JP2005118969A - 高平坦度のシリコンウェーハを安定して研磨する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シリコンウェーハ等の被加工物を両面同時に研磨加工を行う研磨装置において、被加工物の加工精度の安定向上を図る。
【解決手段】研磨加工中の上下研磨パッドの加工面の形状変位量を、研磨プレートの幅の内周、中央、外周の３箇所に非接触変位計２６を組付けてパッドの表面形状を読みとり凹又は凸に変化する上下研磨パッド面が平面になるように、上下研磨プレート２１，２０の温度を保持する冷却水の流量、温度及び補佐的に研磨加工に供与する研磨剤の流量と温度を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコンウェーハ等の半導体基板用の研磨装置の研磨パッド面の平面形状に係わるもので、特に研磨加工中のパッドの平面を常に高平坦に制御し、加工精度の安定向上を計ったものである。

平面研磨盤によるワークの加工は、定盤の精度をワークに転写する加工技術なので、定盤を常に高精度な平面に維持する必要がある。しかしシリコンウェーハ等の研磨加工は、上下研磨プレートの加工面に研磨布であるパッドを貼り付けた上下定盤間で、キャリアで保持されたシリコンウェーハを挟持し、ＰＨ９〜１２の加工液にコロイド状シリカを混濁させた研磨剤を加工面に供給しつつメカノケミカル法と言われる化学的及び機械的複合研磨加工でおこなう。この加工の詳細は、シリコンウェーハの加工面をＰＨ９〜１２の加工液でエッチングをおこないつつコロイド状酸化珪素を加工面に固相させ、加工面に固相した酸化珪素を上下研磨プレートの加工面に貼り付けた不織布であるパッドで機械的に引き剥がすことの繰り返しによりシリコンウェーハ加工面の研磨をおこなう。この加工法はパッドとシリコンウェーハの摩擦による温度により化学的加工が促進されるのであるが、温度が高すぎると加工面がオレンジピールと称されるオレンジの表皮状態となるばかりか、パッドを貼り付けた上下研磨プレートは、研磨加工を繰り返すことによりパッドの磨耗が進行し摩擦係数が刻々と変わるため発熱量も変わりこの温度変化による上下研磨プレートパッド面の平面精度低下をきたし、加工後の高平坦なシリコンウェーハを得ることが出来ない。

従来からの方法では、加工前の上下研磨プレート面の平面形状を静止状態で測定していたが、研磨加工により動作状態となると軸受部等からの発熱により、上下研磨パッド面の平面精度が時々刻々変化する。

また、この加工時の上下研磨プレートの温度変化による上下研磨パッド面の平面精度低下を補正すべく、上下研磨プレートの冷却ジャケット内に供給し排出された冷却水の温度を計測又は研磨加工時の上下研磨パッド面の温度を計測し、冷却水の流量を制御するか研磨加工時に供与する研磨剤の流量又は温度を制御し上下研磨プレートの加工面の温度が予め設定された数値になるようにしていた。具体的には実公平５ー２１３２０号公報記載の研磨装置が知られており、第２図はその構成中における温度検出部と冷却装置部についての一部を示すものである。図において１１が研磨プレート、１９がパッド、１５、１６は、冷却液を循環させるパイプ、１２は、冷却液循環タンク、１４は、冷却液循環ポンプであり、１３は、循環タンク内の冷却液を冷却するための冷却コイルである。そしてパッド１９の加工面温度は、温度センサ１７によって検知され、この温度に応じて制御回路１８を介して冷却液循環ポンプ１４内の電動機の回転数を制御し冷却液の流量のみを制御することにより、冷却液を連続的に研磨定盤１１内を循環させ温度を一定にすることにより研磨プレートのパッド１６の平面を保つものである。

また、図示されていないが、回転する研磨定盤内に温度センサを埋め込み、温度信号の送信用アンテナを研磨定盤外周部に取り付け、別設置された受信用アンテナで受け制御回路で演算し冷却液循環ポンプの回転数を制御し研磨定盤の加工面の温度を一定に保つ方法もある。
実公平５ー２１３２０号公報

しかしこの上下研磨プレートの温度を制御する方法は、研磨プレートに貼着されたパッドは、不織布に樹脂を滲浸した材料で出来ているため熱伝導率が悪く、加工時のパッドの表面温度と研磨プレートのパッド貼着表面温度とは、数度の微小な温度差を生じ、この温度差によりパッドの加工面が凹又は凸に微小変位をするため、高精度の平面を期待することは出来ない。

そのため研磨加工現場では、むしろ研磨剤の流量を調整してパッドの表面温度を適温と思われる一定温度に保つと言う研磨方法をとることもある。しかしながら、この研磨剤の流量を調整してパッドの温度を一定に保つ方法は、研磨剤によるメカノケミカル作用の変動により、安定した精度維持が出来ない。また、以上のような研磨剤の流量を調整することなく、加工後の安定した精度を保持するためには、荷重、研磨プレート回転数及び加工間隔等の加工条件を見つけなくてはならない。

