研磨装置による研磨方法
【課題】研磨速度や研磨形状の変化に合わせて、最適な研磨条件で研磨処理を自動で実行できるようにする。
【解決手段】ステップ１で研磨前の基板の基板（ウェハ）の膜厚を測定する。次に、ステップ２で目標研磨量の半分程度を反りなし形状の研磨レシピ（Ｒｆ）で研磨する。そして、ステップ３で研磨後の基板の膜厚を測定する。このあと、ステップ４で研磨前後の基板の膜厚の測定結果により、（反りなし形状に対応する研磨後の式Ｆ）の結果の予想との誤差を（山型反り形状に対応する研磨後の式Ｙ）、（谷型反り形状に対応する研磨後の式Ｔ）に補正し、残りの研磨量の各測定点が最小になるように、山型反り形状の研磨レシピ（Ｒｙ），谷型反り形状の研磨レシピ（Ｒｔ）それぞれの追加研磨時間を求める。そして、ステップ５で、山型反り形状の研磨レシピ（Ｒｙ），谷型反り形状の研磨レシピ（Ｒｔ）で追加研磨時間だけ研磨除去する。
【解決手段】ステップ１で研磨前の基板の基板（ウェハ）の膜厚を測定する。次に、ステップ２で目標研磨量の半分程度を反りなし形状の研磨レシピ（Ｒｆ）で研磨する。そして、ステップ３で研磨後の基板の膜厚を測定する。このあと、ステップ４で研磨前後の基板の膜厚の測定結果により、（反りなし形状に対応する研磨後の式Ｆ）の結果の予想との誤差を（山型反り形状に対応する研磨後の式Ｙ）、（谷型反り形状に対応する研磨後の式Ｔ）に補正し、残りの研磨量の各測定点が最小になるように、山型反り形状の研磨レシピ（Ｒｙ），谷型反り形状の研磨レシピ（Ｒｔ）それぞれの追加研磨時間を求める。そして、ステップ５で、山型反り形状の研磨レシピ（Ｒｙ），谷型反り形状の研磨レシピ（Ｒｔ）で追加研磨時間だけ研磨除去する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨装置による研磨方法に関し、特に、半導体の基板上に形成された膜を研磨して平坦化する研磨装置による研磨方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板上に形成された膜を研磨して平坦化する場合、研磨速度が一定であるとすると、膜の研磨量は研磨時間と比例するので、研磨前の基板上に形成された膜の厚さを測定しておき、その基板を一定時間だけ研磨し、その後、基板の膜厚を測定する。これにより、単位時間当たりの研磨速度を求めることができ、研磨除去したい基板の膜厚を前記研磨速度で除算することで、研磨時間が求められる（特許文献１，２参照。更に関連先行技術として特許文献３−７参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３３１１８６４号公報
【特許文献２】特開平１０−１０６９８４号公報
【特許文献３】特開平７−１００２９７号公報
【特許文献４】特開２００９−３０２５７７号公報
【特許文献５】特開２００５−３４７５６８号公報
【特許文献６】特開２００７−３３１１０８号公報
【特許文献７】特開２００８−１４１１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記にようにして求めた研磨時間で他の基板を研磨したい場合、研磨量のバラツキ（研磨量バラツキ）が発生し、研磨除去したい基板の膜厚の量から大きく外れることがある。研磨量バラツキの発生の要因は、研磨布のコンディションの変化及び基板の膜厚若しくは反り等により、基板の研磨速度や研磨形状が安定しない。
【０００５】
近年、ウェハ等の基板の材料としては、従来のシリコンから硬いサファイアや、炭化ケイ素、石英ガラスなどの材料を使用することが多くなっている。これら基板の反りによる研磨形状への影響は、研磨量バラツキの要因のなかで特に大きい。又、硬い材料でなくとも、基板の厚さが厚くなれば、前記同様に、基板の反りによる研磨形状への影響が大きくなる。
【０００６】
依って、過去に求めた研磨速度を集計して平均研磨速度を求め、研磨量のバラツキを軽減する手法（特許文献３，４参照）があるが、基板ごとに研磨量のバラツキが疎らになるため、研磨量のバラツキを軽減するにとどまる。更に、これらの作業は、オペレータが、ロット処理ごと又は定期的に手作業で実施することが多く、多大な作業時間を要している（特許文献５，６，７参照）。
【０００７】
総じて、上記従来技術においては、基板の研磨速度や研磨形状が安定し難いことから、研磨速度や研磨形状の変化に合わせて、最適な研磨条件で研磨処理を行うことは容易ではない。
【０００８】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、基板の研磨速度や研磨形状の変化に合わせて、最適な研磨条件で自動にて研磨処理できるようにす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】
【０００９】
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、基板上の膜の反りなし形状をフラットに研磨する研磨レシピ（Ｒｆ）と、山型反り形状の基板及び谷型反り形状の基板を研磨したときの研磨形状を夫々修正させる研磨レシピ（Ｒｙ）及び（Ｒｔ）を事前に作成し、反りなし形状の基板と、山型反り形状の基板及び谷型反り形状の基板を実際に研磨して、夫々の研磨形状を（反りなし形状に対応する研磨後の式）、（山型反り形状に対応する研磨後の式）及び（谷型反り形状に対応する研磨後の式）で補間して研磨する方法であって、研磨前の基板の膜厚を複数地点で測定するステップと、目標研磨量の半分程度を前記研磨レシピ（Ｒｆ）で前記基板を研磨するステップと、研磨後の前記基板の膜厚を複数地点で測定するステップと、研磨前後の前記基板の膜厚データから求められる研磨形状を（反りなし形状に対応する補間後の式）で補間するステップと、この（反りなし形状に対応する補間後の式）と前記（反りなし形状に対応する研磨後の式）との誤差を前記（山型反り形状に対応する研磨後の式）、（谷型反り形状に対応する研磨後の式）に補正するステップと、この（山型反り形状に対応する補間後の式）、（谷型反り形状に対応する補間後の式）の研磨形状から目標研磨量の残りの半分程度について、当該基板の各測定点の目標研磨量との誤差が最小となるように、研磨レシピ（Ｒｙ）、（Ｒｔ）の追加研磨時間を算出するステップと、算出した追加研磨時間だけ前記研磨レシピ（Ｒｙ）、（Ｒｔ）に従い、当該基板に対して目標研磨量の残りの半分程度を追加研磨するステップとを備えることを特徴とする研磨装置による研磨方法を提供する。
【００１０】
この研磨方法は、予め、基板上の膜の反りなし形状をフラットに研磨する研磨レシピ（Ｒｆ）を作成しておき、実際に反りなし形状の基板を研磨して、得られた研磨形状について（反りなし形状に対応する研磨後の式Ｆ）で補間し、また、山型反り形状の基板及び谷型反り形状の基板を研磨したときの研磨形状を夫々修正させる研磨レシピ（Ｒｙ）及び（Ｒｔ）を作成しておき、実際に山型反り形状の基板及び谷型反り形状の基板を研磨して、得られた夫々の研磨形状について（山型反り形状に対応する研磨後の式Ｙ）及び（谷型反り形状に対応する研磨後の式Ｔ）で補間する研磨方法であり、下記の工程を経て基板上の成膜の研磨除去を実行する。
【００１１】
先ず、研磨前の基板（研磨除去したいワークＷ）の膜厚を複数地点で測定して、目標研磨量の半分程度を反りなし形状の研磨レシピ（Ｒｆ）に従い基板を研磨（試し研磨）する。次に、研磨後の基板の膜厚を複数地点で測定し、研磨前後の基板の膜厚データから求められる研磨形状を（反りなし形状に対応する補間後の式Ｆ’）で補間するステップと、この（反りなし形状に対応する補間後の式Ｆ’）と前記（反りなし形状に対応する研磨後の式Ｆ）の誤差を前記（山型反り形状に対応する研磨後の式Ｙ）、（谷型反り形状に対応する研磨後の式Ｔ）に補正する。
【００１２】
そして、補正した（山型反り形状に対応する補間後の式Ｙ’）、（谷型反り形状に対応する補間後の式Ｔ’）の研磨形状から目標研磨量の残りの半分程度について、当該基板の各測定点の目標研磨量との誤差が最小になるように、研磨レシピ（Ｒｙ）、（Ｒｔ）の追加研磨時間を算出する。このあと、算出した追加研磨時間だけ研磨レシピ（Ｒｙ）、（Ｒｔ）に従い、前記基板の目標研磨量の残りの半分程度を追加研磨する。これにより、最終的に、当該研磨速度や研磨形状の変化に合わせて、最適な研磨条件で研磨処理されることとなる。
