JP2002231672A

JP2002231672A - ウェーハ研磨方法およびその装置

Info

Publication number: JP2002231672A
Application number: JP2001024837A
Authority: JP
Inventors: Seishi Harada; 晴司原田; Tadashi Denda; 正伝田; Yoshiki Kobayashi; 小林　　芳樹
Original assignee: ZEBIOSU KK; Mitsubishi Materials Silicon Corp
Current assignee: ZEBIOSU KK; Mitsubishi Materials Silicon Corp
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2001-01-31
Publication date: 2002-08-16

Abstract

(57)【要約】【課題】研磨ヘッドの温度を調整し、半導体ウェーハ
の平坦度を高めるウェーハ研磨方法およびその装置を提
供する。【解決手段】回転中の研磨定盤１１に展張された研磨
布１３上に研磨剤を供給しながら、研磨ヘッド１２のワ
ークチャック１５のウェーハ保持面に保持されたシリコ
ンウェーハＷを研磨布１３に摺接させ、このウェーハＷ
を研磨する。研磨後、ウェーハ平坦度を測定し、その結
果に基づき、ウェーハ平坦度が高まるように、冷却水供
給手段Ｐから冷媒流路１９Ａ，１９Ｂに冷却水を供給
し、研磨ヘッド１２のウェーハ保持面の温度を調整す
る。結果、ウェーハ平坦度を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はウェーハ研磨方法
およびその装置、詳しくは研磨ヘッドの温度を調整し、
半導体ウェーハの研磨面の平坦度を高めるウェーハ研磨
方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】面取り後、エッチングが施されたシリコ
ンウェーハは、次の研磨工程で、シリコンウェーハの表
面に機械的化学的研磨が行なわれる。ここで、ウェーハ
研磨装置により、その表面が平滑で無歪の鏡面に仕上げ
られる。一般的なウェーハ研磨装置は、上面に研磨布が
張設された研磨定盤と、研磨定盤の上方に対向配置さ
れ、下面にシリコンウェーハが所定の保持構造により保
持された研磨ヘッドとを備えている。研磨時は、研磨砥
粒を含む研磨剤（スラリー）を研磨布に供給しながら、
研磨ヘッドと一体的に回転中のシリコンウェーハを、研
磨布の表面（研磨作用面）に摺接させることにより、研
磨する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようなウェーハ研
磨装置によるシリコンウェーハの研磨は、研磨布とシリ
コンウェーハとの摺接面において、これらの研磨布とシ
リコンウェーハとの間に介在されるスラリーの摩擦熱に
より促進される。摩擦熱は、研磨布の表面に所定の温度
分布を発生させる。しかも、それだけでなく、研磨ヘッ
ドの下面（ウェーハ保持面）にも、所定の温度分布を発
生させる。ところが、従来の研磨装置では、例えば研磨
定盤の表層部分に冷媒流路を設け、この冷媒流路に冷媒
供給手段から冷媒を供給することで、研磨布の表面の温
度の不均一を解消しているだけであった。すなわち、研
磨ヘッド側の温度分布については、何らの対策も行なわ
れていないのが実情だった。その結果、研磨ヘッドに部
分的な熱膨張が発生し、研磨ヘッドも変形して、シリコ
ンウェーハの研磨面の平坦度を低下させていた。

【０００４】

【発明の目的】この発明は、半導体ウェーハの研磨面の
平坦度を高めることができるウェーハ研磨方法およびそ
の装置を提供することを、その目的としている。また、
この発明は、研磨ヘッドの細かな温度調整が可能となる
一方、研磨ヘッドにおいて、その高温域と低温域とに温
度差をつけて温度調整することができるウェーハ研磨方
法およびその装置を提供することを、その目的としてい
る。さらに、この発明は、研磨ヘッドの温度調整の自動
化を図ることができ、また研磨中の研磨ヘッドの形状を
安定化することができるウェーハ研磨装置を提供するこ
とを、その目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、研磨布に研磨剤を供給し、研磨ヘッドのウェーハ保
持面に保持された半導体ウェーハを前記研磨布に摺接さ
せることにより、この半導体ウェーハを研磨するウェー
ハ研磨方法において、研磨された前記半導体ウェーハの
平坦度を測定し、該測定結果に基づき、前記研磨ヘッド
の温度を調整するウェーハ研磨方法である。このウェー
ハ研磨方法が適用されるウェーハ研磨装置は、例えば、
半導体ウェーハを研磨ヘッドに真空吸着する方式でもよ
し、半導体ウェーハを研磨ヘッドにワックス接着するワ
ックスマウント方式でもよい。または、水を含むバック
パッドによって半導体ウェーハを研磨ヘッドに保持する
ワックスレスマウント方式でもよい。また、ウェーハ研
磨装置は、研磨ヘッドを研磨定盤の上方に対向配置した
ものでも、これとは上下を逆に配置したものでもよい。
研磨ヘッドの素材は限定されない。ただし、セラミック
ス、低膨張率の金属（合金を含む）、鋳鉄、鉄鋼などが
好ましい。

