JP2005144562A - 基板研磨装置及び基板研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被研磨基板の加工面に作用する研磨圧力に多少の変動が生じても研磨量を正確に制御することができる基板研磨装置を提供する。
【解決手段】基板研磨装置の構成として、半導体ウエハＷを保持する研磨ヘッド２と、研磨パッド４が張設された研磨定盤１と、研磨ヘッド２に保持された半導体ウエハＷを研磨パッド４に押し付けたときに半導体ウエハＷの加工面に作用する研磨圧力を測定する圧力測定器１５と、この圧力測定器１５で測定された研磨圧力と研磨時間との積を累積した実績累積値を求めるとともに、この実績累積値に基づいて圧力調整器１４の設定値を変えることにより研磨圧力を制御する制御手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば半導体ウエハや液晶表示装置用ガラス板のような薄板状基板を研磨する基板研磨装置及び基板研磨方法に関する。

半導体装置の高集積化、多層配線化が進むにつれて、半導体装置の製造工程では、各種層間絶縁膜或いはその他の膜の平坦化が重要になっている。平坦化のための技術としては種々の技術が提案されている。なかでもシリコンウエハ等の鏡面研磨技術を応用したＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing：化学的機械研磨)法が注目されている。

ＣＭＰ法にしたがって基板を研磨する基板研磨装置（ＣＭＰ装置）は、被研磨基板を研磨ヘッドで保持するとともに、その被研磨基板の加工面を、研磨定盤に張設された研磨パッドに所定の研磨圧力で押し付けて研磨する。その際、研磨ヘッド及び研磨定盤はそれぞれ所定の方向に回転し、この状態で研磨パッド上に研磨スラリーと呼ばれる研磨液（研磨剤）を供給する。これにより、研磨ヘッドに保持された被研磨基板の加工面は、研磨パッドとの擦れによる機械的な研磨作用と、研磨液による化学的な研磨作用によって研磨される。ＣＭＰ法に基づく基板研磨技術に関しては、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。

この種の基板研磨装置では、被研磨基板の加工面全体を均一かつ平坦に所定の研磨量だけ研磨することが要求される。特に、近年においては、高平坦化の要求に応じて、研磨圧力の低圧力化が強く求められている。この理由は、研磨圧力を高くすると、研磨パッドの沈み込みによるパッド面の変形などにより、基板研磨時の均一性や平坦性が損なわれるためである。

特開２００１−２６９８６１号公報

しかしながら、研磨圧力を低圧で安定的に制御（調整）することは非常に困難であり、更に研磨中の種々の変動要因、例えば研磨時の振動によっても研磨圧力が変動するため、それに伴って研磨量にバラツキが生じる。そのため、基板面内の研磨量の分布が悪化したり、研磨レートが変動したりする。

また、ＣＭＰ法を採用した基板研磨技術以外に、例えば特許第３１８４２６１号公報には、磁気ディスク用ガラス基板の表面仕上げ（平坦化）方法として、研磨圧力と研磨時間の積の値が所定の範囲になるように当該研磨圧力と研磨時間を選定する技術が開示されているが、単純に研磨圧力と研磨時間の積をもって研磨量を制御しようとしても、上述した要因で研磨圧力が変動するため、研磨量を正確に制御することはできない。

さらに、研磨圧力は、圧力調整用のレギュレータのヒステリシスや配管の応答性の悪さ、加圧流体となるエアーの漏れなど他の要因によっても変動するため、適切に制御することが極めて困難な管理要素となる。したがって、仮に、レギュレータの圧力設定値を一定にしたり、研磨圧力が設定圧に近づくようにフィードバック制御したりしても、研磨圧力の変動を十分に抑えることができず、結果的に研磨量にバラツキが生じてしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、被研磨基板の加工面に作用する研磨圧力に多少の変動が生じても研磨量を正確に制御することができる基板研磨装置及び基板研磨方法を提供することにある。

本発明に係る基板研磨装置は、被研磨基板を保持する研磨ヘッドと、研磨パッドが張設された研磨定盤と、研磨ヘッドに保持された被研磨基板を研磨パッドに押し付けたときに当該被研磨基板に作用する研磨圧力を測定する測定手段と、この測定手段で測定された研磨圧力と研磨時間との積を累積した実績累積値を求めるとともに、この実績累積値に基づいて研磨圧力を制御する制御手段とを備えるものである。

