JP7341022B2 - 基板研磨装置および膜厚マップ作成方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板研磨装置および膜厚マップ作成方法に関する。

半導体デバイスの製造装置のひとつに、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing、化学機械研磨）装置がある。代表的なＣＭＰ装置は、研磨パッドが取り付けられた研磨テーブルと、基板が取り付けられた研磨ヘッドと、を備える。代表的なＣＭＰ装置においては、研磨液を研磨パッドに供給し、研磨パッドと基板とを接触させた状態で研磨テーブルおよび研磨ヘッドの少なくとも一方を回転させることで基板が研磨される。

ＣＭＰ装置を用いた研磨工程では、基板の研磨後に膜厚測定器で膜厚を測定し、所望の膜厚または膜厚プロファイルになっていなければ再研磨を実施する。基板が所望量だけ研磨されたかどうかを検出する技術として、例えば特許文献１が知られている。

特開２０１３－２２２８５６号公報

通常、膜厚測定は専用の測定装置（例えば、ＣＰＭ装置に併設された測定装置）を用いて実施され、測定には時間がかかるため、ＣＭＰ工程における生産効率を下げる一因となっている。したがって、ＣＭＰ工程の生産効率を上げるためには、膜厚測定を効率化することが求められる。

上述した課題を解決するために、膜厚に関連する信号を出力するセンサが設けられた研磨テーブルであって、回転可能に構成された研磨テーブルと、前記研磨テーブルに対向し、回転可能に構成された研磨ヘッドであって、前記研磨テーブルと対向する面に基板を取り付け可能である研磨ヘッドと、制御部と、を備える、基板研磨装置であって、前記制御部は、前記センサが前記基板の被研磨面上を通過した時に前記センサから信号を取得し、前記信号のプロファイルに基づいて前記基板に対する前記センサの軌道を特定し、前記信号に基づいて前記軌道上の各点における前記基板の膜厚を計算し、前記センサの複数の軌道に対して計算された各点の膜厚に基づいて膜厚マップを作成する、基板研磨装置が開示される。

一実施形態に係る基板研磨装置の概略構成図である。 別の実施形態に係る基板研磨装置の概略構成図である。 さらに別の実施形態に係る基板研磨装置を示す図である。 一実施形態にかかる基板研磨装置の正面図である。 基板から見た渦電流センサの基板上の軌道を示す図である。 一実施形態に係る基板研磨装置の概略動作を示すフローチャートである。 一実施形態に係る、水研磨処理の間に水研磨中膜厚マップを作成する方法を示すフローチャートである。 一実施形態に係る、研磨処理の間に研磨中膜厚マップを作成する方法を示すフローチャートである。 センサ出力マップの一例を示す図である。 ステップ５０６および５０８の説明のためにセンサ出力マップを示す図である。 説明のために用いられる、研磨中信号のプロファイルを示す図である。 プロファイルＡ－Ａ’、Ｂ－Ｂ’およびＣ－Ｃ’を示す図である。 膜厚マップの平均化処理を説明するための図である。 平均化膜厚マップの一例を示す図である。 膜厚マップの補間処理を説明するための図である。 研磨レートの算出方法の一例を示す図である。 他の実施形態にかかる基板研磨装置の正面図である。 基板上のディッシングの分布を表すマップの作成を説明するための図である。 研磨中信号に基づいて研磨進行度を算出する方法の一例を示す図である。 研磨中信号に基づいて研磨進行度を算出する方法の別の例を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。

図１Ａは、一実施形態に係る基板研磨装置１００Ａの概略構成図である。本実施形態における基板研磨装置１００ＡはＣＭＰ装置である。ＣＭＰ装置１００Ａは、研磨チャンバ１０１と制御部１４０とを備える。前工程で処理された基板１２１が、研磨チャンバ１０１内の研磨テーブル（不図示）に取り付けられ、研磨される。前工程は、基板１２１上に例えば金属や酸化物の薄膜を形成する工程や、薄膜をエッチングすることにより基板１２１上にパターンを形成する工程を含む。研磨テーブルには、膜厚測定器１５０が設けられている。膜厚測定器１５０は、基板１２１の研磨中に、または基板１２１の研磨が終了した後に、基板１２１上の薄膜の厚さに関連する信号を生成して制御部１４０へ送る。制御部１４０は、その信号に基づいて基板１２１上の膜厚分布を表す膜厚マップを作成する。制御部１４０は、膜厚マップに基づいて、基板１２１を追加で研磨したり、次回以降の研磨条件（例えば、基板１２１を研磨テーブルに押し付ける圧力、研磨テーブルおよび基板１２１を保持する研磨ヘッドの回転速度、基板１２１の被研磨面へのスラリの供給量、基板１２１の被研磨面の温度等）を最適化したりしてもよい。所望の研磨が達成されると、基板１２１は、基板研磨装置１００Ａに備えられた洗浄チャンバ（不図示）内で洗浄および乾燥された後に、後工程へ渡される。後工程は、例えば、基板１２１にさらに追加の薄膜を形成する工程や、基板１２１を複数のチップに切断する工程等を含む。

図１Ｂは、別の実施形態に係る基板研磨装置１００Ｂの概略構成図である。基板研磨装置１００ＢはＣＭＰ装置であり、２つの研磨チャンバ１０１Ａおよび１０１Ｂを備えている。基板１２１は、先ず研磨チャンバ１０１Ａにおいて研磨される。研磨チャンバ１０１Ａに設けられた膜厚測定器１５０からの信号が制御部１４０へ送られ、膜厚マップが作成される。研磨チャンバ１０１Ａでの研磨後、基板１２１は研磨チャンバ１０１Ｂへ送られる。制御部１４０は、膜厚マップに基づいて、基板１２１を研磨チャンバ１０１Ｂにおいて追加で研磨する。

図１Ｃは、さらに別の実施形態に係る基板研磨装置１００Ｃ－１および１００Ｃ－２を示す。第１の基板研磨装置１００Ｃ－１はＣＭＰ装置である。第２の基板研磨装置１００Ｃ－２は、ＣＭＰ装置であってもよいし、別の種類の研磨装置であってもよい。基板１２１は、先ずＣＭＰ装置１００Ｃ－１の研磨チャンバ１０１において研磨される。ＣＭＰ装置１００Ｃ－１の研磨チャンバ１０１に設けられた膜厚測定器１５０からの信号が制御部１４０へ送られ、膜厚マップが作成される。なお、制御部１４０は基板研磨装置１００Ｃ
－１、１００Ｃ－２のいずれに設けられていてもよい。ＣＭＰ装置１００Ｃ－１での研磨後、基板１２１は第２の基板研磨装置１００Ｃ－２へ送られる。制御部１４０は、膜厚マップに基づいて、基板１２１を第２の基板研磨装置１００Ｃ－２の研磨チャンバ１０１において追加で研磨する。

図２は、一実施形態にかかる基板研磨装置１００の正面図である。図２に示される基板研磨装置１００は、図１Ａ、１Ｂ、および１Ｃにおける基板研磨装置１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ－１、１００Ｃ－２のいずれかに対応する。図２の基板研磨装置１００はＣＭＰ装置である。ただし、基板研磨装置１００はＣＭＰ装置に限られない。基板研磨装置１００は、渦電流センサが設けられた研磨テーブルを回転させて基板を研磨する装置であればよい。

