JP5557387B2 - 研磨装置及び研磨方法 - Google Patents
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Description
本発明は、研磨装置及び研磨方法に関し、例えばＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）ウエハに形成された活性層等の被処理膜を有する基板表面を研磨する研磨装置及び研磨方法に関する。
ＳＯＩウエハは、高耐性、低消費電力といった特性を得ることができ、パワーデバイスやＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）等に幅広く採用されている。図７に示すように、ＳＯＩウエハ５０は、単結晶シリコンからなる支持体用ウエハ５１上に絶縁膜５２が形成され、その上に単結晶シリコンからなる薄膜状の活性層（ＳＯＩ層）５３が形成された構造を有する。
従来、このＳＯＩウエハ５０の製造においては、例えば、図８（ａ）に示すように、先ず、支持体用ウエハ５１に、例えば熱酸化により形成したシリコン酸化膜（絶縁膜５２）を介し、活性層用ウエハ５３を貼り合わせて接着させる。
そして、この活性層用ウエハ５３を研削・研磨して薄膜化し、図８（ｂ）に示すように活性層５３とすることにより得ることができる。
そして、この活性層用ウエハ５３を研削・研磨して薄膜化し、図８（ｂ）に示すように活性層５３とすることにより得ることができる。
ところで、このＳＯＩウエハの研磨にあっては、被処理基板である複数のウエハを連続的に研磨する場合、研磨布の表面状況（目詰まり等）や研磨液の成分等の条件が変化すると、研磨レート（所定時間当たりの研磨量）が大きく変動し、研磨する研磨量のばらつきが大きくなるという課題があった。
このような課題に対し、半導体ウエハの研磨後に該研磨における研磨時間、目標膜厚値、半導体ウエハの研磨前の測定膜厚値及び研磨後の測定膜厚値から最適研磨時間を半導体ウエハの研磨毎に算出し、該研磨毎に算出した最適研磨時間を次回以降の半導体ウエハの研磨に適用し、前記１ロットの半導体ウエハの全枚数が終了するまで継続する研磨方法が知られている（例えば、特許文献１）。
このような課題に対し、半導体ウエハの研磨後に該研磨における研磨時間、目標膜厚値、半導体ウエハの研磨前の測定膜厚値及び研磨後の測定膜厚値から最適研磨時間を半導体ウエハの研磨毎に算出し、該研磨毎に算出した最適研磨時間を次回以降の半導体ウエハの研磨に適用し、前記１ロットの半導体ウエハの全枚数が終了するまで継続する研磨方法が知られている（例えば、特許文献１）。
しかしながら、特許文献１に開示の研磨方法にあっては、研磨布の目詰まり等により連続して研磨される各ウエハ間の研磨レートが変動する場合には、当該算出される最適研磨時間に誤差が生じ、研磨後の膜厚の目標値からのずれ量が大きくなるという課題があった。
一方、研磨精度を向上させるには、各ウエハに対し複数回の研磨や測定作業を実施することが好ましいが、その場合にはロット単位での処理時間が長くなり、生産性が低下するという課題があった。
一方、研磨精度を向上させるには、各ウエハに対し複数回の研磨や測定作業を実施することが好ましいが、その場合にはロット単位での処理時間が長くなり、生産性が低下するという課題があった。
本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、複数の被処理基板に対し連続的に研磨を行う研磨装置及び研磨方法において、生産性を低下することなく、研磨後の膜厚の目標値からのずれ量を小さくすることができ、高精度な研磨を行うことができる研磨装置及び研磨方法を提供することを目的とする。
前記した課題を解決するために、本発明に係る研磨装置は、複数の被処理基板に対し、連続して各基板の表面に形成された被処理膜を研磨する研磨装置であって、前記各基板における被処理膜の初期膜厚を測定する初期膜厚測定手段と、前記測定した複数の基板の被処理膜を、予め定められた基礎研磨レートから算出された研磨時間により、研磨後の被処理膜の膜厚が目標値となるように連続して１次研磨する第１研磨手段と、前記１次研磨された研磨後の被処理膜の膜厚を測定する研磨後膜厚測定手段と、前記測定した初期膜厚、研磨後の被処理膜の膜厚、及びその時の研磨時間に基づき前記１次研磨された基板毎に前記１次研磨における実研磨レートを算出し、前記算出した実研磨レートに基づき研磨順が隣接する基板間の研磨レート差を算出し、前記算出した研磨レート差が所定の有効範囲内である場合には前記１次研磨された直後の実研磨レートが有効なものとして研磨レートが更新されて適用され、前記研磨レート差が所定の有効範囲を超える場合には前記１次研磨された直後の実研磨レートは更新されず前記研磨レート差が所定の有効範囲を超える直前の実研磨レートが適用され、前記適用された研磨レートと前記測定した次に１次研磨する基板の初期膜厚、及び研磨後の被処理膜の膜厚の目標値に基づき新たに研磨時間を算出し、前記算出した研磨時間を次に１次研磨する基板の研磨時間としてフィードバックする制御を行う制御手段と、前記初期膜厚測定手段における測定結果に基づき、連続して研磨される各基板間の被処理膜の初期膜厚差が所定値以下となるように前記複数の基板を前記初期膜厚の厚さ順に並べ替えるソート手段と、を備え、前記第１研磨手段では、前記並べ替えた初期膜厚の厚さ順に被処理膜を１次研磨することを特徴とする。
