(57)【要約】  【課題】ウェハの膜厚のバラツキを無くし、研磨効率を高めてランニングコストの低減及び歩留り向上を図る。  【解決手段】ＣＭＰ装置１は、研磨前のウェハの膜厚を測定する膜厚測定手段６と、ウェハの研磨速度、研磨圧力等の研磨条件が最適になるように研磨条件を作成する研磨レシピ作成手段７と、最適な研磨条件及び前記測定値に基づいて該ウェハの研磨時間を予測する研磨時間予測手段８と、ウェハの実際の研磨時間を測定する研磨時間測定手段８と、該研磨時間の測定値等に基づき研磨条件の管理などを行うコンピュータ９とを備える。更に、コンピュータ９は前記研磨時間の測定値と予測値との差を算出する算出部２３と、該算出した差が最小になるように前記研磨条件を補正・変更する研磨条件補正・変更部２４とを備え、研磨条件の補正・変更を可能な限りリアルタイムで行う。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハ表面に形成された被研磨膜を研磨するＣＭＰ装置において、
研磨前の前記ウェハの膜厚を測定する膜厚監視手段と、
該ウェハの研磨速度、研磨圧力、研磨剤等の研磨条件が最適になるように研磨条件を作成する研磨レシピ作成手段と、
前記膜厚の測定値に基づいて前記研磨条件下で研磨されるウェハの研磨時間を予測する研磨時間予測手段と、
該研磨条件下で研磨されたウェハの研磨時間を測定する研磨時間測定手段と、
該研磨時間の測定結果や前記研磨条件を管理するコンピュータとから構成され、
更に、該コンピュータは前記研磨時間の測定値と予測値との差を算出する算出部と、該算出した差が最小になるように前記研磨条件を補正・変更する研磨条件補正・変更部とを備え、
該研磨条件の補正・変更をリアルタイムで行うように構成したことを特徴とするＣＭＰ装置の研磨条件管理装置。
【請求項２】
上記研磨レシピ作成手段は、ウェハの研磨ステップごと、或いは、上記ＣＭＰ装置の研磨軸ごと、プラテンごと、又は該研磨軸とプラテンとの組み合わせごとに最適な研磨条件を作成することを特徴とする請求項１記載のＣＭＰ装置の研磨条件管理装置。
【請求項３】
上記研磨レシピ作成手段は、過去の研磨履歴から作成した近似式、並びに／又は、上記ＣＭＰ装置自体が予め有している研磨モデルのデータに基づいて最適な研磨条件を作成することを特徴とする請求項１又は２記載のＣＭＰ装置の研磨条件管理装置。
【請求項４】
上記研磨時間予測手段は、過去の研磨履歴から作成した近似式、並びに／又は、上記ＣＭＰ装置自体が予め有している研磨モデルのデータに基づいてウェハの研磨時間を予測することを特徴とする請求項１記載のＣＭＰ装置の研磨条件管理装置。
【請求項５】
上記コンピュータは、上記研磨時間の測定値と予測値との差、並びに、ウェハの研磨状況などを表示するモニター部を有することを特徴とする請求項１記載のＣＭＰ装置の研磨条件管理装置。
【請求項６】
上記コンピュータは、上記前記研磨時間の測定値と予測値との差が所定値以上の場合に注意信号、警告信号及び／又は研磨停止信号を出力する研磨状況判断部を有することを特徴とする請求項１又は６記載のＣＭＰ装置の研磨条件管理装置。
【請求項７】
上記研磨条件補正・変更部は、ウェハの研磨ステップごと、或いは、上記ＣＭＰ装置の研磨軸ごと、プラテンごと、又は該研磨軸とプラテンとの組み合わせごとに研磨条件を補正・変更することを特徴とする請求項１記載のＣＭＰ装置の研磨条件管理装置。
【請求項８】
ウェハ表面に形成された被研磨膜を研磨するＣＭＰ装置にあって、
研磨前の前記ウェハの膜厚を測定する膜厚測定工程と、
ウェハの研磨速度、研磨圧力、研磨剤等の研磨条件が最適になるように研磨条件を作成する研磨レシピ作成工程と、
前記膜厚の測定値に基づいて前記研磨条件下で研磨されるウェハの研磨時間を予測する研磨時間予測工程と、  該研磨条件下で研磨されたウェハの研磨時間を測定する研磨時間測定工程と、
該研磨時間の測定値と予測値との差を算出する演算工程と、
該算出した差が最小になるように前記研磨条件を補正・変更する研磨条件補正・変更工程とを備え、
該研磨条件の補正・変更をリアルタイムで行うことを特徴とするＣＭＰ装置の研磨条件管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＣＭＰ装置の研磨条件管理装置及び研磨条件管理方法に関するものであり、特に、ウェハの研磨条件を最適化するＣＭＰ装置の研磨条件管理装置及び研磨条件管理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体技術のデザインルールの微細化、多層配線化及びウェハの大口径化が進行しているため、ＣＭＰ工程では研磨精度と研磨速度に対する要求が一層厳しくなっている。また、例えば、Ｃｕダマシン構造のウェハにおいては、ウェハ表面に配線膜であるＣｕ膜が形成され、該Ｃｕ膜の下にはＴａ膜やＴｉ膜等のバリア膜が形成され、更にバリア膜の下には酸化膜や低誘電率絶縁膜が形成されている。
【０００３】
そのため、ＣＭＰ処理においては、最初にＣｕ膜を研磨除去した後に、バリア膜を研磨除去する必要である。即ち、第１の研磨ステップではＣｕ膜を除去してバリア膜が露出した時点で、バリア膜を除去する第２の研磨ステップに移行している。この場合、第１の研磨ステップでは、Ｃｕ膜の研磨レートが大きい研磨剤を使用し、第２の研磨ステップでは、バリア膜の研磨レートが大きい研磨剤を使用する。
【０００４】
従来、此種ＣＭＰ装置によりウェハを研磨する際は、モータによりプラテンを回転させ、プラテンに貼り付けた研磨パッド上に研磨剤を供給しつつ、研磨ヘッドに保持されたウェハを回転しながら、該ウェハを研磨パッドに押し付けることにより、ウェハ表面に形成された酸化膜、金属膜等の被研磨膜を研磨している。
【０００５】
