JP6770910B2

JP6770910B2 - Ｃｍｐ装置

Info

Publication number: JP6770910B2
Application number: JP2017027013A
Authority: JP
Inventors: 周吾横田; 長谷川　聡; 聡長谷川; 創士山田
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2017-02-16
Filing date: 2017-02-16
Publication date: 2020-10-21
Anticipated expiration: 2037-02-16
Also published as: JP2018133480A

Description

本発明は、ウェハをＣＭＰ研磨するＣＭＰ装置に関し、特にウェハをプラテンに押圧する研磨圧力をゾーンの膨縮に応じて調整可能なＣＭＰ装置に関するものである。

半導体製造分野では、シリコンウェハ等の半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という）を平坦化するウェハ研磨装置が知られている。

特許文献１記載の研磨装置は、化学的機械的研磨、いわゆるＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）技術を適用したＣＭＰ装置である。このようなＣＭＰ装置は、ウェハを局所的に押圧するゾーン押圧部を備えており、ウェハの研磨形状を調整することができる。

また、上述したＣＭＰ装置では、予め設定された研磨条件に基づいて、ウェハ上に形成された膜を研磨してウェハを平坦化する。研磨条件は、ダミーウェハを実際に研磨することにより最適化されるものであり、例えば、研磨時間であれば、膜の研磨量が研磨時間に比例するという特性に基づき、研磨前のダミーウェハの膜厚を測定した上で一定時間だけダミーウェハを研磨し、その後にダミーウェハの膜厚を再度測定することにより、単位時間当たりの研磨速度が得られ、また研磨速度で研磨除去したい加工対象となるウェハの膜厚を除することにより必要な研磨時間が得られる。

特開２０１３−１１５３８１号公報

しかしながら、上述したようなＣＭＰ装置では、ウェハの初期膜厚が大きくばらつく場合には、同一の研磨条件で処理してもウェハ上の成膜を除去して平坦化することができないという問題があった。

また、デバイスによっては、ウェハ形状を平坦以外の形状に研磨したいというニーズがあり、このような場合には、所望の研磨形状毎に実際にダミーウェハを研磨して研磨条件を最適化しなければならないという問題があった。

そこで、ウェハの初期膜厚のばらつきや研磨後のウェハ形状に応じて適当な研磨条件を簡便に設定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。

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、複数のゾーンの膨縮に応じてウェハをプラテンに押圧する研磨圧力を調整可能な研磨ヘッドと、前記ゾーンに供給される圧縮空気の圧力を調整する制御装置と、を備えるＣＭＰ装置であって、前記制御装置は、ダミーウェハを研磨した際の各ゾーンの研磨レートを前記各ゾーンの研磨レート及び各ゾーンの面積比の積の総和で除した基準研磨レート比と前記ダミーウェハを研磨した際の各ゾーンの基準圧力との関係を示す近似式を前記ゾーン毎に算出し、加工対象である加工ウェハに関する各ゾーンの所望研磨量を前記各ゾーンの所望研磨量及び各ゾーンの面積比の積の総和で除した目標研磨レート比を算出し、前記近似式及び前記目標研磨レート比に基づいて、前記加工ウェハに作用させる前記ゾーン毎の目標圧力を算出するＣＭＰ装置を提供する。

この構成によれば、ダミーウェハを研磨して得られた基準研磨レート比と研磨圧力との関係を示す近似式に加工ウェハの所望研磨量から得られる目標研磨レート比を代入すると目標圧力が算出されることにより、ウェハの初期膜厚のばらつきや研磨後のウェハ形状に応じて適当な研磨条件を簡便に設定することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の構成に加えて、前記制御装置は、前記加工ウェハの目標残膜厚及び研磨後の加工ウェハの膜厚である実測残膜厚の乖離から、前記目標圧力を補正するＣＭＰ装置を提供する。

