JP5120697B2

JP5120697B2 - 研磨装置

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Publication number: JP5120697B2
Application number: JP2007326034A
Authority: JP
Inventors: 進星野; 覚真田
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Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2013-01-16
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Also published as: JP2009142973A

Description

本発明は、基板を回転させる基板回転機構、基板よりも小径の研磨パッドを回転させるパッド回転機構、基板と研磨パッドとを当接させた状態で基板に対して研磨パッドを相対揺動させる揺動機構、及び基板の回転、研磨パッドの回転及び基板に対する研磨パッドの相対揺動を制御して基板の研磨加工を制御する制御装置とを備えて構成される研磨装置に関するものである。

基板表面を研磨する研磨装置としてＣＭＰ装置が例示される。ＣＭＰ装置は、化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）により基板表面を超精密に研磨加工する技術として、シリコン基板やガラス基板、半導体ウェーハなどの基板の研磨加工に広く利用されている。このような研磨装置では、チャックに保持された基板と研磨ヘッドに装着された研磨パッドとを相対回転させて押接し、基盤と研磨パッドとの当接部に研磨内容に応じたスラリー（Slurry）を供給して化学的・機械的な研磨作用を生じさせ、基板表面を平坦に研磨加工する。

このような研磨装置は、主として基板と研磨パッドの大小関係から、研磨パッドの直径が基板の直径よりも大きなタイプと、研磨パッドの直径が基板の直径よりも小さいタイプの２種類に大別される。研磨パッドの直径が基板の直径よりも小さいタイプの研磨装置では、基板全面を均一に研磨加工するため、一般的に、基板に対して研磨パッドを相対揺動させる揺動機構が設けられている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００６−３１９２４９号公報

上記のように、研磨パッドの直径が基板の直径よりも小さく揺動機構により基盤と研磨パッドとを相対移動させる研磨装置では、研磨加工中において、研磨パッドと当接して研磨作用を受ける領域と、研磨パッドが離隔して研磨作用を受けない領域とが、（基板の回転角度位置と基板に対する研磨パッドの位置に応じて）瞬時に変化する。そのため、研磨加工を行う際に設定する基板の回転速度や研磨パッドの回転速度、基板に対する研磨パッドの相対揺動速度などの加工条件の組み合わせ（研磨レシピと称される）によって、基板表面の研磨レートが領域ごとに異なって研磨量分布に非対称性が生じ、所望の平面度が得られない場合が発生する。

このような場合に、従来では、研磨レシピのうち、どの条件をどの程度変更すれば良いかを判断することが困難であった。このため、研磨量分布の非対称性が生じた場合に、研磨レシピの各条件値を少しずつ変化させながら、モニター・ウェーハ（Monitor Wafer）を用いたテスト加工を繰り返し行う必要があり、時間的・コスト的に生産性を阻害する要因になるという課題があった。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、研磨レシピが研磨量分布の非対称性を生じる可能性が高い組み合わせであると判断されるときに、早期に警報して生産性を向上できるような研磨装置を提供することを目的とする。

上記目的達成のため、請求項１に係る発明の研磨装置は、基板を保持して回転させる基板回転機構と、基板よりも小径に形成され基板と対向姿勢で配設される研磨パッドを回転させるパッド回転機構と、相対回転される基板の被研磨面と研磨パッドの研磨面とを当接させた状態で基板に対して研磨パッドを相対揺動させる揺動機構（例えば、実施形態におけるアーム揺動機構３５）と、基板の回転、研磨パッドの回転及び基板に対する研磨パッドの相対揺動を制御して基板の研磨加工を制御する制御装置とを備えて構成される。そのうえで、この研磨装置における制御装置は、研磨加工の加工条件が入力されたときに、入力された加工条件における基板の回転速度、研磨パッドの回転速度、基板に対する研磨パッドの相対揺動範囲及び相対揺動速度に基づいて、被研磨面上における研磨面の各部の走行軌跡を積算して被研磨面上における走行軌跡の分布密度を算出し、算出された分布密度の円周方向のばらつきが予め設定された所定の基準値を超えると判断された場合に警報作動を行うように構成される。なお、本明細書における「警報作動」とは、研磨量分布が非対称性を生じる可能性が高い旨を文字や絵で表示装置に表示したりＬＥＤを点灯させる等の視覚警報、音声やブザーによる聴覚警報、研磨装置の一部の作動を規制する規制警報などを含めた作動を意味する。