前記ＣＭＰ処理では、ウェハ表面の残膜の厚さ（以下、膜厚という）を膜厚監視手段で測定しながら、目標値になるように研磨している。この場合、前記膜厚は研磨パッドの上下方向変位で測定している。又、膜厚測定の単純なフィードバック制御によりＣＭＰ処理を行う方法、或いは、ウェハ研磨中の状態をモニターにて監視しながら、次回以降に研磨すべきウェハの研磨状態を予測して研磨する方法も知られている（例えば、特許文献１−３参照）。
【特許文献１】特許３０８２８５号公報
【特許文献２】特許３３１１８６４号公報
【特許文献３】特開２００５−５１８６５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来のＣＭＰ装置において、研磨パッドの上下方向変位でウェハの膜厚を測定した場合は、安定した膜厚測定の結果が得難いため、精度の高い研磨加工が得られない。又、膜厚測定の単純なフィードバック制御によりＣＭＰ処理を行った場合も、高精度の膜厚測定が得られないため、微細化及び高集積化するウェハに十分対応できない。
【０００７】
他方、ウェハの研磨中の状態をモニターにて監視し、次回以降のウェハの研磨状態を予測して膜厚を研磨した場合は、研磨加工条件が装置各部のモジュールごと、即ち、研磨ヘッドの回転軸（以下、研磨軸という）ごと、又はプラテンごとに相違するため、研磨後のウェハの膜厚にモジュール同士間でバラツキが生じ易い。
【０００８】
このように従来技術では、モジュール同士間でウェハの膜厚にバラツキが生じる。又、過剰研磨や研磨不足を生じ易く、ウェハの研磨効率が低下すると共に、研磨後のウェハに不良品が発生して歩留りが低下する。更に、研磨剤等の消耗品が必要以上に浪費されるため、消耗品のランニングコストが高騰するという問題があった。
【０００９】
そこで、ウェハの膜厚のバラツキを無くし、且つ、研磨効率のアップ、ランニングコストの節減及び歩留り向上を図るために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、ウェハ表面に形成された被研磨膜を研磨するＣＭＰ装置において、研磨前の前記ウェハの膜厚を測定する膜厚監視手段と、該ウェハの研磨速度、研磨圧力、研磨剤等の研磨条件が最適になるように研磨条件を作成する研磨レシピ作成手段と、前記膜厚の測定値に基づいて前記研磨条件下で研磨されるウェハの研磨時間を予測する研磨時間予測手段と、該研磨条件下で研磨されたウェハの研磨時間を測定する研磨時間測定手段と、該研磨時間の測定結果や前記研磨条件の管理などを行うコンピュータとから構成され、更に、該コンピュータは、前記研磨時間の測定値と予測値との差を算出する算出部と、該算出した差が最小になるように前記研磨条件を補正・変更する研磨条件補正・変更部とを備え、該研磨条件の補正・変更をリアルタイムで行うように構成して成るＣＭＰ装置の研磨条件管理装置を提供する。
【００１１】
この構成によれば、研磨前のウェハの膜厚を膜厚監視手段で測定する。又、研磨速度、研磨圧力、研磨剤等の研磨条件が最適になるように、研磨レシピ作成手段で研磨条件を作成する。更に、研磨時間予測手段は、前記膜厚の測定値に基づいて、最適な研磨条件で研磨されるウェハの研磨時間を予測する。
【００１２】
そして、前記研磨条件で研磨されたウェハの実際の研磨時間を研磨時間測定手段で測定し、該研磨時間の測定値と予測値との差（絶対値の差又は偏差を含む）を上記算出部で算出する。次いで、該算出した差が所定値以上になった場合は、該差が最小になるように研磨条件補正・変更部で研磨条件をリアルタイムで補正・変更する。斯くして、次回以降のウェハは常に最適な研磨条件で目標の膜厚に加工される。
【００１３】
請求項２記載の発明は、上記研磨レシピ作成手段は、上記ウェハの研磨ステップごと、或いは、上記ＣＭＰ装置の研磨軸ごと、プラテンごと、又は該研磨軸とプラテンとの組み合わせごとに最適な研磨条件を作成する請求項１記載のＣＭＰ装置の研磨条件管理装置を提供する。
【００１４】
この構成によれば、ウェハの研磨ステップごと、或いは、研磨軸ごと、プラテンごと、又は該研磨軸とプラテンとの組み合わせごとに、最適な研磨条件が作成される。従って、個々の研磨ステップ、研磨軸又はプラテンに応じた最適な研磨条件でウェハが研磨される。
【００１５】
請求項３記載の発明は、上記研磨レシピ作成手段は、過去の研磨履歴から作成した近似式、並びに／又は、上記ＣＭＰ装置自体が予め有している研磨モデルのデータに基づいて最適な研磨条件を作成する請求項１又は２記載のＣＭＰ装置の研磨条件管理装置を提供する。
【００１６】
この構成によれば、上記研磨条件の作成において、過去の研磨履歴から作成した近似式、並びに／又は、装置自体が予め有している研磨モデルのデータが使用される。従って、過去の研磨履歴、並びに／又は、装置固有の研磨モデルのデータを反映した研磨条件が作成される。研磨モデルは、研磨圧力や研磨時間などの研磨パラメータと研磨量の関係を定量し数値式化したものである。
【００１７】
請求項４記載の発明は、上記研磨時間予測手段は、過去の研磨履歴から作成した近似式、並びに／又は、上記ＣＭＰ装置自体が予め有している研磨モデルのデータに基づいて上記ウェハの研磨時間を予測する請求項１記載のＣＭＰ装置の研磨条件管理装置を提供する。
【００１８】
この構成によれば、過去の研磨履歴から作成した近似式、並びに／又は、上記ＣＭＰ装置自体が予め有している研磨モデルのデータに基づいて研磨時間を予測するので、初期の膜厚分布測定後、その測定結果だけに基づいて、研磨時間の予測値が得られる。
【００１９】
請求項５記載の発明は、上記コンピュータは、上記研磨時間の測定値と予測値との差、並びに、上記ウェハの研磨状況などを表示するモニター部を有する請求項１記載のＣＭＰ装置の研磨条件管理装置を提供する。
【００２０】
