研磨装置および研磨方法
【課題】研磨対象物である基板が外れてしまうことを防止し、安定した研磨を実現することができるようにする。
【解決手段】研磨面を有する研磨パッド１０１と、基板Ｗを保持して研磨面に基板を押圧して該基板を研磨するトップリング本体２と、基板Ｗの外周部を保持して研磨面を押圧するリテーナリング３とを有する研磨装置であって、リテーナリング３の少なくとも２つの位置での高さを検出するセンサ５０６と、センサ５０６により検出された高さからリテーナリング３の傾きを算出する演算部５０８とを備えた。
【解決手段】研磨面を有する研磨パッド１０１と、基板Ｗを保持して研磨面に基板を押圧して該基板を研磨するトップリング本体２と、基板Ｗの外周部を保持して研磨面を押圧するリテーナリング３とを有する研磨装置であって、リテーナリング３の少なくとも２つの位置での高さを検出するセンサ５０６と、センサ５０６により検出された高さからリテーナリング３の傾きを算出する演算部５０８とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨対象物である基板を保持し研磨面に押圧して研磨する研磨装置および研磨方法、特に、半導体ウェハ等の基板を研磨して平坦化する研磨装置および研磨方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスがますます微細化され素子構造が複雑になり、またロジック系の多層配線の層数が増えるに伴い、半導体デバイスの表面の凹凸はますます増え、段差が大きくなる傾向にある。半導体デバイスの製造では薄膜を形成し、パターンニングや開孔を行う微細加工の後、次の薄膜を形成するという工程を何回も繰り返すためである。
【０００３】
半導体デバイスの表面の凹凸が増えると、薄膜形成時に段差部での膜厚が薄くなったり、配線の断線によるオープンや配線層間の絶縁不良によるショートが起こったりするため、良品が取れなかったり、歩留まりが低下したりする傾向がある。また、初期的に正常動作をするものであっても、長時間の使用に対しては信頼性の問題が生じる。更に、リソグラフィ工程における露光時に、照射表面に凹凸があると露光系のレンズ焦点が部分的に合わなくなるため、半導体デバイスの表面の凹凸が増えると微細パターンの形成そのものが難しくなるという問題が生ずる。
【０００４】
したがって、半導体デバイスの製造工程においては、半導体デバイス表面の平坦化技術がますます重要になっている。この平坦化技術のうち、最も重要な技術は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing））である。この化学的機械的研磨は、ポリッシング装置を用いて、シリカ（ＳｉＯ２）等の砥粒を含んだ研磨液を研磨パッド等の研磨面上に供給しつつ半導体ウェハなどの基板を研磨面に摺接させて研磨を行うものである。
【０００５】
この種のポリッシング装置は、研磨パッドからなる研磨面を有する研磨テーブルと、半導体ウェハを保持するためのトップリングまたはキャリアヘッド等と称される基板保持装置とを備えている。このようなポリッシング装置を用いて半導体ウェハの研磨を行う場合には、基板保持装置により半導体ウェハを保持しつつ、この半導体ウェハを研磨テーブルに対して所定の圧力で押圧する。このとき、研磨テーブルと基板保持装置とを相対運動させることにより半導体ウェハが研磨面に摺接し、半導体ウェハの表面が平坦かつ鏡面に研磨される。
【０００６】
このようなポリッシング装置において、研磨中の半導体ウェハと研磨パッドの研磨面との間の相対的な押圧力が半導体ウェハの全面に亘って均一でない場合には、半導体ウェハの各部分に印加される押圧力に応じて研磨不足や過研磨が生じてしまう。そのため、基板保持装置の半導体ウェハの保持面をゴム等の弾性材からなる弾性膜で形成し、弾性膜の裏面に空気圧等の流体圧を加え、半導体ウェハに印加する押圧力を全面に亘って均一化することも行われている。
【０００７】
また、上記研磨パッドは弾性を有するため、研磨中の半導体ウェハの外周縁部に加わる押圧力が不均一になり、半導体ウェハの外周縁部のみが多く研磨される、いわゆる「縁だれ」を起こしてしまう場合がある。このような縁だれを防止するため、半導体ウェハの外周縁をガイドリングまたはリテーナリングによって保持すると共に、ガイドリングまたはリテーナリングによって半導体ウェハの外周縁側に位置する研磨面を押圧する構造を備えた基板保持装置も用いられている。
【０００８】
しかしながら、このようなリテーナリングを用いた場合には、研磨中に半導体ウェハが基板保持装置から外れてしまうことがあり、安定した研磨が実現できないという問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、研磨対象物である基板が外れてしまうことを防止し、安定した研磨を実現することができる研磨装置および研磨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】
本発明の第１の態様によれば、研磨対象物である基板が外れてしまうことを防止し、安定した研磨を実現することができる研磨装置が提供される。この研磨装置は、研磨面を有する研磨パッドと、基板を保持して上記研磨面に基板を押圧して該基板を研磨するトップリング本体と、基板の外周部を保持して上記研磨面を押圧するリテーナリングとを備えている。また、この研磨装置は、上記リテーナリングの少なくとも２つの位置での高さを検出するセンサと、上記センサにより検出された高さから上記リテーナリングの傾きを算出する演算部とを備えている。この場合において、上記センサは、上記研磨面の回転方向の上流側と下流側に少なくとも１つずつ設けることが好ましい。
【００１１】
上述した構成によれば、少なくとも２つのセンサにより少なくとも２点におけるリテーナリングの高さを検出し、これらの高さから演算部によってリテーナリングの傾きを算出することができる。したがって、リテーナリングが過度に傾くことによりトップリングに保持された基板がトップリングから外れてしまう（スリップアウトする）可能性を予測することができ、スリップアウトを防止することができる。
【００１２】
本発明の第２の態様によれば、研磨対象物である基板が外れてしまうことを防止し、安定した研磨を実現することができる研磨方法が提供される。この研磨方法においては、トップリング本体の外周部に設けられたリテーナリングにより基板の外周部を保持するとともに研磨面を押圧しつつ、上記トップリング本体により上記基板を上記研磨面に押圧して該基板を研磨する。上記リテーナリングの傾きを測定し、上記リテーナリングの傾きが所定の閾値を超えた場合に、外部に警報を発する、あるいは研磨を中止する、あるいは予め設定した研磨条件に変更する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、研磨対象物である基板が外れてしまうことを防止し、安定した研磨を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】研磨装置の構成を示す模式図である。
【図２】図１の研磨装置におけるトップリングを示す縦断面図である。
【図３】図２のトップリングにおけるリテーナリング近傍を示す縦断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図であり、トップリングにおけるリテーナリング近傍を示す縦断面図である。
