JPH11188611A - ウェーハの研磨方法及び研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 変化する研磨条件に対応し、研磨用定盤の温
度を一定に維持することで、その研磨用定盤の熱変形を
抑制してウェーハの研磨精度を向上させる。 【解決手段】 ウェーハ１２の被研磨面が押し当てられ
て該被研磨面を平坦に研磨する研磨面が、盤表面に形成
された研磨用定盤１０を備え、研磨用定盤１０の内部に
設けられ、研磨用定盤１０を冷却する冷却用の流路１４
と、冷却用の流路１４に供給される冷却液の温度と冷却
用の流路１４から排出される冷却液の温度との温度差を
検出する温度差検出手段２０と、温度差検出手段２０に
よって検出された冷却液の給排温度差の検出結果に応じ
て研磨用定盤１０が所定の設定温度となるように冷却液
の流量を調整する流量制御手段３０とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウェーハの研磨方
法及び研磨装置に関し、さらに詳細には、ウェーハの被
研磨面が押し当てられて該被研磨面を平坦に研磨する研
磨面が、盤表面に形成された研磨用定盤を用いるウェー
ハの研磨方法及び研磨装置に関する。

【０００２】ウェーハの研磨装置には、ポリシング装
置、及びラッピング装置（ラップ盤）がある。例えば、
ポリシング装置は、図２に示すように基本的に、ウェー
ハ５０の表面を研磨する研磨面５１を有する研磨用定盤
５２、その研磨用定盤５２に対向して配されてウェーハ
５０を保持するウェーハの保持部５３、ウェーハ５０の
表面を研磨面５１に当接させるべくウェーハの保持部５
３と研磨用定盤５２とを接離動させる接離動機構５４、
ウェーハの保持部５３に保持されたウェーハ５０を研磨
面５１に所定の押圧力で押し当てる押圧機構５５、ウェ
ーハ５０が研磨面５１に押し当てられた状態でそのウェ
ーハの保持部５３（ウェーハ５０）と研磨用定盤５２
（研磨面５１）とを回転および／又は往復動によって相
対的に運動させる保持部の駆動機構５６および研磨用定
盤の駆動機構５７、スラリーと呼ばれる液状の研磨剤
（以下「研磨液」という）の供給機構（図示せず）等の
構成を備えている。なお、研磨液は、通常、エッチング
液成分（化学成分）及び微細砥粒を含有している。

【０００３】ポリシング装置の研磨用定盤５２は、通
常、金属板又はセラミックス板から成る定盤（本体）の
表面上に、布もしくはフェルト状のクロス、又はスポン
ジもしくは短毛刷子状の部材等の研磨面を構成する部材
が付着固定されて構成され、広義にはその定盤を受けて
支持する定盤受け部等の構成を含むものである。このよ
うに構成されたポリシング装置によれば、薄板状の被研
磨物であるウェーハの表面、例えば半導体装置用のシリ
コンウェーハの表面を、鏡面研磨及び平坦化することが
できる。なお、定盤本体の材質は、一般的にはポリシン
グ装置の場合はその耐化学性からステンレススチール
（金属板）又はセラミックス板が用いられ、ラップ盤の
場合は鋳鉄が用いられている。

【０００４】

【従来の技術】上記のような研磨用定盤において、その
定盤本体（以下、単に「定盤」という）の盤表面は、ウ
ェーハの研磨精度を向上させるため、高い平坦度が要求
される。特に半導体チップの原料となるシリコンウェー
ハの平坦度には、サブミクロンの精度が要求されている
ため、熱による定盤の僅かな変形も無視できない。研磨
用定盤では、その性質上、ウェーハの表面と研磨面とが
擦れ合う際に発生する熱によって、定盤の研磨面側が温
められて熱膨張によって変形し、研磨の開始時とある時
間が経過した後の研磨面の平坦度が変化することは避け
られない。通常、定盤の研磨面側の温度が摩擦熱によっ
て高いのに対し、定盤の裏面側は温度が低いため、定盤
は表面側が凸状に反ってしまい、そのためにウェーハ表
面の平坦度（研磨精度）を向上できない。例えば、恒温
室においても、摩擦熱によって定盤の研磨面の温度が上
がってしまい、安定して高精度のウェーハ加工ができな
くなる。

