(57)【要約】【課題】半導体ウェハを研磨する研磨装置および研磨パッドのドレッシング方法において、研磨性能を安定に維持し、研磨パッド２の寿命を長くする。【解決手段】研磨パッド２に複数の同心円状の溝８を形成する溝形成機構３と、溝形成機構３の刃先１４によって削られて発生する屑を高圧の純水を噴射し除去する研磨パッド洗浄用クリ−ナ６とを設け、高さセンサ９で溝８の深さを監視しながらウェハ３１を研磨し、溝８の深さを一定に保つ。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に回転する定盤と、この定盤に貼り付けられる研磨パッドと、前記研磨パッドに研磨剤を供給する研磨剤供給ノズルと、半導体ウェハを保持し前記研磨パッド面に該半導体ウェハを押し付け回転するヘッドと、前記半導体ウェハが研磨された後に前記研磨パッドに同心円状の複数の溝を形成する複数の刃先をもつ溝形成機構と、前記溝形成機構により発生する屑を高圧純水で除去する研磨パッド洗浄用クリ−ナとを備えることを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記研磨パッドの表面から前記溝の底までの深さを検知する高さセンサを備えることを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項３】
前記高さセンサが得られる前記溝の深さに応じて前記溝形成機構の刃先の切込み量を制御する送り機構を備えることを特徴とする請求項２記載の研磨装置。
【請求項４】
前記送り機構は、前記溝形成機構体に内蔵するナットに噛合う送りねじと、送りねじを回転するパルスモ−タとを備えることを特徴とする請求項３記載の研磨装置。
【請求項５】
前記複数の刃先は、一体化されていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３または請求項４記載の研磨装置。
【請求項６】
前記複数の刃先は、単一の刃先の複数枚とスペ−サの複数枚とを交互に積み重ねて組立てられることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項または請求項４記載の研磨装置。
【請求項７】
前記半導体ウェハの研磨前または研磨後に前記研磨パッドの面を目立たせるコンディショナ−を備えることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５または請求項６記載の研磨装置。
【請求項８】
一方向に回転する定盤と、この定盤に貼り付けられる研磨パッドと、前記研磨パッドに研磨剤を供給する研磨剤供給ノズルと、半導体ウェハを保持し前記研磨パッドに前記半導体ウェハを押し付け回転するヘッドと、前記半導体ウェハが研磨された後に前記研磨パッドに同心円状の複数の溝を形成する複数の刃先をもつ溝形成機構と、前記溝形成機構により発生する屑を高圧純水で除去する研磨パッド洗浄用クリ−ナとを備える研磨装置において、前記半導体ウェハを研磨しながら前記溝形成機構により前記研磨パッドに該溝を形成し、前記研磨パッド洗浄用クリ−ナにより高圧純水を噴射し発生する屑を除去することを特徴とする研磨パッドのドレッシング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハである基板の表面を平坦に研磨する研磨装置に関し、特に、研磨パッドの研磨面にある同心円状の複数の溝を成形する溝形成機構を備える研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、化学機械平坦化法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｌ−ａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ法）は、半導体ウェハ（以下ウェハと記す）に形成された絶縁膜の表面を研磨する工程に用いられている。このＣＭＰ法による研磨方法は、絶縁膜表面上にある微小な凸部を、該凸部より低い位置にある絶縁膜をあまり薄くすることなく除去することができる。
【０００３】
ウェハ表面を研磨する研磨パッドは、研磨する毎に減耗し研磨性能が低下する。このため、適時、研磨パッド表面をこすり落し、毛ば立てるといった所謂ドレッシング処理して研磨パッドの表面を修復する必要がある。しかしながら、このドレッシング作業は、研磨作業の前後に行なわなければならず。研磨工程の稼働率を低下させるという問題がある。
【０００４】
