JP4278836B2 - ウェーハ研磨装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェーハ等のウェーハ表面を高精度に鏡面研磨する装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体製造装置の高集積化に伴ってパターンが益々微細化しており、特に多層構造の微細なパターンを容易かつ確実に形成するために、パターンが形成される半導体ウェーハ自体はもとより、パターン形成過程における半導体ウェーハの表面を極力平坦化させることが重要となつてきている。これら半導体ウェーハ（以下、単にウエーハという）の表面を平坦化させる研磨方法として、仕上がり平坦化度の高い化学的機械的研磨法（ＣＭＰ法）が脚光を浴びている。
【０００３】
そのＣＭＰ法とは、ＳｉＯ２、ＣｅＯ２、Ａｌ２Ｏ３等の砥粒剤を混入したスラリーを用いて化学的、且つ、機械的にウェーハ表面を研磨し、平坦化する方法である。ＣＭＰ法を採用するウェーハ表面の研磨装置としては、例えば、図９（１）に示すものが知られている。
【０００４】
このウェーハ研磨装置は、中心軸１に取り付けられた円板状の回転テーブル（プラテン）２と、プラテン２上に設けられた硬質ウレタン等よりなる研磨パッド３と、中心軸１から偏心した位置において研磨パッド３に対向し、不図示のヘッド駆動機構によつて回転駆動されるウェーハ保持ヘッド４と、研磨パッド３の研磨面の目詰まり及び平坦度の低下を防ぐために、一研磨毎に研磨パッド３の表面をドレッシングするコンディショナ５とよりなっている。
【０００５】
ウェーハ保持ヘッド（以下、単に保持ヘッドという）４は、研磨パッド３より小径の円盤状であって、その回転軸４ａの上端において不図示のアームに保持され、研磨パッド３に対して接近、離隔可能である。従って、保持ヘッド４の下部（ヘッド先端部）に設けた図示省略したキャリアにウェーハＷを保持した状態で研磨パッド３に当接することができると共に、研磨パッド３上へのウェーハＷの搬出入を行うことができる。
【０００６】
ウェーハＷの研磨に際しては、砥粒剤が液状のスラリーＳとして研磨パッド３上に供給され、保持ヘッド４に保持されたウェーハＷと研磨パッド３との間に流動すると共に、保持ヘッド４に保持されたウェーハＷが自転し、同時に研磨パッド３が中心軸１を中心として回転するので、ウェーハＷの下面が研磨される。
【０００７】
コンディショナ５は、プラテン２の外部に設けられている回転軸６に基部が固定されたアーム７と、アーム７の自由端に支持され、不図示の駆動装置により研磨パッド３の表面に当接した状態で回転駆動されるか、又は研磨バッド３から受ける摩擦力によつて自転を許容する状態に設けられたドレッサー８とよりなっている。そして、アーム７の回動とドレッサー８の回転により研磨パッド３の表面がドレッシングされる。
【０００８】
ところで、ウェーハの研磨に際しては、ウェーハＷの面のどの位置においても研磨量が均ーとなるようにプラテン２、保持ヘッド４の回転数、研磨圧力等の研磨条件を設定することが必要である。ここで、ウェーハＷの研磨量はウェーハＷ、研磨バッド３間の相対速度と研磨圧力に比例するとされている。一般に、保持ヘッド４は、ウェーハＷの面のどの位置においても均一な研磨圧力（研磨パッド３への当接圧力）をかけられるようにすることが望ましく、そのための保持へッドとしては、例えば、図９（２）に示すフローティング方式の保持ヘッドが用いられている。
【０００９】
この保持ヘッドは、天板部及び筒状周壁部よりなるヘッド本体９と、ヘッド本体内にヘッド軸線に対し略垂直に張られたダイヤフラム（円板状またはリング状の繊維補強ゴム膜）１０と、ダイヤフラム１０の下面に固定されたセラミック等の高剛性材料からなる円盤状のキャリア１１と、キャリア１１とヘッド本体９の周壁部との間で、ダイヤフラム１０の下面に固定された円環状のリテーナリング１２とよりなっている。このキャリア１１及びリテーナリング１２は、ダイヤフラム１０の弾性変形によりヘッド軸線方向に移動することができる。
