(57)【要約】【課題】研磨プロファイルをより均一化することができる研磨装置、研磨方法、及び研磨制御プログラムを提供する。【解決手段】研磨装置は、研磨面を有する研磨テーブルと、研磨対象面を研磨面に押圧するためのトップリングであって、ウェハの複数の領域に対して独立して押圧力を与えることができる複数の押圧部を有する、トップリングと、複数の押圧部のうちの第１押圧部について、当該第１押圧部による押圧力の変化に対する研磨対象面の研磨量の変化である第１押圧部影響割合を記憶部に記憶し、第１押圧部影響割合と研磨対象面の研磨プロファイルとに基づいて第１押圧部による押圧力を制御する、制御部と、を備える。そして、第１押圧部影響割合は、第１押圧部がウェハを押圧する第１押圧領域よりも広い領域に対して定められる。【選択図】図４
2019217595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハの研磨対象面を研磨するための研磨装置であって、
研磨面を有する研磨テーブルと、
前記研磨対象面を前記研磨面に押圧するためのトップリングであって、前記ウェハの複数の領域に対して独立して押圧力を与えることができる複数の押圧部を有する、トップリングと、
前記複数の押圧部のうちの第１押圧部について、当該第１押圧部による押圧力の変化に対する前記研磨対象面の研磨量の変化である第１押圧部影響割合を記憶部に記憶し、前記第１押圧部影響割合と前記研磨対象面の研磨プロファイルとに基づいて前記第１押圧部による押圧力を制御する、制御部と、を備え、
前記第１押圧部影響割合は、前記第１押圧部が前記ウェハを押圧する第１押圧領域よりも広い領域に対して定められる、
研磨装置。
【請求項２】
前記研磨装置は、前記研磨対象面の膜厚を検出する膜厚検出部を備え、
前記制御部は、前記検出された膜厚に基づいて前記研磨対象面の平均膜厚に対するズレを算出し、前記算出した平均膜厚に対するズレと前記第１押圧部影響割合とに基づいて前記第１押圧部による押圧力を制御する、
請求項１に記載の研磨装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記研磨対象面の領域ごとに前記算出した平均膜厚に対するズレと前記第１押圧部影響割合とを積算することにより、前記第１押圧部による押圧力の変化量を算出する、請求項２に記載の研磨装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記研磨対象面の研磨結果に基づいて前記研磨対象面の研磨プロファイルを最適化するためのシミュレーションによって前記第１押圧部による押圧力を設定するのに使用する制御パラメータを算出する、請求項１から３の何れか１項に記載の研磨装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記第１押圧部による押圧力を設定するのに使用する制御パラメータを、所定のタイミングで第１パラメータから第２パラメータへと変更する、請求項１から３の何れか１項に記載の研磨装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記研磨対象面の研磨対象プロファイルが所望の研磨対象プロファイルに近づくようにＰＩＤ演算式によって前記第１押圧部による押圧力を演算する、請求項１から５の何れか１項に記載の研磨装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記複数の押圧部のうちの第２押圧部による押圧力をＰＩＤ演算式によって演算し、前記演算した前記第２押圧部による押圧力に基づいて前記第１押圧部による押圧力を修正する、請求項６に記載の研磨装置。
【請求項８】
前記複数の押圧部は、複数の同心円状のメンブレンを含む、請求項１から７の何れか１項に記載の研磨装置。
【請求項９】
ウェハの複数の領域に対して独立して押圧力を与えることができる複数の押圧部を有するトップリングによって前記ウェハの研磨対象面を研磨面に押圧することにより前記ウェハを研磨する研磨方法であって、
前記複数の押圧部のうちの第１押圧部について、当該第１押圧部による押圧力の変化に対する前記研磨対象面の研磨量の変化である第１押圧部影響割合を記憶部に記憶する記憶
ステップと、
前記第１押圧部影響割合と前記研磨対象面の研磨プロファイルとに基づいて前記第１押圧部による押圧力を制御する制御ステップと、を含み、
前記第１押圧部影響割合は、前記第１押圧部が前記ウェハを押圧する第１押圧領域よりも広い領域に対して定められる、
研磨方法。
【請求項１０】
ウェハの複数の領域に対して独立して押圧力を与えることができる複数の押圧部を有するトップリングによって前記ウェハの研磨対象面を研磨面に押圧することにより前記ウェハを研磨する研磨装置の制御に用いる研磨制御プログラムにおいて、
前記複数の押圧部のうちの第１押圧部について、当該第１押圧部による押圧力の変化に対する前記研磨対象面の研磨量の変化である第１押圧部影響割合を記憶部に記憶することと、
前記第１押圧部影響割合と前記研磨対象面の研磨プロファイルとに基づいて前記第１押圧部による押圧力を制御することと、をコンピュータに実行させ、
前記第１押圧部影響割合は、前記第１押圧部が前記ウェハを押圧する第１押圧領域よりも広い領域に対して定められる、
研磨制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨装置、研磨方法、及び研磨制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスが微細化され、素子構造が複雑化されるに伴い、半導体デバイスの表面の凹凸が増え、段差が大きくなる傾向にある。その結果、薄膜形成時に段差部での膜厚が小さくなったり、配線の断線によるオープンや配線層間の絶縁不良によるショートが生じたりして歩留まりが低下する。こうした問題を解決するための平坦化技術として、例えば半導体基板上での半導体装置製造工程において、絶縁膜や配線金属膜の成膜過程で形成される表面の凹凸を平坦化する化学的機械的研磨（ＣＭＰ）が採用されている。
