(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被研磨体を研磨する研磨手段と、
該研磨手段により研磨される被研磨体の研磨前の厚さ、研磨時間及び研磨後の厚さを測定する測定手段と、
該測定手段で得られたデータと前記被研磨体の厚さの目標値とに基づき前記被研磨体の最適研磨時間を計算するプロセッサと、
新たに研磨される被研磨体を前記プロセッサにより計算された最適研磨時間だけ研磨するように前記研磨手段を制御する制御手段とを備え、
前記プロセッサは、前記被研磨体の研磨前の厚さ、研磨時間、研磨後の厚さ及び前記被研磨体の厚さの目標値を含むパラメータと演算子とを用いて前記被研磨体の最適研磨時間を計算する計算式を使用者が設定できるようにする計算式設定手段を与え、
前記プロセッサは、今回、研磨した被研磨体の厚さが目標膜厚範囲内にあるときは、前記計算式設定手段を介することなく次の被研磨体に対して今回の被研磨体に適用したのと同一の最適研磨時間で研磨が行なわれるように前記制御手段を制御し、今回、研磨した被研磨体の厚さが目標膜厚範囲内にないときは、前記計算式設定手段を介して再設定される計算式により最適研磨時間を再計算し、再計算した最適研磨時間で研磨が行なわれるように前記制御手段を制御する、
研磨装置。
【請求項２】
前記プロセッサは、前記被研磨体の研磨前の厚さ、研磨時間及び研磨後の厚さから前記被研磨体の研磨レートを計算し、該研磨レートを用いて前記被研磨体の最適研磨時間を計算する請求項１記載の研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は研磨装置及び研磨方法に係り、特に、半導体ウェハ等の被研磨体の表面を平坦な鏡面に研磨する研磨装置及び研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの高集積化により回路配線が微細化しつつある。これに伴い、例えば、光リソグラフィー等で回路が形成される場合、光の焦点が浅くなるので、回路が形成される半導体ウェハの表面は平坦化されていることが必要になる。このような半導体ウェハ等の表面を平坦化する手段として、化学機械研磨（ケミカルメカニカルポリッシング）が用いられている。
【０００３】
化学機械研磨を行うための研磨装置は、表面に研磨パッドが貼着された研磨プラテンと、被研磨体を被研磨面が研磨プラテンに対向するように保持する研磨ヘッドとを備えている。そして、研磨プラテン及び研磨ヘッドは、それぞれ、回転軸に連結され回転可能となっている。
【０００４】
このような研磨装置においては、研磨ヘッドに保持された半導体ウェハは研磨プラテン表面の研磨パッドに押圧され、これと共に研磨プラテン及び研磨ヘッドが回転される。これによって、研磨ヘッドに保持された半導体ウェハは研磨パッドにより研磨される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような研磨装置においては、被研磨体が所望の平坦度又は厚さまで研磨されたときに研磨を終了させる必要がある。従来は、研磨の最中に被研磨体を研磨装置から取り外し、研磨が所望の平坦度又は厚さまで行われているかを評価し、研磨が不十分な場合、被研磨体を再度研磨装置に戻して研磨を続行するということが行われていた。しかし、このような方法は時間及び手間を必要とするという問題があった。また、研磨が過剰に行われると、その被研磨体は使用不可能となるため、材料のロスが大きいという問題もあった。
【０００６】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、適切な研磨時間を設定することにより半導体ウェハ等の被研磨体を所望の厚さ又は平坦度まで研磨することが可能な研磨装置及び研磨方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するため、本発明の研磨装置は、被研磨体を研磨する研磨手段と、該研磨手段により研磨された被研磨体の研磨前の状態、研磨時間及び研磨後の状態を測定する測定手段と、該測定手段で得られたデータと前記被研磨体の最適研磨状態を表すデータとに基づいて、予め設定された計算式に従って、前記被研磨体の最適研磨時間を計算するプロセッサと、新たに研磨される被研磨体を前記プロセッサにより計算された最適研磨時間だけ研磨するように前記研磨手段を制御する制御手段とを備えるように構成した。
【０００８】