この構成によれば、加工ウェハの目標残膜厚と実測残膜厚の乖離に基づいて目標圧力を補正することにより、ウェハを精度良く研磨することができる。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明の構成に加えて、記目標圧力の補正は、前記目標残膜厚と実測残膜厚との乖離幅を前記所望研磨量から減じて目標研磨レート比を再計算することによって算出されるＣＭＰ装置を提供する。

この構成によれば、加工ウェハの目標残膜厚と実測残膜厚の乖離幅を所望研磨幅から減じて再計算された目標研磨レート比及び近似式に基づいて目標圧力を補正することにより、ウェハの初期膜厚のばらつきや研磨後のウェハ形状に応じて適当な研磨条件を簡便に設定することができる。

本発明は、ダミーウェハを研磨して得られた研磨レート比と研磨圧力との関係を示す近似式と加工ウェハの所望研磨量に基づいて目標圧力を算出することにより、ウェハの初期膜厚のばらつきや研磨後のウェハ形状に応じて適当な研磨条件を簡便に設定することができる。

本発明の一実施例に係るＣＭＰ装置を模式的に示す斜視図。研磨ヘッドの要部を模式的に示す縦断面図。バックプレートを示す底面図。図３のＩ−Ｉ線断面図。ウェハの目標圧力を算出する手順を示すフローチャート。最外周のゾーンに加圧した場合のウェハの研磨レートを示すグラフ。最外周のゾーンに加圧した場合のウェハの研磨レート比を示すグラフ。ゾーン毎に研磨レート比を平均したグラフ。最外周のゾーンにおけるゾーン圧及び研磨レート比の関係を示すグラフ。初期膜厚、目標残膜厚及び実測残膜厚を示すグラフ。目標残膜厚と実測残膜厚との乖離に基づいてゾーン圧を補正した場合の目標残膜厚と実測残膜厚とを示すグラフ。

本発明は、ウェハの初期膜厚のばらつきや研磨後のウェハ形状に応じて適当な研磨条件を簡便に設定するという目的を達成するために、複数のゾーンの膨縮に応じてウェハをプラテンに押圧する研磨圧力を調整可能な研磨ヘッドと、ゾーンに供給される圧縮空気の圧力を調整する制御装置と、を備えるＣＭＰ装置であって、制御装置は、ダミーウェハを研磨した際の各ゾーンの研磨レートを各ゾーンの研磨レート及び各ゾーンの面積比の積の総和で除した基準研磨レート比とダミーウェハを研磨した際の各ゾーンの基準圧力との関係を示す近似式を前記ゾーン毎に算出し、加工対象である加工ウェハに関する各ゾーンの所望研磨量を各ゾーンの所望研磨量及び各ゾーンの面積比の積の総和で除した目標研磨レート比を算出し、近似式及び目標研磨レート比に基づいて、加工ウェハに作用させるゾーン毎の目標圧力を算出することにより実現した。

以下、本発明の一実施例に係るウェハ研磨装置１について、図面に基づいて説明する。なお、以下の実施例において、構成要素の数、数値、量、範囲等に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも構わない。

また、構成要素等の形状、位置関係に言及するときは、特に明示した場合及び原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似又は類似するもの等を含む。

また、図面は、特徴を分かり易くするために特徴的な部分を拡大する等して誇張する場合があり、構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。また、断面図では、構成要素の断面構造を分かり易くするために、一部の構成要素のハッチングを省略することがある。

また、以下の説明において、上下や左右等の方向を示す表現は、絶対的なものではなく、本発明の搬送保持装置の各部が描かれている姿勢である場合に適切であるが、その姿勢が変化した場合には姿勢の変化に応じて変更して解釈されるべきものである。

図１は、本発明の一実施例に係るウェハ研磨装置１を模式的に示す平面図である。ウェハ研磨装置１は、ＣＭＰ装置であり、ウェハＷを平坦に研磨する。ＣＭＰ装置１は、プラテン２と、研磨パッド３と、研磨ヘッド４と、スラリー供給手段５と、を備えている。なお、図１中の符号６は、研磨パッド３を目立てするコンディショナーである。

