(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の外周を囲むように配置されたリテーナーリングと、
前記リテーナーリングを保持するとともに、前記リテーナーリングの内側に前記基板を保持する保持機構と、
前記保持機構により保持された前記基板の表面を研磨するための研磨機構と、
前記リテーナーリングの内縁付近の表面位置と外縁付近の表面位置とを測定するセンサと、
前記保持機構により前記リテーナーリングのみを保持した状態で前記リテーナーリングを研磨するリテーナーリング研磨部と、
前記リテーナーリング研磨部により研磨された前記リテーナーリングを洗浄し、前記リテーナーリングの研磨屑を除去する洗浄部とを備えたことを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
請求項１に記載の研磨装置において、
前記センサは、前記基板の表面位置を更に測定することを特徴とする研磨装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の研磨装置において、
前記リテーナーリングを厚み方向に移動させる移動機構と、
前記リテーナーリングの表面位置が所定の位置になるように、前記移動機構を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする研磨装置。
【請求項４】
請求項１に記載の研磨装置において、
前記洗浄部は、前記リテーナーリングの内側面と表面を洗浄する第１洗浄部と、前記リテーナーリングの外側面と表面を洗浄する第２洗浄部と、を備えたことを特徴とする研磨装置。
【請求項５】
研磨装置において基板を研磨する研磨方法であって、
前記基板の外周を囲むように保持機構により保持されたリテーナーリングの内縁付近の表面位置および外縁付近の表面位置を測定する測定工程と、
前記内縁付近の表面位置と前記外縁付近の表面位置との差が所定の範囲を超えた場合に、前記基板を前記保持機構から脱離させる工程と、
前記基板を脱離させた後、前記保持機構により前記リテーナーリングのみを保持した状態で前記リテーナーリングの表面を研磨する工程と、
前記リテーナーリングの表面を研磨する工程が終了した後、前記リテーナーリングを洗浄し、前記リテーナーリングの研磨屑を除去する工程と、
前記リテーナーリングを洗浄した後、前記保持機構により前記基板を保持する工程と、
前記基板を保持した後、前記基板を研磨する工程と、
を含むことを特徴とする研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置に係り、特に研磨装置および研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来の研磨装置を説明するための断面図である。
図４において、参照符号２はキャリアヘッド、３はキャリアヘッド２に固定された金属板、４は金属板３上に配置されたバッキングフィルム、５は基板としてのウェハ、７はキャリアヘッド２に固定されたリテーナーリングを示している。図４に示すように、ウェハ５の外周を囲むようにリテーナーリング７が配置されている。このリテーナーリング７は、研磨中にウェハ５の飛び出し（スリップアウト）を防止するとともに、図示しない研磨パッドとウェハ５外周部との接触位置、すなわち研磨パッドの跳ね返り位置を調節するためのものである。
【０００３】
リテーナーリング７は、ウェハ５が研磨されるとともに、徐々に削れていく。具体的には、図５に示すように、リテーナーリング７の厚みは、交換直後（初期）の厚みＡから、ウェハ５の研磨を続けていくうちに厚みＢにまで減少する。リテーナーリング７が厚みＢになると、リテーナーリング７の表面７ａからウェハ５の表面５ａまでの距離Ｃ（以下、「ウェハ飛び出し量」という。）が大きくなってしまう。このため、研磨中にウェハ５がスリップアウトしやすくなってしまう。そこで、リテーナーリング７を周期的に交換する必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、リテーナーリング７は、値段が高額であるにも関わらず、一般的にライフタイムが短い。このため、半導体装置の製造コストが高くなってしまうという問題があった。また、リテーナーリング７の交換は、キャリアヘッド２の分解作業を伴うため、研磨装置のダウンタイムが長くなり、稼働率が低くなってしまう問題があった。
【０００５】
ところで、リテーナーリング７が新しい場合には、リテーナーリング７は全体的にほぼ均一に削れていくが（図６（ａ）参照）、ランニング枚数が増加すると、リテーナーリング７の内側と外側での削れ量が異なる、いわゆる片削れが発生してしまう（図６（ｂ）参照）。
