(57)【要約】【課題】化学機械研磨における処理条件の安定化に寄与する化学機械研磨装置の運転方法を提供する。【解決手段】化学機械研磨装置の運転方法は、回転するパッドに回転するウエハが接触してウエハが研磨され、研磨中にパッドの回転に伴いパッド周方向に関するウエハの位置が相対的に移動し、ウエハを保持して回転させるヘッドを有する化学機械研磨装置の運転方法であって、ヘッドの回転トルクに対応する物理量を、パッド上の周方向の複数の位置で測定する工程と、パッド上の複数の位置で測定されたヘッドの回転トルクに対応する物理量に基づき、パッド上の異常箇所を特定する工程とを有する。【選択図】図２
2011035348.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するパッドに回転するウエハが接触して該ウエハが研磨され、研磨中に該パッドの回転に伴いパッド周方向に関する該ウエハの位置が相対的に移動し、該ウエハを保持して回転させるヘッドを有する化学機械研磨装置の運転方法であって、
前記ヘッドの回転トルクに対応する物理量を、前記パッド上の周方向の複数の位置で測定する工程と、
前記パッド上の複数の位置で測定された前記ヘッドの回転トルクに対応する物理量に基づき、該パッド上の異常箇所を特定する工程と
を有する化学機械研磨装置の運転方法。
【請求項２】
さらに、
特定された前記パッド上の異常箇所を避けた前記ウエハの軌道となるように、前記パッドに対する前記ウエハの相対位置を、該パッドの径方向に関して移動させる工程を有する請求項１に記載の化学機械研磨装置の運転方法。
【請求項３】
前記パッドに対する前記ウエハの相対位置を、該パッドの径方向に関して移動させる工程は、前記ヘッド及びそれに保持された該ウエハを移動させる請求項１または２に記載の化学機械研磨装置の運転方法。
【請求項４】
パッドを保持し回転させるプラテンと、
回転する前記パッドに回転するウエハが接触して該ウエハが研磨されるように、該ウエハを保持し回転させるヘッドと、
前記パッド上の周方向の複数の位置で前記ヘッドの回転トルクに対応する物理量を測定するトルク測定器と、
測定された前記物理量に基づき、前記パッド上の異常箇所を特定する制御装置と
を有する化学機械研磨装置。
【請求項５】
さらに、
前記プラテンに対する前記ヘッドの相対位置を、前記パッドの径方向に関して移動させる移動機構を有し、
前記制御装置は、特定された前記パッド上の異常箇所を避けた前記ウエハの軌道となるように、前記移動機構を制御して、前記プラテンに対する前記ヘッドの相対位置を移動させる請求項４に記載の化学機械研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学機械研磨装置及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学機械研磨）は、表面に研磨布が貼り付けられ回転する研磨パッド上に、研磨液であるスラリー（slurry：粉末状の固体と液体との混合物）を滴下しながら、別に固定されたウエハを該研磨パッドに押し付けて、ウエハ表面を研磨する方法である。ＣＭＰは、例えば、ＳＴＩ（shallow trench isolation）による素子分離絶縁膜の形成、タングステンプラグの形成、ダマシンによる銅配線の形成等に用いられている。
【０００３】
半導体装置の製造工程においては、平坦な面を得ることが重要であるため、上記のようにＣＭＰが多用される。そのため、処理条件を安定させて、ＣＭＰを行なう技術が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００１−５１４０９２号公報
