(57)【要約】【課題】化学機械研磨装置の複数の部品の累積使用時間に応じて、研磨条件を随時調整できる制御装置及び方法を提供する。【解決手段】第１押圧機構に与える第１の圧力の標準値と第２押圧機構に与える第２の圧力の標準値とを含むレシピデータを記憶したレシピ記憶部と、第３部品の累積使用時間と第４部品の累積使用時間とを記憶した使用時間記憶部と、第３部品の累積使用時間及び第４部品の累積使用時間に基づいて第１の係数を決定し、第３部品の累積使用時間及び第４部品の累積使用時間に基づいて第２の係数を決定する係数決定部と、第１の係数と第１の圧力の標準値とに基づいて第１押圧機構に与える第１の圧力を算出し、第２の係数と第２の圧力の標準値とに基づいて第２押圧機構に与える第２の圧力を算出する算出部と、第１の圧力及び第２の圧力を化学機械研磨装置に出力する出力部と、を具備する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部品と、第２部品と、前記第１部品に第１の圧力を付与する第１押圧機構と、前記第２部品に第２の圧力を付与する第２押圧機構と、第３部品と、第４部品と、を備える化学機械研磨装置を制御する制御装置であって、
前記第１押圧機構に与える第１の圧力の標準値と前記第２押圧機構に与える第２の圧力の標準値とを含むレシピデータを記憶したレシピ記憶部と、
前記第３部品の累積使用時間と前記第４部品の累積使用時間とを記憶した使用時間記憶部と、
前記第３部品の累積使用時間及び前記第４部品の累積使用時間に基づいて第１の係数を決定し、前記第３部品の累積使用時間及び前記第４部品の累積使用時間に基づいて第２の係数を決定する、係数決定部と、
前記第１の係数と前記第１の圧力の標準値とに基づいて、前記第１押圧機構に与える第１の圧力を算出し、前記第２の係数と前記第２の圧力の標準値とに基づいて、前記第２押圧機構に与える第２の圧力を算出する算出部と、
前記算出部によって算出された第１の圧力及び第２の圧力を、化学機械研磨装置に出力する出力部と、
を具備する制御装置。
【請求項２】
研磨パッドと、前記研磨パッドと接するようにウエハーを保持するウエハー保持部と、前記研磨パッドをコンディショニングするコンディショナーと、を備え、前記ウエハー保持部が、ウエハーと接するメンブレンと、前記メンブレンの周囲を支持するメンブレンサポート板と、前記メンブレンサポート板の外側に位置してウエハーを囲むリテーナーリングと、前記リテーナーリングに第１の圧力を付与して前記リテーナーリングを前記研磨パッドに向けて押圧する第１押圧機構と、前記メンブレンサポート板に第２の圧力を付与してウエハーの周囲を前記研磨パッドに向けて押圧する第２押圧機構と、前記メンブレンに第３の圧力を付与してウエハーを前記研磨パッドに向けて押圧する第３押圧機構と、を備える化学機械研磨装置を制御する制御装置であって、
前記第１押圧機構に与える第１の圧力の標準値と前記第２押圧機構に与える第２の圧力の標準値と前記第３押圧機構に与える第３の圧力の標準値とを含むレシピデータを記憶したレシピ記憶部と、
前記リテーナーリングの累積使用時間と前記研磨パッドの累積使用時間と前記コンディショナーの累積使用時間とを記憶した使用時間記憶部と、
少なくとも前記リテーナーリングの累積使用時間、前記研磨パッドの累積使用時間及び前記コンディショナーの累積使用時間に基づいて、第１の係数を決定し、少なくとも前記リテーナーリングの累積使用時間に基づいて、第２の係数を決定し、少なくとも前記研磨パッドの累積使用時間及び前記コンディショナーの累積使用時間に基づいて、第３の係数を決定する、係数決定部と、
前記第１の係数と前記第１の圧力の標準値とに基づいて、前記第１押圧機構に与える第１の圧力を算出し、前記第２の係数と前記第２の圧力の標準値とに基づいて、前記第２押圧機構に与える第２の圧力を算出し、前記第３の係数と前記第３の圧力の標準値とに基づいて、前記第３押圧機構に与える第３の圧力を算出する算出部と、
前記算出部によって算出された第１の圧力、第２の圧力及び第３の圧力を、化学機械研磨装置に出力する出力部と、
を具備する制御装置。
【請求項３】
前記係数決定部は、
前記リテーナーリングの累積使用時間が長くなると前記第１の圧力が小さくなるように、前記研磨パッドの累積使用時間が長くなると前記第１の圧力が小さくなるように、及び前記コンディショナーの累積使用時間が長くなると前記第１の圧力が小さくなるように、前記第１の係数を決定する、請求項２記載の制御装置。
【請求項４】
前記係数決定部は、
前記リテーナーリングの累積使用時間が長くなると前記第２の圧力が小さくなるように、前記第２の係数を決定する、請求項２又は請求項３記載の制御装置。
【請求項５】