請求項２に係る発明の研磨装置は、加工条件を表示する表示装置を備え、制御装置は、分布密度の円周方向のばらつきが予め設定された所定の基準値を超えると判断された場合に、基板の回転速度を複数段階に変化させた場合について、被研磨面上における走行軌跡の分布密度を算出し、算出された分布密度の円周方向のばらつきが基準値以下となる基板の回転速度を表示装置に表示するように構成される。

請求項３に係る発明の研磨装置は、加工条件を表示する表示装置を備え、制御装置は、分布密度の円周方向のばらつきが予め設定された所定の基準値を超えると判断された場合に、基板に対する研磨パッドの相対揺動速度を複数段階に変化させた場合について、被研磨面上における走行軌跡の分布密度を算出し、算出された分布密度の円周方向のばらつきが基準値以下となる研磨パッドの相対揺動速度を表示装置に表示するように構成される。

請求項４に係る発明の研磨装置は、加工条件を表示する表示装置を備え、制御装置は、分布密度の円周方向のばらつきが予め設定された所定の基準値を超えると判断された場合に、基板の回転速度及び研磨パッドの相対揺動速度をともに複数段階に変化させて組み合わせた場合について、被研磨面上における走行軌跡の分布密度を算出し、算出された分布密度の円周方向のばらつきが基準値以下となる基板の回転速度と研磨パッドの相対揺動速度との組み合わせを表示装置に表示するように構成される。

請求項５に係る発明の研磨装置は、請求項２から請求項４に記載の研磨装置において、複数段階に変化させて算出した分布密度の円周方向のばらつきが基準値以下となる基板の回転速度と研磨パッドの相対揺動速度との組み合わせが算出した範囲内に複数条件ある場合に、分布密度の円周方向のばらつきが最小となる条件を選択して表示装置に表示するように構成される。

請求項６に係る発明の研磨装置は、請求項５に記載の研磨装置において、入力された加工条件のうち、基板の回転速度と研磨パッドの相対揺動速度との組み合わせを、選択された分布密度の円周方向のばらつきが最小となる条件に置き換えて、研磨加工を実行する加工条件を自動生成するように構成される。

本発明に係る研磨装置によれば、研磨レシピに基づいて、研磨面の各部の走行軌跡が積算されて被研磨面上における走行軌跡の分布密度が算出され、この分布密度の円周方向のばらつきが所定の基準値を超えると判断された場合に警報作動が行われる。このため、高額なモニター・ウェーハを多数消費したテスト加工を繰り返すことなく、研磨レシピを適正な加工条件の組み合わせに変更することができ、時間及びコストを低減することができる。

従って、本発明によれば、研磨レシピが研磨量分布の非対称性を生じる可能性が高い組み合わせであると判断されるときに早期に警報し、生産性を向上可能な研磨装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。本発明を適用した研磨装置１の概略構成を図２に示す。研磨装置１は、シリコンウェーハ等の基板Ｗを保持して回転させる基板回転機構１０、研磨パッド２３が装着された研磨ヘッド２１を回転させるパッド回転機構２０、基板Ｗに対して研磨パッド２３を昇降及び相対揺動させるヘッド移動機構３０、詳細図示を省略するが、研磨パッド２３の中心部にスラリーを供給するスラリー供給機構４０、基板Ｗや研磨パッド２３の回転、基板Ｗに対する研磨パッド２３の昇降及び揺動、研磨加工部へのスラリーの供給など、研磨装置の作動を制御して基板Ｗの研磨加工を制御する制御装置５０など備えて構成される。

