JP2000263401A - Wafer polishing device and wafer manufacturing device - Google Patents

Wafer polishing device and wafer manufacturing device

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JP2000263401A
JP2000263401A JP6758399A JP6758399A JP2000263401A JP 2000263401 A JP2000263401 A JP 2000263401A JP 6758399 A JP6758399 A JP 6758399A JP 6758399 A JP6758399 A JP 6758399A JP 2000263401 A JP2000263401 A JP 2000263401A
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JP
Japan
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wafer
polishing
carrier
diaphragm
head
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Application number
JP6758399A
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Japanese (ja)
Inventor
Tatsunobu Kobayashi
達宜 小林
Hiroshi Tanaka
弘志 田中
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
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Priority to TW089104222A priority patent/TW436382B/en
Priority to EP00104525A priority patent/EP1034888A3/en
Priority to KR1020000012229A priority patent/KR100715384B1/en
Priority to US09/525,322 priority patent/US6242353B1/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wafer polishing device and a wafer manufacturing method for stably detecting a complicated state of the polishing work to a wafer. SOLUTION: A wafer holding head 1 is provided with a carrier 6 fixed to a diaphragm 5 spread within a head main body 2 so as to hold one surface of a wafer W to be polished, a plurality of torque transmitting mechanisms 20 provided along the circumferential direction between the carrier 6 and the head main body 2 and each having a sensor part 21, and an operation part 31 for operating the output from individual sensor part 21 so as to detect the force acting on the wafer W. The diaphragm 5 is so formed as not to be affected by excessive torque from the torque transmitting mechanism 20, while the force acting on the wafer W is directly observed by the sensor part 21 via the carrier 6. Therefore, the polishing work to the wafer W is carried out stably, with the force acting on the wafer W being detected.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造プロセ
スにおける、半導体ウェーハ表面を研磨する装置に用い
られるウェーハ研磨装置及びウェーハ製造方法に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wafer polishing apparatus and a wafer manufacturing method used in an apparatus for polishing a semiconductor wafer surface in a semiconductor manufacturing process.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体製造装置の高集積化に伴う
パターンの微細化が進んでおり、特に多層構造の微細な
パターンの形成が容易かつ確実に行われるために、製造
工程中における半導体ウェーハの表面を極力平坦化させ
ることが重要となってきている。その場合、表面の膜を
研磨するために平坦化の度合いが高い化学機械的研磨法
(CMP法)が脚光を浴びている。
2. Description of the Related Art In recent years, patterns have been miniaturized in accordance with high integration of a semiconductor manufacturing apparatus. In particular, since a fine pattern having a multilayer structure can be easily and reliably formed, a semiconductor wafer during a manufacturing process is required. It has become important to make the surface as flat as possible. In that case, a chemical mechanical polishing method (CMP method), which has a high degree of planarization, has been spotlighted for polishing a surface film.

【0003】CMP法とは、SiO2 を用いたアルカリ
溶液やSeO2 を用いた中性溶液、或いはAl2O3を用
いた酸性溶液、砥粒剤等を用いて化学的・機械的にウェ
ーハ表面を研磨し、平坦化する方法であるが、この方法
に用いられるウェーハ研磨装置として、例えば図11に
示されるものがある。
In the CMP method, the wafer surface is chemically and mechanically polished using an alkaline solution using SiO 2, a neutral solution using SeO 2, an acidic solution using Al 2 O 3, an abrasive, etc. As a method for planarizing, there is a wafer polishing apparatus used in this method, for example, as shown in FIG.

【0004】図11において、ウェーハ研磨装置100
は、研磨すべきウェーハWを保持したウェーハ保持ヘッ
ド101と、円盤状に形成されたプラテン103上面に
全面にわたって貼付された研磨パッド102とを備えて
いる。このうちウェーハ保持ヘッド101は、ヘッド駆
動機構であるカルーセル104下部に複数取り付けられ
たものであり、スピンドル111によって回転可能に支
持され、研磨パッド102上で遊星回転されるようにな
っている。なおこの場合、プラテン103の中心位置と
ウェーハ保持ヘッド101の公転中心とを偏芯させて設
置することも可能である。
FIG. 11 shows a wafer polishing apparatus 100.
Is provided with a wafer holding head 101 holding a wafer W to be polished, and a polishing pad 102 affixed over the entire surface of a platen 103 formed in a disk shape. Of these, a plurality of wafer holding heads 101 are mounted below the carousel 104, which is a head driving mechanism, are rotatably supported by a spindle 111, and are made to rotate planetarily on the polishing pad 102. In this case, the center position of the platen 103 and the revolving center of the wafer holding head 101 can be installed eccentrically.

【0005】プラテン103は、基台105の中央に水
平に配置されており、この基台105内に設けられたプ
ラテン駆動機構により軸線まわりに回転されるようにな
っている。基台105の側方には支柱107が設けられ
ているとともに、支柱107の間には、カルーセル駆動
機構110を支持する上側取付板109が配置されてい
る。カルーセル駆動機構110は、下方に設けられたカ
ルーセル104を軸線まわりに回転させる機能を有して
いる。
[0005] The platen 103 is horizontally disposed at the center of the base 105, and is rotated around an axis by a platen driving mechanism provided in the base 105. A column 107 is provided on the side of the base 105, and an upper mounting plate 109 for supporting the carousel driving mechanism 110 is arranged between the columns 107. The carousel drive mechanism 110 has a function of rotating the carousel 104 provided below around an axis.

【0006】基台105からは、突き合わせ部112が
上方に突出するように配置されており、突き合わせ部1
12の上端には、間隔調整機構113が設けられてい
る。一方、突き合わせ部112の上方には、係止部11
4が対向配置されている。この係止部114は、上側取
付板109に固定されるとともに、上側取付板109か
ら下方に突出する構成となっている。そして、この間隔
調整機構113を調節し、突き合わせ部112と係止部
114とを当接させることにより、ウェーハ保持ヘッド
101と研磨パッド102との距離寸法を適切なものと
している。そして、ウェーハ保持ヘッド101に保持さ
れたウェーハWと研磨パッド102表面とを当接させる
とともに、カルーセル104とプラテン103とを回転
させることによってウェーハWは研磨される。
From the base 105, a butt 112 is arranged to protrude upward.
An interval adjusting mechanism 113 is provided at the upper end of the reference numeral 12. On the other hand, above the butting portion 112, the locking portion 11
4 are opposed to each other. The locking portion 114 is configured to be fixed to the upper mounting plate 109 and protrude downward from the upper mounting plate 109. Then, the distance adjusting mechanism 113 is adjusted so that the butting portion 112 and the locking portion 114 are brought into contact with each other, so that the distance between the wafer holding head 101 and the polishing pad 102 is made appropriate. Then, the wafer W held by the wafer holding head 101 is brought into contact with the surface of the polishing pad 102, and the wafer W is polished by rotating the carousel 104 and the platen 103.

【0007】このようなウェーハ研磨装置100を用い
て研磨を行う場合、ウェーハWの研磨面が所望の状態に
達したかどうかの判断(研磨終点検出)は、例えばプラ
テン駆動機構106の回転動力の変動を観測することに
よって行っていた。つまりウェーハWの研磨が不十分の
ときは、研磨パッド102とウェーハWとの間に生じる
摩擦力は安定せずに変動した状態となり、一方、ウェー
ハWが所望の研磨面に研磨されたときは、前記摩擦力は
安定したものとなる。このときプラテン102は一定速
度で回転させられるようになっているため、例えば研磨
抵抗が大きいときは、プラテン駆動機構106の回転動
力は大きくなり、一方、研磨抵抗が小さいときは、回転
動力は小さくなる。そして、プラテン駆動機構106の
回転動力の変動を観測し、この観測値が安定したら、ウ
ェーハWの研磨面は所望の状態に達したと判断される。
When polishing is performed using such a wafer polishing apparatus 100, it is determined whether the polished surface of the wafer W has reached a desired state (polishing end point detection), for example, by determining the rotational power of the platen driving mechanism 106. This was done by observing the fluctuations. That is, when the polishing of the wafer W is insufficient, the frictional force generated between the polishing pad 102 and the wafer W becomes unstable and fluctuates. On the other hand, when the wafer W is polished to a desired polishing surface, Thus, the frictional force becomes stable. At this time, since the platen 102 is configured to be rotated at a constant speed, for example, when the polishing resistance is large, the rotational power of the platen driving mechanism 106 is large, while when the polishing resistance is small, the rotational power is small. Become. Then, the fluctuation of the rotational power of the platen driving mechanism 106 is observed, and when this observation value is stabilized, it is determined that the polished surface of the wafer W has reached a desired state.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、研磨終
点検出として、プラテン駆動機構106の回転動力の変
動を観測する方法は、複数設置されたウェーハ保持ヘッ
ド101について個々のウェーハ保持ヘッド101に対
する研磨終点検出はできず、ウェーハWには過研磨、あ
るいは研磨不足であるものが生じたり、過研磨品と研磨
不足品とが混在してしまうといった問題が生じた。
However, the method of observing the fluctuation of the rotational power of the platen driving mechanism 106 as the polishing end point detection is based on the detection of the polishing end point for each of the plurality of installed wafer holding heads 101. However, some wafers W were over-polished or under-polished, or over-polished products and under-polished products were mixed.

【0009】また、プラテン102は、ウェーハWと研
磨パッド102とが当接していない状態でも空転されて
いる状態が多いが、このとき、例えばウェーハWがもと
もと研磨抵抗の小さい材質からなる場合、ウェーハWの
研磨途中状態と完了状態とのプラテン駆動機構106の
回転動力変動は小さいため、プラテン102の空転動力
成分と紛れてしまい、ウェーハWの研磨終点検出を行う
ことは困難であった。
In many cases, the platen 102 is idle even when the wafer W and the polishing pad 102 are not in contact with each other. In this case, for example, when the wafer W is originally made of a material having a low polishing resistance, Since the rotational power fluctuation of the platen drive mechanism 106 during the polishing state of W and the completion state of W is small, it is mixed with the idling power component of the platen 102, and it is difficult to detect the polishing end point of the wafer W.

【0010】一方、研磨終点検出として、それぞれのウ
ェーハ保持ヘッド101の回転動力を検出する方法も考
えられるが、応答性が悪く、ウェーハWに作用する力を
正確に検出することができなかった。また、このとき検
出される力は、ウェーハWに作用する摩擦力以外に、ウ
ェーハ保持ヘッド101のウェーハWを保持した以外の
部分と研磨パッド102との当接部分に作用する摩擦力
も含んでおり、正確な研磨終点検出を行うことができな
かった。
On the other hand, as a method of detecting the polishing end point, a method of detecting the rotational power of each wafer holding head 101 is conceivable. However, the response is poor, and the force acting on the wafer W cannot be accurately detected. Further, the force detected at this time includes, in addition to the frictional force acting on the wafer W, the frictional force acting on the portion of the wafer holding head 101 other than holding the wafer W and the contact portion with the polishing pad 102. In addition, accurate polishing end point detection could not be performed.

