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JP6394569B2 - ウェーハの研磨方法及び研磨装置 - Google Patents

ウェーハの研磨方法及び研磨装置 Download PDF

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Description

本発明は、ウェーハの研磨方法及び研磨装置に関する。
ウェーハの研磨加工は、ガラスエポキシ等から成る環状部材の内側にウェーハを収容し、ウェーハと研磨ヘッドとの間に位置するバッキングパッドでウェーハの裏面を保持するワックスレスマウント式の研磨装置にて行われることが多い。通常、これにはバッキングパッドに環状部材を接着させたテンプレートを用いる。通常、テンプレートは、研磨ヘッドのＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）又はチタン等から成る環状のベースリングに貼り付けられて使用される。
特開２００４−２３０３８号公報 特許第４０１３１８７号
上記のようなワックスレスマウント式の研磨において、テンプレートの使用時間に応じて研磨後のウェーハの形状が変動していく現象があり、ウェーハのフラットネスの安定化を図る上での課題となっている。
従来、このようなウェーハの形状変化に対して、研磨後のウェーハのフラットネスを測定し、測定したフラットネスが規格外となった場合は、新品のテンプレートに交換したり、他号機で使用していた中古のテンプレートに交換したりするなどして、研磨後のウェーハのフラットネスが規格内に収まるように逐次対応していた。しかしながら、ウェーハのフラットネスの測定結果に応じた対応の場合、テンプレートの交換によるフラットネスの調整にはタイムラグが発生し、フラットネスが規格外となるウェーハが発生する。また、フラットネスが規格内であれば特に調整を行わないため、結果としてテンプレートのライフの初期から末期までの、ウェーハのフラットネスのバラツキが大きくなってしまう。
本発明者等は、研究の結果、テンプレートの使用時間に応じたフラットネス変動には、環状部材の内周面とバッキングパッドの環状部材と貼り合わされている側の面とでウェーハを収納して保持する凹部の深さであるポケットデプス（以下、ＰＤとも呼称する）の経時変化が関与していることを突き止めた。そして、ＰＤの経時変化の主な原因は、環状部材の摩耗及びバッキングパッドの変形であることを知見した。しかしながら従来技術では、ＰＤの経時変化については考慮されておらず、研磨ヘッドの取りつけ前後でしかＰＤを測定していなかった。
例えば、特許文献１では、テンプレートのリテーナリング（環状部材）表面に突起を設けて、研磨中に研磨パッドをｉｎ−ｓｉｔｕドレスすることで、ウェーハのフラットネスを安定化することが開示されている。しかし、これには環状部材の摩耗とバッキングパッドの変形によるフラットネス変動が考慮されていない。また、環状部材の材質は耐摩耗性のあるセラミクスも使用可能とあるが、これを用いることで内周端でのワークエッジ部でクラックが発生する障害が生じてしまう等の問題もある。
また、特許文献２では、目標とするウェーハ厚みに応じ、研磨ヘッドの本体とテンプレートとの間に、厚み１０μｍ程度のスペーサを抜き差しすることにより調整することが開示されている。しかし、フラットネス制御ができるほどのより微細な調整の可否についての言及がない。また可能だとしても作業は煩雑であるし、スペーサの抜き差し後の段差量の確認手段についての言及がなく、ＰＤの経時変化によるフラットネス変動が考慮されていない。
