(57)【要約】【課題】ウェハ研磨において、コストの増加、装置の生産能力の低下、及び歩留りの低下等を防止する。【解決手段】ウェハ研磨装置は、ウェハを固定するために研磨キャリアヘッド１０４に設けられたリテーナリング１０８と、リテーナリング面出し手段１１０と、リテーナリング形状測定手段１１１とを備えている。【選択図】図１
2009260142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨布が貼り付けられた研磨定盤と、ウェハの裏面側を吸着保持する研磨キャリアヘッドとを備え、前記研磨定盤上に研磨剤である砥粒が分散された研磨液を供給すると共に前記研磨キャリアヘッドに保持された前記ウェハの表面を前記研磨布に押し付けながら、前記研磨キャリアヘッド及び前記研磨定盤を回転させることにより、前記ウェハに対して研磨を行うウェハ研磨装置であって、
前記ウェハを固定するために前記研磨キャリアヘッドに設けられたリテーナリングと、
前記リテーナリングの面出し手段と、
前記リテーナリングの形状測定手段とをさらに備えていることを特徴とするウェハ研磨装置。
【請求項２】
請求項１に記載のウェハ研磨装置であって、
前記半導体ウェハの前記研磨キャリアヘッドへの装着及び前記半導体ウェハの前記研磨キャリアヘッドからの取り外しを行うロード・アンロード一体ユニットをさらに備え、
前記ロード・アンロード一体ユニットに、前記リテーナリングの面出し手段及び前記リテーナリングの形状測定手段が設けられていることを特徴とするウェハ研磨装置。
【請求項３】
請求項１に記載のウェハ研磨装置であって、
前記半導体ウェハの前記研磨キャリアヘッドへの装着を行うロードユニットをさらに備え、
前記ロードユニットに、前記リテーナリングの面出し手段及び前記リテーナリングの形状測定手段が設けられていることを特徴とするウェハ研磨装置。
【請求項４】
請求項１に記載のウェハ研磨装置であって、
前記半導体ウェハの前記研磨キャリアヘッドからの取り外しを行うアンロードユニットをさらに備え、
前記アンロードユニットに、前記リテーナリングの面出し手段及び前記リテーナリングの形状測定手段が設けられていることを特徴とするウェハ研磨装置。
【請求項５】
請求項１に記載のウェハ研磨装置であって、
前記リテーナリングの面出し手段及び前記リテーナリングの形状測定手段を独立したユニットとして備えていることを特徴とするウェハ研磨装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のウェハ研磨装置であって、
前記リテーナリングの面出し手段は、エメリー研磨機構と、研磨スラリー及び洗浄薬液の供給機構とを有することを特徴とするウェハ研磨装置。
【請求項７】
請求項６に記載のウェハ研磨装置であって、
前記洗浄薬液は、前記研磨スラリーと同じｐＨ領域又は同じｐＨの薬液であることを特徴とするウェハ研磨装置。
【請求項８】
請求項７に記載のウェハ研磨装置であって、
前記研磨スラリー及び前記洗浄薬液の供給機構は、前記研磨スラリー及び前記薬液に加えて、ＤＩＷを供給すると共に当該各液体を任意に選択して供給できることを特徴とするウェハ研磨装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のウェハ研磨装置であって、
前記リテーナリングの形状測定手段は非接触変位センサーであることを特徴とするウェハ研磨装置。
【請求項１０】
研磨布が貼り付けられた研磨定盤上に研磨剤である砥粒が分散された研磨液を供給すると共に裏面側を研磨キャリアヘッドに吸着保持されたウェハの表面を前記研磨布に押し付けながら、前記研磨キャリアヘッド及び前記研磨定盤を回転させることにより、前記ウェハに対して研磨を行うウェハ研磨方法であって、
前記ウェハを固定するために前記研磨キャリアヘッドに設けられたリテーナリングの形状を測定する工程（ａ）と、
前記工程（ａ）の後に、前記リテーナリングの厚さムラが所定量以下になるまで、前記リテーナリングの面出しを行う工程（ｂ）と、
前記工程（ｂ）の後に、前記ウェハに対して研磨を行う工程（ｃ）とを備えていることを特徴とするウェハ研磨方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載のウェハ研磨方法であって、
前記半導体ウェハの前記研磨キャリアヘッドへの装着を行う直前毎又は前記半導体ウェハの前記研磨キャリアヘッドからの取り外しを行う直後毎に、前記工程（ａ）及び前記工程（ｂ）を実施することを特徴とするウェハ研磨方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載のウェハ研磨方法であって、
前記半導体ウェハの前記研磨キャリアヘッドへの装着回数又は前記半導体ウェハの前記研磨キャリアヘッドからの取り外し回数と累積研磨時間とに応じて、前記工程（ａ）及び前記工程（ｂ）を定期的に実施することを特徴とするウェハ研磨方法。
【請求項１３】
請求項１０に記載のウェハ研磨方法であって、
使用する研磨装置のアイドリング時に、前記工程（ａ）及び前記工程（ｂ）を実施することを特徴とするウェハ研磨方法。
【請求項１４】
請求項１０に記載のウェハ研磨方法であって、