【図５】本発明の実施形態における研磨装置のトップリングを示す縦断面図である。
【図６】本発明の実施形態における研磨装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る研磨装置の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、研磨装置の全体構成を示す断面図である。ここで、基板保持装置は、研磨対象物である半導体ウェハ等の基板を保持して研磨テーブル上の研磨面に押圧する装置である。図１に示すように、基板保持装置を構成するトップリング１の下方には、上面に研磨パッド１０１を貼付した研磨テーブル１００が設置されている。また、研磨テーブル１００の上方には研磨液供給ノズル１０２が設置されており、この研磨液供給ノズル１０２によって研磨テーブル１００上の研磨パッド１０１上に研磨液Ｑが供給されるようになっている。
【００１６】
なお、市場で入手できる研磨パッドとしては種々のものがあり、例えば、ロデール社製のＳＵＢＡ８００、ＩＣ−１０００、ＩＣ−１０００／ＳＵＢＡ４００（二層クロス）、フジミインコーポレイテッド社製のＳｕｒｆｉｎ ｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ ０００等がある。ＳＵＢＡ８００、Ｓｕｒｆｉｎ ｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ ０００は繊維をウレタン樹脂で固めた不織布であり、ＩＣ−１０００は硬質の発泡ポリウレタン（単層）である。発泡ポリウレタンは、ポーラス（多孔質状）になっており、その表面に多数の微細なへこみまたは孔を有している。
【００１７】
トップリング１は、トップリングシャフト１１に接続されており、このトップリングシャフト１１は、上下動機構２４によりトップリングヘッド１１０に対して上下動するようになっている。このトップリングシャフト１１の上下動により、トップリングヘッド１１０に対してトップリング１の全体を昇降させ位置決めするようになっている。なお、トップリングシャフト１１の上端にはロータリージョイント２５が取り付けられている。
【００１８】
トップリングシャフト１１およびトップリング１を上下動させる上下動機構２４は、軸受２６を介してトップリングシャフト１１を回転可能に支持するブリッジ２８と、ブリッジ２８に取り付けられたボールねじ３２と、支柱３０により支持された支持台２９と、支持台２９上に設けられたＡＣサーボモータ３８とを備えている。サーボモータ３８を支持する支持台２９は、支柱３０を介してトップリングヘッド１１０に固定されている。
【００１９】
ボールねじ３２は、サーボモータ３８に連結されたねじ軸３２ａと、このねじ軸３２ａが螺合するナット３２ｂとを備えている。トップリングシャフト１１は、ブリッジ２８と一体となって上下動するようになっている。したがって、サーボモータ３８を駆動すると、ボールねじ３２を介してブリッジ２８が上下動し、これによりトップリングシャフト１１およびトップリング１が上下動する。
【００２０】
また、トップリングシャフト１１はキー（図示せず）を介して回転筒１１２に連結されている。この回転筒１１２はその外周部にタイミングプーリ１１３を備えている。トップリングヘッド１１０にはトップリング用モータ１１４が固定されており、上記タイミングプーリ１１３は、タイミングベルト１１５を介してトップリング用モータ１１４に設けられたタイミングプーリ１１６に接続されている。したがって、トップリング用モータ１１４を回転駆動することによってタイミングプーリ１１６、タイミングベルト１１５、およびタイミングプーリ１１３を介して回転筒１１２およびトップリングシャフト１１が一体に回転し、トップリング１が回転する。なお、トップリングヘッド１１０は、フレーム（図示せず）に回転可能に支持されたトップリングヘッドシャフト１１７によって支持されている。
【００２１】
図２は、トップリング１を示す縦断面図である。図２に示すように、トップリング１は、下面に保持された半導体ウェハを研磨面である研磨パッド１０１に対して押圧するトップリング本体２と、研磨パッド１０１を直接押圧するリテーナリング３とから基本的に構成されている。トップリング本体２は、円盤状の上部材３００と、上部材３００の下面に取り付けられた中間部材３０４と、中間部材３０４の下面に取り付けられた下部材３０６とを備えている。リテーナリング３は、下部材３０６の外周部に取り付けられており、トップリング本体２とともに回転する。
【００２２】
上部材３００は、ボルト３０８によりトップリングシャフト１１に連結されている。また、中間部材３０４は、ボルト（図示せず）を介して上部材３００に固定されており、下部材３０６はボルト（図示せず）を介して中間部材３０４に固定されている。上部材３００、中間部材３０４、および下部材３０６から構成される本体部は、エンジニアリングプラスチック（例えばＰＥＥＫ）などの樹脂により形成されている。
【００２３】
下部材３０６の下面には、半導体ウェハの裏面に当接する弾性膜３１４が取り付けられている。この弾性膜３１４は、外周側に配置された環状のエッジホルダ３１６と、エッジホルダ３１６の内方に配置された環状のサブリング３１８およびホルダ３１９とによって下部材３０６の下面に取り付けられている。弾性膜３１４は、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度および耐久性に優れたゴム材によって形成されている。
【００２４】
エッジホルダ３１６はサブリング３１８により保持され、サブリング３１８は複数のストッパ３２０により下部材３０６の下面に取り付けられている。ホルダ３１９は複数のストッパ（図示せず）により下部材３０６の下面に取り付けられている。これらのストッパはトップリング１の円周方向に均等に設けられている。
【００２５】
図２に示すように、弾性膜３１４の中央部にはセンター室３６０が形成されている。ホルダ３１９には、このセンター室３６０に連通する流路３２４が形成されており、下部材３０６には、この流路３２４に連通する流路３２５が形成されている。ホルダ３１９の流路３２４および下部材３０６の流路３２５は、図１に示す流路４１およびレギュレータＲ１を介して圧力調整部１２０に接続されており、加圧された流体が流路３２５および流路３２４を通ってセンター室３６０に供給されるようになっている。この圧力調整部１２０は、圧縮空気源から加圧空気等の加圧流体を供給することによって、あるいはポンプ等により真空引きすることによって圧力の調整を行うものである。
【００２６】
ホルダ３１９は、弾性膜３１４のリプル隔壁３１４ａを下部材３０６の下面に押さえつけるようになっており、サブリング３１８は、弾性膜３１４のアウター隔壁３１４ｂおよびエッジ隔壁３１４ｃを下部材３０６の下面に押さえつけるようになっている。
【００２７】
