JP5446192B2 - 研磨装置、研磨レート推定方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、研磨装置、研磨レート推定方法、研磨レートを推定するためのプログラムおよびデータ処理装置に関するものである。

研磨装置の研磨レートを推定する手法は様々に提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。特許文献１に記載されている研磨レート推定手法は、研磨対象物を研磨する研磨部材を回転させるためのモーターの回転トルク電流を利用して研磨レートを推定するものである。また、特許文献２に記載されている研磨レート推定手法は、研磨対象物に対する研磨部材の押圧力や、研磨部材を回転させるためのモーターの通電電流や、研磨部材の研磨部分の検出温度の平均値等の複数の要素を利用して、研磨レートを推定するものである。

特開２００４−１０６１２３号公報 特開２００５−３４２８４１号公報

ところで、研磨により発生する単位時間当たりの熱量と、研磨レートとはほぼ一対一の関係にある。このため、研磨レートの推定精度を高めるためには、研磨による発熱量の情報は重要である。しかしながら、特許文献１の手法では、研磨レートを推定する際に、モーターの回転トルク電流を利用し、熱に関する情報は全く利用していない。このため、研磨レートの推定精度が不十分である。

これに対して、特許文献２の手法では、研磨レートを推定する際に、熱の情報として、研磨中における研磨部分の検出温度の平均値を利用している。しかしながら、この特許文献２の手法による研磨レートの推定精度でも満足できるものではなかった。すなわち、研磨部分の検出温度の平均値は、研磨による熱の発生量を正確に表す情報ではないからである。つまり、研磨により発生した熱量が同じでも、研磨開始時の研磨部分の温度が低い場合には、研磨部分の温度の平均値は低くなり、反対に、研磨開始時の研磨部分の温度が高い場合には、研磨部分の温度の平均値は高くなる。換言すれば、研磨により発生した熱量が同じでも、研磨開始時の研磨部分の温度の違いによって、研磨部分の温度の平均値が異なる。つまり、上記したように、研磨部分の検出温度の平均値は、研磨による熱の発生量を正確に表す情報ではない。このため、研磨部分の温度の平均値を利用しても、満足な研磨レートの推定精度を得ることができなかった。

本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、研磨レートのより高い推定精度を得ることができる研磨装置、研磨レート推定手法、プログラム、データ処理装置を提供することにある。

本発明の研磨装置は、
研磨による発熱量の情報を利用して研磨レートを推定する研磨レート推定部が設けられており、
前記研磨レート推定部は、研磨による発熱量の情報として、研磨開始時の研磨部分温度に対する、その後の研磨中の研磨部分温度の上昇量の情報と、研磨開始時からの研磨中の研磨部分温度の変化傾向を表す情報と、研磨開始時の研磨部分温度の情報とのうちの一つ以上の情報を、研磨レートの推定に利用し、
前記研磨レート推定部は、研磨部分温度の検出値に基づいて研磨開始時の研磨部分温度の時間的な変化を表す所定の近似式パラメータを推定し、当該パラメータと前記研磨開始時の研磨部分温度に対するその後の研磨中の研磨中の部分温度の上昇量の情報と、研磨開始時の研磨部分温度の情報とのうちの一つ以上の情報を、研磨による発熱量の情報として検出し、当該検出した情報を研磨レートの推定に利用している。

また、本発明の研磨レート推定方法は、
研磨による発熱量の情報を利用して研磨レートを推定し、
前記研磨による発熱量の情報として、研磨開始時の研磨部分温度に対する、その後の研磨中の研磨部分温度の上昇量の情報と、研磨開始時からの研磨中の研磨部分温度の変化傾向を表す情報と、研磨開始時の研磨部分温度の情報とのうちの一つ以上の情報を利用して、研磨レートを推定し、
研磨部分温度の検出値に基づいて研磨開始時からの研磨部分温度の時間的な変化を表す所定の近似パラメータを推定し、
当該パラメータと、前記研磨開始時の研磨部分温度に対するその後の研磨中の研磨部分温度の上昇量の情報と、前記研磨開始時の研磨部分温度の情報とのうちの一つ以上の情報を前記研磨による発熱量の情報として検出し、
当該検出した情報を利用して研磨レートを推定する。

本発明によれば、研磨レートの推定精度を高めることができる。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。

本発明に係る実施形態の研磨装置は、図４（ａ）に示すように、研磨レート推定部Ｋを有している。当該研磨レート推定部Ｋは、研磨により発生した熱量の情報を利用して研磨レートを推定する構成を有している。

この実施形態の研磨装置では、研磨による発熱量の情報を検出し、研磨レート推定部Ｋが、その検出した情報に基づいて研磨レートを推定する。

また、本発明に係る実施形態のデータ処理装置は、図４（ｂ）に示されるように、研磨レート推定部Ｋを有している。当該研磨レート推定部Ｋは、予め与えられているプログラムに従って、研磨により発生した熱量の情報を利用して研磨レートを推定する構成を有している。このデータ処理装置では、研磨装置の研磨により発生した熱量の情報を取り込み、研磨レート推定部Ｋが、予め与えられているプログラムに従って、その取り込んだ情報に基づいて研磨レートを推定する。

