(57)【要約】【課題】この発明は、研磨布に目詰まりが生じていない新しい研磨布でも、或いはこの研磨布を何回か使用してある程度の目詰まりが生じている研磨布でも、それらに影響されることなく、研磨量の誤差やばらつきを低減することができる半導体ウェーハの研磨方法を得ようとしたものである。【解決手段】研磨布を上面に貼設した回転可能な定盤と、前記定盤に対向して配置されかつ下面に半導体ウェーハが保持された回転可能な研磨ヘッドからなる研磨装置を用いて、ベアウェーハの表面を研磨するに当たり、前記研磨布上の研磨中の温度変化を検出し、前記温度変化の積分値により研磨時間を制御することを特徴とする半導体ウェーハの研磨方法である。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨布を上面に貼設した回転可能な定盤と、前記定盤に対向して配置されかつ下面に半導体ウェーハが保持された回転可能な研磨ヘッドからなる研磨装置を用いて、ベアウェーハの表面を研磨するに当たり、前記研磨布上の研磨中の温度変化を検出し、前記温度変化の積分値により研磨時間を制御することを特徴とする半導体ウェーハの研磨方法。
【請求項２】
前記温度変化を検出する個所は、ベアウェーハ研磨面の反対面であることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハの研磨方法。
【請求項３】
前記研磨ヘッドは、内側に形成された空洞と、半導体ウェーハを保持するために下部に張設された弾性シートと、前記空洞部にエアーを供給するためのエアー供給孔を有し、前記弾性シートには、前記半導体ウェーハの研磨中の温度を測定するためのセンサーが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体ウェーハの研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体ウェーハの研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハの表面を鏡面に仕上げる場合には、一般的にＣＭＰ（化学的機械的研磨）が用いられている。これは、回転可能な定盤の上面に研磨布を貼設し、これに対向して配置された回転可能な研磨ヘッドに保持した半導体ウェーハを研磨布に押圧し、研磨剤を供給しながら定盤と研磨ヘッドを同方向に回転させて、半導体ウェーハの一方の面を研磨する方法である。
【０００３】
なお、このような半導体ウェーハの研磨、特に表面にデバイス形成のためのパターンニング、凹凸等が形成されていないベアウェーハの研磨においては、その研磨量の管理は特に重要視されていない。そのため、ベアウェーハの研磨においては、研磨時間を一定として研磨布の使用回数で管理するという方法で行われている。
【０００４】
しかしながら、こうした研磨においては、研磨布の目詰まりによる研磨温度の低下により研磨速度が低下してしまうため、研磨量の誤差が大きくなり、その結果として、仕上がりにバラツキが生じてしまい製品歩留まりに大きな影響を与えていた。
【０００５】
上記のような問題点を解決するための先行技術としては、上定盤をフィードバック制御する上定盤モータドライバが発生する電流の積分値を計測し、この積分値を予め測定済みの研磨加工終点における積分値と比較することで終点を検出する方法がある（特許文献１）。また、研磨中の上定盤駆動モータ及び下定盤駆動モータの少なくとも一方の駆動電流と、研磨をしていない空転時の駆動電流とを検出し、研磨中の駆動電流から空転時の駆動電流を減じ終点反転電流を得た後に、これを積分して得られた積分電流値と予め設定された加工終点閾値と比較した結果により研磨終点を検出する方法（特許文献２）、複数の異種素材が切り込み方向に層状に積層されてなる被加工物を研磨に伴って生ずる研磨部の温度変化に基いて研磨加工の終点を検出する方法（特許文献３）がある。
【特許文献１】特開平１０−１８０６２５号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】特開平９−７０７５３号公報（特許請求の範囲）
【特許文献３】特開平７−９４４５２号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述した特許文献１、特許文献２、特許文献３の発明は、いずれも段差ないし複数の異種素材が積層されている被加工物の研磨終点検出方法であり、研磨中に異種の物質層に達した時点で、駆動電流、温度変化等を用いてその変化を検出するというもので、本願発明の目的とする研磨使用サイクル間の研磨速度の低下に対応する研磨方法は記載されておらず示唆もされていない。
【０００７】
