(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハの被研磨面が押し当てられて該被研磨面を平坦に研磨する研磨面が、盤表面に形成された研磨用定盤を備えるウェーハの研磨装置において、
研磨作用を促進させる研磨液を、前記研磨面へ、冷却手段の冷媒として作用するように流す研磨液の供給装置と、
前記研磨面の温度を検出する温度センサと、
前記研磨液の流量を検出する流量センサと、
前記研磨液の供給装置から供給される研磨液の流量を制御する流量制御手段とを具備し、
該流量制御手段は、
あらかじめ経験的に求められた前記研磨液の前記研磨面の温度に対応する流量の設定条件を入力する操作部と、
外部からの信号によって開度を自動的に変える流量調整弁と、
前記操作部から出力される設定信号と前記流量センサによる検出信号とを比較して流量パラメータにかかる信号を出力する流量パラメータ用の比較器と、
前記温度センサによって出力された温度パラメータにかかる信号と、前記流量パラメータ用の比較器によって出力された流量パラメータにかかる信号とに応じて、研磨液の流量を調整して前記研磨面の温度が所定の一定温度となるように制御すべく、前記温度センサにより検出される研磨面の検出温度における前記流量センサにより検出される研磨液の検出流量が、あらかじめ経験的に求められ入力された、研磨面の温度に対応する研磨液の前記設定流量となるように、前記流量調整弁の制御にかかる信号を出力する流量調整用の比較器とを具備することを特徴とするウェーハの研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウェーハの研磨装置に関し、さらに詳細には、ウェーハの被研磨面が押し当てられて該被研磨面を平坦に研磨する研磨面が、盤表面に形成された研磨用定盤を用いるウェーハの研磨装置に関する。
【０００２】
ウェーハの研磨装置には、ポリシング装置、及びラッピング装置（ラップ盤）がある。
例えば、ポリシング装置は、図２に示すように基本的に、ウェーハ５０の表面を研磨する研磨面５１を有する研磨用定盤５２、その研磨用定盤５２に対向して配されてウェーハ５０を保持するウェーハの保持部５３、ウェーハ５０の表面を研磨面５１に当接させるべくウェーハの保持部５３と研磨用定盤５２とを接離動させる接離動機構５４、ウェーハの保持部５３に保持されたウェーハ５０を研磨面５１に所定の押圧力で押し当てる押圧機構５５、ウェーハ５０が研磨面５１に押し当てられた状態でそのウェーハの保持部５３（ウェーハ５０）と研磨用定盤５２（研磨面５１）とを回転および／又は往復動によって相対的に運動させる保持部の駆動機構５６および研磨用定盤の駆動機構５７、スラリーと呼ばれる液状の研磨剤（以下「研磨液」という）の供給機構（図示せず）等の構成を備えている。なお、研磨液は、通常、エッチング液成分（化学成分）及び微細砥粒を含有している。
【０００３】
ポリシング装置の研磨用定盤５２は、通常、金属板又はセラミックス板から成る定盤（本体）の表面上に、布もしくはフェルト状のクロス、又はスポンジもしくは短毛刷子状の部材等の研磨面を構成する部材が付着固定されて構成され、広義にはその定盤を受けて支持する定盤受け部等の構成を含むものである。
このように構成されたポリシング装置によれば、薄板状の被研磨物であるウェーハの表面、例えば半導体装置用のシリコンウェーハの表面を、鏡面研磨及び平坦化することができる。
なお、定盤本体の材質は、一般的にはポリシング装置の場合はその耐化学性からステンレススチール（金属板）又はセラミックス板が用いられ、ラップ盤の場合は鋳鉄が用いられている。
【０００４】
【従来の技術】
上記のような研磨用定盤において、その定盤本体（以下、単に「定盤」という）の盤表面は、ウェーハの研磨精度を向上させるため、高い平坦度が要求される。特に半導体チップの原料となるシリコンウェーハの平坦度には、サブミクロンの精度が要求されているため、熱による定盤の僅かな変形も無視できない。
研磨用定盤では、その性質上、ウェーハの表面と研磨面とが擦れ合う際に発生する熱によって、定盤の研磨面側が温められて熱膨張によって変形し、研磨の開始時とある時間が経過した後の研磨面の平坦度が変化することは避けられない。通常、定盤の研磨面側の温度が摩擦熱によって高いのに対し、定盤の裏面側は温度が低いため、定盤は表面側が凸状に反ってしまい、そのためにウェーハ表面の平坦度（研磨精度）を向上できない。例えば、室温摂氏２４度の恒温室において定盤の研磨面が摂氏４０度以上になると、研磨面の平坦度が低下してウェーハを所望の平坦度に研磨できなかった。
