＤＶＤなどであってもよい。この場合、ドライブ２３に代えて、記録媒体に応じたドライブが用いられることは言うまでもない。この点は、前述したフロッピー（登録商標）ディスクドライブ１９についても、また、後述する各実施の形態についても、同様である。
【００８５】
次に、本実施の形態による研磨システムの動作について、図４を参照して説明する。この研磨システムでは、動作を開始すると、制御部１５による制御下で、次の動作を行う。まず、制御部１５は、研磨工具１１に装着されている研磨パッド１４が新しいもの（未だウエハ２の研磨やドレスが行われていないもの）であるか否かを判定する（ステップＳ１）。この判定は、例えば、オペレータが入力部１７から研磨パッド１４が新しい旨の入力操作を事前に行ったか否かによって、行う。新しいものであれば、制御部１５は、その内部メモリ（図示せず）にドレス回数（ドレス工程の回数）のカウント値Ｎをゼロにリセットした（ステップＳ２）後、ステップＳ３へ移行する。一方、ステップＳ１で新しいものでないと判定されると、既にドレス回数Ｎが前記メモリに記憶されているので、そのままステップＳ３へ移行する。
【００８６】
ステップＳ３において、搬送装置５が所定の場所から研磨すべき新しいウエハ２を測定装置３に搬送してセットし（ステップＳ３）、その後、測定装置３がウエハ２の被研磨面側の膜厚分布を測定し、その測定結果が自動的に作成装置４の演算処理部２０へ入力される（ステップＳ４）。なお、測定装置３による測定が終了すると、搬送装置５は、測定が終了したウエハ２を、測定装置３から研磨装置１のウエハホルダ１２上へ搬送する。
【００８７】
次いで、作成装置４が、測定装置３からの測定結果である初期膜厚分布に基づいて、前記制御プログラム又は制御パラメータを作成し、作成した制御プログラム又は制御パラメータを制御部１５へ自動的に出力する（ステップＳ５）。その後、制御部１５は入力された制御プログラム又は制御パラメータに従った制御を行い、研磨装置１がウエハ２の被研磨面を研磨する（ステップＳ６）。この研磨が終了すると、研磨されたウエハ２が搬送装置５により所定の場所に搬送される一方、研磨工具１１がドレスステーションに移動して前記ドレス動作により研磨パッド１４がドレスされる。次いで、制御部１５は、その内部メモリに記録されているドレス回数Ｎが１つカウントアップし（ステップＳ８）、所期の枚数のウエハの研磨が終了したか否か判定する（ステップＳ９）。その研磨が終了していなければステップＳ３へ戻りそれ以降の動作を繰り返し、その研磨が終了していれば、一連の動作を終了する。
【００８８】
ここで、図４中のステップＳ５の処理内容について、図５を参照して説明する。
【００８９】
なお、ステップＳ５の処理に先立って、研磨条件のうちシミュレーション時に固定的に取り扱うパラメータ（固定パラメータと呼ぶ）の値、及び、研磨条件のうちシミュレーション時に値を調整するパラメータ（調整パラメータと呼ぶ。）の種別を、入力部２１により入力しておく。これらは、演算処理部２０の図示しない内部メモリ（図示せず）に格納される。固定パラメータとしては、例えば、ウエハ２の被研磨面側の膜の種別、スラリーの種別、研磨パッド１４の材料の種別、研磨パッド１４の構造（溝のパターン等）、研磨パッド１４の径、ウエハ２の径などを挙げることができる。また、調整パラメータとしては、例えば、研磨工具１１の回転数、ウエハ２の回転数、研磨工具１１の揺動パターン（速度、ストローク、揺動開始位置等）などを挙げることができる。なお、調整パラメータとして挙げたもののうち、例えば、研磨工具１１の回転数やウエハ２の回転数などは、固定パラメータとして、その値を予め入力してもよい。
【００９０】
また、ステップＳ５の処理に先立って、研磨パッド１４の材料及び構造（溝構造）などに応じて、研磨パッド１４に対して行われるドレス回数と研磨パッド１４の高さ分布との関係を、ルックアップテーブルの表現又は式の表現で、演算処理部２０の内部メモリに格納しておく。この関係は、予め実験により求めたもの（すなわち、ステップＳ７の同じドレス条件で実際に研磨パッド１４をドレスするとともに、各ドレス回数毎に変位計３１で研磨パッド１４の高さ分布を計測することにより、求めたもの）でもよい。また、本実施の形態では研磨パッド１４は研磨と同様の処理によりドレスされることから、研磨パッド１４を実際にドレスしてみなくても、研磨パッド１４の高さ分布を数１に示すプレストンの式に従って精度良く予測することができる（本発明者はこの点を実験的に確認した。）ので、演算処理部２０の内部メモリに格納する前記関係は、ドレス回数に応じてプレストンの式に従って予測した研磨パッド１４の前記高さ分布に基づいて求めたものでもよい。
【００９１】
研磨パッド１４の高さ分布のドレスの進行に伴う変動は同じドレス条件で行った場合再現性があるので、ドレス回数は、ドレスの進行に伴う研磨パッド１４の前記高さ分布の指標となり得る。同様に、ドレス累積時間も、ドレスの進行に伴う研磨パッド１４の前記高さ分布の指標となり得る。また、研磨回数や研磨累積時間は、研磨の進行に伴う研磨パッド１４の前記高さ分布の指標となり得る。ドレスによる研磨パッド１４の高さ分布の変動は、研磨による研磨パッド１４の高さ分布の変動に比べてかなり大きい。したがって、ドレス回数又はドレス累積時間のみでも、研磨パッド１４の高さ分布の精度の良い指標となる。しかし、ドレス回数又はドレス累積時間と研磨回数又は研磨累積時間との組み合わせは、研磨パッド１４の高さ分布の一層精度の良い指標となる。この点を考慮して、例えば、当該研磨パッド１４に対して行われるドレス回数及び当該研磨パッド１４を用いた研磨工程の回数との組み合わせと、研磨パッド１４の高さ分布との関係を、演算処理部２０の内部メモリに格納しておいてもよい。この場合、本実施の形態ではドレス回数＝研磨回数であることから、例えば、ドレス回数及び研磨回数を示すＮに関連づけて、ドレスと研磨をＮ回ずつ行った後の研磨パッド１４の高さ分布の計測値を、演算処理部２０の内部メモリに格納すればよい。
【００９２】
ステップＳ５の処理を開始すると、作成装置４の演算処理部２０は、まず、測定装置３から送られてきた膜厚分布の測定結果を、取得して、演算処理部２０の内部メモリに格納する（ステップＳ１１）。
【００９３】
次に、演算処理部２０は、膜厚分布の測定結果に基づいて、目標研磨量分布を算出する（ステップＳ１２）。目標研磨量分布は、所望の膜厚分布を得るために必要な前記被研磨面の研磨量分布である。
【００９４】
