(57)【要約】【課題】  ロールオフがあっても歩留まりよく研磨できる研磨装置を提供すること。【解決手段】  研磨部材（研磨パッド）２０１と保持部材（トップリング）５２に保持されたウェーハＷとの間に圧力を加えつつ研磨部材２０１とウェーハＷとを相対運動させてウェーハＷを研磨する研磨装置は、ウェーハＷを保持するトップリング５２と、リテーナリング２０３の支持面が研磨パッド２０１を支持する支持圧力を調整するための圧力調整機構２０６と、ウェーハＷのロールオフ量に基づいて支持圧力が所望の圧力となるように圧力調整機構２０６を制御する制御部２０８とを具備する。トップリング５２は、ウェーハＷを研磨パッド２０１に押付けるエアバッグ２０２と、ウェーハＷを取り囲むリテーナリング２０３と、リテーナリング２０３を押すエアバッグ２０４とを備える。【選択図】  図２
2006263903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨部材と保持部材とを有する研磨部を備え、前記研磨部材と前記保持部材に保持された研磨対象物との間に圧力を加えつつ、前記研磨部材と前記研磨対象物とを相対運動させて前記研磨対象物を研磨する研磨装置であって、
前記研磨対象物の研磨中に前記研磨部材が該研磨対象物からはみ出したときに、前記研磨部材のはみ出した部分の少なくとも一部を支持するための支持面を有する支持部材と、
前記支持部材の前記支持面における支持圧力を調整するための圧力調整機構と、
前記研磨対象物のロールオフ量に基づいた情報により、前記支持圧力が所望の圧力となるように前記圧力調整機構を制御する制御部と、
を具備することを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記ロールオフ量に基づいた情報を取得するための測定部を備えることを特徴とする、請求項１に記載の研磨装置。
【請求項３】
前記支持面の全面が同一の高さを有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の研磨装置。
【請求項４】
前記支持部材が、前記研磨対象物の周囲に沿って配置された複数の支持要素からなり、それぞれの前記支持要素を、該支持要素の支持面が前記研磨対象物の研磨対象面と平行な平面にあって前記研磨対象物の周囲に沿う第一の位置と、前記研磨対象物の中心から前記第一の位置よりも放射状に離れた第二の位置との間に移動させることができることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載の研磨装置。
【請求項５】
前記第一の位置が、前記研磨対象物の周縁と前記支持要素の支持面との間に実質的な隙間がない位置であることを特徴とする、請求項４に記載の研磨装置。
【請求項６】
前記研磨部を複数備え、
前記制御部が、それぞれの前記研磨部における前記支持圧力が独立して所望の圧力となるように、それぞれの前記研磨部に設けられた前記圧力調整機構を独立して作動させることを特徴とする、請求項１から５に記載の研磨装置。
【請求項７】
研磨部材と保持部材とを有する研磨部を備え、前記研磨部材と前記保持部材に保持された研磨対象物との間に圧力を加えつつ、前記研磨部材と前記研磨対象物とを相対運動させて前記研磨対象物を研磨する研磨装置であって、
前記研磨対象物の研磨中に前記研磨部材が該研磨対象物からはみ出したときに、前記研磨部材のはみ出した部分の少なくとも一部を支持するための支持面を有する支持部材と、
前記支持部材の前記支持面の高さを調整するための高さ調整機構と、
前記研磨対象物のロールオフ量に基づいた情報により、前記支持面の高さが所望の高さとなるように前記高さ調整機構を制御する制御部と、
を具備することを特徴とする研磨装置。
【請求項８】
前記ロールオフ量に基づいた情報を取得するための測定部を備えることを特徴とする、請求項７に記載の研磨装置。
【請求項９】
前記支持面の全面が同一の高さを有することを特徴とする、請求項７又は８に記載の研磨装置。
【請求項１０】
前記支持部材が、前記研磨対象物の周囲に沿って配置された複数の支持要素からなり、それぞれの前記支持要素を、該支持要素の支持面が前記研磨対象物の研磨対象面と平行な平面にあって前記研磨対象物の周囲に沿う第一の位置と、前記研磨対象物の中心から前記第一の位置よりも放射状に離れた第二の位置との間に移動させることができることを特徴とする、請求項７〜９のいずれか一つに記載の研磨装置。
【請求項１１】
前記第一の位置が、前記研磨対象物の周縁と前記支持要素の支持面との間に実質的な隙間がない位置であることを特徴とする、請求項１０に記載の研磨装置。
【請求項１２】
前記研磨部を複数備え、
前記制御部が、それぞれの前記研磨部における前記支持面の高さが独立して所望の高さとなるように、それぞれの前記研磨部に設けられた前記高さ調整機構を独立して作動させるこことを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一つに記載の研磨装置。
【請求項１３】
研磨部材と保持部材に保持された研磨対象物との間に圧力を加えつつ前記研磨部材と前記研磨対象物とを相対運動させて前記研磨対象物を研磨する期間に、前記研磨部材が該研磨対象物からはみ出したとき、前記研磨部材のはみ出した部分の少なくとも一部を支持する研磨方法であって、
前記研磨対象物のロールオフ量を表す情報を取得するステップと、
前記情報を含む情報に基づいて、前記はみ出した部分を支持するための支持圧力の所望の値を求めるステップと、
求められた前記所望の値に基づいて、前記支持圧力を調整するステップと、
を含むことを特徴とする研磨方法。
【請求項１４】
研磨部材と保持部材に保持された研磨対象物との間に圧力を加えつつ前記研磨部材と前記研磨対象物とを相対運動させて前記研磨対象物を研磨する期間に、前記研磨部材が該研磨対象物からはみ出したとき、前記研磨部材のはみ出した部分の少なくとも一部を支持する研磨方法をコンピュータに実施させるためのプログラムであっって、
前記研磨対象物のロールオフ量を表す情報を取得する指令と、
前記情報を含む情報に基づいて、前記はみ出した部分を支持するための支持圧力の所望の値を求める指令と、
求められた前記所望の値に基づいて、前記支持圧力を調整する指令と、
を含むことを特徴とするプログラム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のプログラムを記憶していることを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【請求項１６】
請求項１５に記載の記憶媒体に記憶されたプログラムの読み取り装置を備え、該記憶媒体から読み出されたプログラムにしたがって前記制御部が前記圧力調整機構を作動させることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つに記載の研磨装置。
【請求項１７】
研磨部材と保持部材に保持された研磨対象物との間に圧力を加えつつ前記研磨部材と前記研磨対象物とを相対運動させて前記研磨対象物を研磨する期間に、前記研磨部材が該研磨対象物からはみ出したとき、前記研磨部材のはみ出した部分の少なくとも一部を支持する研磨方法であって、
前記研磨対象物のロールオフ量を表す情報を取得するステップと、
前記情報を含む情報に基づいて、前記はみ出した部分を支持するための支持面の高さの所望の値を求めるステップと、
求められた前記所望の値に基づいて、前記支持面の高さを調整するステップと、
を含むことを特徴とする研磨方法。
【請求項１８】
研磨部材と保持部材に保持された研磨対象物との間に圧力を加えつつ、前記研磨部材と前記研磨対象物とを相対運動させて前記研磨対象物を研磨する期間に前記研磨部材が該研磨対象物からはみ出したとき前記研磨部材のはみ出した部分の少なくとも一部を支持する研磨方法をコンピュータに実施させるためのプログラムであって、
前記研磨対象物のロールオフ量を表す情報を取得する指令と、
前記情報を含む情報に基づいて、前記はみ出した部分を支持するための支持面の高さの所望の値を求める指令と、
求められた前記所望の値に基づいて、前記支持面の高さを調整する指令と、
を含むことを特徴とするプログラム。
【請求項１９】
請求項１８に記載のプログラムを記憶していることを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【請求項２０】
請求項１９に記載の記憶媒体に記憶されたプログラムの読み取り装置を備え、該記憶媒体から読み出されたプログラムにしたがって制御部が前記高さ調整機構を作動させることを特徴とする、請求項７〜１２のいずれか一つに記載の研磨装置。
【請求項２１】
少なくとも２つの押圧部分を有し、該押圧部分ごとに任意の圧力を研磨対象物に加えることができる保持部材と、研磨部材とを有する研磨部を備え、前記研磨部材と前記保持部材に保持された研磨対象物との間に圧力を加えつつ、前記研磨部材と前記研磨対象物とを相対運動させて前記研磨対象物を研磨する研磨装置であって、
前記保持部材の前記押圧部分のうち、前記研磨対象物の最外部に対する押圧部分における押付け圧力を調整するための圧力調整機構と、
前記研磨対象物のロールオフ量に基づいた情報により、前記押付け圧力が所望の圧力となるように前記圧力調整機構を制御する制御部と、
を具備することを特徴とする研磨装置。
【請求項２２】
前記ロールオフ量に基づいた情報を取得するための測定部を備えることを特徴とする、請求項２１に記載の研磨装置。
【請求項２３】
少なくとも２つの押圧部分を有し、該押圧部分ごとに任意の圧力を研磨対象物に加えることができる保持部材に保持された研磨対象物と、研磨部材との間に圧力を加えつつ、前記研磨部材と前記研磨対象物とを相対運動させて前記研磨対象物を研磨する研磨方法であって、
前記研磨対象物のロールオフ量を表す情報を取得するステップと、
前記情報を含む情報に基づいて、前記保持部材の前記押圧部分のうち、前記研磨対象物の最外部に対する押圧部分における押付け圧力の所望の値を求めるステップと、
求められた前記所望の値に基づいて、前記押付け圧力を調整するステップと、
を含むことを特徴とする研磨方法。
【請求項２４】
少なくとも２つの押圧部分を有し、該押圧部分ごとに任意の圧力を研磨対象物に加えることができる保持部材に保持された研磨対象物と、研磨部材との間に圧力を加えつつ、前記研磨部材と前記研磨対象物とを相対運動させて前記研磨対象物を研磨する研磨方法をコンピュータに実施させるためのプログラムであって、
前記研磨対象物のロールオフ量を表す情報を取得する指令と、
前記情報を含む情報に基づいて、前記保持部材の前記押圧部分のうち、前記研磨対象物の最外部に対する押圧部分における押付け圧力の所望の値を求める指令と、
求められた前記所望の値に基づいて、前記押付け圧力を調整する指令と、
を含むことを特徴とするプログラム。
【請求項２５】
請求項２４に記載のプログラムを記憶していることを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【請求項２６】
請求項２５に係る発明の記憶媒体に記憶されたプログラムの読み取り装置を備え、該記憶媒体から読み出されたプログラムにしたがって前記制御部が前記圧力調整機構を作動させることを特徴とする研磨装置。
【請求項２７】
研磨部材と、支持部材と、少なくとも２つの押圧部分とを備える保持部材とを有する研磨部を備え、前記研磨部材と前記保持部材に保持された研磨対象物との間に圧力を加えつつ、前記研磨部材と前記研磨対象物とを相対運動させて前記研磨対象物を研磨する研磨装置であって、
前記保持部材の前記押圧部分のうち、前記研磨対象物の最外部に対する押圧部分における押付け圧力を調整するための圧力調整機構と、
前記支持部材の支持面における支持圧力を調整するための圧力調整機構と、
前記研磨対象物のロールオフ量に基づいた情報により、前記押付け圧力および前記支持圧力が所望の圧力となるように前記圧力調整機構を制御する制御部と、
を具備することを特徴とする研磨装置。
【請求項２８】
前記ロールオフ量に基づいた情報を取得するための測定部を備えることを特徴とする、請求項２７に記載の研磨装置。
【請求項２９】
研磨部材と、支持部材と、少なくとも２つの押圧部分とを備える保持部材とを有する研磨部を備え、前記研磨部材と前記保持部材に保持された研磨対象物との間に圧力を加えつつ、前記研磨部材と前記研磨対象物とを相対運動させて前記研磨対象物を研磨する研磨方法であって、
前記研磨対象物のロールオフ量を表す情報を取得するステップと、
前記情報を含む情報に基づいて、前記支持部材の支持面における支持圧力の所望の値を求めるステップと、
前記情報を含む情報に基づいて、前記保持部材の前記押圧部分のうち、前記研磨対象物の最外部に対する押圧部分における押付け圧力の所望の値を求めるステップと、
求められた前記所望の値に基づいて、前記支持圧力および前記押付け圧力を調整するステップと、
を含むことを特徴とする研磨方法。
【請求項３０】
研磨部材と、支持部材と、少なくとも２つの押圧部分とを備える保持部材とを有する研磨部を備え、前記研磨部材と前記保持部材に保持された研磨対象物との間に圧力を加えつつ、前記研磨部材と前記研磨対象物とを相対運動させて前記研磨対象物を研磨する研磨方法をコンピュータに実施させるためのプログラムであって、
前記研磨対象物のロールオフ量を表す情報を取得する指令と、
前記情報を含む情報に基づいて、前記支持部材の支持面における支持圧力の所望の値を求める指令と、
前記情報を含む情報に基づいて、前記保持部材の前記押圧部分のうち、前記研磨対象物の最外部に対する押圧部分における押付け圧力の所望の値を求める指令と、
求められた前記所望の値に基づいて、前記支持圧力および前記押付け圧力を調整する指令と、
を含むことを特徴とするプログラム。
【請求項３１】
請求項３０に記載のプログラムを記憶していることを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【請求項３２】
請求項３１に係る発明の記憶媒体に記録されたプログラムの読み取り装置を備え、該記憶媒体から読み出されたプログラムにしたがって前記制御部が前記圧力調整機構を作動させることを特徴とする研磨装置。
【請求項３３】
単層の研磨部材であって、その弾性率をＸ〔ＭＰａ〕、厚さをＹ〔ｍｍ〕としたときに、ＸとＹが
式１：０．９≦０．８８＋０．０３３６Ｙ＋０．０００２５９Ｘ−０．００６３Ｙ２
−０．００００２１Ｘ２＋０．０００４ＸＹ
および
式２：１．１≧１．１９−０．１５３Ｙ＋０．００２２Ｘ＋０．０２５Ｙ２
＋０．００００３２Ｘ２−０．０００４１ＸＹ
を満たす範囲であることを特徴とする研磨部材。
【請求項３４】
単層の研磨部材であって、その弾性率をＸ〔ＭＰａ〕、厚さをＹ〔ｍｍ〕としたときに、ＸとＹが
式３：０．９４≦０．８８＋０．０３３６Ｙ＋０．０００２５９Ｘ−０．００６３Ｙ２
−０．００００２１Ｘ２＋０．０００４ＸＹ
および
式４：１．０６≧１．１９−０．１５３Ｙ＋０．００２２Ｘ＋０．０２５Ｙ２
＋０．００００３２Ｘ２−０．０００４１ＸＹ
を満たす範囲であることを特徴とする研磨部材。
【請求項３５】
二層の研磨部材であって、その研磨対象物に接する層の弾性率をＸｕ〔ＭＰａ〕、厚さをＹｕ〔ｍｍ〕とし、もう一方の層の弾性率をＸｄ〔ＭＰａ〕としたときに、Ｘｕ、Ｙｕ、Ｘｄが
式５：０．９≦０．７６３−０．００３１Ｘｕ＋０．０２８１Ｘｄ
＋０．０３２３Ｙｕ＋０．００００１８Ｘｕ２−０．０００８Ｘｄ２
−０．００１７Ｙｕ２＋０．０００１１ＸｕＸｄ
＋０．００００９７ＸｕＹｕ−０．００１７ＸｄＹｕ
および
式６：０．９≦０．８７７＋０．００２３Ｘｕ＋０．０５５Ｙｕ
＋０．０００００５５Ｘｕ２＋０．０００３２Ｘｄ２
−０．００５２Ｙｕ２−０．００００９９ＸｕＸｄ
＋０．０００７２ＸｕＹｕ−０．００１３７ＸｄＹｕ
≦１．１
を満たす範囲であることを特徴とする研磨部材。
【請求項３６】
二層の研磨部材であって、その研磨対象物に接する層の弾性率をＸｕ〔ＭＰａ〕、厚さをＹｕ〔ｍｍ〕とし、もう一方の層の弾性率をＸｄ〔ＭＰａ〕としたときに、Ｘｕ、Ｙｕ、Ｘｄが
式７：０．９４≦０．７６３−０．００３１Ｘｕ＋０．０２８１Ｘｄ
＋０．０３２３Ｙｕ＋０．００００１８Ｘｕ２−０．０００８Ｘｄ２
−０．００１７Ｙｕ２＋０．０００１１ＸｕＸｄ
＋０．００００９７ＸｕＹｕ−０．００１７ＸｄＹｕ
および
式８：０．９４≦０．８７７＋０．００２３Ｘｕ＋０．０５５Ｙｕ
＋０．０００００５５Ｘｕ２＋０．０００３２Ｘｄ２
−０．００５２Ｙｕ２−０．００００９９ＸｕＸｄ
＋０．０００７２ＸｕＹｕ−０．００１３７ＸｄＹｕ
≦１．０６
を満たす範囲であることを特徴とする研磨部材。
【請求項３７】
研磨部材と保持部材とを有する研磨部を備え、前記研磨部材と前記保持部材に保持された研磨対象物との間に圧力を加えつつ、前記研磨部材と前記研磨対象物とを相対運動させて前記研磨対象物を研磨する研磨装置であって、
前記研磨部材が、請求項３３〜請求項３６のうちのいずれか一つに記載の研磨部材であることを特徴とする研磨装置。
【請求項３８】
前記研磨部材が、請求項３３〜請求項３６のうちのいずれか一つに記載の研磨部材であることを特徴とする、請求項１〜１２、１６、２０、２１、２２、２６、２７、２８及び３２のうちのいずれか一つに係る発明の研磨装置。
【請求項３９】