【特許文献２】特開平１１−９９４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体装置の製造工程においては、平坦な面を得ることが重要であるため、上記のようにＣＭＰが多用される。そのため、処理条件を安定させて、ＣＭＰを行なう技術が望まれている。処理条件を安定化させるためには、研磨パッド上の異常箇所を容易に特定することが重要である。本発明の一目的は、化学機械研磨における処理条件の安定化に寄与する化学機械研磨装置及びその運転方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一観点によれば、回転するパッドに回転するウエハが接触して該ウエハが研磨され、研磨中に該パッドの回転に伴いパッド周方向に関する該ウエハの位置が相対的に移動し、該ウエハを保持して回転させるヘッドを有する化学機械研磨装置の運転方法であって、前記ヘッドの回転トルクに対応する物理量を、前記パッド上の周方向の複数の位置で測定する工程と、前記パッド上の複数の位置で測定された前記ヘッドの回転トルクに対応する物理量に基づき、該パッド上の異常箇所を特定する工程とを有する化学機械研磨装置の運転方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
パッド上の周方向の複数位置で測定されたヘッドの回転トルクに対応する物理量に基づき、パッド上の異常箇所が特定される。これにより、パッド状態に面内分布が生じていることを検知できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の第１の実施例によるＣＭＰ装置を示す概略斜視図である。
【図２】図２は、第１（及び第２）の実施例のＣＭＰ装置の運転方法を概略的に示すフローチャートである。
【図３】図３は、第１（及び第２）の実施例のＣＭＰ装置の運転方法について、計測時間、トルク値、測定ポイント、判定結果等をまとめた表である。
【図４】図４Ａ及び図４Ｂは、第１（及び第２）の実施例のＣＭＰ装置の運転方法で、異常箇所を避けるウエハ軌道を示す概略斜視図である。
【図５】図５は、第２の実施例によるＣＭＰ装置を示す概略斜視図である。
【図６】図６は、事前検討に用いたＣＭＰ装置を示す概略斜視図である。
【図７】図７は、研磨ステップ全体の流れを示すタイミングチャートである。
【図８】図８は、ＳＴＩによる素子分離絶縁膜の形成されたウエハの概略断面図である。
【図９】図９は、ヘッド回転トルクとディッシング量とが、ＣＭＰの累積処理ウエハ数に対してどのように変化するかを示すグラフである。
【図１０】図１０は、（ウエハ当たり）平均ヘッド回転トルクが小、中、大の３水準の時期について、ヘッド回転トルク全データをプロットした箱ひげ図である。
【図１１】図１１は、パッド上のヘッド回転トルク測定点を示す概略平面図である。
【図１２】図１２Ａ及び図１２Ｂは、それぞれ、平均ヘッド回転トルクが小及び大の時期について、測定点Ａ〜Ｃごとに、ヘッド回転トルクに関して累積確率をプロットしたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施例による化学機械研磨（ＣＭＰ）装置とその運転方法について説明する前に、本願発明者が行なった事前検討について説明する。
【００１０】
図６は、事前検討におけるＣＭＰ装置を示す概略斜視図である。パッド（研磨布）１が、円盤状のプラテン（定盤）２の上面に貼られている。プラテン駆動シャフト３を介してプラテン２が回転されることにより、パッド１が回転する。パッド１の回転方向は、例えばパッド１の上方から見て反時計回りであり、プラテン２及びパッド１の回転数は、５０ｒｐｍ〜２００ｒｐｍ（例えば１００ｒｐｍ）である。
【００１１】
被研磨物であるウエハ１１が、円盤状のヘッド（マウント板）１２の下面に保持されている。ヘッド駆動シャフト１３を介してヘッド回転モータ１４によりヘッド１２が回転されることにより、ウエハ１１が回転する。ウエハ１１の回転方向は、パッド１の回転方向と揃っており、例えばパッド１の上方から見て反時計回りである。ヘッド１２及びウエハ１１の回転数は、５０ｒｐｍ〜２００ｒｐｍ（例えば１５０ｒｐｍ）である。
【００１２】
ヘッド１２を所望の回転数で回転させるように、ヘッド回転モータ１４の駆動電流が制御される。ヘッド回転モータ１４として、駆動電流と回転トルクが比例するような回転モータ、駆動用モータを用いることができる。
【００１３】
ヘッド回転モータ１４の駆動電流が、ヘッド１２の回転トルクに対応し、ヘッド回転モータ１４の駆動電流に基づいて、ヘッド１２の回転トルクを測定することができる。ヘッド１２の回転トルクを測定する回路をまとめて、ヘッド回転トルク測定器１７と呼ぶこととする。
【００１４】