【０００５】
これに対しては、剛性が高く、熱変形を抑制できるように熱膨張率が低いと共に熱伝導率が高い材質を採用して定盤を形成したり、冷却手段として定盤の内部に冷却液（冷却水）が流通する冷却用の流路を形成し、その冷却用の流路に冷却水を流して定盤の過熱を防止し、定盤が変形することを抑制していた。
また、研磨作用を促進させる研磨液を前記研磨面へ流すことで、その研磨液を実質的に冷却手段の冷媒として作用させていた。これによっても、研磨用定盤の過熱を防止し、研磨用定盤が変形することを抑制していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ウェーハの研磨精度の要求はさらに高くなり、上記従来の対応策（材質、単なる冷却手段）では充分でないという課題が生じてきた。
特に、研磨用定盤を単なる冷却手段で冷却しても、研磨作業の開始時と所定の時間が経過した時との関係のように、研磨面の温度を一定に維持できないという課題があった。すなわち、一定温度で一定流量の研磨液を研磨面へ供給している場合、変化する研磨条件に対応することができず、研磨面の温度が変動しまい、その変動に伴って研磨用定盤の熱変形の程度が変動し、同一の条件でウェーハの表面を研磨できない。従って、ウェーハの研磨精度を向上できないという課題があった。
【０００７】
また、研磨液にはエッチング液成分が含まれており、微細砥粒の機械的な研磨と共に化学反応による研磨がなされている（いわゆる「メカノケミカルポリシング」がなされている）。化学的な研磨作用には温度が大きく影響し、研磨加工によって発生する熱によって研磨液の温度が変動することで、均一な研磨スピードとならず、結果的にウェーハの研磨精度を向上できないとい課題があった。すなわち、化学的な研磨作用は温度に比例して変化するため、研磨液の温度が変動してしまうと、安定的なポリシングができないのである。
さらにまた、従来のウェーハの研磨装置では、一定流量の研磨液が流れていることを前提として研磨液の流量が管理されていなかった。従って、何らかの原因によって所定の流量が流れていない場合、好適なウェーハの研磨はできなかった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、変化する研磨条件に好適に対応し、研磨用定盤の研磨面の温度をより一定に好適に維持することでウェーハの研磨精度を向上できるウェーハの研磨装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は次の構成を備える。
すなわち、本発明は、ウェーハの被研磨面が押し当てられて該被研磨面を平坦に研磨する研磨面が、盤表面に形成された研磨用定盤を備えるウェーハの研磨装置において、研磨作用を促進させる研磨液を、前記研磨面へ、冷却手段の冷媒として作用するように流す研磨液の供給装置と、前記研磨面の温度を検出する温度センサと、前記研磨液の流量を検出する流量センサと、前記研磨液の供給装置から供給される研磨液の流量を制御する流量制御手段とを具備し、該流量制御手段は、あらかじめ経験的に求められた前記研磨液の前記研磨面の温度に対応する流量の設定条件を入力する操作部と、外部からの信号によって開度を自動的に変える流量調整弁と、前記操作部から出力される設定信号と前記流量センサによる検出信号とを比較して流量パラメータにかかる信号を出力する流量パラメータ用の比較器と、前記温度センサによって出力された温度パラメータにかかる信号と、前記流量パラメータ用の比較器によって出力された流量パラメータにかかる信号とに応じて、研磨液の流量を調整して前記研磨面の温度が所定の一定温度となるように制御すべく、前記温度センサにより検出される研磨面の検出温度における前記流量センサにより検出される研磨液の検出流量が、あらかじめ経験的に求められ入力された、研磨面の温度に対応する研磨液の前記設定流量となるように、前記流量調整弁の制御にかかる信号を出力する流量調整用の比較器とを具備することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明にかかるウェーハのポリシング装置（研磨装置）に用いられるウェーハの研磨用定盤装置の一実施例を模式的に示す説明図である。