図２に示すように、弾性膜３１４のリプル隔壁３１４ａとアウター隔壁３１４ｂとの間には環状のリプル室３６１が形成されている。弾性膜３１４のサブリング３１８とホルダ３１９との間には隙間３１４ｄが形成されており、下部材３０６にはこの隙間３１４ｄに連通する流路３４２が形成されている。また、中間部材３０４には、下部材３０６の流路３４２に連通する流路３４４が形成されている。下部材３０６の流路３４２と中間部材３０４の流路３４４との接続部分には、環状溝３４７が形成されている。この下部材３０６の流路３４２は、環状溝３４７、中間部材３０４の流路３４４、図１に示す流路４２、およびレギュレータＲ２を介して圧力調整部１２０に接続されており、加圧された流体がこれらの流路を通ってリプル室３６１に供給されるようになっている。また、この流路３４２は、図示しない真空ポンプにも切替可能に接続されており、真空ポンプの作動により弾性膜３１４の下面に半導体ウェハを吸着できるようになっている。
【００２８】
図２に示すように、サブリング３１８には、弾性膜３１４のアウター隔壁３１４ｂおよびエッジ隔壁３１４ｃによって形成される環状のアウター室３６２に連通する流路（図示せず）が形成されている。また、下部材３０６には、サブリング３１８の流路にコネクタ（図示せず）を介して連通する流路（図示せず）が、中間部材３０４には、下部材３０６の流路に連通する流路（図示せず）がそれぞれ形成されている。このサブリング３１８の流路は、下部材３０６の流路、中間部材３０４の流路、図１に示す流路４３およびレギュレータＲ３を介して圧力調整部１２０に接続されており、加圧された流体がこれらの流路を通ってアウター室３６２に供給されるようになっている。
【００２９】
図２に示すように、エッジホルダ３１６は、弾性膜３１４の側壁３１４ｅを押さえて下部材３０６の下面に保持するようになっている。このエッジホルダ３１６には、弾性膜３１４のエッジ隔壁３１４ｃおよび側壁３１４ｅによって形成される環状のエッジ室３６３に連通する流路３３４が形成されている。また、下部材３０６には、エッジホルダ３１６の流路３３４に連通する流路（図示せず）が、中間部材３０４には、下部材３０６の流路に連通する流路（図示せず）がそれぞれ形成されている。このエッジホルダ３１６の流路３３４は、下部材３０６の流路、中間部材３０４の流路、図１に示す流路４４およびレギュレータＲ４を介して圧力調整部１２０に接続されており、加圧された流体がこれらの流路を通ってエッジ室３６３に供給されるようになっている。
【００３０】
このように、この例におけるトップリング１においては、弾性膜３１４と下部材３０６との間に形成される圧力室、すなわち、センター室３６０、リプル室３６１、アウター室３６２、およびエッジ室３６３に供給する流体の圧力、およびリテーナ圧力室４１０へ供給する流体の圧力をそれぞれ独立に調整する。このような構造により、半導体ウェハを研磨パッド１０１に押圧する押圧力を半導体ウェハの部分ごとに調整でき、かつリテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力を自在に調整できるようになっている。
【００３１】
図２に示すように、リテーナリング３は半導体ウェハの外周縁を保持するものであり、上部が閉塞された円筒状のシリンダ４００と、シリンダ４００の上部に取り付けられた保持部材４０２と、保持部材４０２によりシリンダ４００内に保持される弾性膜４０４と、弾性膜４０４の下端部に接続されたピストン４０６と、ピストン４０６により下方に押圧されるリング部材４０８とを備えている。なお、弾性膜４０４は、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度および耐久性に優れたゴム材によって形成されている。
【００３２】
保持部材４０２には、弾性膜４０４によって形成されるリテーナ圧力室４１０に連通する流路（図示せず）が形成されている。また、シリンダ４００の上部には、保持部材４０２の流路に連通する流路（図示せず）が形成され、上部材３００には、シリンダ４００の流路に連通する流路（図示せず）が形成されている。この保持部材４０２の流路は、シリンダ４００の流路および上部材３００の流路を介して図１に示す流路４５およびレギュレータＲ５を介して圧力調整部１２０に接続されており、加圧された流体がこれらの流路を通ってリテーナ圧力室４１０に供給されるようになっている。したがって、リテーナ圧力室４１０に供給する流体の圧力を調整することにより、弾性膜４０４を伸縮させてピストン４０６を上下動させ、リテーナリング３のリング部材４０８を所望の圧力で研磨パッド１０１に押圧することができる。
【００３３】
図示した例では、弾性膜４０４としてローリングダイヤフラムを用いている。ローリングダイヤフラムは、屈曲した部分をもつ弾性膜からなるもので、ローリングダイヤフラムで仕切る室の内部圧力の変化等により、その屈曲部が転動することにより室の空間を広げることができるものである。室が広がる際に比較的弾性膜の伸縮が少ないため、ダイヤフラムを長寿命化することができる。また、伸縮が小さいことにより荷重の損失が少なく、ストロークによる荷重の変動が小さくなり、リテーナリング３が研磨パッド１０１に与える押圧力を精度よく調整することができるという利点がある。
【００３４】
このような構成により、リテーナリング３のリング部材４０８だけを下降させることができる。したがって、リテーナリング３のリング部材４０８が摩耗しても、下部材３０６と研磨パッド１０１との距離を一定に維持したまま、リテーナリングを研磨パッドに押圧することが可能となる。また、研磨パッド１０１に接触するリング部材４０８とシリンダ４００とは変形自在な弾性膜４０４で接続されているため、荷重点のオフセットによる曲げモーメントが発生しない。このため、リテーナリング３による面圧を均一にすることができ、研磨パッド１０１に対する追従性も向上する。なお、弾性膜４０４の材料としては、ＥＰＤＭ、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度および耐久性に優れたゴム材で硬度３０〜８０°（ＪＩＳ−Ａ）のものや、薄い樹脂膜などを使用することができる。硬度が低く、薄い膜の方が損失の少ない荷重制御が可能であるが、耐久性を考慮し、硬度および厚さを決定することが好ましい。
【００３５】
ここで、ピストン４０６とリング部材４０８とは磁力により互いに固定されている。すなわち、ピストン４０６は磁性体で形成されており、防錆のため、表面をコーティング／めっき処理している。また、リング部材４０８のピストン４０６と当接する面には磁石４２０が埋設されている。このように、リング部材４０８に埋設された磁石４２０の磁力により磁性体からなるリング部材４０８が吸引固定されている。
【００３６】
このようにピストン４０６とリング部材４０８とを磁力を用いて固定することにより、リテーナリング３が研磨中に振動を受けた場合においてもピストン４０６とリング部材４０８とが離れることなく、振動による突発的なリテーナリング３の上昇を防止することができる。したがって、リテーナリング３の面圧を安定させることができ、ウェハがトップリング１から外れてしまう（スリップアウトする）可能性を低減することができる。
【００３７】
リング部材４０８が取り付けられたキャリアアセンブリはメンテナンスのために頻繁に取り外されるが、ピストン４０６は比較的メンテナンスの機会が少ない。上述のように、磁力を用いてピストン４０６とリング部材４０８とを固定すれば、取り外される機会の多いリング部材４０８と取り外される機会の少ないピストン４０６とを簡単に分離することができる。
【００３８】