本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、テンプレートのポケットデプスの数値変動を起因とするウェーハのフラットネスの変動を調整することができるウェーハの研磨方法及び研磨装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、環状部材とバッキングパッドとが貼り合わせられ、前記環状部材の内周面と前記バッキングパッドの前記環状部材と貼り合わされている側の面とでウェーハを収納して保持する凹部が形成されたテンプレートを有する、回転可能な研磨ヘッドを用い、前記凹部にウェーハを収納して保持するローディング工程と、前記研磨ヘッドに保持された前記ウェーハを、回転可能な定盤上に貼り付けられた研磨布に、前記定盤及び前記研磨ヘッドを回転させながら押圧して研磨する研磨工程と、前記研磨が終了したウェーハを前記テンプレートの凹部から取り出すアンローディング工程とを繰り返して、複数のウェーハを研磨するウェーハの研磨方法であって、前記アンローディング工程の後であって、次に研磨するウェーハを保持するローディング工程の前に、前記研磨が終了したウェーハを取り出した後の前記凹部の深さＰＤｔを測定する測定工程と、前記測定した凹部の深さＰＤｔと、研磨に使用する前の前記テンプレートの凹部の深さＰＤ０との差ΔＰＤを算出する算出工程と、前記算出した差ΔＰＤに従い、次に研磨するウェーハの研磨条件を調整する調整工程とを有することを特徴とするウェーハの研磨方法を提供する。
このようにすれば、テンプレートのポケットデプスの数値変動を測定し、その数値に応じて、ウェーハのフラットネスの変動を調整（特には抑制）するような研磨条件に適宜調整することができる。その結果、テンプレートの使用時間に応じたウェーハのフラットネスのばらつきを低減することができる。
このとき、前記調整工程において、前記定盤の回転数と前記研磨ヘッドの回転数との相対速度、及び研磨圧力のいずれか一方又はその両方を調整することで、研磨時の前記環状部材の摩耗量を前記差ΔＰＤが小さくなるように調整することができる。
このように、ＰＤｔとＰＤ０との差ΔＰＤが小さくなるように、つまり、テンプレートの凹部の深さが初期から変動しないように研磨条件を調整することでテンプレートの使用時間に応じたウェーハのフラットネスのばらつきを低減することができる。
またこのとき、前記調整工程において、前記バッキングパッドを、研磨圧力により塑性変形する量が異なる別のバッキングパッドに変更することで、前記バッキングパッドの塑性変形量を前記差ΔＰＤが小さくなるように調整することができる。
このようにして、テンプレートの凹部の深さが初期から変動しないように研磨条件を調整することでテンプレートの使用時間に応じたウェーハのフラットネスのばらつきを低減することができる。
また、前記調整工程を、前記深さＰＤｔと深さＰＤ０との差ΔＰＤが所定の値より大きくなった場合に実施することができる。
深さの差ΔＰＤが所定の値より大きく、次に研磨するウェーハのフラットネスが予め設定した閾値より大きくなり得ると判断した場合に調整を行えば、生産性の低下を抑制しながら研磨条件を調整し、フラットネスのばらつきを低減することができる
また、上記目的を達成するために、本発明は、環状部材とバッキングパッドとが貼り合わせられ、前記環状部材の内周面と前記バッキングパッドの前記環状部材と貼り合わされている側の面とでウェーハを収納して保持する凹部が形成されたテンプレートを有する、回転可能な研磨ヘッドと、回転可能な定盤上に貼り付けられた研磨布とを具備し、前記定盤及び前記研磨ヘッドを回転させながら、前記研磨ヘッドに保持された前記ウェーハを前記研磨布に対して押圧して研磨する研磨装置であって、前記研磨が終了したウェーハを取り出した後の前記テンプレートの凹部の深さＰＤｔを測定できる測定手段と、前記測定した凹部の深さＰＤｔと、研磨に使用する前の前記テンプレートの凹部の深さＰＤ０との差ΔＰＤを算出する算出手段と、前記算出した差ΔＰＤに従い、次に研磨するウェーハの研磨条件を調整する調整手段とを具備することを特徴とする研磨装置を提供する。
このような研磨装置であれば、テンプレートのポケットデプスの数値変動を測定し、その数値に応じて、研磨条件を、特にはウェーハのフラットネスの変動を抑制するような研磨条件に適宜調整することができる。その結果、テンプレートの使用時間に応じたウェーハのフラットネスのばらつきを低減することができる研磨装置となる。
このとき、前記調整手段が、前記定盤の回転数と前記研磨ヘッドの回転数との相対速度、及び研磨圧力のいずれか一方又はその両方を調整することで、研磨時の前記環状部材の摩耗量を前記差ΔＰＤが小さくなるように調整するものであることが好ましい。
