JP2000331971A - Wafer polishing device - Google Patents

Wafer polishing device

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JP2000331971A
JP2000331971A JP14198199A JP14198199A JP2000331971A JP 2000331971 A JP2000331971 A JP 2000331971A JP 14198199 A JP14198199 A JP 14198199A JP 14198199 A JP14198199 A JP 14198199A JP 2000331971 A JP2000331971 A JP 2000331971A
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wafer
carrier
polishing
torque
head
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JP14198199A
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Minoru Numamoto
実 沼本
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Tokyo Seimitsu Co Ltd
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Tokyo Seimitsu Co Ltd
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make the end point of the polishing amount of a wafer polishing device accurately detectable by always detecting only the rotational torque of a carrier. SOLUTION: In a wafer polishing device, the main body 21 of a wafer holding head 2 is connected to a carrier 22 and a pair of differential transformers 46 which are torque detecting means is provided on a connecting bar 40 which transmits the rotational force from the main body 21 to the carrier 22 at symmetrical positions with respect to the center axis of the bar 40. The core section 46A of each transformer 46 is fixed to the base section of the bar 40, and the bobbin section 46B of the transformer 46 is fixed to a connecting section 40C of the bar 40. When the signals from the torque-detecting means are added to each other, the rotational torque of the carrier can be detected at all times.

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】本発明はウェーハ研磨装置に
係り、特に化学的機械研磨法(CMP:ChemicalMechan
ical Polishing )による半導体ウェーハの研磨装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wafer polishing apparatus, and more particularly, to a chemical mechanical polishing method (CMP).
The present invention relates to an apparatus for polishing a semiconductor wafer by ical polishing.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、LSIの高集積化、高性能化のた
めに微細加工技術が進んでおり、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は避けられな
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。また、層間を接続するメタ
ル層を形成するため、穴を形成した後メッキなどでメタ
ル層を形成し、表面のメタル層を研磨して除去すること
で穴の部分のメタル層を残すことも行われている。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、CMP法によるウェーハ研磨が使用され
ている。
2. Description of the Related Art In recent years, microfabrication techniques have been developed for high integration and high performance of LSIs, and IC patterns are formed over multiple layers. It is inevitable that a certain degree of unevenness occurs on the surface of the layer on which the pattern is formed. Conventionally, the pattern of the next layer has been formed as it is. However, when the number of layers increases and the width of a line or hole decreases, it is difficult to form a good pattern, and defects and the like are likely to occur. Therefore, after the surface of a layer on which a pattern is formed is polished to flatten the surface, a pattern of the next layer is formed. In addition, to form a metal layer that connects the layers, it is also necessary to form a metal layer by plating after forming a hole, and to polish and remove the surface metal layer to leave the metal layer in the hole. Have been done. Wafer polishing by a CMP method is used to polish a wafer during the process of forming such an IC pattern.

【0003】ところが、配線層であるメタル層、例え
ば、Cu層、と多層配線間の層間絶縁膜であるSiO2
層とでは、研磨特性が異なり、加工状態や加工時間に影
響を及ぼすので、それぞれの研磨処理において研磨剤で
あるスラリーを変える必要がある。また、上記層の過剰
な削り込みを防止するためには、微妙な研磨量のコント
ロールが要求されている。そこで、このような研磨量を
コントロールする装置として、即ち、研磨量の終点を検
出する装置として、ウェーハ保持ヘッドの回転トルクを
検出し、この回転トルクによって研磨量終点を検出する
装置が提案されている。
[0003] However, metal layer is a wiring layer, for example, SiO 2 is an interlayer insulating film between the Cu layer, a multilayer wiring
Since the polishing characteristics are different between the layer and the layer, which affects the processing state and processing time, it is necessary to change the slurry as the abrasive in each polishing process. Further, in order to prevent excessive cutting of the above layer, delicate control of the polishing amount is required. Therefore, as a device for controlling the polishing amount, that is, as a device for detecting the end point of the polishing amount, a device that detects the rotation torque of the wafer holding head and detects the polishing amount end point based on the rotation torque has been proposed. I have.

