研磨装置以及研磨方法
研磨装置以及研磨方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及对晶片等基板进行研磨，使基板表面平坦化的研磨装置以及研磨方 法。
【背景技术】
[0002] 在半导体器件的制造工序中，对晶片表面上形成的膜的研磨过程中，通过对膜厚 信息进行监视，操纵施加于晶片背面各部的压力，以控制残存膜厚的分布。例如专利文献1 和专利文献2公开了这样的技术。
[0003] 这样的残存膜厚分布的控制中，正确把握在晶片背面上施加的压力的变化对研磨 速度的影响，具体地说，响应的死区时间、响应的延迟、过程增益（研磨速度与压力之比）等 特性，根据该特性确定控制参数是很重要的。所谓控制参数，是指决定控制动作的条件值， 其中包含例如PID控制中的比例增益、积分增益、微分增益等。又，在模型预测控制中，控制 参数也包含预测用的模型内的比例常数、响应延迟等参数。向来，由于对一枚枚晶片产品的 使用上的限制和膜厚测定的困难，这些控制参数或使用过去根据经验确定的数值，或研磨 与产品晶片相同种类的样品晶片推定控制参数的一部分。
[0004] 但是，即使是对多片晶片的背面施加相同的压力，也因研磨垫（F )、保持环 (y亍一于y ）等易耗材料的状态和被研磨膜的材质参差不齐等缘故，实际上也有晶 片间研磨速度（也称为去除速率）不同的情况。而且，即使是对一枚晶片进行研磨，也存在 由于表层的变质（氧化等）、表面高低不平（凹凸等）的去除、或研磨后半程晶片温度的上 升等原因，研磨过程中去除速率发生变化的情况。
[0005] 从而，用一定的控制参数进行研磨控制时，各时刻的控制参数未必适合当前的工 艺特性，有时候压力变化等操纵量不合适，控制性能劣化。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献1 :日本特表2008 - 503356号公报
[0008] 专利文献2 :国际公开2008/032753号说明书
【发明内容】
[0009] 发明所要解决的课题
[0010] 因此，本发明的目的在于，提供能够与工艺特性的变化无关地实现良好的残存膜 厚分布的控制的研磨装置和研磨方法。
[0011] 用于解决课题的手段
[0012] 本发明的一种形态一种研磨装置，其具备：支持研磨垫用的研磨台；对所述基板 的背面的多个区域分别施加压力，将所述基板的表面按压在所述研磨垫上的顶环；
[0013] 取得随着所述基板的膜的厚度变化的膜厚信号的膜厚传感器；以及操纵所述压力 的研磨控制部，所述研磨控制部，在所述基板的研磨过程中，计算所述基板的表面的多个区 域内的残存膜厚的指数，为了控制残存膜厚的分布，根据所述指数对所述压力进行操纵，利 用所述基板的研磨过程中得到的研磨数据，对所述残存膜厚的分布的控制中使用的控制参 数中的至少一个进行更新。
[0014] 优选的形态是，所述研磨控制部对在所述基板之后研磨的别的基板开始所述压力 的操纵之前，对所述至少一个控制参数进行更新。
[0015] 优选的形态是，所述研磨控制部在所述基板的研磨过程中对所述至少一个控制参 数进行更新。
[0016] 优选的形态是，所述至少一个控制参数是模型预测控制的工艺模型中包含的控制 参数，所述研磨控制部对所述至少一个控制参数进行更新，以使所述指数的预测值与实测 值的均方误差为最小。
[0017] 优选的形态是，所述至少一个控制参数是所述指数的变化速度与所述压力之比。
[0018] 优选的形态是，所述研磨控制部根据所述指数及所述压力的值对所述至少一个控 制参数进行更新。
[0019] 优选的形态是，所述膜厚传感器是涡流传感器。
[0020] 优选的形态是，所述膜厚传感器是光学式传感器。
[0021] 本发明的另一种形态是一种研磨方法，其使支持研磨垫的研磨台旋转，对基板的 背面的多个区域分别施加压力，将所述基板的表面按压在所述研磨垫上，对所述基板进行 研磨，取得随着所述基板的膜的厚度变化的膜厚信号，在所述基板的研磨过程中，计算所述 基板的表面的多个区域内的残存膜厚的指数，为了控制残存膜厚的分布，根据所述指数对 所述压力进行操纵，利用所述基板的研磨过程中得到的研磨数据，对所述残存膜厚的分布 的控制中使用的控制参数中的至少一个进行更新。
[0022] 优选的形态是，对在所述基板之后研磨的别的基板开始所述压力的操纵之前，对 所述至少一个控制参数进行更新。
[0023] 优选的形态是，在所述基板的研磨过程中对所述至少一个控制参数进行更新。
[0024] 优选的形态是，所述至少一个控制参数是模型预测控制的工艺模型中包含的控制 参数，对所述至少一个控制参数进行更新，以使所述指数的预测值与实测值的均方误差为 最小。
[0025] 优选的形态是，所述至少一个控制参数是所述指数的变化速度与所述压力之比。
[0026] 优选的形态是，根据所述指数及所述压力的值对所述至少一个控制参数进行更 新。
[0027] 发明效果
[0028] 如果采用本发明，能够与易耗品的劣化造成的研磨特性的变化、一枚晶片在研磨 过程中研磨特性的变化无关地实现良好的残存膜厚分布控制。又，即使是在研磨特性比较 稳定的情况下，也能够更正确地掌握研磨特性，提高控制性能。
【附图说明】
[0029] 图1是表示对作为基板之一例的晶片进行研磨用的研磨装置的示意图。
[0030] 图2是表示顶环的剖面图。
[0031] 图3是表示晶片的表面（被研磨面）被分为I个区域的例子的示意图。
[0032] 图4是表示模型预测控制的参照轨道的坐标图。
[0033] 图5的（a)，（b)是表示首先用与实际状态不同的预测模型的参数对一枚晶片进行 研磨，用该研磨数据确定工艺模型，更新参数，将更新了的参数使用于其他晶片的研磨控制 的情况下的模拟结果的图。
[0034] 图6是表示利用在先的晶片的研磨数据，确定预测控制用模型的工序的流程图。
[0035] 图7是表示利用研磨过程中的晶片的研磨数据，确定预测控制用模型的工序的流 程图。
[0036] 图8的（a)，（b)是表示一边进行膜厚分布控制，一边对氧化膜的无图形晶片（7'' 7 y 7卜々X /、）进行研磨时的结果的图。
[0037] 图9是表示晶片的研磨过程中，在预测控制用模型中将残存膜指数的减少速度与 压力之比维持于一定值的情况和改变该比的情况下的，研磨后的晶片的面内膜厚范围的结 果的坐标图。
【具体实施方式】
[0038] 下面参照附图对本发明的实施形态进行说明。
[0039] 图1是表示作为基板之一例的晶片的研磨用的研磨装置的示意图。如图1所示， 研磨装置具备支持晶片W并使其旋转的顶环（基板支持部）1、支持研磨垫2的研磨台3、将 研磨液（浆液）提供给研磨垫2的研磨液供给喷嘴5、以及取得随晶片W的厚度而改变的膜 厚信号的膜厚传感器7。研磨垫2的上表面构成对晶片W进行研磨的研磨面2a。
[0040] 顶环1连结于顶环轴10的下端。顶环轴10的上端连结于顶环臂16内设置的旋 转装置。该旋转装置构成为通过顶环轴10使顶环1向箭头所示方向旋转。顶环1构成为 能够利用真空吸附将晶片W支持于其下表面。膜厚传感器7设置于研磨台3内，与研磨台 3 -起旋转。膜厚传感器7构成为研磨台3每旋转一次都取得包含晶片W的中心部的多个 区域的膜厚信号。作为膜厚传感器7的例子，有光学式传感器和涡流传感器。
[0041] 晶片W如下所述研磨。顶环1和研磨台3如箭头所示，向相同方向旋转，从研磨液 供给喷嘴5向研磨垫2上提供研磨液。在这种状态下，顶环1将晶片W按压在研磨垫2的 研磨面2a上。晶片W的表面在包含于研磨液中的磨粒的机械作用和研磨液的化学作用下 研磨。这样的研磨装置以CMP(化学机械研磨）装置著称。
[0042] 晶片W的研磨过程中，膜厚传感器7与研磨台3 -起旋转，横越晶片W的表面同时 取得膜厚信号。该膜厚信号是直接或间接表示晶片W的膜厚的指标值，随着晶片W的膜厚 的减少而改变。膜厚传感器7被连接于研磨控制部9,将膜厚信号传送到研磨控制部9。研 磨控制部9在由膜厚信号表示的晶片W的膜厚达到规定的目标值时结束晶片W的研磨。
[0043] 下面对顶环1进行说明。图2是表示顶环1的剖面图。顶环1具备通过自由接头 19连结于顶环轴10的顶环主体21、以及配置于顶环主体21下方的保持环（y亍一于y y 夕）22。
[0044] 在顶环主体21的下方，配置与晶片W的背面（应该研磨的表面的相反侧的面）抵 接的柔软的隔膜（Membrane) 24、以及保持隔膜24的夹板（于々7 ? U -卜）25。在 隔膜24与夹板25之间，设置4个压力室CU C2、C3、C4。压力室CU C2、C3、C4由隔膜24 与夹板25形成。中央的压力室Cl为圆形、其他压力室C2、C3、C4为环状。这些压力室C1、 C2、C3、C4排列为同心圆状。
[0045] 对压力室C1、C2、C3、C4分别通过气体输送管线F1、F2、F3、F4从气体供给源30提 供加压空气等加压气体。又在气体输送管线F1、F2、F3、F4上连接真空管线V1、V2、V3、V4， 利用真空管线VI、V2、V3、V4使压力室CU C2、C3、C4处于负压状态。压力室CU C2、C3、C4 的内部压力可分别独立改变，借助于此，可以独立调整对晶片W所对应的4个区域、即中央 部、内侧中间部、外侧中间部、以及周边部施加的研磨压力。
