JP5218892B2 - 消耗材の評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェハ等の基板表面を平坦化する研磨装置に用いる消耗材の評価方法に関する。

基板表面を研磨する研磨装置としてＣＭＰ装置が例示される。ＣＭＰ装置は、化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）により基板表面を超精密に研磨加工する技術として、シリコン基板やガラス基板、半導体ウェハなどの基板の研磨加工に広く利用されている。このような研磨装置では、チャックに保持された基板と研磨ヘッドに装着された研磨パッドとを相対回転させて押接し、基盤と研磨パッドとの当接部に研磨内容に応じたスラリー（Slurry）を供給して化学的・機械的な研磨作用を生じさせ、基板表面を平坦に研磨加工する（例えば、特許文献１を参照）。

このようなＣＭＰ装置には、研磨パッド、研磨ヘッドのリテーナリングやウェハを保持するためのバッキングフィルム、スラリー等、多数の消耗材が用いられている。これら部材の消耗は、基板の平坦性や均一性といった研磨品質に大きな影響を与えるため、定期的あるいは不定期的に交換されていた。
特開２００６−３１９２４９号公報

従来のＣＭＰ装置では、上記のように消耗材が交換された後に、研磨レシピ（基板の回転速度や研磨パッドの回転速度、基板に対する研磨パッドの相対揺動速度などの加工条件の組み合わせ）の条件出しの作業を行ってから、基板の研磨加工を再開していた。しかしながら、研磨加工の再開後、基板の被研磨面において所望の平坦性・均一性が得られない場合に、交換した消耗材に由来するものなのか、研磨レシピに由来するものなのか、原因を特定するのは難しく、試行錯誤を繰り返していた。

また、研磨レシピに原因があると特定できたとしても、レシピのどの条件をどの程度変更すればよいのかを判断するのは難しかった。このため、所望の研磨品質が得られない場合は、研磨レシピの各条件値を変えながらモニター・ウェハを用いたテスト加工を繰り返し行って、研磨レシピの再設定を行う必要があり、時間的・コスト的に生産性を阻害する要因となっていた。このため、できる限り実績のある研磨レシピは変更することなく、研磨加工を行いたいという要望が強かった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、交換後の消耗材の評価を既設の研磨レシピを利用して正確に行うことにより、生産性の向上を図ることができる、消耗材の評価方法を提供することを目的とする。

このような目的を達成するため、本発明は、基板を保持する保持機構と、前記基板を研磨可能な研磨パッドと、前記保持機構に保持された前記基板と対向するように前記研磨パッドを保持する研磨ヘッドとを備え、前記研磨ヘッドに保持された前記研磨パッドの研磨面を前記保持機構に保持された前記基板の被研磨面に当接させた状態で相対移動させることにより、前記基板の研磨加工を行う研磨装置における消耗材の評価方法であって、研磨加工の加工条件が入力されたときに、入力された前記加工条件に基づいて研磨加工後の前記被研磨面における研磨量の円周方向の理論ばらつきが所定の基準値以下となるように前記加工条件の補正を行い、前記研磨装置を構成する消耗材のうちの一つを評価用の消耗材に交換し、補正された前記加工条件に基づいて前記基板の研磨加工を行い、前記基板の前記被研磨面における研磨量の円周方向の実ばらつきを算出し、算出された前記実ばらつきに基づいて、交換された前記消耗材の評価を行う。

本発明によれば、研磨装置を構成する消耗品の交換後に不具合が発生した場合、原因の特定を容易にすることができるとともに、従来では必須であった消耗品の交換後の新たな研磨レシピの条件出しという煩雑な作業を行う必要がないため、時間及びコストを低減させることができる。