【０００６】研磨布は、通常、研磨定盤の研磨ヘッドと
の対向面に展張される。研磨布としては、例えば硬質ウ
レタンパッド、ＣｅＯ_２パッドなどが挙げられる。研磨
布および研磨ヘッドは、両方を回転するようにしてもよ
いし、研磨布だけを回転するようにしてもよい。また、
研磨ヘッドだけを回転するようにしてもよい。研磨剤と
しては、例えば焼成シリカやコロイダルシリカ（研磨砥
粒）、アミン（加工促進剤）および有機高分子（ヘイズ
抑制剤）などを混合したものなどを採用することができ
る。このうち、コロイダルシリカは、珪酸微粒子が凝集
しないで一次粒子のまま水中に分散した、透明もしくは
不透明の乳白色のコロイド液として提供される。半導体
ウェーハは、代表的なシリコンウェーハ以外にも、例え
ばガリウム砒素ウェーハ（ＧａＡｓウェーハ）など、各
種ウェーハを採用することができる。

【０００７】研磨ヘッドの温度調整は、通常、この研磨
ヘッドを冷却することで行なう。ただし、場合によって
は研磨ヘッド（一部分を含む）を加熱してもよい。この
温度調整は、冷媒、熱媒などの媒体を介して行なっても
よいし、研磨ヘッドに、直接、ヒータなどの熱源を設け
て行なってもよい。研磨ヘッドは全体を温度調整しても
よいし、例えばウェーハ保持面の形成部分など、研磨ヘ
ッドの一部分だけを温度調整してもよい。また、この温
度調整をする際には、ウェーハ保持面の全域を均一な温
度に調整してもよいし、ウェーハ保持面の高温域と低温
域とに温度差をつけて調整してもよい。半導体ウェーハ
の平坦度を測定する方法は限定されない。例えば、接触
式測定法、ＡＦＭ法などが挙げられる。

【０００８】請求項２に記載の発明は、研磨布に研磨剤
を供給し、研磨ヘッドのウェーハ保持面に保持された半
導体ウェーハを前記研磨布に摺接させることにより、こ
の半導体ウェーハを研磨するウェーハ研磨方法におい
て、研磨中の前記研磨布の温度を測定し、この測定温度
に基づき、前記研磨ヘッドの温度を調整するウェーハ研
磨方法である。

【０００９】請求項３に記載の発明は、前記研磨ヘッド
を複数の温度調整エリアに区分し、該各温度調整エリア
ごとに前記研磨ヘッドを温度調整する請求項１または請
求項２に記載のウェーハ研磨方法である。温度調整エリ
アの数は限定されない。１つでもよいし、２つ以上でも
よい。

【００１０】請求項４に記載の発明は、研磨布に研磨剤
を供給し、研磨ヘッドのウェーハ保持面に保持された半
導体ウェーハを前記研磨布に摺接させることにより、こ
の半導体ウェーハを研磨するウェーハ研磨装置におい
て、前記研磨ヘッドに、該研磨ヘッドの温度を調整する
温度調整手段を設けたウェーハ研磨装置である。温度調
整手段としては、例えば冷媒を研磨ヘッドに供給するも
のでもよいし、研磨ヘッドの加熱用の熱媒を供給するも
のでもよい。

【００１１】請求項５に記載の発明は、前記温度調整手
段が、前記研磨ヘッドを複数の温度調整エリアに区分
し、該各温度調整エリアごとに前記研磨ヘッドを温度調
整するエリア温度調整部を有している請求項４に記載の
ウェーハ研磨装置である。エリア温度調整部は、通常、
１つの温度調整エリアに１つずつ配置（１対１）され
る。ただし、２つ以上の任意のエリアにまたがって、１
つのエリア調整部を設けてもよい。