尚、前記制御手段における研磨レートの更新は、前記研磨順が隣接する基板間の研磨レート差が０．１μｍ／ｍｉｎ以内である場合に行うことが望ましい。
尚、前記制御手段における研磨レートの更新は、前記研磨順が隣接する基板間の研磨レート差が０．１μｍ／ｍｉｎ以内である場合に行うことが望ましい。
このような構成によれば、連続して研磨される基板間において、研磨布の目詰まり等により連続して研磨される各ウエハ間の研磨レートが変動する場合であっても、研磨後の膜厚の目標値からのずれ量を小さくすることができる。したがって、生産性を低下することなく、研磨精度を向上することができる。
特に、前記初期膜厚測定手段における測定結果に基づき、連続して研磨される各基板間の被処理膜の初期膜厚差が所定値以下となるように前記複数の基板を前記初期膜厚の厚さ順に並べ替えるソート手段を更に備え、前記第１研磨手段では、前記並べ替えた初期膜厚の厚さ順に被処理膜を１次研磨される。
研磨前の被処理膜の初期膜厚差にバラツキがある場合には、研磨する研磨量が変動するため、研磨時間が変動し、結果、研磨レートが変動する場合がある。従って、このようなソート手段を備えることで、研磨レートの変動を抑制することができ、研磨後の膜厚の目標値からのずれ量を小さくすることができる。
また、前記した課題を解決するために、本発明に係る研磨方法は、複数の被処理基板に対し、連続して各基板の表面に形成された被処理膜を研磨する研磨方法であって、前記各基板における被処理膜の初期膜厚を測定する第１測定ステップと、前記第１測定ステップにおける測定結果に基づき、連続して研磨される各基板間の被処理膜の初期膜厚差が所定値以下となるように前記複数の基板を前記初期膜厚の厚さ順に並べ替えるソートステップと、前記測定した複数の基板の被処理膜を、前記並べ替えた初期膜厚の厚さ順に、予め定められた基礎研磨レートから算出された研磨時間により、研磨後の被処理膜の膜厚が目標値となるように連続して１次研磨する研磨ステップと、前記１次研磨された研磨後の被処理膜の膜厚を測定する第２測定ステップと、前記測定した初期膜厚、研磨後の被処理膜の膜厚、及びその時の研磨時間に基づき前記１次研磨された基板毎に前記１次研磨における実研磨レートを算出し、前記算出した実研磨レートに基づき研磨順が隣接する基板間の研磨レート差を算出し、前記算出した研磨レート差が所定の有効範囲内である場合には前記１次研磨された直後の実研磨レートが有効なものとして研磨レートが更新されて適用され、前記研磨レート差が所定の有効範囲を超える場合には前記１次研磨された直後の実研磨レートは更新されず前記研磨レート差が所定の有効範囲を超える直前の実研磨レートが適用され、前記適用された研磨レートと前記測定した次に１次研磨する基板の初期膜厚、及び研磨後の被処理膜の膜厚の目標値に基づき新たに研磨時間を算出し、前記算出した研磨時間を次に１次研磨する基板の研磨時間としてフィードバックする制御を行う制御ステップと、を備えることを特徴とする。
尚、前記制御ステップにおける研磨レートの更新は、前記研磨順が隣接する基板間の研
磨レート差が０．１μｍ／ｍｉｎ以内である場合に行うことが望ましい。
尚、前記制御ステップにおける研磨レートの更新は、前記研磨順が隣接する基板間の研
磨レート差が０．１μｍ／ｍｉｎ以内である場合に行うことが望ましい。
このような方法によれば、連続して研磨される基板間において、研磨布の目詰まり等により連続して研磨される各ウエハ間の研磨レートが変動する場合であっても、研磨後の膜厚の目標値からのずれ量を小さくすることができる。したがって、生産性を低下することなく、研磨精度を向上することができる。
特に、前記第１測定ステップにおける測定結果に基づき、連続して研磨される各基板間の被処理膜の初期膜厚差が所定値以下となるように前記複数の基板を前記初期膜厚の厚さ順に並べ替えるソートステップを更に備え、前記研磨ステップでは、前記並べ替えた初期膜厚の厚さ順に被処理膜を１次研磨される。
研磨前の被処理膜の初期膜厚差にバラツキがある場合には、研磨する研磨量が変動するため、研磨時間が変動し、結果、研磨レートが変動する場合がある。従って、このようなソートステップを備えることで、研磨レートの変動を抑制することができ、研磨後の膜厚の目標値からのずれ量を小さくすることができる。
本発明によれば、複数の被処理基板に対し連続的に研磨を行う研磨装置及び研磨方法において、生産性を低下することなく、研磨後の膜厚の目標値からのずれ量を小さくすることができ、高精度な研磨を行うことができる研磨装置及び研磨方法を得ることができる。
以下、本発明の研磨装置及び研磨方法に係る実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。図１は、本発明の研磨装置の構成を模式的に示すブロック図である。