従って、本発明によれば、交換後の消耗材の評価を既設の研磨レシピを利用して正確に行うことにより、生産性の向上を図ることができる、消耗材の評価方法を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明に係る研磨装置の代表例であるＣＭＰ装置（化学的機械的研磨装置）を図１に示しており、まずこの図を参照して研磨装置ＰＭの全体構成から概要説明する。研磨装置ＰＭは、大別的には、シリコン基板やガラス基板、半導体ウェハなどの基板（以下、ウェハＷと称する）の搬入・搬出を行うカセットインデックス部１、研磨加工を行う研磨加工部２、研磨加工が終了したウェハＷの洗浄を行う基板洗浄部３、及び研磨装置ＰＭ内でウェハＷの搬送を行う搬送装置４（第１搬送ロボット４１、第２搬送ロボット４２）などからなり、各部はそれぞれ自動開閉式のシャッタで仕切られてクリーンチャンバが構成される。研磨装置ＰＭの作動は、後述の制御装置４００（図２を参照）により制御される。

カセットインデックス部１には、それぞれ複数枚のウェハＷを保持したカセット（キャリアとも称される）Ｃ₁〜Ｃ₄を載置するウェハ載置テーブル１２が設けられ、ウェハ載置テーブル１２の前方に第１搬送ロボット４１が配設されている。第１搬送ロボット４１は多関節アーム型のロボットであり、床面に設けられたリニアガイドに沿って移動自在な基台の上部に水平旋回及び昇降作動自在な旋回台が設けられ、この旋回台に取り付けられた多関節アームを伸縮させて、アーム先端部のウェハチャックでウェハＷの外周縁部を把持可能になっている。第１搬送ロボット４１によりセンドカセットＣ₁，Ｃ₂から取り出された研磨加工前の未加工ウェハＷは、基板洗浄部３内に設けられた未加工ウェハＷを搬送するための通路内で研磨加工部２の第２搬送ロボット４２に受け渡される。

研磨加工部２は、９０度毎に回動送りされる円形のインデックステーブル２０を中心として４つのエリアに区分されており、未加工ウェハＷの搬入及び加工済ウェハＷの搬出を行う搬送ステージＳ₀と、ウェハ表面の研磨加工を行う第１研磨ステージＳ₁、第２研磨ステージＳ₂、第３研磨ステージＳ₃とから構成される。インデックステーブル２０は、これら４つのステージに対応して４分割されている。

搬送ステージＳ₀には、第２搬送ロボット４２が設けられている。第２搬送ロボット４２により研磨加工部２に搬入されたウェハＷは、第２搬送ロボット４２により搬送され、搬送ステージＳ₀に位置決めされたウェハチャック２００に載置されて吸着保持される。

第１研磨ステージＳ₁、第２研磨ステージＳ₂、第３研磨ステージＳ₃には、それぞれウェハチャック２００に吸着保持されたウェハＷの表面を研磨する研磨機構２２（パッド回転機構）と、研磨パッド２２０の研磨面２２０ｓをドレッシングするドレッシング機構２３（工具回転機構）とが設けられている。

研磨機構２２は、図２に概要構成を示すように、研磨パッド２２０と、研磨パッドの研磨面２２０ｓを下向きの水平姿勢で保持し回転させる研磨ヘッド２２２、研磨ヘッドを水平揺動及び昇降作動させる研磨アーム２２３、及びウェハ表面を上向きの水平姿勢で回転させる上記ウェハチャック２００などからなり、各ステージで行われるプロセス内容に応じた加工条件でウェハ表面が研磨加工される。なお、研磨パッド２２０の直径は、研磨対象であるウェハＷの直径よりも小さく設定されている。

研磨機構２２によるウェハ表面の研磨加工は、研磨アーム２２３を水平揺動させて研磨ヘッド２２２をウェハチャックの上方に位置させた状態で、研磨ヘッド２２２を回転させながら下降させ、ウェハチャック２００に吸着保持されて回転されるウェハＷの表面（被研磨面Ｗｓ）に研磨パッド２２０の研磨面２２０ｓを所定圧力で押圧させ、研磨ヘッドの中心部からスラリーを供給しながら研磨アーム２２３を揺動させることで行われ、ウェハＷの表面全体が平坦に研磨加工される。

