JP2000117626A - ウェーハ研磨装置及び研磨量検出方法 - Google Patents
ウェーハ研磨装置及び研磨量検出方法Info
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Landscapes
- Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 研磨中のウェーハの研磨量が、簡単により高
精度に測定できるウェーハ研磨装置の実現。 【解決手段】 表面に研磨布14が設けられた回転する研
磨定盤11と、ウェーハ100 を研磨布に所定の圧力で接触
させるキャリア41と、研磨布14に所定の圧力で接触する
ようにウェーハの周囲に設けられるパッド61と、ウェー
ハの裏面又はキャリアとパッドとの相対位置の変化を検
出する検出器51,52 と、検出信号を処理して研磨量を演
算する演算手段83と、研磨動作を制御する制御手段83と
を備えるウェーハ研磨装置であって、演算手段は、研磨
定盤の１回転中に複数回検出信号をサンプリングするサ
ンプリング手段と、１回転のサンプリング回数の整数倍
のサンプリングデータを平均して移動平均データを算出
する移動平均算出手段84と、移動平均データより研磨量
を演算する研磨量演算手段85とを備える。
精度に測定できるウェーハ研磨装置の実現。 【解決手段】 表面に研磨布14が設けられた回転する研
磨定盤11と、ウェーハ100 を研磨布に所定の圧力で接触
させるキャリア41と、研磨布14に所定の圧力で接触する
ようにウェーハの周囲に設けられるパッド61と、ウェー
ハの裏面又はキャリアとパッドとの相対位置の変化を検
出する検出器51,52 と、検出信号を処理して研磨量を演
算する演算手段83と、研磨動作を制御する制御手段83と
を備えるウェーハ研磨装置であって、演算手段は、研磨
定盤の１回転中に複数回検出信号をサンプリングするサ
ンプリング手段と、１回転のサンプリング回数の整数倍
のサンプリングデータを平均して移動平均データを算出
する移動平均算出手段84と、移動平均データより研磨量
を演算する研磨量演算手段85とを備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ウェーハ研磨装置
及びそこでの研磨量検出方法に関し、特にウェーハ上に
ＩＣパターンを形成する工程の途中で表面を平坦化する
のに使用される化学的機械研磨(Chemicla Mechanical P
olishing:CMP) 法によるウェーハ研磨装置及び研磨量検
出方法に関する。
及びそこでの研磨量検出方法に関し、特にウェーハ上に
ＩＣパターンを形成する工程の途中で表面を平坦化する
のに使用される化学的機械研磨(Chemicla Mechanical P
olishing:CMP) 法によるウェーハ研磨装置及び研磨量検
出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＩＣの微細加工が進んでおり、多
層に渡ってＩＣパターンを形成することが行われてい
る。パターンを形成した層の表面にはある程度の凹凸が
生じるのが避けられない。従来は、そのまま次の層のパ
ターンを形成していたが、層数が増加すると共に線やホ
ールの幅が小さくなると良好なパターンを形成するのが
難しく、欠陥などが生じ易くなっていた。そこで、パタ
ーンを形成した層の表面を研磨して表面を平坦にした
後、次の層のパターンを形成することが行われている。
このようなＩＣパターンを形成する工程の途中でウェー
ハを研磨するのには、ＣＭＰ法によるウェーハ研磨装置
（ＣＭＰ装置）が使用される。
層に渡ってＩＣパターンを形成することが行われてい
る。パターンを形成した層の表面にはある程度の凹凸が
生じるのが避けられない。従来は、そのまま次の層のパ
ターンを形成していたが、層数が増加すると共に線やホ
ールの幅が小さくなると良好なパターンを形成するのが
難しく、欠陥などが生じ易くなっていた。そこで、パタ
ーンを形成した層の表面を研磨して表面を平坦にした
後、次の層のパターンを形成することが行われている。
このようなＩＣパターンを形成する工程の途中でウェー
ハを研磨するのには、ＣＭＰ法によるウェーハ研磨装置
（ＣＭＰ装置）が使用される。
【０００３】図１は、ＩＣの製造工程におけるＣＭＰ法
による加工を説明する図であり、（１）は層間絶縁膜の
表面を研磨して平坦化する処理を、（２）は穴の部分の
メタル層のみが残るように表面を研磨する処理を示す。
図１の（１）に示すように、基板１上にメタル層などの
パターン２を形成した後層間絶縁膜３を形成すると、パ
ターン２の部分が他の部分よりも高くなり、表面に凹凸
が生じる。そこで、ＣＭＰ装置で表面を研磨し、右側の
ような状態にした後次のパターンを形成する。また、層
間を接続するメタル層を形成する場合には、（２）に示
すように、下層のパターン２の上に接続穴を形成した
後、メッキなどでメタル層４を全面に形成する。その
後、ＣＭＰ装置で表面のメタル層４がすべて除去される
まで研磨する。
による加工を説明する図であり、（１）は層間絶縁膜の
表面を研磨して平坦化する処理を、（２）は穴の部分の
メタル層のみが残るように表面を研磨する処理を示す。
図１の（１）に示すように、基板１上にメタル層などの
パターン２を形成した後層間絶縁膜３を形成すると、パ
ターン２の部分が他の部分よりも高くなり、表面に凹凸
が生じる。そこで、ＣＭＰ装置で表面を研磨し、右側の
ような状態にした後次のパターンを形成する。また、層
間を接続するメタル層を形成する場合には、（２）に示
すように、下層のパターン２の上に接続穴を形成した
後、メッキなどでメタル層４を全面に形成する。その
後、ＣＭＰ装置で表面のメタル層４がすべて除去される
まで研磨する。
【０００４】図２は、ＣＭＰ装置の基本構成を示す概略
図である。図示のように、ＣＭＰ装置は、研磨定盤１１
とウェーハ保持ヘッド２０とを有する。研磨定盤１１の
表面には、弾性がある研磨布１４が貼り付けられてい
る。研磨定盤１１は、スピンドル１２を介してモータ１
３に連結されており、図の矢印の方向に回転する。回転
する研磨定盤１１の研磨布１４上には、図示していない
ノズルから研磨材であるスラリが供給される。上記の研
磨布１４には、スラリのウェーハとの接触面への供給を
容易にするために溝が設けられる場合もある。ウェーハ
保持ヘッド２０は、研磨するウェーハを保持して研磨布
１４に所定の圧力で押し付けながら回転する。これによ
り、保持されたウェーハの表面が研磨される。図ではウ
ェーハ保持ヘッド２０が１個の場合を示したが、１個の
研磨定盤に複数個のウェーハ保持ヘッド２０が設けられ
る場合もある。
図である。図示のように、ＣＭＰ装置は、研磨定盤１１
とウェーハ保持ヘッド２０とを有する。研磨定盤１１の
表面には、弾性がある研磨布１４が貼り付けられてい
る。研磨定盤１１は、スピンドル１２を介してモータ１
３に連結されており、図の矢印の方向に回転する。回転
する研磨定盤１１の研磨布１４上には、図示していない
ノズルから研磨材であるスラリが供給される。上記の研
磨布１４には、スラリのウェーハとの接触面への供給を
容易にするために溝が設けられる場合もある。ウェーハ
保持ヘッド２０は、研磨するウェーハを保持して研磨布
１４に所定の圧力で押し付けながら回転する。これによ
り、保持されたウェーハの表面が研磨される。図ではウ
ェーハ保持ヘッド２０が１個の場合を示したが、１個の
研磨定盤に複数個のウェーハ保持ヘッド２０が設けられ
る場合もある。
【０００５】ウェーハ保持ヘッド２０のウェーハ保持機
構は各種ある。例えば、特開平6-79618 号公報、特開平
8-229808号公報及び特開平10-175161 号公報は、吸着な
どによりウェーハをキャリアに密着して保持し、キャリ
アを押すことによりウェーハを研磨布に押し付けるウェ
ーハ研磨装置を開示している。また、ＣＭＰ装置ではな
くラップ装置ではあるが、特開昭51-90095号公報も接着
剤や両面テープなどでウェーハをキャリアに貼り付けて
保持し、キャリアを押すことによりウェーハを研磨布に
押し付けるラップ装置を開示している。このような装置
は、研磨中のウェーハの保持が確実に行えるが、キャリ
アとウェーハの裏面との間にごみなどの異物があると、
キャリアからの押圧力をウェーハ全面に均一に伝達する
ことができず、ウェーハ全面を均一に研磨するのが難し
いという問題がある。このような問題を解決するため、
特開平1-188265号公報は、キャリアに空気の吹き出し口
を設け、ウェーハの裏面から空気圧を印加して定盤に押
し付け、キャリアとウェーハを非接触に保ちながら研磨
するラップ装置を開示している。また、本出願人は、特
願平9-138925号で、空気の吹き出し口を設けたキャリア
を押圧するエアーバックを設けることにより、ウェーハ
を非接触で研磨布に押し付ける圧力の調整を容易にした
ウェーハ研磨装置を開示している。
構は各種ある。例えば、特開平6-79618 号公報、特開平
8-229808号公報及び特開平10-175161 号公報は、吸着な
どによりウェーハをキャリアに密着して保持し、キャリ
アを押すことによりウェーハを研磨布に押し付けるウェ
ーハ研磨装置を開示している。また、ＣＭＰ装置ではな
くラップ装置ではあるが、特開昭51-90095号公報も接着
剤や両面テープなどでウェーハをキャリアに貼り付けて
保持し、キャリアを押すことによりウェーハを研磨布に
押し付けるラップ装置を開示している。このような装置