【０００３】
ＣＭＰにおいては、研磨対象物である基板を不織布等からなる研磨パッドに押圧して基板と研磨パッドとの間に砥粒を供給しながら互いに摺道運動させて研磨を行う。ＣＭＰでの研磨の際、パッド表面に同心円状又は格子状の溝加工を施すことが十分な量の砥粒を基板中央部まで供給するために有効であることが分かっている。また、ＣＭＰでは、研磨パッド表面に付着する研磨屑を除去する目的で、ダイヤモンド・ディスク等でパッド表面の一部を削り込む、いわゆるパッド・コンディショニングが施される。
【０００４】
一般に、研磨の世界ではプレストンの実験式として知られるＱ∝ｋｐｖΔｔ（ただし、Ｑは研磨量、ｋは研磨パッドや研磨液、基板の材質等によって決められる係数、ｐは加工圧力、ｖは移動速度、Δｔは加工時間である）から、研磨量Ｑを或る程度の精度で予測できることが広く知られており、ＣＭＰにおいても概ねプレストンの実験式が成立する。そして、基板上に積層された配線や絶縁膜を平坦に研磨するＣＭＰ工程では、製造ラインで運用する研磨条件は予め最適化され、最適化された条件で研磨部材の消耗度が限度に達するまで、同一条件で研磨処理される。
【０００５】
しかしながら研磨部材が消耗していく過程で、基板上の配線や絶縁膜の研磨後の表面形状（これを研磨プロファイルという）は研磨部材の消耗度に合わせ経時的に変化していく。これにより、ウェハの領域ごとに研磨量にばらつきが生じて研磨プロファイルにばらつきが生じる場合がある。このため、従来、ウェハの複数の領域に対して独立して押圧力を与えることができるように複数の同心円状のエアバッグがトップリングに設けられ、制御部が複数のエアバッグによる押圧力をそれぞれに制御することが行われている。こうした制御は、例えば研磨プロファイルにおいて研磨量が不足している領域があると、当該領域を押圧しているエアバッグによる押圧力を増加することによって行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−１６８０１５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したように、従来の研磨装置では、例えば特定領域の研磨量が不足していると判断される場合には、研磨量の不足が解消されるように、特定領域を押圧する押圧部の押圧力が調整されていた。しかしながら、本発明者らの研究により、エアバッグなど（押圧部）による特定領域の押圧力が変化した場合には、当該特定領域の研磨量が変化するだけではなく、他の押圧部が押圧する領域にも影響が生じることが分かった。したがって、従来の研磨装置による圧力制御を採用すると、必ずしも最適な研磨プロファイルをとならない場
合があることが分かった。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、研磨プロファイルをより均一化することができる研磨装置、研磨方法、及び研磨制御プログラムを提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態によれば、ウェハの研磨対象面を研磨するための研磨装置が提案される。前記研磨装置は、研磨面を有する研磨テーブルと、前記研磨対象面を前記研磨面に押圧するためのトップリングであって、前記ウェハの複数の領域に対して独立して押圧力を与えることができる複数の押圧部を有する、トップリングと、前記複数の押圧部のうちの第１押圧部について、当該第１押圧部による押圧力の変化に対する前記研磨対象面の研磨量の変化である第１押圧部影響割合を記憶部に記憶し、前記第１押圧部影響割合と前記研磨対象面の研磨プロファイルとに基づいて前記第１押圧部による押圧力を制御する、制御部と、を備え、前記第１押圧部影響割合は、前記第１押圧部が前記ウェハを押圧する第１押圧領域よりも広い領域に対して定められる。この研磨装置によれば、第１押圧部の押圧力による第１押圧部影響割合が、第１押圧部がウェハを押圧する第１押圧領域よりも広い領域に対して定められるので、より適正に第１押圧部による押圧力の制御を実行することができる。これにより、研磨プロファイルをより均一化することができる。
【００１０】
本発明の別の一実施形態によれば、ウェハの複数の領域に対して独立して押圧力を与えることができる複数の押圧部を有するトップリングによって前記ウェハの研磨対象面を研磨面に押圧することにより前記ウェハを研磨する研磨方法が提案される。前記研磨方法は、前記複数の押圧部のうちの第１押圧部について、当該第１押圧部による押圧力の変化に対する前記研磨対象面の研磨量の変化である第１押圧部影響割合を記憶部に記憶する記憶ステップと、前記第１押圧部影響割合と前記研磨対象面の研磨プロファイルとに基づいて前記第１押圧部による押圧力を制御する制御ステップと、を含み、前記第１押圧部影響割合は、前記第１押圧部が前記ウェハを押圧する第１押圧領域よりも広い領域に対して定められる。この研磨方法によれば、上記した研磨装置と同様の効果を奏することができる。
【００１１】
本発明の別の一実施形態によれば、ウェハの複数の領域に対して独立して押圧力を与えることができる複数の押圧部を有するトップリングによって前記ウェハの研磨対象面を研磨面に押圧することにより前記ウェハを研磨する研磨装置の制御に用いる研磨制御プログラムが提案される。前記研磨制御プログラムは、前記複数の押圧部のうちの第１押圧部について、当該第１押圧部による押圧力の変化に対する前記研磨対象面の研磨量の変化である第１押圧部影響割合を記憶部に記憶することと、前記第１押圧部影響割合と前記研磨対象面の研磨プロファイルとに基づいて前記第１押圧部による押圧力を制御することと、をコンピュータに実行させ、前記第１押圧部影響割合は、前記第１押圧部が前記ウェハを押圧する第１押圧領域よりも広い領域に対して定められる。この研磨制御プログラムによれば、上記した研磨装置と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】基板の一例であるウェハを研磨するための研磨装置を示す模式図である。