本発明に係る基板研磨装置においては、被研磨基板に作用する研磨圧力を測定手段で測定し、この研磨圧力と研磨時間との積を累積した実績累積値に基づいて研磨圧力を制御手段で制御することにより、研磨中に研磨圧力が多少変動しても、その変動分が実績累積値に反映され、これに基づいて研磨圧力が適切に制御（補正）される。そのため、単に研磨圧力の設定値を一定にしたりフィードバック制御したりする場合に比べて、実際の研磨量と目標とする研磨量とのズレが小さくなる。

本発明に係る基板研磨方法は、被研磨基板を研磨パッドに押し付けたときに当該被研磨基板に作用する研磨圧力を測定するとともに、この研磨圧力と研磨時間との積を累積した実績累積値を求め、この実績累積値に基づいて研磨圧力を制御するものである。

本発明に係る基板研磨方法においては、被研磨基板に作用する研磨圧力を測定し、この研磨圧力と研磨時間との積を累積した実績累積値に基づいて研磨圧力を制御することにより、研磨中に研磨圧力が多少変動しても、その変動分が実績累積値に反映され、これに基づいて研磨圧力が適切に制御（補正）される。そのため、単に研磨圧力の設定値を一定にしたりフィードバック制御したりする場合に比べて、実際の研磨量と目標とする研磨量とのズレが小さくなる。

本発明の基板研磨装置によれば、被研磨基板に作用する研磨圧力を測定手段で測定し、この研磨圧力と研磨時間との積を累積した実績累積値に基づいて研磨圧力を制御手段で制御することにより、実際の研磨量と目標とする研磨量とのズレを小さく抑えることができる。したがって、研磨量の安定化を図ることができる。

本発明の基板研磨方法によれば、被研磨基板に作用する研磨圧力を測定し、この研磨圧力と研磨時間との積を累積した実績累積値に基づいて研磨圧力を制御することにより、実際の研磨量と目標とする研磨量とのズレを小さく抑えることができる。したがって、研磨量の安定化を図ることができる。

以下、被研磨基板としてシリコンウエハ等の半導体ウエハ（半導体基板）を例示しながら、本発明の具体的な実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。ただし、被研磨基板は半導体ウエハに限らず、液晶表示装置用ガラス板などであってもよい。

図１は本発明の実施形態に係る基板研磨装置の構成を示す概略図である。図示した基板研磨装置は、被研磨基板となる薄板状の半導体ウエハＷをＣＭＰ法にしたがって研磨する研磨装置（ＣＭＰ装置）であって、主として、研磨定盤１と、研磨ヘッド２と、研磨液供給ノズル３とを備えて構成されている。

研磨定盤１は、平面視円形の平らな上面を備えている。研磨定盤１の上面は、例えば、半導体ウエハＷの直径の２倍以上の直径からなる面積を有している。研磨定盤１の上面（平面）には研磨パッド４が張設されている。研磨パッド４は、例えば、ポリエステル樹脂製の不織布などで構成されている。また、研磨パッド４は、両面接着テープなどの接着剤などを用いて研磨定盤１の上面に貼着固定されている。一方、研磨定盤１の下面の中央部にはプレート回転軸５が連結されている。このプレート回転軸５は図示しないモータ等の駆動源によって回転駆動されるものである。研磨定盤１は、このプレート回転軸５を中心に、例えば、１００ｒｐｍの回転数で矢印Ｒａの方向に回転するように構成されている。

研磨ヘッド２は、被研磨基板となる半導体ウエハＷを、その加工面を下向きにして水平に保持するもので、研磨定盤１の上面に張設された研磨パッド４と上下方向で対向する状態に配置されている。さらに詳述すると、研磨ヘッド２は、研磨定盤１の上方で、当該研磨定盤１の中心となるプレート回転軸５の中心から外れた位置、具体的には研磨定盤１の半径領域のほぼ中央部に対向する状態で配置されている。また、研磨ヘッド２の上面の中央部にはヘッド回転軸６の下端部が連結されている。このヘッド回転軸６を中心にして研磨ヘッド２は例えば上記研磨定盤１の回転数と同じ１００ｒｐｍで、研磨定盤１と同じ回転方向である矢印Ｒｂの方向に回転するように構成されている。また、ヘッド回転軸６の上端部はシリンダ７に連結されている。ヘッド回転軸６は図示しないモータ等の駆動源によって回転駆動されるもので、シリンダ７から垂下した状態に配置されている。シリンダ７は、シリンダ圧力弁８によるシリンダ圧力の調整にしたがって研磨ヘッド２を昇降させるヘッド昇降用の駆動源となるものである。