このような研磨装置であれば、テンプレートの凹部の深さが初期から変動しないように研磨条件を調整することでテンプレートの使用時間に応じたウェーハのフラットネスのばらつきを低減することができる。
またこのとき、前記調整手段が、前記深さＰＤｔと深さＰＤ０との差ΔＰＤが所定の値より大きくなった場合に前記研磨条件を調整するものであることが好ましい。
深さの差ΔＰＤが所定の値より大きく、次に研磨するウェーハのフラットネスが予め設定した閾値より大きくなり得ると判断した場合に調整を行えば、生産性の低下を抑制しながら研磨条件を調整し、フラットネスのばらつきを低減することができる研磨装置となる。
また、前記測定手段が、前記研磨が終了したウェーハを取り外した前記テンプレートの凹部の深さＰＤｔを測定するセンサー部と、該センサー部を前記凹部の深さＰＤｔの測定時に前記テンプレートの下方に位置するように移動させる移動部とを有するものであることが好ましい。
本発明の研磨装置は、このような測定手段により凹部の深さＰＤｔを測定できる。
本発明のウェーハの研磨方法及び研磨装置であれば、テンプレートの凹部の深さの数値変動をモニタリングし、その数値に応じて研磨条件を調整することで、ウェーハのフラットネスの変動を抑制することができる。
本発明の研磨装置の一例を示した概略図である。 本発明の研磨装置の測定手段の凹部の深さＰＤｔ測定時の態様の一例を示した概略図である。 研磨への使用に伴うテンプレートの凹部の深さの変化を説明する図である。 本発明のウェーハの研磨方法の一例を示すフロー図である。 インライン式レーザ変位計による撮像結果の例を示す図である。 インライン式レーザ変位計による測定結果の例を示すグラフである。 実施例１におけるＰＤｔの測定結果である。 実施例１における研磨ヘッドの回転数の推移を示すグラフである。 実施例１におけるＥＳＦＱＤｍａｘの測定結果である。 比較例におけるＰＤｔの測定結果である。 比較例におけるＥＳＦＱＤｍａｘの測定結果である。 実施例２におけるＰＤｔの測定結果である。 実施例２におけるＥＳＦＱＤｍａｘの測定結果である。 実施例３におけるＰＤｔの測定結果である。 実施例３におけるＥＳＦＱＤｍａｘの測定結果である。
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
上記のように、テンプレートの使用時間に応じて、ウェーハのフラットネスが変動してしまい、ウェーハのフラットネスのばらつきが増大してしまうという問題があった。
そこで、本発明者等はこのような問題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、フラットネスの変動が、主に、テンプレートの凹部の深さ（ＰＤ）の変動に起因することを知見した。そして、ＰＤの値をモニタリングしながら研磨条件を調整することで、フラットネスのばらつきを調整して抑制等できることに想到し、本発明を完成させた。
まず、以下に本発明の研磨装置について図１〜３を参照して詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。図１に示すように、本発明の研磨装置１は、ウェーハＷを保持するための回転可能な研磨ヘッド２と、回転可能な定盤３と、定盤３上に貼り付けられた研磨布４と、を具備している。また、ウェーハＷの研磨時に、研磨布４に研磨剤を供給する研磨剤供給機構５を具備していても良い。
研磨ヘッド２は、環状部材６とバッキングパッド７とが貼り合わせられて成るテンプレート８を有している。図１に示すように、テンプレート８には、環状部材６の内周面とバッキングパッド７の環状部材６と貼り合わされている側の面とでウェーハＷを収納して保持する凹部９が形成されている。
この研磨装置１ではウェーハＷの裏面をバッキングパッド７によって保持し、ウェーハＷのエッジ部を環状部材６によって保持し、研磨剤供給機構５から研磨布４上に研磨剤を供給するとともに、定盤３と研磨ヘッド２をそれぞれ回転させながら、研磨布４にウェーハＷを押圧することで、ウェーハＷを研磨布４に摺接させて研磨を行うことができる。