図示する研磨装置１は、例えば、ロット単位で処理される複数枚のＳＯＩウエハＷ（以下、単にウエハＷと呼ぶ）を被処理基板とし、この被処理基板を研磨する装置である。より具体的には、各ウエハＷの表面に形成された被処理膜である活性層（ＳＯＩ層）を連続して研磨し、所定の膜厚とするための装置である。
図示する研磨装置１は、例えば、ロット単位で処理される複数枚のＳＯＩウエハＷ（以下、単にウエハＷと呼ぶ）を被処理基板とし、この被処理基板を研磨する装置である。より具体的には、各ウエハＷの表面に形成された被処理膜である活性層（ＳＯＩ層）を連続して研磨し、所定の膜厚とするための装置である。
この研磨装置１は、例えば複数枚のウエハＷが収容されたカセット５を載置し、研磨前の活性層の初期膜厚（研磨前膜厚）を測定する測定部２と、この測定部２において測定された複数のウエハＷの活性層を研磨する研磨部３とで構成される。
測定部２は、被処理基板である複数のウエハＷを収容したカセット５と、カセット５に収容された各ウエハＷに対して、その活性層の初期膜厚（研磨前膜厚）を測定する膜厚測定部６（初期膜厚測定手段）とを有する。
尚、膜厚測定部６において膜厚測定されたウエハＷは、全て一旦カセット５に戻される。
また、測定部２は、膜厚測定されたウエハＷが収容されたカセット５を研磨部３に搬送するための搬送ロボット１０を備えている。
尚、膜厚測定部６において膜厚測定されたウエハＷは、全て一旦カセット５に戻される。
また、測定部２は、膜厚測定されたウエハＷが収容されたカセット５を研磨部３に搬送するための搬送ロボット１０を備えている。
また、研磨部３は、前記測定部２から搬送ロボット１０により搬送されたカセット５が設置されてなる搬入部カセット１３と、搬入部カセット１３から順に取り出されたウエハＷに対し１次研磨を施す第１研磨部１４（第１研磨手段）を有する。また、第１研磨部１４により研磨された活性層の膜厚測定を行う膜厚測定部１５（研磨後膜厚測定手段）と、各ウエハＷに対し仕上げ研磨を施す第２研磨部１６（第２研磨手段）と、第２研磨部１６により研磨されたウエハＷを収容する搬出部カセット１７とを有する。
この研磨部３は、前記測定部２と同様に、制御部２０によって、その動作が制御されるように構成されている。
この研磨部３は、前記測定部２と同様に、制御部２０によって、その動作が制御されるように構成されている。
次に、前述した各部（各手段）について、より詳しく説明する。
測定部２における膜厚測定部６は、カセット５に収容された各ウエハＷに対し、例えば反射分光膜厚計（近赤外光（波長９００ｎｍ〜１６００ｎｍ））を用いて、その活性層の初期膜厚（研磨前膜厚）を測定するものである。
尚、ウエハ面内においては、活性層の厚さに微少なばらつきがあるため、例えば、９つの測定ポイント（例えば、ウエハ中心、Ｒ（直径）／２、外周部（外周から３ｍｍ）：図９参照）が設定されて各ポイントの膜厚測定が行われ、その測定結果が制御部２０に出力される。
制御部２０では、それら測定値の平均値又は測定した９点における(最大値＋最小値)／２で得られる値が、活性層の初期膜厚値となされる。また、測定が終了したウエハＷは一旦、カセット５に戻される。
測定部２における膜厚測定部６は、カセット５に収容された各ウエハＷに対し、例えば反射分光膜厚計（近赤外光（波長９００ｎｍ〜１６００ｎｍ））を用いて、その活性層の初期膜厚（研磨前膜厚）を測定するものである。
尚、ウエハ面内においては、活性層の厚さに微少なばらつきがあるため、例えば、９つの測定ポイント（例えば、ウエハ中心、Ｒ（直径）／２、外周部（外周から３ｍｍ）：図９参照）が設定されて各ポイントの膜厚測定が行われ、その測定結果が制御部２０に出力される。
制御部２０では、それら測定値の平均値又は測定した９点における(最大値＋最小値)／２で得られる値が、活性層の初期膜厚値となされる。また、測定が終了したウエハＷは一旦、カセット５に戻される。
また、研磨部３において、第１研磨部１４は、所定回転数で回転可能な定盤１４ａと、ウエハＷを下端に保持可能な研磨ヘッド１４ｂとを有する。
定盤１４ａには研磨布が設けられ、この定盤１４ａに対向して研磨ヘッド１４ｂが回転可能に配置されている。
この第１研磨部１４においてウエハＷを研磨する際には、制御部２０により予め定められた基礎研磨レートから算出された研磨時間により、定盤１４ａ及び研磨ヘッド１４ｂがそれぞれ所定回転数で回転され、１次研磨用の研磨剤（図示せず）が供給される。そして、ウエハＷを保持する研磨ヘッド１４ｂが定盤１４ａの研磨布に対して所定圧で押圧され、前記測定した複数のウエハＷの被処理膜に対し、研磨後の被処理膜の膜厚が目標値となるように連続して１次研磨が行われる。
定盤１４ａには研磨布が設けられ、この定盤１４ａに対向して研磨ヘッド１４ｂが回転可能に配置されている。
この第１研磨部１４においてウエハＷを研磨する際には、制御部２０により予め定められた基礎研磨レートから算出された研磨時間により、定盤１４ａ及び研磨ヘッド１４ｂがそれぞれ所定回転数で回転され、１次研磨用の研磨剤（図示せず）が供給される。そして、ウエハＷを保持する研磨ヘッド１４ｂが定盤１４ａの研磨布に対して所定圧で押圧され、前記測定した複数のウエハＷの被処理膜に対し、研磨後の被処理膜の膜厚が目標値となるように連続して１次研磨が行われる。