前記係数決定部は、
前記研磨パッドの累積使用時間が長くなると前記第３の圧力が大きくなるように、及び前記コンディショナーの累積使用時間が長くなると前記第３の圧力が大きくなるように、前記第３の係数を決定する、請求項２乃至請求項４のいずれか一項記載の制御装置。
【請求項６】
前記算出部は、前記第１の係数と前記第１の圧力の標準値との積に基づいて、前記第１押圧機構に与える第１の圧力を算出し、前記第２の係数と前記第２の圧力の標準値との積に基づいて、前記第２押圧機構に与える第２の圧力を算出する、請求項１乃至請求項５のいずれか一項記載の制御装置。
【請求項７】
前記レシピ記憶部は、化学機械研磨装置による研磨メニューごとに、前記レシピデータを記憶している、請求項１乃至請求項６のいずれか一項記載の制御装置。
【請求項８】
第１部品と、第２部品と、前記第１部品に第１の圧力を付与する第１押圧機構と、前記第２部品に第２の圧力を付与する第２押圧機構と、第３部品と、第４部品と、を備える化学機械研磨装置を制御する制御方法であって、
前記第１押圧機構に与える第１の圧力の標準値と前記第２押圧機構に与える第２の圧力の標準値とを含むレシピデータを記憶したレシピ記憶部から、前記第１の圧力の標準値及び前記第２の圧力の標準値を読み出す工程と、
前記第３部品の累積使用時間と前記第４部品の累積使用時間とを記憶した使用時間記憶部から、前記第３部品の累積使用時間と前記第４部品の累積使用時間とを読み出す工程と、
前記第３部品の累積使用時間及び前記第４部品の累積使用時間に基づいて第１の係数を決定し、前記第３部品の累積使用時間及び前記第４部品の累積使用時間に基づいて第２の係数を決定する工程と、
前記第１の係数と前記第１の圧力の標準値とに基づいて、前記第１押圧機構に与える第１の圧力を算出し、前記第２の係数と前記第２の圧力の標準値とに基づいて、前記第２押圧機構に与える第２の圧力を算出する工程と、
算出された第１の圧力及び第２の圧力を、化学機械研磨装置に出力する工程と、
を具備する制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＭＰ装置の制御装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程において、表面を平坦化する技術が重要となっている。半導体デバイスの表面の凹凸が大きくなると、その上に形成される薄膜の一部が薄くなったり、配線の断線部が生じたりする可能性がある。また、リソグラフィー工程において、露光光学系の焦点が部分的に合わなくなり、微細パターンの形成が難しくなる可能性がある。近年、半導体デバイスがますます微細化されて素子構造が複雑になり、多層配線の層数も増えてきており、表面を平坦化する技術の重要性が増している。
【０００３】
代表的な平坦化技術として、化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）が知られている。化学機械研磨を行う化学機械研磨装置（ＣＭＰ装置）においては、研磨パッドを回転させ、研磨パッドの表面に砥粒を含むスラリーを供給しながら、半導体のウエハーを研磨パッドの表面に押し付ける。ＣＭＰ装置は、所望の研磨加工を実現するために、各種の圧力条件を調整することができるようになっている。
【０００４】
下記の特許文献１には、ＣＭＰ装置におけるウエハーの研磨時間を予測し、且つ、ウエハーの実際の研磨時間を測定し、その測定値などに基づいて研磨条件の管理を行うことが開示されている。さらに、この特許文献１には、研磨時間の測定値と予測値との差に基づいて研磨条件を補正又は変更することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２５８５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の特許文献１においては、実際に研磨を行ったときの測定値に基づいて研磨条件を補正又は変更するので、この測定値が得られなければ最適な研磨条件を得ることができない。例えば、研磨パッドや後述のリテーナーリングなどの複数の部品が使用期間に応じて劣化し、あるいは、複数の部品のうちの１つの部品を新品に取り換えたような場合に、最適な研磨条件はその都度変わる可能性がある。そのような場合に、特許文献１においては、測定値が得られなければ最適な研磨条件を得ることができない。
【０００７】