請求項１〜１２、１６、２０、２１、２２、２６、２７、２８、３２、３７及び３８のいずれか一つに記載の研磨装置を用いて、ウェーハの表面を平坦化する工程を備えることを特徴とする半導体デバイス製造方法。
【請求項４０】
請求項１３、１７、２３及び２９のいずれか一つに記載の研磨方法を用いて、ウェーハの表面を平坦化する工程を備えることを特徴とする半導体デバイス製造方法。
【請求項４１】
請求項３９又は４０に記載の半導体デバイス製造方法により製造されることを特徴とする半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学部品、機械部品、セラミックス及び金属等を研磨する研磨装置ならびに研磨方法に関し、特に、半導体デバイスが形成されたウェーハ等の研磨対象物を平坦且つ鏡面状に研磨するのに好適な研磨装置及び研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて、回路の配線が微細化し、集積される半導体デバイスの寸法もより微細化されつつある。そこで、ウェーハの表面に形成された被膜を研磨により除去して、表面を平坦化する工程が必要となり、この平坦化法の手法として、化学機械研磨（ＣＭＰ）装置により研磨することが行われている。化学機械研磨装置は、研磨布やパッド等の研磨部材と、研磨対象物を保持するためのトップリングやチャック等の保持部材とを備え、ウェーハ等の研磨対象物の研磨対象面を研磨部材に押し当て、両者の間に砥液、薬液、スラリー、純水等の研磨助剤を供給しつつ相対運動させることにより、研磨対象物の表面を平坦かつ鏡面状に研磨するものである。
【０００３】
この種の化学機械研磨装置においては、研磨部材は主に円盤型又は円環型の形状を有しており、研磨部材と研磨対象物との大小関係により、大径研磨部材回転型、小径研磨部材回転走査型などに分類できる。大径研磨部材回転型の研磨装置は、研磨対象物をトップリングにより研磨対象面を下側にして即ちフェイスダウンで保持して回転させながら、研磨対象物よりも大きな研磨部材が備えられたターンテーブルに押し当てて研磨対象物を研磨する。研磨部材は一般的にはターンテーブルにより回転する。一方、小径研磨部材回転走査型の研磨装置は、研磨対象物をチャックにより研磨対象面を上側にして、即ちフェイスアップで保持して回転させながら、研磨対象物よりも小さな研磨部材を研磨対象面に押し当てて回転させつつ走査させて研磨対象物を研磨する。
【０００４】
上記のいずれの研磨装置においても、研磨対象物から研磨部材の一部が一時的に又は常時はみ出る。この研磨部材のはみ出しにより研磨対象物のエッジ周辺に過大な研磨圧力が加わり、研磨対象物のエッジ周辺で平坦度が悪くなる。このため、半導体デバイスが形成されたウェーハにおいては半導体デバイスの歩留りが悪化する。これはウェーハの外周部ほど多くの半導体デバイスが存在するためである。したがって、半導体デバイス・メーカ等が定めたエッジ・イクスクルージョンに十分対応できる様に、できるだけエッジの近くにまで平坦度のよい領域を広げることが研磨装置に与えられた課題の一つである。
【０００５】
上述の過大な研磨圧力は、研磨部材のうちの研磨対象物からはみ出して開放状態になっていた部分が研磨部材と研磨対象物との相対運動により研磨対象物に作用させる圧力、即ち、研磨部材と研磨対象物とを接触させながら移動する際の押付け圧力によって急激に圧迫されるために生じることが知られている。この様な現象はリバウンドと呼ばれている。リバウンドは、研磨対象物の方へ圧迫されていた研磨部材が研磨対象物からはみ出して押付け圧力から開放される場合にも生じる。
【０００６】
リバウンドに加えて、小径研磨部材回転走査型の場合は通常、研磨部材を保持する機構と共に研磨部材が揺動できる構成となっているため、研磨部材が研磨対象物からはみ出すことによって研磨部材が全面にわたって傾き、研磨対象物のエッジでは更に圧力が大きくなる。
【０００７】
この様な過大な研磨圧力が研磨対象物のエッジ周辺に加わることを抑制するために、大径研磨部材回転型の研磨装置は、一般に、研磨対象物を保持するトップリング等の保持部材側に研磨対象物を囲むようにリテーナリングを設け、研磨対象物の周囲の研磨部材をリテーナリングによって押付けることによってリバウンドを抑制するようにしている。これは、研磨部材にリテーナリングを押付ける圧力によってリバウンドの影響を制御しようとするものである。したがって、大径研磨部材回転型の研磨装置では、予めダミーのウェーハを試験的に研磨し、その結果から、リバウンドの影響が小さく且つできるだけエッジの近くにまで平坦度のよい領域を広げることができるリテーナリングの圧力条件を見出し、その圧力をリテーナリング圧力として設定して運転することが通常行われている。
【０００８】
また、リバウンドの影響を更に小さくする方法として、保持部材にプロファイル・コントロール型トップリングを用い、ウェーハのエッジ部分の面圧を制御する方法がある。このプロファイル・コントロール型トップリングは、研磨対象物に対し同心円状に区切られたエリア（押圧部分）ごとにウェーハを押し付ける圧力（押付け圧力）を設定できるように構成されている。したがって、ウェーハのエッジ部分を担当する押圧部分（エッジエリア）の押付け圧力を他の部分と独立して制御することができる。エッジエリアの押付け圧力を他の部分よりも小さくすれば、リバウンドによる過大な圧力を抑制することができる。
【０００９】
したがって、プロファイル・コントロール型トップリングを具備した大径研磨部材回転型の研磨装置では、リテーナリングの圧力条件を見出す場合と同様に、予めダミーのウェーハを試験的に研磨し、その結果から、リバウンドの影響が小さく且つできるだけエッジの近くにまで平坦度のよい領域を広げることができるエッジエリアの押付け圧力条件を見出し、その押付け圧力をエッジエリア圧力として設定して運転する。なお、リテーナリング圧力とエッジエリア圧力は、共にウェーハ・エッジの平坦度に影響を及ぼすため、より好適な圧力条件を見出すには、それぞれ独立して圧力条件を見出すのではなく、一緒に圧力条件を見出す必要がある。
【００１０】
一方、小径研磨部材回転走査型の研磨装置については、特許文献１〜特許文献４が、研磨対象物からはみ出した研磨部材を支持する支持部を設けてリバウンドと研磨部材の傾きを抑制してエッジ・イクスクルージョンを小さくすることができる装置を開示している。これらの特許文献に開示された支持部は、大径研磨部材回転型の研磨装置におけるリテーナリングに相当する働きをする。小径研磨部材回転走査型の研磨装置においては、支持部の支持面高さ、例えば、チャックの上面からの相対的な高さによって、リバウンドや研磨部材の傾きを制御することができる。したがって、こうした研磨装置は、予めダミー・ウェーハを試験的に研磨し、その結果から、リバウンドや研磨部材の傾きの影響が小さく、しかも平坦度のよい領域をウェーハのエッジにより近づけるような支持面高さの条件を見付けて、その高さを支持面高さとして設定して運転される。
【００１１】
そこで、小径研磨部材回転走査型の研磨装置においては、研磨対象物に厚さのばらつきがあった場合には、特許文献４に記載されたように、できるだけエッジの近くにまで平坦度のよい領域を広げるために、支持面高さを研磨対象物の厚さに応じて調整する必要がある。しかし、大径研磨部材回転型の研磨装置では、リテーナリングを使用する場合、リテーナリング圧力を制御することができるので、研磨対象物の厚さのばらつきは殆ど問題にならない。
【００１２】
ベア・ウェーハのエッジ部には、ウェーハ中央に比べて平坦度が劣り且つ理想的な形状からずれる部分がある。この様なウェーハのエッジ部における形状は、ウェーハ・エッジ・ロールオフ（以後、単にロールオフという）と呼ばれる。ベア・ウェーハのみならず、例えば、素子分離のためにＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）を形成する際にＣＭＰ装置によって研磨される酸化膜ウェーハのエッジ部にも、ベア・ウェーハのロールオフに起因したロールオフが、ＣＭＰによる研磨の前から存在する。ロールオフの形状はウェーハによりまちまちである。厚さが同じであっても、ロールオフは異なる。また、一枚のウェーハでも、周方向にばらつきがあるのが普通である。
【００１３】
最近の半導体集積回路に使用される両面研磨３００ｍｍウェーハにおいては、ウェーハ・エッジから内側に１ｍｍの位置でのロールオフによる平坦面からのずれは、高々１μｍ程度以下である。しかし、発明者らが発表した非特許文献１により、ロールオフはウェーハ・エッジから５ｍｍ程度内側までの研磨プロファイルに影響を与えることが明らかとなった。ここで、現在のエッジ・イクスクルージョンは３ｍｍが主流であり、近い将来には２ｍｍとなることが明確になっているので、ロールオフの影響がエッジ・イクスクルージョンの内側にまで及んでいることが分かる。
【００１４】
前述したように、従来技術による研磨方法は、予めダミー・ウェーハを研磨して、リバウンドや研磨部材の傾きの影響が小さく、且つ、できるだけエッジの近くにまで平坦度の良好な領域を広げることが可能になるように、大径研磨部材回転型の研磨装置では例えばリテーナリングが研磨パッドに印加する圧力を、小径研磨部材回転走査型の研磨装置では例えば支持部材の支持面の高さを見出し、その圧力や高さをリテーナリング圧力又は支持面高さとして設定して運転するというものである。しかし、このような研磨方法では、ウェーハによりロールオフがばらつくと、研磨プロファイルもばらついてしまい、平坦部を十分にエッジ近くまで引き伸ばすことができない。即ち、設定されたエッジ・イクスクルージョンに十分に対応することができないという問題がある。また、ロールオフが周方向にばらついている場合には、研磨プロファイルが周方向にばらついてしまい、平坦部をエッジ近くまで引き伸ばすことができないという問題がある。
【００１５】
【特許文献１】特開２００１−２４４２２２号公報
【特許文献２】特開２００２−７５９３５号公報
【特許文献３】特開２００２−１３４４４８号公報
【特許文献４】特開２００３−２２９３８８号公報
【非特許文献１】福田明、檜山浩國、辻村学、福田哲生「ＣＭＰ研磨プロファイルに及ぼすウェーハエッジロールオフの影響」２００４年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集、ｐ．４９７〜ｐ４９８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、上記の問題点に鑑みて提案されたものであり、ロールオフがあっても歩留まりよく研磨することができる研磨装置及び研磨方法を提供することを目的とする。更に、本発明は、低コストで半導体デバイスを製造することができる半導体デバイス製造方法及び低コストの半導体デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
ロールオフの形状を表すために、ロールオフ量（ＲＯＱ：Roll Off Quantity）を、研磨対象物の研磨対象面と、基準点を通り研磨対象物の研磨対象面にほぼ平行な基準線との間の距離の集合であると定義する。図２７は、ウェーハを研磨対象物とした場合において、ウェーハの中心を通る断面を、理解を容易にするようＲＯＱの値を強調し且つ縦横比を変えて模式的に示した図である。ウェーハの半径方向だけを考える場合、例えば、図２７のように基準点を研磨対象面の上方に設定すると、ロールオフ量はウェーハの中心を通る前記断面上に現れた研磨対象面を示す線と基準線との間の距離の集合となり、例えば、ウェーハの中心からの距離をｒとすると、ｒにおけるロールオフ量は、図２７に示すように、ＲＯＱ（ｒ）となる。図２７では半径方向のみを考えているが、ロールオフ量は周方向についても変化し得るため、研磨対象面の位置により一意に決まり、例えば、研磨対象面の座標を研磨対象面の中心を原点として極座標（ｒ、θ）でとると、座標（ｒ、θ）におけるロールオフ量はＲＯＱ（ｒ、θ）で表すことができる。
【００１８】
上の説明では基準点を研磨対象面の上方にとったが、基準点は研磨対象面上(研磨対象表面)にとってもよいし、研磨対象面の下方にとってもよい。また、座標を極座標としたが直交座標としてもよい。また、基準線は、研磨対象面全体に対してほぼ平行な直線であってもよいし、研磨対象面の一部、例えば、研磨対象面のうちの半径ｒ１〜ｒ２の範囲（ただし、ｒ１＜ｒ２）にほぼ平行な直線であってもよい。
【００１９】
更に、半径方向だけでなく周方向に関してもＲＯＱの値を測定するとき、研磨対象面を２次元とみなす場合は、基準線の代わりに基準面を採用してもよい。その場合、基準面は、研磨対象面全体にほぼ平行な平面であってもよいし、研磨対象面の一部にほぼ平行な平面であってもよい。また、ロールオフ量の測定や使用にあたっては、研磨対象面上の複数の点と基準線（又は基準面）との距離の集合としてではなく、研磨対象面上の１点と基準線（又は基準面）との距離のみを測定して使用してもよい。
【００２０】
研磨対象面の一部としてウェーハの最外縁から３ｍｍから６ｍｍの範囲の部分にほぼ平行な直線を基準線とし、研磨対象面上の１点としてウェーハの最外縁から１ｍｍの地点をとり、該地点と基準線との間の距離を測定した例が非特許文献２に示されており、この値はＲＯＡ（Roll Off Amount）と呼ばれている。
【００２１】
ところで、発明者は、数値解析手法を用いて研磨部材とウェーハとの間に印加される圧力や研磨部材とリテーナリングとの間に働く圧力など、研磨条件が同一の条件において、後述するΔＲＯＱのみを変化させた場合、ΔＲＯＱが異なるとエッジ・イクスクルージョンより内側の最大研磨レートと最小研磨レートが変化することを見出した。なお、以後、最大研磨レートと最小研磨レートは、特に記述が無い限り、エッジ・イクスクルージョンより内側での値を指すものとする。ここで、ΔＲＯＱとは、例えばウェーハの研磨対象面において、ウェーハ中心部でのロールオフ量をＲＯＱ０とし、ウェーハエッジから１ｍｍの地点でのロールオフ量をＲＯＱ１としたとき、ΔＲＯＱ＝ＲＯＱ１−ＲＯＱ０で算出される値を意味する。なお、ＲＯＱ１の値は、ウェーハＷの周方向の各点を平均した値を用いても、１つの点のみの値を代表値として用いてもよい。一方、最大研磨レートと最小研磨レートが適切な範囲内にあれば、実用上十分な平坦度で研磨が可能であることが分かっている。
【００２２】
従来からウェーハ間のロールオフにばらつきがあると研磨プロファイルもばらつき、場合によっては平坦度が悪化してしまうと言う状況があったが、これは上述の知見からロールオフのばらつきにより最大研磨レートまたは最小研磨レート、またはその両方が適切な範囲の外にはみ出してしまうことが原因であることがわかった。因みに、研磨レートとは研磨対象面が研磨される速さを意味し、通常は速度で示され、例えば、〔長さ〕／〔時間〕で、その次元を表わす事が出来る。なお、本発明においては、この次元を更に圧力で割って単位圧力当りの速度とした次元を研磨レートとして用いている。また、本明細書において研磨プロファイルとは、研磨レートのウェーハ面内での分布形状を指す。
【００２３】
そこで、発明者は数値解析を用いて、研磨レートを適切な値に制御して好ましい研磨プロファイルを得ることが出来る手段を鋭意研究し、次のような知見を得るに至った。第一の知見としては、研磨部材とウェーハとの間の圧力などの研磨条件を同一としたうえで、更に、同じΔＲＯＱのウェーハをリテーナリング圧力のみを変化させて研磨した場合、リテーナリング圧力に応じて最大研磨レートと最小研磨レートが変化することを見出したことである（これについては図３参照）。このことから発想し、ウェーハのΔＲＯＱに応じて、最大研磨レートと最小研磨レートが適切に設定された範囲内に入るようにリテーナリング圧力を調節することにより、実用上十分な平坦度で研磨対象物を研磨することができることに想到した。
【００２４】
第二の知見は、やはり他の研磨条件を同一とし同じΔＲＯＱのウェーハを支持面の高さのみを変化させて数値解析を行ったところ、このケースでも最大研磨レートと最小研磨レートが変化することである。このことから発想し、ウェーハのΔＲＯＱに応じて、最大研磨レートと最小研磨レートが適切な範囲内に入るように支持面の高さを調節することによっても、実用上十分な平坦度で研磨することができることに想到したのである（これについては図８参照）。
【００２５】
第三の知見として、保持部材としてプロファイル・コントロール型トップリングを具備した大径研磨部材回転型の研磨装置において、やはり他の研磨条件を同一とし同じΔＲＯＱのウェーハをエッジエリアの押付け圧力のみを変化させて数値解析を行ったところ、このケースでも最大研磨レートと最小研磨レートが変化する事を見出した。このことから発想し、ウェーハのΔＲＯＱに応じて、最大研磨レートと最小研磨レートが適切に設定された範囲内に入るようにエッジエリアの押付け圧力を調節することによっても、実用上十分な平坦度で研磨することができる事に想到した。
【００２６】
第四の知見として、プロファイル・コントロール型トップリングを具備した大径研磨部材回転型の研磨装置において、ウェーハのΔＲＯＱに応じて最大研磨レートと最小研磨レートが適切に設定された範囲内に入るように、エッジエリアの押付け圧力とリテーナリング圧力を共に調節することによっても、実用上十分な平坦度で研磨することができることに想到した。また、研磨部材の弾性率や厚さを変えて数値解析を行なったところ、研磨レートに対するリテーナリング圧力やエッジエリアの押付け圧力の影響力が、研磨部材の弾性率や厚さによって変わることを見出した。このことから鋭意研究した結果、ウェーハのロールオフに応じてリテーナリング圧力やエッジエリアの押付け圧力を調整して実用上十分な平坦度で研磨するのに好適な研磨部材の弾性率や厚さの範囲があることを見出した。
