特許 6753758 研磨装置、研磨方法およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6753758

(24)【登録日】2020年8月24日

(45)【発行日】2020年9月9日

(54)【発明の名称】研磨装置、研磨方法およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20200831BHJP

   B24B 37/005 20120101ALI20200831BHJP

   B24B 49/03 20060101ALI20200831BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/304 622R

   H01L21/304 621D

   B24B37/005 Z

   B24B49/03 Z

【請求項の数】8

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-204678(P2016-204678)

(22)【出願日】2016年10月18日

(65)【公開番号】特開2018-67610(P2018-67610A)

(43)【公開日】2018年4月26日

【審査請求日】2019年4月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100113549

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 守

(74)【代理人】

【識別番号】100115808

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 真司

(72)【発明者】

【氏名】武田 晃一

(72)【発明者】

【氏名】鳥越 恒男

(72)【発明者】

【氏名】大石 邦夫

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 和英

(72)【発明者】

【氏名】安田 穂積

(72)【発明者】

【氏名】石井 遊

【審査官】 中里 翔平

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−０５８７２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３１７８６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０９０８１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２６４０１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−０４９８４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００１−５２３５８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１９４１３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−６８６８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００１−５０１５４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０１４３８５２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２４Ｂ ４９／００ −４９／１８

Ｂ２４Ｂ ３７／００ −３７／３４

Ｂ２４Ｂ ５５／０６

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理対象のウェハに対して全体研磨を行う全体研磨部と、
前記ウェハに対して局所研磨を行う局所研磨部と、
前記ウェハの膜厚を測定する膜厚測定部と、
前記膜厚測定部にて測定した膜厚に基づいて研磨前の前記ウェハの膜厚分布を推定する膜厚分布推定部と、
前記膜厚分布に対して全体研磨を行ったと仮定したときの膜厚分布を求め、求めた膜厚分布に基づいて、前記局所研磨を行うべき前記ウェハの局所研磨部位を設定する局所研磨部位設定部と、
を備える研磨装置。

【請求項2】

前記局所研磨部位の大きさに基づいて研磨ヘッドを選択する研磨ヘッド選択部と、
前記局所研磨部位の属性を入力ノード、研磨条件を出力ノードとし、前記入力ノードと前記出力ノードとの関係を規定したレシピ生成モデルを記憶したモデル記憶部と、
前記局所研磨部位の属性を前記レシピ生成モデルの前記入力ノードに適用して、前記局所研磨部位に対する局所研磨の研磨レシピを生成する研磨レシピ生成部と、
を備える請求項１に記載の研磨装置。

【請求項3】

前記膜厚測定部にて局所研磨後のウェハの膜厚を測定し、測定によって得られた膜厚データを学習データとしてレシピ生成モデルの学習を行うレシピ生成モデル学習部を備える請求項２に記載の研磨装置。

【請求項4】

前記局所研磨部は、前に処理したウェハで用いた研磨レシピで後続のウェハの局所研磨を行う請求項１乃至３のいずれかに記載の研磨装置。

【請求項5】

前記局所研磨部は、前記全体研磨部の下流に配置されている請求項１乃至４のいずれかに記載の研磨装置。

【請求項6】

前記局所研磨部は、前記全体研磨部の上流に配置されている請求項１乃至４のいずれかに記載の研磨装置。

【請求項7】

処理対象のウェハに対して全体研磨と局所研磨とを行う研磨方法であって、
研磨装置が、前記ウェハの膜厚を測定するステップと、
前記研磨装置が、研磨前の前記ウェハの膜厚に基づいて前記ウェハの膜厚分布を推定するステップと、
前記研磨装置が、前記膜厚分布に対して全体研磨を行ったと仮定したときの膜厚分布を求め、求めた膜厚分布に基づいて、前記局所研磨を行うべき前記ウェハの局所研磨部位を設定するステップと、
前記研磨装置が、前記ウェハに対して全体研磨を行うステップと、
前記研磨装置が、前記ウェハに対して局所研磨を行うステップと、
を備える研磨方法。