は、研磨中のウェーハの保持が確実に行えるが、キャリ
アとウェーハの裏面との間にごみなどの異物があると、
キャリアからの押圧力をウェーハ全面に均一に伝達する
ことができず、ウェーハ全面を均一に研磨するのが難し
いという問題がある。このような問題を解決するため、
特開平1-188265号公報は、キャリアに空気の吹き出し口
を設け、ウェーハの裏面から空気圧を印加して定盤に押
し付け、キャリアとウェーハを非接触に保ちながら研磨
するラップ装置を開示している。また、本出願人は、特
願平9-138925号で、空気の吹き出し口を設けたキャリア
を押圧するエアーバックを設けることにより、ウェーハ
を非接触で研磨布に押し付ける圧力の調整を容易にした
ウェーハ研磨装置を開示している。
【０００６】ＣＭＰ装置では、ＩＣパターンの表面を所
定量だけ正確に研磨することが要求される。研磨量を正
確に管理するため各種の方法が行われ提案されている。
もっとも正確に管理する方法には、研磨量を測定しなが
ら少しずつ研磨するプロセス制御方法がある。この方法
は、必要な膜圧にするために、数秒研磨しては残る膜圧
を測定し、研磨量が不足であれば再度研磨することを繰
り返す。しかし、これでは生産性が非常に低く、量産に
適用するのは難しいという問題があった。研磨量を管理
する別の方法は、研磨プロセスを安定させて時間管理す
る方法である。しかし、研磨プロセスのばらつきのため
研磨量を高精度に管理するのは難しく、研磨時間と研磨
量の関係をモニタするためにダミーウェーハを使用する
ので、スループットが低下するといった問題があった。
他に、酸化膜下のメタル配線層との容量を検出する方式
や、研磨に必要なトルクが層の種類によって異なること
を利用してトルクの変化を検出する方式などが提案され
ている。しかし、適用できる範囲が制限されることや、
検出精度の点などで十分とはいえないのが現状である。
定量だけ正確に研磨することが要求される。研磨量を正
確に管理するため各種の方法が行われ提案されている。
もっとも正確に管理する方法には、研磨量を測定しなが
ら少しずつ研磨するプロセス制御方法がある。この方法
は、必要な膜圧にするために、数秒研磨しては残る膜圧
を測定し、研磨量が不足であれば再度研磨することを繰
り返す。しかし、これでは生産性が非常に低く、量産に
適用するのは難しいという問題があった。研磨量を管理
する別の方法は、研磨プロセスを安定させて時間管理す
る方法である。しかし、研磨プロセスのばらつきのため
研磨量を高精度に管理するのは難しく、研磨時間と研磨
量の関係をモニタするためにダミーウェーハを使用する
ので、スループットが低下するといった問題があった。
他に、酸化膜下のメタル配線層との容量を検出する方式
や、研磨に必要なトルクが層の種類によって異なること
を利用してトルクの変化を検出する方式などが提案され
ている。しかし、適用できる範囲が制限されることや、
検出精度の点などで十分とはいえないのが現状である。
【０００７】そこで、研磨中のウェーハの厚さを直接測
定してその変化から研磨量を算出して管理するのが望ま
しいが、研磨中のウェーハの厚さを直接測定するには難
しい。そこで、ウェーハの厚さの変化に相当する量を測
定する各種の方法が提案されている。例えば、前述の特
開昭51-90095号公報は、ラップ定盤上に配置される試料
保持具に電気マイクロメータなどの検出器を構成する部
品の一方を設け、ワークを貼り付けた試料保持枠に他方
の部品を設けてワーク厚の変化を検出するラップ装置を
開示している。試料保持具はワークと同様にラップ定盤
に接触しており、試料保持枠の変位を検出すれば研磨量
が検出できる。しかし、このラップ装置では、試料保持
枠をラップ定盤に押し付けるように試料保持具から付勢
しており、試料保持具と試料保持枠の間でラップ定盤の
回転や試料保持枠の回転に伴う相互力が働き、ワークの
ラップ定盤への押し付け力が変動するという問題があ
る。特に、ＣＭＰ装置の場合定盤の表面には弾性のある
研磨布が設けられており、回転に伴う試料保持具の振動
が大きくなるという問題を生じる。
定してその変化から研磨量を算出して管理するのが望ま
しいが、研磨中のウェーハの厚さを直接測定するには難
しい。そこで、ウェーハの厚さの変化に相当する量を測
定する各種の方法が提案されている。例えば、前述の特
開昭51-90095号公報は、ラップ定盤上に配置される試料
保持具に電気マイクロメータなどの検出器を構成する部
品の一方を設け、ワークを貼り付けた試料保持枠に他方
の部品を設けてワーク厚の変化を検出するラップ装置を
開示している。試料保持具はワークと同様にラップ定盤
に接触しており、試料保持枠の変位を検出すれば研磨量
が検出できる。しかし、このラップ装置では、試料保持
枠をラップ定盤に押し付けるように試料保持具から付勢
しており、試料保持具と試料保持枠の間でラップ定盤の
回転や試料保持枠の回転に伴う相互力が働き、ワークの
ラップ定盤への押し付け力が変動するという問題があ
る。特に、ＣＭＰ装置の場合定盤の表面には弾性のある
研磨布が設けられており、回転に伴う試料保持具の振動
が大きくなるという問題を生じる。
【０００８】上記のような問題を解決するため、前述の
特開平8-229808号公報及び特開平10-175161 号公報は、
ウェーハの周囲に研磨面調整リングを設けて、その内部
での研磨布の変動を低減してウェーハの縁への研磨圧力
の偏在を抑制する構成を開示している。特に、特開平10
-175161 号公報は、電気マイクロメータなどの検出器を
構成する部品の一方をウェーハを保持するキャリアに設
け、他方の部品をウェーハと研磨面調整リングの間の研
磨布と接触して変位する部材に設けて、ワーク厚の変化
を検出するＣＭＰ装置を開示している。この装置であれ
ば、キャリアと研磨布と接触して変位する部材の間の相
互の付勢力はほとんど無視でき、部材が研磨布と接触す
る位置も研磨面調整リングの内側の比較的変動の少ない
部分であり、正確な測定が可能なはずである。しかし、
この装置では、ウェーハ保持ヘッド及びキャリアの回転
に伴う周期的な変動がそのまま測定結果に影響するた
め、実際には信号処理が難しいという問題があった。
特開平8-229808号公報及び特開平10-175161 号公報は、
ウェーハの周囲に研磨面調整リングを設けて、その内部
での研磨布の変動を低減してウェーハの縁への研磨圧力
の偏在を抑制する構成を開示している。特に、特開平10
-175161 号公報は、電気マイクロメータなどの検出器を
構成する部品の一方をウェーハを保持するキャリアに設
け、他方の部品をウェーハと研磨面調整リングの間の研
磨布と接触して変位する部材に設けて、ワーク厚の変化
を検出するＣＭＰ装置を開示している。この装置であれ
ば、キャリアと研磨布と接触して変位する部材の間の相
互の付勢力はほとんど無視でき、部材が研磨布と接触す
る位置も研磨面調整リングの内側の比較的変動の少ない
部分であり、正確な測定が可能なはずである。しかし、
この装置では、ウェーハ保持ヘッド及びキャリアの回転
に伴う周期的な変動がそのまま測定結果に影響するた
め、実際には信号処理が難しいという問題があった。
【０００９】そこで、本出願人は、特願平10-189039 号
で、研磨面調整リング又は研磨面調整リングの内側にリ
ング状のパッドにキャリアの中心部を通過するアームを
設け、このアームとキャリアの中心部との上下方向の変
位を検出する検出器を設けることにより、ウェーハ保持
ヘッド及びキャリアの回転に伴う周期的な変動の影響を
低減したウェーハ研磨装置を開示している。
で、研磨面調整リング又は研磨面調整リングの内側にリ
ング状のパッドにキャリアの中心部を通過するアームを
設け、このアームとキャリアの中心部との上下方向の変
位を検出する検出器を設けることにより、ウェーハ保持
ヘッド及びキャリアの回転に伴う周期的な変動の影響を
低減したウェーハ研磨装置を開示している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の特願平
10-189039 号に開示されたウェーハ研磨装置でウェーハ
厚の変化を検出する場合であっても、その検出信号は非
常に変動が激しく、この検出信号から正確な研磨量を算
出して必要な研磨量だけ研磨されるように制御するのは
非常に難しかった。
10-189039 号に開示されたウェーハ研磨装置でウェーハ
厚の変化を検出する場合であっても、その検出信号は非
常に変動が激しく、この検出信号から正確な研磨量を算
出して必要な研磨量だけ研磨されるように制御するのは
非常に難しかった。
【００１１】本発明はこのような問題を解決するための
もので、ウェーハ研磨装置における研磨量を正確に検出
できるようにすることを目的とする。
もので、ウェーハ研磨装置における研磨量を正確に検出
できるようにすることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を実現するた
め、本発明のウェーハ研磨装置及びそこでの研磨量検出
方法では、研磨定盤の１回転中のサンプリング回数が複
数回になるサンプリング周期で検出器の検出信号をサン
プリングし、１回転のサンプリング回数の整数倍のサン
プリングデータを平均して移動平均データを算出し、こ
の移動平均データより研磨量を演算する。
め、本発明のウェーハ研磨装置及びそこでの研磨量検出
方法では、研磨定盤の１回転中のサンプリング回数が複
数回になるサンプリング周期で検出器の検出信号をサン