トップリング１は、ピストン４０６とリング部材４０８とを引き離す機構を備えている。図３は、リテーナリング３の近傍の部分拡大図である。図３に示すように、リング部材４０８には、軸４３０を中心として回転可能な複数のカムリフタ４３２が設けられている。図４は、図３の側面図である。図４に示すように、カムリフタ４３２は軸４３０の軸心からの半径が変化するように形成されており、カムリフタ４３２を回転させることで、最も半径の大きくなっている部分４３２ａでピストン４０６を押し上げるようになっている。なお、カムリフタ４３２の軸４３０の軸心部分にはレンチを挿入するレンチ穴４３４が形成されている。
【００３９】
カムリフタ４３２の裏面には凹部４３６が形成されており、リング部材４０８の側面には、この凹部４３６に押圧されるボール４３８が配置されている。このボール４３８の移動が凹部４３６内に制限されるために、カムリフタ４３２の回転が所定の範囲に制限されるようになっている。
【００４０】
キャリアアセンブリのメンテナンス時などには、レンチ穴４３４にレンチを挿入してカムリフタ４３２を回転させることにより、ピストン４０６とリング部材４０８との間に強制的に隙間を形成することができる。これにより、上述したピストン４０６と磁石４２０との間の磁力による締結力を弱めることができ、ピストン４０６とリング部材４０８との分離を容易にすることができる。
【００４１】
なお、図２に示す例では、ピストン４０６を磁性体とし、リング部材４０８に磁石４２０を埋設しているが、リング部材４０８を磁性体とし、ピストン４０６に磁石を埋設してもよい。また、図２に示す例では、リング部材４０８にカムリフタ４３２を設けているが、ピストン４０６にカムリフタ４３２を設けてもよい。
【００４２】
図５は、本発明の実施形態における研磨装置のトップリング５０１を示す縦断面図、図６はこの研磨装置の平面図である。図５および図６に示すように、本実施形態のトップリング５０１のリテーナリング３の外周部には、リング状の測定板５０２が取り付けられている。固定部であるトップリングヘッドには、トップリング５０１の円周方向に沿った少なくとも２ヶ所に、下端にローラ５０４を有する変位センサ５０６が設けられている。これらの変位センサ５０６は、変位センサ５０６からの出力に基づいてリテーナリング３の傾きを算出する演算部５０８が接続されている。
【００４３】
トップリング５０１と研磨テーブル１００はともに同一方向に回転され、研磨を行う。研磨中に、変位センサ５０６は、ローラ５０４までの距離、換言すればリテーナリング３の高さを検出できるようになっている。トップリング５０１の回転に伴ってローラ５０４が測定板５０２の上面を転がるため、変位センサ５０６はリテーナリング３の高さを検出することができる。したがって、少なくとも２つの変位センサ５０６により少なくとも２点におけるリテーナリング３の高さを検出することができ、これらの高さからリテーナリング３の傾きを算出することができる。上述した演算部５０８は、少なくとも２つの変位センサ５０６の出力からリテーナリング３の傾きを算出する。
【００４４】
それぞれの変位センサ５０６からの出力には、研磨パッド１０１の厚さのバラツキや研磨テーブル１００の振れ、リテーナリング３の厚さのバラツキなどが含まれるため、演算部５０８は、各変位センサ５０６からの出力に対して移動平均などの処理を行うことが好ましい。
【００４５】
上述のようにして演算部５０８はリテーナリング３の傾きを算出し、これによりリテーナリング３が過度に傾くことによりトップリング５０１に保持されたウェハがトップリング５０１から外れてしまう（スリップアウトする）可能性を予測することができ、スリップアウトを防止することができる。より具体的には、算出されたリテーナリング３の傾きが所定の閾値を超えた場合には、外部に警報を発したり、トップリング５０１と研磨テーブル１００の回転を止めて研磨を中止したり、ウェハ押し付け荷重を下げたりリテーナリング３の荷重を上げる、ウェハや研磨パッドの回転数を上げるなど、予め設定した研磨条件に移行する。なお、本実施形態においては、リテーナリング３の１点の高さ位置を検知するのではなく、２点以上の高さ情報から求められたリテーナリング３の傾きを用いてスリップアウトの予測・検知を行っているため、研磨パッド１０１が減耗したとしても影響を受けることなくスリップアウトの予測・検知を正確に行うことができる。
【００４６】
図６では、多数の変位センサ５０６がトップリング５０１の円周方向に沿って点線で示されているが、変位センサ５０６の個数は少なくとも２つであればいくつであってもよい。この場合において、変位センサ５０６を研磨テーブル１００の回転方向の上流側と下流側に少なくとも１つずつ設け、また対角線上に設けることが好ましい。また、変位センサ５０６は、トップリング５０１の円周方向に沿った線上（同一半径上）に配置するのが好ましいが、変位センサ５０６の取付位置を把握し、かつ演算部で処理をすれば、必ずしも円周方向に沿った線上に配置しなくてもよい。図６では研磨装置の固定部分を基準としてリテーナリング３の傾きを測定したが、上述した変位センサ５０６を研磨テーブル１００側に設け、研磨テーブル１００を基準としてリテーナリング３の傾きを測定してもよい。また、トップリング本体２とリテーナリング３が一体に構成されているトップリング５０１の場合には、トップリング５０１の上面の２点以上の高さを測定し、トップリング５０１全体の傾きを測定し、ウェハのスリップアウトの予測・検知を行ってもよい。
【００４７】
これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４８】
１ トップリング
２ トップリング本体
３ リテーナリング
１１ トップリングシャフト
１００ 研磨テーブル
１０１ 研磨パッド
３１４ 弾性膜
３６０ センター室
３６１ リプル室
３６２ アウター室
３６３ エッジ室
４００ シリンダ
４０２ 保持部材
４０４ 弾性膜
４０６ ピストン
４０８ リング部材
４１０ リテーナ圧力室
４２０ 磁石
４３２ カムリフタ
４３０ 軸
４３４ レンチ穴
４３６ 凹部
４３８ ボール
５０１ トップリング
５０２ 測定板
５０４ ローラ
５０６ 変位センサ
５０８ 演算部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨対象物である基板を保持し研磨面に押圧して研磨する研磨装置および研磨方法、特に、半導体ウェハ等の基板を研磨して平坦化する研磨装置および研磨方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスがますます微細化され素子構造が複雑になり、またロジック系の多層配線の層数が増えるに伴い、半導体デバイスの表面の凹凸はますます増え、段差が大きくなる傾向にある。半導体デバイスの製造では薄膜を形成し、パターンニングや開孔を行う微細加工の後、次の薄膜を形成するという工程を何回も繰り返すためである。
【０００３】
半導体デバイスの表面の凹凸が増えると、薄膜形成時に段差部での膜厚が薄くなったり、配線の断線によるオープンや配線層間の絶縁不良によるショートが起こったりするため、良品が取れなかったり、歩留まりが低下したりする傾向がある。また、初期的に正常動作をするものであっても、長時間の使用に対しては信頼性の問題が生じる。更に、リソグラフィ工程における露光時に、照射表面に凹凸があると露光系のレンズ焦点が部分的に合わなくなるため、半導体デバイスの表面の凹凸が増えると微細パターンの形成そのものが難しくなるという問題が生ずる。