ＣＭＰ装置１００は、研磨テーブル１１０と、研磨ヘッド１２０と、液体供給機構１３０と、を備える。ＣＭＰ装置１００は、各構成要素を制御するための制御部１４０をさらに備える。制御部１４０は、たとえば、ストレージデバイス１４１、プロセッサ１４２および入出力装置１４３を備えてよい。

研磨テーブル１１０の上面には研磨パッド１１１が着脱可能に取り付けられている。ここで研磨テーブル１１０の「上面」とは、研磨テーブル１１０のうち研磨ヘッド１２０と対向する面を指す用語である。したがって、研磨テーブル１１０の「上面」は「鉛直上方向に位置する面」に限られない。研磨ヘッド１２０は研磨テーブル１１０と対向するように設けられている。研磨ヘッド１２０のうち研磨テーブル１１０と対向する面には基板１２１が着脱可能に取り付けられている。液体供給機構１３０はスラリなどの研磨液を研磨パッド１１１に供給するよう構成されている。なお、液体供給機構１３０は、研磨液以外にも洗浄液または薬液などを供給するように構成されていてもよい。

ＣＭＰ装置１００は、図示しない上下動機構により研磨ヘッド１２０を下降させて基板１２１を研磨パッド１１１に接触させることができる。ただし、上下動機構は研磨テーブル１１０を上下動させることができてもよい。研磨テーブル１１０および研磨ヘッド１２０は図示しないモータなどによって回転させられる。ＣＭＰ装置１００は、基板１２１と研磨パッド１１１とが接触した状態で研磨テーブル１１０および研磨ヘッド１２０の双方を回転させることで基板１２１を研磨する。

ＣＭＰ装置１００はさらに、複数の同心円状の区画に分割されたエアバッグ１２２を備えてよい。エアバッグ１２２は研磨ヘッド１２０に設けられていてよい。追加または代替として、エアバッグ１２２は研磨テーブル１１０に設けられていてもよい。エアバッグ１２２は基板１２１の研磨圧力を基板１２１の領域ごとに調整するための部材である。エアバッグ１２２は、内部に導入された空気の圧力によって体積が変化するように構成されている。なお、「エア」バッグという名称ではあるが、空気以外の流体、たとえば窒素ガスや純水、がエアバッグ１２２に導入されてもよい。

研磨テーブル１１０の内部には渦電流センサ１５０が設けられている。具体的には、渦電流センサ１５０は、研磨中の基板１２１の中心を通過する位置に設置されている。渦電流センサ１５０は、図１Ａ、１Ｂ、および１Ｃにおける膜厚測定器１５０に相当する。渦電流センサ１５０は基板１２１の表面の導電層に渦電流を誘起する。渦電流センサ１５０はさらに、当該渦電流により生じる磁界に起因するインピーダンスの変化から基板１２１の表面の導電層の厚さを検出する。

ここで、渦電流センサ１５０が出力する信号の大きさは、基板１２１の表面の導電層の厚さ以外によっても変化する。渦電流センサ１５０が出力する信号の大きさを増減させる
要因には、たとえば基板１２１上に形成されている配線の密度および幅ならびに下層配線の有無などが挙げられる。したがって、基板１２１上の膜厚を精度よく検知するためには、渦電流センサ１５０の出力する信号の大きさを増減させる要因を考慮しなければならない。なお、ここでの「下層配線」とは、基板１２１の表面に露出していない配線を指す。したがって、図２では鉛直下方向に位置する配線が下層配線となる。しかし、基板１２１の向きによっては、「下層」配線は必ずしも鉛直下方向に位置するとは限らない。また、「配『線』」という名称ではあるが、配線の形状は線状に限られない。

信号の大きさを増減させる要因（前述のとおり、たとえば配線の密度および幅ならびに下層配線の有無など）は、基板１２１の場所によって変化し得る。したがって、渦電流センサ１５０を用いて基板１２１上の膜厚を精度よく検知するためには、渦電流センサ１５０が基板１２１のどの位置を測定したのかを特定しなければならない。換言すれば、渦電流センサ１５０を用いて基板１２１上の膜厚を精度よく検知するためには、基板１２１から見た渦電流センサ１５０の軌道を特定しなければならない。

ここで、各部品の寸法誤差、組立誤差および回転速度の誤差等が全くない場合（以下では「理想的な状況である場合」という）、かつ、研磨テーブル１１０の回転速度と研磨ヘッド１２０の回転速度が所定の組み合わせである場合、基板から見た渦電流センサ１５０の軌道は何通りかに限定される。一例として、研磨テーブル１１０の回転速度が７０ ｒｐｍ（７０ ｍｉｎ^－１）かつ研磨ヘッド１２０の回転速度が７７ ｒｐｍ（７７ ｍｉｎ^－１）である場合、基板１２１から見た渦電流センサ１５０の基板１２１上の軌道は図３に示される通りとなる。図３は基板１２１を表面から見た図であり、渦電流センサ１５０の軌道が矢印の付された実線で示されている。この条件下では、研磨テーブル１１０が１回転するごとに渦電流センサ１５０の軌道が３６度回転する。換言すれば、基板１２１から見た渦電流センサ１５０の軌道の間隔θは３６度である。したがって、この場合の軌道の本数は１０本となる（３６０（度）／３６（度／本）＝１０（本））。なお、図３中に付された「１」～「１０」の符号は、渦電流センサ１５０の１周目の軌道～１０周目の軌道を表す符号である。

なお、現実的には、ＣＭＰ装置１００は必ずしも理想的な状況にはない。また、研磨テーブル１１０の回転速度および研磨ヘッド１２０の回転速度は常に一定であるとは限らない。研磨プロセスによっては、研磨テーブル１１０の回転速度および研磨ヘッド１２０の回転速度は基板１２１の研磨中に変更されることもある。したがって、渦電流センサ１５０の軌道は図３に示したものとは異なり得る。

なお、研磨テーブル１１０の内部に複数の渦電流センサ１５０が分散して設けられてもよい。複数の渦電流センサ１５０は、基板１２１上においてそれぞれ別の軌道を同時に描く。したがって、これら複数の渦電流センサ１５０からの信号を同時に利用することで、後述する方法に従って膜厚マップを作成するのに要する時間を短縮することができる。

図４は、一実施形態に係る基板研磨装置１００の概略動作を示すフローチャートである。

ステップ４０２において、研磨処理が行われる。具体的に、基板１２１が研磨ヘッド１２０に取り付けられ、液体供給機構１３０からスラリが供給される。基板１２１が研磨ヘッド１２０によって研磨テーブル１１０に押し付けられた状態で、研磨テーブル１１０と研磨ヘッド１２０の双方が回転し、基板１２１が研磨される。研磨中に、渦電流センサ１５０の出力信号に基づいて、「研磨中膜厚マップ」が作成される。ステップ４０２の研磨処理は、所定の終了条件が満たされるまで、例えば、研磨対象である膜を所望量だけ研磨するためのあらかじめ設定された研磨時間が経過するまで、継続する。研磨処理が終了す
ると、ステップ４０４へ進む。

