(57)【要約】【課題】ウェーハのスリップアウトを迅速に検出することにより装置を緊急停止でき、その結果、ウェーハの品質が保てるとともに、装置の稼働率を向上できるウェーハ研磨装置及び方法を提供する。  【解決手段】ウェーハＷを保持ヘッド１４で保持し、保持ヘッドを介してウェーハを研磨パッド２０に押し付けて研磨するウェーハ研磨装置において、放射温度計９０を設け、保持ヘッド近傍の研磨パッド上の検出箇所９２を検出し、保持ヘッドより脱落したウェーハの検出がなされた際に装置の運転を緊急停止させる。【選択図】  図３
2007134478.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハを保持ヘッドで保持し、該保持ヘッドを介してウェーハを研磨パッドに押し付けて研磨するウェーハ研磨装置において、
前記保持ヘッド近傍の前記研磨パッド上に検出箇所を定めた検出手段が設けられており、該検出手段により前記保持ヘッドより脱落したウェーハの検出が可能となっていることを特徴とするウェーハ研磨装置。
【請求項２】
前記検出手段の信号を受けて装置の運転を停止させる非常停止手段が設けられている請求項１に記載のウェーハ研磨装置。
【請求項３】
前記検出手段が放射温度計である請求項１又は２に記載のウェーハ研磨装置。
【請求項４】
前記放射温度計により前記研磨パッドの表面温度が検出可能となっている請求項３に記載のウェーハ研磨装置。
【請求項５】
ウェーハを保持ヘッドで保持し、該保持ヘッドを介してウェーハを研磨パッドに押し付けて研磨するウェーハ研磨方法において、
検出手段を設け、前記保持ヘッド近傍の前記研磨パッド上を検出し、前記保持ヘッドより脱落したウェーハの検出がなされた際に装置の運転を緊急停止させることを特徴とするウェーハ研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェーハ研磨装置及び方法に係り、特に、化学的機械研磨法（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing ）によってウェーハ等を研磨するのに好適なウェーハ研磨装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＰによるウェーハの研磨は、回転する研磨パッドにウェーハを回転させながら所定の圧力で押し付け、その研磨パッドとウェーハとの間にメカノケミカル研磨剤を供給することにより行われる。この際、ウェーハは、研磨ヘッド（保持ヘッド）によりその周囲をリテーナーリングに包囲されるとともに、その裏面側をキャリアに保持されて研磨パッドに押圧される。
【０００３】
この際、保持ヘッドは、ウェーハＷの裏面に配され、ウェーハＷを押圧するバックプレートを機械的手段で押圧する構成としたり、保持ヘッド本体内のエアバッグを介してバックプレートを押圧して、ウェーハＷを均一に押圧するような構成としたり、エアバッグによりウェーハＷを直接均一に押圧するような構成としたりしている（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００４】
ウェーハＷの押圧は、上記の各構成により行われるが、一方、ウェーハの平面方向の保持は、主に前述のリテーナーリングにより行われている。このリテーナーリングと上記の各構成の押圧手段との段差は、ウェーハの厚さ以下に設定されるのが一般的である。すなわち、この段差をウェーハの厚さ以上に設定した場合、ウェーハのエッジ部分（周縁）にかかる研磨荷重がリテーナーリングにより妨げられ、ウェーハのエッジ部分の仕上がり形状が不良となってしまうからである。
【０００５】
ところが、ウェーハの厚さは０．７５ｍｍ程度と小さいうえに、ウェーハのエッジ部分の断面が円弧状に端面加工されているのが一般的であり、ウェーハがリテーナーリングを乗り越えて保持ヘッドより飛び出す（スリップアウト）ことが多い。そして、一旦スリップアウトした場合、ウェーハが破損したり、ウェーハが汚染されたりし、品質上問題であるうえ、装置の稼動率を低下させるトラブルともなる。