研磨ヘッド２の下面には、そのヘッド外周部を除いたヘッド中央部を凹状にへこませた状態で加圧チャンバ９が設けられている。この加圧チャンバ９は、薄膜によって研磨ヘッド２の内部に区画形成されたもので、研磨ヘッド２に保持された半導体ウエハＷを面的に加圧するためのものである。さらに詳述すると、加圧チャンバ９は、例えば１ｍｍ程度の厚さを有する軟質の弾性材料（例えば、ゴム材）を用いて形成されている。そして、この加圧チャンバ９に所定の流体圧力を加えることにより、半導体ウエハＷを研磨パッド４に押し付けて研磨できるようになっている。また、加圧チャンバ９は適度な弾性を備えているため、例えば、半導体ウエハＷに厚みムラがあったり、半導体ウエハＷの裏面（加工面と反対側の面）に塵埃などが付着していたりしても、それらによる凹凸をチャンバ自身の弾性によって吸収することにより、半導体ウエハＷの加工面を均一に研磨パッド４に押し付けて研磨できるように構成されている。

なお、加圧チャンバ９によって半導体ウエハＷを加圧する場合は、加圧チャンバ９を区画形成するゴム材の表面を半導体ウエハＷの裏面に接触させ、このゴム材を介して半導体ウエハＷを流体圧力により加圧するように構成してもよいし、ゴム材を下向きに開口するように装着し、その開口部を半導体ウエハＷの裏面で塞ぐことにより加圧チャンバ９を区画し、この加圧チャンバ９に加えられる流体圧力で直接、半導体ウエハＷを加圧するように構成してもよい。

研磨ヘッド２の下面の外周部にはリテーナリング１０が装着されている。リテーナリング１０は、研磨ヘッド２に保持された半導体ウエハＷの飛び出しを防止するためのものである。リテーナリング１０は、例えばエポキシ樹脂、ポリアセタール樹脂の樹脂材料によって構成されるものである。リテーナリング１０の内径は半導体ウエハＷの外径より僅かに大きい寸法に設定されている。

研磨液供給ノズル３は、研磨加工時に半導体ウエハＷと研磨パッド４との接触界面に、研磨スラリーと呼ばれる研磨液（研磨剤）１１を供給するためのものである。研磨液供給ノズル３は、研磨液の供給源となる研磨液供給装置（不図示）に接続されている。また、研磨液供給ノズル３の供給口（先端部）は、研磨定盤１の上方で研磨パッド４に対向する状態に配置されている。また、ノズル供給口は、研磨定盤１の回転中心部の近傍で、かつ研磨ヘッド２と研磨パッド４とが対向する位置と平面的に重ならない位置関係で、研磨定盤１の上方に配置されている。

また、研磨ヘッド２の加圧チャンバ９に対しては、ヘッド回転軸６及びロータリジョイント１２を通して加圧用配管１３の一端部が連通状態で接続されている。加圧用配管１３は、加圧チャンバ９に加圧流体（例えば、圧縮空気）を供給する供給経路を形成するものである。加圧用配管１３には、加圧流体の流体圧力を調整するための圧力調整器（例えば、圧力調整弁）１４が接続されている。また、加圧チャンバ９には、当該加圧チャンバ９内の圧力（流体圧力）を研磨圧力として測定する圧力測定器１５が接続されている。

研磨圧力とは、研磨ヘッド２で保持した半導体ウエハＷを研磨定盤１上の研磨パッド４に押し付けたときに、半導体ウエハＷの加工面に作用する実効的な圧力をいう。この研磨圧力は加圧チャンバ９に加える流体圧力に依存して変化するため、本実施形態では加圧チャンバ９内の圧力を研磨圧力として測定している。この研磨圧力は、半導体ウエハＷを研磨するときの研磨レートと相関がある。すなわち、一般的には研磨圧力を高めていくと、それに連れて研磨レートが大きくなる。したがって、圧力測定器１５を用いて研磨圧力を測定することは、間接的に研磨レートを測定していることになる。しかしながら研磨レートに影響を与えるパラメータは多く、研磨圧力と研磨レートの相関を求めた場合に原点を通る直線で表せない場合は圧力と研磨レートの相関をある関数で表し、その関数をコントローラーに入力し、研磨圧力を測定することにより研磨レートを求めることが出来るようにすることも出来る。

