JP2000354958A - Work polishing device, work polishing method and manufacture for semiconductor device - Google Patents

Work polishing device, work polishing method and manufacture for semiconductor device

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JP2000354958A
JP2000354958A JP16671299A JP16671299A JP2000354958A JP 2000354958 A JP2000354958 A JP 2000354958A JP 16671299 A JP16671299 A JP 16671299A JP 16671299 A JP16671299 A JP 16671299A JP 2000354958 A JP2000354958 A JP 2000354958A
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JP
Japan
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work
polishing
deformation
wafer
holding jig
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Application number
JP16671299A
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Japanese (ja)
Inventor
Eijiro Koike
栄二郎 小池
Fujio Takahashi
不二男 高橋
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the wafer polishing accuracy by providing a deformation correcting means for applying an external force to a work holding jig to correct deformation of a work, and continuously compensating the deformation of the work holding jig by during polishing the work, operating the work correcting means according to the detection of a work deformation detecting means. SOLUTION: Compressed air is introduced into an air chamber 14 of a toppling 10, and keeping the lower surface of a toppling base plate 10a substantially flat, a wafer 2 stuck to the lower surface of the base plate 10a is disposed opposite to the surface of a polishing pad 4, and the main surface of the wafer 2 is brought into contact with the motor-rotated polishing pad 4 to polish the wafer 2. During machining, the outputs of thermocouples 20, 21 are sampled in a fixed cycle to monitor the temperature distribution of the toppling 10. The monitoring result is collated with a control table 23 to obtain the air pressure for recovering the flatness of the lower surface of the base plate 20a, and a toppling air pressure control part 18 is controlled by a central control part 19 to press the wafer 2 to the polishing pad 4 vertically and uniformly.

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】この発明は、ワークの一主面
を全体的に均一に平坦化する研磨装置に関し、例えば、
半導体ウエハの主面に形成された層間絶縁膜の表面を化
学的機械研磨によって平坦化する研磨装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polishing apparatus for uniformly flattening one main surface of a work.
The present invention relates to a polishing apparatus for flattening a surface of an interlayer insulating film formed on a main surface of a semiconductor wafer by chemical mechanical polishing.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば、半導体装置の製造工程において
は、半導体ウエハに被着された配線層膜や層間絶縁膜の
表面を均一に研磨し平坦化するために、ウエハの主面を
研磨材に摺接させ研磨する研磨装置が用いられる。
2. Description of the Related Art For example, in a semiconductor device manufacturing process, the main surface of a wafer is polished with a polishing material in order to uniformly polish and flatten the surface of a wiring layer film or an interlayer insulating film deposited on a semiconductor wafer. A polishing device that performs sliding contact and polishing is used.

【0003】半導体製造工程に適用される研磨装置にお
いては、ウエハの主面を高精度かつ均一に研磨すること
が要求される。特にウエハに被着された層間絶縁膜につ
いては、0.1μm以下の膜厚分布精度で研磨すること
が要求される。このような要求に応える研磨装置として
は、従来、特開平9−7984号公報に開示されたもの
が知られている。
In a polishing apparatus applied to a semiconductor manufacturing process, it is required to polish a main surface of a wafer with high accuracy and uniformity. In particular, the interlayer insulating film deposited on the wafer is required to be polished with a film thickness distribution accuracy of 0.1 μm or less. As a polishing apparatus meeting such a demand, a polishing apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-7984 is known.

【0004】この公報に開示された装置は、ウエハの裏
面に対し、エア(空気圧)を直接かつ略均等に印加する
ことで、このウエハの表面を回転する研磨材面に押圧す
るようにし、このことで、ウエハに対する研磨量を全面
に亘って略均一にするようにしている。
In the apparatus disclosed in this publication, air (air pressure) is applied directly and substantially uniformly to the back surface of a wafer so that the surface of the wafer is pressed against the rotating abrasive surface. As a result, the amount of polishing on the wafer is made substantially uniform over the entire surface.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た装置においては、ウエハの裏面に直接印加するように
しているため、ウエハを安定的に保持できない場合があ
り、場合によっては研磨加工中にウエハが振動(踊って
しまう)することが考えられる。
However, in the above-described apparatus, since the voltage is applied directly to the back surface of the wafer, the wafer may not be stably held. Vibration (dancing) can be considered.

【0006】また、エア圧をかけすぎると、ウエハの保
持状態がさらに不安定になるため、印加できる圧力には
限界がある。
If the air pressure is excessively applied, the holding state of the wafer becomes more unstable, and there is a limit to the pressure that can be applied.