【0011】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、ウェーハの研磨状態や研磨が完了した状態を
安定して検出することができるウェーハ研磨装置及びそ
の製造方法を提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a wafer polishing apparatus capable of stably detecting a polishing state of a wafer and a state in which polishing has been completed, and a method of manufacturing the same. The purpose is.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項1に記載の発明は、表面に研磨パッドが貼付
されたプラテンと、研磨すべきウェーハを保持して前記
研磨パッドにウェーハの一面を当接させるウェーハ保持
ヘッドとを具備し、このウェーハ保持ヘッドと前記プラ
テンとをそれぞれ回転させることにより前記研磨パッド
で前記ウェーハを研磨するウェーハ研磨装置であって、
前記ウェーハ保持ヘッドは、天板部と該天板部の外周下
方に設けられた筒状の周壁部とからなるヘッド本体と、
前記ヘッド本体内にヘッド軸線に対し垂直に張られたダ
イヤフラムと、前記ダイヤフラムと前記ヘッド本体との
間に形成される流体室に満たされた流体圧力を調整する
圧力調整機構と、前記ダイヤフラムに固定されこのダイ
ヤフラムとともにヘッド軸線方向に変位可能に設けら
れ、研磨すべきウェーハの一面を保持するためのキャリ
アと、前記周壁部の内壁と前記キャリアの外周との間に
同心状に配置されるとともに、前記ダイヤフラムに固定
され前記ダイヤフラムとともにヘッド軸線方向に変位可
能に設けられ、研磨時には研磨パッドに当接するリテー
ナリングと、前記ヘッド本体とキャリアとの間に円周方
向に沿って複数設けられ、前記ヘッド本体のトルクを前
記キャリアに伝達するためのトルク伝達機構と、前記そ
れぞれのトルク伝達機構に設けられ、前記ウェーハに作
用する回転方向の力を観測するための複数のセンサ部
と、前記それぞれのセンサ部に連結され、これらセンサ
部からの出力に基づき前記ウェーハに作用する力を算出
する演算部とを備えたことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a platen having a polishing pad affixed to a surface thereof, and a wafer to be polished held on the polishing pad. A wafer polishing apparatus for polishing the wafer with the polishing pad by rotating the wafer holding head and the platen, respectively, comprising:
The wafer holding head, a head body comprising a top plate portion and a cylindrical peripheral wall portion provided below the outer periphery of the top plate portion,
A diaphragm extending perpendicularly to a head axis in the head main body, a pressure adjusting mechanism for adjusting a fluid pressure filled in a fluid chamber formed between the diaphragm and the head main body, and fixed to the diaphragm It is provided so as to be displaceable in the head axis direction together with the diaphragm, and a carrier for holding one surface of a wafer to be polished, and concentrically arranged between the inner wall of the peripheral wall portion and the outer periphery of the carrier, A plurality of retainer rings which are fixed to the diaphragm and are displaceable in the head axis direction together with the diaphragm, and which are in contact with a polishing pad during polishing; and a plurality of retainer rings are provided along the circumferential direction between the head body and the carrier. A torque transmission mechanism for transmitting a torque of a main body to the carrier, and the respective torque transmissions; A plurality of sensor units for observing a rotational force acting on the wafer, and connected to the respective sensor units, and calculating a force acting on the wafer based on outputs from these sensor units. And a calculation unit that performs the calculation.

【0013】本発明によれば、キャリアの上面にトルク
伝達機構を設けたことにより、弾性体であるダイヤフラ
ムを備えた構成においても、ヘッド本体のトルクはキャ
リアに正確に伝達されるとともに、ダイヤフラムは過剰
な回転方向の力を作用されないようになるため、ダイヤ
フラムの劣化は防止される。また、トルク伝達機構にセ
ンサ部を設けたことにより、ウェーハに作用する力はキ
ャリアを介して直接的にセンサ部に観測されるため、例
えばリテーナリングなどウェーハ保持ヘッドのウェーハ
を保持した以外の部分が研磨パッドに当接した状態にお
いても正確に検出される。そして、演算部がこれら複数
のセンサ部からの出力に基づいてウェーハに作用する力
を算出する。
According to the present invention, by providing the torque transmitting mechanism on the upper surface of the carrier, even in the configuration having the diaphragm which is an elastic body, the torque of the head main body can be accurately transmitted to the carrier, and the diaphragm can be moved. Since the excessive rotational force is not applied, the diaphragm is prevented from deteriorating. In addition, since the sensor portion is provided in the torque transmission mechanism, the force acting on the wafer is directly observed on the sensor portion via the carrier, so that, for example, a portion other than holding the wafer of the wafer holding head such as a retainer ring. Is accurately detected even in the state in which it comes into contact with the polishing pad. Then, the calculation unit calculates the force acting on the wafer based on the outputs from the plurality of sensor units.

【0014】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
のウェーハ研磨装置であって、前記トルク伝達機構は、
前記天板部下面から下方に延びるように形成された第1
部材と、前記キャリア上面に設けられ、研磨時には前記
ウェーハ保持ヘッドの回転方向における前記第1部材の
一部と当接されるとともに第1部材に対して軸線方向へ
変位可能な第2部材とを備えており、前記センサ部は、
前記第1部材と第2部材との当接部分に設けられたこと
を特徴とするウェーハ研磨装置である。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the wafer polishing apparatus according to the first aspect, wherein the torque transmitting mechanism comprises:
A first formed so as to extend downward from the lower surface of the top plate portion
A member and a second member provided on the upper surface of the carrier, the second member being in contact with a part of the first member in the rotation direction of the wafer holding head during polishing and being displaceable in the axial direction with respect to the first member. And the sensor unit comprises:
A wafer polishing apparatus is provided at a contact portion between the first member and the second member.

【0015】本発明によれば、センサ部は第1部材と第
2部材との当接部分に設けられたため、ウェーハ保持ヘ
ッドが回転状態であっても、ウェーハに作用する力は確
実に検出される。さらに、第2部材は第1部材に対して
変位可能に設けられたため、前記ダイヤフラムに支持さ
れているキャリア及びリテーナリングの軸線方向の変位
は妨げられないようになっており、ウェーハの研磨は安
定して行われる。
According to the present invention, since the sensor section is provided at the contact portion between the first member and the second member, even when the wafer holding head is in a rotating state, the force acting on the wafer is reliably detected. You. Furthermore, since the second member is provided so as to be displaceable with respect to the first member, the displacement of the carrier and the retainer ring supported by the diaphragm in the axial direction is not hindered, and the polishing of the wafer is stable. It is done.

【0016】請求項3に記載の発明は、表面に研磨パッ
ドが貼付されたプラテンと、研磨すべきウェーハを保持
して前記研磨パッドにウェーハの一面を当接させるウェ
ーハ保持ヘッドとを具備し、このウェーハ保持ヘッドと
前記プラテンとをそれぞれ回転運動させることにより前
記研磨パッドで前記ウェーハを研磨する研磨工程を含ん
だウェーハ製造方法であって、前記ウェーハ保持ヘッド
は、天板部と該天板部の外周下方に設けられた筒状の周
壁部とからなるヘッド本体と、前記ヘッド本体内にヘッ
ド軸線に対し垂直に張られたダイヤフラムと、前記ダイ
ヤフラムと前記ヘッド本体との間に形成される流体室に
満たされた流体圧力を調整する圧力調整機構と、前記ダ
イヤフラムに固定されこのダイヤフラムとともにヘッド
軸線方向に変位可能に設けられ、研磨すべきウェーハの
一面を保持するためのキャリアと、前記周壁部の内壁と
前記キャリアの外周との間に同心状に配置されるととも
に、前記ダイヤフラムに固定され前記ダイヤフラムとと
もにヘッド軸線方向に変位可能に設けられ、研磨時には
研磨パッドに当接するリテーナリングと、前記ヘッド本
体とキャリアとの間に円周方向に沿って複数設けられ、
前記ヘッド本体のトルクを前記キャリアに伝達するため
のトルク伝達機構と、前記それぞれのトルク伝達機構に
設けられ、前記ウェーハに作用する回転方向の力を観測
するための複数のセンサ部と、前記それぞれのセンサ部
に連結され、これらセンサ部からの出力に基づき前記ウ
ェーハに作用する力を算出する演算部とを備えており、
このウェーハ保持ヘッドに保持させたウェーハを前記研
磨パッドに当接させつつ回転させるとともに、前記それ
ぞれのセンサ部からの出力に基づき前記演算部によって
前記ウェーハに作用する力を算出し、この演算部からの
出力に基づいてウェーハの研磨状態を判断しつつ研磨を
行うことを特徴とするウェーハ製造方法である。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a platen having a polishing pad attached to a surface thereof, and a wafer holding head for holding a wafer to be polished and bringing one surface of the wafer into contact with the polishing pad, A wafer manufacturing method including a polishing step of polishing the wafer with the polishing pad by rotating the wafer holding head and the platen, respectively, wherein the wafer holding head includes a top plate portion and the top plate portion. A head body comprising a cylindrical peripheral wall provided below the outer periphery of the head, a diaphragm stretched in the head body perpendicular to the head axis, and a fluid formed between the diaphragm and the head body. A pressure adjusting mechanism for adjusting a fluid pressure filled in the chamber; and a head fixed to the diaphragm and capable of being displaced in the head axis direction together with the diaphragm. A carrier for holding one surface of a wafer to be polished, and a concentrically arranged between an inner wall of the peripheral wall portion and an outer periphery of the carrier, and fixed to the diaphragm and a head axis together with the diaphragm. Are provided so as to be displaceable in the direction, a plurality of retainer rings that come into contact with the polishing pad during polishing, and a plurality of retainer rings are provided along the circumferential direction between the head body and the carrier,
A torque transmission mechanism for transmitting the torque of the head body to the carrier, a plurality of sensor units provided on the respective torque transmission mechanisms, for observing a force in a rotational direction acting on the wafer, And a computing unit that calculates a force acting on the wafer based on outputs from these sensor units,
The wafer held by the wafer holding head is rotated while being in contact with the polishing pad, and the force acting on the wafer is calculated by the calculation unit based on the output from the respective sensor units. And polishing the wafer while determining the polishing state of the wafer based on the output of the wafer.

【0017】本発明によれば、ウェーハに作用する力は
キャリア上面に設けられたセンサ部によって直接的に観
測され、ウェーハの研磨状態はセンサ部からの出力に基
づいて判断される。そのため、過研磨あるいは研磨不足
といったウェーハの発生は低減され、安定したウェーハ
の研磨が実現される。
According to the present invention, the force acting on the wafer is directly observed by the sensor provided on the upper surface of the carrier, and the polishing state of the wafer is determined based on the output from the sensor. Therefore, occurrence of wafers such as overpolishing or insufficient polishing is reduced, and stable wafer polishing is realized.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態による
ウェーハ研磨装置及びウェーハ製造方法を図面を参照し
て説明する。図1は本発明のウェーハ研磨装置の一実施
形態のうちウェーハ保持ヘッド1を示す断面図である。
なおこのウェーハ保持ヘッド1は、例えば図11に示し
たカルーセル104に設置されるものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A wafer polishing apparatus and a wafer manufacturing method according to one embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a wafer holding head 1 in one embodiment of the wafer polishing apparatus of the present invention.
The wafer holding head 1 is installed in, for example, the carousel 104 shown in FIG.