【００２７】
上記の知見に鑑み且つ前記目的を実現するために、
請求項１に記載の発明は、
研磨部材と保持部材とを有する研磨部を備え、前記研磨部材と前記保持部材に保持された研磨対象物との間に圧力を加えつつ、前記研磨部材と前記研磨対象物とを相対運動させて前記研磨対象物を研磨する研磨装置であって、
前記研磨対象物の研磨中に前記研磨部材が該研磨対象物からはみ出したときに、前記研磨部材のはみ出した部分の少なくとも一部を支持するための支持面を有する支持部材と、
前記支持部材の前記支持面における支持圧力を調整するための圧力調整機構と、
前記研磨対象物のロールオフ量に基づいた情報により、前記支持圧力が所望の圧力となるように前記圧力調整機構を制御する制御部と、
を具備することを特徴とする研磨装置、
を提供する。
【００２８】
なお、前記のロールオフ量に基づいた情報には、ロールオフ量自体、研磨装置の各部材の位置情報、ロールオフ量及び／又はロールオフ量を加工して得た情報、それらを使用して算出又は選択された支持圧力（リテーナリング圧力）を含むものとする。
【００２９】
請求項２の発明は、前記ロールオフ量に基づいた情報を取得するための測定部を備えることを特徴とする。
請求項３の発明は、前記支持面の全面が同一の高さを有することを特徴とする。なお、前記支持面は厳密に同一の高さであることが好ましい。しかし、現実の研磨装置では例えば支持面を加工する際の面粗さや圧力調整機構などの遊びなどがあり、厳密に同一の高さにすることは困難であるが、実質的に同一と見なせる程度に高さが揃っていれば良い。
【００３０】
請求項４の発明は、前記支持部材が、前記研磨対象物の周囲に沿って配置された複数の支持要素からなり、それぞれの前記支持要素を、該支持要素の支持面が前記研磨対象物の研磨対象面と平行な平面にあって前記研磨対象物の周囲に沿う第一の位置と、前記研磨対象物の中心から前記第一の位置よりも放射状に離れた第二の位置との間に移動させることができることを特徴とする。
【００３１】
請求項５の発明は、前記第一の位置が、前記研磨対象物の周縁と前記支持要素の支持面との間に実質的な隙間がない位置であることを特徴とする。
請求項６の発明は、前記研磨部を複数備え、前記制御部が、それぞれの前記研磨部における前記支持圧力が独立して所望の圧力となるように、それぞれの前記研磨部に設けられた前記圧力調整機構を独立して作動させることを特徴とする。
【００３２】
請求項７の発明は、
研磨部材と保持部材とを有する研磨部を備え、前記研磨部材と前記保持部材に保持された研磨対象物との間に圧力を加えつつ、前記研磨部材と前記研磨対象物とを相対運動させて前記研磨対象物を研磨する研磨装置であって、
前記研磨対象物の研磨中に前記研磨部材が該研磨対象物からはみ出したときに、前記研磨部材のはみ出した部分の少なくとも一部を支持するための支持面を有する支持部材と、
前記支持部材の前記支持面の高さを調整するための高さ調整機構と、
前記研磨対象物のロールオフ量に基づいた情報により、前記支持面の高さが所望の高さとなるように前記高さ調整機構を制御する制御部と、
を具備することを特徴とする研磨装置、
を提供する。
【００３３】
なお、前記のロールオフ量に基づいた情報には、ロールオフ量自体、研磨装置の各部材の位置情報、ロールオフ量及び／又はロールオフ量を加工して得た情報、それらを使用して算出又は選択された支持面の高さを含むものとする。
【００３４】
請求項８の発明は、前記ロールオフ量に基づいた情報を取得するための測定部を備えることを特徴とする。
請求項９の発明は、前記支持面の全面が同一の高さを有することを特徴とする。なお、前記支持面は厳密に同一の高さであることが好ましい。しかし現実の研磨装置では例えば支持面を加工する際の面粗さや圧力調整機構などの遊びなどがあり、厳密に同一の高さにすることは困難であるが、実質的に同一と見なせる程度に高さが揃っていれば良い。
【００３５】
請求項１０の発明は、前記支持部材が、前記研磨対象物の周囲に沿って配置された複数の支持要素からなり、それぞれの前記支持要素を、該支持要素の支持面が前記研磨対象物の研磨対象面と平行な平面にあって前記研磨対象物の周囲に沿う第一の位置と、前記研磨対象物の中心から前記第一の位置よりも放射状に離れた第二の位置との間に移動させることができることを特徴とする。
【００３６】
請求項１１の発明は、前記第一の位置が、前記研磨対象物の周縁と前記支持要素の支持面との間に実質的な隙間がない位置であることを特徴とする。
請求項１２の発明は、前記研磨部を複数備え、前記制御部が、それぞれの前記研磨部における前記支持面の高さが独立して所望の高さとなるように、それぞれの前記研磨部に設けられた前記高さ調整機構を独立して作動させることを特徴とする。
【００３７】
請求項１３の発明は、
研磨部材と保持部材に保持された研磨対象物との間に圧力を加えつつ前記研磨部材と前記研磨対象物とを相対運動させて前記研磨対象物を研磨する期間に、前記研磨部材が該研磨対象物からはみ出したとき、前記研磨部材のはみ出した部分の少なくとも一部を支持する研磨方法であって、
前記研磨対象物のロールオフ量を表す情報を取得するステップと、
前記情報を含む情報に基づいて、前記はみ出した部分を支持するための支持圧力の所望の値を求めるステップと、
求められた前記所望の値に基づいて、前記支持圧力を調整するステップと、
を含むことを特徴とする研磨方法、
を提供する。
【００３８】
請求項１４の発明は、
研磨部材と保持部材に保持された研磨対象物との間に圧力を加えつつ前記研磨部材と前記研磨対象物とを相対運動させて前記研磨対象物を研磨する期間に、前記研磨部材が該研磨対象物からはみ出したとき、前記研磨部材のはみ出した部分の少なくとも一部を支持する研磨方法をコンピュータに実施させるためのプログラムであっって、
前記研磨対象物のロールオフ量を表す情報を取得する指令と、
前記情報を含む情報に基づいて、前記はみ出した部分を支持するための支持圧力の所望の値を求める指令と、
求められた前記所望の値に基づいて、前記支持圧力を調整する指令と、
を含むことを特徴とするプログラム、
を提供する。
【００３９】
請求項１５の発明は、請求項１４に係る発明のプログラムを記憶していることを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関する。
請求項１６の発明は、請求項１５に係る発明の記憶媒体に記憶されたプログラムの読み取り装置を備え、該記憶媒体から読み出されたプログラムにしたがって前記制御部が前記圧力調整機構を作動させることを特徴とする研磨装置に関する。
【００４０】
請求項１７の発明は、
研磨部材と保持部材に保持された研磨対象物との間に圧力を加えつつ前記研磨部材と前記研磨対象物とを相対運動させて前記研磨対象物を研磨する期間に、前記研磨部材が該研磨対象物からはみ出したとき、前記研磨部材のはみ出した部分の少なくとも一部を支持する研磨方法であって、
前記研磨対象物のロールオフ量を表す情報を取得するステップと、
前記情報を含む情報に基づいて、前記はみ出した部分を支持するための支持面の高さの所望の値を求めるステップと、
求められた前記所望の値に基づいて、前記支持面の高さを調整するステップと、
を含むことを特徴とする研磨方法、
を提供する。
【００４１】
請求項１８の発明は、
研磨部材と保持部材に保持された研磨対象物との間に圧力を加えつつ、前記研磨部材と前記研磨対象物とを相対運動させて前記研磨対象物を研磨する期間に前記研磨部材が該研磨対象物からはみ出したとき前記研磨部材のはみ出した部分の少なくとも一部を支持する研磨方法をコンピュータに実施させるためのプログラムであって、
前記研磨対象物のロールオフ量を表す情報を取得する指令と、
前記情報を含む情報に基づいて、前記はみ出した部分を支持するための支持面の高さの所望の値を求める指令と、
求められた前記所望の値に基づいて、前記支持面の高さを調整する指令と、
を含むことを特徴とするプログラム、
を提供する。
【００４２】
請求項１９の発明は、請求項１８に係る発明のプログラムを記憶していることを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関する。
請求項２０の発明は、請求項１９に係る発明の記憶媒体に記憶されたプログラムの読み取り装置を備え、該記憶媒体から読み出されたプログラムにしたがって前記制御部が前記高さ調整機構を作動させることを特徴とする研磨装置に関する。
【００４３】
請求項２１の発明は、
少なくとも２つの押圧部分を有し、該押圧部分ごとに任意の圧力を研磨対象物に加えることができる保持部材と、研磨部材とを有する研磨部を備え、前記研磨部材と前記保持部材に保持された研磨対象物との間に圧力を加えつつ、前記研磨部材と前記研磨対象物とを相対運動させて前記研磨対象物を研磨する研磨装置であって、
前記保持部材の前記押圧部分のうち、前記研磨対象物の最外部に対する押圧部分における押付け圧力を調整するための圧力調整機構と、
前記研磨対象物のロールオフ量に基づいた情報により、前記押付け圧力が所望の圧力となるように前記圧力調整機構を制御する制御部と、
を具備することを特徴とする研磨装置、
を提供する。
【００４４】
請求項２２の発明は、前記ロールオフ量に基づいた情報を取得するための測定部を設けたことを特徴とする。
請求項２３の発明は、
少なくとも２つの押圧部分を有し、該押圧部分ごとに任意の圧力を研磨対象物に加えることができる保持部材に保持された研磨対象物と、研磨部材との間に圧力を加えつつ、前記研磨部材と前記研磨対象物とを相対運動させて前記研磨対象物を研磨する研磨方法であって、
前記研磨対象物のロールオフ量を表す情報を取得するステップと、
前記情報を含む情報に基づいて、前記保持部材の前記押圧部分のうち、前記研磨対象物の最外部に対する押圧部分における押付け圧力の所望の値を求めるステップと、
求められた前記所望の値に基づいて、前記押付け圧力を調整するステップと、
を含むことを特徴とする研磨方法、
を提供する。
【００４５】
請求項２４の発明は、
少なくとも２つの押圧部分を有し、該押圧部分ごとに任意の圧力を研磨対象物に加えることができる保持部材に保持された研磨対象物と、研磨部材との間に圧力を加えつつ、前記研磨部材と前記研磨対象物とを相対運動させて前記研磨対象物を研磨する研磨方法をコンピュータに実施させるためのプログラムであって、
前記研磨対象物のロールオフ量を表す情報を取得する指令と、
前記情報を含む情報に基づいて、前記保持部材の前記押圧部分のうち、前記研磨対象物の最外部に対する押圧部分における押付け圧力の所望の値を求める指令と、
求められた前記所望の値に基づいて、前記押付け圧力を調整する指令と、
を含むことを特徴とするプログラム、
を提供する。
【００４６】
請求項２５の発明は、請求項２４に係る発明のプログラムを記憶していることを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を提供する。
請求項２６の発明は、請求項２５に係る発明の記憶媒体に記憶されたプログラムの読み取り装置を備え、該記憶媒体から読み出されたプログラムにしたがって前記制御部が前記圧力調整機構を作動させることを特徴とする研磨装置を提供する。
【００４７】
請求項２７の発明は、
研磨部材と、支持部材と、少なくとも２つの押圧部分とを備える保持部材とを有する研磨部を備え、前記研磨部材と前記保持部材に保持された研磨対象物との間に圧力を加えつつ、前記研磨部材と前記研磨対象物とを相対運動させて前記研磨対象物を研磨する研磨装置であって、
前記保持部材の前記押圧部分のうち、前記研磨対象物の最外部に対する押圧部分における押付け圧力を調整するための圧力調整機構と、
前記支持部材の支持面における支持圧力を調整するための圧力調整機構と、
前記研磨対象物のロールオフ量に基づいた情報により、前記押付け圧力および前記支持圧力が所望の圧力となるように前記圧力調整機構を制御する制御部と、
を具備することを特徴とする研磨装置、
を提供する。
【００４８】
請求項２８の発明は、前記ロールオフ量に基づいた情報を取得するための測定部を設けたことを特徴とする。
請求項２９の発明は、
研磨部材と、支持部材と、少なくとも２つの押圧部分とを備える保持部材とを有する研磨部を備え、前記研磨部材と前記保持部材に保持された研磨対象物との間に圧力を加えつつ、前記研磨部材と前記研磨対象物とを相対運動させて前記研磨対象物を研磨する研磨方法であって、
前記研磨対象物のロールオフ量を表す情報を取得するステップと、
前記情報を含む情報に基づいて、前記支持部材の支持面における支持圧力の所望の値を求めるステップと、
前記情報を含む情報に基づいて、前記保持部材の前記押圧部分のうち、前記研磨対象物の最外部に対する押圧部分における押付け圧力の所望の値を求めるステップと、
求められた前記所望の値に基づいて、前記支持圧力および前記押付け圧力を調整するステップと、
を含むことを特徴とする研磨方法、
を提供する。
【００４９】
請求項３０の発明は、
研磨部材と、支持部材と、少なくとも２つの押圧部分とを備える保持部材とを有する研磨部を備え、前記研磨部材と前記保持部材に保持された研磨対象物との間に圧力を加えつつ、前記研磨部材と前記研磨対象物とを相対運動させて前記研磨対象物を研磨する研磨方法をコンピュータに実施させるためのプログラムであって、
前記研磨対象物のロールオフ量を表す情報を取得する指令と、
前記情報を含む情報に基づいて、前記支持部材の支持面における支持圧力の所望の値を求める指令と、
前記情報を含む情報に基づいて、前記保持部材の前記押圧部分のうち、前記研磨対象物の最外部に対する押圧部分における押付け圧力の所望の値を求める指令と、
求められた前記所望の値に基づいて、前記支持圧力および前記押付け圧力を調整する指令と、
を含むことを特徴とするプログラム、
を提供する。
【００５０】
請求項３１の発明は、請求項３０に係る発明のプログラムを記憶していることを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を提供する。
請求項３２の発明は、請求項３１に係る発明の記憶媒体に記憶されたプログラムの読み取り装置を備え、該記憶媒体から読み出されたプログラムにしたがって前記制御部が前記圧力調整機構を作動させることを特徴とする研磨装置を提供する。
【００５１】
請求項３３の発明は、
単層の研磨部材であって、その弾性率をＸ〔ＭＰａ〕、厚さをＹ〔ｍｍ〕としたときに、ＸとＹが
式１：０．９≦０．８８＋０．０３３６Ｙ＋０．０００２５９Ｘ−０．００６３Ｙ２
−０．００００２１Ｘ２＋０．０００４ＸＹ
および
式２：１．１≧１．１９−０．１５３Ｙ＋０．００２２Ｘ＋０．０２５Ｙ２
＋０．００００３２Ｘ２−０．０００４１ＸＹ
を満たす範囲であることを特徴とする研磨部材、
を提供する。
【００５２】
請求項３４の発明は、
単層の研磨部材であって、その弾性率をＸ〔ＭＰａ〕、厚さをＹ〔ｍｍ〕としたときに、ＸとＹが
式３：０．９４≦０．８８＋０．０３３６Ｙ＋０．０００２５９Ｘ−０．００６３Ｙ２
−０．００００２１Ｘ２＋０．０００４ＸＹ
および
式４：１．０６≧１．１９−０．１５３Ｙ＋０．００２２Ｘ＋０．０２５Ｙ２
＋０．００００３２Ｘ２−０．０００４１ＸＹ
を満たす範囲であることを特徴とする研磨部材、
を提供する。
【００５３】
請求項３５の発明は、
二層の研磨部材であって、その研磨対象物に接する層の弾性率をＸｕ〔ＭＰａ〕、厚さをＹｕ〔ｍｍ〕とし、もう一方の層の弾性率をＸｄ〔ＭＰａ〕としたときに、Ｘｕ、Ｙｕ、Ｘｄが
式５：０．９≦０．７６３−０．００３１Ｘｕ＋０．０２８１Ｘｄ
＋０．０３２３Ｙｕ＋０．００００１８Ｘｕ２−０．０００８Ｘｄ２
−０．００１７Ｙｕ２＋０．０００１１ＸｕＸｄ
＋０．００００９７ＸｕＹｕ−０．００１７ＸｄＹｕ
および
式６：０．９≦０．８７７＋０．００２３Ｘｕ＋０．０５５Ｙｕ
＋０．０００００５５Ｘｕ２＋０．０００３２Ｘｄ２
−０．００５２Ｙｕ２−０．００００９９ＸｕＸｄ
＋０．０００７２ＸｕＹｕ−０．００１３７ＸｄＹｕ
≦１．１
を満たす範囲であることを特徴とする研磨部材、
を提供する。
【００５４】
請求項３６の発明は、
二層の研磨部材であって、その研磨対象物に接する層の弾性率をＸｕ〔ＭＰａ〕、厚さをＹｕ〔ｍｍ〕とし、もう一方の層の弾性率をＸｄ〔ＭＰａ〕としたときに、Ｘｕ、Ｙｕ、Ｘｄが
式７：０．９４≦０．７６３−０．００３１Ｘｕ＋０．０２８１Ｘｄ
＋０．０３２３Ｙｕ＋０．００００１８Ｘｕ２−０．０００８Ｘｄ２
−０．００１７Ｙｕ２＋０．０００１１ＸｕＸｄ
＋０．００００９７ＸｕＹｕ−０．００１７ＸｄＹｕ
および
式８：０．９４≦０．８７７＋０．００２３Ｘｕ＋０．０５５Ｙｕ
＋０．０００００５５Ｘｕ２＋０．０００３２Ｘｄ２
−０．００５２Ｙｕ２−０．００００９９ＸｕＸｄ
＋０．０００７２ＸｕＹｕ−０．００１３７ＸｄＹｕ
≦１．０６
を満たす範囲であることを特徴とする研磨部材、
を提供する。
【００５５】
請求項３７の発明は、
研磨部材と保持部材とを有する研磨部を備え、前記研磨部材と前記保持部材に保持された研磨対象物との間に圧力を加えつつ、前記研磨部材と前記研磨対象物とを相対運動させて前記研磨対象物を研磨する研磨装置であって、