プリングし、１回転のサンプリング回数の整数倍のサン
プリングデータを平均して移動平均データを算出し、こ
の移動平均データより研磨量を演算する。
【００１３】すなわち、本発明のウェーハ研磨装置は、
表面に研磨布が設けられた回転する研磨定盤と、研磨定
盤の回転軸に平行な異なる回転軸で回転し、ウェーハを
前記研磨布に所定の圧力で接触させるキャリアと、研磨
布に所定の圧力で接触するようにウェーハの周囲に設け
られるパッドと、ウェーハの裏面又はキャリアとパッド
との相対位置の変化を検出する検出器と、検出器の検出
信号を処理して研磨量を演算する演算手段と、演算され
た研磨量に応じて研磨動作を制御する制御手段とを備え
るウェーハ研磨装置であって、演算手段は、研磨定盤の
１回転中のサンプリング回数が複数回になるサンプリン
グ周期で検出器の検出信号をサンプリングするサンプリ
ング手段と、１回転のサンプリング回数の整数倍のサン
プリングデータを平均して移動平均データを算出する移
動平均算出手段と、移動平均データより研磨量を演算す
る研磨量演算手段とを備えることを特徴とする。
表面に研磨布が設けられた回転する研磨定盤と、研磨定
盤の回転軸に平行な異なる回転軸で回転し、ウェーハを
前記研磨布に所定の圧力で接触させるキャリアと、研磨
布に所定の圧力で接触するようにウェーハの周囲に設け
られるパッドと、ウェーハの裏面又はキャリアとパッド
との相対位置の変化を検出する検出器と、検出器の検出
信号を処理して研磨量を演算する演算手段と、演算され
た研磨量に応じて研磨動作を制御する制御手段とを備え
るウェーハ研磨装置であって、演算手段は、研磨定盤の
１回転中のサンプリング回数が複数回になるサンプリン
グ周期で検出器の検出信号をサンプリングするサンプリ
ング手段と、１回転のサンプリング回数の整数倍のサン
プリングデータを平均して移動平均データを算出する移
動平均算出手段と、移動平均データより研磨量を演算す
る研磨量演算手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】ウェーハ研磨装置では、研磨定盤とキャリ
ア（ウェーハ保持ヘッド）はそれぞれの周期で回転す
る。研磨定盤とキャリアは、それぞれ若干の傾きやうね
りがあるので、ウェーハ厚が一定であっても検出器の検
出信号は研磨定盤とキャリアの回転周期に応じて変化す
る。具体的には、検出信号は、２つの周期の最小公倍数
の周期で変化する。従って、２つの回転周期が同一であ
ればその周期で繰り返し同じように変化し、一方の回転
周期が他方の回転周期の整数倍であれば大きな方の周期
で繰り返し同じように変化し、２つの回転周期が若干異
なるか又は一方の周期の整数倍が他方の周期と若干異な
る場合にはうねるように変化する。通常は、研磨定盤と
キャリアの回転周期を同じに設定するか、研磨定盤の回
転周期の方がキャリアの回転周期より長く、整数倍に設
定するので、研磨定盤の１回転毎に同じような変化をす
る。本発明のウェーハ研磨装置及びそこでの研磨量検出
方法では、研磨定盤の１回転中に複数回サンプリング
し、１回転のサンプリング回数の整数倍のサンプリング
データを平均して移動平均データを算出するので、変動
の少ない実際のウェーハ厚の変化に近いデータが得られ
る。
ア（ウェーハ保持ヘッド）はそれぞれの周期で回転す
る。研磨定盤とキャリアは、それぞれ若干の傾きやうね
りがあるので、ウェーハ厚が一定であっても検出器の検
出信号は研磨定盤とキャリアの回転周期に応じて変化す
る。具体的には、検出信号は、２つの周期の最小公倍数
の周期で変化する。従って、２つの回転周期が同一であ
ればその周期で繰り返し同じように変化し、一方の回転
周期が他方の回転周期の整数倍であれば大きな方の周期
で繰り返し同じように変化し、２つの回転周期が若干異
なるか又は一方の周期の整数倍が他方の周期と若干異な
る場合にはうねるように変化する。通常は、研磨定盤と
キャリアの回転周期を同じに設定するか、研磨定盤の回
転周期の方がキャリアの回転周期より長く、整数倍に設
定するので、研磨定盤の１回転毎に同じような変化をす
る。本発明のウェーハ研磨装置及びそこでの研磨量検出
方法では、研磨定盤の１回転中に複数回サンプリング
し、１回転のサンプリング回数の整数倍のサンプリング
データを平均して移動平均データを算出するので、変動
の少ない実際のウェーハ厚の変化に近いデータが得られ
る。
【００１５】しかし、上記のような移動平均データを算
出しても、研磨開始からある程度の時間までは、全面に
渡るスラリの供給が安定せず、研磨による熱の発生が始
まるので、データは安定せず、不規則に変動する。そこ
で、研磨開始から所定時間経過するまでのデータは使用
せず、所定時間経過後のデータにより研磨量を演算する
ことが望ましい。
出しても、研磨開始からある程度の時間までは、全面に
渡るスラリの供給が安定せず、研磨による熱の発生が始
まるので、データは安定せず、不規則に変動する。そこ
で、研磨開始から所定時間経過するまでのデータは使用
せず、所定時間経過後のデータにより研磨量を演算する
ことが望ましい。
【００１６】更に、研磨による熱の発生は研磨の間行わ
れるので、検出器を支持するキャリアやパッド及びアー
ムなどの各部の温度分布が変化して熱膨張量が変化する
ので、検出器の相対位置を変化させる。これにより検出
信号が変化する。また、検出器自体にも温度特性がある
ので、検出器の部分の温度が変化すれば検出信号が変化
する。このような要因による検出信号の変化は、研磨の
開始から繰り返し同じように発生する。研磨量演算手段
に、サンプル用ウェーハを研磨した時の演算した研磨量
と、研磨の前後でそのサンプル用ウェーハの厚さを別の
測定器で実際に測定した実測値とから算出した補正デー
タを記憶した補正データ記憶手段と、研磨量演算手段の
演算した研磨量を補正データに基づいて補正し、研磨量
として出力する補正手段とを設けることが望ましい。
れるので、検出器を支持するキャリアやパッド及びアー
ムなどの各部の温度分布が変化して熱膨張量が変化する
ので、検出器の相対位置を変化させる。これにより検出
信号が変化する。また、検出器自体にも温度特性がある
ので、検出器の部分の温度が変化すれば検出信号が変化
する。このような要因による検出信号の変化は、研磨の
開始から繰り返し同じように発生する。研磨量演算手段
に、サンプル用ウェーハを研磨した時の演算した研磨量
と、研磨の前後でそのサンプル用ウェーハの厚さを別の
測定器で実際に測定した実測値とから算出した補正デー
タを記憶した補正データ記憶手段と、研磨量演算手段の
演算した研磨量を補正データに基づいて補正し、研磨量
として出力する補正手段とを設けることが望ましい。
【００１７】本発明は、キャリアにウェーハを固定して
研磨する研磨装置でも有効であるが、ウェーハの裏面と
の間に圧力流体層を形成する圧力流体層形成手段をキャ
リアに設けて、圧力流体層によりウェーハを研磨布に押
し付ける構成にも適用可能である。圧力流体層によりウ
ェーハを研磨布に押し付ける構成のウェーハ研磨装置の
場合、図１の（２）に示したような絶縁材料層上に形成
したメタル層を研磨して除去する処理については、メタ
ル層が除去されて表面の一部に絶縁材料層が現れた時点
で検出信号が急激に減少し、表面のメタル層が除去され
た時点で検出信号が再び増加することが分かった。従っ
て、絶縁材料層上に形成したメタル層を研磨して除去す
る場合には、検出信号の変化を観察することで、表面の
メタル層が除去された時点が分かるので、例えば、検出
信号が急激に減少した後、再び増加を開始した時点から
若干余分に研磨すれば、図１の（２）に示すようなメタ
ル層の除去が正確に行える。
研磨する研磨装置でも有効であるが、ウェーハの裏面と
の間に圧力流体層を形成する圧力流体層形成手段をキャ
リアに設けて、圧力流体層によりウェーハを研磨布に押
し付ける構成にも適用可能である。圧力流体層によりウ
ェーハを研磨布に押し付ける構成のウェーハ研磨装置の
場合、図１の（２）に示したような絶縁材料層上に形成
したメタル層を研磨して除去する処理については、メタ
ル層が除去されて表面の一部に絶縁材料層が現れた時点
で検出信号が急激に減少し、表面のメタル層が除去され
た時点で検出信号が再び増加することが分かった。従っ
て、絶縁材料層上に形成したメタル層を研磨して除去す
る場合には、検出信号の変化を観察することで、表面の
メタル層が除去された時点が分かるので、例えば、検出
信号が急激に減少した後、再び増加を開始した時点から
若干余分に研磨すれば、図１の（２）に示すようなメタ
ル層の除去が正確に行える。
【００１８】上記のように、研磨による熱で各部に温度
分布を生じるので、検出器の付近の温度を検出する温度
検出器を設けて検出器の温度特性に従って補正したり、
検出器が相対位置を検出する部分からウェーハの裏面又
はキャリアのウェーハに面する部分の間の部材の少なく
とも一部の温度を検出する温度検出器と、検出器が相対
位置を検出する部分からパッドの研磨布に面する部分ま
での部材の少なくとも一部の温度を検出する温度検出器
を設けて、これらの温度検出器で検出した温度に基づい
て関係する部分における熱膨張量の差を算出して熱膨張
量の差分だけ検出信号を補正するようにすれば、検出精
度が向上する。
分布を生じるので、検出器の付近の温度を検出する温度
検出器を設けて検出器の温度特性に従って補正したり、
検出器が相対位置を検出する部分からウェーハの裏面又
はキャリアのウェーハに面する部分の間の部材の少なく
とも一部の温度を検出する温度検出器と、検出器が相対