図２は本発明の実施形態に係る基板研磨装置の制御系の構成を示すブロック図である。図示のように圧力測定器１５による研磨圧力の測定結果は累積加算器１６に入力される。累積加算器１６は、圧力測定器１５の測定結果である研磨圧力とこれに対応する研磨時間との積を求めるとともに、この積を順に加算（累積）した実績累積値を求めるものである。累積加算器１６によって得られた実績累積値の演算データは比較演算器１７に入力される。

比較演算器１７は、累積加算器１６の演算結果である実績累積値と予め設定された目標累積値とを比較してその差分を求め、この差分が、予め設定された許容範囲内であるかどうかを確認したり、上記実績累積値と予め設定された最終目標累積値とを比較することにより、実績累積値が最終目標累積値に到達したか否かを判定したりするものである。また、比較演算器１７では、実績累積値と目標累積値との比較結果（差分）に基づいて、圧力調整器１４の圧力設定値を可変調整する一方、実績累積値と最終目標累積値との比較結果に基づいて研磨終点を検出し、その旨を示す研磨終了信号をコントローラ１８に出力するものである。

コントローラ１８は、図示しない操作部から入力される研磨開始信号にしたがって半導体ウエハＷの研磨を開始するとともに、比較演算器１７から入力される研磨終了信号にしたがって半導体ウエハＷの研磨を停止させるものである。また、コントローラ１８は、研磨開始から研磨終了（研磨停止）までの間、プレート回転軸５を中心とした研磨定盤２の回転動作や、シリンダ７による研磨ヘッド２の昇降動作、さらにはヘッド回転軸６を中心とした研磨ヘッド２の回転動作や、研磨液供給ノズル３からの研磨液の供給動作を制御するものである。

続いて、本発明の実施形態に係る基板研磨装置を用いて実現される基板研磨方法について、図３のフローチャートを用いて説明する。

先ず、コントローラ１８は、それぞれに対応するモータを駆動することにより、プレート回転軸５を中心に研磨定盤１を回転させるとともに、ヘッド回転軸６を中心に研磨ヘッド２を回転させ、この状態でシリンダ７の駆動により研磨ヘッド２を下降させる（ステップＳ１）。その際、研磨ヘッド２は研磨パッド４に近づくように下降動作するため、コントローラ１８は、研磨ヘッド２の下降量が規定の下降量に達しか否かを繰り返し判定する（ステップＳ２）。このとき、研磨ヘッド２の下降量が規定の下降量に達すると、シリンダ圧力弁８で調整されたシリンダ圧力にしたがってリテーナリング１０が研磨パッド４に押圧されるとともに、研磨ヘッド２に保持された半導体ウエハＷの加工面が研磨パッド４に接触した状態となる。これに先立って研磨液供給ノズル３の供給口からは研磨液が供給される。

次いで、圧力調整器１４で設定された圧力をもって加圧チャンバ９に流体圧力を印加することにより、半導体ウエハＷの加工面を研磨パッド４の上面に押し付けるように加圧する（ステップＳ３）。このとき、半導体ウエハＷと研磨パッド４の間には加圧チャンバ９内の流体圧力に依存した研磨圧力が作用するため、この研磨圧力をもって半導体ウエハＷの加工面が研磨パッド４の上面に押し付けられる。

次に、加圧チャンバ９に所定の流体圧力を印加してから（半導体ウエハＷに研磨圧力を作用させてから）の経過時間が規定の時間に達したか否かを確認する（ステップＳ４）。規定の時間は、加圧チャンバ９に所定の流体圧力を印加してから、実際に半導体ウエハＷに作用する研磨圧力（測定圧力）が設定圧力に上昇するまでの立ち上がり時間相当（例えば、５秒前後）に設定される。そして、加圧チャンバ９に流体圧力を印加してからの経過時間が規定の時間に達した時点を研磨開始点とし、そこを起点に研磨時間の計測を開始する（ステップＳ５）。研磨時間の計測は、図示しないタイマーによって行われ、この計測結果（タイマー計測値）がリアルタイムで累積加算器１６に入力される。