支軸１６に取り付けられたヘッド支持アーム１５が、ヘッド１２を上下方向に移動させる。スラリー（研磨液）供給ノズル２１が、パッド１上にスラリーを供給する。スラリーを供給したパッド１を回転させながら、回転するウエハ１１をパッド１に押し付けることにより、ウエハ１１の表面が研磨される。パッド１の回転に伴い、ウエハ１１のパッド１上での相対位置が、パッド周方向に移動する。
【００１５】
ウエハ１１の直径は例えば１２インチであり、パッド１の直径は、ウエハ直径の２倍より少し大きい程度、例えば３０インチである。パッド１の径方向について、パッド１の中心から縁の間にウエハ１１が配置されて、研磨が行なわれる。
【００１６】
ヘッド１２のウエハ保持面は、ウエハ１１と同程度の大きさで、例えば直径１２インチ程度である。プラテン２のパッド保持面は、パッド１と同程度の大きさで、例えば直径３０インチ程度である。
【００１７】
次に、図７を参照し、ウエハ１枚分の研磨ステップについて説明する。図７は、研磨ステップ全体の流れを示すタイミングチャートであり、横軸は研磨時間、縦軸はプロセスステップを示す。ウエハ１枚分の研磨ステップは、パッドのコンディショニング、ランプアップ、メイン研磨、純水リンスの４つステップに大別される。
【００１８】
パッドのコンディショニングステップに次ぐランプアップステップは、ウエハのロード動作や、ウエハの回転開始動作等を含む。メイン研磨ステップは、パッド及びウエハの回転数等が定常的になった状態で研磨を行なう。メイン研磨時間は例えば８０秒程度である。
【００１９】
研磨ステップ中のプロセスデータ（ヘッド回転数、プラテン回転数、ヘッド回転トルク、研磨圧力、スラリー流量等）が、所定の測定間隔で取得される。本事前検討では、１秒間隔でデータを取得した。ウエハ１枚当たりのメイン研磨ステップでの取得データ数は、８０個程度となる。
【００２０】
次に、図８を参照して、ディッシングについて説明する。図８は、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）による素子分離絶縁膜ＳＴＩの形成されたウエハの概略断面図である。素子分離絶縁膜ＳＴＩに対しＣＭＰを行うとき、中央部が端部に比べて多く研磨され、中央部が沈み込むディッシングが生じる。ディッシングは、トランジスタ特性に影響することが判っている。端部に対する中央部の沈み込み量でディッシング量を定義する。なお、素子分離絶縁膜の幅が広いほど、ディッシング量が大きくなる傾向がある。
【００２１】
次に、図９を参照して、ヘッド回転トルクとディッシング量との関係を調べた考察について説明する。図９は、ヘッド回転トルクとディッシング量とが、ＣＭＰの累積処理ウエハ数に対してどのように変化するかを示すグラフである。
【００２２】
横軸にロット番号を示す。各ロットは１０枚〜２０枚程度ウエハを含む。横軸右方のロットほど、後に処理されている。全ロットのウエハを処理する間に、３回のパッド交換が行なわれ（すなわち４枚のパッドが使われ）ている。各パッドでの処理期間を、処理期間Ｔ１〜処理期間Ｔ４と呼ぶこととする。なお、パッドは、原則として、一定枚数のウエハを処理するごとに交換される。ただし、何らかの不具合が生じた場合は、交換周期を待たずにパッドが交換される。
【００２３】
ヘッド回転トルクは、ヘッド回転モータの駆動電流で評価することができる。左側の縦軸が、ヘッド回転トルクに対応する電流をＡ単位で示す。ウエハ１枚ごとのメイン研磨ステップのヘッド回転モータ電流の平均値を菱形のプロットで示す。以下、ヘッド回転トルクに対応する電流を、単にヘッド回転トルクと呼ぶこともある。
【００２４】
右側の縦軸が、ディッシング量をｎｍ単位で示す。ロットによりウエハ上に形成された半導体集積回路の品種は違うが、どのウエハにもテストパターンとしてＳＴＩによる共通形状の素子分離絶縁膜が形成されており、ＳＴＩのテストパターン（４０μｍ×４０μｍの正方形状）におけるディッシング量を測定している。ウエハ１枚ごとのディッシング量を正方形のプロットで示す。
【００２５】
本願発明者は、同一パッドでの研磨時、累積処理ウエハ数が増えるほどヘッド回転トルクが上昇し、さらに、ディッシング量が大きくなる傾向を見出した。ヘッド回転トルクの上昇が、ディッシング量の増加を招いているのではないかと考えられる。このような傾向は、１枚目〜３枚目のパッドの処理期間Ｔ１〜Ｔ３で見られる。
【００２６】
トランジスタ特性のばらつきを抑制するために、ディッシング量のばらつきを抑制したい。そのためには、ＣＭＰ時のヘッド回転トルクの変動を抑えることが有効と考えられる。