[0046] 在夹板25与顶环主体21之间形成压力室C 5,通过气体输送管线F5从上述气体供 给源30对该压力室C5提供加压气体。又，气体输送管线F5上连接真空管线V5,利用真空 管线V5使压力室C5形成负压。借助于此，夹板25及隔膜24整体都能够在上下方向上移 动。
[0047] 晶片W的周端部被保持环22所包围，使得在研磨过程中晶片W不会从顶环1飞出。 构成压力室C3的隔膜24的部位形成开口，借助于在压力室C3形成真空，顶环1吸附着晶 片W对其加以保持。又，通过对该压力室C3提供氮气或清洁空气等可以将晶片W从顶环1 上放下来。
[0048] 在顶环主体21与保持环22之间配置环状的滚动膜片（Rolling diaphragm) 26,在 该滚动膜片26的内部形成压力室C6。压力室C6通过气体输送管线F6连结于上述气体供 给源30。气体供给源30将加压气体提供给压力室C6内，借助于此，将保持环22向研磨垫 23按压。又，在气体输送管线F6上连接真空管线V6,利用真空管线V6使压力室C6形成负 压。压力室C6内形成真空时，整个保持环22上升。
[0049] 与压力室(：1、02、03、04、05、06连通的气体输送管线？1、？2、？3、？4、？5、？6上，分 别设置电-气调压阀（压力调节器）R1、R2、R3、R4、R5、R6。来自气体供给源30的加压气 体通过电-气调压阀Rl~R6提供给压力室Cl~C6。电-气调压阀Rl~R6借助于气体 输送管线Fl~F6与压力室Cl~C6连接。气体输送管线Fl~F6从压力室Cl~C6经旋 转接头28延伸到电-气调压阀Rl~R6。
[0050] 电-气调压阀Rl~R6对气体供给源30提供的加压气体的压力进行调整，以对压 力室Cl~C6内的压力进行控制。电-气调压阀Rl~R6连接于研磨控制部9。压力室Cl~ C6也与通大气的开放阀（未图示）连接。也可以使压力室Cl~C6通大气。研磨控制部9 将压力室Cl~C6各自的目标压力值送往电-气调压阀Rl~R6,电-气调压阀Rl~R6进 行工作，将压力室Cl~C6内的压力维持于对应的目标压力值。研磨控制部9通过电-气 调压阀（压力调节器）Rl~R6对压力室Cl~C6内的压力进行操纵。
[0051] 压力室Cl~C6内的压力利用分别内装于电-气调压阀Rl~R6的多个压力传感 器（未图示）进行测定。压力室Cl~C6内的压力的测定值被送往研磨控制部9。在图2 所示的例子中，设置4个对晶片W的背面进行按压的压力室Cl~C4,但是可以设置比4个 少，也可以设置比4个多的压力室。
[0052] 图3是表示将晶片W的表面（被研磨面）分为I个区域的例子的示意图。I个区 域是定义于晶片W表面上的区域，包含位于晶片W中心的一个圆形区域和位于其外侧的多 个环状区域。如图3所示，定义相对表示各区域的残存膜厚的指数y(k)。将该指数y(k)称 为残存膜指数。残存膜指数y(k)最好是随膜厚的减少线性减少（参照专利文献1)。
[0053] 残存膜指数可以通过预先对与作为控制对象的晶片同种类的晶片（基准晶片）进 行研磨求得。例如膜厚信号随着研磨的进行单调变化的情况下，将相对于基准晶片的研磨 过程中的各个时刻的膜厚信号的残留时间（到研磨结束为止的时间）以表的形式保存。然 后，可以利用该表将控制对象晶片的研磨过程中各时刻的膜厚信号换算为基准晶片研磨时 的残留时间，得到残存膜指数。膜厚传感器是光学式传感器，膜厚信号为从被研磨面反射的 反射光光谱的情况下，将基准晶片的光谱与研磨前后的膜厚测定值加以保存。而且可以求 在控制对象晶片的研磨过程中与各时刻的光谱最接近的基准晶片的光谱，从研磨前后的膜 厚推定该时刻的控制对象晶片的膜厚。这样，残存膜指数y(k)也可以是残存膜厚的推定值 本身。
[0054] 在晶片背面，对应于顶环1的压力室Cl~CJ定义J个区域。该J个区域包含位 于晶片W的中心的一个圆形区域以及位于其外侧的多个环状区域。在各区域内压力均匀。 许多情况下，定义于晶片表面的区域与定义于晶片背面的区域一一对应，I =J。假定晶片 表面各区域的残存膜指数每单位时间的变化（减少量）伴随死区时间和一次延迟，与J种 压力成正比，残存膜指数y(k)将4作为适当的函数使用，由下式表达。
[0055] y (k) = y (0)-C · ^ (k, Δ t, tD, a , u〇, Au(I), Au(2), ···, Au(k~l)) (I)
[0056] 其中，y(k):残存膜指数，长度I的列矢量
[0057] C :残存膜指数减少速度与压力的比例常数，尺寸IXJ的矩阵
[0058] k :离散时间，k = 0、1、2、......
[0059] At:时段（控制周期）
[0060] tD:响应的死区时间
[0061] α :响应的时间常数
[0062] u。:初始压力，长度J的列矢量
[0063] Λ u(k):时刻k的压力的变化量，长度J的列矢量
[0064] 时刻k的残存膜指数的p段前的预测值将4和f3作为适当的函数使用，表达如下 式。
[0065] yP(k, p) = y〇 (k, p)+yF (k, p) (2)
[0066] y。(k, p) = y (k) -C · f2 (k, Δ t, tD, α，u0, Δ u (I)，Δ u (2)，…，Δ u (k-1)，p) (3)
[0067] yF (k，ρ) = -C · f3 (k，Δ t，tD，α，Δ u (k)，Δ u (k+1)，…，Δ u (k+p-1)，ρ) (4)
[0068] 其中，yP(k，ρ):时刻k的残存膜指数的ρ段前的预测值，长度I的列矢量
[0069] yQ(k，ρ):由过去的操纵量（压力）决定的确定项，长度I的列矢量
[0070] yF(k，ρ):由当前时刻以后的操纵量（压力）决定的未确定项，长度I的列矢量
[0071] 在这里，
[0072] YP(k, P) = [yP(k, 1)T, yP(k, 2)τ, , yP(k, Ρ)τ]τ (5)
[0073] Y0(k, Ρ) = [y0(k, 1)T, y0(k, 2)τ, , y0(k, Ρ)τ]τ (6)
[0074] Δ Uq= [ Δ u (k) τ, Δ u (k+1)T,…，Δ u (k+Q-1) τ]τ (7)
[0075] 时，将Ψ作为（IXP) X (JXQ)的适当的矩阵使用时，残存膜指数的P段前为止的 预测值Yp(k，p)如下所述表示。
[0076] Yp (k，P) = Y0 (k，Ρ) - Ψ Δ Uq (8)
[0077] 在这里，为了抑制经过充分的时间后的操纵量（压力）的变化，在1彡Q彡P的条 件下作出以下假定。
[0078] Au(k+Q) = Au(k+Q+1)=…=Au(k+P_l) = 0 (9)
[0079] 如果 Q = P，则式（9)解释为 Au(k+Q) = 0。
[0080] 作出上述准备后，定义模型预测控制的参照轨道。如图4所示，yS(l(k)表示各时刻 k的目标残存膜指数，β表示规定的1次延迟的时间常数。模型预测控制的参照轨道YK(k， P)如下所述定义。
[0081 ] YE(k,P) = [yE(k, l)T,yE(k,2)T,-,yE(k,P) T]T (10)
[0082] yE (k, p) = ys (k+p) +exp (-p Δ t/ β ) [y (k) -ys (k) ] (11)
[0083] ys(k+p) = [yscl(k+p), yscl(k+p),…，丫训仏+口斤长度 I 的列矢量 （12)
[0084] 一边抑制操纵量（压力）的变化，一边使控制量（残存膜指数）沿着参照轨道逐 渐接近目标轨道用的评价函数J如下所述定义。
[0085] J=//YE(k,P) -YP(k,P) //2ΓΤΓ+// AUq// 2λτλ
[0086] =//YE(k,P) - Υ0(^Ρ)+Ψ AUq// 2ΓΤΓ+// AUq// 2λτλ (13)
[0087] 其中，// X // 2α= X tAX (14)
[0088] 数式 1
[0089]
[0090]
[0091] 丫1)是表示对于时刻（k+p)的预测值相对参照轨道的偏离的权重（重办）的IXI 的对角矩阵，Xq是表示对于时刻（k+q - 1)的操纵量变化的权重的JX J对角矩阵。
[0092] 对操纵量（压力室内的压力），通常设置上下限值、每一次的变化量的上下限，或 相邻的压力室间的压力差的上限等制约条件。使式（13)的J值为最小的操纵量Λ队可以 利用最佳化法的一种、即二次规划法求得。
[0093] 但是，在上述模型预测控制中，表示作为控制对象的研磨工艺的特性的参数中包 含表示残存膜指数的减少速度与压力之比的C矩阵、响应的死区时间tD、以及时间常数α。 C矩阵的行对应于在晶片表面定义的各区域，C矩阵的列对应于各压力室。晶片表面各区域 的分配顺序、以及各压力室的分配顺序，是离晶片中心的距离增加的顺序。
[0094] 通常压力室内的压力只在被该压力室直接按压的区域以及其附近的区域对研磨 速度发生影响。从而，C矩阵成为对角要素以及其附近的要素为正，其他要素为0的矩阵。 例如假设I = 4、J = 4,各压力室的压力对晶片的表面的对置区域，以及其邻近的区域的研 磨速度有影响，则C矩阵表示如下。
[0095] 数式 2 [0096]
[0097] Cij^ 0 (18)
[0098] 假定Cij= 0(i辛j)，C矩阵可以根据对例如与研磨对象产品晶片相同规格的晶片 (例如样品晶片）事先进行研磨，研磨该样品晶片时得到的各压力室内的压力、以及各区域 的平均研磨速度（平均去除率）决定。