図６（ｂ）に示すようにリテーナーリング７の片削れが発生してしまうと、上述した研磨パッドの跳ね返り位置が変わってしまう。このため、ウェハ５の外周部（エッジ部）の研磨プロファイルが不安定になり、面内均一性が悪化してしまう。従って、プロセスの安定性を阻害してしまう問題があった。
【０００６】
研磨レートの面内均一性が悪化した場合、その要因の１つとして、上述したリテーナーリング７の不良（片削れ）が考えられる。
しかしながら、リテーナーリング７の良否は、リテーナーリング７をキャリアヘッド２から取り外さなければ判断することができない。上述したように、リテーナーリング７の取り外しはキャリアヘッド２の分解を伴い、長時間を要する。また、取り外したリテーナーリング７が良品であっても、そのリテーナーリング７を再度取り付けた場合、取り付け位置が変わり、研磨レートの面内均一性が大きく変わってしまう場合がある。このため、キャリアヘッド２の取り外しを簡単に行うことができない。従って、面内均一性の悪化の要因が、リテーナーリング７であるか否かの判断をウェハ研磨前に容易に行うことができないという問題があった。また、研磨中のリテーナーリング７の厚みや、ウェハ飛び出し量を、ウェハ研磨前に知ることができなかった。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたもので、基板を研磨する前に、リテーナーリングの不具合を検知することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決する為の手段】
本発明に係る研磨装置は、基板の外周を囲むように配置されたリテーナーリングと、
前記リテーナーリングを保持するとともに、前記リテーナーリングの内側に前記基板を保持する保持機構と、
前記保持機構により保持された前記基板の表面を研磨するための研磨機構と、
前記リテーナーリングの内縁付近の表面位置と外縁付近の表面位置とを測定するセンサと、
前記保持機構により前記リテーナーリングのみを保持した状態で前記リテーナーリングを研磨するリテーナーリング研磨部と、
前記リテーナーリング研磨部により研磨された前記リテーナーリングを洗浄し、前記リテーナーリングの研磨屑を除去する洗浄部とを備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明に係る研磨装置において、
前記センサは、前記基板の表面位置を更に測定することが好適である。
【００１０】
本発明に係る研磨装置において、
前記リテーナーリングを厚み方向に移動させる移動機構と、
前記リテーナーリングの表面位置が所定の位置になるように、前記移動機構を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明に係る研磨装置において、
前記洗浄部は、前記リテーナーリングの内側面と表面を洗浄する第１洗浄部と、前記リテーナーリングの外側面と表面を洗浄する第２洗浄部と、を備えることが好適である。
【００１６】
本発明に係る研磨方法は、研磨装置において基板を研磨する研磨方法であって、
前記基板の外周を囲むように保持機構により保持されたリテーナーリングの内縁付近の表面位置および外縁付近の表面位置を測定する測定工程と、
前記内縁付近の表面位置と前記外縁付近の表面位置との差が所定の範囲を超えた場合に、前記基板を前記保持機構から脱離させる工程と、
前記基板を脱離させた後、前記保持機構により前記リテーナーリングのみを保持した状態で前記リテーナーリングの表面を研磨する工程と、
前記リテーナーリングの表面を研磨する工程が終了した後、前記リテーナーリングを洗浄し、前記リテーナーリングの研磨屑を除去する工程と、
前記リテーナーリングを洗浄した後、前記保持機構により前記基板を保持する工程と、
前記基板を保持した後、前記基板を研磨する工程と、
を含むことを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図中、同一または相当する部分には同一の符号を付してその説明を簡略化ないし省略することがある。
【００１８】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による研磨装置を説明するための概念図である。図２は、本実施の形態１において、ロード／アンロード部を説明するための概念図である。