ちなみに、本実施形態においては、特に好ましい例として、加圧チャンバ９に所定の流体圧力を印加してからの経過時間が規定の時間に達した時点を研磨開始点としているが、これ以外にも、研磨ヘッド２の下降量が規定量に達した時点（半導体ウエハＷが研磨パッド４に接触した時点）、或いは加圧チャンバ９に所定の流体圧力を印加し始めた時点を研磨開始点として研磨時間の計測を開始してもよい。

続いて、圧力測定器１５で研磨圧力を測定し、その測定結果を累積加算器１６に与える（ステップＳ６）。そうすると、累積加算器１６では、圧力測定器１５から与えられた研磨圧力と、これを測定した時点でタイマーから入力された研磨時間との積と、この積を累積（順次加算）した実績累積値をそれぞれ演算によって求める（ステップＳ７，Ｓ８）。例えば、圧力測定器１５で測定された研磨圧力がＰ（hＰａ：ヘクトパスカル）で、その測定時の研磨時間がＴ（sec：秒）とすると、累積加算器１６では、Ｐ×Ｔの演算を行ってそれらの積を求めるとともに、この積を順に加算して得られる実績累積値を求める。研磨時間の計測は、例えば基準となる一定周期のクロックの数をタイマーでカウントすることにより実行される。タイマー機能はコントローラ１８に持たせることもできる。また、研磨圧力を測定するためのサンプリング周期は、上記基準となる一定周期のクロックのカウント値に基づいて、例えば１sec或いはそれよりも短い数ｍsecで設定される。

このとき、圧力測定の回数をｎ（ｎは１以上の整数）とし、１回目の圧力測定で得られる積をＰＴ１、２回目の圧力測定で得られる積をＰＴ２、…、ｎ回目の圧力測定で得られる積をＰＴｎとする。そうした場合、１回目（ｎ＝１のとき）の圧力測定では、研磨圧力と研磨時間の積がＰＴ１で、実績累積値もＰＴ１として求まる。また、２回目の圧力測定では、研磨圧力と研磨時間の積がＰＴ２で、実績累積値が（ＰＴ１＋ＰＴ２）として求まる。そして、Ｎ回目の圧力測定では、研磨圧力と研磨時間の積がＰＴｎで、実績累積値が（ＰＴ１＋ＰＴ２＋…＋ＰＴｎ）として求まる。

続いて、先に求めた実績累積値と予め設定された最終目標累積値とを比較演算器１７比較することにより、実績累積値が最終目標累積値に達したか否かを判定する（ステップＳ９）。そして、実績累積値が最終目標累積値に達したと判定した場合は、その時点でコントローラ１８に研磨終了信号を出力する。これにより、コントローラ１８は、加圧チャンバ９内の圧力を十分な低圧レベルまで下げるなどして半導体ウエハＷの研磨を停止させるとともに、シリンダ７の駆動により研磨ヘッド２を上昇させる（ステップＳ１０）。このとき、研磨ヘッド２の上昇とともに研磨液供給ノズル３からの研磨液の供給も停止する。

一方、実績累積値が最終目標累積値に達していないと判定した場合は、これに続く判定処理として、先に求めた実績累積値と予め設定された目標累積値との差分を比較演算器７で求め、この差分が予め設定された許容範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ１１）。そして、実績累積値と目標累積値との差分が許容範囲を超えていると判定した場合は、圧力調整器１４の圧力設定値を調整して研磨圧力を補正（増減）する（ステップＳ１２）。すなわち、許容範囲を超えるレベルで実績累積値が目標累積値を上回る場合は、圧力調整器１４の圧力設定値を下げて研磨圧力を低減させ、許容範囲を超えるレベルで実績累積値が目標累積値を下回る場合は、圧力調整器１４の圧力設定値を上げて研磨圧力を増加させる。こうして研磨圧力を補正した後は、上記ステップＳ６に戻る。また、実績累積値と目標累積値との差分が許容範囲内であると判定した場合は、研磨圧力を補正することなく、上記ステップＳ６に戻る。