【００１０】
ヘッド本体９の天板部に設けられ、アームのスピンドルに螺合されるシャフト部１３には、流路１３ａが鉛直方向に形成されており、ヘッド本体９のダイヤフラム１０の上方には、流体室９ａが形成されている。そして、空気等の流体が流路１３ａより流体室９ａに調整可能に供給される。従って、流体室９ａの内圧、即ち、ダイヤフラム１０と共に変位するキャリア１１のヘッド軸線方向への変位力を調節することができ、キャリア１１にインサー卜と称するスボンジ状のバックパッドＰを介して保持されるウエーハＷを研磨パッド３に当接する圧力を最適なものに調節することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来のウェーハ研磨装置においては、ウェーハの全面を研磨パッドに均等な圧力で当接させたとしても、必ずしもウェーハの全面を均一に研磨することができるとは限らない。これは、例えばウェーハは保持ヘッドによって回転させられた状態で研磨パッドに当接させられて研磨されるのであるが、研磨条件によってはウェーハの内周側と外周側とで研磨パッドに対する相対速度が異なるので、内周側と外周側とで研磨量に差が生じる。また、研磨条件によってはウェーハにおいて外周側に比べて内周側にはスラリーが回り込みにくくなる場合があり、この場合にはウェーハの内周側と外周側とで研磨量に差が生じてしまう。
【００１２】
また、研磨量高均一化を狙つた研磨条件で研磨を行う場合でも、キャリアの熱変形等の影響があるので、必ずしも所望の均一性を得ることができるとは限らない。例えば、キャリアが熱変形することによってキャリアのウェーハ支持面に歪みが生じるので、ウェーハの面上で研磨パッドに当接する圧力に差が生じてウェーハの各部で研磨量に差が生じる。
また、生産工程等でのウェーハの研磨においては、スループッ卜、スラリー等の副資材調達の問題等の生産計画等の制約から、ウェーハ面各位置の所望の研磨均一性を得るための研磨条件を採用することができるとは限らない。現実には、これらの制約から、十分な研磨性能を得ることができない条件で研磨を行い、不十分な研磨結果に甘んじることもある。
また、生産工程において他の工程による制約などから、例えばウェーハ外周部の研磨量を多くしたいといったような要望があるなど、ウェーハの研磨においては必ずしも面内で一定の研磨量を求められるわけではない。
このような事情に鑑みて、工作物の表面に研磨を施す装置として、特公平７−８４７２号公報に示されるような装置が考案されている。この装置は、ウェーハ研磨装置と同様の手法で工作物を研磨するものであって、工作物を保持する回転式キャリアを、熱膨張係数の異なる少なくとも２つの材料によって構成し、この回転式キャリアの温度を調整する温度調整手段を備えることを特徴としている。回転式キャリアは、バイメタルのように作用するものであって、温度調整手段によって回転式キャリアの温度を調整することで、その径方向の湾曲を制御されるようになっている。この装置は、このように回転式キャリアの形状を制御することで回転式キャリアに取り付けられた工作物に凹バイアスまたは凸バイアスをかけて、工作物の表面を研磨パッドに押し付ける圧力を制御し、工作物の径方向の研磨量の分布を制御している。
しかし、この装置では、回転式キャリアの変形は全体に一様に生じるものであって、全体としての湾曲の程度は制御できるものの、湾曲する形状については制御するものではない。このため、研磨量の分布を調整する際の調整の自由度が低かった。
【００１３】