【0004】即ち、Cu層とSiO2 層では摩擦力が異
なり、その回転抵抗も異なる点に着目し、研磨量が終点
に近づくに従ってウェーハの回転抵抗が変化するのを利
用し、その変化点が現われるウェーハ保持ヘッドの回転
トルクを検出することにより、終点を検出していた。そ
して、この終端を検出する装置は、ウェーハ保持ヘッド
を回転させるモータのトルク変動により変化する電流値
を検出することにより、この回転トルクを検出してい
た。
In other words, attention is paid to the fact that the frictional force is different between the Cu layer and the SiO 2 layer, and the rotational resistance is also different. Utilizing the fact that the rotational resistance of the wafer changes as the polishing amount approaches the end point, the change point is determined. The end point was detected by detecting the appearing rotational torque of the wafer holding head. Then, an apparatus for detecting the end detects the rotational torque by detecting a current value that changes due to a torque variation of a motor that rotates the wafer holding head.

【0005】しかしながら、前記モータの電流値の変化
でウェーハ保持ヘッドの回転トルクを検出する装置で
は、モータの出力軸とウェーハ保持ヘッドとを連結する
減速機構の回転抵抗を含んだ回転トルクを検出するの
で、ウェーハ保持ヘッドのみの回転トルクを検出するこ
とができず、これによって研磨量終点を正確に検出する
ことができないという欠点があった。
However, in the apparatus for detecting the rotation torque of the wafer holding head based on the change in the current value of the motor, the rotation torque including the rotation resistance of the speed reduction mechanism connecting the output shaft of the motor and the wafer holding head is detected. As a result, the rotational torque of only the wafer holding head cannot be detected, so that the polishing amount end point cannot be accurately detected.

【0006】そこで本出願人は、先に第5図に概略で示
されるような終端検出装置を提案している。この装置に
は、図示されていないヘッド本体GにキャリアAを吊り
下げ支持する部材である連結バーBを、ウェーハ保持ヘ
ッドの中心軸と同軸上に配置すると共に、この連結バー
Bには平行バネCとそのバネ内の検出器Dとが設けられ
ている。検出器Dは差動トランスであって、平行バネC
の下面に固定されたコアEと、同じく平行バネCの上面
に固定されたコイル体Fとで構成されている。この終端
検出装置においては、その出力信号におけるウェーハ保
持ヘッドの回転トルクは、サインカーブで示され、摩擦
力の大きさは、サインカーブの振幅で検出することがで
き、モータの出力軸とウェーハ保持ヘッドとの連結機構
の回転抵抗をひろうことがないので、或る程度の改善が
なされた。
Accordingly, the present applicant has proposed an end detecting device as schematically shown in FIG. In this apparatus, a connection bar B, which is a member for suspending and supporting a carrier A on a head body G (not shown), is disposed coaxially with the center axis of the wafer holding head. C and a detector D in its spring are provided. The detector D is a differential transformer, and a parallel spring C
And a coil body F also fixed to the upper surface of the parallel spring C. In this terminal detection device, the rotation torque of the wafer holding head in the output signal is indicated by a sine curve, and the magnitude of the frictional force can be detected by the amplitude of the sine curve, and the output shaft of the motor and the wafer holding shaft are detected. Some improvement was made because the rotational resistance of the coupling mechanism with the head was not lost.