前記リテーナリングを新品に交換する時に、前記工程（ａ）及び前記工程（ｂ）を実施することを特徴とするウェハ研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばシリコンウェハ等の半導体基板に対して行う化学機械研磨（ＣＭＰ）等の平坦化工程等において用いられる研磨装置及び研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウェハ等の半導体基板のような平板状の被加工材の表面を平坦に加工する際に、ＣＭＰ装置（Chemical Mechanical Polishing Machine ）が使用されている。
【０００３】
図５（ａ）及び（ｂ）は一般的なＣＭＰ装置の概略構成を示す図であり、図５（ａ）はウェハ研磨ユニットの概略構成を示しており、図５（ｂ）はウェハロード・アンロード（Ｌ／ＵＬ）及び研磨ヘッド洗浄ユニットの概略構成を示している。
【０００４】
図５（ｂ）に示すように、研磨ヘッド４はウェハ非保持状態時にウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニット７において洗浄される。また、被研磨材であるウェハ１の研磨ヘッド４への装着及びウェハ１の研磨ヘッド４からの取り外しはウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニット７において行われる。すなわち、ウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニット７のように、ウェハＬ／ＵＬユニットに、研磨ヘッド４を洗浄するための洗浄ユニットが設けられていてもよい。
【０００５】
一方、図５（ａ）に示すように、ウェハ研磨ユニットにおいて、被研磨材であるウェハ１を下面に保持した研磨ヘッド４は定盤（プラテン）２に対向してその上方に配置される。また、定盤２の上面には研磨布（研磨パッド）３が貼り付けられている。尚、ウェハ１を保持した研磨ヘッド４は各ユニット間を移動することが可能である。
【０００６】
図５（ａ）及び（ｂ）に示すようなＣＭＰ装置では、定盤２を回転させた状態で研磨布３の上にスラリー（研磨剤）供給ノズル６からスラリー（研磨剤）を供給すると共に研磨ヘッド４を用いてウェハ１を回転させながら研磨布３に対して押し付けることによって、ウェハ１の表面が研磨される。研磨ヘッド４には、ウェハ研磨中にウェハ１を飛び出させずに研磨ヘッド４内に固定保持するためのリテーナリング（ガイドリング）８が装着されている。リテーナリング８の材料としては、テフロンやＰＰＳ（Polyphenylene Sulfide）等のエンジニアリングプラスチックが用いられる。
【０００７】
ウェハ１の研磨は、ウェハ１を保持する研磨ヘッド４のウェハ接触面（例えばウェハ保持パッド）５をウェハ１の裏面に接触させながら行われる。ウェハ接触面５の材料としては、硬質材が用いられる場合と軟質材が用いられる場合とがある。硬質材としては、ＳＵＳ材（ステンレス鋼材）又はアルミナセラミックス等が用いられる。このとき、ウェハ接触面５はトップリング等と呼ばれ、ウェハ接触面５が真空吸着等によりウェハ１の裏面をダイレクトに保持した状態でウェハ１の表面の研磨が行われる。一方、軟質材からなるウェハ接触面５はエアバック（Air Back）方式の研磨ヘッドに使用され、具体的な軟質材としては、メンブレン等と呼ばれるシリコンゴム膜又はネオプレンゴム膜等の弾性膜が用いられる。このとき、ウェハ接触面５がウェハ１の裏面を保持した状態でウェハ１の表面の研磨が行われる場合や、プラスチック薄膜にゴムを蒸着成長等させたバッキングパッド等と呼ばれるウェハ接触面５を使用して、水張り吸着や真空吸着等によりウェハ１の裏面を保持した状態でウェハ１の表面の研磨が行われる場合等がある。
【０００８】
図５（ａ）に示すウェハ研磨ユニットにおいてウェハ１の研磨を行った後、ウェハ１を保持した研磨ヘッド４はウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニット７に移動し、ウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニット７おいてウェハ１の研磨ヘッド４からの取り外しを行った後、ウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニット７おいて研磨ヘッド４の洗浄を行う。図６は、ウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニット７において研磨ヘッド４の洗浄を行っている様子の詳細を示している。図６に示すように、ウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニット７には、ＤＩＷ（Deionized Water ）ライン１０に接続された散布ノズル９が設けられている。また、図６に示すように、ウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニット７と研磨ヘッド４との間隔を所定距離に保つと共に研磨ヘッド４を回転させながら、散布ノズル９から研磨ヘッド４に向けてＤＩＷを噴出し、研磨ヘッド４の下面に付着したスラリー砥粒や研磨生成物等を除去することによって、研磨ヘッド４の洗浄が行われる。
【特許文献１】特開２００６−０３５３５３号公報
【特許文献２】特開２００６−２５５８５１号公報