次いで、演算処理部２０は、調整パラメータの値（又は値の組）をある値（又は値の組）に設定（想定）する（ステップＳ１３）。これにより、制御パラメータ又は制御プログラムを想定したことになる。
【００９５】
その後、演算処理部２０は、ウエハ２の被研磨面の個々の部分領域のうちの１つの部分領域を処理の対象として設定する（ステップＳ１４）。次に、演算処理部２０は、ステップＳ１４で設定された部分領域について、内部メモリに格納されている固定パラメータ及びステップＳ１３で設定された調整パラメータの値に基づいて、当該部分領域の実効荷重、接触相対速度、研磨時間（接触時間）を算出する。このとき、演算処理部２０は、当該部分領域の実効荷重を算出するに際して、制御部１５の内部メモリに記憶されている最新のドレス回数Ｎを読み出し、演算処理部２０の内部メモリに予め記憶された前記式又は前記ルックアップテーブルに従って、このドレス回数Ｎに応じた研磨パッド１４の高さ分布を得る。そして、この高さ分布に基づいて、例えば、前述した数２又はこれに偏荷重の影響を加えたものに従って、当該部分領域の実効荷重を算出する。そして、演算処理部２０は、当該部分領域の実効荷重、接触相対速度、及び研磨時間（接触時間）から、数１に従って、研磨量を算出（予測）する（ステップＳ１５）。
【００９６】
次に、演算処理部２０は、ウエハ２の被研磨面の全ての部分領域について、研磨量の演算が終了したか否かを判定する（ステップＳ１６）。終了していなければ、ステップＳ１４へ戻る。一方、終了していれば、ステップＳ１７へ移行する。この場合には、ウエハ２の被研磨面の研磨量分布が得られたことになる。ステップＳ１４〜Ｓ１６が、ウエハ２の被研磨面の研磨量分布を予測する予測手段（シミュレーション手段）としての機能に相当している。
【００９７】
ステップＳ１７において、演算処理部２０は、予測されたウエハ２の被研磨面の研磨量分布を、ステップＳ１２で算出した目標研磨量分布と比較して、所定の基準を満たしているか否かを判定することによって、ステップＳ１３で設定した最新の調整パラメータの値（又は値の組）の良否、すなわち、想定した制御パラメータ又は制御プログラムの良否を判定する。
【００９８】
ステップＳ１７で否と判定されると、ステップＳ１３へ戻る。このとき、ステップＳ１３では、前回までのステップＳ１３で設定した値（又は値の組）に対して少なくとも一部を変更したものを、設定する。
【００９９】
一方、ステップＳ１７で良と判定されると、演算処理部２０は、ステップＳ１３で設定した最新の調整パラメータの値（又は値の組）、及び、必要に応じて、内部メモリに格納されている固定パラメータに基づいて、これらが示す研磨条件を達成するのに必要な、研磨装置１を制御するための制御パラメータ又は制御プログラムを作成し、これを研磨装置１の制御部１５へ送る（ステップＳ１８）。これにて、図４中のステップＳ５の処理を終了する。
【０１００】
このような動作によって、本実施の形態では、制御部１５は、研磨パッド１４の高さ分布を示す指標（本実施の形態では、ドレス回数Ｎ）に応じて、異なる制御パラメータ又は制御プログラムに従って、ウエハ２の研磨の動作を制御することになる。
【０１０１】
本実施の形態によれば、作成装置４は、図５中のステップＳ１５において、前述した本発明の原理に従い、ウエハ２の被研磨面の個々の部分領域について、研磨パッド１４の高さ分布を示す指標（本実施の形態では、ドレス回数Ｎ）をパラメータの１つとして、ウエハ２を研磨した後の当該部分領域の研磨量を予測している。したがって、ウエハ２の被研磨面の部分領域の研磨量を精度良く予測することができる。このため、図５中のステップＳ１４〜Ｓ１６において行われるウエハ２の被研磨面の研磨量分布の予測の精度も高まる。よって、効率良く研磨条件（研磨装置の制御パラメータ等）の最適化を図ることができる。その結果、全体としての工程効率化を達成することができる。しかも、作成装置４により作成された制御パラメータ又は制御プログラムに従って研磨装置１を運転しているので、ウエハ２の所望の膜厚分布を精度良く得ることができ、高平坦性を確保することができる。また、本実施の形態によれば、ステップＳ６のドレス工程を、研磨パッド１４の研磨面の平坦性が厳密に得られるように行わなくても、前述した効果を得ることができる。
【０１０２】
また、本実施の形態によれば、測定装置３、作成装置４、変位計３１及び研磨装置１が全体として研磨システムを構成しているため、測定、制御パラメータ等の作成及び研磨を一貫して行うことができ、全体としての研磨工程の効率化を図ることができる。
【０１０３】
さらに、本実施の形態によれば、測定装置３から作成装置４への測定結果の入力、及び、作成装置４により作成された制御パラメータ又は制御プログラムの研磨装置１への入力が、自動的に行われるので、オペレータの負担がなくなり、ひいては、全体としての研磨工程の効率化をより一層図ることができる。なお、前記各入力は、入力部１７又は２１からの指令に従って行われるようにすることも可能である。
【０１０４】
［第２の実施の形態］
【０１０５】
図６は、本発明の第２の実施の形態による研磨システムの動作を示す概略フローチャートである。図６において、図４中のステップと同一又は対応するステップには同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【０１０６】
本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なるところは、次の点のみである。すなわち、研磨工程（ステップＳ６）の後に、ステップＳ４と同じ膜厚測定を行い（ステップＳ２１）、その測定結果とウエハ２の被研磨面側の所望の膜厚分布又は前記被研磨面の所望の形状とを比較して、再度研磨を行うか否かを判定し（ステップＳ２２）、再度研磨を行う場合にはステップＳ５へ戻る一方、再度研磨を行わない場合にはステップＳ７へ移行する。
【０１０７】
本実施の形態によれば、ステップＳ２１，Ｓ２２を備えているので、一旦研磨された後のウエハ２の被研磨面の形状又は膜厚分布が所望の精度を有していないような場合には、再度ステップＳ５，Ｓ６，Ｓ２１を繰り返すことができ、ウエハ２の被研磨面の所望の形状又は被研磨面側の所望の膜厚分布を一層精度良く得ることができる。
【０１０８】
［第３の実施の形態］
【０１０９】