この構成によれば、上記研磨時間の測定値と前記予測値との差、並びに、ウェハの研磨状況などがモニター部にてリアルタイムで監視して把握される。
【００２１】
請求項６記載の発明は、上記コンピュータは、上記研磨時間の測定値と予測値との差が所定値以上の場合に注意信号、警告信号及び／又は研磨停止信号を出力する研磨状況判断部を有する請求項１又は６記載のＣＭＰ装置の研磨条件管理装置を提供する。
【００２２】
この構成によれば、上記研磨時間の測定値と予測値との差が所定値以上になった場合は、注意信号、警告信号及び／又は研磨停止信号が出力される。従って、研磨状況が異常状態になった際は、その旨が自動通報され、非常の時には研磨加工が即時に停止される。
【００２３】
請求項７記載の発明は、上記研磨条件補正・変更部は、上記ウェハの研磨ステップごと、或いは、上記ＣＭＰ装置の研磨軸ごと、プラテンごと、又は該研磨軸とプラテンとの組み合わせごとに研磨条件を補正・変更する請求項１記載のＣＭＰ装置の研磨条件管理装置を提供する。
【００２４】
この構成によれば、前記研磨条件の補正・変更は、ウェハの研磨ステップごと、研磨軸ごと、プラテンごと、又は該研磨軸とプラテンとの組み合わせごとに独立に行われる。従って、各研磨ステップに応じた最適な研磨条件に補正・変更されると共に、研磨軸同士間、プラテン同士間、又は、研磨軸とプラテンとの組み合わせ同士間において最適な研磨条件が同一に補正・変更される。
【００２５】
請求項８記載の発明は、ウェハ表面に形成された被研磨膜を研磨するＣＭＰ装置において、研磨前の前記ウェハの膜厚を測定する膜厚測定工程と、ウェハの研磨速度、研磨圧力、研磨剤等の研磨条件が最適になるように研磨条件を作成する研磨レシピ作成工程と、前記膜厚の測定値に基づいて前記研磨条件下で研磨されるウェハの研磨時間を予測する研磨時間予測工程と、該研磨条件下で研磨されたウェハの研磨時間を測定する研磨時間測定工程と、該研磨時間の測定値と予測値との差を算出する演算工程と、該算出した差が最小になるように前記研磨条件を補正・変更する研磨条件補正・変更工程とを備え、該研磨条件の補正・変更をリアルタイムで行うＣＭＰ装置の研磨条件管理方法を提供する。
【００２６】
この方法によれば、研磨する前にウェハの膜厚を測定し、又、研磨速度、研磨圧力、研磨剤等の研磨条件が最適になるように研磨条件を作成する。更に、該研磨条件で研磨されるウェハの研磨時間を前記測定値に基づいて予測する。そして、ウェハの実際の研磨時間を測定し、該研磨時間の測定値と予測値との差（絶対値の差又は偏差を含む）を算出し、該算出した差が所定値以上の場合には該差が最小になるように前記研磨条件をリアルタイムで補正・変更する。斯くして、ウェハは常に最適な研磨条件で研磨されて、該ウェハの膜厚が目標値に加工される。
【発明の効果】
【００２７】
請求項１記載の発明は、研磨速度、研磨圧力、研磨剤の流量などの研磨条件を常に最適に維持できるので、研磨後のウェハの膜厚のバラツキを無くすことができ、且つ、研磨効率が向上し、ランニングコスト（研磨剤の浪費等）が節減される。又、不良品の発生を防止できるので、ウェハの歩留りを向上させることができる。
【００２８】
請求項２記載の発明は、個々の研磨ステップ、研磨軸又はプラテンに応じた最適な研磨条件を作成できるので、請求項１記載の発明の効果に加えて、ウェハの膜厚を目標値に効率良く研磨することができる。
【００２９】
請求項３記載の発明は、過去の研磨履歴、並びに／又は、装置固有の研磨モデルのデータを反映した研磨条件を作成できるので、請求項１又は２記載の発明の効果に加えて、ウェハの研磨精度を向上させることができる。
【００３０】
請求項４記載の発明は、研磨履歴のデータ、並びに／又は、装置固有の研磨モデルのデータをベースとしてウェハの研磨時間を予測するので、請求項１記載の発明の効果に加えて、該研磨時間を一層正確に予測することができる。
【００３１】
請求項５記載の発明は、上記研磨時間の測定値と予測値との差、並びに、ウェハの研磨状況などをリアルタイムで監視できるので、請求項１記載の発明の効果に加えて、ウェハの仕様及び研磨環境に応じたウェハの研磨状況の良否を随時確認することができる。
【００３２】
請求項６記載の発明は、上記ウェハの研磨状況の異常状態になった際は即時に自動通報され、且つ、非常時には研磨加工を即時に停止できるので、請求項１又は５記載の発明の効果に加えて、異常状態でウェハが研磨加工されることを未然に防止できる。
【００３３】
請求項７記載の発明は、個々の各研磨ステップ、研磨軸及び／又はプラテンごとに最適な研磨条件を共通に設定できるので、請求項１記載の発明の効果に加えて、個々の研磨ステップ同士間、研磨軸同士間及び／又はプラテン同士間におけるウェハの膜厚のバラツキを無くすことができる。
【００３４】
請求項８記載の発明は、ウェハの研磨の際、研磨速度、研磨圧力、研磨剤の流量などの研磨条件を常に最適に補正・変更できるので、ウェハの膜厚の研磨精度が良くなり、ウェハの膜厚のバラツキをなくすことができ、又、研磨効率の向上及びランニングコスト（研磨剤の浪費等）の節減が可能になる。更に、過剰研磨や研磨不足が解消され、従来に比べて不良品の発生が少なくなるので、歩留りを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明は、ウェハの膜厚のバラツキを無くし、研磨効率のアップ、ランニングコストの節減及び歩留り向上を図るという目的を達成するため、ウェハ表面に形成された被研磨膜を研磨するＣＭＰ装置において、研磨前の前記ウェハの膜厚を測定する膜厚監視手段と、該ウェハの研磨速度、研磨圧力、研磨剤等の研磨条件が最適になるように研磨条件を作成する研磨レシピ作成手段と、前記膜厚の測定値に基づいて前記研磨条件下で研磨されるウェハの研磨時間を予測する研磨時間予測手段と、該研磨条件下で研磨されたウェハの研磨時間を測定する研磨時間測定手段と、該研磨時間の測定結果や前記研磨条件を管理するコンピュータとから構成され、更に、該コンピュータは、前記研磨時間の測定値と予測値との差を算出する算出部と、該算出した差が最小になるように研磨条件を補正・変更する研磨条件補正・変更部とを備え、研磨条件の補正・変更をリアルタイムで行うことによって実現した。