かかる問題を解消する研磨パッドをドレッシングする方法が提案されている。図４はオンラインでドレッシングできる従来の研磨装置の一例を説明するための図である。この研磨装置は、図４に示すように、ウェハ表面２０６Ｓを研磨しながら、キャリア２０２に格納されているドレッシング機構を下降させて、該ドレッシング機構の底部の外周部に設けられたドレッシング手段２０８Ａを研磨パッド２１０Ｓに接触させ、キャリア２０２の回転運動と並進運動により、研磨パッド表面２１０Ｓを均一にドレッシング処理していることを特徴としている（特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−５２２３１号公報（第８−９頁、図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、この種の研磨装置においては、定常的に供給されるスラリ−（研磨剤）がウェハの上面に均一に供給され、かつスラリ−が停留しないように、スラリ−の流動性を考慮して研磨パッドに穴や溝が形成されている。このような研磨パッドの場合、ドレッシングする毎に、穴や溝の深さが浅くなり、スラリ−の運搬性能が劣化し、研磨が安定して行えない。さらに、研磨パッドの寿命が短くなるという問題がある。
【０００７】
従って、本発明の目的は、研磨パッドへのスラリ−の流動性および研磨パッドの研磨性能を維持し、かつ研磨パッドの寿命を長くする研磨装置および研磨パッドのドレッシング方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、一方向に回転する定盤と、この定盤に貼り付けられる研磨パッドと、前記研磨パッドに研磨剤を供給する研磨剤供給ノズルと、半導体ウェハを保持し前記研磨パッド面に該半導体ウェハを押し付け回転するヘッドと、前記半導体ウェハが研磨された後に前記研磨パッドに同心円状の複数の溝を形成する複数の刃先をもつ溝形構と、前記溝形成機構により発生する屑を高圧純水で除去する前記研磨パッド洗浄用クリ−ナとを備えることを特徴とする研磨装置成機とを備える研磨装置である。
【０００９】
また、前記研磨パッドの表面から前記溝の底までの深さを検知する高さセンサを備えることが望ましい。さらに、前記高さセンサが得られる前記溝の深さに応じて前記溝形成機構の刃先の切込み量を制御する送り機構を備えることが望ましい。そして、好ましくは、前記送り機構は、前記溝形成機構体に内蔵するナットに噛合う送りねじと、送りねじを回転するパルスモ−タとを備えることである。
【００１０】
一方、前記複数の刃先は、一体化されているか、または、単一の刃先の複数枚を交互に積み重ねて組立てられることが望ましい。また、必要に応じて、前記半導体ウェハの研磨前または研磨後に前記研磨パッドの面を目立たせるコンディショナ−を備えることである。
【００１１】
本発明の他の特徴は、一方向に回転する定盤と、この定盤に貼り付けられる研磨パッドと、前記研磨パッドに研磨剤を供給する研磨剤供給ノズルと、半導体ウェハを保持し前記研磨パッド面に該半導体ウェハを押し付け回転するヘッドと、前記半導体ウェハが研磨された後に前記研磨パッドに同心円状の複数の溝を形成する複数の刃先をもつ溝形成機構と、前記溝形成機構により発生する屑を高圧純水で除去する研磨パッド洗浄用クリ−ナとを備える研磨装置成機において、前記半導体ウェハを研磨しながら前記溝形成機構により前記研磨パッドに該溝を形成し、前記研磨パッド洗浄用クリ−ナにより高圧純水を噴射し発生する屑を除去する研磨パッドのドレッシング方法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明について図面を参照して説明する。
【００１３】
図１（ａ）および（ｂ）は本発明の一実施の形態における研磨装置を示す上面図および側面図である。この研磨装置は、図１に示すように、矢印で示す方向に回転する定盤１と、この定盤１に貼り付けられる研磨パッド２と、研磨パッド２に研磨剤を供給する研磨剤供給ノズル７と、ウェハ３１を保持し研磨パッド２の表面にウェハ３１を押し付け回転するヘッド４と、ウェハ３１が研磨された後に研磨パッド２に同心円状の複数の溝８を形成する複数の刃先１４をもつ溝形成機構３と、溝形成機構３により発生する屑を高圧で噴射される純水１５で除去する研磨パッド洗浄用クリ−ナ６を備えている。
【００１４】
また、溝形成機構３は、刃先１４を保持する溝形成機構体１１と、刃先１４に切り込み与える送り機構１０とで構成され、送り機構１１は、上下案内用のガイドと、パルスモ−タ１６により回転する送りねじ１３とを備えている。この送りねじ１３は溝形成機構体１１のナット１２と噛合い、パルスモ−タ１６の回転により刃先１４に切り込み量を与えることになる。
【００１５】
さらに、高さセンサ９は、一対の距離センサ、例えば、マイケルソン式光干渉計である距離センサで構成されている。一つ距離センサは研磨パッド２の表面の高さを測定し、他の距離センサは溝８の底部の高さを測定している。結局、この二つの距離センサの測定値の差で溝８の深さを求めている。
【００１６】
そして、初期の溝８の深さ、例えば、０．５ｍｍとすると、刃先１４を研磨パッド２に切り込ませ、深さ０．５ｍｍになるまで、定盤１の回転にさせ加工する。それ以降の研磨中は、高さセンサ９は常時溝８の深さを監視し、深さの変化に応じてパルスモ−タ１６に送るパルス列を制御し、刃先１４の切り込み量を決定し、溝８の深さが初期値を維持するように加工修正する。