上記実施形態の研磨装置およびデータ処理装置では、それぞれ、研磨による発熱量の情報を利用して研磨レートを推定している。研磨による単位時間当たりの発熱量は、研磨レートとほぼ一対一の関係にある。このため、研磨による発熱量の情報を利用することによって、研磨レートの推定精度を高めることができる。

図１（ａ）には本発明の研磨装置に係る半導体ウェハの研磨装置の一実施形態の構造的な主要構成部分が模式的に示されている。この研磨装置１はＣＭＰ（Chemical-Mechanical-Polishing）装置(化学機械的研磨装置)である。当該研磨装置１は、研磨機構部Ｓと、当該研磨機構部Ｓの動作を制御する制御装置Ｍとを有して構成されている。その研磨機構部Ｓは、研磨テーブル２と、テーブルモータ３と、ウェハホルダー４と、ホルダーモータ５と、ドレッサーヘッド６と、ドレッサーモータ７と、研磨液供給ノズル８と、温度検出手段９とを有して構成されている。

研磨テーブル２の上面には、研磨対象部材である半導体ウェハＷを研磨する研磨部材である研磨パッド１０が設けられている。テーブルモータ３はその研磨パッド１０が配設されているテーブル面（研磨パッド形成面）に垂直な研磨テーブル中心軸を中心にして研磨テーブル２を回転させるものである。ウェハホルダー４は、研磨テーブル２の上方側に配置されている。当該ウェハホルダー４は、研磨テーブル２の研磨パッド形成面に対向するウェハ搭載面４ａを有している。そのウェハ搭載面４ａには、例えば、静電チャック手法等の保持手法により半導体ウェハＷが保持される。ホルダーモータ５は、そのウェハ搭載面４ａに垂直なウェハホルダー中心軸を中心にしてウェハホルダー４を回転させるものである。この研磨装置１には、上記ウェハホルダー４を研磨テーブル２に対して進退方向に移動させるウェハホルダー移動手段（図示せず）が設けられている。

ドレッサーヘッド６は、ウェハホルダー４の横側に当該ウェハホルダー４と共に研磨テーブル２の上方側に配置されている。当該ドレッサーヘッド６は、研磨テーブル２の研磨パッド１０に向き合う部分を有し、当該部分には、研磨パッド１０をドレッシングする部材が設けられている。ドレッサーモータ７はドレッサーヘッド６を回転させるものである。この研磨装置１には、ドレッサーヘッド６を研磨テーブル２の研磨パッド形成面に対して進退方向に移動させるドレッサー用移動手段（図示せず）が設けられている。

研磨液供給ノズル８は、研磨液であるスラリーを研磨テーブル２の研磨パッド１０に供給するノズルである。温度検出手段９は、研磨テーブル２の上部の温度を検出するものであり、例えば、赤外線温度センサ等により構成される。

このような研磨機構部Ｓでの研磨は次のように行われる。すなわち、研磨中には、研磨液供給ノズル８から研磨パッド１０に研磨液（スラリー）が供給される。また、テーブルモータ３によって研磨テーブル２が回転している。さらに、研磨対象物である半導体ウェハＷは、ウェハホルダー４のウェハ搭載面４ａに保持されている。そのウェハホルダー４は、ホルダーモータ５によって回転し、かつ、ウェハホルダー移動手段によって研磨テーブル２に所定の押圧力で押し付けられている。つまり、半導体ウェハＷは、研磨液が供給され、かつ、回転している研磨パッド１０に押し付けられることにより、研磨パッド１０による機械的な研磨と、研磨液（スラリー）による化学的な研磨とによって、研磨される。

また、研磨の後には（例えば１枚の半導体ウェハＷの研磨が終了する度に）、研磨パッド１０のドレッシングが行われる。つまり、ドレッサー用移動手段によってドレッサーヘッド６を研磨パッド１０に押し付ける。そして、ドレッサーモータ７により回転しているドレッサーヘッド６によって、テーブルモータ３によって回転している研磨パッド１０上の研磨くず等のゴミが除去される。

制御装置Ｍは、図１（ｂ）に示すように、測定レート検出部１５と、記憶部１６と、データ取得部１７と、時計機構１８と、研磨制御部１９と、ドレッシング制御部２０と、研磨レート推定部２１とを有して構成されている。

研磨制御部１９は、予め定められた研磨動作用の制御手順を実行させるために記憶部１６に格納されたプログラムに従って、研磨機構部Ｓの研磨動作を制御する。つまり、研磨制御部１９は、上記プログラムに従って、前記モータ３，５やウェハホルダー移動手段等を制御して、研磨機構部Ｓに半導体ウェハＷを研磨させる構成を備えている。上記研磨動作用の制御手順には様々な手順があり、ここでは、その何れの手順でもって研磨動作が行われてもよく、その説明は省略する。なお、この実施形態では、研磨制御部１９は、研磨中には、テーブルモータ３およびホルダーモータ５が予め定められた一定の回転数でもって回転駆動するように当該モータ３，５の回転を制御する。

ドレッシング制御部２０は、予め定められたドレッシング動作用の制御手順を実行させるために記憶部１６に格納されたプログラムに従って、ドレッサーヘッド６により研磨パッド１０のドレッシングを行わせる構成を備えている。上記ドレッシング動作用の制御手順には様々な手順があり、ここでは、その何れの手順でもってドレッシング動作が行われてもよく、その説明は省略する。なお、この実施形態では、ドレッシング制御部２０は、ドレッシング中に、ドレッサーモータ７が予め定められた一定の回転数でもって回転駆動するように当該ドレッサーモータ７の回転を制御する。

