JP7264039B2 - 研磨ヘッド、化学的機械的研磨装置、および、化学的機械的研磨方法 - Google Patents
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Description
特許文献1には、研磨パッドの上方に位置するパッド温度測定器で表面温度分布を測定し、この測定結果に基づいて、研磨パッドの温度を調整することで、所望の研磨レートでウェーハを研磨できることが開示されている。
本発明によれば、一般的に入手が容易な複数の熱電対を配置するだけの簡単な方法で、ウェーハの研磨レートを適切に制御できる。
本発明の化学的機械的研磨装置において、前記温度測定手段の温度測定結果に基づいて、前記ウェーハの面内温度分布が均一に近づくように研磨条件を制御する研磨制御手段を備えていることが好ましい。
本発明の化学的機械的研磨装置において、前記研磨制御手段は、前記温度測定手段の温度測定結果に基づいて、前記研磨パッドに供給される研磨スラリーの温度、前記研磨ヘッドと前記定盤との相対的な回転速度、前記研磨ヘッドによる前記ウェーハの押圧力、および、前記定盤の温度のうち少なくともいずれか1つを制御することが好ましい。
以下、本発明の一実施形態について説明する。
〔化学的機械的研磨装置(CMP研磨装置)の構成〕
図1および図2に示すように、CMP研磨装置1は、1個の定盤10と、定盤駆動手段20と、定盤温度調整手段30と、複数の研磨ヘッド40と、複数のヘッド駆動手段50と、スラリー供給手段60と、ウェーハ加圧力調整手段70と、研磨制御手段80とを備えている。定盤駆動手段20とヘッド駆動手段50とは、回転駆動手段90を構成している。
次に、CMP研磨装置1を用いた化学的機械的研磨方法について説明する。
まず、CMP研磨装置1の研磨制御手段80は、ウェーハWの研磨を開始する旨の指令が設定入力されると、あらかじめ設定された条件で定盤駆動手段20、定盤温度調整手段30、ヘッド駆動手段50、スラリー供給手段60、ウェーハ加圧力調整手段70を制御して、ウェーハWの研磨を開始する。
そして、ウェーハWを保持した研磨ヘッド40をヘッド駆動手段50の駆動によって回転させながら下降させ、定盤駆動手段20の駆動によって回転している定盤10の研磨パッド11上にウェーハWを接触させる。その後、ウェーハ加圧力調整手段70がウェーハWを研磨パッド11に押圧する圧力を調整して、ウェーハWの研磨が開始される。
自然酸化膜の除去が終了すると、ウェーハWのベア面が露出する。ベア面が露出すると、研磨スラリーPSのアルカリ成分による化学的研磨作用によって、エッチングが行われる。このエッチングによってW表面が滑らかになり、ウェーハWと研磨パッド11との摩擦抵抗が減少するが、研磨が継続されているため、ウェーハWの温度は、滑らかだが上昇し続ける。
そこで、ウェーハWの研磨中、温度測定手段47の熱電対471は、バッキングパッド46を介したウェーハWの温度を定期的に測定する(温度測定工程)。そして、研磨制御手段80は、熱電対471の測定結果に基づきウェーハの面内温度分布を検出して、この面内温度分布における最大温度と最小温度との温度差が閾値以上か否かを判断する。この後、研磨制御手段80は、温度差が閾値以上であると判断した場合、ウェーハWの面内温度分布が均一に近づくように、以下の回転速度制御、定盤温度制御、スラリー温度制御、スラリー供給量制御、および押圧力制御のうち、少なくとも1つの制御を行う(研磨制御工程)。閾値としては、特に限定されないが、研磨スラリーPSの粘度などの物性を安定させるという観点から10℃以上であることが好ましい。