【0007】この発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたものであり、ウエハの保持を安定的に行え、かつ、
ウエハの研磨を高精度かつ均一に行なうことができる研
磨装置を提供することを目的とする。
[0007] The present invention has been made in view of such circumstances, and can stably hold a wafer.
It is an object of the present invention to provide a polishing apparatus capable of polishing a wafer with high accuracy and uniformity.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明の主要な観点によれば、ワーク(2)を保
持するワーク保持治具(10)と、このワーク(2)の
変形状態を検出する変形状態検出手段(20、21、2
2)と、前記ワーク保持治具(10)に外力を作用さ
せ、前記ワーク(2)の変形を補正する変形補正手段
(18)と、前記ワーク保持治具(10)に保持された
ワーク(2)を研磨する研磨工具(4)と、前記ワーク
(2)の研磨中に、前記変形検出手段(20、21、2
2)の検出に基づいて前記変形補正手段(18)を作動
させ、研磨中の前記ワーク保持治具(10)の変形を補
償する制御部(19)とを有するワーク研磨装置が提供
される。
According to a main aspect of the present invention, a work holding jig (10) for holding a work (2) and a deformation of the work (2) are provided. Deformation state detection means (20, 21, 2) for detecting the state
2), a deformation correcting means (18) for applying an external force to the work holding jig (10) to correct the deformation of the work (2), and a work (10) held by the work holding jig (10). A polishing tool (4) for polishing the workpiece (2), and the deformation detecting means (20, 21, 2, 2) while the workpiece (2) is being polished.
There is provided a workpiece polishing apparatus having a control section (19) for operating the deformation correction means (18) based on the detection of 2) and compensating for the deformation of the workpiece holding jig (10) during polishing.

【0009】このような構成によれば、ワークの研磨加
工中に生じるワーク保持治具(トップリング)の例えば
熱変形を補正しながら加工を行うことができる。
According to such a configuration, the work can be performed while correcting, for example, thermal deformation of the work holding jig (top ring) generated during the polishing of the work.

【0010】一の実施形態によれば、前記変形状態検出
手段(20、21、22)は、前記ワーク保持治具(1
0)の温度分布を検出する温度検出器(20、21)を
含む。この場合、前記温度検出器によるワーク保持治具
の温度と前記変形補正手段により印加する外力との関係
を記憶する記憶部と、前記温度検出手段により検出した
温度分布と前記記憶部に記憶された関係とから前記変形
補正手段により印可する外力を決定する制御部を有する
ことが好ましい。
According to one embodiment, the deformation state detecting means (20, 21, 22) includes the work holding jig (1).
And a temperature detector (20, 21) for detecting the temperature distribution of (0). In this case, the storage unit stores the relationship between the temperature of the work holding jig by the temperature detector and the external force applied by the deformation correction unit, and the temperature distribution detected by the temperature detection unit and stored in the storage unit. It is preferable to have a control unit that determines the external force applied by the deformation correction unit from the relationship.

【0011】一の実施形態によれば、前記ワーク保持治
具は、その内部に中空部を有し、この中空部内に印加さ
れる圧力に応じて変形するものであり、前記補正手段
は、変形に応じて印加する圧力を制御する中空室圧制御
手段である。
According to one embodiment, the work holding jig has a hollow portion therein, and is deformed in accordance with the pressure applied in the hollow portion. Is a pressure control means for controlling the pressure to be applied in accordance with the pressure.

【0012】また、この発明の別の観点によれば、ワー
クを保持するワーク保持治具と、このワークの変形状態
を検出する変形状態検出手段と、前記ワーク保持治具に
外力を作用させ、前記ワークの変形を補正する変形補正
手段と、前記ワーク保持治具に保持されたワークを研磨
する研磨工具とを有するワーク研磨装置を用いてワーク
の研磨を行うワーク研磨方法であって、前記ワークの研
磨中に、前記変形検出手段の検出に基づいて前記変形補
正手段を作動させ、研磨中の前記ワーク保持治具の変形
を補償する工程を有することを特徴とするワーク研磨方
法が提供される。
According to another aspect of the present invention, a work holding jig for holding a work, a deformation state detecting means for detecting a deformation state of the work, and an external force acting on the work holding jig, A workpiece polishing method for polishing a workpiece using a workpiece polishing apparatus having a deformation correction means for correcting the deformation of the workpiece and a polishing tool for polishing the workpiece held by the workpiece holding jig, A polishing step for operating the deformation correcting means based on the detection of the deformation detecting means during the polishing, thereby compensating for the deformation of the work holding jig during the polishing. .