ステップ４０４において、水研磨処理が行われる。具体的に、液体供給機構１３０からスラリに代えて、水または純水（以下、単に水という）が供給される。液体供給機構１３０から水が供給されながら、研磨テーブル１１０と研磨ヘッド１２０の回転が引き続き行われる。スラリが水で洗い流されて除去され、基板１２１の被研磨面が洗浄される。スラリが除去されることで、水研磨時には、基板１２１は実質的に研磨されないか、または研磨レートがステップ４０２の研磨時に比べて大幅に低下する。水研磨中に、渦電流センサ１５０の出力信号に基づいて、「水研磨中膜厚マップ」が作成される。ステップ４０４の水研磨処理は、例えば、スラリが十分に洗い流されるのに必要なあらかじめ設定された時間、継続する。水研磨処理が終了すると、ステップ４０６へ進む。

ステップ４０６において、上記作成された膜厚マップに基づいて、基板１２１の再研磨処理が必要かどうかが判定される。例えば、基板１２１の全面にわたって、あるいは基板１２１の少なくとも一部分において、所望の膜厚または膜厚プロファイルが達成されたかどうかが判定される。所望の膜厚または膜厚プロファイルが達成されていない場合は、再研磨処理が必要と判定され、ステップ４０８へ進む。一方、所望の膜厚または膜厚プロファイルが達成された場合には、基板研磨装置１００の動作は終了する。なお、ステップ４０６の実施中においても、研磨テーブル１１０と研磨ヘッド１２０の回転および液体供給機構１３０からの水または純水の供給を引き続き行うことにより、水研磨処理を継続してもよい。また、ステップ４０６の実施中は、研磨ヘッド１２０を一旦上昇させ研磨テーブル１１０から離脱させてもよい。

ステップ４０８において、再研磨条件が算出される。例えば、膜厚マップに基づいて、再研磨処理における研磨の継続時間が設定される。また、膜厚マップに基づいて、制御部１４０は、エアバッグ１２２の内部圧力を増減させて、膜厚が厚い領域（すなわち研磨の進行度が低い領域）の研磨圧力を高くし、膜厚が薄い（すなわち研磨の進行度が高い領域）の研磨圧力を低くしてもよい。この制御により、基板１２１の研磨状態を均一化することができる。このように算出された再研磨条件に従って、ステップ４０２の研磨処理が再び実施される。

図５は、一実施形態に係る、水研磨処理（すなわちステップ４０４）の間に水研磨中膜厚マップを作成する方法を示すフローチャートである。図６は、一実施形態に係る、研磨処理（すなわちステップ４０２）の間に研磨中膜厚マップを作成する方法を示すフローチャートである。まず図５を参照して、水研磨中膜厚マップ（以下、単に膜厚マップとも記載される）を作成する方法について説明する。

ステップ５０２において、センサ出力マップが３次元データとして取得される。取得されたセンサ出力マップはストレージデバイス１４１に記憶されてよい。「センサ出力マップ」は、基板１２１の被研磨面の全面に対する渦電流センサ１５０の出力信号の大きさを表すマップである。したがって、センサ出力マップのデータポイントは基板１２１上に２次元的に位置する。各データポイントにおいて渦電流センサ１５０の出力信号が記録されるため、センサ出力マップは３次元データとなる（位置を表わすための２次元および出力信号の大きさを表わすための１次元、計３次元）。

なお、前述したように、渦電流センサ１５０が出力する信号の大きさは基板１２１の表面の導電層の厚さのみによって決まるものではないため、センサ出力マップは、基板１２１上の膜厚分布そのものを表す膜厚マップとは異なることに留意されたい。

センサ出力マップは、後述するステップ５０４において基板１２１が研磨される前に、
ステップ５０４において研磨される基板１２１と同種かつ別個体の基板１２１（以下、参照基板という）に対する渦電流センサ１５０の出力信号を用いて生成される。ここで「同種の基板」とは、「その上に設けられた配線パターンが少なくとも設計上は同一である基板」を意味する。センサ出力マップは、ＣＭＰ装置１００を動作させた状態、より具体的には研磨テーブル１１０および研磨ヘッド１２０を回転させた場合に渦電流センサ１５０が出力した信号から生成される。

センサ出力マップを生成する際の、基板１２１から見た渦電流センサ１５０の軌道の間隔θは、渦電流センサ１５０の出力信号の凹凸を十分に解像できる間隔であることが好ましい。たとえば、好ましくは、センサ出力マップを生成する際の研磨テーブル１１０および研磨ヘッド１２０の回転速度は、基板１２１から見た渦電流センサ１５０の軌道の間隔θが１０度以下となるように設定される。たとえば基板１２１から見た渦電流センサ１５０の軌道の間隔θが２度ちょうどである場合、軌道の本数は１８０本となる（３６０（度）／２（度／本）＝１８０（本））。渦電流センサ１５０が基板１２１上の多数の軌道を通ることにより、基板１２１のほぼ全面について渦電流センサ１５０の信号が出力される。基板１２１のほぼ全面についての出力信号から、センサ出力マップを生成して取得することが可能である。その他の設定として、たとえば研磨テーブル１１０の回転速度を６０
ｒｐｍに、研磨ヘッド１２０の回転速度を６１ ｒｐｍとしてもよい。この場合、θは約６度となる。また、基板１２１の研磨中に、基板１２１が研磨ヘッド１２０の内部または研磨ヘッド１２０の上で回転し得ることが知られている。この基板１２１の回転現象が起こり得る場合には、θを計算する際に基板１２１の回転現象が考慮に入れられてもよい。たとえば、基板１２１の回転速度を、（研磨ヘッド１２０の回転数）×（研磨ヘッド１２０の内径）／（基板１２１の外径）という式から算出してもよい。また、センサ出力マップの生成および取得に際して、研磨テーブル１１０および渦電流センサ１５０の回転速度の複数の組み合わせが用いられてもよい。

このように、センサ出力マップは、渦電流センサ１５０の出力信号の凹凸を十分に解像できる解像度（データポイント数）を有することが好ましい。たとえば、基板１２１の大きさおよび基板１２１上の配線の形状などにもよるが、センサ出力マップのデータポイント数は、好ましくは１００点×１００点以上である。より好ましくは、１０００点×１０００点以上である。ただし、センサ出力マップのデータポイントはｘｙ座標ではなくｒθ座標その他の座標で表わされていてもよい。

センサ出力マップを生成するためには渦電流センサ１５０に複数の軌道を通らせる必要がある。渦電流センサ１５０に複数の軌道を通らせるためには研磨テーブル１１０は何回も回転させられる必要がある。たとえばθが２度ちょうどである場合、研磨テーブル１１０は少なくとも１８０回転させられる必要がある。研磨パッド１１１に研磨剤が存在している場合、研磨テーブル１１０が何度も回転するうちに基板１２１の研磨が進行してしまう。センサ出力マップを取得する際に基板１２１の研磨が進んでしまうと、正しいセンサ出力マップを取得することができない。したがって、センサ出力マップの取得は基板１２１が実質的に研磨されない条件下で実行されることが好ましい。