【請求項8】

処理対象のウェハに対して全体研磨と局所研磨とを行うために研磨装置を制御するためのプログラムであって、前記研磨装置に、
前記ウェハの膜厚を測定するステップと、
研磨前の前記ウェハの膜厚に基づいて前記ウェハの膜厚分布を推定するステップと、
前記膜厚分布に対して全体研磨を行ったと仮定したときの膜厚分布を求め、求めた膜厚分布に基づいて、前記局所研磨を行うべき前記ウェハの局所研磨部位を設定するステップと、
前記ウェハに対して全体研磨を行うステップと、
前記ウェハに対して局所研磨を行うステップと、
を実行させるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体ウェハ等の基板の研磨を行う研磨装置に関する。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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）。

【0004】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】米国特許出願公開２０１５／０３５２６８６号明細書

【特許文献2】特開２００９−１９４１３４号公報

【特許文献3】米国特許出願公開２０１３／０１２２６１３号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

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について、その高さに応じた時間だけ局所的に平坦化の処理を行うので、非平坦部が多く、かつその高さが高い場合には、局所的な平坦化に非常に時間がかかる。一方、ウェハ表面より大きい平坦化部材（研磨パッド等）を用いた全面的な平坦化（全体研磨）では、複数の非平坦部を同時に研磨できるが、同時に平坦部も研磨することになってしまい、非平坦部と平坦部との段差を解消できる程度には限界がある。
そこで、本発明は上記背景に鑑み、研磨装置において、スループットを向上することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の研磨装置は、処理対象のウェハに対して全体研磨を行う全体研磨部と、前記ウェハに対して局所研磨を行う局所研磨部と、前記ウェハの膜厚を測定する膜厚測定部と、前記膜厚測定部にて測定した膜厚に基づいて研磨前の前記ウェハの膜厚分布を推定する膜厚分布推定部と、前記膜厚分布と前記全体研磨による段差解消性とに基づいて、前記局所研磨を行うべき前記ウェハの局所研磨部位を設定する局所研磨部位設定部とを備える。

【0008】

この構成により、ウェハ表面の凸部の段差を全体研磨で解消できる度合いである段差解消性を考慮して局所研磨部位を求めることにより、全体研磨による研磨では足りない部分を補う局所研磨を行うことができる。これにより、全体研磨と局所研磨とが相俟って、ウェハの平坦化のスループットを向上できる。

【0009】

本発明の研磨装置は、前記局所研磨部位の大きさに基づいて研磨ヘッドを選択する研磨ヘッド選択部と、前記局所研磨部位の属性を入力ノード、前記研磨条件を出力ノードとし、前記入力ノードと前記出力ノードとの関係を規定したレシピ生成モデルを記憶したモデル記憶部と、前記局所研磨部位の属性を前記レシピ生成モデルの前記入力ノードに適用して、前記局所研磨部位に対する局所研磨の前記研磨レシピを生成する研磨レシピ生成部とを備えてもよい。この構成により、局所研磨部位の属性に応じて適切な研磨レシピを決定することができる。

【0010】

本発明の研磨装置は、前記膜厚測定部にて局所研磨後のウェハの膜厚を測定し、測定によって得られた膜厚データを学習データとしてレシピ生成モデルの学習を行うレシピ生成モデル学習部を備えてもよい。この構成により、局所研磨後の膜厚分布に基づいて、レシピ生成モデルの学習することができる。

【0011】

本発明の研磨装置において、前記局所研磨部は、前に処理したウェハで用いた研磨レシピで後続のウェハの局所研磨を行ってもよい。この構成により、ウェハ毎に研磨レシピを決定しなくてもよいので、処理の高速化を図ることができる。

【0012】

本発明の研磨装置において、前記局所研磨部は、前記全体研磨部の下流に配置されていてもよいし、上流に配置されていてもよい。全体研磨による段差解消性を考慮した局所研磨部位の設定は、全体研磨を先に行う場合にも、部分研磨を先に行う場合にも適用できる。