データ取得部１７は、記憶部１６に格納されているプログラムに従って、例えば次のように動作する。例えば、データ取得部１７は、研磨制御部１９の制御動作情報等に基づいて研磨が開始されたことを検知したときに、当該研磨開始時に温度検出手段９により検出された温度を研磨開始時の研磨部分温度として取り込む。また、データ取得部１７は、その研磨開始後に、例えば時計機構１８を利用して予め定められた時間間隔毎に（所定のサンプリング周期で）温度検出手段９の検出温度を研磨部分温度として取り込む。さらに、データ取得部１７は、そのように温度を検出する度に、当該温度が取り込まれたときの時間情報（例えば研磨開始時からの経過時間情報）を時計機構１８を利用して検出する。さらにまた、データ取得部１７は、検出した研磨部分温度と、当該温度が取り込まれたときの時間情報とを関連付け、当該温度−時間の情報を、その研磨中の半導体ウェハＷに対して付与されている識別情報に関連付けて記憶部１６に格納する。なお、研磨を開始してからの温度検出手段９の検出温度（つまり、回転テーブル２の上部の検出温度）の時間的な変化は、例えば、図２のグラフに示されるように変化する。つまり、研磨が開始されると、当該研磨によって熱が発生し、当該熱によって回転テーブル２の温度（研磨部分温度）は上昇し始める。その温度の上昇傾向は、回転テーブル２の温度が低いときには大きいが、回転テーブル２の温度が高くなるに従って小さくなっていき、図２の例では、研磨終了に近付いた頃には、ほぼ一定値に安定化したような状態となる。

また、データ取得部１７は、テーブルモータ３とホルダーモータ５とドレッシングモータ７のそれぞれの回転トルクデータを取り込む構成を有する。研磨装置１には、それらモータ３，５，７のそれぞれの回転トルクデータを取り込むために、トルク検出器や、モータ３，５，７の通電電流を回転トルクデータとして取り込むための電流計等のトルク検出手段（図示せず）が設けられている。データ取得部１７は、例えば研磨制御部１９の制御動作情報等に基づいて研磨が開始されることを検知したときに、テーブルモータ３およびホルダーモータ５が回転駆動する前に、前記トルク検出手段からの出力値を取り込む。また、データ取得部１７は、研磨開始以降に、前記研磨部分温度の取り込みと同様に、例えば時計機構１８を利用して予め定められた時間間隔毎に、前記トルク検出手段の検出値を回転トルクデータとして取り込む。そして、データ取得部１７は、取り込んだ回転トルクデータを、当該データが取り込まれたときの時間情報（例えば研磨開始時からの経過時間情報）に関連付ける。さらに、データ取得部１７は、その関連付けられたモータ３，５のそれぞれに関する回転トルクデータ−時間の情報を、それぞれ、その研磨中の半導体ウェハＷの識別情報に関連付けて記憶部１６に格納する。なお、この実施形態では、テーブルモータ３およびホルダーモータ５は、研磨中には、予め定められた一定の回転数でもって回転駆動するように研磨制御部１９により回転制御が成される構成と成している。このため、研磨開始以降の研磨パッド１０と半導体ウェハＷとの摩擦係数の変化に応じてテーブルモータ３およびホルダーモータ５のそれぞれの回転トルク（通電電流）は変化する。換言すれば、テーブルモータ３およびホルダーモータ５のそれぞれの回転トルクは、研磨中の半導体ウェハＷの研磨面の表面粗さと関係して変化する。その研磨中の半導体ウェハＷの研磨面の表面粗さは研磨レートに関係している。すなわち、上記モータ３，５の回転トルクデータは、研磨レートと関係のある物理量である。

さらに、データ取得部１７は、例えば研磨制御部１９の制御動作情報に基づいて研磨終了を検知したときには、時計機構１８からの時間情報に基づいて、その研磨に要した時間（研磨時間）を検出する。そして、データ取得部１７は、その検出した研磨時間の情報を、研磨が終了した半導体ウェハＷの識別情報に関連付けて記憶部１６に格納する。

さらに、データ取得部１７は、例えばドレッシング制御部２０の制御動作情報に基づいてドレッシング動作が開始されることを検知したときに、ドレッサーモータ７が回転駆動する前の前記トルク検出手段の検出値を取り込む。また、データ取得部１７は、引き続き、ドレッシング開始以降のドレッサーモータ７の回転トルクデータを前記トルク検出手段を利用して取り込む。データ取得部１７は、その回転トルクデータの取り込みに関しても、前記モータ３，５の回転トルクデータの取り込みと同様に、例えば時計機構１８を利用して予め定められた時間間隔毎に取り込む。そして、データ取得部１７は、取り込んだ回転トルクデータを、当該データが取り込まれたときの時間情報（例えばドレッシング開始時からの経過時間情報）に関連付ける。さらに、データ取得部１７は、その関連付けられた回転トルクデータ−時間の情報をそのドレッシング工程の前で研磨されていた半導体ウェハＷの識別情報に関連付けて記憶部１６に格納する。