また、本発明の研磨装置１は、研磨が終了したウェーハＷを取り出した後のテンプレート８の凹部９の深さＰＤｔを測定できる測定手段１０を具備している。この測定手段１０は、例えば、センサー部１１と、センサー部１１を凹部深さＰＤｔの測定時にテンプレート８の下方に位置するように移動させる移動部１２とを有するものとできる。
センサー部１１は、図２に示すように、研磨が終了したウェーハＷを取り外したテンプレート８の凹部９の深さＰＤｔを測定することができ、移動部１２はセンサー部１１を凹部深さＰＤｔの測定時にテンプレート８の下方に位置するように移動させることができる。
センサー部１１としては、インライン式のレーザ変位計を用いることができる。このような変位計としては、例えば、ＬＪ−Ｖ７０２０（ＫＥＹＥＮＣＥ社製）等を用いることができる。この方式によるＰＤｔの測定は、環状部材６とバッキングパッド７の段差部分をラインスキャンし、環状部材６の表面からの反射光像とバッキングパッド７の表面からの反射光像の段差をＰＤｔとして計測できる。また、研磨剤の飛沫がセンサー部１１にかからないように、センサー部１１にカバーを設けても良い。
また、移動部１２は、Ｘ軸方向（水平方向）への移送が可能なＸ軸方向スライダーを使用することができる。ウェーハＷの研磨中のセンサー部１１の待機位置は、研磨加工に支障が無い位置とし、ウェーハＷのアンローディング後の凹部深さＰＤｔの測定時に、センサー部１１をテンプレート８の下方に位置するように移動させる。テンプレート８の下方とは、例えば、環状部材６とバッキングパッド７の段差部分が、センサー部１１の測定範囲内となる位置である。
例えば、測定手段１０は、Ｘ軸方向スライダーの先端にレーザ変位計が取りつけられ、テンプレート８の下方へのレーザ変位計の進入とテンプレート８の下方からのレーザ変位計の退避が可能なようにセットされたものとすれば良い。
また、本発明の研磨装置１は、測定手段１０で測定した凹部９の深さＰＤｔと、研磨に使用する前のテンプレート８の凹部９の深さＰＤ０との差ΔＰＤを算出する算出手段１３を具備する。算出手段１３としてはパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等を使用できる。さらに、算出手段１３で算出した差ΔＰＤに従い、次に研磨するウェーハＷの研磨条件を調整する調整手段１４を具備する。
このような本発明の研磨装置１であれば、研磨条件をテンプレート８の凹部９の深さＰＤｔを測定し、ＰＤｔとＰＤ０との差ΔＰＤに応じて、特に、ウェーハＷのフラットネスの変動を抑制するような研磨条件に適宜調整することができる。さらに、研磨後のフラットネス測定結果が出る前にＰＤｔの値を元に調整が可能であるため、フラットネス推移の軌道修正をより少ないタイムラグで行うことができ、結果としてテンプレートのライフ初期から末期までのウェーハのフラットネスのバラツキを小さく抑制できる。
また、ウェーハＷのフラットネスのばらつきを低減するために、より具体的には、調整手段１４が、定盤３の回転数と研磨ヘッド２の回転数との相対速度、及び研磨圧力のいずれか一方又はその両方を調整することで、研磨時の環状部材６の摩耗量を差ΔＰＤが小さくなるように調整するものであることが好ましい。凹部９の深さＰＤｔの、初期の凹部深さＰＤ０からの変化量をより小さくすることでウェーハＷのフラットネスのばらつきを低減することができる。その理由を以下に説明する。
図３に示すように、テンプレート８を研磨に使用する前、即ち、テンプレート８の研磨への使用時間ｔ＝０の場合の凹部９の深さＰＤ０は、初期の環状部材６の厚みと等しくなる。しかし、図３に示すように、ｔ＞０における凹部９の深さＰＤｔには、環状部材６の摩耗量Ａとバッキングパッド７の塑性変形量Ｐの二つの要素が加わる。つまり、ｔ＞０における凹部９の深さＰＤｔは、ＰＤｔ＝ＰＤ０−Ａ＋Ｐで表される。
この式によれば、Ａ＞ＰならばＰＤｔがＰＤ０よりも浅くなり、Ａ＜ＰならばＰＤｔがＰＤ０よりも深くなり、Ａ＝ＰならばＰＤｔがＰＤ０と同じ深さとなることがわかる。従って、Ａ＞Ｐならばウェーハのダレ化がより進行すること、Ａ＜Ｐならばハネ化がより進行すること、Ａ＝Ｐならばテンプレート８の使用時間に応じたウェーハのフラットネスの変動がほとんどないことをそれぞれ意味する。