[0099] 死区时间tD包含膜厚传感器7取得膜厚信号到实际对晶片背面施加的压力开始 发生变化为止的时间里，研磨控制部9的处理以及通讯的延迟、顶环1的机械延迟等。为膜 厚信号的平滑化而进行的滤波处理造成的相位延迟反映于时间常数α。在研磨装置中，实 际使用作为控制对象的产品晶片实施对各压力室的压力的阶跃响应测试是困难的。因此这 些死区时间tD和时间常数α通常使用经验值。为了提高控制性能，高精度地设定表示这 样的工艺特性（研磨特性）的参数是很重要的。
[0100] 现在，如果假定死区时间tD和时间常数α为已知，则根据式（3)和式（4)，残存膜 指数y(k)的1段前的预测值可以将f4作为适当的函数使用表示如下。
[0101 ] yP (k，I) = y (k) -C · f4 (k，Δ t，tD，α，U0, Δ U (1)，Δ U (2)，…，Δ U (k)) (19)
[0102] 使控制周期At为一定值，将接着右边的C的括号内置换为μ tD，a (k)时，预测 值yP(k，1)如下所示表示。
[0103] yP (k, I) = y (k)-C μ tD； α (k) (20)
[0104] μ tD，α (k)是由已知的参数与当前时刻k为止的操纵量决定的具有J个要素的列矢 量。
[0105] 1段前的预测值与实测值之间的误差e(k)为
[0106] e (k) = yP (k, I) -y (k+1) = -C μ tD； α (k) - Δ y (k) (21)
[0107] 其中，Ay(k) = y(k+l)_y(k)
[0108] 在这里，着眼于晶片表面各区域，将各矢量e(k)、Ay(k)的第i要素分别记为ei (k)、Λ yi (k)。又，C矩阵的第i行中，除了显然应该为0的要素外的行矢量记为Ci，将从 矢量ytD，a(k)只取出与其对应的要素的列矢量记为-vtD， a(k)时，第i要素 ei(k)为
[0109] e^k) = V tD； a (k)TCiT- Δ y j (k) 其中，i = l，2，...，I (22)
[0110] 关于区域i，基于研磨过程中提取的关于时刻k = kp k2、…、kn、…、1%的数据， 如下所述定义A和b。
[0111] A = _[ vtD ci 00, vtD a (k2)，…，vtD a (kn)，…，vtD a (kN)]T (23)
[0112] b = [AyiQc1), AyiQc2),…，AyiQcn),…，Ay iO^)]T (24)
[0113] I段前预测值的误差ε表示为
[0114] ε = Ilei (Ii1)，ei (k2)，…，ei (kn)，…，ei (kN) ]T (25)
[0115] 该误差ε利用上述A和b表示如下。
[0116] ε = ACiT-b (26)
[0117] 如上所述由于考虑Ci> 0,使残存膜指数的1段前预测值的均方误差为最小的矢 量Ci可以利用作为非负的最小二乘约束问题公知的方法求得。从而，能够实现比例常数矩 阵C的最佳化。
[0118] 以上的说明中，在假定响应的死区时间tD与时间常数α为已知的条件下，根据研 磨数据确定残存膜指数与控制用的预测模型的压力之比。但是，即使是死区时间tD和时间 常数α为未知，也可以使用相同的方法。也就是说，推定死区时间tD和时间常数α分别 能够取的值的范围，在该范围内以适当的时段（刻办）设定死区时间tD与时间常数α的 多种组合。然后，关于各组合，与上述步骤一样使比例常数矩阵C最佳化，决定残存膜指数 的1段前的推定误差为最小的一个组合，采用构成该决定的组合的比例常数矩阵C、死区时 间tD、时间常数α作为新的工艺模型即可。
[0119] 在上述例子中，将残存膜指数y(k)定义为随膜厚的减少而减少的指数，将矩阵C 定义为残存膜指数的减少速度与压力之比。但是，表示残存膜厚的指数y(k)也可以定义为 随膜厚的减少同时增加的量、例如研磨基准晶片时研磨台3的转数。在该情况下，矩阵C作 为残存膜指数增加速度与压力的比例常数而公式化。
[0120] 图5的（a)和（b)是表示首先用与实际状态不同的预测模型的参数对一枚晶片进 行研磨，用从该晶片的研磨得到的研磨数据确定工艺模型，更新参数，将更新了的参数使用 于其他晶片的研磨控制的情况下的模拟结果的图。取得的研磨数据包含研磨过程中压力 室内的压力、膜厚传感器7的膜厚信号、残存膜指数。作为膜厚传感器7,设想其为涡流传 感器，从膜厚传感器7输出的膜厚信号假设是随着膜厚的减少而非线性减少。又设想晶片 的周方向上的膜厚存在波动，因此膜厚信号随着厚度传感器7向晶片的端部靠近其振幅变 大，以一定的周期变化。
[0121] 图5的（a)表示晶片的中心与端部的膜厚信号随时间变化的情况，图5的（b)表 示进行控制的情况下各压力室内的压力随时间变化的情况。在初期的预测模型中，假定比 例常数C为实际情况的3倍，死区时间tD和时间常数α为实际情况的1/3。因此，控制量 (区域间的膜厚差）和操纵量（压力室内的压力）的收敛显著延迟。而用第1枚晶片的研 磨数据确定工艺模型，更新参数的情况下，虽然各参数与真值并非完全完全一致，但是研磨 控制大大改善，控制量与操纵量更快收敛。还有，研磨的后半程观察到的操纵量（压力室内 的压力）的微小变动是晶片端假定的周方向上的膜厚波动造成的。该小变动可以通过实施 移动平均等使膜厚信号值平滑化加以去除。
[0122] 图6是表示利用在先的晶片研磨数据更新后续晶片的控制参数的一部分的，也就 是确定预测控制用的模型的工序的流程图。首先，将后续晶片输送到图1所示的研磨装置 (步骤1)。研磨控制部9从存储装置40读入用前面的晶片的研磨数据决定的控制参数（步 骤2)。接着，开始对上述后续晶片进行研磨（步骤3)。在晶片的研磨过程中，研磨控制部 9对晶片的各区域计算出残存膜指数，根据残存膜指数控制残存膜厚的分布（步骤4)。具 体地说，研磨控制部9根据针对各区域计算出的残存膜指数，操纵对晶片内的背面的各区 域施加的压力（即压力室内的压力）。在步骤4,最初根据在步骤2读入的控制参数对残存 膜厚分布进行控制。如上所述，在研磨初期，由于被研磨膜表层的变质等情况，存在研磨特 性（相对于压力的研磨速度）不稳定的情况。在这样的情况下，也可以在从研磨开始到进 行初次控制的期间，设定规定的等待时间。又，根据前头的晶片的研磨数据更新的控制参数 的读入，不必是研磨开始前，只要在进行初次操纵之前的期间实施即可。
[0123] 研磨控制部9根据残存膜指数确定是否应该终止晶片的研磨（步骤5)。残存膜指 数达到预先设定的目标值的情况下，研磨控制部9使晶片研磨结束（步骤6)。在步骤5~ 6,当然也可以判断从研磨开始是否经过了规定的时间再使研磨结束。而且，研磨控制部9 利用晶片的研磨数据确定工艺模型（步骤7)，更新控制参数（步骤8)，将更新过的控制参 数存储于存储装置40 (步骤9)。
[0124] 本实施形态的方法在研磨垫发生摩耗等，经过比较长的时间研磨特性有变化的情 况下是有效的。而且本实施形态的方法也可以使用于被研磨膜的表层的变质、温度变化的 影响等因素造成1枚晶片在研磨过程中研磨特性（工艺特性）发生变化的情况。也就是如 图7所示，在研磨过程中的各时刻，提取在先行研磨区间（规定长度的时间段）取得的研磨 数据，用与上面所述相同的步骤决定预测控制用工艺模型的控制参数即可。以后，根据新决 定的控制参数，继续进行研磨控制。由于想到晶片研磨过程中研磨特性将发生变化，最好是 将在研磨初期确定工艺模型求得的控制参数存储于存储装置，作为下一晶片的控制参数的 初始值使用。
[0125] 在图7中，首先将后续晶片输送到图1所示的研磨装置（步骤1)。研磨控制部9 从存储装置40读入利用前面的晶片的研磨数据决定的控制参数（步骤2)。接着，开始对上 述后续晶片进行研磨（步骤3)。晶片的研磨过程中，研磨控制部9针对晶片的各区域计算 残存膜指数，根据残存膜指数控制残存膜厚分布（步骤4)。具体地说，研磨控制部9根据针 对各区域计算出的残存膜指数，操纵对晶片内的背面各区域施加的压力（即压力室内的压 力）。在步骤4,最初根据步骤2读入的控制参数，控制残存膜厚分布。如上所述，在研磨初 期，由于被研磨膜表层的变质等原因，存在研磨特性（相对于压力的研磨速度）不稳定的情 况。在这样的情况下，也可以在从研磨开始到进行初次控制为止的期间，设置规定的等待时 间。又，根据前面的晶片的研磨数据更新的控制参数的读入，不必是研磨开始前，只要在进 行初次操纵之前的期间实施即可。
[0126] 研磨控制部9在晶片的研磨过程中取得研磨数据，利用该研磨数据确定工艺模 型，再度决定控制参数（步骤5)。研磨控制部9确定晶片的研磨是否刚开始（是否本晶片 研磨过程中初次确定控制参数）（步骤6)。如果是晶片研磨刚开始，研磨控制部9就将新决 定的控制参数存储于存储装置40 (步骤7)，更新控制参数（步骤8)。研磨刚开始时研磨特 性不稳定，步骤4的控制延迟的情况下，步骤5~7的动作也被延迟，根据研磨特性稳定后 取得的研磨数据决定新的控制参数，存储于存储装置40。如果晶片研磨不是刚开始，研磨控 制部9不存储控制参数，而对控制参数进行更 新（步骤8)。研磨控制部9根据残存膜指数 确定是否应该结束晶片的研磨（步骤9)。残存膜指数达到预先设定的目标值的情况下，研 磨控制部9使晶片的研磨结束（步骤10)。在步骤9~10,当然也可以判断研磨开始后是 否经过了规定的时间，使研磨结束。