【００１３】
請求項２記載の発明は、上記研磨形状に対応する一般式が、２次式：Ｙ＝ａＸ2＋ｂ（
ａ，ｂは係数）であることを特徴とする請求項１記載の研磨装置による研磨方法を提供する。
【００１４】
この研磨方法によれば、上記研磨形状の一般式として、２次式：Ｙ＝ａＸ2＋ｂを採用
することにより、係数ａ、ｂの２つを求めるだけで上記研磨形状、即ち、反りなし形状、山型反り形状及び谷型反り形状に対応する研磨形状の式がそれぞれ得られ、これに基づき上記追加研磨時間が容易迅速に算出される。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の発明は、基板の試し研磨で得られた膜厚データに基づき、研磨レシピ（Ｒｙ）、（Ｒｔ）の追加研磨時間を算出した後に、追加研磨時間だけ研磨レシピ（Ｒｙ）、（Ｒｔ）に従い追加研磨する。従って、基板の研磨速度や研磨形状の変化に合わせて、当該基板の研磨処理を円滑・迅速に実行でき、以って、従来例に比し研磨量バラツキを効果的に抑制しつつ、平坦化の研磨処理を効率良く行うことができる。
また、本発明は、基板の加圧制御機構付きの研磨装置を使用して、全ての研磨動作ステップを自動処理できるので、従来例の如き人手作業を無くして作業時間の短縮化を図ることができる。
【００１６】
請求項２記載の発明は、反りなし形状、山型反り形状及び谷型反り形状に対応する研磨形状の式を夫々求める際に、係数ａ、ｂの２つだけを算出すればよいので、研磨量の測定点の数を少なくしても、上記追加研磨時間を容易迅速に算出でき、高精度の研磨処理を一層効率良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施例に係る研磨システムのレイアウトを説明する配置平面図。
【図２】本発明に係る研磨装置を示す要部斜視図。
【図３】図２の研磨ヘッドを断面して示す斜視図。
【図４】図２の研磨ヘッドの裏面側を示す斜視図。
【図５】本発明に係る研磨ヘッドの裏面を説明する解説図。
【図６】図５の研磨ヘッドのエアフロートエリアを説明する側面解説図。
【図７】本発明に係る制御装置の構成例を説明するブロック図。
【図８】図５の研磨ヘッドの静的な状態でのウェハへの圧力分布を示し、（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ研磨レシピ（Ｒｆ）、（Ｒｙ）及び（Ｒｔ）による研磨加工の圧力分布の状態を示す図。
【図９】本発明の一実施例に係る研磨レシピ（Ｒｆ）、（Ｒｙ）及び（Ｒｔ）に従って研磨して得られた研磨形状を説明するグラフ。
【図１０】本発明に係る研磨方法による研磨結果を説明するグラフ。
【図１１】本発明に係る研磨方法を説明するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、研磨速度や研磨形状の変化に合わせて、最適な研磨条件で研磨処理を自動で実行できるようにするという目的を達成するために、基板上に形成された膜を研磨ヘッドで研磨して平坦化する研磨装置による研磨方法において、基板上の膜の反りなし形状をフラットに研磨する研磨レシピ（Ｒｆ）と、山型反り形状の基板及び谷型反り形状の基板を研磨したときの研磨形状を夫々修正させる研磨レシピ（Ｒｙ）及び（Ｒｔ）を事前に作成し、反りなし形状の基板と、山型反り形状の基板及び谷型反り形状の基板を実際に研磨して、夫々の研磨形状を（反りなし形状に対応する研磨後の式）、（山型反り形状に対応する研磨後の式）及び（谷型反り形状に対応する研磨後の式）で補間して研磨する方法であって、研磨前の基板の膜厚を複数地点で測定するステップと、目標研磨量の半分程度を前記研磨レシピ（Ｒｆ）で前記基板を研磨するステップと、研磨後の前記基板の膜厚を複数地点で測定するステップと、研磨前後の前記基板の膜厚データから求められる研磨形状を（反りなし形状に対応する補間後の式）で補間するステップと、この（反りなし形状に対応する補間後の式）と前記（反りなし形状に対応する研磨後の式）との誤差を前記（山型反り形状に対応する研磨後の式）、（谷型反り形状に対応する研磨後の式）に補正するステップと、この（山型反り形状に対応する補間後の式）、（谷型反り形状に対応する補間後の式）の研磨形状から目標研磨量の残りの半分程度について、当該基板の各測定点の目標研磨量との誤差が最小となるように、研磨レシピ（Ｒｙ）、（Ｒｔ）の追加研磨時間を算出するステップと、算出した追加研磨時間だけ前記研磨レシピ（Ｒｙ）、（Ｒｔ）に従い、当該基板に対して目標研磨量の残りの半分程度を追加研磨するステップとを備えることによって実現した。
【実施例１】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施例を図１乃至図１１に基づいて説明する。図１は、本実施例に係る研磨システムの全体の配置を示す。同図に示すように、この研磨システムは、ウェハ（基板）Ｗが収容されたカセットをセットするＥＦＥＭ部０１と、ＥＦＥＭ部０１からウェハＷを取り出して各部に搬送する搬送ロボット０２と、研磨前後のウェハＷ上に形成された膜の膜厚を測定する膜厚計０３と、ウェハＷを研磨するウェハ加圧制御機構付き研磨ヘッド等を備えた研磨部０４と、研磨後のウェハＷを洗浄・乾燥する洗浄部０５とを備える。
【００２０】
本実施例では、ウェハＷ上に形成された成膜の研磨加工に際して、事前に、反りの無
いウェハＷをフラットに研磨する反りなし形状の研磨レシピ（Ｒｆ）を作成しておき、実際に研磨して研磨形状を（式Ｙ）：Ｙ＝ａＸ2＋ｂで補間する。但し、ａ（０でない値）
、ｂ（０より大きい値）は係数である。ここに、ＹはウェハＷの膜厚を示し、ＸはウェハＷの中心から半径方向に離間した地点の距離示す。
【００２１】
ウェハＷは、図２に示すプラテン１１上で回転させながら、揺動往復可能な支持アーム１２で保持されて回転する研磨ヘッド１３でウェハＷを押圧した状態で、ウェハＷの半径方向に沿って研磨加工していくので、この研磨加工で補正できないＸの１次式の項については除外する。
【００２２】
前記同様に、山型反り形状のウェハＷ及び谷型反り形状のウェハＷを研磨したときの研磨形状を夫々修正させる研磨レシピ（Ｒｙ）及び（Ｒｔ）を作成しておき、実際に山型反り形状のウェハＷ及び谷型反り形状のウェハＷを研磨して、夫々の研磨形状を（式Ｙ）及び（式Ｔ）で補間する。
【００２３】
尚、前記プラテン１１は円盤状に形成され、図示しないモータの駆動によって矢印Ａ方向へ回転する。又、プラテン１１の上面には研磨パッド１４が貼着されており、該研磨パッド１４上にノズル１５からスラリーを供給しながら研磨加工する。
【００２４】
ウェハＷ上の成膜を研磨する時は、先ず、ＥＦＥＭ部０１にセットされたウェハＷを、搬送ロボット０２で膜厚計０３に搬送し、研磨前のウェハＷ上の成膜の膜厚を膜厚計０３で測定する。ついで、このウェハＷを研磨部０４に搬送し、反りの無いウェハＷをフラットに研磨する反りなし形状の研磨レシピ（Ｒｆ）を使用して、研磨除去したウェハＷ上の成膜の膜厚の半分程度を研磨除去する。
【００２５】
そして、洗浄部０５にウェハＷを搬送して、ウェハＷの洗浄・乾燥を行う。この後、膜厚計０３にウェハＷを搬送し、研磨後のウェハＷ上の成膜の膜厚を測定する。この膜厚測定で得られた研磨前後のウェハＷ上の成膜の膜厚データの差を求め、この膜厚データの差から求められるウェハＷの研磨形状を（式Ｆ’）：Ｙ＝ａＸ2＋ｂで補間する。
【００２６】
（式Ｆ）と（式Ｆ’）の係数aの値の差は、これを（式Ｙ）と（式Ｔ）の係数aの値に夫々加算する。また、（式Ｆ）と（式Ｆ’）の係数ｂの変化の割合は、これを（式Ｙ）と式Ｔ）の係数ｂの値に積算する。
補正のかかった（式Ｙ’）と（式Ｔ’）から、残りの目標とするウェハＷの研磨除去量が各測定点で最小になるように、山型反り形状の研磨レシピ（Ｒｙ）と谷型反り形状の研磨レシピ（Ｒｔ）の最適な追加研磨時間を計算し、計算した追加研磨時間だけ追加の研磨加工を当該ウェハＷに対して行う。
【００２７】