また、膜厚測定部１５では、近赤外光（波長９００ｎｍ〜１６００ｎｍ）を用いた反射分光膜厚計を用いて、所定の雰囲気内或いは水中環境で前記１次研磨された研磨後のウエハＷの活性層の膜厚測定がなされる。
尚、ウエハ面内においては、活性層の厚さに微少なばらつきがあるため、例えば、測定部２の膜厚測定部６と同じ９つの測定ポイント（例えば、図９参照）が設定されて各ポイントの膜厚測定が行われ、その測定結果が制御部２０に出力される。
制御部２０では、それら測定値の平均値、または測定した９点における(最大値＋最小値)／２で得られる値が、１次研磨後の活性層の膜厚となされる。
また、膜厚測定部１５は、研磨部３上に設けられた搬送路１８に沿って移動自在となされており、後段の第２研磨部１６に対し、膜厚測定後のウエハＷを受け渡し可能に構成されている。
尚、ウエハ面内においては、活性層の厚さに微少なばらつきがあるため、例えば、測定部２の膜厚測定部６と同じ９つの測定ポイント（例えば、図９参照）が設定されて各ポイントの膜厚測定が行われ、その測定結果が制御部２０に出力される。
制御部２０では、それら測定値の平均値、または測定した９点における(最大値＋最小値)／２で得られる値が、１次研磨後の活性層の膜厚となされる。
また、膜厚測定部１５は、研磨部３上に設けられた搬送路１８に沿って移動自在となされており、後段の第２研磨部１６に対し、膜厚測定後のウエハＷを受け渡し可能に構成されている。
また、仕上げ研磨を行う第２研磨部１６は、第１研磨部１４と同様に、所定回転数で回転可能な定盤１６ａと、ウエハＷを下端に保持可能な研磨ヘッド１６ｂとを有する。
この第２研磨部１６においてウエハＷを研磨する際には、制御部２０により予め設定された研磨時間に基づいて、定盤１６ａ及び研磨ヘッド１６ｂがそれぞれ所定回転数で回転され、仕上げ研磨用の研磨剤（図示せず）が供給される。そして、ウエハＷを保持する研磨ヘッド１６ｂが定盤１６ａに対して所定圧力で押圧され、仕上げ研磨が行われる。
この第２研磨部１６においてウエハＷを研磨する際には、制御部２０により予め設定された研磨時間に基づいて、定盤１６ａ及び研磨ヘッド１６ｂがそれぞれ所定回転数で回転され、仕上げ研磨用の研磨剤（図示せず）が供給される。そして、ウエハＷを保持する研磨ヘッド１６ｂが定盤１６ａに対して所定圧力で押圧され、仕上げ研磨が行われる。
次に、制御部２０について詳細に説明する。
図２、図３は、制御部２０における制御手段の一例を説明するための模式図である。
制御部２０は、膜厚測定部６により測定した初期膜厚、膜厚測定部１５により測定した研磨後の被処理膜の膜厚、及びその時の研磨時間に基づき、第１研磨部１４で１次研磨された基板毎に前記１次研磨における実研磨レート（ＰＬ）を算出する（ステップＳ１）。次に、前記算出した実研磨レートに基づき、研磨順が隣接する基板間の研磨レート差（ΔＰＬ）を算出する（ステップＳ２）。次に、前記算出した研磨レート差が所定の有効範囲内であるかどうかを判断する（ステップＳ３）。
前記ステップＳ３において前記算出した研磨レート差（ΔＰＬ）が所定の有効範囲内である場合には前記１次研磨された直後の実研磨レートが有効なものとして研磨レートが更新されて適用され、前記適用された研磨レートと前記測定した次に１次研磨する基板の初期膜厚、及び研磨後の被処理膜の膜厚の目標値に基づき新たに研磨時間を算出し、前記算出した研磨時間を次に１次研磨する基板の研磨時間としてフィードバックする（ステップＳ４−１参考）。
前記ステップＳ３において前記算出した研磨レート差（ΔＰＬ）が所定の有効範囲を超える場合（例えば、図３中、ΔＰＬ４−３の場合）には、前記１次研磨された直後の実研磨レートは更新されず（ＰＬ４ではなく）、前記研磨レート差が所定の有効範囲を超える直前の実研磨レート（ＰＬ３）が適用され、前記適用された実研磨レート（ＰＬ３）と前記測定した次に１次研磨する基板の初期膜厚、及び研磨後の被処理膜の膜厚の目標値に基づき新たに研磨時間を算出し、前記算出した研磨時間を次に１次研磨する基板の研磨時間としてフィードバックする制御を行う（ステップＳ４−２参考）。
なお、ステップＳ４−２に示すように前記１次研磨された直後の実研磨レートが更新されない場合（例えば、ＰＬ４ではなくＰＬ３が適用された場合）には、その次に１次研磨された基板の研磨レート差の算出は、前記更新されない実研磨レートは用いず（例えば、ＰＬ４は用いず）、前記研磨レート差が所定の有効範囲を超える直前の実研磨レート（例えば、ＰＬ３）が適用され、前記研磨レート差が算出される（ＰＬ５−３）。
図２、図３は、制御部２０における制御手段の一例を説明するための模式図である。
制御部２０は、膜厚測定部６により測定した初期膜厚、膜厚測定部１５により測定した研磨後の被処理膜の膜厚、及びその時の研磨時間に基づき、第１研磨部１４で１次研磨された基板毎に前記１次研磨における実研磨レート（ＰＬ）を算出する（ステップＳ１）。次に、前記算出した実研磨レートに基づき、研磨順が隣接する基板間の研磨レート差（ΔＰＬ）を算出する（ステップＳ２）。次に、前記算出した研磨レート差が所定の有効範囲内であるかどうかを判断する（ステップＳ３）。