ちなみに、目標累積値とは、圧力測定器１５で研磨圧力を繰り返し測定（サンプリング）するときに、その時々の測定タイミングに対応する研磨時間で基準（指標）とする累積値であって、これは研磨圧力が設定値通りの理想状態で推移した場合に得られる実績累積値にしたがって設定される。また、最終目標累積値とは、基板研磨の終点を検出するための基準となる累積値であって、これは研磨圧力が設定値通りの理想状態で推移した場合に半導体ウエハＷの研磨量が所望の量に達するときの実績累積値にしたがって設定される。

以上のような手順で半導体ウエハＷの研磨を行うことにより、研磨圧力の測定値と設定値は図４（Ａ）に示すように推移し、実績累積値は図４（Ｂ）に示すように推移するようになる。図４（Ａ）においては、研磨圧力の測定値を実線、設定値を破線で示している。また、図４（Ｂ）においては、実績累積値を実線、目標累積値を一点鎖線、それらの差分の許容範囲（上限、下限）を破線で示している。この図４（Ａ），（Ｂ）から分かるように、実績累積値が目標累積値を上回って許容範囲の上限に達した時間Ｔａでは、研磨圧力の設定値がＰａからＰｂに下げられている。したがって、研磨圧力の測定値（平均的な値）も時間Ｔａの前後で変化し、これに伴って実績累積値も目標累積値を基準に上昇傾向から下降傾向に転じている。また、実績累積値が目標累積値を下回って許容範囲の下限に達した時間Ｔｂでは、研磨圧力の設定値がＰｂからＰｃに上げられている。したがって、研磨圧力の測定値（平均的な値）も時間Ｔｂの前後で変化し、これに伴って実績累積値も目標累積値を基準に下降傾向から上昇傾向に転じている。そして、実績累積値が最終目標累積値ＰＴｅに到達した時間Ｔｃを研磨終点として基板の研磨を停止している。

このように半導体ウエハＷの研磨中に圧力測定器１５を用いて研磨圧力を測定するとともに、この測定によって得られた研磨圧力と研磨時間との積を累積した実績累積値を求め、この実測累積値に基づいて圧力調整器１４により研磨圧力を補正する制御形態を採用することにより、実際に圧力調整器１４で設定した圧力と圧力測定器１５で測定した研磨圧力との間に誤差があったり、研磨中に種々の要因で研磨圧力が変動したりしても、それらが実績累積値に反映される。したがって、この実績累積値に基づいて研磨圧力を制御することにより、実際の研磨量と目標とする研磨量とのズレを小さく抑えることができる。その結果、半導体ウエハＷを研磨するにあたって研磨量を正確に制御し、研磨量の安定化を図ることができる。

特に、研磨開始から研磨終了までの間に、比較演算器１７で演算した実績累積値と目標累積値との差分に応じて、この差分がゼロに近づくように圧力調整器１４で研磨圧力を補正することにより、研磨中に随時、研磨圧力を適切に補正することができる。

また、実績累積値と目標累積値との差分が許容範囲を超えたときに、圧力調整器１４で研磨圧力を補正することにより、実績累積値が目標累積値を越えて大きくずれないように制御することができる。これにより、研磨圧力の１回当たりの補正量を小さく抑えることができるとともに、研磨圧力の補正によって上記差分を速やかにゼロに近づけることができる。

また、比較演算器１７で算出した実績累積値が予め設定された最終目標累積値に到達したときにコントローラ１８で半導体ウエハＷの研磨を停止させることにより、半導体ウエハＷの加工面を所望の研磨量だけ的確に研磨することができる。

また、基板の研磨を停止させる時間Ｔｃは、実績累積値が最終目標累積値ＰＴｅに到達したタイミングに依存したものとなるため、例えば前回の基板研磨の停止時間と今回の基板研磨の停止時間との間に多少のずれが生じることもあり得る。その際、基板研磨の停止時間のずれを小さく抑えたい場合は、目標累積値を中心にした許容範囲（上限、下限）の設定方式として図５（Ａ）又は図５（Ｂ）の方式を採用すればよい。

図５（Ａ）においては、目標累積値（図中一点鎖線で示す）を基準に実績累積値の上限及び下限の許容範囲（図中破線で示す）を設定するとともに、研磨の開始から終了までの間に研磨時間の経過にしたがって許容範囲が徐々（連続的）に狭くなるように設定している。また、図５（Ｂ）においては、目標累積値（図中一点鎖線で示す）を基準に実績累積値の上限及び下限の許容範囲（図中破線で示す）を設定するとともに、研磨の開始から中間時点までは研磨時間の経過にしたがって許容範囲が徐々に広くなり、当該中間時点から研磨の終了までは研磨時間の経過にしたがって許容範囲が徐々に狭くなるように設定している。