【００１２】請求項６に記載の発明は、前記温度調整手
段が、前記研磨ヘッドの温度を測定する温度センサと、
前記研磨ヘッドに設けられ、該研磨ヘッドを冷却する冷
媒が流通する冷媒流路と、該冷媒流路に冷媒を供給する
冷媒供給手段と、前記温度センサからの検出信号に基づ
き、前記冷媒供給手段から冷媒流路に供給される冷媒の
供給量を制御する制御部とを有している請求項４または
請求項５に記載のウェーハ研磨装置である。温度センサ
は、接触式の温度センサでも非接触式の温度センサでも
よい。非接触式としては、例えば赤外線放射温度計など
が挙げられる。冷媒流路は、研磨ヘッドの内部に設けて
も、この研磨ヘッドの外面に設けてもよい。また、その
形状も限定されない。例えば、研磨ヘッドの中央部から
放射線状に外方に延びる流路でもよい。そして、研磨ヘ
ッドにおける冷媒流路の形成範囲は限定されない。例え
ば、この研磨ヘッドの全域に設けてもよいし、研磨時に
高温となる範囲だけに設けてもよい。

【００１３】また、冷媒によって、研磨ヘッド全体を冷
却してもよいし、研磨ヘッドのウェーハ保持面だけを冷
却してもよい。さらに、この研磨ヘッドのウェーハ保持
面（通常は下面）の全域を均一に冷却してもよし、研磨
ヘッドのウェーハ保持面を高温域と低温域とに温度差を
つけて冷却してもよい。研磨ヘッドのウェーハ保持面の
好ましい冷却温度は１５〜３０℃である。これ未満であ
ると、研磨が進行しにくく、また、結露を伴うことがあ
る。冷媒流路に供給される冷媒の種類は限定されない。
例えば、水、油などの液体でもよいし、不活性ガス（例
えばフロンガス、Ｎ_２ガスなど）といった気体でもよ
い。冷媒供給手段は、冷媒流路に冷媒を供給可能な装置
であれば限定されない。ただし、冷媒の供給量を自動制
御することができる方が好ましい。また、冷媒の温度を
調整できればさらに好ましい。

【００１４】

【作用】請求項１および請求項４に記載の発明によれ
ば、研磨布に研磨剤を供給し、研磨ヘッドのウェーハ保
持面に保持された半導体ウェーハを研磨布に摺接させる
ことにより、半導体ウェーハを研磨する。研磨後、半導
体ウェーハの平坦度を測定し、または研磨布の温度を測
定し、その測定結果に基づき、ウェーハ平坦度が高まる
ように研磨ヘッドの温度を調整する。この温度調整は、
通常、ウェーハ保持面の全域の温度が略均一になるよう
に実施される。ただし、これに限定されるものではな
い。要は、若干でもウェーハ平坦度が高められる温度調
整であればよい。

【００１５】特に、請求項３および請求項５の発明によ
れば、研磨ヘッドを複数の温度調整エリアに区分し、各
温度調整エリアごとに請求項１の温度調整を行なう。請
求項５ではこの温度調整をエリア温度調整部により実施
する。よって、研磨ヘッドを細かく温度調整することが
可能になる。その結果、例えばウェーハ保持面の高温域
と低温域とに温度差をつけ、この温度調整を行なうこと
もできる。

