研磨装置及び研磨方法
【課題】事前に多数の研磨試験などを行うことなく、より精密な研磨プロファイル制御を行うことができるようにする。
【解決手段】研磨面５２ａを有する研磨テーブル２２と、研磨対象物Ｗを保持し研磨面５２ａに押圧するトップリング２４と、研磨面５２ａに研磨液を供給する研磨液供給ノズル２６と、研磨液供給ノズル２６の研磨液供給位置２６ａを研磨面５２ａの略半径方向に沿って移動させる移動機構７０と、移動機構７０を制御するコントローラ６６と、研磨液供給ノズル２６の研磨液供給位置２６ａと研磨プロファイルとの関係を予測しシミュレーションを行ってコントローラに出力するシミュレータ７２とを備えた。
【解決手段】研磨面５２ａを有する研磨テーブル２２と、研磨対象物Ｗを保持し研磨面５２ａに押圧するトップリング２４と、研磨面５２ａに研磨液を供給する研磨液供給ノズル２６と、研磨液供給ノズル２６の研磨液供給位置２６ａを研磨面５２ａの略半径方向に沿って移動させる移動機構７０と、移動機構７０を制御するコントローラ６６と、研磨液供給ノズル２６の研磨液供給位置２６ａと研磨プロファイルとの関係を予測しシミュレーションを行ってコントローラに出力するシミュレータ７２とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨装置及び研磨方法に係り、特に、半導体ウェハ等の研磨対象物を平坦かつ鏡面状に研磨する研磨装置及び研磨方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭くなりつつある。特に線幅が０．５μｍ以下の光リソグラフィの場合、焦点深度が浅くなるためステッパーの結像面の平坦度を必要とする。このような半導体ウェハの表面を平坦化する一手段として、化学機械研磨（ＣＭＰ）を行う研磨装置が知られている。
【０００３】
この種の化学機械研磨（ＣＭＰ）装置は、研磨パッドを上面に有する研磨テーブルとトップリングとを備えている。そして、研磨テーブルとトップリングとの間に半導体ウェハを介在させて、研磨パッド表面の研磨面に砥液（スラリー）を供給しつつ、トップリングによって保持した半導体ウェハを研磨テーブルの研磨面に押圧して、半導体ウェハの表面を平坦かつ鏡面状に研磨するようにしている（特許文献１〜５参照）。
【０００４】
出願人は、研磨面に研磨液を供給する研磨液供給口と、研磨液が研磨対象物と研磨面との相対移動により研磨対象物の全面に均一に行き渡るように研磨液供給口を移動させる移動機構とを備えることで、研磨レートを改善し、研磨レートの面内均一性を向上させるようにした研磨装置及び研磨方法を提案している（特許文献６参照）。また、出願人は、研磨対象物の複数の領域に対して独立して押圧力を与える複数の圧力室を備えたトップリングを使用して、研磨対象物上の複数の領域に対する押圧力を独立に制御するようにした研磨装置を提案している（特許文献７参照）。更に、エアバックを使用するこことで、研磨対象物上の複数の領域に対する押圧力を独立に制御するようにした研磨装置も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１１３６５３号公報
【特許文献２】特開平１０−５８３０９号公報
【特許文献３】特開平１０−２８６７５８号公報
【特許文献４】特開２００３−１３３２７７号公報
【特許文献５】特開２００１−２３７２０８号公報
【特許文献６】特開２００６−１４７７７３号公報
【特許文献７】特表２００８−５０３３５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、半導体デバイスの高性能化の要求に従い、より精密な研磨プロファイル制御が必要となっている。しかし、研磨対象物の複数の領域に対して独立して押圧力を与える複数の圧力室やエアバック等を備えたトップリングを使用し、研磨対象物上の複数の領域に対する押圧力を独立に制御しつつ研磨することで所望の研磨プロファイルを得ようとすると、圧力室やエアバック等よりも小さな領域の圧力を制御することができず、狭い領域のプロファイル制御ができなくなって、より精密なプロファイル制御が困難となる。
【０００７】
一方、研磨液供給口から研磨液を研磨面に供給しながら研磨液供給口（研磨液供給位置）を移動させて研磨を行うことで、前述の圧力室やエアバック等を備えたトップリングを使用して研磨する場合よりも、より精密な研磨プロファイルの制御が可能となる。しかし、この場合、制御パラメータが多く、所望の研磨プロファイルを得るまでに多数の研磨試験が必要となるばかりでなく、半導体ウェハなどの消耗材のコストが増加してしまう。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、事前に多数の研磨試験などを行うことなく、より精密な研磨プロファイル制御を行うことができるようにした研磨装置および研磨方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、研磨面を有する研磨テーブルと、研磨対象物を保持し該研磨対象物を前記研磨面に押圧するトップリングと、前記研磨面に研磨液を供給する研磨液供給ノズルと、前記研磨液供給ノズルの研磨液供給位置を前記研磨面の略半径方向に沿って移動させる移動機構と、前記移動機構を制御するコントローラと、前記研磨液供給ノズルの研磨液供給位置と研磨プロファイルとの関係を予測しシミュレーションを行って前記コントローラに出力するシミュレータとを備えたことを特徴とする研磨装置である。
【００１０】
このように、研磨液供給ノズルの研磨液供給位置と研磨プロファイルとの関係を予測しシミュレーションを行ってコントローラに出力するシミュレータを備えることで、事前に多数の研磨試験を行うことなく、効率良く研磨液供給位置の移動パターン等の研磨レシピを決定でき、且つ、従来のエアバッグ方式等よりも、より精密な研磨プロファイルが制御可能となる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記シミュレータは、所望の研磨プロファイルの入力に基づき、予め求められた複数点の研磨液供給位置と研磨プロファイルとの関係を示すデータベースを参照して、前記研磨プロファイルが得られると予測される研磨液供給位置の移動パターンを出力することを特徴とする請求項１記載の研磨装置である。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記シミュレータは、研磨液供給位置の移動パターンの入力に基づき、予め求められた複数点の研磨液供給位置と研磨プロファイルとの関係を示すデータベースを参照して、前記移動パターンに従って前記研磨液供給位置を移動させながら研磨を行った時に得られると予測される研磨プロファイルを出力することを特徴とする請求項１記載の研磨装置である。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記シミュレータは、予め求められた複数点の研磨液供給位置と研磨プロファイルとの関係を示すデータベースを参照し、N次回帰、フーリエ変換、スプライン回帰及びウェーブレット変換の少なくとも一手法により、任意の研磨液供給位置と研磨プロファイルとの関係を予測することを特徴とする請求項１記載の研磨装置である。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、前記シミュレータは、任意の微小区間における研磨液供給位置の移動速度または滞在時間によって重み付けられた研磨プロファイルの重ね合わせよって、研磨液供給位置を移動させながら研磨を行った時に得られる研磨プロファイルを予測することを特徴とする請求項１記載の研磨装置である。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、膜厚モニタを備え、前記シミュレータは、膜厚モニタの研磨中の測定結果から研磨液供給位置の最適な移動パターンを予測して前記コントローラにフィードバックすることを特徴とする請求項１記載の研磨装置である。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、前記膜厚モニタは、渦電流センサであることを特徴とする請求項６記載の研磨装置である。