基板１２１が実質的に研磨されないようにするためには、研磨パッド１１１上の研磨剤を除去し、研磨パッド１１１を清浄な状態に保つ必要がある。研磨パッド１１１上の研磨剤を除去し、研磨パッド１１１を清浄な状態に保つために、センサ出力マップの取得中は液体供給機構１３０から水（純水）を研磨パッド１１１に供給してもよい。清浄な研磨パッド１１１を用いた場合、かつ、研磨パッド１１１自体が研磨能力を有しない場合、基板１２１は実質的に研磨されないだろう。なお、厳密に言えば、基板１２１と研磨パッド１１１とは接触しているので、清浄な研磨パッド１１１を用いた場合であっても基板１２１の研磨（摩耗）が起こる可能性がある。しかし、清浄な環境下における基板１２１の研磨
量は無視することができるほど少ないと考えられる。

研磨パッド１１１に砥粒が埋め込まれているなど、研磨パッド１１１自体が研磨能力を有している場合、研磨パッド１１１を清浄に保ったとしても基板１２１が研磨され得る。その場合、研磨テーブル１１０に取り付けられた研磨パッド１１１を取り外し、研磨能力を有しない研磨パッド１１１を研磨テーブル１１０に取り付けた後に、センサ出力マップが取得されてよい。研磨パッド１１１は、センサ出力マップの取得後にさらに取り換えられて（元に戻されて）よい。

上記に説明した方法により取得されたセンサ出力マップの一例７００を図７に示す。図７から見てとれるように、センサ出力マップ７００は周期的な凹凸を有する。これは、センサ出力マップ７００の生成の際に用いられた基板１２１に周期的なパターンが形成されているためである。

取得されたセンサ出力マップ（たとえばセンサ出力マップ７００）に描いた任意形状の線上において、渦電流センサ１５０の出力した信号の値（または渦電流センサ１５０が出力すべき信号の値）をプロファイル化することができる。すなわち、取得されたセンサ出力マップから、任意の軌道上のプロファイルを算出することができる。

ステップ５０４において、基板１２１が研磨されている間に研磨中信号のプロファイルが２次元データとして取得される。より詳細には、ステップ５０４は、基板１２１を取り付けた研磨ヘッド１２０と研磨テーブル１１０とを回転させながら、基板１２１を研磨テーブル１１０に押し付けて基板１２１を研磨する段階と、研磨中信号のプロファイルを２次元データとして取得する段階とに分けられる。ここで「研磨中信号」とは、研磨テーブル１１０と研磨ヘッド１２０の回転により基板１２１が研磨されている間に渦電流センサ１５０が出力する信号である。ここで「プロファイル」とは、ある軌道上における渦電流センサ１５０の出力信号の大きさをプロットした２次元データを指す（軌道上の位置を示すための１次元および出力信号の大きさを示す１次元、計２次元）。ステップ５０２においてセンサ出力マップを取得した後、制御部１４０は、ＣＭＰ装置１００を動作させて基板１２１を研磨しながら渦電流センサ１５０から出力される信号（研磨中信号）を取得する。研磨中信号のプロファイルは、渦電流センサ１５０の出力信号の凹凸を十分に解像できるデータポイント数を有することが好ましい。軌道の長さおよび基板１２１上の配線の形状などにもよるが、１つのプロファイル上のデータポイントは１０点以上であることが好ましい。より好ましくは、１つのプロファイル上のデータポイントは１００点以上である。

ステップ５０６において、渦電流センサ１５０の研磨中信号のプロファイルと最も類似したプロファイルを有する軌道が、センサ出力マップから抽出される。またステップ５０８において、前記抽出された軌道が、基板１２１から見た渦電流センサ１５０の軌道として特定される。制御部１４０は、ストレージデバイス１４１などからセンサ出力マップを読み出し、渦電流センサ１５０の研磨中信号のプロファイルと最も類似したプロファイルを有する軌道をセンサ出力マップから抽出する。基板１２１の研磨が過度に進まない限り、基板１２１の研磨が進行したとしても、同一の軌道から得られる渦電流センサ１５０の信号は類似していると考えられる。したがって、抽出した軌道を、基板１２１から見た渦電流センサ１５０の軌道として特定することができる。

渦電流センサ１５０の信号は、基板１２１の表面の導電層の厚さに少なくとも部分的に依存する。したがって、渦電流センサ１５０の研磨中信号は基板１２１の研磨の進行具合により増減する。そのため、センサ出力マップを取得した際の渦電流センサ１５０の信号の大きさと、渦電流センサ１５０の研磨中信号の大きさには差がある可能性がある。そこ
で、ステップ５０６において、センサ出力マップを取得した際の渦電流センサ１５０の信号の大きさと、研磨中信号を取得した際の渦電流センサ１５０の信号の大きさの両者を規格化してもよい。規格化によって、センサ出力マップから切り出したプロファイルと研磨中信号のプロファイルの単純な加算または減算を用いることができるようになる。たとえば渦電流センサ１５０のセンサ出力マップの、ある軌道上のプロファイルと、渦電流センサ１５０の研磨中信号のプロファイルの差分の総和を取ることによって、両プロファイルの類似度を判断することができる。たとえば、差分の総和が最も少ない場合に、両プロファイルは最も類似していると判断される。他の手法として、たとえばセンサ出力マップのある軌道上のプロファイルのピーク形状、ピーク位置またはピーク大きさの少なくともひとつと、渦電流センサ１５０の研磨中信号のプロファイルのピーク形状、ピーク位置またはピーク大きさの少なくともひとつを比較することによって、類似度が判断されてもよい。その他、プロファイルの類似度を判断するための知られた任意の手法が用いられてもよい。

ステップ５０６およびステップ５０８について、センサ出力マップ７００を例にして更に説明する。図８のセンサ出力マップ７００からは、例として、軌道Ａ－Ａ’、軌道Ｂ－Ｂ’および軌道Ｃ－Ｃ’上のプロファイルが切り出される。後述するように、各軌道間（各プロファイル間）の角度間隔θは０．１度以下であってよく、切り出されるプロファイルの本数は４本以上であってよい。さらに、後述するように、各軌道の形状は曲線状であってよい。図８に示された各軌道は説明のための例示に過ぎないことに留意されたい。また、ステップ５０４において、図９に示すような研磨中信号のプロファイル９００が得られたものとする。

制御部１４０は、センサ出力マップ７００の各軌道上のプロファイルを取得する。この例では、図８に示すように軌道は３つである。したがって、この例では、図１０に示すようにセンサ出力マップ７００のプロファイルが３つ取得される（プロファイルＡ－Ａ’、プロファイルＢ－Ｂ’およびプロファイルＣ－Ｃ’。なお、「プロファイルＸ－Ｘ’」とは、「センサ出力マップ７００の軌道Ｘ－Ｘ’上のプロファイル」を意味する。）。なお、図１０のプロファイルは、図８のセンサ出力マップ７００のプロファイルを厳密に再現したものではない。図８と図１０の相違は、説明の便宜のために生じたものにすぎないと理解されたい。

制御部１４０は、類似度比較のための任意の手法を用いて、研磨中信号のプロファイル９００と最も類似したプロファイルを有する軌道を抽出する。たとえば、制御部１４０は、研磨中信号のプロファイル９００ならびにプロファイルＡ－Ａ’、プロファイルＢ－Ｂ’およびプロファイルＣ－Ｃ’を規格化したのちに、平均二乗誤差の大小から、類似度を算出および／または判定する。この例では、プロファイルＣ－Ｃ’がもっとも研磨中信号のプロファイル９００と類似していると算出されたものとする。制御部１４０は、抽出された軌道Ｃ－Ｃ’を基板１２１から見た渦電流センサ１５０の軌道として特定する。