このように許容範囲を設定することにより、基板研磨の後半では実績累積値を目標累積値に収束させるように研磨圧力を補正することができる。そのため、基板研磨の停止時間を安定させることができる。特に、基板研磨を開始した直後は、実績累積値と目標累積値との差分が小さくなるため、これに合わせて図５（Ｂ）のように許容範囲を設定することが望ましい。また、実際に研磨圧力を補正するにあたっては、実績累積値と目標累積値との差分に応じて、この差分が大きい場合は補正量も大きく、差分が小さい場合は補正量も小さくなるように、研磨圧力の補正量を適宜変更することも可能である。

ちなみに、上記実施形態においては、１つ半導体ウエハＷに対して加圧チャンバ９が１つ設けられたものについて説明したが、最近では半導体ウエハＷの面内均一性を向上させるために、１つの半導体ウエハＷに対して加圧チャンバ９が複数設けられたものもある。具体的には、例えば図６に示すように、半導体ウエハＷの中心部寄りに第１の加圧チャンバ９Ａを設け、その周りに同心円状（ドーナツ状）に第２の加圧チャンバ９Ｂを設けたものがある。各々の加圧チャンバ９Ａ，９Ｂは、例えば上記第１実施形態と同様にゴム材等の軟質弾性材料で空間を区画することにより構成されるものである。

このように加圧チャンバ９が複数（図例では２つ）の加圧チャンバ９Ａ，９Ｂで形成された方式（以下、マルチチャンバ方式）の基板研磨装置では、各々の加圧チャンバ９Ａ，９Ｂに個別に対応するように加圧用配管１３Ａ，１３Ｂ、圧力調整器１４Ａ，１４Ｂ及び圧力測定器１５Ａ，１５Ｂが設けられた構成となっている。また、制御系の構成としては、図７に示すように、圧力測定器１５Ａに対応する累積加算器１６Ａと、圧力測定器１５Ｂに対応する累積加算器１６Ｂとを設け、各々の累積加算器１６Ａ，１６Ｂで算出した実績累積値を共通の比較演算器１７に入力する構成となっている。そして、この比較演算器１７の演算結果に応じて、各々の圧力調整器１４Ａ，１４Ｂの圧力設定値が個別に調整されるものとなっている。

このマルチチャンバ方式の基板研磨装置では、上記同様の制御方式（図４参照）にしたがって加圧チャンバ９Ａによる研磨圧力と加圧チャンバ９Ｂによる研磨圧力を個別に補正することにより、加圧チャンバ９Ａに対応する半導体ウエハＷの内側領域と、加圧チャンバ９Ｂに対応する半導体ウエハＷの外側領域で、それぞれ研磨量を正確に制御することができる。これにより、半導体ウエハＷの加工面全体を均一に研磨することができるため、研磨量の安定化とあわせて面内均一性の向上を図ることができる。

また、マルチチャンバ方式の基板研磨装置では、第１の加圧チャンバ９Ａに対応する圧力測定器１４Ａの測定結果を基に累積加算器１６Ａで算出される実績累積値が最終目標累積値に到達するタイミングと、第１の加圧チャンバ９Ｂに対応する圧力測定器１４Ｂの測定結果を基に累積加算器１６Ｂで算出される実績累積値が最終目標累積値に到達するタイミングにずれが生じることも考えられるが、そうした場合は、最終目標累積値に先に到達した側の研磨圧力（加圧チャンバ内の圧力）を十分に下げた状態で基板研磨を継続することにより、基板の研磨を適切なタイミングで停止させることができる。また、実績累積値と目標累積値との差分の許容範囲を上記図５（Ａ），（Ｂ）に示すように設定することにより、累積加算器１６Ａ，１６Ｂで算出される実績累積値をほぼ同じタイミングで最終目標累積値に到達させることができる。