渦電流センサによって、金属薄膜の膜厚を計測することができる。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、前記膜厚モニタは、光学式センサであることを特徴とする請求項６記載の研磨装置である。
光学式センサによって、酸化膜薄膜等の光学的に透明な薄膜の膜厚を計測することができる。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、研磨プロファイルモニタを備え、研磨プロファイルモニタの研磨後の測定結果を前記シミュレータに実研磨プロファイルとして入力することを特徴とする請求項１記載の研磨装置である。
【００１９】
請求項１０に記載の発明は、研磨テーブルの研磨面に研磨液供給ノズルから研磨液を供給しながら研磨対象物を押圧し、少なくとも前記研磨面を回転させながら前記研磨対象物を研磨する研磨方法において、前記研磨液供給ノズルの前記研磨面に研磨液を供給する研磨液供給位置を、前記研磨面の略半径方向に沿って、移動範囲内で複数に分割された区間毎に個別に定めた所定の移動パターンで移動させることを特徴とする研磨方法である。
【００２０】
このように、研磨液供給ノズルの研磨面に研磨液を供給する研磨液供給位置を、研磨面の略半径方向に沿って、移動範囲内で複数に分割された区間毎に個別に定めた所定の移動パターンで移動させることで、従来のエアバッグ方式等よりも、より精密な研磨プロファイルが制御可能となる。
【００２１】
請求項１１に記載の発明は、前記研磨液供給位置の移動パターンは、移動範囲内で複数に分割された区間内での研磨液供給位置の移動速度、移動範囲の分割位置及び移動範囲のいずれかを含むことを特徴とする請求項１０記載の研磨方法である。
【００２２】
請求項１２に記載の発明は、前記研磨液供給位置の移動パターンは、所望の研磨プロファイルを基にシミュレータに依り得られた移動パターンであることを特徴とする請求項１０または１１記載の研磨方法である。
これにより、事前に多数の研磨試験を行うことなく、効率良く研磨液供給位置の移動パターン等の研磨レシピを決定できる。
【００２３】
請求項１３に記載の発明は、研磨中に膜厚モニタによって得られた研磨プロファイルと所望の研磨プロファイルとの差を計算し、この差を基にシミュレータでシミュレートして、予め設定された研磨プロファイルに近づけるように前記研磨液供給位置の移動パターンを更新することを特徴とする請求項１２記載の研磨方法である。
【００２４】
請求項１４に記載の発明は、研磨対象物に形成された研磨プロファイルの異なる少なくとも２種類の膜に対して、所望の研磨プロファイルを基に、シミュレータにより個別に研磨液供給位置の移動パターンを決定することを特徴とする請求項１０記載の研磨方法である。
これにより、例えばＳｉＯ２膜とメタル膜等の研磨プロファイルの異なる２種類の膜を含む研磨対象物の研磨プロファイルを改善することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、シミュレータを用いることで、事前に多数の研磨試験を行うことなく、効率良く研磨液供給位置の移動パターン等の研磨レシピを決定でき、且つ、従来のエアバッグ方式よりも、より精密な研磨プロファイルが制御可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態の研磨装置を備えた研磨処理システムを示す平面図である。
【図２】図１に示す研磨処理システムに備えられている本発明の実施形態の研磨装置の概要を示す縦断面図である。
【図３】図２に示す研磨装置のシステム構成図である。
【図４】シミュレータによるシミュレーションの予想フロー図である。
【図５】（ａ）は、シミュレータによるシミュレーションにおける研磨面、研磨液供給ノズル及び研磨液供給口（研磨液供給位置）の関係を示す平面図で、（ｂ）は、（ａ）の正面図である。
【図６】シミュレーションプロファイルと実研磨プロファイルを参照プロファイルと共に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。以下の例では、研磨対象物としての半導体ウェハの表面に形成された銅膜等の金属薄膜を研磨するようにした例を示す。なお、図において、同一または相当する構成要素には、同一符号を付して重複した説明を省略する。
【００２８】
図１は、本発明の実施形態の研磨装置を備えた研磨処理システムを示す平面図である。図１に示すように、この研磨処理システムには、３つのウェハカセット１０を装着できるようになっている。これらのウェハカセット１０に沿って走行機構１２が設けられており、この走行機構１２の上には、２つのハンドを有する第１搬送ロボット１４が配置されている。第１搬送ロボット１４のハンドは、ウェハカセット１０にアクセス可能となっている。
【００２９】
また、研磨処理システムは、本発明の実施形態の研磨装置２０を４つ備えており、これらの研磨装置２０は、システムの長手方向に沿って配列されている。それぞれの研磨装置２０には、研磨面を有する研磨テーブル２２と、研磨対象物としての半導体ウェハを保持しかつ半導体ウェハを研磨パッド５２に対して押圧しながら研磨するためのトップリング２４と、研磨パッド５２に研磨液（スラリー）を供給するための研磨液供給ノズル２６と、研磨テーブル２２のドレッシングを行うためのドレッサ２８と、液体（例えば純水）と気体（例えば窒素）の混合流体を霧状にして、１つまたは複数のノズルから研磨面に噴射するアトマイザ３０とを備えている。
【００３０】
研磨装置２０の近傍には、長手方向に沿って半導体ウェハを搬送する第１リニアトランスポータ３２と第２リニアトランスポータ３４とが設置されており、この第１リニアトランスポータ３２のウェハカセット１０側には、第１搬送ロボット１４から受け取った半導体ウェハを反転する反転機３６が配置されている。
【００３１】
また、この研磨処理システムは、第２搬送ロボット３８と、第２搬送ロボット３８から受け取った半導体ウェハを反転する反転機４０と、研磨後の半導体ウェハを洗浄する４つの洗浄機４２と、反転機４０および洗浄機４２の間で半導体ウェハを搬送する搬送ユニット４４とを備えている。これらの第２搬送ロボット３８、反転機４０、および洗浄機４２は、長手方向に沿って直列に配置されている。
【００３２】
このような研磨処理システムにおいて、ウェハカセット１０内の半導体ウェハは、反転機３６、第１リニアトランスポータ３２、第２リニアトランスポータ３４を経て各研磨装置２０に導入される。各研磨装置２０では半導体ウェハが研磨される。研磨後の半導体ウェハは、第２搬送ロボット３８および反転機４０を経て洗浄機４２に導入され、ここで洗浄される。洗浄後の半導体ウェハは、第１搬送ロボット１４によりウェハカセット１０に戻される。
【００３３】