【特許文献３】特開２００２−３６７９４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、研磨ヘッドの消耗部材であるリテーナリングは新品のままでは厚さムラを有している。具体的には、新品のリテーナリングの円周上における厚さムラは約１５０μｍ程度あり、この厚さムラをブレークインにより５０μｍ程度以下にする必要がある。その理由は次の通りである。すなわち、厚さムラがあるリテーナリングを使用した場合、リテーナリングからのウェハの突き出し量がウェハ周縁部上で部分的に不均一となるため、研磨中に研磨パッドから受けるリバウンド圧力がウェハ周縁部上で部分的に不均一となる。その結果、ウェハ外周部の研磨量が不均一となる。従って、リテーナリングの厚さムラを取り除くことを目的としたダミー研磨による初期の慣らし（ブレークイン）が必要となる。以上のように、新品のリテーナリングを使用する場合にはリテーナリングブレークインのためにプラテン上でのダミー研磨が必要であるが、これは、ランニングコスト（スラリー、ダミーウェハ、洗浄薬液等に要するコスト）を増加させる原因となるだけではなく、加えてブレークインにより装置の生産能力を低下させてしまう原因にもなっていた。
【００１０】
また、リテーナリングブレークインで発生したリテーナリングの削れ屑が研磨布上に残留した状態でウェハ研磨を行った場合、ウェハ表面にマイクロスクラッチや残留パーティクル等が発生してしまうという問題がある。
【００１１】
また、ウェハ研磨を行う際に、リテーナリングが研磨布に押し当てられてしまい、リテーナリングの磨耗が発生することがある。すなわち、リテーナリングは使用により磨耗していく。しかし、磨耗によりリテーナリングが３０μｍ以上片減り（リングの内側部又は外側部の一方の摩耗量が他方の摩耗量と比べて大きくなること）した場合、ウェハ外周部が過研磨となる方向に経時変化が生じるため、研磨後のウェハ形状が所望の形状にならず、ウェハ面内で研磨量が不均一となるので、製品歩留りが低下してしまうという問題がある。
【００１２】
さらに、研磨後のウェハ形状を所望の形状にするためには、リテーナリングを頻繁に交換する必要があるが、これは、リテーナリングのコストを増加させる原因となるだけではなく、加えてリテーナリング交換作業により装置の生産能力を低下させてしまう原因にもなっていた。
【００１３】
以上に述べたように、従来のウェハ研磨技術によれば、リテーナリングブレークイン及びリテーナリング交換に伴うコストの増加や装置の生産能力の低下等が懸念される。また、リテーナリングに起因してウェハ表面上に発生するスクラッチや残留パーティクル等が、配線間のリークや配線間のオープン、ショート等のデバイス不良を誘発する懸念があると共に、リテーナリングに起因するウェハ研磨形状の不均一化がＣＭＰの後工程であるリソグラフィでのフォーカスぼけを誘発する懸念があり、結果的にウェハ歩留りの低下が懸念される。特に、近年のＬＳＩ超微細化に伴って、従来許容されていた前述のスクラッチや研磨形状不均一等に起因する問題が無視できなくなってきている。
【００１４】
前記に鑑み、本発明は、ＣＭＰ等のウェハ研磨において、コストの増加、装置の生産能力の低下、及び歩留りの低下等を防止できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記の目的を達成するために、本願発明者は、種々の検討を重ねた結果、ウェハ研磨を行う定盤（プラテン）上を除く装置内にリテーナリングの面出し手段及びリテーナリングの形状測定手段を備えた研磨装置及びその研磨装置を用いた研磨方法を想到した。リテーナリング面出しは、例えば、研削研磨工具として粒度＃１０００番程度の研磨布紙を使用した、一般的にエメリー研磨等と呼ばれる研磨加工技術を用いて実施する。研磨布紙は、研磨材・接着剤・基材の三要素で構成されている優れた弾性研磨工具であり、研磨布紙に使用される砥粒には、例えばアルミナや炭化ケイ素等の人造研磨材を使用してもよいし、ダイヤモンドやエメリー（天然のアルミナ）等の天然研磨材を使用してもよい。また、リテーナリング形状測定は、例えば非接触式変位センサーを使用して実施する。非接触式変位センサーとしては、例えば、分解能がミクロンオーダーである光学式（レーザフォーカス方式）センサーを用いてもよい。
【００１６】
本発明によれば、リテーナリングの面出し及びリテーナリングの形状測定を適切に行うことによって、リテーナリングの片減りを補正してリテーナリングの寿命を延ばすことができるため、装置の生産能力及びウェハ歩留まりを低下させることなくコストを低減できる研磨装置及び研磨方法を提供することができる。
【００１７】
具体的には、本発明に係るウェハ研磨装置は、研磨布が貼り付けられた研磨定盤と、ウェハの裏面側を吸着保持する研磨キャリアヘッドとを備え、前記研磨定盤上に研磨剤である砥粒が分散された研磨液を供給すると共に前記研磨キャリアヘッドに保持された前記ウェハの表面を前記研磨布に押し付けながら、前記研磨キャリアヘッド及び前記研磨定盤を回転させることにより、前記ウェハに対して研磨を行うウェハ研磨装置であって、前記ウェハを固定するために前記研磨キャリアヘッドに設けられたリテーナリングと、前記リテーナリングの面出し手段と、前記リテーナリングの形状測定手段とをさらに備えている。