【０００６】
このため、ウェーハ研磨装置によっては、スリップアウトした状態を検出する手段を設け、このような事態に対処可能としたものがある。たとえば、ＬＶＤＴ（Linear Variable Differential Transformer）を研磨ヘッドに設けてウェーハの有無により上下の変位差を検出し、この検出信号をソフトウェアで処理してスリップアウトに対処（装置の緊急停止）していた。
【特許文献１】特許第３６８３１４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の対処方法では、ＬＶＤＴによる検出やソフトウェアでの処理に時間がかかり、スリップアウトに対処きれないこと、すなわち、装置を緊急停止した段階でウェーハがすでに破損していることがあった。
【０００８】
また、従来のＬＶＤＴによる検出では、研磨プロセス（方法）によっては、上下変位の信号に差位が生じるため、正確な上下の変位差が検出しにくいという問題もあった。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ウェーハのスリップアウトを迅速に検出することにより装置を緊急停止でき、その結果、ウェーハの品質が保てるとともに、装置の稼働率を向上できるウェーハ研磨装置及び方法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】
【００１０】
本発明は、前記目的を達成するために、ウェーハを保持ヘッドで保持し、該保持ヘッドを介してウェーハを研磨パッドに押し付けて研磨するウェーハ研磨装置において、前記保持ヘッド近傍の前記研磨パッド上に検出箇所を定めた検出手段が設けられており、該検出手段により前記保持ヘッドより脱落したウェーハの検出が可能となっていることを特徴とするウェーハ研磨装置を提供する。
【００１１】
また、このために、本発明は、ウェーハを保持ヘッドで保持し、該保持ヘッドを介してウェーハを研磨パッドに押し付けて研磨するウェーハ研磨方法において、検出手段を設け、前記保持ヘッド近傍の前記研磨パッド上を検出し、前記保持ヘッドより脱落したウェーハの検出がなされた際に装置の運転を緊急停止させることを特徴とするウェーハ研磨方法を提供する。
【００１２】
本発明によれば、保持ヘッド近傍の研磨パッド上に検出箇所を定めた検出手段が設けられており、この検出手段により保持ヘッドより脱落（スリップアウト）したウェーハの検出が可能となっているので、装置を緊急停止でき、その結果、ウェーハの品質が保てるとともに、装置の稼働率を向上できる。
【００１３】
本発明において、前記検出手段の信号を受けて装置の運転を停止させる非常停止手段が設けられていることが好ましい。また、本発明において、前記検出手段が放射温度計であることが好ましい。放射温度計は、他の検出手段（たとえば、イメージセンサ）と比べて応答速度が速く、このような装置の非常停止（緊急停止）に迅速に対処するのに好ましいからである。
【００１４】
また、本発明において、前記放射温度計により前記研磨パッドの表面温度が検出可能となっていることが好ましい。このような放射温度計を本発明の本来の目的以外の用途に使用するのであれば、装置構成上も好ましい。なお、研磨パッドの表面温度を検出した場合、この検出結果をスラリーや超純水（洗浄水）の温度管理（冷却）にフィードバックする等の用途が考えられる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば、保持ヘッド近傍の研磨パッド上に検出箇所を定めた検出手段が設けられており、この検出手段により保持ヘッドより脱落（スリップアウト）したウェーハの検出が可能となっているので、装置を緊急停止でき、その結果、ウェーハの品質が保てるとともに、装置の稼働率を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面に従って、本発明に係るウェーハ研磨装置及び方法の好ましい実施の形態について詳説する。
