JP6093741B2 - 研磨装置及びウェーハの研磨方法 - Google Patents

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Description

本発明は、インデックス方式の研磨装置及びウェーハの研磨方法に関する。
シリコンウェーハに代表される半導体ウェーハ（以下、単にウェーハともいう）の研磨は、両面を同時に研磨する方法や、片面を研磨する方法が行われている。
ウェーハの片面を研磨するには、図１１に示すような、研磨布１０３が貼り付けられた定盤１０４と、定盤１０４上に研磨剤１０７を供給するための研磨剤供給機構１０８と、研磨するウェーハＷを保持するための研磨ヘッド１０２から構成された研磨装置１０１が多く用いられている。
研磨装置１０１は、研磨ヘッド１０２でウェーハＷを保持し、研磨剤供給機構１０８から研磨布１０３上に研磨剤１０７を供給するとともに、定盤１０４と研磨ヘッド１０２をそれぞれ回転させてウェーハＷの表面を研磨布１０３に摺接させることにより研磨を行っている。
また、ウェーハの研磨は、研磨布の種類や研磨剤の種類を換えて、多段で行われることが多く、インデックス方式と呼ばれる２つの定盤ないし３つの定盤を有する研磨装置が多く用いられている。
ここで、図１２に第１〜第３の定盤２０４ａ〜ｃを持つ研磨装置２０１の一例を示す。研磨装置２０１は、第１〜第４の研磨軸２０９ａ〜ｄに、研磨ヘッド２０２ａ〜ｄが取り付けられており、１つの定盤に２つ研磨ヘッドを割り当てることができるようになっている。そのため、１バッチ当たり２枚のウェーハの研磨が可能なため、特に生産性に優れる。
そして、このような研磨装置２０１は、研磨布の目詰まりを抑制するため、ブラッシングやドレッシングを行うドレッシング機構を備えている場合がある。
ブラッシングやドレッシングにより、研磨布の目詰まりを抑制することができるが、ブラッシングやドレッシング中は、ウェーハの研磨ができないため、生産性が低下してしまう。このため、ブラッシングやドレッシングの頻度や時間は、使用する研磨布の種類や、研磨取り代によって、適時設定し、生産性の低下を抑えている。
インデックス方式の研磨装置２０１を用いた具体的な研磨の流れを、第１の研磨軸２０９ａの研磨ヘッド２０２ａを例に、図１３のフロー図に基づいて説明する。
まず、ウェーハを研磨ヘッド２０２ａにローディングする（ＳＰ１０１）。ウェーハをローディングする時は、研磨ヘッド２０２ａが下降し、図１２に示すようなローディング／アンローディングステージ２１２上にあるウェーハを保持する。なお、ウェーハの保持方法は、使用する研磨ヘッドによって異なるが、一般的には、真空吸着方式や、テンプレートによる水張り方式が用いられている。
そして、ウェーハを保持した研磨ヘッド２０２ａは、旋回可能な位置まで上昇した後、９０度旋回し（ＳＰ１０２）、第１の定盤２０４ａへと移動する（ＳＰ１０３）。
ここで旋回可能な位置とは、例えば、研磨ヘッド２０２ａを旋回した際に、研磨ヘッド２０２ａがドレッシング機構などの他の部材に接触しない位置のことである。
そして、研磨ヘッド２０２ａは第１の定盤２０４ａの研磨布に接触する位置まで下降し、研磨布が張り付けられた第１の定盤２０４ａでの研磨が開始される。
第１の定盤２０４ａでの研磨終了後、研磨ヘッド２０２ａは再び、旋回可能な位置まで上昇し、９０度旋回し（ＳＰ１０４）、第２の定盤２０４ｂへと移動する（ＳＰ１０５）。そして、再び研磨を開始する。
このような動作を繰り返しながら（ＳＰ１０６〜１０７）、第３の定盤２０４ｃで研磨が行われた後、研磨ヘッド２０２ａは再び、旋回可能な位置まで上昇し、逆向きに２７０度旋回し（ＳＰ１０８）、ローディング／アンローディングステージ２１２へ戻り、ウェーハのアンローディング（ＳＰ１０９）が行われ、１サイクルが終了する。
上記のように、従来のインデックス方式の研磨装置では、研磨開始時及び終了時や、研磨に用いる定盤の切り替え時に、研磨ヘッドを上下動させている。
第１の研磨軸２０９ａに取り付けられた研磨ヘッド２０２ａでウェーハのローディング／アンローディングを行っている際、第２〜４の研磨軸２０９ｂ〜ｄにそれぞれ取り付けられた研磨ヘッド２０２ｂ〜ｄでは、並行して各第１〜３の定盤２０４ａ〜ｃで研磨が行われる。このように、インデックス方式の研磨装置は、待機時間が少なく、生産性に優れた研磨を行うことができる。
ここで、従来の研磨装置の側面図を図１４Ａ、図１４Ｂに示した。また、この研磨装置における、２つの研磨ヘッドとドレッシング機構の位置関係を図１５Ａ、図１５Ｂに示した。