次に、本発明の研磨装置による研磨方法の具体的な適用例について詳しく説明する。先ず、前準備として、反りの無い形状のウェハＷの成膜をフラットにする研磨加工と、山形状に反ったウェハＷの成膜、及び谷形状に反ったウェハＷの成膜を研磨したときの研磨形状をキャンセル（修正）させる研磨加工を行うために、これに適した研磨ヘッド１３を用意する。
【００２８】
ここで、研磨ヘッド１３の構成例を図３乃至６に基づいて説明すると、研磨ヘッド１３は、主としてヘッド本体１７、バックプレート１８、リング状のバックプレート用エアバック１９、ゾーン押圧部２０、リテーナリング２１、リテーナ押圧部２２及びリング状のリテーナリング用エアバック２３から成り、研磨ヘッド１３にはエア圧を制御するための加圧制御部４６（図６参照）が接続されている。また、バックプレート用エアバック１９及びリテーナリング用エアバック２３には、それぞれエアを供給するための図示しない空気供給機構が連結されている。
【００２９】
前記バックプレート１８の下面には、研磨中のウェハＷに直接接触して該ウェハＷに対し局所的押圧を行う前記ゾーン押圧部２０が固着されている。該ゾーン押圧部２０は、ゴム材等の弾性部材で作製されており、研磨ヘッド１３の回転中心をリング中心とする同心円状に形成された外周側ゾーン押圧部２０Ａ及び内周側ゾーン押圧部２０Ｂで構成されている。
【００３０】
前記ゾーン押圧部２０には、複数の図示しないエアガイド溝が形成されていると共に、バックプレート１８の底面部分には、各エアガイド溝に圧縮エアを噴射するためのそれぞれ複数のエア噴出孔（図示せず）が適宜間隔をおいて設けられている。エア噴出孔毎に各別に圧縮エア供給用の図示しないエアフロートラインが連結されている。エアフロートラインからの圧縮エアの供給は、加圧制御部４６からの指令信号によって実行される。
【００３１】
この研磨ヘッド１３は、ウェハＷの加圧エリアで区分けし、それらの加圧エリアの加圧量を制御できるように構成されている。図６に示すように、各ゾーン押圧部２０の下面側には、研磨ヘッド１３の半径方向と同方向に複数のゾーン部溝１乃至４（Ｚｏｎｅ１乃至４）が形成されている。該複数のゾーン部エア溝１乃至４は前記エアガイド溝に連通している。
【００３２】
内周側のゾーン押圧部２０に対応するエアフロートエリア３０の区画部は、ゴム材等の弾性部材から作製され、エアフロートエリア３０に形成されたゾーン部溝２，３，４（図６中において番号２，３，４で示す）は、ウェハＷの中心部から外周部に向かう半径方向に沿って、ゾーン部溝４、ゾーン部溝３、ゾーン部溝２がこの順番で配設され、ウェハＷの半径方向の各部位、即ち、ウェハＷの中心部、中間部及び外周部を夫々独立に加圧できるように構成されている。
【００３３】
要するに、エアフロートエリア３０は、ウェハＷ各部を研磨条件のパラメータに対応して適切に加圧する領域として機能する。エアフロートエリア３０の内部は、ゾーン部溝２，３，４の３つの空間部に独立して区分されているが、ゾーン部溝２，３は平面視でドーナツ状を呈している。
【００３４】
エアフロートエリア３０のゾーン部溝２，３，４には、個別に加圧制御部４６が接続され、夫々独立に加圧制御される。依って、加圧制御部４６からの指令信号により、各ゾーン部溝２，３，４の加圧力を任意に制御することで、ウェハＷ各部を押圧する圧力分布のバランスを自由に変更できるように構成されている。特に、ゾーン部溝１は、ウェハＷの最外周領域に対応して配置されており、ゾーン部溝１の設定圧により、ウェハＷの最外周領域を直接に所要の押圧力で保持することができる。
【００３５】
前記研磨ヘッド１３には、図７に示す制御装置４１が接続されている。この制御装置４１は、主に研磨前後のウェハＷの成膜の厚さ、上記研磨レシピ及び補間式などを入力するための入力部（インタフェース）４２と、研磨形状の近似式、最適追加研磨時間及び研磨速度などを算出するための演算部４３と、演算結果を出力する出力部４４と、研磨条件などに関する入出力情報を記憶する記憶部４５及び前記加圧制御部４６等を備えている。前記記憶部４５には、本手法の研磨加工に必要な動作プログラムが全て格納され、全ての研磨工程を自動にて行えるようになっている。
【００３６】
特に、前記演算部４３は、研磨前後のウェハＷの膜厚を膜厚計０３で測定した結果のデータに基いて、研磨後の反りなし形状についての（式Ｆ’）を求め、この（式Ｆ’）と（式Ｆ）との差を（式Ｙ）及び（式Ｔ）に補正し、この補正した（式Ｙ）及び（式Ｔ）に基づいて、目標研磨量の残りの半分程度について、当該ウェハＷの各測定点の目標研磨量との誤差が最小になるように、山型反り形状の研磨レシピ（Ｒｙ）及び谷型反り形状の研磨レシピ（Ｒｔ）の追加研磨時間を求める機能を有している。
【００３７】
また、出力部４４から研磨ヘッド１３には加圧指令信号が送信されることにより、前記
追加研磨時間だけ山型反り形状の研磨レシピ（Ｒｙ）又は谷型反り形状の研磨レシピ（Ｒｔ）で目標研磨量の残りの半分程度をウェハＷに対し追加研磨できるように構成されている。
【００３８】
次に、上記研磨ヘッド１３で実際にウェハＷを研磨加工し、この時に得られた膜厚データに基づいて作成した反りなし形状の研磨レシピ（Ｒｆ）、山型反り形状の研磨レシピ（Ｒｙ）、谷型反り形状の研磨レシピ（Ｒｔ）の詳細条件を表１に示す。但し、表１の縦の項目は、ウェハＷの中心から測定地点までの距離（Ｘ軸座標の位置）を示す。
【表１】
【００３９】
表１に示すように、山型反り形状の研磨レシピ（Ｒｙ）では、ゾーン部溝３，４の設定圧が大きいのに対し、谷型反り形状の研磨レシピ（Ｒｔ）では、ゾーン部溝１の設定圧が大きい。図８は、研磨ヘッド１３とプラテン１１を回転駆動させないときの静止的な状態での研磨ヘッド１３のウェハＷに対する圧力分布を示す。
【００４０】
同図の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ反りなし形状の研磨レシピ（Ｒｆ）、山型反り形状の研磨レシピ（Ｒｙ）及び谷型反り形状の研磨レシピ（Ｒｔ）にて研磨加工したときの圧力分布状態を示す。
【００４１】
同図より、山型反り形状の研磨レシピ（Ｒｙ）では、ウェハＷの外周部側の圧力密度が高いのに対し、谷型反り形状の研磨レシピ（Ｒｔ）では、ウェハＷの中心部側の圧力密度が高いことが判る。
【００４２】
本実施例では、上記研磨ヘッド１３を用いてウェハＷの研磨加工を行うに際して、事前に、反りの無いウェハＷの成膜を研磨したときの、研磨形状を補正する反りなし形状の研磨レシピ（Ｒｆ）を作成しておいた。そして、実際に、この反りなし形状の研磨レシピ（Ｒｆ）に従ってウェハＷの成膜を研磨除去した。このとき研磨した研磨形状に関する膜厚データ（研磨除去量｛Å/ｍｉｎ｝）を、表２の列Ｆに示す。
【００４３】
前記膜厚データに基づき、反りの無い研磨形状に対応した近似式を求めたところ、（式Ｆ）：Ｙ＝０．０２８５Ｘ2＋３９６０と近似された。この近似式のグラフを図９に示す
。但し、但し、Ｘ軸はウェハＷの回転中心からの距離、Ｙ軸は膜厚を示す。
【表２】
【００４４】
又、山形状に反ったウェハＷの成膜を研磨したときの、研磨形状を補正する山型反り形状の研磨レシピ（Ｒｙ）を作成した。実際に、山型反り形状の研磨レシピ（Ｒｙ）に従ってウェハＷの成膜を研磨除去した。このとき研磨した研磨形状に関する膜厚データを、表２の列Ｙに示す。この膜厚データに基づき、山形状に反った研磨形状に対応した近似式を求めたところ、（式Ｙ）：Ｙ＝−０．３８５０Ｘ2＋５３３８と近似された。
【００４５】
また、谷形状に反ったウェハＷの成膜を研磨したときの、研磨形状を補正する谷型反り形状の研磨レシピ（Ｒｔ）を作成した。そして、この谷型反り形状の研磨レシピ（Ｒｔ）に従ってウェハＷの成膜を研磨除去した。このとき研磨した研磨形状に関する膜厚データを、表２の列Ｔに示す。この膜厚データに基づき、谷形状に反った研磨形状に対応した近似式を求めたところ、（式Ｔ）：Ｙ＝０．３３２２Ｘ2＋３０６４と近似された。なお、
近似式は最小二乗法で求めたが、他の方法で求めても良い。
【００４６】