なお、各研磨機構２２で用いられる研磨パッド２２０は、層間絶縁膜ＣＭＰ、メタルＣＭＰ等の加工プロセス、回路パターンの微細度、第１次研磨（粗研磨）〜第３次研磨（仕上げ研磨）等の加工段階などに応じて、適宜なパッドが選択して装着される。また研磨ヘッド２２２には、中心を貫通して円環状の研磨パッド２２０の中心部にスラリーを供給するスラリー供給構造が設けられており、研磨加工時には、スラリー供給装置から加工目的に応じたスラリーが供給されるようになっている。また研磨アーム２２３の先端部には、研磨加工中のウェハの研磨状態を光学的に検出する終点検出器が取り付けられており、研磨加工中の膜厚減少などがリアルタイムで検出され研磨加工の終点をフィードバック制御可能になっている。

ドレッシング機構２３は、ドレッシング工具２３０と、ドレッシング工具２３０を上向きの水平姿勢で回転させる回転構造とを備えて構成され、研磨アーム２２３を揺動させて研磨ヘッド２２２をドレッシング工具２３０上に移動させ、研磨パッド２２０を回転させながら下降させて研磨面２２０ｓを相対回転するドレッシング面２３０ｓに当接させ、詳細図示省略するノズルからドレッシング加工部に純水を供給して研削屑等を洗い流し、研磨面２２０ｓをドレッシングするように構成される。

インデックステーブル２０は、図１に示すように、第１〜第３研磨ステージＳ₁、Ｓ₂、Ｓ₃における研磨加工が終了すると９０度回動送りされ、ウェハチャック２００に吸着保持されたウェハＷが、搬送ステージＳ₀から順次第１研磨ステージＳ₁→第２研磨ステージＳ₂→第３研磨ステージＳ₃に送られて各研磨ステージでＣＭＰ加工され、第３研磨ステージＳ₃での研磨加工が終了したウェハＷが搬送ステージＳ₀に送り出される。搬送ステージＳ₀に送り出されて、吸着保持が解除された加工済ウェハＷは、第２搬送ロボット４２によって研磨加工部２から基板洗浄部３に搬送される。

基板洗浄部３は、第１洗浄室３１、第２洗浄室３２、第３洗浄室３３及び乾燥室３４の４室構成からなり、表裏両面の研磨加工が終了して第２搬送ロボット４２により搬入された加工済ウェハＷが、第１洗浄室３１→第２洗浄室３２→第３洗浄室３３→乾燥室３４に順次送られて研磨加工部２で付着したスラリーや研磨摩耗粉等の除去洗浄が行われる。各洗浄室における洗浄方法は種々の構成例があるが、例えば、第１洗浄室３１では回転ブラシによる両面洗浄、第２洗浄室３２では超音波加振下での表面ペンシル洗浄、第３洗浄室３３では純水によるスピナー洗浄、乾燥室３４では窒素雰囲気下における乾燥処理が行われる。なお、第１洗浄室３１の下方には、未加工ウェハＷを搬送するための通路が設置されている。

基板洗浄部３で洗浄された加工済ウェハＷは、第１搬送ロボット４１により基板洗浄部３から取り出され、ウェハ載置テーブル１２上に載置されたレシーブカセットＣ₃，Ｃ₄の所定スロット、又はセンドカセットＣ₁，Ｃ₂の空きスロットに収容される。

制御装置４００は、図２に示すように、研磨加工部２の研磨機構２２及びドレッシング機構２３、カセットインデックス部１、基板洗浄部３、搬送装置４等にそれぞれ制御信号を出力して、各装置の作動を制御するように構成される。また、制御装置４００には、各種の指令やデータ等の入力操作が行われる入力部４１０や、研磨やドレッシングの条件を設定変更するための条件設定部４２０が電気的に接続される。