【００２７】
次に、ヘッド回転トルク上昇の理由について考察する。
【００２８】
図１０は、図９の処理期間Ｔ１における、平均ヘッド回転トルクが小、中、大の３水準の時期（初期、中期、後期）について、それぞれ、ロット内のウエハ数枚分の全ヘッド回転トルクデータをプロットした箱ひげ図である。
【００２９】
これより、平均ヘッド回転トルクの上昇は、累積処理数が増えるにつれてトルクの大きい側へのデータのばらつきが増えるためであることがわかる。
【００３０】
本事前検討では、パッドを１００ｒｐｍで回転させ、ヘッド回転トルクの測定間隔を１秒としている。パッドの回転周期は０．６秒であるので、（１＋２／３）回転ごとに、ヘッド回転トルクが測定される。
【００３１】
図１１は、パッド１上のヘッド回転トルク測定点を示す概略平面図である。パッド１が反時計回りに回転する例を示す。（１＋２／３）回転ごとにヘッド回転トルクが測定されるので、パッド１を周方向に３等分する位置に（すなわち方位角１２０°ごとに）、３箇所の測定点Ａ、Ｂ、Ｃが配置される。
【００３２】
Ａ点での測定後、（１＋２／３）回転してＢ点が測定され、Ｂ点での測定後、（１＋２／３）回転してＣ点が測定され、Ｃ点での測定後、（１＋２／３）回転して再びＡ点が測定される。このように、Ａ点〜Ｃ点の３箇所での測定が繰り返される。
【００３３】
図１２Ａ及び図１２Ｂは、それぞれ、上記の平均ヘッド回転トルクが小及び大の時期について、測定点Ａ〜Ｃごとに、ヘッド回転トルクに関して累積確率をプロットしたグラフである。
【００３４】
図１２Ａに示すように、平均ヘッド回転トルクが小の時期は、測定点Ａ〜Ｃ間で、累積確率の分布形状のばらつきが小さい。
【００３５】
一方、図１２Ｂに示すように、平均ヘッド回転トルクが大の時期は、測定点Ａ〜Ｃ間で、累積確率の分布形状のばらつきが大きくなっている。特に、測定点Ｂ、Ｃのヘッド回転トルクが、測定点Ａのそれに比べて高い方にシフトしている。
【００３６】
これより、平均ヘッド回転トルクの上昇は、一部の測定点（この例ではＢ点、Ｃ点）でのヘッド回転トルクの上昇に起因しているものと考えられる。
【００３７】
以上の考察をまとめると、累積処理数が増えるにつれ、パッド上の一部領域に抵抗が高くなるような異常（劣化）が生じ（パッドの状態に面内分布が生じ）、異常箇所で所望のヘッド回転数を維持するために、ヘッド回転トルクの上昇が起こっているものと考えられる。
【００３８】
以上の事前検討を踏まえ、次に、本発明の第１の実施例によるＣＭＰ装置とその運転方法について説明する。
【００３９】
図１は、第１の実施例によるＣＭＰ装置を示す概略斜視図である。ＣＭＰ装置としての基本的な構造は事前検討で図６を参照して説明したＣＭＰ装置と同様であり、以下、事前検討のＣＭＰ装置との違いについて説明する。
【００４０】
第１の実施例のＣＭＰ装置は、パッド１ａ及びプラテン２ａの直径が、事前検討の装置のパッド１及びプラテン２の直径よりも大きい。ウエハ１１の直径は、事前検討と同様に例えば１２インチである。第１の実施例のパッド１ａの直径は、ウエハ直径の４倍より少し大きい程度の、例えば６０インチである。パッド１ａに対応して、プラテン２ａの直径も例えば６０インチ程度である。すなわち、パッド１ａ（あるいはプラテン２ａのパッド保持面）の半径として、ウエハ１１（あるいはヘッド１２のウエハ保持面）の直径の２倍以上が確保されている。
【００４１】
また、第１の実施例のＣＭＰ装置は、ヘッド支持アーム３１が、パッド１ａの径方向に移動可能であり、この方向にヘッド１２を移動させる。ヘッド移動モータ３２が、ヘッド支持アーム３１を動かす。ヘッド支持アーム３１及びヘッド移動モータ３２を含んで、パッド径方向のヘッド移動機構３３が形成される。
【００４２】
事前検討で考察したように、ヘッド回転トルク上昇に基づいて、パッド上の異常箇所を検知できる。以下に詳しく説明するように、第１の実施例のＣＭＰ装置では、ヘッド回転トルクに基づいてパッド上の異常箇所を特定し、パッド上の異常箇所を避けるように、パッド径方向にヘッド１２を移動させる。  
【００４３】