前記研磨部材が、請求項３３〜請求項３６のうちのいずれか一つに係る発明の研磨部材であることを特徴とする研磨装置、
を提供する。
【００５６】
請求項３８の発明は、前記研磨部材が、請求項３３〜請求項３６のうちのいずれか一つに記載の研磨部材であることを特徴とする請求項１〜１２、１６、２０、２１、２２、２６、２７、２８及び３２のうちのいずれか一つに係る発明の研磨装置を提供する。
【００５７】
請求項３９の発明は、請求項１〜１２、１６、２０、２１、２２、２６、２７、２８、３２、３７及び３８のいずれかに係る発明の研磨装置を用いて、ウェーハの表面を平坦化する工程を備えることを特徴とする半導体デバイス製造方法に関する。
【００５８】
請求項４０の発明は、請求項１３、１７、２３及び２９のいずれか一つに係る発明の研磨方法を用いて、ウェーハの表面を平坦化する工程を備えることを特徴とする半導体デバイス製造方法に関する。
【００５９】
請求項４１の発明は、請求項３９又は４０に係る発明の半導体デバイス製造方法により製造されることを特徴とする半導体デバイスに関する。
請求項１〜４１の発明のそれぞれにおいて、研磨部材の大きさは研磨対象物の大きさと同一であっても、研磨部材の方が研磨対象物より大きくても、研磨部材の方が研磨対象物より小さくてもよい。また、支持部は保持部に対して固定されていても、固定されていなくてもよい。更に、ロールオフ量に基づいた情報には、ロールオフ量(例えば、ＲＯＱ（ｒ、θ）)、ロールオフ量を測定して得た電気信号や数値、それらを加工して得た情報、及び、それらを使用して算出又は選択された支持面の高さ／支持圧力を含むものとする。なお、支持面の高さ／支持圧力を算出するに当たっては、ロールオフ量の他に、研磨装置やロールオフ測定装置の各種部材の位置情報を使用して算出してもよい。
【００６０】
【非特許文献２】M. Kimura、 Y. Saito、 H. Daio、 K. Yakushiji、 A New Method for the Precise Measurement of Wafer Roll off of Silicon Polished Wafer、 Jpn. J. Appl. Phys.、Vol. 38 (1999) Pt. 1、No. 1A、p38-p39
【発明を実施するための最良の形態】
【００６１】
以下、本発明に係る研磨装置の若干の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る研磨装置の第一の実施の形態である、ウェーハを研磨するための化学機械研磨装置の各部の配置構成を示す平面図である。図１に示す化学機械研磨装置は多数のウェーハをストックするウェーハ・カセット２１を載置するための４つのロード・アンロード・ステージ２２を備えている。ロード・アンロード・ステージ２２は昇降可能な機構を有していてもよい。ロード・アンロード・ステージ２２上の各ウェーハ・カセット２１に到達可能となるように、走行機構２３の上に２つのハンドを有する搬送ロボット２４が配置される。
【００６２】
搬送ロボット２４における２つのハンドのうち、下側のハンドはウェーハ・カセット２１よりウェーハを受け取るときのみに使用され、上側のハンドはウェーハ・カセット２１にウェーハを戻すときのみに使用される。これは、洗浄後のクリーンなウェーハを上側にストックし、それ以上ウェーハを汚さないための配置である。下側のハンドはウェーハを真空吸着する吸着型ハンドであり、上側のハンドはウェーハの周縁部を保持する落し込み型ハンドであることが好ましい。吸着型ハンドはカセット内のウェーハのずれに関係なく正確に搬送することができ、落し込み型ハンドは真空吸着のように塵埃を集めてこないのでウェーハ裏面のクリーン度を保って搬送することができる。
【００６３】
搬送ロボット２４の走行機構２３を対称軸にしてウェーハ・カセット２１とは反対側に、２台の洗浄機２５、２６が配置される。各洗浄機２５、２６は搬送ロボット２４のハンドが到達可能な位置に配置されており、２台の洗浄機２５、２６の間で搬送ロボット２４が到達可能な位置に、４つのウェーハ載置台２７、２８、２９、３０を備えたウェーハ・ステーション７０が配置されている。洗浄機２５、２６はウェーハを高速回転させて乾燥させるスピン・ドライ機能を有しており、これにより、モジュール交換することなくウェーハの２段洗浄及び３段洗浄に対応することができる。
【００６４】
洗浄機２５、２６及び載置台２７、２８、２９、３０が配置されている領域Ｂとウエハ・カセット２１及び搬送ロボット２４が配置されている領域Ａとのクリーン度を分けるために隔壁８４が設置される。隔壁８４には、両領域Ａ、Ｂ間でウェーハを搬送するための開口部にシャッター３１が設けられている。洗浄機２５と３つの載置台２７、２９、３０とに到達可能な位置に、２つのハンドを有する搬送ロボット８０が配置されており、洗浄機２６と３つの載置台２８、２９、３０とに到達可能な位置に、２つのハンドを有する搬送ロボット８１が配置されている。
【００６５】
載置台２７は、搬送ロボット２４と搬送ロボット８０との間でウェーハを相互に受け渡すために使用され、ウェーハの有無を検知するためのセンサ９１を備えている。載置台２８は、搬送ロボット２４と搬送ロボット８１との間でウェーハを受け渡すために使用され、ウェーハの有無を検知するためのセンサ９２を備える。載置台２９は、搬送ロボット８１から搬送ロボット８０へウェーハを搬送するために使用され、ウェーハの有無を検知するためのセンサ９３とウェーハの乾燥防止用又は洗浄用のリンス・ノズル９５を備えている。載置台３０は、搬送ロボット８０から搬送ロボット８１へウェーハを搬送するために使用され、ウェーハの有無を検知するためのセンサ９４とウェーハの乾燥防止用又は洗浄用のリンス・ノズル９６を備えている。載置台２９、３０は共通の防水カバーの中に配置され、この防水カバーの搬送のための開口部にはシャッター９７が設けられている。載置台２９は載置台３０の上にあり、洗浄後のウェーハは載置台２９に、洗浄前のウェーハは載置台３０に置かれる。これにより、リンス水の落下による汚染が防止される。なお、図１においては、センサ９１、９２、９３、９４、リンス・ノズル９５、９６及びシャッター９７は模式的に示したものであって、位置及び形状は正確に図示されていない。
【００６６】
搬送ロボット８０、８１の上側のハンドは、一度洗浄されたウェーハを洗浄機又はウェーハ・ステーション７０の載置台へ搬送するのに使用され、下側のハンドは１度も洗浄されていないウェーハと研磨される前のウェーハとを搬送するのに使用される。下側のハンドで反転機（これについては後述する）へのウェーハの出し入れを行うことにより、反転機の上部の壁からリンス水のしずくが垂れて上側のハンドを汚染することがない。
【００６７】
洗浄機２５と隣接するように且つ搬送ロボット８０のハンドが到達可能な位置に、洗浄機８２が配置されている。また、洗浄機２６と隣接するように且つ搬送ロボット８１のハンドが到達可能な位置に、洗浄機８３が配置されている。これらの洗浄機２５、２６、８２、８３、ウェーハ・ステーション７０の載置台２７、２８、２９、３０及び搬送ロボット８０、８１は全て、領域Ａ内の気圧よりも低い気圧に調整されている領域Ｂに配置される。洗浄機８２、８３は両面洗浄可能な洗浄機である。
【００６８】
図１に示す化学機械研磨装置を構成する各機器はハウジング６６によって囲まれ、ハウジング６６内は隔壁８４、８５、８６、８７、６７によって（領域Ａ、Ｂを含む）複数の部屋に区画される。隔壁８７によって、領域Ｂと区分されたポリッシング室が形成される。このポリッシング室は、隔壁６７によって、第一の研磨部である領域Ｃと第二の研磨部である領域Ｄとに区分される。それぞれの領域Ｃ、Ｄには、２つの研磨テーブルと、１枚のウェーハを保持し且つウェーハを研磨テーブルに対して押し付けながら研磨するための１つのトップリングとが配置される。即ち、領域Ｃには研磨テーブル５４、５６が配置され、領域Ｄには研磨テーブル５５、５７が配置されており、また、領域Ｃにはトップリング５２が配置され、領域Ｄにはトップリング５３が配置されている。更に、領域Ｃには、研磨テーブル５４に研磨砥液を供給するための砥液ノズル６０と、研磨テーブル５４のドレッシングを行うためのドレッサ５８とが配置され、領域Ｄには、研磨テーブル５５に研磨砥液を供給するための砥液ノズル６１と、研磨テーブル５５のドレッシングを行うためのドレッサ５９とが配置されている。加えて、領域Ｃには研磨テーブル５６のドレッシングを行うためのドレッサ６８が、領域Ｄには研磨テーブル５７のドレッシングを行うためのドレッサ６９が配置されている。なお、研磨テーブル５６、５７の代わりに、湿式タイプのウェーハ膜厚測定機を設置してもよい。その場合には、研磨直後のウェーハの膜厚を測定することができるので、ウェーハの削り増しや、測定値を利用しての次のウェーハの研磨プロセスの制御を行うことができる。
【００６９】
ポリッシング室と領域Ｂとの間でウェーハの受け渡しを行うために、搬送ロボット８０、８１と、トップリング５２、５３が到達可能な位置に、ウェーハを表裏反転させるための反転機９９、１００、１０１、１０２を備えた回転式ウェーハ・ステーション９８が配置されている。反転機９９、１００、１０１、１０２は回転式ウェーハ・ステーションの回転に伴って回転する。回転式ウェーハ・ステーション９８に配置された反転機９９〜１０２が領域Ｂ側、即ち、図１の配置では反転機９９、１００に相当する位置にあるときにウェーハの研磨対象面のロールオフ量に応じた情報を取得するために、測定部として、触針方式、光学方式、渦電流センサを含む電気方式、磁気方式、電磁方式、流体方式等の変位計１０３、１０４が回転式ウェーハ・ステーション９８の上方に備えられている。
【００７０】
ここで、ポリッシング室と領域Ｂとの間でウェーハを受け渡す方法を説明する。ここで、回転式ウェーハ・ステーション９８に備えられている反転機について、図１に示すように、領域Ｂ側に反転機９９、１００が、領域Ｃ側に反転機１０１が、領域Ｄ側に反転機１０２が配置されていると仮定する。研磨に供されるウェーハは、搬送ロボット８０によりウェーハ・ステーション７０から回転式ウェーハ・ステーション９８の領域Ｂ側に配置された反転機９９に渡される。別のウェーハは、搬送ロボット８１によりウェーハ・ステーション７０から回転式ウェーハ・ステーション９８の領域Ｂ側に配置された反転機１００に渡される。なお、搬送ロボット８０がウェーハを回転式ウェーハ・ステーション９８に搬送する際、隔壁８７に設けられたシャッター４５が開くので、領域Ｂとポリッシング室との間でのウェーハの受け渡しが可能となる。また、搬送ロボット８１がウェーハを回転式ウェーハ・ステーション９８に搬送する際には、隔壁８７に設けられたシャッター４６が開き、領域Ｂとポリッシング室との間でのウェーハの受け渡しを可能とする。反転機９９にウェーハを渡した後、変位計１０３によってウェーハの研磨対象面のロールオフ量が測定され、反転機１００に別のウェーハを渡した後に変位計１０４によって研磨対象面のロールオフ量が測定される。
【００７１】
こうしてロールオフ量の測定が完了すると、回転式ウェーハ・ステーション９８がその軸を中心に１８０度回転し、反転機９９を領域Ｄ側に、反転機１００を領域Ｃ側に移動させる。回転ウェーハ・ステーションにより領域Ｃ側へ移動させられたウェーハは、反転機１００により、研磨対象面が上向きから下向きになるよう反転させられてからトップリング５２へ移送される。また、回転ウェーハ・ステーションにより領域Ｄ側へ移動させられたウェーハは、反転機９９により、研磨対象面が上向きから下向きになるよう反転させられてからトップリング５３へ移送される。トップリング５２、５３へ移送されたウェーハは、トップリングの真空吸着機構により吸着されて研磨テーブル５４又は研磨テーブル５５まで吸着されたまま搬送された後、研磨テーブル５４、５５上に取り付けられた研磨パッドによって研磨される。
【００７２】
以下、本発明に係る研磨装置における研磨部とその制御系統との実施の形態について説明する。
【００７３】
図２は、本発明に係る研磨装置における研磨部とその制御系統との第一の実施の形態を示す図で、研磨部はトップリングと研磨テーブルとを備え、図２は、トップリング５２及び研磨テーブル５４の一部の断面と制御系統の一例とを模式的に示している。トップリング５３と研磨テーブル５５も同様の構造を有する。図２に示すように、トップリング５２はウェーハＷが研磨パッド２０１のエッジからはみ出さないように位置決めされる。研磨対象物であるウェーハＷを保持するトップリング５２は、ウェーハＷを研磨パッド２０１に所定の圧力で押付けるためのエアバッグ２０２と、ウェーハＷを取り囲むように設置されたリテーナリング２０３と、リテーナリング２０３に所定の支持圧力でウェーハＷの周囲の研磨パッド２０１を押付けさせるためのエアバッグ２０４とを備えている。以下の説明において、リテーナリング２０３の下面が研磨パッド２０１を押し付ける圧力を「支持圧力」と呼ぶことにする。
【００７４】
ここで説明している第一の実施の形態においては、エアバッグ２０２は、図２に示すように一つの区画であっても、同心円状に複数の区画に分かれていてもよい。また、リテーナリング２０３は、図２に示すように、トップリング５２に保持されたウェーハＷの外周との間に若干の隙間をあけ且つ該外周に沿う円環状をなすとともに断面長方形状の単一の部材２０５で構成されている。因みに、本実施の形態ではリテーナリング２０３は単一の部材から成る例を示したが、例えば、積層された部材等の複合的な部材から構成されていても良い。この部材２０５の下面は、ウェーハＷの研磨対象面の周囲を囲む研磨パッド２０１の部分を押し付ける押圧面をなすよう、全体に渡ってほぼ同一の高さを持つ平面となっている。部材２０５は、例えば、ジルコニアやアルミナ等のセラミック材料や、エポキシ（ＥＰ）樹脂、フェノール（ＰＦ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂等のエンジニアリング・プラスチック材料で構成されることが望ましい。
【００７５】
リテーナリング２０３が研磨パッド２０１を押し付ける支持圧力は、圧力調整機構２０６によってエアバッグ２０４の圧力を制御することにより調整される。なお、エアバッグ２０４を設けずに軸からの荷重を圧力調整機構２０６により制御することによって上記支持圧力を調整するようにしてもよい。
【００７６】
研磨テーブル５４は研磨パッド２０１と研磨定盤２０７とを備えている。研磨パッド２０１は、図２のように一層の単層パッドであっても、二層以上の多層パッドであってもよい。研磨の際、トップリング５２は、ウェーハＷを研磨パッド２０１に押付けながら、その軸を中心に矢印Ａの向きに回転する。同時に、研磨テーブル５４もその軸を中心に矢印Ｂの方向に回転する。この場合、後述のように、リテーナリング２０３の支持圧力を、測定したロールオフ量により適切に設定すると、ロールオフのばらつきによる研磨プロファイルのばらつきを抑えることができ、実用上十分な平坦度でウェーハＷを研磨することができる。
【００７７】
ここで図１に戻って、トップリング５２、５３がそれぞれに到達可能な位置に、前述した第２の研磨テーブル５６、５７が配置されている。これにより、ウェーハは第１の研磨テーブル５４、５５で研磨された後、第２の研磨テーブル５６、５７に貼着された仕上げ用研磨パッドで仕上げ研磨される。仕上げ用の第２の研磨テーブル５６、５７においては、ＳＵＢＡ４００やＰｏｌｙｔｅｘ（共にロデール・ニッタ製の研磨パッドの商品名である）等の研磨パッドに砥粒を含まない薬液又は純水を供給しながら純水仕上げを行い、又はスラリを供給して研磨を行う。
【００７８】
なお、研磨期間に、搬送ロボット８０、８１により、次の研磨に供されるウェーハを領域Ｂ側に移動した反転機１０１、１０２に渡して変位計１０３、１０４によりロールオフ量を測定してもよい。こうすると、研磨とロールオフ量の測定とを同時に行うことができるので、研磨のスループットを向上させることができる。
研磨が終了したウェーハは、トップリング５２、５３により、それぞれ反転機９９、１００に移送される。反転機９９、１００に移送されたウェーハは、反転機９９、１００により研磨対象面が上向きなるように反転させられる。その後、回転式ウェーハ・ステーション９８が１８０度回転してウェーハを領域Ｂ側へ移動させる。領域Ｂ側へ移動したウェーハは、搬送ロボット８０により反転機９９から洗浄機８２又はウェーハ・ステーション７０に搬送される。領域Ｂ側へ移動した別のウェーハは、搬送ロボット８１により反転機１００から洗浄機８３又はウェーハ・ステーション７０に搬送される。その後、適切な洗浄工程を経て、ウェーハ・カセット２１へ収納される。
【００７９】
本実施の形態においては、ウェーハの研磨対象面のロールオフ量に応じた情報を取得する測定部として、変位計１０３、１０４を回転式ウェーハ・ステーション９８の上方に設ける構成としたが、測定部を研磨装置のどこに設置するかは任意である。また、測定部は研磨装置と一体となっていなくてもよく、ウェーハを研磨装置に投入する前に、研磨装置の外部に設けた測定器を用いてロールオフ量を予め測定しておき、その情報を図示しない入力装置で制御部１２４又は記憶媒体１２６に入力するようにしてもよい。測定器としては、例えば（株）コベルコ科研のエッジロールオフ測定装置（LER−１００）がある。
【００８０】