図１４Ａに示すように、ウェーハＷを研磨する際には、ウェーハＷと研磨布２０３が接触するように、研磨ヘッド２０２を上下動の最下端まで下降させる。
図１５Ａに示すように、研磨ヘッド２０２が上下動の最下端に位置する場合、研磨ヘッド２０２とドレッシング機構２０６とは同一の高さ範囲にある。このため、研磨ヘッド２０２の高さ位置を変えずに、研磨ヘッド２０２の旋回動作を行うと、研磨ヘッド２０２とドレッシング機構２０６とが衝突してしまう。
また、図１４Ｂに示すように、研磨ヘッド２０２が上下動の最上端まで上昇した時に、研磨ヘッド２０２の旋回動作や、研磨布２０３のドレッシングが行われる。このとき、図１５Ｂに示すように、研磨ヘッド２０２が上下動の最上端に位置する場合、研磨ヘッド２０２がドレッシング機構２０６と接触しない高さ位置となっている。
研磨ヘッド２０２の上下動のストローク幅は例えば１２０ｍｍ程度となっている。また、研磨ヘッドを上下動させるための機構としては、一般的にエアシリンダーや、ボールねじによる駆動方式が採用されている。
また、ドレッシング機構２０６は、ブラシやドレスの乾燥を防ぐため、研磨中は保管水槽（図示しない）に着水している。このため、ドレッシング機構２０６には上下動作をするための機構も設けられている。また、ドレッシング機構２０６はブラシやドレスを回転させるための機構を持ったものや、高圧ジェット洗浄機構と併用したものもある。
そのため、ドレッシング機構の厚みを薄くすることは難しく、例えば、一般的な直径３００ｍｍのウェーハ用の研磨装置であれば、ドレッシング機構との衝突を避けるために研磨ヘッドの上下動のストローク幅は１２０ｍｍ以上必要となり、研磨軸はこのストローク幅以上の長さが必要となる。
このような長さの研磨軸を用いる場合、ウェーハを研磨しているときに、研磨軸がモーメント荷重を受けると、数μｍ程度の変位が生じてしまう。研磨軸にこのような変位が生じた場合、研磨対象物であるウェーハのエッジ部では、その変動が大きくなり、ウェーハの品質に悪影響を及ぼすという問題があった。特に、デザインルール２０ｎｍ以下の品質要求に対応するためには、ウェーハエッジ部の品質が重要であり、研磨軸の剛性を向上した、高精度の研磨装置が求められていた。
しかしながら、研磨軸の変位量を抑えるために旋回部の剛性を上げた場合、研磨装置上部の重量が重くなる。研磨装置上部の重量が重くなると、結果的に全体の装置重量も大幅に増加してしまい、設置エリアへの制約が生じてしまうため、高精度化は難しかった。
また、研磨ヘッドが旋回動作をする時は、研磨ヘッドとドレッシング機構との物理的干渉を避けるため、研磨ヘッドが完全に上昇するまで旋回動作ができない。そのため、上下動のストローク幅が長いと、研磨ヘッドが完全に上昇するまでの時間が長くかかり、その結果、タクトタイムが長くなり、生産性が低下する問題があった。
また、ブラッシングやドレッシングを行う際には、その効果を一定にするため、研磨布やブラシ、ドレスのライフ（摩耗）に合わせて、ドレッシング機構の高さを手動で調整する必要がある。しかしながら、ドレッシング機構の高さ調節を手動で行うためには研磨装置を停止させる必要があるため、生産性低下の原因となっていた。
なお、ドレッシング機構の高さ調整を自動で行う機構を設けることで、高さ調整に伴う研磨装置の停止による生産性低下を抑制することは可能であるが、この場合、ドレッシング機構の構造が複雑になるとともに、ドレッシング機構の高さが増加してしまう。これにより、研磨ヘッドが上昇しなければならない高さ位置が高くなることにより、タクトタイムが長くなり、かえって生産性が低下してしまうという問題が生じてしまう。
特許文献１では、研磨布の高さを変化させて研磨布にかかる圧力を制御できるように、定盤の上下動機構を設けた研磨装置が記載されているが、この研磨装置では、定盤は装置上部にあり、下側に位置する試料台上に固定されたウェーハを研磨する構造となっている。この装置では、重量物である定盤と定盤上下動機構が装置上部にあるため、装置の剛性を上げることが難しい。また、インデックス方式ではないため、連続した研磨が困難であり生産性が高くない。さらに、タクトタイムに影響する研磨布のブラッシングやドレッシングについては記載されていない。
特開平０９−２９０３６３号公報