基板回転機構１０は、円盤状のチャック１１と、このチャック１１の下部から鉛直下方に延びるスピンドル１４、スピンドル１４に回転駆動力を伝達してチャック１１を水平面内で回転させるチャック駆動モータ１５などから構成される。チャック１１は、セラミック等の高剛性材料を用いて平面度の高い円盤状に形成されたチャックプレート１２と、このチャックプレート１２の上面に貼られた吸着パッド１３を有して構成される。チャックプレート１１の内部には基板Ｗの下面を真空吸着する真空チャック構造が設けられて基板Ｗを着脱可能に構成されるとともに、チャック上部が加工テーブルＴから露出して配設されており、チャック１１に吸着保持された基板Ｗの研磨対象面（被研磨面）が上向きの水平姿勢で配設される。

チャック駆動モータ１５の作動は制御装置５０により制御され、チャック１１に吸着保持された基板Ｗの回転・停止、回転方向、回転速度などが、加工プログラムに応じて制御装置５０により制御される。基板回転機構１０と隣接して、ヘッド移動機構３０が設けられており、このヘッド駆動機構３０の研磨アーム３２の先端にパッド回転機構２０が設けられる。

パッド回転機構２０は、円盤状の研磨ヘッド２１と、研磨ヘッド２１の上部から鉛直上方に延びるスピンドル２４、スピンドル２４に回転駆動力を伝達して研磨ヘッド２１を水平面内で回転させるパッド駆動モータ２５などから構成される。

研磨ヘッド２１は、チャック１１と同様の高剛性材料を用いて平面度の高い円盤状に形成されたポリッシングプレート２２と、このポリッシングプレート２２の下面に貼られた研磨パッド２３を有して構成される。研磨パッド２３は、外径が研磨対象である基板Ｗの直径よりも幾分小さい（80〜95％程度の）円環状に形成されており、例えば、独立発泡構造を有する硬質ポリウレタンのシートを用いて構成され、ポリッシングプレート２２の下面に貼り付けられて研磨面が下向きの水平姿勢で配設される。

研磨ヘッド２１の中心部に、スラリー供給機構４０により供給されるスラリーを研磨パッド２３の中央部に供給するためのスラリー供給構造が、ポリッシングプレート２２の中心を上下に貫通して設けられている。また、研磨ヘッド２１の内部に形成された加圧室にエアの供給を受けてポリッシングプレート２２を下向きに加圧する、いわゆるエアバッグ式のパッド加圧機構が設けられており、研磨パッド２３を基板Ｗに当接させた状態で加圧室の圧力を制御することにより基盤Ｗと研磨パッド２３との当接圧力、すなわち研磨圧力を制御可能になっている。

パッド駆動モータ２５の作動及び加圧室の圧力は制御装置５０によって制御され、研磨ヘッド２１に装着された研磨パッド２３の回転・停止、回転方向、回転速度、研磨圧力などが、加工プログラムに基づいて制御装置５０により制御される。

ヘッド移動機構３０は、加工テーブルＴから上方に突出する基部３１と、この基部３１から水平に延びる研磨アーム３２、基部３１を通って上下に延びる揺動軸を中心として研磨アーム３２を水平揺動させるアーム揺動機構３５、および研磨アーム全体を垂直昇降させるアーム昇降機構（不図示）などからなり、上述したパッド回転機構２０が研磨アーム３２の先端部に設けられている。ヘッド移動機構３０は、アーム揺動機構３５により研磨アーム３２を水平揺動させたときの研磨ヘッド２１の揺動軌跡上に基板回転機構１０が位置するように構成されており、研磨ヘッド２１をチャック１１と対向させた状態で研磨アーム全体を昇降させ、研磨パッド２３の研磨面を基板Ｗの被研磨面に当接させた状態で基板Ｗに対して研磨パッド２３を水平揺動可能に構成される。

アーム揺動機構３５及びアーム昇降機構の作動は、制御装置によって制御され、チャック１１に保持された基板Ｗに対する研磨パッド２３の揺動開始点（研磨アーム３２の揺動開始角度位置）、揺動ストローク（研磨アーム３２の揺動角度範囲）、揺動速度などが、加工プログラムに基づいて制御装置５０により制御される。