【0007】しかしながら、ウェーハ保持ヘッドは一般
には30〜60rpm 程度で回転しており、回転速度が遅
く前記のように1個の検出器では1回転当り1回の検出
しかできず、1秒又は2秒に1回の割でしか、回転トル
クを検出できない。一方、正確な研磨量を知るには、即
ち過剰な削り込みを防ぐには、0.4〜0.1秒でこの
回転トルクを検出して、その終端を検出する必要があ
る。
However, the wafer holding head is generally rotating at about 30 to 60 rpm, and the rotation speed is slow, and as described above, one detector can perform only one detection per rotation. The rotational torque can be detected only once per second. On the other hand, in order to know an accurate polishing amount, that is, to prevent excessive shaving, it is necessary to detect the rotation torque in 0.4 to 0.1 seconds and detect the end thereof.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、この
ような課題に鑑み、研磨中のウェーハの研磨量の終点を
正確に検出できると共に、ウェーハ保持ヘッドが受ける
横方向の力をも常時監視できるようにしたウェーハ研磨
装置を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above problems and to accurately detect an end point of a polishing amount of a wafer being polished and to constantly detect a lateral force applied to a wafer holding head. An object of the present invention is to provide a wafer polishing apparatus capable of monitoring.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に
記載されたウェーハ研磨装置を提供する。請求項1に記
載のウェーハ研磨装置においては、ヘッド本体とキャリ
アとを連結し、ヘッド本体からの回転力をキャリアに伝
達する連結部材に、その中心軸に対して対称する位置に
それぞれトルク検出手段を設けることで、ウェーハの保
持ヘッドのキャリアの回転トルクを常時監視でき、研磨
量の終点を正確に検出できる。またキャリアの横方向
(水平方向)の力に対しても、それぞれのトルク検出手
段から得られる個々の出力信号を監視することにより、
常時監視できる。請求項2に記載のウェーハ研磨装置に
おいては、前記トルク検出手段として差動トランスを用
いたものであり、実質的に請求項1の装置と同様の効果
を奏するものである。
According to the present invention, as a means for solving the above-mentioned problems, there is provided a wafer polishing apparatus described in each of the claims. In the wafer polishing apparatus according to claim 1, the head body and the carrier are connected to each other, and the torque detecting means is provided at a position symmetrical with respect to a center axis of the connecting member that transmits the rotational force from the head body to the carrier. Is provided, the rotational torque of the carrier of the wafer holding head can be constantly monitored, and the end point of the polishing amount can be accurately detected. Also, with respect to the lateral (horizontal) force of the carrier, by monitoring the individual output signals obtained from the respective torque detecting means,
Can be monitored constantly. In the wafer polishing apparatus according to the second aspect, a differential transformer is used as the torque detecting means, and substantially the same effect as that of the apparatus according to the first aspect is achieved.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下に図面に従って本発明の実施
の形態であるウェーハ研磨装置について説明する。ウェ
ーハ研磨装置が、ウェーハ1を保持するウェーハ保持ヘ
ッド2と、この保持ヘッド2に対して相対移動させられ
る研磨布3を有する研磨定盤4とを具備している基本構
成は、従来と同様である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A wafer polishing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The basic configuration in which the wafer polishing apparatus includes a wafer holding head 2 for holding a wafer 1 and a polishing platen 4 having a polishing cloth 3 relatively moved with respect to the holding head 2 is the same as the conventional one. is there.

【0011】図1は、本発明のウェーハ研磨装置のウェ
ーハ保持ヘッド2の構造を示す縦断面図である。ウェー
ハ保持ヘッド2は、ヘッド本体21、キャリア22、ガ
イドリング23、リテーナリング24、及びゴムシート
25等から構成される。ヘッド本体21は円盤状に形成
され、その上面には回転軸26がヘッド本体21の中心
軸と同軸上に固定されている。この回転軸26は、図示
されていないモータの出力軸に連結され、このモータの
駆動力によってヘッド本体21は矢印B方向に回転され
る。また、ヘッド本体21にはエア供給路27,28が
形成されている。エア供給路27,28はそれぞれウェ
ーハ保持ヘッド2の外部に延設され、レギュレータRを
介してポンプPに接続されている。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the structure of a wafer holding head 2 of a wafer polishing apparatus according to the present invention. The wafer holding head 2 includes a head body 21, a carrier 22, a guide ring 23, a retainer ring 24, a rubber sheet 25, and the like. The head main body 21 is formed in a disk shape, and a rotating shaft 26 is fixed on the upper surface thereof coaxially with the center axis of the head main body 21. The rotating shaft 26 is connected to an output shaft of a motor (not shown), and the head body 21 is rotated in the direction of arrow B by the driving force of the motor. Further, air supply paths 27 and 28 are formed in the head main body 21. Each of the air supply paths 27 and 28 extends outside the wafer holding head 2 and is connected to a pump P via a regulator R.