図２は、研磨装置２０の一部を示す縦断面図で、図３は研磨装置２０のシステム構成図ある。図２に示すように、研磨ユニット２０の研磨テーブル２２は、その下方に配置されたモータ５０に連結されており、矢印で示すようにその軸心周りに回転可能になっている。また、研磨テーブル２２の上面には研磨面５２ａを有する研磨パッド（研磨布）５２が貼設されている。また、トップリング２４はトップリングシャフト５４に連結されており、トップリング２４の下部外周部には、半導体ウェハＷの外周縁を保持するリテーナリング５６が設けられている。
【００３４】
トップリング２４は、モータ（図示せず）に連結されるとともに昇降シリンダ（図示せず）に連結されている。これによって、トップリング２４は、矢印で示すように昇降可能かつその軸心周りに回転可能になっており、半導体ウェハＷを研磨パッド５２の研磨面５２ａに対して任意の圧力で押圧することができるようになっている。
【００３５】
研磨テーブル２２の内部には、半導体ウェハＷの表面に形成された銅膜等の金属薄膜の膜厚を測定する膜厚モニタとしての渦電流センサ５８が埋設されている。渦電流センサ（膜厚モニタ）５８からの配線６０は、研磨テーブル２２及び支持軸６２内を通り、支持軸６２の軸端に設けられたロータリコネクタ（またはスリップリング）６４を経由してコントローラ６６に接続されている。この渦電流センサ５８が半導体ウェハＷの下方を通過している間、通過軌跡上で連続的に半導体ウェハＷの表面に形成された銅膜等の導電膜の膜厚を測定できるようになっている。
【００３６】
なお、この例では、渦電流センサを用いて、半導体ウェハ表面に形成された銅膜等の金属薄膜の膜厚を測定しているようにしているが、渦電流センサの代わりに光学式センサを使用して、半導体ウェハの表面に設けられた酸化膜薄膜等の光学的に透明な薄膜の膜厚を研磨中に測定するようにしてもよい。
【００３７】
図示しないが、半導体ウェハの表面の研磨後プロファイルを測定する研磨プロファイルモニタを備え、この研磨プロファイルモニタの測定結果をシミュレータ７２に実研磨プロファイルとして入力するようにしてもよい。
【００３８】
研磨液供給ノズル２６は、図３に示すように、移動機構としてのステッピングモータ７０の回転に伴って、研磨面５２ａの上方を水平面に沿って揺動し、この研磨液供給ノズル２６の揺動に伴って、先端の下方に向いた研磨液供給口２６ａ、つまり研磨液供給位置が研磨面５２ａの略半径方向に沿って移動するようになっている。ステッピングモータ（駆動機構）７０は、コントローラ６６に接続されている。
【００３９】
コントローラ６６には、研磨液供給ノズル２６の研磨液供給口（研磨液供給位置）２６ａと、この研磨液供給位置で研磨液を研磨面５２ａに供給しながら研磨を行った場合の研磨プロファイルとの関係を予測し、例えば所望の研磨プロファイルを基にシミュレーションを行うシミュレータ７２が接続されている。
【００４０】
表１は、シミュレータ７２によって求められてシミュレータ７２に記憶されているデータベースの一例を示す。
【表１】
【００４１】
シミュレータ７２に記憶されているデータベースは、表１に示すように、研磨液供給ノズル２６の研磨液供給口２６ａの図３に示すＸ方向に沿った位置である複数の研磨液供給位置：Ｘ（ｍｍ）と、この研磨液供給位置で研磨液を供給しながら半導体ウェハＷの研磨を行った時の該半導体ウェハＷの図３に示す半径ｒに沿ったウェハ位置：ｒ（ｍｍ）との各交点における研磨レート：ＲＲ（Ｘ，ｒ）（ｎｍ／ｍｉｎ）からなる。このデータベースの各研磨液供給位置：Ｘにおける研磨レート：ＲＲ（Ｘ，ｒ）、例えば研磨液供給位置Ｘ＝１０（ｍｍ）に対応して列方向に並ぶ研磨レート（１０，ｒ）からから、各研磨液供給位置：Ｘから研磨液を供給しながら一定時間研磨を行った時の研磨プロファイルが判る。つまり、このデータベースにおいて、研磨レートは、一定時間に亘る研磨を継続して行った時の研磨プロファイルも表している。
【００４２】
このような構成の研磨装置２０において、トップリング２４の下面に半導体ウェハＷを保持させ、回転している研磨テーブル２２の上面の研磨パッド５２に半導体ウェハＷを昇降シリンダにより押圧する。そして、研磨液供給ノズル２６を揺動させて研磨液供給口２６ａから研磨パッド５２上に研磨液Ｑを供給することで、半導体ウェハＷの被研磨面（下面）と研磨パッド５２の間に研磨液Ｑが存在した状態で半導体ウェハＷの表面の研磨が行われる。この研磨時に、コントローラ６６によって、ステッピングモータ７０を制御しながら研磨液供給ノズル２６を揺動させることで、研磨液供給口２６ａから供給される研磨液Ｑの供給位置（研磨液供給位置）を所定の移動パターンに沿って移動させる。この研磨液供給位置の移動パターンは、シミュレータ７２で予測され、コントローラ６６に入力されて決定される。
【００４３】
次に、シミュレータ７２による研磨液供給位置、すなわち研磨液供給ノズル２６の研磨液供給口２６ａの移動パターンの予測を図４及び図５を参照して参照して説明する。
【００４４】
先ず、シミュレータ７２は、研磨液供給ノズル２６の揺動可能範囲、つまり図５（ｂ）に示す研磨液供給口（研磨液供給位置）２６ａの可動範囲Ａ、最小及び最多速度変化点数、及び速度変化時の加減速度等の計算パラメータを読み込む（ステップ１）。
【００４５】
次に、シミュレータ７２は、研磨液供給ノズル２６の研磨液供給位置と実研磨プロファイルとの相関を過去データや直前データなどから実験データとして読み込む（ステップ２）。この実験データで求められた研磨液供給ノズル２６の複数点の研磨液供給位置と研磨レート（研磨プロファイル）との関係を示す、例えば表１に示すデータベースを参照し、必要に応じて、N次回帰、フーリエ変換、スプライン回帰及びウェーブレット変換の少なくとも一手法により、任意の研磨液供給位置と研磨レート（研磨プロファイル）との関係を予測して記憶する（ステップ３）。
【００４６】
一方、直接或いは研磨装置（ＣＭＰ）から研磨後の所望研磨プロファイルをシミュレータ７０に入力する（ステップ４）。
【００４７】
次に、例えば図５（ｂ）に示す研磨液供給開始位置Ｓ、研磨液供給折返し位置Ｒ、速度変化位置Ｐ１〜Ｐ４、及び各速度変化位置の間Ｓ〜Ｐ１，Ｐ１〜Ｐ２，Ｐ２〜Ｐ３，Ｐ３〜Ｐ４，Ｐ４〜Ｒでの研磨液供給口の移動速度Ｖ１〜Ｖ５等の研磨液供給位置の移動パターンの計算初期値を設置する（ステップ５）。更に、最大繰り返し回数、許容プロファイル誤差（所望プロファイルと予想プロファイルの誤差）等の計算における制限を設定する（ステップ６）。
【００４８】
以上の各ステップを経て、シミュレータ７０は、表１に示すデータベースを参照して、仮の研磨液供給位置移動パターンで研磨液供給位置を移動させながら研磨を行った時の研磨プロファイル（研磨レート）を求める（ステップ７）。
【００４９】
そして、所望の研磨プロファイルと、ステップ７の計算で求めた研磨プロファイルとの差を計算し（ステップ８）、この差がステップ６で設定した許容プロファイル誤差の範囲内であるか、或いは最大繰り返し数に到達していないかを判断する（ステップ９）。
【００５０】
そして、所望の研磨プロファイルと計算で求めた研磨プロファイルとの差が許容プロファイル誤差の範囲内でない場合には、仮の研磨液供給位置移動パターンを再計算するためにステップ７に戻る（ステップ１０）。そして、これを繰り返して、所望の研磨プロファイルと計算で求めた研磨プロファイルとの差が許容プロファイル誤差の範囲内になった時、または所望の研磨プロファイルと計算で求めた研磨プロファイルとの差が許容プロファイル誤差の範囲内でなくても、ステップ６で設定した最大繰り返し数に到達した時に、ステップ７で計算した研磨プロファイルとなる研磨供給位置の移動パターンを表示し保存して、コントローラ６６に入力する（ステップ１１）。
【００５１】
コントローラ６６は、シミュレータ７０からの入力を受けて、研磨中における研磨液供給位置の移動パターンに沿って研磨液供給ノズル２６の研磨液供給口２６ａが移動するように、移動機構としてのステッピングモータ７０を制御して、研磨液供給ノズル２６を揺動させる。