【００１８】
また、本発明に係るウェハ研磨方法は、研磨布が貼り付けられた研磨定盤上に研磨剤である砥粒が分散された研磨液を供給すると共に裏面側を研磨キャリアヘッドに吸着保持されたウェハの表面を前記研磨布に押し付けながら、前記研磨キャリアヘッド及び前記研磨定盤を回転させることにより、前記ウェハに対して研磨を行うウェハ研磨方法であって、前記ウェハを固定するために前記研磨キャリアヘッドに設けられたリテーナリングの形状を測定する工程（ａ）と、前記工程（ａ）の後に、前記リテーナリングの厚さムラが所定量以下になるまで、前記リテーナリングの面出しを行う工程（ｂ）と、前記工程（ｂ）の後に、前記ウェハに対して研磨を行う工程（ｃ）とを備えている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によると、リテーナリングの面出し手段によって、次のような効果を得ることができる。すなわち、新品のリテーナリングが持っている厚さムラを除去することができるため、リテーナリングブレークインに要するランニングコスト（ダミーウェハ研磨に起因してウェハ、研磨スラリー、洗浄薬液等に要するコスト）を低減することができる。また、リテーナリングブレークインを短時間で行うことができるため、装置の生産能力を向上させることができる。また、リテーナリングブレークインを短時間で行うことによって、ブレークインで発生するリテーナリングの削れ屑が研磨パッド上に残ることを防止できるため、ウェハ研磨を行った際にウェハ表面にマイクロスクラッチや残留パーティクル等が発生してしまうことを防止できるので、ウェハ歩留りを向上させることができる。
【００２０】
また、本発明によると、リテーナリングの形状測定手段によって、次のような効果を得ることができる。すなわち、インラインでリテーナリングの形状（例えば厚さ及び厚さムラ等）を高精度に測定することができるため、前記リテーナリングの面出し手段によって、リテーナリングの片減り等を補正することができる。従って、リテーナリングを常に均一な形状に保つことができるため、リテーナリングに起因するウェハ研磨形状の不均一化を防ぐことができるので、ウェハ歩留りを向上させることができる。また、リテーナリングを常に均一な形状に保つことによって、リテーナリングの寿命を延ばすことができるので、装置の生産能力を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（実施形態）
以下、本発明の一実施形態に係るウェハ研磨装置及びウェハ研磨方法について、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
図１（ａ）及び（ｂ）は本実施形態のウェハ研磨装置（具体的にはＣＭＰ装置）の概略構成を示す図であり、図１（ａ）はウェハ研磨ユニットの概略構成を示しており、図１（ｂ）はウェハロード・アンロード（Ｌ／ＵＬ）及び研磨ヘッド洗浄ユニットの概略構成を示している。尚、本実施形態のウェハ研磨装置は、図１（ｂ）に示すウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニット１０７とは別に、ＣＭＰ後洗浄ユニットを備えていてもよい。
【００２３】
図１（ａ）に示すように、本実施形態のＣＭＰ装置のウェハ研磨ユニットは、研磨布（研磨パッド）１０３が貼り付けられた研磨定盤１０２と、ウェハ１０１の裏面側を吸着保持する研磨キャリアヘッド１０４と、研磨定盤１０２上に研磨剤である砥粒が分散された研磨液（スラリー）を供給するスラリー供給ノズル１０６とを備えている。研磨キャリアヘッド１０４には、ウェハ研磨中にウェハ１０１を飛び出させずに研磨キャリアヘッド１０４内に固定保持するためのリテーナリング（ガイドリング）１０８が装着されている。リテーナリング１０８の材料としては、テフロンやＰＰＳ等のエンジニアリングプラスチックが用いられる。また、研磨キャリアヘッド１０４には、ウェハ１０１を保持するウェハ接触面（例えばウェハ保持パッド）１０５が設けられている。すなわち、ウェハ接触面１０５の周縁部に前述のリテーナリング１０８が配置されている。ウェハ接触面１０５の材料としては、硬質材が用いられる場合と軟質材が用いられる場合とがある。硬質材としては、ＳＵＳ材又はアルミナセラミックス等が用いられる。このとき、ウェハ接触面１０５はトップリング等と呼ばれ、ウェハ接触面１０５が真空吸着等によりウェハ１の裏面をダイレクトに保持した状態でウェハ１０１の表面の研磨が行われる。一方、軟質材からなるウェハ接触面１０５はエアバック（Air Back）方式の研磨ヘッドに使用され、具体的な軟質材としては、メンブレン等と呼ばれるシリコンゴム膜又はネオプレンゴム膜等の弾性膜が用いられる。このとき、ウェハ接触面１０５がウェハ１０１の裏面を保持した状態でウェハ１０１の表面の研磨が行われる場合や、プラスチック薄膜にゴムを蒸着成長等させたバッキングパッド等と呼ばれるウェハ接触面１０５を使用して、水張り吸着や真空吸着等によりウェハ１０１の裏面を保持した状態でウェハ１０１の表面の研磨が行われる場合等がある。
【００２４】