このように上記式によれば、−Ａ＋Ｐ→０であればＰＤｔ→ＰＤ０となり、テンプレート８のライフが進行した後も、ＰＤｔをＰＤ０に近い値に維持できることが示されている。つまり、ＡとＰの大小関係を制御し、ＰＤｔをＰＤ０の差ΔＰＤをより小さくすることで、ウェーハのフラットネスのばらつきを低減することができる。
ここで、Ａは環状部材６の磨耗量（又は摩耗レート）であるので、研磨ヘッド２と定盤３の回転数の相対速度や、研磨圧によって調整可能である。一方、Ｐはバッキングパッド７の塑性変形量であるので、研磨圧やバッキングパッド７の圧縮率等によって調整することが可能である。これらの調整により、−Ａ＋Ｐ→０、即ち、ＰＤｔをＰＤ０に限りなく近い値に制御できれば、テンプレートの使用時間ｔによるウェーハのフラットネスの変動を低減できる。また、定盤３と研磨ヘッド２の回転速度や研磨圧は研磨レシピを変えれば変更可能であることから、回転速度や研磨圧の調整であれば、テンプレート８の交換作業なしに行うことができ、そのため、生産性の低下を抑制できる。
また、本発明の研磨装置１において、調整手段１４を、深さＰＤｔと深さＰＤ０との差ΔＰＤが所定の値より大きくなった場合に研磨条件を調整するものとできる。このようなものであれば、生産性の低下を回避しながら、ウェーハのフラットネスの変動を低減できる。
続いて、本発明のウェーハの研磨方法を上記説明した本発明の研磨装置１を用いる場合を例に説明する。
図４に本発明のウェーハの研磨方法の一例のフロー図を示す。まず、研磨ヘッド２にテンプレート８を取り付ける工程を行う。次に、研磨に使用する前のテンプレート８の凹部９の深さＰＤ０を測定する工程を行う。続いて、凹部９にウェーハＷを収納して保持するローディング工程、研磨ヘッド２に保持されたウェーハＷを、回転可能な定盤３上に貼り付けられた研磨布４に、定盤３及び研磨ヘッド２を回転させながら押圧してウェーハＷを研磨する研磨工程、研磨が終了したウェーハＷをテンプレート８の凹部９から取り出すアンローディング工程を行う。
続いて、測定手段１０を用い、凹部９の深さＰＤｔを測定する測定工程を行う。このとき、測定は、研磨が終了し、研磨ヘッド２からウェーハＷをアンロードした後であって、研磨ヘッド２が上昇した位置に有るタイミングで行うことが好ましい。また、測定には、インライン式のレーザ変位計を用いて凹部９の深さＰＤｔを測定することができる。図５に、１ラインの撮像結果の例を示す。このように、環状部材６及びバッキングパッド７の表面からの反射光像の段差から凹部９の深さＰＤｔを測定できる。
また、センサー部１１をＰＤｔが測定可能な位置まで進入させた後、研磨ヘッド２を回転駆動させるサーボモータと外部同期信号により、センサーと研磨ヘッドの回転を連動させて、角度毎にラインプロファイルを取得し、テンプレートの下面の面内のＰＤｔの分布を数値化することもできる。測定データは、例えば、ＰＣのモニターなどに出力される。ここで、測定データの一例を図６に示す。図６のグラフの縦軸の「基準面からの変位」は、特定の基準面からの各測定点の変位（ｍｍ）、「角度」は環状部材及びバッキングパッドの基準位置からの円周方向の角度（°）を表している。このように数値化されたＰＤｔの分布から、凹部の面内のＰＤｔの平均値を算出して用いても良い。
続いて、算出手段１３により、測定した凹部９の深さＰＤｔと、研磨に使用する前のテンプレート８の凹部９の深さＰＤ０との差ΔＰＤを算出する算出工程を行う。このように、ＰＤｔの測定値とＰＤ０は測定毎に比較される。
続いて、算出した差ΔＰＤに従い、調整手段１４等を用いて、次に研磨するウェーハの研磨条件を調整する調整工程を行う。本発明のウェーハの研磨方法では、調整工程において、定盤３の回転数と研磨ヘッド２の回転数との相対速度、及び研磨圧力のいずれか一方又はその両方を調整することで、研磨時の環状部材６の摩耗量を差ΔＰＤが小さくなるように調整することができる。また、調整工程において、バッキングパッド７を、研磨圧力により塑性変形する量が異なる別のバッキングパッドに変更することで、バッキングパッドの塑性変形量を差ΔＰＤが小さくなるように調整することもできる。