【0013】

本発明の研磨方法は、処理対象のウェハに対して全体研磨と局所研磨とを行う研磨方法であって、研磨装置が、前記ウェハの膜厚を測定するステップと、前記研磨装置が、研磨前の前記ウェハの膜厚に基づいて前記ウェハの膜厚分布を推定するステップと、前記研磨装置が、前記膜厚分布と前記全体研磨による段差解消性とに基づいて、前記局所研磨を行うべき前記ウェハの局所研磨部位を設定するステップと、前記研磨装置が、前記ウェハに対して全体研磨を行うステップと、前記研磨装置が、前記ウェハに対して局所研磨を行うステップとを備える。

【0014】

本発明のプログラムは、処理対象のウェハに対して全体研磨と局所研磨とを行うために研磨装置を制御するためのプログラムであって、前記研磨装置に、前記ウェハの膜厚を測定するステップと、研磨前の前記ウェハの膜厚に基づいて前記ウェハの膜厚分布を推定するステップと、前記膜厚分布と前記全体研磨による段差解消性とに基づいて、前記局所研磨を行うべき前記ウェハの局所研磨部位を設定するステップと、前記ウェハに対して全体研磨を行うステップと、前記ウェハに対して局所研磨を行うステップとを実行させる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、全体研磨による研磨では足りない部分を補完する局所研磨部分を設定し、局所研磨に要する時間を短縮して、スループットを向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】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。

【図2】局所研磨モジュールの一例の概略構成を示す図である。

【図3】制御装置の機能を示す機能ブロック図である。

【図4】（ａ）膜厚分布推定部によって推定した研磨前のウェハの膜厚分布を示すコンター図である。（ｂ）ウェハを全体研磨したと仮定したときに想定される膜厚分布を示す図である。

【図5】局所研磨部位が設定された場合に、各ステップにおいて用いる研磨ヘッドおよびその動きを示す図である。

【図6】モデル記憶部に記憶されたレシピ生成モデルの例を示す図である。

【図7】研磨装置によって局所研磨を制御する動作を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下に、本発明の実施の形態の研磨装置および研磨方法について図面を参照しながら説明する。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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

［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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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、研磨装置１００の全体構成について説明した。続いて、局所研磨モジュール２００を制御する本実施の形態の制御装置６００の機能について説明する。

【0041】

［制御装置］
図３は、制御装置６００の機能を示す機能ブロック図である。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制御装置６００の機能については、説明を省略する。制御装置６００は、膜厚分布推定部６０１と、通信部６０２と、局所研磨モジュール２００を制御する局所研磨制御部１とを有している。通信部６０２は、上流でエッチング工程等を行う装置と通信する機能を有しており、上流において行ったエッチングパターン等のデータを受信する。

【0042】

膜厚分布推定部６０１は、処理対象のウェハの膜厚を測定する膜厚測定部８００に接続されている。膜厚測定部８００は、部分研磨モジュール２００に備えられていてもよいし、全体研磨モジュール３００に備えられていてもよいし、その他のモジュールに備えられていてもよい。膜厚測定部８００の具体例は、例えば、上述した検出ヘッド２３０や検知部２３２である。

【0043】

膜厚分布推定部６０１は、研磨対象のウェハの膜厚分布を推定する機能を有している。膜厚分布推定部６０１は、膜厚測定部８００から受信したウェハの膜厚の測定結果のデータと、通信部６０２によって受信したエッチングパターンのデータに基づいて、ウェハの膜厚分布を推定する。ウェハの表面の凹凸は、下層の配線パターンの影響を受けるので、エッチングパターンのデータを用いることで、膜厚測定部８００にて測定されていない部分の膜厚を精度良く補完することができる。このように膜厚分布推定部６０１がウェハの膜厚分布を推定するので、膜厚測定部８００は精細な測定を行う必要はなく、膜厚測定に要する時間を短縮できる。なお、本実施の形態では、上流のエッチング工程において用いたエッチングパターンのデータをも用いて膜厚分布を推定する例を説明しているが、エッチングパターンのデータを用いることは必須ではなく、膜厚分布推定部６０１は、ウェハの膜厚の測定結果のデータのみから膜厚分布を推定する構成としてもよい。