一方、図１（ｂ）に示すように、本実施形態のＣＭＰ装置のウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニット１０７には、ウェハ非保持状態の研磨キャリアヘッド１０４を洗浄するために、例えばＤＩＷや洗浄薬液等を散布する散布ノズル１０９Ａが設けられている。散布ノズル１０９ＡにはＤＩＷライン１２１及び薬液ライン１２３が接続されている。尚、本実施形態において、被研磨材であるウェハ１０１の研磨キャリアヘッド１０４への装着及びウェハ１０１の研磨キャリアヘッド１０４からの取り外しはウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニット１０７において行われる。すなわち、本実施形態のウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニット１０７のように、ウェハＬ／ＵＬユニットに、研磨キャリアヘッド１０４を洗浄するための洗浄ユニットが設けられていてもよい。また、ウェハ１０１を保持した研磨キャリアヘッド１０４は各ユニット間を移動することが可能である。
【００２５】
本実施形態の特徴は、図１（ｂ）に示すように、ウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニット１０７に、リテーナリング１０８の面出し手段１１０と、リテーナリング１０８の形状測定手段１１１とが設けられていることである。
【００２６】
具体的には、面出し手段１１０は、リテーナリング１０８と対応するようにウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニット１０７に設けられた研磨台１１２と、研磨台１１２上に設けられたエメリー研磨紙１１３と、例えば研磨スラリーや洗浄薬液を散布するために研磨台１１２内に設けられた散布ノズル１０９Ｂとから構成されている。すなわち、本実施形態において、リテーナリング１０８の面出しは、例えば、研削研磨工具として粒度＃１０００番程度の研磨布紙を使用した、一般的にエメリー研磨等と呼ばれる研磨加工技術を用いて実施する。研磨布紙は、研磨材・接着剤・基材の三要素で構成されている優れた弾性研磨工具であり、研磨布紙に使用される砥粒には、例えばアルミナや炭化ケイ素等の人造研磨材を使用してもよいし、ダイヤモンドやエメリー（天然のアルミナ）等の天然研磨材を使用してもよい。また、散布ノズル１０９Ｂにはスラリーライン１２２及び薬液ライン１２３が接続されている。尚、散布ノズル１０９ＢにＤＩＷライン１２１が接続されていてもよい。この場合、散布ノズル１０９Ｂは、各ライン１２１〜１２３から供給される液体を任意に選択して散布することができる。
【００２７】
一方、形状測定手段１１１としては、例えば研磨台１１２内に設けられた非接触式変位センサーを用いることができる。非接触式変位センサーとしては、例えば、分解能がミクロンオーダーである光学式（レーザフォーカス方式）センサーを用いてもよい。
【００２８】
尚、本実施形態においては、ウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニット１０７に面出し手段１１０及び形状測定手段１１１を設けたが、これに限らず、ウェハ研磨を行う研磨定盤１０２上を除く装置内の任意の箇所に面出し手段１１０及び形状測定手段１１１を設けてもよい。例えば、ウェハ１０１の研磨キャリアヘッド１０４への装着を行うウェハロードユニットと、ウェハ１０１の研磨キャリアヘッド１０４からの取り外しを行うウェハアンロードユニットと、研磨キャリアヘッド１０４を洗浄する洗浄ユニットとが別々に設けられている場合、ウェハロードユニット、ウェハアンロードユニット又は洗浄ユニットのいずれかに面出し手段１１０及び形状測定手段１１１を選択的に設けてもよい。或いは、例えば、装置内のウェハ搬送経路に、面出し手段１１０及び形状測定手段１１１を独立したユニットとして設けてもよい。
【００２９】
以下、ウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニット１０７に面出し手段１１０及び形状測定手段１１１を設けた、前述の本実施形態のウェハ研磨装置を用いたウェハ研磨方法について、図面を参照しながら説明する。
【００３０】
図１（ａ）に示すウェハ研磨ユニットにおいては、研磨定盤１０２を回転させた状態で研磨布１０３の上にスラリー供給ノズル６からスラリー（研磨剤）を供給すると共に研磨キャリアヘッド１０４を用いてウェハ１０１を回転させながら研磨布１０３に対して押し付けることによって、ウェハ１０１の表面が研磨される。ここで、ウェハ１０１の研磨は、研磨キャリアヘッド１０４のウェハ接触面（例えばウェハ保持パッド）１０５をウェハ１０１の裏面に接触させながら行われる。
【００３１】
図１（ａ）に示すウェハ研磨ユニットにおいてウェハ１０１の研磨を行った後、ウェハ１０１を保持した研磨キャリアヘッド１０４は、図１（ｂ）に示すウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニット１０７に移動し、ウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニット１０７おいてウェハ１０１の研磨キャリアヘッド１０４からの取り外しを行った後、ウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニット１０７おいて研磨キャリアヘッド１０４の洗浄を行う。具体的には、ウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニット１０７と研磨キャリアヘッド１０４との間隔を所定距離に保つと共に研磨キャリアヘッド１０４を回転させながら、ＤＩＷライン１２１に接続された散布ノズル１０９Ａから研磨キャリアヘッド１０４に向けてＤＩＷを噴出し、研磨キャリアヘッド１０４の下面に付着したスラリー砥粒や研磨生成物等を除去することによって、研磨キャリアヘッド１０４の洗浄が行われる。