前記ステップＳ３において前記算出した研磨レート差（ΔＰＬ）が所定の有効範囲内である場合には前記１次研磨された直後の実研磨レートが有効なものとして研磨レートが更新されて適用され、前記適用された研磨レートと前記測定した次に１次研磨する基板の初期膜厚、及び研磨後の被処理膜の膜厚の目標値に基づき新たに研磨時間を算出し、前記算出した研磨時間を次に１次研磨する基板の研磨時間としてフィードバックする（ステップＳ４−１参考）。
前記ステップＳ３において前記算出した研磨レート差（ΔＰＬ）が所定の有効範囲を超える場合（例えば、図３中、ΔＰＬ４−３の場合）には、前記１次研磨された直後の実研磨レートは更新されず（ＰＬ４ではなく）、前記研磨レート差が所定の有効範囲を超える直前の実研磨レート（ＰＬ３）が適用され、前記適用された実研磨レート（ＰＬ３）と前記測定した次に１次研磨する基板の初期膜厚、及び研磨後の被処理膜の膜厚の目標値に基づき新たに研磨時間を算出し、前記算出した研磨時間を次に１次研磨する基板の研磨時間としてフィードバックする制御を行う（ステップＳ４−２参考）。
なお、ステップＳ４−２に示すように前記１次研磨された直後の実研磨レートが更新されない場合（例えば、ＰＬ４ではなくＰＬ３が適用された場合）には、その次に１次研磨された基板の研磨レート差の算出は、前記更新されない実研磨レートは用いず（例えば、ＰＬ４は用いず）、前記研磨レート差が所定の有効範囲を超える直前の実研磨レート（例えば、ＰＬ３）が適用され、前記研磨レート差が算出される（ＰＬ５−３）。
続いて、このように構成された研磨装置１における各ウエハＷの活性層に対する研磨の流れについて図４に基づき更に具体的に説明する。
先ず、測定部２において、カセット５に収容された各ウエハＷに対し、その活性層の初期膜厚（研磨前膜厚）が、例えば、ウエハ面内の９箇所を測定ポイント（図７参照）として、膜厚測定部６により測定される。そして、有効な各測定ポイントの測定データ（膜厚）の平均値、又は測定した９点における(最大値＋最小値)／２で得られる値が算出され、その活性層の初期膜厚とされる（ステップＳ１０：第１測定ステップ）。尚、測定終了したウエハＷは、再びカセット５の同じ収容位置に戻される。
先ず、測定部２において、カセット５に収容された各ウエハＷに対し、その活性層の初期膜厚（研磨前膜厚）が、例えば、ウエハ面内の９箇所を測定ポイント（図７参照）として、膜厚測定部６により測定される。そして、有効な各測定ポイントの測定データ（膜厚）の平均値、又は測定した９点における(最大値＋最小値)／２で得られる値が算出され、その活性層の初期膜厚とされる（ステップＳ１０：第１測定ステップ）。尚、測定終了したウエハＷは、再びカセット５の同じ収容位置に戻される。
前記測定した複数のウエハＷを収容するカセット５は、搬送ロボット１０により研磨部３に搬送され、搬入部カセット１３として設置される。
次いで、制御部２０では、１次研磨が施されるウエハＷに対し、予め研磨時間を設定する（ステップＳ１１）。この研磨時間の設定においては、前述したように、基本的には、１つ前に１次研磨されたウエハＷの実研磨レートに基づき設定される。
但し、搬入部カセット１３から取り出される１枚目のウエハＷに関しては、測定した初期膜厚と研磨後の被処理膜の膜厚の目標値との差分より目標研磨量を算出し、既知の研磨レート（基礎研磨レート）で除することで研磨時間を設定して１次研磨が行われる。
搬入部カセット１３から順に取り出されるウエハＷは、それぞれに設定された研磨時間に基づき、第１研磨部１４において、活性層の１次研磨が施される（ステップＳ１２：研磨ステップ）。
但し、搬入部カセット１３から取り出される１枚目のウエハＷに関しては、測定した初期膜厚と研磨後の被処理膜の膜厚の目標値との差分より目標研磨量を算出し、既知の研磨レート（基礎研磨レート）で除することで研磨時間を設定して１次研磨が行われる。
搬入部カセット１３から順に取り出されるウエハＷは、それぞれに設定された研磨時間に基づき、第１研磨部１４において、活性層の１次研磨が施される（ステップＳ１２：研磨ステップ）。
１次研磨が施されたウエハＷは、膜厚測定部１５において活性層の膜厚が測定される。この膜厚測定においては、例えば、初期膜厚の測定と同じく、ウエハ面内の９箇所が測定ポイント（図９参照）となされる。そして、各測定ポイントの活性層膜厚が測定され、その測定結果が制御部２０に出力される。
研磨後の活性層の膜厚測定が終了すると、制御部２０では、有効な各測定ポイントの測定データ（膜厚）の平均値、又は測定した９点における(最大値＋最小値)／２で得られる値を算出して、研磨後の活性層の膜厚とする（ステップＳ１３：第２測定ステップ）。
次いで、制御部２０は、ステップＳ１０で求められた初期膜厚と、ステップＳ１３で求められた研磨後の活性層の膜厚との差分（取り代）を、ステップＳ１２で行った研磨時間で除することにより、新たな実研磨レートを前記１次研磨された基板毎に算出する（ステップＳ１４）。