【0013】この発明のさらなる別の観点によれば、ウ
エハをウエハ保持治具に保持する工程と、前記ウエハ保
持治具に保持されたウエハの表面を研磨工具に押し付
け、このワークを研磨する工程と、前記ウエハの研磨中
に、前記ウエハ保持治具の温度を検出する工程と、前記
ウエハの研磨中に、保持治具の温度検出に基づいて前記
ウエハ保持治具の熱変形を補償する工程とを有すること
を特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
According to still another aspect of the present invention, a step of holding a wafer on a wafer holding jig, and a step of pressing a surface of the wafer held by the wafer holding jig against a polishing tool to grind the workpiece. Detecting the temperature of the wafer holding jig during the polishing of the wafer; and compensating for the thermal deformation of the wafer holding jig based on the temperature detection of the holding jig during the polishing of the wafer. And a method for manufacturing a semiconductor device, comprising:

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態を図
面を参照して説明する。図1は本発明の一実施形態であ
る半導体装置の製造方法に使用されるウエハ研磨装置1
の要部を示すものである。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a wafer polishing apparatus 1 used in a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
Of the main part of FIG.

【0015】本実施形態の研磨装置は、ワークとしての
半導体ウエハ(図に2で示す)の主面(下面)に形成さ
れた絶縁膜や金属膜の表面を化学的機械研磨(Chemical
Mechanical Polishing:以下「CMP」という)する
ことによってその表面の凹凸を平坦化するものである。
研磨する半導体ウエハ2には、図示しないが、外周の一
部にオリエンテーションフラットが形成されていると共
に、その表側領域には半導体素子(例えばメモリ等)が
作り込まれている。そして、このメモリーの表側面上に
は配線層膜(金属膜)から形成された配線および層間絶
縁膜(絶縁膜)がそれぞれ設けられている。
The polishing apparatus according to the present embodiment performs chemical mechanical polishing (Chemical mechanical polishing) on the surface of an insulating film or a metal film formed on the main surface (lower surface) of a semiconductor wafer (shown in FIG. 2) as a work.
By mechanical polishing (hereinafter referred to as “CMP”), the surface irregularities are flattened.
Although not shown, an orientation flat is formed on a part of the outer periphery of the semiconductor wafer 2 to be polished, and a semiconductor element (for example, a memory or the like) is formed in a front region thereof. On the front surface of this memory, a wiring formed from a wiring layer film (metal film) and an interlayer insulating film (insulating film) are provided.

【0016】ここで、前記配線は厚さを有する線分によ
って形成されているため、その上に被着された層間絶縁
膜の表側面には凹凸部が下層の配線の凹凸に倣って形成
されている。そこで、本実施形態においては、この層間
絶縁膜の凸部の一部をウエハ研磨装置1によって研磨し
て除去することにより、層間絶縁膜の表面を平坦化す
る。
Here, since the wiring is formed by a line segment having a thickness, an uneven portion is formed on the surface of the interlayer insulating film adhered thereon so as to follow the unevenness of the underlying wiring. ing. Therefore, in the present embodiment, the surface of the interlayer insulating film is planarized by polishing and removing a part of the convex portion of the interlayer insulating film by the wafer polishing apparatus 1.

【0017】図1に示すように、前記研磨装置1は、そ
の上面に研磨パッド4(研磨クロス)を保持する工具保
持部5と、ウエハ2の主面を前記研磨パッド4に対向さ
せた状態で保持するヘッド7とを有する。
As shown in FIG. 1, the polishing apparatus 1 has a tool holding portion 5 for holding a polishing pad 4 (polishing cloth) on an upper surface thereof, and a state in which a main surface of a wafer 2 faces the polishing pad 4. And a head 7 to be held.

【0018】まず、前記工具保持部5は、ウエハ2の直
径よりも充分に大きい半径を有する円盤形状に形成され
たベースプレート8(定盤)を備えている。このベース
プレート8は水平面内において垂直軸線L回りに回転自
在に支持されている。そして、このベースプレート8の
上面には前記研磨パッド4が全体に亘って均一な厚さで
貼着されている。この研磨パッド4は、例えば、ポア構
造の表面を有する合成樹脂のクロス(布)にコロイダル
シリカ等の微細な砥粒が抱え込まれた研磨材である。
First, the tool holder 5 has a base plate 8 (surface plate) formed in a disk shape having a radius sufficiently larger than the diameter of the wafer 2. The base plate 8 is rotatably supported around a vertical axis L in a horizontal plane. The polishing pad 4 is adhered on the upper surface of the base plate 8 with a uniform thickness. The polishing pad 4 is, for example, a polishing material in which fine abrasive grains such as colloidal silica are held in a cloth (cloth) of a synthetic resin having a surface having a pore structure.