【００３２】
本実施形態の特徴として、図１（ａ）に示すウェハ研磨ユニットにおいてウェハ１０１の研磨を行う前に、図１（ｂ）に示すウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニット１０７において、面出し手段１１０によるリテーナリング面出し工程、及び形状測定手段１１１によるリテーナリング形状測定工程を実施する。具体的には、リテーナリング形状測定工程を実施した後、リテーナリング１０８の厚さムラが所定量以下になるまで、リテーナリング面出し工程を実施する。
【００３３】
尚、本実施形態において、リテーナリング面出し工程を実施した後、リテーナリング１０８の厚さムラが所定量以下になったかどうかを確認するために、再度、リテーナリング形状測定工程を実施してもよい。すなわち、リテーナリング１０８の厚さムラが所定量以下になるまで、リテーナリング面出し工程及びリテーナリング形状測定工程を繰り返し実施してもよい。
【００３４】
また、本実施形態において、リテーナリング面出し工程及びリテーナリング形状測定工程は、新たに研磨処理を行うウェハ１０１の研磨キャリアヘッド１０４への装着を行う直前毎又は研磨処理が終了したウェハ１０１の研磨キャリアヘッド１０４からの取り外しを行う直後毎に実施してもよい。或いは、ウェハ１０１の研磨キャリアヘッド１０４への装着回数又はウェハ１０１の前記研磨キャリアヘッド１０４からの取り外し回数と累積研磨時間とに応じて、リテーナリング面出し工程及びリテーナリング形状測定工程を定期的に実施してもよい。或いは、研磨装置のアイドリング時に、リテーナリング面出し工程及びリテーナリング形状測定工程を実施してもよい。或いは、リテーナリング１０８を新品に交換する時に、リテーナリング面出し工程及びリテーナリング形状測定工程を実施してもよい。
【００３５】
以下、まず、リテーナリング面出し工程の詳細について説明する。図２（ａ）は、面出し手段１１０によるリテーナリング面出し工程を説明するための図である。図２（ａ）に示すように、ウェハロード前又はウェハアンロード後に研磨キャリアヘッド１０４をウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニット１０７に移動させる。その後、研磨キャリアヘッド１０４を下降させることにより、又はウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニット１０７を上昇させることにより、研磨キャリアヘッド１０４の下面全体がウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニット１０７に囲まれるようにする。続いて、ウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニット１０７におけるエメリー研磨紙１１３を貼り付けた研磨台１１２上に研磨キャリアヘッド１０４（具体的にはリテーナリング１０８）を下降させ、リテーナリング１０８に所定の圧力がかかった状態で停止させる。続いて、研磨キャリアヘッド１０４を回転させることにより、リテーナリング１０８の表面の研磨を行う。この時、研磨台１１２内に設けられた散布ノズル１０９Ｂから研磨スラリーやＤＩＷ等を供給しながらリテーナリング１０８の表面の研磨を行う。尚、リテーナリング１０８の研磨における研磨キャリアヘッド１０４の回転数、研磨スラリーやＤＩＷ等を供給するタイミング、及び研磨時間等は、ＣＭＰ装置の研磨レシピ等と同様に任意に設定することが可能である。
【００３６】
リテーナリング１０８の研磨完了後、研磨キャリアヘッド１０４を回転させながら、研磨台１１２内に設けられた散布ノズル１０９Ｂから洗浄薬液やＤＩＷ等を供給することによって、リテーナリング１０８を洗浄する。このとき、ウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニット１０７における研磨キャリアヘッド１０４直下の散布ノズル１０９Ａから洗浄薬液やＤＩＷ等を研磨キャリアヘッド１０４の下面に供給することにより、研磨キャリアヘッド１０４の下面の洗浄を行う。尚、リテーナリング１０８の洗浄における研磨キャリアヘッド１０４の回転数、洗浄薬液やＤＩＷ等を供給するタイミング、及び洗浄時間等は、ＣＭＰ装置の研磨レシピ等と同様に任意に設定することが可能である。また、散布ノズル１０９ＡについてはウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニット１０７内の任意の位置に設定可能であり、例えば研磨キャリアヘッド１０４下面において同心円状に選択された箇所を洗浄することが可能である。