【0019】図1において、ウェーハ保持ヘッド1は、
天板部3及び筒状に形成された周壁部4からなるヘッド
本体2と、ヘッド本体2の内部に張られた弾性体からな
るダイヤフラム5と、ダイヤフラム5の下面に固定され
た円盤状のキャリア6と、周壁部4の内壁とキャリア6
の外周面に同心状に設けられた円環状のリテーナリング
7とを備えている。これらキャリア6及びリテーナリン
グ7は、ダイヤフラム5の弾性変形によって軸線方向に
移動可能となったフローティング構造となっている。
In FIG. 1, a wafer holding head 1 is
A head body 2 including a top plate 3 and a peripheral wall 4 formed in a cylindrical shape; a diaphragm 5 formed of an elastic body stretched inside the head body 2; and a disk-shaped carrier fixed to the lower surface of the diaphragm 5 6, the inner wall of the peripheral wall portion 4 and the carrier 6
And an annular retainer ring 7 provided concentrically on the outer peripheral surface of the ring. The carrier 6 and the retainer ring 7 have a floating structure that can be moved in the axial direction by elastic deformation of the diaphragm 5.

【0020】ヘッド本体2は、円板状の天板部3と天板
部3の外周下方に固定された筒状の周壁部4とから構成
され、ヘッド本体2の下端部は開口されて中空になって
いる。天板部3は、カルーセルに連結されるための連結
部であるシャフト部9に同軸に固定されており、シャフ
ト部9には、流路15が鉛直方向に形成されている。こ
のシャフト部9の外周面には、おねじ部8が形成されて
いる。また、周壁部4の下部には、全周にわたって段部
4a及び半径方向内方に突出された円環状の係止部10
が形成されている。
The head body 2 is composed of a disk-shaped top plate 3 and a cylindrical peripheral wall 4 fixed below the outer periphery of the top plate 3, and the lower end of the head body 2 is open and hollow. It has become. The top plate 3 is coaxially fixed to a shaft portion 9 which is a connecting portion for connecting to the carousel, and a flow path 15 is formed in the shaft portion 9 in a vertical direction. An external thread 8 is formed on the outer peripheral surface of the shaft 9. A step portion 4a and an annular locking portion 10 projecting inward in the radial direction are provided on the lower portion of the peripheral wall portion 4 over the entire circumference.
Are formed.

【0021】繊維補強ゴムなどの弾性材料からなるダイ
ヤフラム5は円環状または円板状に形成されており、ダ
イヤフラム固定リング11によって周壁部4の内壁に形
成された段部4a上に固定されている。
The diaphragm 5 made of an elastic material such as fiber reinforced rubber is formed in an annular shape or a disk shape, and is fixed on a step 4 a formed on the inner wall of the peripheral wall 4 by a diaphragm fixing ring 11. .

【0022】ダイヤフラム5上方には流体室14が形成
されており、シャフト部9に形成された流路15と連通
されている。そして、流体室14内部に、圧力調整機構
30から流路15を通して、空気をはじめとする流体が
供給されることによって、流体室14内部の圧力は調整
される。
A fluid chamber 14 is formed above the diaphragm 5 and communicates with a flow path 15 formed in the shaft 9. The pressure inside the fluid chamber 14 is adjusted by supplying a fluid such as air into the fluid chamber 14 from the pressure adjusting mechanism 30 through the flow path 15.

【0023】セラミック等の高剛性材料からなるキャリ
ア6はほぼ円盤状に一定の厚さで形成されており、ダイ
ヤフラム5の上面に設けられたキャリア固定リング12
によって固定されている。キャリア固定リング12の上
部には円環状に段部12aが形成されており、天板部3
から鉛直方向に挿通されたナット19、スぺーサー19
aによって固定されているストッパーボルト18の下端
に形成された段部18aと係合されるようになってい
る。そして、ウェーハ保持ヘッド1が、例えば昇降機構
118によって上昇し、キャリア6などの自重によって
ダイヤフラム5が下方にたわんでも、段部12aと段部
18aとが係合することにより、ダイヤフラム5に過剰
な力を作用させないようになっている。
The carrier 6 made of a high-rigidity material such as ceramic is formed in a substantially disk-like shape with a constant thickness, and a carrier fixing ring 12 provided on the upper surface of the diaphragm 5.
Has been fixed by. An annular step portion 12 a is formed in an upper portion of the carrier fixing ring 12, and the top plate portion 3 is formed.
Nut 19 and spacer 19 inserted vertically from
The stopper bolt 18 is engaged with a step 18a formed at the lower end of the stopper bolt 18 fixed by a. Then, even if the wafer holding head 1 is raised by, for example, the elevating mechanism 118 and the diaphragm 5 bends downward due to the weight of the carrier 6 or the like, the excessive engagement of the diaphragm 5 is caused by the engagement of the step 12a and the step 18a. No force is applied.

【0024】リテーナリング7は、周壁部4の内壁とキ
ャリア6の外周面との間に円環状に形成されており、周
壁部4の内壁との間及びキャリア6の外周面との間に僅
かな隙間を空けて、周壁部4及びキャリア6と同心状に
配置されている。また、リテーナリング7は、上端面及
び下端面が水平に形成されており、ダイヤフラム5の上
面に設けられたリテーナリング固定リング13によって
固定されている。リテーナリング7の外周面には段部7
aが形成されており、ウェーハ保持ヘッド1が前記昇降
機構118によって上昇した際、段部7aと係止部10
とが係合することによってリテーナリング7の下方向へ
の過剰な移動を抑え、ダイヤフラム5に局所的な力を作
用させないようになっている。
The retainer ring 7 is formed in an annular shape between the inner wall of the peripheral wall 4 and the outer peripheral surface of the carrier 6, and slightly between the inner wall of the peripheral wall 4 and the outer peripheral surface of the carrier 6. It is arranged concentrically with the peripheral wall portion 4 and the carrier 6 with an appropriate gap. The retainer ring 7 has an upper end surface and a lower end surface formed horizontally, and is fixed by a retainer ring fixing ring 13 provided on the upper surface of the diaphragm 5. A step 7 is provided on the outer peripheral surface of the retainer ring 7.
When the wafer holding head 1 is lifted by the elevating mechanism 118, the step 7a and the locking portion 10
Engages with each other to suppress excessive downward movement of the retainer ring 7 so that a local force is not applied to the diaphragm 5.

【0025】キャリア6上面にはトルク伝達機構20が
複数設けられている。このトルク伝達機構20は、図
1、図2に示すように、天板部3の下面から円周方向に
沿って下方に延びるように形成された板状の第1部材2
0aと、この第1部材20aにそれぞれ対応するように
キャリア6の上面に設けられた断面U字状の第2部材2
0bとを備えている。第1部材20aと第2部材20b
とは、その平面状部分を円周方向に向けて配置されてお
り、第1部材20aはその先端を第2部材20bのU字
状内部に位置させている。なお、トルク伝達機構20の
第2部材20bとキャリア6とはダイヤフラム5を介し
て連結されてもよい。
A plurality of torque transmitting mechanisms 20 are provided on the upper surface of the carrier 6. As shown in FIGS. 1 and 2, the torque transmission mechanism 20 has a plate-like first member 2 formed to extend downward from the lower surface of the top plate 3 along the circumferential direction.
0a and a second member 2 having a U-shaped cross section provided on the upper surface of the carrier 6 so as to correspond to the first member 20a, respectively.
0b. First member 20a and second member 20b
The first member 20a has its front end located inside the U-shape of the second member 20b. Note that the second member 20b of the torque transmission mechanism 20 and the carrier 6 may be connected via the diaphragm 5.

【0026】また、第1部材20aの先端と第2部材2
0bのU字状内部とは間隔を有しており、キャリア6の
軸線方向への移動は妨げられないようになっている。す
なわち第2部材20bは、キャリア6とともに第1部材
20aに対して軸線方向に変動可能に設けられている。
The tip of the first member 20a and the second member 2
The carrier 6 has an interval from the inside of the U-shape so that the movement of the carrier 6 in the axial direction is not hindered. That is, the second member 20b is provided so as to be movable in the axial direction with respect to the first member 20a together with the carrier 6.

【0027】このトルク伝達機構20は、ウェーハW研
磨時においてヘッド本体2が回転されたとき、ヘッド本
体2のトルクをキャリア6に伝達するためのものであ
る。すなわち、ウェーハWの研磨時においてヘッド本体
2が図2中、矢印A方向に回転された場合、ダイヤフラ
ム5に支持されたキャリア6は、自身に保持させたウェ
ーハWと研磨パッド102との摩擦力によって矢印B側
にねじられながら矢印A方向に回転させられる。このと
き、第1部材20aの一側と第2部材20bのU字状内
部とが当接することによって、ダイヤフラム5に作用す
るねじれ方向の力を低減させつつヘッド本体2のトルク
をキャリア6に伝達させて、ウェーハWは研磨されるよ
うになっている。このとき、第1部材20aと第2部材
20bとは軸線方向に互いに摺動可能となっており、キ
ャリア6のフローティング効果を妨げないようになって
いる。
The torque transmitting mechanism 20 is for transmitting the torque of the head main body 2 to the carrier 6 when the head main body 2 is rotated during the polishing of the wafer W. That is, when the head main body 2 is rotated in the direction of arrow A in FIG. 2 during polishing of the wafer W, the carrier 6 supported by the diaphragm 5 exerts a frictional force between the wafer W held by itself and the polishing pad 102. Is rotated in the direction of arrow A while being twisted in the direction of arrow B. At this time, the one side of the first member 20a and the U-shaped inside of the second member 20b are in contact with each other, so that the torque of the head main body 2 is transmitted to the carrier 6 while the torsional force acting on the diaphragm 5 is reduced. Thus, the wafer W is polished. At this time, the first member 20a and the second member 20b are slidable with each other in the axial direction, so that the floating effect of the carrier 6 is not hindered.

【0028】第1部材20aの側面一部には、センサ部
21が設置されている。このセンサ部21は、回転方向
に向けられた第2部材20bの平面状部分に平行に設け
られているとともに、ウェーハ保持ヘッド1が回転した
際、第2部材20b内部に押圧される側に設けられてい
る。
A sensor section 21 is provided on a part of the side surface of the first member 20a. The sensor section 21 is provided in parallel with the plane portion of the second member 20b oriented in the rotation direction, and is provided on the side pressed into the second member 20b when the wafer holding head 1 rotates. Have been.