プラテン２は、図示しない駆動装置上に載置されて中央の駆動軸回りに自転可能である。

研磨パッド３は、プラテン２の上面に保持されており、プラテン２の自転に応じて基板Ｗとの接触面が摩耗することにより基板Ｗが研磨される。なお、研磨パッド３は、本実施例のように円形に形成されて研磨パッド３の中央の回転軸回りに回転運動するものに限定されず、例えば、無端ベルト状に形成されて直線運動するものであっても構わない。研磨パッド３は、ウレタン製であるが、これに限定されるものではない。

研磨ヘッド４は、プラテン２の上方に配置されている。研磨ヘッド４は、図示しない駆動装置によって研磨ヘッド４の中央の回転軸回りに自転可能である。

スラリー供給手段５は、スラリー７を研磨パッド３上に吐出する。スラリー７は、プラテン２の自転に応じて研磨パッド３上に広がり、基板Ｗと研磨パッド３との接触領域に供給される。

スラリー７は、シリカスラリーであるが、これに限定されるものではなく、例えば、酸化剤及び研磨材を含むものである。酸化剤は、例えば、セリアスラリー、アルミナスラリー等であるが、これに限定されるものではない。

ウェハ研磨装置１の動作は、制御手段８によって制御される。制御手段８は、ウェハ研磨装置１を構成する構成要素をそれぞれ制御するものである。制御手段８は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ、メモリ等により構成される。なお、制御手段８の機能は、ソフトウェアを用いて制御することにより実現されても良く、ハードウェアを用いて動作するものにより実現されても良い。

次に、研磨ヘッド４について詳細に説明する。図２は、研磨ヘッド４の要部を模式的に示す縦断面図である。図３は、バックプレート４２を示す底面図である。図４は、図３のＩ−Ｉ線断面図である。

研磨ヘッド４は、ヘッド本体４１と、バックプレート４２と、リテーナリング４３と、バッキングフィルム４４と、を備えている。

ヘッド本体４１は、上述した駆動装置に接続されており、研磨ヘッド４の回転軸回りに回転する。ヘッド本体４１は、ヘッド本体４１の下方に配置されたバックプレート４２に連結されており、ヘッド本体４１及びバックプレート４２は連動して回転する。

バックプレート４２には、バックプレート４２の周縁に等間隔に離間して配置されたエアライン４２ａが設けられている。エアライン４２ａは、バックプレート４２の下面４２ｂに開口するエアフロート吹出口４２ｃを介してバックプレート４２とバッキングフィルム４４との間に形成されたエア室Ａに連通している。エアライン４２ａは、図示しないエア供給手段としてのエア供給源に接続されており、エア室Ａには、エアライン４２ａを介してエアが導入される。エアライン４２ａに供給されるエアの圧力は、図示しないレギュレータによって調整される。エア室Ａはリム４２ｄを介して外部に連通されており、エア室Ａ内の余剰の圧力はリム４２ｄから大気へと開放される。

ヘッド本体４１とバックプレート４２との間には、図示しないバックプレート押圧手段が設けられている。バックプレート押圧手段は、図示しないエア供給源から供給されるエアによって膨張するエアバッグ等である。エア供給源から供給されるエアの圧力は、図示しないレギュレータによって調整される。バックプレート押圧手段は、供給されるエアの圧力に応じて、バックプレート４２を押圧する。バックプレート押圧手段がバックプレート４２を押圧する圧力は、エアライン４２ａからエア室Ａ内に供給される圧縮空気の圧力より低圧に設定されている。

リテーナリング４３は、ウェハＷの周囲を囲むように配置されている。これにより、研磨加工中のウェハＷの飛び出しを防止している。リテーナリング４３は、リテーナリングホルダ４３ａと図示しないボルトで固着されている。リテーナリング４３とリテーナリングホルダ４３ａとの間にバッキングフィルム４４の外周が挟持されている。ヘッド本体４１とリテーナリング４３との間には、図示しないリテーナ押圧手段が設けられている。