次に、研磨装置ＰＭを用いて半導体ウェハＷの表面を研磨加工する場合の、研磨装置ＰＭの作用について図３を参照しながら説明する。ここで、図３は、カセットインデックス部１のセンドカセットＣ₁に収容された未加工ウェハＷが、研磨加工部２で順次研磨処理され、基板洗浄部３で洗浄処理され、カセットインデックス部１のレシーブカセットＣ₄に収納されるまでのウェハＷの流れを点線と矢印を付して示したものである。なお、研磨装置ＰＭの作動は制御装置４００（図２を参照）によって制御され、制御装置４００は予め設定された制御プログラムに基づいて各部の作動制御を行う。

研磨装置ＰＭで研磨加工プログラムがスタートされると、第１搬送ロボット４１がセンドカセットＣ₁の位置に移動し、旋回台を水平旋回及び昇降作動させるとともに多関節アームを伸長作動させてウェハチャックでスロット内の未加工ウェハＷを取り出し、旋回台を１８０度旋回作動させて第１洗浄室３１の下方に設置されている通路に向かい、この通路内で研磨加工部２側の第２搬送ロボット４２に未加工ウェハを受け渡す。

第１搬送ロボット４１から未加工ウェハＷを受け取った第２搬送ロボット４２は、未加工ウェハを研磨加工部２に搬入する。そして未加工ウェハＷは、第２搬送ロボット４２により研磨機構２２に搬送され、搬送ステージＳ₀に位置決め停止されたインデックステーブル２０のウェハチャック２００上に載置される。ウェハＷが載置されると、ウェハチャック２００がウェハの裏面を真空吸着して保持し、第２搬送ロボット４２は退避する。

研磨機構２２の第１研磨ステージＳ₁〜第３研磨ステージＳ₃において研磨加工が開始される。このような３段階の研磨ステージＳ₁〜Ｓ₃において行われるウェハ表面の研磨加工については、既に公知であるため（例えば、本出願人による特開2002−93759号公報）、本明細書においては詳細説明を省略し、以下簡潔に説明する。

第２搬送ロボット４２が退避すると、インデックステーブル２０が時計回りに９０度回動されてウェハチャック２００に吸着保持されたウェハＷが第１研磨ステージＳ₁に位置決めされ、同時に研磨アーム２２３が揺動されて研磨ヘッド２２２がウェハＷ上に移動する。そして研磨ヘッド２２２とウェハチャック２００とが反対方向に回転起動するとともに研磨ヘッド２２２が下降し、研磨パッド２２０（研磨面）をウェハ表面（被研磨面）に押圧させて第１次研磨加工を行う。研磨加工中には研磨ヘッド２２２の軸心からスラリーを供給しながら研磨パッド２２０がウェハＷの回転中心と外周端部との間を往復動するように研磨アーム２２３を揺動作動させ、ウェハ表面を均一に平坦研磨する。

第１次研磨加工が終了すると、制御装置４００は、インデックステーブル２０を時計回りにさらに９０度回動させ、第１次研磨加工が終了したウェハを第２研磨ステージＳ₂に、搬送ステージＳ₀で待機されたウェハを第１研磨ステージＳ₁に位置決めする。そして、第１及び第２研磨ステージでそれぞれ研磨ヘッド２２２を下降させて、第１次研磨加工と第２次研磨加工とを同時に並行して行う。

第２次研磨加工が終了すると、制御装置４００は、第１次研磨加工が終了したか否かを確認し、第１次研磨加工が終了している場合に、インデックステーブル２０を時計回りにさらに９０度回動させて、第２次研磨加工が終了したウェハを第３研磨ステージＳ₃に、第１次研磨加工が終了したウェハを第２研磨ステージＳ₂に、搬送ステージで待機されたウェハを第１研磨ステージＳ₁に位置決めし、それぞれ研磨ヘッド２２２を下降させて、第１，第２，第３次研磨加工を同時並行して行わせる。