プロファイルの類似度の比較にあたっては、センサ出力マップから切り出すプロファイル間の間隔はなるべく小さいことが好ましい。一実施形態では、プロファイルは、基板１２１から見た渦電流センサ１５０の軌道の間隔θが０．１度以下となるようにセンサ出力マップから切り出される。したがって、後述する配線パターンの対称性を考慮しない場合、３６００本（３６０（度）／０．１（度）＝３６００（無次元数））のプロファイルと、渦電流センサ１５０の研磨中信号のプロファイルとが比較されることとなる。

基板１２１上の配線パターンが回転対称である場合、対称的な軌道上のプロファイルは実質的に同値となる。したがって、配線パターンが回転対称である場合、対称性に応じて比較するプロファイルの個数を減じてもよい。たとえば配線パターンが２回回転対称であ
る場合、センサ出力マップからプロファイルが切り出される範囲は１８０度の範囲であってよい。同様に、３回回転対称であれば１２０度の範囲、４回回転対称であれば９０度の範囲、ｎ回回転対称であれば３６０／ｎ度の範囲であってよい。

なお、センサ出力マップからプロファイルを切り出す際のプロファイル間の間隔と、センサ出力マップ取得時の渦電流センサ１５０の軌道の間隔θは異なってもよい。センサ出力マップ取得時の渦電流センサ１５０の軌道にかかわらず、任意の軌道上におけるプロファイルをセンサ出力マップから切り出すことができる。

また、センサ出力マップから抽出される軌道は曲線状であってよい。図３に示したように、渦電流センサ１５０の実際の軌道は曲線状となり得るからである。抽出される軌道の形状（曲率など）は研磨テーブル１１０および研磨ヘッド１２０の形状、位置関係および回転速度などから算出されてよい。

上述のようにして渦電流センサ１５０の軌道が特定されると、次にステップ５１０において、その特定された軌道上の各点における膜厚が決定される。渦電流センサ１５０の軌道上の各点における膜厚ｔ（ｘ，ｙ）は、例えば、基板１２１上の位置（ｘ，ｙ）における初期膜厚ｔ_ｉ（ｘ，ｙ）、終点膜厚ｔ_ｆ（ｘ，ｙ）、および研磨進行度α（ｘ，ｙ）に基づいて、次式に従って決定することができる。
ｔ（ｘ，ｙ）＝ｔ_ｉ（ｘ，ｙ）－｛ｔ_ｉ（ｘ，ｙ）－ｔ_ｆ（ｘ，ｙ）｝×α（ｘ，ｙ）

初期膜厚ｔ_ｉ（ｘ，ｙ）は、基板１２１を研磨する前の初期状態（なお、基板１２１には、初期状態においても、基板１２１上に形成された配線等による膜厚の面内分布が存在し得る）における膜厚を示す。終点膜厚ｔ_ｆ（ｘ，ｙ）は、基板１２１を目標の膜厚および膜厚分布になるまで研磨した後の状態における膜厚を示す。初期膜厚ｔ_ｉ（ｘ，ｙ）および終点膜厚ｔ_ｆ（ｘ，ｙ）は、例えば、それぞれ初期膜厚マップ、終点膜厚マップとしてストレージデバイス１４１に記憶されてよい。前述したセンサ出力マップと同様に、初期膜厚マップおよび終点膜厚マップは、ステップ５０４において基板１２１が研磨される前に、ステップ５０４において研磨される基板１２１と同種かつ別個体の基板１２１である参照基板に対する膜厚測定によって、生成されるのであってよい。初期膜厚マップおよび終点膜厚マップを生成するための膜厚測定には、例えば、光学式の膜厚測定器を用いることが好ましい。光学式の膜厚測定器を用いることで、比較的高い空間解像度で基板１２１上の各点の初期膜厚および終点膜厚を得ることが可能である。

研磨進行度α（ｘ，ｙ）は、基板１２１（ステップ５０４において実際に研磨される基板１２１）の研磨がどの程度進んだかを示す指標である。例えば、研磨進行度α（ｘ，ｙ）は、基板１２１を研磨する前の初期状態において値０（ゼロ）をとり、研磨により目標の膜厚に到達した研磨終了状態において値１をとり、初期状態と研磨終了状態との間の状態において０と１の間の値であって研磨終了状態に近づくにつれて増大する値をとるように、定義されてよい。研磨進行度α（ｘ，ｙ）は、ステップ５０４において取得される研磨中信号に基づいて算出することができる。

図１７は、研磨中信号に基づいて研磨進行度α（ｘ，ｙ）を算出する方法の一例を示す図である。図１７の横軸は基板１２１上の位置（例えば、ステップ５０８において特定された渦電流センサ１５０の軌道上の位置）を表し、縦軸は渦電流センサ１５０の出力信号の大きさを表している。図１７には、ステップ５０４において基板１２１が研磨されている間に取得された研磨中信号１７０４が示されている。図１７には、更に、初期状態に対応する基板１２１（ステップ５０４において研磨される基板１２１と同種かつ別個体の基板１２１である参照基板）から得られる渦電流センサ１５０の出力信号１７０２と、研磨
終了状態に対応する基板１２１（ステップ５０４において研磨される基板１２１と同種かつ別個体の基板１２１である参照基板を、ステップ５０４と同じ研磨条件で目標膜厚まで研磨したもの）から得られる渦電流センサ１５０の出力信号１７０６も示されている。なお、初期状態の出力信号１７０２と研磨終了状態の出力信号１７０６は、センサ出力マップとしてあらかじめストレージデバイス１４１に記憶されていてよい。

図１７を参照して、例えば、基板１２１上の位置（ｘ，ｙ）において、研磨中信号１７０４は値Ｖを有し、初期状態の出力信号１７０２は値Ｖ_ｉを有し、研磨終了状態の出力信号１７０６は値Ｖ_ｆを有しているとする。このとき、基板１２１上の位置（ｘ，ｙ）における研磨進行度は、例えば次のように算出することができる。
α（ｘ，ｙ）＝（Ｖ_ｉ－Ｖ）／（Ｖ_ｉ－Ｖ_ｆ）

図１８は、研磨中信号に基づいて研磨進行度α（ｘ，ｙ）を算出する方法の別の例を示す図である。図１８の横軸および縦軸は図１７と同様である。ただし、図１８の横軸は図１７の横軸を拡大して描いている。図１８には、図１７における研磨中信号１７０４、初期状態の出力信号１７０２、および研磨終了状態の出力信号１７０６を代表する１つの信号１８０２が示されている（すなわち、図１８の信号１８０２は、信号１７０２、１７０４、および１７０６のうちの任意の１つに対応する）。

図１８において、基板１２１上の位置（ｘ，ｙ）を含む所定範囲の領域Ｚが設定される。例えば、領域Ｚは、ステップ５０８において特定された渦電流センサ１５０のある１つの軌道上の部分的な領域であってよい。この領域Ｚにおいて信号１８０２を表す曲線と横軸とで囲まれた部分の面積を計算する。例えば、研磨中信号１７０４について計算された当該部分の面積はＳであり、初期状態の出力信号１７０２について計算された当該部分の面積はＳ_ｉであり、研磨終了状態の出力信号１７０６について計算された当該部分の面積はＳ_ｆであるとする。このとき、基板１２１上の位置（ｘ，ｙ）における研磨進行度は、例えば次のように算出することができる。
α（ｘ，ｙ）＝（Ｓ_ｉ－Ｓ）／（Ｓ_ｉ－Ｓ_ｆ）