制御装置５０は、入力された加工プログラムから研磨レシピ（研磨加工の加工条件）を読み出す。加工プログラムには、研磨レシピとして研磨パッド２３の回転速度、基板Ｗの回転速度、基板Ｗに対する研磨パッド２３の揺動開始点及び揺動ストローク、研磨パッド２３の揺動速度、研磨圧力、スラリーの種別、スラリーの供給流量などの条件値が含まれている。

制御装置５０は、研磨レシピから、研磨パッドの走行軌跡を規定するパラメータである研磨パッド２３の回転速度、基板Ｗの回転速度、基板Ｗに対する研磨パッド２３の揺動開始点及び揺動ストローク、研磨パッド２３の揺動速度を取得し、これらの条件値に基づいて基板Ｗの被研磨面上における研磨パッド２３の各部の走行軌跡を算出する。具体的に、加工プログラムにおいて設定された研磨パッド２３の回転速度Ｖ_p＝１１０[rpm]、基板Ｗの回転速度Ｖ_w＝−６０[rpm]、基板Ｗに対する研磨パッド２３の揺動開始点を基板中心から３０[mm]、揺動ストローク９０[mm]、揺動速度Ｖ_s＝６２[mm/sec]について、研磨パッドの走行軌跡を算出する。

図１は、研磨パッド２３の任意点Ｐについて、上記条件での走行軌跡Ｌの時間的な変化を示したものであり、(ａ)(ｂ)(ｃ)の各図は、(ａ)研磨スタート時：ｔ＝０[sec]、(ｂ)研磨スタート後３秒経過時：ｔ＝３[sec]、(ｃ)研磨スタート後９秒経過時：ｔ＝９[sec]の状態を示している。

この図から理解されるように、任意点Ｐの走行軌跡Ｌはきわめて複雑であり、基板Ｗの被研磨面上では、走行軌跡Ｌの密度が高い領域と低い領域とが見られ、基盤Ｗの被研磨面から外れた外周領域を走行する軌跡も散見される。基板Ｗの被研磨面に形成された走行軌跡Ｌは、研磨パッド２３の任意点Ｐによって研磨される研磨軌跡であることから、走行軌跡Ｌの密度が高い領域ほど研磨レートが高く、走行軌跡Ｌの密度が低い領域ほど研磨レートが低くなることを表す。

制御装置５０は、研磨パッド２３の研磨面の各部について走行軌跡を積算し、基板Ｗの被研磨面上に形成される走行軌跡の密度分布を算出する。例えば、上記任意点Ｐを、周方向に５度ピッチ、径方向に５mmピッチの多数の走行点Ｐ₁〜Ｐ_nとして設定し、これらＰ₁〜Ｐ_nの各点の走行軌跡Ｌ₁〜Ｌ_nを研磨加工時間分について積算して、被研磨面上における研磨面の走行軌跡の密度を算出する。そして、この走行軌跡の密度に定数ｋを乗じたものが、被研磨面における研磨レートの面分布をシミュレートしたものとなる。

図３(ａ)(ｂ)は、前述した研磨レシピにおいて、(ａ)走行軌跡の密度分布に基づくシミュレーションによって得た研磨レートの面分布のデータ（Simulation
Data）と、(ｂ)実際に研磨加工を行った基板Ｗを形状測定して得た研磨レートの面分布の測定データ（Polish Raw Data）とを対比して示す図である。この図から明らかなように、走行軌跡の密度分布と研磨レートの面分布との間に極めて高い相関が認められる。