【００５２】
この例では、半導体ウェハの研磨中に、渦電流センサ５８により半導体ウェハの表面に形成された銅膜等の金属薄膜の膜厚分布（研磨プロファイル）を取得してシミュレータ７２に入力する。シミュレータ７２により、図４のステップ４で入力された所望の研磨プロファイルと研磨中に渦電流センサ５８により取得された膜厚分布（研磨プロファイル）とを瞬時に比較して差を求め、所望の研磨プロファイルとするために必要な研磨条件のシミュレーションを行う。シミュレーションによって得られた研磨条件に基づいて、所望のプロファイルになるように、研磨液供給ノズル２６の揺動パターン、つまり研磨液供給口（研磨液供給位置）２６ａの移動パターンを更新する。
【００５３】
このように研磨液供給ノズル２６の揺動パターンを制御して、研磨後の半導体ウェハの表面に形成された銅膜等の金属薄膜の膜厚分布（研磨プロファイル）が所望のプロファイルとなるように所望の研磨を行って、研磨を完了させる。
【００５４】
図６は、シミュレーションプロファイルと実研磨プロファイルを参照プロファイルと共に示すグラフである。つまり、図６は、図５（ａ）に示す、研磨面５２ａの中心からＸ方向に４５ｍｍ離れた位置から研磨液を供給しながら３００ｍｍの半導体ウェハを研磨した時における半導体ウェハの半径方向の位置Ｒ（ｍｍ）と研磨レート（Removal Rate）の関係を参照プロファイル１として、研磨面５２ａの中心からＸ方向に１２４ｍｍ及び１９５ｍｍ離れた位置から研磨液を供給しながら３００ｍｍの半導体ウェハを研磨した時における半導体ウェハの半径方向の位置Ｒ（ｍｍ）と研磨レート（Removal Rate）の関係を参照プロファイル２及び３として示している。そして、これらの参照プロファイル１〜３を参照してシミュレーションを行った時の研磨プロファイルをシミュレーションプロファイルとして、このシミュレーションプロファイルを基に実際に研磨を行った時の研磨プロファイルを実研磨プロファイルとして示している。
【００５５】
この図６から、シミュレーションプロファイルに基づいて実際に研磨を行うことで、シミュレーションプロファイルに近似した実研磨プロファイルが得られることが判る。
【００５６】
なお、研磨対象物に形成された研磨プロファイルの異なる２種類の膜に対して、所望の研磨プロファイルを基に、シミュレータにより個別に研磨液供給位置の移動パターンを決定するようにしてもよく、これにより、例えばＳｉＯ２膜とメタル膜等の研磨プロファイルの異なる２種類の膜を含む研磨対象物の研磨プロファイルを改善することができる。
【００５７】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５８】
２０ 研磨装置
２２ 研磨テーブル
２４ トップリング
２６ 研磨液供給ノズル
２６ａ 研磨液供給口（研磨液供給位置）
３２ 第１リニアトランスポータ
３４ 第２リニアトランスポータ
４２ 洗浄機
４４ 搬送ユニット
５２ 研磨パッド（研磨布）
５２ａ 研磨面
５６ リテーナリング
５８ 渦電流センサ（膜厚モニタ）
６６ コントローラ
７０ ステッピングモータ（駆動機構）
７２ シミュレータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨装置及び研磨方法に係り、特に、半導体ウェハ等の研磨対象物を平坦かつ鏡面状に研磨する研磨装置及び研磨方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭くなりつつある。特に線幅が０．５μｍ以下の光リソグラフィの場合、焦点深度が浅くなるためステッパーの結像面の平坦度を必要とする。このような半導体ウェハの表面を平坦化する一手段として、化学機械研磨（ＣＭＰ）を行う研磨装置が知られている。
【０００３】
この種の化学機械研磨（ＣＭＰ）装置は、研磨パッドを上面に有する研磨テーブルとトップリングとを備えている。そして、研磨テーブルとトップリングとの間に半導体ウェハを介在させて、研磨パッド表面の研磨面に砥液（スラリー）を供給しつつ、トップリングによって保持した半導体ウェハを研磨テーブルの研磨面に押圧して、半導体ウェハの表面を平坦かつ鏡面状に研磨するようにしている（特許文献１〜５参照）。
【０００４】
出願人は、研磨面に研磨液を供給する研磨液供給口と、研磨液が研磨対象物と研磨面との相対移動により研磨対象物の全面に均一に行き渡るように研磨液供給口を移動させる移動機構とを備えることで、研磨レートを改善し、研磨レートの面内均一性を向上させるようにした研磨装置及び研磨方法を提案している（特許文献６参照）。また、出願人は、研磨対象物の複数の領域に対して独立して押圧力を与える複数の圧力室を備えたトップリングを使用して、研磨対象物上の複数の領域に対する押圧力を独立に制御するようにした研磨装置を提案している（特許文献７参照）。更に、エアバックを使用するこことで、研磨対象物上の複数の領域に対する押圧力を独立に制御するようにした研磨装置も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１１３６５３号公報
【特許文献２】特開平１０−５８３０９号公報
【特許文献３】特開平１０−２８６７５８号公報
【特許文献４】特開２００３−１３３２７７号公報
【特許文献５】特開２００１−２３７２０８号公報
【特許文献６】特開２００６−１４７７７３号公報
【特許文献７】特表２００８−５０３３５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、半導体デバイスの高性能化の要求に従い、より精密な研磨プロファイル制御が必要となっている。しかし、研磨対象物の複数の領域に対して独立して押圧力を与える複数の圧力室やエアバック等を備えたトップリングを使用し、研磨対象物上の複数の領域に対する押圧力を独立に制御しつつ研磨することで所望の研磨プロファイルを得ようとすると、圧力室やエアバック等よりも小さな領域の圧力を制御することができず、狭い領域のプロファイル制御ができなくなって、より精密なプロファイル制御が困難となる。
【０００７】
一方、研磨液供給口から研磨液を研磨面に供給しながら研磨液供給口（研磨液供給位置）を移動させて研磨を行うことで、前述の圧力室やエアバック等を備えたトップリングを使用して研磨する場合よりも、より精密な研磨プロファイルの制御が可能となる。しかし、この場合、制御パラメータが多く、所望の研磨プロファイルを得るまでに多数の研磨試験が必要となるばかりでなく、半導体ウェハなどの消耗材のコストが増加してしまう。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、事前に多数の研磨試験などを行うことなく、より精密な研磨プロファイル制御を行うことができるようにした研磨装置および研磨方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、研磨面を有する研磨テーブルと、研磨対象物を保持し該研磨対象物を前記研磨面に押圧するトップリングと、前記研磨面に研磨液を供給する研磨液供給ノズルと、前記研磨液供給ノズルの研磨液供給位置を前記研磨面の略半径方向に沿って移動させる移動機構と、前記移動機構を制御するコントローラと、前記研磨液供給ノズルの研磨液供給位置と研磨プロファイルとの関係を予測しシミュレーションを行って前記コントローラに出力するシミュレータとを備えたことを特徴とする研磨装置である。
【００１０】
