(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024093733
(43)【公開日】2024-07-09
(54)【発明の名称】研磨方法、研磨装置、および記録媒体
(51)【国際特許分類】
B24B 37/013 20120101AFI20240702BHJP
H01L 21/304 20060101ALI20240702BHJP
B24B 49/10 20060101ALI20240702BHJP
G05B 23/02 20060101ALI20240702BHJP
【FI】
B24B37/013
H01L21/304 622R
H01L21/304 622S
B24B49/10
G05B23/02 P
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022210291
(22)【出願日】2022-12-27
(71)【出願人】
【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】100118500
【弁理士】
【氏名又は名称】廣澤 哲也
(74)【代理人】
【氏名又は名称】渡邉 勇
(74)【代理人】
【識別番号】100174089
【弁理士】
【氏名又は名称】郷戸 学
(74)【代理人】
【識別番号】100186749
【弁理士】
【氏名又は名称】金沢 充博
(72)【発明者】
【氏名】石井 遊
【テーマコード(参考)】
3C034
3C158
3C223
5F057
【Fターム(参考)】
3C034AA19
3C034BB73
3C034BB92
3C034CA16
3C034CA26
3C034CB03
3C034CB11
3C034DD07
3C034DD10
3C158AA07
3C158BA02
3C158BA06
3C158BB02
3C158BB06
3C158BB08
3C158BB09
3C158BC01
3C158BC02
3C158CB01
3C158CB03
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3C158EA11
3C158EB01
3C223AA12
3C223BA01
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3C223EB02
3C223EB03
3C223FF04
3C223FF22
3C223FF23
3C223FF26
5F057AA01
5F057AA19
5F057BA13
5F057BA30
5F057BB23
5F057BB36
5F057CA12
5F057DA03
5F057EB27
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5F057FA13
5F057FA19
5F057FA36
5F057FA39
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5F057GA12
5F057GA13
5F057GA16
5F057GA17
5F057GA27
5F057GB05
(57)【要約】
【課題】最適な波形処理レシピを作成することができる研磨方法が提供される。
【解決手段】研磨方法は、測定された出力波形と、推定検出時間と、を機械学習アルゴリズムにより構築されたモデルに入力し、推定検出時間との差異が最小となるシミュレーション検出時間を決定するための波形処理パラメータを有する波形処理レシピをモデルから出力する。
【選択図】
図4
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板の研磨開始から研磨終点までの研磨終点時間を基礎付ける推定検出時間を決定し、
前記基板の研磨中における研磨機構の駆動装置の出力波形を測定し、
前記測定された出力波形と、前記推定検出時間と、を機械学習アルゴリズムにより構築されたモデルに入力し、
前記推定検出時間との差異が最小となるシミュレーション検出時間を決定するための波形処理パラメータを有する波形処理レシピを前記モデルから出力する、研磨方法。
【請求項2】
前記シミュレーション検出時間は、以下の計算式に基づいて、前記推定検出時間との比較により、算出される、請求項1に記載の研磨方法。
【数1】
ここで、edti:i枚目の推定検出時間
sdti:i枚目のシミュレーション検出時間
n:研磨された基板の枚数
【請求項3】
前記基板と同一種類の新たな基板を研磨することによって、前記駆動装置の出力値を含む研磨情報データを取得し、
前記研磨情報データに基づいて、前記シミュレーション検出時間を調整することにより、前記研磨終点時間を補正する、請求項1に記載の研磨方法。
【請求項4】
前記シミュレーション検出時間に所定の追加研磨時間を加算することにより、前記研磨終点時間を補正する、請求項1に記載の研磨方法。
【請求項5】