【0029】すなわち、トルク伝達機構20は、キャリ
ア6の軸線方向への揺動を妨げないように、ウェーハ保
持ヘッド1が回転されていない場合において、センサ部
21の表面と第2部材20b内部とをわずかに離間させ
た状態としている。そして、ウェーハ保持ヘッド1が回
転された際、センサ部21を設置させた第1部材20a
の一側面と、第2部材20b内部の面とが押圧される側
に、センサ部21を設けさせている。
That is, when the wafer holding head 1 is not rotated, the torque transmitting mechanism 20 moves between the surface of the sensor unit 21 and the inside of the second member 20b so as not to hinder the swinging of the carrier 6 in the axial direction. Are slightly separated from each other. Then, when the wafer holding head 1 is rotated, the first member 20a on which the sensor unit 21 is installed is provided.
The sensor unit 21 is provided on a side on which one side surface and a surface inside the second member 20b are pressed.

【0030】このセンサ部21には、例えば圧電素子や
歪みゲージなどの圧力センサが用いられており、ウェー
ハ保持ヘッド1の回転によって生じる第1部材20aと
第2部材20bとの押圧力を検出可能とさせている。す
なわち、ウェーハWの研磨時において、ウェーハWに作
用する回転方向の力は、センサ部21によりキャリア6
を介して直接的に検出されるようになっている。
A pressure sensor, such as a piezoelectric element or a strain gauge, is used for the sensor section 21 to detect a pressing force between the first member 20a and the second member 20b generated by the rotation of the wafer holding head 1. And That is, when the wafer W is polished, the force in the rotational direction acting on the wafer W is applied to the carrier 6 by the sensor unit 21.
Is directly detected via.

【0031】なお、ウェーハ保持ヘッド1が回転されて
いない場合において、センサ部21の表面と第2部材2
0b内部とは、キャリア6の軸線方向への揺動を妨げな
い程度にわずかに当接された状態としてもよい。また、
センサ部21は、ウェーハ保持ヘッド1を回転させた
際、押圧される部分に設置させればよく、例えば第2部
材20b側の平面部分に設けさせてもよい。さらに、第
1部材20aが断面U字状に形成されるとともに第2部
材20bが板状に形成されてもよいし、第1、第2部材
20a、20bがそれぞれ板状に形成されてもよい。
When the wafer holding head 1 is not rotated, the surface of the sensor section 21 and the second member 2
The inside of Ob may be in a state where it is slightly contacted so as not to hinder the swing of the carrier 6 in the axial direction. Also,
The sensor unit 21 may be provided on a portion pressed when the wafer holding head 1 is rotated, and may be provided on a plane portion on the second member 20b side, for example. Further, the first member 20a may be formed in a U-shaped cross section and the second member 20b may be formed in a plate shape, or the first and second members 20a and 20b may be formed in plate shapes, respectively. .

【0032】このセンサ部21を備えたトルク伝達機構
20は、図3に示すように、ウェーハ保持ヘッド1のキ
ャリア6上面において、円周方向に複数箇所に設けられ
たものであり、回転軸中心から半径方向に同じ距離の位
置に4箇所設けられている。
As shown in FIG. 3, the torque transmitting mechanism 20 provided with the sensor section 21 is provided at a plurality of positions in the circumferential direction on the upper surface of the carrier 6 of the wafer holding head 1 and has a rotational shaft center. Are provided at the same distance from each other in the radial direction.

【0033】それぞれのセンサ部21は、スピンドルと
連結されるシャフト部9に挿通されたハーネス31aに
よって演算部31と接続されている。また、センサ部2
1とこのセンサ部21を駆動するための駆動部(不図
示)とを接続するためのハーネスもシャフト部9を通る
ように設けられている。これら各センサ部21からの出
力信号は、それぞれに連結されたハーネス31aによっ
て演算部31に送られ、演算部31は、それぞれのセン
サ部21からの出力信号を受け取って、ウェーハWに作
用される力を出力するようになっている。
Each sensor unit 21 is connected to the calculation unit 31 by a harness 31a inserted through the shaft unit 9 connected to the spindle. Also, the sensor unit 2
A harness for connecting the sensor unit 1 to a driving unit (not shown) for driving the sensor unit 21 is also provided so as to pass through the shaft unit 9. Output signals from these sensor units 21 are sent to the arithmetic unit 31 by the harnesses 31a connected thereto, and the arithmetic unit 31 receives the output signals from the respective sensor units 21 and acts on the wafer W. It is designed to output force.

【0034】このように構成されたウェーハ保持ヘッド
1は、おねじ部8をカルーセルに螺着することによって
連結される。このウェーハ保持ヘッド1を用いてウェー
ハWの研磨を行う場合、まずウェーハWは、キャリア6
の下面に設けられたウェーハ付着シート6aに付着され
る。そして、ウェーハWはリテーナリング7によって周
囲を係止されつつ、その表面をプラテン103上面に貼
付された研磨パッド102に当接させられる。なお、研
磨パッド102の材質には、従来よりウェーハの研磨に
使用されていたものであればいずれでも良く、例えばポ
リエステル等からなる不織布にポリウレタン樹脂等の軟
質樹脂を含浸させたベロアタイプパッド、ポリエステル
等の不織布を基材としてその上に発泡ポリウレタン等か
らなる発泡樹脂層を形成したスエードタイプパッド、或
いは独立発泡させたポリウレタン等からなる発泡樹脂シ
ートが使用される。
The wafer holding head 1 configured as described above is connected by screwing the external thread 8 to the carousel. When polishing the wafer W using the wafer holding head 1, first, the wafer W
Is attached to the wafer attachment sheet 6a provided on the lower surface of the wafer. Then, while the periphery of the wafer W is locked by the retainer ring 7, the surface thereof is brought into contact with the polishing pad 102 attached to the upper surface of the platen 103. The material of the polishing pad 102 may be any material that has been conventionally used for polishing a wafer. For example, a velor-type pad in which a nonwoven fabric made of polyester or the like is impregnated with a soft resin such as a polyurethane resin, or a polyester A suede-type pad having a foamed resin layer made of foamed polyurethane or the like formed on a nonwoven fabric made of nonwoven fabric or the like, or a foamed resin sheet made of independently foamed polyurethane or the like is used.

【0035】次に、圧力調整機構30から空気などの流
体を流路15に供給させる。供給された流体は流体室1
4に流入される。流入された流体は、流体室14内の圧
力を調節し、キャリア6及びリテーナリング7の研磨パ
ッド102への押圧圧力を調節する。キャリア6及びリ
テーナリング7はダイヤフラム5に支持された、それぞ
れ独立して上下方向に変位可能なフローティング構造と
なっており、流体室14内部の圧力によって研磨パッド
102への押圧圧力が調節可能となっている。
Next, a fluid such as air is supplied from the pressure adjusting mechanism 30 to the flow path 15. The supplied fluid is in the fluid chamber 1
4 The flowed fluid adjusts the pressure in the fluid chamber 14 and adjusts the pressing pressure of the carrier 6 and the retainer ring 7 against the polishing pad 102. The carrier 6 and the retainer ring 7 have a floating structure supported by the diaphragm 5 and capable of being independently displaced in the vertical direction, and the pressure applied to the polishing pad 102 can be adjusted by the pressure inside the fluid chamber 14. ing.

【0036】そして、キャリア6及びリテーナリング7
の研磨パッド102への押圧圧力を調節しつつ、プラテ
ン103を回転させるとともに、ウェーハ保持ヘッド1
を遊星回転させ、これと同時に、図示しない研磨剤供給
手段から研磨剤を研磨パッド102表面やウェーハWの
研磨面に供給させることによりウェーハWは研磨され
る。
The carrier 6 and the retainer ring 7
The platen 103 is rotated while adjusting the pressing pressure of the wafer holding head 1 on the polishing pad 102.
Is rotated in a planetary manner, and at the same time, the polishing agent is supplied to the surface of the polishing pad 102 and the polishing surface of the wafer W from the polishing agent supply means (not shown), whereby the wafer W is polished.

【0037】研磨されるウェーハWと研磨パッド102
との間に作用する力によって、ウェーハWを保持したキ
ャリア6はヘッド本体2に対してねじられる。このと
き、キャリア6の上面のトルク伝達機構20に設けられ
たセンサ部21は、第2部材20b内部の平面部分に押
圧されるとともに、この押圧力に応じた信号を出力す
る。すなわちセンサ部21は、ウェーハWと研磨パッド
102との間に作用する力に応じた出力信号を演算部3
1に送る。
The wafer W to be polished and the polishing pad 102
The carrier 6 holding the wafer W is twisted with respect to the head main body 2 by the force acting between the head body 2. At this time, the sensor unit 21 provided on the torque transmission mechanism 20 on the upper surface of the carrier 6 is pressed by a flat portion inside the second member 20b and outputs a signal corresponding to the pressing force. That is, the sensor unit 21 outputs an output signal corresponding to a force acting between the wafer W and the polishing pad 102 to the arithmetic unit 3.
Send to 1.

【0038】演算部31は、複数設けられたそれぞれの
センサ部21からの出力信号に基づいてウェーハWに作
用する力を出力する。このときウェーハWには、研磨パ
ッド102上で自転することによってウェーハWの回転
方向に生ずる回転力Tと、研磨パッド102の回転によ
って研磨パッド102の回転方向に生ずる研磨力Fとが
作用されており、演算部31は、これら回転力Tと研磨
力Fとを算出するようになっている。
The operation section 31 outputs a force acting on the wafer W based on output signals from the plurality of sensor sections 21 provided. At this time, a rotational force T generated in the rotation direction of the wafer W by rotating on the polishing pad 102 and a polishing force F generated in the rotational direction of the polishing pad 102 by the rotation of the polishing pad 102 are applied to the wafer W. The calculation unit 31 calculates the rotational force T and the polishing force F.

【0039】回転力TはウェーハWの自転によって生ず
るものであって、このウェーハWの内径側位置と外径側
位置とで異なるものである。つまり、ウェーハWがウェ
ーハ保持ヘッド1によって一定の回転速度で回転された
場合、その内径側位置と外径側位置とでは研磨パッド1
02に対する速度が異なるため、このウェーハWに作用
する力もその内径側位置と外径側位置とでは異なる。す
なわち、回転力Tは自転するウェーハWの内径側位置と
外径側位置との研磨速度の違いに関係するものであると
ともに、ウェーハWの回転方向に作用するものである。
The rotational force T is generated by the rotation of the wafer W, and differs between the inner diameter position and the outer diameter position of the wafer W. That is, when the wafer W is rotated at a constant rotation speed by the wafer holding head 1, the polishing pad 1 is moved between the inner diameter position and the outer diameter position.
Since the speed with respect to the wafer 02 is different, the force acting on the wafer W is also different between the inner diameter position and the outer diameter position. That is, the rotational force T is related to the difference in the polishing rate between the inner diameter position and the outer diameter position of the rotating wafer W, and acts on the rotation direction of the wafer W.