【0012】キャリア22は、略円柱状に形成されてヘ
ッド本体21の下部にヘッド本体21と同軸上に配置さ
れている。キャリア22の下面には凹部29が形成さ
れ、この凹部に通気性を有する多孔質板30が収納され
ている。多孔質板30の上方には空気室31が形成さ
れ、この空気室にはキャリア22に形成されたエア路3
2に連通され、エア路32はウェーハ保持ヘッド2の外
部に延設され、レギュレータRを介してポンプPに接続
されている。したがって、ポンプPを駆動してポンプP
からの圧縮エアをエア路32、空気室31及び多孔質板
30を介して、多孔質板30とウェーハ1との間の空間
に吹き出すと、この空間に圧力エア層が形成され、この
圧力エア層を介してキャリアの押圧力がウェーハ1に伝
達される。ウェーハ1は、この圧力エア層を介して伝達
される押圧力によって研磨布3に押し付けられて研磨さ
れる。また、前記エア路32には、切換バルブ33を介
してサクションポンプSPが接続されている。したがっ
て、切換バルブ33を切り換えてサクションポンプSP
を駆動すると、ウェーハ1が多孔質板30に吸引されて
これに吸着保持される。なお、多孔質板30は、内部に
多数の通気路を有するものであり、例えば、セラミック
材料の焼結体よりなるものが用いられている。
The carrier 22 is formed in a substantially cylindrical shape, and is arranged coaxially with the head main body 21 below the head main body 21. A concave portion 29 is formed on the lower surface of the carrier 22, and a porous plate 30 having air permeability is stored in the concave portion. An air chamber 31 is formed above the porous plate 30, and an air passage 3 formed in the carrier 22 is formed in the air chamber 31.
The air path 32 extends outside the wafer holding head 2 and is connected to a pump P via a regulator R. Therefore, by driving the pump P, the pump P
Is blown into the space between the porous plate 30 and the wafer 1 through the air passage 32, the air chamber 31, and the porous plate 30, and a pressure air layer is formed in this space. The pressing force of the carrier is transmitted to the wafer 1 via the layer. The wafer 1 is pressed against the polishing pad 3 by the pressing force transmitted through the pressure air layer and polished. A suction pump SP is connected to the air path 32 via a switching valve 33. Therefore, by switching the switching valve 33, the suction pump SP
Is driven, the wafer 1 is sucked by the porous plate 30 and held by suction. The porous plate 30 has a large number of air passages inside, and for example, a porous plate made of a sintered body of a ceramic material is used.

【0013】ゴムシート25は、均一な厚さで1枚の円
盤状に形成される。このゴムシート25は、大中小の環
状の止め金34,35,36によってヘッド本体21の
下面にボルト等により固定され、これらの止め金によっ
てゴムシート25は外側部25Aと内側部25Bとに2
分されている。2分されたゴムシート25の内側部25
Bは、キャリア22を押圧し、外側部25Aはガイドリ
ング23を介してリテーナリング24を押圧する。
The rubber sheet 25 is formed in a single disk shape with a uniform thickness. The rubber sheet 25 is fixed to the lower surface of the head main body 21 by bolts or the like by means of large, medium, and small annular stoppers 34, 35, 36, and the rubber sheet 25 is separated into two parts by an outer part 25A and an inner part 25B.
Has been divided. Inside part 25 of rubber sheet 25 divided into two
B presses the carrier 22, and the outer portion 25 </ b> A presses the retainer ring 24 via the guide ring 23.

【0014】前記のようにゴムシート25を2分する
と、ヘッド本体21の下方にはゴムシート25の内側部
25Bによって密閉される環状の空間37と、外側部2
5Aによって密閉される環状の空間38とが形成され
る。前記の空間37には、ヘッド本体21に設けられた
エア供給路27が連通されている。したがって、ポンプ
Pからの圧縮エアをエア供給路27から空間37に供給
すると、ゴムシート25の内側部25Bはエア圧で膨脹
する。これにより、内側部25Bの下部に位置するキャ
リア22が、内側部25Bの膨脹によって下方に押圧さ
れる。この押圧力は、前記圧力エア層を介してウェーハ
1に伝達されるので、研磨布3に対するウェーハ1の押
付力が得られる。また、エア圧をレギュレータRで調整
すれば、研磨布3に対するウェーハ1の押し付け力を制
御することができる。
When the rubber sheet 25 is divided into two parts as described above, an annular space 37 sealed by the inner part 25B of the rubber sheet 25 and the outer part
An annular space 38 sealed by 5A is formed. The air supply path 27 provided in the head main body 21 communicates with the space 37. Therefore, when the compressed air from the pump P is supplied from the air supply path 27 to the space 37, the inner portion 25B of the rubber sheet 25 expands with the air pressure. As a result, the carrier 22 located below the inner portion 25B is pressed downward by the expansion of the inner portion 25B. Since this pressing force is transmitted to the wafer 1 via the pressure air layer, a pressing force of the wafer 1 against the polishing pad 3 is obtained. Further, if the air pressure is adjusted by the regulator R, the pressing force of the wafer 1 against the polishing pad 3 can be controlled.