【0019】なお、この研磨パッド4による研磨作業に
際しては、エッチング液(スラリと称される研磨溶液。
以下「スラリ」という。)が用いられることにより、機
械的な研磨(ポリシング)に加えてそのポリシング効果
を高めるメカノケミカルポリシング(mechanochemical
polishing)が実施される。したがって、この研磨パッ
ド4の中心の直上にはスラリを供給するための図示しな
いスラリ供給ノズルが配設されている。
In the polishing operation using the polishing pad 4, an etching solution (a polishing solution called slurry).
Hereinafter, it is referred to as “slurry”. ) Is used, and in addition to mechanical polishing (polishing), mechanochemical polishing (mechanochemical polishing) that enhances the polishing effect
polishing) is performed. Therefore, a slurry supply nozzle (not shown) for supplying a slurry is provided directly above the center of the polishing pad 4.

【0020】一方、ヘッド7は、ウエハ2が層間絶縁膜
側を下向きにした状態で貼り付けられるトップリング1
0と、このトップリング10をエアバック15を介して
保持するトップリング保持部11と、このトップリング
保持部11を保持するヘッド軸12とを有している。
On the other hand, the head 7 has a top ring 1 to which the wafer 2 is attached with the interlayer insulating film side facing down.
0, a top ring holding section 11 for holding the top ring 10 via an airbag 15, and a head shaft 12 for holding the top ring holding section 11.

【0021】前記トップリング10は、ウエハ2の直径
よりも若干大きい直径を有する底板10aと、この底板
10aと略同径に形成された天板10bと、この底板1
0aと天板10bの周縁部を連結しこれらの間に空気室
14を区画する周壁10cとを有する。このトップリン
グ10は、前記トップリング保持部11に、前記エアバ
ック15を区画するダイヤフラム16を介して上下方向
に弾性的に保持されている。そして、このトップリング
10の天板10bの中央部には、このトップリング10
の空気室14内に空気を導入するための空気導入管17
が接続されている。
The top ring 10 includes a bottom plate 10a having a diameter slightly larger than the diameter of the wafer 2, a top plate 10b formed to have substantially the same diameter as the bottom plate 10a, and a bottom plate 1a.
0a and a peripheral wall 10c connecting the peripheral portions of the top plate 10b and defining an air chamber 14 therebetween. The top ring 10 is vertically and elastically held by the top ring holding portion 11 via a diaphragm 16 that partitions the air bag 15. The top ring 10 has a central portion on the top plate 10b.
Air introduction pipe 17 for introducing air into the air chamber 14
Is connected.

【0022】この空気導入管17は、トップリング空気
圧制御部18に接続されている。このトップリング空気
圧制御部18は、例えばステッピングモータで駆動され
るポンプ及び空気圧を制御するためのレギュレータであ
る。そして、このトップリング空気圧制御部18は、図
に19で示す中央制御部からの指令によって前記トップ
リング10内の空気圧を連続可変的に制御することで前
記トップリング10の底板10aの下面の曲率を制御す
ることができるようになっている。
This air introduction pipe 17 is connected to a top ring air pressure control unit 18. The top ring air pressure controller 18 is, for example, a pump driven by a stepping motor and a regulator for controlling air pressure. The top ring air pressure controller 18 continuously and variably controls the air pressure in the top ring 10 in accordance with a command from the central controller shown in FIG. 19, thereby forming the curvature of the lower surface of the bottom plate 10a of the top ring 10. Can be controlled.

【0023】すなわち、例えば研磨中の摩擦熱により底
板10aに熱膨張が生じた場合、これにより底板10a
がその底面の曲率を小さくする方向に変形しようとす
る。このような場合に、前記空気室14内の空気圧を制
御することで前記底板10aに対して前記変形を補償す
るような圧力を作用させ、そして、この底板10aの曲
率が常に略無限大、すなわち、底板10aの下面が常に
高い平坦度に保たれるようにする。
That is, for example, when thermal expansion occurs in the bottom plate 10a due to frictional heat during polishing, the bottom plate 10a
Attempts to deform in a direction that reduces the curvature of the bottom surface. In such a case, by controlling the air pressure in the air chamber 14, a pressure is applied to the bottom plate 10a to compensate for the deformation, and the curvature of the bottom plate 10a is almost infinite, that is, The lower surface of the bottom plate 10a is always kept at a high flatness.

【0024】また、前記トップリング10の天板10b
と底板10aには、温度分布を測定するための熱電対2
0,21が配設されている。この熱電対20,21から
の出力はトップリング温度検出部22に入力されて温度
信号に変換され、中央制御部19に入力される。この中
央制御部19には、前記熱電対20,21により測定さ
れた温度分布と、前記トップリング10の底板10aの
平坦度を保持するために印加するべき空気圧の関係を格
納した制御テーブル23が接続されており、この中央制
御部19は、前記トップリング温度検出部22から受け
取った温度分布に基づいてトップリング10に印加する
空気圧を決定する。
The top plate 10b of the top ring 10
And a bottom plate 10a, a thermocouple 2 for measuring a temperature distribution.
0 and 21 are provided. The outputs from the thermocouples 20 and 21 are input to a top ring temperature detecting unit 22, converted into a temperature signal, and input to a central control unit 19. The central control unit 19 has a control table 23 storing the relationship between the temperature distribution measured by the thermocouples 20 and 21 and the air pressure to be applied to maintain the flatness of the bottom plate 10a of the top ring 10. The central control unit 19 determines the air pressure to be applied to the top ring 10 based on the temperature distribution received from the top ring temperature detection unit 22.