位置を検出する部分からパッドの研磨布に面する部分ま
での部材の少なくとも一部の温度を検出する温度検出器
を設けて、これらの温度検出器で検出した温度に基づい
て関係する部分における熱膨張量の差を算出して熱膨張
量の差分だけ検出信号を補正するようにすれば、検出精
度が向上する。
【００１９】キャリアが保持されるウェーハ保持ヘッド
は回転するので、検出器の検出信号や各温度検出器の検
出信号を伝達するため、ウェーハ保持ヘッドの回転軸の
内部に電気信号を伝達経路が収容されたスリップリング
を設けることが望ましい。この時、検出信号のアナログ
処理回路とその出力をデジタルデータに変換するＡＤ変
換回路をウェーハ保持ヘッドに設け、デジタルデータを
スリップリングを介して外部に設けたデータ処理回路に
伝送することが望ましい。
は回転するので、検出器の検出信号や各温度検出器の検
出信号を伝達するため、ウェーハ保持ヘッドの回転軸の
内部に電気信号を伝達経路が収容されたスリップリング
を設けることが望ましい。この時、検出信号のアナログ
処理回路とその出力をデジタルデータに変換するＡＤ変
換回路をウェーハ保持ヘッドに設け、デジタルデータを
スリップリングを介して外部に設けたデータ処理回路に
伝送することが望ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】図３は本発明の実施例のウェーハ
保持ヘッドの断面図である。図３に示すように、ウェー
ハ保持ヘッド２０はヘッド本体２１と、ガイドリング２
２と、ゴムシート２３と、研磨面調整リング３０と、キ
ャリア部材４１と、リテーナーリング４３と、基準パッ
ドリング６１と、基準パッドリング６１に取り付けられ
るアーム６２と、差動トランスを構成するボビン５１と
コア（鉄心）５２などで構成される。
保持ヘッドの断面図である。図３に示すように、ウェー
ハ保持ヘッド２０はヘッド本体２１と、ガイドリング２
２と、ゴムシート２３と、研磨面調整リング３０と、キ
ャリア部材４１と、リテーナーリング４３と、基準パッ
ドリング６１と、基準パッドリング６１に取り付けられ
るアーム６２と、差動トランスを構成するボビン５１と
コア（鉄心）５２などで構成される。
【００２１】ヘッド本体２１は円板状で、上面は回転軸
９１が固定され、図示していないモータにより回転され
る。また、ヘッド本体２１には気体供給路２６、２７が
形成されている。気体供給路２６、２７は、図６で一点
鎖線で示すように、ウェーハ保持ヘッド２０の外部まで
延び、レギュレータ７２、７３を介して気体ポンプ７１
に接続される。
９１が固定され、図示していないモータにより回転され
る。また、ヘッド本体２１には気体供給路２６、２７が
形成されている。気体供給路２６、２７は、図６で一点
鎖線で示すように、ウェーハ保持ヘッド２０の外部まで
延び、レギュレータ７２、７３を介して気体ポンプ７１
に接続される。
【００２２】キャリア部材４１は、ほぼ円柱状で、ヘッ
ド本体２１の下部に配置される。キャリア部材４１の上
にはアーム６２を避けるように部材４２が取り付けられ
ており、キャリア部材４１の上面の中心には、差動トラ
ンスを構成するコア５２がポール５４により支持されて
いる。キャリア部材４１の下面には凹部４６が形成さ
れ、ここにウェーハ１００が保持される。凹部４６の周
囲にはウェーハ１００の飛び出しを防止してウェーハ１
００の位置を規制するリテーナーリング４３が設けられ
ている。更に、キャリア部材４１の下面の周辺部には、
気体供給路４４が形成されている。気体供給路４４は、
図６で一点鎖線で示すように、ウェーハ保持ヘッド２０
の外部まで延び、レギュレータ７４を介して気体ポンプ
７１に接続される。気体供給路４４に気体を供給する
と、凹部４６に圧力気体層が形成され、この圧力気体層
を介してウェーハ１００が研磨布１４に押し付けられ
る。気体供給路４４からは同じ圧力の気体が吹き出すの
で中心方向には気体の流れは形成されず、気体供給路４
４の内側の圧力気体層の圧力は一様である。なお、図示
していないが、キャリア部材４１が未研磨のウェーハを
ローダから取り上げて保持しながら研磨布１４上に移動
し、研磨済みのウェーハをアンローダに戻すために、一
時的にウェーハを吸着するためのサクション用吸気経路
と気体ポンプが設けられているが、ここでは図示を省略
している。
ド本体２１の下部に配置される。キャリア部材４１の上
にはアーム６２を避けるように部材４２が取り付けられ
ており、キャリア部材４１の上面の中心には、差動トラ
ンスを構成するコア５２がポール５４により支持されて
いる。キャリア部材４１の下面には凹部４６が形成さ
れ、ここにウェーハ１００が保持される。凹部４６の周
囲にはウェーハ１００の飛び出しを防止してウェーハ１
００の位置を規制するリテーナーリング４３が設けられ
ている。更に、キャリア部材４１の下面の周辺部には、
気体供給路４４が形成されている。気体供給路４４は、
図６で一点鎖線で示すように、ウェーハ保持ヘッド２０
の外部まで延び、レギュレータ７４を介して気体ポンプ
７１に接続される。気体供給路４４に気体を供給する
と、凹部４６に圧力気体層が形成され、この圧力気体層
を介してウェーハ１００が研磨布１４に押し付けられ
る。気体供給路４４からは同じ圧力の気体が吹き出すの
で中心方向には気体の流れは形成されず、気体供給路４
４の内側の圧力気体層の圧力は一様である。なお、図示
していないが、キャリア部材４１が未研磨のウェーハを
ローダから取り上げて保持しながら研磨布１４上に移動
し、研磨済みのウェーハをアンローダに戻すために、一
時的にウェーハを吸着するためのサクション用吸気経路
と気体ポンプが設けられているが、ここでは図示を省略
している。
【００２３】基準パッドリング６１は、キャリア部材４
１の外側の環状の部材で、アーム６２が３箇所で固定さ
れている。アーム６２の中心、すなわちウェーハ１００
の中心軸上の部分には、穴５５が設けられ、その穴に入
るように取付け部材５３により差動トランスを構成する
ボビン５１が固定されている。上記のコア５２は、ボビ
ン５１内に位置し、差動トランスを構成する。
１の外側の環状の部材で、アーム６２が３箇所で固定さ
れている。アーム６２の中心、すなわちウェーハ１００
の中心軸上の部分には、穴５５が設けられ、その穴に入
るように取付け部材５３により差動トランスを構成する
ボビン５１が固定されている。上記のコア５２は、ボビ
ン５１内に位置し、差動トランスを構成する。
【００２４】研磨面調整リング３０は、基準パッドリン
グ６１の外側に設けられる環状の部材である。更に、研
磨面調整リング３０の外側にはヘッド本体２１の下側に
固定されるガイドリング２２が設けられ、その間にゴム
シート２３が挟みこまれて固定されている。ゴムシート
２３は、均一な厚さで円板状に形成され、環状の止め金
２３１及びガイドリング２２によりヘッド本体２１に固
定され、円形の第１気体室（エアーバック）２４と、そ
の回りの環状の第２気体室２５が形成される。気体供給
路２６と２７はそれぞれ第１気体室２４と第２気体室２
５につながっており、気体供給路２６と２７に気体を供
給することにより第１気体室２４と第２気体室２５が膨
らむ。第１気体室２４はキャリア部材４１に固定される
部材４２の上にあり、気体供給路２６に供給する気体の
圧力を高めると第１気体室２４が膨らみキャリア部材４
１を下に付勢する。この付勢力は、凹部４６の圧力気体
層を介してウェーハ１００の押圧力を高める。従って、
気体供給路２６に供給する気体の圧力を調整すること
で、ウェーハ１００の研磨布１４への押圧力を設定でき
る。また、第２気体室２５は研磨面調整リング３０の上
にあり、気体供給路２７に供給する気体の圧力を高める
と第２気体室２５が膨らみ研磨面調整リング３０を研磨
布１４に押し付ける。従って、気体供給路２７に供給す
る気体の圧力を調整することで、研磨面調整リング３０
の研磨布１４への押圧力を設定できる。なお、本実施例
では、基準パッドリング６１はアーム６２を含めた自重
で研磨布１４に当接するが、研磨面調整リング３０と同
様にゴムシートによるエアーバックを利用して所定の押
圧力で研磨布１４へ押し付けるようにしてもよい。
グ６１の外側に設けられる環状の部材である。更に、研
磨面調整リング３０の外側にはヘッド本体２１の下側に
固定されるガイドリング２２が設けられ、その間にゴム
シート２３が挟みこまれて固定されている。ゴムシート
２３は、均一な厚さで円板状に形成され、環状の止め金
２３１及びガイドリング２２によりヘッド本体２１に固
定され、円形の第１気体室（エアーバック）２４と、そ
の回りの環状の第２気体室２５が形成される。気体供給
路２６と２７はそれぞれ第１気体室２４と第２気体室２
５につながっており、気体供給路２６と２７に気体を供
給することにより第１気体室２４と第２気体室２５が膨
らむ。第１気体室２４はキャリア部材４１に固定される
部材４２の上にあり、気体供給路２６に供給する気体の
圧力を高めると第１気体室２４が膨らみキャリア部材４
１を下に付勢する。この付勢力は、凹部４６の圧力気体
層を介してウェーハ１００の押圧力を高める。従って、
気体供給路２６に供給する気体の圧力を調整すること
で、ウェーハ１００の研磨布１４への押圧力を設定でき
る。また、第２気体室２５は研磨面調整リング３０の上
にあり、気体供給路２７に供給する気体の圧力を高める
と第２気体室２５が膨らみ研磨面調整リング３０を研磨
布１４に押し付ける。従って、気体供給路２７に供給す