【００１７】
図２（ａ）および（ｂ）は図１の溝形成機構の刃先取り付け構造を説明するための図である。この溝形成機構の刃先取り付け構造は、図２（ａ）に示すように、複数の刃先１４を一体化して製作された刃体部１７を溝形成機構体１１の溝にはめ込み、位置決めピン１８により刃先１４の突出量を設定し、締付けボルト１９により刃体部１７を固定保持している。
【００１８】
また、刃体部１７は、脆い超硬質金属でなく靭性の高い工具鋼から本体を切り出し、しかる後焼入れしてから、微細な刃先を研削で突出させることが望ましい。特に、ポリウレタン樹脂のような柔らかい被切削物に対しては、刃先１４のすくい角および逃げ角を通常の切削バイトより大きくする必要がある。そして、刃先１４の幅を、例えば、０．３ｍｍ程度とし、刃先１４のピッチを、２ｍｍ程度が望ましい。
【００１９】
他の溝形成機構の刃先取り付け構造は、図２（ｂ）に示すように、刃先をもつ複数の刃先部材１４ａと複数のスペ−サとを交互に積み重ね刃体部を組み立てている。それ以外は前述溝形成機構の刃先取付け構造と同じである。この短冊状の刃先部材１４ａは、板状の鋼材を切り出し焼入れ研磨することで簡単に製作されるという利点がある上に、スペ−サ２０の厚みを任意に変えることで刃先のピッチを自由に設定できるという効果がある。
【００２０】
図３は本発明の一実施の形態における研磨パッドのドレッシング方法を説明するためのフロ−チャ−トである。次に、図１および図３を参照して、研磨装置の動作を説明する。
【００２１】
まず、図３のステップＡで、図１のヘッド４およびコンディショナ−５を上昇させた状態で、定盤１を回転させ、溝形成機構３の刃先１４を研磨パッド２面に切り込ませ溝８を形成する。溝８が形成された研磨パッド２は、定盤１の回転に伴って移動し、研磨パッド洗浄用クリ−ナ６から噴射される高圧の純水により削り取られた研磨パッド２の切り屑は研磨パッド２の表面から外側へ押し流される。このとき、刃先１４の切り込み量は、定盤１の一回転当たり、例えば、０．１ｍｍ程度とする。
【００２２】
次に、図３のステップＢで、図１の高さセンサ９の深さの読み取り値が規定値（例えば、０．５ｍｍ）に達しかを判定する。もし、達していなかったら、そのまま溝加工を進める。もし、溝の深さが規定値に達したら、図３のステップＣに進み、図１のヘッド４を下降させウェハ３１を研磨パッド２に押し付け、研磨剤供給ノズル７からスラリ−を供給しウェハ３１を研磨すると同時に高さセンサ９による溝８の深さの変化を監視する。
【００２３】
次に、図３のステップＤで、一定経過時間毎に、高さセンサ９により溝８の変化を監視しているうちに、溝８の深さが浅くなったら、ステップＥに進み、浅くなった数値だけ刃先１４の送り量を増加させ、溝８を加工しながらウェハ３１を研磨する。そして、ステップＣに戻り、ウェハを研磨しながら溝８の深さの監視を続ける。
【００２４】
所定研磨時間が経過すると、ステップＦでウェハ３１の研磨が終了する。この研磨終了後、研磨パッド２の表面を観察し、必要に応じて、研磨パッド２の表面をドレッシングする。これには、図１のコンディショナ−５を下降させ、定盤１を回転させながら、コンディショナ−５を支軸を中心にして旋回させ、研磨パッド２の表面の目立てを行う。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、研磨剤の流れを円滑にする溝を形成し、常に形成された溝の深さを監視しかつ溝の深さを一定に維持することにより、研磨剤の運搬効率を維持し、研磨性能を安定して維持し、品質の高いウェハの研磨ができるという効果がある。
【００２６】
また、溝の深さが一定に維持することから、研磨パッドの寿命が長くなり、研磨パッドの交換頻度の減少および交換のための費用の低減ならびに稼動率の向上が図れるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における研磨装置を示す上面図および側面図である。
【図２】図１の溝形成機構の刃先取り付け構造を説明するための図である。
【図３】本発明の一実施の形態における研磨パッドのドレッシング方法を説明するためのフロ−チャ−トである。
【図４】オンラインでドレッシングできる従来の研磨装置の一例を説明するための図である。
【符号の説明】
１    定盤
２    研磨パッド
３    溝形成機構
４    ヘッド
５    コンディショナ−
６    研磨パッド洗浄用クリ−ナ
７    研磨剤供給ノズル
８    溝
９    高さセンサ
１０    送り機構
１１    溝形成機構体
１２    ナット
１３    送りねじ
１４    刃先
１６    パルスモ−タ
１８    位置決めピン
１９    締付けボルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004342985.tif 000006