なお、研磨パッド１０の表面状態は研磨を行うに従って変化する。また、ドレッサーモータ７は、所定の一定の回転数でもって回転駆動するようにドレッシング制御部２０によって制御される。このため、ドレッサーモータ７の回転トルクデータ（通電電流量）は、その研磨パッド１０の表面状態の変化に応じて変化する。研磨パッド１０の表面状態は半導体ウェハＷの研磨レートに関係しているから、ドレッサーモータ７の回転トルクデータは、研磨レートと関係のある物理量である。

測定レート検出部１５は、記憶部１６に予め格納されたプログラムに従って次のように動作する。例えば、測定レート検出部１５は、次のような研磨量測定値に基づいて研磨レートの測定値（実測の研磨レート）を算出し、当該算出した実測の研磨レートの情報を記憶部１６に書き込む。すなわち、予め研磨レートを測定すると定められた半導体ウェハＷは、研磨前と研磨後のそれぞれの厚みが例えばレーザー三角測量方式の厚み測定装置により測定される。その測定された研磨前後の厚み差分が研磨量測定値として検出される。当該研磨量測定値は、研磨装置１とは別の装置で算出されて研磨装置１の制御装置Ｍに入力される構成であってもよいし、研磨前後のそれぞれの厚みの測定値を入力して制御装置Ｍで算出させる構成としてもよい。このような研磨量測定値は、当該測定値を得た半導体ウェハＷの識別情報と共に測定レート検出部１５に加えられる。

測定レート検出部１５は、上記研磨量測定値と半導体ウェハＷの識別情報を受け取ると、その半導体ウェハＷの識別情報と同じ識別情報に関連付けられている前記研磨時間の情報を記憶部１６から読み出す。そして、測定レート検出部１５は、受け取った研磨量測定値を、記憶部１６からの研磨時間で割って、研磨レートを算出する。さらに、測定レート検出部１５は、その算出した研磨レートを実測研磨レート情報として、算出に使用した研磨量測定値および研磨時間の情報に関連付けられている半導体ウェハＷの識別情報に関連付けて記憶部１６に格納する。

研磨レート推定部２１は、図１（ｂ）の実線に示すように、モデル式作成部２４と、発熱量情報検出部２５と、モータ回転情報検出部２６と、研磨レート算出部２７とを有して構成されている。それら各構成部２４〜２７は、それぞれ、記憶部１６に予め格納されているプログラムに従って次のように動作する。

発熱量情報検出部２５は、次のようにして、研磨による発熱量の情報を検出する構成を有する。例えば、発熱量情報検出部２５は、半導体ウェハＷの識別情報に基づいて、半導体ウェハＷ毎の温度−時間の情報を記憶部１６から読み出す。そして、発熱量情報検出部２５は、その読み出した温度−時間の情報に基づいて、研磨開始から研磨終了までの時間の経過による研磨部分温度の変化を表す近似式を半導体ウェハＷ毎に検出する。その近似式の検出手法には様々な手法があり、何れの手法を用いてもよいが、その一例を挙げると、例えば最小二乗法がある。例えば、研磨開始から研磨終了までの時間の経過による研磨部分温度の変化をグラフに表すと、図２のような曲線となる。この研磨部分温度Ｔの時間変化を表す曲線は、例えば、式（１）に示すような近似式で表すことができる。

Ｔ＝（Ｔ２−Ｔ１）｛１−exp（−ｔ／τ）｝＋Ｔ１・・・・・・（１）
なお、式（１）中のＴ１は研磨開始時の研磨部分温度である。Ｔ２は研磨終了時の研磨部分温度である。ｔは研磨開始時からの経過時間である。τは熱時定数である。

ところで、研磨により発生した熱量の情報として、研磨開始時の研磨部分温度に対する研磨終了時の研磨部分温度の上昇量（Ｔ２−Ｔ１）を利用することが考えられる。しかし、研磨により発生した熱は、その全てが研磨部分に吸熱されて当該研磨部分の温度を上昇させるのではなく、その一部は放熱される。このため、研磨により発生した熱量の情報としては、上記放熱量に関する情報が含まれることがより好ましい。その放熱量は、研磨部分の温度が高くなるに従って大きくなるというように研磨部分の温度によって異なる。このため、研磨による発熱量が同じでも、研磨部分の温度によって研磨部分の温度上昇傾向は異なる。これにより、研磨中の研磨部分の温度は、研磨レートが一定で研磨による発熱量が同じでも、前記図２に示されるように変化する。また、研磨部分の時間的な温度変化傾向は、研磨開始時の研磨部分温度が異なると、研磨レートが等しくて研磨による発熱量が同じであるのにも拘わらず、図３の実線Ｌ１と点線Ｌ２に示されるように、異なる。このようなことから、放熱量の情報として、研磨開始時の研磨部分温度の情報Ｔ１や、研磨開始時からの研磨中の研磨部分温度の変化傾向を表す情報τを用いることが考えられる。