リテーナ押圧手段は、図示しないエア供給源から供給されるエアによって膨張するエアバッグ等である。エア供給源から供給されるエアの圧力は、図示しないレギュレータによって調整される。リテーナ押圧手段は、供給されるエアの圧力に応じて、リテーナ押圧部材を介してリテーナリング４３を研磨パッド３に押圧する。

バッキングフィルム４４は、バックプレート４２の下面４２ｂに対向するように配置されている。バッキングフィルム４４は、ウェハＷを吸着保持する。

バックプレート４２の下面４２ｂには、同軸上に配置された内周側エアバッグ４５ａ及び外周側エアバッグ４５ｂが設けられている。内周側エアバッグ４５ａ及び外周側エアバッグ４５ｂは、バックプレート４２の下面４２ｂとバックプレート４２に嵌着された金属製の保持プレート４２ｅとに端部が挟持されることによりバックプレート４２に取り付けられている。保持プレート４２ｅは、図示しないボルトでバックプレート４２に固着されている。内周側エアバッグ４５ａと外周側エアバッグ４５ｂとは、それぞれ径の異なる円環状に形成されている。なお、以下では、内周側エアバッグ４５ａ及び外周側エアバッグ４５ｂを総称する場合には、単に「エアバッグ４５」と称す。

エアバッグ４５は、エアライン４２ｆを介して図示しないエア供給源に接続されており、エアライン４２ｆから供給される圧縮空気の圧力に応じて膨張する。以下、エアバッグ４５によって区画されて独立して膨縮可能な領域を、研磨ヘッド４の外周側から内周側に向かって「ゾーンＺ１〜Ｚ５」とそれぞれ称す。なお、本実施例では、各ゾーンの領域をバックプレート４２の中心から径方向に向かって、０〜３７ｍｍをゾーンＺ５、３７〜８８ｍｍをゾーンＺ４、８８〜１１４ｍｍをゾーンＺ３、１１４〜１４０ｍｍをゾーンＺ４、１４０〜１５０ｍｍをゾーンＺ５に設定した。

上述した構成により、エア室Ａ内に供給される圧縮空気がバックプレート４２を上方に持ち上げ、エア室Ａ内を介してバックプレート４２に加えられる押圧力をウェハＷに伝えることで、均一な圧力分布でウェハＷを研磨パッド３に押圧してウェハＷを研磨することができる。

また、内周側エアバッグ４５ａの４つの区画および外周側エアバッグ４５ｂの１区画、すなわちエアバッグ４５の５つの区画を圧縮空気の圧力に応じてそれぞれ独立して膨張させることにより、ゾーンＺ１〜Ｚ５を選択的に加圧して、ウェハＷを局所的に研磨することができる。

次に、ゾーンＺ１〜Ｚ５に供給された圧縮空気の圧力に応じてウェハを押圧する圧力の調整手順について説明する。

上述したウェハ研磨装置１では、ゾーンＺ１〜Ｚ５に供給される圧縮空気の圧力を調整することにより、ウェハＷの研磨圧力を調整するものであるが、ゾーンＺ１〜Ｚ５が形成する圧力の総和はバックプレート４２に作用する押圧力より小さく設定される必要があるところ、ゾーンＺ１〜Ｚ５の一部に圧縮空気を導入する場合には、圧縮空気が導入されたゾーンがバッキングフィルム４４を介してウェハＷを押圧してバックプレート４２が反力で持ち上がることにより、圧縮空気が導入されないゾーンの圧力が低下するため、ウェハＷを所望の研磨形状に研磨するためには煩雑な計算を行う必要があった。