図４は、図３(ｂ)に示した実加工基板の研磨レートの分布をグラフにした測定データであり、図の横軸が基板Ｗの半径方向位置（左端が基板中心〜右端が基板外周）、縦軸が研磨量である。そして同一半径位置に多数プロットされたデータが、同一半径の円周上に位置する角度０〜３６０度の円周方向の研磨量のばらつき、すなわちポーラー研磨量（Polar Removal）の分布である。この測定データから、同一半径上の円周方向の研磨量のばらつきは、研磨量分布の不均一性を表す指標の一つであるポーラー・レンジ（Polar Range＝(Max-Min)/Average）において最大値で１９．４％、研磨量の幅にして２３６[Ａ]であった。なお、図３(ａ)に示すシミュレーション・データにおけるポーラー・レンジの最大値は２９％であった。

ポーラー・レンジの値が大きいことは、同一半径上の研磨レートが均一でないこと、すなわち研磨量の面分布に非対称性が生じることを意味する。制御装置５０は、以上のような走行軌跡の密度分布と研磨レートの面分布との間の高い相関関係、及びポーラー・レンジと被研磨面の非対称性との関係に基づき、シミュレートしたポーラー・レンジが予め設定された所定の基準値を超えると判断された場合に、研磨加工の実行に先立って警報作動を行う。所定の基準値は、研磨対象や生産工程に応じて適宜に設定できるが、例えば、半導体ウェーハの研磨ラインでは、一般的な許容値としてポーラー・レンジで５％（k-valueで２．５％）程度とされており、本実施例では所定基準値としてポーラー・レンジ５％を設定した場合について以下説明する。

制御装置５０は、シミュレーション結果から、ポーラー・レンジが５％を超える部分があるか否かを求め、ポーラー・レンジの最大値が５％を超える場合に、研磨装置の表示装置に、加工プログラムが読み込まれた段階でレシピ入力エラーを表示させて警報し、あるいは加工プログラムの実行指令が入力された段階で研磨加工のレシピ実行エラーを表示させて警報する。また、アラームリセットして再実行の実行指令が入力された場合を除き、基板回転機構１０、パッド回転機構２０、ヘッド移動機構３０の作動を規制する。

制御装置５０は、レシピ入力エラーあるいはレシピ実行エラーとなった場合に、基板Ｗの回転速度Ｖ_wを複数段階に変化させ、若しくは研磨パッド２３の揺動速度Ｖ_sを複数段階に変化させ、または基板の回転速度Ｖ_w及び研磨パッドの揺動速度Ｖ_sをともに複数段階に変化させて組み合わせた場合について、走行軌跡の分布密度を再計算してポーラー・レンジのシミュレートを行い、ポーラー・レンジが５％以下となる研磨レシピを表示装置に表示させる。

なお、任意点Ｐの走行軌跡は、走行軌跡を規定するパラメータのうち、基板Ｗに対する研磨パッド２３の揺動範囲（揺動開始点及び揺動ストローク）を一定とした場合に、研磨パッド２３の回転速度Ｖ_pの増減によっても変化する。しかしながら、各点の走行軌跡自体は研磨パッドの回転速度によって変化するものの、これを多点について一定時間積算したときの走行軌跡の密度分布は、基板全体における研磨パッドと接している領域の接触時間の分布に依存し（逆説的には研磨パッドと接触していない領域の非接触時間の分布に依存し）、研磨パッドの回転速度に依存しない。従って、被研磨面の非対称性を改善するためにポーラー・レンジの変化をシミュレートする場合には、基板の回転速度Ｖ_wと研磨パッドの揺動速度Ｖ_sの二つのパラメータを変化させればよく、これによって被研磨面の非対称性を改善可能な研磨レシピを選定することができる。

図５は、基板Ｗの回転速度Ｖ_wについて、当初の条件値Ｖ_w＝−６０[rpm]を中心として１[rpm]単位で正負両方向に３段階ずつ増減させ、研磨パッド２３の揺動速度Ｖ_sについて、当初の条件値Ｖ_s＝６２[mm/sec]を中心として１[mm/sec]単位で正負両方向に３段階ずつ増減させた各場合について、シミュレーションにより算出されたポーラー・レンジをまとめた表である。