【0015】一方、前記空間38には、同様にヘッド本
体21に設けられたエア供給路28が連通されているの
で、ポンプPからの圧縮エアをエア供給路28から空間
38に供給すると、ゴムシート25の外側部25Aをエ
ア圧で膨脹させることができる。これによって、外側部
25Aの下部に位置するガイドリング23が押し下げら
れ、ガイドリング23の下部に配置されたリテーナリン
グ24が研磨布3に押し付けられる。またレギュレータ
Rでエア圧を調整すれば、リテーナリング24の押付力
を制御することができる。
On the other hand, since the air supply passage 28 similarly provided in the head body 21 is communicated with the space 38, when compressed air from the pump P is supplied from the air supply passage 28 to the space 38, the rubber The outer portion 25A of the sheet 25 can be expanded by air pressure. As a result, the guide ring 23 located below the outer portion 25 </ b> A is pushed down, and the retainer ring 24 arranged below the guide ring 23 is pressed against the polishing pad 3. Further, if the air pressure is adjusted by the regulator R, the pressing force of the retainer ring 24 can be controlled.

【0016】ガイドリング23は、円筒状に形成されて
ヘッド本体21の下部にヘッド本体の中心軸と同軸上に
配置される。また、ガイドリング23の上部外周にはフ
ランジ23Aが形成され、このフランジ23Aは、ウェ
ーハ保持ヘッド2を研磨布3から上昇させたときに、止
め金34の下部内周に形成されたフランジ34Aに当接
され、ウェーハ保持ヘッド2からのガイドリング23の
脱落が防止されている。また、リテーナリング24は、
研磨中のウェーハ1がウェーハ保持ヘッド2から飛び出
すのを防止するためのリングであり、キャリア22の下
部外周部にOリング39を介して装着されている。
The guide ring 23 is formed in a cylindrical shape, and is arranged below the head body 21 coaxially with the center axis of the head body. A flange 23A is formed on the outer periphery of the upper part of the guide ring 23. The flange 23A is formed on a flange 34A formed on the lower inner periphery of the stopper 34 when the wafer holding head 2 is lifted from the polishing pad 3. The guide ring 23 comes into contact with the wafer holding head 2 and is prevented from falling off. In addition, the retainer ring 24
This is a ring for preventing the wafer 1 being polished from jumping out of the wafer holding head 2, and is attached to the lower outer peripheral portion of the carrier 22 via an O-ring 39.

【0017】ヘッド本体21とキャリア22とは、連結
部材である連結バー40で連結されており、ヘッド本体
21の回転をキャリア22に伝達するようになってい
る。連結バー40は、ウェーハ保持ヘッド2の中心軸と
同軸上に配置されており、基部40A、中間軸部40B
及び連結部40Cとから構成されている。基部40A
は、ヘッド本体21に図示されていないボルト等により
固定され、連結部40Cはキャリア22の上面に形成さ
れた円筒状の凹部41に挿入されている。連結部40C
は、円板状をしていて、図3に示されるようにその周囲
に等間隔で数個の、例えば3つの半円状の切欠部42が
設けられており、キャリアの上面に形成された凹部41
の内側面に形成された3つの半円状溝43とで円状の空
間を形成し、ここにピン44を挿入することによって、
連結バー40とキャリア22とが連結されている。これ
によってキャリア22は、ヘッド本体21に対して回り
止めされた状態で連結された状態になる。なお、連結部
40Cは、キャリア22にボルトで固定された抜け止め
リング45によって、キャリア22からの脱落が防止さ
れている。またピン44に代えてボールを使用すること
も可能であるのは当然である。
The head body 21 and the carrier 22 are connected by a connecting bar 40 as a connecting member, and the rotation of the head body 21 is transmitted to the carrier 22. The connection bar 40 is arranged coaxially with the central axis of the wafer holding head 2, and includes a base 40 </ b> A and an intermediate shaft 40 </ b> B.
And a connecting portion 40C. Base 40A
Are fixed to the head main body 21 by bolts or the like (not shown), and the connecting portion 40C is inserted into a cylindrical concave portion 41 formed on the upper surface of the carrier 22. Connection part 40C
Has a circular shape, and as shown in FIG. 3, several semicircular notches 42, for example, three semicircular notches 42 are provided around the periphery thereof at equal intervals, and formed on the upper surface of the carrier. Recess 41
By forming a circular space with the three semi-circular grooves 43 formed on the inner surface of the
The connection bar 40 and the carrier 22 are connected. As a result, the carrier 22 is connected to the head main body 21 while being prevented from rotating. The connecting portion 40C is prevented from dropping from the carrier 22 by a retaining ring 45 fixed to the carrier 22 with bolts. Naturally, a ball can be used instead of the pin 44.