このような動作に必要なデータ処理や、ヘッド移動機構３３の制御等を、制御装置１００が行なう。なお、事前検討で説明したように、ヘッド回転トルクに対応する物理量としてヘッド回転モータ１４の駆動電流を測定することができるが、これ以外の方法でヘッド回転トルクを見積もるヘッド回転トルク測定器を用いることも可能である。
【００４４】
次に、第１の実施例のＣＭＰ装置の運転方法について説明する。
【００４５】
図２は、第１の実施例のＣＭＰ装置の運転方法を概略的に示すフローチャートである。メイン研磨ステップについて示す。他のプロセスステップ（パッドのコンディショニング、ランプアップ、純水リンス）は、事前検討のＣＭＰ装置の運転方法と特に変わらない。まず、ステップＳ１で、メイン研磨が開始される。
【００４６】
次に、ステップＳ２で、ヘッド回転トルクが測定される。ここで、パッド上の異常箇所を特定するのに望ましい、ヘッド回転トルクの測定方法について考察する。パッド回転数は、事前検討と同様に１００ｒｐｍとする。パッドの回転周期は０．６秒となる。メイン研磨ステップの時間は、例えば８０秒程度である。
【００４７】
パッドの状態の面内分布を検知するために、パッド上の周方向の複数位置でヘッド回転トルクを測定したい。しかし、パッド回転周期（及びその整数倍）を測定間隔とすれば、測定点はパッド上の１箇所になってしまう。そのため、パッド回転周期（及びその整数倍）を測定間隔とするのは望ましくない。
【００４８】
例えば２箇所で測定する場合は、１／２回転周期（あるいはそれに回転周期の整数倍を足した（１＋１／２）回転周期、（２＋１／２）回転周期等）を測定間隔とすればよい。パッド回転周期が０．６秒ならば、測定間隔は、０．３秒、０．９秒、１．５秒等である。
【００４９】
また例えば３箇所で測定する場合は、１／３回転周期（あるいはそれに回転周期の整数倍を足した（１＋１／３）回転周期、（２＋１／３）回転周期等）、あるいは、２／３回転周期（あるいはそれに回転周期の整数倍を足した（１＋２／３）回転周期、（２＋２／３）回転周期等）を測定間隔とすればよい。パッド回転周期が０．６秒ならば、測定間隔は、０．２秒、０．８秒、１．４秒等、または、０．４秒、１秒、１．６秒等である。
【００５０】
なお、測定点が多すぎると、データ数が多くなりすぎたり、測定点当たりのデータ数を充分に確保するのが難しくなったりする。測定点の数は、例えば２箇所〜５箇所程度とするのがよいであろう。
【００５１】
なお、測定間隔が長すぎると、測定点当たりのデータ数を充分に確保するのが難しくなる。一方、測定間隔は短すぎても、データ数が多くなりすぎる等、好ましくないであろう。測定間隔は、例えば０．５秒〜２．０秒程度とするのがよいであろう。
【００５２】
なお、測定間隔は、一定間隔に限定されるものではないが、一定の測定間隔とすれば、パッドの周方向に一定の間隔で（つまり一定の方位角角度差で）測定点を配置することが容易である。測定点が、パッド周方向の特定部分に偏って配置されることを抑制しやすい。
【００５３】
本実施例では、事前検討と同様に、測定間隔を１秒として、測定箇所を３箇所とする。メイン研磨ステップ中に、全部で８０個程度（測定点当たり約２７個程度）のヘッド回転トルクデータが取得される。
【００５４】
ステップＳ３において、ステップＳ２で測定されたヘッド回転トルクに基づいて、ヘッド回転トルクの変動の有無が判定される。ステップＳ３でヘッド回転トルクの変動有りと判定されたら、ステップＳ４に進む。
【００５５】
ステップＳ４で、パッドの異常箇所が特定される。
【００５６】
そして、ステップＳ５で、ヘッドを移動させることにより、ウエハ軌道が、パッドの異常箇所を避ける軌道に修正される。
【００５７】
ステップＳ３でヘッド回転トルクの変動無しと判定されたら、その測定点は正常と判定され、ウエハ軌道の修正は行なわれない。
【００５８】
ヘッド回転トルクの変動の有無の判定、パッドの異常箇所の特定、及び、ウエハ軌道の修正手順について、さらに説明する。
【００５９】
まず、実施例のＣＭＰ処理に先立って、許容されるヘッド回転トルクの範囲を決める上限基準値及び下限基準値を準備しておく。パッドが最も安定な状態、例えば交換周期の初期の１０％の期間（例えば交換周期が２０００枚の場合、交換後２００枚処理する期間）でのＣＭＰ処理を行っておき、この期間内でのヘッド回転トルクの最大値及び最小値をそれぞれ、上限基準値及び下限基準値に設定する。
【００６０】