【0040】一方、研磨力Fは研磨パッド102の回転
によって生ずるものであって、ウェーハWの研磨面全体
に一様に作用するものである。すなわち、研磨力Fは回
転する研磨パッド102とウェーハWとの相対運動によ
って生ずるものであって、研磨パッド102の回転速度
に関係するものであるとともに、ウェーハWの研磨面に
おける研磨パッド102の回転方向に作用するものであ
る。
On the other hand, the polishing force F is generated by the rotation of the polishing pad 102 and acts uniformly on the entire polishing surface of the wafer W. That is, the polishing force F is generated by the relative motion between the rotating polishing pad 102 and the wafer W, and is related to the rotation speed of the polishing pad 102 and the rotation of the polishing pad 102 on the polishing surface of the wafer W. It acts in the direction.

【0041】この研磨力FはウェーハWの研磨面全体に
作用するものであるが、センサ部21に検出される力は
キャリア6を介して作用されるので、図4のように、例
えばウェーハWの中心位置に作用される合力とすること
ができる。このとき、ウェーハWの外周部分のうち、自
転するウェーハWの接線方向と研磨パッド102の回転
方向とが一致する位置aにおいては、研磨パッド102
の回転によってウェーハWに作用する力はF/2であ
る。また、ウェーハWの回転方向には回転力Tが作用さ
れているとする。そして、キャリア6の円周方向に沿っ
て設けられた4つのセンサ部21は、それぞれ感度方向
をウェーハ保持ヘッド1の回転方向に向けて設置されて
いるので、このうち位置aに移動されたセンサ部21に
作用する力Faは、 Fa=F/2+T (1) である。
Although the polishing force F acts on the entire polished surface of the wafer W, the force detected by the sensor unit 21 is applied via the carrier 6, so that, as shown in FIG. Resultant force acting on the center position of At this time, in the outer peripheral portion of the wafer W, at a position a where the tangential direction of the rotating wafer W and the rotation direction of the polishing pad 102 coincide, the polishing pad 102
The force acting on the wafer W due to the rotation is F / 2. Further, it is assumed that a rotational force T is acting in the rotational direction of the wafer W. Since the four sensor units 21 provided along the circumferential direction of the carrier 6 are installed with their sensitivity directions directed toward the rotation direction of the wafer holding head 1, the sensor unit 21 is moved to the position a. The force Fa acting on the portion 21 is as follows: Fa = F / 2 + T (1)

【0042】同様に、研磨パッド102の内周側の位置
bに移動されたセンサ部21に作用する力Fbは、 Fb=F/2−T (2) である。よって、(1)、(2)式より、 Fa+Fb=F (3) となり、研磨力Fを求めることができる。
Similarly, the force Fb acting on the sensor unit 21 moved to the position b on the inner peripheral side of the polishing pad 102 is Fb = F / 2−T (2) Therefore, from the equations (1) and (2), Fa + Fb = F (3), and the polishing force F can be obtained.

【0043】また、研磨パッド102の回転方向の位置
であって位置a、bと直角位置の関係である位置cに移
動されたセンサ部21は、その感度方向をウェーハ保持
ヘッド1の回転方向に向けて設置されているため、ウェ
ーハ保持ヘッド1の自転により生じる回転力Tのみを検
出するようになっている。すなわち、位置cにおいて、
センサ部21の感度方向と研磨パッド102の回転方向
とは垂直関係にあるため、センサ部21はウェーハ保持
ヘッド1と研磨パッド102との相対運動によって生じ
る研磨力Fを検出しない。したがって位置cに移動され
たセンサ部21に作用する力Fcは、 Fc=T (4) である。同様に、位置dに移動されたセンサ部21に作
用する力Fdは、 Fd=T (5) である。よって、(3)式、(4)式(或いは(5)
式)より、ウェーハWに作用する回転力Tと研磨力Fと
を導き出すことができる。なお、「カルーセルの単位時
間あたりの回転数」と「ウェーハ保持ヘッド1の単位時
間あたりの回転数」とを加えたものが、「プラテン10
3の単位時間あたりの回転数」と等しい関係にある場
合、一般に、キャリア6にはトルクは作用しない。
The sensor unit 21 moved to the position c in the rotational direction of the polishing pad 102, which is at right angles to positions a and b, changes its sensitivity direction to the rotational direction of the wafer holding head 1. Since it is installed facing, only the rotational force T generated by the rotation of the wafer holding head 1 is detected. That is, at the position c,
Since the sensitivity direction of the sensor unit 21 and the rotational direction of the polishing pad 102 are in a vertical relationship, the sensor unit 21 does not detect the polishing force F generated by the relative movement between the wafer holding head 1 and the polishing pad 102. Therefore, the force Fc acting on the sensor unit 21 moved to the position c is Fc = T (4) Similarly, the force Fd acting on the sensor unit 21 moved to the position d is Fd = T (5) Therefore, equation (3), equation (4) (or (5)
From the formula, the rotational force T and the polishing force F acting on the wafer W can be derived. The sum of “the number of rotations of the carousel per unit time” and “the number of rotations of the wafer holding head 1 per unit time” is “platen 10
In general, when the number of rotations per unit time is equal to "3, the number of rotations per unit time", no torque acts on the carrier 6.

【0044】ウェーハ保持ヘッド1の1回の自転におい
て1つのセンサ部21から観測される出力信号は、最大
値である力Faと、最小値である力Fbと、その中間時
間において観測される力Fc及び力Fdとである。すな
わち、1つのセンサ部21からの出力信号は正弦波的に
変動し、ウェーハ保持ヘッド1の回転時間(回転速度)
はあらかじめ分かっているため、ウェーハWの回転力T
および研磨力Fは1つのセンサ部21によって検出可能
である。このように、1つのセンサ部21から時々刻々
に出力される信号を検出することにより、研磨力Fや回
転力Tを求めることができる。
The output signal observed from one sensor unit 21 during one rotation of the wafer holding head 1 is a force Fa which is a maximum value, a force Fb which is a minimum value, and a force which is observed at an intermediate time therebetween. Fc and force Fd. That is, the output signal from one sensor unit 21 fluctuates sinusoidally, and the rotation time (rotation speed) of the wafer holding head 1
Is known in advance, the rotational force T of the wafer W is
The polishing force F can be detected by one sensor unit 21. As described above, the polishing force F and the rotational force T can be obtained by detecting the signal output from one sensor unit 21 every moment.

【0045】このとき演算部31は、位置a、bに配さ
れた2つのセンサ部21、21からの出力を同時に受け
ることにより、ウェーハWの研磨を行いつつウェーハW
に作用する研磨力Fを検出することができる。すなわ
ち、(1)、(2)、(3)式により、2つのセンサ部
21を設けることによって研磨力Fが算出可能となる。
At this time, the arithmetic unit 31 receives the outputs from the two sensor units 21 arranged at the positions a and b at the same time, thereby polishing the wafer W while polishing the wafer W.
Can be detected. That is, the polishing force F can be calculated by providing the two sensor units 21 according to the equations (1), (2), and (3).

【0046】そのため、センサ部21をキャリア6の上
面に少なくとも2つ設置するとともに、これらのセンサ
部21、21をキャリア6の回転中心から半径方向に等
しい距離の位置に対向させて設置させることにより、研
磨力Fあるいは回転力Tは、ウェーハWの研磨を行いつ
つ検出可能となる。
Therefore, at least two sensor units 21 are installed on the upper surface of the carrier 6 and these sensor units 21 and 21 are installed facing each other at a position radially equal from the center of rotation of the carrier 6. , The polishing force F or the rotational force T can be detected while polishing the wafer W.

【0047】さらに、位置a、bに配された2つのセン
サ部21、21のほかに、これら位置a、bと直角の関
係にある位置cにセンサ部21が配されることにより、
研磨力Fと回転力Tとの検出を同時に行うことができ
る。すなわち、(1)、(2)、(3)式より研磨力F
が算出可能であるとともに、(4)式(あるいは(5)
式)より、回転力Tが導出される。
Further, in addition to the two sensor units 21 and 21 arranged at the positions a and b, the sensor unit 21 is arranged at the position c which is at a right angle to the positions a and b,
The detection of the polishing force F and the rotation force T can be performed simultaneously. That is, the polishing force F is obtained from the equations (1), (2) and (3).
Can be calculated, and equation (4) (or (5)
From the equation, the rotational force T is derived.

【0048】そのため、センサ部21をキャリア6の上
面に3つ設置するとともに、これらのうち2つをキャリ
ア6の回転中心から半径方向に等しい距離の位置に対向
するように配置させ、他の1つを前記2つのセンサ部2
1に対して直角位置に配置させることにより、研磨力F
と回転力Tとは、ウェーハWの研磨を行いつつ同時に検
出可能となる。
To this end, three sensor units 21 are provided on the upper surface of the carrier 6, and two of them are arranged so as to face a position at an equal distance in the radial direction from the rotation center of the carrier 6, and the other 1 One of the two sensor units 2
1 at right angles to the polishing force F
And the rotational force T can be simultaneously detected while polishing the wafer W.

【0049】また、センサ部21をキャリア6上面に少
なくとも4つ設けることにより、ウェーハWの研磨中に
おいて、ウェーハWに作用する力は常に検出可能とな
る。すなわち、センサ部21が3つ設けられた場合、例
えば位置cに位置したセンサ部21がウェーハ保持ヘッ
ド1の自転によって位置aに配されたとき、対向する位
置(つまり位置b)にはセンサ部21が存在しない。そ
のため、この状態では演算部31は研磨力Fを導き出す
ことができない。
Further, by providing at least four sensor portions 21 on the upper surface of the carrier 6, the force acting on the wafer W during the polishing of the wafer W can always be detected. That is, when three sensor units 21 are provided, for example, when the sensor unit 21 located at the position c is disposed at the position a by the rotation of the wafer holding head 1, the sensor unit is located at the opposed position (that is, the position b). 21 does not exist. Therefore, in this state, the arithmetic unit 31 cannot derive the polishing force F.

【0050】そのため、センサ部21をキャリア6の上
面に少なくとも4つ設置するとともに、これらのうち2
つをキャリア6の回転中心から半径方向から等しい距離
の位置に対向させて配置させ、他の2つを前記2つのセ
ンサ部21に対して直角位置に配置させることにより、
研磨力Fと回転力Tとは、ウェーハWの研磨を行いつつ
常に同時に検出可能となる。
Therefore, at least four sensor sections 21 are provided on the upper surface of the carrier 6 and two
By disposing one of the two at a position equidistant from the center of rotation of the carrier 6 in the radial direction and the other two at a right angle to the two sensor units 21,
The polishing force F and the rotational force T can always be detected simultaneously while polishing the wafer W.

【0051】以上のように、センサ部21を複数、好ま
しくは4つ以上設けることによって研磨力Fと回転力T
とは同時に検出可能となる。また、(3)式に示したよ
うに、研磨力Fは対向配置させた2つのセンサ部21か
らのそれぞれの出力に基づいて導き出される。したがっ
て、少なくとも2つのセンサ部21、21をキャリア6
の回転中心を基準として半径方向に等しい距離の位置に
対向配置させることにより、すなわち全体としてセンサ
部21を偶数箇所に設けることにより研磨力Fは検出さ
れる。
As described above, by providing a plurality of, preferably four or more, sensor units 21, the polishing force F and the rotational force T
Can be detected at the same time. Further, as shown in the equation (3), the polishing force F is derived based on the respective outputs from the two sensor units 21 arranged opposite to each other. Therefore, at least two sensor units 21 and 21 are
The polishing force F is detected by arranging the sensor units 21 at opposite positions at equal distances in the radial direction with respect to the center of rotation, that is, by providing the sensor units 21 at even positions as a whole.