【図２】トップリングを示す断面図である。
【図３】ウェハの表面（研磨処理面）がＮ個の領域に分けられた例を示す模式図である。
【図４】制御部による目標圧力設定処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】膜厚センサから取得される膜厚ｔｈ０（ｋ）の一例を示す図である。
【図６】ズレδ（ｋ）の一例を示す図である。
【図７】影響割合ＥＲの一例を示す図である。
【図８】影響割合ＥＲ（１，ｑ）の各要素と、ズレδ＊（ｋ）の各要素とを掛け合わせた結果の一例を示す図である。
【図９】従来の制御による研磨プロファイルの一例を示す図である。
【図１０】影響割合ＥＲを用いた本実施形態の制御による研磨プロファイルの一例を示す図である。
【図１１】ＧＰＵを有する制御部を備える研磨装置の一例を示す図である。
【図１２】ルータを介してクラウドに接続された研磨装置の一例を示す図である。
【図１３】エッジコンピューティング機能を有するルータを介してクラウドに接続された研磨装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、ウェハを研磨するための研磨装置を示す模式図である。図１に示すように、研磨装置は、ウェハＷｆを保持し回転させるトップリング１０と、研磨パッド２０を支持する研磨テーブル３０と、研磨パッド２０に研磨液（スラリー）を供給する研磨液供給ノズル５と、ウェハＷｆの膜厚に従って変化する膜厚信号を取得する膜厚センサ７０とを備えている。研磨パッド２０の上面は、ウェハＷｆを研磨する研磨面２０ａを構成する。
【００１４】
トップリング１０は、トップリングシャフト１２の下端に連結されている。トップリングシャフト１２の上端は、トップリングアーム１６内に設置された回転装置に連結されている。この回転装置は、トップリングシャフト１２を介してトップリング１０を矢印に示す方向に回転させるように構成されている。トップリング１０は、その下面に真空吸着によりウェハＷｆを保持できるように構成されている。膜厚センサ７０は、研磨テーブル３０内に設置されており、研磨テーブル３０とともに回転する。膜厚センサ７０は、研磨テーブル３０が１回転するたびに、ウェハＷｆの中心部を含む複数の領域での膜厚信号を取得するように構成されている。膜厚センサ７０の例としては、光学式センサや渦電流センサが挙げられる。
【００１５】
ウェハＷｆは、次のようにして研磨される。トップリング１０および研磨テーブル３０は、矢印で示すように同じ方向に回転し、研磨液供給ノズル５０から研磨液が研磨パッド２０上に供給される。この状態で、トップリング１０はウェハＷｆを研磨パッド２０の研磨面２０ａに押し付ける。ウェハＷｆの表面は、研磨液に含まれる砥粒の機械的作用と研磨液の化学的作用により研磨される。このような研磨装置は、ＣＭＰ（化学機械研磨）装置として知られている。
【００１６】
ウェハＷｆの研磨中、膜厚センサ７０は研磨テーブル３０と共に回転し、ウェハＷｆの表面を横切りながら膜厚信号を取得する。この膜厚信号は、ウェハＷｆの膜厚を直接または間接に示す指標値であり、ウェハＷｆの膜厚の減少に従って変化する。膜厚センサ７０は制御部９０に接続されており、膜厚信号は制御部９０に送られるようになっている。制御部９０は、膜厚信号によって示されるウェハＷｆの膜厚が所定の目標値に達したときに、ウェハＷｆの研磨を終了させる。
【００１７】
次に、トップリング１０について説明する。図２は、トップリング１０を示す断面図である。トップリング１０は、トップリングシャフト１２に自由継手１９を介して連結されるトップリング本体２１と、トップリング本体２１の下方に配置されたリテーナリング２２とを備えている。
【００１８】
トップリング本体２１の下方には、ウェハＷｆの裏面（研磨すべき表面と反対側の面）に当接する柔軟なメンブレン（弾性膜）２４と、メンブレン２４を保持するチャッキングプレート２５とが配置されている。メンブレン２４とチャッキングプレート２５とは、本
実施形態においてウェハＷｆに押圧力を印加する「押圧部」を構成する。メンブレン２４とチャッキングプレート２５との間には、４つの圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が設けられている。圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４はメンブレン２４とチャッキングプレート２５とによって形成されている。中央の圧力室Ｃ１は円形であり、他の圧力室Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は環状である。これらの圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、同心円状に配列されている。
【００１９】
圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４にはそれぞれ気体移送ラインＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を介して気体供給源３２により加圧空気等の加圧気体が供給されるようになっている。また、気体移送ラインＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４には真空ラインＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４が接続されており、真空ラインＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４によって圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に負圧が形成されるようになっている。圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の内部圧力は互いに独立して変化させることが可能であり、これにより、ウェハＷｆの対応する４つの領域、すなわち、中央部、内側中間部、外側中間部、および周縁部に対する研磨圧力を独立に調整することができる。
【００２０】
チャッキングプレート２５とトップリング本体２１との間には圧力室Ｃ５が形成され、この圧力室Ｃ５には気体移送ラインＦ５を介して上記気体供給源３２により加圧気体が供給されるようになっている。また、気体移送ラインＦ５には真空ラインＶ５が接続されており、真空ラインＶ５によって圧力室Ｃ５に負圧が形成されるようになっている。これにより、チャッキングプレート２５およびメンブレン２４全体が上下方向に動くことができる。
【００２１】
ウェハＷｆの周端部はリテーナリング２２に囲まれており、研磨中にウェハＷｆがトップリング１０から飛び出さないようになっている。圧力室Ｃ３を構成する、メンブレン２４の部位には開口が形成されており、圧力室Ｃ３に真空を形成することによりウェハＷｆがトップリング１０に吸着保持されるようになっている。また、この圧力室Ｃ３に窒素ガスやクリーンエアなどを供給することにより、ウェハＷｆがトップリング１０からリリースされるようになっている。
【００２２】
トップリング本体２１とリテーナリング２２との間には、環状のローリングダイヤフラム２６が配置されおり、このローリングダイヤフラム２６の内部には圧力室Ｃ６が形成されている。圧力室Ｃ６は、気体移送ラインＦ６を介して上記気体供給源３２に連結されている。気体供給源３２は加圧気体を圧力室Ｃ６内に供給し、これによりリテーナリング２２を研磨パッド２０に対して押圧する。また、気体移送ラインＦ６には真空ラインＶ６が接続されており、真空ラインＶ６によって圧力室Ｃ６に負圧が形成されるようになっている。圧力室Ｃ６内に真空が形成されると、リテーナリング２２の全体が上昇する。
【００２３】
圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６に連通する気体移送ラインＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６には、それぞれ電空レギュレータ（圧力レギュレータ）Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６が設けられている。気体供給源３２からの加圧気体は、電空レギュレータＲ１〜Ｒ６を通って圧力室Ｃ１〜Ｃ６内に供給される。電空レギュレータＲ１〜Ｒ６は、気体移送ラインＦ１〜Ｆ６によって圧力室Ｃ１〜Ｃ６に接続されている。気体移送ラインＦ１〜Ｆ６は、圧力室Ｃ１〜Ｃ６からロータリージョイント２８を経由して電空レギュレータＲ１〜Ｒ６まで延びている。
【００２４】
電空レギュレータＲ１〜Ｒ６は、気体供給源３２から供給される加圧気体の圧力を調整することによって、圧力室Ｃ１〜Ｃ６内の圧力を制御する。電空レギュレータＲ１〜Ｒ６は制御部９０に接続されている。圧力室Ｃ１〜Ｃ６は大気開放弁（図示せず）にも接続されており、圧力室Ｃ１〜Ｃ６を大気開放することも可能である。制御部９０は、圧力室Ｃ
１〜Ｃ６それぞれの目標圧力値を電空レギュレータＲ１〜Ｒ６に送り、電空レギュレータＲ１〜Ｒ６は、圧力室Ｃ１〜Ｃ６内の圧力が対応する目標圧力値に維持されるように動作する。制御部９０は、これら電空レギュレータ（圧力レギュレータ）Ｒ１〜Ｒ６を介して圧力室Ｃ１〜Ｃ６内の圧力を操作する。
【００２５】
圧力室Ｃ１〜Ｃ６内の圧力は、電空レギュレータＲ１〜Ｒ６にそれぞれ内蔵されている複数の圧力センサ（図示せず）によって測定されるようになっている。圧力室Ｃ１〜Ｃ６内の圧力の測定値は、制御部９０に送られる。図２に示す例では、ウェハＷｆの裏面を押し付ける４つの圧力室Ｃ１〜Ｃ４が設けられているが、４つよりも少ない、または４つよりも多い圧力室を設けてもよい。
【００２６】
図３は、ウェハＷｆの表面（研磨対象面）がＮ個の領域（ｙ１〜ｙＮ）に分けられた例を示す模式図である。Ｎ個の領域は、ウェハＷｆの表面上に定義された領域であり、ウェハＷｆの中心に位置する１つの円形領域と、その外側にある複数の環状領域を含む。本実施形態では、複数の管状領域のそれぞれの幅（内径と外径との距離）が一定であるものとしている。また、ウェハ裏面には、トップリング１０の圧力室Ｃ１〜ＣＪに対応してＪ個の領域が定義される。このＪ個の領域は、ウェハＷｆの中心に位置する１つの円形領域と、その外側にある複数の環状領域を含む。各領域内では圧力は均一とされる。以下では、圧力室Ｃ１〜ＣＪに対応するＪ個の領域をエアバッグＣ１〜ＣＪとも呼ぶ。なお、本実施形態では、エアバッグＣ１〜ＣＪの大きさは一定ではなく、研磨対象面のＮ個領域と、エアバッグＣ１〜ＣＪとは、１対１に対応していない。ただし、こうした例に限定されず、研磨対象面の領域は、エアバッグＣ１〜ＣＪと１対１に対応するように定められてもよい（Ｎ＝Ｊ）。
【００２７】