【００１７】
図１は、ウェーハ研磨装置１０の全体構成を示す斜視図である。同図に示されるようにウェーハ研磨装置１０は、主として研磨定盤１２とウェーハ保持ヘッド１４とで構成されている。
【００１８】
研磨定盤１２は円盤状に形成され、その下面中央には回転軸１６が連結されている。研磨定盤１２は、この回転軸１６に連結されたモータ１８を駆動することにより矢印Ａ方向に回転する。また、この研磨定盤１２の上面には研磨パッド２０が貼り付けられており、この研磨パッド２０上に図示しないノズルからメカノケミカル研磨剤（スラリー）が供給される。
【００１９】
ウェーハ保持ヘッド１４は、 図２に示されるように、主として保持ヘッド本体２２、キャリア２４、キャリア押圧手段２６、リテーナーリング２８、 リテーナーリング押圧手段３０、保護シート５２、エア制御手段等で構成されている。
【００２０】
保持ヘッド本体２２は円盤状に形成され、その上面中央には回転軸３２が連結されている。保持ヘッド本体２２は、この回転軸３２に連結された図示しないモータに駆動されて図１の矢印Ｂ方向に回転する。
【００２１】
キャリア２４は円盤状に形成され、保持ヘッド本体２２の下部中央に配置されている。キャリア２４の上面中央部には円筒状の凹部３４が形成されている。凹部３４には保持ヘッド本体２２の軸部３６がピン３８を介して嵌着されている。キャリア２４は、このピン３８を介して保持ヘッド本体２２から回転が伝達される。
【００２２】
また、キャリア２４の上面周縁部にはキャリア押圧部材４０が設けられている。キャリア２４は、このキャリア押圧部材４０を介してキャリア押圧手段２６から押圧力が伝達される。
【００２３】
また、キャリア２４の下面には、保護シートにエアを噴射するエア供給経路であるエアの吸引・吹出溝４２が形成されている。この吸引・吹出溝４２には、キャリア２４の内部に形成されたエア流路４４が連通されている。エア流路４４には図示しないエア配管を介して吸気ポンプと給気ポンプが接続されている。吸引・吹出溝４２からのエアの吸引と吹出は、この吸気ポンプと給気ポンプとを切り替えることにより行われる。
【００２４】
上記のエアの吸引・吹出溝４２、エア流路４４、エア配管、吸気ポンプ、給気ポンプ、及び、吸気ポンプと給気ポンプとの切り替え手段、等でエア制御手段が構成される。
【００２５】
キャリア押圧手段２６は、保持ヘッド本体２２下面の中央部周縁に配置され、キャリア押圧部材４０に押圧力を与えることにより、これに結合されたキャリア２４に押圧力を伝達する。このキャリア押圧手段２６は、 好ましくはエアの吸排気により膨張収縮するゴムシート製のエアバッグ４６で構成される。エアバッグ４６にはエアを供給するための空気供給機構４８が連結され、この空気供給機構４８には、図示しないポンプから圧送されるエアの圧力を調整するレギュレータ（不図示）が具備される。
【００２６】
なお、エアバッグ４６の材質はゴムシート、たとえば、クロロプレンゴムが好ましいが、それ以外の材料、たとえば、可撓性のある樹脂材料でも使用できる。
【００２７】
リテーナーリング２８は、リング状に形成され、キャリア２４の外周に配置される。このリテーナーリング２８は、ウェーハ保持ヘッド１４に設けられたホルダ（リテーナーリングホルダ）５０に取り付けられ、その内周部には保護シート５２が張設される。
【００２８】
リテーナーリングホルダ５０はリング状に形成され、その下面には環状の凹部５４が形成されている。一方、リテーナーリング２８の上面には、この凹部５４に嵌合する凸部５６が形成されており、この凸部５６をリテーナーリングホルダ５０の凹部５４に嵌合させることにより、リテーナーリング２８がリテーナーリングホルダ５０に装着される。
【００２９】