次に、試し研磨加工及び追加研磨条件の算出について説明する。まず、反りなし形状の研磨レシピ（Ｒｆ）を使用して、研磨除去したいウェハＷ上の成膜の膜厚の半分程度を試し研磨して除去する。ここでは、研磨除去したい膜厚を８０００Åとし、且つ、研磨時間を約１２０秒として、反りなし形状の研磨レシピ（Ｒｆ）に従い前記研磨時間の約半分の６０秒だけ研磨除去した。
【００４７】
次に、追加研磨条件の算出については、先ず、研磨前後のウェハＷ上の成膜の膜厚を膜厚計０３で測定した。この膜厚測定結果を表３の列Ｆ‘に示す。この膜厚データに基づいて近似式を求めたところ、（式Ｆ’）：Ｙ＝−０．０４６７Ｘ2＋４０９４となった。
【表３】
【００４８】
ここで、（式F）と（式Ｆ’）を比較すると、Ｙ＝ａＸ2＋ｂにおいて係数ａの値が０．０２８８５から−０．０４６７に変化し、その差０．０７５２だけ増加している。これは、ウェハＷの成膜の反り形状の具合により変化する値である。依って、この値を（式Ｙ）と（式Ｔ）の係数ａの値に夫々加算し、ウェハＷの個々の反り形状による影響を補正する。
【００４９】
又、（式Ｆ）と（式Ｆ’）の係数ｂの値を比較すると、その値が３９６０から４０９４に変化し、１．０３３８倍に増加していた。これは、研磨速度のバラツキにより変化する値（割合）である。依って、この値１．０３３８を（式Ｙ）と（式Ｙ’）の係数ｂに夫々乗算し、研磨速度のバラツキを補正する。以上より、下記の近似式が得られる。
（式Ｙ’）：Ｙ＝−０．４６０２Ｘ2＋５５２０
（式Ｔ’）：Ｙ＝−０．２５７０Ｘ2＋３１６８
この補正された近似式が、山型反り形状の研磨レシピ（Ｒｙ）、谷型反り形状の研磨レシピ（Ｒｔ）で追加研磨したときの研磨形状と想定できる。残りの目標とする研磨除去量を山型反り形状の研磨レシピ（Ｒｙ）、谷型反り形状の研磨レシピ（Ｒｔ）の最適研磨時間を計算すると、山型反り形状の研磨レシピ（Ｒｙ）の研磨時間が１７．８秒になり、また、谷型反り形状の研磨レシピ（Ｒｔ）の研磨時間が４２．９秒になる。この条件に従って追加研磨を当該ウェハＷに対して行う。
【００５０】
ウェハＷの成膜に対して８０００Åだけ研磨除去したときの、本手法について「適用あり」と「適用なし」とで相互比較し、その効果について検討した。ここで、「適用なし」では、反りなし形状の研磨レシピ（Ｒｆ）で８０００Åを研磨除去した。また、「適用あり」では、反りなし形状の研磨レシピ（Ｒｆ）で４０００Åを研磨除去した後、山型反り形状の研磨レシピ（Ｒｙ）の最適研磨時間又は谷型反り形状の研磨レシピ（Ｒｔ）の最適研磨時間で研磨除去した。「適用あり」、「適用なし」の結果を表４と図１０のグラフに示す。
【表４】
【００５１】
この比較結果より、平均研磨量に関しは、「適用あり」の方がより８０００Åに近づいた。
【００５２】
又、「適用あり」の場合では、研磨範囲と研磨バラツキ（１σ）が小さいので、ウェハＷ面内の研磨量のバラツキがより少なくなったことが判る。さらに、これらの研磨動作については、研磨装置がすべての工程を自動にて行うため、少ない動作時間でウェハＷの研磨処理を円滑迅速に実行できた。
【００５３】
本発明に係る補間式：Ｙ＝ｆ（Ｘ）は、補正したい研磨形状に合わせて最適な近似式を採択でき、たとえば、グラフが左右対称となる偶関数の式であれば、４次式や６次式などの高次式を採択でき、あるいは、三角関数の式も理論上採択可能である。
補間式が２次式の場合、係数ａ又は係数ｂの値を（式Ｙ’）、（式Ｔ’）に補正するとき、研磨形状についての膜厚データの測定結果に合わせて係数をもたせることにより、より良好な研磨結果を得ることができる。
【００５４】
以上説明した本発明の研磨方法の工程例の概要を図１１に示す。ステップＳ１では、研磨前のウェハＷ上の成膜の膜厚を測定する。次に、ステップＳ２では、目標研磨量の半分程度を反りなし形状の研磨レシピ（Ｒｆ）で試し研磨を行う。そして、ステップＳ３では、研磨後のウェハＷ上の成膜の膜厚を測定する。
【００５５】
このあと、ステップＳ４では、研磨前後のウェハＷ上の成膜の膜厚の測定結果により、（補間式Ｆ）の結果の予想との誤差を（補間式Ｙ）、（補間式Ｙ）、（補間式Ｔ）に補正し、残りの研磨量の各測定点が最小になるように、山型反り形状の研磨レシピ（Ｒｙ）又は谷型反り形状の研磨レシピ（Ｒｔ）の最適追加研磨時間を算出する。最後に、ステップＳ５では、算出した適追加研磨時間だけ前記ウェハＷに対して、山型反り形状の研磨レシピ（Ｒｙ）又は谷型反り形状の研磨レシピ（Ｒｔ）に従って追加の研磨除去を行う。
【００５６】
叙上の如く本発明は、研磨ヘッドでウェハの成膜を研磨加工する際に、ウェハの試し研磨を実施して、ウェハにおける複数地点の膜厚を膜厚計で計測する。そして、この計測で得られた膜厚のデータに基づき、反り形状のウェハの追加研磨時間を求める。この算出した追加研磨時間だけ、ウェハの残りの研磨量を反り形状の研磨レシピ（Ｒｙ、Ｒｔ）で追加研磨除を行うので、下記の優れた効果を奏することができる。
【００５７】
（１）ウェハの研磨速度や研磨形状の変化に合わせて研磨処理を実行できる。斯くして、基板が厚くて硬い場合であっても、研磨量バラツキを効果的に抑制しつつ、研磨処理を効率良く行い、以って、成膜平坦化の研磨品質を大幅に向上させることができる。
【００５８】
（２）実施例では、ウェハ各部の加圧を制御する手段と、本発明の研磨方法に必要な全ての動作プログラムが組み込まれた成徐装置とを備えた研磨装置を用いたことで、本発明の研磨方法による研磨処理を自動にて全て実行でき、以って、人手作業を無くして、作業時間を大幅に短縮させることができる。
【００５９】
（３）補間式として二次の式を採択した場合は、反りなし形状、山型反り形状及び谷型反り形状に対応する（式Ｆ）、（式Ｙ）及び（式Ｔ）等の補間式を求める際に、二次の項の係数ａと定数項の係数ｂの２つだけを求めればよいので、研磨量の測定点の個数を少なくできるとともに、上記追加研磨時間をより簡便に算出することができる。
【００６０】
本発明は、上記の実施例の内容に限定されるものではなく、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。例えば、補間式：Ｙ＝ｆ（Ｘ）はとしては、絶対値を包含する関数（例：Ｙ＝｜ａＸ2＋ｂＸ＋ｃ｜など）も採択できる。また、基板上に形成された成膜は、絶縁膜又は
導電性膜のいずれでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明置は、基板の研磨方法であれば、基板の種類、材質、寸法等を問わず全て適用可能である。
【符号の説明】
【００６２】
０１ ＥＦＥＭ部
０２ 搬送ロボット
０３ 膜厚計
０４ 研磨部
０５ 洗浄部
１１ プラテン
１３ 研磨ヘッド
２０ ゾーン押圧部
３０ エアフロートエリア
４１ 制御装置
４２ インタフェース
４３ 演算部
４４ 出力部
４５ 記憶部
４６ 加圧制御部
Ｗ ウェハ（基板）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨装置による研磨方法に関し、特に、半導体の基板上に形成された膜を研磨して平坦化する研磨装置による研磨方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板上に形成された膜を研磨して平坦化する場合、研磨速度が一定であるとすると、膜の研磨量は研磨時間と比例するので、研磨前の基板上に形成された膜の厚さを測定しておき、その基板を一定時間だけ研磨し、その後、基板の膜厚を測定する。これにより、単位時間当たりの研磨速度を求めることができ、研磨除去したい基板の膜厚を前記研磨速度で除算することで、研磨時間が求められる（特許文献１，２参照。更に関連先行技術として特許文献３−７参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３３１１８６４号公報
【特許文献２】特開平１０−１０６９８４号公報
【特許文献３】特開平７−１００２９７号公報
【特許文献４】特開２００９−３０２５７７号公報
【特許文献５】特開２００５−３４７５６８号公報
【特許文献６】特開２００７−３３１１０８号公報