【００１６】また、請求項６に記載の発明によれば、研
磨時、研磨ヘッドの温度を温度センサで検出し、その検
出信号に基づき、制御部が冷媒供給手段に制御指令を発
信する。こうして、冷媒流路に供給される冷媒の量を制
御する。これにより、研磨ヘッドの温度調整の自動化が
図れる。なお、このときの制御量は、通常、ウェーハ保
持面の全域の温度が略均一化する量である。そのため、
研磨時、研磨布の表面と半導体ウェーハとの摺接面にお
いて、ウェーハ中央部とウェーハ外周部との研磨速度が
略等しくなり、研磨量が半導体ウェーハの全面で略均一
になる。しかも、研磨ヘッドは冷媒により冷やされる。
これにより、研磨中の研磨ヘッドの形状が安定する。以
上の点から、研磨後のウェーハ平坦度が高められる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施例を図面を
参照して説明する。図１は、この発明の一実施例に係る
ウェーハ研磨装置の縦断面図である。図２は、この発明
の一実施例に係るウェーハ研磨装置のヘッド本体の底面
図である。図１において、１０はこの発明の一実施例に
係るウェーハ研磨装置であり、このウェーハ研磨装置１
０は、研磨定盤１１と、これに対向して上方に配設さ
れ、ウェーハ保持面に１枚のシリコンウェーハＷが真空
吸着される１個の研磨ヘッド１２とを備えている。すな
わち、このウェーハ研磨装置１０は枚葉式である。研磨
定盤１１は、その上面（研磨作用面）に図示しない厚地
のスポンジゴムを介してポリウレタン製の研磨布１３が
展張・接着されている。

【００１８】次に、図１および図２を参照して、研磨ヘ
ッド１２の構成を説明する。図１に示すように、この研
磨ヘッド１２は、主に、研磨ヘッド１２の基板となるヘ
ッド本体１４と、このヘッド本体１４の下部に固定さ
れ、下面のウェーハ保持面にシリコンウェーハＷが真空
吸着されるワークチャック１５と、ヘッド本体１４の中
央上部に立設された回転軸１６と、この回転軸１６より
大径で、下端面の中心部に回転軸１６の上端が固定され
た円柱体の回転マニホールド１７と、この回転マニホー
ルド１７を軸支し、冷却水（冷媒）をヘッド本体１４に
給排するための環状のジョイント部である外筒ハウジン
グ１８と、外筒ハウジング１８に取り付けられ、ヘッド
本体１４へ供給される冷却水の温度を検出する第１の温
度センサＳ１と、同じく外筒ハウジング１８に取り付け
られ、ヘッド本体１４から排出される冷却水の温度を検
出する第２の温度センサＳ２と、この外筒ハウジング１
８に冷却水を供給する冷却水供給手段Ｐと、ウェーハ研
磨装置１０の全体を制御する制御部Ｃとから構成されて
いる。以下、各構成要素を詳細に説明する。

【００１９】図１および図２に示すように、ヘッド本体
１４は円板形状の板材で、その下面の外周部を除いた略
全域に、底面視して円形の陥没部１４ａが形成されてい
る。この陥没部１４ａには、円板形状のワークチャック
１５の上部がしっかりと嵌入される。陥没部１４ａの奥
面には、２条の長尺な冷媒流路１９Ａ，１９Ｂが刻設さ
れている。両冷媒流路１９Ａ，１９Ｂは、それぞれ底面
視した全体形状が半円形状である。さらに、これらの冷
媒流路１９Ａ，１９Ｂを詳しく見れば、ヘッド本体１４
の中心軸を中心とした同心円状で、かつヘッド本体１４
の半径方向に向かって略一定ピッチで配列された多数の
円弧状溝部を有し、隣接する円弧状溝部の両端同士を、
それぞれ一筆書きができるように連結した形状を有して
いる。これらの冷媒流路１９Ａ，１９Ｂの各両端は、そ
の対応するもの同士が、前記奥面の外周部の対向位置付
近にそれぞれ配設されている。すなわち、冷却水を供給
する１対の供給口１９ａ，１９ａと、使用後の冷却水を
排出する１対の排出口１９ｂ，１９ｂとが、各対応する
もの同士で、この奥面の外周部の対向位置付近にそれぞ
れ配設されている。

【００２０】また、このヘッド本体１４には、シリコン
ウェーハＷを真空吸引する多数の吸引孔１４ｂが、大小
２つの仮想同心円上における、所定の角度ごとに配置さ
れている（図２参照）。これらの吸引孔１４ｂは、おの
おの連結チューブ２０を介して、前記回転軸１６の長さ
方向の中間部の外周面に、その周方向へ向かって所定角
度ごとに配された多数の吸引口１６ａとそれぞれ連通さ
れている。また、前記ワークチャック１５には、これら
の吸引孔１４ｂと連通する多数の吸引孔１５ａが形成さ
れている。一方、回転軸１６の内部には、その上端から
長さ方向の中間部にかけて、その軸線方向に沿った細長
い吸引路１６ｂが穿設されている。この吸引路１６ｂの
下端部は、その半径方向へ向かって多数本に分岐し、各
分岐した部分がその対応する前記吸引口１６ａにそれぞ
れ連通されている。この吸引路１６ｂの上端は、前記回
転マニホールド１７の全長にわたって、その軸線に沿っ
て穿設された吸引路１７ａの下端と連通されている。吸
引路１７ａの上端は、連結ホースを介して、図示しない
真空発生装置の吸引口に連通されている。