[0127] 上述C矩阵看作对角矩阵的情况下，即对角项以外的要素小，可当作0的情况下， C矩阵的决定可以更简单。使用在从离散时间k追溯M个控制周期的区间（即区间MAt) 取得的数据，更新第i个对角要素 Cii的方法如下所述进行。在该区间M Λ t的残存膜指数 的减少速度R以及压力室内的平均压力UaiS
[0128] R = Lyi (k-M) -yj (k) ] /M Δ t (27)
[0129] 数式 3
[0130]
[0131] 离散时间k的对角要素 Cii (k)为
[0132] Cii(k)=R/uai (29)
[0133] 残存膜指数yi借助于移动平均等平滑化的情况下，最好是压力室内的压力也用同 样的方法平滑化。又可以考虑相对于压力室内的压力1^的，残存膜指数yi的响应延迟δ， 将式（28)如下所示改写。
[0134] 数式 4
[0135]
[0136] 以下是进行研磨试验，确认该方法的有效性的例子。图8的（a)，（b)表示一边进 行膜厚分布控制，一边对氧化膜的无图形晶片（7'' 7 y ^ 7卜々X八）进行研磨时的结果， 表示以分光式膜厚传感器7的信号为基础推定的研磨过程中的晶片径向的膜厚分布的推 移。顶环1具备8个压力室，能够分别独立地对晶片施加压力。残存膜指数的减少速度与 预测控制用模型的压力室内的压力之比（初始值），相对于预先研磨样品数据推定的值，从 晶片中心起算为单数编号的区域有意地改变约一 30%，从晶片中心起算为偶数编号的区域 有意地改变约+30%。
[0137] 图8的（a)表示使上述比为一定值的情况下的控制结果。在例如晶片中心区域等 奇数编号的区域，将该比值定得过小，因此负荷压力过大，研磨后半程的膜厚小，在偶数编 号的区域，将该比值定得过大，因此负荷压力过小，膜厚变大。而图8的（b)表示以研磨过 程中的数据为依据按照式（29)改变上述比值进行控制的结果。从图8的（b)可知，在研磨 的后半程也能够得到大致平坦的膜厚分布。
[0138] 图9表示这样实施，使预测控制用模型中的，残存膜指数的减少速度与压力室内 的压力之比（初始值）有从0% (不变）~±50%的4种变化，对于各种情况，在研磨过程 中使上述比值维持一定值或改变该比值，利用膜厚测定器（未图示）测定研磨后的膜厚，取 得面内膜厚范围的结果。
[0139] 在使上述比值为一定的情况下，上述比值的有意改变的改变量越大，则研磨后的 膜厚范围极大。而根据研磨过程中取得的研磨数据更新上述比值的情况下，可知膜厚范围 大幅度改善。又，即使是不有意改变上述比值的情况下，与上述比值为一定值时相比，研磨 过程中对上述比值进行更新的情况下残存膜厚的波动较小。与此相比，在研磨过程中研磨 特性比较稳定的情况下，也可以期待能够更正确地推定残存膜指数的减少速度与压力之 比，将其反映于研磨控制中。
[0140] 也考虑到评价残存膜指数的减少速度与压力室内的压力之比的区间较短的情况 下，因数据的波动等缘故，新计算出的比值的可靠性差的情况。在这样的情况下，可以采用 如下所述策略。
[0141] ?采用当前值与新计算出的值的加权平均
[0142] ?在当前值与新计算出的值的差异极大的情况下，不采用新值。
[0143] ?对上述比设定上下限
[0144] ?对偏离当前值的变更量设定限制
[0145] 以上所述表示利用模型预测控制对残存膜厚分布进行控制的情况下使用研磨数 据更新控制参数的方法，但是在其他控制方法的情况下也同样能够更新控制参数。例如在 使用PID控制的情况下，也可以用式（27)~式（29)评价各区域的残存膜指数与各压力室 的压力之比的变化，据此逐次更新在初期决定的比例增益。
[0146] 如果采用本发明，可以与易耗品的劣化造成的研磨特性变化、一枚晶片的研磨过 程中研磨特性的变化无关地，实现良好的残存膜厚分布控制。又，在研磨特性比较稳定的情 况下，也能够更准确地把握研磨特性，提高控制性能。
[0147] 迄今为止对本发明的一实施形态进行了说明，但是本发明不限于上述实施形态， 在其技术思想的范围内可以以各种不同的形态实施。
[0148] 符号说明
[0149] 1顶环（基板支持部）
[0150] 2研磨垫
[0151] 3研磨台
[0152] 5研磨液供给喷嘴
[0153] 7膜厚传感器
[0154] 9研磨控制部
[0155] 10顶环轴
[0156] 16顶环臂
[0157] 21顶环主体
[0158] 22保持环
[0159] 24 隔膜
[0160] 25 夹板
[0161] 26 滚动膜片（Rolling diaphragm)
[0162] 28旋转接头
[0163] 30气体供给源
[0164] C1、C2、C3、C4、C5、C6 压力室
[0165] F1、F2、F3、F4、F5、F6 气体输送管线
[0166] R1、R2、R3、R4、R5、R6电-气调压阀（压力调节器）
[0167] V1、V2、V3、V4、V5、V6 真空管线。
【主权项】
1. 一种研磨装置，其特征在于，具备： 支持研磨垫用的研磨台； 对所述基板的背面的多个区域分别施加压力，将所述基板的表面按压在所述研磨垫上 的顶环； 取得随着所述基板的膜的厚度变化的膜厚信号的膜厚传感器；以及 操纵所述压力的研磨控制部， 所述研磨控制部 在所述基板的研磨过程中，计算所述基板的表面的多个区域内的残存膜厚的指数， 为了控制残存膜厚的分布，根据所述指数对所述压力进行操纵， 利用所述基板的研磨过程中得到的研磨数据，对所述残存膜厚的分布的控制中使用的 控制参数中的至少一个进行更新。2. 根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，所述研磨控制部对在所述基板之后 研磨的别的基板开始所述压力的操纵之前，对所述至少一个控制参数进行更新。3. 根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，所述研磨控制部在所述基板的研磨 过程中对所述至少一个控制参数进行更新。4. 根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于， 所述至少一个控制参数是模型预测控制的工艺模型中包含的控制参数， 所述研磨控制部对所述至少一个控制参数进行更新，以使所述指数的预测值与实测值 的均方误差为最小。5. 根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，所述至少一个控制参数是所述指数 的变化速度与所述压力之比。6. 根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，所述研磨控制部根据所述指数及所 述压力的值对所述至少一个控制参数进行更新。7. 根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，所述膜厚传感器是涡流传感器。8. 根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，所述膜厚传感器是光学式传感器。9. 一种研磨方法，其特征在于， 使支持研磨垫的研磨台旋转， 对基板的背面的多个区域分别施加压力，将所述基板的表面按压在所述研磨垫上，对 所述基板进行研磨， 取得随着所述基板的膜的厚度变化的膜厚信号， 在所述基板的研磨过程中，计算所述基板的表面的多个区域内的残存膜厚的指数， 为了控制残存膜厚的分布，根据所述指数对所述压力进行操纵， 利用所述基板的研磨过程中得到的研磨数据，对所述残存膜厚的分布的控制中使用的 控制参数中的至少一个进行更新。10. 根据权利要求9所述的研磨方法，其特征在于，对在所述基板之后研磨的别的基板 开始所述压力的操纵之前，对所述至少一个控制参数进行更新。11. 根据权利要求9所述的研磨方法，其特征在于，在所述基板的研磨过程中对所述至 少一个控制参数进行更新。12. 根据权利要求9所述的研磨方法，其特征在于， 所述至少一个控制参数是模型预测控制的工艺模型中包含的控制参数， 对所述至少一个控制参数进行更新，以使所述指数的预测值与实测值的均方误差为最 小。13. 根据权利要求9所述的研磨方法，其特征在于，所述至少一个控制参数是所述指数 的变化速度与所述压力之比。14. 根据权利要求9所述的研磨方法，其特征在于，根据所述指数及所述压力的值对所 述至少一个控制参数进行更新。
【专利摘要】本发明的目的在于，提供能够与工艺特性的变化无关地实现良好的残存膜厚分布控制的研磨装置以及研磨方法。研磨装置具备支持研磨垫(2)用的研磨台(3)、对基板的背面的多个区域分别施加压力，将基板的表面按压在研磨垫(2)上的顶环(1)、取得膜厚信号的膜厚传感器(7)、以及对压力进行操纵的研磨控制部(9)。研磨控制部(9)在基板的研磨过程中计算出基板表面的多个区域内的残存膜厚的指数，为了根据指数对残存膜厚分布进行控制，对压力进行操纵，利用在基板研磨过程中得到的研磨数据对控制参数中的至少一个进行更新。
【IPC分类】B24B37/04, B24B37/005, B24B49/12, B24B49/00
【公开号】CN104889879
【申请号】CN201510095290
【发明人】小林洋一, 八木圭太
【申请人】株式会社荏原制作所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月4日
【公告号】US20150255357