【実施例】
【００３６】
以下、本発明の好適な実施例を図１乃至図６に従って説明する。本実施例は、１種類又は２種類以上の被研磨膜を研磨するＣＭＰ装置に適用したものであって、ウェハの粗研磨前又は仕上げ研磨前に、ウェハの膜厚を測定すると共に最適な研磨条件を作成し、該研磨条件及び測定値などに基づいてウェハの研磨時間を予測し、更に、ウェハの実際の研磨時間を測定して、該測定値と予測値との差が最小になるように研磨条件をリアルタイムで補正・変更することにより、次回以降のウェハを最適な研磨条件で研磨できるように構成されている。尚、研磨対象となるウェハには、パターン膜の有無は問わない。
【００３７】
ウェハの研磨処理で取得された研磨時間や研磨量等のデータは、研磨ステップごと、或いは、研磨軸及び／又はプラテンごとに管理して、ウェハの研磨量が狙い通りになるように研磨条件を即時に補正・変更する。更に、複数の研磨条件は任意に選択して常時モニターリングするが、モニターリングしていない他の研磨条件も補正・変更することができる。例えば、CMPにおいて、粗研磨と仕上げ研磨のステップに研磨する際、仕上げステップで得られた研磨時間と研磨モデルより、粗研磨の研磨条件を算出する。
【００３８】
又、適正な研磨時間又は研磨レートを求める際は、例えば研磨時間と研磨レートの関係式、或いは、主な研磨時間又は研磨圧力と副次的な研磨時間又は研磨圧力との関係式に測定値を挿入することで、適正な研磨時間又は研磨レートを算出できる。この算出結果に基づき、粗研磨条件及び／又は粗研磨時間、並びに、仕上げ研磨条件及び／又は仕上げ研磨時間を適切に補正・変更して、次回以降の研磨条件に反映させることができる。
【００３９】
図１及び図２に示すように、ＣＭＰ装置１はウェハ収納部２、搬送手段３、研磨手段（装置本体部）４Ａ，４Ｂ，４Ｃ、洗浄・乾燥手段５、膜厚（測定）監視手段６、研磨レシピ作成手段７、研磨時間予測手段８、コンピュータ９及び装置制御部１０等を備えている。ウェハ収納部２は、ウェハ収納部２Ａ及びダミーウェハ収納部２Ｂなどからなる。又、搬送手段３は、インデックス用のロボット１２、トランスファーロボット１３及び搬送ユニット１４Ａ，１４Ｂとから構成されている。
【００４０】
研磨手段４Ａ，４Ｂ，４Ｃは、回転駆動可能なプラテン１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃと、該プラテン１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃに貼着された研磨パッド１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃと、該研磨パッド１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃにウェハを押し付ける研磨ヘッド２０Ａ，２０Ｂ、２０Ｃと、研磨パッド１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ上面に研磨剤を供給するノズル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃとから成る（図３参照）。左右のプラテン１８Ａ，１８Ｂは第１の被研磨膜の研磨に用いられ、中央のプラテン１８Ｃは第２の被研磨膜の研磨に用いられる。第１の被研磨膜の研磨と第２の被研磨膜の研磨とでは研磨条件が互いに異なり、研磨剤の種類若しくは成分、研磨ヘッド２０Ａ，２０Ｂ、２０Ｃの回転数やプラテン１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃの回転数、研磨ヘッド２０Ａ，２０Ｂ、２０Ｃの押付力や研磨パッド１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの種類等を変更して研磨される。
【００４１】
本実施例に係る研磨条件管理装置は、膜厚監視手段６、研磨レシピ作成手段７、研磨時間予測手段８及びコンピュータ９から成り、最適な研磨条件の補正・変更を可能な限りリアルタイムで行うように構成されている。前記膜厚監視手段６は、粗研磨前又は仕上げ研磨前にウェハの膜厚を測定・監視するものであり、例えば、膜種に応じて金属膜用又は酸化膜用の膜厚測定機を使用でき、また、測定原理は限定されず光干渉式の膜厚測定機、４探針比抵抗測定機、静電容量式測定機、渦電流式測定機、X線式測定機などを使用できる。
【００４２】
更に、研磨レシピ作成手段７は研磨速度、研磨圧力、研磨剤等の研磨条件が最適になるように研磨条件を作成するものであり、最適な研磨条件などを複数に分けて作成することができる。研磨時間予測手段８は、前記膜厚の測定値に基づいて前記研磨条件下で研磨されるウェハの研磨時間を予測する。尚、研磨レシピ作成手段７は研磨時間予測手段８の機能を兼用することもできる。
【００４３】