この発明は、研磨布に目詰まりが生じていない新しい研磨布でも、或いはこの研磨布を何回か使用してある程度の目詰まりが生じている研磨布でも、それらの事情に関係なく研磨量の誤差が生じない半導体ウェーハの研磨方法を得ようとしたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、研磨布を上面に貼設した回転可能な定盤と、前記定盤に対向して配置されかつ下面に半導体ウェーハが保持された回転可能な研磨ヘッドからなる研磨装置を用いて、ベアウェーハの表面を研磨するに当たり、前記研磨布上の研磨中の温度変化を検出し、前記温度変化の積分値により研磨時間を制御することを特徴とする半導体ウェーハの研磨方法（請求項１）、前記温度変化を検出する個所は、ベアウェーハ研磨面の反対面であることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハの研磨方法（請求項２）および前記研磨ヘッドは、内側に形成された空洞と、半導体ウェーハを保持するために下部に張設された弾性シートと、前記空洞部にエアーを供給するためのエアー供給孔を有し、前記弾性シートには、前記半導体ウェーハの研磨中の温度を測定するためのセンサーが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体ウェーハの研磨方法（請求項３）である。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によると、ベアウェーハの研磨において、研磨布の目詰まりによる研磨速度の変化に影響されることがなく、研磨量の誤差やばらつきを低減することができる。また、本発明による半導体ウェーハの研磨方法は、枚葉式の片面研磨のほかにバッチ式研磨にも適用できるとともに、温度センサーの設置場所によっては両面研磨にも適用することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、この発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は、この発明の半導体ウェーハの研磨方法を実施するための装置の側面を示す説明図である。図１で１は下側に配置される定盤で、その上面に研磨布２が保持されている。３は定盤１に対向して上側に配置される研磨ヘッドである。
【００１２】
この研磨ヘッド３に半導体ウェーハＷを保持し、研磨布２に押圧しながら定盤１と研磨ヘッド３を同方向に回転させて研磨剤供給ノズル４より研磨剤を供給することで、半導体ウェーハＷの研磨加工が開始される。半導体ウェーハの研磨が開始されると、研磨布と半導体ウェーハとの摩擦熱、又は研磨剤との反応熱により研磨布上の温度は上昇していく。５は、この研磨布上の温度変化を検出するための温度検出手段である。
【００１３】
次に、研磨終了判定手段６に関して説明する。前記温度検出手段５で検出された研磨布上の温度変化を、研磨時間に対する温度変化としてとらえ、温度変化の積分値Ｓ１を算出する。なお、同手段により、研磨において除去する目的研磨量を予め把握した状態での研磨時間に関する温度変化、又は同研磨布使用回数内での研磨時間に対する温度変化の積分値Ｓ０を算出、記録しておき、前記積分値Ｓ１とＳ０を比較する。Ｓ０＞Ｓ１の場合は加工を継続、Ｓ０≦Ｓ１の場合は加工を終了し、それぞれの信号を研磨装置制御手段７に伝達して加工継続有無を判断する。
【００１４】
なお、研磨条件（研磨ヘッド押圧荷重、研磨ヘッド、定盤回転数等）によって多少値がずれる場合、研磨布毎に品質が異なる場合は、どちらかの積分値に補正値（α）をかけてもよい。このように研磨中の温度を、研磨布上の表面温度で検出し、この温度変化を研磨時間に対する温度変化としてとらえて、その積分値により研磨時間を制御することで、研磨布の目詰まりによる研磨速度の低下に影響されることなく、研磨量の誤差やばらつきを低減することが可能となる。
【００１５】
また、本発明における第２の実施形態を図２に示す。この研磨ヘッド３には、内部に空洞部８、上部にはこの空洞部８と連通するエアー供給孔９が設けられており、このエアー供給孔９には図示しない空気供給源とエアー供給管で連結されている。
【００１６】
さらに、研磨ヘッド３の空洞部８の下側は開口されていて、ここには例えばシリコンゴムなどの弾性体シート１０が、環状シール１１を用いて気密に張設されている。これによって、研磨ヘッド３の空洞部８は密閉型のエアー室１２とすることができる。
【００１７】
さらに、弾性シート１０の空洞部８側には温度センサー１３が取り付けられており、研磨中のこの部分の温度変化をリアルタイムで測定できるようになっている。弾性体シート１０の下面には研磨するウェーハＷが保持されている。このウェーハＷの保持は、例えば研磨ヘッド３の下側開口部に係合するようにして行う。このウェーハＷは、研磨ヘッド３の上部に設けたエアー供給孔９からエアーを供給することによって、定盤１上の研磨布２に押圧されるようになる。定盤１と研磨ヘッド３は図示しない駆動源によってそれぞれ矢印の方向に回転される。
【００１８】