る気体の圧力を調整することで、研磨面調整リング３０
の研磨布１４への押圧力を設定できる。なお、本実施例
では、基準パッドリング６１はアーム６２を含めた自重
で研磨布１４に当接するが、研磨面調整リング３０と同
様にゴムシートによるエアーバックを利用して所定の押
圧力で研磨布１４へ押し付けるようにしてもよい。
【００２５】ガイドリング２２はヘッド本体２１に固定
されているが、キャリア部材４１、基準パッドリング６
１及び研磨面調整リング３０は固定されていない。キャ
リア部材４１は、キャリア部材４１に固定された３個の
連結部材４５とガイドリング２２に設けたピン２８によ
り、ガイドリング２２に対して狭い範囲で移動可能なよ
うに位置が規制されている。同様に、研磨面調整リング
３０は研磨面調整リング３０に固定された連結部材とガ
イドリング２２に設けたピンにより、ガイドリング２２
に対して位置が規制され、基準パッドリング６１は研磨
面調整リング３０に設けたピン３１により、研磨面調整
リング３０に対して位置が規制されている。
されているが、キャリア部材４１、基準パッドリング６
１及び研磨面調整リング３０は固定されていない。キャ
リア部材４１は、キャリア部材４１に固定された３個の
連結部材４５とガイドリング２２に設けたピン２８によ
り、ガイドリング２２に対して狭い範囲で移動可能なよ
うに位置が規制されている。同様に、研磨面調整リング
３０は研磨面調整リング３０に固定された連結部材とガ
イドリング２２に設けたピンにより、ガイドリング２２
に対して位置が規制され、基準パッドリング６１は研磨
面調整リング３０に設けたピン３１により、研磨面調整
リング３０に対して位置が規制されている。
【００２６】図４は、実施例の相対位置の測定に関係す
る各部及び電気信号に関係する部分の構成を示す図であ
る。図４に示したように、ウェーハ保持ヘッド２０には
電気マイクロメータを構成するボビン５１とコア５２が
設けられる。更に、図示の位置に温度を検出するための
サーミスタ７２〜７４が設けられる。また、凹部４６の
圧力気体層の厚さを検出するためのセンサ７１が設けら
れる。センサ７１は、例えば、渦電流センサである。な
お、気体供給路４４に供給する気体の圧力を一定にすれ
ば圧力気体層の厚さはほぼ一定であり、センサ７１を省
くことも可能である。
る各部及び電気信号に関係する部分の構成を示す図であ
る。図４に示したように、ウェーハ保持ヘッド２０には
電気マイクロメータを構成するボビン５１とコア５２が
設けられる。更に、図示の位置に温度を検出するための
サーミスタ７２〜７４が設けられる。また、凹部４６の
圧力気体層の厚さを検出するためのセンサ７１が設けら
れる。センサ７１は、例えば、渦電流センサである。な
お、気体供給路４４に供給する気体の圧力を一定にすれ
ば圧力気体層の厚さはほぼ一定であり、センサ７１を省
くことも可能である。
【００２７】電気マイクロメータを構成するボビン５１
はアーム６２に固定され、コア５２はキャリア部材４１
に固定されているので、コア５２のボビン５１に対する
変位、すなわち電気マイクロメータの出力変化はウェー
ハ１００の表面と裏面の位置の差、すなわちウェーハ１
００の厚さの変化を示す。実際には、キャリア部材４１
とウェーハ１００の裏面との間には圧力流体層があるの
で、圧力流体層の変化分を差し引けば、ウェーハ１００
の厚さの変化が得られる。この変化量が研磨量である。
はアーム６２に固定され、コア５２はキャリア部材４１
に固定されているので、コア５２のボビン５１に対する
変位、すなわち電気マイクロメータの出力変化はウェー
ハ１００の表面と裏面の位置の差、すなわちウェーハ１
００の厚さの変化を示す。実際には、キャリア部材４１
とウェーハ１００の裏面との間には圧力流体層があるの
で、圧力流体層の変化分を差し引けば、ウェーハ１００
の厚さの変化が得られる。この変化量が研磨量である。
【００２８】ボビン５１はアーム６２に固定されてお
り、研磨布１４の表面からは基準パッドリング６１とア
ーム６２の分だけ離れている。従って、基準パッドリン
グ６１とアーム６２が熱膨張により伸縮するとその伸縮
分は研磨量の誤差になる。同様に、コア５２はポール５
４に固定されており、キャリア部材４１の底面からはキ
ャリア部材４１とそれに固定された部材５６とポール５
４の分だけ離れており、これらが熱膨張により伸縮する
とその伸縮分は研磨量の誤差になる。研磨時には摩擦の
ため熱が発生し、これらの部分の温度が上昇するので、
高精度の研磨量検出をする上ではこの温度上昇による誤
差が無視できない。そこで、本実施例では、熱膨張が検
出結果に影響する部分には、アンバー材のような熱膨張
率の小さな材料を使用している。研磨布１４に接触する
部分はセラミック材で構成する必要があるので、キャリ
ア部材４１に相当する部材４１１はセラミック材で構成
し、図４に示すように中心部分にはアンバー材の部材５
６を埋め込み、ポール５４はチタン材で構成している。
また、基準パッドリング６１は、研磨布１４に接触する
下側部分６１１をセラミック材で構成し、その上の部分
６１２をアンバー材で構成し、アーム６２もアンバー材
で構成している。アンバー材の熱膨張率はセラミック材
にくらべて１桁小さく、このような構成により熱膨張に
起因する誤差は大幅に低減できる。
り、研磨布１４の表面からは基準パッドリング６１とア
ーム６２の分だけ離れている。従って、基準パッドリン
グ６１とアーム６２が熱膨張により伸縮するとその伸縮
分は研磨量の誤差になる。同様に、コア５２はポール５
４に固定されており、キャリア部材４１の底面からはキ
ャリア部材４１とそれに固定された部材５６とポール５
４の分だけ離れており、これらが熱膨張により伸縮する
とその伸縮分は研磨量の誤差になる。研磨時には摩擦の
ため熱が発生し、これらの部分の温度が上昇するので、
高精度の研磨量検出をする上ではこの温度上昇による誤
差が無視できない。そこで、本実施例では、熱膨張が検
出結果に影響する部分には、アンバー材のような熱膨張
率の小さな材料を使用している。研磨布１４に接触する
部分はセラミック材で構成する必要があるので、キャリ
ア部材４１に相当する部材４１１はセラミック材で構成
し、図４に示すように中心部分にはアンバー材の部材５
６を埋め込み、ポール５４はチタン材で構成している。
また、基準パッドリング６１は、研磨布１４に接触する
下側部分６１１をセラミック材で構成し、その上の部分
６１２をアンバー材で構成し、アーム６２もアンバー材
で構成している。アンバー材の熱膨張率はセラミック材
にくらべて１桁小さく、このような構成により熱膨張に
起因する誤差は大幅に低減できる。
【００２９】しかし、より高精度の検出を行うために、
本実施例では実際の温度を検出して熱膨張による誤差を
補正している。キャリア部材４１１とアンバー材の部材
５６の部分にサーミスタ７３を配置してこの部分の温度
を検出できるようにしている。更に、基準パッドリング
６１のアンバー材で構成した上側部分６１２にもサーミ
スタ７４を配置して温度を測定できるようにしている。
各部分の（ウェーハに垂直な方向の）長さと材料の熱膨
張率及び検出した温度からボビン５１とコア５２の熱膨
張による位置変化を算出し、検出結果をその分だけ補正
すれば誤差が低減できる。
本実施例では実際の温度を検出して熱膨張による誤差を
補正している。キャリア部材４１１とアンバー材の部材
５６の部分にサーミスタ７３を配置してこの部分の温度
を検出できるようにしている。更に、基準パッドリング
６１のアンバー材で構成した上側部分６１２にもサーミ
スタ７４を配置して温度を測定できるようにしている。
各部分の（ウェーハに垂直な方向の）長さと材料の熱膨
張率及び検出した温度からボビン５１とコア５２の熱膨
張による位置変化を算出し、検出結果をその分だけ補正
すれば誤差が低減できる。
【００３０】また、ボビン５１とコア５２で構成される
電気マイクロメータの検出信号も温度により変化する。
そこで、ボビン５１を固定する部材５３にサーミスタ７
２を設けてボビン５１の温度を検出して、あらかじめ測
定した電気マイクロメータの温度特性に基づいて補正し
ている。上記の電気マイクロメータ、センサ７１及びサ
ーミスタ７２〜７４は、回転軸９１により回転する部分
に設けられる。そこで、検出信号、センサ７１の出力信
号及びサーミスタ７２〜７４の信号を外部に伝達するた
め、回転軸９１の内部にはスリップリングが設けられて
いる。更に、検出信号、センサ７１の出力信号及びサー
ミスタ７２〜７４の信号は微少な信号であり、雑音など
の影響を受けやすい。そこで、本実施例では、検出信
号、センサ７１の出力信号及びサーミスタ７２〜７４の
信号を処理するアナログ処理回路８１とアナログ処理回
路８１の出力をサンプリングしてデジタル信号に変換す
るサンプリング・ＡＤ変換回路８２をウェーハ保持ヘッ
ド２０内に設け、変換したデジタル信号をスリップリン
グを介して外部のデータ処理手段８３に伝達している。
データ処理手段８３は、例えばコンピュータであり、上
記の電気マイクロメータの温度特性を補正する検出器温
度特性補正手段８４や熱膨張による誤差を補正する熱膨
張補正手段８５などの処理プロセスがソフトウエアで実
現されている。
電気マイクロメータの検出信号も温度により変化する。
そこで、ボビン５１を固定する部材５３にサーミスタ７
２を設けてボビン５１の温度を検出して、あらかじめ測
定した電気マイクロメータの温度特性に基づいて補正し
ている。上記の電気マイクロメータ、センサ７１及びサ
ーミスタ７２〜７４は、回転軸９１により回転する部分