【０００５】これに対しては、剛性が高く、熱変形を抑
制できるように熱膨張率が低いと共に熱伝導率が高い材
質を採用して定盤を形成したり、冷却手段として定盤の
内部に冷却液（冷却水）が流通する冷却用の流路を形成
し、その冷却用の流路に冷却水を流して定盤の過熱を防
止し、定盤が変形することを抑制していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ウェー
ハの研磨精度の要求はさらに高くなり、上記従来の対応
策（材質、単なる冷却手段）では充分でないという課題
が生じてきた。特に、研磨用定盤を単なる冷却手段で冷
却しても、研磨作業の開始時と所定の時間が経過した時
との関係のように、研磨面（定盤）の温度を一定に維持
できないという課題があった。すなわち、一定温度で一
定流量の冷却液を冷却用の流路に流している場合、変化
する研磨条件に対応することができず、研磨面（定盤）
の温度が変動しまい、その変動に伴って定盤の熱変形の
程度が変動し、同一の条件でウェーハの表面を研磨でき
ない。従って、ウェーハの研磨精度を向上できないとい
う課題があった。また、従来のウェーハの研磨装置で
は、一定流量の冷却液が流れていることを前提として冷
却液の流量が管理されていなかった。従って、何らかの
原因によって所定の流量が流れていない場合、好適なウ
ェーハの研磨はできなかった。

【０００７】そこで、本発明の目的は、変化する研磨条
件に好適に対応し、研磨用定盤の温度を一定に維持する
ことで、その研磨用定盤の熱変形を抑制してウェーハの
研磨精度を向上できるウェーハの研磨装置を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は次の構成を備える。すなわち、本発明は、
ウェーハの被研磨面が押し当てられて該被研磨面を平坦
に研磨する研磨面が、盤表面に形成された研磨用定盤を
用いるウェーハの研磨方法において、前記研磨用定盤の
内部に設けた冷却用の流路に冷却液を流して冷却し、該
冷却用の流路に供給される冷却液の温度と該冷却用の流
路から排出される冷却液の温度との温度差を検出し、該
冷却液の給排温度差の検出結果に応じて研磨用定盤が所
定の設定温度となるように冷却液の流量を調整すること
を特徴とする。

【０００９】また、本発明は、ウェーハの被研磨面が押
し当てられて該被研磨面を平坦に研磨する研磨面が、盤
表面に形成された研磨用定盤を備えるウェーハの研磨装
置において、前記研磨用定盤の内部に設けられ、該研磨
用定盤を冷却する冷却用の流路と、該冷却用の流路に供
給される冷却液の温度と該冷却用の流路から排出される
冷却液の温度との温度差を検出する温度差検出手段と、
該温度差検出手段によって検出された冷却液の給排温度
差の検出結果に応じて研磨用定盤が所定の設定温度とな
るように冷却液の流量を調整する流量制御手段とを備え
ることを特徴とするウェーハの研磨装置にもある。

【００１０】また、前記冷却液の流量を検出する流量セ
ンサを備え、前記流量制御手段は、前記流量センサから
出力された検出信号と前記温度差検出手段から出力され
た検出信号によって冷却液の流量を制御することで、よ
り確実に研磨用定盤の温度を一定に維持できる。

【００１１】また、前記流量制御手段は、 冷却液の流
量の設定条件を入力する操作部と、外部からの信号によ
って開度を自動的に変える流量調整弁と、前記操作部か
ら出力される設定信号と前記流量センサによる検出信号
とを比較して流量パラメータにかかる信号を出力する流
量パラメータ用の比較器と、前記温度差検出手段によっ
て出力された温度パラメータにかかる信号と、前記流量
パラメータ用の比較器によって出力された流量パラメー
タにかかる信号とを比較して前記流量調整弁の制御にか
かる信号を出力する流量調整用の比較器とを具備するこ
とで、検出信号を好適に処理して冷却液の流量を制御で
きる。

【００１２】また、前記温度差検出手段が、前記冷却用
の流路に供給される冷却液の温度を検出する供給側温度
センサと、前記冷却用の流路から排出される冷却液の温
度を検出する排出側温度センサと、前記供給側温度セン
サによる検出信号と前記排出側温度センサによる検出信
号とを比較して冷却液の給排温度差の信号を出力する温
度パラメータ用の比較器とを備えることで、冷却液の給
排温度差の信号を好適に得ることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を
添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明にか
かるウェーハのポリシング装置（研磨装置）に用いられ
るウェーハの研磨用定盤装置の一実施例を模式的に示す
説明図である。１０は研磨用定盤であり、ウェーハ１２
の被研磨面（ウェーハの表面）が押し当てられてその表
面を平坦に研磨する研磨面が、盤表面に形成されてい
る。この研磨用定盤１０によれば、前述したようにウェ
ーハの表面を研磨液を介在させて好適に鏡面研磨するこ
とができる。