本発明は、以上のような技術的課題に鑑みてなされたものである。本発明の幾つかの態様は、ＣＭＰ装置の複数の部品の累積使用時間に応じて、研磨条件を随時調整できる制御装置及び方法を提供することに関連している。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の幾つかの態様において、制御装置は、第１部品と、第２部品と、第１部品に第１の圧力を付与する第１押圧機構と、第２部品に第２の圧力を付与する第２押圧機構と、第３部品と、第４部品と、を備える化学機械研磨装置を制御する制御装置であって、第１押圧機構に与える第１の圧力の標準値と第２押圧機構に与える第２の圧力の標準値とを含むレシピデータを記憶したレシピ記憶部と、第３部品の累積使用時間と第４部品の累積使用時間とを記憶した使用時間記憶部と、第３部品の累積使用時間及び第４部品の累積使用時間に基づいて第１の係数を決定し、第３部品の累積使用時間及び第４部品の累積使用時間に基づいて第２の係数を決定する、係数決定部と、第１の係数と第１の圧力の標準値とに基づいて、第１押圧機構に与える第１の圧力を算出し、第２の係数と第２の圧力の標準値とに基づいて、第２押圧機構に与える第２の圧力を算出する算出部と、算出部によって算出された第１の圧力及び第２の圧力を、化学機械研磨装置に出力する出力部と、を具備する。
この態様によれば、化学機械研磨装置の第３部品及び第４部品を含む複数の部品の累積使用時間に応じて、第１部品に付与する第１の圧力及び第２部品に付与する第２の圧力を随時調整することができる。
【０００９】
本発明の他の態様において、制御装置は、研磨パッドと、研磨パッドと接するようにウエハーを保持するウエハー保持部と、研磨パッドをコンディショニングするコンディショナーと、を備え、ウエハー保持部が、ウエハーと接するメンブレンと、メンブレンの周囲を支持するメンブレンサポート板と、メンブレンサポート板の外側に位置してウエハーを囲むリテーナーリングと、リテーナーリングに第１の圧力を付与してリテーナーリングを研磨パッドに向けて押圧する第１押圧機構と、メンブレンサポート板に第２の圧力を付与してウエハーの周囲を研磨パッドに向けて押圧する第２押圧機構と、メンブレンに第３の圧力を付与してウエハーを研磨パッドに向けて押圧する第３押圧機構と、を備える化学機械研磨装置を制御する制御装置であって、第１押圧機構に与える第１の圧力の標準値と第２押圧機構に与える第２の圧力の標準値と第３押圧機構に与える第３の圧力の標準値とを含むレシピデータを記憶したレシピ記憶部と、リテーナーリングの累積使用時間と研磨パッドの累積使用時間とコンディショナーの累積使用時間とを記憶した使用時間記憶部と、少なくともリテーナーリングの累積使用時間、研磨パッドの累積使用時間及びコンディショナーの累積使用時間に基づいて、第１の係数を決定し、少なくともリテーナーリングの累積使用時間に基づいて、第２の係数を決定し、少なくとも研磨パッドの累積使用時間及びコンディショナーの累積使用時間に基づいて、第３の係数を決定する、係数決定部と、第１の係数と第１の圧力の標準値とに基づいて、第１押圧機構に与える第１の圧力を算出し、第２の係数と第２の圧力の標準値とに基づいて、第２押圧機構に与える第２の圧力を算出し、第３の係数と第３の圧力の標準値とに基づいて、第３押圧機構に与える第３の圧力を算出する算出部と、算出部によって算出された第１の圧力、第２の圧力及び第３の圧力を、化学機械研磨装置に出力する出力部と、を具備する。
この態様によれば、研磨パッド、コンディショナー及びリテーナーリングの累積使用時間に応じて、リテーナーリングに付与する第１の圧力、メンブレンサポート板に付与する第２の圧力及びメンブレンに付与する第３の圧力を、随時調整することができる。
【００１０】
上述の態様において、係数決定部は、リテーナーリングの累積使用時間が長くなると第１の圧力が小さくなるように、研磨パッドの累積使用時間が長くなると第１の圧力が小さくなるように、及びコンディショナーの累積使用時間が長くなると第１の圧力が小さくなるように、第１の係数を決定することが望ましい。
これによれば、リテーナーリングの厚みが小さくなったときに、ウエハーの周囲にかかる圧力が大きくなることを抑制する方策をとった場合でも、圧力のバランスを適正化することができる。また、研磨パッドの表面粗さが小さくなったときに、ウエハーの中央付近での研磨レートが低下することを抑制する方策をとった場合でも、圧力のバランスを適正化することができる。
【００１１】
上述の態様において、係数決定部は、リテーナーリングの累積使用時間が長くなると第２の圧力が小さくなるように、第２の係数を決定することが望ましい。
これによれば、リテーナーリングの厚みが小さくなっても、ウエハーの周囲にかかる圧力が大きくなることを抑制できる。
【００１２】
上述の態様において、係数決定部は、研磨パッドの累積使用時間が長くなると第３の圧力が大きくなるように、及びコンディショナーの累積使用時間が長くなると第３の圧力が大きくなるように、第３の係数を決定することが望ましい。