説明を図１に戻す。制御部９０は、ウェハＷｆの研磨プロファイルが所望のものとなるように、トップリング１０の圧力室Ｃ１〜ＣＪの圧力を制御して複数のメンブレン２４によるウェハＷｆの押圧力を制御する。制御部９０は、ＣＰＵを中心としたコンピュータにより構成される。制御部９０は、各種プログラム及びデータなどを記憶するための記憶部９２を有する。ただし、記憶部９２は、制御部９０とは別に設けられて制御部９０が無線または有線による通信によって記憶部９２にアクセスするものとしてもよい。本実施形態では、制御部９０は、研磨中に膜厚センサ７０からの検出値を取得し、取得した検出値に基づいて圧力室Ｃ１〜ＣＪの目標圧力を設定して圧力室Ｃ１〜ＣＪの圧力を調整する。
【００２８】
図４は、制御部９０による目標圧力設定処理の一例を示すフローチャートである。この目標圧力設定処理は、ウェハＷｆの研磨中に制御部９０によって所定時間毎（例えば数ｍｓｅｃ毎など）に実行される。
【００２９】
目標圧力設定処理が実行されると、制御部９０は、まず膜厚センサ７０から研磨対象面の膜厚を取得する（Ｓ１０）。ここで、研磨対象面のＮ個の各領域において膜厚センサ７０によって検出された膜厚をｔｈ０（ｋ）とする。ｔｈ０（ｋ）は、長さＮの列ベクトルであり、研磨対象面の研磨プロファイルに相当する。図５は、膜厚センサ７０から取得される膜厚ｔｈ０（ｋ）の一例を示す図である。図５では、縦軸が膜厚ｔｈ０（ｋ）の各要素の値（膜厚）を示し、横軸が研磨対象面における位置を示している。なお、図５では、膜厚ｔｈ０（ｋ）の各要素を滑らかな曲線で繋げて示している。本実施形態の研磨装置は、ウェハＷｆの研磨が終了したときに、膜厚センサ７０から取得される膜厚ｔｈ０（ｋ）が所望の研磨プロファイルとなるようにすることを目標としている。一例として、本実施形態では、ウェハＷｆの研磨対象面を平坦とすること、つまり、ｔｈ０（ｋ）の各数値が略同一となるようにすることが目標とされる。
【００３０】
制御部９０は、測定時のノイズ等の影響を小さくすべく、膜厚センサ７０から取得した
ｔｈ０（ｋ）の移動平均をとる（Ｓ１２）。具体的には、制御部９０は、今回に取得した膜厚をｔｈ０（ｋ）、ａ回前に膜厚センサ７０から取得した膜厚をｔｈａ（ｋ）、移動平均をとった膜厚をｔｈｍ（ｋ）とすると、次式（１）によって膜厚の移動平均を計算するとよい。なお、移動平均をとる回数ａは、膜厚センサ７０の精度、制御部９０による制御周期などに基づいて予め定めた回数を用いるとよい。
thm(k)=(th0(k)+th1(k)+…+tha(k))/(a+1)      …(1)
【００３１】
そして、制御部９０は、膜厚移動平均ｔｈｍ（ｋ）に基づいて、研磨対象面のＮ個の領域ごとの平均膜厚からのズレδ（ｋ）を算出する（Ｓ１４）。ズレδ（ｋ）は、膜厚ｔｈ０（ｋ）と同様に長さＮの列ベクトルである。Ｓ１４の処理では、制御部９０は、具体的には次式（２）により平均膜厚からのズレδ（ｋ）を算出することができる。
【数１】
2019217595.tif 000003
【００３２】
図６は、ズレδ（ｋ）の一例を示す図である。図６は、図５と同様に縦軸がδ（ｋ）の各要素の値（ズレ）を示し、横軸が研磨対象面における位置を示している。また、図６では、ズレδ（ｋ）の各要素を滑らかな曲線で繋げて示している。研磨装置では、研磨に伴ってウェハＷｆの膜厚が徐々に小さくなる。つまり、例えば外乱などによって目標としている制御からズレが生じている場合にも、現在の制御が好ましい態様で行われている場合にも、研磨中に膜厚センサ７０から取得される膜厚ｔｈｍ（ｋ）は時間に伴って変化する。したがって、膜厚センサ７０から取得される膜厚ｔｈｍ（ｋ）をそのまま用いて、研磨対象面を所望の研磨プロファイルに近づけようとする場合、経過時間ごとに目標研磨プロファイルを定めたり研磨対象面の各位置における研磨の速度を調整したりするなどの制御が求められる。これに対して本実施形態では、平均膜厚からのズレδ（ｋ）を算出しているので、ズレδ（ｋ）を目標の研磨プロファイルに近づくように制御すればよく、制御を簡易にすることができる。
【００３３】
続いて、制御部９０は、ズレδ（ｋ）から目標の研磨プロファイルｉｐ（ｋ）を減じることにより、目標の研磨プロファイルからのズレδ＊（ｋ）を算出する（Ｓ１６）。ｉｐ（ｋ）は、研磨終了時の所望の研磨プロファイルとして予め記憶部９２に記憶された長さＮの列ベクトルである。本実施形態では、研磨対象面を平坦にすることが目標とされ、ｉｐ（ｋ）の各要素は値０であり、研磨終了時にズレδ（ｋ）の各要素を値０に近づけることが目標とされる。なお、本実施形態において図６に示す例では、ウェハＷｆ中心近くの領域においてやや研磨量が多く、ウェハＷｆの外周側の一部の領域についてやや研磨量が少ないことが示されている。
【００３４】
次に、制御部９０は、ズレδ＊（ｋ）と、各圧力室Ｃ１〜ＣＪの圧力の変化による影響割合ＥＲ（ｐ，ｑ）とに基づいて、次式（２）により各圧力室Ｃ１〜ＣＪのフィードバック指数Ｖｆ（ｍ）を算出する。ここで、影響割合ＥＲ（ｐ，ｑ）は、Ｊ×Ｎの行列であり、第ｐ行の各要素は、圧力室Ｃｐによる押圧力の変化に対する、研磨対象面におけるＮ個に分けた領域の研磨量の変化の割合を示す。また、フィードバック指数Ｖｆ（ｍ）は、各圧力室Ｃ１〜ＣＪに対応した要素を有する長さＪの列ベクトルである。
Vf(m)=ER(p,q)・δ*(k)      …（２）
【００３５】
図７は、影響割合ＥＲの一例を示す図である。図７中、縦軸が影響割合ＥＲ（ｐ，ｑ）