上記方法では、領域Ｚにおいて信号１８０２を表す曲線より下の部分の面積の比例計算に基づき研磨進行度α（ｘ，ｙ）を算出しているが、更に別の方法として、領域Ｚにおける信号１８０２のピーク値の比例計算に基づいて、研磨進行度α（ｘ，ｙ）を算出してもよい。

次にステップ５１２において、上記のステップ５１０で決定されたある軌道上の各点の膜厚のデータが、既に算出済みの１または複数の他の軌道上の各点の膜厚のデータと結合されることによって、膜厚マップが作成または更新される。そして、次のステップ５１４において、所定の研磨終了条件が満たされたかどうか（例えば、あらかじめ設定された研磨時間の研磨が行われたかどうか、あるいは、基板１２１の所定の領域または領域毎の膜厚の平均値が所定の範囲にあるかどうか等）が判定され、当該所定の研磨終了条件がまだ満たされていなければ、再びステップ５０４からの処理が繰り返される。

ステップ５１２の処理を具体的に説明するために、便宜上、再び図３を参照する。図３には、軌道１から軌道１０の１０本の軌道が描かれている。例えば、ある時点までに、既にステップ５０４からステップ５１２の処理が２回反復されており、その結果、軌道１と軌道２の２つの軌道上の各点の膜厚のデータが算出され、それらがストレージデバイス１４１に記憶されているとする。これらの膜厚のデータは、基板１２１全体のうち上記２つの軌道に対応する部分的な領域の膜厚マップを形成している。そして今、ステップ５１０の３回目の実行によって、軌道３上の各点の膜厚のデータが得られたとする。制御部１４０は、ステップ５１２において、軌道１と軌道２に対応する部分的な領域の膜厚マップに
軌道３上の各点の膜厚のデータを付加し、その結果を新たな膜厚マップとしてストレージデバイス１４１に格納する。新たな膜厚マップは、軌道１、軌道２、および軌道３の３つの軌道上の各点の膜厚のデータを含んでいる。このように、ステップ５０４からステップ５１２の処理が複数回繰り返されることにより、膜厚マップが基板１２１のより広い領域または基板１２１の全体を網羅するように拡充／更新されていく。

ステップ５１４の判定において所定の研磨終了条件が満たされると、次にステップ５１６において、上述のようにして作成された膜厚マップに対する平均化処理と補間処理が行われる。図１１は、膜厚マップの平均化処理を説明するための図である。前述したように、基板１２１は後工程において切断されチップ（すなわちダイ）に個片化される。基板１２１上には、区画化された複数のダイ領域１１０２が配置されている。ダイ領域１１０２の形状や大きさにもよるが、１つのダイ領域１１０２の中には、膜厚マップ中の複数の点１１０４が存在し得る。膜厚マップ中の各点１１０４は、基板１２１上のその点に対応する位置における、上述のステップ５１０で算出された膜厚のデータを有している。なお、各点１１０４の膜厚のデータは、その点１１０４における既知の配線パターン等に応じて補正されてもよい。制御部１４０は、各ダイ領域１１０２内に存在する複数の点１１０４における膜厚のデータを平均することによって、当該ダイ領域１１０２の膜厚の代表値を算出し、そのように算出された各ダイ領域１１０２の膜厚の代表値を用いて、平均化膜厚マップを作成する。図１２に平均化膜厚マップの一例１２００を示す。図１２から見てとれるように、平均化膜厚マップ１２００は、ダイ領域１１０２毎に一定の膜厚を有するように表現される。

図１３は、ステップ５１６における膜厚マップの補間処理を説明するための図である。前述したように、渦電流センサ１５０の軌道上の各点において膜厚が算出され、それら各点における膜厚のデータから膜厚マップが構成される。したがって、渦電流センサ１５０の軌道が通過しなかった基板１２１上の領域については、膜厚マップに膜厚のデータが存在しないことになる。ステップ５１６の補間処理は、そのようなデータを、膜厚マップが保持しているデータを用いて補間する処理である。

ここで、ＣＭＰ装置１００の複数のエアバッグ１２２は基板１２１に対して同心円状に設けられているとする。この場合、基板１２１の研磨圧力が各同心円内で一定となるので、研磨された基板１２１は、同心円の周方向にわたって同様の研磨状態となることが期待される。そこでステップ５１６の補間処理にあたっては、周方向における補間の相関強度を大きくすることで、補間を精度良く行うことができる。

例えば、図１３に示されるように、あるダイ領域１１０２－１に近接して４つのダイ領域１１０２－２、１１０２－３、１１０２－４、および１１０２－５が存在しているとする。ダイ領域１１０２－２および１１０２－３は、ダイ領域１１０２－１に対して基板１２１の周方向に近接し、ダイ領域１１０２－４および１１０２－５は、ダイ領域１１０２－１に対して基板１２１の半径方向に近接している。ダイ領域１１０２－１は、膜厚のデータを有していないものとする。一方、ダイ領域１１０２－２、１１０２－３、１１０２－４、および１１０２－５は膜厚のデータを有しており、各々の膜厚値（すなわち、各ダイ領域内の複数の点における膜厚を平均した上述の代表値）をそれぞれＴ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５とする。

制御部１４０は、ダイ領域１１０２－１の平均膜厚Ｔ１を、ダイ領域１１０２－１に近接している４つのダイ領域の膜厚値Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、およびＴ５を補間することによって算出する。上述したように基板１２１の周方向における補間の相関強度を大きくするために、例えば次の補間式を用いることができる。ただし、ｕ＞ｖ、ｕ＋ｖ＝１／２であるとし、比ｕ／ｖは、基板１２１の半径方向に対して、基板１２１の周方向がｕ／ｖ倍の相
関で補間されることを表す。
Ｔ１＝ｕ（Ｔ２＋Ｔ３）＋ｖ（Ｔ４＋Ｔ５）

以上のようにして、図５のフローチャートに従って各ステップが実行されることにより、水研磨処理における膜厚マップが完成する。

次に、図６のフローチャートを参照して、研磨処理（すなわち図４のフローチャートにおけるステップ４０２）の間に研磨中膜厚マップを作成する方法について説明する。以下、研磨中膜厚マップは単に膜厚マップとも記載される。図６のフローチャートにおいて、ステップ６２２および６２４以外のステップは、図５のフローチャートにおける各ステップと同じである。

前述したように、水研磨処理中には、研磨レートが極めて低いため実質的に基板１２１の研磨はほとんど進行しない。したがって、水研磨処理中に膜厚マップを作成する場合には、図５のステップ５１２に関して説明したように、既に算出済みの膜厚マップ（例えば軌道１と軌道２に対応する部分的な膜厚マップ）と新たな軌道（例えば軌道３）の膜厚のデータとをそのまま結合することによって膜厚マップを更新することが可能であった。しかし、図４のステップ４０２における研磨処理では、水研磨時よりも格段に大きい研磨レートで基板１２１が研磨されるので、既に算出済みの膜厚マップと新たな軌道の膜厚のデータとを単純に結合してしまうと、研磨がある量だけ進行した後の膜厚のデータと研磨が進行する前の膜厚マップとを結合することになり、正しい膜厚マップを得ることができない。そのような事態を避けるために、研磨処理中に膜厚マップを作成する図６のフローチャートの方法は、ステップ６２２および６２４の処理を追加で行うようにしている。