この図５から、基板Ｗの回転速度Ｖ_wのみを変化させる場合、増速側・減速側とも１段階（１[rpm]）変化さるだけでポーラー・レンジ（以下Ｒpと表記する）を５％以下にすることができ、増速側に２段階変化させるとＲp＝１．３％、減速側に２段階変化させるとＲp＝１．５％に低減できることがわかる。また、研磨パッドの揺動速度Ｖ_sのみを変化させる場合にも、増速側・減速側とも１段階（１[mm/sec]）変化させるだけでポーラー・レンジＲpを５％以下にすることができ、増速側に２段階変化させるとＲp＝３．７％、減速側に２段階変化させるとＲp＝１．０％まで低減できることがわかる。

従って、基板の回転速度Ｖ_wまたは研磨パッドの揺動速度Ｖ_sのいずれか一方を変化させる場合において、ポーラー・レンジが５％以下となる増速側及び減速側の速度値を表示し、あるいは、増速側・減速側とも１段階変更すればポーラー・レンジが５％以下になる旨をＲpの値とともに表示する構成とすれば、オペレータは直ちにポーラー・レンジを所定値以下にするための設定を知ることができる。

また、条件値を変更してシミュレートした範囲内について、基板の回転速度Ｖ_wまたは研磨パッドの揺動速度Ｖ_sの条件値と、各条件値におけるポーラー・レンジの値とを対比して表示するような構成とすれば、オペレータは基板の回転速度Ｖ_wまたは研磨パッドの揺動速度Ｖ_sを、増速側または減速側に何段階変更したときにポーラー・レンジがどの程度低減されるのかを理解して、研磨レシピを適正な加工条件の組み合わせに変更することができる。例えば、研磨パッドの揺動速度についてシミュレートしその結果を表示する構成において、研磨パッドの揺動速度Ｖ_sを減速方向に１段階変更した場合に、ポーラー・レンジは、Ｒp＝１５．２％だが、２段階変化させればＲp＝１．０％にできることが容易に理解される。また、このように基板の回転速度Ｖ_w及び研磨パッドの揺動速度Ｖ_sのうちいずれか一方を変化させる構成によれば、ポーラー・レンジのシミュレーションを短時間で処理することができる。

一方、基板の回転速度Ｖ_w及び研磨パッドの揺動速度Ｖ_sの両方をともに複数段階に変化させ、これらを組み合わせた場合のポーラー・レンジについてもシミュレートする構成にすることもできる。この場合、得られるシミュレーション・データは、図５に示す表そのものである。従って、基板の回転速度Ｖ_wと研磨パッドの揺動速度Ｖ_sの組み合わせに対するポーラー・レンジの値を、図５と同様のテーブルとして表示させることができ、この表において、基板の回転速度Ｖ_w及び研磨パッドの揺動速度Ｖ_sを変更したときに、どの組み合わせ範囲内でポーラー・レンジを５％以下にできるか（あるいはどの組み合わせに設定するとポーラー・レンジが５％を超えるか）を背景色の相違等により区別して表示することができる。また、ポーラー・レンジの大きさに応じて色分けして表示し、あるいはシミュレートした条件の範囲内でポーラー・レンジＲpが最も小さい組み合わせである、基板の回転速度Ｖ_w＝−６０[rpm]、揺動速度Ｖ_s＝６０[mm/sec]のＲp＝１．０％を点滅表示する。

このような構成によれば、オペレータは、基板の回転速度Ｖ_w及び研磨パッドの揺動速度Ｖ_sの組み合わせから、どの組み合わせを選択すればポーラー・レンジＲpを最小にできるのか、あるいは基板の回転速度Ｖ_wと研磨パッドの揺動速度Ｖ_sの一方又は双方をどの程度変更することでどの程度の効果が得られるのか等を直ちに理解することが出来る。また、表示データを検討することで、基板の回転速度Ｖ_wと研磨パッドの揺動速度Ｖ_sの設定変化に応じて、ポーラー・レンジがどのように変化し、当初の条件設定の組み合わせが、ポーラー・レンジの分布においてどのあたりに位置するのか、基板の回転速度Ｖ_wまたは研磨パッドの揺動速度Ｖ_sが変動した場合に、これに伴ってポーラー・レンジがどの程度変化するのかなどの状況を細かく認識することができる。