に設けられる。そこで、検出信号、センサ７１の出力信
号及びサーミスタ７２〜７４の信号を外部に伝達するた
め、回転軸９１の内部にはスリップリングが設けられて
いる。更に、検出信号、センサ７１の出力信号及びサー
ミスタ７２〜７４の信号は微少な信号であり、雑音など
の影響を受けやすい。そこで、本実施例では、検出信
号、センサ７１の出力信号及びサーミスタ７２〜７４の
信号を処理するアナログ処理回路８１とアナログ処理回
路８１の出力をサンプリングしてデジタル信号に変換す
るサンプリング・ＡＤ変換回路８２をウェーハ保持ヘッ
ド２０内に設け、変換したデジタル信号をスリップリン
グを介して外部のデータ処理手段８３に伝達している。
データ処理手段８３は、例えばコンピュータであり、上
記の電気マイクロメータの温度特性を補正する検出器温
度特性補正手段８４や熱膨張による誤差を補正する熱膨
張補正手段８５などの処理プロセスがソフトウエアで実
現されている。
【００３１】以下、アナログ処理回路８１、サンプリン
グ・ＡＤ変換回路８２及びデータ処理手段８３における
信号処理及びデータ処理について説明する。図５は、研
磨動作中に実際に得られる電気マイクロメータの検出信
号を模式的に示した図である。図５の（１）に示すよう
に、検出信号は激しく変動するので、ウェーハ厚の変化
を示すデータを得るには検出信号を処理することが必要
である。ここに示した信号は、研磨定盤１１とウェーハ
保持ヘッド２０が同じ周期で回転する場合の例であり、
検出信号は回転周期で激しく振動している。そこで、本
実施例では、サンプリング・ＡＤ変換回路８２により、
研磨定盤１１の１回転中に１０回サンプリングし、１０
回のサンプリングデータを平均して、図５の（２）に示
すような移動平均データを算出している。具体的には、
最初の１０回のデータを平均して１回目の移動平均デー
タとし、２回目から１１回目のデータを平均して２回目
の移動平均データとするといった処理を繰り返す。従っ
て、最初の検出結果が得られるのは１回転後である。通
常、研磨定盤１は３０ｒｐｍから１２０ｒｐｍで回転
し、研磨に要する時間が２分程度であるので、最初のデ
ータが１回転後に得られても特に問題はない。但し、研
磨の終了の判定は、１回転前のデータであること、すな
わち１回転分だけ研磨が進んでいることを考慮して行う
必要がある。なお、移動平均データの算出を、１回転の
サンプリング回数の２倍以上の整数倍の回数のデータを
平均して行ってもよい。
グ・ＡＤ変換回路８２及びデータ処理手段８３における
信号処理及びデータ処理について説明する。図５は、研
磨動作中に実際に得られる電気マイクロメータの検出信
号を模式的に示した図である。図５の（１）に示すよう
に、検出信号は激しく変動するので、ウェーハ厚の変化
を示すデータを得るには検出信号を処理することが必要
である。ここに示した信号は、研磨定盤１１とウェーハ
保持ヘッド２０が同じ周期で回転する場合の例であり、
検出信号は回転周期で激しく振動している。そこで、本
実施例では、サンプリング・ＡＤ変換回路８２により、
研磨定盤１１の１回転中に１０回サンプリングし、１０
回のサンプリングデータを平均して、図５の（２）に示
すような移動平均データを算出している。具体的には、
最初の１０回のデータを平均して１回目の移動平均デー
タとし、２回目から１１回目のデータを平均して２回目
の移動平均データとするといった処理を繰り返す。従っ
て、最初の検出結果が得られるのは１回転後である。通
常、研磨定盤１は３０ｒｐｍから１２０ｒｐｍで回転
し、研磨に要する時間が２分程度であるので、最初のデ
ータが１回転後に得られても特に問題はない。但し、研
磨の終了の判定は、１回転前のデータであること、すな
わち１回転分だけ研磨が進んでいることを考慮して行う
必要がある。なお、移動平均データの算出を、１回転の
サンプリング回数の２倍以上の整数倍の回数のデータを
平均して行ってもよい。
【００３２】上記のようにして算出した移動平均データ
に基づいて、データ処理手段８３の研磨量演算手段８５
が研磨量を算出する。図６の（１）は、図１の（１）に
示したような絶縁膜材料層３を研磨した時の移動平均を
示す図である。図示のように、研磨を開始してからある
時間経過するまでの期間Ａでは、移動平均が激しく変動
している。研磨を行っているので、移動平均が増加する
ことは考えられず、このような変動は、研磨開始からあ
る程度の時間までは、全面に渡るスラリの供給が安定せ
ず、研磨による熱の発生が始まるなどの要因によると思
われる。この期間は同じ研磨条件であれば、比較的一定
であり、この期間を経過すれば移動平均データは安定す
るので、本実施例では、研磨量演算手段８５は、研磨開
始から期間Ａの間のデータは使用せず、期間Ｂのデータ
のみを使用して研磨量を算出する。
に基づいて、データ処理手段８３の研磨量演算手段８５
が研磨量を算出する。図６の（１）は、図１の（１）に
示したような絶縁膜材料層３を研磨した時の移動平均を
示す図である。図示のように、研磨を開始してからある
時間経過するまでの期間Ａでは、移動平均が激しく変動
している。研磨を行っているので、移動平均が増加する
ことは考えられず、このような変動は、研磨開始からあ
る程度の時間までは、全面に渡るスラリの供給が安定せ
ず、研磨による熱の発生が始まるなどの要因によると思
われる。この期間は同じ研磨条件であれば、比較的一定
であり、この期間を経過すれば移動平均データは安定す
るので、本実施例では、研磨量演算手段８５は、研磨開
始から期間Ａの間のデータは使用せず、期間Ｂのデータ
のみを使用して研磨量を算出する。
【００３３】更に、図６の（１）に示すようなデータを
示す条件で研磨を行い、各種の研磨時間で研磨を停止
し、研磨の前後でウェーハの厚さ又は絶縁膜材料層の厚
さを測定した結果から、図６の（１）に示すようなデー
タを示す場合、研磨量の実測値は図６の（２）に示すよ
うな変化を示すことが分かった。このような差が生じる
のは、研磨による熱の発生は研磨の間行われるので、検
出器を支持するキャリアやパッド及びアームなどの各部
の温度分布が変化して熱膨張量が変化し、検出器の相対
位置を変化させるためと予想される。また、検出器自体
にも温度特性があるので、検出器の部分の温度が変化す
れば検出信号が変化する。このような移動平均データと
実測値の差は、研磨の条件が同じであれば、同じように
発生した。そこで、図６の（１）と（２）の差を算出し
て（３）のような補正値を算出して、補正手段８６の補
正データ記憶手段８７に記憶しておき、補正手段８６が
研磨量演算手段８５の算出した研磨量から上記の補正値
を減算して補正データを算出するようにした。
示す条件で研磨を行い、各種の研磨時間で研磨を停止
し、研磨の前後でウェーハの厚さ又は絶縁膜材料層の厚
さを測定した結果から、図６の（１）に示すようなデー
タを示す場合、研磨量の実測値は図６の（２）に示すよ
うな変化を示すことが分かった。このような差が生じる
のは、研磨による熱の発生は研磨の間行われるので、検
出器を支持するキャリアやパッド及びアームなどの各部
の温度分布が変化して熱膨張量が変化し、検出器の相対
位置を変化させるためと予想される。また、検出器自体
にも温度特性があるので、検出器の部分の温度が変化す
れば検出信号が変化する。このような移動平均データと
実測値の差は、研磨の条件が同じであれば、同じように
発生した。そこで、図６の（１）と（２）の差を算出し
て（３）のような補正値を算出して、補正手段８６の補
正データ記憶手段８７に記憶しておき、補正手段８６が
研磨量演算手段８５の算出した研磨量から上記の補正値
を減算して補正データを算出するようにした。
【００３４】上記の補正は、図１の（２）に示すような
メタル層を研磨する場合にも適用可能である。また、本
実施例で、メタル層を研磨した場合の移動平均データを
観察したところ、特異な変化を示した。図７は、層間接
続ホールを形成する実際の層構造の例を示す図である。
下部の電極層２の上に絶縁材料層３を形成し、層間接続
ホールに相当する穴をフォトリソグラフィとエッチング
で形成し、その上に非常に薄く窒化チタニウム（Ｔｉ
Ｎ）層５を形成し、その上に層間接続ホールを埋めるの
に必要な厚さの銅（Ｃｕ）層４を形成する。このような
層が形成されたウェーハを研磨すると、移動平均データ
は図８に示すような変化を示した。
メタル層を研磨する場合にも適用可能である。また、本
実施例で、メタル層を研磨した場合の移動平均データを
観察したところ、特異な変化を示した。図７は、層間接
続ホールを形成する実際の層構造の例を示す図である。
下部の電極層２の上に絶縁材料層３を形成し、層間接続
ホールに相当する穴をフォトリソグラフィとエッチング
で形成し、その上に非常に薄く窒化チタニウム（Ｔｉ
Ｎ）層５を形成し、その上に層間接続ホールを埋めるの
に必要な厚さの銅（Ｃｕ）層４を形成する。このような
層が形成されたウェーハを研磨すると、移動平均データ
は図８に示すような変化を示した。
【００３５】図８に示すように、移動平均データは、研
磨開始後しばらくの期間は厚さが増加するという変化を
示した。このようなことはあり得ないので、前述のよう
に、この部分の移動平均データは除外する。このような
不安定な期間が終了すると、多少の変動はあるが移動平
均データは徐々に減少する。そしてＣで示す時点から減
少率が急激に大きくなる。この時点が、Ｃｕ層４の一部
がなくなりＴｉＮ層５や絶縁材料層３が現れた時である