保護シート５２は、円形状に形成され、複数の孔５２Ａが開けられている。この保護シート５２は、周縁部がリテーナーリング２８とリテーナーリングホルダ５０との間で挟持されることにより、リテーナーリング２８の内側に張設される。
【００３０】
保護シート５２は、キャリア２４の吸引・吹出溝４２によるエア層で形成されたエア動圧分布をウェーハＷに伝達するのに十分な可撓性があり、かつ、ウェーハＷを汚染しない材料であることが求められる。
【００３１】
リテーナーリング２８は、その凸部５６をリテーナーリングホルダ５０の凹部５４に嵌合させた後、ボルト５８、５８、…でねじ止めすることにより、リテーナーリングホルダ５０に固定される。このため、リテーナーリング２８には、一定の間隔でねじ孔（図示略）が形成され、リテーナーリングホルダ５０には一定の間隔で貫通孔（図示略）が形成されている。
【００３２】
保護シート５２が張設されたキャリア２４の下部には、キャリア２４と保護シート５２との間にエア層７４が形成される。ウェーハＷは、このエア層７４を介してキャリア２４に押圧される。このエア層７４は、キャリア２４の吸引・吹出溝４２からエアを吹出すことにより内圧が高められる。保護シート５２に形成された孔５２Ａは、ウェーハＷを保持して搬送する際には吸着用の孔として作用する。研磨時には、 孔５２Ａからエアが連通するので、保護シート５２はエア層７４中に介在するだけで、ウェーハＷの裏面には作用しない。
【００３３】
リテーナーリングホルダ５０は、リング状に形成された取付部材６４にスナップリング６６を介して取り付けられている。取付部材６４には、リテーナーリング押圧部材６８が連結されている。リテーナーリング２８は、このリテーナーリング押圧部材６８を介してリテーナーリング押圧手段３０からの押圧力が伝達される。
【００３４】
リテーナーリング押圧手段３０は、保持ヘッド本体２２の下面の外周部に配置され、 リテーナーリング押圧部材６８に押圧力を与えることにより、これに結合しているリテーナーリング２８を研磨パッド２０に押し付ける。 このリテーナーリング押圧手段３０も、好ましくはキャリア押圧手段２６と同様にゴムシート製のエアバッグ７０で構成される。エアバッグ７０にはエアを供給するための空気供給機構７２が連結され、この空気供給機構７２には、図示しないポンプから圧送されるエアの圧力を調整するレギュレータ（不図示）が具備される。
【００３５】
なお、エアバッグ７０の材質はゴムシート、たとえば、クロロプレンゴムが好ましいが、それ以外の材料、たとえば、可撓性のある樹脂材料でも使用できる。
【００３６】
次に、本発明の特徴部分である、ウェーハＷのスリップアウトを検出する検出手段について説明する。図３は、この検出手段である放射温度計９０とウェーハＷ等との位置関係を示すウェーハ研磨装置１０の部分拡大断面図である。なお、ウェーハ保持ヘッド１４は簡略化して図示されている。
【００３７】
図３に示されるように、ウェーハ保持ヘッド１４近傍の研磨パッド２０上に検出箇所９２を定めた放射温度計９０が設けられており、この放射温度計９０によりウェーハ保持ヘッド１４より脱落したウェーハＷの検出が可能となっている。
【００３８】
ウェーハ保持ヘッド１４よりウェーハＷがスリップアウトする方向は通常は同一方向であるので、検出箇所９２は１箇所（たとえば、ウェーハ保持ヘッド１４に対し研磨定盤１２の回転方向の下流側）で十分であるが、スリップアウトする方向が複数ある場合には、それぞれの箇所でウェーハＷを検出できるように、放射温度計９０を複数設ければよい。
【００３９】
放射温度計９０としては、市販の各種放射温度センサが使用できるが、たとえばキーエンス社の放射温度計（型番：ＦＴ−Ｈ３０等）が使用できる。この放射温度計９０の出力は図示しない制御手段（たとえば、パソコン）に入力され、スリップアウトを検出した際に制御手段が装置（特に、モータ１８等）の駆動を即時に停止する非常停止信号を出力できるようになっている。
【００４０】