【特許文献７】特開２００８−１４１１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記にようにして求めた研磨時間で他の基板を研磨したい場合、研磨量のバラツキ（研磨量バラツキ）が発生し、研磨除去したい基板の膜厚の量から大きく外れることがある。研磨量バラツキの発生の要因は、研磨布のコンディションの変化及び基板の膜厚若しくは反り等により、基板の研磨速度や研磨形状が安定しない。
【０００５】
近年、ウェハ等の基板の材料としては、従来のシリコンから硬いサファイアや、炭化ケイ素、石英ガラスなどの材料を使用することが多くなっている。これら基板の反りによる研磨形状への影響は、研磨量バラツキの要因のなかで特に大きい。又、硬い材料でなくとも、基板の厚さが厚くなれば、前記同様に、基板の反りによる研磨形状への影響が大きくなる。
【０００６】
依って、過去に求めた研磨速度を集計して平均研磨速度を求め、研磨量のバラツキを軽減する手法（特許文献３，４参照）があるが、基板ごとに研磨量のバラツキが疎らになるため、研磨量のバラツキを軽減するにとどまる。更に、これらの作業は、オペレータが、ロット処理ごと又は定期的に手作業で実施することが多く、多大な作業時間を要している（特許文献５，６，７参照）。
【０００７】
総じて、上記従来技術においては、基板の研磨速度や研磨形状が安定し難いことから、研磨速度や研磨形状の変化に合わせて、最適な研磨条件で研磨処理を行うことは容易ではない。
【０００８】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、基板の研磨速度や研磨形状の変化に合わせて、最適な研磨条件で自動にて研磨処理できるようにす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】
【０００９】
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、基板上の膜の反りなし形状をフラットに研磨する研磨レシピ（Ｒｆ）と、山型反り形状の基板及び谷型反り形状の基板を研磨したときの研磨形状を夫々修正させる研磨レシピ（Ｒｙ）及び（Ｒｔ）を事前に作成し、反りなし形状の基板と、山型反り形状の基板及び谷型反り形状の基板を実際に研磨して、夫々の研磨形状を（反りなし形状に対応する研磨後の式）、（山型反り形状に対応する研磨後の式）及び（谷型反り形状に対応する研磨後の式）で補間して研磨する方法であって、研磨前の基板の膜厚を複数地点で測定するステップと、目標研磨量の半分程度を前記研磨レシピ（Ｒｆ）で前記基板を研磨するステップと、研磨後の前記基板の膜厚を複数地点で測定するステップと、研磨前後の前記基板の膜厚データから求められる研磨形状を（反りなし形状に対応する補間後の式）で補間するステップと、この（反りなし形状に対応する補間後の式）と前記（反りなし形状に対応する研磨後の式）との誤差を前記（山型反り形状に対応する研磨後の式）、（谷型反り形状に対応する研磨後の式）に補正するステップと、この（山型反り形状に対応する補間後の式）、（谷型反り形状に対応する補間後の式）の研磨形状から目標研磨量の残りの半分程度について、当該基板の各測定点の目標研磨量との誤差が最小となるように、研磨レシピ（Ｒｙ）、（Ｒｔ）の追加研磨時間を算出するステップと、算出した追加研磨時間だけ前記研磨レシピ（Ｒｙ）、（Ｒｔ）に従い、当該基板に対して目標研磨量の残りの半分程度を追加研磨するステップとを備えることを特徴とする研磨装置による研磨方法を提供する。
【００１０】
この研磨方法は、予め、基板上の膜の反りなし形状をフラットに研磨する研磨レシピ（Ｒｆ）を作成しておき、実際に反りなし形状の基板を研磨して、得られた研磨形状について（反りなし形状に対応する研磨後の式Ｆ）で補間し、また、山型反り形状の基板及び谷型反り形状の基板を研磨したときの研磨形状を夫々修正させる研磨レシピ（Ｒｙ）及び（Ｒｔ）を作成しておき、実際に山型反り形状の基板及び谷型反り形状の基板を研磨して、得られた夫々の研磨形状について（山型反り形状に対応する研磨後の式Ｙ）及び（谷型反り形状に対応する研磨後の式Ｔ）で補間する研磨方法であり、下記の工程を経て基板上の成膜の研磨除去を実行する。
【００１１】
先ず、研磨前の基板（研磨除去したいワークＷ）の膜厚を複数地点で測定して、目標研磨量の半分程度を反りなし形状の研磨レシピ（Ｒｆ）に従い基板を研磨（試し研磨）する。次に、研磨後の基板の膜厚を複数地点で測定し、研磨前後の基板の膜厚データから求められる研磨形状を（反りなし形状に対応する補間後の式Ｆ’）で補間するステップと、この（反りなし形状に対応する補間後の式Ｆ’）と前記（反りなし形状に対応する研磨後の式Ｆ）の誤差を前記（山型反り形状に対応する研磨後の式Ｙ）、（谷型反り形状に対応する研磨後の式Ｔ）に補正する。
【００１２】
そして、補正した（山型反り形状に対応する補間後の式Ｙ’）、（谷型反り形状に対応する補間後の式Ｔ’）の研磨形状から目標研磨量の残りの半分程度について、当該基板の各測定点の目標研磨量との誤差が最小になるように、研磨レシピ（Ｒｙ）、（Ｒｔ）の追加研磨時間を算出する。このあと、算出した追加研磨時間だけ研磨レシピ（Ｒｙ）、（Ｒｔ）に従い、前記基板の目標研磨量の残りの半分程度を追加研磨する。これにより、最終的に、当該研磨速度や研磨形状の変化に合わせて、最適な研磨条件で研磨処理されることとなる。
【００１３】
請求項２記載の発明は、上記研磨形状に対応する一般式が、２次式：Ｙ＝ａＸ2＋ｂ（
ａ，ｂは係数）であることを特徴とする請求項１記載の研磨装置による研磨方法を提供する。
【００１４】
この研磨方法によれば、上記研磨形状の一般式として、２次式：Ｙ＝ａＸ2＋ｂを採用
することにより、係数ａ、ｂの２つを求めるだけで上記研磨形状、即ち、反りなし形状、山型反り形状及び谷型反り形状に対応する研磨形状の式がそれぞれ得られ、これに基づき上記追加研磨時間が容易迅速に算出される。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の発明は、基板の試し研磨で得られた膜厚データに基づき、研磨レシピ（Ｒｙ）、（Ｒｔ）の追加研磨時間を算出した後に、追加研磨時間だけ研磨レシピ（Ｒｙ）、（Ｒｔ）に従い追加研磨する。従って、基板の研磨速度や研磨形状の変化に合わせて、当該基板の研磨処理を円滑・迅速に実行でき、以って、従来例に比し研磨量バラツキを効果的に抑制しつつ、平坦化の研磨処理を効率良く行うことができる。
また、本発明は、基板の加圧制御機構付きの研磨装置を使用して、全ての研磨動作ステップを自動処理できるので、従来例の如き人手作業を無くして作業時間の短縮化を図ることができる。
【００１６】
請求項２記載の発明は、反りなし形状、山型反り形状及び谷型反り形状に対応する研磨形状の式を夫々求める際に、係数ａ、ｂの２つだけを算出すればよいので、研磨量の測定点の数を少なくしても、上記追加研磨時間を容易迅速に算出でき、高精度の研磨処理を一層効率良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施例に係る研磨システムのレイアウトを説明する配置平面図。
【図２】本発明に係る研磨装置を示す要部斜視図。
【図３】図２の研磨ヘッドを断面して示す斜視図。
【図４】図２の研磨ヘッドの裏面側を示す斜視図。
【図５】本発明に係る研磨ヘッドの裏面を説明する解説図。
【図６】図５の研磨ヘッドのエアフロートエリアを説明する側面解説図。
【図７】本発明に係る制御装置の構成例を説明するブロック図。
【図８】図５の研磨ヘッドの静的な状態でのウェハへの圧力分布を示し、（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ研磨レシピ（Ｒｆ）、（Ｒｙ）及び（Ｒｔ）による研磨加工の圧力分布の状態を示す図。
【図９】本発明の一実施例に係る研磨レシピ（Ｒｆ）、（Ｒｙ）及び（Ｒｔ）に従って研磨して得られた研磨形状を説明するグラフ。
【図１０】本発明に係る研磨方法による研磨結果を説明するグラフ。