【００１４】１４は冷却用の流路であり、研磨用定盤１
０の内部に設けられ、冷却液を流して研磨用定盤１０を
冷却できるように形成されている。本実施例の冷却用の
流路１４は、研磨用定盤１０の厚さ方向に２層に形成さ
れ、研磨用定盤１０の温度をより均一にするように工夫
されている。なお、本発明にかかる冷却用の流路１４は
これに限らず、単層に形成されていてもよいし、２層に
した場合は上層から冷却するなど、その流路を適宜設計
すればよい。

【００１５】２０は温度差検出手段であり、冷却用の流
路１４に供給される冷却液の温度と、冷却用の流路１４
から排出される冷却液の温度との温度差を検出する。こ
の温度差検出手段２０は、冷却用の流路１４に供給され
る冷却液の温度を検出する供給側温度センサ２１と、冷
却用の流路１４から排出される冷却液の温度を検出する
排出側温度センサ２２と、供給側温度センサ２１による
検出信号と排出側温度センサ２２による検出信号とを比
較して冷却液の給排温度差の信号を出力する温度パラメ
ータ用の比較器２４とによって構成されており、冷却液
の給排温度差にかかる信号を出力できる。その給排温度
差にかかる信号は、所定の範囲の電流値等の電気信号と
して好適に得ることができる。温度センサとしては、温
度変化による電気抵抗変化を利用する抵抗温度センサ又
は熱起電力変化を利用する熱電対等を利用できる。これ
らのセンサは流路内に入れられ、冷却液に接触して安定
した条件で正確に温度を検出できる。

【００１６】２６は流量センサであり、冷却用の流路１
４中に設けられ、その冷却用の流路１４を流れる冷却水
の流量を計測し、その計測（検出）結果を出力する。そ
の検出信号は、例えば所定の範囲の電流値等の電気信号
として好適に得ることができる。冷却液としては、例え
ば、半導体装置製造工場で集中管理されてポンプで供給
される一定温度の冷却水を利用すればよい。その冷却水
の温度は、例えば、恒温室の気温に合わせて２０°Ｃ±
０．５°Ｃ程度に管理されている。なお、冷却液として
は水に限らず、他の熱媒体（液体）を利用できるのは勿
論である。

【００１７】３０は流量制御手段であり、温度差検出手
段２０によって検出された冷却液の給排温度差の検出結
果に応じて研磨用定盤１０が所定の設定温度となるよう
に冷却液の流量を調整する。例えば、温度差検出手段２
０によって検出された冷却液の給排温度差が設定条件値
以上の場合は冷却液の流量を増大させ、その冷却液の給
排温度差が設定条件値以下の場合は冷却液の流量を減少
させる。本実施例の流量制御手段３０は、流量センサ２
６から出力された検出信号と温度差検出手段２０から出
力された検出信号によって冷却液の流量を制御する。こ
れにより、冷却液の流量変化と、冷却液の温度変化とに
好適に対応して、より確実に研磨用定盤１０の温度を一
定に維持できる。

【００１８】また、本実施例の流量制御手段３０は、冷
却液の流量の設定条件を入力する操作部３２と、流量調
整弁（モータ３３の動力によって開閉するモータバルブ
３４）と、操作部３２による設定信号と流量センサ２６
による検出信号とを比較して流量パラメータにかかる信
号を出力する流量パラメータ用の比較器３６と、温度差
検出手段２０によって出力された温度パラメータにかか
る信号と、流量パラメータ用の比較器３６によって出力
された流量パラメータにかかる信号とを比較してモータ
バルブ３４の制御にかかる信号を出力する流量調整用の
比較器３８とを具備する。

【００１９】モータ３３としてはサーボモータを用いる
ことができる。モータバルブ３４は、外部からの信号に
よって開度が変えられる機能を備えるもので、例えば、
サーボモータによる回転動力を減速機を介してバルブの
ハンドルに伝え、自動的に開度を変えることのできる流
量調整弁であればよい。なお、冷却用の流路１４の開度
を制御信号によって自動的に調整する流量調整弁として
は、上記のモータバルブ３４に限らず、電磁バルブ（比
例電磁弁）等の他の手段を用いることも可能である。