第３次研磨加工が終了すると、制御装置４００は、第１次研磨加工及び第２次研磨加工が終了したか否かを確認し、全ての研磨加工が終了している場合に、インデックステーブル２０を時計回りにさらに９０度回動させて、第３次研磨加工が終了したウェハＷを搬送ステージＳ₀に、他のステージに位置したウェハＷも前述同様に各１段ずつ移動させて位置決めする。

インデックステーブル２０が位置決め停止され、第１〜第３研磨ステージＳ₁〜Ｓ₃を経て表面研磨が終了したウェハＷが搬送ステージＳ₀に位置決めされると、第２搬送ロボット４２がウェハチャック２００上で真空吸着が解除された加工済ウェハＷの外周縁部を把持して上昇及び旋回作動し、リニアガイドに沿って水平移動して基板洗浄部３に搬送する。また加工済ウェハＷの搬送後に第１搬送ロボット４１から未加工ウェハＷを受け取って研磨加工部２に搬入する。

基板洗浄部３では、第１洗浄室３１で回転ブラシによる両面洗浄、第２洗浄室３２で超音波加振下での表面ペンシル洗浄、第３洗浄室３３で純水によるスピナー洗浄、乾燥室３４で窒素雰囲気下における乾燥処理が行われる。そして、このようにして洗浄された完成品ウェハは、カセットインデックス部１の第１搬送ロボット４１によって基板洗浄部３から取り出され、レシーブカセットＣ₄の指定スロットに収納される。

以上の作動が順次繰り返して行われ、第１枚目のウェハの研磨加工完了後はインデックステーブル２０の回動間隔毎に、表面及び裏面が平坦に研磨されたウェハＷがカセットＣ₄に収納される。インデックステーブル２０の回動間隔は、３つのステージに分割された研磨加工時間によって規定され、例えば第１次研磨加工の時間間隔毎に完成ウェハＷが連続生産される。また、ドレッシング機構２３によるドレッシングが各研磨ステージにおいて各研磨加工の行われる前に毎回行われ、研磨パッド表面（研磨面２２０ｓ）の目詰まりが修正されて平坦度が確保される。

なお、ウェハチャック２００の回転速度や、研磨ヘッド２２２の回転速度及び移動速度、研磨圧力、ウェハＷに対する研磨時間、スラリーの種類及び供給量等といった研磨条件（パラメータ）は、予め入力部４１０で入力されて制御装置４００の内部メモリにレシピファイルとして設定記憶され、制御装置４００は、このレシピファイルのデータに基づいて各装置の作動を制御する。

そして、本実施形態においては、交換された消耗材（例えば、ウェハＷを保持するためのウェハチャック２００、研磨パッド２２０、スラリー及びドレッシング工具２３０など）の評価を、予め補正されて非対称性が抑えられた研磨レシピを用いてウェハＷの研磨加工を行い、この実研磨加工後のウェハＷの被研磨面における研磨量の円周方向の実ばらつきを算出し、この算出結果に基づいて行われるようになっている。

以下に、本実施形態における消耗材の評価方法について、図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、ステップＳ１において、研磨加工の研磨レシピ（加工条件）が入力部４１０から入力されると、制御装置４００は、この入力された研磨レシピに基づいて、研磨加工後のウェハＷの被研磨面における研磨量の円周方向の理論ばらつきを算出する。

ここで、上記ステップＳ１における、ウェハＷの被研磨面における研磨量の円周方向の理論ばらつきの算出方法について説明する。まず、入力された研磨レシピから、研磨パッド２３０の走行軌跡を規定するパラメータである、研磨パッド２２０の回転速度、ウェハＷの回転速度、ウェハＷに対する研磨パッド２２０の揺動開始点及び揺動ストローク、研磨パッド２２０の揺動速度を取得し、これらの条件値に基づいて、ウェハＷの被研磨面上における研磨パッド２２０の各部の走行軌跡を算出する。ウェハＷの被研磨面上に形成された走行軌跡は、研磨パッド２２０の任意点によって研磨される研磨軌跡であることから、走行軌跡の密度が高い領域ほど研磨量が高く、走行軌跡の密度が低いほど研磨量が低くなることを表す。