ステップ６２２において、複数の軌道に対応する膜厚のデータに基づいて基板１２１の研磨レートが算出される。図１４は、研磨レートの算出方法の一例を示す図である。図１４には、軌道１から軌道６（例えば、既出の図３を参照）の膜厚分布が示されている。軌道１の膜厚データが一番先に取得され、その後、順に軌道２、３、４、５、６の各膜厚データが取得されたとする。軌道１から軌道６の膜厚データが取得される間に基板１２１の研磨が次第に進んでいるため、各軌道の平均膜厚は、軌道１、２、３、４、５、６の順に薄くなっている。隣り合う２つの軌道（例えば軌道１と軌道２）の膜厚データが取得される間に、研磨テーブル１１０は１回転する。

制御部１４０は、まず、最新の軌道６を含む連続する３つの軌道（すなわち軌道４、５、および６）の平均膜厚分布１４０２と、さらにその直前の連続する３つの軌道（すなわち軌道１、２、および３）の平均膜厚分布１４０４とを算出する。制御部１４０は、次に、２つの平均膜厚分布１４０２および１４０４の差分をとり、それを両者の間における研磨テーブル１１０の回転数（この例では３回転）で除算することにより、研磨テーブル１１０が１回転する間における研磨量（すなわち研磨レート）の分布１４０６を算出する。なお、図１４に示される３つのグラフの横軸は、基板１２１の半径方向の位置を表している。３つの軌道の平均膜厚分布から研磨レートを算出することにより、研磨レートを精度良く求めることができる。もちろん、２つまたは４つ以上の軌道の平均膜厚分布から研磨レートを算出してもよい。また、平均膜厚分布を用いるのではなく、ある１つの軌道の膜厚分布と他の１つの軌道の膜厚分布の差から研磨レートを算出してもよい。

次にステップ６２４において、上記ステップ６２２で求めた基板１２１の研磨レートを用いて、既に算出済みの各軌道における膜厚データ（すなわち、その時点までに作成されている膜厚マップ）が修正される。その後、前述のステップ５１２において、当該修正された膜厚データ（または膜厚マップ）と、ステップ５１０で決定されたある軌道の膜厚データが結合される。

例えば、ある時点において、基板１２１の全面に対応する膜厚マップが得られているとする。制御部１４０は、ステップ６２４において、その膜厚マップから、ステップ６２２で求めた研磨レートの分布１４０６によって示される研磨量を減算する。研磨レートの分布１４０６は基板１２１の半径方向の分布であるので、膜厚マップから減算される量は、基板１２１の周方向では同一量である。つまり、膜厚マップからの減算は同心円状に行われる。減算が行われた後の膜厚マップは、減算前の膜厚マップが取得された時点から現時点までに基板１２１の研磨が進行したことを反映した、修正された膜厚マップである。したがって、この修正された膜厚マップと、現在のステップ５１０で算出された軌道の膜厚データとを、次のステップ５１２において結合することにより、膜厚マップを正しく更新することができる。

なお、このようにして基板１２１の研磨レートを考慮して更新された膜厚マップは、前述した水研磨の場合と同様に、ステップ５１６において平均化および補間処理され、これにより、ダイ領域１１０２毎に平均膜厚を有する平均化膜厚マップ（例えば図１２に示されるような平均化膜厚マップ１２００）が得られる。

以上のようにして、図６のフローチャートに従って各ステップが実行されることにより、研磨処理における膜厚マップが完成する。

図１５は、他の実施形態にかかる基板研磨装置１００の正面図である。本実施形態の基板研磨装置１００は、図２に示される構成に加えて、さらに光学センサ１５００を備えている。図示されるように、光学センサ１５００は研磨テーブル１１０に設けられている。光学センサ１５００は、基板１２１の測定が可能な位置であれば、研磨テーブル１１０の任意の位置に設けられていてよい。

光学センサ１５００は、照射光を基板１２１の被研磨面に照射し、基板１２１の被研磨面で反射された反射光の光学特性を測定する。光学センサ１５００は、例えば基板１２１の光学スペクトルを測定する。前述したように、基板１２１の被研磨面は、複数のダイ領域１１０２に区画されている。各ダイ領域１１０２は、それぞれ固有の膜構造および配線パターンを有しており、そのため、各ダイ領域１１０２の各部位から反射された光はそれぞれ特徴的なスペクトルを有している。したがって、光学センサ１５００によって測定された基板１２１からの光学スペクトルを用いることで、前述の図５および図６のフローチャートに示される方法と同様にして、基板１２１の研磨中および水研磨中の膜厚マップを作成することが可能である。

図１５の実施形態において、基板研磨装置１００は、渦電流センサ１５０と光学センサ１５００の両方を備えている。したがって、基板研磨装置１００は、渦電流センサ１５０からの信号に基づく基板１２１の膜厚マップと、光学センサ１５００からの信号に基づく基板１２１の膜厚マップの両方を作成することができる。前述したように、渦電流センサ１５０は、基板１２１の表面の導電層に渦電流を誘起することにより生じるインピーダンス変化を検出する。よって、渦電流センサ１５０からの信号に基づいて作成される膜厚マップは、基板１２１上の導電層、すなわち金属層の厚さの分布を表している。一方、光学センサ１５００からの信号に基づいて作成される膜厚マップは、基板１２１上の酸化膜の厚さの分布を表している。

図１６は、渦電流センサ１５０を利用することにより得られた膜厚マップの一例１６２０と、光学センサ１５００を利用することにより得られた膜厚マップの一例１６４０を示す。各膜厚マップ１６２０、１６４０において、膜厚はダイ領域１１０２毎に平均化されている。この２つの膜厚マップ１６２０、１６４０に基づいて、例えば、渦電流センサ１
５０による膜厚マップ１６２０から光学センサ１５００による膜厚マップ１６４０をダイ領域１１０２毎に減算することによって、基板１２１上におけるディッシング量の分布を表すディッシングマップ１６６０を作成することができる。ディッシングマップ１６６０に基づいて、所望のディッシング量が達成されているか否かを判定し、所望のディッシング量が達成されていない場合は、再研磨処理を行うこととしてもよい。また、ディッシングマップ１６６０に基づいて、次回以降の研磨条件（例えば、基板１２１を研磨テーブルに押し付ける圧力、研磨テーブルおよび基板１２１を保持する研磨ヘッドの回転速度、基板１２１の被研磨面へのスラリの供給量、基板１２１の被研磨面の温度等）を最適化することとしてもよい。

基板研磨装置１００の制御部１４０は、上述のようにして作成した膜厚マップまたはディッシングマップに基づいて、前工程の処理条件を決定したり、後工程の処理条件を決定したり、あるいは歩留まり管理など品質管理のためのデータ処理を行ったりしてもよい。

以上、いくつかの本発明の実施形態について説明してきた。しかし、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。