１０は研磨用定盤であり、ウェーハ１２の被研磨面（ウェーハの表面）が押し当てられてその表面を平坦に研磨する研磨面１１が、盤表面に形成されている。
この研磨用定盤１０によれば、前述したようにウェーハの表面を研磨液１５を介在させて好適に鏡面研磨することができる。
【００１１】
１４は研磨液の供給装置であり、研磨作用を促進させる研磨液１５を、研磨面１１へ、冷却手段の冷媒として作用するように流す。
１６は管路であり、研磨液の吐出口１６ａが、研磨面１１に対向して上方に配設されている。１７はポンプであり、タンク１８に貯留された研磨液をくみ上げて研磨面１１に供給する。
また、１９は循環流路であり、研磨面１１に供給された研磨液１５を回収して循環させるよう、研磨用定盤１０の研磨液受部とタンク１８と間に設けられている。
さらに、２２は温度調整手段であり、研磨面に供給する研磨液の温度を一定に保つように、冷却装置及び／又は加熱装置から構成される。研磨液１５は循環されるため、熱効率を向上できる。
【００１２】
２０は赤外線温度センサであり、研磨面１１の温度を検出する温度センサであって、研磨面１１の温度にかかる検出結果（検出信号）を出力する。その検出信号は、例えば、所定の範囲の電流値等の電気信号として好適に得ることができる。
温度センサが赤外線温度センサ２０であることで、非接触であるため、耐久性及び確実性を向上させ、好適な温度管理ができるが、これに限らず、温度センサとしては、例えば、温度変化による電気抵抗変化を利用する抵抗温度センサ又は熱起電力変化を利用する熱電対等を利用できる。
２６は流量センサであり、研磨液の管路１６中に設けられ、その管路１６を流れる研磨液の流量を計測し、その計測（検出）結果を出力する。その検出信号は、例えば、所定の範囲の電流値等の電気信号として好適に得ることができる。
【００１３】
３０は流量制御手段であり、赤外線温度センサ２０による研磨面１１の温度の検出信号、及び流量センサ２６による研磨液１５の流量の検出信号に応じて、研磨面１１が所定の設定温度となるように、研磨液の供給装置１４から供給される研磨液１５の流量を制御する。これにより、研磨面１１の温度を一定に維持でき、ウェーハの研磨精度を向上できる。
この流量制御手段３０によれば、例えば、研磨面１１の温度が設定条件値以上で、その温度に対応する研磨液１５の流量が設定条件値以下の場合は研磨液１５の流量を増大させ、研磨面１１の温度が設定条件値以下で、その温度に対応する研磨液１５の流量が設定条件値以上の場合は研磨液１５の流量を減少させる。
【００１４】
また、本実施例の流量制御手段３０は、研磨液の流量の設定条件を入力する操作部３２と、流量調整弁（モータ３３の動力によって開閉するモータバルブ３４）と、操作部３２から出力される設定信号と流量センサ２６による検出信号とを比較して流量パラメータにかかる信号を出力する流量パラメータ用の比較器３６と、赤外線温度センサ２０によって出力された温度パラメータにかかる信号と、流量パラメータ用の比較器３６によって出力された流量パラメータにかかる信号とを比較してモータバルブ３４の制御にかかる信号を出力する流量調整用の比較器３８とを具備する。
【００１５】
モータ３３としてはサーボモータを用いることができる。モータバルブ３４は、外部からの信号によって開度が変えられる機能を備えるもので、例えば、サーボモータによる回転動力を減速機を介してバルブのハンドルに伝え、自動的に開度を変えることのできる流量調整弁であればよい。なお、研磨液の管路１６の開度を制御信号によって自動的に調整する流量調整弁としては、上記のモータバルブ３４に限らず、電磁バルブ（比例電磁弁）等の他の手段を用いることも可能である。
【００１６】
また、流量パラメータ用の比較器３６及び流量調整用の比較器３８を含む構成によってフィードバック制御系である命令処理部４０が構成されている。各センサ及び操作部３２からの検出又は入力信号は、例えば、適宜所定の範囲の電流値に変換されて各比較器で比較され、演算装置等（図示せず）によって処理されることにより、モータバルブ３４を制御する所定の範囲の電流値の制御信号として出力される。上記の命令処理部４０は、公知の回路によって構成でき、シーケンス制御を行う。さらには、いわゆるＰＩＤ制御（比例、積分、微分の動作の組み合わせが可能）、ファジー制御等を行うように構成してもよい。