本発明は上記のような問題に鑑みてなされたもので、研磨中にモーメント荷重がかかった際に生じる研磨軸の変位量を小さくすることができる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、本発明によれば、ウェーハを保持するための研磨ヘッドと、前記ウェーハを研磨するための研磨布が貼り付けられた複数の定盤と、前記ウェーハを前記研磨ヘッドへ装着する又は、前記研磨ヘッドから剥離するためのローディング／アンローディングステージとを具備し、前記研磨ヘッドを旋回移動させることによって、前記研磨ヘッドで保持した前記ウェーハの研磨に用いる前記定盤を切り替えながら前記ウェーハを研磨するインデックス方式の研磨装置において、
前記研磨装置は、前記定盤を上下動することができる定盤上下動機構を有するものであ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、研磨ヘッドを長いストローク幅で上下動させる必要がないので、研磨軸の長さを短くすることができる。これにより研磨軸の剛性が上がるので、研磨中にモーメント荷重がかかった際に生じる研磨軸の変位量を小さくすることができる。これにより、ウェーハを精度良く研磨できる。
このとき、前記研磨装置は、前記研磨ヘッドが旋回移動する軌道と干渉しない位置に、ドレッシング機構を設けたものであることが好ましい。
このようなものであれば、研磨ヘッドとドレッシング機構を干渉させることなく、研磨ヘッドの旋回移動と定盤の上下動を並行して行うことができる。そのため、タクトタイムを短縮して生産性を向上できる。
またこのとき、前記研磨装置は、前記研磨ヘッドを２０ｍｍ以下のストローク幅で上下動させる研磨ヘッド上下動機構を有するものであることが好ましい。
研磨ヘッド上下動機構により、各種研磨ヘッドへの対応や、溝なし研磨布への対応が可能となり、上下動幅を２０ｍｍ以下に抑えることにより、研磨軸の剛性の低下を確実に抑制でき、より確実に、研磨中にモーメント荷重がかかった際の研磨軸の変位量を小さくすることができる。
またこのとき、前記研磨ヘッドの旋回移動と、前記定盤と前記研磨ヘッドの上下動とを、並行して行うことができるものであることが好ましい。
このようなものであれば、タクトタイムをより短縮することができる。
またこのとき、前記定盤上下動機構は、前記ドレッシング機構で前記研磨布のドレッシングを行う際に、前記研磨布の摩耗に応じて、前記定盤の高さを調節するものであることが好ましい。
このようなものであれば、研磨布の摩耗によるドレッシング効果のばらつきを抑制できるとともに、時間がかかるドレッシング機構の高さの調整が必要なくなるので生産性が向上する。
また本発明によれば上記のような研磨装置を用いたウェーハの研磨方法であって、
前記研磨ヘッドで保持した前記ウェーハの研磨に用いる前記定盤の切り替えを、該定盤を下降させて前記研磨ヘッドを旋回移動させることによって行うことを特徴とするウェーハの研磨方法を提供する。
このような研磨方法であれば、研磨ヘッドを長いストローク幅で上下動させる必要がないので、研磨軸の長さを短くして剛性を上げた研磨軸を用いることができるので、研磨中にモーメント荷重がかかった際に生じる研磨軸の変位量を小さくすることができる。これにより、ウェーハを精度良く研磨できる。
このとき、前記ウェーハの研磨終了後に、前記研磨布の摩耗に応じて、前記定盤の高さを調節して前記研磨布のドレッシングを行う工程を有することが好ましい。
このようにすれば、研磨布の摩耗によるドレッシング効果のばらつきを抑制できるとともに、時間のかかるドレッシング機構の高さの調整が必要なくなるので生産性が向上する。
本発明の研磨装置及び、この研磨装置を用いた研磨方法は、定盤上下動機構で定盤を上下動することができるので、研磨ヘッドを長いストローク幅で上下動させる必要がなく、研磨軸の長さを短くすることができる。そのため、研磨軸の剛性が上がるので、研磨中にモーメント荷重がかかった際に生じる研磨軸の変位量を小さくすることができる。これにより、高い精度でウェーハの研磨を行うことができる。また、研磨ヘッドの旋回移動と、定盤の上下動を並行して行うことにより、タクトタイムを短縮し、生産性を向上させることができる。また、定盤上下動機構により、ドレッシング効果を維持することができる。
