JP6817778B2 - 局所研磨装置、局所研磨方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェハ等の基板を局所的に研磨する局所研磨装置に関する。

近年、処理対象物（例えば、半導体ウェハなどの基板、または、基板の表面に形成された各種の膜）に対して各種処理を行うために処理装置が用いられている。処理装置の一例としては、処理対象物の研磨処理等を行うためのＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）装置が挙げられる。

ＣＭＰ装置は、処理対象物の研磨処理を行うための研磨ユニット、処理対象物の洗浄処理及び乾燥処理を行うための洗浄ユニット、及び、研磨ユニットへ処理対象物を受け渡すと共に洗浄ユニットによって洗浄処理及び乾燥処理された処理対象物を受け取るロード／アンロードユニットなどを備える（特許文献１，２）。

特許文献３は、ウェハ表面の平坦化の精度を高めるＣＭＰ技術を開示している。特許文献３に記載された発明は、ＣＭＰステーションの下流に、非平坦部の検出器を備え、検出器で検出した非平坦部の高さが所定の閾値以上である場合に、局所平坦化ステーションで平坦化を行う。この際、局所平坦化ステーションは、検出された非平坦部の高さに応じて平坦化を行う時間を設定し、当該時間だけ局所平坦化ステーションで平坦化を行う。

米国特許出願公開２０１５／０３５２６８６号明細書 特開２００９−１９４１３４号公報 米国特許出願公開２０１３／０１２２６１３号明細書

上述した特許文献３に記載されたＣＭＰ技術は、検出部にて検出された非平坦部の高さに応じた時間だけ平坦化の処理を行うので、平坦化の対象となる非平坦部の高さを正確に把握する必要があり、非常に時間がかかる。

これに対し、ウェハ表面の状態を詳細に計測するのではなく、上流における工程や、少ない測定点における凹凸の測定結果に基づいて、ウェハ表面の状態を予測し、ウェハの研磨を行うことが考えられる。しかし、この方法を用いるだけだと、実際のウェハの表面状態が予測と異なる場合には、十分な平坦化が行えないおそれや、平坦化を行うつもりがウェハ表面を凹ませてしまうおそれがある。

そこで、本発明は上記背景に鑑み、短時間でウェハを適切に研磨することができる研磨装置を提供することを目的とする。

本発明の局所研磨装置は、処理対象ウェハの被研磨面と研磨部材の前記被研磨面よりも小さい研磨面とを相対的に摺動させて、前記処理対象ウェハの局所研磨を行う局所研磨部と、前記局所研磨中に前記研磨部材を摺動させるのに要しているトルクを検知するトルク検知部と、前記局所研磨中に、前記トルクのデータを用いて前記局所研磨の研磨条件を修正する研磨条件修正部とを備え、前記局所研磨部は、前記局所研磨中に研磨条件を修正して前記局所研磨を行う。

研磨部材を摺動させるのに要するトルクは、研磨対象の表面状態と研磨ヘッドの位置関係によって変化する。トルクを一定の範囲に維持しようとしても、予想以上に凸部が大きく残っていればトルクは大きくなるし、予想よりも凸部が低い場合にはトルクが小さくなる。本発明の構成によれば、局所研磨中にトルクのデータを検知し、トルクのデータに基づいて動的に研磨条件を修正するので、研磨開始時にウェハの表面状態を完全に把握していなくても適切に局所研磨を行うことができ、研磨開始前におけるウェハの表面状態の測定時間を短縮できる。

本発明の局所研磨装置において、前記研磨条件修正部は、単位時間における前記トルクの変化量が所定の閾値以上であったときに、研磨条件を修正してもよい。

この構成により、トルクが急激に変化したときに研磨条件を修正して、トルクに合った研磨を行える。

本発明の局所研磨装置において、前記研磨条件修正部は、前記トルクが所定の閾値を超えたときに、研磨条件を修正してもよい。

この構成により、所定の閾値を超えない範囲のトルクで局所研磨を行える。なお、「トルクが所定の閾値を超えたとき」とは、トルクが所定の閾値を上回る場合と、下回る場合のいずれの場合も含む。例えば、所定の研磨条件で研磨する際に、トルクが第１の閾値と第２の閾値の間にあるかどうかを判定し、第１の閾値を下回る場合、または、第２の閾値を上回る場合に研磨条件を修正してもよい。

本発明の局所研磨装置は、トルクを入力ノード、研磨条件を出力ノードとして、入力ノードと出力ノードとの関係を規定したレシピ修正モデルを記憶した記憶部を備え、前記研磨条件修正部は、前記トルク検知部にて検知したトルクを前記レシピ修正モデルの入力ノードに適用して、研磨条件を求めてもよい。