【0052】ウェーハWは、演算部31から出力される
研磨力Fと回転力Tとを観測されつつ研磨される。ウェ
ーハWが未だ十分に研磨されていない場合、演算部31
からの出力である研磨力F及び回転力Tは変動した値を
示す。したがって、演算部31からの出力が変動状態の
ときは、ウェーハWには未だ十分に研磨が施されていな
いと判断され、ウェーハWの研磨は継続される。
The wafer W is polished while observing the polishing force F and the rotational force T output from the calculation unit 31. If the wafer W has not been sufficiently polished yet,
The polishing force F and the rotation force T, which are the outputs from, show fluctuated values. Therefore, when the output from the arithmetic unit 31 is in a fluctuating state, it is determined that the wafer W has not been sufficiently polished yet, and the polishing of the wafer W is continued.

【0053】そして、ウェーハWの研磨面が平坦化さ
れ、所望の研磨面が得られると、演算部31からの出力
である研磨力F及び回転力Tは安定した値を示すように
なる。したがって、演算部31からの出力が安定し、ほ
ぼ一定値を示すようになったらウェーハWの研磨面は所
望の状態に達したと判断される。そして、ウェーハ保持
ヘッド1の流体室14の圧力を除々に低下させてウェー
ハWと研磨パッド102との押圧力を低下させることに
より、ウェーハWの研磨は終了される。
Then, when the polished surface of the wafer W is flattened and a desired polished surface is obtained, the polishing force F and the rotational force T output from the arithmetic unit 31 show stable values. Therefore, when the output from the arithmetic unit 31 becomes stable and shows a substantially constant value, it is determined that the polished surface of the wafer W has reached a desired state. Then, the pressure of the fluid chamber 14 of the wafer holding head 1 is gradually reduced to reduce the pressing force between the wafer W and the polishing pad 102, thereby finishing the polishing of the wafer W.

【0054】このように、キャリア6の上面にトルク伝
達機構20を設けたことにより、弾性体であるダイヤフ
ラム5を備えた構成においても、ヘッド本体2のトルク
はキャリア6に正確に伝達されるとともに、ダイヤフラ
ム5には過剰な回転方向の力が作用されないようにな
る。そのため、ダイヤフラム5の劣化を防ぐことがで
き、安定したフローティング効果を長期間持続すること
ができる。
As described above, by providing the torque transmitting mechanism 20 on the upper surface of the carrier 6, the torque of the head main body 2 can be accurately transmitted to the carrier 6 even in the configuration having the diaphragm 5 which is an elastic body. Thus, excessive force in the rotating direction is not applied to the diaphragm 5. Therefore, the deterioration of the diaphragm 5 can be prevented, and a stable floating effect can be maintained for a long time.

【0055】また、トルク伝達機構20にセンサ部21
を設けたことにより、ウェーハWに作用する力はキャリ
ア6を介して直接的にセンサ部21に検出される。すな
わち、ウェーハWの周囲に同心状に配置されているリテ
ーナリング7の下面が研磨パッド102に当接した状態
においても、ウェーハWに作用する力は、リテーナリン
グ7と研磨パッド102との間に作用する力の影響を受
けることなく、センサ部21に観測されるので、ウェー
ハWの研磨面の状態は正確に判断されるようになる。
The torque transmitting mechanism 20 has a sensor 21
Is provided, the force acting on the wafer W is directly detected by the sensor unit 21 via the carrier 6. That is, even when the lower surface of the retainer ring 7 that is arranged concentrically around the wafer W is in contact with the polishing pad 102, the force acting on the wafer W causes the force acting between the retainer ring 7 and the polishing pad 102. The state of the polished surface of the wafer W can be accurately determined because it is observed by the sensor unit 21 without being affected by the acting force.

【0056】そして、これら複数のセンサ部21からの
出力は演算部31によって演算され、演算部31はウェ
ーハWに作用する力を、ウェーハWの研磨中に出力する
ようになっている。したがってウェーハWの研磨は、ウ
ェーハWに作用する力を観測しつつ行われるため、ウェ
ーハWの研磨面が所望の状態に達したかどうかを判断し
つつ行われる。そのため、過研磨あるいは研磨不足とい
ったウェーハの発生を低減させることができ、安定した
ウェーハWの研磨を実現することができる。
The outputs from the plurality of sensor units 21 are calculated by a calculation unit 31, and the calculation unit 31 outputs a force acting on the wafer W during polishing of the wafer W. Therefore, since the polishing of the wafer W is performed while observing the force acting on the wafer W, the polishing is performed while determining whether the polished surface of the wafer W has reached a desired state. Therefore, generation of a wafer such as overpolishing or insufficient polishing can be reduced, and stable polishing of the wafer W can be realized.

【0057】また、センサ部21は第1部材20aと第
2部材20bとの当接部分に設けられたため、ウェーハ
保持ヘッド1が回転状態であっても、ウェーハWに作用
する力は確実に検出される。さらに、第2部材20bは
第1部材20aに対して変位可能に設けられたため、ダ
イヤフラム5に支持されているキャリア6及びリテーナ
リング7の軸線方向の変位は妨げられないようになって
おり、ウェーハWの研磨は安定して行われる。
Further, since the sensor portion 21 is provided at the contact portion between the first member 20a and the second member 20b, even if the wafer holding head 1 is in the rotating state, the force acting on the wafer W is reliably detected. Is done. Further, since the second member 20b is provided so as to be displaceable with respect to the first member 20a, the displacement of the carrier 6 and the retainer ring 7 supported by the diaphragm 5 in the axial direction is not hindered. The polishing of W is performed stably.

【0058】なお、上述した複数のセンサ部21はそれ
ぞれキャリア6の回転中心から半径方向に同じ距離の位
置に設けられたものであるが、図5に示すように、対向
する一組のセンサ部21p、21pのキャリア6の回転
中心からのそれぞれの距離L1と、他の対向する組のセ
ンサ部21q、21qのキャリア6の回転中心からのそ
れぞれの距離L2とが異なるように配置させてもよい。
この場合、センサ部21p、21pは、距離L1におけ
る回転力T1を検出することができ、一方、センサ部2
1q、21qは距離L2における回転力T2を検出する
ことができる。すなわち、対向するセンサ部21、21
を複数組設けることによって、ウェーハWの半径方向の
様々な位置の回転力T1、T2・・・が検出可能とな
る。
The plurality of sensor units 21 are provided at the same radial distance from the center of rotation of the carrier 6 as shown in FIG. 5, but as shown in FIG. The respective distances L1 from the rotation center of the carrier 6 of 21p, 21p may be different from the respective distances L2 from the rotation center of the carrier 6 of the other opposing sets of sensor units 21q, 21q. .
In this case, the sensor units 21p and 21p can detect the rotational force T1 at the distance L1, while the sensor unit 2p
1q and 21q can detect the rotational force T2 at the distance L2. That is, the opposing sensor units 21 and 21
, The rotational forces T1, T2,... At various positions in the radial direction of the wafer W can be detected.

【0059】また、図6(a)に示すように、第1、第
2部材20a、20bのそれぞれの当接部分のいずれか
あるいは両方の形状を、丸棒状にすることも可能であ
る。第1、第2部材20a、20bを丸棒状に形成する
ことによりそれぞれの接触面積を小さくすることができ
るので、キャリア6の上下方向の揺動(フローティング
効果)はより安定して行われる。さらに、図6(b)に
示すように、センサ部21を天板部3と第1部材20a
との間(あるいはキャリア6と第2部材20bとの間)
に配置させ、この位置に生ずるせん断力でもって、ウェ
ーハWに作用する回転方向の力を検出することも可能で
ある。この場合、センサ部21として圧電素子を用いる
ことによりせん断力は検出可能となる。さらに、圧電素
子を用いてせん断力を検出させる構成とすることによ
り、1つのセンサ部21で複数方向に作用する力を同時
に検出することができ、設置するべきセンサ部21の数
を低減することができる。
Further, as shown in FIG. 6A, one or both of the contact portions of the first and second members 20a and 20b may be formed in a round bar shape. By forming the first and second members 20a and 20b in a round bar shape, the contact area of each can be reduced, so that the vertical swinging (floating effect) of the carrier 6 is performed more stably. Further, as shown in FIG. 6B, the sensor unit 21 is connected to the top plate 3 and the first member 20a.
(Or between the carrier 6 and the second member 20b)
And the rotational force acting on the wafer W can be detected by the shear force generated at this position. In this case, a shear force can be detected by using a piezoelectric element as the sensor unit 21. Further, by employing a configuration in which a shear force is detected using a piezoelectric element, forces acting in a plurality of directions can be simultaneously detected by one sensor unit 21, and the number of sensor units 21 to be installed can be reduced. Can be.

【0060】また、 図7に示すように、センサ部21
は、ヘッド本体2上面に設置された駆動・増幅回路ユニ
ット32のうち駆動回路によって駆動されるとともに、
センサ部21からの出力信号は駆動・増幅回路ユニット
32のうち増幅回路を介して演算部31に送られる構成
としてもよい。このとき、センサ部21と駆動・増幅回
路ユニット32とを接続するハーネス32aは、ヘッド
本体2の天板部3の一部を挿通されるように設けられれ
る。駆動・増幅ユニット32をヘッド本体2に設置させ
たことにより、ハーネス32aを短く形成できるので、
センサ部21はノイズの影響を受けにくくなる。
Further, as shown in FIG.
Is driven by the driving circuit of the driving / amplifying circuit unit 32 installed on the upper surface of the head main body 2, and
An output signal from the sensor unit 21 may be sent to the calculation unit 31 via an amplification circuit in the drive / amplification circuit unit 32. At this time, the harness 32 a connecting the sensor unit 21 and the drive / amplification circuit unit 32 is provided so that a part of the top plate 3 of the head main body 2 is inserted. Since the driving / amplifying unit 32 is installed in the head main body 2, the harness 32a can be formed to be short.
The sensor unit 21 is hardly affected by noise.

【0061】なお、センサ部21を備えたトルク伝達機
構20はキャリア6上面に設けられたものであるが、セ
ンサ部21を備えないトルク伝達機構40をリテーナリ
ング7の上面に設けることも可能である。リテーナリン
グ7の上面にもトルク伝達機構40を設けたことによ
り、ヘッド本体2のトルクはダイヤフラム7に正確に伝
達されるとともに、ダイヤフラム5には過剰な回転方向
の力が作用されないようになるため、ダイヤフラム5の
劣化は防止され、安定したフローティング効果を長期間
持続することができる。
Although the torque transmitting mechanism 20 having the sensor 21 is provided on the upper surface of the carrier 6, the torque transmitting mechanism 40 having no sensor 21 may be provided on the upper surface of the retainer ring 7. is there. By providing the torque transmission mechanism 40 also on the upper surface of the retainer ring 7, the torque of the head main body 2 is accurately transmitted to the diaphragm 7, and the excessive rotational force is not applied to the diaphragm 5. Thus, the deterioration of the diaphragm 5 is prevented, and a stable floating effect can be maintained for a long time.