前記シミュレーション検出時間は、前記出力波形の波形処理に用いられる少なくとも1種類の前記波形処理パラメータを前記測定された出力波形に適用することにより、算出される、請求項1に記載の研磨方法。
【請求項6】
前記波形処理パラメータは、前記出力波形に含まれるピークと非ピークとを識別するためのパラメータを含む、請求項5に記載の研磨方法。
【請求項7】
前記モデルの構築において、学習データの説明変数は、前記測定された出力波形として与えられ、学習データの目的変数は、前記出力波形に含まれるノイズ成分を除去することによって算出されたシミュレーション検出時間の、前記推定検出時間からのずれを表す数値として与えられる、請求項1に記載の研磨方法。
【請求項8】
研磨パッドを支持する研磨テーブルと、
基板を前記研磨パッドの研磨面に押し付けて、前記基板を研磨する研磨ヘッドと、
前記研磨ヘッドに連結された研磨ヘッド揺動アームと、
記憶装置および処理装置を備えるコンピュータと、を備え、
前記処理装置は、
前記基板の研磨中に測定された、前記研磨テーブル、前記研磨ヘッド、および前記研磨ヘッド揺動アームのうちの少なくとも1つである駆動装置の複数の出力波形に、前記記憶装置に格納された波形処理パラメータを適用して、複数のシミュレーション検出時間を算出し、
前記基板の研磨開始から研磨終点までの研磨終点時間を基礎付ける推定検出時間と、前記複数のシミュレーション検出時間と、を比較して、前記推定検出時間との差異が最小となるシミュレーション検出時間を決定するための波形処理パラメータを有する波形処理レシピを作成する、研磨装置。
【請求項9】
前記処理装置は、前記基板と同一種類の新たな基板を研磨することによって取得した、前記駆動装置の出力値を含む研磨情報データに基づいて、前記シミュレーション検出時間を調整することにより、前記研磨終点時間を補正する、請求項8に記載の研磨装置。
【請求項10】
前記処理装置は、前記シミュレーション検出時間に所定の追加研磨時間を加算することにより、前記研磨終点時間を補正する、請求項8に記載の研磨装置。
【請求項11】
前記記憶装置は、機械学習アルゴリズムにより構築されたモデルを格納しており、
前記処理装置は、
前記駆動装置の出力波形と、前記推定検出時間と、を前記モデルに入力し、
前記推定検出時間との差異が最小となるシミュレーション検出時間を決定するための波形処理パラメータを有する波形処理レシピを前記モデルから出力するための演算を実行する、請求項8に記載の研磨装置。
【請求項12】
基板の研磨中に測定された研磨機構の駆動装置の複数の出力波形に、波形処理パラメータを適用して、複数のシミュレーション検出時間を算出するステップと、
前記基板の研磨開始から研磨終点までの研磨終点時間を基礎付ける推定検出時間と、前記複数のシミュレーション検出時間と、を比較して、前記推定検出時間との差異が最小となるシミュレーション検出時間を決定するための波形処理パラメータを有する波形処理レシピを作成するステップと、をコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項13】
入力層と、複数の隠れ層と、出力層とを有するニューラルネットワークからなるモデルの前記入力層に、前記駆動装置の出力波形と、前記推定検出時間と、を入力するステップと、
前記ニューラルネットワークを構成する多層パーセプトロンのアルゴリズムに従って演算を実行することによって、前記出力層から、前記推定検出時間との差異が最小となるシミュレーション検出時間を決定するための波形処理パラメータを有する波形処理レシピを出力するステップと、をコンピュータに実行させる、請求項12に記載の記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、研磨方法、研磨装置、および記録媒体に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体デバイスの製造工程における技術として、化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)が知られている。CMPを行うための研磨装置は、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、ウェハを保持するための研磨ヘッドと、を備えている。
【0003】
このような研磨装置を用いてウェハの研磨を行う場合には、研磨ヘッドによりウェハを保持しつつ、ウェハを研磨パッドの研磨面に対して所定の圧力で押圧する。このとき、研磨テーブルと研磨ヘッドとを相対運動させることによりウェハが研磨面に摺接し、ウェハの表面が研磨される。ウェハは基板の一例である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ウェハなどの基板は、半導体、導体、絶縁体などの異なる材質からなる積層構造を有している。基板の被研磨面の材質によって、基板と研磨パッドとの間に作用する摩擦力は変化する。そこで、基板の被研磨面の材質が変化することによって生じる摩擦力の変化を検出し、摩擦力が変化した時点に基づいて、研磨終点を決定する。