本発明は、ウェーハ表面の研磨量の分布を制御することができるウェーハ研磨装置及び研磨方法を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載のウェーハ研磨装置においては、プラテン上に貼付された研磨パッドにウェーハの一面を当接させてこれらを相対移動させることで前記ウェーハを研磨する研磨装置であって、前記ウェーハを保持するキャリアと、該キャリアを各部分ごとに独立して加熱する複数の加熱手段と、前記キャリアにおいて前記各加熱手段によって加熱される各部の温度を感知する温度検知手段と、研磨条件を設定する研磨条件設定手段と、前記各加熱手段の動作を制御する制御手段とを有し、該制御手段は、前記キャリアを用いて前記ウェーハを前記研磨条件設定手段によって設定された研磨条件で研磨した場合の研磨性能を算出し、この研磨性能の情報に基づいて、前記キャリアを前記ウェーハの研磨に適した形状に熱変形させる場合の前記キャリアの温度分布を算出し、該温度分布の情報及び前記温度検知手段によって送られる信号によって、前記各加熱手段による前記キャリアの加熱を制御することを特徴とする。
このように構成されるウェーハ研磨装置においては、制御手段によって、研磨条件設定手段によって設定された研磨条件から研磨性能が算出され、キャリアをウェーハの研磨に適した形状に熱変形させる場合のキャリアの温度分布が算出される。この情報をもとにして、制御手段によってキャリアの各部分ごとに独立して設けられる加熱手段の動作が制御され、キャリアの各部がそれぞれ算出した温度分布となるように加熱される。そして、所定の形状に熱変形したキャリアによってウェーハを保持して研磨を行うことで、ウェーハが適切な圧力分布で研磨パッドに当接した状態でウェーハの研磨が行われて、ウェーハの研磨傾向が補正される。
ここで、ウェーハの研磨傾向は、例えばウェーハの表面の均一性が向上するように補正してもよく、またウェーハ表面の研磨量の分布が所望の分布となるように補正することもできる。
【００１５】
請求項２記載のウェーハ研磨装置においては、プラテン上に貼付された研磨パッドにウェーハの一面を当接させてこれらを相対移動させることで前記ウェーハを研磨する研磨装置であって、前記ウェーハを保持するキャリアと、該キャリアを各部分ごとに独立して加熱する複数の加熱手段と、前記キャリアにおいて前記各加熱手段によって加熱される各部の温度を感知する温度検知手段と、研磨条件を設定する研磨条件設定手段と、前記キャリアを用いて前記ウェーハを各種の研磨条件で研磨した場合の、各研磨条件ごとの研磨性能の情報をデータベースとして格納する記憶手段と、前記各加熱手段の動作を制御する制御手段とを有し、該制御手段は、前記記憶手段から前記研磨条件設定手段によって設定された研磨条件に対応する研磨性能の情報を読み出し、この研磨性能の情報に基づいて、前記キャリアを前記ウェーハの研磨に適した形状に熱変形させる場合の前記キャリアの温度分布を算出し、該温度分布の情報及び前記温度検知手段によって送られる信号によって、前記各加熱手段による前記キャリアの加熱を制御することを特徴とする。
このように構成されるウェーハ研磨装置においては、制御手段は、設定された研磨条件から直接研磨性能を算出するのではなく、記憶手段に格納された各研磨条件ごとの研磨性能の情報を参照することによって設定された研磨条件に対応する研磨性能の情報を得て、この情報をもとにキャリアの加熱の制御を行う。
【００１６】
請求項３記載のウェーハ研磨方法においては、プラテン上に貼付された研磨パッドにウェーハの一面を当接させてこれらを相対移動させることで前記ウェーハを研磨する研磨装置において、ウェーハを保持する部材であるキャリアの各部分ごとに独立して加熱する加熱手段を設けて、この加熱手段を制御することによって前記キャリアの熱変形を制御して前記ウェーハの研磨を行う研磨方法であって、前記キャリアを用いて前記ウェーハを設定した研磨条件で研磨した場合の研磨性能を求め、前記キャリアを前記ウェーハの研磨に適した形状に熱変形させる場合の前記キャリアの温度分布を算出し、該温度分布の情報及び前記キャリアの各部の温度の情報をもとに、前記各加熱手段による前記キャリアの加熱を制御することを特徴とする。
このように構成されるウェーハ研磨方法においては、設定した研磨条件に対応する研磨性能の情報をもとに、キャリアをウェーハの研磨に最適な形状に熱変形させる場合のキャリアの温度分布を算出する。この情報をもとにキャリアの各部の加熱を制御し、キャリアが算出した温度分布となるように加熱する。そして、所定の形状に熱変形したキャリアによってウェーハを保持して研磨を行うことで、ウェーハが適切な圧力分布で研磨パッドに当接した状態でウェーハが研磨されて、ウェーハの研磨傾向が補正される。