【図１１】本発明に係る研磨方法を説明するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、研磨速度や研磨形状の変化に合わせて、最適な研磨条件で研磨処理を自動で実行できるようにするという目的を達成するために、基板上に形成された膜を研磨ヘッドで研磨して平坦化する研磨装置による研磨方法において、基板上の膜の反りなし形状をフラットに研磨する研磨レシピ（Ｒｆ）と、山型反り形状の基板及び谷型反り形状の基板を研磨したときの研磨形状を夫々修正させる研磨レシピ（Ｒｙ）及び（Ｒｔ）を事前に作成し、反りなし形状の基板と、山型反り形状の基板及び谷型反り形状の基板を実際に研磨して、夫々の研磨形状を（反りなし形状に対応する研磨後の式）、（山型反り形状に対応する研磨後の式）及び（谷型反り形状に対応する研磨後の式）で補間して研磨する方法であって、研磨前の基板の膜厚を複数地点で測定するステップと、目標研磨量の半分程度を前記研磨レシピ（Ｒｆ）で前記基板を研磨するステップと、研磨後の前記基板の膜厚を複数地点で測定するステップと、研磨前後の前記基板の膜厚データから求められる研磨形状を（反りなし形状に対応する補間後の式）で補間するステップと、この（反りなし形状に対応する補間後の式）と前記（反りなし形状に対応する研磨後の式）との誤差を前記（山型反り形状に対応する研磨後の式）、（谷型反り形状に対応する研磨後の式）に補正するステップと、この（山型反り形状に対応する補間後の式）、（谷型反り形状に対応する補間後の式）の研磨形状から目標研磨量の残りの半分程度について、当該基板の各測定点の目標研磨量との誤差が最小となるように、研磨レシピ（Ｒｙ）、（Ｒｔ）の追加研磨時間を算出するステップと、算出した追加研磨時間だけ前記研磨レシピ（Ｒｙ）、（Ｒｔ）に従い、当該基板に対して目標研磨量の残りの半分程度を追加研磨するステップとを備えることによって実現した。
【実施例１】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施例を図１乃至図１１に基づいて説明する。図１は、本実施例に係る研磨システムの全体の配置を示す。同図に示すように、この研磨システムは、ウェハ（基板）Ｗが収容されたカセットをセットするＥＦＥＭ部０１と、ＥＦＥＭ部０１からウェハＷを取り出して各部に搬送する搬送ロボット０２と、研磨前後のウェハＷ上に形成された膜の膜厚を測定する膜厚計０３と、ウェハＷを研磨するウェハ加圧制御機構付き研磨ヘッド等を備えた研磨部０４と、研磨後のウェハＷを洗浄・乾燥する洗浄部０５とを備える。
【００２０】
本実施例では、ウェハＷ上に形成された成膜の研磨加工に際して、事前に、反りの無
いウェハＷをフラットに研磨する反りなし形状の研磨レシピ（Ｒｆ）を作成しておき、実際に研磨して研磨形状を（式Ｙ）：Ｙ＝ａＸ2＋ｂで補間する。但し、ａ（０でない値）
、ｂ（０より大きい値）は係数である。ここに、ＹはウェハＷの膜厚を示し、ＸはウェハＷの中心から半径方向に離間した地点の距離示す。
【００２１】
ウェハＷは、図２に示すプラテン１１上で回転させながら、揺動往復可能な支持アーム１２で保持されて回転する研磨ヘッド１３でウェハＷを押圧した状態で、ウェハＷの半径方向に沿って研磨加工していくので、この研磨加工で補正できないＸの１次式の項については除外する。
【００２２】
前記同様に、山型反り形状のウェハＷ及び谷型反り形状のウェハＷを研磨したときの研磨形状を夫々修正させる研磨レシピ（Ｒｙ）及び（Ｒｔ）を作成しておき、実際に山型反り形状のウェハＷ及び谷型反り形状のウェハＷを研磨して、夫々の研磨形状を（式Ｙ）及び（式Ｔ）で補間する。
【００２３】
尚、前記プラテン１１は円盤状に形成され、図示しないモータの駆動によって矢印Ａ方向へ回転する。又、プラテン１１の上面には研磨パッド１４が貼着されており、該研磨パッド１４上にノズル１５からスラリーを供給しながら研磨加工する。
【００２４】
ウェハＷ上の成膜を研磨する時は、先ず、ＥＦＥＭ部０１にセットされたウェハＷを、搬送ロボット０２で膜厚計０３に搬送し、研磨前のウェハＷ上の成膜の膜厚を膜厚計０３で測定する。ついで、このウェハＷを研磨部０４に搬送し、反りの無いウェハＷをフラットに研磨する反りなし形状の研磨レシピ（Ｒｆ）を使用して、研磨除去したウェハＷ上の成膜の膜厚の半分程度を研磨除去する。
【００２５】
そして、洗浄部０５にウェハＷを搬送して、ウェハＷの洗浄・乾燥を行う。この後、膜厚計０３にウェハＷを搬送し、研磨後のウェハＷ上の成膜の膜厚を測定する。この膜厚測定で得られた研磨前後のウェハＷ上の成膜の膜厚データの差を求め、この膜厚データの差から求められるウェハＷの研磨形状を（式Ｆ’）：Ｙ＝ａＸ2＋ｂで補間する。
【００２６】
（式Ｆ）と（式Ｆ’）の係数aの値の差は、これを（式Ｙ）と（式Ｔ）の係数aの値に夫々加算する。また、（式Ｆ）と（式Ｆ’）の係数ｂの変化の割合は、これを（式Ｙ）と式Ｔ）の係数ｂの値に積算する。
補正のかかった（式Ｙ’）と（式Ｔ’）から、残りの目標とするウェハＷの研磨除去量が各測定点で最小になるように、山型反り形状の研磨レシピ（Ｒｙ）と谷型反り形状の研磨レシピ（Ｒｔ）の最適な追加研磨時間を計算し、計算した追加研磨時間だけ追加の研磨加工を当該ウェハＷに対して行う。
【００２７】
次に、本発明の研磨装置による研磨方法の具体的な適用例について詳しく説明する。先ず、前準備として、反りの無い形状のウェハＷの成膜をフラットにする研磨加工と、山形状に反ったウェハＷの成膜、及び谷形状に反ったウェハＷの成膜を研磨したときの研磨形状をキャンセル（修正）させる研磨加工を行うために、これに適した研磨ヘッド１３を用意する。
【００２８】
ここで、研磨ヘッド１３の構成例を図３乃至６に基づいて説明すると、研磨ヘッド１３は、主としてヘッド本体１７、バックプレート１８、リング状のバックプレート用エアバック１９、ゾーン押圧部２０、リテーナリング２１、リテーナ押圧部２２及びリング状のリテーナリング用エアバック２３から成り、研磨ヘッド１３にはエア圧を制御するための加圧制御部４６（図６参照）が接続されている。また、バックプレート用エアバック１９及びリテーナリング用エアバック２３には、それぞれエアを供給するための図示しない空気供給機構が連結されている。
【００２９】
前記バックプレート１８の下面には、研磨中のウェハＷに直接接触して該ウェハＷに対し局所的押圧を行う前記ゾーン押圧部２０が固着されている。該ゾーン押圧部２０は、ゴム材等の弾性部材で作製されており、研磨ヘッド１３の回転中心をリング中心とする同心円状に形成された外周側ゾーン押圧部２０Ａ及び内周側ゾーン押圧部２０Ｂで構成されている。
【００３０】
前記ゾーン押圧部２０には、複数の図示しないエアガイド溝が形成されていると共に、バックプレート１８の底面部分には、各エアガイド溝に圧縮エアを噴射するためのそれぞれ複数のエア噴出孔（図示せず）が適宜間隔をおいて設けられている。エア噴出孔毎に各別に圧縮エア供給用の図示しないエアフロートラインが連結されている。エアフロートラインからの圧縮エアの供給は、加圧制御部４６からの指令信号によって実行される。
【００３１】
この研磨ヘッド１３は、ウェハＷの加圧エリアで区分けし、それらの加圧エリアの加圧量を制御できるように構成されている。図６に示すように、各ゾーン押圧部２０の下面側には、研磨ヘッド１３の半径方向と同方向に複数のゾーン部溝１乃至４（Ｚｏｎｅ１乃至４）が形成されている。該複数のゾーン部エア溝１乃至４は前記エアガイド溝に連通している。
【００３２】
内周側のゾーン押圧部２０に対応するエアフロートエリア３０の区画部は、ゴム材等の弾性部材から作製され、エアフロートエリア３０に形成されたゾーン部溝２，３，４（図６中において番号２，３，４で示す）は、ウェハＷの中心部から外周部に向かう半径方向に沿って、ゾーン部溝４、ゾーン部溝３、ゾーン部溝２がこの順番で配設され、ウェハＷの半径方向の各部位、即ち、ウェハＷの中心部、中間部及び外周部を夫々独立に加圧できるように構成されている。
【００３３】
要するに、エアフロートエリア３０は、ウェハＷ各部を研磨条件のパラメータに対応して適切に加圧する領域として機能する。エアフロートエリア３０の内部は、ゾーン部溝２，３，４の３つの空間部に独立して区分されているが、ゾーン部溝２，３は平面視でドーナツ状を呈している。
【００３４】