このように、研磨液供給ノズルの研磨液供給位置と研磨プロファイルとの関係を予測しシミュレーションを行ってコントローラに出力するシミュレータを備えることで、事前に多数の研磨試験を行うことなく、効率良く研磨液供給位置の移動パターン等の研磨レシピを決定でき、且つ、従来のエアバッグ方式等よりも、より精密な研磨プロファイルが制御可能となる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記シミュレータは、所望の研磨プロファイルの入力に基づき、予め求められた複数点の研磨液供給位置と研磨プロファイルとの関係を示すデータベースを参照して、前記研磨プロファイルが得られると予測される研磨液供給位置の移動パターンを出力することを特徴とする請求項１記載の研磨装置である。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記シミュレータは、研磨液供給位置の移動パターンの入力に基づき、予め求められた複数点の研磨液供給位置と研磨プロファイルとの関係を示すデータベースを参照して、前記移動パターンに従って前記研磨液供給位置を移動させながら研磨を行った時に得られると予測される研磨プロファイルを出力することを特徴とする請求項１記載の研磨装置である。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記シミュレータは、予め求められた複数点の研磨液供給位置と研磨プロファイルとの関係を示すデータベースを参照し、N次回帰、フーリエ変換、スプライン回帰及びウェーブレット変換の少なくとも一手法により、任意の研磨液供給位置と研磨プロファイルとの関係を予測することを特徴とする請求項１記載の研磨装置である。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、前記シミュレータは、任意の微小区間における研磨液供給位置の移動速度または滞在時間によって重み付けられた研磨プロファイルの重ね合わせよって、研磨液供給位置を移動させながら研磨を行った時に得られる研磨プロファイルを予測することを特徴とする請求項１記載の研磨装置である。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、膜厚モニタを備え、前記シミュレータは、膜厚モニタの研磨中の測定結果から研磨液供給位置の最適な移動パターンを予測して前記コントローラにフィードバックすることを特徴とする請求項１記載の研磨装置である。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、前記膜厚モニタは、渦電流センサであることを特徴とする請求項６記載の研磨装置である。
渦電流センサによって、金属薄膜の膜厚を計測することができる。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、前記膜厚モニタは、光学式センサであることを特徴とする請求項６記載の研磨装置である。
光学式センサによって、酸化膜薄膜等の光学的に透明な薄膜の膜厚を計測することができる。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、研磨プロファイルモニタを備え、研磨プロファイルモニタの研磨後の測定結果を前記シミュレータに実研磨プロファイルとして入力することを特徴とする請求項１記載の研磨装置である。
【００１９】
請求項１０に記載の発明は、研磨テーブルの研磨面に研磨液供給ノズルから研磨液を供給しながら研磨対象物を押圧し、少なくとも前記研磨面を回転させながら前記研磨対象物を研磨する研磨方法において、前記研磨液供給ノズルの前記研磨面に研磨液を供給する研磨液供給位置を、前記研磨面の略半径方向に沿って、移動範囲内で複数に分割された区間毎に個別に定めた所定の移動パターンで移動させることを特徴とする研磨方法である。
【００２０】
このように、研磨液供給ノズルの研磨面に研磨液を供給する研磨液供給位置を、研磨面の略半径方向に沿って、移動範囲内で複数に分割された区間毎に個別に定めた所定の移動パターンで移動させることで、従来のエアバッグ方式等よりも、より精密な研磨プロファイルが制御可能となる。
【００２１】
請求項１１に記載の発明は、前記研磨液供給位置の移動パターンは、移動範囲内で複数に分割された区間内での研磨液供給位置の移動速度、移動範囲の分割位置及び移動範囲のいずれかを含むことを特徴とする請求項１０記載の研磨方法である。
【００２２】
請求項１２に記載の発明は、前記研磨液供給位置の移動パターンは、所望の研磨プロファイルを基にシミュレータに依り得られた移動パターンであることを特徴とする請求項１０または１１記載の研磨方法である。
これにより、事前に多数の研磨試験を行うことなく、効率良く研磨液供給位置の移動パターン等の研磨レシピを決定できる。
【００２３】
請求項１３に記載の発明は、研磨中に膜厚モニタによって得られた研磨プロファイルと所望の研磨プロファイルとの差を計算し、この差を基にシミュレータでシミュレートして、予め設定された研磨プロファイルに近づけるように前記研磨液供給位置の移動パターンを更新することを特徴とする請求項１２記載の研磨方法である。
【００２４】
請求項１４に記載の発明は、研磨対象物に形成された研磨プロファイルの異なる少なくとも２種類の膜に対して、所望の研磨プロファイルを基に、シミュレータにより個別に研磨液供給位置の移動パターンを決定することを特徴とする請求項１０記載の研磨方法である。
これにより、例えばＳｉＯ２膜とメタル膜等の研磨プロファイルの異なる２種類の膜を含む研磨対象物の研磨プロファイルを改善することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、シミュレータを用いることで、事前に多数の研磨試験を行うことなく、効率良く研磨液供給位置の移動パターン等の研磨レシピを決定でき、且つ、従来のエアバッグ方式よりも、より精密な研磨プロファイルが制御可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態の研磨装置を備えた研磨処理システムを示す平面図である。
【図２】図１に示す研磨処理システムに備えられている本発明の実施形態の研磨装置の概要を示す縦断面図である。
【図３】図２に示す研磨装置のシステム構成図である。
【図４】シミュレータによるシミュレーションの予想フロー図である。
【図５】（ａ）は、シミュレータによるシミュレーションにおける研磨面、研磨液供給ノズル及び研磨液供給口（研磨液供給位置）の関係を示す平面図で、（ｂ）は、（ａ）の正面図である。
【図６】シミュレーションプロファイルと実研磨プロファイルを参照プロファイルと共に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。以下の例では、研磨対象物としての半導体ウェハの表面に形成された銅膜等の金属薄膜を研磨するようにした例を示す。なお、図において、同一または相当する構成要素には、同一符号を付して重複した説明を省略する。
【００２８】
図１は、本発明の実施形態の研磨装置を備えた研磨処理システムを示す平面図である。図１に示すように、この研磨処理システムには、３つのウェハカセット１０を装着できるようになっている。これらのウェハカセット１０に沿って走行機構１２が設けられており、この走行機構１２の上には、２つのハンドを有する第１搬送ロボット１４が配置されている。第１搬送ロボット１４のハンドは、ウェハカセット１０にアクセス可能となっている。
【００２９】