【０００４】
したがって、半導体デバイスの製造工程においては、半導体デバイス表面の平坦化技術がますます重要になっている。この平坦化技術のうち、最も重要な技術は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing））である。この化学的機械的研磨は、ポリッシング装置を用いて、シリカ（ＳｉＯ２）等の砥粒を含んだ研磨液を研磨パッド等の研磨面上に供給しつつ半導体ウェハなどの基板を研磨面に摺接させて研磨を行うものである。
【０００５】
この種のポリッシング装置は、研磨パッドからなる研磨面を有する研磨テーブルと、半導体ウェハを保持するためのトップリングまたはキャリアヘッド等と称される基板保持装置とを備えている。このようなポリッシング装置を用いて半導体ウェハの研磨を行う場合には、基板保持装置により半導体ウェハを保持しつつ、この半導体ウェハを研磨テーブルに対して所定の圧力で押圧する。このとき、研磨テーブルと基板保持装置とを相対運動させることにより半導体ウェハが研磨面に摺接し、半導体ウェハの表面が平坦かつ鏡面に研磨される。
【０００６】
このようなポリッシング装置において、研磨中の半導体ウェハと研磨パッドの研磨面との間の相対的な押圧力が半導体ウェハの全面に亘って均一でない場合には、半導体ウェハの各部分に印加される押圧力に応じて研磨不足や過研磨が生じてしまう。そのため、基板保持装置の半導体ウェハの保持面をゴム等の弾性材からなる弾性膜で形成し、弾性膜の裏面に空気圧等の流体圧を加え、半導体ウェハに印加する押圧力を全面に亘って均一化することも行われている。
【０００７】
また、上記研磨パッドは弾性を有するため、研磨中の半導体ウェハの外周縁部に加わる押圧力が不均一になり、半導体ウェハの外周縁部のみが多く研磨される、いわゆる「縁だれ」を起こしてしまう場合がある。このような縁だれを防止するため、半導体ウェハの外周縁をガイドリングまたはリテーナリングによって保持すると共に、ガイドリングまたはリテーナリングによって半導体ウェハの外周縁側に位置する研磨面を押圧する構造を備えた基板保持装置も用いられている。
【０００８】
しかしながら、このようなリテーナリングを用いた場合には、研磨中に半導体ウェハが基板保持装置から外れてしまうことがあり、安定した研磨が実現できないという問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、研磨対象物である基板が外れてしまうことを防止し、安定した研磨を実現することができる研磨装置および研磨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】
本発明の第１の態様によれば、研磨対象物である基板が外れてしまうことを防止し、安定した研磨を実現することができる研磨装置が提供される。この研磨装置は、研磨面を有する研磨パッドと、基板を保持して上記研磨面に基板を押圧して該基板を研磨するトップリング本体と、基板の外周部を保持して上記研磨面を押圧するリテーナリングとを備えている。また、この研磨装置は、上記リテーナリングの少なくとも２つの位置での高さを検出するセンサと、上記センサにより検出された高さから上記リテーナリングの傾きを算出する演算部とを備えている。この場合において、上記センサは、上記研磨面の回転方向の上流側と下流側に少なくとも１つずつ設けることが好ましい。
【００１１】
上述した構成によれば、少なくとも２つのセンサにより少なくとも２点におけるリテーナリングの高さを検出し、これらの高さから演算部によってリテーナリングの傾きを算出することができる。したがって、リテーナリングが過度に傾くことによりトップリングに保持された基板がトップリングから外れてしまう（スリップアウトする）可能性を予測することができ、スリップアウトを防止することができる。
【００１２】
本発明の第２の態様によれば、研磨対象物である基板が外れてしまうことを防止し、安定した研磨を実現することができる研磨方法が提供される。この研磨方法においては、トップリング本体の外周部に設けられたリテーナリングにより基板の外周部を保持するとともに研磨面を押圧しつつ、上記トップリング本体により上記基板を上記研磨面に押圧して該基板を研磨する。上記リテーナリングの傾きを測定し、上記リテーナリングの傾きが所定の閾値を超えた場合に、外部に警報を発する、あるいは研磨を中止する、あるいは予め設定した研磨条件に変更する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、研磨対象物である基板が外れてしまうことを防止し、安定した研磨を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】研磨装置の構成を示す模式図である。
【図２】図１の研磨装置におけるトップリングを示す縦断面図である。
【図３】図２のトップリングにおけるリテーナリング近傍を示す縦断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図であり、トップリングにおけるリテーナリング近傍を示す縦断面図である。
【図５】本発明の実施形態における研磨装置のトップリングを示す縦断面図である。
【図６】本発明の実施形態における研磨装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る研磨装置の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、研磨装置の全体構成を示す断面図である。ここで、基板保持装置は、研磨対象物である半導体ウェハ等の基板を保持して研磨テーブル上の研磨面に押圧する装置である。図１に示すように、基板保持装置を構成するトップリング１の下方には、上面に研磨パッド１０１を貼付した研磨テーブル１００が設置されている。また、研磨テーブル１００の上方には研磨液供給ノズル１０２が設置されており、この研磨液供給ノズル１０２によって研磨テーブル１００上の研磨パッド１０１上に研磨液Ｑが供給されるようになっている。
【００１６】
なお、市場で入手できる研磨パッドとしては種々のものがあり、例えば、ロデール社製のＳＵＢＡ８００、ＩＣ−１０００、ＩＣ−１０００／ＳＵＢＡ４００（二層クロス）、フジミインコーポレイテッド社製のＳｕｒｆｉｎ ｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ ０００等がある。ＳＵＢＡ８００、Ｓｕｒｆｉｎ ｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ ０００は繊維をウレタン樹脂で固めた不織布であり、ＩＣ−１０００は硬質の発泡ポリウレタン（単層）である。発泡ポリウレタンは、ポーラス（多孔質状）になっており、その表面に多数の微細なへこみまたは孔を有している。
【００１７】
トップリング１は、トップリングシャフト１１に接続されており、このトップリングシャフト１１は、上下動機構２４によりトップリングヘッド１１０に対して上下動するようになっている。このトップリングシャフト１１の上下動により、トップリングヘッド１１０に対してトップリング１の全体を昇降させ位置決めするようになっている。なお、トップリングシャフト１１の上端にはロータリージョイント２５が取り付けられている。
【００１８】