エアフロートエリア３０のゾーン部溝２，３，４には、個別に加圧制御部４６が接続され、夫々独立に加圧制御される。依って、加圧制御部４６からの指令信号により、各ゾーン部溝２，３，４の加圧力を任意に制御することで、ウェハＷ各部を押圧する圧力分布のバランスを自由に変更できるように構成されている。特に、ゾーン部溝１は、ウェハＷの最外周領域に対応して配置されており、ゾーン部溝１の設定圧により、ウェハＷの最外周領域を直接に所要の押圧力で保持することができる。
【００３５】
前記研磨ヘッド１３には、図７に示す制御装置４１が接続されている。この制御装置４１は、主に研磨前後のウェハＷの成膜の厚さ、上記研磨レシピ及び補間式などを入力するための入力部（インタフェース）４２と、研磨形状の近似式、最適追加研磨時間及び研磨速度などを算出するための演算部４３と、演算結果を出力する出力部４４と、研磨条件などに関する入出力情報を記憶する記憶部４５及び前記加圧制御部４６等を備えている。前記記憶部４５には、本手法の研磨加工に必要な動作プログラムが全て格納され、全ての研磨工程を自動にて行えるようになっている。
【００３６】
特に、前記演算部４３は、研磨前後のウェハＷの膜厚を膜厚計０３で測定した結果のデータに基いて、研磨後の反りなし形状についての（式Ｆ’）を求め、この（式Ｆ’）と（式Ｆ）との差を（式Ｙ）及び（式Ｔ）に補正し、この補正した（式Ｙ）及び（式Ｔ）に基づいて、目標研磨量の残りの半分程度について、当該ウェハＷの各測定点の目標研磨量との誤差が最小になるように、山型反り形状の研磨レシピ（Ｒｙ）及び谷型反り形状の研磨レシピ（Ｒｔ）の追加研磨時間を求める機能を有している。
【００３７】
また、出力部４４から研磨ヘッド１３には加圧指令信号が送信されることにより、前記
追加研磨時間だけ山型反り形状の研磨レシピ（Ｒｙ）又は谷型反り形状の研磨レシピ（Ｒｔ）で目標研磨量の残りの半分程度をウェハＷに対し追加研磨できるように構成されている。
【００３８】
次に、上記研磨ヘッド１３で実際にウェハＷを研磨加工し、この時に得られた膜厚データに基づいて作成した反りなし形状の研磨レシピ（Ｒｆ）、山型反り形状の研磨レシピ（Ｒｙ）、谷型反り形状の研磨レシピ（Ｒｔ）の詳細条件を表１に示す。但し、表１の縦の項目は、ウェハＷの中心から測定地点までの距離（Ｘ軸座標の位置）を示す。
【表１】
【００３９】
表１に示すように、山型反り形状の研磨レシピ（Ｒｙ）では、ゾーン部溝３，４の設定圧が大きいのに対し、谷型反り形状の研磨レシピ（Ｒｔ）では、ゾーン部溝１の設定圧が大きい。図８は、研磨ヘッド１３とプラテン１１を回転駆動させないときの静止的な状態での研磨ヘッド１３のウェハＷに対する圧力分布を示す。
【００４０】
同図の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ反りなし形状の研磨レシピ（Ｒｆ）、山型反り形状の研磨レシピ（Ｒｙ）及び谷型反り形状の研磨レシピ（Ｒｔ）にて研磨加工したときの圧力分布状態を示す。
【００４１】
同図より、山型反り形状の研磨レシピ（Ｒｙ）では、ウェハＷの外周部側の圧力密度が高いのに対し、谷型反り形状の研磨レシピ（Ｒｔ）では、ウェハＷの中心部側の圧力密度が高いことが判る。
【００４２】
本実施例では、上記研磨ヘッド１３を用いてウェハＷの研磨加工を行うに際して、事前に、反りの無いウェハＷの成膜を研磨したときの、研磨形状を補正する反りなし形状の研磨レシピ（Ｒｆ）を作成しておいた。そして、実際に、この反りなし形状の研磨レシピ（Ｒｆ）に従ってウェハＷの成膜を研磨除去した。このとき研磨した研磨形状に関する膜厚データ（研磨除去量｛Å/ｍｉｎ｝）を、表２の列Ｆに示す。
【００４３】
前記膜厚データに基づき、反りの無い研磨形状に対応した近似式を求めたところ、（式Ｆ）：Ｙ＝０．０２８５Ｘ2＋３９６０と近似された。この近似式のグラフを図９に示す
。但し、但し、Ｘ軸はウェハＷの回転中心からの距離、Ｙ軸は膜厚を示す。
【表２】
【００４４】
又、山形状に反ったウェハＷの成膜を研磨したときの、研磨形状を補正する山型反り形状の研磨レシピ（Ｒｙ）を作成した。実際に、山型反り形状の研磨レシピ（Ｒｙ）に従ってウェハＷの成膜を研磨除去した。このとき研磨した研磨形状に関する膜厚データを、表２の列Ｙに示す。この膜厚データに基づき、山形状に反った研磨形状に対応した近似式を求めたところ、（式Ｙ）：Ｙ＝−０．３８５０Ｘ2＋５３３８と近似された。
【００４５】
また、谷形状に反ったウェハＷの成膜を研磨したときの、研磨形状を補正する谷型反り形状の研磨レシピ（Ｒｔ）を作成した。そして、この谷型反り形状の研磨レシピ（Ｒｔ）に従ってウェハＷの成膜を研磨除去した。このとき研磨した研磨形状に関する膜厚データを、表２の列Ｔに示す。この膜厚データに基づき、谷形状に反った研磨形状に対応した近似式を求めたところ、（式Ｔ）：Ｙ＝０．３３２２Ｘ2＋３０６４と近似された。なお、
近似式は最小二乗法で求めたが、他の方法で求めても良い。
【００４６】
次に、試し研磨加工及び追加研磨条件の算出について説明する。まず、反りなし形状の研磨レシピ（Ｒｆ）を使用して、研磨除去したいウェハＷ上の成膜の膜厚の半分程度を試し研磨して除去する。ここでは、研磨除去したい膜厚を８０００Åとし、且つ、研磨時間を約１２０秒として、反りなし形状の研磨レシピ（Ｒｆ）に従い前記研磨時間の約半分の６０秒だけ研磨除去した。
【００４７】
次に、追加研磨条件の算出については、先ず、研磨前後のウェハＷ上の成膜の膜厚を膜厚計０３で測定した。この膜厚測定結果を表３の列Ｆ‘に示す。この膜厚データに基づいて近似式を求めたところ、（式Ｆ’）：Ｙ＝−０．０４６７Ｘ2＋４０９４となった。
【表３】
【００４８】
ここで、（式F）と（式Ｆ’）を比較すると、Ｙ＝ａＸ2＋ｂにおいて係数ａの値が０．０２８８５から−０．０４６７に変化し、その差０．０７５２だけ増加している。これは、ウェハＷの成膜の反り形状の具合により変化する値である。依って、この値を（式Ｙ）と（式Ｔ）の係数ａの値に夫々加算し、ウェハＷの個々の反り形状による影響を補正する。
【００４９】
又、（式Ｆ）と（式Ｆ’）の係数ｂの値を比較すると、その値が３９６０から４０９４に変化し、１．０３３８倍に増加していた。これは、研磨速度のバラツキにより変化する値（割合）である。依って、この値１．０３３８を（式Ｙ）と（式Ｙ’）の係数ｂに夫々乗算し、研磨速度のバラツキを補正する。以上より、下記の近似式が得られる。
（式Ｙ’）：Ｙ＝−０．４６０２Ｘ2＋５５２０
（式Ｔ’）：Ｙ＝−０．２５７０Ｘ2＋３１６８
この補正された近似式が、山型反り形状の研磨レシピ（Ｒｙ）、谷型反り形状の研磨レシピ（Ｒｔ）で追加研磨したときの研磨形状と想定できる。残りの目標とする研磨除去量を山型反り形状の研磨レシピ（Ｒｙ）、谷型反り形状の研磨レシピ（Ｒｔ）の最適研磨時間を計算すると、山型反り形状の研磨レシピ（Ｒｙ）の研磨時間が１７．８秒になり、また、谷型反り形状の研磨レシピ（Ｒｔ）の研磨時間が４２．９秒になる。この条件に従って追加研磨を当該ウェハＷに対して行う。
【００５０】
ウェハＷの成膜に対して８０００Åだけ研磨除去したときの、本手法について「適用あり」と「適用なし」とで相互比較し、その効果について検討した。ここで、「適用なし」では、反りなし形状の研磨レシピ（Ｒｆ）で８０００Åを研磨除去した。また、「適用あり」では、反りなし形状の研磨レシピ（Ｒｆ）で４０００Åを研磨除去した後、山型反り形状の研磨レシピ（Ｒｙ）の最適研磨時間又は谷型反り形状の研磨レシピ（Ｒｔ）の最適研磨時間で研磨除去した。「適用あり」、「適用なし」の結果を表４と図１０のグラフに示す。
【表４】
【００５１】
この比較結果より、平均研磨量に関しは、「適用あり」の方がより８０００Åに近づいた。
【００５２】
又、「適用あり」の場合では、研磨範囲と研磨バラツキ（１σ）が小さいので、ウェハＷ面内の研磨量のバラツキがより少なくなったことが判る。さらに、これらの研磨動作については、研磨装置がすべての工程を自動にて行うため、少ない動作時間でウェハＷの研磨処理を円滑迅速に実行できた。
【００５３】
本発明に係る補間式：Ｙ＝ｆ（Ｘ）は、補正したい研磨形状に合わせて最適な近似式を採択でき、たとえば、グラフが左右対称となる偶関数の式であれば、４次式や６次式などの高次式を採択でき、あるいは、三角関数の式も理論上採択可能である。