このようにレシピ修正モデルを用いることにより、検知したトルクに応じて研磨条件を適切に修正することができる。

本発明の局所研磨装置において、前記レシピ修正モデルは、入力ノードとして、研磨部材の使用期間を有してもよい。

研磨部材の使用時間は、研磨部材の磨耗具合や劣化度合いなどを反映するから、研磨部材の使用時間を入力ノードとすることにより、適切な研磨条件を求めることができる。

本発明の局所研磨装置は、前記研磨条件と研磨中のトルクとに基づいて、前記研磨処理後のウェハの表面の凹凸を計算するプロファイル計算部を備えてもよい。

この構成により、研磨処理後のウェハの表面の凹凸を計算によって求めることができるので、研磨処理後のウェハの表面状態が所定の仕様を満たすか否かを判定するためにウェハの実測を行わなくてもよくなる。

本発明の局所研磨装置において、最初の研磨条件は、前記処理対象ウェハの上流の製造工程の条件、または、処理対象ウェハの表面の凹凸を計測した結果に基づいて、前記処理対象ウェハの表面状態を予測して設定されてもよい。

このように予測によって最初の研磨条件が設定されることにより、ウェハ表面の凹凸を精細に計測しなくてもよいので、短時間で局所研磨を行うことができる。また、上述したとおり、局所研磨中にトルクを検知して動的に研磨条件を変えるので、最初に設定する研磨条件が予測に基づくおおまかなものであっても適切に研磨を行える。

本発明の局所研磨方法は、局所研磨装置によって、処理対象ウェハの被研磨面と研磨部材の前記被研磨面よりも小さい研磨面とを相対的に摺動させて前記処理対象ウェハの局所研磨を行う方法であって、前記局所研磨装置は、前記局所研磨中に前記研磨部材を摺動させるのに要しているトルクを検知するステップと、前記局所研磨装置は、前記局所研磨中に、前記トルクのデータを用いて前記局所研磨の研磨条件を修正するステップとを備え、前記局所研磨中に研磨条件を修正して前記局所研磨を行う。

本発明のプログラムは、処理対象ウェハの被研磨面と研磨部材の前記被研磨面よりも小さい研磨面とを相対的に摺動させて前記処理対象ウェハの局所研磨を行う局所研磨装置を制御するためのプログラムであって、前記局所研磨装置に、前記局所研磨中に前記研磨部材を摺動させるのに要しているトルクを検知するステップと、前記局所研磨中に、前記トルクのデータを用いて前記局所研磨の研磨条件を修正するステップと、前記局所研磨中に研磨条件を修正して前記局所研磨を行うステップとを実行させる。

本発明によれば、研磨開始時にウェハの表面状態を完全に把握していなくても適切に局所研磨を行うことができ、研磨開始前におけるウェハの表面状態の測定時間を短縮できる。

実施の形態に係る研磨装置の全体構成を示すブロック図である。 局所研磨モジュールの一例の概略構成を示す図である。 制御装置の構成を示す図である。 記憶部に記憶されたレシピ修正モデルの例を示す図である。 本実施の形態の局所研磨装置の動作を示すフローチャートである。 本実施の形態の変形例にかかる局所研磨装置の動作を示すフローチャートである。 変形例に係るレシピ修正モデルの例を示す図である。

以下に、本発明の実施の形態の局所研磨装置および局所研磨方法について図面を参照しながら説明する。図面において、同一または類似の要素には同一または類似の参照符号を付し、重複する説明は省略することがある。まず、局所研磨を行う研磨装置の構成について説明し、その後に、研磨装置の制御システムについて説明する。なお、以下で説明する研磨装置の一例として、ＣＭＰ装置がある。

［研磨装置の全体構成］
図１は、実施の形態に係る研磨装置１００の全体構成を示すブロック図である。図１に示すように、研磨装置１００は、局所研磨モジュール２００、全体研磨モジュール３００、洗浄モジュール４００、乾燥モジュール５００、制御装置６００、および搬送機構７００を有する。

局所研磨モジュール２００は、研磨対象物である半導体ウェハＷｆ（以下、「ウェハＷｆ」という。）よりも小さな寸法の研磨パッドを用いてウェハＷｆを研磨するためのモジュールである。局所研磨モジュール２００の詳細な構成については後述する。全体研磨モジュール３００は、研磨対象物であるウェハＷｆよりも大きな寸法の研磨パッドを用いてウェハＷｆを研磨するためのモジュールである。全体研磨モジュール３００は、任意の公知の全体研磨モジュールを使用することができるので、本明細書では詳細な説明を行わない。