従って、上記構成によれば、当初入力された研磨条件に近い条件の中からポーラー・レンジが最小となる組み合わせを選択し、あるいは条件値の変更を抑えながらポーラー・レンジ所定基準値以下に抑制可能な組み合わせを選択して、研磨加工を実行させることができる。この場合において、走行軌跡の密度分布に基づく研磨量の面分布のシミュレーション・データを併せて表示するような構成にすれば、オペレータは視覚的に非対称性の形態及び程度を把握することができ、より容易に研磨条件の選択、変更設定を行うことができる。

図６(ａ)(ｂ)は、図５に示す加工条件の組み合わせのなかで、ポーラー・レンジＲpが最も小さい基板の回転速度Ｖ_w＝−６０[rpm]、揺動速度Ｖ_s＝６０[mm/sec]、Ｒp＝１．０％の研磨レシピについて、(ａ)走行軌跡の密度分布に基づいて算出したシミュレーション・データと、(ｂ)実際に研磨加工を行った基板Ｗを形状測定して得た研磨レートの面分布の測定データとを対比して示す図である。図３(ａ)(ｂ)に示したデータと同様に、この図６(ａ)(ｂ)のデータからも走行軌跡の密度分布と研磨レートの面分布との間に高い相関があることが確認される。図７は、図６(ｂ)に示した実加工基板の研磨レートの分布をグラフ化した図４と同様の測定データである。これらの測定データから、ポーラー・レンジの最大値が１０．３％、研磨量の幅にして１２３[Ａ]であり、初期の加工条件と比較してポーラー・レンジを約半分に低減し、研磨量分布の非対称性を大幅に改善できたことがわかる。

なお、条件値の変更範囲内（本実施例において当初条件値±３段階の範囲内）にポーラー・レンジが所定基準値以下となる組み合わせが見出されない場合には、シミュレーションの計算範囲を順次拡大して（例えば、当初条件値±５段階、±１０段階等）再度計算を行うように構成することができる。

また、以上のようにレシピ入力エラーあるいはレシピ実行エラーとなり、基板Ｗの回転速度Ｖ_w及び研磨パッドの揺動速度Ｖ_sの少なくともいずれか一方を複数段階に変化させてポーラー・レンジのシミュレーションを行った結果、変更範囲内でポーラー・レンジが５％以下の研磨条件の組み合わせが複数存在する場合に、これらの中からポーラー・レンジＲpの値が最小となる条件値を選択し、加工プログラムの該当部分をその条件値に置き換えて、研磨加工を実行する加工条件を自動生成するように構成してもよい。例えば、前述した研磨レシピにあっては、研磨パッドの揺動速度Ｖ_sについてのみ、入力された当初の条件値Ｖ_s＝６２[mm/sec]から、ポーラー・レンジＲpが変更範囲内で最小のＲp＝１．０％となるＶ_s＝６０[mm/sec]に置換して、最適化した加工条件を自動生成する。そして自動生成された加工条件の研磨レシピについて、変更した条件値を明示して研磨加工の実行可否を求める。このような構成によれば、さらにオペレータの作業負担を軽減して容易に研磨量分布の非対称性を抑制した研磨レシピで基板の研磨加工を実行することが可能である。

従って、以上説明したような研磨装置によれば、たとえ当初入力された加工プログラムの研磨レシピが、研磨量分布において非対称性を生じるおそれが高い加工条件の組み合わせであったとしても、高額なモニター・ウェーハを多数消費するテスト加工を繰り返すことなく、時間及びコストを削減して生産性の高い研磨装置を提供することができる。