次に、リテーナリング２０３の支持圧力を設定する方法の一例を説明する。なお、説明の便宜上、支持圧力は、ウェーハＷの研磨対象面に研磨パッド２０１を押付ける圧力即ち研磨圧力に対する相対値として表すこととする。ウェーハＷの研磨対象面のロールオフ量がウェーハ中心部ではＲＯＱ０、ウェーハ・エッジから１mmの地点でＲＯＱ１であるとする。ＲＯＱ１として、ウェーハＷの周方向の各点を平均した値を用いても、１つの点のみの値を代表値として用いてもよい。
【００８１】
まず、ウェーハ・エッジから1mmの地点でのロールオフ量とウェーハ中心部でのロールオフ量との差ΔＲＯＱ＝ＲＯＱ１−ＲＯＱ０を算出する。次に、研磨後にエッジ・イクスクルージョンの内側が平坦な領域となるように、予め求めておいたΔＲＯＱと支持圧力との関係に基づいて、算出したΔＲＯＱに対応する面圧を求める。最後に、制御部２０８によって、リテーナリング２０３の支持圧力を上記により求めた面圧に設定する。
【００８２】
ここで、エッジ・イクスクルージョンの内側が平坦な領域となるようにΔＲＯＱと支持圧力との関係を予め求める方法の一例を説明する。図３は、ΔＲＯＱ＝０．５μmのウェーハにおいて、エッジ・イクスクルージョンを２mmとしたときの最大研磨レート及び最小研磨レートの相対値と支持圧力との関係を示している。通常の研磨においては、幾何学的に完全に平坦な面は作成不可能であるが、例えばリソグラフィー・プロセスなどの半導体デバイス製造プロセスにおいては、実用上十分な平坦度まで研磨できれば十分である。そこで、以下の説明においては、このような実用上十分な平坦度に研磨された表面を「平坦な表面」であるとする。また、研磨レートのばらつきの許容値として適切な値を選ぶことにより、研磨後の研磨対象面を十分な平坦度とすることできるということが経験的に分かっている。したがって、最大研磨レート及び最小研磨レートが共に研磨レートのばらつきの許容値内に入っていれば、エッジ・イクスクルージョンの内側は研磨後には平坦な領域となると言える。したがって、図３の場合、研磨レートのばらつきの許容値を研磨レートの相対値で例えば１．０±０．１とすると、支持圧力を研磨圧力に対しておよそ０．７５倍から０．８０倍の間に設定すれば、エッジ・イクスクルージョンの内側は平坦な領域となることが分かる。
【００８３】
ΔＲＯＱが異なれば、最大研磨レート及び最小研磨レートの相対値と支持圧力との関係も異なってくる。したがって、各ΔＲＯＱにおける支持圧力を上記のようにして求めておけば、エッジ・イクスクルージョンの内側が平坦な領域となるようにΔＲＯＱと支持圧力との関係を予め求めることができる。しかし、全てのΔＲＯＱに対して支持圧力を求めることは困難なため、実際には、数点のΔＲＯＱに対して支持圧力を求め、それらの点間を補間式を用いて補間することになる。
【００８４】
上述の支持圧力の設定例では、ウェーハ・エッジから1mmの地点でのロールオフ量とウェーハ中心部でのロールオフ量との差ΔＲＯＱを用いている。しかし、支持圧力の設定は前述のΔＲＯＱに限られるものではなく、ロールオフ量に基づいた情報であれば、非特許文献２に記載のＲＯＡであってもよいし、ロールオフ量を多項式等の近似式で近似したときの係数であってもよい。
【００８５】
エッジ・イクスクルージョンの内側が平坦な領域となるように予め求めておいたΔＲＯＱと支持圧力との関係に関する情報は、記憶媒体２０９に記憶される。そこで、制御部２０８は、記憶媒体２０９に記憶されている、エッジ・イクスクルージョンの内側が平坦な領域となるように予め求めたΔＲＯＱと支持圧力との関係に関する情報と、それにアクセスするためのプログラムとにより、変位計１０３により取得されたウェーハＷの研磨対象面のロールオフ量の測定結果に基づいて、支持圧力を制御する。記憶媒体２０９には、前述の情報やプログラムの他に、変位計１０３により取得されたウェーハＷの研磨対象面のロールオフ量の測定結果に基づいて支持圧力を制御するためのプログラムを記憶させてもよい。また、トップリング５２、５３、研磨テーブル５４、５５、５６、５７を駆動するモータ、変位計１０３、１０４、搬送ロボット８０、８１等の、研磨装置を構成する他の部位を制御するためのプログラムも記憶媒体２０９に記憶しておくことができる。
【００８６】
以上説明したところから理解されるように、本発明の第一の実施の形態においては、研磨パッド２０１のリバウンドによるウェーハＷへの影響を、ウェーハＷのロールオフ量のばらつきに応じて最適化することによって低減することができる。
【００８７】
図４は、本発明に係る研磨装置の第二の実施の形態における研磨部の断面とその制御系統とを模式的に示す図である。図２に示す第一の実施の形態と同様に、研磨部はトップリングと研磨テーブルとを備え、図４は、トップリング５２′及び研磨テーブル５４の一部の断面と制御系統の一例とを模式的に示している。図５は、図４における線ＤＥに沿って矢印の方向を見たときの断面図である。図４及び図５において、図２における構成要素と同一又は対応する構成要素には同一符号を付すこととし、それらについての重複する説明は省略する。そこで、以下では、本発明の第二の実施の形態が第一の実施の形態と異なる点を中心にして説明する。
【００８８】
まず、第二の実施の形態では、図２における単一のリテーナリング２０３の代わりに、研磨パッド２０１を押付ける押圧面を有する複数の押圧部材からなるリテーナリング３０１が用いられる。具体的には、リテーナリング３０１はウェーハＷの周囲に沿って順次配置され且つトップリング５２′の中心軸を通る面に沿って所定の角度ずつ互いに分離された所定の個数の独立した押圧部材からなる。図５においては、リテーナリング３０１は、ウェーハＷの周囲に沿って順次配置され且つトップリング５２′の中心軸を通る面に沿って３０゜ずつ互いに分離された１２個の独立した押圧部材３０１ａ〜３０１ｌから構成される。押圧部材３０１ａは、図４及び図５に示すように、ウェーハＷの外周に内周面側が若干の隙間を空けて沿うように形成され、その長さ方向に円弧状をなし且つ断面が長方形の単一の部材３０２で構成されている。なお、本実施の形態では押圧部材３０１aなどは単一の部材から成る例を示したが、例えば、積層された部材等の複合的な部材から構成されていても良い。部材３０２の下面は、ウェーハＷの研磨対象面の周囲を囲む研磨パッド２０１の部分を押し付ける押圧面をなし、全体に渡って同一の高さを持つ平面となっている。他の押圧部材３０１ｂ〜３０１ｌも押圧部材３０１ａと同じに構成されている。その結果、１２個の押圧部材を互いに接することにより、ウェーハＷの外周に沿って若干の隙間をあけて配置された断面長方形のリング部材が形成される。
【００８９】
また、本発明の第二の実施の形態は、図２における単一のエアバッグ２０４に代えて、１２個の押圧部材３０１ａ〜３０１ｌそれぞれに対して独立して支持圧力を印加することのできる１２個の独立したサブエアバッグからなるエアバッグ３０３と、それぞれのサブエアバッグの圧力を調整するための１２個の独立したサブ圧力調整機構からなる圧力調整機構３０４とを備えている。例えば、押圧部材３０１aには、それに対応するサブエアバッグとサブ圧力調整機構とが備えられ、このサブ圧力調整機構によってサブエアバックに供給するエア圧力を制御することにより、押圧部材３０１aの支持圧力を独立して制御する。図４及び図５に示す第二の実施の形態においては、１２個のサブエアバッグに加えるエア圧力を、それぞれに対応して設けられたサブ圧力制御機構で個別に調整するので、１２個の押圧部材３０１ａ〜３０１ｌが研磨パッド２０１をそれぞれ独立した支持圧力で押すことができる。
【００９０】
第二の実施の形態では、制御部２０８が、各サブエアバッグの支持圧力を調整するように各サブ圧力制御機構を制御する。他のトップリングもトップリング５２´と同じように構成され且つ制御される。制御部２０８は、ウェーハＷの研磨対象面のロールオフ量に基づいた情報により、それぞれの押圧部材３０１ａ〜３０１ｌに対応して設けられたサブエアバッグに加えるエア圧力を個別に制御し、各押圧部材の支持圧力をそれぞれ調整して所望の支持圧力に設定することができる。こうした支持圧力の設定は、前記した第一の実施の形態におけるリテーナリング２０３の支持圧力の設定と同様である。
【００９１】
以上の説明から理解されるように、本発明の第二の実施の形態も、前記した第一の実施の形態と同様の効果を奏する。更に、各押圧部材３０１ａ〜３０１ｌが研磨パッドに印加する支持圧力を、押圧部材３０１ａ〜３０１ｌのそれぞれに対応するウェーハＷの領域Ｗａ〜Ｗｌ（図５）のロールオフ量に基づいた情報によって調整して所望の支持圧力に設定することにより、ロールオフの周方向のばらつきにも対応することが可能である。
【００９２】
例えば、押圧部材３０１ａの支持圧力を、ウェーハＷの領域Ｗａの研磨対象面上の任意の位置におけるΔＲＯＱに対応する支持圧力に設定する。同様に、押圧部材３０１ｂの支持圧力を、ウェーハＷの領域Ｗｂの研磨対象面上の任意の位置におけるΔＲＯＱに対応する支持圧力に設定する。このような操作を１２個の押圧部材３０１ａ〜３０１ｌ全てに行う。なお、ここでは支持圧力をΔＲＯＱによって設定する方法を説明したが、ロールオフ量に基づいた情報によって支持圧力を制御する方法であれば、いかなる方法であってもよい。例えば、押圧部材３０１ａの支持圧力を、ウェーハＷの領域Ｗａの研磨対象面のロールオフ量から算出した複数のΔＲＯＱの平均値に対応する支持圧力に設定し、残り全ての押圧部材においても同様に支持圧力を設定してもよい。また、各押圧部材に対応するウェーハＷの各領域における任意の位置でのＲＯＡに対応する支持圧力に設定しても、ウェーハＷの各領域における複数のＲＯＡの平均値に対応する支持圧力に設定してもよい。これらの点は、後述する各実施の形態についても同様である。
【００９３】
以上説明した第一の実施形態及び第二の実施形態は、大径研磨部材回転型の研磨装置に関するものである。以下、本発明を小径研磨部材回転走査型の研磨装置に適用した実施の形態について説明する。この場合も、ウェーハのロールオフ量のばらつきに応じてそれぞれ最適化した研磨プロファイルを得ることができる。
【００９４】
図６は、本発明に係る研磨装置の第三の実施形態における研磨部の断面と制御系統とを模式的に示す図であり、図７は、図６における線ＪＫに沿って矢印の方向に見たときの断面図である。なお、図２及び図４における構成要素と同一又は対応する構成要素には同一符号を付し、その重複した説明を省略する。
【００９５】
第三の実施の形態においては、研磨部はウェーハ保持部とウェーハ研磨部とからなる。ウェーハＷを適切に保持するためのウェーハ保持部として、図６に示すように、真空チャック４０１が設けられる。真空チャック４０１は円盤状に構成されており、真空吸着可能な機構（図示せず）によってウェーハＷを真空吸着することにより、ウェーハＷの研磨対象面を上向きとして、上面にウェーハＷを保持し得る。真空チャック４０１の下面には軸４０２の一端が固着され、軸４０２の下端は電動モータ（図示せず）に連結される。これにより、電動モータ（図示せず）が軸４０２を図６の矢印Ｆの方向に回転させると、真空チャック４０１も同方向に回転する。
【００９６】
一方、ウェーハ研磨部は研磨ヘッドと支持部材とを備える。研磨ヘッド４０３は、図６に示すように、研磨定盤２０７の下面に研磨部材としての研磨パッド２０１を設けたものである。図６に示す例では、研磨パッド２０１として２層の多層パッドを用いているが、これに限定されるものではない。研磨ヘッド４０３は、アクチュエータとして電動モータを有する機構（図示せず）によって、図６の矢印Ｇ、Ｈ、Ｉで示す方向に回転、上下方向及び左右方向に揺動できるように支持されている。また、研磨定盤２０７も角度追従性を持つように支持されている。研磨パッド２０１の径は、ウェーハＷの径よりも小さい。ウェーハＷの研磨時に、研磨ヘッド４０３の矢印Ｉの方向の揺動によって、図６に示すように、研磨パッド２０１の一部が一時的にウェーハＷの端部より図６に向かって右側の方へはみ出すことがある。図６は、研磨パッド２０１が最も右側へはみ出した状態を示している。なお、研磨ヘッド４０３はスラリー等の研磨助剤の供給機構（図示せず）を有しており、研磨定盤２０７の下面の回転中心に形成された給液孔から研磨パッド２０１及びウェーハＷに研磨助剤を供給し得るように構成されている。
【００９７】
支持部材４０４は、図６及び図７に示すように、真空チャック４０１に保持されたウェーハＷの外周に若干の隙間Ｇをあけて沿うように円弧状をなし且つ断面長方形の単一の部材４０５（図７）で構成されている。因みに、部材４０５は単一の部材に代えて、例えば、積層された部材等の複合的な部材から構成されていても良い。この部材４０５の上面は、研磨パッド２０１がウェーハＷのエッジからはみ出した部分を所定の圧力で押し上げる又は支持する支持面をなしており、全体に渡って同一の高さを持つ平面、即ち、真空チャック４０１に保持されたウェーハＷの研磨対象面と実質的に平行な平面となっている。以下、研磨パッド２０１がウェーハＷのエッジからはみ出した部分を支持部材が押し上げる圧力を「支持圧力」と呼ぶことにする。部材４０５は、例えば、ジルコニアやアルミナ等のセラミック材料や、エポキシ（ＥＰ）樹脂、フェノール（ＰＦ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂等のエンジニアリング・プラスチックで構成されることが望ましい。
【００９８】
第三の実施の形態には、図６に示すように、支持部材４０４における研磨パッド２０１がウェーハのエッジからはみ出した部分を支持する支持面の高さ（即ち、部材４０５の上面の図６における上下方向の位置）を調整して設定することができるよう、高さ調整機構４０６が設けられている。本実施の形態では、高さ調整機構４０６の下面は基部（ベース部材）４０７に固定され、その上面には、支持部材４０４に対して機械的に連結されていてウェーハＷの研磨対象面を基準として支持部材４０４の支持面の高さを調整して設定し得る機構が設けられている。なお、図示のとおり、支持部材４０４は真空チャック４０１から独立した構成であり、真空チャック４０１と一緒に回転することはない。
【００９９】
高さ調整機構４０６としては、精度の良好な周知の位置決め機構、例えば、ボールねじを使った精密位置決め機構を利用することができる。また、本実施の形態による研磨装置では、図６に示すように、真空チャック４０１に保持された状態におけるウェーハＷの研磨対象面のロールオフ量に応じた情報を取得する測定部として、触針方式、光学方式、渦電流センサを含む電気方式、磁気方式、電磁方式、流体方式等の変位計１０３が設けられる。変位計１０３は、真空チャック４０１に保持されている研磨前のウェーハＷの研磨対象面のロールオフ量を、真空チャック４０１におけるウェーハの研磨対象面の所定個所を基準点として計測する。ただし、ロールオフ量の上記測定方法はこれに限定されるものではなく、例えば、真空チャック４０１に保持される前のウェーハＷのロールオフ量を測定してウェーハＷのロールオフ量を得るようにしてもよい。このための測定器としては、例えば（株）コベルコ科研のエッジロールオフ測定装置（ＬＥＲ−１００）などがある。また、研磨中のウェーハのロールオフ量を測定してもよい。ウェーハＷの研磨対象面の高さは、本実施形態の研磨装置における真空チャック４０１や変位計１０３、エッジロールオフ測定装置におけるウェーハ保持面や測定部位などの幾何学的位置などを用いて、ウェーハＷのロールオフ量から知ることができる。変位計１０３からの計測結果であるウェーハＷの研磨対象面のロールオフ量は、制御部２０８により高さ調整機構４０６を制御するために用いられる。
【０１００】
本発明の第三の実施の形態による研磨装置の動作は、制御部２０８によって制御される。つまり、制御部２０８は、前述した各部のモータ、変位計１０３、真空チャック４０１にウェーハＷを受け渡す搬送ロボット（図示せず）、真空チャック４０１からウェーハＷを引き取る搬送ロボット（図示せず）等を制御することによって、以下の動作を行う。図示しない搬送ロボットにより、ウェーハＷが真空チャック４０１に受け渡されると、真空チャック４０１にウェーハＷが保持された状態で、変位計１０３によりウェーハＷの研磨対象面のロールオフ量が計測される。制御部２０８は、ウェーハＷの研磨対象面のロールオフ量に基づいて高さ調整機構４０６を作動させ、支持部材４０４の支持面の高さを調整して所望の高さに設定する。支持部材４０４の支持面の高さの設定とそれによる効果については後述する。なお、部材４０５の支持面の高さを、ウェーハＷの厚さを基準にして設定される高さからロールオフ量に応じた高さだけ補正することによって設定するようにしてもよい。
【０１０１】
図６に示すように、ウェーハＷの研磨は、研磨ヘッド４０３をウェーハＷの研磨対象面に所定の圧力で押付けながら回転且つ揺動(すなわち走査)させることで実施される。真空チャック４０１を回転させながらウェーハＷを回転させてウェーハＷと研磨ヘッド４０３との間で相対運動を行わせている状態で、前述したように研磨助剤が研磨ヘッド４０３からウェーハＷ上に供給される。そのため、研磨助剤はウェーハＷ上で拡散し、研磨ヘッド４０３とウェーハＷとの相対運動に伴って研磨パッド２０１とウェーハＷとの間に入り込み、ウェーハＷの研磨対象面を研磨する。換言すると、研磨ヘッド２０１とウェーハＷとの相対運動による機械的研磨と研磨助剤の化学的作用とが相乗的に作用してウェーハＷの研磨が行われる。なお、当業者には明らかなように、研磨助剤及び研磨パッド２０１の種類や、研磨ヘッド４０３及び真空チャック４０１の回転速度、研磨ヘッド４０３の揺動速度、揺動量等の研磨条件は研磨対象面の平坦化処理に適したものに設定される。