【００２１】この回転マニホールド１７の下端面の外周
部には、周方向に向かって９０度ごとに、それぞれ１対
ずつ、使用前の冷却水の出口１７ｂ，１７ｂと、使用後
の冷却水の入口１７ｃ，１７ｃとが形成されている。こ
のうち、冷媒流路１９Ａ側の対応する出口１７ｂ−入口
１７ｃと、冷媒流路１９Ｂ側の対応する出口１７ｂ−入
口１７ｃとは、互いに周方向へ向かって１８０度だけ位
置ずれしている。また、冷媒流路１９Ａ，１９Ｂの各対
応する出口１７ｂ−供給口１９ａは、それぞれ１対の連
結チューブ２１，２１によって連通されている。さら
に、冷媒流路１９Ａ，１９Ｂの各対応する入口１７ｃ−
排出口１９ｂは、それぞれ１対の連結チューブ２２，２
２によって連通されている。

【００２２】次に、回転マニホールド１７の内部には、
各下端がそれぞれ対応する出口１７ｂ，１７ｂと連通し
た１対の長尺な軸内供給路１７ｅ，１７ｅが穿設されて
いる。これらの軸内供給路１７ｅ，１７ｅの上端部は、
回転マニホールド１７の上部においてその半径方向外方
へ折れ曲がり、各折れた部分が、回転マニホールド１７
の上部の外周面上で９０度だけ位置ずれした、使用前の
冷却水の入口１７ｄ，１７ｄにそれぞれ連通されてい
る。また、この回転マニホールド１７の内部には、各下
端がそれぞれ対応する入口１７ｃ，１７ｃと連通する１
対の短尺な軸内排出路１７ｆ，１７ｆが穿設されてい
る。これらの軸内排出路１７ｆ，１７ｆの上端部は、回
転マニホールド１７の下部においてその半径方向外方へ
折れ曲がり、これらの折れた部分が、回転マニホールド
１７の下部の外周面上で９０度だけ位置ずれした、使用
後の冷却水の出口１７ｇ，１７ｇとそれぞれ連通されて
いる。

【００２３】続いて、図１を参照して、前記外筒ハウジ
ング１８の構造を詳細に説明する。図１に示すように、
外筒ハウジング１８は回転マニホールド１７が回動自在
に遊挿される厚肉な環状部材である。外筒ハウジング１
８の内周面の上部には、前記１対の入口１７ｄ，１７ｄ
と一連に連通し、使用前の冷却水が一時貯留される環状
の給水ポケット２３が形成されている。また、外筒ハウ
ジング１８の内周面の下部には、前記１対の出口１７
ｇ，１７ｇと一連に連通し、使用後の冷却水が一時貯留
される環状の排水ポケット２４が形成されている。そし
て、外筒ハウジング１８の上部には、使用前の冷却水を
給水ポケット２３に供給する給水孔１８ａが、この外筒
ハウジング１８の半径方向に向かって１本穿設されてい
る。この給水孔１８ａは、連結ホースを介して、外設さ
れた冷却水供給手段Ｐの冷却水供給口と連通されてい
る。また、外筒ハウジング１８の上部のうち、給水孔１
８ａと対向する角度位置の部分には、給水ポケット２３
に貯留された冷却水の温度を測定する前記第１の温度セ
ンサＳ１が、外筒ハウジング１８の半径方向外方から挿
着されている。

【００２４】一方、外筒ハウジング１８の下部には、使
用後の冷却水を排水ポケット２４から外部へ排出する排
水孔１８ｂが、この外筒ハウジング１８の半径方向に向
かって１本穿設されている。また、この外筒ハウジング
１８の上部のうち、排水孔１８ｂと対向する角度位置の
部分には、排水ポケット２４に貯留された冷却水の温度
を測定する前記第２の温度センサＳ２が、外筒ハウジン
グ１８の半径方向外方から挿着されている。この外筒ハ
ウジング１８の内周面の上端部、中間部および下端部に
は、３本の環状のシール材２５，２５，２５がそれぞれ
配されている。これにより、給水ポケット２３内の冷却
水、排水ポケット２４内の冷却水が外部に漏れたり、両
ポケット２３，２４内の冷却水同士が混ざり合ったりし
ない。