そこで、発明者らは、鋭意検討の結果、目的とする研磨量を全体の研磨レートで除する研磨レート比という概念を導入することにより、所望の研磨形状を形成するために各ゾーンの圧力を容易に導出する方法を見出した。以下、具体的に説明する。図５は、ウェハＷの目標圧力を算出する手順を示すフローチャートである。

まず、基準となるダミーウェハを異なる圧力で２回以上研磨して、バックデータを取得する。なお、「バックデータ」とは、ゾーンＺ１〜Ｚ５に所定の圧力を付与した場合に得られる単位時間当たりの研磨量である研磨レートや後述する基準圧力と基準研磨レート比との関係を示す近似式に関するデータを含み、研磨パッド３、リテーナリング４３、スラリー７等を交換した場合には、その都度取得し直す必要がある。

ゾーンＺ１を例に説明すると、以下の研磨条件において、ゾーンＺ１の圧力を５．５ｐｓｉ、７．０ｐｓｉに設定して研磨を行い、ウェハＷの径方向に沿って配置された多数の測定点における研磨レートを測定する（工程Ｓ１）。その測定結果を図６に示す。
［研磨条件］
ウェハ圧力：４．０ｐｓｉ、リテーナ圧力：２．０ｐｓｉ
プラテン回転数：９０ｒｐｍ、研磨ヘッド回転数：９３ｒｐｍ
エアーフロー流量：３０Ｌ／ｍｉｎ、スラリー流量：３００ｍｌ／ｍｉｎ
研磨時間：１２０ｓｅｃ

次に、ゾーンＺ１の圧力を５．５ｐｓｉ、７．０ｐｓｉに設定して研磨を行った際のゾーンＺ１〜Ｚ５全体の研磨レート（以下、「全体研磨レート」と称す）を以下の式１に基づいて算出する（工程Ｓ２）。
［式１］
全体研磨レート＝Σ（Ｓｎ／Ｓ）×ｒｎ
なお、式１において、Ｓｎは、ｎ番目のゾーンの面積であり、Ｓは、１〜５番目までの各ゾーンの合計面積であり、Ｓｎ／Ｓは、ｎ番目のゾーンの面積を各ゾーンの合計面積で除した面積比である。本実施例では、ゾーンＺ１の面積は９１０６ｍｍ２、ゾーンＺ２の面積は２０５２２ｍｍ２、ゾーンＺ３の面積は１６８１７ｍｍ２、ゾーンＺ４の面積は１９８３７ｍｍ２、ゾーンＺ５の面積は４３６９ｍｍ２、ゾーンＺ１〜Ｚ５の総面積は７０６５０ｍｍ２にそれぞれ設定されている。また、ｒｎとは、ｎ番目のゾーンの平均研磨レートであり、各ゾーンＺ１〜Ｚ５における研磨レートの平均値である。Σ（Ｓｎ／Ｓ）×ｒｎとは、１〜５番目までの各ゾーンの面積比とゾーンの平均研磨レートとの積の合計を示している。

式１によれば、ゾーンＺ１に５．５ｐｓｉを作用させた場合の全体研磨レートは、１．３２μｍ／ｍｉｎであり、ゾーンＺ１に７．０ｐｓｉを作用させた場合の全体研磨レートは、１．４０μｍ／ｍｉｎであった。

次に、研磨レート比を算出する（工程Ｓ３）。研磨レート比は、各測定点における研磨レートを全体研磨レートで除することにより得られる。研磨レート比を図７に示す。また、図７の研磨レート比をゾーン毎に平均化したものを図８に示す。

次に、ゾーンＺ１の圧力（基準圧力）とゾーンＺ１の平均化された研磨レート比（基準研磨レート比）との関係を示す近似式を求める（工程Ｓ４）。図８によれば、ゾーンＺ１に５．５ｐｓｉの圧力を作用させた場合には、ゾーンＺ１の平均化された研磨レート比が０．９２であり、ゾーンＺ１に７．０ｐｓｉの圧力を作用させた場合には、ゾーンＺ１の平均化された研磨レート比が１．０５であることが分かる。これらの数値を、図９に示すような横軸にゾーンＺ１の基準圧力ｐ１、縦軸にゾーンＺ１の基準研磨レート比ｒ１をそれぞれ設定した座標軸上で線形近似すると、以下の式２が成り立つことが分かる。
［式２］
ｒ１＝０．０８８６Ｘｐ１＋０．４３０２