次いで、制御部２０は、ステップＳ１４で算出した実研磨レートを用いて、研磨順が隣接する基板間の研磨レート差を算出する（ステップＳ１５）。
次に、算出された研磨レート差が所定の有効範囲内であるかどうかを判断する（ステップＳ１６）。
ステップＳ１６において、前記研磨レート差が所定の有効範囲内である場合（Ｙｅｓ）であれば、前記１次研磨された直後の実研磨レートが有効なものとして研磨レートが更新されて適用され（ステップＳ１７）、次に１次研磨するウエハＷのステップＳ１０で測定した初期膜厚と研磨後の膜厚の目標値の差分（研磨代）を前記適用された研磨レートで除することで、次のウエハＷの１次研磨時間が算出され、ステップＳ１１にフィードバックされる。（ステップＳ１８）。
一方、算出された研磨レート差が所定の有効範囲内ではなく無効なもの、すなわち前記研磨レート差が所定の有効範囲を超える場合（Ｎｏ）であれば、前記１次研磨された直後の実研磨レートは更新されず、次に１次研磨するウエハＷに対して、前記研磨レート差が所定の有効範囲を超える直前の有効な実研磨レートが適用され、（ステップＳ１９）、次に１次研磨するウエハＷのステップＳ１０で測定した初期膜厚と研磨後の膜厚の目標値の差分（研磨代）を前記適用された研磨レートで除することで、次のウエハＷの１次研磨時間が算出され、ステップＳ１１にフィードバックされる（Ｓ１４〜Ｓ１９：制御ステップ）。
ステップＳ１６において、前記研磨レート差が所定の有効範囲内である場合（Ｙｅｓ）であれば、前記１次研磨された直後の実研磨レートが有効なものとして研磨レートが更新されて適用され（ステップＳ１７）、次に１次研磨するウエハＷのステップＳ１０で測定した初期膜厚と研磨後の膜厚の目標値の差分（研磨代）を前記適用された研磨レートで除することで、次のウエハＷの１次研磨時間が算出され、ステップＳ１１にフィードバックされる。（ステップＳ１８）。
一方、算出された研磨レート差が所定の有効範囲内ではなく無効なもの、すなわち前記研磨レート差が所定の有効範囲を超える場合（Ｎｏ）であれば、前記１次研磨された直後の実研磨レートは更新されず、次に１次研磨するウエハＷに対して、前記研磨レート差が所定の有効範囲を超える直前の有効な実研磨レートが適用され、（ステップＳ１９）、次に１次研磨するウエハＷのステップＳ１０で測定した初期膜厚と研磨後の膜厚の目標値の差分（研磨代）を前記適用された研磨レートで除することで、次のウエハＷの１次研磨時間が算出され、ステップＳ１１にフィードバックされる（Ｓ１４〜Ｓ１９：制御ステップ）。
尚、研磨レート差が所定の有効範囲内である場合とは、その値が予め設定された研磨レート差の範囲内に入っていることをいう。この所定の有効範囲は、研磨装置や研磨条件、使用する研磨布、研磨剤等により適時設定される。
また、前記研磨レート差が所定の範囲を超える場合とは、例えば、人為的ミスによるウエハＷと制御部２０に取得されたデータの入れ違いがある場合や、研磨布の表面状況が変化（目詰まり等）した場合などがこれにあたる。
また、前記研磨レート差が所定の範囲を超える場合とは、例えば、人為的ミスによるウエハＷと制御部２０に取得されたデータの入れ違いがある場合や、研磨布の表面状況が変化（目詰まり等）した場合などがこれにあたる。
さらに本発明に係る実施形態にあっては、活性層表面をより平滑に且つ１次研磨面のパーティクル除去等を目的として、仕上げ研磨が行われる（図２のステップＳ２０）。
この仕上げ研磨では、先ず、研磨後測定部１５での活性層の膜厚測定が終了したウエハＷが、搬送路１８を経由して第２研磨部１６に搬送される。
この第２研磨部１６による仕上げ研磨における研磨時間は、一定時間（例えば、２分以上１５分以下）に設定されている。
仕上げ研磨が終了すると、ウエハＷは搬出部カセット１７に順次収容される。
この仕上げ研磨では、先ず、研磨後測定部１５での活性層の膜厚測定が終了したウエハＷが、搬送路１８を経由して第２研磨部１６に搬送される。
この第２研磨部１６による仕上げ研磨における研磨時間は、一定時間（例えば、２分以上１５分以下）に設定されている。
仕上げ研磨が終了すると、ウエハＷは搬出部カセット１７に順次収容される。
前述した研磨レートの更新は、前記研磨順が隣接する基板間の研磨レート差が０．１μｍ／ｍｉｎ以内である場合に行うことが好ましい。
すなわち、前記算出した研磨レート差のチェック（ステップＳ１６）において、研磨レート差の比較を行い、研磨レート差が０．１μｍ／ｍｉｎ以内である場合には、新たに算出された研磨レートが有効なもの（Ｙｅｓ）として研磨レートを更新し（ステップＳ１７）、前記研磨レート差が０．１μｍ／ｍｉｎを超える場合には、当該研磨レートは更新されず、次に１次研磨するウエハＷに対して、直前の有効な研磨レートを適用する（ステップＳ１９）ことが好ましい。
このような構成とすることで、より高精度な研磨を行うことができる。