本発明の研磨装置の一例において、定盤が上下動の最下端に位置しているときの状態を示した概略側面図である。 本発明の研磨装置の一例において、定盤が上下動の最上端に位置しているときの状態を示した概略側面図である。 本発明の研磨装置の一例において、定盤上下動機構の一例を示した概略図である。 本発明の研磨装置の一例において、定盤上下動機構で定盤を上昇させて、ウェーハを研磨しているときの概略上面図である。 本発明の研磨装置の一例において、定盤上下動機構で定盤を上昇させて、ウェーハを研磨しているときの概略側面図である。 本発明の研磨装置の一例において、定盤上下動機構で定盤を下降させて、研磨布をドレッシングしているときの概略上面図である 本発明の研磨装置の一例において、定盤上下動機構で定盤を下降させて、研磨布をドレッシングしているときの概略側面図である。 本発明の研磨装置の一例を示した概略上面図である。 本発明のウェーハの研磨方法の一例を示したフロー図である。 実施例１において、シミュレーションで研磨ヘッドにかけるモーメント荷重の方向を示した概略図である。 実施例１において、シミュレーションで研磨軸のフランジ部にかける荷重の方向を示した概略図である。 実施例１において、実際に研磨軸のフランジ部にかける荷重の方向を示した概略図である。 実施例３及び比較例３におけるドレッシング回数と研磨布の厚さの変化との関係を示した図である。 一般的な片面研磨装置の一例を示した概略図である。 一般的なインデックス方式のウェーハの研磨装置の一例を示した概略図である。 一般的なインデックス方式のウェーハの研磨方法の一例を示したフロー図である。 従来の研磨装置において、研磨ヘッドが上下動の最下端に位置しているときの状態を示した概略図である。 従来の研磨装置において、研磨ヘッドが上下動の最上端に位置しているときの状態を示した概略図である。 従来の研磨装置において、研磨ヘッドが上下動の最下端に位置し、ウェーハを研磨しているときの概略側面図である。 従来の研磨装置において、研磨ヘッドが上下動の最上端に位置し、研磨布をドレッシングしているときの概略側面図である。
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。
上述したように、ウェーハを研磨しているときに、研磨軸がモーメント荷重を受けた場合に、研磨軸に変位が生じ、これにより研磨しているウェーハの品質に悪影響を及ぼすという問題があった。
そこで、本発明者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、研磨装置に定盤上下動機構を設けることに想到した。定盤上下動機構によって、定盤を上下動できるようにすることで、研磨軸の長さを短くすることができる。これにより、研磨軸の剛性が上がり、研磨中にモーメント荷重がかかった際に生じる研磨軸の変位量を小さくすることができる。
そして、これらを実施するための最良の形態について精査し、本発明を完成させた。
まず、本発明の研磨装置について図１Ａ、図１Ｂ、図５を参照して説明する。
図５のように、本発明の研磨装置１は、ウェーハを保持するための研磨ヘッド２ａ〜２ｄと、複数の定盤４ａ〜４ｃと、ローディング／アンローディングステージ１２を具備している。また、図１Ａ、図１Ｂのように、研磨装置１は、定盤４ａ〜４ｃを上下動することができる定盤上下動機構５を具備している。定盤４ａ〜４ｃのそれぞれには、ウェーハＷを研磨するための研磨布３が貼り付けられている。ウェーハＷは、ローディング／アンローディングステージ１２上で、研磨ヘッド２ａ〜２ｄへ装着される又は、研磨ヘッド２ａ〜２ｄから剥離されることができる。各定盤４ａ〜４ｃの上方には、ウェーハＷの研磨を行う際に研磨剤７を定盤４ａ〜４ｃ上に供給するための研磨剤供給機構８が設置されている（図３Ｂおよび図４Ｂ参照）。
図５に示すように、研磨装置１は、ローディング／アンローディングステージ１２の上方に、ウェーハＷを保持するための研磨ヘッド２ａを取り付けて回転させるための第１の研磨軸９ａを有している。同様に、第１の定盤４ａの上方には研磨ヘッド２ｄと第４の研磨軸９ｄ、第２の定盤４ｂの上方には研磨ヘッド２ｃと第３の研磨軸９ｃ、第３の定盤４ｃの上方には研磨ヘッド２ｂと第２の研磨軸９ｂを有している。
各々の研磨軸９ａ〜９ｄが同時に旋回することで、各研磨ヘッド２ａ〜２ｄが旋回移動し、ウェーハＷの研磨に用いる定盤４ａ〜４ｃを切り替えながら研磨を行うものとなっている。図５に示した各研磨ヘッド２ａ〜２ｄと研磨軸９ａ〜９ｄの位置は初期位置であり、この後、旋回移動を繰り返して研磨に用いる定盤を切り替えながらウェーハＷの研磨、装着（ローディング）、剥離（アンローディング）を行う。
ここでは、説明を容易にするために、２つの研磨ヘッドを符号２a〜２ｄで示し、２つの研磨軸を符号９ａ〜９ｄで示している。すなわち、１つの定盤に対して、２つの研磨ヘッドが割り当てられているような構成になっている。
研磨ヘッド２ａ〜２ｄによるウェーハＷの保持方法として、真空吸着法や、テンプレートによる水張り方式が用いることができる。
図２のように、定盤４ａ〜４ｃ及び定盤上下動機構５は研磨装置１の下部に位置している。このように、重量物である定盤４ａ〜４ｃと定盤上下動機構５を装置の下部に設けることで、装置の剛性を高めることができる。