これによれば、研磨パッドの表面粗さが小さくなっても、ウエハーの中央付近での研磨レートが低下することを抑制できる。
【００１３】
上述の態様において、算出部は、第１の係数と第１の圧力の標準値との積に基づいて、第１押圧機構に与える第１の圧力を算出し、第２の係数と第２の圧力の標準値との積に基づいて、第２押圧機構に与える第２の圧力を算出することが望ましい。
これによれば、レシピデータに含まれる標準値と、各部品の累積使用時間によって決定された係数とに基づいて、シンプルな計算で好ましい研磨条件を得ることができる。
【００１４】
上述の態様において、レシピ記憶部は、化学機械研磨装置による研磨メニューごとに、レシピデータを記憶していることが望ましい。
これによれば、研磨メニューごとに最適な標準値が決められ、さらに、各部品の累積使用時間によって標準値を補正することにより、好ましい研磨条件を得ることができる。
【００１５】
本発明の他の態様において、制御方法は、第１部品と、第２部品と、第１部品に第１の圧力を付与する第１押圧機構と、第２部品に第２の圧力を付与する第２押圧機構と、第３部品と、第４部品と、を備える化学機械研磨装置を制御する制御方法であって、第１押圧機構に与える第１の圧力の標準値と第２押圧機構に与える第２の圧力の標準値とを含むレシピデータを記憶したレシピ記憶部から、第１の圧力の標準値及び第２の圧力の標準値を読み出す工程と、第３部品の累積使用時間と第４部品の累積使用時間とを記憶した使用時間記憶部から、第３部品の累積使用時間と第４部品の累積使用時間とを読み出す工程と、第３部品の累積使用時間及び第４部品の累積使用時間に基づいて第１の係数を決定し、第３部品の累積使用時間及び第４部品の累積使用時間に基づいて第２の係数を決定する工程と、第１の係数と第１の圧力の標準値とに基づいて、第１押圧機構に与える第１の圧力を算出し、第２の係数と第２の圧力の標準値とに基づいて、第２押圧機構に与える第２の圧力を算出する工程と、算出された第１の圧力及び第２の圧力を、化学機械研磨装置に出力する工程と、を具備する。
この態様によれば、化学機械研磨装置の第３部品及び第４部品を含む複数の部品の累積使用時間に応じて、第１部品に付与する第１の圧力及び第２部品に付与する第２の圧力を随時調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ＣＭＰ装置の構成を概念的に示す斜視図。
【図２】ウエハー保持部の断面と、圧力を制御する構成とを示す図。
【図３】本発明の実施形態に係る制御装置のブロック図。
【図４】図３に示される制御装置の動作手順を示すフローチャート。
【図５】各部品の累積使用時間に応じた各部の好ましい圧力の例を示す表。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成のすべてが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。また同一の構成要素には同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００１８】
＜１．ＣＭＰ装置＞
＜１−１．全体構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る制御装置によって制御されるＣＭＰ装置の構成を概念的に示す斜視図である。ＣＭＰ装置１００は、ターンテーブル１と、ウエハー保持部２と、コンディショナー４と、スラリー供給部６とを具備している。
ターンテーブル１の上面には、円盤型の研磨パッド７が貼り付けられる。ターンテーブル１は、図示しない駆動部により、矢印Ａ１方向に回転させられる。
【００１９】
ウエハー保持部２は、半導体のウエハーＷ（図２参照）を保持し、ウエハーの研磨される面すなわち半導体デバイスが形成される面を下に向けて、研磨パッド７に押し付ける。ウエハー保持部２は、図示しない駆動部により、矢印Ａ２方向に回転させられる。また同時に、ウエハー保持部２は、図示しない駆動部により、双方向矢印Ａ３方向すなわち研磨パッド７の半径方向に、研磨パッド７の中心付近の位置と研磨パッド７の端縁付近の位置との間で往復させられる。ウエハー保持部２の構成については、図２を参照しながら後述する。
【００２０】
コンディショナー４は、ダイヤモンド砥粒層を含み、研磨パッド７のコンディショニングを行う。研磨パッド７のコンディショニングは、研磨パッド７に要求される所定の表面粗さを回復させるための研磨パッド７の削り出しを含む。コンディショナー４は、図示しない駆動部により、矢印Ａ４方向に回転させられる。また同時に、コンディショナー４は、図示しない駆動部により、双方向矢印Ａ５方向すなわち研磨パッド７の半径方向に、研磨パッド７の中心付近の位置と研磨パッド７の端縁付近の位置との間で往復させられる。