【００２０】また、温度パラメータ用の比較器２４、流
量パラメータ用の比較器３６及び流量調整用の比較器３
８を含む構成によってフィードバック制御系である命令
処理部４０が構成されている。各センサ及び操作部３２
からの検出又は入力信号は、例えば、適宜所定の範囲の
電流値に変換されて各比較器で比較され、演算装置等
（図示せず）によって処理されることにより、モータバ
ルブ３４を制御する所定の範囲の電流値の制御信号とし
て出力される。上記の命令処理部４０は、公知の回路に
よって構成でき、シーケンス制御を行う。さらには、い
わゆるＰＩＤ制御（比例、積分、微分の動作の組み合わ
せが可能）、ファジー制御等を行うように構成してもよ
い。

【００２１】次に本実施例の作用効果について説明す
る。本実施例によれば、温度差検出手段２０によって温
度パラメータにつき、また、流量センサ２６によって流
量パラメータについて連続的にモニタしており、その検
出データに基づいて、前述したように冷却水の流量制御
を行っている。これにより、タイムリー且つ応答性よく
研磨用定盤１０の温度制御ができ、その温度を一定に維
持して熱変形を抑制することができる。

【００２２】また、冷却用の流路１４に供給される冷却
液（冷却水）の温度と、冷却用の流路１４から排出され
る冷却水の温度を検出し、その両者の温度差を検出して
いるため、精度の高い制御を行うことができる。例え
ば、基本流量を１０リットル／ｍｉｎ．、供給される冷
却水の温度（基準となる冷却水温度）を２０°Ｃ±０．
５°Ｃ、冷却水の給排温度差を３°Ｃとした場合につい
て説明する。工場で供給される冷却水源の基準となる冷
却水温度は、前記のように±０．５°Ｃまでは保証され
ているが、完全に一定に維持されているわけではない。
すなわち、冷却水の給排温度差を３°Ｃとしていること
に対し、基準となる冷却水温度の±０．５°Ｃの変動は
比率的に大きく影響する。従って、冷却水の給排温度差
を検出することで、流路１４から排出される冷却水の温
度のみを検出して制御する場合等に比較して、基準とな
る冷却水温度が変動しても適正な検出データを得ること
ができ、正確な流量制御ができる。その結果、研磨用定
盤１０の温度をより一定に維持でき、ウェーハの研磨精
度を向上できる。

【００２３】なお、流量制御手段３０は、単なるシーケ
ンス制御の他に、プログラムによって作動する命令処理
部４０によって、経験的に設定される条件付けで制御し
てもよいのは勿論である。その条件付けには、例えば、
流量と温度差の積によって算出される熱容量の値、或い
は経時的な要素等があり、これらの要素に基づいて演算
処理を行い制御することでより正確な温度管理が可能と
なる。

【００２４】本実施例では、工場内にライン供給されて
いる冷却水（圧力が一定に保たれた冷却水源）を前提に
構成したため、流量調整弁（モータバルブ３４）によっ
て冷却液の流量制御を行う場合を説明したが、本発明は
これに限定されるものではない。すなわち、独自にポン
プを備えて、そのポンプの動力によって冷却液を流す場
合には、前記モータバルブ３４に代えて、インバータを
用いてポンプの出力を調整することで流量制御を行うこ
とも可能である。

【００２５】以上に説明してきたウェーハの研磨装置
は、ポリシング装置に限らず、他の研磨装置にも好適に
適用できる。すなわち、以上の実施例のように定盤の上
面が研磨面となるものに限られることはなく、定盤の下
面が研磨面となるウェーハの研磨装置としても利用でき
る。また、ウェーハの両面を研磨するラップ盤等の両面
研磨機の上下の定盤に用いることもできるのは勿論であ
る。さらに、ウェーハを一枚ずつ研磨する枚葉式の研磨
装置に用いることに限らず、複数のウェーハを一枚のプ
レートで保持して研磨するバッチ式の研磨装置にも用い
ることができるのは勿論である。以上、本発明の好適な
実施例について種々述べてきたが、本発明はこの実施例
に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範
囲内でさらに多くの改変を施し得るのは勿論のことであ
る。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、流量制御手段によっ
て、温度差検出手段によって検出された冷却液の給排温
度差が設定条件値以上の場合は冷却液の流量を増大さ
せ、その冷却液の給排温度差が設定条件値以下の場合は
冷却液の流量を減少させることで、研磨用定盤の温度を
一定に維持する。このように冷却液の給排温度差に基づ
いて冷却液の流量制御が行われるため、研磨用定盤につ
いてより正確な温度管理が可能になっている。従って、
本発明によれば、変化する研磨条件に好適に対応し、研
磨用定盤の温度をより一定に維持することができ、その
研磨用定盤の熱変形を抑制してウェーハの研磨精度を向
上できるという著効を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるウェーハの研磨装置を説明する
説明図である。