次に、制御装置４００は、研磨パッド２２０の研磨面の各部について走行軌跡を研磨加工時間分積算し、ウェハＷの被研磨面上に形成され走行軌跡の密度分布を算出する。例えば、研磨パッド２３０の任意点Ｐを、周方向に５度ピッチ、径方向に５ｍｍピッチの多数の走行点Ｐ₁〜Ｐ_nとして設定し、これらＰ₁〜Ｐ_nの各点の走行軌跡Ｌ₁〜Ｌ_nを研磨加工時間分について積算して、被研磨面上における研磨面の走行軌跡の密度分布を算出する。

続いて、算出された走行軌跡の密度分布に基づいて計算した研磨量の面分布から、同一半径上の円周方向の研磨量のばらつき（理論ばらつき）、すなわちポーラー研磨量（Polar Removal）の分布を算出する。

なお、本実施形態においては、ウェハＷの同一半径上の円周方向の研磨量のばらつきを、研磨量分布の不均一性を表す指標の一つであるポーラー・レンジ（Polar Range＝(最大研磨量Max-最小研磨量Min)/平均研磨量Average）により示す。

ポーラー・レンジの値が大きいことは、同一半径上の研磨量が均一ではないこと、すなわち研磨量の面分布に非対称性が生じることを意味する。そこで、ステップＳ２において、制御装置４００は、ウェハＷの被研磨面における研磨量の円周方向の理論ばらつきが所定の基準値以下であるか否か、換言すれば、計算したポーラー・レンジの最大値（最大ポーラー・レンジ（Max Polar Range））が所定の基準値を超えるかを判定する。判定がＹｅｓの場合にはステップＳ４に進む。判定がＮｏの場合にはステップＳ３に進み、ウェハＷの被研磨面における研磨量の円周方向の理論ばらつきが所定の基準値以下となるように、すなわち最大ポーラー・レンジが所定の基準値以下となるように研磨レシピの補正を行って、レシピの研磨量の面分布の非対称性を改善した後に、ステップＳ４に進む。

所定の基準値は、研磨対象や生産工程に応じて適宜に設定できるが、例えば半導体ウェハの研磨ラインでは一般的な実研磨の許容値としてポーラー・レンジで１０％程度とされており、本実施形態ではシミュレーション計算の所定基準値としてポーラー・レンジを３％以下に設定している。

次に、ステップＳ４において、研磨装置ＰＭを構成する消耗材のうちの一つを評価用の消耗材に交換する。

続いて、ステップＳ５において、制御装置４００は、補正されて非対称性が抑えられた前記研磨レシピに基づき、ウェハＷの研磨加工を行う。

そして、ステップＳ６において、実研磨加工を行ったウェハＷを形状測定して、ウェハＷの被研磨面における研磨量の円周方向の実ばらつきを算出する。

続いて、ステップＳ７において、制御装置４００は、ステップＳ６で算出された前記実ばらつきに基づいて、交換された前記消耗材の評価を行う、具体的にはポーラー・レンジの最大値が所定の基準値を超えるか否かの判定を行う。ここで、ポーラー・レンジの最大値が所定の基準値を超える、すなわち非対称性が抑えられている補正済みの研磨レシピを用いたにも係わらず、実研磨加工後の研磨量の面分布に非対称性を生じている場合には、交換した評価用の消耗材に不具合が発生している可能性が高いため、本実施形態においては警報作動を行う。警報作動とは、研磨量分布が非対称性を生じる可能性が高い旨を、文字や絵で表示装置に表示したり、ＬＥＤを点灯させたりする等の視覚警報、音声やブザーによる聴覚警報などを含めた作動を意味する。このような構成とすれば、作業者は、例えば、データ結果より消耗材の不具合の発生位置等を読み取って該当部分を重点的に再加工・再研磨等の補修を行ったり、再交換したりするなど、迅速且つ容易に対応すること可能となり、生産性の向上を図ることができる。