洗浄モジュール４００は、研磨後のウェハＷｆを洗浄するためのモジュールである。洗浄モジュール４００は、任意のタイミングでウェハＷｆを洗浄することができる。例えば、後述する局所研磨および全体研磨のそれぞれの研磨が終了した後に洗浄を行うことができ、また、局所研磨および全体研磨の両方が終了した後に洗浄を行うこともできる。洗浄モジュール４００は、任意の公知の洗浄モジュールを使用することができる。

乾燥モジュール５００は、洗浄したウェハＷｆを乾燥させるためのモジュールである。乾燥モジュール５００は、任意の公知の乾燥モジュールを使用することができる。搬送機構７００は、研磨装置１００内でウェハＷｆを搬送するための機構であり、局所研磨モジュール２００、全体研磨モジュール３００、洗浄モジュール４００、および乾燥モジュール５００の間でウェハＷｆの受け渡しを行う。

制御装置６００は、研磨装置１００の各々のモジュールの動作を制御する。制御装置６００は、一般的な汎用コンピュータおよび専用コンピュータ等から構成することができ、記憶装置、入出力装置、メモリ、ＣＰＵなどのハードウェアを備える。なお、制御装置６００は、記憶装置に記憶されたプログラムにしたがってモジュールの動作を制御する。制御装置６００を実現するプログラムも本発明の範囲に含まれる。また、搬送機構７００は、研磨装置１００の内外へウェハＷｆを出し入れも行う。搬送機構７００として任意の公知の搬送機構７００を使用することができる。

［局所研磨モジュール］
図２は、処理対象物よりも小径の研磨パッド２２０を用いて研磨処理するための局所研磨モジュール２００の一例の概略構成を示す図である。図２に示される局所研磨モジュール２００においては、処理対象物であるウェハＷｆよりも小径の研磨パッド２２０が使用される。

図２に示すように、局所研磨モジュール２００は、ウェハＷｆが設置されるテーブル２１０と、ウェハＷｆの処理面に処理を行うための研磨パッド２２０が取り付けられたヘッド２２１と、ヘッド２２１を保持するアーム２２２と、処理液を供給するための処理液供給系統２４０と、研磨パッド２２０のコンディショニング（目立て）を行うためのコンディショニング部２６０とを備える。局所研磨モジュール２００の全体の動作は、制御装置６００により制御される。

研磨パッド２２０は、例えば発泡ポリウレタン系のハードパッド、スウェード系のソフトパッド、又は、スポンジなどで形成される。図２に示すように、研磨パッド２２０の径は、ウェハＷｆよりも小さな寸法である。ここで、研磨パッド２２０の直径Φは処理対象である膜厚・形状のバラつき領域と同等もしくはそれより小さいことが望ましい。好ましくは５０mm以下、より好ましくはΦ１０〜３０mmであることが望ましい。ウェハＷｆの局所研磨すべき領域もしくは除去量が十分に小さく、ウェハＷｆの研磨速度が小さくとも生産性の低下が許容範囲となる場合は、Φ１０mm以下とすることも可能である。

テーブル２１０は、ウェハＷｆを吸着する機構を有し、ウェハＷｆを保持する。図２に示される実施の形態においては、テーブル２１０は、駆動機構２１１によって回転軸Ａ周りに回転できるようになっている。テーブル２１０は、駆動機構２１１によって、ウェハＷｆに角度回転運動、又は、スクロール運動をさせるようになっていてもよく、テーブル２１０の任意の位置に回転後停止させてもよい。本運動と後述のアーム２２２の揺動運動とを組み合わせることにより、研磨パッド２２０はウェハＷｆ上の任意の位置に移動可能となる。研磨パッド２２０は、ヘッド２２１のウェハＷｆに対向する面に取り付けられる。ヘッド２２１は、図示していない駆動機構によって回転軸Ｂ周りに回転できるようになっている。ヘッド２２１の駆動機構は、ヘッド２２１を所定の回転数で回転駆動するのに要するトルクのデータを検知し、トルクデータを制御装置６００に送信する。

また、ヘッド２２１は、図示していない駆動機構、たとえばエアシリンダやボールネジのようなアクチュエータによって研磨パッド２２０をウェハＷｆの処理面に押圧できるようになっている。

アーム２２２は、ヘッド２２１を矢印Ｃに示すようにウェハＷｆの半径もしくは直径の範囲内で移動可能である。また、アーム２２２は、研磨パッド２２０がコンディショニング部２６０に対向する位置までヘッド２２１を揺動できるようになっている。