１００Ａ 基板研磨装置
１００Ｂ 基板研磨装置
１００Ｃ－１ 基板研磨装置
１００Ｃ－２ 基板研磨装置
１０１ 研磨チャンバ
１０１Ａ 研磨チャンバ
１０１Ｂ 研磨チャンバ
１１０ 研磨テーブル
１１１ 研磨パッド
１２０ 研磨ヘッド
１２１ 基板
１２２ エアバッグ
１３０ 液体供給機構
１４０ 制御部
１４１ ストレージデバイス
１４２ プロセッサ
１４３ 入出力装置
１５０ 膜厚測定器
７００ センサ出力マップ
９００ 研磨中信号のプロファイル
１１０２ ダイ領域
１１０４ 膜厚マップ中の各点
１２００ 平均化膜厚マップ
１４０２ 平均膜厚分布
１４０４ 平均膜厚分布
１４０６ 研磨レートの分布
１５００ 光学センサ
１６２０ 膜厚マップ
１６４０ 膜厚マップ
１６６０ ディッシングマップ
１７０２ 初期状態の出力信号
１７０４ 研磨中信号
１７０６ 研磨終了状態の出力信号
１８０２ 信号

Claims (16)

1. 膜厚に関連する信号を出力するセンサが設けられた研磨テーブルであって、回転可能に構成された研磨テーブルと、
   前記研磨テーブルに対向し、回転可能に構成された研磨ヘッドであって、前記研磨テーブルと対向する面に基板を取り付け可能である研磨ヘッドと、
   制御部と、
   を備える、基板研磨装置であって、
   前記制御部は、
   参照基板に対する前記センサの出力信号を用いて、前記参照基板の被研磨面の全面に対する前記センサの前記出力信号の大きさを表すマップであるセンサ出力マップを生成し、
   前記センサが前記基板の被研磨面上を通過した時に前記センサから研磨中信号を取得し、
   前記センサ出力マップから、前記研磨中信号のプロファイルと最も類似したプロファイルを有する軌道を抽出し、前記抽出した軌道を前記基板に対する前記センサの軌道として特定し、
   前記研磨中信号に基づいて前記センサの前記特定された軌道上の各点における前記基板の膜厚を計算し、
   前記センサの複数の軌道に対して計算された各点の膜厚に基づいて膜厚マップを作成する、
   基板研磨装置。
2. 前記センサは１つ以上の渦電流センサである、請求項１に記載の基板研磨装置。
3. 前記センサは１つ以上の光学センサである、請求項１に記載の基板研磨装置。
4. 前記センサは１つ以上の渦電流センサと１つ以上の光学センサである、請求項１に記載
   の基板研磨装置。
5. 前記制御部は、前記基板を研磨した後の水研磨中に前記センサから前記研磨中信号を取得する、請求項１から４のいずれか１項に記載の基板研磨装置。
6. 前記制御部は、前記基板の研磨中に前記センサから前記研磨中信号を取得する、請求項１から４のいずれか１項に記載の基板研磨装置。
7. 前記制御部は、さらに、
   前記センサの複数の軌道の膜厚分布に基づいて前記基板の研磨レートの分布を計算し、
   前記研磨レートの分布に基づいて、所定期間に研磨される前記基板の研磨量を計算し、
   所定の時点における前記膜厚マップから前記研磨量を減算し、減算後の膜厚マップと、現在の軌道に対応する膜厚のデータとを結合することによって、前記膜厚マップを更新する、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の基板研磨装置。
8. 前記制御部は、さらに、前記渦電流センサからの信号を用いて作成した第１の膜厚マップと、前記光学センサからの信号を用いて作成した第２の膜厚マップとの比較に基づいて、前記基板のディッシング量の分布を表すディッシングマップを作成する、請求項４に記載の基板研磨装置。
9. 前記制御部は、さらに、
   前記膜厚マップに基づいて、所望の膜厚または所望の膜厚プロファイルが達成されているか否かを判定し、
   前記所望の膜厚または前記所望の膜厚プロファイルが達成されていない場合に、前記研磨テーブルおよび前記研磨ヘッド、または前記基板研磨装置が備える第２の研磨テーブルおよび第２の研磨ヘッド、または前記基板研磨装置とは異なる別の基板研磨装置が備える第３の研磨テーブルおよび第３の研磨ヘッドを使用して前記基板を再研磨するように制御する、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の基板研磨装置。
10. 前記制御部は、さらに、
    前記ディッシングマップに基づいて、所望のディッシング量が達成されているか否かを判定し、
    前記所望のディッシング量が達成されていない場合に、前記研磨テーブルおよび前記研磨ヘッド、または前記基板研磨装置が備える第２の研磨テーブルおよび第２の研磨ヘッド、または前記基板研磨装置とは異なる別の基板研磨装置が備える第３の研磨テーブルおよび第３の研磨ヘッドを使用して前記基板を再研磨するように制御する、
    請求項８に記載の基板研磨装置。
11. 前記制御部は、さらに、前記膜厚マップまたは前記ディッシングマップに基づいて、前工程の処理条件を決定する、または後工程の処理条件を決定する、請求項８に記載の基板研磨装置。
12. 前記制御部は、さらに、前記膜厚マップまたは前記ディッシングマップに基づいて、研磨条件を最適化する、請求項８に記載の基板研磨装置。
13. 前記基板の研磨圧力を調整可能なエアバッグをさらに備え、
    前記制御部は、さらに、前記膜厚マップに基づいて前記エアバッグの内部圧力を制御する、
    請求項１から１２のいずれか１項に記載の基板研磨装置。
14. 前記制御部は、
    少なくとも前記研磨中信号に基づいて前記基板の研磨進行度を計算し、
    前記計算された研磨進行度と、前記基板を研磨する前に参照基板に対する膜厚測定によって得られた前記参照基板の初期膜厚および終点膜厚とに基づいて、前記基板の各点における膜厚を計算する、
    請求項２に記載の基板研磨装置。
15. 前記制御部は、前記基板の研磨中に取得される前記渦電流センサからの前記研磨中信号と、初期状態の参照基板に対する前記渦電流センサからの出力信号と、研磨終了状態の参照基板に対する前記渦電流センサからの出力信号との比較に基づいて、前記研磨進行度を計算する、請求項１４に記載の基板研磨装置。
16. 膜厚に関連する信号を出力するセンサが設けられた研磨テーブルであって、回転可能に構成された研磨テーブルと、
    前記研磨テーブルに対向し、回転可能に構成された研磨ヘッドであって、前記研磨テーブルと対向する面に基板を取り付け可能である研磨ヘッドと、
    を備える基板研磨装置における、前記基板の膜厚マップを作成する方法であって、
    参照基板に対する前記センサの出力信号を用いて、前記参照基板の被研磨面の全面に対する前記センサの前記出力信号の大きさを表すマップであるセンサ出力マップを生成するステップと、
    前記センサが前記基板の被研磨面上を通過した時に前記センサから研磨中信号を取得するステップと、
    前記センサ出力マップから、前記研磨中信号のプロファイルと最も類似したプロファイルを有する軌道を抽出し、前記抽出した軌道を前記基板に対する前記センサの軌道として特定するステップと、
    前記研磨中信号に基づいて前記センサの前記特定された軌道上の各点における前記基板の膜厚を計算するステップと、
    前記センサの複数の軌道に対して計算された各点の膜厚に基づいて膜厚マップを作成するステップと、
    を含む膜厚マップ作成方法。

Images