【００２１】
スラリー供給部６は、砥粒を含むスラリー（懸濁液）を、図示しないタンクから研磨パッド７の表面に滴下する。このスラリーには、ウエハーの表面を化学的に改質するための酸性又はアルカリ性の化学材料も含まれている。研磨パッド７の表面に滴下されたスラリーは、ターンテーブル１の回転と、コンディショナー４の回転及び往復と、ウエハー保持部２の回転及び往復とによって、研磨パッド７の表面に引き伸ばされる。
【００２２】
研磨パッド７が所定の表面粗さを有する場合には、研磨パッド７の表面には、スラリーが保持される微少な溝又は微少な凹部が存在する。ＣＭＰ装置１００においては、スラリーに含まれる砥粒による機械的研磨と、スラリーに含まれる化学材料による化学作用とによって、ウエハーが研磨される。研磨パッド７の表面粗さは、数多くのウエハーを処理する過程で、次第に失われる場合がある。また、コンディショナー４のダイヤモンド砥粒層も、研磨パッド７のコンディショニングをする過程で、次第に失われる場合がある。
【００２３】
＜１−２．ウエハー保持部の構成＞
図２は、図１に示されるウエハー保持部の断面と、ウエハー保持部の各部に付与される圧力を制御する構成とを概念的に示す。ウエハー保持部２は、駆動ヘッド２１と、キャリアヘッド２２と、インナーチューブ２３と、メンブレンサポート板２４と、メンブレン２５と、第１シール２６と、第２シール２７と、リテーナーリング２８とを具備している。これらの構成部品は、ほぼ、ウエハー保持部２の回転軸を中心とする軸対称の形状を有している。
【００２４】
駆動ヘッド２１は、図示しない駆動部に接続されており、この駆動部により上述の矢印Ａ２方向の回転と双方向矢印Ａ３方向の往復とが行われる。
【００２５】
キャリアヘッド２２は、ロッド部２２ａと、円盤部２２ｂと、を含む。ロッド部２２ａは、駆動ヘッド２１に形成された軸穴に位置し、この軸穴に沿って、駆動ヘッド２１に対して上下動できるようになっている。円盤部２２ｂは、駆動ヘッド２１より下方に、且つロッド部２２ａの先端に位置しており、ロッド部２２ａと一緒に上下動できるようになっている。キャリアヘッド２２は、駆動ヘッド２１に対して上下動できるが、駆動ヘッド２１に対して回転はしない。すなわち、キャリアヘッド２２は、駆動ヘッド２１の回転と独立に回転することはなく、駆動ヘッド２１と一緒に回転する。
【００２６】
キャリアヘッド２２と駆動ヘッド２１との間には、それらの外縁に沿って第１シール２６が配置されている。キャリアヘッド２２と、駆動ヘッド２１と、第１シール２６とによって、第１加圧室Ｒ１が画成されている。駆動ヘッド２１には、第１加圧室Ｒ１の圧力を調整するための空気圧配管Ｈ１が形成されている。
【００２７】
インナーチューブ２３は、キャリアヘッド２２の下方に配置された円管状の弾性体であり、内部に空気圧を導入可能となっている。インナーチューブ２３の内部は第２加圧室Ｒ２となっている。第２加圧室Ｒ２に空気を導入することにより、インナーチューブ２３の断面積を大きくすることができ、第２加圧室Ｒ２から空気を排出することにより、インナーチューブ２３の断面積を小さくすることができる。駆動ヘッド２１及びキャリアヘッド２２には、第２加圧室Ｒ２の圧力を調整するための空気圧配管Ｈ２が形成されている。
【００２８】
メンブレンサポート板２４は、インナーチューブ２３の下方に配置された円盤状の板である。メンブレンサポート板２４とキャリアヘッド２２との間には、それらの外縁に沿って第２シール２７が配置されている。キャリアヘッド２２と、メンブレンサポート板２４の上面と、第２シール２７とによって第３加圧室Ｒ３が画成されている。キャリアヘッド２２には、第３加圧室Ｒ３の圧力を調整するための空気圧配管Ｈ３が形成されている。
【００２９】
メンブレンサポート板２４は、メンブレン２５の周囲に密着した状態でメンブレン２５の周囲を支持している。また、メンブレンサポート板２４の下面の外縁に沿って、環状凸部２４ａが形成されている。メンブレンサポート板２４の下面と、環状凸部２４ａと、メンブレン２５とによって、第４加圧室Ｒ４が画成されている。メンブレンサポート板２４には複数の貫通孔Ｈ４が形成されており、貫通孔Ｈ４によって第３加圧室Ｒ３と第４加圧室Ｒ４とが連通している。
【００３０】
リテーナーリング２８は、キャリアヘッド２２の下方に、メンブレンサポート板２４及びメンブレン２５の外周を囲んで配置されている。リテーナーリング２８は、メンブレン２５と研磨パッド７との間に配置されたウエハーＷがウエハー保持部２から脱落しないように、ウエハーＷの外周を囲んでウエハーＷを保持する。リテーナーリング２８は、キャリアヘッド２２と研磨パッド７との間に挟まれて、ウエハー保持部２と同様に回転及び往復するので、使用に応じて磨耗する。