検出手段として放射温度計９０を採用するメリットは、放射温度計９０の応答速度が速い（１０ｍ秒前後）ことである。また、従来のＬＶＤＴによる検出のようにソフトウェアでの処理が不要であり、放射温度計９０の出力信号でハードウェアを駆動でき、装置の駆動を即時に停止できることである。
【００４１】
ただし、放射温度計９０を使用した際、留意すべき点としては、放射温度計９０の出力信号レベルが被検出物（ウェーハＷ）の表面物質により異なることである。たとえば、被検出物（ウェーハＷ）の表面温度が同一温度であっても、被検出物の表面物質が異なると出力信号レベルが異なる。したがって、事前にオフライで放射温度計９０により加工するウェーハＷの検出を行い、装置（特に、モータ１８等）のオンオフ（非常停止）すべき出力信号レベルの閾値を定め、これを制御手段に入力しておくことが好ましい。
【００４２】
なお、検出手段として放射温度計９０以外のものを採用することもできる。たとえば、イメージセンサ（画像センサ）を採用することができる。ただし、イメージセンサは放射温度計より一般的に高額である。また、たとえばＣｕプロセスでは、暗室中での加工が必要であり、イメージセンサを使用する場合には光源として赤外線が必要であり、設備的にも負担となるデメリットはある。
【００４３】
前記のように構成されたウェーハ研磨装置１０のウェーハ研磨方法は次のとおりである。
【００４４】
先ず、ウェーハＷをウェーハ保持ヘッド１４で保持して研磨パッド２０上に載置する。この際、キャリア２４の下面に形成された吸引・吹出溝４２を用いウェーハＷを吸引保持する。この吸引のため、保護シート５２には複数の孔５２Ａが形成されている。
【００４５】
次に、図示しないポンプからエアバック４６、７０にエアを供給する。これと同時にキャリア２４の吸引・吹出溝４２からエア層７４にエアを供給する。これにより、エア層７４の内圧が高くなる。次に、エアバッグ４６、７０が膨らみ、ウェーハＷとリテーナーリング２８が所定の圧力で研磨パッド２０に押し付けられる。この状態で研磨定盤１２を図１の矢印Ａ方向に回転させるとともに、ウェーハ保持ヘッド１４を図１の矢印Ｂ方向に回転させる。そして、その回転する研磨パッド２０上に図示しないノズルからスラリーを供給する。これにより、ウェーハＷの下面が研磨パッド２０により研磨される。
【００４６】
研磨作業中に、図３に示されるようなウェーハＷのスリップアウトが生じた場合、ウェーハＷは放射温度計９０の検出箇所９２に移動する。そして、放射温度計９０はウェーハＷのスリップアウトに対応する出力信号を図示しない制御手段に送り、この制御手段が装置（特に、モータ１８等）の駆動を即時に停止する非常停止信号を出力する。これにより、ウェーハＷの品質が保てるとともに、装置の稼働率を向上できる。
【００４７】
以上に説明した構成は、本発明の実施形態であるが、本発明の構成はこれらに限定されるものではなく、各種の構成が採り得る。
【００４８】
たとえば、本発明の実施形態では、図２に示されるウェーハ保持ヘッド１４を使用しているが、これ以外の各種構成のウェーハ保持ヘッドを使用してもよく、これらの構成であっても本実施形態と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】ウェーハ研磨装置の全体構造を示す斜視図
【図２】保持ヘッドの構成を示す縦断面図
【図３】放射温度計とウェーハ等との位置関係を示すウェーハ研磨装置の部分拡大断面図
【符号の説明】
【００５０】
１０…ウェーハ研磨装置、１２…研磨定盤、１４…ウェーハ保持ヘッド、２０…研磨パッド、２２…保持ヘッド本体、２４…キャリア、２６…キャリア押圧手段、２８…リテーナーリング、３０…リテーナーリング押圧手段、４６…エアバッグ、４８…空気供給機構、５０…リテーナーリングホルダ、５２…保護シート、７０…エアバッグ、９０…放射温度計、９２…検出箇所、Ｗ…ウェーハ
【図１】
2007134478.tif 000003
【図２】
2007134478.tif 000004
【図３】
2007134478.tif 000005