つまり、研磨による発熱量の情報としては、上記研磨開始時の研磨部分温度に対する研磨終了時の研磨部分温度の上昇量（Ｔ２−Ｔ１）のみを用いるか、あるいは、その上昇量（Ｔ２−Ｔ１）に、上記研磨開始時の研磨部分温度の情報Ｔ１と上記研磨部分温度の変化傾向の情報τとのうちの一方又は両方を加えた情報を用いることが考えられる。また、研磨による発熱量の情報として、放熱量の情報のみを用いることも考えられる。つまり、研磨による発熱量の情報として、上記研磨開始時の研磨部分温度の情報Ｔ１と上記研磨部分温度の変化傾向の情報τとのうちの一方又は両方のみを用いることが考えられる。

このことから、発熱量情報検出部２５は、上記のように検出された近似式の中の、（Ｔ２−Ｔ１）とτとＴ１とのうちの一つ以上の情報を研磨による発熱量の情報として検出する。

発熱量情報検出部２５は、そのように検出した半導体ウェハＷ毎の研磨による発熱量の情報をそれぞれ当該半導体ウェハＷの識別情報に関連付けて記憶部１６に格納する。

モータ回転情報検出部２６は、例えば、各半導体ウェハＷ毎に、各半導体ウェハＷの研磨が開始されてから終了するまでにサンプリングされたテーブルモータ３とホルダーモータ５のそれぞれの回転トルクデータ（通電電流）の統計的な代表値を検出する。つまり、モータ回転情報検出部２６は、半導体ウェハＷ毎に、各半導体ウェハＷの識別情報に基づいて、研磨開始から研磨終了までにサンプリングされたテーブルモータ３とホルダーモータ５のそれぞれの回転トルクデータを記憶部１６から読み出す。そして、モータ回転情報検出部２６は、その読み出した回転トルクデータに基づいて、各半導体ウェハＷ毎に、研磨開始時からの研磨中のテーブルモータ３とホルダーモータ５のそれぞれの回転トルクデータの統計的な代表値を検出する。統計的な代表値には、平均値や、中央値や、最頻値を始め複数種あり、何れを採用してもよいが、例えば、ここでは、平均値を統計的な代表値として検出する。

モータ回転情報検出部２６は、その検出したテーブルモータ３とホルダーモータ５のそれぞれの回転トルクデータの統計的な代表値（例えば平均値）から、それぞれ、研磨を開始する前に検出した停止中の各モータ３，５に対応する前記トルク検出手段の出力値を差し引いた値を算出する。つまり、ゼロ点補正を行う。そして、モータ回転情報検出部２６は、それら算出した値を、それぞれ、当該値の算出に使用した回転トルクデータに関連付けられている半導体ウェハＷの識別情報に関連付けてモータ回転情報として記憶部１６に格納する。

また、モータ回転情報検出部２６は、各半導体ウェハＷの識別情報にそれぞれ関連付けられているドレッサーモータ７の回転トルクデータを各半導体ウェハＷ単位で記憶部１６から読み出す。そして、モータ回転情報検出部２６は、読み出した回転トルクデータに基づいてドレッシング中におけるドレッサーモータ７の回転トルクデータの統計的な代表値（例えば平均値）を検出する。そして、モータ回転情報検出部２６は、その検出したドレッサーモータ７の回転トルクデータの統計的な代表値（例えば平均値）から、ドレッシングを開始する前に検出された停止中のドレッサーモータ７の前記トルク検出手段の出力値を差し引いた値を算出する。つまり、ゼロ点補正を行う。モータ回転情報検出部２６は、その算出した値をモータ回転情報として、当該値の算出に使用した回転トルクデータに関連付けられている半導体ウェハＷの識別情報に関連付けて、記憶部１６に格納する。

この実施形態では、上記のように検出されたモータ回転情報が、研磨レートを推定する際に、研磨による発熱量の情報以外の所定の物理量の情報として、後述のように用いられる。

モデル式作成部２４は、予め記憶部１６に格納されているプログラムに従って、次のように動作して回帰分析のモデル式を作成して、当該モデル式を記憶部１６に格納する。例えば、モデル式作成部２４は、測定レート検出部１５によって記憶部１６に格納された実測研磨レート情報を読み出す。また、モデル式作成部２４は、その実測研磨レート情報に関連付けられている半導体ウェハＷの識別情報と同じ識別情報に関連付けられている前記研磨による発熱量の情報と、モータ３，５，７のモータ回転情報とを、それぞれ、記憶部１６から読み出す。換言すれば、モデル式作成部２４は、半導体ウェハＷ毎に、前記実測研磨レート情報と、研磨による発熱量の情報と、モータ３，５，７のモータ回転情報とを、記憶部１６から読み出す。

モデル式作成部２４は、上記のように記憶部１６から読み出した情報に基づいて、研磨レートを目的変数（Ｙ）とし、次に示すような変数を説明変数（Ｘ１，．．．Ｘ６）とした回帰分析のモデル式を作成する。ここでの説明変数は、前記上昇量（Ｔ２−Ｔ１）（（Ｔ２−Ｔ１）＝Ｘ1）と、前記研磨部分温度の変化傾向を表す値τ（τ＝Ｘ２）と、研磨開始時の研磨部分温度Ｔ１（Ｔ１＝Ｘ３）とのうちの一つ以上である。さらに、ここでは、説明変数として、テーブルモータ３のモータ回転情報Ｘ４と、ホルダーモータ５のモータ回転情報Ｘ５と、ドレッシングモータ７のモータ回転情報Ｘ６とをも用いられる。