図１および図２において、参照符号１はプラテン（定盤）、２はウェハを保持する保持機構としてのキャリアヘッド、３はキャリアヘッド２に固定された金属板、４は金属板３の一面上に配置されたバッキングフィルム、５はバッキングフィルム４を介してキャリアヘッド２に吸着保持された被加工基板としてのウェハ、６はリテーナーリングを厚み方向に移動させる移動機構、７はウェハ５の外周を囲むように配置され、ウェハ５の飛び出しを防止するリテーナーリング、８は制御部３０からの制御信号によってキャリアヘッド２を移動させるアームを示している。また、参照符号１０はウェハ５のロード及びアンロードを行うためのロード／アンロード部、１１はセンサ、２０はリテーナーリング研磨・洗浄部、２１はリテーナーリング７を研磨する研磨盤、２２は第１洗浄部、２３は第２洗浄部、３０は制御部を示している。また、図示しないが、プラテン１上には、研磨機構の一部としての研磨パッド（研磨布）が配置されている。
【００１９】
センサ１１は、図２に示すように、リテーナーリング７の表面７ａの位置を測定するセンサ１１ａ，１１ｂと、ウェハ５の表面５ａの位置を測定するセンサ１１ｃと、キャリアヘッド２の外周付近の表面位置を測定するセンサ１１ｄと、を有する。ここで、センサ１１ａは、リテーナーリング７の内縁付近の表面位置を測定する。また、センサ１１ｂは、リテーナーリング７の外縁付近の表面位置を測定する。このセンサ１１ａ〜１１ｄは、例えば、発光ダイオードタイプやレーザタイプのものを用いることができる。また、センサ１１は制御部３０に接続されており、測定結果を制御部３０に送信する。
【００２０】
図３は、本実施の形態１において、リテーナーリング研磨・洗浄部を説明するための概念図である。詳細には、図３（ａ）は、リテーナーリング研磨中のリテーナーリング研磨・洗浄部を示しており、図３（ｂ）は、リテーナーリング洗浄中のリテーナーリング研磨・洗浄部を示している。
図３（ａ），（ｂ）において、参照符号２１は、片削りが発生したリテーナーリング７を研磨するための研磨盤を示し、２２はリテーナーリング７を内縁から洗浄するための第１洗浄部を示し、２３はリテーナーリング７を外縁から洗浄するための第２洗浄部を示している。
図３（ａ）に示すように、リテーナーリング７を研磨する際、研磨盤２１の底面から供給された研磨液が、研磨盤２１の表面から出る。また、研磨盤２１は回転機構を有している。
【００２１】
次に、上記研磨装置の動作、すなわち研磨方法について説明する。
先ず、ロード／アンロード部１０において、キャリアヘッド２によってウェハ５を吸着保持する。
次に、ロード／アンロード部１０において、図２に示すように、センサ１１ａによりリテーナーリング７の内縁付近の表面位置を測定し、センサ１１ｂによりリテーナーリング７の外縁付近の表面位置を測定し、センサ１１ｃによりウェハ５の表面位置を測定する。
なお、このセンサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃによる位置測定時又は測定前に、研磨されないキャリアヘッド２の表面位置をセンサ１１ｄにより測定する。これにより、センサ１１ｄの位置を確認できるとともに、センサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃの位置確認並びに位置調整をすることが可能である。
また、センサ１１ａ〜１１ｄは、測定結果を制御部３０に送信する。
【００２２】
次に、制御部３０は、センサ１１ａ，１１ｂから受信した測定結果を基に、以下のような制御を行う。
リテーナーリング７の表面７ａの位置が所定の値よりも高い場合、すなわちリテーナーリング７が所定の厚みよりも薄くなった場合には、移動機構６によりリテーナーリング７を厚み方向に移動させる。詳細には、移動機構６としてのゴムチューブにエアーを供給して、リテーナーリング７の表面７ａ位置を下方に移動させる。これにより、リテーナーリング７の表面位置が一定に保たれる。
【００２３】
また、センサ１１ａにより測定されたリテーナーリング７の内縁付近の表面位置と、センサ１１ｂにより測定されたリテーナーリング７の外縁付近の表面位置との差が所定の範囲を超えた場合、すなわちリテーナーリング７の片削れが発生した場合には、制御部３０は、アーム８によりキャリアヘッド２をロード／アンロード部１０に移動させ、ウェハ５をリリースする。そして、制御部３０はアーム８によりキャリアヘッド２をリテーナーリング研磨・洗浄部２０に移動させ、図３（ａ）に示すように、リテーナーリング７を研磨盤２１により研磨する。この時、リテーナーリング７の研磨量（研磨時間）は、センサ１１の測定結果に基づいて制御部３０により計算される。また、リテーナーリング７の研磨中には、研磨盤２１の表面には裏面から供給された研磨液が供給される。
次に、リテーナーリング７の研磨が終了した後、図３（ｂ）に示すように、研磨されたリテーナーリング７を洗浄部２２，２３により洗浄する。詳細には、第１洗浄部２２によりリテーナーリング７を内縁方向から洗浄し、第２洗浄部２３によりリテーナーリング７を外縁方向から洗浄する。
【００２４】