さらに、累積加算器１６Ａで算出される実績累積値と目標累積値との差分をΔＰＴａとし、累積加算器１６Ｂで算出される実績累積値と目標累積値との差分をΔＰＴｂとした場合に、ΔＰＴａとΔＰＴｂの差（以下、誤差ズレ量）を比較演算器１７で求め、この求めた誤差ズレ量が、図８に示すように、予め設定された許容量（図中破線で示す）を超えたタイミング（時間Ｔｄ，Ｔｅ）で、当該誤差ズレ量が小さくなるように、加圧チャンバ９Ａ，９Ｂの少なくともいずれか一方に対応する研磨圧力を補正（増減）することにより、累積加算器１６Ａ，１６Ｂで算出される実績累積値がそれぞれ最終目標累積値に到達するタイミングを合わせることができる。

また、上記許容量の設定に際して、この許容量が研磨時間の経過にしたがって徐々に少なくなるように設定すれば、累積加算器１６Ａ，１６Ｂで算出される実績累積値がそれぞれ最終目標累積値に到達するタイミングをより正確に合わせることができる。

また、上記実施形態においては、加圧チャンバ９に流体圧力を印加する加圧機構とは別個に圧力測定器１５を設けるようにしたが、これ以外にも、例えば図９に示すように、マルチチャンバ方式の装置構成を採用する場合に、各々の加圧チャンバ９Ａ，９Ｂに対応する加圧用配管１３Ａ，１３Ｂの途中に圧力測定器１５Ａ，１５Ｂを取り付けた構成とすることも可能である。ただし、加圧チャンバから圧力測定器までの配管距離が長くなると、それにつれて測定誤差が大きくなることも考えられるため、上記実施形態（図１）のように加圧チャンバ９の近傍に圧力測定器１５を配置することが望ましい。

本発明の実施形態に係る基板研磨装置の構成を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る基板研磨装置の制御系の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る基板研磨装置を用いて実現される基板研磨方法を説明するためのフローチャートである。 研磨圧力、研磨時間及び累積値の関係を示す図である。 実績累積値の許容範囲の設定例を示す図である。 本発明の実施形態に係る基板研磨装置の他の構成を示す概略図である。 図６に示す基板研磨装置に対応した制御系の構成を示すブロック図である。 研磨時間と誤差ズレ量の関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る基板研磨装置の他の構成例を示す概略図である。

符号の説明

１…研磨定盤、２…研磨ヘッド、４…研磨パッド、１４…圧力調整器、１５…圧力測定器、１６…累積加算器、１７…比較演算器、１８…コントローラ、Ｗ…半導体ウエハ（被研磨基板）

Claims (8)

1. 被研磨基板を保持する研磨ヘッドと、
   研磨パッドが張設された研磨定盤と、
   前記研磨ヘッドに保持された前記被研磨基板を前記研磨パッドに押し付けたときに当該被研磨基板に作用する研磨圧力を測定する測定手段と、
   前記測定手段で測定された前記研磨圧力と研磨時間との積を累積した実績累積値を求めるとともに、この実績累積値に基づいて前記研磨圧力を制御する制御手段と
   を備えることを特徴とする基板研磨装置。
2. 前記制御手段は、前記実績累積値と前記目標累積値との差分に応じて前記研磨圧力を補正することを特徴とする請求項１記載の基板研磨装置。
3. 前記制御手段は、前記実績累積値が予め設定された最終目標累積値に到達したときに前記被研磨基板の研磨を停止させることを特徴とする請求項１記載の基板研磨装置。
4. 前記制御手段は、前記実績累積値と前記目標累積値との差分が、予め設定された許容範囲を超えたときに、前記研磨圧力を補正することを特徴とする請求項２記載の基板研磨装置。
5. 前記制御手段は、前記実績累積値と前記目標累積値との差分がゼロに近づくように前記研磨圧力を補正することを特徴とする請求項２記載の基板研磨装置。
6. 被研磨基板を研磨パッドに押し付けたときに当該被研磨基板に作用する研磨圧力を測定するとともに、この研磨圧力と研磨時間との積を累積した実績累積値を求め、この実績累積値に基づいて前記研磨圧力を制御することを特徴とする基板研磨方法。
7. 前記実績累積値と前記目標累積値との差分に応じて前記研磨圧力を補正することを特徴とする請求項６記載の基板研磨方法。
8. 前記実績累積値が予め設定された最終目標累積値に到達したときに前記被研磨基板の研磨を停止させることを特徴とする請求項６記載の基板研磨方法。
   

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