また、本発明では、調整工程を、深さＰＤｔと深さＰＤ０との差ΔＰＤが所定の値より大きくなった場合に実施することができる。より具体的には、例えば、差ΔＰＤの大きさの変化の指標として、深さＰＤｔのＰＤ０からの変化率に規定を設けて調整の有無を決定することができる。なお、変化率は、例えば、（変化率）＝［（ＰＤｔ−ＰＤ０）／ＰＤ０］×１００と定義することができる。また、変化率はフラットネス規格と対応させて、フラットネス規格に応じて上下限値を規定することができる。つまり、所望の範囲内のフラットネスが得られるように、変化率の上下限値を設定することができる。
ここでは、例として、±３％を変化率の上下限値とし、研磨条件として相対速度又は研磨圧を調整する場合を例にして説明する。この場合、（変化率）＞＋３％になると、ウェーハの外周部のハネ化がより進むと判断でき、ウェーハのフラットネスが規格外となると予想される。そのため、次のウェーハの研磨条件は、環状リングの摩耗量Ａを増加させるために研磨ヘッドと定盤の相対速度を増加させるか、または研磨圧を増加させるように調整する。相対速度を増加させるには、例えば、定盤の回転数が研磨ヘッドの回転数より小さい場合には、研磨ヘッドの回転数を増加させるか、定盤の回転数を減少させればよい。
一方、（変化率）＜−３％になると、ウェーハの外周部のダレ化が進むと判断でき、ウェーハのフラットネスが規格外となると予想される。そのため、次のウェーハの研磨条件は、環状リングの摩耗量Ａを減少させるために、研磨ヘッドと定盤の相対速度を減少させるか、または研磨圧を減少させるように調整する。相対速度を減少させるには、例えば、定盤の回転数が研磨ヘッドの回転数より小さい場合には、研磨ヘッドの回転数を減少させるか、定盤の回転数を増加させればよい。変化率が上下限値の範囲内にある場合は、そのままの研磨条件で操業を継続すればよい。このようにして研磨条件を調整後、次のウェーハをローディングし、研磨を行う。
また、測定工程及び算出工程は、ローディング工程からアンローディング工程を複数回繰り返すうち、アンローディング工程の後に毎回行っても良いし、例えば、一定の周期毎に行っても良い。測定工程及び算出工程の頻度は、求めるフラットネスの精度や生産性等を考慮して適宜決定できる。
以上のように、本発明のウェーハの研磨方法であれば、深さＰＤｔとＰＤ０との差ΔＰＤに従い、適切に研磨条件を調整することで、ウェーハのフラットネスの変動を調整し、特には抑制することができる。
以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
図１に示すような本発明の研磨装置の研磨ヘッドに、ＰＤ０≒７００μｍのテンプレートを取り付けて図４に示すフローに従ってシリコンウェーハの連続研磨を行った。
また、テンプレートのライフは４５０時間とし、５０時間毎にウェーハのフラットネス及びＰＤｔを測定した。ＰＤｔはＬＪ−Ｖ７０２０（ＫＥＹＥＮＣＥ社製）により測定した。また、実施例１では、ＰＤｔのＰＤ０からの変化率±３％を上下限値とし、変化率がこの範囲外となったときに研磨条件を調整した。
具体的には、変化率が上記範囲外となった場合に、実施例１ではヘッド回転数を増減させることにより、定盤と研磨ヘッドの相対速度を調整し、環状部材の摩耗量Ａを制御した。初期の研磨ヘッドの回転数は２０ｒｐｍとした。定盤の回転数は研磨ヘッドの回転数よりも小さい値に固定した。
図７に示すように、ＰＤｔはテンプレートの使用時間が２００時間に達するまで単調増加した。また、テンプレートの使用時間が２００時間に達した際に、変化率が上限値の＋３％を超えた。そこで、図８に示すように、研磨ヘッドの回転数を２０ｒｐｍから４０ｒｐｍに変更し、環状部材の摩耗量Ａを大きくした。これにより、図７に示すように、２００時間以降で、ＰＤｔは減少に転じ差ΔＰＤは小さくなった。
研磨後のウェーハのフラットネスはＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製のＷａｆｅｒｓｉｇｈｔにより測定し、ＥＳＦＱＤ（Ｅｄｇｅ Ｓｉｔｅ Ｆｒｏｎｔ ｌｅａｓｔ ｓＱｕａｒｅｓ ＜ｓｉｔｅ＞ Ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）の最大値ＥＳＦＱＤｍａｘで確認した。なお、ＥＳＦＱＤｍａｘはプラス側が外周ハネ、−側が外周ダレ形状であることを示す指標である。