次に、制御部３０はアーム８によりキャリアヘッド２をロード／アンロード部１０に移動させ、センサ１１ａ，１１ｂにより再度リテーナーリング７の内縁付近および外縁付近の表面位置を測定する。そして、この測定された表面位置の差が所定範囲内である場合、移動機構６によりリテーナーリング７を研磨した分だけ厚み方向に移動させる。そして、再びウェハ５を吸着保持する。なお、片削れがまだ残存する場合には、再度研磨盤２１によりリテーナーリング７を研磨し、洗浄部２２，２３によりリテーナーリング７の洗浄を行う。
【００２５】
次に、制御部３０は、アーム８によりキャリアヘッド２をプラテン１上に移動させ、公知の方法を用いて、ウェハ５を研磨する。
そして、ウェハ５を研磨した後、アーム８によりキャリアヘッド２をロード／アンロード部１０に移動させ、ウェハ５をリリースして、ウェハ５の研磨処理を終了する。
【００２６】
以上説明したように、本実施の形態１では、センサ１１ａ，１１ｂによりリテーナーリング７の表面位置を測定することにより、リテーナーリング７の磨耗量をウェハ研磨前に知ることができる。よって、リテーナーリング７の厚みをモニタすることができ、ウェハ５の飛び出しを未然に防止することができる。
さらに、センサ１１ｃによりウェハ５の表面位置を測定することにより、ウェハ５の飛び出し量をウェハ研磨前に知ることができる。よって、ウェハ５の飛び出しをより確実に防止することができる。従って、研磨装置の信頼性を向上させることができる。
また、研磨されないキャリアヘッド２の表面位置をセンサ１１ｄにより更に測定することにより、センサ１１ａ〜１１ｃの位置を予め確認することができる。
また、リテーナーリング７の表面位置を移動させる移動機構６を設けることにより、厚みが薄くなったリテーナーリング７を使用することができ、リテーナーリング７のライフタイムを長くすることができる。また、リテーナーリング７の表面位置を一定に保つことができ、研磨レートの面内均一性を安定させることができる。
【００２７】
また、本実施の形態１では、リテーナーリング７の片削れをセンサ１１ａ，１１ｂにより測定することとした。これにより、リテーナーリング７の不具合（片削れ）を、リテーナーリング７の取り外しをすることなく、ウェハ研磨前に知ることができる。従って、リテーナーリング７の片削れによる研磨レートの面内均一性の悪化を未然に防ぐことができる。
また、リテーナーリング７に片削れが発生した場合にも、リテーナーリング７を研磨盤２１により研磨して、その表面７ａを平坦化し、引き続き使用することができる。このため、リテーナーリング７のライフタイムを長くすることができ、半導体装置の製造コストを抑えることができる。
また、リテーナーリング７に付着した研磨屑を、２つの洗浄部２２，２３により精度良く洗浄することができる。
【００２８】
なお、本実施の形態１では、移動機構６としてゴムチューブを用いているが、これに限らず、エアシリンダや油圧シリンダを用いてもよい。
【００２９】
また、本実施の形態１では、リテーナーリング７の表面位置を２個のセンサ１１ａ，１１ｂを用いて測定しているが、径方向の少なくとも異なる２点を測定する測定機構であればよい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、ウェハを研磨する前に、リテーナーリングの不具合を検知することができる。また、基板の飛び出し量を制御することができ、研磨装置の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１による研磨装置を説明するための概念図である。
【図２】  本実施の形態１において、ロード／アンロード部を説明するための概念図である。
【図３】  本実施の形態１において、リテーナーリング研磨・洗浄部を説明するための概念図である。
【図４】  従来の研磨装置を説明するための断面図である。
【図５】  従来の研磨装置において、リテーナーリングの厚みの変化を示す図である。
【図６】  リテーナーリングの片削れが起こった場合を示す図である。
【符号の説明】
１  プラテン（定盤）
２  キャリアヘッド
３  金属板
４  バッキングフィルム
５  基板（ウェハ）
５ａ  表面
６  移動機構（ゴムチューブ）
７  リテーナーリング
７ａ  表面
８  アーム
１０  ロード／アンロード部
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ  センサ
２０  リテーナーリング研磨・洗浄部
２１  研磨盤
２２  第１洗浄部
２３  第２洗浄部
３０  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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