【0018】更にこの連結バー40には、キャリア22
の回転トルクを検出するための一対のトルク検出手段が
設けられている。このトルク検出手段は、図2と3に示
されるように連結バー40の中心軸に対して、対称的か
つ平行に設けられた一対の差動トランス46である。こ
の差動トランス46は、コア部46Aとボビン部46B
とから構成されると共に、この一対の差動トランス46
から出力される出力信号に基づいて前記回転トルクを演
算する制御装置47が設けられている。なお、この差動
トランス46のコア部46Aは、ボビンホルダ48によ
って連結バー40の連結部40Cの上面に固定され、ボ
ビン部46Bはコアホルダ49によって連結バー40の
基部40Aの下面に固定されている。この両者のコア部
46Aは、それぞれ対向する方向に設けられている。
Further, the carrier 22 is connected to the connecting bar 40.
A pair of torque detecting means for detecting the rotational torque of the motor is provided. This torque detecting means is a pair of differential transformers 46 provided symmetrically and parallel to the center axis of the connecting bar 40 as shown in FIGS. The differential transformer 46 includes a core 46A and a bobbin 46B.
And a pair of differential transformers 46
A control device 47 for calculating the rotational torque based on the output signal output from the control unit 47 is provided. The core 46A of the differential transformer 46 is fixed to the upper surface of the connecting portion 40C of the connecting bar 40 by a bobbin holder 48, and the bobbin 46B is fixed to the lower surface of the base 40A of the connecting bar 40 by a core holder 49. The two core portions 46A are provided in directions facing each other.

【0019】このように構成されたトルク検出手段にお
いては、図4に示すように一方の差動トランス46から
の出力信号Aは、ウェーハ1の摩擦の変化として中心か
ら偏位した形の略サインカーブで表われ、他方の差動ト
ランス46からの出力信号Bは、前記出力信号Aの18
0°位相がずれた同様のサインカーブで表われる。した
がって、この両方の出力信号A,Bを加算することによ
ってキャリア22の回転トルクはほぼ直線状に現われ、
これを常時監視することができる。こうして研磨定盤4
の回転方向の力による出力をキャンセルして、ウェーハ
保持ヘッド2の回転力のみ検出できる。またそれぞれの
出力信号A,Bの振幅は、研磨布回転による連結バー4
0の歪み、即ち摩擦の大きさを示しており、これらを監
視することにより、キャリア22が受ける横方向の力を
も監視できる。したがって、本発明のウェーハ研磨装置
のトルク検出手段によれば、従来のウェーハ保持ヘッド
2を回転させるモータの電流値でキャリア22の回転ト
ルクを検出する検出手段に比べて、キャリア22の回転
トルクを正確に検出でき、更にまた従来の1回転当り1
回の回転トルクの検出手段に比べて、キャリア22の回
転トルクを常時監視でき、ウェーハ1の研磨量の終点を
正確に検出できる。
In the thus constructed torque detecting means, as shown in FIG. 4, an output signal A from one differential transformer 46 has a substantially sinusoidal shape deviated from the center as a change in the friction of the wafer 1. The output signal B from the other differential transformer 46 is represented by a curve 18 of the output signal A.
It appears as a similar sine curve with a 0 ° phase shift. Therefore, by adding these two output signals A and B, the rotational torque of the carrier 22 appears almost linearly,
This can be monitored constantly. Polishing surface plate 4
The output due to the force in the rotation direction is canceled, and only the rotation force of the wafer holding head 2 can be detected. The amplitude of each of the output signals A and B depends on the connection bar 4 due to the rotation of the polishing cloth.
This indicates a distortion of 0, that is, a magnitude of friction. By monitoring these, the lateral force applied to the carrier 22 can be monitored. Therefore, according to the torque detecting means of the wafer polishing apparatus of the present invention, the rotational torque of the carrier 22 is smaller than that of the conventional detecting means for detecting the rotational torque of the carrier 22 by the current value of the motor for rotating the wafer holding head 2. Accurate detection and the conventional one per revolution
As compared with the rotation torque detecting means, the rotation torque of the carrier 22 can be constantly monitored, and the end point of the polishing amount of the wafer 1 can be accurately detected.