ここで、ウェーハの研磨傾向は、例えばウェーハの表面の均一性が向上するように補正してもよく、またウェーハ表面の研磨量の分布が所望の分布となるように補正することもできる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１から図８を参照し、本発明のウェーハ研磨装置の実施形態について説明する。
【００１８】
このウェーハ研磨装置は、従来例として説明した図９（１）に示すものと、プラテン（２）、研磨パッド（３）、ウェーハ保持ヘッド（４）等を有する基本構成は変わらない。そして、本発明の特徴点は、ウェーハ保持ヘッドを構成するキャリアに複数のヒーター等の加熱手段及び複数の温度センサー（温度検知手段）を内臓あるいは接触させるよう構成し、キャリアの各部の熱変形を制御することにより、キャリアによるウェーハの押圧圧力の分布（研磨圧力の分布）を制御してウェーハＷの研磨傾向を補正可能とした点である。従って、基本構成の詳細な説明は重複を避ける意味で省略する。
【００１９】
ウェーハ保持ヘッドは、ジンバル方式のもの等でもよいが、ここでは、図１を参照し、フローティング方式のウェーハ保持ヘッドに適用した例を説明する。
【００２０】
このウェーハ保持ヘッドは、従来例として説明した図９（２）に示すものと基本構成は変わらない。即ち、天板部及び筒状周壁部よりなるヘッド本体２１と、ヘッド本体内にヘッド軸線に対し略垂直に張られたリング状の繊維補強ゴム膜よりなるダイヤフラム２２と、ダイヤフラム２２の下面に固定されたセラミック等の高剛性材料よりなる円盤状のキャリア２３と、キャリア２３とヘッド本体２１の周壁部との間で、ダイヤフラム２２の下面に固定された円環状のリテーナリング２４とより構成されている。
【００２１】
ヘッド本体２１の天板部に設けられているシャフト部２５には、流路２５ａが鉛直方向に形成されており、ヘッド本体２１のダイヤフラム２２の上方には、流体室２１ａが形成されている。その流路２５ａより流体室２１ａに空気等の流体が調整可能に供給される。
【００２２】
本発明は更に、キャリア２３に複数のヒーター２６及び複数の温度センサー（温度検知手段）２７を内臓、あるいは接触させ、制御装置Ｃによって各ヒーター２６の動作を制御して（ヒーター２６に供給する電流、電圧等を制御して）キャリア２３の各部の温度を制御することによって、キャリア２３の各部の熱変形を制御する点に特長がある。
図示のものは、複数のヒーター２６をキャリア２３の上面に埋め込み、それぞれの温度センサー２７をヒーター２６に内蔵させている。本実施の形態では、各ヒーター２６は、図１（１）、（２）に示すように、キャリア２３の縁に沿う円環状のもの及び中心部を占める小円板状のものであり、温度センサー２７はそれぞれのヒーター２６の適所に点配置されている。温度センサー２７は、図１（３）に示すように、各ヒーター２６に一つずつ配置してもよい。また、図１（４）に示すように、ヒーター２６を同心円状に複数設け、それぞれのヒーター２６に一つ又は複数の温度センサー２７を設けることもできる。なお、符号Ｐで示すものは、キャリア２３にウエーハＷを保持する際に介在させるスボンジ状のバックパッドである。
ここで、ヒーター２６及び温度センサー２７をキャリア２３の上面に埋め込む代わりに、ダイヤフラム２２においてキャリア２３の上面のうち、少なくともヒーター２６及び温度センサー２７が設置される部分に対向する位置に開口部を形成し、この開口部を通じてキャリア２３の上面にヒーター２６及び温度センサー２７を接触配置してもよい。
ここで、図２に示すように、制御装置Ｃには、研磨条件を設定する研磨条件設定器（図示せず）と、キャリア２３を用いてウェーハＷを各種の研磨条件で研磨した場合の、各研磨条件ごとの研磨性能の情報をデータベースとして格納するメモリー（記憶手段）Ｂとが接続されており、制御装置Ｃは、研磨条件設定器からは研磨条件を、メモリーＢからはこの研磨条件に対応した研磨性能の情報を受け取っている。制御装置Ｃは、研磨性能の情報と温度センサー２７から受けた信号に基づいてヒーター２６の動作を制御するようになっている。