なお、本実施の形態では、ウェハＷｆに対して、ヘッド２２１及び研磨パッド２２０はがそれぞれ１つの例を示しているが、ヘッドおよび研磨パッドの数は複数であってもよい。ヘッド２２１は、そのヘッド内に複数の研磨パッドを有してもよく、その場合、研磨パッドは大きさが異なるものとしてもよい。また、局所研磨モジュール２００は、異なる大きさの研磨パッドを有する複数のヘッドを有してもよい。これらのヘッドないし研磨パッドをウェハＷｆの研磨すべき面積によって使い分けることで、より効率的なウェハＷｆ表面の処理が可能となる。また、図示しないが、局所研磨モジュール２００が研磨パッドを複数有する場合、アームが最適なヘッドを自動で選択できるようにしてもよい。

局所研磨モジュール２００は、検出ヘッド２３０を備える。検出ヘッド２３０には、ウェハＷｆの被研磨面の状態を検出するための検出器が取り付けられる。検出器は、一例としてＷｅｔ-ＩＴＭ（In-line Thickness Monitor）とすることができる。Ｗｅｔ−ＩＴＭは、検出ヘッド２３０がウェハ上に非接触状態にて存在し、ウェハ全面を移動することで、ウェハＷｆ上に形成された膜の膜厚分布（又は膜厚に関連する情報の分布）を検出（測定）することができる。

検出ヘッド２３０はアーム２３１に保持されており、アーム２３１を回動させることにより、検出ヘッド２３０がウェハＷｆの中心を通過するような軌跡を移動しながら、ウェハＷｆ上の膜厚分布を検出する。

なお、検出器としてＷｅｔ−ＩＴＭ以外にも任意の方式の検出器を用いることができる。例えば、利用可能な検出方式としては、公知の渦電流式や光学式のような非接触式の検出方式を採用することができ、また、接触式の検出方式を採用してもよい。

また、ウェハＷｆに形成されたノッチ、オリエンテーションフラット、及び、レーザーマーカーの少なくとも１つを基準位置として検知するための、ウェハＷｆとは非接触に配置される検知部２３２を局所研磨モジュール２００の中または外に設け、また、テーブル２１０を所定位置より角度回転可能なように、回転角度検知機構を駆動機構２１１に搭載してもよい。

検知部２３２は、テーブル２１０と一緒には回転しないように配置される。検知部２３２により、ウェハＷｆのノッチ、オリエンテーションフラット、及び、レーザーマーカーの少なくとも１つの位置を検知することで、検出ヘッド２３０で検出する膜厚等のデータを半径方向の位置のみでなく、周方向の位置とも関連付けることができる。すなわち、このような駆動機構２１１及びウェハＷｆの位置に関する指標に基づきウェハＷｆをテーブル２１０の所定位置に配置させることで、上記基準位置に対するウェハＷｆ上の膜厚又は膜厚に関連する信号の分布を得ることが可能となる。

また、本実施の形態では、検出ヘッド２３０は、アーム２２２とは独立に搭載されているが、検出ヘッド２３０をアーム２２２に取り付け、アーム２２２の動作を利用して膜厚又は膜厚や凹凸高さ情報に関連する信号を取得するように構成してもよい。また、本検出ヘッド２３０で取得した膜厚または膜厚や凹凸高さに関連する信号を元に各被研磨領域の研磨終点を判定してもよい。

コンディショニング部２６０は、研磨パッド２２０の表面をコンディショニングするための部材である。コンディショニング部２６０は、ドレステーブル２６１と、ドレステーブル２６１に設置されたドレッサ２６２とを備える。ドレステーブル２６１は、図示しない駆動機構によって回転軸Ｄ周りに回転できるようになっている。

処理液供給系統２４０は、ウェハＷｆの被研磨面に純水（ＤＩＷ）を供給するための純水ノズル２４１を備える。純水ノズル２４１は、純水配管２４２を介して純水供給源２４３に接続される。純水配管２４２には、純水配管２４２を開閉することができる開閉弁２４４が設けられる。制御装置６００は、開閉弁２４４の開閉を制御することにより、任意のタイミングでウェハＷｆの被研磨面に純水を供給することができる。

処理液供給系統２４０は、ウェハＷｆの被研磨面に薬液（Ｃｈｅｍｉ）を供給するための薬液ノズル２４５を備える。薬液ノズル２４５は、薬液配管２４６を介して薬液供給源２４７に接続される。薬液配管２４６には、薬液配管２４６を開閉することができる開閉弁２４８が設けられる。制御装置６００は、開閉弁２４８の開閉を制御することにより、任意のタイミングでウェハＷｆの被研磨面に薬液を供給することができる。