【0006】
摩擦力の変化は、研磨装置の研磨機構(例えば、研磨テーブル、研磨ヘッド、研磨ヘッドの揺動アームなど)を駆動させる駆動装置の出力の変化として検出可能である。例えば、研磨テーブルを回転駆動させる駆動装置が電動モータである場合、摩擦力の変化は、電動モータに流れる電流の変化として検出することができる。
【0007】
しかしながら、駆動装置の出力の変化を示す波形は、ノイズ成分を含んでいる。したがって、駆動装置の出力の変化を確実に決定するために、波形処理パラメータ(すなわち、波形処理条件)を調整して、ノイズ成分を除去する必要がある。
【0008】
このように、波形処理パラメータを調整することにより、波形処理レシピを作成する。基板の研磨終点は、作成された波形処理レシピに基づいて決定される。したがって、基板の研磨終点を精度よく決定するためには、最適な波形処理レシピを作成する必要がある。しかしながら、波形処理パラメータは、作業者の経験に基づいて調整されており、最適な波形処理レシピを作成するために、多大な時間がかかってしまい、手間である。
【0009】
そこで、本発明は、最適な波形処理レシピを作成することができる研磨方法、研磨装置、および記録媒体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】
【0010】
一態様では、基板の研磨開始から研磨終点までの研磨終点時間を基礎付ける推定検出時間を決定し、前記基板の研磨中における研磨機構の駆動装置の出力波形を測定し、前記測定された出力波形と、前記推定検出時間と、を機械学習アルゴリズムにより構築されたモデルに入力し、前記推定検出時間との差異が最小となるシミュレーション検出時間を決定するための波形処理パラメータを有する波形処理レシピを前記モデルから出力する、研磨方法が提供される。
【0011】
一態様では、前記シミュレーション検出時間は、以下の計算式に基づいて、前記推定検出時間との比較により、算出される。
【数1】
ここで、edti:i枚目の推定検出時間
sdti:i枚目のシミュレーション検出時間
n:研磨された基板の枚数
【0012】
一態様では、前記基板と同一種類の新たな基板を研磨することによって、前記駆動装置の出力値を含む研磨情報データを取得し、前記研磨情報データに基づいて、前記シミュレーション検出時間を調整することにより、前記研磨終点時間を補正する。
一態様では、前記シミュレーション検出時間に所定の追加研磨時間を加算することにより、前記研磨終点時間を補正する。
一態様では、前記シミュレーション検出時間は、前記出力波形の波形処理に用いられる少なくとも1種類の前記波形処理パラメータを前記測定された出力波形に適用することにより、算出される。
【0013】
一態様では、前記波形処理パラメータは、前記出力波形に含まれるピークと非ピークとを識別するためのパラメータを含む。
一態様では、前記モデルの構築において、学習データの説明変数は、前記測定された出力波形として与えられ、学習データの目的変数は、前記出力波形に含まれるノイズ成分を除去することによって算出されたシミュレーション検出時間の、前記推定検出時間からのずれを表す数値として与えられる。
【0014】
一態様では、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、基板を前記研磨パッドの研磨面に押し付けて、前記基板を研磨する研磨ヘッドと、前記研磨ヘッドに連結された研磨ヘッド揺動アームと、記憶装置および処理装置を備えるコンピュータと、を備える研磨装置が提供される。前記処理装置は、前記基板の研磨中に測定された、前記研磨テーブル、前記研磨ヘッド、および前記研磨ヘッド揺動アームのうちの少なくとも1つである駆動装置の複数の出力波形に、前記記憶装置に格納された波形処理パラメータを適用して、複数のシミュレーション検出時間を算出し、前記基板の研磨開始から研磨終点までの研磨終点時間を基礎付ける推定検出時間と、前記複数のシミュレーション検出時間と、を比較して、前記推定検出時間との差異が最小となるシミュレーション検出時間を決定するための波形処理パラメータを有する波形処理レシピを作成する。
【0015】
一態様では、前記処理装置は、前記基板と同一種類の新たな基板を研磨することによって取得した、前記駆動装置の出力値を含む研磨情報データに基づいて、前記シミュレーション検出時間を調整することにより、前記研磨終点時間を補正する。
一態様では、前記処理装置は、前記シミュレーション検出時間に所定の追加研磨時間を加算することにより、前記研磨終点時間を補正する。
一態様では、前記記憶装置は、機械学習アルゴリズムにより構築されたモデルを格納しており、前記処理装置は、前記駆動装置の出力波形と、前記推定検出時間と、を前記モデルに入力し、前記推定検出時間との差異が最小となるシミュレーション検出時間を決定するための波形処理パラメータを有する波形処理レシピを前記モデルから出力するための演算を実行する。