トップリングシャフト１１およびトップリング１を上下動させる上下動機構２４は、軸受２６を介してトップリングシャフト１１を回転可能に支持するブリッジ２８と、ブリッジ２８に取り付けられたボールねじ３２と、支柱３０により支持された支持台２９と、支持台２９上に設けられたＡＣサーボモータ３８とを備えている。サーボモータ３８を支持する支持台２９は、支柱３０を介してトップリングヘッド１１０に固定されている。
【００１９】
ボールねじ３２は、サーボモータ３８に連結されたねじ軸３２ａと、このねじ軸３２ａが螺合するナット３２ｂとを備えている。トップリングシャフト１１は、ブリッジ２８と一体となって上下動するようになっている。したがって、サーボモータ３８を駆動すると、ボールねじ３２を介してブリッジ２８が上下動し、これによりトップリングシャフト１１およびトップリング１が上下動する。
【００２０】
また、トップリングシャフト１１はキー（図示せず）を介して回転筒１１２に連結されている。この回転筒１１２はその外周部にタイミングプーリ１１３を備えている。トップリングヘッド１１０にはトップリング用モータ１１４が固定されており、上記タイミングプーリ１１３は、タイミングベルト１１５を介してトップリング用モータ１１４に設けられたタイミングプーリ１１６に接続されている。したがって、トップリング用モータ１１４を回転駆動することによってタイミングプーリ１１６、タイミングベルト１１５、およびタイミングプーリ１１３を介して回転筒１１２およびトップリングシャフト１１が一体に回転し、トップリング１が回転する。なお、トップリングヘッド１１０は、フレーム（図示せず）に回転可能に支持されたトップリングヘッドシャフト１１７によって支持されている。
【００２１】
図２は、トップリング１を示す縦断面図である。図２に示すように、トップリング１は、下面に保持された半導体ウェハを研磨面である研磨パッド１０１に対して押圧するトップリング本体２と、研磨パッド１０１を直接押圧するリテーナリング３とから基本的に構成されている。トップリング本体２は、円盤状の上部材３００と、上部材３００の下面に取り付けられた中間部材３０４と、中間部材３０４の下面に取り付けられた下部材３０６とを備えている。リテーナリング３は、下部材３０６の外周部に取り付けられており、トップリング本体２とともに回転する。
【００２２】
上部材３００は、ボルト３０８によりトップリングシャフト１１に連結されている。また、中間部材３０４は、ボルト（図示せず）を介して上部材３００に固定されており、下部材３０６はボルト（図示せず）を介して中間部材３０４に固定されている。上部材３００、中間部材３０４、および下部材３０６から構成される本体部は、エンジニアリングプラスチック（例えばＰＥＥＫ）などの樹脂により形成されている。
【００２３】
下部材３０６の下面には、半導体ウェハの裏面に当接する弾性膜３１４が取り付けられている。この弾性膜３１４は、外周側に配置された環状のエッジホルダ３１６と、エッジホルダ３１６の内方に配置された環状のサブリング３１８およびホルダ３１９とによって下部材３０６の下面に取り付けられている。弾性膜３１４は、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度および耐久性に優れたゴム材によって形成されている。
【００２４】
エッジホルダ３１６はサブリング３１８により保持され、サブリング３１８は複数のストッパ３２０により下部材３０６の下面に取り付けられている。ホルダ３１９は複数のストッパ（図示せず）により下部材３０６の下面に取り付けられている。これらのストッパはトップリング１の円周方向に均等に設けられている。
【００２５】
図２に示すように、弾性膜３１４の中央部にはセンター室３６０が形成されている。ホルダ３１９には、このセンター室３６０に連通する流路３２４が形成されており、下部材３０６には、この流路３２４に連通する流路３２５が形成されている。ホルダ３１９の流路３２４および下部材３０６の流路３２５は、図１に示す流路４１およびレギュレータＲ１を介して圧力調整部１２０に接続されており、加圧された流体が流路３２５および流路３２４を通ってセンター室３６０に供給されるようになっている。この圧力調整部１２０は、圧縮空気源から加圧空気等の加圧流体を供給することによって、あるいはポンプ等により真空引きすることによって圧力の調整を行うものである。
【００２６】
ホルダ３１９は、弾性膜３１４のリプル隔壁３１４ａを下部材３０６の下面に押さえつけるようになっており、サブリング３１８は、弾性膜３１４のアウター隔壁３１４ｂおよびエッジ隔壁３１４ｃを下部材３０６の下面に押さえつけるようになっている。
【００２７】
図２に示すように、弾性膜３１４のリプル隔壁３１４ａとアウター隔壁３１４ｂとの間には環状のリプル室３６１が形成されている。弾性膜３１４のサブリング３１８とホルダ３１９との間には隙間３１４ｄが形成されており、下部材３０６にはこの隙間３１４ｄに連通する流路３４２が形成されている。また、中間部材３０４には、下部材３０６の流路３４２に連通する流路３４４が形成されている。下部材３０６の流路３４２と中間部材３０４の流路３４４との接続部分には、環状溝３４７が形成されている。この下部材３０６の流路３４２は、環状溝３４７、中間部材３０４の流路３４４、図１に示す流路４２、およびレギュレータＲ２を介して圧力調整部１２０に接続されており、加圧された流体がこれらの流路を通ってリプル室３６１に供給されるようになっている。また、この流路３４２は、図示しない真空ポンプにも切替可能に接続されており、真空ポンプの作動により弾性膜３１４の下面に半導体ウェハを吸着できるようになっている。
【００２８】
図２に示すように、サブリング３１８には、弾性膜３１４のアウター隔壁３１４ｂおよびエッジ隔壁３１４ｃによって形成される環状のアウター室３６２に連通する流路（図示せず）が形成されている。また、下部材３０６には、サブリング３１８の流路にコネクタ（図示せず）を介して連通する流路（図示せず）が、中間部材３０４には、下部材３０６の流路に連通する流路（図示せず）がそれぞれ形成されている。このサブリング３１８の流路は、下部材３０６の流路、中間部材３０４の流路、図１に示す流路４３およびレギュレータＲ３を介して圧力調整部１２０に接続されており、加圧された流体がこれらの流路を通ってアウター室３６２に供給されるようになっている。
【００２９】
図２に示すように、エッジホルダ３１６は、弾性膜３１４の側壁３１４ｅを押さえて下部材３０６の下面に保持するようになっている。このエッジホルダ３１６には、弾性膜３１４のエッジ隔壁３１４ｃおよび側壁３１４ｅによって形成される環状のエッジ室３６３に連通する流路３３４が形成されている。また、下部材３０６には、エッジホルダ３１６の流路３３４に連通する流路（図示せず）が、中間部材３０４には、下部材３０６の流路に連通する流路（図示せず）がそれぞれ形成されている。このエッジホルダ３１６の流路３３４は、下部材３０６の流路、中間部材３０４の流路、図１に示す流路４４およびレギュレータＲ４を介して圧力調整部１２０に接続されており、加圧された流体がこれらの流路を通ってエッジ室３６３に供給されるようになっている。
【００３０】