定盤上下動機構５は、例えばボールねじを用いて構成することができる。そして、定盤上下動機構５は、定盤４ａ〜４ｃを上下動させ、所望の任意の高さ位置に停止させることができる。定盤上下動機構５は、定盤４ａ〜４ｃをそれぞれ独立して上下動させることができるように構成されている。例えば、図１Ａ、図１Ｂに示す研磨装置１には、それぞれの定盤４ａ〜４ｃに対応する３つの独立した定盤上下動機構５が設けられている。定盤４ａ〜４ｃのストローク幅を、例えば１００ｍｍとすることができる。
なお、図１Ａ、図１Ｂ、図２では、定盤、研磨ヘッド、研磨軸は添え字ａのもののみを表示し、その他の添え字のものは省略されている。研磨ヘッド２ａ〜２ｄは、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ、図４Ｂ、図７においては、符号２で示してある。また、同様に、定盤４ａ〜４ｃは、符号４で、研磨軸９ａ〜９ｄは、符号９で示してある。
図１Ａのように定盤４ａ〜４ｃが上下動の最下端まで下降した位置を、研磨布３のドレッシングを行う時の定盤４ａ〜４ｃの位置とすることができる。このように、定盤が下降した時、図４Ａ、図４Ｂに示すように、ドレッシング機構６で研磨布３をドレッシング（またはブラッシング）することができる。
具体的には、定盤が上下動の最下端まで下降した後、ドレッシング機構６が図３Ａに示すような初期位置から、図４Ａに示すように、研磨布３の上方に移動し、ドレッシングが行われる。
図１Ｂのように定盤４ａ〜４ｃが上下動の最上端まで上昇した位置を、ウェーハＷを研磨する時の定盤４ａ〜４ｃの位置とすることができる。
このような研磨装置であれば、研磨ヘッドを長いストローク幅で上下動させる必要がないので、研磨軸の長さを短くすることができる。これにより研磨軸の剛性が上がるので、研磨中にモーメント荷重がかかった際に生じる研磨軸の変位量を小さくすることができる。これにより、ウェーハを精度良く研磨できる。
図４Ａ、図４Ｂに示すように、研磨ヘッド２が旋回移動する軌道と干渉しない位置に、ドレッシング機構６を設けたものであることが好ましい。
このようなものであれば、研磨ヘッドとドレッシング機構を干渉させることなく、研磨ヘッドの旋回移動と定盤の上下動を並行して行うことができる。そのため、タクトタイムを短縮して生産性を向上できる。
研磨装置１には、研磨ヘッド２ａ〜２ｄを上下動させる研磨ヘッド上下動機構（図示しない）を設けることができる。上記したように、本発明の研磨装置１は、研磨ヘッド２ａ〜２ｄを大きいストローク幅で上下動させる必要はなく、各種研磨ヘッドに対応するために最低限の必要なストローク幅を有していれば良い。このストローク幅は、２０ｍｍ以下で十分であり、２０ｍｍあれば、吸着方式や水張り方式など、構造の異なる研磨ヘッドにも対応することができる。上下動幅が２０ｍｍ以下であれば、研磨軸の剛性の低下を確実に抑制でき、より確実に、研磨中にモーメント荷重がかかった際の研磨軸の変位量を小さくすることができる。
また、溝なしの研磨布３を使用した際、ウェーハＷが研磨布３に吸着し、研磨ヘッド２ａ〜２ｄを研磨布３から剥離する時に、定盤４ａ〜４ｃを若干持ち上げる現象が発生することがある。このような場合に、１つの定盤に割り当てられた複数の研磨ヘッド２ａ〜２ｄのそれぞれを時間差をもって上昇させることで、研磨ヘッド２ａ〜２ｄを上昇する時のウェーハＷと研磨布３の吸着力を下げることができる。また、研磨ヘッドの変更にも容易に対応することができるため、定盤上下動機構５を有する研磨装置１でも、研磨ヘッド上下動機構を設けた方が好ましい。
上記では１つの定盤に、２つの研磨ヘッドを割り当てるような構成としているが、１つの定盤に１つの研磨ヘッドを割り当てるようにしても良い。この場合には、上記のような時間差で研磨ヘッドを上昇させる動作をすることはできないので、研磨ヘッド上下動機構を設けないものであっても良いが、研磨ヘッドの変更にも容易に対応することができるため、上記研磨ヘッドの上下動機構を設けた方が好ましい。
研磨ヘッド２ａ〜２ｄ及び定盤４ａ〜４ｃは、例えば図１４Ａ、図１４Ｂに示すような、モーターと減速機２１０を組み合わせて回転させる方式が一般的であるが、ダイレクトドライブモータを使用して回転させることもできる。図１Ａ、図１Ｂに示す研磨装置１では、ダイレクトドライブモータ１０を用いており、この場合、減速機等の付帯設備が必要ないため、モータと減速機を使った場合と比べて、省スペースで定盤上下動装置を設計することができる。
