JP4278836B2 - ウェーハ研磨装置 - Google Patents
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Description
【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)
- 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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