【0025】すなわち、トップリング10の底板10a
の変形は、主に研磨中の摩擦熱によって生じるこのトッ
プリング10自体の熱膨張及び天板10bと底板10a
の熱膨張差によるものである。したがって、予め、例え
ば実験により、所定の温度においてトップリング10の
底板10aの平坦度を保つために必要な空気圧を求めて
おき、これを前記制御テーブル23に格納しておく。
That is, the bottom plate 10a of the top ring 10
Of the top ring 10 itself, which is mainly caused by frictional heat during polishing, and the top plate 10b and the bottom plate 10a
This is due to the difference in thermal expansion of Therefore, for example, an air pressure required to maintain the flatness of the bottom plate 10a of the top ring 10 at a predetermined temperature is obtained in advance by an experiment, for example, and stored in the control table 23.

【0026】このことで、この中央制御部19は、前記
ウエハ2の研磨中に生じた摩擦熱によるトップリング1
0の底板10aの熱変形を補償し、この底板10aの下
面が常に平坦に保たれるようにトップリング10内の空
気圧を制御することができる。
Thus, the central control unit 19 controls the top ring 1 by frictional heat generated during polishing of the wafer 2.
Thus, the air pressure in the top ring 10 can be controlled so as to compensate for the thermal deformation of the bottom plate 10a and to keep the lower surface of the bottom plate 10a always flat.

【0027】なお、前記トップリング10は、前記底板
10aと周壁10cの一体成形品に対して天板10bを
固定することで組み立てられるものであることが好まし
い。また、前記トップリング10の少なくとも底板10
aの材質として好ましいのはアルミニウム材であるが、
天板10bは、この底板10aと同じ材料で形成されて
いても良いし、底板10aよりも熱膨張率が小さい材料
で形成されていても良い。
The top ring 10 is preferably assembled by fixing a top plate 10b to an integrally formed product of the bottom plate 10a and the peripheral wall 10c. Also, at least the bottom plate 10 of the top ring 10
The preferred material for a is an aluminum material,
The top plate 10b may be formed of the same material as the bottom plate 10a, or may be formed of a material having a smaller coefficient of thermal expansion than the bottom plate 10a.

【0028】また、前記底板10aの熱膨張による変形
方向は凸方向若しくは凹方向のどちらか一方に規制され
ていることが好ましい。例えば、前記空気室14内が大
気圧の状態においては、図2(a)に示すように、前記
底板10aが凹方向に湾曲する形状に形成しておき、初
期状態においては、図2(b)に示すように前記空気室
14内に圧縮空気を導入して底板10aの下面を凸方向
に変形させて略平坦に成形するようにしておく。この場
合には、前記底板10aが熱膨張した場合には常に凹方
向に変形することになるから、前記空気室14内の圧力
を高めることで対応することができる。
It is preferable that the direction of deformation of the bottom plate 10a due to thermal expansion is restricted to either the convex direction or the concave direction. For example, when the inside of the air chamber 14 is at atmospheric pressure, as shown in FIG. 2A, the bottom plate 10a is formed in a concavely curved shape, and in the initial state, as shown in FIG. As shown in (1), compressed air is introduced into the air chamber 14 to deform the lower surface of the bottom plate 10a in a convex direction so as to be formed substantially flat. In this case, when the bottom plate 10a thermally expands, the bottom plate 10a is always deformed in the concave direction.

【0029】このようにすることで、研磨加工中のトッ
プリング10の剛性を向上させることができるととも
に、変形による振幅の中心を、底板10aが平坦である
ように設定することも可能になり、熱変形が生じた場合
にも下面の平坦度を安定的に高精度に保つことができ
る。
By doing so, the rigidity of the top ring 10 during polishing can be improved, and the center of the amplitude due to the deformation can be set so that the bottom plate 10a is flat. Even when thermal deformation occurs, the flatness of the lower surface can be stably maintained with high accuracy.

【0030】また、図1に示すように、このトップリン
グ10を保持するトップリング保持部11には、前記エ
アバック15内の空気圧を制御する空気度入孔25が接
続されており、この空気孔25はエアバック空気圧制御
部26に接続されている。このエアバック空気圧制御部
26は例えばポンプとレギュレータとからなる。
As shown in FIG. 1, an air inlet 25 for controlling the air pressure in the air bag 15 is connected to the top ring holding portion 11 for holding the top ring 10. The hole 25 is connected to an airbag air pressure control unit 26. The airbag air pressure control unit 26 includes, for example, a pump and a regulator.