すなわち、前記算出した研磨レート差のチェック（ステップＳ１６）において、研磨レート差の比較を行い、研磨レート差が０．１μｍ／ｍｉｎ以内である場合には、新たに算出された研磨レートが有効なもの（Ｙｅｓ）として研磨レートを更新し（ステップＳ１７）、前記研磨レート差が０．１μｍ／ｍｉｎを超える場合には、当該研磨レートは更新されず、次に１次研磨するウエハＷに対して、直前の有効な研磨レートを適用する（ステップＳ１９）ことが好ましい。
このような構成とすることで、より高精度な研磨を行うことができる。
前記初期膜厚測定手段又は第１測定ステップにおける測定結果に基づき、連続して研磨される各基板間の被処理膜の初期膜厚差が所定値以下となるように前記複数の基板を前記初期膜厚の厚さ順に並べ替えるソート手段を更に備え、前記第１研磨手段又は研磨ステップでは、前記並べ替えた初期膜厚の厚さ順に被処理膜を１次研磨することが好ましい。
このような構成を備えることで、研磨前の被処理膜の初期膜厚差にバラツキがある場合には、研磨する研磨量が変動するため、研磨時間が変動し、結果、研磨レートが変動する場合がある。従って、このようなソート手段又はソートステップを備えることで、研磨レートの変動を抑制することができ、研磨後の膜厚の目標値からのずれ量を小さくすることができる。
前記制御部２０は、ステップＳ１６において、前記研磨レート差が前記所定の有効範囲を超える（Ｎｏ）と判断した場合には、当該処理基板を１次不良品としてマーキングする手段（ステップ）を備えることが好ましい。
通常、上述したような連続して研磨する研磨装置では、１次研磨終了直後に当該１次不良品を排除することが難しいため、連続研磨終了後、すなわち、搬出部カセット１７に収容後、容易に排除できるように手段（ステップ）を講じることが好ましい。
通常、上述したような連続して研磨する研磨装置では、１次研磨終了直後に当該１次不良品を排除することが難しいため、連続研磨終了後、すなわち、搬出部カセット１７に収容後、容易に排除できるように手段（ステップ）を講じることが好ましい。
本発明に係る研磨装置及び研磨方法について、実施例に基づきさらに説明する。本実施例では、前記実施の形態に従いＳＯＩウエハの活性層の研磨を行い、本発明の効果を検証した。
〔実施例〕
実施例では、図４に示すフロー図に基づき、サンプルとして１０枚のＳＯＩウエハの活性層の研磨を連続して行い、研磨レートの変動量、目標値からの膜厚ずれ量を測定した。なお、このときのステップＳ１６における研磨レート差の所定の有効範囲は０．１μｍ／ｍｉｎ以内で行った。
図５に、実施例における連続するウエハ間での研磨レートの変動量及び目標値からの膜厚ずれ量をプロットした図を示す。
実施例では、図４に示すフロー図に基づき、サンプルとして１０枚のＳＯＩウエハの活性層の研磨を連続して行い、研磨レートの変動量、目標値からの膜厚ずれ量を測定した。なお、このときのステップＳ１６における研磨レート差の所定の有効範囲は０．１μｍ／ｍｉｎ以内で行った。
図５に、実施例における連続するウエハ間での研磨レートの変動量及び目標値からの膜厚ずれ量をプロットした図を示す。
尚、図５のグラフは、横軸がＳＯＩウエハのサンプル番号（処理順）、左側縦軸が研磨レートの変動量（μｍ／ｍｉｎ）、右側縦軸が目標値からの活性層の膜厚ずれ量（μｍ）である。
図５に示すように、活性層膜厚の目標値からのずれ量も全てのウエハについて±０．１μｍ未満の範囲となることが認められた。
図５に示すように、活性層膜厚の目標値からのずれ量も全てのウエハについて±０．１μｍ未満の範囲となることが認められた。
〔比較例〕
比較例では、図４に示すフロー図のうち、ステップＳ１５〜Ｓ１７、Ｓ１９を行わないで、ステップＳ１４にて算出された研磨レートと前記測定した次に１次研磨する基板の初期膜厚、及び研磨後の被処理膜の膜厚の目標値に基づき新たに研磨時間を算出し、前記算出した研磨時間を次に１次研磨する基板の研磨時間としてフィードバックする（ステップＳ１８）フローにて、サンプルとして１０枚のＳＯＩウエハの活性層の研磨を連続して行い、研磨レートの変動量、目標値からの膜厚ずれ量を測定した。
図６に、比較例における連続するウエハ間での研磨レートの変動量及び目標値からの膜厚ずれ量をプロットした図を示す。
比較例では、図４に示すフロー図のうち、ステップＳ１５〜Ｓ１７、Ｓ１９を行わないで、ステップＳ１４にて算出された研磨レートと前記測定した次に１次研磨する基板の初期膜厚、及び研磨後の被処理膜の膜厚の目標値に基づき新たに研磨時間を算出し、前記算出した研磨時間を次に１次研磨する基板の研磨時間としてフィードバックする（ステップＳ１８）フローにて、サンプルとして１０枚のＳＯＩウエハの活性層の研磨を連続して行い、研磨レートの変動量、目標値からの膜厚ずれ量を測定した。
図６に、比較例における連続するウエハ間での研磨レートの変動量及び目標値からの膜厚ずれ量をプロットした図を示す。
尚、図６のグラフは、図７と同様に、横軸がＳＯＩウエハのサンプル番号（処理順）、左側縦軸が研磨レートの変動量（μｍ／ｍｉｎ）、右側縦軸が目標値からの活性層の膜厚ずれ量（μｍ）である。