【００２５】次に、前記制御部Ｃについて説明する。こ
の制御部Ｃは、その入力部に前記第１の温度センサＳ
１、第２の温度センサＳ２が接続され、その出力部に前
記冷却水供給手段Ｐが接続されている。具体的な制御
は、給水ポケット２３内で、冷却水供給手段Ｐから供給
された使用前の冷却水の温度を第１の温度センサＳ１に
より測定する一方、排水ポケット２４内で、使用後の冷
却水の温度を第２の温度センサＳ２により測定する。こ
のとき、給水ポケット２３は、冷媒流路１９Ａ，１９Ｂ
の各供給口１９ａ，１９ａと連通され、排水ポケット２
４は冷媒流路１９Ａ，１９Ｂの各排出口１９ｂ，１９ｂ
と連通されている。両センサＳ１，Ｓ２からの検出信号
はそれぞれ制御部Ｃへ送られる。この制御部ＣのＲＡＭ
には、両センサＳ１，Ｓ２の検出温度に対応する各ウェ
ーハ保持面の温度データと、シリコンウェーハＷの平坦
度の修正量に応じて変動するウェーハ保持面の修正温度
データと、この修正温度データに対応した給水孔１８ａ
への冷却水の供給量データとが、あらかじめ記録されて
いる。

【００２６】以上、説明したウェーハ研磨装置１０の構
成要件のうち、主に、外筒ハウジング１８、冷媒流路１
９Ａ，１９Ｂ、第１の温度センサＳ１、第２の温度セン
サＳ２、冷却水供給手段Ｐ、制御部Ｃにより、研磨ヘッ
ド１２の温度を調整する温度調整手段３０が構成され
る。また、この温度調整手段３０は、研磨ヘッド１２を
冷媒流路１９Ａ，１９Ｂを有する２つの温度調整エリア
に区分し、この研磨ヘッド１２をそれぞれの温度調整エ
リアごとに温度調整する１対のエリア温度調整部３０
Ａ，３０Ｂから構成される。図１中、１４ｃはヘッド本
体１４の外周部の内周面に周設された環状溝、２６はこ
の環状溝１４ｃに嵌入され、冷媒流路１９Ａ，１９Ｂを
流れる冷却水が、ヘッド本体１４とワークチャック１５
との隙間から漏れるのを防ぐＯリングである。２７は、
研磨布１３の表面の中央部に研磨剤を供給するスラリー
ノズルである。

【００２７】次に、このウェーハ研磨装置１０を用いた
シリコンウェーハＷの研磨方法を説明する。図１に示す
ように、研磨時には、まず真空発生装置により発生した
負圧力により、ワークチャック１５のウェーハ保持面
に、シリコンウェーハＷを真空吸着する。その後、図示
しない研磨剤供給手段から研磨剤をスラリーノズル２７
へ圧送し、ノズル下端の研磨剤供給口を通して、研磨定
盤１１の表面に展張された研磨布１３の中心部上に、通
常、研磨剤を５リットル／分の供給量で供給する。ま
た、冷却水供給手段Ｐからは、給水孔１８ａ、給水ポケ
ット２３、軸内供給路１７ｅ，１７ｅ、連結チューブ２
１，２１、供給口１９ａ，１９ａを介して、冷却水（１
８℃）が冷媒流路１９Ａ，１９Ｂに供給される。この冷
却水は、各供給口１９ａからそれぞれの冷媒流路１９
Ａ，１９Ｂに流入され、ワークチャック１５を、その背
面（上面）側から冷却する。使用後の冷却水は、排出口
１９ｂ，１９ｂから連結チューブ２２，２２、軸内排出
路１７ｆ，１７ｆ、排水ポケット２４、排水孔１８ｂを
通って外部に排出される。これにより、ワークチャック
１５のウェーハ保持面の略全域が冷却される。これらの
研磨剤および冷却水を供給しながら、研磨ヘッド１２を
研磨定盤１１上で自転、公転させて、シリコンウェーハ
Ｗの研磨面を、研磨布１３によって表面研磨する。