【0031】図3は、以上説明したこの発明の要部を含
む研磨装置の全体構成図である。前記ヘッド7は、この
ヘッド7をZ方向に駆動するZ駆動機構29及びX方向
に駆動するリニア駆動テーブル30に保持されており、
前記中央制御部19からの指令によってXZ方向に駆動
されるようになっている。
FIG. 3 is an overall configuration diagram of a polishing apparatus including the essential parts of the present invention described above. The head 7 is held by a Z drive mechanism 29 that drives the head 7 in the Z direction and a linear drive table 30 that drives the head 7 in the X direction.
It is driven in the XZ direction by a command from the central control unit 19.

【0032】また、前記ベースプレート8は回転駆動部
32に保持されている。この回転駆動部32は、図示し
ない軸受けを介して回転自在に保持された回転軸33
と、この回転軸33をプーリ34及びベルト35からな
る減速機構を介して駆動するための駆動モータ36とか
らなる。
The base plate 8 is held by a rotation drive unit 32. The rotation drive unit 32 includes a rotation shaft 33 rotatably held via a bearing (not shown).
And a drive motor 36 for driving the rotation shaft 33 via a speed reduction mechanism including a pulley 34 and a belt 35.

【0033】前記ヘッド7は、この回転軸33の中心軸
からオフセットした位置に設けられ、この回転軸33を
回転させることで、前記研磨パッド4を前記ウエハ2の
下面に摺接させることができる。
The head 7 is provided at a position offset from the center axis of the rotating shaft 33. By rotating the rotating shaft 33, the polishing pad 4 can be brought into sliding contact with the lower surface of the wafer 2. .

【0034】また、このヘッド7から前記中心軸L回り
に180度ずれた位置には、前記研磨パッド4の表面を
ドレッシングして、この研磨パッド4の研磨力を回復さ
せるためのドレッサ38が設けられている。このドレッ
サ38は前記リニア駆動テーブル30及びZ駆動機構3
9によって保持されており、所定時間毎に作動すること
で研磨パッド4のドレッシングを行う。
A dresser 38 for dressing the surface of the polishing pad 4 and restoring the polishing force of the polishing pad 4 is provided at a position shifted from the head 7 by 180 degrees around the central axis L. Have been. The dresser 38 includes the linear drive table 30 and the Z drive mechanism 3.
The polishing pad 4 is dressed by being activated by a predetermined time.

【0035】次に、この装置の動作について説明する。Next, the operation of this device will be described.

【0036】まず、前記中央制御部19は、前記トップ
リング10の空気室14内に圧縮空気を導入し、このト
ップリング10の底板10aの下面を略平坦に保持する
(図2(b)参照)。この状態で、前記リニア駆動テー
ブル30及びZ駆動機構29が作動し、前記ヘッド7
を、ウエハ2を1枚ずつ払い出すローディングステーシ
ョン(図示せず)に移動させ、前記底板10aの下面に
ウエハ2を貼着させる。
First, the central control unit 19 introduces compressed air into the air chamber 14 of the top ring 10, and holds the lower surface of the bottom plate 10a of the top ring 10 substantially flat (see FIG. 2B). ). In this state, the linear drive table 30 and the Z drive mechanism 29 operate, and the head 7
Is moved to a loading station (not shown) for discharging the wafers 2 one by one, and the wafers 2 are adhered to the lower surface of the bottom plate 10a.

【0037】ついで、このウエハ2を前記研磨パッド4
の表面に対向させる。そして、前記モータ36によって
前記回転軸33を介して研磨パッド4を回転させた状態
で、前記ヘッド7を下降駆動し、前記ウエハ2の主面を
前記研磨パッド4に接触させる。このことで、ウエハ2
の研磨が開始される。
Then, the wafer 2 is placed on the polishing pad 4
Face the surface of Then, with the polishing pad 4 being rotated by the motor 36 via the rotating shaft 33, the head 7 is driven downward to bring the main surface of the wafer 2 into contact with the polishing pad 4. As a result, the wafer 2
Polishing is started.

【0038】研磨加工中のウエハ2の研磨工具に対する
押し付け力は前記中央制御部19がエアバック15中の
空気圧を制御することで行う。また、前述した図示しな
いスラリ供給ノズルからスラリが研磨面に供給されるこ
とにより、機械的な研磨(ポリシング)に加えてそのポ
リシング効果を高めるメカノケミカルポリシングが実施
される。
The pressing force of the wafer 2 on the polishing tool during the polishing process is performed by the central control unit 19 controlling the air pressure in the airbag 15. In addition, by supplying the slurry from the above-described slurry supply nozzle (not shown) to the polishing surface, mechanochemical polishing that enhances the polishing effect is performed in addition to mechanical polishing (polishing).