上述した工程Ｓ１〜４の手順によって、ゾーン１に異なる２つの圧力を作用させた場合について、ゾーンＺ１の基準研磨レート比ｒ１と、ゾーンＺ１の基準圧力ｐ１との関係を求めることができる。また、ゾーンＺ２〜Ｚ５についても、工程Ｓ１〜４と同様にして、各ゾーンにおける基準研磨レート比と基準圧力との関係式を求めることができる。ゾーンＺ２〜Ｚ５に関するゾーン内の基準研磨レート比とゾーンの基準圧力との関係式を式３〜６に示す。
［式３］
ｒ２＝０．０６３２Ｘｐ２＋０．７４１２
なお、式３において、ｒ２は、ゾーンＺ２の平均化された基準研磨レート比であり、ｐ２は、ゾーンＺ２の基準圧力である。
［式４］
ｒ３＝０．１１９３Ｘｐ３＋０．４９５５
なお、式４において、ｒ３は、ゾーンＺ３の平均化された基準研磨レート比であり、ｐ３は、ゾーンＺ３の基準圧力である。
［式５］
ｒ４＝０．１７５７Ｘｐ４＋０．２２６５
なお、式５において、ｒ４は、ゾーンＺ４の平均化された基準研磨レート比であり、ｐ４は、ゾーンＺ４の基準圧力である。
［式６］
ｒ５＝０．１３５３Ｘｐ５＋０．４８５６
なお、式６において、ｒ５は、ゾーンＺ５の平均化された基準研磨レート比であり、ｐ５は、ゾーンＺ５の基準圧力である。

以上が、バックデータを取得する手順である。次に、加工対象であるウェハＷを研磨するあたり所望の研磨量を得るために作用させる圧力（目標圧力）を演算する。先ず、加工対象であるウェハＷの研磨前の膜厚である初期膜厚を測定する（工程Ｓ５）。工程Ｓ５の測定値を表１の「初期膜厚」の欄に示す。なお、表１中のＸは、ウェハＷの径方向において中心からの距離である。

次に、工程Ｓ５で得られた測定値をゾーンＺ１〜Ｚ５毎に平均化する（工程Ｓ６）。本実施例で用いたウェハＷの初期膜厚の各ゾーンの平均値は、ゾーンＺ１からゾーンＺ５の順に、７６８．９５μｍ、７６８．３３μｍ、７６８．８３μｍ、７６８．８２μｍ、７６８．７９μｍであった。

次に、加工対象であるウェハＷの研磨後の膜厚である目標残膜厚を設定する（工程Ｓ７）。目標残膜厚は、ウェハＷを平坦に形成するためにウェハＷ全面で略同一の値に設定される場合に限定されず、研磨後のウェハＷを平坦以外の形状に形成したい場合にはその形状に応じて任意に設定可能である。工程Ｓ７で設定された目標残膜厚を表１の「目標残膜厚」の欄に示す。

次に、工程Ｓ７で設定した目標残膜厚をゾーンＺ１〜Ｚ５毎に平均化する（工程Ｓ８）。本実施例ではウェハＷの目標残膜厚の各ゾーンの平均値は、ゾーンＺ１からゾーンＺ５の順に、７６４．５８μｍ、７６５．０４μｍ、７６４．９１μｍ、７６４．８４μｍ、７６４．７９μｍであった。