また、研磨処理システムは、本発明の実施形態の研磨装置２０を４つ備えており、これらの研磨装置２０は、システムの長手方向に沿って配列されている。それぞれの研磨装置２０には、研磨面を有する研磨テーブル２２と、研磨対象物としての半導体ウェハを保持しかつ半導体ウェハを研磨パッド５２に対して押圧しながら研磨するためのトップリング２４と、研磨パッド５２に研磨液（スラリー）を供給するための研磨液供給ノズル２６と、研磨テーブル２２のドレッシングを行うためのドレッサ２８と、液体（例えば純水）と気体（例えば窒素）の混合流体を霧状にして、１つまたは複数のノズルから研磨面に噴射するアトマイザ３０とを備えている。
【００３０】
研磨装置２０の近傍には、長手方向に沿って半導体ウェハを搬送する第１リニアトランスポータ３２と第２リニアトランスポータ３４とが設置されており、この第１リニアトランスポータ３２のウェハカセット１０側には、第１搬送ロボット１４から受け取った半導体ウェハを反転する反転機３６が配置されている。
【００３１】
また、この研磨処理システムは、第２搬送ロボット３８と、第２搬送ロボット３８から受け取った半導体ウェハを反転する反転機４０と、研磨後の半導体ウェハを洗浄する４つの洗浄機４２と、反転機４０および洗浄機４２の間で半導体ウェハを搬送する搬送ユニット４４とを備えている。これらの第２搬送ロボット３８、反転機４０、および洗浄機４２は、長手方向に沿って直列に配置されている。
【００３２】
このような研磨処理システムにおいて、ウェハカセット１０内の半導体ウェハは、反転機３６、第１リニアトランスポータ３２、第２リニアトランスポータ３４を経て各研磨装置２０に導入される。各研磨装置２０では半導体ウェハが研磨される。研磨後の半導体ウェハは、第２搬送ロボット３８および反転機４０を経て洗浄機４２に導入され、ここで洗浄される。洗浄後の半導体ウェハは、第１搬送ロボット１４によりウェハカセット１０に戻される。
【００３３】
図２は、研磨装置２０の一部を示す縦断面図で、図３は研磨装置２０のシステム構成図ある。図２に示すように、研磨ユニット２０の研磨テーブル２２は、その下方に配置されたモータ５０に連結されており、矢印で示すようにその軸心周りに回転可能になっている。また、研磨テーブル２２の上面には研磨面５２ａを有する研磨パッド（研磨布）５２が貼設されている。また、トップリング２４はトップリングシャフト５４に連結されており、トップリング２４の下部外周部には、半導体ウェハＷの外周縁を保持するリテーナリング５６が設けられている。
【００３４】
トップリング２４は、モータ（図示せず）に連結されるとともに昇降シリンダ（図示せず）に連結されている。これによって、トップリング２４は、矢印で示すように昇降可能かつその軸心周りに回転可能になっており、半導体ウェハＷを研磨パッド５２の研磨面５２ａに対して任意の圧力で押圧することができるようになっている。
【００３５】
研磨テーブル２２の内部には、半導体ウェハＷの表面に形成された銅膜等の金属薄膜の膜厚を測定する膜厚モニタとしての渦電流センサ５８が埋設されている。渦電流センサ（膜厚モニタ）５８からの配線６０は、研磨テーブル２２及び支持軸６２内を通り、支持軸６２の軸端に設けられたロータリコネクタ（またはスリップリング）６４を経由してコントローラ６６に接続されている。この渦電流センサ５８が半導体ウェハＷの下方を通過している間、通過軌跡上で連続的に半導体ウェハＷの表面に形成された銅膜等の導電膜の膜厚を測定できるようになっている。
【００３６】
なお、この例では、渦電流センサを用いて、半導体ウェハ表面に形成された銅膜等の金属薄膜の膜厚を測定しているようにしているが、渦電流センサの代わりに光学式センサを使用して、半導体ウェハの表面に設けられた酸化膜薄膜等の光学的に透明な薄膜の膜厚を研磨中に測定するようにしてもよい。
【００３７】
図示しないが、半導体ウェハの表面の研磨後プロファイルを測定する研磨プロファイルモニタを備え、この研磨プロファイルモニタの測定結果をシミュレータ７２に実研磨プロファイルとして入力するようにしてもよい。
【００３８】
研磨液供給ノズル２６は、図３に示すように、移動機構としてのステッピングモータ７０の回転に伴って、研磨面５２ａの上方を水平面に沿って揺動し、この研磨液供給ノズル２６の揺動に伴って、先端の下方に向いた研磨液供給口２６ａ、つまり研磨液供給位置が研磨面５２ａの略半径方向に沿って移動するようになっている。ステッピングモータ（駆動機構）７０は、コントローラ６６に接続されている。
【００３９】
コントローラ６６には、研磨液供給ノズル２６の研磨液供給口（研磨液供給位置）２６ａと、この研磨液供給位置で研磨液を研磨面５２ａに供給しながら研磨を行った場合の研磨プロファイルとの関係を予測し、例えば所望の研磨プロファイルを基にシミュレーションを行うシミュレータ７２が接続されている。
【００４０】
表１は、シミュレータ７２によって求められてシミュレータ７２に記憶されているデータベースの一例を示す。
【表１】
【００４１】
シミュレータ７２に記憶されているデータベースは、表１に示すように、研磨液供給ノズル２６の研磨液供給口２６ａの図３に示すＸ方向に沿った位置である複数の研磨液供給位置：Ｘ（ｍｍ）と、この研磨液供給位置で研磨液を供給しながら半導体ウェハＷの研磨を行った時の該半導体ウェハＷの図３に示す半径ｒに沿ったウェハ位置：ｒ（ｍｍ）との各交点における研磨レート：ＲＲ（Ｘ，ｒ）（ｎｍ／ｍｉｎ）からなる。このデータベースの各研磨液供給位置：Ｘにおける研磨レート：ＲＲ（Ｘ，ｒ）、例えば研磨液供給位置Ｘ＝１０（ｍｍ）に対応して列方向に並ぶ研磨レート（１０，ｒ）からから、各研磨液供給位置：Ｘから研磨液を供給しながら一定時間研磨を行った時の研磨プロファイルが判る。つまり、このデータベースにおいて、研磨レートは、一定時間に亘る研磨を継続して行った時の研磨プロファイルも表している。
【００４２】
このような構成の研磨装置２０において、トップリング２４の下面に半導体ウェハＷを保持させ、回転している研磨テーブル２２の上面の研磨パッド５２に半導体ウェハＷを昇降シリンダにより押圧する。そして、研磨液供給ノズル２６を揺動させて研磨液供給口２６ａから研磨パッド５２上に研磨液Ｑを供給することで、半導体ウェハＷの被研磨面（下面）と研磨パッド５２の間に研磨液Ｑが存在した状態で半導体ウェハＷの表面の研磨が行われる。この研磨時に、コントローラ６６によって、ステッピングモータ７０を制御しながら研磨液供給ノズル２６を揺動させることで、研磨液供給口２６ａから供給される研磨液Ｑの供給位置（研磨液供給位置）を所定の移動パターンに沿って移動させる。この研磨液供給位置の移動パターンは、シミュレータ７２で予測され、コントローラ６６に入力されて決定される。
【００４３】
次に、シミュレータ７２による研磨液供給位置、すなわち研磨液供給ノズル２６の研磨液供給口２６ａの移動パターンの予測を図４及び図５を参照して参照して説明する。
【００４４】
先ず、シミュレータ７２は、研磨液供給ノズル２６の揺動可能範囲、つまり図５（ｂ）に示す研磨液供給口（研磨液供給位置）２６ａの可動範囲Ａ、最小及び最多速度変化点数、及び速度変化時の加減速度等の計算パラメータを読み込む（ステップ１）。
【００４５】
次に、シミュレータ７２は、研磨液供給ノズル２６の研磨液供給位置と実研磨プロファイルとの相関を過去データや直前データなどから実験データとして読み込む（ステップ２）。この実験データで求められた研磨液供給ノズル２６の複数点の研磨液供給位置と研磨レート（研磨プロファイル）との関係を示す、例えば表１に示すデータベースを参照し、必要に応じて、N次回帰、フーリエ変換、スプライン回帰及びウェーブレット変換の少なくとも一手法により、任意の研磨液供給位置と研磨レート（研磨プロファイル）との関係を予測して記憶する（ステップ３）。