【0016】
一態様では、基板の研磨中に測定された研磨機構の駆動装置の複数の出力波形に、波形処理パラメータを適用して、複数のシミュレーション検出時間を算出するステップと、前記基板の研磨開始から研磨終点までの研磨終点時間を基礎付ける推定検出時間と、前記複数のシミュレーション検出時間と、を比較して、前記推定検出時間との差異が最小となるシミュレーション検出時間を決定するための波形処理パラメータを有する波形処理レシピを作成するステップと、をコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
【0017】
一態様では、入力層と、複数の隠れ層と、出力層とを有するニューラルネットワークからなるモデルの前記入力層に、前記駆動装置の出力波形と、前記推定検出時間と、を入力するステップと、前記ニューラルネットワークを構成する多層パーセプトロンのアルゴリズムに従って演算を実行することによって、前記出力層から、前記推定検出時間との差異が最小となるシミュレーション検出時間を決定するための波形処理パラメータを有する波形処理レシピを出力するステップと、をコンピュータに実行させる。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、僅かな時間で、基板の研磨終点を精度よく決定することができる波形処理レシピを作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【
図3】テーブルモータの駆動電流の変化を示す波形を示すグラフである。
【
図4】動作制御部の波形処理レシピを作成するフローの一実施形態を示す図である。
【
図5】波形処理レシピを出力するモデルの一実施形態を示す模式図である。
【
図6】波形処理パラメータを調整することによって波形処理された波形を示すグラフである。
【
図7】動作制御部の波形処理レシピを作成するフローの他の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
図1は、研磨装置の一実施形態を示す模式図である。
図1に示す実施形態では、研磨装置1は、四角形の基板を研磨するための研磨装置であるが、一実施形態では、研磨装置1は、円形の基板を研磨するための研磨装置であってもよい。
【0021】
図1に示すように、研磨装置1は、基板Wを保持し回転させる研磨ヘッド10と、研磨パッド2を支持する研磨テーブル3と、研磨テーブル3を回転させるテーブルモータ8と、支軸14の上端に連結された研磨ヘッド揺動アーム16と、研磨ヘッド揺動アーム16の自由端に取り付けられた研磨ヘッドシャフト12と、研磨装置1の各構成要素の動作を制御する動作制御部7と、を備えている。
【0022】
本実施形態では、基板Wは、その表面に絶縁体や配線が施されたプリント配線(回路)基板(PCB)などの四角形状を有しており、研磨ヘッド10は、基板Wの形状に対応した四角形状を有している。しかしながら、基板Wおよび研磨ヘッド10の形状は、本実施形態に限定されない。一実施形態では、基板Wは円形のウェハでもよく、研磨ヘッド10は円形状を有してもよい。
【0023】
研磨ヘッド10は、研磨ヘッドシャフト12の下端に連結されており、その下面に真空吸引により基板Wを保持できるように構成されている。研磨ヘッド10は、基板Wを研磨パッド2の研磨面2aに押し付けて、基板Wを研磨する。
【0024】
研磨ヘッド揺動アーム16は、研磨テーブル3の上方に配置されており、研磨パッド2の研磨面2aと平行に配置されている。研磨ヘッド揺動アーム16は研磨ヘッドシャフト12を介して研磨ヘッド10に連結されており、研磨ヘッド10は研磨ヘッド揺動アーム16によって支持されている。
【0025】
研磨装置1は、研磨ヘッドシャフト12に連結された研磨ヘッド回転モータ13をさらに備えている。本実施形態では、研磨ヘッド回転モータ13は、研磨ヘッド揺動アーム16内に配置されているが、一実施形態では、研磨ヘッド回転モータ13は、研磨ヘッド揺動アーム16の外側に配置されてもよい。
【0026】
研磨ヘッドシャフト12は、研磨ヘッド回転モータ13によって回転可能に構成されている。この研磨ヘッドシャフト12の回転により、研磨ヘッド10が図の矢印で示す方向に研磨ヘッドシャフト12を中心に回転するように構成されている。研磨ヘッドシャフト12は、図示しない昇降装置に連結されている。研磨ヘッド10は、昇降装置によって研磨ヘッドシャフト12を介して上昇および下降されるように構成されている。
【0027】
研磨装置1は、研磨ヘッド揺動アーム16に連結された揺動モータ15をさらに備えている。本実施形態では、揺動モータ15は、支軸14内に配置されている。研磨ヘッド揺動アーム16は、揺動モータ15によって支軸14を中心に回転可能に構成されている。研磨ヘッド10は、研磨ヘッド揺動アーム16の旋回により、基板Wの図示しない受取位置と研磨テーブル3の上方位置との間を移動される。一実施形態では、研磨ヘッド揺動アーム16は支軸14に固定され、揺動モータ15は支軸14に連結されてもよい。