局所研磨モジュール２００は、アーム２２２、ヘッド２２１、及び、研磨パッド２２０を介して、ウェハＷｆの被研磨面に、純水、薬液、又はスラリ（Ｓｌｕｒｒｙ）等の研磨液を選択的に供給できるようになっている。すなわち、純水配管２４２における純水供給源２４３と開閉弁２４４との間からは分岐純水配管２４２ａが分岐している。また、薬液配管２４６における薬液供給源２４７と開閉弁２４８との間からは分岐薬液配管２４６ａが分岐している。分岐純水配管２４２ａ、分岐薬液配管２４６ａ、及び、研磨液供給源２４９に接続された研磨液配管２５０は、液供給配管２５４に合流する。

分岐純水配管２４２ａには、分岐純水配管２４２ａを開閉することができる開閉弁２５１が設けられる。分岐薬液配管２４６ａには、分岐薬液配管２４６ａを開閉することができる開閉弁２５２が設けられる。研磨液配管２５０には、研磨液配管２５０を開閉することができる開閉弁２５３が設けられる。なお、研磨液は、純水および薬液と同様に、ヘッド２２１の外部からウェハＷｆ上に供給できるように構成してもよい。

液供給配管２５４の第１端部は、分岐純水配管２４２ａ、分岐薬液配管２４６ａ、及び、研磨液配管２５０の３系統の配管に接続される。液供給配管２５４は、アーム２２２の内部、ヘッド２２１の中央、及び、研磨パッド２２０の中央を通って延伸する。液供給配管２５４の第２端部は、ウェハＷｆの被研磨面に向けて開口する。制御装置６００は、開閉弁２５１、開閉弁２５２、及び、開閉弁２５３の開閉を制御することにより、任意のタイミングで、ウェハＷｆの被研磨面に純水、薬液、スラリ等の研磨液のいずれか１つ又はこれらの任意の組み合わせの混合液を供給することができる。以上、局所研磨モジュール２００を備えた研磨装置１００の構成について説明した。続いて、局所研磨モジュール２００を制御する制御装置６００の構成について説明する。

［制御装置の構成］
図３は、制御装置６００の構成を示す図である。図３においては、局所研磨モジュール２００を制御する機能ブロックについて記載しているが、制御装置６００は、全体研磨モジュール３００、洗浄モジュール４００、乾燥モジュール５００、搬送機構７００を制御する機能も有している。本明細書では、局所研磨モジュール２００を制御する機能以外の機能については、説明を省略する。本発明の局所研磨装置は、局所研磨モジュール２００と制御装置６００によって構成される。

制御装置６００は、局所研磨モジュール２００からトルクデータを受信するトルクデータ受信部６０１を有している。局所研磨モジュール２００は、ヘッド２２１を回転駆動するのに要するトルクのデータを検知する機能を有し、検知したトルクデータを制御装置６００に送信するトルクデータ送信部２２３を有している。トルクデータ送信部２２３は、局所研磨モジュール２００にて局所研磨を行っている間にわたって、トルクデータを送信し、トルクデータ受信部６０１はこれを受信する。

制御装置６００は、研磨レシピ選択部６０２を有している。記憶部６０５には、様々な条件ごとに異なる複数の局所研磨レシピが記憶されている。様々な条件とは、例えば、研磨対象のウェハの膜厚測定の結果得られた凸部の高さ及び広がり状態や、ウェハのエッチングパターンや、ウェハに対して行われた全体研磨の条件などである。研磨レシピ選択部６０２は、記憶部６０５に記憶された複数の局所研磨レシピの中から、ウェハの条件に合った局所研磨に用いる研磨レシピを選択する機能を有する。ここで選択された研磨レシピが局所研磨の開始時に用いられる研磨レシピである。

研磨レシピ選択部６０２は、選択した研磨レシピのデータを局所研磨モジュール２００に送信する。局所研磨モジュール２００は、研磨レシピのデータを受信すると、受信した研磨レシピにしたがって、各種駆動部２７０を駆動してウェハの局所研磨を行う。ここで、各種駆動部２７０とは、図２を用いて説明した局所研磨モジュール２００を駆動させる駆動部であり、例えば、テーブル２１０の駆動機構２１１、アーム２２２の駆動機構、研磨パッド２２０を回転させる回転駆動機構、研磨パッド２２０をウェハに押圧するアクチュエータ、処理液供給系統２４０の開閉弁２４４，２４８，２５１〜２５３等である。