【0044】

局所研磨制御部１は、局所研磨の研磨レシピを生成するための構成として、局所研磨部位設定部１１と、研磨ヘッド選択部１２と、研磨レシピ生成部１３と、記憶部１８に記憶されたレシピ生成モデルとを有している。

【0045】

図４（ａ）は、膜厚分布推定部６０１によって推定した研磨前のウェハの膜厚分布を示すコンター図である。図４（ａ）では、膜厚の分布を等高線によって表しており、高さが１０，１５，２０の等高線によって膜厚分布を示している。図４（ａ）に示す例では、高さ１０の等高線で囲まれた領域ｒ１と、高さ１５の等高線で囲まれた領域ｒ２と、高さ２０の等高線で囲まれた２つの領域ｒ３，ｒ４とを有している。

【0046】

なお、図４（ａ）では、コンター図を３種類の等高線によって表したが、何段階に分割するかは適宜設定することができる。分割数が決まれば、膜厚分布推定部６０１は、（最大高さ−最小低さ）／分割数によって、どの高さの等高線を描くかを決定することができる。

【0047】

局所研磨部位設定部１１は、膜厚分布推定部６０１にて推定された膜厚分布と全体研磨による段差解消性とに基づいて局所研磨部位を設定する機能を有する。図４（ｂ）は、全体研磨による段差解消性について説明するための図であり、図４（ａ）の膜厚分布のウェハを全体研磨したと仮定したときに想定される膜厚分布を示す図である。全体研磨の研磨条件に基づいて研磨量をシミュレーションすることによって求めることができる。

【0048】

図４（ｂ）に示す例では、段差解消性を考慮した膜厚分布は、高さ５の等高線で囲まれた領域ｒ５と、高さ１０の等高線で囲まれた領域ｒ６，ｒ７とを有している。この例では、図４（ａ）に示す領域ｒ３，ｒ４は全体研磨によって高さ１０の等高線と同じ高さまで研磨され、等高線１０（高さ１０〜１４）で表される一つの領域になる例を示している。

【0049】

局所研磨部位設定部１１は、図４（ｂ）に示す全体研磨を行ったと仮定したときの膜厚分布に基づいて、局所研磨部位を設定する。この例では、領域ｒ５〜ｒ７のそれぞれが局所研磨部位として設定される。

【0050】

図５は、領域ｒ５〜ｒ７の局所研磨部位が設定された場合に、各ステップにおいて用いる研磨ヘッドおよびその動きを示す図である。この例では、領域ｒ５〜ｒ７の局所研磨部位を局所研磨するのに３ステップを要する。

【0051】

研磨ヘッド選択部１２は、局所研磨部位の大きさに基づいて研磨ヘッドを選択する。ステップ１およびステップ２においては、各ステップでの局所研磨部位ｒ７，ｒ６をちょうど覆う大きさの研磨ヘッドを選択する。ステップ３においては、局所研磨部位ｒ５を覆う研磨ヘッドはないので、局所研磨を効率的に行える大きさの研磨ヘッドを選択する。具体的には、局所研磨部位ｒ５をカバーする矩形のスキャンエリア（縦長Ｈ×横長Ｗ）を設定し、このスキャンエリアを研磨ヘッドでスキャン（走査）することで、領域ｒ５の局所研磨を行う。

【0052】

研磨レシピ生成部１３は、局所研磨部位を研磨する研磨レシピを求める機能を有する。まず、研磨レシピ生成部１３は、研磨ヘッドで局所研磨部位をカバーする範囲を求める。図５を参照して説明すると、ステップ１及びステップ２においては、研磨ヘッドが局所研磨部位をすっぽりと覆っているので、このような場合には、研磨時の研磨ヘッドの位置を求めればよい。ステップ３においては、局所研磨部位の方が研磨ヘッドより大きいので、局所研磨部位をカバーする矩形のスキャンエリアの縦長Ｈと横長Ｗを求める。そして、このスキャンエリアを短時間でくまなくスキャンする研磨ヘッドの軌跡を求める。