上記実施形態によれば、ウェーハ保持部材44とバッキングパッド46との間に設けられた温度測定手段47で、バッキングパッド46を介したウェーハWの面内温度分布を測定する。このため、特許文献1の構成と比べて、ウェーハWの面内温度分布に近い測定結果を得ることができる。したがって、この測定結果に基づいて、ウェーハWの面内温度分布が均一に近づくように研磨条件を制御することで、実際に研磨されているウェーハWの研磨レートを適切に制御できる。また、温度測定手段47をウェーハ保持部材44とバッキングパッド46との間に設けることによって、温度測定手段47が研磨されてしまうことがないため、ウェーハW、研磨スラリーPS、研磨パッド11の状態で時々刻々と変わる研磨パッド11の研磨面の状態に合わせて、タイムリーに研磨条件が制御できるようになる。
なお、本発明は上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の改良ならびに設計の変更などが可能である。
例えば、温度測定手段47としては、熱電対471に代えてまたは併用して、面状温度センサを適用してもよい。面状温度センサは、バッキングパッド46と同じ大きさのものを1個配置してもよいし、バッキングパッド46より小さいものを複数配置してもよい。
ウェーハWの中心部および外周部の温度の相関があらかじめわかっている場合には、温度測定手段47で中心部または外周部のみの温度を測定し、研磨制御手段80が温度測定手段47の測定結果と上記相関とに基づいて、ウェーハWの面内温度分布を推定して、研磨条件を制御してもよい。
ウェーハ加圧力調整手段70として、加圧空間48の気体の量を調整する構成を例示したが、このような構成に限定されない。例えば、ウェーハ保持部材44が回転フレーム42に固定された研磨ヘッドを用い、ウェーハ加圧力調整手段70で研磨ヘッド全体あるいは回転フレーム42を昇降させることで、ウェーハWの加圧力を調整してもよい。
研磨制御手段80を設けずに、作業者が温度測定手段47の測定結果に基づいて、研磨条件を制御してもよい。
Claims (6)
- 化学的機械的研磨装置に用いられる研磨ヘッドであって、
ウェーハを保持するウェーハ保持部材と、
前記ウェーハ保持部材における前記ウェーハ側の面に固定されたバッキングパッドと、
前記ウェーハ保持部材と前記バッキングパッドとの間に設けられ、前記バッキングパッドを介した前記ウェーハの温度を測定する温度測定手段とを備えていることを特徴する研磨ヘッド。 - 請求項1に記載の研磨ヘッドにおいて、
前記温度測定手段は、前記ウェーハの径方向に異なる位置に配置された複数の熱電対を備えていることを特徴とする研磨ヘッド。 - 研磨パッドが設けられた定盤と、
請求項1または請求項2に記載の研磨ヘッドと、
前記定盤と前記研磨ヘッドとを相対的に回転させる回転駆動手段とを備えていることを特徴とする化学的機械的研磨装置。 - 請求項3に記載の化学的機械的研磨装置において、
前記温度測定手段の温度測定結果に基づいて、前記ウェーハの面内温度分布が均一に近づくように研磨条件を制御する研磨制御手段を備えていることを特徴とする化学的機械的研磨装置。 - 請求項4に記載の化学的機械的研磨装置において、
前記研磨制御手段は、前記温度測定手段の温度測定結果に基づいて、前記研磨パッドに供給される研磨スラリーの温度、前記研磨ヘッドと前記定盤との相対的な回転速度、前記研磨ヘッドによる前記ウェーハの押圧力、および、前記定盤の温度のうち少なくともいずれか1つを制御することを特徴とする化学的機械的研磨装置。 - 研磨パッドが設けられた定盤と、ウェーハを保持するウェーハ保持部材、および、前記ウェーハ保持部材における前記ウェーハ側の面に固定されたバッキングパッドを有する研磨ヘッドとを相対的に回転させ、前記研磨パッドに供給された研磨スラリーを用いて前記ウェーハを研磨する化学的機械的研磨方法であって、
前記ウェーハ保持部材と前記バッキングパッドとの間に設けられた温度測定手段で前記バッキングパッドを介した前記ウェーハの温度を測定する温度測定工程と、
前記温度測定工程での温度測定結果に基づいて、前記ウェーハの面内温度分布が均一に近づくように研磨条件を制御する研磨制御工程とを備えていることを特徴とする化学的機械的研磨方法。
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