図７は、本発明の第３の実施の形態による研磨システムの動作を示す概略フローチャートである。図７において、図４中のステップと同一又は対応するステップには同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【０１１０】
本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なるところは、次の点のみである。すなわち、図４中のステップＳ１，Ｓ２，Ｓ８が取り除かれ、ステップＳ３１が追加されている。本実施の形態による研磨システムでは、動作を開始すると、制御部１５は、研磨パッド１４を計測ステーションへ移動させて、変位計３１に研磨パッド１４の高さ分布を計測させ、その計測結果が演算処理部２０へ入力され、その内部メモリに格納され（ステップＳ３１）、その後、ステップＳ３へ移行する。図７中のステップＳ５は図４中のステップＳ５と基本的に同じであるが、次の点で異なる。すなわち、本実施の形態では、ステップＳ５のうちのステップＳ１５（図５参照）において、演算処理部２０の内部メモリに予め格納されたルックアップテーブル等を参照して研磨パッド１４の高さ分布を得るのではなく、その代わりに、ステップＳ３１で最新に計測された研磨パッド１４の高さ分布を用いて、研磨量を算出する。また、ステップＳ７の後にステップＳ９へ直接移行し、ステップＳ９でＮＯの場合にはステップＳ３１へ戻る。
【０１１１】
本実施の形態によれば、毎回、研磨パッド１４の高さ分布が計測されるので、前記第１の実施の形態に比べればやや効率が低下するものの、基本的に前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。
【０１１２】
［第４の実施の形態］
【０１１３】
図８は、本発明の第４の実施の形態による作成装置の動作を示す概略フローチャートである。
【０１１４】
本実施の形態は、図１に示す前記第１の実施の形態による研磨システムの作成装置４を、測定装置３、研磨装置１及び変位計３１と切り離して独立させるように、変形したものであるが、本実施の形態による作成装置の概略構成を模式的に示すブロック図は、図１中の作成装置４と同じである。したがって、本実施の形態の説明においても、図１を参照する。ただし、本実施の形態では、測定装置３から演算処理部２０へのライン、制御部１５と演算処理部２０との間のライン、及び、変位計３１から演算処理部２０へのラインは、除去される。
【０１１５】
本実施の形態においても、前記第１の実施の形態と同様に、研磨パッド１４の材料及び構造（溝構造）などに応じて、研磨パッド１４に対して行われるドレス回数と研磨パッド１４の高さ分布との関係が、ルックアップテーブルの表現又は式の表現で、演算処理部２０の内部メモリに予め格納されている。
【０１１６】
本実施の形態による作成装置が動作を開始すると、図８に示すように、演算処理部２０は、表示部２２を制御して入力案内表示を表示させ、オペレータに、前述した固定パラメータ及び前述した調整パラメータの種別を入力することを促す（ステップＳ４１）。入力部２１を介してこれらが入力されると、演算処理部２０は、表示部２２を制御して入力案内表示を表示させ、オペレータに、測定装置３で測定したウエハ２の膜厚分布を入力することを促す（ステップＳ４２）。入力部２１を介してこの膜厚分布が入力されると、演算処理部２０は、ステップＳ４２で入力された膜厚分布の測定結果に基づいて、目標研磨量分布を算出する（ステップＳ４３）。
【０１１７】
次に、演算処理部２０は、表示部２２を制御して入力案内表示を表示させ、オペレータに、ドレス回数最大値を入力することを促す（ステップＳ４４）。入力部２１を介してこのドレス回数最大値が入力されると、ゼロから、入力されたドレス回数最大値までの回数のうち未だ設定（想定）されていないドレス回数を１つ設定（想定）する（ステップＳ４５）。
【０１１８】
その後、演算処理部２０は、図５中のステップＳ１３〜Ｓ１７にそれぞれ相当するステップＳ４６〜Ｓ５０を行う。ただし、ステップＳ４８では、演算処理部２０は、演算処理部２０の内部メモリに予め記憶された前記式又は前記ルックアップテーブルに従って、ステップＳ４５で想定されたドレス回数Ｎに応じた研磨パッド１４の高さ分布を得、この高さ分布を用いて、研磨量を算出する。
【０１１９】
ステップＳ５０でＹＥＳの場合、演算処理部２０は、ステップＳ５０の判定で用いられた、予測されたウエハ２の被研磨面の研磨量分布と、ステップＳ４２で入力された初期膜厚分布とに基づいて、予測されるウエハ２の被研磨面の膜厚分布を算出する（ステップＳ５１）。
【０１２０】
その後、ゼロから、ステップＳ４４で入力されたドレス回数最大値までの全ての回数について、ステップＳ４６〜Ｓ５１までの処理が終了したか否かを判定する（ステップＳ５２）。終了していなければステップＳ４５へ戻り、終了していればステップＳ５３へ移行する。
【０１２１】
ステップＳ５３において、演算処理部２０は、ゼロからドレス回数最大値までの各ドレス回数にそれぞれ関連づけて、各ドレス回数にそれぞれ対応する、予測された研磨量分布、予測された膜厚分布及び研磨条件を、表示部２２に表示させる（ステップＳ５３）。このとき、初期膜厚分布も表示させる。
【０１２２】
次に、演算処理部２０は、図５中のステップＳ１８の場合と同様に、研磨装置１を制御するための制御パラメータ又は制御プログラムを作成する。ただし、この制御パラメータ又は制御プログラムは、ゼロからドレス回数最大値までの各ドレス回数ごとに、作成する。そして、演算処理部２０は、各ドレス回数にそれぞれ関連づけられ各ドレス回数にそれぞれ対応する各制御パラメータ又は制御プログラムを、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ２３を介して図示しないフロッピー（登録商標）ディスクに書き込む（ステップＳ５４）。これにて、本実施の形態による作成装置は、動作を終了する。オペレータは、このフロッピー（登録商標）ディスクをドライブ２３から取り出して研磨装置１のドライブ１９にセットし、入力部１７から制御部１５に指令を与え、当該フロッピー（登録商標）ディスクに記録されている制御パラメータ又は制御プログラムに従った、研磨動作を開始させればよい。
【０１２３】