【技术领域】
[0001] 本发明涉及对晶片等基板进行研磨，使基板表面平坦化的研磨装置以及研磨方 法。
【背景技术】
[0002] 在半导体器件的制造工序中，对晶片表面上形成的膜的研磨过程中，通过对膜厚 信息进行监视，操纵施加于晶片背面各部的压力，以控制残存膜厚的分布。例如专利文献1 和专利文献2公开了这样的技术。
[0003] 这样的残存膜厚分布的控制中，正确把握在晶片背面上施加的压力的变化对研磨 速度的影响，具体地说，响应的死区时间、响应的延迟、过程增益（研磨速度与压力之比）等 特性，根据该特性确定控制参数是很重要的。所谓控制参数，是指决定控制动作的条件值， 其中包含例如PID控制中的比例增益、积分增益、微分增益等。又，在模型预测控制中，控制 参数也包含预测用的模型内的比例常数、响应延迟等参数。向来，由于对一枚枚晶片产品的 使用上的限制和膜厚测定的困难，这些控制参数或使用过去根据经验确定的数值，或研磨 与产品晶片相同种类的样品晶片推定控制参数的一部分。
[0004] 但是，即使是对多片晶片的背面施加相同的压力，也因研磨垫（F )、保持环 (y亍一于y ）等易耗材料的状态和被研磨膜的材质参差不齐等缘故，实际上也有晶 片间研磨速度（也称为去除速率）不同的情况。而且，即使是对一枚晶片进行研磨，也存在 由于表层的变质（氧化等）、表面高低不平（凹凸等）的去除、或研磨后半程晶片温度的上 升等原因，研磨过程中去除速率发生变化的情况。
[0005] 从而，用一定的控制参数进行研磨控制时，各时刻的控制参数未必适合当前的工 艺特性，有时候压力变化等操纵量不合适，控制性能劣化。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献1 :日本特表2008 - 503356号公报
[0008] 专利文献2 :国际公开2008/032753号说明书
【发明内容】
[0009] 发明所要解决的课题
[0010] 因此，本发明的目的在于，提供能够与工艺特性的变化无关地实现良好的残存膜 厚分布的控制的研磨装置和研磨方法。
[0011] 用于解决课题的手段
[0012] 本发明的一种形态一种研磨装置，其具备：支持研磨垫用的研磨台；对所述基板 的背面的多个区域分别施加压力，将所述基板的表面按压在所述研磨垫上的顶环；
[0013] 取得随着所述基板的膜的厚度变化的膜厚信号的膜厚传感器；以及操纵所述压力 的研磨控制部，所述研磨控制部，在所述基板的研磨过程中，计算所述基板的表面的多个区 域内的残存膜厚的指数，为了控制残存膜厚的分布，根据所述指数对所述压力进行操纵，利 用所述基板的研磨过程中得到的研磨数据，对所述残存膜厚的分布的控制中使用的控制参 数中的至少一个进行更新。
[0014] 优选的形态是，所述研磨控制部对在所述基板之后研磨的别的基板开始所述压力 的操纵之前，对所述至少一个控制参数进行更新。
[0015] 优选的形态是，所述研磨控制部在所述基板的研磨过程中对所述至少一个控制参 数进行更新。
[0016] 优选的形态是，所述至少一个控制参数是模型预测控制的工艺模型中包含的控制 参数，所述研磨控制部对所述至少一个控制参数进行更新，以使所述指数的预测值与实测 值的均方误差为最小。
[0017] 优选的形态是，所述至少一个控制参数是所述指数的变化速度与所述压力之比。
[0018] 优选的形态是，所述研磨控制部根据所述指数及所述压力的值对所述至少一个控 制参数进行更新。
[0019] 优选的形态是，所述膜厚传感器是涡流传感器。
[0020] 优选的形态是，所述膜厚传感器是光学式传感器。
[0021] 本发明的另一种形态是一种研磨方法，其使支持研磨垫的研磨台旋转，对基板的 背面的多个区域分别施加压力，将所述基板的表面按压在所述研磨垫上，对所述基板进行 研磨，取得随着所述基板的膜的厚度变化的膜厚信号，在所述基板的研磨过程中，计算所述 基板的表面的多个区域内的残存膜厚的指数，为了控制残存膜厚的分布，根据所述指数对 所述压力进行操纵，利用所述基板的研磨过程中得到的研磨数据，对所述残存膜厚的分布 的控制中使用的控制参数中的至少一个进行更新。
[0022] 优选的形态是，对在所述基板之后研磨的别的基板开始所述压力的操纵之前，对 所述至少一个控制参数进行更新。
[0023] 优选的形态是，在所述基板的研磨过程中对所述至少一个控制参数进行更新。
[0024] 优选的形态是，所述至少一个控制参数是模型预测控制的工艺模型中包含的控制 参数，对所述至少一个控制参数进行更新，以使所述指数的预测值与实测值的均方误差为 最小。
[0025] 优选的形态是，所述至少一个控制参数是所述指数的变化速度与所述压力之比。
[0026] 优选的形态是，根据所述指数及所述压力的值对所述至少一个控制参数进行更 新。
[0027] 发明效果
[0028] 如果采用本发明，能够与易耗品的劣化造成的研磨特性的变化、一枚晶片在研磨 过程中研磨特性的变化无关地实现良好的残存膜厚分布控制。又，即使是在研磨特性比较 稳定的情况下，也能够更正确地掌握研磨特性，提高控制性能。
【附图说明】
[0029] 图1是表示对作为基板之一例的晶片进行研磨用的研磨装置的示意图。
[0030] 图2是表示顶环的剖面图。
[0031] 图3是表示晶片的表面（被研磨面）被分为I个区域的例子的示意图。
[0032] 图4是表示模型预测控制的参照轨道的坐标图。
[0033] 图5的（a)，（b)是表示首先用与实际状态不同的预测模型的参数对一枚晶片进行 研磨，用该研磨数据确定工艺模型，更新参数，将更新了的参数使用于其他晶片的研磨控制 的情况下的模拟结果的图。
[0034] 图6是表示利用在先的晶片的研磨数据，确定预测控制用模型的工序的流程图。
[0035] 图7是表示利用研磨过程中的晶片的研磨数据，确定预测控制用模型的工序的流 程图。
[0036] 图8的（a)，（b)是表示一边进行膜厚分布控制，一边对氧化膜的无图形晶片（7'' 7 y 7卜々X /、）进行研磨时的结果的图。
[0037] 图9是表示晶片的研磨过程中，在预测控制用模型中将残存膜指数的减少速度与 压力之比维持于一定值的情况和改变该比的情况下的，研磨后的晶片的面内膜厚范围的结 果的坐标图。
【具体实施方式】
[0038] 下面参照附图对本发明的实施形态进行说明。
[0039] 图1是表示作为基板之一例的晶片的研磨用的研磨装置的示意图。如图1所示， 研磨装置具备支持晶片W并使其旋转的顶环（基板支持部）1、支持研磨垫2的研磨台3、将 研磨液（浆液）提供给研磨垫2的研磨液供给喷嘴5、以及取得随晶片W的厚度而改变的膜 厚信号的膜厚传感器7。研磨垫2的上表面构成对晶片W进行研磨的研磨面2a。
[0040] 顶环1连结于顶环轴10的下端。顶环轴10的上端连结于顶环臂16内设置的旋 转装置。该旋转装置构成为通过顶环轴10使顶环1向箭头所示方向旋转。顶环1构成为 能够利用真空吸附将晶片W支持于其下表面。膜厚传感器7设置于研磨台3内，与研磨台 3 -起旋转。膜厚传感器7构成为研磨台3每旋转一次都取得包含晶片W的中心部的多个 区域的膜厚信号。作为膜厚传感器7的例子，有光学式传感器和涡流传感器。
[0041] 晶片W如下所述研磨。顶环1和研磨台3如箭头所示，向相同方向旋转，从研磨液 供给喷嘴5向研磨垫2上提供研磨液。在这种状态下，顶环1将晶片W按压在研磨垫2的 研磨面2a上。晶片W的表面在包含于研磨液中的磨粒的机械作用和研磨液的化学作用下 研磨。这样的研磨装置以CMP(化学机械研磨）装置著称。
[0042] 晶片W的研磨过程中，膜厚传感器7与研磨台3 -起旋转，横越晶片W的表面同时 取得膜厚信号。该膜厚信号是直接或间接表示晶片W的膜厚的指标值，随着晶片W的膜厚 的减少而改变。膜厚传感器7被连接于研磨控制部9,将膜厚信号传送到研磨控制部9。研 磨控制部9在由膜厚信号表示的晶片W的膜厚达到规定的目标值时结束晶片W的研磨。
[0043] 下面对顶环1进行说明。图2是表示顶环1的剖面图。顶环1具备通过自由接头 19连结于顶环轴10的顶环主体21、以及配置于顶环主体21下方的保持环（y亍一于y y 夕）22。
[0044] 在顶环主体21的下方，配置与晶片W的背面（应该研磨的表面的相反侧的面）抵 接的柔软的隔膜（Membrane) 24、以及保持隔膜24的夹板（于々7 ? U -卜）25。在 隔膜24与夹板25之间，设置4个压力室CU C2、C3、C4。压力室CU C2、C3、C4由隔膜24 与夹板25形成。中央的压力室Cl为圆形、其他压力室C2、C3、C4为环状。这些压力室C1、 C2、C3、C4排列为同心圆状。
[0045] 对压力室C1、C2、C3、C4分别通过气体输送管线F1、F2、F3、F4从气体供给源30提 供加压空气等加压气体。又在气体输送管线F1、F2、F3、F4上连接真空管线V1、V2、V3、V4， 利用真空管线VI、V2、V3、V4使压力室CU C2、C3、C4处于负压状态。压力室CU C2、C3、C4 的内部压力可分别独立改变，借助于此，可以独立调整对晶片W所对应的4个区域、即中央 部、内侧中间部、外侧中间部、以及周边部施加的研磨压力。
[0046] 在夹板25与顶环主体21之间形成压力室C 5,通过气体输送管线F5从上述气体供 给源30对该压力室C5提供加压气体。又，气体输送管线F5上连接真空管线V5,利用真空 管线V5使压力室C5形成负压。借助于此，夹板25及隔膜24整体都能够在上下方向上移 动。