ここで、上記方法を用いて、消耗材ウェハチャックＡの評価を行う場合について説明する。

補正済みの研磨レシピＸとして、研磨パッド２３０の回転速度Ｖ_ｐ＝１１０[rpm]、ウェハＷの回転速度Ｖ_w＝−１０８[rpm]、ウェハＷに対する研磨パッド２３０の揺動開始点をウェハ中心から３２[mm]、揺動ストローク９５[mm]、揺動速度Ｖ_s＝６３[mm/sec]、研磨加工時間３０[sec]を設定する。この研磨レシピは、図５で示す計算された研磨量の面分布のデータ（Simulation Date）及び図６の濃色の棒グラフで示す計算されたポーラー・レンジのように、研磨量の分布がウェハＷの中心軸に対してほぼ軸対称であるレシピ、換言すると、非対称性が抑えられたレシピ（Polish Recipe without Asymmetry）である。なお、本実施形態では、ポーラー・レンジの最大値（Max Polar Range）は、１．４％であった（シミュレーション計算の許容値は３％以下である）。

一方、研磨パッド２３０の回転速度Ｖ_ｐ＝１１０[rpm]、ウェハＷの回転速度Ｖ_w＝−１１１[rpm]、ウェハＷに対する研磨パッド２３０の揺動開始点をウェハ中心から３２[mm]、揺動ストローク９５[mm]、揺動速度Ｖ_s＝６０[mm/sec]、研磨加工時間３０[sec]である、非対称性が生じている研磨レシピ（Polish Recipe with Asymmetry）Ｙを設定した際に計算されたポーラー・レンジを、図６中の薄色の棒グラフで示す。この研磨レシピＹのポーラー・レンジの最大値は、９．６％であった。図６のように、研磨レシピＹのように研磨レシピに非対称性が生じている場合は、研磨レシピＸのように非対称性がない場合に比べて、一般にポーラー・レンジの最大値が大きくなる傾向があるとともに、その分布が不均一となることが分かる。

続いて、消耗材ウェハチャックＡに交換後、上記の補正済み研磨レシピＸを用いてウェハＷの実研磨加工を行ったところ、図７〜図９のデータが得られた。

図７は、補正済みの研磨レシピＸを適用して実研磨加工を行ったウェハＷを形状測定して得た研磨量の面分布の測定データである。図５及び図７から分かるように、補正済みの研磨レシピＸを計算して得られた研磨量の面分布と、実研磨加工後のウェハＷを測定して得られた研磨量の面分布との間に、極めて高い相関があることが分かる。

図８は、図７に示した実研磨加工されたウェハＷの研磨量の分布をグラフにした測定データ（Polish Raw Data）であり、図の横軸がウェハＷの半径方向位置（左端がウェハ中心〜右端がウェハ外周）であり、縦軸が研磨量である。そして、同一半径位置に多数プロットされたデータが、同一半径の円周上に位置する角度０〜３６０度の円周方向の研磨量の実ばらつき、すなわちポーラー研磨量（Polar Removal）の分布である。図９は、さらに図８のデータから、実研磨加工後のウェハＷにおける同一半径上の円周方向の研磨量のばらつき（実ばらつき）をポーラー・レンジ（Polish Raw Data）で示したものである。図９から、同一半径上の円周方向の研磨量のばらつきはほぼ均一であり、ポーラー・レンジの最大値（Max Polar Range）は９．０％であった（実研磨の許容値は１０％以下である）。

図７〜図９から明らかなように、交換された消耗材ウェハチャックＡは、補正済み研磨レシピＸにおける計算された結果とほぼ一致しており、実研磨の研磨量の面分布において大きな非対称性は発生していないことが分かる。交換したウェハチャックＡについては実研磨のポーラー・レンジの最大値は許容値以内であり特に問題はないが、ウェハチャックＡの全面のさらなる改善余地があることも分かる。