【0053】

次に、研磨レシピ生成部１３は、局所研磨を行う際のその他の条件を求める。具体的には、研磨レシピ生成部１３は、記憶部１８から読み出したレシピ生成モデルを用いて、局所研磨部位の属性に応じた研磨レシピを求める。本実施の形態では、レシピ生成モデルとして、ニューラルネットワークモデルを用いる。

【0054】

図６は、モデル記憶部１８に記憶されたレシピ生成モデルの例を示す図である。レシピ生成モデルは、入力ノードとして局所研磨部位の属性等を有し、出力ノードとして研磨を行う条件、すなわち研磨レシピを有している。入力ノードとしては、局所研磨部位の平均膜厚、スキャンエリアの縦長及び横長と、ヘッド種類のノードを有している。出力ノードとしては、スキャン速度と、スキャン回数と、研磨パッドの押圧力、研磨時間のノードを有している。なお、図５のステップ１及びステップ２のように研磨ヘッドをスキャンする必要がない場合には、スキャンエリアの縦長、横長の属性の入力ノードおよびスキャン速度やスキャン回数等の出力ノードはないものとして扱う。

【0055】

図６に示すレシピ生成モデルは、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６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、研磨ヘッドの回転数やスラリの供給速度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。

【0056】

研磨レシピ生成部１３は、局所研磨部位設定部１１にて設定された局所研磨部位の平均膜厚、スキャンエリアの縦長及び横長の属性を入力ノードに適用すると共に、研磨ヘッド選択部１２にて選択された研磨ヘッドを適用し、出力ノードの値を求める。これにより、研磨レシピ生成部１３は、研磨レシピ、すなわち、局所研磨を行うときの各種の条件を求めることができる。

【0057】

なお、本実施の形態では、研磨レシピを求めるためのレシピ生成モデルとしてニューラルネットワークモデルを例として説明したが、研磨レシピを求めるためのモデルは、ニューラルネットワークモデルに限らず、決定木モデルやベイジアンネットワークモデルを用いることもできる。

【0058】

図３に戻って説明を続ける。局所研磨制御部１は、研磨レシピ生成部１３にて生成された研磨レシピを検証するシミュレーション部１４を備えている。シミュレーション部１４は、研磨レシピにしたがってウェハの局所研磨を行ったとした場合の膜厚分布をシミュレーションする。

【0059】

シミュレーション部１４は、記憶部１８に記憶されたシミュレーションモデルを読み出し、シミュレーションモデルに局所研磨の条件を適用することにより、局所研磨後の膜厚分布およびスループットを算出する。その結果、局所研磨後のウェハの膜厚分布およびスループットが所定の仕様を満たす場合には、シミュレーション部１４は、生成された研磨レシピでＯＫと判定する。シミュレーションした結果、膜厚分布またはスループットが所定の仕様を満たさない場合には、シミュレーション部１４は、研磨レシピはＮＧと判定する。

【0060】

研磨レシピ送信部１５は、シミュレーション部１４での検証でＯＫと判定された研磨レシピのデータを局所研磨モジュール２００に送信する機能を有する。局所研磨モジュール２００は、局所研磨制御部１から送信された研磨レシピを研磨レシピ受信部２７１にて受信すると、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、局所研磨を行う。

【0061】

各種駆動部２７０とは、図２を用いて説明した局所研磨装置１００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。

【0062】

局所研磨モジュール２００は、研磨レシピにしたがって、ウェハの局所研磨を行った後、膜厚の測定を行い、測定された膜厚のデータを実研磨データ送信部２７２から局所研磨制御部１に送信する。局所研磨制御部１は、局所研磨モジュール２００から送信された膜厚データを受信すると、受信した膜厚データを教師信号として、学習部１６にてレシピ生成モデルの学習を行う。これにより、実研磨データに基づいて、レシピ生成モデルの精度を高めていくことができる。