制御装置６００は、局所研磨条件修正部６０３を有している。局所研磨条件修正部６０３は、研磨レシピが規定する複数の研磨条件のうちで、研磨中に変更することができる研磨条件を修正する機能を有する。研磨レシピは、例えば、研磨に用いるヘッドのサイズ、研磨パッドの材質、スラリーの種類、研磨ヘッドの回転数、研磨ヘッドのスキャン速度、研磨ヘッドの押圧力、スラリーの供給量等の様々な研磨条件を規定している。このうち、研磨に用いるヘッドのサイズ、研磨パッドの材質、スラリーの種類の条件は、局所研磨を開始する際に決定され、研磨が終了するまで同じ条件が用いられる。これに対し、研磨ヘッドの回転数、研磨ヘッドのスキャン速度、研磨ヘッドの押圧力、スラリーの供給量の条件は、研磨中にも変更をすることが可能な条件である。

局所研磨条件修正部６０３は、局所研磨中のトルクのデータに基づいて研磨レシピを適切に修正するためのレシピ修正モデルを有している。本実施の形態では、レシピ修正モデルとして、ニューラルネットワークモデルを用いているが、レシピ修正モデルはニューラルネットワークモデルに限定されるものではなく、決定木モデルやベイジアンネットワークモデル等を用いることも可能である。

図４は、記憶部６０５に記憶されたレシピ修正モデルの例を示す図である。レシピ修正モデルは、入力ノードとして研磨初期条件とトルクデータを有する。研磨初期条件のノードとしては、研磨ヘッドのサイズ、研磨パッド材質、スラリー種類のノードを有する。これらは、研磨レシピ選択部６０２にて選択された研磨レシピによって規定された条件であり、局所研磨中に内容が変わらないノードである。これらのノードには、研磨レシピ選択部６０２にて、最初に選択された研磨レシピの値が適用される。また、レシピ修正モデルは、出力ノードとして、研磨ヘッド回転数と、スキャン速度と、研磨ヘッドの押圧力と、スラリー供給量のノードを有している。

図４に示すレシピ修正モデルは、一例であって、研磨レシピを求めるためのモデルの入力ノード、及び出力ノードは、図４にて例示したものに限定されない。例えば、出力ノードとして、スキャン回数や研磨時間のノードなどを有してもよい。また、入力ノードと出力ノードとの間の中間ノードは、一層ではなく複数の層を有してもよい。

局所研磨条件修正部６０３は、記憶部６０５からレシピ修正モデルを読み出し、レシピ修正モデルの入力ノードに、トルクデータ受信部６０１にて受信したトルクデータを適用して、研磨レシピを修正する局所研磨条件を求める機能を有している。局所研磨条件修正部６０３は、トルクデータ受信部６０１にて受信したトルクデータに基づいて、トルクの変化が所定の閾値を超えたときに、局所研磨条件を修正する。一例を挙げると、トルクデータ受信部６０１にて、０．５秒間隔でトルクデータを受信し、前回受信したトルクデータと今回受信したトルクデータの差分ΔＴが所定の閾値を超えたときに、今回受信したトルクデータをレシピ修正モデルに適用して、新たな研磨条件を求める。

局所研磨条件修正部６０３は、求めた研磨条件のデータを局所研磨モジュール２００の各種駆動部２７０に送信する。局所研磨モジュール２００は、最初に受信した研磨レシピを、受信した研磨条件のデータによって修正し、新しい研磨レシピにしたがって、各種駆動部２７０を駆動して局所研磨を行う。

制御装置６００は、局所研磨を行った研磨条件と研磨中のトルクとに基づいて、局所研磨を行ったウェハの表面の凹凸を計算するプロファイル計算部６０４を有している。局所研磨中に研磨条件とトルクは変化するが、同じ研磨条件を用いた時間帯について見れば、そのときの研磨条件とトルクから研磨量を計算できる。プロファイル計算部６０４は、研磨条件ごとに研磨量を求めて積算することにより、局所研磨による研磨量を計算する。

図５は、本実施の形態の局所研磨装置の動作を示すフローチャートである。局所研磨装置は、まず、研磨対象のウェハの膜厚の測定を行い（Ｓ１０）、記憶部６０５に記憶された局所研磨レシピの中から、膜厚測定データや、ウェハのエッチングパターン、ウェハに対して行われた全体研磨の条件などに合った研磨レシピを選択し、初期の研磨条件を決定する（Ｓ１１）。