研磨装置１は、研磨ヘッド２ａ〜２ｄの旋回移動と、定盤４ａ〜４ｃと研磨ヘッド２ａ〜２ｄの上下動とを、並行して行うことができるものであることが好ましい。
このように、両者の動きを並行して行うことができるので、上記定盤を切り替えるときや、ドレッシングを行う時のタクトタイムを短縮することができ、生産性を向上できる。
また、定盤上下動機構５は、ドレッシング機構６で研磨布３のドレッシングを行う際に、研磨布３の摩耗あるいはドレッシング（またはブラッシング）の摩耗に応じて、定盤４ａ〜４ｃの高さを調節するものであることが好ましい。研磨サイクルが増加するとともに、研磨布及びドレッシング（またはブラッシング）の摩耗量が増加し、これらの相対的な位置関係にずれが生じる。本発明では、定盤４ａ〜４ｃの高さ位置は定盤上下動機構５により任意の高さ位置で停止可能であるため、定盤４ａ〜４ｃの高さを上記のように調整することにより、ドレッシング機構６の高さを調整しなくても、ドレッシングの効果を一定にすることができる。また、このような調整は自動化できるので、工程時間の短縮をすることができ、生産性が向上する。
次に、上記したような本発明の研磨装置１を用いたウェーハの研磨方法を説明する。
ここでは、具体的なウェーハの研磨方法の流れを、図５に示す第１の研磨軸９ａに取り付けられた研磨ヘッド２ａの動きを中心に説明しながら、図６のフロー図に基づいて説明する。
まず、研磨ヘッド２ａでローディング／アンローディングステージ１２上にあるウェーハを研磨ヘッド２ａへ装着し、保持する（ＳＰ１）。
そして、ウェーハを保持した研磨ヘッド２ａは、９０度旋回し（ＳＰ２）、第１の定盤４ａへと移動する。
そして、第１の定盤４ａをウェーハと研磨布が接触する位置まで上昇させ、研磨剤供給機構から研磨布上に研磨剤を供給するとともに、第１の定盤４ａと研磨ヘッド２ａとをそれぞれ回転させながらウェーハの表面を研磨布に摺接させることにより、第１の定盤４ａでの研磨を行う（ＳＰ３）。
第１の定盤４ａでの研磨終了後、第１の定盤４ａを降下させ、研磨ヘッド２ａを９０度旋回し（ＳＰ４）、第２の定盤４ｂへと移動する。そして、第２の定盤４ｂを、ウェーハと研磨布が接触する位置まで上昇させ、再び研磨を開始する（ＳＰ５）。
このような動作を繰り返しながら（ＳＰ６〜７）、第３の定盤４ｃで研磨が行われた後、第３の定盤４ｃを降下させ、第１の研磨ヘッド２ａを逆向きに２７０度旋回し（ＳＰ８）、ローディング／アンローディングステージ１２へ戻り、研磨ヘッド２ａからウェーハを剥離して、アンロード（ＳＰ９）が行われ、１サイクルが終了する。
第１の研磨軸９ａの研磨ヘッド２ａでウェーハのローディング／アンローディングを行っている際、第２〜４の研磨軸９ｂ〜ｄの研磨ヘッド２ｂ〜ｄでは、並行して各第１〜３の定盤４ａ〜ｃで研磨が行われる。
このような、ウェーハの研磨方法であれば、研磨中にモーメント荷重がかかった際の研磨軸の変位量を小さくすることができる本発明の研磨装置を用いるので、平坦度の良いウェーハに研磨することができる。さらに、タクトタイムを短くすることができるので、生産性が向上する。
また、ウェーハの研磨終了後に、研磨布の摩耗に応じて、定盤の高さを調節して研磨布のドレッシングを行えば、上記本発明の研磨装置で説明したのと同様に常に一定のドレッシング効果を得ることができるとともに、工程時間を短縮できる。
なお、ドレッシングを行うタイミングは特に限定されず、例えば、ウェーハの研磨が終了するたびに行っても良い。しかし、ドレッシング頻度の増加は生産性低下につながるため、使用する研磨布や研磨剤に合わせて、適切なタイミングでドレッシングを行うことが好ましい。
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、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
本発明の研磨装置を用意し、軸剛性を評価した。用意した研磨装置は、直径３００ｍｍのウェーハの研磨に対応したものとした。研磨ヘッドを２０ｍｍのストローク幅で上下動させる研磨ヘッド上下動機構を有するものとし、定盤上下動機構は上下動のストローク幅が１００ｍｍのものとした。
まず、ウェーハを研磨している際に、研磨ヘッドおよび研磨軸にモーメント荷重がかかった場合の影響について、シミュレーションにより解析を実施した。なお、シミュレーションは、Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎを用いて行った。