【００２３】
以下より、本発明のウェーハ研磨において重要であるキャリア２３の各部分の熱変形の制御について説明する。
【００２４】
まず、キャリア２３の熱変形と、キャリア２３の形状に由来するウェーハＷの研磨傾向について説明する。キャリア２３は、ウェーハ保持面（下面）が形成される側でウェーハの研磨時に発生する熱を受け、そうでない側ではキャリア２３の熱を周囲に放出しているので、キャリア２３にはその厚み方向に熱勾配が生じる。また、キャリア２３においては、内周部では熱がこもるのに比べて外周部は外部に熱を放出しやすいので、キャリア２３はその径方向にも熱勾配が生じやすい。
このようにキャリア２３に熱勾配が生じることで、キャリア２３の高温側と低温側とで熱膨張する量に差が生じ、キャリア２３に反り（熱変形）が生じる。
このため、キャリア２３がウェーハＷを押圧する圧力（研磨圧力）の差は主にウェーハＷの径方向に生じることとなり、ウェーハＷには径方向に研磨量の差が生じる。
【００２５】
次に、研磨条件によるウェーハＷの研磨傾向について説明する。
ウェーハＷは保持ヘッド４によって回転させられた状態で研磨パッド３に当接させられて研磨されるのであるが、研磨条件によってはウェーハＷの内周側と外周側とで研磨パッド３に対する相対速度が異なるので、内周側と外周側とで研磨量に差が生じる。また、研磨条件によってはウェーハＷにおいて外周側に比べて内周側にはスラリーが回り込みにくくなる場合があり、この場合にもウェーハＷの内周側と外周側とで研磨量に差が生じる。
【００２６】
このように、ウェーハＷの研磨量の差は主にその径方向に生じるので、キャリア２３がウェーハＷを押圧する圧力（研磨圧力）を、キャリア２３の径方向で調整可能とすることが望ましい。
本発明のウェーハ研磨装置では、キャリア２３によるウェーハＷの研磨圧力の分布の調整を、キャリア２３の熱変形を制御することによって行っている。即ち、ヒーター２６による加熱またはキャリア２３自身の放熱を利用してキャリア２３に熱勾配を生じさせることで（研磨傾向によっては熱勾配を抑えるように加熱する場合もある）、キャリア２３の変形を制御し、このようにしてキャリア２３のウェーハ支持面（下面）の形状を調整することで、キャリア２３がウェーハＷを研磨パッド３に押し付ける圧力（研磨圧力）の分布を調整している。
【００２７】
本実施の形態のウェーハ研磨装置では、キャリア２３の上面に同心円状に間隔を空けて又は空けずに配置された（以下、単に同心円状に配置という）複数のヒーター２６によってキャリア２３の各部分をそれぞれ適温に加熱することにより、キャリア２３の熱変形（主にキャリア２３の厚み方向の反り）を制御し、研磨性能に応じてウェーハ支持面が適切な形状になるように調整可能としている。ここで、ウェーハ支持面の形状は、必ずしも平坦にする必要はなく、ウェーハＷの各部の研磨量に応じて任意の曲面形状にすることもある。
【００２８】
以下に、本発明のウェーハ研磨装置によるウェーハＷの研磨の一例を、図３のグラフを用いて示す。ここで、図３の各グラフの横軸はウェーハの中心からの距離であり、縦軸は、図３（１）、（２）、（３）の順に、ウェーハの研磨量、研磨圧力、研磨量である。
まず、研磨条件由来の研磨傾向の補正について説明する。
図３（１）のグラフに、ウェーハＷの全面で研磨圧力をほぼ均一にした状態で、ある研磨条件のもとでウェーハの研磨を行ったときの、ウェーハＷの研磨傾向（径方向の研磨量分布）を示す。
この研磨条件では、ウェーハＷの全面で研磨圧力がほぼ均一であるにも関わらず、キャリアの熱変形以外の要因が影響して、ウェーハ表面の研磨量が不均一になっている。具体的には、ウェーハＷの内周側の研磨量に対して外周側の研磨量の方が大きくなっている。
これらの情報は研磨性能の情報としてメモリーＢのデータベース内に格納されている。
【００２９】