モデル式作成部２４は、前記のように記憶部１６から読み出した情報に基づいて、回帰分析のモデル式の係数を例えば最小二乗法により求めて、研磨レートを推定するためのモデル式を作成する。モデル式作成部２４は、その作成したモデル式を記憶部１６に格納する。なお、上記上昇量（Ｔ２−Ｔ１）と、温度変化傾向を表す値τと、研磨開始時の研磨部分温度Ｔ１とのうちの少なくとも何れか二つの相関関係が高い場合には、回帰分析によるモデル式を作成することが難しい。このため、それら相関関係の高い情報のうちの何れか一つのみを使ったモデル式を作成する。

研磨レート算出部２７は、予め記憶部１６に格納されているプログラムに従って、次のように研磨レートを算出する。例えば、研磨レート算出部２７は、研磨レート推定対象の研磨が行われているときに検出された研磨部分温度に基づいた発熱量情報検出部２５による前記発熱量の情報を記憶部１６から読み出す。また、研磨レート算出部２７は、研磨レート推定対象の研磨が行われているときに検出された回転トルクデータに基づいたモータ回転情報検出部２６によるモータ回転情報を記憶部１６から読み出す。当該記憶部１６からの読み出しには、その研磨レート推定対象の研磨が行われた半導体ウェハＷの識別情報が利用される。

また、研磨レート算出部２７は、記憶部１６から前記回帰分析のモデル式を読み出す。そして、研磨レート算出部２７は、前記のように読み出した情報の数値を、それぞれ、前記モデル式の該当する変数に代入する。これにより、研磨レート算出部２７は、モデル式に基づいて研磨レートを算出する。

この実施形態の研磨装置１では、研磨レートとほぼ一対一の関係にある研磨による発熱量の情報を用いて研磨レートを推定している。このため、研磨レートの推定精度を高めることができる。

また、この実施形態の研磨装置１では、上記研磨による発熱量の情報だけでなく、さらに、研磨レートと関係のあるモータ回転情報をも利用して研磨レートを推定しているので、非常に高い研磨レートの推定精度を得ることができる。

なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、この実施形態の構成に加えて、図１（ｂ）の点線に示される温度代表値処理部２８を設けてもよい。この温度代表値処理部２８は、記憶部１６に予め格納されているプログラムに従って次のように動作する。つまり、温度代表値処理部２８は、研磨開始から研磨終了までにサンプリングされた研磨部分温度を半導体ウェハＷ毎に読み出す。そして、温度代表値処理部２８は、その読み出した研磨部分温度に基づいて各半導体ウェハＷ毎に研磨中の研磨部分温度の代表値（例えば平均値）を検出する。さらに、温度代表値処理部２８は、その検出した研磨部分温度の代表値の情報を、当該代表値に対応する半導体ウェハＷの識別情報に関連付けて記憶部１６に格納する。

このような温度代表値処理部２８が設けられている場合には、モデル式作成部２４は、研磨部分温度の代表値をも利用した回帰分析のモデル式を作成する。また、研磨レート算出部２７は、その研磨部分温度の代表値をも用いて研磨レートを算出する。

このように研磨部分温度の代表値をも用いて研磨レートを算出することによって、研磨レートの推定精度をさらに高めることができる。

また、上記実施形態では、研磨レート推定部２１の発熱量情報検出部２５は、研磨中の研磨部分温度の時間的な変化を表す近似式を検出し、当該検出した近似式に基づいて、研磨による発熱量の情報を検出していた。これに対して、研磨による発熱量の情報として熱時定数τを利用しない場合には、発熱量情報検出部２５は、上記近似式を用いずに、研磨による発熱量の情報を検出してもよい。例えば、発熱量情報検出部２５は、温度検出手段９により実測された研磨開始時の研磨部分温度Ｔ１と、研磨終了時の研磨部分温度Ｔ２とによって、研磨による発熱量の情報としての前記上昇量（Ｔ２−Ｔ１）を算出してもよい。また、発熱量情報検出部２５は、温度検出手段９により実測された研磨開始時の研磨部分温度Ｔ１をそのまま、研磨による発熱量の情報の一つとして検出してもよい。

さらに、上記実施形態の研磨装置１では、研磨による発熱量の情報と、研磨レートと関係のあるモータ回転情報とを利用して研磨レートの推定を行っていた。これに対して、研磨による発熱量の情報だけを用いて研磨レートを算出してもよい。この場合には、発熱量情報検出部２５により検出される情報と、前記温度代表値処理部２８により検出される情報とを利用して研磨レートを算出する。

さらに、モータ回転情報検出部２６は、モータ３，５，７の回転トルクデータの統計的な代表値に代えて、次のような情報をモータ回転情報（研磨レートと関係のある所定の物理量の情報）を検出してもよい。例えば、モータ回転情報検出部２６は、サンプリングされたモータ３，５のそれぞれの回転トルクデータに基づいて、研磨中のモータ３，５の回転トルクデータの時間的な変化を表す近似式を検出する。また同様に、モータ回転情報検出部２６は、サンプリングされたドレッサーモータ７の回転トルクデータに基づいて、ドレッシング中のドレッサーモータ７の回転トルクデータの時間的な変化を表す近似式を検出する。そして、モータ回転情報検出部２６は、それら検出した近似式の係数をモータ回転情報として検出する。