【0039】このような研磨加工中には、摩擦熱が発生
し、この熱がウエハ2を介してヘッド7側のトップリン
グ10に伝導する。このことで、このトップリング10
は熱膨張をし、この熱膨張量及び天板10bと底板10
aとの熱膨張差によってウエハ2を保持している底板1
0aに変形が生じようとする。前記中央制御部19は、
前記熱電対20、21を介し、一定の周期で熱電対2
0、21の出力をサンプリングすることで前記トップリ
ング10の温度分布を監視している。
During such polishing, frictional heat is generated, and this heat is transmitted to the top ring 10 on the head 7 side via the wafer 2. By this, this top ring 10
Undergoes thermal expansion, the amount of thermal expansion and the top plate 10b and the bottom plate 10
a holding the wafer 2 due to a difference in thermal expansion from the bottom plate 1
0a is about to be deformed. The central control unit 19 includes:
Through the thermocouples 20 and 21, the thermocouples 2 are arranged at a constant cycle.
The temperature distribution of the top ring 10 is monitored by sampling the outputs 0 and 21.

【0040】そして、この中央中央制御部19は、この
温度分布情報を前記制御テーブル23に照らし合わせる
ことで、前記底板20aの下面の平坦度を回復させるた
めの空気圧を求め、これに基づいて前記トップリング空
気圧制御部18を制御する。
Then, the central control unit 19 obtains the air pressure for restoring the flatness of the lower surface of the bottom plate 20a by comparing the temperature distribution information with the control table 23. The top ring air pressure controller 18 is controlled.

【0041】これにより、ウエハ2の主面は研磨パッド
4に垂直かつ均一に押接された状態になるため、その研
磨量は全体にわたって均一になる。その結果、ウエハ2
の前記層間絶縁膜の表面部は全体に亘って均等に研磨さ
れることになるため、凹凸部が全体にわたって除去され
るとともに、全体にわたって均一な厚さを呈する層間絶
縁膜が形成され、きわめて良好な平坦化を実現すること
ができる。
As a result, the main surface of the wafer 2 is vertically and uniformly pressed against the polishing pad 4, so that the polishing amount is uniform over the entire surface. As a result, wafer 2
Since the surface portion of the interlayer insulating film is uniformly polished over the entire surface, the uneven portion is removed over the entire surface, and the interlayer insulating film having a uniform thickness over the entire surface is formed. It is possible to realize smooth flattening.

【0042】すなわち、この発明によれば、研磨中にリ
アルタイムでトップリングの下面の平坦度を制御するこ
とができるから、より高精度の研磨が行える効果があ
る。
That is, according to the present invention, since the flatness of the lower surface of the top ring can be controlled in real time during polishing, there is an effect that higher precision polishing can be performed.

【0043】なお、この発明は上記一実施形態に限定さ
れるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で種々
変形可能である。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be variously modified without changing the gist of the invention.

【0044】たとえば、ヘッド7を上側に研磨パッド4
を下側に配置するに限らず、ヘッド7を下側に研磨パッ
ド4を上側に配置してもよい。また、ヘッド7側を下降
させるように構成するに限らず、研磨パッド4側を上昇
させるように構成してもよい。さらに、ヘッド7と研磨
パッド4とは上下方向に不動とし、ウエハの被研磨面と
研磨パッド4の研磨材面とを相対的に水平方向に移動さ
せて単に擦り合わせるように構成してもよい。
For example, the head 7 is placed on the polishing pad 4
The head 7 may be arranged on the lower side, and the polishing pad 4 may be arranged on the upper side. The configuration is not limited to lowering the head 7 side, but may be configured to raise the polishing pad 4 side. Further, the head 7 and the polishing pad 4 may be immovable in the vertical direction, and the surface to be polished of the wafer and the abrasive material surface of the polishing pad 4 may be relatively horizontally moved and simply rubbed. .

【0045】また、研磨装置のワークは、表面に金属膜
および絶縁膜が被着されたウエハ2に限らず、加工前の
ウエハ2であってもよい。すなわち、ウエハ研磨装置
は、ウエハの研削装置やポリシング装置等として使用す
ることができる。
The work of the polishing apparatus is not limited to the wafer 2 having a surface coated with a metal film and an insulating film, but may be a wafer 2 before processing. That is, the wafer polishing apparatus can be used as a wafer grinding apparatus, a polishing apparatus, or the like.