本発明のウェーハ研磨装置では、キャリア２３の熱変形を制御してウェーハ面内の研磨圧力の分布を変化させることで、ウェーハＷの研磨量の分布を補正する。即ち、キャリア２３の熱変形を制御することで、キャリア２３の形状に由来するウェーハＷの研磨圧力の分布を、図３（２）のグラフに示すような分布にする。具体的には、キャリア２３の内周側を外周側に対して相対的に下面側に突出させるように反りを生じさせる。
こうすることによって、ウェーハＷの内周側の研磨量を外周側の研磨量よりも増加させる。
そして、本発明のウェーハ研磨装置は、このようにしてキャリア２３を熱変形させて、キャリア２３の形状に由来する研磨傾向を制御することで、図３（３）に示すように、キャリア２３の形状に由来する研磨傾向によって研磨条件由来の研磨傾向を打ち消す。
【００３０】
次に、ウェーハ研磨装置によるキャリア２３の熱変形の制御の詳細について述べる。
制御装置Ｃは、キャリア２３の温度分布を調整することでキャリア２３の熱変形を調整し、ウェーハＷの研磨圧力の分布を補正する。
制御装置Ｃは、図２に示すように、研磨条件設定器（図示せず）によって設定された研磨条件に対応する研磨性能（研磨傾向の情報も含む）をメモリーＢから読み出し、キャリア２３をウェーハＷの研磨に適した形状に熱変形させる場合のキャリア２３の温度分布（目標温度分布）を算出する（Ｓ１）。そして、キャリア２３が目標温度分布となるように、ヒーター２６の動作を制御する。即ち、制御装置Ｃは、設定された研磨条件に対応する研磨性能の情報に基いて各ヒーター２６によって加熱されるキャリア２３の各部の目標温度範囲を算出する。また、これと前後して各温度センサー２７から発せられる信号からキャリア２３の各部の温度の実測値を得る（Ｓ２）。そして、目標温度範囲のデータと、キャリア２３の各部の温度の実測値とを互いに比較し、それぞれの温度センサー２７による実測値がそれぞれの目標温度範囲よりも低ければ、それぞれのヒーター２６への通電が行われ、それぞれの温度センサー２７による実測値がそれぞれの目標温度範囲よりも高ければ、それぞれのヒーター２６への通電が停止され、その部分をキャリア２３自身の放熱によって冷却する（Ｓ３）。以下、Ｓ２、Ｓ３の処理が繰り返される。
【００３１】
図３（１）の例では、ウェーハＷの外周側の研磨圧力を低下させ、内周側の研磨圧力を高めることで、研磨条件由来の研磨傾向を熱変形由来の研磨傾向によって補正することができる。即ち、キャリア２３の（ウェーハ支持面の）、下に凸となる向きの厚み方向の反りを増加させればよいので、制御装置Ｃは、ヒーター２６によってキャリア２３の上面側の各部を所定の温度で加熱して、キャリア２３の反りを増加させる。更に、ヒーター２６のうち、キャリア２３の中心に設けられるヒーター２６と外周側に設けられるヒーター２６とでキャリア２３を加熱する温度をそれぞれ独立して調整することで、キャリア２３の反り具合の微調整を行う。
このように、キャリア２３の形状を制御してウェーハに与える圧力分布を調整し、研磨条件由来の研磨傾向とキャリア２３の形状に由来する研磨傾向とをほぼ対称形状とした状態でウェーハＷの研磨を行うことで、ウェーハＷの研磨傾向を補正して、図３（３）のグラフに実線で示すように、ウェーハＷの全面で研磨量をほぼ均一にすることができる。
ここで、上記の例ではウェーハＷの外周側の研磨量が内周側の研磨量に比べて多くなる場合の研磨傾向の補正について述べたが、ウェーハＷの内周側の研磨量が外周側の研磨量に比べて多くなる研磨傾向の研磨条件もある。この場合には、ウェーハＷの内周側の研磨圧力を低下させ、外周側の研磨圧力を高めることで、研磨条件由来の研磨傾向を熱変形由来の研磨傾向によって補正することができる。即ち、キャリア２３の（ウェーハ支持面の）、下に凸となる向きの厚み方向の反りを抑えればよいので、制御装置Ｃは、ヒーター２６によってキャリア２３の上面側の各部を所定の温度で加熱して、キャリア２３の反りを抑える。
【００３２】
次に、例えばキャリア２３の熱変形がない場合にウェーハＷが全面で均一にされる研磨条件を用いた場合において、キャリア２３の形状（熱変形）に由来する研磨傾向の補正について説明する。