【0062】次に、本発明によるウェーハ保持ヘッド1
を用いてウェーハWを研磨した場合の実施例について説
明する。図8(a)はウェーハ保持ヘッド1に設けられ
た4つのセンサ部21a、21b、21c、21dのそ
れぞれの感度方向を矢印で示した図であり、この場合、
センサ部21a、21cの感度方向はウェーハ保持ヘッ
ド1の半径方向に向けられており、センサ部21b、2
1dはウェーハ保持ヘッド1の回転方向に向けられてい
る。また、図8(b)はこのウェーハ保持ヘッド1が研
磨パッド102上面に配置された状態を示す図であっ
て、r1、r2、r3、r4は、ウェーハ保持ヘッド1
が回転されることによってそれぞれのセンサ部21a〜
21dが配置される位置を示しており、例えばセンサ部
21aはウェーハ保持ヘッド1が矢印y1方向に回転さ
れることによって順番にr1、r2、r3、r4の位置
に配置される。このとき、研磨パッド102は矢印y2
方向に回転しているとともに、ウェーハ保持ヘッド1は
カルーセルによって矢印y3方向に公転させられてい
る。
Next, the wafer holding head 1 according to the present invention
An example in which the wafer W is polished by using the method will be described. FIG. 8A is a diagram in which the sensitivity directions of the four sensor units 21a, 21b, 21c, and 21d provided on the wafer holding head 1 are indicated by arrows. In this case,
The sensitivity direction of the sensor units 21a and 21c is directed in the radial direction of the wafer holding head 1, and
1d is oriented in the rotation direction of the wafer holding head 1. FIG. 8B is a diagram showing a state in which the wafer holding head 1 is arranged on the upper surface of the polishing pad 102, where r1, r2, r3, and r4 indicate the wafer holding head 1.
Are rotated, the respective sensor units 21a to 21a to
The position at which 21d is arranged is shown. For example, the sensor unit 21a is arranged at the position of r1, r2, r3, r4 in order by rotating the wafer holding head 1 in the direction of arrow y1. At this time, the polishing pad 102 indicates an arrow y2.
, And the wafer holding head 1 is revolved in the direction of arrow y3 by the carousel.

【0063】ウェーハWを研磨することによって、例え
ばセンサ部21a、21cからは、図9(a)に示すよ
うに、高周波成分を有した正弦波状の出力信号g1が出
力され、この出力信号g1は演算部31内に設けられた
ローパスフィルタを通過することによって出力信号g2
に変換される。そして、この出力信号g2の最大値の変
化を読み取ることにより、ウェーハWの研磨状態は観測
される。一方、センサ部21b、21dからは図9
(b)、(c)に示すような波形が出力される。このう
ち図9(b)は、「カルーセルの単位時間あたりの回転
数」+「ウェーハ保持ヘッド1の単位時間あたりの回転
数」=「研磨パッド102の単位時間あたりの回転数」
の関係が成り立つ場合の波形であり、このとき前述した
ようにキャリア6にはトルクは作用しないので観測され
る値はほぼ0を示している。また、図9(c)は上述の
関係が成り立たない場合の波形であってキャリア6には
トルクが作用しているためセンサ部21b、21dから
はこの値に対応した波形が出力される。
By polishing the wafer W, for example, as shown in FIG. 9A, a sine wave output signal g1 having a high frequency component is output from the sensor units 21a and 21c. The output signal g2 passes through a low-pass filter provided in the arithmetic unit 31.
Is converted to Then, by reading the change in the maximum value of the output signal g2, the polishing state of the wafer W is observed. On the other hand, from the sensor units 21b and 21d, FIG.
Waveforms as shown in (b) and (c) are output. 9B shows “the number of rotations of the carousel per unit time” + “the number of rotations of the wafer holding head 1 per unit time” = “the number of rotations of the polishing pad 102 per unit time”.
Is satisfied, the torque observed on the carrier 6 does not act on the carrier 6 as described above. FIG. 9C shows a waveform when the above relationship does not hold. Since torque is acting on the carrier 6, waveforms corresponding to this value are output from the sensor units 21b and 21d.

【0064】図10(a1)、(b1)に、研磨対象で
ある2種類のウェーハW1、W2の構成を示す。図10
(a1)に示すウェーハW1はSiO2 層の溝部にCu
が埋め込まれるように研磨されるべきものであって、こ
の場合の研磨終点はCu層を研磨してバリアメタル層を
表面に現させるとともにこのバリアメタル層と溝部のC
uとを平坦化させた状態である。一方、図10(b1)
に示すウェーハW2は、酸化膜を平坦化させるように研
磨されるべきものであって、この場合の研磨終点は酸化
膜を平坦化させた状態である。図10(a2)、(b
2)は、このときの演算部31からの出力値であって、
それぞれの出力信号g2の最大値の変化を示している。
FIGS. 10 (a1) and 10 (b1) show configurations of two types of wafers W1 and W2 to be polished. FIG.
The wafer W1 shown in (a1) has Cu in the groove of the SiO2 layer.
Should be polished so as to be embedded. In this case, the polishing end point is to polish the Cu layer so that the barrier metal layer is exposed on the surface, and at the same time, the barrier metal layer and the C
u is flattened. On the other hand, FIG.
Is to be polished so as to flatten the oxide film, and the polishing end point in this case is a state where the oxide film is flattened. 10 (a2), (b)
2) is an output value from the arithmetic unit 31 at this time,
The change of the maximum value of each output signal g2 is shown.

【0065】ウェーハW1において、研磨されるCu層
は除々に平坦化されて研磨パッド102との接触面積を
大きくさせるので摩擦力は上昇し、したがって図10
(a2)に示すようにこのときの出力信号の値は除々に
上昇する。そしてCu層をさらに研磨し、バリアメタル
層が表面に現れると、バリアメタル層はCu層より摩擦
係数が低いので、出力信号は急激に低下する。この、出
力信号が急激に低下した状態が研磨終点であってこの時
点で研磨は終了される。ウェーハW2において、研磨終
点は酸化膜が平坦化された状態である。したがって、酸
化膜が平坦化して出力信号の最大値が一定時間安定した
時点で研磨を終了させる。すなわち、図10(b1)、
(b2)に示すように、酸化膜が平坦化された時点h1
からさらに研磨を行い、出力信号の最大値が一定時間安
定した時点h2において研磨を終了させる。
In the wafer W1, the Cu layer to be polished is gradually flattened to increase the contact area with the polishing pad 102, so that the frictional force is increased.
As shown in (a2), the value of the output signal at this time gradually increases. Then, when the Cu layer is further polished and the barrier metal layer appears on the surface, the output signal sharply drops because the barrier metal layer has a lower coefficient of friction than the Cu layer. This state where the output signal sharply drops is the polishing end point, and polishing is terminated at this point. In the wafer W2, the polishing end point is a state where the oxide film is flattened. Therefore, the polishing is terminated when the oxide film is flattened and the maximum value of the output signal is stabilized for a certain period of time. That is, FIG. 10 (b1),
As shown in (b2), the time point h1 when the oxide film is flattened
Are further polished, and the polishing is terminated at a time point h2 when the maximum value of the output signal is stabilized for a certain period of time.

【0066】[0066]

【発明の効果】本発明のウェーハ研磨装置及びウェーハ
製造方法は、以下のような効果を有するものである。
The wafer polishing apparatus and the wafer manufacturing method of the present invention have the following effects.

【0067】請求項1に記載の発明によれば、キャリア
の上面にトルク伝達機構を設けたことにより、弾性体で
あるダイヤフラムを備えた構成においても、ヘッド本体
のトルクはキャリアに正確に伝達されるとともに、ダイ
ヤフラムは過剰な回転方向の力を作用されないようにな
るため、ダイヤフラムの劣化は防止される。また、トル
ク伝達機構にセンサ部を設けたことにより、ウェーハに
作用する力はキャリアを介して直接的にセンサ部に観測
されるため、例えばリテーナリングなどウェーハ保持ヘ
ッドのウェーハを保持した以外の部分が研磨パッドに当
接した状態においても正確に検出される。そして、演算
部がこれら複数のセンサ部からの出力に基づいてウェー
ハに作用する力を算出する。
According to the first aspect of the present invention, the torque transmission mechanism is provided on the upper surface of the carrier, so that the torque of the head main body is accurately transmitted to the carrier even in the configuration having the diaphragm as an elastic body. At the same time, the diaphragm is prevented from being subjected to an excessive force in the rotating direction, so that the deterioration of the diaphragm is prevented. In addition, since the sensor portion is provided in the torque transmission mechanism, the force acting on the wafer is directly observed on the sensor portion via the carrier, so that, for example, a portion other than holding the wafer of the wafer holding head such as a retainer ring. Is accurately detected even in the state in which it comes into contact with the polishing pad. Then, the calculation unit calculates the force acting on the wafer based on the outputs from the plurality of sensor units.

【0068】請求項2に記載の発明によれば、センサ部
は第1部材と第2部材との当接部分に設けられたため、
ウェーハ保持ヘッドが回転状態であっても、ウェーハに
作用する力は確実に検出される。さらに、第2部材は第
1部材に対して変位可能に設けられたため、前記ダイヤ
フラムに支持されているキャリア及びリテーナリングの
軸線方向の変位は妨げられないようになっており、ウェ
ーハの研磨は安定して行われる。
According to the second aspect of the present invention, since the sensor portion is provided at the contact portion between the first member and the second member,
Even when the wafer holding head is in a rotating state, the force acting on the wafer is reliably detected. Furthermore, since the second member is provided so as to be displaceable with respect to the first member, the displacement of the carrier and the retainer ring supported by the diaphragm in the axial direction is not hindered, and the polishing of the wafer is stable. It is done.

【0069】請求項3に記載の発明によれば、本発明に
よれば、ウェーハに作用する力はキャリア上面に設けら
れたセンサ部によって直接的に観測され、ウェーハの研
磨状態はセンサ部からの出力に基づいて判断される。そ
のため、過研磨あるいは研磨不足といったウェーハの発
生は低減され、安定したウェーハの研磨が実現される。
According to the third aspect of the present invention, according to the present invention, the force acting on the wafer is directly observed by the sensor section provided on the upper surface of the carrier, and the polishing state of the wafer is measured from the sensor section. It is determined based on the output. Therefore, occurrence of wafers such as overpolishing or insufficient polishing is reduced, and stable wafer polishing is realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のウェーハ研磨装置の実施形態の一例を
示す図のうちウェーハ保持ヘッドの断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a wafer holding head in a view showing an example of an embodiment of a wafer polishing apparatus of the present invention.

【図2】トルク伝達機構及びセンサ部を説明する断面図
である。
FIG. 2 is a sectional view illustrating a torque transmission mechanism and a sensor unit.