[0047] 晶片W的周端部被保持环22所包围，使得在研磨过程中晶片W不会从顶环1飞出。 构成压力室C3的隔膜24的部位形成开口，借助于在压力室C3形成真空，顶环1吸附着晶 片W对其加以保持。又，通过对该压力室C3提供氮气或清洁空气等可以将晶片W从顶环1 上放下来。
[0048] 在顶环主体21与保持环22之间配置环状的滚动膜片（Rolling diaphragm) 26,在 该滚动膜片26的内部形成压力室C6。压力室C6通过气体输送管线F6连结于上述气体供 给源30。气体供给源30将加压气体提供给压力室C6内，借助于此，将保持环22向研磨垫 23按压。又，在气体输送管线F6上连接真空管线V6,利用真空管线V6使压力室C6形成负 压。压力室C6内形成真空时，整个保持环22上升。
[0049] 与压力室(：1、02、03、04、05、06连通的气体输送管线？1、？2、？3、？4、？5、？6上，分 别设置电-气调压阀（压力调节器）R1、R2、R3、R4、R5、R6。来自气体供给源30的加压气 体通过电-气调压阀Rl~R6提供给压力室Cl~C6。电-气调压阀Rl~R6借助于气体 输送管线Fl~F6与压力室Cl~C6连接。气体输送管线Fl~F6从压力室Cl~C6经旋 转接头28延伸到电-气调压阀Rl~R6。
[0050] 电-气调压阀Rl~R6对气体供给源30提供的加压气体的压力进行调整，以对压 力室Cl~C6内的压力进行控制。电-气调压阀Rl~R6连接于研磨控制部9。压力室Cl~ C6也与通大气的开放阀（未图示）连接。也可以使压力室Cl~C6通大气。研磨控制部9 将压力室Cl~C6各自的目标压力值送往电-气调压阀Rl~R6,电-气调压阀Rl~R6进 行工作，将压力室Cl~C6内的压力维持于对应的目标压力值。研磨控制部9通过电-气 调压阀（压力调节器）Rl~R6对压力室Cl~C6内的压力进行操纵。
[0051] 压力室Cl~C6内的压力利用分别内装于电-气调压阀Rl~R6的多个压力传感 器（未图示）进行测定。压力室Cl~C6内的压力的测定值被送往研磨控制部9。在图2 所示的例子中，设置4个对晶片W的背面进行按压的压力室Cl~C4,但是可以设置比4个 少，也可以设置比4个多的压力室。
[0052] 图3是表示将晶片W的表面（被研磨面）分为I个区域的例子的示意图。I个区 域是定义于晶片W表面上的区域，包含位于晶片W中心的一个圆形区域和位于其外侧的多 个环状区域。如图3所示，定义相对表示各区域的残存膜厚的指数y(k)。将该指数y(k)称 为残存膜指数。残存膜指数y(k)最好是随膜厚的减少线性减少（参照专利文献1)。
[0053] 残存膜指数可以通过预先对与作为控制对象的晶片同种类的晶片（基准晶片）进 行研磨求得。例如膜厚信号随着研磨的进行单调变化的情况下，将相对于基准晶片的研磨 过程中的各个时刻的膜厚信号的残留时间（到研磨结束为止的时间）以表的形式保存。然 后，可以利用该表将控制对象晶片的研磨过程中各时刻的膜厚信号换算为基准晶片研磨时 的残留时间，得到残存膜指数。膜厚传感器是光学式传感器，膜厚信号为从被研磨面反射的 反射光光谱的情况下，将基准晶片的光谱与研磨前后的膜厚测定值加以保存。而且可以求 在控制对象晶片的研磨过程中与各时刻的光谱最接近的基准晶片的光谱，从研磨前后的膜 厚推定该时刻的控制对象晶片的膜厚。这样，残存膜指数y(k)也可以是残存膜厚的推定值 本身。
[0054] 在晶片背面，对应于顶环1的压力室Cl~CJ定义J个区域。该J个区域包含位 于晶片W的中心的一个圆形区域以及位于其外侧的多个环状区域。在各区域内压力均匀。 许多情况下，定义于晶片表面的区域与定义于晶片背面的区域一一对应，I =J。假定晶片 表面各区域的残存膜指数每单位时间的变化（减少量）伴随死区时间和一次延迟，与J种 压力成正比，残存膜指数y(k)将4作为适当的函数使用，由下式表达。
[0055] y (k) = y (0)-C · ^ (k, Δ t, tD, a , u〇, Au(I), Au(2), ···, Au(k~l)) (I)
[0056] 其中，y(k):残存膜指数，长度I的列矢量
[0057] C :残存膜指数减少速度与压力的比例常数，尺寸IXJ的矩阵
[0058] k :离散时间，k = 0、1、2、......
[0059] At:时段（控制周期）
[0060] tD:响应的死区时间
[0061] α :响应的时间常数
[0062] u。:初始压力，长度J的列矢量
[0063] Λ u(k):时刻k的压力的变化量，长度J的列矢量
[0064] 时刻k的残存膜指数的p段前的预测值将4和f3作为适当的函数使用，表达如下 式。
[0065] yP(k, p) = y〇 (k, p)+yF (k, p) (2)
[0066] y。(k, p) = y (k) -C · f2 (k, Δ t, tD, α，u0, Δ u (I)，Δ u (2)，…，Δ u (k-1)，p) (3)
[0067] yF (k，ρ) = -C · f3 (k，Δ t，tD，α，Δ u (k)，Δ u (k+1)，…，Δ u (k+p-1)，ρ) (4)
[0068] 其中，yP(k，ρ):时刻k的残存膜指数的ρ段前的预测值，长度I的列矢量
[0069] yQ(k，ρ):由过去的操纵量（压力）决定的确定项，长度I的列矢量
[0070] yF(k，ρ):由当前时刻以后的操纵量（压力）决定的未确定项，长度I的列矢量
[0071] 在这里，
[0072] YP(k, P) = [yP(k, 1)T, yP(k, 2)τ, , yP(k, Ρ)τ]τ (5)
[0073] Y0(k, Ρ) = [y0(k, 1)T, y0(k, 2)τ, , y0(k, Ρ)τ]τ (6)
[0074] Δ Uq= [ Δ u (k) τ, Δ u (k+1)T,…，Δ u (k+Q-1) τ]τ (7)
[0075] 时，将Ψ作为（IXP) X (JXQ)的适当的矩阵使用时，残存膜指数的P段前为止的 预测值Yp(k，p)如下所述表示。
[0076] Yp (k，P) = Y0 (k，Ρ) - Ψ Δ Uq (8)
[0077] 在这里，为了抑制经过充分的时间后的操纵量（压力）的变化，在1彡Q彡P的条 件下作出以下假定。
[0078] Au(k+Q) = Au(k+Q+1)=…=Au(k+P_l) = 0 (9)
[0079] 如果 Q = P，则式（9)解释为 Au(k+Q) = 0。
[0080] 作出上述准备后，定义模型预测控制的参照轨道。如图4所示，yS(l(k)表示各时刻 k的目标残存膜指数，β表示规定的1次延迟的时间常数。模型预测控制的参照轨道YK(k， P)如下所述定义。
[0081 ] YE(k,P) = [yE(k, l)T,yE(k,2)T,-,yE(k,P) T]T (10)
[0082] yE (k, p) = ys (k+p) +exp (-p Δ t/ β ) [y (k) -ys (k) ] (11)
[0083] ys(k+p) = [yscl(k+p), yscl(k+p),…，丫训仏+口斤长度 I 的列矢量 （12)
[0084] 一边抑制操纵量（压力）的变化，一边使控制量（残存膜指数）沿着参照轨道逐 渐接近目标轨道用的评价函数J如下所述定义。
[0085] J=//YE(k,P) -YP(k,P) //2ΓΤΓ+// AUq// 2λτλ
[0086] =//YE(k,P) - Υ0(^Ρ)+Ψ AUq// 2ΓΤΓ+// AUq// 2λτλ (13)
[0087] 其中，// X // 2α= X tAX (14)
[0088] 数式 1
[0089]
[0090]
[0091] 丫1)是表示对于时刻（k+p)的预测值相对参照轨道的偏离的权重（重办）的IXI 的对角矩阵，Xq是表示对于时刻（k+q - 1)的操纵量变化的权重的JX J对角矩阵。
[0092] 对操纵量（压力室内的压力），通常设置上下限值、每一次的变化量的上下限，或 相邻的压力室间的压力差的上限等制约条件。使式（13)的J值为最小的操纵量Λ队可以 利用最佳化法的一种、即二次规划法求得。
[0093] 但是，在上述模型预测控制中，表示作为控制对象的研磨工艺的特性的参数中包 含表示残存膜指数的减少速度与压力之比的C矩阵、响应的死区时间tD、以及时间常数α。 C矩阵的行对应于在晶片表面定义的各区域，C矩阵的列对应于各压力室。晶片表面各区域 的分配顺序、以及各压力室的分配顺序，是离晶片中心的距离增加的顺序。
[0094] 通常压力室内的压力只在被该压力室直接按压的区域以及其附近的区域对研磨 速度发生影响。从而，C矩阵成为对角要素以及其附近的要素为正，其他要素为0的矩阵。 例如假设I = 4、J = 4,各压力室的压力对晶片的表面的对置区域，以及其邻近的区域的研 磨速度有影响，则C矩阵表示如下。
[0095] 数式 2 [0096]
[0097] Cij^ 0 (18)
[0098] 假定Cij= 0(i辛j)，C矩阵可以根据对例如与研磨对象产品晶片相同规格的晶片 (例如样品晶片）事先进行研磨，研磨该样品晶片时得到的各压力室内的压力、以及各区域 的平均研磨速度（平均去除率）决定。