図９は、この場合の研磨装置１の動作の一例を示すフローチャートである。図９において、図４中のステップと同一又は対応するステップには同一符号を付し、その重複する説明は省略する。図９に示す動作では、図４中のステップＳ４，Ｓ５に代えて、ステップＳ６１が行われる。ステップＳ６１では、制御部１５は、制御部１５の内部メモリに記憶されている最新のドレス回数Ｎに関連づけられた制御パラメータ又は制御プログラムを選択する（ステップＳ６１）。そして、ステップＳ６において、制御部１５は、ステップＳ６１で選択した制御パラメータ又は制御プログラムに従った、研磨動作を行わせる。
【０１２４】
本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる他、図９に示すように、研磨工程に関連して予測処理や計測処理を行わないので、効率が向上する。
【０１２５】
［第５の実施の形態］
【０１２６】
図１０は、本発明の第５の実施の形態によるシミュレーション装置の動作を示す概略フローチャートである。
【０１２７】
本実施の形態は、図１に示す前記第１の実施の形態による研磨システムの作成装置４を、測定装置３、研磨装置１及び変位計３１と切り離して独立させるとともに、演算処理部２０の動作を変えて、シミュレーション機能のみを持つように、変形したものである。本実施の形態による作成装置の概略構成を模式的に示すブロック図は、図１中の作成装置４と同じである。したがって、本実施の形態の説明においても、図１を参照する。
【０１２８】
本実施の形態においても、前記第１の実施の形態と同様に、研磨パッド１４の材料及び構造（溝構造）などに応じて、研磨パッド１４に対して行われるドレス回数と研磨パッド１４の高さ分布との関係が、ルックアップテーブルの表現又は式の表現で、演算処理部２０の内部メモリに予め格納されている。
【０１２９】
本実施の形態による作成装置が動作を開始すると、図１０に示すように、演算処理部２０は、表示部２２を制御して入力案内表示を表示させ、オペレータに、全ての研磨条件（固定パラメータ及び調整パラメータ）を入力することを促す（ステップＳ６１）。入力部２１を介してこれらが入力されると、演算処理部２０は、表示部２２を制御して入力案内表示を表示させ、オペレータに、測定装置３で測定したウエハ２の膜厚分布を入力することを促す（ステップＳ６２）。入力部２１を介してこの膜厚分布が入力されると、演算処理部２０は、ステップＳ６２で入力された膜厚分布の測定結果に基づいて、目標研磨量分布を算出する（ステップＳ６３）。
【０１３０】
次に、演算処理部２０は、表示部２２を制御して入力案内表示を表示させ、オペレータに、ドレス回数を入力することを促す（ステップＳ６４）。入力部２１を介してこのドレス回数最大値が入力されると、演算処理部２０は、図５中のステップＳ１４〜Ｓ１６にそれぞれ相当するステップＳ６５〜Ｓ６７を行う。ただし、ステップＳ６６では、演算処理部２０は、演算処理部２０の内部メモリに予め記憶された前記式又は前記ルックアップテーブルに従って、ステップＳ６４で入力されたドレス回数Ｎに応じた研磨パッド１４の高さ分布を得、この高さ分布を用いて、研磨量を算出する。
【０１３１】
ステップＳ６７でＹＥＳの場合、演算処理部２０は、この時点までに得られた、予測されたウエハ２の被研磨面の研磨量分布と、ステップＳ６２で入力された初期膜厚分布とに基づいて、予測されるウエハ２の被研磨面の膜厚分布を算出する（ステップＳ６８）。その後、演算処理部２０は、予測された研磨量分布、初期膜厚分布及び予測された膜厚分布、ステップＳ６４で入力されたドレス回数、及び研磨条件を表示部２２に表示させる（ステップＳ６９）。
【０１３２】
次に、演算処理部２０は、入力部２２を介してオペレータからシミュレーションを継続させる旨の指令があったかシミュレーションを終了させる旨の指令があったかを判定する（ステップＳ７０）。継続の旨の指令があれば、ステップＳ６１へ戻る。一方、終了の旨の指令があれば、動作を終了する。
【０１３３】
本実施の形態によれば、オペレータが適宜研磨条件を入力することにより、それに応じたウエハ２の被研磨面の膜厚分布等のシミュレーション結果を得ることができる。したがって、オペレータは、このシミュレーション装置を用いて、研磨装置１を制御するための制御パラメータ又は制御プログラムを作成することも可能となる。
【０１３４】
［第６の実施の形態］
【０１３５】
図１１は、本発明の第６の実施の形態による研磨システムの一部を模式的に示す概略斜視図である。図１１において、図１中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【０１３６】
本実施の形態が前記第３の実施の形態と異なるところは、次の点のみである。すなわち、本実施の形態では、研磨工具１１の径がウエハ２の径より大きくされ、いわゆる大径パッド方式が採用されている。また、変位計３１として光学式変位計が用いられ、ウエハ２の研磨中にも、研磨パッド１４の高さ分布を計測し得るように、変位計３１が研磨ステーションに設けられている。図１１中、３５は変位計３１からのプローブ光を示している。この変位計３１は、図示しない移動機構により研磨パッド１４の半径方向に移動することによって、研磨パッド１４の高さ分布を計測し得るようになっている。
【０１３７】
本実施の形態では、このようにウエハ２の研磨中にも研磨パッド１４の高さ分布を計測し得るので、図７に示すフローチャートにおいて、ステップＳ６において同時に高さ分布を計測し、ステップＳ９でＮＯの場合にはステップＳ３へ戻ればよい。
【０１３８】
本実施の形態によっても、前記第３の実施の形態と同様の利点が得られる。また、本実施の形態によれば、ウエハ２の研磨中にも研磨パッド１４の高さ分布を計測し得るので、効率化を図ることができる。
【０１３９】
［第７の実施の形態］
【０１４０】
図１２は、半導体デバイス製造プロセスを示すフローチャートである。半導体デバイス製造プロセスをスタートして、まずステップＳ２００で、次に挙げるステップＳ２０１〜Ｓ２０４の中から適切な処理工程を選択する。選択に従って、ステップＳ２０１〜Ｓ２０４のいずれかに進む。
【０１４１】
ステップＳ２０１はシリコンウエハの表面を酸化させる酸化工程である。ステップＳ２０２はＣＶＤ等によりシリコンウエハ表面に絶縁膜を形成するＣＶＤ工程である。ステップＳ２０３はシリコンウエハ上に電極膜を蒸着等の工程で形成する電極形成工程である。ステップＳ２０４はシリコンウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込み工程である。
【０１４２】