【図3】トルク伝達機構及びセンサ部の配置を説明する
図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating an arrangement of a torque transmission mechanism and a sensor unit.

【図4】センサ部によってウェーハに作用する力を検出
する様子を説明する図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a state where a force acting on a wafer is detected by a sensor unit.

【図5】トルク伝達機構及びセンサ部の配置を説明する
図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating an arrangement of a torque transmission mechanism and a sensor unit.

【図6】本発明のウェーハ研磨装置の実施形態の一例を
示す図のうちウェーハ保持ヘッドの断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a wafer holding head in a diagram illustrating an example of an embodiment of a wafer polishing apparatus of the present invention.

【図7】トルク伝達機構及びセンサ部の他の実施形態を
示す断面図である。
FIG. 7 is a sectional view showing another embodiment of the torque transmission mechanism and the sensor unit.

【図8】本発明のウェーハ研磨装置の実施例を示す図で
あって、センサ部の取付位置及び感度方向を説明する図
である。
FIG. 8 is a view showing an embodiment of the wafer polishing apparatus of the present invention, and is a view for explaining a mounting position and a sensitivity direction of a sensor unit.

【図9】センサ部からの出力信号を説明する図である。FIG. 9 is a diagram illustrating an output signal from a sensor unit.

【図10】ウェーハの層構成を示す断面図及びこれらの
ウェーハを研磨したときの演算部からの出力結果を説明
する図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a layer configuration of a wafer and a diagram for explaining an output result from an arithmetic unit when these wafers are polished.

【図11】ウェーハ研磨装置全体を説明する図である。FIG. 11 is a diagram illustrating the entire wafer polishing apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ウェーハ保持ヘッド 2 ヘッド本体 3 天板部 4 周壁部 5 ダイヤフラム 6 キャリア 7 リテーナリング 9 シャフト部 14 流体室 15 流路 20 トルク伝達機構 20a 第1部材 20b 第2部材 21 センサ部 30 圧力調整機構 31 演算部 102 研磨パッド 103 プラテン W ウェーハ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wafer holding head 2 Head main body 3 Top plate part 4 Peripheral wall part 5 Diaphragm 6 Carrier 7 Retainer ring 9 Shaft part 14 Fluid chamber 15 Flow path 20 Torque transmission mechanism 20a First member 20b Second member 21 Sensor part 30 Pressure adjustment mechanism 31 Calculation unit 102 Polishing pad 103 Platen W Wafer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/304 622 H01L 21/304 622R Fターム(参考) 2F051 AA11 AB02 AC01 AC09 BA03 3C034 AA13 AA17 CA16 CB01 DD10 DD20 3C043 BA09 BA16 CC07 DD05 3C049 AA07 AA12 AB04 AB06 AB08 BA06 BB09 BC01 BC02 CB01 3C058 AA07 AA12 AB04 AB06 AB08 BA06 BB09 BC01 BC02 CB01 DA12 DA17 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 21/304 622 H01L 21/304 622R F-term (Reference) 2F051 AA11 AB02 AC01 AC09 BA03 3C034 AA13 AA17 CA16 CB01 DD10 DD20 3C043 BA09 BA16 CC07 DD05 3C049 AA07 AA12 AB04 AB06 AB08 BA06 BB09 BC01 BC02 CB01 3C058 AA07 AA12 AB04 AB06 AB08 BA06 BB09 BC01 BC02 CB01 DA12 DA17

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 表面に研磨パッドが貼付されたプラテン
と、研磨すべきウェーハを保持して前記研磨パッドにウ
ェーハの一面を当接させるウェーハ保持ヘッドとを具備
し、 このウェーハ保持ヘッドと前記プラテンとをそれぞれ回
転させることにより前記研磨パッドで前記ウェーハを研
磨するウェーハ研磨装置であって、 前記ウェーハ保持ヘッドは、天板部と該天板部の外周下
方に設けられた筒状の周壁部とからなるヘッド本体と、 前記ヘッド本体内にヘッド軸線に対し垂直に張られたダ
イヤフラムと、 前記ダイヤフラムと前記ヘッド本体との間に形成される
流体室に満たされた流体圧力を調整する圧力調整機構
と、 前記ダイヤフラムに固定されこのダイヤフラムとともに
ヘッド軸線方向に変位可能に設けられ、研磨すべきウェ
ーハの一面を保持するためのキャリアと、 前記周壁部の内壁と前記キャリアの外周との間に同心状
に配置されるとともに、前記ダイヤフラムに固定され前
記ダイヤフラムとともにヘッド軸線方向に変位可能に設
けられ、研磨時には研磨パッドに当接するリテーナリン
グと、 前記ヘッド本体とキャリアとの間に円周方向に沿って複
数設けられ、前記ヘッド本体のトルクを前記キャリアに
伝達するためのトルク伝達機構と、 前記それぞれのトルク伝達機構に設けられ、前記ウェー
ハに作用する回転方向の力を観測するための複数のセン
サ部と、 前記それぞれのセンサ部に連結され、これらセンサ部か
らの出力に基づき前記ウェーハに作用する力を算出する
演算部とを備えたことを特徴とするウェーハ研磨装置。
A platen having a polishing pad affixed to a surface thereof; and a wafer holding head for holding a wafer to be polished and bringing one surface of the wafer into contact with the polishing pad. A wafer polishing apparatus for polishing the wafer with the polishing pad by rotating the wafer pad, wherein the wafer holding head comprises a top plate portion and a cylindrical peripheral wall portion provided below the outer periphery of the top plate portion. A head body comprising: a diaphragm extending perpendicularly to a head axis in the head body; and a pressure adjusting mechanism for adjusting a fluid pressure filled in a fluid chamber formed between the diaphragm and the head body. And fixed to the diaphragm and provided so as to be displaceable in the head axis direction together with the diaphragm, and one surface of the wafer to be polished is And a carrier for holding, concentrically disposed between the inner wall of the peripheral wall portion and the outer periphery of the carrier, fixed to the diaphragm and provided so as to be displaceable in the head axis direction together with the diaphragm, and polished during polishing. A plurality of retainer rings that are in contact with the pad; a plurality of torque transmission mechanisms provided circumferentially between the head body and the carrier for transmitting torque of the head body to the carrier; A plurality of sensor units provided in the mechanism and for observing the force in the rotational direction acting on the wafer, are connected to the respective sensor units, and calculate a force acting on the wafer based on outputs from these sensor units. A wafer polishing apparatus, comprising:
【請求項2】 請求項1に記載のウェーハ研磨装置であ
って、 前記トルク伝達機構は、前記天板部下面から下方に延び
るように形成された第1部材と、 前記キャリア上面に設けられ、研磨時には前記ウェーハ
保持ヘッドの回転方向における前記第1部材の一部と当
接されるとともに第1部材に対して軸線方向へ変位可能
な第2部材とを備えており、 前記センサ部は、前記第1部材と第2部材との当接部分
に設けられたことを特徴とするウェーハ研磨装置。
2. The wafer polishing apparatus according to claim 1, wherein the torque transmission mechanism is provided on a first member formed to extend downward from a lower surface of the top plate portion, and provided on an upper surface of the carrier. A second member that is in contact with a part of the first member in the rotation direction of the wafer holding head and is displaceable in the axial direction with respect to the first member during polishing; A wafer polishing apparatus provided at a contact portion between a first member and a second member.
【請求項3】 表面に研磨パッドが貼付されたプラテン
と、研磨すべきウェーハを保持して前記研磨パッドにウ
ェーハの一面を当接させるウェーハ保持ヘッドとを具備
し、 このウェーハ保持ヘッドと前記プラテンとをそれぞれ回
転運動させることにより前記研磨パッドで前記ウェーハ
を研磨する研磨工程を含んだウェーハ製造方法であっ
て、 前記ウェーハ保持ヘッドは、天板部と該天板部の外周下
方に設けられた筒状の周壁部とからなるヘッド本体と、 前記ヘッド本体内にヘッド軸線に対し垂直に張られたダ
イヤフラムと、 前記ダイヤフラムと前記ヘッド本体との間に形成される
流体室に満たされた流体圧力を調整する圧力調整機構
と、 前記ダイヤフラムに固定されこのダイヤフラムとともに
ヘッド軸線方向に変位可能に設けられ、研磨すべきウェ
ーハの一面を保持するためのキャリアと、 前記周壁部の内壁と前記キャリアの外周との間に同心状
に配置されるとともに、前記ダイヤフラムに固定され前
記ダイヤフラムとともにヘッド軸線方向に変位可能に設
けられ、研磨時には研磨パッドに当接するリテーナリン
グと、 前記ヘッド本体とキャリアとの間に円周方向に沿って複
数設けられ、前記ヘッド本体のトルクを前記キャリアに
伝達するためのトルク伝達機構と、 前記それぞれのトルク伝達機構に設けられ、前記ウェー
ハに作用する回転方向の力を観測するための複数のセン
サ部と、 前記それぞれのセンサ部に連結され、これらセンサ部か
らの出力に基づき前記ウェーハに作用する力を算出する
演算部とを備えており、 このウェーハ保持ヘッドに保持させたウェーハを前記研
磨パッドに当接させつつ回転させるとともに、 前記それぞれのセンサ部からの出力に基づき前記演算部
によって前記ウェーハに作用する力を算出し、 この演算部からの出力に基づいてウェーハの研磨状態を
判断しつつ研磨を行うことを特徴とするウェーハ製造方
法。
3. A platen having a polishing pad attached to a surface thereof, and a wafer holding head for holding a wafer to be polished and bringing one surface of the wafer into contact with the polishing pad, wherein the wafer holding head and the platen A polishing step of polishing the wafer with the polishing pad by rotating each of the wafers, wherein the wafer holding head is provided below the top plate and the outer periphery of the top plate. A head body composed of a cylindrical peripheral wall portion; a diaphragm stretched in the head body perpendicular to the head axis; and a fluid pressure filled in a fluid chamber formed between the diaphragm and the head body. A pressure adjusting mechanism for adjusting the pressure, and being provided on the diaphragm so as to be displaceable in the head axis direction together with the diaphragm, and for polishing. A carrier for holding one surface of the wafer, and disposed concentrically between the inner wall of the peripheral wall portion and the outer periphery of the carrier, and fixed to the diaphragm and provided so as to be displaceable in the head axis direction together with the diaphragm. And a retainer ring that abuts against a polishing pad during polishing, a plurality of torque transmission mechanisms provided in a circumferential direction between the head body and the carrier, and for transmitting torque of the head body to the carrier, A plurality of sensor units provided in each of the torque transmission mechanisms and for observing a rotational force acting on the wafer, are connected to the respective sensor units, and based on outputs from these sensor units, And a calculation unit for calculating an acting force. The wafer held by the wafer holding head is While rotating while making contact with the polishing pad, a force acting on the wafer is calculated by the calculation unit based on an output from each sensor unit, and a polishing state of the wafer is determined based on an output from the calculation unit. A wafer manufacturing method characterized by performing polishing while polishing.
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