局所研磨モジュール２００は、決定された研磨レシピのデータを制御装置６００から受信し、受信した研磨レシピにしたがってウェハの局所研磨を行う（Ｓ１２）。局所研磨モジュール２００は、局所研磨中に、ヘッド２２１を回転駆動するのに要するトルクのデータを検知し（Ｓ１３）、トルクデータを制御装置６００に送信する。

制御装置６００は、受信したトルクデータに基づいて、トルクの変化が所定の閾値を超えているか否かを判定し（Ｓ１４）、トルク変化が所定の閾値を超えていないと判定された場合（Ｓ１４でＮＯ）、そのままの研磨条件で局所研磨を継続する（Ｓ１２）。トルク変化が所定の閾値を超えていると判定された場合（Ｓ１４でＹＥＳ）、研磨条件修正部６０３は、検知されたトルクのデータを用いて研磨条件を修正し（Ｓ１５）、修正した研磨条件で局所研磨を行う（Ｓ１２）。具体的には、制御装置６００は、修正した研磨条件を局所研磨モジュール２００に送信し、局所研磨モジュール２００は受信した研磨条件で研磨レシピを修正し、修正された研磨レシピにしたがってウェハの研磨を行う。

本実施の形態の局所研磨装置は、局所研磨中のトルクが所定の閾値より大きく変化した場合に、そのトルクに基づいて研磨レシピの一部の研磨条件を修正し、新しい研磨レシピで局所研磨を行うので、ウェハの表面状態が最初に予想したものと異なる場合にも、研磨不足や研磨しすぎてしまうという不都合を防止できる。

本実施の形態の局所研磨装置は、プロファイル計算部６０４により、局所研磨中に検知したトルクデータと研磨条件とに基づいて、研磨処理後のウェハの表面の凹凸を求めるので、研磨処理後にウェハの膜厚を実測しなくても、ウェハが所定の仕様を満たすか否かを判定することができる。

以上、本発明の局所研磨装置および局所研磨方法について、実施の形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではない。上記した実施の形態においては、局所研磨条件修正部６０３は、トルクの変化が所定の閾値を超えたときに（図５、Ｓ１４でＹＥＳ）、トルクデータに基づく研磨条件の修正を行ったが（図５、Ｓ１５）、トルクの変化ではなく、トルクデータが所定の閾値を見て研磨条件の修正を行うか否かを判定してもよい。

図６は、トルクデータの絶対値によって研磨条件の修正を行う動作を示すフローチャートである。基本的な動作は、図５で示した例と同じであるが、局所研磨中のトルクが第１の閾値と第２の閾値の間にあるかどうかを判断している（ステップＳ１４ａ）。局所研磨中のトルクが第１閾値と第２閾値との間にある場合には（Ｓ１４ａでＹＥＳ）、そのままの研磨条件で研磨を継続する（Ｓ１２）。トルクが第１閾値と第２閾値の範囲を超える場合、すなわち、トルクが第１の閾値を下回る場合、または、トルクが第２の閾値を上回る場合には（Ｓ１４ａでＮＯ）、研磨条件修正部６０３は、検知されたトルクのデータを用いて研磨条件を修正し（Ｓ１５）、修正した研磨条件で局所研磨を行う（Ｓ１２）。

このようにトルクの絶対値が所定の閾値の範囲内にあるか否かを判定し、所定の閾値を超えたときに研磨条件を変更する構成とすることにより、局所研磨装置は、当初予定されたトルクの範囲内で局所研磨を行えているか否かを管理できる。トルクデータが予定外の値となった場合には、研磨状態が予定通り行われていないと判断して、研磨条件を変更することで、研磨不足や研磨し過ぎてしまうといった不都合を防止できる。なお、この変形例では、トルクの絶対値によって判断する例を説明したが、トルク変化とトルクの絶対値の両方をみて研磨条件を変更するかどうかを判断してもよい。

上記した実施の形態において説明したレシピ修正モデルにおいて、入力ノードに研磨パッド使用期間のノードを有してもよい。図７は、変形例に係るレシピ修正モデルの例を示す図である。研磨パッド使用期間は、局所研磨中に変化する値ではないので、研磨初期条件に含まれる。研磨パッドの使用期間が異なれば、その他の条件が同じであっても研磨量に違いが出てくる。研磨パッドの使用期間は研磨部材の磨耗具合や劣化度合いを反映するので、研磨パッド使用期間の入力ノードを有することで、精度の高い研磨条件を求めることができる。