【0028】
研磨パッド2は、研磨テーブル3の上面に貼り付けられており、研磨テーブル3と一体に回転するように構成されている。研磨テーブル3は、テーブル軸3aを介してその下方に配置されるテーブルモータ8に連結されている。
【0029】
研磨テーブル3は、テーブルモータ8によってテーブル軸3aを中心に矢印で示す方向に回転可能に構成されている。より具体的には、研磨テーブル3の軸心CPと、テーブル軸3aの軸心と、は一致しており、研磨テーブル3は軸心CPを中心に回転する。テーブルモータ8の一例として、インバータを備えた可変速モータが挙げられる。
【0030】
研磨装置1は、研磨テーブル3を回転させるためのトルクを測定するトルク測定装置9をさらに備えている。トルク測定装置9は、テーブルモータ8に電気的に接続されている。基板Wの研磨中、研磨テーブル3は、一定の速度で回転するようにテーブルモータ8によって駆動される。したがって、研磨テーブル3を一定の速度で回転させるために必要なトルクが変化すると、テーブルモータ8の駆動電流が変化する。
【0031】
研磨テーブル3を回転させるためのトルクは、研磨テーブル3をその軸心CP周りに回転させる力のモーメントである。研磨テーブル3を回転させるためのトルクは、テーブルモータ8の駆動電流に相当する。したがって、本実施形態では、トルク測定装置9は、テーブルモータ8の駆動電流を測定する電流測定器である。
【0032】
一実施形態では、トルク測定装置9は、テーブルモータ8を駆動するモータドライバの少なくとも一部から構成されてもよい。この場合、モータドライバは、研磨テーブル3を一定の速度で回転させるために必要な電流値を決定し、この決定された電流値を出力する。決定された電流値は、研磨テーブル3を回転させるためのトルクに相当する。一実施形態では、トルク測定装置9は、研磨テーブル3をその軸心CP周りに回転させるトルクを直接測定するトルク測定装置であってもよい。
【0033】
研磨装置1は、研磨パッド2のコンディショニングを行うためのドレッサ30と、研磨パッド2にドレッシング液を供給するためのドレッシング液供給ノズル5と、液体、または液体と気体との混合流体を研磨パッド2に向けて噴射するためのアトマイザ33と、をさらに備えている。ドレッシング液の一例として、純水が挙げられる。アトマイザ33から噴射される液体は、例えば、純水であり、アトマイザ33から噴射される気体は、例えば、窒素ガスである。
【0034】
研磨装置1は、研磨液を供給するための研磨液供給路39を備えている。研磨液供給路39は、研磨テーブル3およびテーブル軸3aに形成されている。より具体的には、研磨液供給路39の一端は、研磨テーブル3の表面に形成された研磨液供給孔36に連通しており、他端は、図示しないロータリージョイントを介して図示しない研磨液供給源に接続されている。
【0035】
研磨テーブル3の研磨液供給孔36に対応する位置において、研磨パッド2には研磨液供給孔37が形成されている。基板Wの研磨中、研磨液は、研磨液供給路39および研磨液供給孔36を通過して研磨液供給孔37から研磨パッド2の研磨面2aに供給される。研磨液の一例として砥粒を含むスラリーが挙げられる。
図1に示す実施形態では、研磨装置1は、1組の研磨液供給孔36,37を備えているが、複数組の研磨液供給孔36,37を備えてもよい。研磨液供給孔36,37は、研磨テーブル3の軸心CP上、または軸心CP付近に配置される。
【0036】
動作制御部7は、少なくとも1台のコンピュータから構成される。動作制御部7は、プログラムが格納された記憶装置7aと、プログラムに含まれる命令に従って演算を実行する処理装置7bと、を備えている。
【0037】
処理装置7bは、記憶装置7aに格納されているプログラムに含まれている命令に従って演算を行うCPU(中央処理装置)またはGPU(グラフィックプロセッシングユニット)などを含む。記憶装置7aは、処理装置7bがアクセス可能な主記憶装置(例えばランダムアクセスメモリ)と、データおよびプログラムを格納する補助記憶装置(例えば、ハードディスクドライブまたはソリッドステートドライブ)と、を備えている。
【0038】
上記昇降装置(図示せず)、研磨ヘッド回転モータ13、揺動モータ15、テーブルモータ8、およびトルク測定装置9は、動作制御部7に電気的に接続されている。昇降装置、研磨ヘッド回転モータ13、揺動モータ15、テーブルモータ8、およびトルク測定装置9の動作は、動作制御部7によって制御される。
【0039】
本実施形態では、基板Wの研磨中、動作制御部7は、研磨ヘッド揺動アーム16の揺動を停止させる(すなわち、揺動速度がゼロになる)ように、揺動モータ15の出力を制御するように構成されているが、動作制御部7は、所定の揺動速度パターンで、研磨ヘッド揺動アーム16を揺動させてもよい。
【0040】