【0063】

また、局所研磨制御部１は、出力部１７を有している。出力部１７は、例えば、ディスプレイ等の表示手段によって構成される。局所研磨制御部１は、例えば、シミュレーション部１４によるシミュレーション結果を出力部１７から出力する。これにより、シミュレーション結果がＮＧの場合に、ウェハのどの部分の研磨が足りないのか、あるいは、所定の仕様の範囲まで、あとどの程度の研磨が必要なのか等を把握できる。これにより、研磨レシピを修正したり、研磨レシピを求めるニューラルネットワークモデルを調整することができる。

【0064】

図７は、研磨装置１００によって局所研磨を制御する動作を示す図である。制御装置６００は、局所研磨を行うウェハのエッチングパターンのデータを通信部６０２を介して受信する（Ｓ１０）。膜厚測定部８００は研磨対象のウェハの膜厚を測定し（Ｓ１１）、膜厚分布推定部６０１は膜厚の測定結果とエッチングパターンに基づいて膜厚分布を推定し、コンター図を生成する（Ｓ１２）。続いて、局所研磨部位設定部１１は、ウェハ処理前の膜厚分布に基づいて、全体研磨を行ったとした場合の段差解消後の膜厚分布を推定する（Ｓ１３）。局所研磨部位設定部１１は、推定された膜厚分布に基づいて局所研磨部位を設定する（Ｓ１４）。

【0065】

続いて、局所研磨制御部１は、局所研磨部位の大きさに基づいて、それぞれの局所研磨部位を研磨する研磨ヘッドを選択する（Ｓ１５）。次に、局所研磨制御部１は、記憶部１８からレシピ生成のためのレシピ生成モデルを読み出し、レシピ生成モデルに対して局所研磨部位の属性および研磨ヘッドの種類を適用することによって局所研磨部位を研磨する研磨レシピを生成する（Ｓ１６）。

【0066】

次に、局所研磨制御部１は、生成した研磨レシピを用いて局所研磨部位を研磨し、さらに全体研磨を行ったとした場合の膜厚分布をシミュレーションする（Ｓ１７）。このシミュレーションの結果、スループット、研磨後の膜厚が面均一度の基準を満たすか否かを判定する（Ｓ１８）。この結果、基準を満たすと判定されたときは（Ｓ１８でＹＥＳ）、研磨レシピを記憶部１８に記憶すると共に、研磨レシピを局所研磨モジュール２００に送信し、ウェハの実研磨を行う（Ｓ２０）。

【0067】

シミュレーションの結果、スループット、面均一度の基準を満たさない場合には（Ｓ１８でＮＯ）、研磨レシピを手動生成し（Ｓ１９）、生成した研磨レシピによって実研磨を行う（Ｓ２０）。なお、同じ種類のウェハを処理する場合には、毎回研磨レシピを生成する必要はなく、前に生成した研磨レシピを用いて局所研磨を行う。これにより、研磨レシピを生成する時間を省略できるので、スループットを高めることができる。

【0068】

本実施の形態の研磨装置は、局所研磨部位設定部１１が局所研磨部位を設定する際に、全体研磨を行ったとした場合の段差解消性を考慮して局所研磨部位を設定するので、全体研磨と局所研磨とが相俟ってスループットを向上できる。

【0069】

以上、本発明の研磨装置および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、本発明の研磨装置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では、膜厚分布推定部６０１が、膜厚測定部８００による測定結果に基づいて膜厚分布を推定する例を挙げたが、膜厚分布推定部６０１は、膜厚測定結果を用いずに、処理対象ウェハに対して行われた前工程の情報に基づいて膜厚分布を推定してもよい。前工程の情報としては、例えば、上記した実施の形態でも挙げたエッチングパターンのほかに、膜付機の特性、配線パターンのレイアウト、ＣＶＤの条件（ガス流量、温度）、めっき装置の運転条件等がある。

【産業上の利用可能性】

【0070】

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。

【符号の説明】

【0071】

１ 局所研磨制御部
１１ 局所研磨部位設定部
１２ 研磨ヘッド選択部
１３ 研磨レシピ生成部
１４ シミュレーション部
１５ 研磨レシピ送信部
１６ 学習部
１７ 出力部
１８ 記憶部
６０１ 膜厚分布推定部
６０２ 通信部
８００ 膜厚測定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】