【0020】次に、前記のように構成された本発明のウ
ェーハ研磨装置の作用について説明する。まず研磨対象
のウェーハ1を多孔質板30で吸着保持し、この状態で
ウェーハ保持ヘッド2を研磨布3上の所定の位置させ、
ウェーハ1の吸着保持を解除して、ウェーハ1を研磨布
3上に載置する。次に、切換バルブ33を切換え、ポン
プPを駆動して、圧縮エアをエア路32から空気室31
を通り多孔質板30からキャリア22とウェーハ1との
間に噴射し、その間に圧力エア層を形成する。同時に、
ポンプPからの圧縮エアをエア供給路27を介して空間
37に供給し、ゴムシート25の内側部25Bを内部エ
ア圧により膨脹させてキャリア22を押圧する。これに
よって、ウェーハ1は、圧力エア層を介して伝達される
キャリア22の押圧力によって研磨布3に押し付けられ
る。そして、レギュレータRでエア圧を調整して内部エ
ア圧力を所望の圧力に制御し、研磨布3に対するウェー
ハ1の押付力を一定にする。
Next, the operation of the wafer polishing apparatus of the present invention configured as described above will be described. First, the wafer 1 to be polished is sucked and held by the porous plate 30, and in this state, the wafer holding head 2 is positioned at a predetermined position on the polishing cloth 3,
The suction holding of the wafer 1 is released, and the wafer 1 is placed on the polishing pad 3. Next, the switching valve 33 is switched, the pump P is driven, and the compressed air is supplied from the air passage 32 to the air chamber 31.
Is injected from the porous plate 30 between the carrier 22 and the wafer 1 to form a pressure air layer therebetween. at the same time,
The compressed air from the pump P is supplied to the space 37 via the air supply path 27, and the inner part 25B of the rubber sheet 25 is expanded by the internal air pressure to press the carrier 22. Thus, the wafer 1 is pressed against the polishing pad 3 by the pressing force of the carrier 22 transmitted through the pressure air layer. Then, the air pressure is adjusted by the regulator R to control the internal air pressure to a desired pressure, and the pressing force of the wafer 1 against the polishing pad 3 is made constant.

【0021】同様にポンプPからの圧縮エアをエア供給
路28を介して空間38に供給し、ゴムシート25の外
側部25Aを内部エア圧により膨脹させてリテーナリン
グ24をガイドリング23を介して押圧し、リテーナリ
ング24を研磨布3に押し付ける。そして、レギュレー
タRでエア圧を調整して内部エア圧力を所望の圧力に制
御し、研磨布3に対するリテーナリング24の押付力を
一定に保持する。
Similarly, the compressed air from the pump P is supplied to the space 38 through the air supply passage 28, and the outer portion 25A of the rubber sheet 25 is expanded by the internal air pressure, and the retainer ring 24 is expanded through the guide ring 23. Then, the retainer ring 24 is pressed against the polishing pad 3. Then, the regulator R adjusts the air pressure to control the internal air pressure to a desired pressure, and keeps the pressing force of the retainer ring 24 against the polishing pad 3 constant.

【0022】この状態で、ウェーハ保持ヘッド2と研磨
定盤4とを回転させてウェーハ1の研磨を開始する。こ
の研磨中において、ウェーハ1はその外周部がリテーナ
リング24の内周部に当接することによって、ウェーハ
保持ヘッド2からの飛び出しが防止された状態で研磨さ
れる。
In this state, the polishing of the wafer 1 is started by rotating the wafer holding head 2 and the polishing platen 4. During this polishing, the wafer 1 is polished in a state in which the wafer 1 is prevented from jumping out of the wafer holding head 2 by the outer peripheral portion being in contact with the inner peripheral portion of the retainer ring 24.