【００４６】
一方、直接或いは研磨装置（ＣＭＰ）から研磨後の所望研磨プロファイルをシミュレータ７０に入力する（ステップ４）。
【００４７】
次に、例えば図５（ｂ）に示す研磨液供給開始位置Ｓ、研磨液供給折返し位置Ｒ、速度変化位置Ｐ１〜Ｐ４、及び各速度変化位置の間Ｓ〜Ｐ１，Ｐ１〜Ｐ２，Ｐ２〜Ｐ３，Ｐ３〜Ｐ４，Ｐ４〜Ｒでの研磨液供給口の移動速度Ｖ１〜Ｖ５等の研磨液供給位置の移動パターンの計算初期値を設置する（ステップ５）。更に、最大繰り返し回数、許容プロファイル誤差（所望プロファイルと予想プロファイルの誤差）等の計算における制限を設定する（ステップ６）。
【００４８】
以上の各ステップを経て、シミュレータ７０は、表１に示すデータベースを参照して、仮の研磨液供給位置移動パターンで研磨液供給位置を移動させながら研磨を行った時の研磨プロファイル（研磨レート）を求める（ステップ７）。
【００４９】
そして、所望の研磨プロファイルと、ステップ７の計算で求めた研磨プロファイルとの差を計算し（ステップ８）、この差がステップ６で設定した許容プロファイル誤差の範囲内であるか、或いは最大繰り返し数に到達していないかを判断する（ステップ９）。
【００５０】
そして、所望の研磨プロファイルと計算で求めた研磨プロファイルとの差が許容プロファイル誤差の範囲内でない場合には、仮の研磨液供給位置移動パターンを再計算するためにステップ７に戻る（ステップ１０）。そして、これを繰り返して、所望の研磨プロファイルと計算で求めた研磨プロファイルとの差が許容プロファイル誤差の範囲内になった時、または所望の研磨プロファイルと計算で求めた研磨プロファイルとの差が許容プロファイル誤差の範囲内でなくても、ステップ６で設定した最大繰り返し数に到達した時に、ステップ７で計算した研磨プロファイルとなる研磨供給位置の移動パターンを表示し保存して、コントローラ６６に入力する（ステップ１１）。
【００５１】
コントローラ６６は、シミュレータ７０からの入力を受けて、研磨中における研磨液供給位置の移動パターンに沿って研磨液供給ノズル２６の研磨液供給口２６ａが移動するように、移動機構としてのステッピングモータ７０を制御して、研磨液供給ノズル２６を揺動させる。
【００５２】
この例では、半導体ウェハの研磨中に、渦電流センサ５８により半導体ウェハの表面に形成された銅膜等の金属薄膜の膜厚分布（研磨プロファイル）を取得してシミュレータ７２に入力する。シミュレータ７２により、図４のステップ４で入力された所望の研磨プロファイルと研磨中に渦電流センサ５８により取得された膜厚分布（研磨プロファイル）とを瞬時に比較して差を求め、所望の研磨プロファイルとするために必要な研磨条件のシミュレーションを行う。シミュレーションによって得られた研磨条件に基づいて、所望のプロファイルになるように、研磨液供給ノズル２６の揺動パターン、つまり研磨液供給口（研磨液供給位置）２６ａの移動パターンを更新する。
【００５３】
このように研磨液供給ノズル２６の揺動パターンを制御して、研磨後の半導体ウェハの表面に形成された銅膜等の金属薄膜の膜厚分布（研磨プロファイル）が所望のプロファイルとなるように所望の研磨を行って、研磨を完了させる。
【００５４】
図６は、シミュレーションプロファイルと実研磨プロファイルを参照プロファイルと共に示すグラフである。つまり、図６は、図５（ａ）に示す、研磨面５２ａの中心からＸ方向に４５ｍｍ離れた位置から研磨液を供給しながら３００ｍｍの半導体ウェハを研磨した時における半導体ウェハの半径方向の位置Ｒ（ｍｍ）と研磨レート（Removal Rate）の関係を参照プロファイル１として、研磨面５２ａの中心からＸ方向に１２４ｍｍ及び１９５ｍｍ離れた位置から研磨液を供給しながら３００ｍｍの半導体ウェハを研磨した時における半導体ウェハの半径方向の位置Ｒ（ｍｍ）と研磨レート（Removal Rate）の関係を参照プロファイル２及び３として示している。そして、これらの参照プロファイル１〜３を参照してシミュレーションを行った時の研磨プロファイルをシミュレーションプロファイルとして、このシミュレーションプロファイルを基に実際に研磨を行った時の研磨プロファイルを実研磨プロファイルとして示している。
【００５５】
この図６から、シミュレーションプロファイルに基づいて実際に研磨を行うことで、シミュレーションプロファイルに近似した実研磨プロファイルが得られることが判る。
【００５６】
なお、研磨対象物に形成された研磨プロファイルの異なる２種類の膜に対して、所望の研磨プロファイルを基に、シミュレータにより個別に研磨液供給位置の移動パターンを決定するようにしてもよく、これにより、例えばＳｉＯ２膜とメタル膜等の研磨プロファイルの異なる２種類の膜を含む研磨対象物の研磨プロファイルを改善することができる。
【００５７】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５８】
２０ 研磨装置
２２ 研磨テーブル
２４ トップリング
２６ 研磨液供給ノズル
２６ａ 研磨液供給口（研磨液供給位置）
３２ 第１リニアトランスポータ
３４ 第２リニアトランスポータ
４２ 洗浄機
４４ 搬送ユニット
５２ 研磨パッド（研磨布）
５２ａ 研磨面
５６ リテーナリング
５８ 渦電流センサ（膜厚モニタ）
６６ コントローラ
７０ ステッピングモータ（駆動機構）
７２ シミュレータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨面を有する研磨テーブルと、
研磨対象物を保持し該研磨対象物を前記研磨面に押圧するトップリングと、
前記研磨面に研磨液を供給する研磨液供給ノズルと、
前記研磨液供給ノズルの研磨液供給位置を前記研磨面の略半径方向に沿って移動させる移動機構と、
前記移動機構を制御するコントローラと、
前記研磨液供給ノズルの研磨液供給位置と研磨プロファイルとの関係を予測しシミュレーションを行って前記コントローラに出力するするシミュレータと、
を備えたことを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記シミュレータは、所望の研磨プロファイルの入力に基づき、予め求められた複数点の研磨液供給位置と研磨プロファイルとの関係を示すデータベースを参照して、前記研磨プロファイルが得られると予測される研磨液供給位置の移動パターンを出力することを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項３】
前記シミュレータは、研磨液供給位置の移動パターンの入力に基づき、予め求められた複数点の研磨液供給位置と研磨プロファイルとの関係を示すデータベースを参照して、前記移動パターンに従って前記研磨液供給位置を移動させながら研磨を行った時に得られると予測される研磨プロファイルを出力することを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項４】
前記シミュレータは、予め求められた複数点の研磨液供給位置と研磨プロファイルとの関係を示すデータベースを参照し、N次回帰、フーリエ変換、スプライン回帰及びウェーブレット変換の少なくとも一手法により、任意の研磨液供給位置と研磨プロファイルとの関係を予測することを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項５】
前記シミュレータは、任意の微小区間における研磨液供給位置の移動速度または滞在時間によって重み付けられた研磨プロファイルの重ね合わせよって、研磨液供給位置を移動させながら研磨を行った時に得られる研磨プロファイルを予測することを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項６】