比較のため、図１０に、消耗材ウェハチャックＢに交換後、上記の補正済み研磨レシピＸを用いて実研磨加工した場合におけるポーラー・レンジを示す。この図から、同一半径上の円周方向のばらつきは、ウェハＷの中心付近では小さく外周付近では大きく不均一であることが分かるとともに、ポーラー・レンジの最大値（Max Polar Range）は１０．３％であり、所定の基準値を超えたことが分かる。よって、消耗材ウェハチャックＢの交換においては、補正済み研磨レシピＸを用いたにも係わらず、ウェハチャック外周部の研磨量の面分布において比較的大きい非対称性が発生していることとなり、何らかの不具合が発生している可能性があることが分かる。

以上のように、本実施形態においては、研磨装置ＰＭを構成する消耗品の交換後に不具合が発生した場合、その不具合の原因が交換した消耗材であると容易に特定することができるため、従来では必須であった消耗品の交換後の新たな研磨レシピの条件出しという煩雑な作業を行う必要がなく、作業にかかる時間及びコストを低減させることができる。従って、交換後の消耗材の評価を既設の研磨レシピを利用して正確に行うことにより、生産性の向上を図ることができる。

なお、本実施形態に係る発明を分かりやすくするために、上記実施形態の構成要件を付して説明したが、本発明がこれに限定されるものではないことは言うまでもない。

本実施形態に係る研磨装置の全体構成例を平面図である。 研磨機構及びドレッシング機構を模式的に示す概要構成図である。 上記研磨装置におけるウェハの流れを示す説明図である。 消耗材の評価方法を示すフローチャートである。 研磨量面分布の非対称性が抑えられた研磨レシピにおける、走行軌跡の密度分布に基づいて算出したシミュレーション・データである。 図５に示す研磨量面分布の非対称性が抑えられた研磨レシピＸに基づき、計算したポーラー・レンジである。 上記研磨レシピＸにおける、実際に研磨加工を行ったウェハの研磨量の面分布の測定データである。 上記研磨レシピＸにおける、実加工ウェハの研磨量の分布をグラフ化した測定データである。 ウェハチャックＡに交換後、研磨レシピＸを用いた場合における、実研磨加工後のウェハＷにおける同一半径上の円周方向の研磨量のばらつきをポーラー・レンジ（Polar Range）を用いて示したグラフである。 ウェハチャックＢに交換後、研磨レシピＸを用いた場合における、実研磨加工後のウェハＷにおける同一半径上の円周方向の研磨量のばらつきをポーラー・レンジ（Polar Range）を用いて示したグラフである。

符号の説明

ＰＭ 研磨装置
Ｗ ウェハ（基板）
２２ 研磨機構（保持機構）
２３ ドレッシング機構
２００ ウェハチャック（消耗材）
２２０ 研磨パッド
４００ 制御装置

Claims (2)

1. 基板を保持する保持機構と、前記基板を研磨可能な研磨パッドと、前記保持機構に保持された前記基板と対向するように前記研磨パッドを保持する研磨ヘッドとを備え、
   前記研磨ヘッドに保持された前記研磨パッドの研磨面を前記保持機構に保持された前記基板の被研磨面に当接させた状態で相対移動させることにより、前記基板の研磨加工を行う研磨装置における消耗材の評価方法であって、
   研磨加工の加工条件が入力されたときに、入力された前記加工条件に基づいて研磨加工後の前記被研磨面における研磨量の円周方向の理論ばらつきが所定の基準値以下となるように前記加工条件の補正を行い、
   前記研磨装置を構成する消耗材のうちの一つを評価用の消耗材に交換し、
   補正された前記加工条件に基づいて前記基板の研磨加工を行い、
   前記基板の前記被研磨面における研磨量の円周方向の実ばらつきを算出し、
   算出された前記実ばらつきに基づいて、交換された前記消耗材の評価を行うことを特徴とする消耗材の評価方法。
2. 前記消耗材は、前記基板を保持するためのチャック、前記研磨パッド、スラリー及びドレッサーを含むことを特徴とする請求項１に記載の消耗材の評価方法。
   

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