上記の装置を用いてウェーハを研磨するには、図２に示すように研磨ヘッド３の下部の弾性シート１０の下面にウェーハＷを保持する。次に、図示しないエアー供給原からエアーを供給孔９からエアー室１２に供給する。これによって、研磨ヘッド３下部のウェーハＷは、弾性シート１０を介して研磨布２の上に常に押圧されるようになる。この状態で定盤１と研磨ヘッド３をそれぞれ矢印の方向に回転すると、ウェーハＷの表面が研磨される。ウェーハＷの研磨によってウェーハＷは摩擦熱を生じ、その熱はこれに接している弾性シート１０に伝わって弾性シート１０の温度を上昇させる。この温度が上昇すると、その状態は弾性体シート１０の裏面に取り付けられている温度センサー１３によって検出され、図１に示すものと同様な研磨終了判定手段によって加工継続有無を判断する。この温度検出手段以降の説明は前述した通りである。
【００１９】
即ち、研磨温度中の温度変化を、前記弾性シートの温度変化、すなわち、弾性シートを介したウェーハＷの研磨面の反対面の温度変化として検出し、この温度変化を研磨時間に対する温度変化としてとらえて、その積分値により研磨時間を制御することで、研磨布目詰まりによる研磨速度の低下に影響されることなく、研磨量の誤差やばらつきを低減することが可能となる。
【００２０】
このようなウェーハの研磨量と研磨温度との間には一定の関係を有する。しかしながら、この関係はウェーハを研磨する研磨布の目詰まりによって変化するものである。即ち、ウェーハの研磨では、通常、一枚の研磨布で多数枚のウェーハを研磨して、研磨布が所定の目詰まりを生じたり或いは磨耗した場合には研磨布を新しいものに交換して再びウェーハの研磨を開始する。交換したばかりの新しい研磨布で研磨すると当然に研磨性能は良好で、研磨は比較的短時間で終了する。この場合は、研磨中の研磨温度の上昇は著しい。しかしながら、同じ研磨布で繰り返しウェーハを研磨していくと、当然に研磨布は目詰まりを生じ、ウェーハの研磨効率も低下してくる。
【００２１】
この状態となると、研磨に伴う温度上昇も新しい研磨布を用いた場合よりも低くなり、研磨時間を長くしないと研磨量が低下する。すなわち、この状態は、研磨時間と研磨温度との関係で、図３に示すように、研磨布に目詰まりのない場合１４は温度上昇が著しく、一方、研磨布に目詰まりの有る場合１５は温度上昇は低い。この場合は研磨効率は悪いため、研磨時間を長くすることが必要となる。
【００２２】
図４は、この状態を研磨終点との関係で図示したものである。なお、ここで示す研磨終点とは、目的とする研磨量に対応する研磨終了時間である。図４において、研磨布に目詰まり無しの場合１６を考えてみると、研磨加工中の温度上昇が著しいが、温度上昇の積分値が所定の値となる研磨終点Ａに至る研磨時間は短い。一方、研磨布に目詰まりがある場合１７は、研磨加工中の温度上昇は低いが、その場合の温度上昇の積分値が所定の値となる研磨終点Ｂに至る研磨時間は、上記の目詰まり無しの場合よりも長くする必要がある。そのため、所望の研磨量に応じた温度上昇の積分値Ｓ０（例えば、目詰まり無しの場合の積分値）を予め求めておき、研磨中の温度変化に伴う積分値Ｓ１が、Ｓ０＝Ｓ１となるまで研磨を継続することで、研磨布に目詰まりのある場合或いは目詰まりのない場合、またはその中間の場合のいずれの場合にも、適正な研磨量で研磨を終了させることが可能となる。
【００２３】
この方法によると、研磨圧力などが変化した場合でも、温度変化の積分値で評価するので、容易に研磨終点を確認することが可能となる。なお、ウェーハを押圧している弾性体シート１０の温度変化の積分値を求める場合は、研磨ヘッド裏面に設けた温度センサーのうちの、いずれか一つのセンサーを用いるか、或いはその複数個を用いることができる。なお、本願発明で用いる半導体ウェーハは、表面にデバイス形成にためのパターニング、凹凸等を形成されていないウェーハに好適に適用可能である。この発明を仕上がり厚さ管理が厳しい製品（拡散ウェーハ、エピタキシャルウェーハなどのディスクリート素子用半導体基板）の研磨工程に適用すると、仕上がり厚さ低減による歩留向上といった格段な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明のウェーハ研磨方法の第１実施形態の装置を示す説明図。
【図２】この発明のウェーハ研磨方法の第２実施形態の装置の要部側断面を示す説明図。
【図３】半導体ウェーハの研磨中の研磨時間と研磨温度との関係を示す線図。
【図４】半導体ウェーハの研磨中の研磨時間と研磨温度との関係で、目詰まり有り無しの場合の研磨終点を示す説明図。
【符号の説明】
【００２５】
１…定盤、２…研磨布、３…研磨ヘッド、４…研磨剤供給ノズル、５…温度検出手段、６…研磨終了判定手段、７…研磨装置制御手段、８…空洞部、９…エアー供給孔、１０…弾性体シート、１１…環状シール、１２…エアー室、Ｗ…ウェーハ、１３…センサー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2005268330.tif 000005
【図４】
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