【０１０２】
なお、変位計１０３によって、研磨中のウェーハＷの研磨対象面のロールオフ量を逐次測定し、その測定結果に合うように支持部材４０４の支持面の高さを調整して所望の高さに設定することも可能である。研磨が終了したウェーハＷは搬送ロボット（図示せず）により洗浄工程等を行う場所に搬送される。
【０１０３】
ここで、支持部材４０４の支持面の高さを設定するための方法の一例と、それによる効果について説明する。説明の便宜上、支持面の高さは、ウェーハＷの中心部における研磨対象面の高さをゼロとし、研磨対象面の高さより研磨パッドの研磨面(換言すれば支持部材４０４の支持面)の方が高い（本実施の形態では上側にある）場合には＋を、研磨対象面の高さより研磨パッドの研磨面(換言すれば支持部材４０４の支持面)の方が低い（本実施の形態では下側にある）場合には−を付すことにする。因みに、図８の横軸(支持面の高さ)の数値の符号はこの方法で付されている。
【０１０４】
まず、支持部材４０４の支持面の高さを設定する方法の一例について説明する。ウェーハＷの研磨対象面のロールオフ量がウェーハ中心部でＲＯＱ０、ウェーハ・エッジから１ｍｍの地点でＲＯＱ１であるとする。ＲＯＱ１はウェーハＷの周方向の各点を平均した値でも、1点のみの値を代表値として用いてもよい。まず、ウェーハ・エッジから１ｍｍの地点でのロールオフ量とウェーハ中心部でのロールオフ量の差ΔＲＯＱ＝ＲＯＱ１−ＲＯＱ０を算出する。次に、研磨後にエッジ・イクスクルージョンの内側が平坦な領域となるように、予め求めておいたΔＲＯＱと支持面の高さの関係に基づいて、算出したΔＲＯＱに対応する支持面の高さを求める。最後に、制御部２０８により支持部材４０４の支持面の高さを、上記により求めた高さに設定する。
【０１０５】
エッジ・イクスクルージョンの内側が平坦な領域となるようにΔＲＯＱと支持面の高さとの関係を予め求める方法の一例を以下に説明する。図８は、ΔＲＯＱ＝０．５μｍのウェーハにおいて、エッジ・イクスクルージョンを２ｍｍとしたときの最大研磨レート及び最小研磨レートの相対値と支持面の高さとの関係を示すグラフである。通常の研磨においては幾何学的に完全に平坦な面を作成することは不可能であるが、例えばリソグラフィー・プロセスなどの半導体デバイス製造プロセスにおいて実用上十分な平坦度まで研磨すればウェーハの平坦度は十分である。このような実用上十分な平坦度に研磨された表面を「平坦な表面」であるとする。研磨レートのばらつきの許容値として適切な値を選ぶことにより、研磨後の研磨対象面が十分な平坦度となることが経験的に分かっているので、最大研磨レート及び最小研磨レートが共に研磨レートのばらつきの許容値内に入っていれば、エッジ・イクスクルージョンの内側は研磨後に実用上十分に平坦な領域となる。仮に、研磨レートのばらつきの許容値を研磨レートの相対値で１．０±０．１とすると、図８の場合、支持面の高さをおよそ−３．３μｍから−３．７μｍの範囲に入るようにすると、エッジ・イクスクルージョンの内側は平坦な領域となる。
【０１０６】
ΔＲＯＱが異なれば、最大研磨レート及び最小研磨レートの相対値と支持面の高さとの関係も異なってくる。したがって、各ΔＲＯＱにおける支持面の高さを上記のようにして求めれば、エッジ・イクスクルージョンの内側が平坦な領域となるようにΔＲＯＱと支持面の高さとの関係を予め求めることができる。なお、全てのΔＲＯＱに対して支持面の高さを求めることは困難なため、実際には数点のΔＲＯＱに対して支持面の高さを求め、これらの点の間は補間式を用いて補間することになる。
【０１０７】
上述した支持面の高さの設定例では、ウェーハ・エッジから１ｍｍの地点でのロールオフ量とウェーハ中心部でのロールオフ量との差ΔＲＯＱを用いているが、支持面の高さの設定は、ΔＲＯＱに限られるものではなく、ロールオフ量に基づいた情報であればよいので、非特許文献２に記載のＲＯＡであってもよいし、ロールオフ量を多項式などの近似式で近似したときの係数であってもよい。また、説明の便宜上、支持面の高さは、ウェーハＷの中心部における研磨対象面の高さを基準としたが、ウェーハＷの研磨対象面の任意の場所の高さを基準としてもよい。ただし、ウェーハＷの研磨対象面が平坦であるとみなせる場所の高さを基準とすることが好ましい。
【０１０８】
エッジ・イクスクルージョンの内側が平坦な領域となるように予め求めたΔＲＯＱと支持面の高さとの関係に関する情報は、記憶媒体２０９に記憶される。制御部２０８は、記憶媒体２０９に記憶されている上記情報にアクセスするためのプログラムを備えることにより、変位計１０３により取得したウェーハＷの研磨対象面のロールオフ量の測定結果に基づいて支持面の高さを制御する。記憶媒体２０９には、前述の情報やプログラムの他に、変位計１０３により取得したウェーハＷの研磨対象面のロールオフ量の測定結果に基づいて支持面の高さを制御するためのプログラムを記憶させておいてもよい。また、記憶媒体２０９には、前述した各部のモータ、変位計１０３及び搬送ロボットを制御するためのプログラムを記憶させておくことができる。記憶媒体２０９は制御部２０８と物理的に独立していても、制御部２０８の中に物理的に組み込まれていてもよい。
【０１０９】
このようにして支持部材４０４の支持面の高さを設定すると、研磨時において、研磨ヘッド４０３の研磨パッド２０１のリバウンドによるウェーハＷへの影響が低減され、この点からエッジ・イクスクルージョンを小さくすることができると共に、ロールオフ量に拘わらず、ウェーハの平坦研磨が可能となる。また、研磨ヘッド４０３の傾きも実質的に生じないので、エッジ・ファーストが低減され、これによってもエッジ・イクスクルージョンが小さくなる。
【０１１０】
本発明の第三の実施の形態においては、変位計１０３によって取得されたウェーハＷの研磨対象面のロールオフ量に基づいて、支持部材４０４の高さが調整されるので、個々のウェーハＷのロールオフのばらつきにも拘わらず、ウェーハＷの研磨対象面を基準として支持部材４０４の高さを所望の高さに設定することができ、所定の効果を適切に奏することができる。即ち、研磨ヘッド４０３の研磨パッド２０１のリバウンドによるウェーハＷへの影響を、ウェーハＷのロールオフ量のばらつきに応じて最適化して低減することができる。
【０１１１】
本発明の第三の実施の形態においては、真空チャック４０１に対して研磨ヘッド４０３の研磨パッド２０１がウェーハＷからはみ出す箇所にのみ支持部材４０４が設けられているが、例えば、支持部材４０４に代えて、真空チャック４０１に保持されるウェーハＷの外周全体に沿ってリング状に配置した支持部材を設けてもよい。この場合、この支持部材は、前述の支持部材と同様に、真空チャック４０１と独立し且つ真空チャック４０１と共に回転しないようにしても、真空チャック４０１と共に回転するようにしてもよい。後者の場合、支持部材に対して設けられる高さ調整機構４０６に相当する高さ調整機構のベースを、真空チャック４０１に対して固定すればよい。
【０１１２】
図９の（ａ）及び（ｂ）は、本発明に係る研磨装置の第四の実施の形態における研磨部の支持部材とウェーハＷとを模式的に示す図であり、図７に対応している。以下、本発明の第四の実施の形態が前述の第三の実施の形態と異なる所について説明する。
【０１１３】
第四の実施の形態においては、図７に示す支持部材４０４に代えて、ウェーハＷの周囲へはみ出す研磨パッド２０１の部分を支持するために、図９の（ａ）及び（ｂ）に示すように、ウェーハＷの周囲を囲むように順次配置され且つ互いに１２０゜の間隔で分離された３つの独立した支持要素５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃで構成されたリング状の支持部材５０１を用いている。支持要素５０１ａは、図９の（ａ）に示すように、真空チャック４０１に保持されたウェーハＷの外周に内周面が適合する円弧状をなし断面長方形の単一の部材で構成されている。支持部材５０１ａの上面は、研磨パッド２０１がウェーハＷのエッジからはみ出した部分を支持する支持面の一部をなし、全体に渡って同一の高さを持つ平面、即ち、真空チャック４０１におけるウェーハ保持面と実質的に同じ平面をなす。他の支持要素５０１ｂ、５０１ｃも支持要素５０１ａと同様に構成される。
【０１１４】
支持部材５０１が上記のように構成されているため、それぞれの支持要素５０１ａ〜５０１ｃに対して、対応する支持要素の上面の高さを独立して調整して設定し得る、図６の高さ調整機構４０６に相当する高さ調整機構に加えて、移動機構（図示せず）が設けられる。各移動機構は、対応する支持要素を図９（ａ）に示す第一の位置と図９（ｂ）に示す第二の位置とに保持できるよう、ウェーハＷを中心にウェーハＷの研磨対象面に平行に且つ放射方向に支持要素を移動させるように構成されている。なお、この実施の形態における高さ調整機構及び移動機構は周知の位置決め機構により構成することができる。
【０１１５】
支持要素５０１ａに対して設けられた移動機構は、真空チャック４０１又は軸４０２に直接又は間接的に固定されたベース部と、支持要素５０１ａに対して設けられた高さ調節機構を固定する可動部とを備えている。また、支持要素５０１ａに対して設けられた高さ調節機構は、支持要素５０１ａに対して設けられた移動機構に直接又は間接的に固定されたベース部と、支持要素５０１ａを固定する可動部とを備えている。したがって、本実施の形態では、支持要素５０１ａ、移動機構及び高さ調整機構は、真空チャック４０１と一緒に回転する。支持要素５０１ｂ、５０１ｃに設けられた移動機構、高さ調節機構もそれぞれ個別に同様に構成される。それぞれの移動機構及び高さ調整機構の動作は制御部２０８によって制御される。
【０１１６】
本発明の第四の実施の形態においては、それぞれの支持要素５０１ａ〜５０１ｃが図９（ｂ）に示すように前記第二の位置に移動された状態で、図示しない搬送ロボットにより、ウェーハＷが真空チャック４０１にローディングされる。このため、支持要素５０１ａ〜５０１ｃがウェーハＷのローディングの邪魔にならない。真空チャック４０１にウェーハＷが保持された状態で、変位計１０３によりウェーハＷの研磨対象面のロールオフ量が計測される。制御部２０８は、ウェーハＷの研磨対象面のロールオフ量に基づく情報により支持要素５０１ａ〜５０１ｃに対応して設けられた高さ調整機構をそれぞれ作動させ、支持要素５０１ａ〜５０１ｃの上面の高さをそれぞれ調整して所望の高さに設定する。これらの高さの設定の仕方は、本発明の第三の実施の形態において支持部材４０４の高さの設定と同様である。その後、制御部２０８は各移動機構を制御し、支持要素５０１ａ〜５０１ｃを図９（ａ）に示す第一の位置に移動させる。その結果、支持要素５０１ａ〜５０１ｃの内周側とウェーハＷの外周との間には実質的に隙間がなくなる。この状態は研磨が終了するまで維持される。
【０１１７】
次いで、研磨による平坦化処理が行われる。研磨が終了したウェーハＷがアンロードされ、搬送ロボット（図示せず）により洗浄工程等を行う図示しない場所に搬送される。このウェーハＷのアンローディングは、各支持要素５０１ａ〜５０１ｃが図９（ｂ）に示すように前記の第二の位置に移動された状態で行われる。このため、各支持要素５０１ａ〜５０１ｃがウェーハＷのアンローディングの邪魔になるようなことがないので、ウェーハのアンローディングが容易となる。
【０１１８】
以上の説明から理解されるように、本発明の第四の実施の形態も前述の第三の実施の形態と同等の効果を奏する。更に、第四の実施の形態によれば、第三の実施の形態に比べて、ウェーハＷの外縁で生ずる研磨パッド２０１のリバウンドの影響を低減することができる。即ち、第三の実施の形態では、支持部材４０４とウェーハＷとの間に隙間Ｇ（図６参照）が生じているので、この隙間のために、少ないながらも、ウェーハＷの外縁で生ずる研磨パッド２０１のリバウンドの影響が生じる。これに対し、第四の実施の形態では、研磨は、図９の（ａ）に示すように、支持要素５０１ａ〜５０１ｃの内周とウェーハＷの外周との間に実質的に隙間がない状態で行われるので、ウェーハＷの外縁で生ずる研磨パッド２０１のリバウンドの影響を更に低減することができ、エッジ・イクスクルージョンを一層小さくすることができ、ウェーハ研磨後の平坦度を一層向上させることができる。また、第四の実施の形態によれば、ウェーハＷのローディング及びアンローディングは、図９（ｂ）に示すように、支持要素５０１ａ〜５０１ｃがウェーハＷの外周から離れた状態で行われるので、ウェーハＷのローディング及びアンローディングを容易に行うことができる。
【０１１９】
なお、支持要素５０１ａ〜５０１ｃの上面の高さを、ウェーハＷの図９（ｂ）に示した対応の領域Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃのロールオフ量に基づいた情報によりそれぞれ調整して所望の高さに設定することにより、ロールオフの周方向のばらつきの影響を軽減することが可能である。例えば、ウェーハＷの領域Ｗａの研磨対象面上の任意の位置におけるΔＲＯＱに対応する支持面の高さに、支持要素５０１ａの高さを設定する。同様に、ウェーハＷの領域Ｗｂの研磨対象面上の任意の位置におけるΔＲＯＱに対応する支持面の高さに支持要素５０１ｂの高さを設定し、ウェーハＷの領域Ｗｃの研磨対象面上の任意の位置におけるΔＲＯＱに対応する支持面の高さに支持要素５０１ｃの高さを設定する。ただし、支持面の高さをΔＲＯＱによって設定する代わりに、ロールオフ量に基づいた情報によって支持面の高さを制御してもよく、任意の方法を用いることができる。例えば、ウェーハＷの領域Ｗａの研磨対象面のロールオフ量から算出した複数のΔＲＯＱの平均値に対応する支持面の高さに設定しても、ウェーハＷの領域Ｗａの任意の位置でのＲＯＡに対応する支持面の高さに設定しても、また、ウェーハＷの領域Ｗａの複数のＲＯＡの平均値に対応する支持面の高さに設定してもよい。これらの点は、後述する各実施の形態についても同様である。
【０１２０】
更に、図１０に示すように、それぞれの支持要素５０１ａ〜５０１ｃを、独立して支持面の高さを制御可能な複数の支持片５０１ａ１〜５０１ａ４、５０１ｂ１〜５０１ｂ４、５０１ｃ１〜５０１ｃ４からなる部材として構成することも可能である。これにより、ロールオフの周方向のばらつきによる研磨量のばらつきを一層抑制することが可能となる。図１０に示す場合も、それぞれの支持要素５０１ａ〜５０１ｃを構成する支持片５０１ａ１〜５０１ａ４、５０１ｂ１〜５０１ｂ４、５０１ｃ１〜５０１ｃ４は、図９（ａ）に示す第一の位置と図９（ｂ）に示す第二の位置とに選択的に保持されるよう、ウェーハＷを中心にウェーハＷの研磨対象面に沿って放射方向に移動させるための移動機構を備えている。同様に、支持片５０１ａ１〜５０１ａ４、５０１ｂ１〜５０１ｂ４、５０１ｃ１〜５０１ｃ４のそれぞれは、その支持面の高さを独立して設定するための高さ調整機構を備えている。前記のとおり、こうした高さ調整機構及び移動機構は周知の位置決め機構により構成することができる。
【０１２１】
図１１は、本発明に係る研磨装置の第五の実施の形態における研磨部の断面とその制御系統とを模式的に示す図であり、図６に対応している。図１１において、図６に示す構成要素と同一又は対応する構成要素には同一符号を付すこととし、その重複する説明は省略する。図１１は研磨パッド２０１が最も右側へはみ出した時の状態を示している。
【０１２２】
以下、本発明の第五の実施の形態が図６により説明した第三の実施の形態と異なる点について説明する。図６の第三の実施の形態では、ウェーハＷの研磨対象面のロールオフ量に基づいた情報により、支持部材４０４の支持面の高さを所望の高さとして、ロールオフのばらつきによる研磨量のばらつきを低減している。これに対し、図１１の第五の実施の形態においては、ウェーハＷの研磨対象面のロールオフ量に基づいた情報を用いて支持部材４０４が研磨パッドに印加する支持圧力を圧力調整機構６０１により所望の圧力に設定することにより、ロールオフのばらつきによる研磨量のばらつきを低減する。
【０１２３】
圧力調整機構６０１の一例を図１２に示す。図１２においては、圧力調整機構６０１は、ベース部材４０７に固定された空気圧シリンダ６０２と、空気圧シリンダ６０２のロッド６０３から構成され、ロッド６０３の一端は支持部材４０４に連結されている。支持部材４０４の一方の側面は、支持部材４０４をロッド６０３の軸方向に案内するためのガイド部材６０４に結合されている。圧力調整機構６０１により、支持部材４０４を研磨パッド２０１に押付ける支持圧力を所望の値になるよう調節することができる。なお、圧力調整機構６０１の構成は図１２に示すものに限定されるものではなく、種々の機構を採用し得る。
【０１２４】
図１１に示す第五の実施の形態において支持部材４０４の支持圧力は、既述の第一の実施の形態におけると同様の方法で設定することができ、制御部２０８は、研磨パッド２０１がウェーハＷからはみ出した場合に支持部材４０４の支持圧力を所定の面圧に設定する。しかし、研磨パッド２０１がウェーハＷからはみ出していないときには支持圧力を加える必要が無く、圧力調整機構６０１により支持部材４０４の支持面の高さをウェーハＷとほぼ同一に保持しておけばよい。
【０１２５】