なお、ヘッド回転トルクの測定値はばらつきが大きい傾向がある。そのため例えば、３データごとの移動平均を取ることにより、ばらつきを均すことができる。よって、移動平均データの最大値、最小値を用いるのが望ましいと考えられる。
【００６１】
図３は、左側から、ロット番号、ウエハ番号、計測時間、ヘッド回転トルクに対応する電流値（単にトルク値と呼んでいる）、測定ポイント、移動平均トルク（左記「トルク値」の３データごとの移動平均）、判定結果、及び、ヘッド動作についてまとめた表である。３０秒間分のデータ例を示す。
【００６２】
図２のステップＳ２で、トルク値が測定される。トルク値は測定間隔１秒ごとに測定され、測定ごとに、測定点がＡ点、Ｂ点、Ｃ点、再びＡ点、と循環的に移動する。測定点ごとに、３データごとの移動平均トルクが算出される。移動平均トルクが、上限基準値及び下限基準値と比較され、許容範囲内であるかどうか判定される。例えば、上限基準値は５９．７、下限基準値は２６．２である。
【００６３】
図３に示した例では、測定点Ｃに関して、計測時間１１：０１：２５の移動平均トルク（計測時間１１：０１：１９、１１：０１：２２、１１：０１：２５のデータを平均した移動平均トルク）が、６０．８３であり、上限基準値を超えて、許容範囲外と判定される。すなわち、ヘッド回転トルクの変動有りと判定され（ステップＳ３）、トルク測定点Ｃが異常箇所であると特定される（ステップＳ４）。
【００６４】
さらに、これに基づいて、測定点Ｃに関する次回の計測時間１１：０１：２８以後、Ｃ点を避けるウエハ軌道となるように、Ｃ点通過時にヘッドを動作させる（ステップＳ５）。
【００６５】
図４Ａ及び図４Ｂは、異常が生じたＣ点を避ける、パッド１ａ上のウエハ１１の軌道Ｔ１を示す概略斜視図である。パッドに異常が生じていない場合（正常時と呼ぶこととする）、ウエハ１１の中心は円状の軌道Ｔ０を通る。正常時の軌道Ｔ０の半径は、例えば半径２４インチである。パッド１ａの中心から、正常時の軌道Ｔ０を移動するウエハ１１の最もパッド中心側の縁までの距離は、ウエハ１１の直径以上確保されている。
【００６６】
図４Ａに示すように、パッド１ａの回転に伴い、パッド周方向についてウエハ１１が異常点Ｃ（ＰＣ）に近づいたら、ウエハ１１をパッド中心に近づくようパッド径方向内側に、（少なくとも）ウエハ１枚分（ヘッド１つ分）移動させる。このようにして、ウエハ１１の軌道が、正常時の軌道Ｔ０からずれた、異常点Ｃを避ける軌道Ｔ１に修正される。
【００６７】
これにより、異常点Ｃの内側の、未使用で劣化していないパッド領域での研磨を行なうことができる。パッド１ａの半径として、ウエハ１１の直径の２倍以上を確保しているので、修正された軌道Ｔ１でも、パッド１ａの中心から縁の間にウエハ１１を配置して、研磨を行なうことができる。
【００６８】
図４Ｂに示すように、パッド周方向についてウエハ１１が異常点Ｃ（ＰＣ）を過ぎたら、ウエハ１１をパッド中心から遠ざかるようにパッド径方向外側に移動させて、ウエハ１１を正常時の軌道Ｔ０上に戻す。
【００６９】
図３に示したデータの例では、Ａ点及びＢ点では異常が生じていない。従って、Ａ点及びＢ点に関しては、ヘッド回転トルクの変動無しと判定される（ステップＳ３）。Ａ点及びＢ点に関しては、正常時の軌道Ｔ０からの修正を行なわない。
【００７０】
なお、図３に示すように、計測時間１１：０１：３４等で、Ｃ点の移動平均トルクが許容範囲内に戻っているが、一度許容範囲外と判定されたら、その後移動平均トルクが許容範囲内に復帰しても、異常点Ｃを避けるヘッド動作は継続させる。一旦異常が生じたパッド領域は、その後正常な状態に戻る可能性は低いと考えられるからである。
【００７１】
図２に戻って説明を続ける。ステップＳ６で、メイン研磨ステップの残り時間が充分かどうか判定される。残り時間が充分（例えば、２、３秒以上）であるうちは、ステップＳ２に戻り、必要に応じてステップＳ５のウエハ軌道の修正を行なう。残り時間がわずか（例えば２、３秒未満）となったら、もうステップＳ２には戻らず、ステップＳ５のウエハ軌道の修正も行なわずに、ステップＳ７に進み、メイン研磨を終了する。
【００７２】
以上説明したように、第１の実施例のＣＭＰ装置を用いれば、パッド周方向の複数箇所で測定されたヘッド回転トルク（ヘッド回転トルクそのものに限らず、広く、ヘッド回転トルクに対応する物理量であればよい）に基づいて、パッド上の異常箇所を特定する。パッド状態に、面内分布が生じていることを検知できる。