さらに、この実施形態では、モータ３，５，７の全ての回転トルクデータを所定の物理量の情報として研磨レートの推定に利用していた。これに対して、モータ３，５，７のうちの予め選択された一つのモータの回転トルクデータを研磨レートの推定に利用してもよい。あるいは、それらモータ３，５，７のうちの予め選択された二つのモータの回転トルクデータを研磨レートの推定に利用してもよい。

さらに、研磨テーブル２に対するドレッサーヘッド６の押圧力が予め定められた所定の圧力となるように例えばドレッサー移動手段の移動量が制御される場合がある。この場合には、ドレッサー移動手段の移動量を検出する例えばレーザ変位計等を設けてドレッサー移動手段の移動量を検出し、当該移動量を前記所定の物理量の情報として研磨レートの推定に利用してもよい。

さらに、上記実施形態では、研磨レート算出部２７は、研磨レート推定対象の研磨が終了した以降に、その研磨の開始から終了までにサンプリングされた研磨部分温度や回転トルクデータに基づいて研磨レートを算出していた。これに対して、研磨中に、その時点までに検出された研磨部分温度や回転トルクデータに基づいて発熱量情報検出部２５とモータ回転情報検出部２６が時々刻々と検出動作を行う。そして、研磨レート算出部２７が研磨中に時々刻々と研磨レートの算出動作を行ってもよい。また、研磨部分温度や、モータ３，５の研磨中の回転トルクデータは、研磨安定期（図２参照）に入ると、安定化する。このことから、例えば、研磨開始時から、その後の研磨安定期に入った所定の時点（例えば図２の時点Ｐ参照）までにサンプリングされた情報に基づいて発熱量情報検出部２５やモータ回転情報検出部２６が検出動作を行う構成とする。そして、研磨レート算出部２７は、例えば、前記研磨安定期の時点Ｐで当該研磨中の研磨レートを算出する構成としてもよい。なお、この場合には、研磨レートの推定に、ドレッサーモータ７に関する情報を利用しない。あるいは、研磨レート推定対象の研磨の前のドレッシング中のドレッサーモータ７の情報を利用する構成とする。

さらに、この発明は、図１（ａ）に示すような研磨装置だけでなく、それ以外の研磨装置にも適用することができる。例えば、本発明は、図５に示すような構成の研磨装置３０にも適用することができる。図５に示す研磨装置３０は、研磨対象物３１を搭載する回転テーブル３２と、当該回転テーブル３２の研磨対象物搭載面３２ａに垂直な中心軸を中心にして回転テーブル３２を回転させるモータ３３とを有している。また、当該研磨装置３０は、回転テーブル３２の上方側に配置される研磨ヘッド３４と、当該研磨ヘッド３４における回転テーブル３２に向き合っている部分に設けられる研磨部材３５とを有している。さらに、研磨装置３０は、回転テーブル３２に研磨液を供給する研磨液供給ノズル３６を有している。さらに、研磨装置３０は、研磨ヘッド３４の移動機構（図示せず）を有している。当該移動機構は、研磨ヘッド３４を回転テーブル３２に対して進退方向に移動させる機能と研磨ヘッド３４を回転テーブル３２の研磨対象物搭載面３２ａに沿わせて移動させる機能とを有している。さらに、研磨装置３０は、当該装置の動作を制御する制御装置３７を有している。このような研磨装置３０にも本発明を適用することができる。このような研磨装置３０においても、本発明を適用することによって、研磨レートの推定精度を高めることができる。

さらに、上記したような研磨レートの推定に関わる制御構成部分、つまり、測定レート検出部１５と、記憶部１６と、データ取得部１７と、時計機構１８と、研磨レート推定部２１とを有するデータ処理装置を研磨装置とは別体に設けてもよい。

本発明に係る研磨装置である半導体ウェハの研磨装置の一実施形態を説明するための図である。 研磨中の研磨部分温度の時間的な変化例を表したグラフである。 研磨開始時の研磨部分温度の差異による研磨部分温度の温度変化の違いを表したグラフである。 本発明に係る研磨装置とデータ処理装置の各実施形態を説明するための図である。 研磨装置のその他の構成例を説明するための図である。

符号の説明

１ 研磨装置
３ テーブルモータ
５ ホルダーモータ
７ ドレッサーモータ
９ 温度検出手段
２１ 研磨レート推定部

Claims (15)

1. 研磨による発熱量の情報を利用して研磨レートを推定する研磨レート推定部が設けられており、
   前記研磨レート推定部は、研磨による発熱量の情報として、研磨開始時の研磨部分温度に対する、その後の研磨中の研磨部分温度の上昇量の情報と、研磨開始時からの研磨中の研磨部分温度の変化傾向を表す情報と、研磨開始時の研磨部分温度の情報とのうちの一つ以上の情報を、研磨レートの推定に利用し、
   前記研磨レート推定部は、研磨部分温度の検出値に基づいて研磨開始時からの研磨部分温度の時間的な変化を表す所定の近似式に含まれるパラメータを推定し、当該パラメータと前記研磨開始時の研磨部分温度に対するその後の研磨中の部分温度の上昇量の情報と、研磨開始時の研磨部分温度の情報とのうちの一つ以上の情報を、研磨による発熱量の情報として検出し、当該検出した情報を研磨レートの推定に利用することを特徴とする研磨装置。
2. 前記研磨レート推定部は、研磨による発熱量の情報として、研磨中の研磨部分温度の統計的な代表値の情報をも研磨レートの推定に利用することを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
   