ＣＶＤ工程もしくは電極形成工程の後で、ステップＳ２０９に進み、ＣＭＰ工程を行うかどうかを判断する。行わない場合はステップＳ２０６に進むが、行う場合はステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５はＣＭＰ工程であり、この工程では、本発明に係る研磨装置を用いて、層間絶縁膜の平坦化や、半導体デバイスの表面の金属膜の研磨によるダマシン（damascene）の形成等が行われる。
【０１４３】
ＣＭＰ工程または酸化工程の後でステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６はフォトリソ工程である。フォトリソ工程では、シリコンウエハへのレジストの塗布、露光装置を用いた露光によるシリコンウエハへの回路パターンの焼き付け、露光したシリコンウエハの現像が行われる。さらに次のステップＳ２０７は、現像したレジスト像以外の部分をエッチングにより削り、その後レジスト剥離を行い、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くエッチング工程である。
【０１４４】
次にステップＳ２０８で必要な全工程が完了したかを判断し、完了していなければステップＳ２００に戻り、先のステップを繰り返して、シリコンウエハ上に回路パターンが形成される。ステップＳ２０８で全工程が完了したと判断されればエンドとなる。
【０１４５】
本発明に係る半導体デバイス製造方法では、ＣＭＰ工程において本発明に係る研磨装置を用いているため、ＣＭＰ工程でのウエハの被研磨面の所望の形状又は被研磨面側の所望の膜厚分布を精度良く得ることができ、ＣＭＰ工程での歩留まりが向上するとともに、ＣＭＰ工程の工程効率化を図ることができる。これにより、従来の半導体デバイス製造方法に比べて低コストで半導体デバイスを製造することができるという効果がある。
【０１４６】
なお、前記の半導体デバイス製造プロセス以外の半導体デバイス製造プロセスのＣＭＰ工程に本発明に係る研磨装置を用いても良い。
【０１４７】
本発明に係る半導体デバイスは、本発明に係る半導体デバイス製造方法により製造される。これにより、従来の半導体デバイス製造方法に比べて低コストで半導体デバイスを製造することができ、半導体デバイスの製造原価を低下することができるという効果がある。
【０１４８】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【０１４９】
例えば、前記各実施の形態はＣＭＰに関して適用した例であったが、本発明は、ガラス等の光学部材などの研磨に適用することもできる。
【０１５０】
［実験例］
【０１５１】
本発明者は、図１乃至図３に示す研磨システムと同様の研磨システム（ただし、作成装置４を除く）を用い、次の実験を行った。
【０１５２】
使用した研磨パッド（研磨パッド１４に相当）は、リング状のもので、その外径は１５０ｍｍ、内径は５０ｍｍであった。使用したドレッサー（ドレッサー３２に相当）は、リング状のもので、その外径は１００ｍｍ、内径は８０ｍｍであった。研磨パッドのドレス条件は、研磨パッドの回転数を２００ｒｐｍ、ドレッサーの回転数（順回転）を９０ｒｐｍ、ドレス位置を中心距離（ドレッサーの中心と研磨パッドの中心との間の距離）で５５ｍｍ、ドレス荷重を１５０ｇ／ｃｍ２とした。被研磨物は、表面に誘電体膜が形成された直径２００ｍｍのウエハとした。その研磨条件は、ウエハの回転数を２００ｒｐｍ、研磨パッドの回転数（逆回転）を４００ｒｐｍ、揺動開始位置を中心距離（ウエハの中心と研磨パッドの中心との間の距離）で２５ｍｍ、揺動幅を４０ｍｍ、荷重を２００ｇ／ｃｍ２とした。
【０１５３】
１枚のウエハを前記研磨条件で研磨する度に（１回研磨毎に）、前記ドレス条件でドレス工程を行った。ドレス累積時間に応じて、接触触針式変位計を用いて、研磨パッドの表面形状（高さ分布）を測定した。その結果、ドレス回数毎に研磨パッドの表面の平坦性が落ち、初期の表面形状と累積ドレス時間１０分後の表面形状とでは、図１４に示すような差が見られた。ここで、同じ前記研磨条件で前記ウエハをそれぞれ研磨した後の前記ウエハ上の誘電体膜の研磨量は、初期の研磨パッドを用いた場合と、ドレス累積時間１０分後の研磨パッドを用いた場合とでは、図１５に示すようにずれた。つまり、初期に設定した研磨条件では所定の研磨量からずれてくることが判明した。
【０１５４】
そこで、ドレス累積時間によって、パッドの表面状態を変えた予測計算を行い、得られる研磨量分布（プロファイル）を修正するために、適宜研磨条件の変更を行った。そして、各累積時間におけるパッド形状を接触式変位計で計測し、データベース化し、それに応じた、研磨条件変更もあらかじめ入力しておいた。こうすることで、ドレスによるパッド形状変化をも取り込んだ安定研磨の可能なシステムとすることができた。この実験例は、前記第４実施の形態及び図９に示す動作を行う研磨装置１に類似するものである。
【０１５５】
前述した実験結果におけるパッドの表面形状変化は、プレストンの式及び若干の補正に従って予測算出が可能であった。また、予測したパッド表面状態でのウェハ研磨の結果も算出と一致した。このため、前述した実験結果におけるパッド表面状態の実測データおよび、実際にウェハを研磨して導出したあるパッド表面状態での研磨条件は、いずれも計算によるデータに置きかえることが可能であることがわかったため、計算データを使ったシステムの有効性が示された。
【０１５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、研磨後における被研磨物の被研磨面の研磨量分布を精度良く予測することができるシミュレーション方法及び装置、並びに、そのためのプログラムを記録した記録媒体を提供することができる。
【０１５７】
また、本発明によれば、研磨後における研磨対象物の被研磨面の面形状又は被研磨面の膜厚分布を精度良く予測することができるシミュレーション方法及び装置、並びに、そのためのプログラムを記録した記録媒体を提供することができる。
【０１５８】
さらに、本発明によれば、高精度の研磨量予測に基づくことにより、研磨対象物の被研磨面の所望の形状又は被研磨面側の所望の膜厚分布を精度良く得るために必要な、研磨装置用の制御パラメータ又は制御プログラムを作成することができる作成方法及び装置、並びに、そのためのプログラムを記録した記録媒体を提供することができる。
【０１５９】
さらにまた、本発明によれば、研磨対象物の被研磨面の所望の面形状又は被研磨面側の所望の膜厚分布を精度良く得ることができる研磨方法及び装置を提供することができる。