【００３１】
＜１−３．ウエハー保持部の圧力調整＞
以上の構成により、リテーナーリング２８は、キャリアヘッド２２によって研磨パッド７に向けて押圧される。その押圧力は、空気圧配管Ｈ１を介して第１加圧室Ｒ１の圧力を調整することによって、調整される。第１加圧室Ｒ１は、第１圧力調節器３１に接続されている。第１圧力調節器３１は、空気ボンベ３４に接続されている。第１圧力調節器３１は、空気ボンベ３４の圧力を利用して第１加圧室Ｒ１の圧力を高くしたり、第１加圧室Ｒ１の空気を一部逃がすことによって第１加圧室Ｒ１の圧力を低くしたりする。
【００３２】
メンブレンサポート板２４は、インナーチューブ２３内の第２加圧室Ｒ２の圧力によって押圧され、その押圧力は、空気圧配管Ｈ２を介して調整される。メンブレンサポート板２４が押圧されることにより、メンブレンサポート板２４の環状凸部２４ａが、ウエハーＷの周囲を押圧する。インナーチューブ２３内の第２加圧室Ｒ２は、第２圧力調節器３２に接続されている。第２圧力調節器３２は、空気ボンベ３５に接続されている。第２圧力調節器３２は、空気ボンベ３５の圧力を利用して第２加圧室Ｒ２の圧力を高くしたり、第２加圧室Ｒ２の空気を一部逃がすことによって第２加圧室Ｒ２の圧力を低くしたりする。
【００３３】
メンブレン２５は、ウエハーＷの上面のほぼ全体、特に、ウエハーＷの上面の中心付近を押圧する。メンブレン２５による押圧力は、第４加圧室Ｒ４の圧力を調整することによって、調整される。第４加圧室Ｒ４は、第３加圧室Ｒ３及び空気圧配管Ｈ３を介して、第３圧力調節器３３に接続されている。第３圧力調節器３３は、空気ボンベ３６に接続されている。第３圧力調節器３３は、空気ボンベ３６の圧力を利用して第４加圧室Ｒ４の圧力を高くしたり、第４加圧室Ｒ４の空気を一部逃がすことによって第４加圧室Ｒ４の圧力を低くしたりする。
【００３４】
なお、研磨開始前、あるいは研磨終了後に、第４加圧室Ｒ４の圧力を負圧とすることによって、メンブレン２５がウエハーＷを吸着し、ウエハー保持部２がウエハーＷを持ち上げて移動させることもできる。その場合には、第３圧力調節器３３は、図示しない排気ポンプを利用して第４加圧室Ｒ４の圧力を負圧とする。
【００３５】
第１圧力調節器３１、第２圧力調節器３２及び第３圧力調節器３３は、制御装置１０によって制御される。以下、本発明の実施形態に係る制御装置１０について、図３〜図５を参照しながら説明する。
【００３６】
＜２．制御装置＞
＜２−１．制御装置の構成＞
図３は、本発明の実施形態に係る制御装置のブロック図である。制御装置１０は、コンピューター装置によって構成される。制御装置１０は、通常のコンピューター装置と同様の、プロセッサー、ストレージ、入出力装置、通信装置などを含む。制御装置１０を、その機能の面から説明すると、以下の通りである。
【００３７】
制御装置１０は、入力部１１と、使用時間記憶部１２と、レシピ記憶部１３と、係数決定部１４と、算出部１５と、出力部１６とを含んでいる。使用時間記憶部１２及びレシピ記憶部１３は、コンピューター装置のストレージが所定のデータを記憶することによって実現される。係数決定部１４及び算出部１５は、コンピューター装置のプロセッサーが、ストレージに記憶されたプログラムを実行することによって実現される。
【００３８】
入力部１１は、ＣＭＰ装置１００のオペレーターによって入力されるデータを受け付け、あるいは、ＣＭＰ装置１００から送信されるデータを受信する装置である。入力部１１が受け付け又は受信するデータには、例えば、ＣＭＰ装置１００にセットされた各部品の累積使用時間のデータが含まれる。各部品の例としては、リテーナーリング２８、研磨パッド７、コンディショナー４などの消耗品が挙げられる。
【００３９】
あるいは、入力部１１は、各部品の使用履歴のデータを受け付け又は受信してもよい。この場合には、制御装置１０が、使用履歴のデータに基づいて各部品の累積使用時間を算出する。
【００４０】
使用時間記憶部１２は、各部品の累積使用時間のデータを記憶する。このデータは、入力部１１が受け付け又は受信したデータに基づいて、随時更新される。なお、累積使用時間のデータは、各部品を用いてＣＭＰ処理を行った処理時間によって表されても良いし、各部品を用いてＣＭＰ処理を行ったウエハーＷの枚数によって表されても良い。ある部品が新品に交換された場合には、当該部品の累積使用時間は、０にリセットされる。
【００４１】