次に、以下の式７に基づいて、各ゾーンの目標研磨レート比Ｒを求める（工程Ｓ９）。
［式７］
Ｒ＝ΔｔＺｎ／Σ（ΔｔＺｎ×Ｓｎ／Ｓ）
なお、式７において、ΔｔＺｎは、ｎ番目のゾーンの平均初期膜厚と平均目標残膜厚との差（研磨量）であり、Σ（ΔｔＺｎ×Ｓｎ／Ｓ）は、１〜５番目までの各ゾーンの研磨量と面積比との積の合計を示している。

式７に各ゾーンの面積比及び工程Ｓ６、８で得られた値を代入して得られたゾーンＺ１〜Ｚ５にそれぞれ対応した目標研磨レート比Ｒ１〜５の値を表２に示す。

工程Ｓ９で得られた目標研磨レート比Ｒ１〜Ｒ５の数値を式２〜６の基準研磨レート比に代入して、ゾーンＺ１〜Ｚ５に導入すべき目標圧力Ｐ１〜Ｐ５を求める（工程Ｓ１０）。ゾーンＺ１〜５毎の目標圧力Ｐ１〜Ｐ５の値を表２に示す。

このようにして、ゾーンＺ１〜Ｚ５に導入すべき目標圧力Ｐ１〜Ｐ５は、工程Ｓ１〜１０によって求めることができる。しかしながら、目標圧力Ｐ１〜Ｐ５を全て導入すると、バックプレート４２が反力で浮き上がる場合がある。そのような場合には、以下の手順で圧力を導入するゾーンを選択するのが好ましい（工程Ｓ１１）。

具体的には、目標研磨レート比Ｒ１〜Ｒ５の内で数値が大きい上位４つのゾーン（本実施例では、ゾーンＺ１、Ｚ３〜Ｚ５）で生じる押圧力と、ウェハＷを押圧する押圧力との大小を比較する。前者は、以下の式８で算出され、後者は、ウェハＷに作用する圧力（４ｐｓｉ）とゾーンの総面積（７０６５０ｍｍ２）とを乗じたものである。
［式８］
Σ（Ｐｎ×Ｓｎ）（ｎ＝１、３〜５）
なお、式８において、Σ（Ｐｎ×Ｓｎ）は、１、３〜５番目までの各ゾーンの目標圧力と各ゾーンの面積との積の合計を示している。

式８の合計値がウェハＷを押圧する押圧力と等しいか下回る場合には（工程Ｓ１１のＹｅｓ）、バックプレート４２は反力で浮き上がらないものと判定し、ゾーンＺ１、３〜５に上述した目標圧力Ｐ１、Ｐ３〜Ｐ５を導入する。

一方、式８の合計値がウェハＷを押圧する押圧力を上回る場合には（工程Ｓ１１のＮｏ）、バックプレート４２は反力で浮き上がるものと判定し、続いて、目標研磨レート比Ｒ１〜Ｒ５の内で数値が大きい上位３つのゾーン（本実施例では、ゾーンＺ１、Ｚ４、Ｚ５）で生じる押圧力と、ウェハＷを押圧する押圧力との大小を比較する。

本実施例では、ゾーンＺ１、Ｚ４、Ｚ５の押圧力の合計がウェハＷの押圧力を下回ったことから、ゾーンＺ１、Ｚ４、Ｚ５のみに圧縮空気を導入すれば、バックプレート４２の浮き上がりを抑制することができる。

このようにして得られた目標圧力Ｐ１〜Ｐ５をこの順で、７．６０ｐｓｉ、０ｐｓｉ、０ｐｓｉ、４．４３ｐｓｉ、３．８８ｐｓｉにそれぞれ設定してウェハＷを研磨した結果を図１０に示す。

なお、本実施例では、ウェハＷの押圧力を４ｐｓｉに設定した場合を例に説明したが、ウェハＷの押圧力を変更する場合には、目標圧力Ｐ１、Ｐ４、Ｐ５に変更後の圧力を４で除した値を乗じるだけで目標圧力を補正することができる。