そこで本発明は、加工中の研磨プレートと研磨プレートに貼着されたパッドの材質及び加工経時変化による熱変位の違いに着目し、加工後の精度に影響を及ぼすパッドの表面が常に平面を保つように研磨プレートへ給与する冷却水の温度及び流量、そして補佐的に研磨剤の流量、温度を制御すると言う複合補正の研磨方法により安定した精度維持を行う。

研磨加工中における上下研磨パッドの加工面の形状変位量を、研磨プレートの幅の内周、中央、外周の３箇所に非接触変位計を組付けてパッドの表面形状を読みとり凹又は凸に変化する上下研磨パッド面が平面になるように、上下研磨プレートの温度を保持する冷却水の流量、温度及び補佐的に研磨加工に給与する研磨剤の流量と温度を制御する。

以上述べたように、研磨加工中に発生するパッドとシリコンウェーハの摩擦及び研磨装置周囲より発生する熱量の変化による上下研磨パッド面の凹又は凸に変位する面形状を非接触変位計にて常時検知し、上下研磨パッド面を平面に保持する温度とするために、研磨プレートに給与する冷却水の流量と温度を即刻制御するので、上下研磨パッドの加工面が常に平面に維持されるため、高平坦度のシリコンウェーハを安定して研磨することが出来る。

以下、本発明に係る平面研磨装置について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態の要部を示す断面図であり、２５は下研磨パッドであり、２０下研磨プレートに貼着されている。また２４は上研磨パッドであり、２１上研磨プレートに貼着されている。２０下研磨プレート及び２１上研磨プレートに把持されている治具である２７キャリアは、ワークであるシリコンウェーハ２８を保持し、２７キャリアは、２３中心ギア及び２２内歯車に噛合して自転しながら公転する遊星運動をおこなう。研磨加工により発生した熱による２４上研磨パッドと２５下研磨パッドの間隔を２１上研磨プレート幅の内周、中側、外周に取付けられた２６非接触変位計で各位置のパッド間の隙間を測定し、制御回路にデータを送り、制御回路では、演算し１４冷却液循環ポンプ及び冷却液の温度制御をおこなう３２冷却温度制御装置へ指令出す。このように研磨加工及び周囲の温度変化により発生した２４上研磨パッドと２５下研磨パッドの間隔を即刻検出し、内、中、外の非接触変位計の測定値が常に等しくなるような面形状を保持させる。

図３は、２１上研磨プレートの中位置に２６非接触変位計を組込だ要部断面図である。２５は下研磨パッドであり、２０下研磨プレートに貼着されている。また２４は上研磨パッドであり、２１上研磨プレートに貼着されている。２６非接触変位計でパッド間の隙間を測定し１８制御回路にデータを搬送する。

本発明による一実施例を示す要部の断面図である。 従来の研磨プレートの温度制御方法を示す断面斜視図。 研磨プレートの中位置に組込だ非接触変位計の断面図。

符号の説明

１１ 研磨定盤
１２ 冷却液循環タンク
１３ 冷却コイル
１４ 冷却液循環ポンプ
１５ 冷却液送り循環パイプ
１６ 冷却液戻り循環パイプ
１７ 温度センサ
１８ 制御回路
１９ パッド
２０ 下研磨プレート
２１ 上研磨プレート
２２ 内歯車
２３ 中心歯車
２４ 上研磨パッド
２５ 下研磨パッド
２６ 非接触変位計
２７ キャリア
２８ シリコンウェーハ
２９ 研磨剤トレイ
３０ 研磨剤
３１ 研磨剤分配パイプ
３２ 冷却温度制御装置
３３ 研磨剤タンク
３４ 研磨剤送りパイプ
３５ 研磨剤戻りパイプ
３６ 研磨剤ポンプ

Claims (2)

1. 水平面内に組み込まれた太陽歯車と内歯車の間に、被加工物を保持する複数個のキャリアを等間隔に配置させて被加工物であるシリコンウェーハを挿入した後、上研磨定盤を下降させて下研磨定盤と挟み込んだ状態で、ＰＨ９〜１２研磨液にコロイド状シリカを混濁させた研磨剤を供給しつつキャリアの自転及び公転させる遊星運動と上下研磨定盤の相対的な回転運動を同時に行う平行平面研磨装置において、シリコンウェーハを研磨加工することにより発生する加工熱による上下研磨定盤加工面の平面精度の低下を補正するため、上下研磨定盤の形状変位量を非接触変位計にて読みとり凹又は凸に変化する上下研磨定盤の加工面が平面を維持するように上下研磨定盤の温度を保持する冷却水の流量、温度及び研磨剤の流量、温度を自動制御する研磨方法。
2. 前記請求項１において、ウェーハを加工することによる研磨装置周辺から発生する熱に対応して上下研磨定盤加工面の平面精度低下を補正する研磨装置の温度制御方法。

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