本実施例では、最適な研磨条件などは３つの研磨レシピに分けて作成されている。第１の研磨レシピでは、研磨ステップの数を決定し、第２の研磨レシピでは装置のモジュールごと、即ち、研磨ヘッド２０Ａ，２０Ｂ、２０Ｃの研磨軸ごと、プラテン１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃごと、又は、該研磨軸とプラテン１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃとの組み合わせごとに管理されている過去の研磨履歴デ−タを参照しながら、各研磨ステップの膜厚ごと（積層数ごと）に研磨レシピを選択して研磨条件を作成する。又、第３の研磨レシピでは、各研磨ステップにおける最小研磨時間及び最大研磨時間を決定し、且つ、各研磨ステップで設定された最適な研磨条件、研磨終点検出データ及び前記膜厚の測定値を参照して、該ウェハＷの研磨時間（又は適正な研磨レート）を予測する。
【００４４】
前記コンピュータ９は記憶部２２、算出部２３、研磨条件補正・変更部２４、研磨性能指標計算部２５、研磨状況判断部２６、装置制御部２７及びモニター部（表示部）２８，２９を備えている。前記記憶部２２は膜厚監視手段６で測定した膜厚データ（膜厚分布グラフ等）、研磨条件その他過去の研磨履歴データなどを記憶する。また、研磨中の研磨パッド１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの温度やプラテン１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃの温度は、図示しない温度センサを介して記憶部２２にリアルタイムで入力される。更に、算出部２３は、前記研磨時間の測定値と予測値とを比較して両者の差を算出する。更に又、研磨条件補正・変更部２４は、算出した差が最小になるように、前記最適な研磨条件を可能な限りリアルタイムで補正・変更する。
【００４５】
研磨性能指標計算部２５は，膜厚データや実際の研磨加工時間（研磨終点検出手段で得られるデータ）等から研磨均一性、研磨レート等の研磨性能指標を演算する。又、各研磨ステップにおけるウェハＷの膜厚の測定結果を解析して、ウェハＷの平均膜厚、該平均膜厚に対する偏差、並びに、ウェハＷ各特定部の膜厚情報を取得する。
【００４６】
研磨状況判断部２６は、演算された研磨性能指標の結果値を所定値又は予測値と比較し、その結果に応じてウェハＷの研磨状況を判断して判断信号を出力する。本実施例では、個々の研磨ステップごとに最小研磨時間と最大研磨時間を予測設定して、実際の研磨時間とのずれを評価して研磨状況を判断する。例えば、仕上げ研磨時に測定された研磨終点検出時間などを入力し、該研磨終点検出時間の測定値と予測値との差を基準値と比較して、研磨状態の良否を把握する。又、初期膜厚の測定結果、目標膜厚及び研磨終点検出時間に基づき実際の研磨レートが算出され、実際の研磨レートと予め予測した適正研磨レートとを比較して、その結果に応じて研磨状況が判断される。
【００４７】
研磨状況判断部２６から出力される判断信号の内容に応じて、研磨条件の補正・変更などを実行されるが、この場合、前記測定値と予測値との差が許容範囲内のときは、ウェハＷの研磨をそのまま続行し、また、所定値を越える場合は。該予測値を算出する計算式を変更する。また、装置制御部２７は判断信号や設定信号により装置各部の動作を制御する。又、モニター部２８，２９は、研磨時間の測定値と予測値との差、ウェハＷの研磨状況、研磨性能指標、研磨条件等をリアルタイムで画面表示する。
【００４８】
次に、ウェハＷのＣＭＰ処理手順の一例を説明する。先ず、ウェハＷは膜厚監視手段６に搬送されて膜厚測定が行われ、次に、搬送ユニット１４Ａにて研磨位置に移送された後、研磨パッド１９Ａ上に載置してＣＭＰ処理にて研磨される。
【００４９】
研磨後のウェハＷはプラテン１８Ａ上から回収された後、プラテン１８Ｃ上に移動して第２の被研磨膜を研磨する。尚、前記研磨終了の判断は研磨終点検出手段（図示せず）からの終点検出信号により行われる。この後、ウェハＷを洗浄・乾燥手段５に搬送して洗浄、乾燥し、次いで、膜厚監視手段６に搬送して膜厚を測定する。以上、一連の工程にて一枚のウェハＷの研磨が終了する。
【００５０】
本発明は、ウェハＷの粗研磨前又は仕上げ研磨前に、ウェハＷの膜厚を測定すると共に最適な研磨条件を作成し、この研磨条件及び測定値などに基づいてウェハＷの研磨時間を予測する。更に、最適な研磨条件下で研磨されたウェハＷの実際の研磨時間を測定して、該測定値と予測値との差を算出し、該算出した差が最小になるように、研磨条件を可及的速やかに補正・変更する。
【００５１】
又、仕上げ研磨時のプラテンと粗研磨時のプラテンは同一又は別個のいずれでもよい。更に、リアルタイム式光学式終点検出などの膜厚監視手段６を使用することで、研磨除去速度や研磨プロファイルをリアルタイムで監視できる。
【００５２】
研磨状態の正常又は異常の判断は、主に任意に選んだパラメータの研磨結果、例えば、仕上げ研磨時間により行うが、装置自体に設けたカウンタで管理している研磨パッド、ドレッサー、リテーナ、研磨ヘッドなどの消耗品があれば、該カウンタで取得した消耗品の使用時間や使用研磨枚数を、研磨状態の判断データとして利用できる。又、研磨状態の判断データとしては、プラテンの温度やプラテンのトルク等も利用できる。
【００５３】
上記膜厚監視手段６で測定されたウェハＷの膜厚の結果は、（１）研磨軸ごとの絶対値の差又は偏差（平均膜厚に対する膜厚の偏差）、（２）プラテンごとの絶対値の差又は偏差、（３）研磨軸とプラテンとの組み合わせごとの絶対値の差又は偏差が判断指標として採択される。
【００５４】
本実施例では、評価判断方法として３通りある。第１の評価判断方法は、装置が予め持っている研磨モデルの値、並びに／若しくは、過去の研磨履歴から作成した近似式と予想値とを比較して判断する。又、第２の評価判断方法は、装置が予め持っている研磨モデルの値、並びに／若しくは、過去の研磨履歴から作成した近似式にて算出した基準値を実測研磨量と比較して判断する。この場合、近似式にて算出した値を補正して、補正後のデータを判断指標として採択することがある。更に、第３の評価判断方法は、過去の研磨履歴から作成した近似式と、装置が予め持っている研磨モデルとから基準値とを比較して判断する。