また、図１０の研磨結果において、目標残膜厚と実際に研磨後に測定した膜厚（実測残膜厚）との乖離が大きい場合には、以下の手順で目標圧力Ｐ１、Ｐ４、Ｐ５を補正するのが好ましい。

すなわち、目標残膜厚と実測残膜厚との乖離の許容幅を±０．２μｍに設定した場合、図１０では、ゾーンＺ１の領域においてこの許容幅を上回る乖離（０．２３μｍ）が生じている。そこで、ゾーンＺ１の目標残膜厚を補正前の値（７６４．５８μｍ）から０．２３μｍを減じた補正値（７６４．３５μｍ）に再設定し、工程Ｓ８〜１０を再度実施することにより、表３に示すように、目標研磨レートＲ１が１．１５に、目標圧力Ｐ１が８．１６ｐｓｉにそれぞれ補正される。

そして、工程Ｓ１１と同様にして、バックプレート４２が浮き上がらないように、目標圧力Ｐ１〜Ｐ５をこの順で、８．１６ｐｓｉ、０ｐｓｉ、０ｐｓｉ、４．４３ｐｓｉ、３．８８ｐｓｉに設定し、この条件で研磨を行った結果を図１１に示す。図１１では、全てのゾーンにおいて目標残膜厚と実測残膜厚との乖離が許容幅以下になっている。

このようにして、本実施例に係るウェハ研磨装置１は、ダミーウェハＷ０を研磨して得られた研磨レート比と研磨圧力との関係を示す近似式とウェハＷの所望研磨量に基づいて目標圧力を算出することにより、ウェハＷの初期膜厚のばらつきや研磨後のウェハ形状に応じて適当な研磨条件を簡便に設定することができる。

また、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り、上記以外にも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。

１・・・ウェハ研磨装置
２・・・プラテン
３・・・回転軸
４・・・研磨ヘッド
４１・・・ヘッド本体
４２・・・バックプレート
４２ａ・・・エアライン
４２ｂ・・・（バックプレートの）下面
４２ｃ・・・エアフロート吹出口
４２ｄ・・・リム
４２ｅ・・・保持プレート
４２ｆ・・・エアライン
４３・・・リテーナリング
４３ａ・・・リテーナリングホルダ
４４・・・バッキングフィルム
４５・・・エアバッグ
４５ａ・・・内周側エアバッグ
４５ｂ・・・外周側エアバッグ
５・・・スラリー供給手段
６・・・コンディショナー
８・・・制御手段（制御装置）
Ａ・・・エア室
Ｗ・・・ウェハ

Claims

複数のゾーンの膨縮に応じてウェハをプラテンに押圧する研磨圧力を調整可能な研磨ヘッドと、前記ゾーンに供給される圧縮空気の圧力を調整する制御装置と、を備えるＣＭＰ装置であって、
前記制御装置は、
ダミーウェハを研磨した際の各ゾーンの研磨レートを前記各ゾーンの研磨レート及び各ゾーンの面積比の積の総和で除した基準研磨レート比と前記ダミーウェハを研磨した際の各ゾーンの基準圧力との関係を示す近似式を前記ゾーン毎に算出し、
加工対象である加工ウェハに関する各ゾーンの所望研磨量を前記各ゾーンの所望研磨量及び各ゾーンの面積比の積の総和で除した目標研磨レート比を算出し、
前記近似式及び前記目標研磨レート比に基づいて、前記加工ウェハに作用させる前記ゾーン毎の目標圧力を算出することを特徴するＣＭＰ装置。
前記制御装置は、前記加工ウェハの目標残膜厚及び研磨後の加工ウェハの膜厚である実測残膜厚の乖離から、前記目標圧力を補正することを特徴とする請求項１記載のＣＭＰ装置。
前記目標圧力の補正は、前記目標残膜厚と実測残膜厚との乖離幅を前記所望研磨量から減じて目標研磨レート比を再計算することによって算出されることを特徴とする請求項２記載のＣＭＰ装置。