3. 前記研磨レート推定部は、研磨による発熱量の情報以外の、研磨レートとモータの回転トルクの情報をも利用して研磨レートを推定する構成を有していることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の研磨装置。
4. 研磨を行う機構部には、１つ以上のモーターが設けられており、
   前記研磨レート推定部は、少なくとも一つの前記モーターの回転トルクに関する情報を前記所定の物理量の情報として研磨レートの推定に利用することを特徴とする請求項３記載の研磨装置。
5. 前記研磨レート推定部は、前記研磨による発熱量の情報を少なくとも説明変数とし、当該説明変数を検出した研磨時における実測の研磨レートの情報を目的変数として回帰分析により作成されたモデル式と、研磨レート推定対象の研磨中の少なくとも前記研磨による発熱量の情報とに基づいて、研磨レートを推定することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一つに記載の研磨装置。
6. 研磨による発熱量の情報を利用して研磨レートを推定し、
   前記研磨による発熱量の情報として、研磨開始時の研磨部分温度に対する、その後の研磨中の研磨部分温度の上昇量の情報と、研磨開始時からの研磨中の研磨部分温度の変化傾向を表す情報と、研磨開始時の研磨部分温度の情報とのうちの一つ以上の情報を利用して、研磨レートを推定し、
   研磨部分温度の検出値に基づいて研磨開始時からの研磨部分温度の時間的な変化を表す所定の近似式を構成するパラメータを推定し、
   当該パラメータと、前記研磨開始時の研磨部分温度に対するその後の研磨中の研磨部分温度の上昇量の情報と、前記研磨開始時の研磨部分温度の情報とのうちの一つ以上の情報を前記研磨による発熱量の情報として検出し、
   当該検出した情報を利用して研磨レートを推定することを特徴とする研磨レート推定方法。
7. 前記研磨による発熱量の情報として、研磨中の研磨部分温度の統計的な代表値の情報をも研磨レートの推定に利用することを特徴とする請求項６記載の研磨レート推定方法。
8. 前記研磨による発熱量の情報以外の、研磨レートと関係のある所定の物理量の情報を検出し、
   当該検出した所定の物理量の情報をも利用して研磨レートを推定することを特徴とする請求項６又は７記載の研磨レート推定方法。
9. 研磨部分に設けられている少なくとも一つのモーターの回転トルクに関する情報を前記所定の物理量の情報として研磨レートの推定に利用することを特徴とする請求項８記載の研磨レート推定方法。
10. 前記研磨による発熱量の情報を少なくとも説明変数とし、当該説明変数を検出した研磨時における実測の研磨レートの情報を目的変数として回帰分析により予め作成されたモデル式と、研磨レート推定対象の研磨中の少なくとも前記研磨による発熱量の情報とに基づいて、研磨レートを推定することを特徴とする請求項６乃至請求項９の何れか一つに記載の研磨レート推定方法。
11. 研磨による発熱量の情報を利用して研磨レートを推定し、
    研磨開始時の研磨部分温度に対する、その後の研磨中の研磨部分温度の上昇量の情報と、研磨開始時からの研磨中の研磨部分温度の変化傾向を表す情報と、研磨開始時の研磨部分の情報とのうちの一つ以上の情報を、前記研磨による発熱量の情報として利用して、研磨レートを推定し、
    研磨部分温度の検出値に基づいて研磨開始時からの研磨部分温度の時間的な変化を表す所定の近似式に含まれるパラメータを推定し、
    当該パラメータと、前記研磨開始時の研磨部分温度に対するその後の研磨中の研磨部分温度の上昇量の情報と、前記研磨開始時の研磨部分温度の情報とのうち一つ以上の情報を前記研磨による発熱量の情報として検出し、
    当該検出した情報を研磨レートの推定に利用する制御手順を、データ処理装置に実行させるためのプログラム。
12. 前記研磨による発熱量の情報として、研磨中の研磨部分温度の統計的な代表値の情報をも利用して研磨レートを推定する制御手順を、前記データ処理装置に実行させるための請求項１１記載のプログラム。
13. 前記研磨による発熱量の情報以外の、研磨レートと関係のある所定の物理量の情報をも利用して研磨レートを推定する制御手順を、前記データ処理装置に実行させるための請求項１１又は１２記載のプログラム。
14. 研磨部分に設けられている少なくとも一つのモーターの回転トルクに関する情報を前記所定の物理量の情報として利用して研磨レートを推定する制御手順を、前記データ処理装置に実行させるための請求項１３記載のプログラム。
15. 前記研磨による発熱量の情報を少なくとも説明変数とし、当該説明変数を検出した研磨時における実測の研磨レートの情報を目的変数として回帰分析により予め作成されたモデル式と、研磨レート推定対象の研磨中の少なくとも前記研磨による発熱量の情報とに基づいて、研磨レートを推定する制御手順を、前記データ処理装置に実行させるための請求項１１乃至請求項１４の何れか一つに記載のプログラム。

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