このように、この例におけるトップリング１においては、弾性膜３１４と下部材３０６との間に形成される圧力室、すなわち、センター室３６０、リプル室３６１、アウター室３６２、およびエッジ室３６３に供給する流体の圧力、およびリテーナ圧力室４１０へ供給する流体の圧力をそれぞれ独立に調整する。このような構造により、半導体ウェハを研磨パッド１０１に押圧する押圧力を半導体ウェハの部分ごとに調整でき、かつリテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力を自在に調整できるようになっている。
【００３１】
図２に示すように、リテーナリング３は半導体ウェハの外周縁を保持するものであり、上部が閉塞された円筒状のシリンダ４００と、シリンダ４００の上部に取り付けられた保持部材４０２と、保持部材４０２によりシリンダ４００内に保持される弾性膜４０４と、弾性膜４０４の下端部に接続されたピストン４０６と、ピストン４０６により下方に押圧されるリング部材４０８とを備えている。なお、弾性膜４０４は、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度および耐久性に優れたゴム材によって形成されている。
【００３２】
保持部材４０２には、弾性膜４０４によって形成されるリテーナ圧力室４１０に連通する流路（図示せず）が形成されている。また、シリンダ４００の上部には、保持部材４０２の流路に連通する流路（図示せず）が形成され、上部材３００には、シリンダ４００の流路に連通する流路（図示せず）が形成されている。この保持部材４０２の流路は、シリンダ４００の流路および上部材３００の流路を介して図１に示す流路４５およびレギュレータＲ５を介して圧力調整部１２０に接続されており、加圧された流体がこれらの流路を通ってリテーナ圧力室４１０に供給されるようになっている。したがって、リテーナ圧力室４１０に供給する流体の圧力を調整することにより、弾性膜４０４を伸縮させてピストン４０６を上下動させ、リテーナリング３のリング部材４０８を所望の圧力で研磨パッド１０１に押圧することができる。
【００３３】
図示した例では、弾性膜４０４としてローリングダイヤフラムを用いている。ローリングダイヤフラムは、屈曲した部分をもつ弾性膜からなるもので、ローリングダイヤフラムで仕切る室の内部圧力の変化等により、その屈曲部が転動することにより室の空間を広げることができるものである。室が広がる際に比較的弾性膜の伸縮が少ないため、ダイヤフラムを長寿命化することができる。また、伸縮が小さいことにより荷重の損失が少なく、ストロークによる荷重の変動が小さくなり、リテーナリング３が研磨パッド１０１に与える押圧力を精度よく調整することができるという利点がある。
【００３４】
このような構成により、リテーナリング３のリング部材４０８だけを下降させることができる。したがって、リテーナリング３のリング部材４０８が摩耗しても、下部材３０６と研磨パッド１０１との距離を一定に維持したまま、リテーナリングを研磨パッドに押圧することが可能となる。また、研磨パッド１０１に接触するリング部材４０８とシリンダ４００とは変形自在な弾性膜４０４で接続されているため、荷重点のオフセットによる曲げモーメントが発生しない。このため、リテーナリング３による面圧を均一にすることができ、研磨パッド１０１に対する追従性も向上する。なお、弾性膜４０４の材料としては、ＥＰＤＭ、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度および耐久性に優れたゴム材で硬度３０〜８０°（ＪＩＳ−Ａ）のものや、薄い樹脂膜などを使用することができる。硬度が低く、薄い膜の方が損失の少ない荷重制御が可能であるが、耐久性を考慮し、硬度および厚さを決定することが好ましい。
【００３５】
ここで、ピストン４０６とリング部材４０８とは磁力により互いに固定されている。すなわち、ピストン４０６は磁性体で形成されており、防錆のため、表面をコーティング／めっき処理している。また、リング部材４０８のピストン４０６と当接する面には磁石４２０が埋設されている。このように、リング部材４０８に埋設された磁石４２０の磁力により磁性体からなるリング部材４０８が吸引固定されている。
【００３６】
このようにピストン４０６とリング部材４０８とを磁力を用いて固定することにより、リテーナリング３が研磨中に振動を受けた場合においてもピストン４０６とリング部材４０８とが離れることなく、振動による突発的なリテーナリング３の上昇を防止することができる。したがって、リテーナリング３の面圧を安定させることができ、ウェハがトップリング１から外れてしまう（スリップアウトする）可能性を低減することができる。
【００３７】
リング部材４０８が取り付けられたキャリアアセンブリはメンテナンスのために頻繁に取り外されるが、ピストン４０６は比較的メンテナンスの機会が少ない。上述のように、磁力を用いてピストン４０６とリング部材４０８とを固定すれば、取り外される機会の多いリング部材４０８と取り外される機会の少ないピストン４０６とを簡単に分離することができる。
【００３８】
トップリング１は、ピストン４０６とリング部材４０８とを引き離す機構を備えている。図３は、リテーナリング３の近傍の部分拡大図である。図３に示すように、リング部材４０８には、軸４３０を中心として回転可能な複数のカムリフタ４３２が設けられている。図４は、図３の側面図である。図４に示すように、カムリフタ４３２は軸４３０の軸心からの半径が変化するように形成されており、カムリフタ４３２を回転させることで、最も半径の大きくなっている部分４３２ａでピストン４０６を押し上げるようになっている。なお、カムリフタ４３２の軸４３０の軸心部分にはレンチを挿入するレンチ穴４３４が形成されている。
【００３９】
カムリフタ４３２の裏面には凹部４３６が形成されており、リング部材４０８の側面には、この凹部４３６に押圧されるボール４３８が配置されている。このボール４３８の移動が凹部４３６内に制限されるために、カムリフタ４３２の回転が所定の範囲に制限されるようになっている。
【００４０】
キャリアアセンブリのメンテナンス時などには、レンチ穴４３４にレンチを挿入してカムリフタ４３２を回転させることにより、ピストン４０６とリング部材４０８との間に強制的に隙間を形成することができる。これにより、上述したピストン４０６と磁石４２０との間の磁力による締結力を弱めることができ、ピストン４０６とリング部材４０８との分離を容易にすることができる。
【００４１】
なお、図２に示す例では、ピストン４０６を磁性体とし、リング部材４０８に磁石４２０を埋設しているが、リング部材４０８を磁性体とし、ピストン４０６に磁石を埋設してもよい。また、図２に示す例では、リング部材４０８にカムリフタ４３２を設けているが、ピストン４０６にカムリフタ４３２を設けてもよい。
【００４２】
図５は、本発明の実施形態における研磨装置のトップリング５０１を示す縦断面図、図６はこの研磨装置の平面図である。図５および図６に示すように、本実施形態のトップリング５０１のリテーナリング３の外周部には、リング状の測定板５０２が取り付けられている。固定部であるトップリングヘッドには、トップリング５０１の円周方向に沿った少なくとも２ヶ所に、下端にローラ５０４を有する変位センサ５０６が設けられている。これらの変位センサ５０６は、変位センサ５０６からの出力に基づいてリテーナリング３の傾きを算出する演算部５０８が接続されている。
【００４３】