【００５５】
次に、判断結果を処理する際は、絶対値の差又は偏差、即ち、判断結果の値が（１）予め定めた許容値未満である許容レベルの場合、（２）許容値以上かつ警告値未満である注意レベルの場合、（３）警告値以上である警告レベルの場合のいずれであるかに応じて処理がそれぞれ異なる。
【００５６】
上記（１）の許容レベルの場合は、そのまま研磨加工を続行する。又、上記（２）の注意レベルの場合は、そのまま研磨加工を続行すると、目標膜厚に対して研磨後の膜厚（研磨量）のずれが大きくなるので、膜厚のずれが最小になるように研磨条件を補正・変更して、補正・変更した研磨条件を次回以降のウェハＷに反映させる。これにより、次回以降のウェハＷの研磨精度を高めることができる。例えば、仕上げ研磨時における過剰研磨時間の短縮、又は不足研磨時間の延長により最適な研磨時間に調整される。
【００５７】
更に、上記（３）の警告レベルの場合は、アラームを発生させると同時に、研磨加工の続行を即時停止させる。
【００５８】
次に、本実施例による研磨方法の一例を図４のフローチャートに従って詳述する。先ず、ステップＳ１で初期膜厚を上記膜厚監視手段６で測定する。次に、ステップＳ２〜Ｓ４にて最適な研磨レシピ（研磨加工条件）１〜３を作成する。最適な研磨レシピ１の作成では、粗研磨又は仕上げ研磨のステップ数（研磨タイプ別）を決定する。例えば、下記の研磨ステップ（ａ）〜（ｅ）のいずれかを任意に採択できる。
【００５９】
即ち、（ａ）粗研磨から仕上げ研磨（終点検出）までの研磨ステップ、（ｂ）粗研磨を粗研磨１と粗研磨２の二段階に分けて研磨してから仕上げ研磨（終点検出）までの研磨ステップ、（ｃ）粗研磨してから仕上げ研磨を仕上げ研磨（終点検出）１と仕上げ研磨２の二段階に分けて研磨するまでの研磨ステップ、（ｄ）粗研磨（終点検出）から仕上げ研磨までの研磨ステップ、（ｅ）仕上げ研磨（終点検出）のみの研磨ステップである。
【００６０】
例えば、図６（ａ）に示した、研磨圧力と研磨量の関係を定量し数値化した研磨モデルより、研磨条件の算出を行う。図６（ｂ）には、研磨時間と研磨量の関係を定量し数値化した研磨モデルを示した。Ｃｕ研磨において、3分以内に研磨するように条件を設定したとき、Ｃｕの初期膜厚の測定結果が３６００ｎｍの場合、１ステップで研磨圧力を３ｐｓｉで研磨を行うと、研磨速度は８５０ｎｍ／分となる。又、予想研磨時間は、初期膜厚を研磨３ｐｓｉの研磨圧力で除算すると４分１４秒と算出される。更に、Cu膜厚が２００ｎｍ残存するまで粗研磨を行い、そのあと仕上げ研磨に移行する２ステップ研磨の場合、Ｃｕの初期膜厚の測定結果が３６００ｎｍであれば、３４００ｎｍ粗研磨を行う。この場合、研磨圧力５ｐｓｉの下に粗研磨量を研磨速度１４２０ｎｍ／分で除算すると、粗研磨の予想研磨時間は２分２４秒と算出される。更に又、残り２００ｎｍの仕上げ研磨は、研磨圧力１．５ｐｓｉの下に研磨速度４１１ｎｍ／分で除算すると、仕上げ研磨の予想研磨時間は２９秒と算出され、粗研磨と仕上げ研磨の合計の予想研磨時間は２分５３秒となり、したがって、研磨時間を短縮することが出来きる、粗研磨と仕上げ研磨の２ステップ研磨を選択することができる。
【００６１】
最適な研磨レシピ２の作成では、各研磨ステップの研磨条件を決定する。この研磨条件としては、例えば、研磨時間、研磨圧力（ウェハ圧力、ゾーン圧力）、研磨速度（プラテン又は研磨軸の回転数）、研磨剤の種類若しくは成分、ウェハＷの温度（研磨ヘッドの温度、プラテンの温度）などが挙げられる。
【００６２】
この場合、管理している研磨履歴から近似式、又は、図６（ｂ）の研磨量と研磨時間の関係の研磨モデルを補正した式を作成し、次回以降に研磨すべきウェハＷの最適な研磨条件を決定して採択する。又、研磨履歴の研磨ステップ以外の研磨ステップの最適な研磨条件を予測する。尚、この予測では研磨軸ごと及び／又はプラテンごとに管理された多数の研磨履歴のデータ、または、図６に示すような研磨モデルを参照する。通常は、多項式近似曲線を用いた近似式を作成する。直近のデータを中心に上記近似式を作成することもできる。又、必要により、該近似式にて算出した値を補正して、補正後のデータを採用する。例えば、粗研磨と仕上げ研磨の２ステップ研磨時の研磨圧力１．５ｐｓｉで行った残り２００ｎｍの仕上げ研磨の研磨時間が３３秒だった場合、研磨速度は、３６３ｎｍ／分と求めることができ、研磨圧力１．５ｐｓｉの研磨速度４１１ｎｍ／分よりも約１０％研磨速度が低くなる。図６（ｃ）に示すように、１０％研磨速度が低い場合、ステップ１０で目的の研磨速度を算出する。また、１０％研磨速度が低い場合に上記近似式を求めた後に、ステップ１１、１２において、１０％研磨速度が低いままで目的の研磨速度が得られるまで、研磨圧力を上昇させる。さらに、粗研磨と仕上げ研磨の２ステップ研磨を選択したときに、仕上げ研磨の研磨時間が１０％長くなった場合、目的の研磨速度が得られるまで研磨圧力を上昇させる。同時に、粗研磨も目的の研磨速度が得られるまで研磨圧力を上昇させる。
【００６３】
更に、最適な研磨レシピ３の作成は、研磨軸若しくはプラテンごと、或いは、研磨ステップごとに最大研磨時間と最小研磨時間を決定し、且つ、研磨終点を検出するまでの時間（以下、ＥＰＤ時間という）を予測する。この研磨レシピ３の作成は、研磨開始までに完了しておく。例えば、残り２００ｎｍの仕上げ研磨は、研磨圧力１．５ｐｓｉの研磨速度４１１ｎｍ／分で除算し、仕上げ研磨の予想研磨時間が２９秒と算出されているときは、最小研磨時間と最大研磨時間は、予想研磨時間を中心にそれぞれ３０％の研磨時間を加算および引算を行い、最小研磨時間を２０秒、最大研磨時間を３８秒と決定する。
【００６４】