[0099] 死区时间tD包含膜厚传感器7取得膜厚信号到实际对晶片背面施加的压力开始 发生变化为止的时间里，研磨控制部9的处理以及通讯的延迟、顶环1的机械延迟等。为膜 厚信号的平滑化而进行的滤波处理造成的相位延迟反映于时间常数α。在研磨装置中，实 际使用作为控制对象的产品晶片实施对各压力室的压力的阶跃响应测试是困难的。因此这 些死区时间tD和时间常数α通常使用经验值。为了提高控制性能，高精度地设定表示这 样的工艺特性（研磨特性）的参数是很重要的。
[0100] 现在，如果假定死区时间tD和时间常数α为已知，则根据式（3)和式（4)，残存膜 指数y(k)的1段前的预测值可以将f4作为适当的函数使用表示如下。
[0101 ] yP (k，I) = y (k) -C · f4 (k，Δ t，tD，α，U0, Δ U (1)，Δ U (2)，…，Δ U (k)) (19)
[0102] 使控制周期At为一定值，将接着右边的C的括号内置换为μ tD，a (k)时，预测 值yP(k，1)如下所示表示。
[0103] yP (k, I) = y (k)-C μ tD； α (k) (20)
[0104] μ tD，α (k)是由已知的参数与当前时刻k为止的操纵量决定的具有J个要素的列矢 量。
[0105] 1段前的预测值与实测值之间的误差e(k)为
[0106] e (k) = yP (k, I) -y (k+1) = -C μ tD； α (k) - Δ y (k) (21)
[0107] 其中，Ay(k) = y(k+l)_y(k)
[0108] 在这里，着眼于晶片表面各区域，将各矢量e(k)、Ay(k)的第i要素分别记为ei (k)、Λ yi (k)。又，C矩阵的第i行中，除了显然应该为0的要素外的行矢量记为Ci，将从 矢量ytD，a(k)只取出与其对应的要素的列矢量记为-vtD， a(k)时，第i要素 ei(k)为
[0109] e^k) = V tD； a (k)TCiT- Δ y j (k) 其中，i = l，2，...，I (22)
[0110] 关于区域i，基于研磨过程中提取的关于时刻k = kp k2、…、kn、…、1%的数据， 如下所述定义A和b。
[0111] A = _[ vtD ci 00, vtD a (k2)，…，vtD a (kn)，…，vtD a (kN)]T (23)
[0112] b = [AyiQc1), AyiQc2),…，AyiQcn),…，Ay iO^)]T (24)
[0113] I段前预测值的误差ε表示为
[0114] ε = Ilei (Ii1)，ei (k2)，…，ei (kn)，…，ei (kN) ]T (25)
[0115] 该误差ε利用上述A和b表示如下。
[0116] ε = ACiT-b (26)
[0117] 如上所述由于考虑Ci> 0,使残存膜指数的1段前预测值的均方误差为最小的矢 量Ci可以利用作为非负的最小二乘约束问题公知的方法求得。从而，能够实现比例常数矩 阵C的最佳化。
[0118] 以上的说明中，在假定响应的死区时间tD与时间常数α为已知的条件下，根据研 磨数据确定残存膜指数与控制用的预测模型的压力之比。但是，即使是死区时间tD和时间 常数α为未知，也可以使用相同的方法。也就是说，推定死区时间tD和时间常数α分别 能够取的值的范围，在该范围内以适当的时段（刻办）设定死区时间tD与时间常数α的 多种组合。然后，关于各组合，与上述步骤一样使比例常数矩阵C最佳化，决定残存膜指数 的1段前的推定误差为最小的一个组合，采用构成该决定的组合的比例常数矩阵C、死区时 间tD、时间常数α作为新的工艺模型即可。
[0119] 在上述例子中，将残存膜指数y(k)定义为随膜厚的减少而减少的指数，将矩阵C 定义为残存膜指数的减少速度与压力之比。但是，表示残存膜厚的指数y(k)也可以定义为 随膜厚的减少同时增加的量、例如研磨基准晶片时研磨台3的转数。在该情况下，矩阵C作 为残存膜指数增加速度与压力的比例常数而公式化。
[0120] 图5的（a)和（b)是表示首先用与实际状态不同的预测模型的参数对一枚晶片进 行研磨，用从该晶片的研磨得到的研磨数据确定工艺模型，更新参数，将更新了的参数使用 于其他晶片的研磨控制的情况下的模拟结果的图。取得的研磨数据包含研磨过程中压力 室内的压力、膜厚传感器7的膜厚信号、残存膜指数。作为膜厚传感器7,设想其为涡流传 感器，从膜厚传感器7输出的膜厚信号假设是随着膜厚的减少而非线性减少。又设想晶片 的周方向上的膜厚存在波动，因此膜厚信号随着厚度传感器7向晶片的端部靠近其振幅变 大，以一定的周期变化。
[0121] 图5的（a)表示晶片的中心与端部的膜厚信号随时间变化的情况，图5的（b)表 示进行控制的情况下各压力室内的压力随时间变化的情况。在初期的预测模型中，假定比 例常数C为实际情况的3倍，死区时间tD和时间常数α为实际情况的1/3。因此，控制量 (区域间的膜厚差）和操纵量（压力室内的压力）的收敛显著延迟。而用第1枚晶片的研 磨数据确定工艺模型，更新参数的情况下，虽然各参数与真值并非完全完全一致，但是研磨 控制大大改善，控制量与操纵量更快收敛。还有，研磨的后半程观察到的操纵量（压力室内 的压力）的微小变动是晶片端假定的周方向上的膜厚波动造成的。该小变动可以通过实施 移动平均等使膜厚信号值平滑化加以去除。
[0122] 图6是表示利用在先的晶片研磨数据更新后续晶片的控制参数的一部分的，也就 是确定预测控制用的模型的工序的流程图。首先，将后续晶片输送到图1所示的研磨装置 (步骤1)。研磨控制部9从存储装置40读入用前面的晶片的研磨数据决定的控制参数（步 骤2)。接着，开始对上述后续晶片进行研磨（步骤3)。在晶片的研磨过程中，研磨控制部 9对晶片的各区域计算出残存膜指数，根据残存膜指数控制残存膜厚的分布（步骤4)。具 体地说，研磨控制部9根据针对各区域计算出的残存膜指数，操纵对晶片内的背面的各区 域施加的压力（即压力室内的压力）。在步骤4,最初根据在步骤2读入的控制参数对残存 膜厚分布进行控制。如上所述，在研磨初期，由于被研磨膜表层的变质等情况，存在研磨特 性（相对于压力的研磨速度）不稳定的情况。在这样的情况下，也可以在从研磨开始到进 行初次控制的期间，设定规定的等待时间。又，根据前头的晶片的研磨数据更新的控制参数 的读入，不必是研磨开始前，只要在进行初次操纵之前的期间实施即可。
[0123] 研磨控制部9根据残存膜指数确定是否应该终止晶片的研磨（步骤5)。残存膜指 数达到预先设定的目标值的情况下，研磨控制部9使晶片研磨结束（步骤6)。在步骤5~ 6,当然也可以判断从研磨开始是否经过了规定的时间再使研磨结束。而且，研磨控制部9 利用晶片的研磨数据确定工艺模型（步骤7)，更新控制参数（步骤8)，将更新过的控制参 数存储于存储装置40 (步骤9)。
[0124] 本实施形态的方法在研磨垫发生摩耗等，经过比较长的时间研磨特性有变化的情 况下是有效的。而且本实施形态的方法也可以使用于被研磨膜的表层的变质、温度变化的 影响等因素造成1枚晶片在研磨过程中研磨特性（工艺特性）发生变化的情况。也就是如 图7所示，在研磨过程中的各时刻，提取在先行研磨区间（规定长度的时间段）取得的研磨 数据，用与上面所述相同的步骤决定预测控制用工艺模型的控制参数即可。以后，根据新决 定的控制参数，继续进行研磨控制。由于想到晶片研磨过程中研磨特性将发生变化，最好是 将在研磨初期确定工艺模型求得的控制参数存储于存储装置，作为下一晶片的控制参数的 初始值使用。
[0125] 在图7中，首先将后续晶片输送到图1所示的研磨装置（步骤1)。研磨控制部9 从存储装置40读入利用前面的晶片的研磨数据决定的控制参数（步骤2)。接着，开始对上 述后续晶片进行研磨（步骤3)。晶片的研磨过程中，研磨控制部9针对晶片的各区域计算 残存膜指数，根据残存膜指数控制残存膜厚分布（步骤4)。具体地说，研磨控制部9根据针 对各区域计算出的残存膜指数，操纵对晶片内的背面各区域施加的压力（即压力室内的压 力）。在步骤4,最初根据步骤2读入的控制参数，控制残存膜厚分布。如上所述，在研磨初 期，由于被研磨膜表层的变质等原因，存在研磨特性（相对于压力的研磨速度）不稳定的情 况。在这样的情况下，也可以在从研磨开始到进行初次控制为止的期间，设置规定的等待时 间。又，根据前面的晶片的研磨数据更新的控制参数的读入，不必是研磨开始前，只要在进 行初次操纵之前的期间实施即可。
[0126] 研磨控制部9在晶片的研磨过程中取得研磨数据，利用该研磨数据确定工艺模 型，再度决定控制参数（步骤5)。研磨控制部9确定晶片的研磨是否刚开始（是否本晶片 研磨过程中初次确定控制参数）（步骤6)。如果是晶片研磨刚开始，研磨控制部9就将新决 定的控制参数存储于存储装置40 (步骤7)，更新控制参数（步骤8)。研磨刚开始时研磨特 性不稳定，步骤4的控制延迟的情况下，步骤5~7的动作也被延迟，根据研磨特性稳定后 取得的研磨数据决定新的控制参数，存储于存储装置40。如果晶片研磨不是刚开始，研磨控 制部9不存储控制参数，而对控制参数进行更 新（步骤8)。研磨控制部9根据残存膜指数 确定是否应该结束晶片的研磨（步骤9)。残存膜指数达到预先设定的目标值的情况下，研 磨控制部9使晶片的研磨结束（步骤10)。在步骤9~10,当然也可以判断研磨开始后是 否经过了规定的时间，使研磨结束。