また、散布ノズル１０９Ａから洗浄薬液等を研磨キャリアヘッド１０４の下面に供給することに代えて、ウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニット１０７内に洗浄薬液を貯めて、当該薬液中に研磨キャリアヘッド１０４を浸すことにより、研磨キャリアヘッド１０４を洗浄してもよい。リテーナリング１０８や研磨キャリアヘッド１０４の洗浄に用いる洗浄薬液としては、研磨スラリー（リテーナリング１０８の研磨に用いる研磨スラリー）と同じｐＨ領域又は同じｐＨの薬液を使用することが好ましい。このようにすると、ゼータ電位効果を利用して、リテーナリング１０８や研磨キャリアヘッド１０４に付着したゴミを剥離して薬液に溶解させることができる。同様に、リテーナリング１０８や研磨キャリアヘッド１０４の洗浄に用いる洗浄薬液が、ウェハ１０１の研磨に用いる研磨スラリーと同じｐＨ領域又は同じｐＨの薬液であることが望ましい。
【００３７】
以上に説明した研磨工程及び洗浄工程により、リテーナリング表面の面だし、及び面出し研磨後の研磨キャリアヘッド１０４の洗浄が順次行われる。その後、研磨キャリアヘッド１０４を上昇させることにより、又はウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニット１０７を下降させることにより、研磨キャリアヘッド１０４はウェハロード前の待機状態又はウェハアンロード後の待機状態になる。
【００３８】
次に、リテーナリング形状測定工程の詳細について、リテーナリング形状として、リテーナリング１０８の厚さムラ及びリテーナリング１０８の磨耗量を測定する場合を例として説明する。図２（ｂ）は、形状測定手段１１１によるリテーナリング形状測定工程を説明するための図である。図２（ｂ）に示すように、ウェハロード前又はウェハアンロード後に研磨キャリアヘッド１０４をウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニット１０７に移動させる。その後、研磨キャリアヘッド１０４を下降させることにより、又はウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニット１０７を上昇させることにより、研磨キャリアヘッド１０４の下面全体がウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニット１０７に囲まれるようにする。続いて、ウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニット１０７におけるエメリー研磨紙１１３を貼り付けた研磨台１１２上に研磨キャリアヘッド１０４（具体的にはリテーナリング１０８）を下降させ、所定の位置で停止させる。続いて、研磨キャリアヘッド１０４を回転させながら、研磨台１１２内に設けられた形状測定手段１１１（例えば非接触式変位センサー）を用いて、形状測定手段１１１とリテーナリング１０８の表面との距離Δを連続的に測定する。このように測定されたデータを解析することによって、リテーナリング１０８の円周上の厚さムラ（うねり）を計算することができる。また、過去に取得されたデータに基づいて予め求められている距離Δの平均値と、新たに測定された距離Δとの差から、リテーナリング１０８の磨耗量を計算することができる。
【００３９】
図３（ａ）は研磨台１１２の上面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＡ−Ａ’線の断面図である。本実施形態において、エメリー研磨紙１１３を貼り付けた研磨台１１２の中心径Ｄは、リテーナリング１０８の中心径と同じ寸法であることが望ましく、研磨台１１２の幅（つまりエメリー研磨紙１１３の幅）Ｗは、リテーナリング１０８の幅よりも大きいことが望ましい。これにより、リテーナリング１０８（研磨キャリアヘッド１０４）を３６０°回転させることにより、形状測定手段１１１（例えばレーザー変位計等の非接触式変位センサー）を用いて、リテーナリング１０８の円周上の厚さムラ（うねり）を計算することができる。
【００４０】
尚、本実施形態において、リテーナリング１０８の直径方向における同一直線上でリテーナリング１０８の磨耗量や磨耗形状等の測定を行ってもよい。或いは、リテーナリング１０８の円周上での測定値の平均値に基づいて、リテーナリング１０８の磨耗量等を計算してもよい。図３（ａ）及び（ｂ）は、リテーナリング１０８の直径方向における同一直線上に３つの形状測定手段１１１（例えば非接触式変位センサー）を配置した例を示しており、この構成により、リテーナリング１０８の表面において円周に沿って３点（リテーナリング内周部、中央部、外周部）での測定が可能となる。これにより、各点での測定値を比較することにより、リテーナリング１０８の磨耗形状を把握することができる。
【００４１】
図４は、形状測定手段１１１（例えば非接触式変位センサー）を用いたリテーナリング１０８の形状の測定の概要を示す図である。図４に示すように、リテーナリング１０８の表面において円周に沿って３点（リテーナリング内周部、中央部、外周部）での測定が可能となるため、例えばリテーナリング１０８の片削れ（片減り）の状況等を正確に把握することができる。
【００４２】