トップリング５０１と研磨テーブル１００はともに同一方向に回転され、研磨を行う。研磨中に、変位センサ５０６は、ローラ５０４までの距離、換言すればリテーナリング３の高さを検出できるようになっている。トップリング５０１の回転に伴ってローラ５０４が測定板５０２の上面を転がるため、変位センサ５０６はリテーナリング３の高さを検出することができる。したがって、少なくとも２つの変位センサ５０６により少なくとも２点におけるリテーナリング３の高さを検出することができ、これらの高さからリテーナリング３の傾きを算出することができる。上述した演算部５０８は、少なくとも２つの変位センサ５０６の出力からリテーナリング３の傾きを算出する。
【００４４】
それぞれの変位センサ５０６からの出力には、研磨パッド１０１の厚さのバラツキや研磨テーブル１００の振れ、リテーナリング３の厚さのバラツキなどが含まれるため、演算部５０８は、各変位センサ５０６からの出力に対して移動平均などの処理を行うことが好ましい。
【００４５】
上述のようにして演算部５０８はリテーナリング３の傾きを算出し、これによりリテーナリング３が過度に傾くことによりトップリング５０１に保持されたウェハがトップリング５０１から外れてしまう（スリップアウトする）可能性を予測することができ、スリップアウトを防止することができる。より具体的には、算出されたリテーナリング３の傾きが所定の閾値を超えた場合には、外部に警報を発したり、トップリング５０１と研磨テーブル１００の回転を止めて研磨を中止したり、ウェハ押し付け荷重を下げたりリテーナリング３の荷重を上げる、ウェハや研磨パッドの回転数を上げるなど、予め設定した研磨条件に移行する。なお、本実施形態においては、リテーナリング３の１点の高さ位置を検知するのではなく、２点以上の高さ情報から求められたリテーナリング３の傾きを用いてスリップアウトの予測・検知を行っているため、研磨パッド１０１が減耗したとしても影響を受けることなくスリップアウトの予測・検知を正確に行うことができる。
【００４６】
図６では、多数の変位センサ５０６がトップリング５０１の円周方向に沿って点線で示されているが、変位センサ５０６の個数は少なくとも２つであればいくつであってもよい。この場合において、変位センサ５０６を研磨テーブル１００の回転方向の上流側と下流側に少なくとも１つずつ設け、また対角線上に設けることが好ましい。また、変位センサ５０６は、トップリング５０１の円周方向に沿った線上（同一半径上）に配置するのが好ましいが、変位センサ５０６の取付位置を把握し、かつ演算部で処理をすれば、必ずしも円周方向に沿った線上に配置しなくてもよい。図６では研磨装置の固定部分を基準としてリテーナリング３の傾きを測定したが、上述した変位センサ５０６を研磨テーブル１００側に設け、研磨テーブル１００を基準としてリテーナリング３の傾きを測定してもよい。また、トップリング本体２とリテーナリング３が一体に構成されているトップリング５０１の場合には、トップリング５０１の上面の２点以上の高さを測定し、トップリング５０１全体の傾きを測定し、ウェハのスリップアウトの予測・検知を行ってもよい。
【００４７】
これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４８】
１ トップリング
２ トップリング本体
３ リテーナリング
１１ トップリングシャフト
１００ 研磨テーブル
１０１ 研磨パッド
３１４ 弾性膜
３６０ センター室
３６１ リプル室
３６２ アウター室
３６３ エッジ室
４００ シリンダ
４０２ 保持部材
４０４ 弾性膜
４０６ ピストン
４０８ リング部材
４１０ リテーナ圧力室
４２０ 磁石
４３２ カムリフタ
４３０ 軸
４３４ レンチ穴
４３６ 凹部
４３８ ボール
５０１ トップリング
５０２ 測定板
５０４ ローラ
５０６ 変位センサ
５０８ 演算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨面を有する研磨パッドと、基板を保持して前記研磨面に基板を押圧して該基板を研磨するトップリング本体と、前記基板の外周部を保持して前記研磨面を押圧するリテーナリングとを有する研磨装置であって、
前記リテーナリングの少なくとも２つの位置での高さを検出するセンサと、
前記センサにより検出された高さから前記リテーナリングの傾きを算出する演算部と、
を備えたことを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記少なくとも２つの位置は、前記研磨面の回転方向の上流側と下流側であることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項３】
トップリング本体の外周部に設けられたリテーナリングにより基板の外周部を保持するとともに研磨面を押圧しつつ、前記トップリング本体により前記基板を前記研磨面に押圧して該基板を研磨する研磨方法であって、
前記リテーナリングの傾きを測定し、前記リテーナリングの傾きが所定の閾値を超えた場合に、外部に警報を発する、あるいは研磨を中止する、あるいは予め設定した研磨条件に変更することを特徴とする研磨方法。
【請求項１】
研磨面を有する研磨パッドと、基板を保持して前記研磨面に基板を押圧して該基板を研磨するトップリング本体と、前記基板の外周部を保持して前記研磨面を押圧するリテーナリングとを有する研磨装置であって、
前記リテーナリングの少なくとも２つの位置での高さを検出するセンサと、
前記センサにより検出された高さから前記リテーナリングの傾きを算出する演算部と、
を備えたことを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記少なくとも２つの位置は、前記研磨面の回転方向の上流側と下流側であることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項３】
トップリング本体の外周部に設けられたリテーナリングにより基板の外周部を保持するとともに研磨面を押圧しつつ、前記トップリング本体により前記基板を前記研磨面に押圧して該基板を研磨する研磨方法であって、
前記リテーナリングの傾きを測定し、前記リテーナリングの傾きが所定の閾値を超えた場合に、外部に警報を発する、あるいは研磨を中止する、あるいは予め設定した研磨条件に変更することを特徴とする研磨方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−６２８１２（Ｐ２０１１−６２８１２Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５４６５６（Ｐ２０１０−２５４６５６）
【出願日】平成２２年１１月１５日（２０１０．１１．１５）
【分割の表示】特願２００６−９７２９６（Ｐ２００６−９７２９６）の分割
【原出願日】平成１８年３月３１日（２００６．３．３１）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１５日（２０１０．１１．１５）
【分割の表示】特願２００６−９７２９６（Ｐ２００６−９７２９６）の分割
【原出願日】平成１８年３月３１日（２００６．３．３１）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
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