の各要素の値（影響割合）を示し、横軸が研磨対象面における位置を示している。なお、図７では、圧力室が８つ（Ｊ＝８）の場合の影響割合ＥＲの一例を示しており、各圧力室Ｃ１〜Ｃ８に対応する要素（ＥＲ（１，ｑ）〜ＥＲ（８，ｑ））ごとに滑らかな曲線で繋げて示している。影響割合ＥＲ（ｐ，ｑ）は、試験用のウェハＷｆを研磨することにより予め定めて制御部９０の記憶部９２に予め記憶されるとよい。影響割合ＥＲ（ｐ，ｑ）は、各圧力室Ｃ１〜ＣＪの圧力を単位数値だけ上昇させたときに、研磨対象面の各領域での研磨量が変化する量を示す。一例として、図７中の中央の圧力室Ｃ１に関連する影響割合ＥＲ（１，ｑ）を参照すると、圧力室Ｃ１の圧力を上昇させた場合には圧力室Ｃに対応するウェハＷｆ中心近傍の研磨量が増加することが示されている。その一方で、圧力室Ｃ１の圧力を上昇させた場合には、他の圧力室（特に圧力室Ｃ２）に対応する領域の一部で研磨量が減少することが示されている。このように、本発明者らの研究によれば、或る圧力室の圧力を増加（減少）させた場合には、その圧力室に対応する領域において研磨量が増加（減少）すると共に、他の圧力室に対応する領域において研磨量に影響が生じることが分かった。このため、本実施形態の研磨装置では、各圧力室Ｃ１〜ＣＪについて、圧力室（第１押圧部）ＣｑがウェハＷｆを押圧する押圧領域（第１押圧領域）よりも広い領域に対して、影響割合ＥＲ（ｐ，ｑ）が定められている。こうした影響割合ＥＲ（ｐ，ｑ）を用いて各圧力室Ｃ１〜ＣＪのフィードバック指数Ｖｆ（ｍ）を算出することにより、圧力室Ｃ１〜ＣＪの圧力をより適正に制御することができる。しかも、本実施形態では、影響割合ＥＲ（ｐ，ｑ）が、圧力室Ｃ１〜ＣＪの区分けよりも細かい区分（Ｎ個の区分）について定められている（Ｎ＞Ｊ）。なお、研磨対象面のＮ個の区分は、圧力室Ｃ１〜ＣＪに対応する各領域を複数に区分けすることが好ましい。このように、影響割合ＥＲが細かい区分に応じて定められていることにより、研磨対象面の研磨プロファイルを圧力室Ｃ１〜ＣＪに対応する各領域内でより細かく制御することができ、研磨プロファイルをより均一化することができる。
【００３６】
図８は、影響割合ＥＲ（１，ｑ）の各要素と、ズレδ＊（ｋ）の各要素とを掛け合わせた結果の一例を示す図である。図８中の各要素の和が、圧力室Ｃ１のフィードバック指数Ｖｆ（１）に相当する。図８に示す例では、圧力室Ｃ１のフィードバック指数はマイナスの値となり、圧力室Ｃ１による圧力を減少させる要因として作用する。
【００３７】
そして、制御部９０は、フィードバック指数Ｖｆ（ｍ）に基づいたＰＩＤ演算によって各圧力室Ｃ１〜ＣＪの目標圧力Ｐ＊（ｍ）を算出して（Ｓ２０）、目標圧力設定処理を終了する。目標圧力Ｐ＊（ｍ）は、各要素が圧力室Ｃ１〜ＣＪの目標圧力に対応した長さＮの列ベクトルである。また、ＰＩＤ演算における比例ゲインＧｐ、積分ゲインＧｉ、及び微分ゲインＧｄは、試験用のウェハＷｆを研磨することにより予め定めた値を用いることができる。ここで、比例ゲインＧｐ、積分ゲインＧｉ、及び微分ゲインＧｄのそれぞれは、エアバッグＣ１〜ＣＪごとに定めた値を用いることが好ましい。なお、ＰＩＤ演算に代えて、比例ゲインＧｐ、及び積分ゲインＧｉを用いたＰＩ演算によって各圧力室Ｃ１〜ＣＪの目標圧力Ｐ＊（ｍ）を算出するものとしてもよい。
【００３８】
以下に、研磨試験を行って本実施形態における制御の有用性を確認した例を示す。図９は、従来の制御による研磨プロファイルの一例を示す図であり、図１０は、影響割合ＥＲを用いた本実施形態の制御による研磨プロファイルの一例を示す図である。図９及び図１０では、エアバッグが８つであり、研磨対象面を平坦にするように制御が行われている例を示している。また、図９及び図１０では、研磨プロファイルを実線で示すと共に、エアバッグＣ１〜Ｃ８ごとの平均値を一点鎖線で示している。図９に示すように、従来の制御では、エアバッグＣ１〜Ｃ８の平均値に若干のばらつきが見られると共に、各エアバッグＣ１〜Ｃ８における研磨プロファイルが平均値に対してばらつきを有している。これに対して、図１０に示すように、本実施形態の制御では、従来の制御に比べて平均値のばらつきが改善されていると共に、各エアバッグＣ１〜Ｃ８における研磨プロファイルの平均値
に対するばらつきが小さくなっている。このように、影響割合ＥＲを用いると共にＰＩＤ制御によってエアバッグＣ１〜ＣＪの目標圧力を設定することにより、制御性の向上を図ることができる。
【００３９】
上記した実施形態では、ＰＩＤ演算において、予め定めた比例ゲインＧｐ、積分ゲインＧｉ、及び微分ゲインＧｄを制御パラメータとして用いるものとした。こうした制御パラメータは、制御部９０において、研磨が終わったウェハＷｆに対して行われた研磨結果に基づいて更新されてもよい。制御部９０は、一例として所定枚数（例えば、１枚、数枚など）のウェハＷｆを研磨するごと、又は所定時間が経過するごとに制御パラメータを更新してもよい。また、制御部９０は、１枚のウェハＷｆを研磨している間に、先行している研磨結果（研磨データ）を用いて、制御パラメータを更新してもよい。ここで、研磨結果としては、研磨プロファイル、研磨プロファイルの変化応答、各エアバッグＣ１〜ＣＪによる圧力変化応答などが挙げられる。また、研磨結果に基づく更新としては、一例として、研磨結果を用いて研磨モデルを同定し、研磨プロファイルを最適化するためのシミュレーションに基づいて制御パラメータを算出することにより行うことができる。また、制御部９０は、研磨結果に基づいて制御パラメータを算出するのに代えて、制御パラメータを予め定められた値へと更新してもよい。つまり、制御部９０は、所定のタイミング（例えば所定枚数のウェハＷｆを研磨するごと、又は所定時間が経過するごと）で、制御パラメータを第１パラメータから第２パラメータへと変更してもよい。
【００４０】
上記した実施形態では、例えばエアバッグＣ１の目標圧力は、エアバッグＣ１のフィードバック指数Ｖｆ（１）に基づいてＰＩＤ演算により算出するものとした。これに加えて、制御部９０は、他のエアバッグＣｐのフィードバック指数Ｖｆ（ｐ）、又は他のエアバッグＣｐのＰＩＤ演算による目標圧力等に基づいて、エアバッグＣ１の目標圧力を補正してもよい。例えば、制御部９０は、或るエアバッグＣｐの目標圧力の変化による他のエアバッグＣｑの影響度Ｅｃを試験用のウェハＷｆを研磨することなどにより予め記憶部９２に記憶しておき、エアバッグＣｑの目標圧力を設定するときに、「エアバッグＣｐの目標圧力の変化δＰ＊（ｐ）」×「影響度Ｅｃ」によってエアバッグＣｑの目標圧力Ｐ＊（ｑ）を補正するとよい。こうした制御により、他のエアバッグＣｐの目標圧力が変化したときに、エアバッグＣｑに対応する領域の影響を小さくすることができる、つまり複数のエアバッグＣ１〜ＣＪによる互いの非干渉化を図ることができる。