エッジ・イクスクルージョンの内側が平坦な領域となるようにΔＲＯＱと支持圧力との関係を予め求めるために、既に第一の実施の形態について説明したのと同じ方法を用いることができる。エッジ・イクスクルージョンの内側が平坦な領域となるように予め求めておいたΔＲＯＱと支持圧力との関係に関する情報は、第一の実施の形態と同様に、記憶媒体２０９に記憶されている。制御部２０８は、記憶媒体２０９に記憶されているエッジ・イクスクルージョンの内側が平坦な領域となるように予め求めておいた、ΔＲＯＱと支持圧力との関係に関する情報にアクセスすることにより、変位計１０３により取得したウェーハＷの研磨対象面のロールオフ量の測定結果に基づいて支持圧力を制御する。記憶媒体２０９に記憶される情報は第一の実施の形態について述べたとおりである。前記のとおり、記憶装置２０９は制御部２０８と物理的に独立して設置されても、制御部２０９の中に物理的に組み込まれて設置されてもよい。
【０１２６】
本発明の第五の実施の形態においても、第一の実施の形態と同様に、研磨ヘッド４０３の研磨パッド２０１のリバウンドによるウェーハＷへの影響の低減効果を、ウェーハＷのロールオフ量のばらつきに応じて最適化して得ることができる。
【０１２７】
ここで、図１３を用いて本発明に係る研磨装置の第六の実施の形態を説明する。この第六の実施の形態は、図９を用いて説明した第四の実施の形態による研磨装置において、各支持要素５０１ａ〜５０１ｃの支持面の高さを調整する高さ調整機構の代わりに圧力調整機構を設けるようにしたものである。第六の実施の形態が図９の第四の実施の形態と異なる点について以下説明する。第四の実施の形態では、ウェーハＷの研磨対象面のロールオフ量に基づいた情報により、各支持要素５０１ａ〜５０１ｃの支持面の高さを所望の高さに設定してロールオフのばらつきによる研磨量のばらつきを低減するようにしていた。これに対し、図１３に示す第六の実施の形態においては、ウェーハＷの研磨対象面のロールオフ量に基づく情報によって、各支持要素５０１ａ〜５０１ｃが研磨パッドに加える支持圧力をそれぞれの支持要素に対応して設けられた圧力調整機構によって所望の圧力に設定し、ロールオフのばらつきによる研磨量のばらつきを低減するようにしている。なお、ウェーハＷの研磨対象面のロールオフ量に基づく情報によって各支持要素５０１ａ〜５０１ｃの支持圧力を所望の圧力に設定する方法は、第一の実施の形態、第二の実施の形態及び第五の実施の形態について説明したのと同様である。
【０１２８】
図１３は、本発明に係る研磨装置の第六の実施の形態における移動機構及び圧力調整機構の構成の一例を示す図であり、支持要素５０１ａ〜５０１ｃのうちの支持要素５０１ａに対して移動機構７０１と圧力調整機構７０２とを設けた例を示している。他の支持要素５０１ｂ、５０１ｃに対しても同様の機構が設けられる。
【０１２９】
支持要素５０１ａに対して設けられた移動機構７０１は、エアシリンダ７０３と連結部材７０４とストッパ７０５とから構成されている。エアシリンダ７０３のシリンダ本体７０６は、ベース部材４０７によって案内されて図１３の左右方向即ちウェーハＷの径方向に移動できるように構成されている。連結部材７０４はエアシリンダ７０３のピストン・ロッド７０７の先端とベース部材４０７とを連結する。連結部材７０４はシリンダ本体７０６の図１３における右方向への移動を規制するストッパを兼ねている。シリンダ本体７０６が連結部材７０４によって規制される位置は図９の（ｂ）に示す第二の位置に相当する。ストッパ７０５はベース部材４０７に固定され、シリンダ本体７０６の図１３における左方向への移動を規制するよう動作する。シリンダ本体７０６がストッパ７０５で規制される位置は図９の（ａ）に示す第一の位置に相当する。
【０１３０】
シリンダ本体７０６内のピストン７０８によって画成される両側の気密室７０９、７１０には、それぞれ図示しない通気路が連通しており、これらの通気路を利用して、切替弁（図示せず）により、気密室７０９を真空に引くとともに気密室７１０を大気に解放して、支持要素５０１ａ〜５０１ｃのそれぞれを前記の第一の位置（シリンダ本体７０６がストッパ７０５に当接する位置）まで移動させた状態と、気密室７０９を大気に解放するとともに気密室７１０を真空に引いて支持要素５０１ａ〜５０１ｃを前記の第二の位置（シリンダ本体７０６が連結部材７０４に当接する位置）まで移動させた状態とを切り替えることができる。
【０１３１】
図１３に示す構成において、圧力調整機構７０２は、シリンダ本体７０６に固定された空気圧シリンダ７１１と、空気圧シリンダ７１１のロッド７１２と、支持要素５０１ａの上下方向の移動を案内するガイド７１３とを備えており、ロッド７１２の上端は支持要素５０１ａに固定される。このように圧力調整機構７０２を設けているので、支持要素５０１ａが研磨パッド２０１を押し上げる支持圧力を所望の値に調節して設定することができる。なお、圧力調整機構７０２の構成は図１３に示すものに限定されるものではなく、他の種々の機構を採用し得る。
【０１３２】
図１３に示す第六の実施の形態も図１１の第五の実施形態と同様の効果を奏する。更に、第六の実施の形態によれば、第五の実施形態に比べて、ウェーハＷの外縁で生ずる研磨パッドのリバウンドの影響を低減することができる。即ち、第五の実施の形態では、支持部材４０４とウェーハＷとの間に隙間Ｇが生じ、この隙間のために、少ないながらも、ウェーハＷの外縁で生ずる研磨パッドのリバウンドの影響が生じる。これに対し、第六の実施の形態では、第四の実施の形態と同様に、それぞれの支持要素５０１ａ〜５０１ｃの内周側とウェーハＷの外周との間には実質的に隙間がないので、ウェーハＷの外縁で生ずる研磨パッドのリバウンドの影響を更に低減することができ、エッジ・イクスクルージョンをより小さくすることができる。また、第六の実施の形態によれば、第四の実施形態と同様に、ウェーハＷのローディング及びアンローディングが容易である。それぞれの支持要素５０１ａ〜５０１ｃの支持圧力を、第四の実施の形態と同様に、ウェーハＷの図９（ｂ）に示す各領域Ｗａ〜Ｗｃにおけるロールオフ量に基づく情報によりそれぞれ調整して所望の圧力に設定することにより、ロールオフの周方向のばらつきによる影響も軽減される。
【０１３３】
加えて、第四の実施形態のように、各支持要素５０１ａ〜５０１ｃを、独立して支持圧力を制御することができる複数の支持要素から構成し、各支持要素に圧力調整機構を設けることにより、ロールオフ量の周方向のばらつきによる研磨量のばらつきを、より抑制することが可能となる。
【０１３４】
図１４は、本発明に係る研磨装置の第七の実施の形態における研磨部の断面とその制御系統とを模式的に示す図である。図２に示す第一の実施の形態と同様に、研磨部はトップリングと研磨テーブルとを備える。図１４は、トップリング５２及び研磨テーブル５４の一部の断面と制御系統の一例とを模式的に示している。図１４において、図２における構成要素と同一又は対応する構成要素には同一符号を付すこととし、それらについての重複する説明は省略する。そこで、以下では、本発明の第七の実施の形態が第一の実施の形態と異なる点を中心にして説明する。
【０１３５】
まず、第七の実施の形態では、トップリング５２が、図２における単一のエアバッグ２０２の代わりに、同心円状に複数の区画に分かれたエアバッグ８０２を有しており、プロファイル・コントロール型トップリングとなっている。トップリング５２は、中心の円盤状のエアバックＺ１、該エアバックＺ１を囲むドーナツ状のエアバックＺ２、該エアバックＺ２を囲むドーナツ状のエアバックＺ３、該エアバックＺ３を囲むドーナツ状のエアバックＺ４の４つエアバッグを有している。それぞれのエアバッグのエア圧力を調節することにより、それぞれが担当するウェーハＷのエリアに対する押付け圧力を独立して調節可能である。ウェーハＷのエッジ部分の研磨レートを下げたい場合には、圧力調整機構８０６によってエアバッグＺ４のエア圧力を下げ、エッジ部分を担当する押圧部分の押付け圧力を小さくすれば良い。なお、押付け圧力は、通常エア圧力とほぼ同じ圧力となる。
【０１３６】
このように、図１４に示すようなプロファイル・コントロール型トップリングを用いれば、それぞれのエアバッグのエア圧力を調節することにより、研磨レートの半径方向分布を制御することができる。したがって、ウェーハのエッジ部分を担当する押圧部分（エッジエリア）の押付け圧力をロールオフに応じて調節すれば、ロールオフのばらつきに対応することができる。
【０１３７】
ここで、エッジエリアの押付け圧力、すなわちエアバッグＺ４のエア圧力を設定する方法の一例を説明する。なお、説明の便宜上、エッジエリアを除く押圧部分の押付け圧力（すなわち、エアバッグＺ１、Ｚ２、Ｚ３の各エア圧力）とリテーナリングによる押圧面圧力は同一とし、エッジエリアの押付け圧力は、その圧力に対する相対値として表すこととする。ウェーハＷの研磨対象面のロールオフ量がウェーハ中心部ではＲＯＱ０、ウェーハ・エッジから１ｍｍの地点でＲＯＱ１であるとする。ＲＯＱ１として、ウェーハＷの周方向の各点を平均した値を用いても、１つの点のみの値を代表値として用いてもよい。
【０１３８】
まず、ウェーハ・エッジから1ｍｍの地点でのロールオフ量とウェーハ中心部でのロールオフ量との差ΔＲＯＱ＝ＲＯＱ１−ＲＯＱ０を算出する。次に、研磨後にエッジ・イクスクルージョンの内側が平坦な領域となるように、予め求めておいたΔＲＯＱとエッジエリア押付け圧力との関係に基づいて、算出したΔＲＯＱに対応する押付け圧力を求める。最後に、制御部２０８によって、エアバッグＺ４のエア圧力を上記により求めた圧力に設定する。
【０１３９】
ここで、エッジ・イクスクルージョンの内側が平坦な領域となるようにΔＲＯＱとエッジエリア押付け圧力との関係を予め求める方法の一例を説明する。図１５は、ΔＲＯＱ＝０．５μｍのウェーハにおいて、エッジ・イクスクルージョンを２ｍｍとしたときの最大研磨レート及び最小研磨レートの相対値とエッジエリアの押付け圧力との関係を示している。通常の研磨においては、幾何学的に完全に平坦な面は作成不可能であるが、例えばリソグラフィー・プロセスなどの半導体デバイス製造プロセスにおいては、実用上十分な平坦度まで研磨できれば十分である。そこで、以下の説明においては、このような実用上十分な平坦度に研磨された表面を「平坦な表面」であるとする。また、研磨レートのばらつきの許容値として適切な値を選ぶことにより、研磨後の研磨対象面を十分な平坦度とすることできるということが経験的に分かっている。したがって、最大研磨レート及び最小研磨レートが共に研磨レートのばらつきの許容値内に入っていれば、エッジ・イクスクルージョンの内側は研磨後には平坦な領域となると言える。したがって、図１５の場合、研磨レートのばらつきの許容値を研磨レートの相対値で例えば１．０±０．１とすると、エッジエリアの押付け圧力を研磨圧力に対しておよそ０．８０倍から０．９４倍の間に設定すれば、エッジ・イクスクルージョンの内側は平坦な領域となることが分かる。
【０１４０】
ΔＲＯＱが異なれば、最大研磨レート及び最小研磨レートの相対値とエッジエリア押付け圧力との関係も異なってくる。したがって、各ΔＲＯＱにおけるエッジエリアの押付け圧力を上記のようにして求めておけば、エッジ・イクスクルージョンの内側が平坦な領域となるようにΔＲＯＱとエッジエリア押付け圧力との関係を予め求めることができる。しかし、全てのΔＲＯＱに対してエッジエリア押付け圧力を求めることは困難なため、実際には、数点のΔＲＯＱに対してエッジエリア押付け圧力を求め、それらの点間を補間式を用いて補間することになる。
【０１４１】
上述のエッジエリア押付け圧力の設定例では、ウェーハ・エッジから１ｍｍの地点でのロールオフ量とウェーハ中心部でのロールオフ量との差ΔＲＯＱを用いている。しかし、エッジエリア押付け圧力の設定は前述のΔＲＯＱに限られるものではなく、ロールオフ量に基づいた情報であれば、非特許文献２に記載のＲＯＡであってもよいし、ロールオフ量を多項式等の近似式で近似したときの係数であってもよい。
【０１４２】
エッジ・イクスクルージョンの内側が平坦な領域となるように予め求めておいたΔＲＯＱとエッジエリア押付け圧力との関係に関する情報は、記憶媒体２０９に記憶される。そこで、制御部２０８は、記憶媒体２０９に記憶されている、エッジ・イクスクルージョンの内側が平坦な領域となるように予め求めたΔＲＯＱとエッジエリア押付け圧力との関係に関する情報と、それにアクセスするためのプログラムとにより、変位計１０３により取得されたウェーハＷの研磨対象面のロールオフ量の測定結果に基づいて、エッジエリア押付け圧力を制御する。記憶媒体２０９には、前述の情報やプログラムの他に、変位計１０３により取得されたウェーハＷの研磨対象面のロールオフ量の測定結果に基づいてエッジエリア押付け圧力を制御するためのプログラムを記憶させてもよい。また、記憶媒体２０９には、前述した各部のモータ、変位計１０３及び搬送ロボットを制御するためのプログラムを記憶させておくことができる。記憶媒体２０９は制御部２０８と物理的に独立していても、制御部２０８の中に物理的に組み込まれていてもよい。
【０１４３】
以上説明したところから理解されるように、本発明の第七の実施の形態においては、研磨パッド２０１のリバウンドによるウェーハＷへの影響を、ウェーハＷのロールオフ量のばらつきに応じて最適化することによって低減することができる。
【０１４４】
なお、上述の説明では、同心円状に区画された４つのエアバックを有するトップリングを用いて説明した。しかし、プロファイル・コントロール型トップリングは、複数の押圧部分を有するトップリングの総称である。即ち、複数のメンブレンで同心円状に区画されたエアバックやウォータバックによる複数の押圧部分を有するもの、区画された空気室に個別に加圧することによりウェーハ裏面を空気圧で直接押圧する部分を複数有するもの、圧力をばねによって発生させる部分を有するもの、１つ又は複数の圧電素子を配置して局所的な押圧部分を有するものや、これらを組み合わせたものがプロファイル・コントロール型トップリングとして使用される。
【０１４５】
ここで、エアバックとはウェーハを押し付ける空気による背圧を意味し、印加手段としてはエアバッグに限られない。同様に、ウォータバックとはウェーハを押し付ける液体（水）による背圧を意味し、印加手段としてはウォータバッグに限られない。
【０１４６】
図１６は、本発明に係る研磨装置の第八の実施の形態における研磨部の断面とその制御系統とを模式的に示す図である。本発明の第八の実施の形態は、第一の実施の形態と第七の実施の形態とを組み合わせた形態となっている。すなわち、本発明の第八の実施の形態は、ロールオフのばらつきによる研磨レートのばらつきを、リテーナリングの押圧面圧力とエッジエリアの押付け圧力の両方を調節して最適化することにより、低減することができる。
【０１４７】
ここで、リテーナリング２０３の押圧面圧力とエッジエリアの押付け圧力（すなわちエアバッグＺ４のエア圧力）を設定する方法の一例を説明する。ウェーハＷの研磨対象面のロールオフ量がウェーハ中心部ではＲＯＱ０、ウェーハ・エッジから１ｍｍの地点でＲＯＱ１であるとする。ＲＯＱ１として、ウェーハＷの周方向の各点を平均した値を用いても、１つの点のみの値を代表値として用いてもよい。
【０１４８】
まず、ウェーハ・エッジから１ｍｍの地点でのロールオフ量とウェーハ中心部でのロールオフ量との差ΔＲＯＱ＝ＲＯＱ１−ＲＯＱ０を算出する。次に、研磨後にエッジ・イクスクルージョンの内側が平坦な領域となるように、予め求めておいたΔＲＯＱとリテーナリングの押圧面圧力及びエッジエリア押付け圧力との関係に基づいて、算出したΔＲＯＱに対応するリテーナリング２０３の押圧面圧力とエッジエリアの押付け圧力を求める。最後に、制御部２０８によって、リテーナリング２０３の押圧面圧力とエアバッグＺ４のエア圧力を上記により求めた圧力に設定する。
【０１４９】
ここで、エッジ・イクスクルージョンの内側が平坦な領域となるようにΔＲＯＱとリテーナリングの押圧面圧力及びエッジエリアの押付け圧力との関係を予め求める方法の一例を説明する。図１７は、ΔＲＯＱ＝０．５μｍのウェーハにおいて、エッジ・イクスクルージョンを２ｍｍとしたときの最大研磨レート及び最小研磨レートの相対値が、研磨レートのばらつきの許容値１．０±０．１に入るリテーナリングの押圧面圧力とエッジエリア押付け圧力との関係を示している。図１７は、エッジエリアを除く押圧部分の押付け圧力（すなわち、エアバッグＺ１、Ｚ２、Ｚ３の各エア圧力）を同一とし、リテーナリングの押圧面圧力とエッジエリアの押付け圧力を変化させて関係を求めた図である。
【０１５０】
具体的には、まず、リテーナリングの押圧面圧力とエッジエリアの押付け圧力の組み合わせを実験計画法により計画する。次に、各組み合わせにおける面圧分布を、有限要素法を用いた数値解析により求め、エッジ・イクスクルージョンの内側の最小相対面圧と最大相対面圧を求める。ここで求めた最小相対面圧及び最大相対面圧が、それぞれ最小研磨レートの相対値及び最大研磨レートの相対値となる。次に、応答曲面法により最小研磨レーとの相対値及び最大研磨レートの相対値が共に１．０±０．１に入るリテーナリングの押圧面圧力とエッジエリアの押付け圧力を求める。以上の手順において、実験計画法及び応答曲面法には、実験計画法を実行可能な市販ソフト（例えば、Minitab Inc.社MINITAB等）を使用することができる。
【０１５１】