【００２８】この表面研磨が進むと摩擦熱が発生し、ワ
ークチャック１５のウェーハ保持面が高温化する。この
温度変化は、ウェーハ保持面の温度を、常時、間接的に
検出している第１の温度センサＳ１と第２の温度センサ
Ｓ２とから得た検出データに基づき、求められる。すな
わち、両センサＳ１，Ｓ２からの検出信号は制御部Ｃへ
送られ、ここで両検出信号から使用前の冷却水の温度
と、使用後の冷却水の温度との差が求められる。次い
で、得られた温度差と、ＲＡＭ内に記録されたウェーハ
保持面の温度データとを対比し、現在のウェーハ保持面
の温度を推定する。一方、研磨されたシリコンウェーハ
Ｗの平坦度を、接触式測定装置により測定する。このと
き、仮にウェーハ平坦度の値（ＴＴＶ値）が許容範囲外
であれば、まずその許容範囲に達するまでのウェーハ平
坦度の修正量を算出する。次いで、このウェーハ平坦度
の修正量を、あらかじめ制御部ＣのＲＡＭに記録された
修正温度データと対比し、ここでのウェーハ保持面の修
正温度を求める。そして、このウェーハ保持面の修正温
度と、前記現在のウェーハ保持面の温度とから、実際の
ウェーハ保持面の修正目標の温度を求める。

【００２９】続いて、制御部Ｃから冷却水供給手段Ｐに
対して、この修正温度値に基づき、ＲＡＭ内の冷却水の
供給量データの中から選択された冷却水の供給量への供
給量修正指令が出される。これにより、給水孔１８ａへ
の冷却水の供給量が修正される。供給量の制御目標は、
ワークチャック１５が冷やされ、可能な限りウェーハ保
持面の温度が略均一になる温度である。ウェーハ保持面
の温度が修正目標の温度に達したかどうかは、前述する
両センサＳ１，Ｓ２を使用したウェーハ保持面の温度の
推定作業により確認される。

【００３０】このように、ウェーハ保持面の温度が比較
的低温度で略均一化すると、研磨布１３の表面とシリコ
ンウェーハＷとの摺接面において、ウェーハ中央部とウ
ェーハ外周部との研磨速度が略等しくなる。これによ
り、研磨砥粒による研磨がシリコンウェーハＷの全面に
おいて略均一となる。しかも、冷却水によってワークチ
ャック１５が冷やされるので、ワークチャック１５の形
状が、研磨時の摩擦熱による部分的な熱膨張を原因とし
た反りを起こすことなく安定する。以上のことから、シ
リコンウェーハＷの研磨ムラの要因は、遠心力によるウ
ェーハ外周方向への研磨剤の偏りだけに止まる。したが
って、従来の研磨に比較して、シリコンウェーハＷの研
磨面の平坦度を高めることができる。また、この一実施
例では、研磨ヘッド１２を２つの温度調整エリアに区分
し、各温度調整エリアごとに温度を調整するので、研磨
ヘッド１２を細かく温度調整することができる。しか
も、この一実施例では示していないが、この研磨ヘッド
１２の高温域と低温域とに温度差をつけて温度調整する
こともできる。こうすれば、より高精度にウェーハ保持
面の温度を均一化することができる。さらに、研磨ヘッ
ド１２のウェーハ保持面の温度を間接的ながら２個の温
度センサＳ１，Ｓ２によって検出し、その検出信号に基
づき、冷媒流路１９Ａ，１９Ｂに供給される冷媒の量を
制御するようにしたので、研磨ヘッド１２の温度調整の
自動化が図れる。

【００３１】なお、この一実施例では、研磨後のシリコ
ンウェーハＷの平坦度を測定し、この測定結果に基づ
き、研磨ヘッド１２の温度を修正している。ただし、こ
れに限定しなくても、例えば研磨布１３の温度に基づ
き、研磨ヘッド１２の温度を修正してもよい。具体例を
挙げれば、まず研磨布１３の温度を所定の温度センサに
より測定し、得られた温度データと、あらかじめＲＡＭ
に記録された研磨布１３の温度によって変動するウェー
ハ保持面の温度データとを対比し、これにより現在のウ
ェーハ保持面の温度を推定する。その後、この制御部Ｃ
内で、こうして得られた推定温度と制御目標の温度との
差を求め、この温度差に見合った分だけ、研磨ヘッド１
２の温度を調整する。