[0127] 上述C矩阵看作对角矩阵的情况下，即对角项以外的要素小，可当作0的情况下， C矩阵的决定可以更简单。使用在从离散时间k追溯M个控制周期的区间（即区间MAt) 取得的数据，更新第i个对角要素 Cii的方法如下所述进行。在该区间M Λ t的残存膜指数 的减少速度R以及压力室内的平均压力UaiS
[0128] R = Lyi (k-M) -yj (k) ] /M Δ t (27)
[0129] 数式 3
[0130]
[0131] 离散时间k的对角要素 Cii (k)为
[0132] Cii(k)=R/uai (29)
[0133] 残存膜指数yi借助于移动平均等平滑化的情况下，最好是压力室内的压力也用同 样的方法平滑化。又可以考虑相对于压力室内的压力1^的，残存膜指数yi的响应延迟δ， 将式（28)如下所示改写。
[0134] 数式 4
[0135]
[0136] 以下是进行研磨试验，确认该方法的有效性的例子。图8的（a)，（b)表示一边进 行膜厚分布控制，一边对氧化膜的无图形晶片（7'' 7 y ^ 7卜々X八）进行研磨时的结果， 表示以分光式膜厚传感器7的信号为基础推定的研磨过程中的晶片径向的膜厚分布的推 移。顶环1具备8个压力室，能够分别独立地对晶片施加压力。残存膜指数的减少速度与 预测控制用模型的压力室内的压力之比（初始值），相对于预先研磨样品数据推定的值，从 晶片中心起算为单数编号的区域有意地改变约一 30%，从晶片中心起算为偶数编号的区域 有意地改变约+30%。
[0137] 图8的（a)表示使上述比为一定值的情况下的控制结果。在例如晶片中心区域等 奇数编号的区域，将该比值定得过小，因此负荷压力过大，研磨后半程的膜厚小，在偶数编 号的区域，将该比值定得过大，因此负荷压力过小，膜厚变大。而图8的（b)表示以研磨过 程中的数据为依据按照式（29)改变上述比值进行控制的结果。从图8的（b)可知，在研磨 的后半程也能够得到大致平坦的膜厚分布。
[0138] 图9表示这样实施，使预测控制用模型中的，残存膜指数的减少速度与压力室内 的压力之比（初始值）有从0% (不变）~±50%的4种变化，对于各种情况，在研磨过程 中使上述比值维持一定值或改变该比值，利用膜厚测定器（未图示）测定研磨后的膜厚，取 得面内膜厚范围的结果。
[0139] 在使上述比值为一定的情况下，上述比值的有意改变的改变量越大，则研磨后的 膜厚范围极大。而根据研磨过程中取得的研磨数据更新上述比值的情况下，可知膜厚范围 大幅度改善。又，即使是不有意改变上述比值的情况下，与上述比值为一定值时相比，研磨 过程中对上述比值进行更新的情况下残存膜厚的波动较小。与此相比，在研磨过程中研磨 特性比较稳定的情况下，也可以期待能够更正确地推定残存膜指数的减少速度与压力之 比，将其反映于研磨控制中。
[0140] 也考虑到评价残存膜指数的减少速度与压力室内的压力之比的区间较短的情况 下，因数据的波动等缘故，新计算出的比值的可靠性差的情况。在这样的情况下，可以采用 如下所述策略。
[0141] ?采用当前值与新计算出的值的加权平均
[0142] ?在当前值与新计算出的值的差异极大的情况下，不采用新值。
[0143] ?对上述比设定上下限
[0144] ?对偏离当前值的变更量设定限制
[0145] 以上所述表示利用模型预测控制对残存膜厚分布进行控制的情况下使用研磨数 据更新控制参数的方法，但是在其他控制方法的情况下也同样能够更新控制参数。例如在 使用PID控制的情况下，也可以用式（27)~式（29)评价各区域的残存膜指数与各压力室 的压力之比的变化，据此逐次更新在初期决定的比例增益。
[0146] 如果采用本发明，可以与易耗品的劣化造成的研磨特性变化、一枚晶片的研磨过 程中研磨特性的变化无关地，实现良好的残存膜厚分布控制。又，在研磨特性比较稳定的情 况下，也能够更准确地把握研磨特性，提高控制性能。
[0147] 迄今为止对本发明的一实施形态进行了说明，但是本发明不限于上述实施形态， 在其技术思想的范围内可以以各种不同的形态实施。
[0148] 符号说明
[0149] 1顶环（基板支持部）
[0150] 2研磨垫
[0151] 3研磨台
[0152] 5研磨液供给喷嘴
[0153] 7膜厚传感器
[0154] 9研磨控制部
[0155] 10顶环轴
[0156] 16顶环臂
[0157] 21顶环主体
[0158] 22保持环
[0159] 24 隔膜
[0160] 25 夹板
[0161] 26 滚动膜片（Rolling diaphragm)
[0162] 28旋转接头
[0163] 30气体供给源
[0164] C1、C2、C3、C4、C5、C6 压力室
[0165] F1、F2、F3、F4、F5、F6 气体输送管线
[0166] R1、R2、R3、R4、R5、R6电-气调压阀（压力调节器）
[0167] V1、V2、V3、V4、V5、V6 真空管线。
【主权项】
1. 一种研磨装置，其特征在于，具备： 支持研磨垫用的研磨台； 对所述基板的背面的多个区域分别施加压力，将所述基板的表面按压在所述研磨垫上 的顶环； 取得随着所述基板的膜的厚度变化的膜厚信号的膜厚传感器；以及 操纵所述压力的研磨控制部， 所述研磨控制部 在所述基板的研磨过程中，计算所述基板的表面的多个区域内的残存膜厚的指数， 为了控制残存膜厚的分布，根据所述指数对所述压力进行操纵， 利用所述基板的研磨过程中得到的研磨数据，对所述残存膜厚的分布的控制中使用的 控制参数中的至少一个进行更新。2. 根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，所述研磨控制部对在所述基板之后 研磨的别的基板开始所述压力的操纵之前，对所述至少一个控制参数进行更新。3. 根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，所述研磨控制部在所述基板的研磨 过程中对所述至少一个控制参数进行更新。4. 根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于， 所述至少一个控制参数是模型预测控制的工艺模型中包含的控制参数， 所述研磨控制部对所述至少一个控制参数进行更新，以使所述指数的预测值与实测值 的均方误差为最小。5. 根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，所述至少一个控制参数是所述指数 的变化速度与所述压力之比。6. 根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，所述研磨控制部根据所述指数及所 述压力的值对所述至少一个控制参数进行更新。7. 根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，所述膜厚传感器是涡流传感器。8. 根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，所述膜厚传感器是光学式传感器。9. 一种研磨方法，其特征在于， 使支持研磨垫的研磨台旋转， 对基板的背面的多个区域分别施加压力，将所述基板的表面按压在所述研磨垫上，对 所述基板进行研磨， 取得随着所述基板的膜的厚度变化的膜厚信号， 在所述基板的研磨过程中，计算所述基板的表面的多个区域内的残存膜厚的指数， 为了控制残存膜厚的分布，根据所述指数对所述压力进行操纵， 利用所述基板的研磨过程中得到的研磨数据，对所述残存膜厚的分布的控制中使用的 控制参数中的至少一个进行更新。10. 根据权利要求9所述的研磨方法，其特征在于，对在所述基板之后研磨的别的基板 开始所述压力的操纵之前，对所述至少一个控制参数进行更新。11. 根据权利要求9所述的研磨方法，其特征在于，在所述基板的研磨过程中对所述至 少一个控制参数进行更新。12. 根据权利要求9所述的研磨方法，其特征在于， 所述至少一个控制参数是模型预测控制的工艺模型中包含的控制参数， 对所述至少一个控制参数进行更新，以使所述指数的预测值与实测值的均方误差为最 小。13. 根据权利要求9所述的研磨方法，其特征在于，所述至少一个控制参数是所述指数 的变化速度与所述压力之比。14. 根据权利要求9所述的研磨方法，其特征在于，根据所述指数及所述压力的值对所 述至少一个控制参数进行更新。
【专利摘要】本发明的目的在于，提供能够与工艺特性的变化无关地实现良好的残存膜厚分布控制的研磨装置以及研磨方法。研磨装置具备支持研磨垫(2)用的研磨台(3)、对基板的背面的多个区域分别施加压力，将基板的表面按压在研磨垫(2)上的顶环(1)、取得膜厚信号的膜厚传感器(7)、以及对压力进行操纵的研磨控制部(9)。研磨控制部(9)在基板的研磨过程中计算出基板表面的多个区域内的残存膜厚的指数，为了根据指数对残存膜厚分布进行控制，对压力进行操纵，利用在基板研磨过程中得到的研磨数据对控制参数中的至少一个进行更新。
【IPC分类】B24B37/04, B24B37/005, B24B49/12, B24B49/00
【公开号】CN104889879
【申请号】CN201510095290
【发明人】小林洋一, 八木圭太
【申请人】株式会社荏原制作所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月4日
【公告号】US20150255357
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