レシピ記憶部１３は、ＣＭＰ装置１００に与えられる処理条件であるレシピデータを記憶する。レシピデータは、ウエハーＷの研磨メニューに応じて、種々のバリエーションがあり得る。例えば、平坦化しようとする層の材質、層の厚さ、それぞれの層に求められる平坦化の品質などにより、最適な処理条件が異なる。上述の入力部１１は、ＣＭＰ装置１００のオペレーターによって入力される研磨メニューの選択を受け付けてもよい。制御装置１０は、オペレーターによって選択された研磨メニューに従って、レシピデータを読み出してもよい。
【００４２】
本実施形態において、レシピデータは、リテーナーリング２８に付与する第１の圧力の標準値Ｐ１、メンブレンサポート板２４に付与する第２の圧力の標準値Ｐ２、及び、メンブレン２５に付与する第３の圧力の標準値Ｐ３を含む。これらの各部品に付与する第１〜第３の圧力の最適値は、ウエハーＷの研磨メニューに応じて異なるだけではなく、各部品の使用履歴によっても異なることがある。そこで、以下の構成により、標準値Ｐ１〜Ｐ３を補正して、第１〜第３の圧力Ｘ１〜Ｘ３を算出する。
【００４３】
係数決定部１４は、使用時間記憶部１２に記憶された各部品の累積使用時間のデータに基づいて、第１〜第３の圧力Ｘ１〜Ｘ３を算出するための係数を決定する。係数決定部１４は、例えば、リテーナーリング２８に付与する第１の圧力Ｘ１を算出するための係数Ｃ１を、各部品の累積使用時間に基づいて決定する。係数Ｃ１は、リテーナーリング２８、研磨パッド７、コンディショナー４の３つの部品の累積使用時間に依存して決定されるものでもよいし、これらのうち１つ又は２つの部品の累積使用時間に依存して決定されるものでもよい。第１の圧力Ｘ１を算出するために、複数の部品の累積使用時間に基づいて係数Ｃ１を算出するのが好ましい。
【００４４】
係数決定部１４は、メンブレンサポート板２４に付与する第２の圧力Ｘ２を算出するための係数Ｃ２も、各部品の累積使用時間に基づいて決定する。係数決定部１４は、メンブレン２５に付与する第３の圧力Ｘ３を算出するための係数Ｃ３も、各部品の累積使用時間に基づいて決定する。
【００４５】
算出部１５は、係数決定部１４によって決定された係数Ｃ１〜Ｃ３と、レシピ記憶部１３に記憶された圧力の標準値Ｐ１〜Ｐ３とに基づいて、第１〜第３の圧力Ｘ１〜Ｘ３を算出する。
【００４６】
出力部１６は、算出部１５によって算出された第１〜第３の圧力Ｘ１〜Ｘ３を出力する。例えば、出力部１６は、第１〜第３の圧力Ｘ１〜Ｘ３をＣＭＰ装置１００に送信する。これにより、図２を参照しながら説明した第１〜第３圧力調節器３１〜３３は、それぞれ受信した第１〜第３の圧力Ｘ１〜Ｘ３に従って、各部の圧力を調節し、好適な研磨条件を達成することができる。
【００４７】
＜２−２．制御装置の動作＞
図４は、図３に示される制御装置の動作手順を示すフローチャートである。制御装置１０は、以下のように動作する。
【００４８】
まず、ステップＳ１において、算出部１５が、レシピ記憶部１３から、ウエハーＷの研磨メニューに応じた圧力の標準値を読み込む。圧力の標準値は、リテーナーリング２８に付与する第１の圧力の標準値Ｐ１、メンブレンサポート板２４に付与する第２の圧力の標準値Ｐ２、及び、メンブレン２５に付与する第３の圧力の標準値Ｐ３を含む。
【００４９】
次に、ステップＳ２において、係数決定部１４が、使用時間記憶部１２から、各部品の累積使用時間を読み込む。累積使用時間は、リテーナーリング２８の累積使用時間Ｔ１、研磨パッド７の累積使用時間Ｔ２、コンディショナー４の累積使用時間Ｔ３を含む。
【００５０】
次に、ステップＳ３において、係数決定部１４が、各部品の累積使用時間Ｔ１〜Ｔ３に基づいて、第１の圧力Ｘ１を算出するための係数Ｃ１と、第２の圧力Ｘ２を算出するための係数Ｃ２と、第３の圧力Ｘ３を算出するための係数Ｃ３とを決定する。係数決定部１４は、累積使用時間Ｔ１〜Ｔ３を変数とする関数Ｆ１によって、係数Ｃ１を決定してもよい。同様に、関数Ｆ２によって係数Ｃ２が決定され、関数Ｆ３によって係数Ｃ３が決定されてもよい。
【００５１】
あるいは、累積使用時間Ｔ１〜Ｔ３をキーとする第１のルックアップテーブルを用意しておき、係数決定部１４が、第１のルックアップテーブルからデータを取り出すことにより、係数Ｃ１を決定してもよい。同様に、第２のルックアップテーブルから係数Ｃ２が決定され、第３のルックアップテーブルから係数Ｃ３が決定されてもよい。
【００５２】
次に、ステップＳ４において、算出部１５が、係数Ｃ１と標準値Ｐ１とに基づいて、第１の圧力Ｘ１を算出する。具体的には、係数Ｃ１と標準値Ｐ１との積により、第１の圧力Ｘ１が算出される。同様に、係数Ｃ２と標準値Ｐ２とに基づいて、第２の圧力Ｘ２が算出され、係数Ｃ３と標準値Ｐ３とに基づいて、第３の圧力Ｘ３が算出される。