【００３２】

【発明の効果】この発明によれば、研磨時、ウェーハ平
坦度が高まるように研磨ヘッドの温度を調整する。特
に、請求項１の研磨方法では、研磨後の半導体ウェーハ
の平坦度を測定し、また請求項２では研磨布の温度を測
定し、その測定結果に基づき、研磨ヘッドの温度を調整
する。これにより、高平坦度の半導体ウェーハを得るこ
とができる。

【００３３】特に、請求項３および請求項５の発明によ
れば、研磨ヘッドを複数の温度調整エリアに区分し、各
温度調整エリアごとに温度を調整するので、研磨ヘッド
を細かく温度調整することができる。しかも、研磨ヘッ
ドの高温域と低温域とに温度差をつけて温度調整するこ
ともできる。

【００３４】また、請求項６に記載の発明によれば、研
磨ヘッドの温度を温度センサで検出し、その検出信号に
基づき、冷媒流路に供給される冷媒の量を制御するの
で、研磨ヘッドの温度調整の自動化が図れる。また、研
磨中の研磨ヘッドの形状を安定化することも可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係るウェーハ研磨装置の
縦断面図である。

【図２】この発明の一実施例に係るウェーハ研磨装置の
ヘッド本体の底面図である。

【符号の説明】

１０ウェーハ研磨装置、１２研磨ヘッド、１３研磨布、１９Ａ，１９Ｂ冷媒流路、３０温度調整手段、３０Ａ，３０Ｂエリア温度調整部、Ｃ制御部、Ｐ冷却水供給手段（冷媒供給手段）、Ｓ１第１の温度センサ、Ｓ２第２の温度センサ、Ｗシリコンウェーハ（半導体ウェーハ）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伝田正東京都千代田区大手町１丁目５番１号三菱マテリアルシリコン株式会社内 (72)発明者小林芳樹埼玉県入間市中神508−２株式会社ゼビオス内Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AB04 AC04 BA08 CA01 CB01 DA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】研磨布に研磨剤を供給し、研磨ヘッドの
ウェーハ保持面に保持された半導体ウェーハを前記研磨
布に摺接させることにより、この半導体ウェーハを研磨
するウェーハ研磨方法において、研磨された前記半導体ウェーハの平坦度を測定し、該測
定結果に基づき、前記研磨ヘッドの温度を調整するウェ
ーハ研磨方法。
【請求項２】研磨布に研磨剤を供給し、研磨ヘッドの
ウェーハ保持面に保持された半導体ウェーハを前記研磨
布に摺接させることにより、この半導体ウェーハを研磨
するウェーハ研磨方法において、研磨中の前記研磨布の温度を測定し、この測定温度に基
づき、前記研磨ヘッドの温度を調整するウェーハ研磨方
法。
【請求項３】前記研磨ヘッドを複数の温度調整エリア
に区分し、該各温度調整エリアごとに前記研磨ヘッドを
温度調整する請求項１または請求項２に記載のウェーハ
研磨方法。
【請求項４】研磨布に研磨剤を供給し、研磨ヘッドの
ウェーハ保持面に保持された半導体ウェーハを前記研磨
布に摺接させることにより、この半導体ウェーハを研磨
するウェーハ研磨装置において、前記研磨ヘッドに、該研磨ヘッドの温度を調整する温度
調整手段を設けたウェーハ研磨装置。
【請求項５】前記温度調整手段が、前記研磨ヘッドを
複数の温度調整エリアに区分し、該各温度調整エリアご
とに前記研磨ヘッドを温度調整するエリア温度調整部を
有している請求項４に記載のウェーハ研磨装置。
【請求項６】前記温度調整手段が、前記研磨ヘッドの温度を測定する温度センサと、前記研磨ヘッドに設けられ、該研磨ヘッドを冷却する冷
媒が流通する冷媒流路と、該冷媒流路に冷媒を供給する冷媒供給手段と、前記温度センサからの検出信号に基づき、前記冷媒供給
手段から冷媒流路に供給される冷媒の供給量を制御する
制御部とを有している請求項４または請求項５に記載の
ウェーハ研磨装置。