先に説明したように、最大研磨レート及び最小研磨レートが共に研磨レートのばらつきの許容値内に入っていれば、エッジ・イクスクルージョンの内側は研磨後には平坦な領域となる。したがって、図１７の場合、リテーナリングの押圧面圧力とエッジエリア押付け圧力が白抜きの範囲に入っていれば、エッジ・イクスクルージョンの内側は研磨後には平坦な領域となる。
【０１５２】
ΔＲＯＱが異なれば、最大研磨レート及び最小研磨レートの相対値が、研磨レートのばらつきの許容値に入るリテーナリングの押圧面圧力とエッジエリア押付け圧力との関係も異なってくる。したがって、各ΔＲＯＱにおけるリテーナリングの押圧面圧力とエッジエリア押付け圧力を上記のようにして求めておけば、エッジ・イクスクルージョンの内側が平坦な領域となるようにΔＲＯＱとリテーナリングの押圧面圧力およびエッジエリア押付け圧力との関係を予め求めることができる。しかし、全てのΔＲＯＱに対してリテーナリングの押圧面圧力およびエッジエリア押付け圧力を求めることは困難なため、実際には、数点のΔＲＯＱに対してリテーナリングの押圧面圧力およびエッジエリア押付け圧力を求め、それらの点間を補間式を用いて補間することになる。
【０１５３】
上述のリテーナリングの押圧面圧力およびエッジエリア押付け圧力の設定例では、ウェーハ・エッジから１ｍｍの地点でのロールオフ量とウェーハ中心部でのロールオフ量との差ΔＲＯＱを用いている。しかし、リテーナリングの押圧面圧力およびエッジエリア押付け圧力の設定は前述のΔＲＯＱに限られるものではなく、ロールオフ量に基づいた情報であれば、非特許文献２に記載のＲＯＡであってもよいし、ロールオフ量を多項式等の近似式で近似したときの係数であってもよい。
【０１５４】
エッジ・イクスクルージョンの内側が平坦な領域となるように予め求めておいたΔＲＯＱとリテーナリングの押圧面圧力およびエッジエリア押付け圧力との関係に関する情報は、記憶媒体２０９に記憶される。そこで、制御部２０８は、記憶媒体２０９に記憶されている、エッジ・イクスクルージョンの内側が平坦な領域となるように予め求めたΔＲＯＱとリテーナリングの押圧面圧力およびエッジエリア押付け圧力との関係に関する情報と、それにアクセスするためのプログラムとにより、変位計１０３により取得されたウェーハＷの研磨対象面のロールオフ量の測定結果に基づいて、リテーナリングの押圧面圧力およびエッジエリア押付け圧力を制御する。記憶媒体２０９には、前述の情報やプログラムの他に、変位計１０３により取得されたウェーハＷの研磨対象面のロールオフ量の測定結果に基づいてリテーナリングの押圧面圧力およびエッジエリア押付け圧力を制御するためのプログラムを記憶させてもよい。また、記憶媒体２０９には、前述した各部のモータ、変位計１０３及び搬送ロボットを制御するためのプログラムを記憶させておくことができる。記憶媒体２０９は制御部２０８と物理的に独立していても、制御部２０８の中に物理的に組み込まれていてもよい。
【０１５５】
以上説明したところから理解されるように、本発明の第八の実施の形態においては、研磨パッド２０１のリバウンドによるウェーハＷへの影響を、ウェーハＷのロールオフ量のばらつきに応じて最適化することによって低減することができる。
【０１５６】
これまで支持部材の支持面における支持圧力（リテーナリングの押圧面圧力）や支持面の高さ、プロファイル・コントロール型トップリングにおけるエッジエリアの押付け圧力などを最適化して、ロールオフのばらつきによる研磨レートのばらつきを低減する方法および装置について説明した。ここで、これまで研磨部材については言及してこなかったが、支持圧力などの変化に対する研磨レートの変化は、研磨部材の弾性率（圧縮弾性率、またはヤング率）と厚さに大きく影響することがわかった。したがって、鋭意研究した結果、これらの方法で実用上十分な平坦度で研磨するのに好適な研磨部材の弾性率や厚さの範囲があることを見出した。ここで、好適な研磨部材の弾性率や厚さを見出すために、実験計画法により計算条件を計画し、応答曲面法によりその結果を解析した。
【０１５７】
図１８は、単層パッドにおける好適な研磨部材の弾性率や厚さの範囲を示した図である。白抜きの範囲が、最大研磨レートの相対値≦１．１、且つ最小研磨レートの相対値≧０．９となる範囲であり、本発明の方法に好適な弾性率と厚さの範囲である。この範囲は、弾性率をＸ〔ＭＰａ〕、厚さをＹ〔ｍｍ〕とした場合、式１と式２によって表される。
【０１５８】
式１：０．９≦０．８８＋０．０３３６Ｙ＋０．０００２５９Ｘ−０．００６３Ｙ２
−０．００００２１Ｘ２＋０．０００４ＸＹ
式２：１．１≧１．１９−０．１５３Ｙ＋０．００２２Ｘ＋０．０２５Ｙ２
＋０．００００３２Ｘ２−０．０００４１ＸＹ
白抜きの範囲は、式１と式２を満たす弾性率と厚さの範囲である。
【０１５９】
図１９は、同じく単層パッドにおける好適な研磨部材の弾性率や厚さの範囲を示した図である。白抜きの範囲が、最大研磨レートの相対値≦１．０６、且つ最小研磨レートの相対値≧０．９４となる範囲であり、本発明の方法に更に好適な弾性率と厚さの範囲である。この範囲は、弾性率をＸ〔ＭＰａ〕、厚さをＹ〔ｍｍ〕とした場合、式３と式４によって表される。
【０１６０】
式３：０．９４≦０．８８＋０．０３３６Ｙ＋０．０００２５９Ｘ−０．００６３Ｙ２
−０．００００２１Ｘ２＋０．０００４ＸＹ
式４：１．０６≧１．１９−０．１５３Ｙ＋０．００２２Ｘ＋０．０２５Ｙ２
＋０．００００３２Ｘ２−０．０００４１ＸＹ
白抜きの範囲は、式３と式４を満たす弾性率と厚さの範囲である。
【０１６１】
図２０は、単層パッドの弾性率と厚さを図１８および図１９における白抜きの範囲から選び、数値解析したときの最大研磨レートの相対値と最小研磨レートの相対値を示す表である。図１８および図１９の白抜きの範囲から弾性率と厚さを選んだ場合、最大研磨レートと最小研磨レートが、所望の研磨レートの範囲に入ることが分かる。
【０１６２】
図２１〜図２４は、二層パッドにおける好適な研磨部材の弾性率や厚さの範囲を示した図の例である。ここで、研磨対象物に接する層を上層パッド、他方を下層パッドと呼ぶことにする。二層パッドの場合、下層パッドの厚さは、支持圧力などの変化に対する研磨レートの変化に、さほど影響がないことが分かった。したがって、本発明の方法に好適な二層パッドとして、上層パッドの弾性率Ｘｕ〔ＭＰａ〕、上層パッドの厚さＹｕ〔ｍｍ〕と、下層パッドの弾性率Ｘｄ〔ＭＰａ〕の範囲は、
式５：０．９≦０．７６３−０．００３１Ｘｕ＋０．０２８１Ｘｄ
＋０．０３２３Ｙｕ＋０．００００１８Ｘｕ２−０．０００８Ｘｄ２
−０．００１７Ｙｕ２＋０．０００１１ＸｕＸｄ
＋０．００００９７ＸｕＹｕ−０．００１７ＸｄＹｕ
および
式６：０．９≦０．８７７＋０．００２３Ｘｕ＋０．０５５Ｙｕ
＋０．０００００５５Ｘｕ２＋０．０００３２Ｘｄ２
−０．００５２Ｙｕ２−０．００００９９ＸｕＸｄ
＋０．０００７２ＸｕＹｕ−０．００１３７ＸｄＹｕ
≦１．１
を満たす範囲である。
【０１６３】
図２１は、式５および式６を満たす範囲の一例である。図２１の白抜き部分は、下層パッド弾性率を１２ＭＰａに固定した場合の、上層パッド弾性率と上層パッド厚さの好適な範囲を示している。また、図２２は、式５および式６を満たす範囲の他の一例である。図２２の白抜き部分は、上層パッド弾性率を１０ＭＰａに固定した場合の、下層パッド弾性率と上層パッド厚さの好適な範囲を示している。
【０１６４】
また、本発明の方法に更に好適な二層パッドとして、上層パッドの弾性率Ｘｕ〔ＭＰａ〕、上層パッドの厚さＹｕ〔ｍｍ〕と、下層パッドの弾性率Ｘｄ〔ＭＰａ〕の範囲は、
式７：０．９４≦０．７６３−０．００３１Ｘｕ＋０．０２８１Ｘｄ
＋０．０３２３Ｙｕ＋０．００００１８Ｘｕ２−０．０００８Ｘｄ２
−０．００１７Ｙｕ２＋０．０００１１ＸｕＸｄ
＋０．００００９７ＸｕＹｕ−０．００１７ＸｄＹｕ
および
式８：０．９４≦０．８７７＋０．００２３Ｘｕ＋０．０５５Ｙｕ
＋０．０００００５５Ｘｕ２＋０．０００３２Ｘｄ２
−０．００５２Ｙｕ２−０．００００９９ＸｕＸｄ
＋０．０００７２ＸｕＹｕ−０．００１３７ＸｄＹｕ
≦１．０６
を満たす範囲である。
【０１６５】
図２３は、式７および式８を満たす範囲の一例である。図２３の白抜き部分は、下層パッド弾性率を１２ＭＰａに固定した場合の、上層パッド弾性率と上層パッド厚さの好適な範囲を示している。また、図２４は、式７および式８を満たす範囲の他の一例である。図２４の白抜き部分は、上層パッド弾性率を１０ＭＰａに固定した場合の、下層パッド弾性率と上層パッド厚さの好適な範囲を示している。
【０１６６】
図２５は、二層パッドの上層パッド弾性率、下層パッド弾性率、および上層パッド厚さを図２１から図２４における白抜きの範囲から選び、数値解析したときの最大研磨レートの相対値と最小研磨レートの相対値を示す表である。図２１から図２４の白抜きの範囲から上層パッド弾性率、下層パッド弾性率、および上層パッド厚さを選んだ場合、最大研磨レートと最小研磨レートが、所望の研磨レートの範囲に入ることが分かる。これは、式５と式６を満たす範囲、または、式７と式８を満たす範囲から上層パッド弾性率、下層パッド弾性率、および上層パッド厚さを選んだ場合についても同様である。
【０１６７】
図２６は、二層パッドにおいてΔＲＯＱ＝０．５μｍのロールオフを持つ半径１５０ｍｍのウェーハを研磨する際の、本発明による最適化を行なった場合の研磨対象物表面の面圧分布と、最適化を行わなかった場合の面圧分布を数値解析により求めた図である。図２６において、実線は、上層パッド弾性率、下層パッド弾性率、および上層パッド厚さを式７と式８を満たす範囲から選択して、更にリテーナリング圧力およびエッジエリアの押付け圧力を最適化した場合の面圧分布である。また、破線は、研磨部材の弾性率および厚さが好適な範囲でなく、さらにリテーナリング圧力およびエッジエリアの押付け圧力を最適化せずにウェーハ中央の押付け圧力と同じ圧力とした場合の面圧分布である。
【０１６８】
エッジ・イクスクルージョンを２ｍｍとした場合、半径１４８ｍｍより内側の面圧分布のばらつきが許容値に入っていれば、先に説明したように研磨後に「平坦な表面」となる。また、半径１４８ｍｍより内側の面圧分布が平坦であればあるほど良い。ここで、面圧分布の許容値を相対値で１．０±０．１とする。最適化を行なわなかった場合は、半径１４８ｍｍより内側で相対面圧が１．１を超えているので、研磨後に「平坦な平面」とならない。一方、最適化を行った場合は、半径１４８ｍｍの内側で相対面圧が１．０±０．１に入っており、非常に平坦な面圧分布である。したがって、研磨後に「平坦な平面」となる。
【０１６９】
以上、本発明に係る研磨装置の第一〜第八の実施の形態を説明してきたが、こうした研磨装置を半導体デバイス製造方法に応用すると、ＣＭＰ工程でのチップ収率が向上し、従来の半導体デバイス製造方法に比べて低コストで半導体デバイスを製造することができるという効果がある。
【０１７０】
以上、本発明に係る研磨装置の実施の形態を説明してきたが、本発明はこうした実施の形態に限定されるものではない。例えば、本発明においては、複数の研磨部を設けることができる。これにより、所定時間内に多くのウェーハを処理することができるという利点がある。また、複数の研磨部を粗研磨と仕上げ研磨とに分けて使用すると、粗研磨と仕上げ研磨とにそれぞれ適応した研磨助剤、研磨パッド、真空チャック回転数、研磨ヘッド回転数、研磨ヘッド押付け圧力等の研磨条件を設定することができ、効率のよい平坦化研磨を行うことができる。
【０１７１】
複数の研磨部を有する研磨装置において粗研磨と仕上げ研磨をそれぞれ別個の研磨部で行う場合、仕上げ研磨は粗研磨の後に行われるので、仕上げ研磨のための研磨部における支持部材の高さもしくは支持圧力の設定は、粗研磨によるロールオフ量の変化を予め見込んで行うことが好ましい。即ち、変位計１０３により得られたウェーハＷの研磨対象面のロールオフ量から粗研磨による研磨量を差し引いたロールオフ量を基準として、仕上げ研磨のための研磨部での支持部材の高さもしくは支持圧力を設定することが好ましい。ただし、仕上げ研磨のための研磨部での支持部材の高さの設定に際しては、必ずしも粗研磨による研磨量を見込む必要はない。
【０１７２】
また、本発明においては、記憶装置２０９は、制御部２０８と物理的に独立していてもよいし、制御部２０８の中に物理的に組み込まれていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１７３】
本発明に係る研磨装置の第一〜第八の実施の形態についての上記説明から理解されるように、本発明は、ロールオフがあっても歩留まりよくウェーハを研磨することができる研磨装置及び研磨方法を提供することができるうえ、こうした研磨装置及び研磨方法を応用することによって低コストで半導体デバイスを製造することができる半導体デバイス製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１７４】
【図１】ウェーハを研磨するために化学機械研磨装置の各構成要素の配置を示す平面図である。
【図２】本発明に係る研磨装置の第一の実施の形態における研磨部の断面及びその制御系統を概略的に示す図である。
【図３】図２の研磨装置における最大研磨レート及び最小研磨レートと支持圧力との関係を示すグラフである。
【図４】本発明に係る研磨装置の第二の実施の形態における研磨部の断面及びその制御系統を概略的に示す図である。
【図５】図４におけるリテーナリングの一例を示す平面図である。
【図６】本発明に係る研磨装置の第三の実施の形態における研磨部の断面及びその制御系統を概略的に示す図である。
【図７】図６の線ＪＫに沿って矢の方向に観たときの断面図である。
【図８】図６の研磨装置における最大研磨レート及び最小研磨レートと支持面の高さとの関係を示すグラフである。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は、本発明に係る研磨装置の第四の実施の形態における研磨部の支持部材を概略的に示す平面図である。
【図１０】図９に示す各支持部材を複数の支持要素で構成した例を示す平面図である。
【図１１】本発明に係る研磨装置の第五の実施の形態における研磨部の断面及びその制御系統を概略的に示す図である。
【図１２】図１１の圧力調整機構の構成の一例を概略的に示す図である。
【図１３】本発明に係る研磨装置の第六の実施の形態における移動機構及び圧力調整機構の構成の一例を概略的に示す図である。
【図１４】本発明に係る研磨装置の第七の実施の形態における研磨部の断面及びその制御系統を概略的に示す図である。
【図１５】最大研磨レート及び最小研磨レートの相対値とエッジエリア押付け圧力の相対値との関係を示す図である。
【図１６】本発明に係る研磨装置の第八の実施の形態における研磨部の断面及びその制御系統を概略的に示す図である。
【図１７】リテーナリングの支持圧力とエッジエリア押付け圧力との関係を示す図である。
【図１８】単層パッドにおける好適な研磨部材の弾性率や厚さの範囲を示す図である。
【図１９】単層パッドにおける更に好適な研磨部材の弾性率や厚さの範囲を示す図である。
【図２０】図１８及び図１９に基づいて求めた、最大研磨レートと最小研磨レートとの相対値を示す表である。
【図２１】二層パッドにおける好適な研磨部材の弾性率や厚さの範囲を示す図である。
【図２２】二層パッドにおける好適な研磨部材の弾性率や厚さの範囲を示す図である。
【図２３】二層パッドにおける更に好適な研磨部材の弾性率や厚さの範囲を示す図である。
【図２４】二層パッドにおける更に好適な研磨部材の弾性率や厚さの範囲を示す図である。
【図２５】図２１〜図２４に基づいて求めた、最大研磨レートと最小研磨レートとの相対値を示す表である。
【図２６】本発明による最適化を行った場合と行わなかった場合との面圧分布を示す図である。
【図２７】ロールオフ量を説明するための、ウェーハのエッジ近傍における研磨対象面を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１７５】
２１：ウェーハ・カセット、  ２２：ロード・アンロード・ステージ、  ２３：走行機構、  ２４：搬送ロボット、  ２５、２６：洗浄機、  ２７〜３０：載置台、  ５２、５２´、５３：トップリング、  ５４〜５７：研磨テーブル、  ９１〜９４：センサ、  １０３：変位計、
２０１：研磨パッド、  ２０２、２０４：エアバッグ、  ２０３：リテーナリング、  ２０７：研磨定盤、  ２０８：制御部、  ２０９：記憶媒体、
３０１：リテーナリング、  ３０１ａ〜３０１ｌ：押圧部材、  ３０３：エアバッグ、
４０１：真空チャック、  ４０３：研磨ヘッド、  ４０４：支持部材、４０６：高さ調整機構、  ４０７：ベース部材、
５０１：支持要素、  ５０１ａ〜５０１ｃ：支持要素、  ５０１ａ１〜５０１ｃ４：支持片、
６０１：圧力調整機構、  ６０２：空気圧シリンダ、  ６０３：ロッド、  ６０４：ガイド部材、
７０１：移動機構、  ７０２：圧力調整機構、  ７０３：エアシリンダ、  ７０４：連結部材、  ７０５：ストッパ、  ７０６：シリンダ本体、  ７０７：ピストン・ロッド、  ７０８：ピストン、  ７０９．７１０：室、  ７１１：空気圧シリンダ、  ７１２：ロッド、  ７１３：ガイド部材、
８０２：エアバッグ、  ８０６：圧力調整機構、
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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