５０時間毎のウェーハのＥＳＦＱＤｍａｘの測定結果を図９に示す。ＥＳＦＱＤｍａｘはＰＤｔと同様にテンプレートの使用時間が２００時間に達するまで単調増加したが、差ＰＤに従って研磨条件を調整したことで、その後減少に転じた。
（比較例）
基本的には実施例１と同様に研磨を行ったが、比較例では研磨ヘッドへのテンプレートの取り付け前と、テンプレートの取り外し後にのみ凹部の深さを測定した。即ち、従来と同様、凹部の深さの経時的な変化に従った研磨条件の調整は行わず、研磨ヘッドの回転数は終始２０ｒｐｍとした。定盤の回転数も実施例と同様に固定した。
その結果、図１０に示すように研磨終了後（４５０時間後）の凹部の深さＰＤｔは７４０μｍまで上昇した。また、図１１に示すように、ＥＳＦＱＤｍａｘは単調増加し続け、実施例１よりハネ形状が大きく進行してしまった。
（実施例２）
実施例１の終了後、実施例１で得たΔＰＤのデータを基に、引き続き、次以降のシリコンウェーハの研磨で一層ΔＰＤが小さくなり、研磨後のシリコンウェーハのフラットネスがさらに改善されるように、調整工程で研磨条件を調整した。具体的には、テンプレートをバッキングパッドの塑性変形量がより小さいテンプレートに交換し、研磨ヘッドの回転数は２０ｒｐｍとし、その他は実施例１と同様な条件でウェーハの研磨を行った。バッキングパッドの塑性変形量は、バッキングパッドの材質を変更することで圧縮率を５０％低減させて調整した。また、実施例２では、ＰＤｔのＰＤ０からの変化率±１％を上下限値と変更した。
その結果、図１２に示すように、ＰＤｔの変化率は終始±１％以内に収まり、ＰＤｔの変動は比較例の半分以下となった。また、図１３に示すように、ＥＳＦＱＤｍａｘの増加量も比較例の半分以下となった。さらには、実施例１よりもＰＤｔ及びΔＰＤの変動の平均を小さくし、ＥＳＦＱＤｍａｘの平均も小さくすることができた。この結果から、本発明の研磨方法によって、研磨を繰り返し行い、ΔＰＤのデータに合わせてバッキングパッドの塑性変形量を調整することでも、フラットネスのばらつきをより抑制できることが確認できた。
（実施例３）
実施例２の終了後、実施例１、２で得たΔＰＤのデータを基に、引き続き、次以降のシリコンウェーハの研磨で一層ΔＰＤが小さくなり、フラットネスがさらに改善されるように、調整工程で研磨条件を再度調整した。具体的には、実施例２と同様のバッキングパッドを用いると共に、研磨ヘッドの回転数を最適化し、研磨ヘッドの初期の回転数を２５ｒｐｍに調整した。その他は実施例２と同様な条件でウェーハの研磨を行った。
その結果、図１４に示すように、終始、ＰＤｔの変化率は±１％以内に収まり、ＰＤ０との差がほとんど発生しなかった。また、図１５に示すように、ＥＳＦＱＤｍａｘの変化量も実施例の中で最も小さくなった。この結果から、本発明の研磨方法によって、研磨を繰り返し行い、ΔＰＤのデータに合わせて定盤と研磨ヘッドの回転数の相対速度及びバッキングパッドの塑性変形量を両方とも調整することで、フラットネスのばらつきをより抑制できることが確認できた。
表１に、実施例１〜３、比較例における条件及び実施結果をまとめたもの示す。なお、ＰＤｔ及びＥＳＦＱＤｍａｘの平均値と標準偏差はテンプレートのライフ初期から末期までの集計データの平均値と標準偏差である。
Figure 0006394569
表１から分かるように、実施例１〜３は、ＡとＰの差を小さくし、ＰＤｔのＰＤ０からの差ΔＰＤを小さく制御できたため、比較例に比べて、ＥＳＦＱＤｍａｘの平均、標準偏差も小さく抑えることができた。すなわち、ΔＰＤに従い研磨条件を調整することで、実施例１〜３ではウェーハのフラットネスの変動を抑制することができた。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
１…本発明の研磨装置、 ２…研磨ヘッド、 ３…定盤、 ４…研磨布、
５…研磨剤供給機構、 ６…環状部材、 ７…バッキングパッド、
８…テンプレート、 ９…凹部、 １０…測定手段、
１１…センサー部、 １２…移動部、 １３…算出手段、
１４…調整手段、
Ｗ…ウェーハ。