また、本発明の研磨方法は、研磨手段により被研磨体を研磨する研磨ステップと、該研磨ステップで研磨される被研磨体の研磨前の状態、研磨時間及び研磨後の状態を測定する測定ステップと、該測定ステップで得られたデータと前記被研磨体の最適研磨状態を表すデータとに基づいて予め設定された計算式に従って前記被研磨体の最適研磨時間を計算する計算ステップと、新たに研磨される被研磨体を前記プロセッサにより計算された最適研磨時間だけ研磨するように前記研磨手段を制御する制御ステップとを含むように構成した。
【０００９】
本発明の研磨装置及び研磨方法によれば、被研磨体の最適研磨状態、既に研磨された被研磨体の研磨前の状態、研磨後の状態、実際の研磨時間を含むパラメータから最適研磨時間を求め、新たに研磨される被研磨体は、この研磨時間だけ研磨されるようにしたので、被研磨体を最適状態に研磨することができる。
【００１０】
また、研磨時間を計算するための計算式を、上記のパラメータ及び＋、−、×、÷等の演算子を用いて使用者が自由に設定できるようにすることにより、被研磨体の種類、研磨装置の状態、使用環境等に応じて適切な最適研磨時間を求めることができ、被研磨体が最適状態となるように研磨することが可能になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る研磨装置１０を示す。この研磨装置１０は、半導体ウェハ等の被研磨体Ｗを研磨するための研磨装置本体２０と、研磨装置本体２０により研磨される被研磨体の研磨前厚さ、研磨時間及び研磨後厚さを測定する測定装置３０と、被研磨体Ｗの目標厚さと測定装置３０で得られたデータとに基づき適切な研磨時間を計算するためのプロセッサ４０と、このプロセッサ４０により計算された研磨時間だけ被研磨体Ｗを研磨するように研磨装置本体２０を制御する制御装置５０と、被研磨体Ｗを搬送する搬送装置６０と、上記構成要素の動作をモニタリングするモニター７０とを備えている。これらの要素はネットワークを形成するように連結されている。
【００１２】
研磨装置本体２０は、図２に示されるように、表面に研磨パッド２２が貼着された研磨プラテン２１と、被研磨体Ｗを保持する研磨ヘッド２３とを備えている。研磨ヘッド２３は、回転軸２４に連結され回転可能となっている。また、この回転軸２４は、平行移動アーム２５に連結され、研磨プラテン２１の一端から他端まで移動可能となっている。
【００１３】
研磨プラテン２１は、回転軸に連結され回転可能となっている。また、研磨パッド２２の下面には、発砲ウレタン等で形成された弾性マット２６が設けられており、この弾性マット２６を介して研磨パッド２２が保持される。
【００１４】
このような研磨装置本体２０においては、研磨ヘッド２３に保持された被研磨体Ｗは研磨プラテン２１上の研磨パッド２２に押圧され、これと共に研磨プラテン２１及び研磨ヘッド２３が回転される。このとき、研磨パッド２２には、水酸化カリウム等のアルカリ成分及びシリカ粒子等の微粒子を含む研磨剤が供給され、被研磨体Ｗはアルカリ成分による化学的作用と微粒子による機械的作用により研磨される。
【００１５】
測定装置３０は、研磨装置本体２０により研磨される被研磨体Ｗの研磨前厚さ、研磨後厚さ等の被研磨体の状態や実際の研磨時間を測定する。このような測定装置３０において、被研磨体の厚さが測定される場合、例えば、光干渉式膜厚測定器等を用いることができる。
【００１６】
プロセッサ４０は、測定装置３０により測定されデータ及び被研磨体の最適状態を示すデータに基づき予め定められた計算式により最適研磨時間を計算する。本発明に係る研磨装置１０においては、この計算式は、図３に示されるように、研磨前の厚さ、研磨後の厚さ、研磨時間、研磨レート、目標研磨量、補正定数等のパラメータと、＋、−、×、÷等の演算子を適宜用いることにより使用者が自由に設定することがでる。
【００１７】
例えば、既に研磨された被研磨体Ｗの研磨前の厚さ、研磨後の厚さ、実際の研磨時間及び目標厚さから研磨レート及び目標研磨量は以下の式により求めることができる。
【数１】
0004827292.tif 000002
【数２】
0004827292.tif 000003
次いで、上式により得られた研磨レート及び目標研磨量に基づき最適研磨時間は以下の式により求めることができる。
【数３】
0004827292.tif 000004
【００１８】
上記式によれば、例えば、研磨前の厚さが１５０００Å、研磨後の厚さが６５００Å、実際の研磨時間が６０秒で、目標厚さが５０００Åの場合、最適研磨時間は７０．６秒になる。