図６に示すように、ステップＳ１５〜Ｓ１７、Ｓ１９を行わない場合、研磨前半では活性層膜厚の目標値からのずれ量も全てのウエハについて±０．１μｍ未満の範囲であるが後半（サンプルＮｏ．７以降）において、研磨後膜厚と目標値とのずれ量が大きくなることが認められた。
図６に示すように、ステップＳ１５〜Ｓ１７、Ｓ１９を行わない場合、研磨前半では活性層膜厚の目標値からのずれ量も全てのウエハについて±０．１μｍ未満の範囲であるが後半（サンプルＮｏ．７以降）において、研磨後膜厚と目標値とのずれ量が大きくなることが認められた。
１ 研磨装置
２ 測定部
３ 研磨部
５ カセット
６ 膜厚測定部（初期膜厚測定手段）
１０ 搬送ロボット
１３ 搬入部カセット
１４ 第１研磨部（第１研磨手段）
１５ 膜厚測定部（研磨後膜厚測定手段）
１６ 第２研磨部（第２研磨手段）
１７ 搬出部カセット
２０ 制御部（制御手段）
Ｗ ＳＯＩウエハ（被処理基板）
２ 測定部
３ 研磨部
５ カセット
６ 膜厚測定部（初期膜厚測定手段）
１０ 搬送ロボット
１３ 搬入部カセット
１４ 第１研磨部（第１研磨手段）
１５ 膜厚測定部（研磨後膜厚測定手段）
１６ 第２研磨部（第２研磨手段）
１７ 搬出部カセット
２０ 制御部（制御手段）
Ｗ ＳＯＩウエハ（被処理基板）
Claims (4)
- 複数の被処理基板に対し、連続して各基板の表面に形成された被処理膜を研磨する研磨装置であって、
前記各基板における被処理膜の初期膜厚を測定する初期膜厚測定手段と、
前記測定した複数の基板の被処理膜を、予め定められた基礎研磨レートから算出された研磨時間により、研磨後の被処理膜の膜厚が目標値となるように連続して１次研磨する第１研磨手段と、
前記１次研磨された研磨後の被処理膜の膜厚を測定する研磨後膜厚測定手段と、
前記測定した初期膜厚、研磨後の被処理膜の膜厚、及びその時の研磨時間に基づき前記１次研磨された基板毎に前記１次研磨における実研磨レートを算出し、前記算出した実研磨レートに基づき研磨順が隣接する基板間の研磨レート差を算出し、前記算出した研磨レート差が所定の有効範囲内である場合には前記１次研磨された直後の実研磨レートが有効なものとして研磨レートが更新されて適用され、前記研磨レート差が所定の有効範囲を超える場合には前記１次研磨された直後の実研磨レートは更新されず前記研磨レート差が所定の有効範囲を超える直前の実研磨レートが適用され、前記適用された研磨レートと前記測定した次に１次研磨する基板の初期膜厚、及び研磨後の被処理膜の膜厚の目標値に基づき新たに研磨時間を算出し、前記算出した研磨時間を次に１次研磨する基板の研磨時間としてフィードバックする制御を行う制御手段と、
前記初期膜厚測定手段における測定結果に基づき、連続して研磨される各基板間の被処理膜の初期膜厚差が所定値以下となるように前記複数の基板を前記初期膜厚の厚さ順に並べ替えるソート手段と、
を備え、
前記第１研磨手段では、前記並べ替えた初期膜厚の厚さ順に被処理膜を１次研磨することを特徴とする研磨装置。 - 前記制御手段における研磨レートの更新は、前記研磨順が隣接する基板間の研磨レート差が０．１μｍ／ｍｉｎ以内である場合に行うことを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
- 複数の被処理基板に対し、連続して各基板の表面に形成された被処理膜を研磨する研磨方法であって、
前記各基板における被処理膜の初期膜厚を測定する第１測定ステップと、
前記第１測定ステップにおける測定結果に基づき、連続して研磨される各基板間の被処理膜の初期膜厚差が所定値以下となるように前記複数の基板を前記初期膜厚の厚さ順に並べ替えるソートステップと、
前記測定した複数の基板の被処理膜を、前記並べ替えた初期膜厚の厚さ順に、予め定められた基礎研磨レートから算出された研磨時間により、研磨後の被処理膜の膜厚が目標値となるように連続して１次研磨する研磨ステップと、
前記１次研磨された研磨後の被処理膜の膜厚を測定する第２測定ステップと、
前記測定した初期膜厚、研磨後の被処理膜の膜厚、及びその時の研磨時間に基づき前記１次研磨された基板毎に前記１次研磨における実研磨レートを算出し、前記算出した実研磨レートに基づき研磨順が隣接する基板間の研磨レート差を算出し、前記算出した研磨レート差が所定の有効範囲内である場合には前記１次研磨された直後の実研磨レートが有効なものとして研磨レートが更新されて適用され、前記研磨レート差が所定の有効範囲を超える場合には前記１次研磨された直後の実研磨レートは更新されず前記研磨レート差が所定の有効範囲を超える直前の実研磨レートが適用され、前記適用された研磨レートと前記測定した次に１次研磨する基板の初期膜厚、及び研磨後の被処理膜の膜厚の目標値に基づき新たに研磨時間を算出し、前記算出した研磨時間を次に１次研磨する基板の研磨時間としてフィードバックする制御を行う制御ステップと、
を備えることを特徴とする研磨方法。 - 前記制御ステップにおける研磨レートの更新は、前記研磨順が隣接する基板間の研磨レート差が０．１μｍ／ｍｉｎ以内である場合に行うことを特徴とする請求項３に記載の研磨方法。
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