この場合には、上述した研磨条件由来の研磨傾向の補正と同様にして、制御装置Ｃによってキャリア２３の反りを調整して、キャリア２３がウェーハＷを押圧する圧力がウェーハＷの全面で均一になるようにする。これによって、キャリア２３の形状に由来する研磨傾向を補正して、ウェーハＷの全面で研磨量をほぼ均一にすることができる（図４参照）。
【００３３】
上記のような研磨傾向の補正は、研磨開始時点だけに限らず、研磨作業中における研磨条件の変動（例えばスラリーの供給量の変動等）やキャリア２３の熱変形の進行も考慮して行うことで、研磨作業中にも随時行うことができる。
【００３４】
このような研磨傾向の補正を行う場合には、各研磨条件に対応した研磨性能、及びこの研磨性能に適したキャリアの温度分布の情報が必要となる。
この情報は、研磨条件設定器によって設定された研磨条件から直接制御装置Ｃが直接算出してもよいが、予め実測または数値計算等の手法によって求めた情報をメモリーＢにデータベースとして格納しておき、制御装置Ｃはこの情報をメモリーＢから読み出して、ヒーター２６の制御に利用するようにしてもよい。
このデータベースの作成に当たっては、図３に示すデータや図７、図８に示すデータをはじめとして、様々なデータが考慮される。
【００３５】
ここで、キャリア２３の各部の温度分布とキャリア２３の熱変形との関係については次のようにして調べることができる。ここでは、実際にキャリア２３を用いる代わりに、キャリア２３と形状及び材質の等しいキャリア２３ａを用いて試験を行っている。
図５は、キャリア２３ａにおける温度測定位置、即ちキャリア２３ａに埋め込まれる温度センサー３４の、キャリア中心からの距離及び底面からの距離を示しており、同図中の符号ａ、ｂ、ｃは、図７、図８のものと対応している。図６はキャリア２３ａを加熱すると共に、その温度分布を測定する装置の概略図であり、ヒーターを内蔵する支持部３１と、支持部３１上に固定されてヒーターによって加熱される載置テーブル３２と、載置テーブル３２にウェーハＷと共に載置したキャリア２３ａの中心部を移動しないように上方から押さえる押圧体３３と、キャリア２３ａの温度測定位置に埋め込まれた温度センサー３４と、載置テーブル３２の上面の位置を検出するピックアップゲージ３５と、載置テーブル３２上に載置されるキャリア２３ａの厚さ方向の変位を測定するマイクロメータ３６とを有している（さらにキャリア２３ａの径方向の変位を測定するマイクロメータを設けてもよい）。温度センサー３４からの信号は、キャリア２３ａの各部の変位量の情報とともにデータロガ３７に記録される。
図７はこの装置による測定結果を示す図であり、（マイクロメータ３６の測定値）−（ピックアップゲージ３５の測定値）が１３μｍのときのものである。
図８は研磨前、研磨中のキャリア２３ａの温度分布を示す図である。図７、図８からわかるように、加熱時、研磨時ともキャリア２３ａの中心に近い部分程、またキャリア２３ａの下面に近い部分程高温となることがわかる。
そして、キャリア２３ａの加熱条件を様々に変えることで、キャリア２３ａ（キャリア２３）の各部の温度分布と熱変形との関係が実測によって求められる。
【００３６】
なお、キャリア２３ａ（キャリア２３）の各部の温度分布と熱変形との関係は、上記した方法以外にも、数値解析的な手法、例えば有限要素法等を用いて求めてもよい。そして、このように数値解析的にこれらの関係を算出する場合には、キャリアに実測では測定できないような複雑な温度分布が生じた場合のキャリアの変形量分布を算出することもできる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の請求項１記載のウェーハ研磨装置によれば、ウェーハを研磨パッドに当接させる圧力分布を調整できるので、これによって研磨条件やキャリアの熱変形等に由来するウェーハの研磨傾向を補正し、ウェーハ表面の研磨量の分布を制御することができる。また、キャリアの各部ごとに変形量を制御することができるので、研磨量の分布の制御の自由度を高めることができる。