【図２】本発明にかかるウェーハの研磨装置が適用され
るポリシング装置を説明する側面図である。

【符号の説明】

１０ 研磨用定盤 １２ ウェーハ １４ 冷却用の流路 ２０ 温度差検出手段 ２１ 供給側温度センサ ２２ 排出側温度センサ ２４ 温度パラメータ用の比較器 ２６ 流量センサ ３０ 流量制御手段 ３２ 操作部 ３４ モータバルブ ３６ 流量パラメータ用の比較器 ３８ 流量調整用の比較器 ４０ 命令処理部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高野 秀樹 長野県長野市松代町清野1650番地 不二越 機械工業株式会社内 (72)発明者 長谷川 毅 長野県長野市松代町清野1650番地 不二越 機械工業株式会社内 (72)発明者 関 敏明 長野県長野市松代町清野1650番地 不二越 機械工業株式会社内 (72)発明者 橘田 知 長野県長野市松代町清野1650番地 不二越 機械工業株式会社内 (72)発明者 倉田 光夫 長野県更埴市大字屋代1393番地 長野電子 工業株式会社内 (72)発明者 小平 真夫 長野県更埴市大字屋代1393番地 長野電子 工業株式会社内 (72)発明者 中村 三喜男 長野県更埴市大字屋代1393番地 長野電子 工業株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウェーハの被研磨面が押し当てられて該
   被研磨面を平坦に研磨する研磨面が、盤表面に形成され
   た研磨用定盤を用いるウェーハの研磨方法において、 前記研磨用定盤の内部に設けた冷却用の流路に冷却液を
   流して冷却し、該冷却用の流路に供給される冷却液の温
   度と該冷却用の流路から排出される冷却液の温度との温
   度差を検出し、該冷却液の給排温度差の検出結果に応じ
   て研磨用定盤が所定の設定温度となるように冷却液の流
   量を調整することを特徴とするウェーハの研磨方法。
2. 【請求項２】 ウェーハの被研磨面が押し当てられて該
   被研磨面を平坦に研磨する研磨面が、盤表面に形成され
   た研磨用定盤を備えるウェーハの研磨装置において、 前記研磨用定盤の内部に設けられ、該研磨用定盤を冷却
   する冷却用の流路と、 該冷却用の流路に供給される冷却液の温度と該冷却用の
   流路から排出される冷却液の温度との温度差を検出する
   温度差検出手段と、 該温度差検出手段によって検出された冷却液の給排温度
   差の検出結果に応じて研磨用定盤が所定の設定温度とな
   るように冷却液の流量を調整する流量制御手段とを備え
   ることを特徴とするウェーハの研磨装置。
3. 【請求項３】 前記冷却液の流量を検出する流量センサ
   を備え、 前記流量制御手段は、前記流量センサから出力された検
   出信号と前記温度差検出手段から出力された検出信号に
   よって冷却液の流量を制御することを特徴とする請求項
   ２記載のウェーハの研磨装置。
4. 【請求項４】 前記流量制御手段は、 冷却液の流量の設定条件を入力する操作部と、 外部からの信号によって開度を自動的に変える流量調整
   弁と、 前記操作部から出力される設定信号と前記流量センサに
   よる検出信号とを比較して流量パラメータにかかる信号
   を出力する流量パラメータ用の比較器と、 前記温度差検出手段によって出力された温度パラメータ
   にかかる信号と、前記流量パラメータ用の比較器によっ
   て出力された流量パラメータにかかる信号とを比較して
   前記流量調整弁の制御にかかる信号を出力する流量調整
   用の比較器とを具備することを特徴とする請求項３記載
   のウェーハの研磨装置。
5. 【請求項５】 前記温度差検出手段が、 前記冷却用の流路に供給される冷却液の温度を検出する
   供給側温度センサと、 前記冷却用の流路から排出される冷却液の温度を検出す
   る排出側温度センサと、 前記供給側温度センサによる検出信号と前記排出側温度
   センサによる検出信号とを比較して冷却液の給排温度差
   の信号を出力する温度パラメータ用の比較器とを備える
   ことを特徴とする請求項４記載のウェーハの研磨装置。