本発明に係る研磨装置１０においては、上記のような計算式は、被研磨体Ｗの種類、研磨装置１０の状態、使用環境等に応じて使用者が自由に設定することができる。
【００１９】
制御装置５０は、プロセッサ４０により計算された最適研磨時間だけ被研磨体が研磨されるように、研磨装置本体２０の研磨ヘッド２３及び研磨プラテン２１等を制御する。
搬送装置６０は、研磨装置本体２０と測定装置３０との間で被研磨体を搬送する。また、モニター７０は、上述した各構成の動作をモニタリングできるように構成されている。
【００２０】
次に、上記の研磨装置を用いた研磨方法について、図４を参照して説明する。
まず、所定の研磨時間を設定し（Ｓ１）、研磨装置本体２０によりこの研磨時間だけ被研磨体の研磨を行う（Ｓ２）。
【００２１】
そして、この研磨された被研磨体Ｗの厚さを測定装置３０により測定し（Ｓ３）、プロセッサ４０はこの測定された厚さが所定の目標厚さ範囲内か否かを判断する（Ｓ４）。
【００２２】
この測定された厚さが目標範囲内の場合、上記の研磨時間を最適研磨時間として、新たな被研磨体Ｗの研磨を行う。この測定された厚さが目標範囲内となっていない場合、プロセッサ４０は研磨された被研磨体Ｗの研磨前厚さ、研磨後厚さ、研磨時間及び目標厚さ等のパラメータ及び演算子を適宜用いて使用者が自由に設定した計算式により、最適研磨時間を計算する（Ｓ５）。
【００２３】
そして、上記の方法で得られた最適研磨時間を研磨時間として、研磨装置本体２０により新たな被研磨体Ｗの研磨が行われる。
以下、このようなステップが被研磨体毎に繰り返される。
【００２４】
上記のような研磨装置１０及び研磨方法によれば、被研磨体Ｗの目標厚さ、既に研磨された被研磨体Ｗの研磨前の厚さ、研磨後の厚さ及び実際の研磨時間等を含むパラメータから最適研磨時間を求め、新たに研磨される被研磨体がこの研磨時間だけ研磨されるので、被研磨体Ｗが目標の厚さとなるように研磨することができる。
【００２５】
また、研磨時間を計算するための計算式を、上記のパラメータ及び演算子を用いて使用者が自由に設定することができるようにしたので、被研磨体の種類、研磨装置の状態、使用環境等に応じた適切な最適研磨時間を求めることができ、被研磨体が目標厚さとなるように研磨することが可能になる。
【００２６】
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、適宜変更することが可能である。例えば、最適研磨時間を計算するためのパラメータとしては、上述したものの他、被研磨体に対する研磨割合、日常点検時の研磨割合、薄膜形成時の研磨割合、装置固有の割合等を用いてもよい。また、上述した形態では、被研磨体の厚さに基づいて最適研磨時間が計算されているが、例えば、被研磨体の平坦度等に基づいて最適研磨時間を計算できるようにしてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、発明の研磨装置及び研磨方法によれば、被研磨体の最適研磨状態、被研磨体の研磨前の状態、研磨後の状態及び実際の研磨時間を含むパラメータから最適研磨時間を求め、新たに研磨される被研磨体はこの最適研磨時間だけ研磨されるようにしたので、被研磨体を最適状態となるように研磨することが可能になる。
【００２８】
また、研磨時間を計算するための計算式を、上記のパラメータ及び演算子を用いて使用者が自由に設定できるようにすることにより、被研磨体の種類、研磨装置の状態、使用環境等に応じた適切な最適研磨時間を求めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る研磨装置の概略を示す図である。
【図２】図１の研磨装置の研磨装置本体の概略を示す図である。
【図３】最適研磨時間を計算するための計算式の設定方法を説明するための図である。
【図４】本発明に係る研磨方法の概略を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０  研磨装置
２０  研磨装置本体
３０  測定装置
４０  プロセッサ
５０  制御装置
Ｗ  被研磨体
【図１】
0004827292.tif 000005
【図２】
0004827292.tif 000006
【図３】
0004827292.tif 000007
【図４】
0004827292.tif 000008