【００５３】
次に、ステップＳ５において、出力部１６が、算出部１５によって算出された第１〜第３の圧力Ｘ１〜Ｘ３をＣＭＰ装置１００に送信する。
【００５４】
＜２−３．累積使用時間に応じた好ましい圧力の例＞
図５は、各部品の累積使用時間に応じた各部の好ましい圧力の例を示す表である。この表においては、リテーナーリング２８の累積使用時間Ｔ１、研磨パッド７の累積使用時間Ｔ２、コンディショナー４の累積使用時間Ｔ３に応じて、各部に付与する好ましい圧力Ｘ１〜Ｘ３がどのように変化するかが示されている。累積使用時間が「短い」というのは各部品が新しいことを示し、累積使用時間が「長い」といのは各部品が古くなってきたことを示す。各部の圧力については、「大」→「中」→「小」、あるいは「大」→「中−大」→「中−小」→「小」の順で、「大」に近いほど圧力を大きく、「小」に近いほど圧力を小さくするのが好ましいことを示す。
【００５５】
例えば、リテーナーリング２８の累積使用時間Ｔ１が長くなると、リテーナーリング２８が研磨パッド７によって削られて、リテーナーリング２８の厚みが小さくなってくる。すると、メンブレンサポート板２４によってウエハーＷの周囲にかかる圧力が大きくなってしまう場合がある。そこで、メンブレンサポート板２４に付与する第２の圧力Ｘ２を小さくすることが望ましい。第２の圧力Ｘ２を小さくする場合は、リテーナーリング２８に付与する第１の圧力Ｘ１も小さくすることにより、圧力のバランスを適正化することが好ましい。
【００５６】
また、研磨パッド７の累積使用時間Ｔ２又はコンディショナー４の累積使用時間Ｔ３が長くなると、研磨パッド７の表面粗さが小さくなり、研磨パッド７の表面で保持できるスラリーの量が減少する場合がある。すると、ウエハーＷの周囲にはスラリーが入ってくるが、ウエハーＷの中央付近まではスラリーが入りにくくなり、ウエハーＷの中央付近での研磨レートが低下する。そこで、ウエハーＷの中央付近での研磨レートを大きくするために、メンブレン２５に付与する第３の圧力Ｘ３を大きくすることが望ましい。第３の圧力Ｘ３を大きくする場合は、リテーナーリング２８に付与する第１の圧力Ｘ１を小さくすることにより、圧力のバランスを適正化することが好ましい。
【００５７】
よって、各部の好ましい圧力をまとめると、以下の通りとなる。
リテーナーリング２８に付与する第１の圧力Ｘ１は、リテーナーリング２８の累積使用時間Ｔ１が長くなったら小さくする。研磨パッド７の累積使用時間Ｔ２が長くなった場合も小さくする。コンディショナー４の累積使用時間Ｔ３が長くなった場合も小さくする。
メンブレンサポート板２４に付与する第２の圧力Ｘ２は、リテーナーリング２８の累積使用時間Ｔ１が長くなったら小さくする。
メンブレン２５に付与する第３の圧力Ｘ３は、研磨パッド７の累積使用時間Ｔ２が長くなったら大きくする。コンディショナー４の累積使用時間Ｔ３が長くなった場合も大きくする。
【００５８】
＜３．本実施形態の効果＞
以上説明したように、本実施形態によれば、ＣＭＰ装置１００の複数の部品の累積使用時間に応じて、各部の圧力を随時調整することにより、好ましい研磨条件を得ることができる。複数の部品のうちの１つを新品に交換して、累積使用時間が長い部品と短い部品とが混在するような場合でも、各部の圧力をバランスよく調整して、好ましい研磨条件を得ることができる。従って、複数の部品のうちの１つを新品に交換したときに、他の部品まで交換する必要はないので、各部品をそれぞれの寿命近くまで使い続けることができる。
【符号の説明】
【００５９】
１…ターンテーブル、２…ウエハー保持部、４…コンディショナー、６…スラリー供給部、７…研磨パッド、１０…制御装置、１１…入力部、１２…使用時間記憶部、１３…レシピ記憶部、１４…係数決定部、１５…算出部、１６…出力部、２１…駆動ヘッド、２２…キャリアヘッド、２２ａ…ロッド部、２２ｂ…円盤部、２３…インナーチューブ、２４…メンブレンサポート板、２４ａ…環状凸部、２５…メンブレン、２６…第１シール、２７…第２シール、２８…リテーナーリング、３１…第１圧力調節器（押圧機構）、３２…第２圧力調節器（押圧機構）、３３…第３圧力調節器（押圧機構）、３４〜３６…空気ボンベ、１００…ＣＭＰ装置（化学機械研磨装置）、Ｈ１〜Ｈ３…空気圧配管、Ｈ４…貫通孔、Ｒ１…第１加圧室（押圧機構）、Ｒ２…第２加圧室（押圧機構）、Ｒ３…第３加圧室、Ｒ４…第４加圧室（押圧機構）、Ｗ…ウエハー。
【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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