【0023】一方、ウェーハ研磨中におけるウェーハ1
の研磨量は、トルク検出手段と制御装置47とでキャリ
ア22の回転トルクを常時検出することで監視され、こ
の検出された回転トルクが急激に変化した時点で、研磨
量が終点に達したとしてウェーハ1の研磨を終了する。
その後、研磨終了したウェーハ1を、多孔質板30で吸
着保持し、ウェーハ保持ヘッド2のアンロード動作によ
って次の工程に向けて搬送される。
On the other hand, during wafer polishing, the wafer 1
The polishing amount is monitored by constantly detecting the rotational torque of the carrier 22 by the torque detecting means and the control device 47. When the detected rotational torque changes abruptly, it is assumed that the polishing amount has reached the end point. The polishing of the wafer 1 ends.
Thereafter, the polished wafer 1 is sucked and held by the porous plate 30, and is conveyed to the next step by the unloading operation of the wafer holding head 2.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上説明したように本発明のウェーハ研
磨装置によれば、保持ヘッドを構成するヘッド本体とキ
ャリアとを連結部材で連結し、この連結バーにその軸に
対称に1組のトルク検出手段を設け、このトルク検出手
段でキャリアの回転のみを常時検出できるようにしてい
るので、研磨量の終点を迅速に、かつ正確に検出するこ
とができる。
As described above, according to the wafer polishing apparatus of the present invention, the head body constituting the holding head and the carrier are connected by the connecting member, and a set of torques is symmetrically provided on the connecting bar with respect to its axis. Since the detecting means is provided so that only the rotation of the carrier can be always detected by the torque detecting means, the end point of the polishing amount can be quickly and accurately detected.

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

【図1】本発明の実施の形態のウェーハ研磨装置のウェ
ーハ保持ヘッドの縦断面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a wafer holding head of a wafer polishing apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】ウェーハ保持ヘッドに本発明のトルク検出手段
を取り付けた状態を拡大して示した縦断面図である。
FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional view showing a state where the torque detecting means of the present invention is attached to the wafer holding head.

【図3】図2に示されたトルク検出手段の取り付け状態
の横断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a state where the torque detecting means shown in FIG. 2 is mounted.

【図4】本発明のトルク検出手段により検出される時間
とトルクの関係を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between time and torque detected by the torque detecting means of the present invention.

【図5】従来のトルク検出手段を示す部分拡大縦断面図
である。
FIG. 5 is a partially enlarged longitudinal sectional view showing a conventional torque detecting means.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ウェーハ 2…保持ヘッド 3…研磨布 4…研磨定盤 21…ヘッド本体 22…キャリア 40…連結バー 44…ピン 46…差動トランス 48…ボビンホルダ 49…コアホルダ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wafer 2 ... Holding head 3 ... Polishing cloth 4 ... Polishing surface plate 21 ... Head main body 22 ... Carrier 40 ... Connection bar 44 ... Pin 46 ... Differential transformer 48 ... Bobbin holder 49 ... Core holder

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ウェーハを保持ヘッドに保持し、回転す
る研磨定盤上の研磨布に押し付けてウェーハを研磨する
研磨装置において、 前記保持ヘッドは、 回転されると共に前記研磨定盤に対向配置されるヘッド
本体と、 前記ヘッド本体の下方に配置され、前記ウェーハを保持
するキャリアと、 前記ヘッド本体と前記キャリアとを連結し、ヘッド本体
からの回転力をキャリアに伝達する連結部材と、とから
構成されると共に、 前記連結部材に、その中心軸に対して対称する位置にそ
れぞれトルク検出手段を設けて、前記キャリアから連結
部材にかかるキャリアの回転トルクをそれぞれ検出し、
この検出された回転トルクに基づいて、ウェーハの研磨
量の終点を検出することを特徴とするウェーハ研磨装
置。
1. A polishing apparatus for holding a wafer on a holding head and pressing the wafer against a polishing cloth on a rotating polishing table to polish the wafer, wherein the holding head is rotated and arranged to face the polishing table. A head body, a carrier disposed below the head body and holding the wafer, and a connecting member for connecting the head body and the carrier and transmitting a rotational force from the head body to the carrier. Along with the configuration, the coupling member is provided with torque detecting means at positions symmetrical with respect to the center axis thereof, and detects the rotational torque of the carrier applied to the coupling member from the carrier,
A wafer polishing apparatus for detecting an end point of a polishing amount of a wafer based on the detected rotation torque.
【請求項2】 前記トルク検出手段が差動トランスであ
ることを特徴とする請求項1に記載のウェーハ研磨装
置。
2. The wafer polishing apparatus according to claim 1, wherein said torque detecting means is a differential transformer.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100452312C (en) * 2004-10-15 2009-01-14 株式会社东芝 Polishing apparatus and polishing method
JP2019214082A (en) * 2018-06-11 2019-12-19 株式会社東京精密 Cmp device and method

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JP7266369B2 (en) 2018-06-11 2023-04-28 株式会社東京精密 CMP apparatus and method

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