研磨ヘッド10、研磨ヘッド揺動アーム16、および研磨テーブル3は総称して研磨機構と呼ばれ、研磨ヘッド回転モータ13、揺動モータ15、およびテーブルモータ8は総称して、研磨機構の駆動装置と呼ばれる。
【0041】
基板Wの研磨は次のようにして行われる。研磨ヘッド10を回転させながら、かつ研磨テーブル3を研磨パッド2と一体に回転させながら、研磨液供給孔37から研磨液(スラリー)を研磨パッド2の研磨面2a上に供給する。研磨ヘッド10は、昇降装置(図示せず)によって所定の位置(研磨高さ)まで下降する。
【0042】
所定の位置(研磨高さ)まで下降された研磨ヘッド10の圧力室(図示せず)に圧縮気体を供給することで、研磨ヘッド10は、基板Wを研磨パッド2の研磨面2aに押し付ける。研磨ヘッド10および研磨テーブル3(および研磨パッド2)は、
図1の矢印で示すように同じ方向に回転し、この状態で研磨ヘッド10は、基板Wを研磨パッド2の研磨面2aに押し付ける。
【0043】
図2は、基板が研磨される様子を示す図である。
図2に示す実施形態では、基板Wは、ベース層の上に絶縁層(例えば、樹脂)および配線(例えば、銅)が配置された銅張積層板であるが、基板Wはこの例に限定されない。スラリーが研磨パッド2の研磨面2a上に存在した状態で、基板Wは研磨パッド2の研磨面2aに摺接される。基板Wの表面(すなわち、絶縁層)は、スラリーの化学成分による化学的作用と、スラリーに含まれる砥粒の機械的作用との組み合わせにより、研磨される。
【0044】
基板Wの研磨が終了すると、研磨された基板Wは、研磨ヘッド10から取り外され、次の工程に搬送される。基板Wの研磨後、研磨パッド2の研磨面2aは、ドレッサ30によりドレッシングされる。ドレッサ30は、研磨パッド2をわずかに削り取り、研磨面2aを再生させる。研磨ヘッド10は、新たな基板を保持し、新たな基板が同様に研磨される。このようにして基板の研磨が繰り返される。
【0045】
図2に示す実施形態では、基板Wの絶縁層が研磨されると、やがて、配線が露出する(
図2の第2状態参照)。配線の材質は絶縁層の材質とは異なるため、基板Wと研磨パッド2との間に作用する摩擦力は変化する。そこで、動作制御部7は、摩擦力が変化した時点に基づいて、研磨終点を決定する。
【0046】
より具体的には、動作制御部7は、研磨機構の駆動装置の出力の変化に基づいて、基板Wの研磨終点を決定する。本実施形態では、研磨テーブル3を回転させるためのトルクは、テーブルモータ8の駆動電流に相当する。したがって、動作制御部7は、トルク測定装置9によって測定されたテーブルモータ8の駆動電流の変化に基づいて、基板Wの研磨終点を決定する。一実施形態では、トルク測定装置9は、動作制御部7の一部を構成してもよい。この場合、動作制御部7は、テーブルモータ8の駆動電流を測定する。
【0047】
図3は、テーブルモータの駆動電流の変化を示す波形を示すグラフである。
図3では、横軸は研磨時間を示しており、縦軸は電流値(電流の平均値)を示している。
図3に示すように、駆動装置の出力(すなわち、テーブルモータ8の駆動電流)の変化を示す波形は、ノイズ成分を含んでいる。したがって、動作制御部7は、ノイズ成分を含んだ波形に基づいて、研磨終点(すなわち、テーブルモータ8の駆動電流の変化)を確実に決定することは困難である。
【0048】
そこで、動作制御部7は、研磨終点を確実に決定するために、出力波形の波形処理に用いられる少なくとも1種類の波形処理パラメータ(すなわち、波形処理条件)を調整して、ノイズ成分を除去するように構成されている。動作制御部7は、ノイズ成分が除去された波形に基づいて、基板Wの研磨終点を決定し、波形処理レシピを作成する。
【0049】
図4は、動作制御部の波形処理レシピを作成するフローの一実施形態を示す図である。
図4のステップS101に示すように、動作制御部7(より具体的には、処理装置7b)は、基板Wの研磨開始(
図2の第1状態参照)から研磨終点(
図2の第3状態参照)までの研磨終点時間を基礎付ける推定検出時間を決定する。推定検出時間は、研磨対象となる基板Wの初期膜厚と、研磨レート(単位時間あたりの研磨量)と、に基づいて決定される。
【0050】
動作制御部7(より具体的には、処理装置7b)は、基板Wの研磨中(すなわち、基板Wの研磨開始から研磨終了までの研磨時間)における研磨機構の駆動装置の出力波形(本実施形態では、テーブルモータ8の駆動電流の出力波形)を測定する(ステップS102参照)。なお、ステップS101およびステップS102の順序は特に限定されない。
【0051】
その後、動作制御部7(より具体的には、処理装置7b)は、測定された出力波形と、推定検出時間と、を機械学習アルゴリズムにより構築されたモデルに入力し(ステップS103参照)、推定検出時間との差異が最小となるシミュレーション検出時間を決定するための波形処理パラメータを有する波形処理レシピをモデルから出力する(ステップS104参照)。
【0052】