そして、このようにウェーハ表面の研磨量の分布を制御することで、例えばウェーハの表面の均一性を向上させたり、もしくはウェーハ表面を所望の研磨量分布とすることができる。
【００３８】
請求項２記載のウェーハ研磨装置によれば、制御手段が設定された研磨条件から直接研磨性能を算出するのではなく、予め求められた各研磨条件ごとの研磨性能の情報を参照するので、研磨条件を変更した場合にも、迅速に研磨を開始することができる。
また、直接研磨性能を算出する場合に比べて制御手段に高い演算能力が要求されないので、本発明のウェーハ研磨装置を低コストで実現することができる。
【００３９】
請求項３記載のウェーハ研磨方法によれば、ウェーハを研磨パッドに当接させる圧力分布を調整することができ、これによって研磨条件やキャリアの熱変形等に由来するウェーハの研磨傾向を補正して、ウェーハ表面の研磨量の分布を制御することができる。また、キャリアの各部ごとに変形量を制御することで、研磨量の分布の制御の自由度を高めることができる。
そして、このようにウェーハ表面の研磨量の分布を制御することで、例えばウェーハの表面の均一性を向上させたり、もしくはウェーハ表面を所望の研磨量分布とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のウェーハ研磨装置を構成するウェーハ保持ヘッドの図であり、（１）はフローティング方式の側断面図、（２）、（３）、（４）はそれぞれヒーターと温度センサーのキャリア上の配置例を示す平面図である。
【図２】 本発明のウェーハ研磨装置におけるキャリアの加熱を制御する機構の概略図である。
【図３】 本発明によるウェーハの研磨量の制御の手法の概念を示す図であって、キャリアの熱変形以外の研磨条件由来の研磨傾向と、キャリアの形状に由来する研磨傾向と、これらの関連を示すグラフである。
【図４】 本発明によるウェーハの研磨量の制御の手法の概念の一例を示す図である。
【図５】 キャリアの温度分布の測定方法を説明する図であって、キャリア温度測定位置を示す図である。
【図６】 キャリアを加熱し温度分布を測定する測定装置の概略図である。
【図７】 図６に示す測定装置による測定結果を示す図である。
【図８】 図６に示す測定装置によって得られた研磨前、研磨中のキャリアの温度分布を示す図である。
【図９】 従来のウェーハ研磨装置の図であり、（１）は要部拡大斜視図、（２）は同装置を構成するフローティング方式のウェーハ保持ヘッドの側断面図である。
【符号の説明】
２ プラテン ３ 研磨パッド
２３ キャリア ２６ ヒーター（加熱手段）
２７ 温度センサー（温度検知手段） Ｂ メモリー（記憶手段）
Ｃ 制御装置 Ｗ ウェーハ

Claims (1)

1. プラテン上に貼付された研磨パッドにウェーハの一面を当接させてこれらを相対移動させることで前記ウェーハを研磨する研磨装置であって、前記ウェーハを保持するキャリアと、
   該キャリアを各部分ごとに独立して加熱する複数の加熱手段と、
   前記キャリアにおいて前記各加熱手段によって加熱される各部の温度を感知する温度検知手段と、
   研磨条件を設定する研磨条件設定手段と、
   前記キャリアを用いて前記ウェーハを各種の研磨条件で研磨した場合の、各研磨条件ごとの研磨性能の情報をデータベースとして格納する記憶手段と、
   前記各加熱手段の動作を制御する制御手段とを有し、
   該制御手段は、前記記憶手段から前記研磨条件設定手段によって設定された研磨条件に対応する研磨性能の情報を読み出し、
   この研磨性能の情報に基づいて、前記キャリアを前記ウェーハの研磨に適した形状に熱変形させる場合の前記キャリアの温度分布を算出し、
   該温度分布の情報及び前記温度検知手段によって送られる信号によって、前記各加熱手段による前記キャリアの加熱を制御することを特徴とするウェーハ研磨装置。

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