以上に説明したように、本実施形態によると、リテーナリング１０８の面出し手段１１０によって、次のような効果を得ることができる。すなわち、新品のリテーナリング１０８が持っている厚さムラを除去することができるため、リテーナリングブレークインに要するランニングコスト（ダミーウェハ研磨に起因してウェハ、研磨スラリー、洗浄薬液等に要するコスト）を低減することができる。また、リテーナリングブレークインを短時間で行うことができるため、装置の生産能力を向上させることができる。また、リテーナリングブレークインを短時間で行うことによって、ブレークインで発生するリテーナリング１０８の削れ屑が研磨布（研磨パッド）１０３上に残ることを防止できるため、ウェハ研磨を行った際にウェハ１０１表面にマイクロスクラッチや残留パーティクル等が発生してしまうことを防止できるので、ウェハ歩留りを向上させることができる。
【００４３】
また、本実施形態によると、リテーナリング１０８の形状測定手段１１１によって、次のような効果を得ることができる。すなわち、インラインでリテーナリング１０８の形状（例えば厚さ及び厚さムラ等）を高精度に測定することができるため、リテーナリング１０８の面出し手段１１０によって、リテーナリング１０８の片減り等を補正することができる。従って、リテーナリング１０８を常に均一な形状に保つことができるため、リテーナリング１０８に起因するウェハ研磨形状の不均一化を防ぐことができるので、ウェハ歩留りを向上させることができる。また、リテーナリング１０８を常に均一な形状に保つことによって、リテーナリング１０８の寿命を延ばすことができるので、装置の生産能力を向上させることができる。
【００４４】
尚、本実施形態において、リテーナリング１０８の面出し手段１１０として、エメリー研磨紙１１３を貼り付けた研磨台１１２を用いたが、これに代えて、他の研磨布紙や研削研磨工具を用いても良いことは言うまでもない。
【００４５】
また、本実施形態において、リテーナリング１０８の形状測定手段１１１として、研磨台１１２内に設けられた非接触式変位センサーを用いたが、これに代えて、他のセンサーを研磨台１１２以外の場所に配置して用いても良いことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、ウェハ研磨装置及びウェハ研磨方法に関し、ＣＭＰ等のウェハ研磨に適用した場合、コストの増加、装置の生産能力の低下、及び歩留りの低下等を防止できるという効果が得られ、非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るウェハ研磨装置の概略構成を示す図であり、図１（ａ）はウェハ研磨ユニットの概略構成を示しており、図１（ｂ）はウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニットの概略構成を示している。
【図２】図２（ａ）は、本発明の一実施形態に係るウェハ研磨装置のリテーナリング面出し手段によるリテーナリング面出し工程を説明するための図であり、図２（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るウェハ研磨装置のリテーナリング形状測定手段によるリテーナリング形状測定工程を説明するための図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の一実施形態に係るウェハ研磨装置のウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニットに設けられた研磨台の上面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＡ−Ａ’線の断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係るウェハ研磨装置のリテーナリング形状測定手段を用いたリテーナリングの形状の測定の概要を示す図である。
【図５】図５（ａ）及び（ｂ）は、従来のＣＭＰ装置の概略構成を示す図であり、図５（ａ）はウェハ研磨ユニットの概略構成を示しており、図５（ｂ）はウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニットの概略構成を示している。
【図６】図６は、従来のＣＭＰ装置のウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニットにおいて研磨ヘッドの洗浄を行っている様子の詳細を示している。
【符号の説明】
【００４８】
１０１    ウェハ（被研磨材）
１０２    研磨定盤（プラテン）
１０３    研磨布（研磨パッド）
１０４    研磨キャリアヘッド
１０５    ウェハ接触面（ウェハ保持パッド）
１０６    スラリー供給ノズル
１０７    ウェハＬ／ＵＬ及び研磨ヘッド洗浄ユニット
１０８    リテーナリング（ガイドリング）
１０９Ａ、１０９Ｂ    散布ノズル
１１０    リテーナリング面出し手段
１１１    リテーナリング形状測定手段
１１２    研磨台
１１３    エメリー研磨紙
１２１    ＤＩＷライン
１２２    スラリーライン
１２３    薬液ライン
【図１】
2009260142.tif 000003
【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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