ことが分かった。更に研磨すると、Ｄで示す時点から減
少率が増加に転じる。この時点が、表面のＴｉＮ層５が
なくなった時点である。従って、この時点から若干研磨
を続行して、Ｅで示す時点で研磨を停止すれば、各層間
接続ホールの間にはＣｕ層４及びＴｉＮ層５がない絶縁
された状態になる。この状態で研磨を停止することが望
ましい。
磨開始後しばらくの期間は厚さが増加するという変化を
示した。このようなことはあり得ないので、前述のよう
に、この部分の移動平均データは除外する。このような
不安定な期間が終了すると、多少の変動はあるが移動平
均データは徐々に減少する。そしてＣで示す時点から減
少率が急激に大きくなる。この時点が、Ｃｕ層４の一部
がなくなりＴｉＮ層５や絶縁材料層３が現れた時である
ことが分かった。更に研磨すると、Ｄで示す時点から減
少率が増加に転じる。この時点が、表面のＴｉＮ層５が
なくなった時点である。従って、この時点から若干研磨
を続行して、Ｅで示す時点で研磨を停止すれば、各層間
接続ホールの間にはＣｕ層４及びＴｉＮ層５がない絶縁
された状態になる。この状態で研磨を停止することが望
ましい。
【００３６】上記の実施例では、研磨定盤とウェーハ保
持ヘッド（キャリア）は同じ周期で回転したが、同じ周
期でない場合もある。そのような場合には、検出信号
は、２つの周期の最小公倍数の周期で変化する。従っ
て、移動平均データを算出する時には、この２つの周期
の最小公倍数の周期の間のサンプリング数分で移動平均
を算出することが好ましい。
持ヘッド（キャリア）は同じ周期で回転したが、同じ周
期でない場合もある。そのような場合には、検出信号
は、２つの周期の最小公倍数の周期で変化する。従っ
て、移動平均データを算出する時には、この２つの周期
の最小公倍数の周期の間のサンプリング数分で移動平均
を算出することが好ましい。
【００３７】但し、ウェーハの破損防止のために研磨定
盤１とウェーハ保持ヘッド１０の回転周期を若干異なら
せたり、一方の周期の整数倍が他方の周期と若干異なる
ようにする場合があり、それそれの回転周期で変化する
成分の大きさが近い場合には、検出信号はうねるように
変化する。しかし、実際のウェーハ研磨装置では、検出
信号の変動は、研磨定盤１の回転周期で変化する成分の
方が大きいので、研磨定盤１の１回転のサンプリング回
数の整数倍で移動平均を算出すれば、大きな変動成分は
かなり除去することが可能である。
盤１とウェーハ保持ヘッド１０の回転周期を若干異なら
せたり、一方の周期の整数倍が他方の周期と若干異なる
ようにする場合があり、それそれの回転周期で変化する
成分の大きさが近い場合には、検出信号はうねるように
変化する。しかし、実際のウェーハ研磨装置では、検出
信号の変動は、研磨定盤１の回転周期で変化する成分の
方が大きいので、研磨定盤１の１回転のサンプリング回
数の整数倍で移動平均を算出すれば、大きな変動成分は
かなり除去することが可能である。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のウェーハ
研磨装置及び研磨量検出方法によれば、研磨中のウェー
ハの厚さの変化（研磨量）が、簡単により高精度に測定
できるようになるので、ＣＭＰ装置における研磨量の管
理がより高精度にスループットを低下させることなしに
行えるようになる。これにより、高集積度のＩＣを高い
歩留りで効率よく生産することが可能になる。
研磨装置及び研磨量検出方法によれば、研磨中のウェー
ハの厚さの変化（研磨量）が、簡単により高精度に測定
できるようになるので、ＣＭＰ装置における研磨量の管
理がより高精度にスループットを低下させることなしに
行えるようになる。これにより、高集積度のＩＣを高い
歩留りで効率よく生産することが可能になる。
【図１】ＩＣの製造工程におけるＣＭＰ法による加工を
説明する図である。
説明する図である。
【図２】ウェーハ研磨装置の基本構成を模式的に示す図
である。
である。
【図３】本発明の実施例のウェーハ研磨装置のウェーハ
保持ヘッドの断面図である。
保持ヘッドの断面図である。
【図４】実施例のウェーハ研磨装置の相対位置の測定に
関係する各部及び電気信号に関係する部分の構成を示す
図である。
関係する各部及び電気信号に関係する部分の構成を示す
図である。
【図５】本発明の実施例で得られる検出信号とその移動
平均データを示す図である。
平均データを示す図である。
【図６】絶縁材料層を研磨した場合の移動平均データの
変化と、実際の厚さ変化の実測値と、補正データの例を
示す図である。
変化と、実際の厚さ変化の実測値と、補正データの例を
示す図である。
【図７】研磨するメタル層の構成例を示す図である。
【図８】図７のメタル層を研磨した場合の移動平均デー
タの変化例を示す図である。
タの変化例を示す図である。
１１…研磨定盤 １４…研磨布 ２０…ウェーハ保持ヘッド ３０…研磨面調整リング ４０…キャリア ５０…検出器 ６０…基準パッド １００…ウェーハ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年１０月１５日（１９９９．１０．
１５）
１５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】ＣＭＰ装置では、ＩＣパターンの表面を所
定量だけ正確に研磨することが要求される。研磨量を正
確に管理するため各種の方法が行われ提案されている。
もっとも正確に管理する方法には、研磨量を測定しなが
ら少しずつ研磨するプロセス制御方法がある。この方法
は、必要な膜厚にするために、数秒研磨しては残る膜厚
を測定し、研磨量が不足であれば再度研磨することを繰
り返す。しかし、これでは生産性が非常に低く、量産に
適用するのは難しいという問題があった。研磨量を管理
する別の方法は、研磨プロセスを安定させて時間管理す
る方法である。しかし、研磨プロセスのばらつきのため
研磨量を高精度に管理するのは難しく、研磨時間と研磨
量の関係をモニタするためにダミーウェーハを使用する
ので、スループットが低下するといった問題があった。
他に、酸化膜下のメタル配線層との容量を検出する方式
や、研磨に必要なトルクが層の種類によって異なること
を利用してトルクの変化を検出する方式などが提案され
ている。しかし、適用できる範囲が制限されることや、
検出精度の点などで十分とはいえないのが現状である。
定量だけ正確に研磨することが要求される。研磨量を正
確に管理するため各種の方法が行われ提案されている。
もっとも正確に管理する方法には、研磨量を測定しなが
ら少しずつ研磨するプロセス制御方法がある。この方法
は、必要な膜厚にするために、数秒研磨しては残る膜厚
を測定し、研磨量が不足であれば再度研磨することを繰
り返す。しかし、これでは生産性が非常に低く、量産に
適用するのは難しいという問題があった。研磨量を管理
する別の方法は、研磨プロセスを安定させて時間管理す
る方法である。しかし、研磨プロセスのばらつきのため
研磨量を高精度に管理するのは難しく、研磨時間と研磨
量の関係をモニタするためにダミーウェーハを使用する
ので、スループットが低下するといった問題があった。
他に、酸化膜下のメタル配線層との容量を検出する方式
や、研磨に必要なトルクが層の種類によって異なること
を利用してトルクの変化を検出する方式などが提案され
ている。しかし、適用できる範囲が制限されることや、
検出精度の点などで十分とはいえないのが現状である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２１】ヘッド本体２１は円板状で、上面は回転軸
９１が固定され、図示していないモータにより回転され
る。また、ヘッド本体２１には気体供給路２６、２７が
形成されている。気体供給路２６、２７は、図３で一点
鎖線で示すように、ウェーハ保持ヘッド２０の外部まで
延び、レギュレータ７２、７３を介して気体ポンプ７１
に接続される。
９１が固定され、図示していないモータにより回転され
る。また、ヘッド本体２１には気体供給路２６、２７が
形成されている。気体供給路２６、２７は、図３で一点
鎖線で示すように、ウェーハ保持ヘッド２０の外部まで
延び、レギュレータ７２、７３を介して気体ポンプ７１
に接続される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２２】キャリア部材４１は、ほぼ円柱状で、ヘッ
ド本体２１の下部に配置される。キャリア部材４１の上
にはアーム６２を避けるように部材４２が取り付けられ
ており、キャリア部材４１の上面の中心には、差動トラ
ンスを構成するコア５２がポール５４により支持されて
いる。キャリア部材４１の下面には凹部４６が形成さ
れ、ここにウェーハ１００が保持される。凹部４６の周
囲にはウェーハ１００の飛び出しを防止してウェーハ１
００の位置を規制するリテーナーリング４３が設けられ
ている。更に、キャリア部材４１の下面の周辺部には、
気体供給路４４が形成されている。気体供給路４４は、
図３で一点鎖線で示すように、ウェーハ保持ヘッド２０
の外部まで延び、レギュレータ７４を介して気体ポンプ
７１に接続される。気体供給路４４に気体を供給する
と、凹部４６に圧力気体層が形成され、この圧力気体層
を介してウェーハ１００が研磨布１４に押し付けられ
る。気体供給路４４からは同じ圧力の気体が吹き出すの
で中心方向には気体の流れは形成されず、気体供給路４
４の内側の圧力気体層の圧力は一様である。なお、図示
していないが、キャリア部材４１が未研磨のウェーハを