補間式が２次式の場合、係数ａ又は係数ｂの値を（式Ｙ’）、（式Ｔ’）に補正するとき、研磨形状についての膜厚データの測定結果に合わせて係数をもたせることにより、より良好な研磨結果を得ることができる。
【００５４】
以上説明した本発明の研磨方法の工程例の概要を図１１に示す。ステップＳ１では、研磨前のウェハＷ上の成膜の膜厚を測定する。次に、ステップＳ２では、目標研磨量の半分程度を反りなし形状の研磨レシピ（Ｒｆ）で試し研磨を行う。そして、ステップＳ３では、研磨後のウェハＷ上の成膜の膜厚を測定する。
【００５５】
このあと、ステップＳ４では、研磨前後のウェハＷ上の成膜の膜厚の測定結果により、（補間式Ｆ）の結果の予想との誤差を（補間式Ｙ）、（補間式Ｙ）、（補間式Ｔ）に補正し、残りの研磨量の各測定点が最小になるように、山型反り形状の研磨レシピ（Ｒｙ）又は谷型反り形状の研磨レシピ（Ｒｔ）の最適追加研磨時間を算出する。最後に、ステップＳ５では、算出した適追加研磨時間だけ前記ウェハＷに対して、山型反り形状の研磨レシピ（Ｒｙ）又は谷型反り形状の研磨レシピ（Ｒｔ）に従って追加の研磨除去を行う。
【００５６】
叙上の如く本発明は、研磨ヘッドでウェハの成膜を研磨加工する際に、ウェハの試し研磨を実施して、ウェハにおける複数地点の膜厚を膜厚計で計測する。そして、この計測で得られた膜厚のデータに基づき、反り形状のウェハの追加研磨時間を求める。この算出した追加研磨時間だけ、ウェハの残りの研磨量を反り形状の研磨レシピ（Ｒｙ、Ｒｔ）で追加研磨除を行うので、下記の優れた効果を奏することができる。
【００５７】
（１）ウェハの研磨速度や研磨形状の変化に合わせて研磨処理を実行できる。斯くして、基板が厚くて硬い場合であっても、研磨量バラツキを効果的に抑制しつつ、研磨処理を効率良く行い、以って、成膜平坦化の研磨品質を大幅に向上させることができる。
【００５８】
（２）実施例では、ウェハ各部の加圧を制御する手段と、本発明の研磨方法に必要な全ての動作プログラムが組み込まれた成徐装置とを備えた研磨装置を用いたことで、本発明の研磨方法による研磨処理を自動にて全て実行でき、以って、人手作業を無くして、作業時間を大幅に短縮させることができる。
【００５９】
（３）補間式として二次の式を採択した場合は、反りなし形状、山型反り形状及び谷型反り形状に対応する（式Ｆ）、（式Ｙ）及び（式Ｔ）等の補間式を求める際に、二次の項の係数ａと定数項の係数ｂの２つだけを求めればよいので、研磨量の測定点の個数を少なくできるとともに、上記追加研磨時間をより簡便に算出することができる。
【００６０】
本発明は、上記の実施例の内容に限定されるものではなく、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。例えば、補間式：Ｙ＝ｆ（Ｘ）はとしては、絶対値を包含する関数（例：Ｙ＝｜ａＸ2＋ｂＸ＋ｃ｜など）も採択できる。また、基板上に形成された成膜は、絶縁膜又は
導電性膜のいずれでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明置は、基板の研磨方法であれば、基板の種類、材質、寸法等を問わず全て適用可能である。
【符号の説明】
【００６２】
０１ ＥＦＥＭ部
０２ 搬送ロボット
０３ 膜厚計
０４ 研磨部
０５ 洗浄部
１１ プラテン
１３ 研磨ヘッド
２０ ゾーン押圧部
３０ エアフロートエリア
４１ 制御装置
４２ インタフェース
４３ 演算部
４４ 出力部
４５ 記憶部
４６ 加圧制御部
Ｗ ウェハ（基板）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された膜を研磨ヘッドで研磨して平坦化する研磨装置による研磨方法において、
基板上の膜の反りなし形状をフラットに研磨する研磨レシピ（Ｒｆ）と、山型反り形状の基板及び谷型反り形状の基板を研磨したときの研磨形状を夫々修正させる研磨レシピ（Ｒｙ）及び（Ｒｔ）を事前に作成し、
反りなし形状の基板と、山型反り形状の基板及び谷型反り形状の基板を実際に研磨して、夫々の研磨形状を（反りなし形状に対応する研磨後の式）、（山型反り形状に対応する研磨後の式）及び（谷型反り形状に対応する研磨後の式）で補間して研磨する方法であって、
研磨前の基板の膜厚を複数地点で測定するステップと、
目標研磨量の半分程度を前記研磨レシピ（Ｒｆ）で前記基板を研磨するステップと、
研磨後の前記基板の膜厚を複数地点で測定するステップと、
研磨前後の前記基板の膜厚データから求められる研磨形状を（反りなし形状に対応する補間後の式）で補間するステップと、
この（反りなし形状に対応する補間後の式）と前記（反りなし形状に対応する研磨後の式）との誤差を前記（山型反り形状に対応する研磨後の式）、（谷型反り形状に対応する研磨後の式）に補正するステップと、
この（山型反り形状に対応する補間後の式）、（谷型反り形状に対応する補間後の式）の研磨形状から目標研磨量の残りの半分程度について、当該基板の各測定点の目標研磨量との誤差が最小となるように、研磨レシピ（Ｒｙ）、（Ｒｔ）の追加研磨時間を算出するステップと、
算出した追加研磨時間だけ前記研磨レシピ（Ｒｙ）、（Ｒｔ）に従い、当該基板に対して目標研磨量の残りの半分程度を追加研磨するステップとを備えることを特徴とする研磨装置による研磨方法。
【請求項２】
上記研磨形状に対応する一般式が２次式：Ｙ＝ａＸ2＋ｂ（ａ，ｂは係数）であること
を特徴とする請求項１記載の研磨装置による研磨方法。
【請求項１】
基板上に形成された膜を研磨ヘッドで研磨して平坦化する研磨装置による研磨方法において、
基板上の膜の反りなし形状をフラットに研磨する研磨レシピ（Ｒｆ）と、山型反り形状の基板及び谷型反り形状の基板を研磨したときの研磨形状を夫々修正させる研磨レシピ（Ｒｙ）及び（Ｒｔ）を事前に作成し、
反りなし形状の基板と、山型反り形状の基板及び谷型反り形状の基板を実際に研磨して、夫々の研磨形状を（反りなし形状に対応する研磨後の式）、（山型反り形状に対応する研磨後の式）及び（谷型反り形状に対応する研磨後の式）で補間して研磨する方法であって、
研磨前の基板の膜厚を複数地点で測定するステップと、
目標研磨量の半分程度を前記研磨レシピ（Ｒｆ）で前記基板を研磨するステップと、
研磨後の前記基板の膜厚を複数地点で測定するステップと、
研磨前後の前記基板の膜厚データから求められる研磨形状を（反りなし形状に対応する補間後の式）で補間するステップと、
この（反りなし形状に対応する補間後の式）と前記（反りなし形状に対応する研磨後の式）との誤差を前記（山型反り形状に対応する研磨後の式）、（谷型反り形状に対応する研磨後の式）に補正するステップと、
この（山型反り形状に対応する補間後の式）、（谷型反り形状に対応する補間後の式）の研磨形状から目標研磨量の残りの半分程度について、当該基板の各測定点の目標研磨量との誤差が最小となるように、研磨レシピ（Ｒｙ）、（Ｒｔ）の追加研磨時間を算出するステップと、
算出した追加研磨時間だけ前記研磨レシピ（Ｒｙ）、（Ｒｔ）に従い、当該基板に対して目標研磨量の残りの半分程度を追加研磨するステップとを備えることを特徴とする研磨装置による研磨方法。
【請求項２】
上記研磨形状に対応する一般式が２次式：Ｙ＝ａＸ2＋ｂ（ａ，ｂは係数）であること
を特徴とする請求項１記載の研磨装置による研磨方法。
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−１１５３８１（Ｐ２０１３−１１５３８１Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６２８９８（Ｐ２０１１−２６２８９８）
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（０００１５１４９４）株式会社東京精密 (592)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（０００１５１４９４）株式会社東京精密 (592)
【Ｆターム（参考）】
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