【００４１】
（研磨装置の情報の取扱について）
図１１〜図１３を用いて、上記した研磨装置における情報を取り扱うための構成の一例を説明する。ただし、図１１〜図１３では研磨装置は簡易的に描かれており、具体的な構成（トップリング１０、研磨パッド２０等）は省略されている。
【００４２】
図１１は、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）９４を有する制御部９０Ａを備える研磨装置の一例を示す図である。ＧＰＵ９４にはＡＩ（Artificial Intelligence、人工知能）機能が搭載されてもよい。ＧＰＵ９４は何らかのハードウェアであってもよく、たとえば記憶媒体に記憶されたプログラムであってもよい。図１１ではＧＰＵ９４は制御部９０Ａの他の要素と独立した要素であるように描かれているが、ＧＰＵ９４は、たとえば制御部９０Ａが備えるストレージデバイス（図示せず）に記憶されて制御部９０Ａのプロセッサ（図示せず）よって制御されてもよい。ＧＰＵ９４は、たとえば研磨プロファイルの生成及び取得、制御パラメータの更新、及び実主力信号を学習データとしたフィードバックなど、画像処理および大規模な計算が必要な処理を行うよう構成される。図１１の構成は、研磨装置を単独で（スタンドアロンで）動作させ得るという利点がある。
【００４３】
図１２は、ルータ９６を介してクラウド（またはフォグ）９７に接続された研磨装置の一例を示す図である。ルータ９６は、制御部９０Ｂとクラウド９７とを接続するための装
置である。ルータ９６は「ゲートウェイ機能を有する装置」と呼ぶこともできる。クラウド９７はインターネットなどのコンピュータネットワークを通じて提供されるコンピュータ資源を指す。なお、ルータ９６とクラウド９７間の接続がローカルエリアネットワークである場合、クラウドはフォグ９７と呼ばれる場合もある。たとえば地球上に点在する複数の工場を接続する際はクラウド９７が用いられ、ある特定の工場内でネットワークを構築する場合はフォグ９７が用いられるとよい。フォグ９７はさらに外部のフォグまたはクラウドへ接続されてもよい。図１２では制御部９０とルータ９６とが有線接続され、ルータ９６とクラウド（またはフォグ）９７とが有線接続されている。しかし、各接続は無線接続であってもよい。クラウド９７には複数の研磨装置が接続されている（図示せず）。複数の研磨装置のそれぞれは、ルータ９６を介してクラウド９７と接続されている。各研磨装置が得たデータ（膜厚センサ７０からの膜厚データ、又はその他任意の情報）はクラウド９６の中に集積される。また、図１２のクラウド９６はＡＩ機能を有してもよく、データの処理はクラウド９６において行われる。ただし、処理が部分的に制御部９０Ｂで行われてもよい。図１２の構成は、集積された大量のデータに基づいて研磨装置を制御することができるという利点がある。
【００４４】
図１３は、エッジコンピューティング機能を有するルータ９６Ａを介してクラウド（またはフォグ）９７に接続された研磨装置の一例を示す図である。図１３のクラウド９７も複数の研磨装置に接続されている（図示せず）。図１３の複数の研磨装置のそれぞれは、ルータ９６Ａを介してクラウド９７に接続されている。ただし、ルータのうちのいくつかはエッジコンピューティング機能を有していなくともよい（ルータのうちいくつかは図１２のルータ９６であってもよい）。ルータ９６Ａには制御部９６Bが設けられている。ただし、図１３では代表してひとつのルータ９６Ａのみに制御部９６Bが図示されている。さらに、ルータ９６ＡにはＡＩ機能が搭載されてもよい。制御部９６Bおよびルータ９６ＡのＡＩ機能は、研磨装置の制御部９０Ｃから得たデータを研磨装置の近くで処理することができる。なお、ここでいう近さとは、物理的な距離を意味する用語ではなく、ネットワーク上の距離を指す用語である。ただし、ネットワーク上の距離が近ければ物理的な距離も近いことが多い。したがって、ルータ９６Ａにおける演算速度とクラウド９７における演算速度が同程度ならば、ルータ９６Ａにおける処理は、クラウド９７における処理よりも高速となる。両者の演算速度に差がある場合であっても、制御部９０Ｃから送信された情報がルータ９６Ａに到達する速度は、制御部９０Ｃから送信された情報がクラウド９７に到達する速度より早い。
【００４５】
図１３のルータ９６Ａ、より具体的にはルータ９６Ａの制御部９６Bは、処理すべきデータのうち高速処理が必要なデータのみを処理する。ルータ９６Ａの制御部９６Bは、高速処理が不要なデータをクラウド９７に送信する。図１３の構成は、研磨装置の近くでの高速処理と、集積されたデータに基づく制御との両立が可能になるという利点がある。
【００４６】
本発明は、以下の形態としても記載することができる。
［形態１］形態１によれば、ウェハの研磨対象面を研磨するための研磨装置が提案される。前記研磨装置は、研磨面を有する研磨テーブルと、前記研磨対象面を前記研磨面に押圧するためのトップリングであって、前記ウェハの複数の領域に対して独立して押圧力を与えることができる複数の押圧部を有する、トップリングと、前記複数の押圧部のうちの第１押圧部について、当該第１押圧部による押圧力の変化に対する前記研磨対象面の研磨量の変化である第１押圧部影響割合を記憶部に記憶し、前記第１押圧部影響割合と前記研磨対象面の研磨プロファイルとに基づいて前記第１押圧部による押圧力を制御する、制御部と、を備え、前記第１押圧部影響割合は、前記第１押圧部が前記ウェハを押圧する第１押圧領域よりも広い領域に対して定められる。この研磨装置によれば、第１押圧部の押圧力による第１押圧部影響割合が、第１押圧部がウェハを押圧する第１押圧領域よりも広い領域に対して定められるので、より適正に第１押圧部による押圧力の制御を実行することが