Claims (8)

  1. 環状部材とバッキングパッドとが貼り合わせられ、前記環状部材の内周面と前記バッキングパッドの前記環状部材と貼り合わされている側の面とでウェーハを収納して保持する凹部が形成されたテンプレートを有する、回転可能な研磨ヘッドを用い、前記凹部にウェーハを収納して保持するローディング工程と、前記研磨ヘッドに保持された前記ウェーハを、回転可能な定盤上に貼り付けられた研磨布に、前記定盤及び前記研磨ヘッドを回転させながら押圧して研磨する研磨工程と、前記研磨が終了したウェーハを前記テンプレートの凹部から取り出すアンローディング工程とを繰り返して、複数のウェーハを研磨するウェーハの研磨方法であって、
    前記アンローディング工程の後であって、次に研磨するウェーハを保持するローディング工程の前に、
    前記研磨が終了したウェーハを取り出した後の前記凹部の深さＰＤｔを測定する測定工程と、
    前記測定した凹部の深さＰＤｔと、研磨に使用する前の前記テンプレートの凹部の深さＰＤ０との差ΔＰＤを算出する算出工程と、
    前記算出した差ΔＰＤに従い、次に研磨するウェーハの研磨条件を調整する調整工程とを有することを特徴とするウェーハの研磨方法。
  2. 前記調整工程において、前記定盤の回転数と前記研磨ヘッドの回転数との相対速度、及び研磨圧力のいずれか一方又はその両方を調整することで、研磨時の前記環状部材の摩耗量を前記差ΔＰＤが小さくなるように調整することを特徴とする請求項１に記載のウェーハの研磨方法。
  3. 前記調整工程において、前記バッキングパッドを、研磨圧力により塑性変形する量が異なる別のバッキングパッドに変更することで、前記バッキングパッドの塑性変形量を前記差ΔＰＤが小さくなるように調整することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のウェーハの研磨方法。
  4. 前記調整工程を、前記深さＰＤｔと深さＰＤ０との差ΔＰＤが所定の値より大きくなった場合に実施することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のウェーハの研磨方法。
  5. 環状部材とバッキングパッドとが貼り合わせられ、前記環状部材の内周面と前記バッキングパッドの前記環状部材と貼り合わされている側の面とでウェーハを収納して保持する凹部が形成されたテンプレートを有する、回転可能な研磨ヘッドと、回転可能な定盤上に貼り付けられた研磨布とを具備し、前記定盤及び前記研磨ヘッドを回転させながら、前記研磨ヘッドに保持された前記ウェーハを前記研磨布に対して押圧して研磨する研磨装置であって、
    前記研磨が終了したウェーハを取り出した後の前記テンプレートの凹部の深さＰＤｔを測定できる測定手段と、
    前記測定した凹部の深さＰＤｔと、研磨に使用する前の前記テンプレートの凹部の深さＰＤ０との差ΔＰＤを算出する算出手段と、
    前記算出した差ΔＰＤに従い、次に研磨するウェーハの研磨条件を調整する調整手段とを具備することを特徴とする研磨装置。
  6. 前記調整手段が、前記定盤の回転数と前記研磨ヘッドの回転数との相対速度、及び研磨圧力のいずれか一方又はその両方を調整することで、研磨時の前記環状部材の摩耗量を前記差ΔＰＤが小さくなるように調整するものであることを特徴とする請求項５に記載の研磨装置。
  7. 前記調整手段が、前記深さＰＤｔと深さＰＤ０との差ΔＰＤが所定の値より大きくなった場合に前記研磨条件を調整するものであることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の研磨装置。
  8. 前記測定手段が、前記研磨が終了したウェーハを取り外した前記テンプレートの凹部の深さＰＤｔを測定するセンサー部と、該センサー部を前記凹部の深さＰＤｔの測定時に前記テンプレートの下方に位置するように移動させる移動部とを有するものであることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の研磨装置。
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