上記した実施の形態においては、複数の局所研磨レシピの中から条件にあった局所研磨レシピを選択することによって、局所研磨開始時の局所研磨レシピを求める例について説明したが、初期の局所研磨レシピは別の方法で求めてもよい。例えば、処理対象のウェハの膜厚測定の結果、及び、処理対象ウェハの上流での製造工程の条件等に基づいて処理対象のウェハの表面状態を予測し、予測された表面状態から、局所研磨レシピを生成してもよい。このように予測に基づいて研磨レシピを生成しても、本発明の局所研磨装置は、局所研磨中にトルクを検知して動的に研磨条件を変えるので適切に研磨を行える。

本発明は、半導体ウェハ等の基板の研磨を行う研磨装置等として有用である。

１００ 研磨装置
２００ 局所研磨モジュール
３００ 全体研磨モジュール
４００ 洗浄モジュール
５００ 乾燥モジュール
６００ 制御装置
６０１ トルクデータ受信部
６０２ 研磨レシピ選択部
６０３ 局所研磨条件修正部
６０４ プロファイル計算部
６０５ 記憶部
７００ 搬送機構

Claims (8)

1. 処理対象ウェハの被研磨面と研磨部材の前記被研磨面よりも小さい研磨面とを相対的に摺動させて、前記処理対象ウェハの局所研磨を行う局所研磨部と、
   前記局所研磨中に前記研磨部材を摺動させるのに要しているトルクを検知するトルク検知部と、
   研磨初期条件と研磨中のトルクとを入力ノード、研磨条件を出力ノードとして、入力ノードと出力ノードとの関係を規定したレシピ修正モデルを記憶した記憶部と、
   前記局所研磨中に、前記トルク検知部にて検知したトルクを前記レシピ修正モデルの入力ノードに適用して、前記局所研磨の研磨条件を修正する研磨条件修正部と、
   を備え、
   前記局所研磨部は、前記局所研磨中に研磨条件を変更して前記局所研磨を行う局所研磨装置。
2. 前記研磨条件修正部は、単位時間における前記トルクの変化量が所定の閾値以上であったときに、新しい研磨条件に修正する請求項１に記載の局所研磨装置。
3. 前記研磨条件修正部は、前記トルクが所定の閾値を超えたときに、新しい研磨条件に修正する請求項１に記載の局所研磨装置。
4. 前記レシピ修正モデルは、入力ノードとして、研磨部材の使用期間を有する請求項１乃至３のいずれかに記載の局所研磨装置。
5. 前記研磨条件と研磨中のトルクとに基づいて、研磨処理後のウェハの表面の凹凸を計算するプロファイル計算部を備える請求項１乃至４のいずれかに記載の局所研磨装置。
6. 最初の研磨条件は、前記処理対象ウェハの上流の製造工程の条件、または、処理対象ウェハの表面の凹凸を計測した結果に基づいて、前記処理対象ウェハの表面状態を予測して設定される請求項１乃至５のいずれかに記載の局所研磨装置。
7. 局所研磨装置によって、処理対象ウェハの被研磨面と研磨部材の前記被研磨面よりも小さい研磨面とを相対的に摺動させて前記処理対象ウェハの局所研磨を行う方法であって、
   前記局所研磨装置は、前記局所研磨中に前記研磨部材を摺動させるのに要しているトルクを検知するステップと、
   前記局所研磨装置は、研磨初期条件と研磨中のトルクとを入力ノード、研磨条件を出力ノードとして、入力ノードと出力ノードとの関係を規定したレシピ修正モデルを記憶した記憶部から、前記レシピ修正モデルを読み出し、
   前記局所研磨装置は、前記局所研磨中に、前記トルクを検知するステップにて検知したトルクを前記レシピ修正モデルの入力ノードに適用して、前記局所研磨の研磨条件を修正するステップと、
   を備え、
   前記局所研磨中に研磨条件を変更して前記局所研磨を行う局所研磨方法。
8. 処理対象ウェハの被研磨面と研磨部材の前記被研磨面よりも小さい研磨面とを相対的に摺動させて前記処理対象ウェハの局所研磨を行う局所研磨装置を制御するためのプログラムであって、前記局所研磨装置に、
   前記局所研磨中に前記研磨部材を摺動させるのに要しているトルクを検知するステップと、
   研磨初期条件と研磨中のトルクとを入力ノード、研磨条件を出力ノードとして、入力ノードと出力ノードとの関係を規定したレシピ修正モデルを記憶した記憶部から、前記レシピ修正モデルを読み出し、
   前記局所研磨中に、前記トルクを検知するステップにて検知したトルクを前記レシピ修正モデルの入力ノードに適用して、前記局所研磨の研磨条件を修正するステップと、
   前記局所研磨中に研磨条件を変更して前記局所研磨を行うステップと、
   を実行させるプログラム。

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