【００７３】
第１の実施例のＣＭＰ装置は、さらに、パッド上の異常箇所を回避したウエハ軌道でＣＭＰ処理を行う。これにより、ＣＭＰ処理条件のばらつき低減が図られる。例えば、ＳＴＩによる素子分離絶縁膜の形状のウエハごとのばらつきが抑制される。なお、素子分離絶縁膜形成に限らず、例えばタングステンプラグ形成や銅配線形成等に用いるＣＭＰ処理においても、ＣＭＰ処理条件のばらつき低減効果は有用と考えられる。
【００７４】
なお、上記実施例では、異常点Ｃの近傍のみでウエハ軌道を正常時の軌道から修正したが、つまり、異常の検知されないＡ点、Ｂ点近傍では正常時のウエハ軌道に戻したが、Ａ点、Ｂ点近傍で正常時のウエハ軌道に戻さずに、異常点Ｃを回避するパッド径方向内側位置にウエハを留めたままの軌道としても、異常点Ｃを回避したＣＭＰ処理を行うことはできる。なお、異常の検知されないＡ点、Ｂ点近傍では正常時のウエハ軌道、すなわち、パッド径方向外側を通る軌道に戻した方が、パッドの広い面積を使うことができる。
【００７５】
次に、第２の実施例によるＣＭＰ装置とその運転方法について説明する。第１の実施例のＣＭＰ装置は、パッド上の異常箇所を回避したウエハ軌道とするために、ヘッド及びウエハを移動させる構造としたが、プラテン及びパッドを動かして、このような軌道とすることも可能である。第２の実施例では、プラテン及びパッドを移動させる機構を採用する。
【００７６】
図５は、第２の実施例によるＣＭＰ装置を示す概略斜視図である。第１の実施例のＣＭＰ装置との違いについて説明する。第２の実施例では、ヘッド側は（パッド径方向に）移動させないので、ヘッド支持アーム１５、及びその支軸１６は、事前検討のＣＭＰ装置と同様である。
【００７７】
プラテン移動アーム３５が、プラテン駆動シャフト３を介してプラテン２ａを移動させる。パッド１ａに対して相対的にウエハ１１がパッド径方向に移動できるよう、パッド１ａの中心とウエハ１１の中心とを結ぶ方向に、プラテンガイド部材３４が、プラテン２ａの移動方向を案内する。プラテン移動モータ３６が、プラテン移動アーム３５を動かす。プラテンガイド部材３４、プラテン移動アーム３５、及びプラテン移動モータ３６を含んで、プラテン移動機構３７が形成される。プラテン移動機構３７の制御は、制御装置１００が行なう。
【００７８】
次に、第２の実施例のＣＭＰ装置の運転方法について説明する。第２の実施例の運転方法も、第１の実施例と同様に、図２に示したフローチャートで示される。ただし、ステップＳ５でウエハ軌道を修正するために、プラテン及びパッドを移動させる。
【００７９】
パッド上の異常箇所を避けたウエハ軌道とするときの、パッド１ａに対するウエハ１１の相対位置の移動は、第１の実施例と同様に、図４Ａ及び図４Ｂに示される。ただし、このような軌道とするために、プラテン及びパッドを移動させる。
【００８０】
第２の実施例のＣＭＰ装置でも、パッド上の異常箇所を避けたウエハ軌道でＣＭＰ処理を行うことができ、ＣＭＰ処理条件のばらつき低減が図られる。
【００８１】
以上、第１及び第２の実施例で説明したように、パッド上の異常箇所を避けたウエハ軌道とするために、パッドに対するウエハの相対位置を（プラテンに対するヘッドの相対位置を）、パッドの径方向に関して移動させるには、ヘッド及びそれに保持されたウエハを動かす方法と、プラテン及びそれに保持されたパッドを動かす方法とのどちらを使うこともできる。なお、ヘッドはプラテンに対して小さく軽いので、ヘッド及びウエハを移動させる方が、プラテン及びパッドを移動させるより容易と考えられる。
【００８２】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００８３】
以上説明した第１及び第２の実施例を含む実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
回転するパッドに回転するウエハが接触して該ウエハが研磨され、研磨中に該パッドの回転に伴いパッド周方向に関する該ウエハの位置が相対的に移動し、該ウエハを保持して回転させるヘッドを有する化学機械研磨装置の運転方法であって、
前記ヘッドの回転トルクに対応する物理量を、前記パッド上の周方向の複数の位置で測定する工程と、