【００１７】
次に本実施例の作用効果について説明する。
本実施例によれば、赤外線温度センサ２０によって温度パラメータにつき、また、流量センサ２６によって流量パラメータについて連続的にモニタしており、その検出データに基づいて、前述したように研磨液１５の流量制御を行っている。これにより、タイムリー且つ応答性よく研磨用定盤１０の研磨面１１の温度制御ができ、その温度を一定に維持して均一な条件でウェーハ１２を研磨できる。研磨液１５の温度がより一定に維持されることで、化学的な作用による研磨作用をより均一にすることができる。また、研磨面１１を冷却することで、研磨用定盤１０の熱変形を抑制することができる。従って、ウェーハ１２の研磨精度を著しく向上できる。
【００１８】
これに対し、研磨面１１の温度を一定に維持するには、研磨液の流量を一定に保ち、その研磨液の温度を調整することで、変動する研磨面温度に対応することが考えられるが、研磨液自体の熱容量が大きいため、その応答性に劣り、問題がある。つまり、研磨液自体の温度を高精度且つ瞬時に調整することは困難であり、その研磨液自体の温度を調整する方法では、研磨面の温度変化に対応できず、結果としてウェーハを高精度に研磨できないことになる。
この点、本発明では研磨液の流量を調整する。バルブの開度を調整することは応答性に優れており、研磨面１１の温度変化に即応でき、結果としてウェーハを高精度に研磨できる。
【００１９】
なお、流量制御手段３０は、単なるシーケンス制御の他に、プログラムによって作動する命令処理部４０によって、経験的に設定される条件付けで制御してもよいのは勿論である。その条件付けには、例えば、流量と温度差の積によって算出される熱容量の値、或いは経時的な要素等があり、これらの要素に基づいて演算処理を行い制御することでより正確な温度管理が可能となる。
【００２０】
本実施例では、流量調整弁（モータバルブ３４）によって研磨液１５の流量制御を行う場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、前記モータバルブ３４に代えて、インバータを用いてポンプ１７の出力を調整することで研磨液１５の流量制御を行うことも可能である。
【００２１】
以上に説明してきたウェーハの研磨装置は、ポリシング装置に限らず、他の研磨装置にも好適に適用できる。すなわち、以上の実施例のように定盤の上面が研磨面となるものに限られることはなく、定盤の下面が研磨面となるウェーハの研磨装置としても利用できる。また、ウェーハの両面を研磨するラップ盤等の両面研磨機の上下の定盤に用いることもできるのは勿論である。さらに、ウェーハを一枚ずつ研磨する枚葉式の研磨装置に用いることに限らず、複数のウェーハを一枚のプレートで保持して研磨するバッチ式の研磨装置にも用いることができるのは勿論である。
以上、本発明の好適な実施例について種々述べてきたが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内でさらに多くの改変を施し得るのは勿論のことである。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、研磨液の流量を調整することで、研磨面についてより正確な温度管理が可能となり、変化する研磨条件に好適に対応し、研磨用定盤の研磨面の温度をより一定に好適に維持することができ、これにより、化学的な研磨作用がより均一の条件で行なわれ、研磨用定盤の熱変形が抑制されるため、ウェーハの研磨精度を向上できるという著効を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にかかるウェーハの研磨装置を説明する説明図である。
【図２】  本発明にかかるウェーハの研磨装置が適用されるポリシング装置を説明する側面図である。
【符号の説明】
１０  研磨用定盤
１２  ウェーハ
１４  研磨液の供給装置
２０  赤外線温度センサ
２６  流量センサ
３０  流量制御手段
３２  操作部
３４  モータバルブ
３６  流量パラメータ用の比較器
３８  流量調整用の比較器
４０  命令処理部
【図１】
0004051116.tif 000002
【図２】
0004051116.tif 000003