【０１６０】
また、本発明によれば、被研磨物の被研磨面の所望の面形状又は被研磨面側の所望の膜厚分布を精度良く得ることができるとともに、研磨工程の効率化を図ることができる研磨システムを提供することができる。
【０１６１】
さらにまた、本発明によれば、工程効率化を図ることができるとともに歩留りが向上し、従来の半導体デバイス製造方法に比べて低コストで半導体デバイスを製造することができる半導体デバイス製造方法、及び低コストの半導体デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による研磨システムを模式的に示す概略構成図である。
【図２】ウエハの研磨時と研磨パッドのドレス時の様子を模式的に示す概略平面図である。
【図３】非加圧時の研磨パッドの研磨面の、基材を基準とした高さ分布の計測時の様子を模式的に示す概略平面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態による研磨システムの動作を示す概略フローチャートである。
【図５】図４中のステップＳ５の処理内容を示す概略フローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施の形態による研磨システムの動作を示す概略フローチャートである。
【図７】本発明の第３の実施の形態による研磨システムの動作を示す概略フローチャートである。
【図８】本発明の第４の実施の形態による作成装置の動作を示す概略フローチャートである。
【図９】研磨装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第５の実施の形態によるシミュレーション装置の動作を示す概略フローチャートである。
【図１１】本発明の第６の実施の形態による研磨システムの一部を模式的に示す概略斜視図である。
【図１２】半導体デバイス製造プロセスを示すフローチャートである。
【図１３】本発明の原理を模式的に示す説明図である。
【図１４】研磨パッドのドレス進行に伴う表面形状の変化を示す実験データを示すグラフである。
【図１５】表面形状の異なる研磨パッドによる研磨量分布の差異を実験データで示すグラフである。
【符号の説明】
１ 研磨装置
２ ウエハ
３ 膜厚測定装置
４ 作成装置
５ 搬送装置
１１ 研磨工具
１２ ウエハホルダ
１３ 研磨定盤
１４ 研磨体
１５ 制御部
１６ 駆動部
１７，２１ 入力部
１８，２２ 表示部
１９，２３ フロッピー（登録商標）ディスクドライブ
２０ 演算処理部
３１ 変位計
３２ ドレッサー
Claims (27)
- 研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨した後の、前記被研磨物の被研磨面の研磨量分布を予測するシミュレーション方法において、
前記被研磨物の被研磨面の個々の部分領域について、前記被研磨物を研磨した後の当該部分領域の研磨量を、非加圧時の前記研磨体の前記研磨面の、前記基材を基準とした高さ分布を、パラメータの１つとして、予測し、
前記研磨体の使用期間において当該研磨体の前記高さ分布を順次予測し、最新に予測された高さ分布に基づいて前記部分領域の研磨量を予測し、
前記高さ分布の予測は、前記研磨体に対して行われるドレス工程の回数又は前記研磨体に対して行われるドレス工程の累積時間と、前記高さ分布との関係を示す、ルックアップテーブル又は式を参照することにより、行われるか、あるいは、前記研磨体に対して行われるドレス工程の回数又は前記研磨体に対して行われるドレス工程の累積時間と前記研磨体による前記被研磨物の研磨の回数又は前記研磨体による前記被研磨物の研磨の累積時間との組み合わせと、前記高さ分布との関係を示す、ルックアップテーブル又は式を参照することにより、行われ、
前記高さ分布の予測は、前記ドレス工程の回数の増加又は前記ドレス工程の累積時間の増加に従って一様には変化しない高さ分布の予測である、
ことを特徴とするシミュレーション方法。 - 前記高さ分布の予測は、前記研磨体をドレスするドレス工程の後に行われることを特徴とする請求項１記載のシミュレーション方法。
- 前記高さ分布の予測は、当該研磨体による当該被研磨物とは別の被研磨物の研磨工程の後に行われることを特徴とする請求項１又は２記載のシミュレーション方法。
- 前記被研磨物の研磨は、前記研磨体と前記被研磨物との間に研磨剤を介在させつつ行う化学的機械的研磨であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のシミュレーション方法。
- 研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨した後の、前記被研磨物の被研磨面の形状又は前記被研磨面側の膜厚分布を予測するシミュレーション方法において、
請求項１乃至４のいずれかに記載のシミュレーション方法を用いて前記被研磨物の前記形状又は前記膜厚分布を予測することを特徴とするシミュレーション方法。 - 研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨する研磨装置を、制御するための制御パラメータ又は制御プログラムを作成する作成方法であって、
請求項１乃至５のいずれかに記載のシミュレーション方法を用い、想定又は設定された制御パラメータ又は制御プログラムに従って前記研磨装置により前記被研磨物が研磨された後に得られる前記被研磨面の研磨量分布を、予測するシミュレーション段階と、
前記シミュレーション段階で予測された研磨量分布と前記被研磨物の被研磨面の目標研磨量分布とを比較することで、前記想定又は設定された制御パラメータ又は制御プログラムの良否を判定する判定段階と、
を備えたことを特徴とする作成方法。 - 前記判定段階で否と判定された場合には、前記想定又は設定された制御パラメータ又は制御プログラムを、既に前記判定段階で否と判定されたものに対して少なくとも一部を変更したものにして、前記シミュレーション段階及び前記判定段階を、この順に繰り返すことを特徴とする請求項６記載の作成方法。
- 研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨した後の、前記被研磨物の被研磨面の研磨量分布を予測するシミュレーション装置において、