モーメント荷重の影響については、図７に示すように、研磨ヘッド２に荷重Ｆをかけた場合に研磨ヘッド２が平行方向に変位する量を求めた。
シミュレーションの条件は、研磨時に約２００ｋｇｆの横方向の荷重が研磨ヘッド２に負荷することを想定して行った。その結果、表１に示すように、研磨ヘッド２の平行方向の変位量は、８．１８μｍであった。
また、軸剛性として、図８に示すように研磨軸９に矢印の方向（横方向）に荷重Ｆを直接かけた場合に研磨軸９のフランジ部の端面が荷重Ｆに平行な方向に変位する量について求めた。
シミュレーションの条件は、研磨軸９に直接、約１５ｋｇｆの横方向の荷重を与えた場合を想定して行った。その結果、研磨軸９の変位量は、表１に示すように、０．１５μｍであった。
次に、シミュレーションではなく、図９に示すように、実際に研磨軸９のフランジ部に、ばねばかり１１で横方向に約１５ｋｇｆの荷重をかけて、フランジ部の端面の変位量の測定を行った。このとき、フランジ部の端面の変位量はレーザー変位計で測定した。
その結果、表１に示すようにシミュレーションでの変位量が０．１５μｍであったのに対して、実測した変位量は、０．３３μｍであった。
Figure 0006093741
（比較例１）
本発明の定盤上下動機構を有さない、研磨ヘッド上下動機構のストローク幅が１２０ｍｍの従来の研磨装置を用いて、実施例１と同様にして、シミュレーション及び、ばねばかり１１を用いた軸剛性の評価を行った。
シミュレーションの条件は、実施例１と同様に、研磨時に約２００ｋｇｆの横方向の荷重が研磨ヘッドに負荷することを想定して行った。その結果、研磨ヘッドの平行方向の変位量は、表２に示すように１７１．９０μｍであった。
また、研磨軸に約１５ｋｇｆの横方向の荷重を与えた場合を想定して行った研磨軸の変位量は、表２に示すように３．８μｍであった。
次に、研磨軸のフランジ部の端面の変位量の実測値についても、実施例１と同様にしてばねばかり１１で研磨軸に荷重をかけ、測定を行った。その結果、シミュレーションでの変位量が３．８μｍであったのに対し、表２に示すように実測した変位量は、８．１μｍであった。
Figure 0006093741
以上の結果より、実施例１では、定盤上下動機構を設けることにより、研磨ヘッド上下動機構のストローク幅を１２０ｍｍから２０ｍｍと少なくすることができ、研磨軸の剛性を高めることができたので、比較例１に比べてモーメント荷重による研磨軸の変位量を大幅に低減することができた。
（実施例２）
定盤上下動機構および研磨ヘッド上下動機構を有する本発明の研磨装置において、研磨ヘッドが上下動の最下端から最上端まで移動するのに要する時間を測定した。なお、研磨ヘッド上下動機構のストローク幅は２０ｍｍで、研磨ヘッドの上下移動速度を３５ｍｍ／秒に設定した。
その結果、移動時間は加減速に要する時間も入れて平均１．１秒であった。
（比較例２）
本発明の定盤上下動機構を有さない、従来の研磨装置において、研磨ヘッドが上下動の最下端から最上端まで移動するのに要する時間を測定した。なお、研磨ヘッド上下動機構のストローク幅は１２０ｍｍで、研磨ヘッドの上下移動速度は実施例２と同様に３５ｍｍ／秒に設定した。
その結果、移動時間は加減速に要する時間も入れて平均３．８秒であった。
以上の結果より、実施例２では、研磨ヘッドの移動時間を比較例２に比べて大幅に短縮できた。
（実施例３）
本発明の定盤上下動機構およびドレッシング機構を有する研磨装置を用いて、研磨布のドレッシングを行い、ドレッシングによる研磨布の厚さの変化を評価した。研磨布は、厚さ測定がし易い硬質の発泡ウレタン研磨布を用いた。また、研磨布の厚さが変化しやすいように、研磨布表層の除去効果が高いダイヤモンドドレッサーを用い、ドレッシング時間を延長し、繰り返しドレッシングを行った。
そして、それぞれのドレッシングの開始前に、研磨布の摩耗に応じて、定盤の高さを調整した。具体的には、ドレッシング前後の研磨布の厚さから、ドレッシングによる研磨布の変化量を求め、変化量に相当する分、定盤の高さを上昇させながら繰り返しドレッシングを行った。このときの測定結果を図１０に示した。図１０では、最初のドレッシング前の研磨布の厚さを１．０としたときの、ドレッシングの繰り返しによる厚さの変化を示している。研磨布の厚さ測定は、研磨布の外周部に設けた厚さ測定用の切り欠き部を、レーザー変位計にて測定した。
図１０に示すように、研磨布の厚さの変化率はほぼ一定となり、研磨布の厚さによらず、ドレッシング効果が一定に維持されていることが確認された。
（比較例３）