ローダから取り上げて保持しながら研磨布１４上に移動
し、研磨済みのウェーハをアンローダに戻すために、一
時的にウェーハを吸着するためのサクション用吸気経路
と気体ポンプが設けられているが、ここでは図示を省略
している。
ド本体２１の下部に配置される。キャリア部材４１の上
にはアーム６２を避けるように部材４２が取り付けられ
ており、キャリア部材４１の上面の中心には、差動トラ
ンスを構成するコア５２がポール５４により支持されて
いる。キャリア部材４１の下面には凹部４６が形成さ
れ、ここにウェーハ１００が保持される。凹部４６の周
囲にはウェーハ１００の飛び出しを防止してウェーハ１
００の位置を規制するリテーナーリング４３が設けられ
ている。更に、キャリア部材４１の下面の周辺部には、
気体供給路４４が形成されている。気体供給路４４は、
図３で一点鎖線で示すように、ウェーハ保持ヘッド２０
の外部まで延び、レギュレータ７４を介して気体ポンプ
７１に接続される。気体供給路４４に気体を供給する
と、凹部４６に圧力気体層が形成され、この圧力気体層
を介してウェーハ１００が研磨布１４に押し付けられ
る。気体供給路４４からは同じ圧力の気体が吹き出すの
で中心方向には気体の流れは形成されず、気体供給路４
４の内側の圧力気体層の圧力は一様である。なお、図示
していないが、キャリア部材４１が未研磨のウェーハを
ローダから取り上げて保持しながら研磨布１４上に移動
し、研磨済みのウェーハをアンローダに戻すために、一
時的にウェーハを吸着するためのサクション用吸気経路
と気体ポンプが設けられているが、ここでは図示を省略
している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C034 AA13 AA17 BB91 CA13 CA19 CB13 DD10 DD20 3C058 AA07 AA12 AB04 AC02 BA07 BA08 BB09 CB01 DA06 DA17
Claims (13)
- 【請求項１】 表面に研磨布が設けられた回転する研磨
定盤と、 該研磨定盤の回転軸に平行な異なる回転軸で回転し、ウ
ェーハを前記研磨布に所定の圧力で接触させるキャリア
と、 前記研磨布に所定の圧力で接触するように前記ウェーハ
の周囲に設けられるパッドと、 前記ウェーハの裏面又は前記キャリアと前記パッドとの
相対位置の変化を検出する検出器と、 該検出器の検出信号を処理して研磨量を演算する演算手
段と、 演算された研磨量に応じて研磨動作を制御する制御手段
とを備えるウェーハ研磨装置であって、 前記演算手段は、 前記研磨定盤の１回転中のサンプリング回数が複数回に
なるサンプリング周期で前記検出器の検出信号をサンプ
リングするサンプリング手段と、 １回転のサンプリング回数の整数倍のサンプリングデー
タを平均して移動平均データを算出する移動平均算出手
段と、 前記移動平均データより研磨量を演算する研磨量演算手
段とを備えることを特徴とするウェーハ研磨装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載のウェーハ研磨装置であ
って、 前記研磨量演算手段は、加工開始時から所定時間以内の
移動平均データは除外して前記研磨量を演算するウェー
ハ研磨装置。 - 【請求項３】 請求項１又は２に記載のウェーハ研磨装
置であって、 前記研磨量演算手段は、 前記ウェーハを研磨した時の前記演算手段の演算した研
磨量と、研磨の前後で該ウェーハの厚さを別の測定器で
実際に測定した実測値とから算出した補正データを記憶
した補正データ記憶手段と、 前記研磨量演算手段の演算した研磨量を前記補正データ
に基づいて補正し、前記研磨量として出力する補正手段
とを備えるウェーハ研磨装置。 - 【請求項４】 請求項１から３のいずれか１項に記載の
ウェーハ研磨装置であって、 前記キャリアは、前記ウェーハの裏面との間に圧力流体
層を形成する圧力流体層形成手段を備え、前記圧力流体
層により前記ウェーハを前記研磨布に所定の圧力で押圧
させるウェーハ研磨装置。 - 【請求項５】 請求項４に記載のウェーハ研磨装置であ
って、 前記制御手段は、 表面に絶縁材料層が形成され、更にその上にメタル層が
形成された前記ウェーハを、前記絶縁材料層上の前記メ
タル層が除去されるまで研磨する時には、 前記移動平均データが、それまでの変化に比べて急激に
減少した後増加を開始する時点を前記絶縁材料層上の前
記メタル層が除去された時と判定し、更に所定時間研磨
した後研磨を停止するウェーハ研磨装置。 - 【請求項６】 請求項１から５のいずれか１項に記載の
ウェーハ研磨装置であって、 前記検出器の付近の温度を検出する第１温度検出器と、
検出した温度で前記検出器の検出信号を補正する検出器
温度特性補正手段とを備えるウェーハ研磨装置。 - 【請求項７】 請求項１から６のいずれか１項に記載の
ウェーハ研磨装置であって、 前記検出器が前記相対位置を検出する部分から前記ウェ
ーハの裏面又は前記キャリアの前記ウェーハに面する部
分の間の部材の少なくとも一部の温度を検出する第２温
度検出器と、前記検出器が前記相対位置を検出する部分
から前記パッドの前記研磨布に面する部分までの部材の
少なくとも一部の温度を検出する第３温度検出器と、前
記第２及び第３温度検出器で検出した温度に基づいて前
記検出器が前記相対位置を検出する部分における熱膨張
量の差を算出して熱膨張量の差分だけ前記検出器の検出
信号を補正する熱膨張補正手段とを備えるウェーハ研磨
装置。 - 【請求項８】 表面に研磨布が設けられた回転する研磨
定盤と、 該研磨定盤の回転軸に平行な異なる回転軸で回転し、ウ
ェーハを前記研磨布に所定の圧力で接触させるキャリア
と、 前記研磨布に所定の圧力で接触するように前記ウェーハ
の周囲に設けられるパッドと、 前記ウェーハの裏面又は前記キャリアと前記パッドとの
相対位置の変化を検出する検出器と、 該検出器の検出信号を処理して研磨量を演算する演算手
段と、 演算された研磨量に応じて研磨動作を制御する制御手段
とを備えるウェーハ研磨装置であって、 前記検出器の付近の温度を検出する第１温度検出器と、
検出した温度で前記検出器の検出信号を補正する検出器
温度特性補正手段とを備えることを特徴とするウェーハ
研磨装置。 - 【請求項９】 表面に研磨布が設けられた回転する研磨
定盤と、 該研磨定盤の回転軸に平行な異なる回転軸で回転し、ウ
ェーハを前記研磨布に所定の圧力で接触させるキャリア
と、 前記研磨布に所定の圧力で接触するように前記ウェーハ
の周囲に設けられるパッドと、 前記ウェーハの裏面又は前記キャリアと前記パッドとの
相対位置の変化を検出する検出器と、 該検出器の検出信号を処理して研磨量を演算する演算手
段と、 演算された研磨量に応じて研磨動作を制御する制御手段
とを備えるウェーハ研磨装置であって、 前記検出器が前記相対位置を検出する部分から前記ウェ
ーハの裏面又は前記キャリアの前記ウェーハに面する部
分の間の部材の少なくとも一部の温度を検出する第２温
度検出器と、前記検出器が前記相対位置を検出する部分
から前記パッドの前記研磨布に面する部分までの部材の
少なくとも一部の温度を検出する第３温度検出器と、前
記第２及び第３温度検出器で検出した温度に基づいて前
記検出器が前記相対位置を検出する部分における熱膨張
量の差を算出して熱膨張量の差分だけ前記検出器の検出
信号を補正する熱膨張補正手段とを備えることを特徴と
するウェーハ研磨装置。 - 【請求項１０】 表面に研磨布が設けられた回転する研
磨定盤と、 該研磨定盤の回転軸に平行な異なる回転軸で回転し、ウ
ェーハを前記研磨布に所定の圧力で接触させるキャリア
と、 前記研磨布に所定の圧力で接触するように前記ウェーハ
の周囲に設けられるパッドと、 前記ウェーハの裏面又は前記キャリアと前記パッドとの
相対位置の変化を検出する検出器とを備えるウェーハ研
磨装置の研磨量検出方法であって、 前記研磨定盤の１回転中のサンプリング回数が複数回に
なるサンプリング周期で前記検出器の検出信号をサンプ
リングするサンプリング工程と、 １回転のサンプリング回数の整数倍のサンプリングデー
タを平均して移動平均データを算出する移動平均算出工
程と、 前記移動平均データより研磨量を演算する研磨量演算工
程とを備えることを特徴とするウェーハ研磨装置の研磨
量検出方法。 - 【請求項１１】 請求項１０に記載の研磨量検出方法で
あって、 前記研磨量演算工程では、加工開始時から所定時間以内
の移動平均データは除外して前記研磨量を演算するウェ
ーハ研磨装置。 - 【請求項１２】 請求項１０又は１１に記載の研磨量検
出方法であって、 前記研磨量演算工程では、 あらかじめ前記ウェーハを研磨した時に演算した研磨量
と、研磨の前後で該ウェーハの厚さを別の測定器で測定
した実測値とから算出した補正データを記憶しておき、 前記研磨量演算工程で演算した研磨量を前記補正データ
に基づいて補正し、前記研磨量として出力する補正工程
を備える研磨量検出方法。 - 【請求項１３】 請求項１０又は１１に記載の研磨量検
出方法であって、 表面に絶縁材料層が形成され、更にその上にメタル層が
形成された前記ウェーハを、前記絶縁材料層上の前記メ
タル層が除去されるまで研磨する時には、 前記移動平均データが、それまでの変化に比べて急激に
減少した後増加を開始する時点を前記絶縁材料層上の前
記メタル層が除去された時と判定する研磨量検出方法。
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