前記被研磨物の被研磨面の個々の部分領域について、前記被研磨物を研磨した後の当該部分領域の研磨量を、非加圧時の前記研磨体の前記研磨面の、前記基材を基準とした高さ分布を、パラメータの１つとして、予測する予測手段と、
前記研磨体の使用期間において当該研磨体の前記高さ分布を順次予測する手段と、
を備え、
前記予測手段は、最新に予測された高さ分布に基づいて前記部分領域の研磨量を予測し、
前記予測する手段は、前記高さ分布の予測を、前記研磨体に対して行われるドレス工程の回数又は前記研磨体に対して行われるドレス工程の累積時間と、前記高さ分布との関係を示す、ルックアップテーブル又は式を参照することにより、行うか、あるいは、前記研磨体に対して行われるドレス工程の回数又は前記研磨体に対して行われるドレス工程の累積時間と前記研磨体による前記被研磨物の研磨の回数又は前記研磨体による前記被研磨物の研磨の累積時間との組み合わせと、前記高さ分布との関係を示す、ルックアップテーブル又は式を参照することにより、行い、
前記高さ分布の予測は、前記ドレス工程の回数の増加又は前記ドレス工程の累積時間の増加に従って一様には変化しない高さ分布の予測である、
ことを特徴とするシミュレーション装置。 - 前記予測する手段は、前記高さ分布の予測を、前記研磨体をドレスするドレス工程の後に行うことを特徴とする請求項８記載のシミュレーション装置。
- 前記予測する手段は、前記高さ分布の計測又は予測を、当該研磨体による当該被研磨物とは別の被研磨物の研磨工程の後に行うことを特徴とする請求項８又は９記載のシミュレーション装置。
- 前記被研磨物の研磨は、前記研磨体と前記被研磨物との間に研磨剤を介在させつつ行う化学的機械的研磨であることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載のシミュレーション装置。
- 研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨した後の、前記被研磨物の被研磨面の形状又は前記被研磨面側の膜厚分布を予測するシミュレーション装置において、
請求項１乃至５のいずれかに記載のシミュレーション方法を用いて、あるいは、請求項８乃至１１のいずれかに記載のシミュレーション装置を用いて、前記被研磨物の前記形状又は前記膜厚分布を予測する予測手段を、
備えたことを特徴とするシミュレーション装置。 - 研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨する研磨装置を、制御するための制御パラメータ又は制御プログラムを作成する作成装置であって、
請求項１乃至５のいずれかに記載のシミュレーション方法を用い、想定又は設定された制御パラメータ又は制御プログラムに従って前記研磨装置により前記被研磨物が研磨された後に得られる前記被研磨面の研磨量分布を、予測するシミュレーション手段と、
前記シミュレーション手段により予測された研磨量分布と前記被研磨物の被研磨面の目標研磨量分布とを比較することで、前記想定又は設定された制御パラメータ又は制御プログラムの良否を判定する判定手段と、
を備えたことを特徴とする作成装置。 - 前記判定段階で否と判定された場合には、前記想定又は設定された制御パラメータ又は制御プログラムを、既に前記判定手段により否と判定されたものに対して少なくとも一部を変更したものにして、前記シミュレーション手段及び前記判定手段に、この順に動作を繰り返させる手段を、備えたことを特徴とする請求項１３記載の作成装置。
- 研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨する研磨装置を用いて、前記被研磨物を研磨する方法において、請求項６又は７記載の作成方法により作成された制御パラメータ又は制御プログラム、あるいは、請求項１乃至５のいずれかに記載のシミュレーション方法を用いて作成された制御パラメータ又は制御プログラムに従って、前記研磨装置を作動させることによって、前記被研磨物を研磨することを特徴とする研磨方法。
- 研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨する研磨装置において、請求項６又は７記載の作成方法により作成された制御パラメータ又は制御プログラム、あるいは、請求項１乃至５のいずれかに記載のシミュレーション方法を用いて作成された制御パラメータ又は制御プログラムに従って、前記被研磨物を研磨することを特徴とする研磨装置。
- 前記被研磨物の研磨は、前記研磨体と前記被研磨物との間に研磨剤を介在させつつ行う化学的機械的研磨であることを特徴とする請求項１６記載の研磨装置。
- 研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨した後の、前記被研磨物の被研磨面の研磨量分布を予測するシミュレーション機能を、コンピュータに実現させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記シミュレーション機能は、前記被研磨物の被研磨面の個々の部分領域について、前記被研磨物を研磨した後の当該部分領域の研磨量を、非加圧時の前記研磨体の前記研磨面の、前記基材を基準とした高さ分布を、パラメータの１つとして、予測する予測機能と、前記研磨体の使用期間において当該研磨体の前記高さ分布を順次予測する機能と、を含み、
前記予測機能は、最新に予測された高さ分布に基づいて前記部分領域の研磨量を予測し、
前記予測する機能は、前記高さ分布の予測を、前記研磨体に対して行われるドレス工程の回数又は前記研磨体に対して行われるドレス工程の累積時間と、前記高さ分布との関係を示す、ルックアップテーブル又は式を参照することにより、行うか、あるいは、前記研磨体に対して行われるドレス工程の回数又は前記研磨体に対して行われるドレス工程の累積時間と前記研磨体による前記被研磨物の研磨の回数又は前記研磨体による前記被研磨物の研磨の累積時間との組み合わせと、前記高さ分布との関係を示す、ルックアップテーブル又は式を参照することにより、行い、
前記高さ分布の予測は、前記ドレス工程の回数の増加又は前記ドレス工程の累積時間の増加に従って一様には変化しない高さ分布の予測である、
ことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - 研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨した後の、前記被研磨物の被研磨面の形状又は前記被研磨面側の膜厚分布を予測するシミュレーション機能を、コンピュータに実現させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記シミュレーション機能は、前記被研磨物の被研磨面の個々の部分領域について、前記被研磨物を研磨した後の当該部分領域の研磨量を、非加圧時の前記研磨体の前記研磨面の、前記基材を基準とした高さ分布を、パラメータの１つとして、予測する予測機能と、前記研磨体の使用期間において当該研磨体の前記高さ分布を順次予測する機能と、を含み、
前記予測機能は、最新に予測された高さ分布に基づいて前記部分領域の研磨量を予測し、
前記予測する機能は、前記高さ分布の予測を、前記研磨体に対して行われるドレス工程の回数又は前記研磨体に対して行われるドレス工程の累積時間と、前記高さ分布との関係を示す、ルックアップテーブル又は式を参照することにより、行うか、あるいは、前記研磨体に対して行われるドレス工程の回数又は前記研磨体に対して行われるドレス工程の累積時間と前記研磨体による前記被研磨物の研磨の回数又は前記研磨体による前記被研磨物の研磨の累積時間との組み合わせと、前記高さ分布との関係を示す、ルックアップテーブル又は式を参照することにより、行い、
前記高さ分布の予測は、前記ドレス工程の回数の増加又は前記ドレス工程の累積時間の増加に従って一様には変化しない高さ分布の予測である、
ことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - 研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨する研磨装置を、制御するための制御パラメータ又は制御プログラムを作成する作成処理を、コンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記作成処理は、（ａ）想定又は設定された制御パラメータ又は制御プログラムに従って前記研磨装置により前記被研磨物が研磨された後に得られる前記被研磨面の研磨量分布を、予測するシミュレーション段階と、（ｂ）前記シミュレーション段階で予測された研磨量分布と前記被研磨物の被研磨面の目標研磨量分布とを比較することで、前記想定段階で想定された制御パラメータ又は制御プログラムの良否を判定する判定段階と、を含み、
前記シミュレーション段階は、前記被研磨物の被研磨面の個々の部分領域について、前記被研磨物を研磨した後の当該部分領域の研磨量を、非加圧時の前記研磨体の前記研磨面の、前記基材を基準とした高さ分布を、パラメータの１つとして、予測する予測段階と、前記研磨体の使用期間において当該研磨体の前記高さ分布を順次予測する段階と、を含み、
前記予測段階は、最新に予測された高さ分布に基づいて前記部分領域の研磨量を予測し、
前記予測する段階は、前記高さ分布の予測を、前記研磨体に対して行われるドレス工程の回数又は前記研磨体に対して行われるドレス工程の累積時間と、前記高さ分布との関係を示す、ルックアップテーブル又は式を参照することにより、行うか、あるいは、前記研磨体に対して行われるドレス工程の回数又は前記研磨体に対して行われるドレス工程の累積時間と前記研磨体による前記被研磨物の研磨の回数又は前記研磨体による前記被研磨物の研磨の累積時間との組み合わせと、前記高さ分布との関係を示す、ルックアップテーブル又は式を参照することにより、行い、
前記高さ分布の予測は、前記ドレス工程の回数の増加又は前記ドレス工程の累積時間の増加に従って一様には変化しない高さ分布の予測である、
ことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - 前記作成処理は、前記判定段階で否と判定された場合には、前記想定又は設定された制御パラメータ又は制御プログラムを、既に前記判定段階で否と判定されたものに対して少なくとも一部を変更したものにして、前記シミュレーション段階及び前記判定段階を、この順に繰り返すことを特徴とする請求項２０記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
- 研磨体と該研磨体における研磨面と反対側の面を支持する基材とを有する研磨工具の前記研磨体と、被研磨物との間に、荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨する研磨装置と、
前記研磨装置を制御するための制御パラメータ又は制御プログラムを作成する作成装置と、
を備えた研磨システムであって、
前記作成装置は、（ａ）請求項１乃至５のいずれかに記載のシミュレーション方法を用いて、あるいは、請求項８乃至１２のいずれかに記載のシミュレーション装置を用いて、想定又は設定された制御パラメータ又は制御プログラムに従って前記研磨装置により前記被研磨物が研磨された後に得られる前記被研磨面の研磨量分布を、予測するシミュレーション手段と、（ｂ）前記シミュレーション手段により予測された研磨量分布と前記目標研磨量分布とを比較することで、前記想定手段により想定された制御パラメータ又は制御プログラムの良否を判定する判定手段と、を含み、
前記研磨装置は、前記作成装置により作成された制御パラメータ又は制御プログラム従って、前記被研磨物を研磨する、ことを特徴とする研磨システム。 - 前記作成装置は、前記判定段階で否と判定された場合には、前記想定又は設定された制御パラメータ又は制御プログラムを、既に前記判定手段により否と判定されたものに対して少なくとも一部を変更したものにして、前記シミュレーション手段及び前記判定手段に、この順に動作を繰り返させる手段を、含むことを特徴とする請求項２２記載の研磨システム。
- 前記作成装置により作成された制御パラメータ又は制御プログラムの前記研磨装置への入力が、自動的に又は指令に応答して、行われることを特徴とする請求項２２又は２３記載の研磨システム。
- 前記被研磨物の研磨は、前記研磨体と前記被研磨物との間に研磨剤を介在させつつ行う化学的機械的研磨であることを特徴とする請求項２２乃至２４のいずれかに記載の研磨システム。
- 請求項１６記載の研磨装置あるいは請求項２２乃至２５のいずれかに記載の研磨システムを用いて、半導体ウエハの表面を平坦化する工程を有することを特徴とする半導体デバイス製造方法。
- 請求項２６記載の半導体デバイス製造方法により製造されることを特徴とする半導体デバイス。
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