基板に対する研磨パッドの任意点の走行軌跡を示す説明図である。本発明を適用した研磨装置の構成を略示する説明図である。入力された研磨条件における、(ａ)走行軌跡の密度分布に基づいて算出したシミュレーション・データ、(ｂ)実際に研磨加工を行った基板の研磨量の面分布の測定データである。図３(ｂ)に示した実加工基板の研磨量の分布をグラフ化した測定データである。研磨条件を変更した場合のポーラー・レンジのシミュレーション・データである。研磨条件を最適化した場合における、(ａ)走行軌跡の密度分布に基づいて算出したシミュレーション・データ、(ｂ)実際に研磨加工を行った基板の研磨量の面分布の測定データである。図６(ｂ)に示した実加工基板の研磨量の分布をグラフ化した測定データである。

符号の説明

１研磨装置
１０基板回転機構
２０パッド回転機構
２３研磨パッド
３０ヘッド移動機構
３５アーム揺動機構（揺動機構）
４０スラリー供給装置
５０制御装置
６０表示装置
４０スラリー給機構
５０制御装置
Ｌ走行軌跡
Ｗ基板

Claims

基板を保持して回転させる基板回転機構と、前記基板よりも小径に形成され前記基板と対向姿勢で配設される研磨パッドを回転させるパッド回転機構と、相対回転される前記基板の被研磨面と前記研磨パッドの研磨面とを当接させた状態で前記基板に対して前記研磨パッドを相対揺動させる揺動機構と、前記基板の回転、前記研磨パッドの回転及び前記基板に対する前記研磨パッドの相対揺動を制御して前記基板の研磨加工を制御する制御装置とを備えて構成される研磨装置において、
前記制御装置は、研磨加工の加工条件が入力されたときに、入力された前記加工条件における前記基板の回転速度、前記研磨パッドの回転速度、前記基板に対する前記研磨パッドの相対揺動範囲及び相対揺動速度に基づいて、前記被研磨面上における前記研磨面の各部の走行軌跡を積算して前記被研磨面上における前記走行軌跡の分布密度を算出し、算出された前記分布密度の円周方向のばらつきが予め設定された所定の基準値を超えると判断された場合に警報作動を行うように構成したことを特徴とする研磨装置。
前記加工条件を表示する表示装置を備え、
前記制御装置は、前記分布密度の円周方向のばらつきが予め設定された所定の基準値を超えると判断された場合に、前記基板の回転速度を複数段階に変化させた場合について、前記被研磨面上における前記走行軌跡の分布密度を算出し、算出された前記分布密度の円周方向のばらつきが前記基準値以下となる前記基板の回転速度を前記表示装置に表示するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
前記加工条件を表示する表示装置を備え、
前記制御装置は、前記分布密度の円周方向のばらつきが予め設定された所定の基準値を超えると判断された場合に、前記基板に対する前記研磨パッドの相対揺動速度を複数段階に変化させた場合について、前記被研磨面上における前記走行軌跡の分布密度を算出し、算出された前記分布密度の円周方向のばらつきが前記基準値以下となる前記研磨パッドの相対揺動速度を前記表示装置に表示するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
前記加工条件を表示する表示装置を備え、
前記制御装置は、前記分布密度の円周方向のばらつきが予め設定された所定の基準値を超えると判断された場合に、前記基板の回転速度及び前記研磨パッドの相対揺動速度をともに複数段階に変化させて組み合わせた場合について、前記被研磨面上における前記走行軌跡の分布密度を算出し、算出された前記分布密度の円周方向のばらつきが前記基準値以下となる前記基板の回転速度と前記研磨パッドの相対揺動速度との組み合わせを前記表示装置に表示するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
前記複数段階に変化させて算出した前記分布密度の円周方向のばらつきが前記基準値以下となる前記基板の回転速度と前記研磨パッドの相対揺動速度との組み合わせが前記算出した範囲内に複数条件ある場合に、前記分布密度の円周方向のばらつきが最小となる条件を選択して前記表示装置に表示するように構成したことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の研磨装置。
前記入力された加工条件のうち、前記基板の回転速度と前記研磨パッドの相対揺動速度との組み合わせを、前記選択された前記分布密度の円周方向のばらつきが最小となる条件に置き換えて、前記研磨加工を実行する加工条件を自動生成するように構成したことを特徴とする請求項５に記載の研磨装置。