膜厚モニタを備え、前記シミュレータは、膜厚モニタの研磨中の測定結果から研磨液供給位置の最適な移動パターンを予測して前記コントローラにフィードバックすることを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項７】
前記膜厚モニタは、渦電流センサであることを特徴とする請求項６記載の研磨装置。
【請求項８】
前記膜厚モニタは、光学式センサであることを特徴とする請求項６記載の研磨装置。
【請求項９】
研磨プロファイルモニタを備え、研磨プロファイルモニタの研磨後の測定結果を前記シミュレータに実研磨プロファイルとして入力することを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項１０】
研磨テーブルの研磨面に研磨液供給ノズルから研磨液を供給しながら研磨対象物を押圧し、少なくとも前記研磨面を回転させながら前記研磨対象物を研磨する研磨方法において、
前記研磨液供給ノズルの前記研磨面に研磨液を供給する研磨液供給位置を、前記研磨面の略半径方向に沿って、移動範囲内で複数に分割された区間毎に個別に定めた所定の移動パターンで移動させることを特徴とする研磨方法。
【請求項１１】
前記研磨液供給位置の移動パターンは、移動範囲内で複数に分割された区間内での研磨液供給位置の移動速度、移動範囲の分割位置及び移動範囲のいずれかを含むことを特徴とする請求項１０記載の研磨方法。
【請求項１２】
前記研磨液供給位置の移動パターンは、所望の研磨プロファイルを基にシミュレータに依り得られた移動パターンであることを特徴とする請求項１０または１１記載の研磨方法。
【請求項１３】
研磨中に膜厚モニタによって得られた研磨プロファイルと所望の研磨プロファイルとの差を計算し、この差を基にシミュレータでシミュレートして、予め設定された研磨プロファイルに近づけるように前記研磨液供給位置の移動パターンを更新することを特徴とする請求項１２記載の研磨方法。
【請求項１４】
研磨対象物に形成された研磨プロファイルの異なる少なくとも２種類の膜に対して、所望の研磨プロファイルを基に、シミュレータにより個別に研磨液供給口の移動パターンを決定することを特徴とする請求項１０記載の研磨方法。
【請求項１】
研磨面を有する研磨テーブルと、
研磨対象物を保持し該研磨対象物を前記研磨面に押圧するトップリングと、
前記研磨面に研磨液を供給する研磨液供給ノズルと、
前記研磨液供給ノズルの研磨液供給位置を前記研磨面の略半径方向に沿って移動させる移動機構と、
前記移動機構を制御するコントローラと、
前記研磨液供給ノズルの研磨液供給位置と研磨プロファイルとの関係を予測しシミュレーションを行って前記コントローラに出力するするシミュレータと、
を備えたことを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記シミュレータは、所望の研磨プロファイルの入力に基づき、予め求められた複数点の研磨液供給位置と研磨プロファイルとの関係を示すデータベースを参照して、前記研磨プロファイルが得られると予測される研磨液供給位置の移動パターンを出力することを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項３】
前記シミュレータは、研磨液供給位置の移動パターンの入力に基づき、予め求められた複数点の研磨液供給位置と研磨プロファイルとの関係を示すデータベースを参照して、前記移動パターンに従って前記研磨液供給位置を移動させながら研磨を行った時に得られると予測される研磨プロファイルを出力することを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項４】
前記シミュレータは、予め求められた複数点の研磨液供給位置と研磨プロファイルとの関係を示すデータベースを参照し、N次回帰、フーリエ変換、スプライン回帰及びウェーブレット変換の少なくとも一手法により、任意の研磨液供給位置と研磨プロファイルとの関係を予測することを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項５】
前記シミュレータは、任意の微小区間における研磨液供給位置の移動速度または滞在時間によって重み付けられた研磨プロファイルの重ね合わせよって、研磨液供給位置を移動させながら研磨を行った時に得られる研磨プロファイルを予測することを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項６】
膜厚モニタを備え、前記シミュレータは、膜厚モニタの研磨中の測定結果から研磨液供給位置の最適な移動パターンを予測して前記コントローラにフィードバックすることを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項７】
前記膜厚モニタは、渦電流センサであることを特徴とする請求項６記載の研磨装置。
【請求項８】
前記膜厚モニタは、光学式センサであることを特徴とする請求項６記載の研磨装置。
【請求項９】
研磨プロファイルモニタを備え、研磨プロファイルモニタの研磨後の測定結果を前記シミュレータに実研磨プロファイルとして入力することを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項１０】
研磨テーブルの研磨面に研磨液供給ノズルから研磨液を供給しながら研磨対象物を押圧し、少なくとも前記研磨面を回転させながら前記研磨対象物を研磨する研磨方法において、
前記研磨液供給ノズルの前記研磨面に研磨液を供給する研磨液供給位置を、前記研磨面の略半径方向に沿って、移動範囲内で複数に分割された区間毎に個別に定めた所定の移動パターンで移動させることを特徴とする研磨方法。
【請求項１１】
前記研磨液供給位置の移動パターンは、移動範囲内で複数に分割された区間内での研磨液供給位置の移動速度、移動範囲の分割位置及び移動範囲のいずれかを含むことを特徴とする請求項１０記載の研磨方法。
【請求項１２】
前記研磨液供給位置の移動パターンは、所望の研磨プロファイルを基にシミュレータに依り得られた移動パターンであることを特徴とする請求項１０または１１記載の研磨方法。
【請求項１３】
研磨中に膜厚モニタによって得られた研磨プロファイルと所望の研磨プロファイルとの差を計算し、この差を基にシミュレータでシミュレートして、予め設定された研磨プロファイルに近づけるように前記研磨液供給位置の移動パターンを更新することを特徴とする請求項１２記載の研磨方法。
【請求項１４】
研磨対象物に形成された研磨プロファイルの異なる少なくとも２種類の膜に対して、所望の研磨プロファイルを基に、シミュレータにより個別に研磨液供給口の移動パターンを決定することを特徴とする請求項１０記載の研磨方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２４７２５８（Ｐ２０１０−２４７２５８Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９７６９２（Ｐ２００９−９７６９２）
【出願日】平成２１年４月１４日（２００９．４．１４）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１４日（２００９．４．１４）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
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