前記パッド上の複数の位置で測定された前記ヘッドの回転トルクに対応する物理量に基づき、該パッド上の異常箇所を特定する工程と
を有する化学機械研磨装置の運転方法。
（付記２）
前記パッド上の異常箇所を特定する工程は、前記ヘッドの回転トルクに対応する物理量が、予め決められた範囲外となった測定位置を、該パッド上の異常箇所として特定する付記１に記載の化学機械研磨装置の運転方法。
（付記３）
前記ヘッドは、ヘッド回転モータで回転され、該ヘッド回転モータの駆動電流を、該ヘッドの回転トルクに対応する物理量として測定する付記１または２に記載の化学機械研磨装置の運転方法。
（付記４）
さらに、
特定された前記パッド上の異常箇所を避けた前記ウエハの軌道となるように、前記パッドに対する前記ウエハの相対位置を、該パッドの径方向に関して移動させる工程を有する付記１〜３のいずれか１つに記載の化学機械研磨装置の運転方法。
（付記５）
前記パッドに対する前記ウエハの相対位置を、該パッドの径方向に関して移動させる工程は、該ウエハの該パッドに対する相対位置を、該パッドの径方向に関して、該ウエハ１枚分以上内側に移動させる付記４に記載の化学機械研磨装置の運転方法。
（付記６）
前記パッドに対する前記ウエハの相対位置を、該パッドの径方向に関して移動させる工程は、パッド周方向について前記異常箇所の手前で、該ウエハの該パッドに対する相対位置をパッド径方向内側に移動させ、パッド周方向について前記異常箇所を過ぎたら、該ウエハの該パッドに対する相対位置をパッド径方向外側に移動させる付記４または５に記載の化学機械研磨装置の運転方法。
（付記７）
前記パッドに対する前記ウエハの相対位置を、該パッドの径方向に関して移動させる工程は、前記ヘッド及びそれに保持された該ウエハを移動させる付記４〜６のいずれか１つに記載の化学機械研磨装置の運転方法。
（付記８）
パッドを保持し回転させるプラテンと、
回転する前記パッドに回転するウエハが接触して該ウエハが研磨されるように、該ウエハを保持し回転させるヘッドと、
前記パッド上の周方向の複数の位置で前記ヘッドの回転トルクに対応する物理量を測定するトルク測定器と、
測定された前記物理量に基づき、前記パッド上の異常箇所を特定する制御装置と
を有する化学機械研磨装置。
（付記９）
前記制御装置は、前記ヘッドの回転トルクに対応する物理量が、予め決められた範囲外となった測定位置を、前記パッド上の異常箇所として特定する付記８に記載の化学機械研磨装置。
（付記１０）
さらに、前記ヘッドを回転させるヘッド回転モータを有し、
前記トルク測定器は、前記ヘッド回転モータの駆動電流を、該ヘッドの回転トルクに対応する物理量として測定する付記８または９に記載の化学機械研磨装置。
（付記１１）
さらに、
前記プラテンに対する前記ヘッドの相対位置を、前記パッドの径方向に関して移動させる移動機構を有し、
前記制御装置は、特定された前記パッド上の異常箇所を避けた前記ウエハの軌道となるように、前記移動機構を制御して、前記プラテンに対する前記ヘッドの相対位置を移動させる付記８〜１０のいずれか１つに記載の化学機械研磨装置。
（付記１２）
前記制御装置は、前記移動機構を制御して、前記ウエハの前記パッドに対する相対位置を、該パッドの径方向に関して、該ウエハ１枚分以上内側に移動させる付記１１に記載の化学機械研磨装置。
（付記１３）
前記制御装置は、前記移動機構を制御して、パッド周方向について前記異常箇所の手前で、前記ウエハの前記パッドに対する相対位置を、パッド径方向内側に移動させ、パッド周方向について前記異常箇所を過ぎたら、該ウエハの該パッドに対する相対位置を、パッド径方向外側に移動させる付記１１または１２に記載の化学機械研磨装置。
【符号の説明】
【００８４】
１ａ  パッド
２ａ  プラテン
３  プラテン駆動シャフト
１１  ウエハ
１２  ヘッド
１３  ヘッド駆動シャフト
１４  ヘッド回転モータ
１６  （ヘッド支持アームの）支軸
１７  トルク測定器
２１  スラリー供給ノズル
３１  ヘッド支持アーム
３２  ヘッド移動モータ
３３  ヘッド移動機構
１００  制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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