言い換えれば、記憶装置7aに格納されたプログラムは、研磨機構の駆動装置の出力波形と、基板Wの研磨開始から基板Wの研磨終点までの研磨終点時間を基礎付ける推定検出時間と、をモデルに入力させ、推定検出時間との差異が最小となるシミュレーション検出時間を決定するための波形処理パラメータを有する波形処理レシピをモデルから出力する指令を含む。
【0053】
動作制御部7は、出力波形に波形処理パラメータを適用(および調整)して、出力波形に含まれるノイズ成分を除去することによって、シミュレーション検出時間を算出する。例えば、動作制御部7は、ノイズ成分を除去することによって検出されたピーク(極大値)に基づいて、シミュレーション検出時間を算出する。
【0054】
図5は、波形処理レシピを出力するモデルの一実施形態を示す模式図である。モデルは、記憶装置7aに格納されている。モデルは、入力層301と、複数の隠れ層(言い換えれば、中間層)302と、出力層303と、を有したニューラルネットワークである。
図5に示すモデルは、4つの隠れ層302を有しているが、モデルの構成は
図5に示す実施形態に限られない。
【0055】
図5に示すように、モデルの入力層301には、出力波形、推定検出時間が入力される。モデルの出力層303は、波形処理レシピを出力する。
図5に示す実施形態に係るモデルに、出力波形、推定検出時間を入力すると、コンピュータ(すなわち、動作制御部7)は、ニューラルネットワークを構成する多層パーセプトロンのアルゴリズムに従って演算を実行し、出力層303は、波形処理レシピを出力する。
【0056】
モデルの構築において、学習データの説明変数は、測定された出力波形として与えられ、学習データの目的変数は、シミュレーション検出時間の、推定検出時間からのずれ(差異)を表す数値として与えられる。
【0057】
一実施形態では、シミュレーション検出時間は、以下の計算式に基づいて、推定検出時間との比較により、算出される。ここで、「edti」はi枚目の推定検出時間を表しており、「sdti」はi枚目のシミュレーション検出時間を表しており、「n」は研磨された基板の枚数を表している。
【数2】
【0058】
図6は、波形処理パラメータを調整することによって波形処理された波形を示すグラフである。
図6では、横軸は研磨時間を示しており、縦軸は傾き値(slope value)を示している。
【0059】
波形処理パラメータは、出力波形に含まれるピークと非ピークとを識別するためのパラメータを含む。波形処理パラメータの一例として、Moving average(実効値、微分値)、Averaging time(電流値の移動平均を取得する間隔の設定)、Slope Calc Span(移動平均値に対して微分値を計算するための間隔)、Slope Average(微分値に対する移動)、CT(Confirmation time)(検出を確認する時間)、SDT(Start detection time)(検出の開始時間の設定)などのパラメータを挙げることができる。
【0060】
上記モデルでは、入力された出力波形に波形処理パラメータを適用(および調整)することにより、出力波形に含まれるピークと非ピークとが識別される。極大値としてのピークは、研磨機構の駆動装置の出力の変化(すなわち、テーブルモータ8の駆動電流の変化)を示している(
図6参照)。駆動装置の出力が変化する時点は、基板Wの研磨終点に相当するため、出力波形に含まれるピークに基づいて算出される研磨終点時間(すなわち、研磨開始からピークに相当するまでの時間)は、シミュレーション検出時間に相当する。
【0061】
上記モデルでは、波形処理パラメータを適用(および調整)することによって算出された複数のシミュレーション検出時間と推定検出時間とを比較することにより、推定検出時間との差異が最小となるシミュレーション検出時間が決定される。推定検出時間とシミュレーション検出時間との差異を最小にする波形処理パラメータの数値は、研磨終点を決定するための最適値である。波形処理レシピは、推定検出時間との差異が最小となるシミュレーション検出時間を決定するための波形処理パラメータを有している。
【0062】
基板Wの研磨終点は、作成された波形処理レシピに基づいて決定される。したがって、基板Wの研磨終点を精度よく決定するためには、最適な波形処理レシピを作成する必要がある。本実施形態によれば、機械学習アルゴリズムにより構築されたモデルから波形処理レシピを出力することにより、僅かな時間で、かつ手間をかけることなく、基板Wの研磨終点を精度よく決定することができる波形処理レシピを作成することができる。したがって、このような波形処理レシピを採用することにより、基板Wの研磨終点を精度よく決定することができる。
【0063】
上述した実施形態では、記憶装置7aに格納されたモデルから波形処理レシピを出力する構成について説明したが、動作制御部7は、機械学習アルゴリズムにより構築されたモデルから波形処理レシピを出力することなく、波形処理レシピを自動的に作成する構成を有してもよい。
【0064】