尚、この研磨条件管理方法では、近似式、及び／又は、CMP装置固有の研磨時間と研磨量の研磨モデルを作成して次の最適な研磨条件を決定して採択する。図５は研磨済み枚数とＥＰＤ時間との関係を示すグラフである。図５（a）に示すように、直近のｉ（１以上の整数ｎ）枚目のウェハＷに対するＥＰＤ時間の増減率を求め、この増減率に基づいて、グラフの傾き、即ち、研磨済み枚数に対するＥＰＤ時間の変化の度合いを求める。次に、このＥＰＤ時間の変化の度合いに基づいて、次の（ｉ＋１）枚目にウェハのＥＰＤ時間を求めて、該ＥＰＤ時間を前記近似式に代入して、外挿により予測値を算出する。また、図５（b）に示すように、このＥＰＤ時間の変化の度合いに基づいて、多項式近似曲線を用いた近似式を作成し、次の（ｉ＋１）枚目のウェハのＥＰＤ時間を求めて、該ＥＰＤ時間を前記近似式に代入して、外挿により予測値を算出する。
【００６５】
ステップＳ５ではＣＭＰ処理を開始する。このＣＭＰ処理で得られたＥＰＤ時間、研磨パッド、研磨ヘッド等の消耗品の使用時間及び使用研磨枚数、並びに、研磨パッドや研磨ヘッドの温度などの研磨データは、コンピュータ９の記憶部２２に逐次記憶して、過去の研磨履歴の有用情報として管理する（ステップＳ６）。これら有用情報は、研磨軸若しくはプラテンごと、研磨ステップごとに管理する。例えば、研磨パッド、ドレッサーの使用時間及び／又は使用研磨枚数はプラテンごとに管理し、リテーナ、研磨ヘッド使用時間及び／又は使用研磨枚数は研磨軸ごとに管理する。又、研磨パッドの温度はプラテンごとに管理し、研磨ヘッドの温度は研磨軸ごとに管理する。
【００６６】
ＣＭＰ処理中、モニター部２８，２９によりウェハＷの研磨進行状況や研磨温度をリアルタイムで確認する（ステップＳ７）。即ち、モニター部２８では、各研磨ステップでの実際の研磨時間を監視しながら、各研磨ステップの最大研磨時間又は最小研磨時間と実際の研磨時間とのずれ（絶対値の差又は偏差を含む。以下同様。）を確認し、且つ、実際のＥＰＤ時間を監視しながら、予測したＥＰＤ時間と実際のＥＰＤ時間とのずれを監視する。
【００６７】
また、モニター部２９では、研磨パッドの温度及び研磨ヘッドの温度を監視しながら、装置に設定済みの最大研磨温度又は最小研磨温度とのずれを確認する。更に、ＣＭＰ処理中、研磨パッドや研磨ヘッド等の消耗品の使用時間及び／又は使用研磨枚数を監視して、装置に設定済みの所定値とのずれを確認する。例えば、研磨パッドの使用枚数が２０００枚を越えた時に、研磨処理を停止する旨の判定を行う。
【００６８】
次のステップＳ８では、上記結果値と予測値とのずれ値、並びに、結果値のバラツキに基づいて、ウェハＷの研磨状況を研磨軸若しくはプラテンごと、研磨ステップごとに評価判断する。この判断は「異常無し」、「注意状態」及び「警告状態」の３つに分けて評価される。「異常無し」の場合は、そのままウェハＷの研磨加工を続行する。又、「注意状態」の場合は、注意信号を発生して通報する。更に、「警告状態」の場合は、警告信号を発生して通報すると同時に、ＣＭＰ処理を即時に停止する。上記結果値に関して、例えば、１０％のバラツキがあれば「注意状態」と判断し、また、２０％のバラツキがあれば「警告状態」と判断する。
【００６９】
ここで、上記結果値と予測値とのずれ値が所定範囲を越えるときは、このずれが最小になるように前記最適な研磨条件をリアルタイムで補正・変更する。また、結果値と予測値とのずれ値が異常に大きい場合は、過去の研磨履歴から作成した近似式、並びに／若しくは、計算に用いていた研磨モデルを変更する。尚、研磨状態の評価方法として、「注意」の場合の評価方法と「警告状態」の場合の評価方法とを組み合わせて評価してもよい。上記結果値に関して、例えば、１０％のバラツキがあれば、１０％のバラツキを基に近似式を作り直す。
以上説明したように本実施例によれば、ウェハＷの研磨速度、研磨圧力、研磨剤等の研磨条件が最適になるように研磨条件を作成し、研磨後のウェハＷの研磨時間の測定値と予測値との差が最小になるように、前記研磨条件を可能な限り速やかに補正・変更する。したがって、研磨速度（研磨時間）や研磨剤の流量などの研磨条件を常に適切に維持できるので、必要最小限の時間でウェハＷの膜厚を目標値に研磨でき、研磨効率が大幅にアップすると共に、研磨剤等の消耗品の浪費をなくすことができる。更に、不良品の発生が少なくなるので、歩留りを大幅に向上させることができる。
【００７０】
又、ウェハＷの研磨ステップごと、或いは、研磨軸ごと、プラテンごと、又は該研磨軸とプラテンとの組み合わせごとに夫々過去の研磨履歴を参照して、最適な研磨条件を作成するので、個々の研磨ステップ、研磨軸又はプラテンに応じて研磨条件を各別に設定することができる。
【００７１】
更に、直近の研磨履歴のデータを中心に研磨条件を作成した場合、最新の有用な生データを重視した研磨条件が得られ、ウェハＷの研磨効率が更に向上する。又、過去の研磨履歴から作成した近似式、並びに、装置自体が予め有している研磨モデルのデータで研磨条件を作成することにより、過去の研磨履歴と装置固有の研磨モデルのデータが研磨条件に反映され、研磨精度が一層アップする。
【００７２】
又、過去の研磨履歴で作成した近似式に基づいて上記研磨時間を予測した場合は、信頼性の高い研磨時間の予測値が自動的に得られる。更に、研磨時間の測定値と予測値との差、並びに、ウェハＷの研磨状況をモニター部２８，２９にてリアルタイムで監視できるので、ウェハＷの研磨状態の良否を研磨中に定量的に確認できる。
【００７３】
更に又、上記測定値と予測値との差が許容値以上にずれた場合は、注意信号が自動的に出力され、又、警告値以上の場合は、警告信号を出力して研磨加工を即時に停止する。従って、異常な状態で研磨加工することを未然に防止できる。
【００７４】