できる。これにより、研磨プロファイルをより均一化することができる。
【００４７】
［形態２］形態２によれば、形態１の研磨装置において、前記研磨装置は、前記研磨対象面の膜厚を検出する膜厚検出部を備え、前記制御部は、前記検出された膜厚に基づいて前記研磨対象面の平均膜厚に対するズレを算出し、前記算出した平均膜厚に対するズレと前記第１押圧部影響割合とに基づいて前記第１押圧部による押圧力を制御する。形態２によれば、平均膜厚に対するズレを算出して第１押圧部による押圧力を制御するので、制御を簡易にすることができる。
【００４８】
［形態３］形態３によれば、形態２の研磨装置において、前記制御部は、前記研磨対象面の領域ごとに前記算出した平均膜厚に対するズレと前記第１押圧部影響割合とを積算することにより、前記第１押圧部による押圧力の変化量を算出する。
【００４９】
［形態４］形態４によれば、形態１から３の研磨装置において、前記制御部は、前記研磨対象面の研磨結果に基づいて前記研磨対象面の研磨プロファイルを最適化するためのシミュレーションによって前記第１押圧部による押圧力を設定するのに使用する制御パラメータを算出する。形態４によれば、消耗品の劣化による研磨特性の変化、又は１枚のウェハの研磨中における研磨特性の変化にかかわらず、良好な圧力制御を実現できる。また、研磨特性が比較的安定した場合においても、研磨特性をより正確に把握でき制御性の向上を図ることができる。
【００５０】
［形態５］形態５によれば、形態１から３の研磨装置において、前記制御部は、前記第１押圧部による押圧力を設定するのに使用する制御パラメータを、所定のタイミングで第１パラメータから第２パラメータへと変更する。形態５によれば、消耗品の劣化による研磨特性の変化、又は１枚のウェハの研磨中における研磨特性の変化に応じて、良好な圧力制御を実現できる。
【００５１】
［形態６］形態６によれば、形態１から５の研磨装置において、前記制御部は、前記研磨対象面の研磨対象プロファイルが所望の研磨対象プロファイルに近づくようにＰＩＤ演算式によって前記第１押圧部による押圧力を演算する。
【００５２】
［形態７］形態７によれば、形態６の研磨装置において、前記制御部は、前記複数の押圧部のうちの第２押圧部による押圧力をＰＩＤ演算式によって演算し、前記演算した前記第２押圧部による押圧力に基づいて前記第１押圧部による押圧力を修正する。形態７によれば、第２押圧部による押圧力の変化に対して非干渉化を図ることができる。
【００５３】
［形態８］形態８によれば、形態１から７の研磨装置において、複数の同心円状のメンブレンを含む。
【００５４】
［形態９］形態９によれば、ウェハの複数の領域に対して独立して押圧力を与えることができる複数の押圧部を有するトップリングによって前記ウェハの研磨対象面を研磨面に押圧することにより前記ウェハを研磨する研磨方法が提案される。前記研磨方法は、前記複数の押圧部のうちの第１押圧部について、当該第１押圧部による押圧力の変化に対する前記研磨対象面の研磨量の変化である第１押圧部影響割合を記憶部に記憶する記憶ステップと、前記第１押圧部影響割合と前記研磨対象面の研磨プロファイルとに基づいて前記第１押圧部による押圧力を制御する制御ステップと、を含み、前記第１押圧部影響割合は、前記第１押圧部が前記ウェハを押圧する第１押圧領域よりも広い領域に対して定められる。この研磨方法によれば、上記した研磨装置と同様の効果を奏することができる。
【００５５】
［形態１０］形態１０によれば、ウェハの複数の領域に対して独立して押圧力を与えるこ
とができる複数の押圧部を有するトップリングによって前記ウェハの研磨対象面を研磨面に押圧することにより前記ウェハを研磨する研磨装置の制御に用いる研磨制御プログラムが提案される。前記研磨制御プログラムは、前記複数の押圧部のうちの第１押圧部について、当該第１押圧部による押圧力の変化に対する前記研磨対象面の研磨量の変化である第１押圧部影響割合を記憶部に記憶することと、前記第１押圧部影響割合と前記研磨対象面の研磨プロファイルとに基づいて前記第１押圧部による押圧力を制御することと、をコンピュータに実行させ、前記第１押圧部影響割合は、前記第１押圧部が前記ウェハを押圧する第１押圧領域よりも広い領域に対して定められる。この研磨制御プログラムによれば、上記した研磨装置と同様の効果を奏することができる。
【００５６】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、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、本発明にはその均等物が含まれることはもちろんである。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、実施形態および変形例の任意の組み合わせが可能であり、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。
【符号の説明】
【００５７】
Ｗｆ…ウェハ
１０…トップリング
２０…研磨パッド
２０ａ…研磨面
２３…研磨パッド
２４…メンブレン
２５…チャッキングプレート
３０…研磨テーブル
５０…研磨液供給ノズル
７０…膜厚センサ
９０…制御部
９２…記憶部
【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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【図１３】
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