図7は、動作制御部の波形処理レシピを作成するフローの他の実施形態を示す図である。例えば、処理装置7bは、記憶装置7aに格納された波形処理パラメータを、測定された複数の出力波形に適用して、複数のシミュレーション検出時間を算出してもよい(
図7のステップS201参照)。
【0065】
その後、処理装置7bは、推定検出時間と、複数のシミュレーション検出時間と、を比較して、推定検出時間との差異が最小となるシミュレーション検出時間を決定するための波形処理パラメータを有する波形処理レシピを自動的に作成してもよい(ステップS202参照)。推定検出時間との差異が最小となるシミュレーション検出時間は、上記計算式に基づいて、複数のシミュレーション検出時間を推定検出時間と比較することにより、算出される。
【0066】
言い換えれば、記憶装置7aは、記憶装置7aに格納された波形処理パラメータを、測定された複数の出力波形に適用して、複数のシミュレーション検出時間を算出する第1ステップ(ステップS201参照)と、推定検出時間と、複数のシミュレーション検出時間と、を比較して、推定検出時間との差異が最小となるシミュレーション検出時間を決定するための波形処理パラメータを有する波形処理レシピを自動的に作成する第2ステップ(ステップS202参照)と、を処理装置7bに実行させるプログラムを記憶している。プログラムは、第1ステップおよび第2ステップを処理装置7bに実行させる指令を含む。
【0067】
図4を参照して説明した実施形態と、
図7を参照して説明した実施形態と、を、必要に応じて、適宜、組み合わせてもよい。記憶装置7aは、
図4に示すステップ(ステップS101~ステップS104)と、
図7に示すステップ(ステップS201およびステップS202)と、を処理装置7bに実行させるプログラムを記憶している。
【0068】
例えば、処理装置7bは、
図4に示すステップS101~ステップS104と、
図7に示すステップS201およびステップS202と、を実行してもよい。この場合、処理装置7bは、
図4に示すステップの実行により作成された波形処理レシピと、
図7に示すステップの実行により作成された波形処理レシピと、を比較し、研磨対象となる基板Wに応じて、最適な波形処理レシピを採用してもよい。
【0069】
上述したように、波形処理レシピを駆動装置の出力波形に適用することにより、基板Wの研磨終点時間を精度よく決定することができる。一実施形態では、シミュレーション検出時間を調整することにより、研磨終点時間を補正してもよい。このような構成により、基板Wの研磨終点をより精度よく決定することができる。
【0070】
動作制御部7は、基板Wと同一種類の新たな基板Wを研磨することによって、新たな基板Wの研磨中における駆動装置(本実施形態では、テーブルモータ8)の出力値を含む研磨情報データを取得する。一実施形態では、研磨情報データは、新たな基板Wの研磨中に取得したデータ(すなわち、研磨中取得データ)のみならず、新たな基板Wの研磨前に取得したデータ(研磨前取得データ)をも含んでもよい。
【0071】
研磨中取得データは、駆動装置の出力値のほか、研磨対象となる基板Wの種類、研磨ヘッド10の下降速度、基板Wに加えられる押圧力、研磨パッド2上に供給される研磨液の種類、流量、温度など、様々な情報を含んでもよい。研磨前取得データは、例えば、基板Wの初期膜厚を含んでもよい。
【0072】
その後、動作制御部7は、研磨情報データに基づいて、シミュレーション検出時間を調整することにより、研磨終点時間を補正する。このような構成により、シミュレーション検出時間をより精度よく決定することができる。このように、動作制御部7は、研磨情報データを取得するステップと、研磨情報データに基づいて、シミュレーション検出時間を補正するステップと、を実行するように構成されている。一実施形態では、上記ステップに相当するデータセットは、モデルの構築および更新に使用されてもよい。
【0073】
一実施形態では、動作制御部7は、所定の追加研磨時間をシミュレーション検出時間に加算することにより、研磨終点時間を補正してもよい。この研磨終点時間を補正するステップに相当するデータセットは、モデルの構築および更新に使用されてもよい。一実施形態では、研磨終点時間は、シミュレーション検出時間に相当してもよい。
【0074】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。
【符号の説明】
【0075】
1 研磨装置
2 研磨パッド
2a 研磨面
3 研磨テーブル
3a テーブル軸
5 ドレッシング液供給ノズル
7 動作制御部
7a 記憶装置
7b 処理装置
8 テーブルモータ
9 トルク測定装置
10 研磨ヘッド
12 研磨ヘッドシャフト
13 研磨ヘッド回転モータ
14 支軸
15 駆動モータ
16 研磨ヘッド揺動アーム
30 ドレッサ
33 アトマイザ
36,37 研磨液供給孔
39 研磨液供給路
301 入力層
302 中間層
303 出力層