また、前記研磨条件の補正・変更は、個々の研磨ステップごと、研磨軸ごと、プラテンごと、又は該研磨軸とプラテンとの組み合わせごとに行われる。従って、各研磨ステップに応じた最適な研磨条件に調整できると共に、研磨軸ごと、プラテンごと、又は、研磨軸とプラテンとの組み合わせごとにおいて、最適な研磨条件を共通に設定できる。これにより、複数の研磨ステップ間、研磨軸同士間及び／又はプラテン同士間におけるウェハＷの膜厚のバラツキを無くすことができる。
【００７５】
本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の一実施例を示し、ＣＭＰ装置の全体構成を示す平面図。
【図２】一実施例に係るＣＭＰ装置を示すブロック図。
【図３】一実施例に係るＣＭＰ装置の研磨部を示す斜視図。
【図４】一実施例に係る研磨条件管理の手順を説明するフローチャート。
【図５】一実施例に係るＥＰＤ時間に関するグラフを示し、（a）は研磨枚数に対するＥＰＤ時間の許容範囲を説明するグラフ、（b）はＥＰＤの予想研磨時間を説明するグラフ。
【図６】一実施例に係る研磨モデルを説明するグラフを示し、（a）は研磨圧力と研磨速度との関係を示すグラフ、（b）は研磨時間と研磨量との関係を示すグラフ、（c）は研磨速度が１０％低下したときの研磨圧力の変化を説明するグラフ。
【符号の説明】
【００７７】
１  ＣＭＰ装置
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ  研磨手段
６  膜厚監視手段
７  研磨レシピ作成手段
８  研磨時間予測手段
９  コンピュータ
１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ  プラテン
１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ  研磨パッド
２０Ａ，２０Ｂ  研磨ヘッド
２２  記憶部
２３  算出部
２４  研磨条件補正・変更部
２５  研磨性能指標計算部
２６  研磨状況判断部
２７  研磨条件補正・変更部
２８，２９  モニター部
【図１】
2008258510.tif 000003
【図２】
2008258510.tif 000004
【図３】
2008258510.tif 000005
【図４】
2008258510.tif 000006
【図５】
2008258510.tif 000007
【図６】
2008258510.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成20年8月6日(2008.8.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
図１及び図２に示すように、ＣＭＰ装置１はウェハ収納部２、搬送手段３、研磨手段（装置本体部）４Ａ，４Ｂ，４Ｃ、洗浄・乾燥手段５、膜厚監視手段６、研磨レシピ作成手段７、研磨時間予測手段８、コンピュータ９及び装置制御部２７等を備えている。ウェハ収納部２は、ウェハ収納部２Ａ及びダミーウェハ収納部２Ｂなどからなる。又、搬送手段３は、インデックス用のロボット１２、トランスファーロボット１３及び搬送ユニット１４Ａ，１４Ｂとから構成されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
この場合、管理している研磨履歴から近似式、又は、図６（ｂ）の研磨量と研磨時間の関係の研磨モデルを補正した式を作成し、次回以降に研磨すべきウェハＷの最適な研磨条件を決定して採択する。又、研磨履歴の研磨ステップ以外の研磨ステップの最適な研磨条件を予測する。尚、この予測では研磨軸ごと及び／又はプラテンごとに管理された多数の研磨履歴のデータ、または、図６に示すような研磨モデルを参照する。通常は、多項式近似曲線を用いた近似式を作成する。直近のデータを中心に上記近似式を作成することもできる。又、必要により、該近似式にて算出した値を補正して、補正後のデータを採用する。例えば、粗研磨と仕上げ研磨の２ステップ研磨時の研磨圧力１．５ｐｓｉで行った残り２００ｎｍの仕上げ研磨の研磨時間が３３秒だった場合、研磨速度は、３６３ｎｍ／分と求めることができ、研磨圧力１．５ｐｓｉの研磨速度４１１ｎｍ／分よりも約１０％研磨速度が低くなる。図６（ｃ）に示すように、１０％研磨速度が低い場合、目的の研磨速度を算出する。また、１０％研磨速度が低い場合に上記近似式を求めた後に１０％研磨速度が低いままで目的の研磨速度が得られるまで、研磨圧力を上昇させる。さらに、粗研磨と仕上げ研磨の２ステップ研磨を選択した
ときに、仕上げ研磨の研磨時間が１０％長くなった場合、目的の研磨速度が得られるまで研磨圧力を上昇させる。同時に、粗研磨も目的の研磨速度が得られるまで研磨圧力を上昇させる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７７】
１  ＣＭＰ装置
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ  研磨手段
６  膜厚監視手段
７  研磨レシピ作成手段
８  研磨時間予測手段
９  コンピュータ
１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ  プラテン
１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ  研磨パッド
２０Ａ，２０Ｂ  研磨ヘッド
２２  記憶部
２３  算出部
２４  研磨条件補正・変更部
２５  研磨性能指標計算部
２６  研磨状況判断部
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2008258510.tif 000009