本発明の定盤上下動機構を有さない、定盤の高さ位置が固定の、従来の研磨装置を用いてドレッシング機構の高さの調整を行わなかった以外、実施例３と同様にドレッシングによる研磨布の厚さの変化を評価した。なお、研磨布及び、ドレッサーは実施例３と同じものを用いた。
その結果、図１０に示すように、ドレッシングを繰り返すと研磨布の厚さの変化率が低下した。これは、ドレッシング効果が低下していることを示している。
（実施例４）
本発明の定盤上下動機構およびドレッシング機構を有する研磨装置を用いて、実際に３００ｍｍのシリコンウェーハの研磨および、研磨布のドレッシングを行った。研磨サイクル中ではウェーハのピックアップと同時に研磨ヘッドの旋回動作を行うようにした。
その結果、比較例と比べて、平均３秒のサイクルタイム短縮が可能であった。
さらに、定盤上下動機構により、ブラシや研磨布の摩耗に合わせて、ドレッシング時の定盤高さを自動で設定したところ、研磨装置を停止し、ドレッシング機構の高さ調整が必要なくなり、上記するようなサイクルタイムの時間短縮と併せて、実施例４では比較例４に比べ、生産性が５％向上した。
（比較例４）
本発明の定盤上下動機構を有さない、従来の研磨装置を用いて、実際に３００ｍｍのシリコンウェーハの研磨および、研磨布のドレッシングを行った。
従来の研磨装置は、ウェーハのピックアップと同時に旋回動作がすることができないので、実施例３に比べて平均３秒サイクルタイムが遅いという結果になった。
また、従来の研磨装置では、ブラシや研磨布の摩耗に合わせて、研磨装置を停止し、ドレッシング機構の高さ調整をする必要があるので、実施例４に比べ上記サイクルタイムが遅かったことと併せて、生産性が５％低かった。
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…研磨装置、 ２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ…研磨ヘッド、 ３…研磨布、
４、４ａ、４ｂ、４ｃ…定盤、 ５…定盤上下動機構、 ６…ドレッシング機構、
７…研磨剤、 ８…研磨剤供給機構、 ９、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ…研磨軸、
１０…ダイレクトドライブモータ、 １１…ばねばかり、
１２…ローディング／アンローディングステージ、 Ｗ…ウェーハ。

Claims (5)

  1. ウェーハを保持するための研磨ヘッドと、前記ウェーハを研磨するための研磨布が貼り付けられた複数の定盤と、前記ウェーハを前記研磨ヘッドへ装着する又は、前記研磨ヘッドから剥離するためのローディング／アンローディングステージとを具備し、前記研磨ヘッドを旋回移動させることによって、前記研磨ヘッドで保持した前記ウェーハの研磨に用いる前記定盤を切り替えながら前記ウェーハを研磨するインデックス方式の研磨装置において、
    前記研磨装置は、前記定盤を上下動することができる定盤上下動機構と前記研磨ヘッドを２０ｍｍ以下のストローク幅で上下動させる研磨ヘッド上下動機構とを有し、前記研磨ヘッドの旋回移動と、前記定盤と前記研磨ヘッドの上下動とを、並行して行うことができるものであることを特徴とする研磨装置。
  2. 前記研磨装置は、前記研磨ヘッドが旋回移動する軌道と干渉しない位置に、ドレッシング機構を設けたものであることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
  3. 前記定盤上下動機構は、前記ドレッシング機構で前記研磨布のドレッシングを行う際に、前記研磨布の摩耗に応じて、前記定盤の高さを調節するものであることを特徴とする請求項２に記載の研磨装置。
  4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の研磨装置を用いたウェーハの研磨方法であって、
    前記研磨ヘッドで保持した前記ウェーハの研磨に用いる前記定盤の切り替えを、該定盤を下降させて前記研磨ヘッドを旋回移動させることによって行うことを特徴とするウェーハの研磨方法。
  5. 請求項２又は請求項３に記載の研磨装置を用いたウェーハの研磨方法であって、
    前記研磨ヘッドで保持した前記ウェーハの研磨に用いる前記定盤の切り替えを、該定盤を下降させて前記研磨ヘッドを旋回移動させることによって行い、
    前記ウェーハの研磨終了後に、前記研磨布の摩耗に応じて、前記定盤の高さを調節して前記研磨布のドレッシングを行う工程を有することを特徴とするウェーハの研磨方法。
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