【0046】一方、前記一実施形態においては、トップ
リング10の変形状態検出手段として熱電対を用いた
が、これに限定されるものではなく、直接変位測定器を
用いて測定しても良い。また、トップリングの変形を補
正するために空気圧を利用するようにしているが、これ
に限定されるものではなく、例えば前記空間部14内に
水等の流体を封入するようにし、この流体に印加する圧
力により前記トップリング10を変形させてもよい。
On the other hand, in the above-described embodiment, a thermocouple is used as the deformed state detecting means of the top ring 10, but the present invention is not limited to this, and a direct displacement measuring device may be used. In addition, air pressure is used to correct the deformation of the top ring. However, the present invention is not limited to this. For example, a fluid such as water is sealed in the space portion 14, and The top ring 10 may be deformed by the applied pressure.

【0047】さらに、以上の説明では研磨装置をウエハ
の研磨に適用した場合について説明したが、それに限定
されるものではなく、研磨装置はコンパクトディスクや
磁気ディスク、液晶パネル、フォトマスク等の板形物の
表面を研磨する研磨に適用することができる。
Further, in the above description, the case where the polishing apparatus is applied to the polishing of a wafer has been described. However, the present invention is not limited to this. It can be applied to polishing for polishing the surface of an object.

【0048】また、このような構成によれば、トップリ
ングの下面を任意の凸面、凹面形状に変形させることが
できるので、一枚のトップリングで平面研磨のみなら
ず、凹球面、凸球面研磨をも行うことができる。
Further, according to such a configuration, the lower surface of the top ring can be deformed into an arbitrary convex or concave shape, so that not only planar polishing but also concave spherical and convex spherical polishing can be performed with a single top ring. Can also be performed.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上述べたような構成によれば、ウエハ
の保持を安定的に行え、かつ、ウエハの研磨を高精度か
つ均一に行なうことができる研磨装置を提供することが
可能になる。
According to the above-described structure, it is possible to provide a polishing apparatus which can stably hold a wafer and can polish a wafer with high accuracy and uniformity.

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

【図1】この発明の一実施形態を示す概略構成図。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the present invention.

【図2】トップリングの変形状態を説明するための説明
図。
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a deformed state of a top ring.

【図3】一実施形態にかかる研磨装置の全体を示す概略
構成図。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing an entire polishing apparatus according to an embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ウエハ研磨装置 2…半導体ウエハ(ワーク) 4…研磨パッド(研磨工具) 5…工具保持部 7…ヘッド 8…ベースプレート 10…トップリング(ワーク保持治具) 10a…底板(ワーク保持治具の一面) 10b…天板 10c…周壁 11…トップリング保持部 12…ヘッド軸 14…空気室(中空部、変形補正手段) 15…エアバック 16…ダイヤフラム 17…空気導入管 18…トップリング空気圧制御部(変形補正手段) 19…中央制御部 20a…底板 20.21…熱電対(変形検出手段) 22…トップリング温度検出部(変形検出手段) 23…制御テーブル(記憶部) 25…空気度入孔 26…エアバック空気圧制御部 29…Z駆動機構 30…リニア駆動テーブル 31…定盤 32…回転駆動部 33…回転軸 34…プーリ 35…ベルト 36…駆動モータ 38…ドレッサ 39…Z駆動機構 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wafer polishing apparatus 2 ... Semiconductor wafer (work) 4 ... Polishing pad (polishing tool) 5 ... Tool holding part 7 ... Head 8 ... Base plate 10 ... Top ring (Work holding jig) 10a ... Bottom plate (Work holding jig 10b ... Top plate 10c ... Peripheral wall 11 ... Top ring holding part 12 ... Head shaft 14 ... Air chamber (hollow part, deformation correction means) 15 ... Air bag 16 ... Diaphragm 17 ... Air introduction pipe 18 ... Top ring air pressure control part (Deformation correction means) 19 Central control unit 20a Bottom plate 20.21 Thermocouple (deformation detection means) 22 Top ring temperature detection unit (deformation detection means) 23 Control table (storage unit) 25 Air inlet 26 ... air bag air pressure control unit 29 ... Z drive mechanism 30 ... linear drive table 31 ... surface plate 32 ... rotation drive unit 33 ... rotation shaft 34 ... pulley 5 ... belt 36 ... drive motor 38 ... dresser 39 ... Z drive mechanism

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Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ワークを保持するワーク保持治具と、 このワークの変形状態を検出する変形状態検出手段と、 前記ワーク保持治具に外力を作用させ、前記ワークの変
形を補正する変形補正手段と、 前記ワーク保持治具に保持されたワークを研磨する研磨
工具と 前記ワークの研磨中に、前記変形検出手段の検出に基づ
いて前記変形補正手段を作動させ、研磨中の前記ワーク
保持治具の変形を継続的に補償する制御部とを有するこ
とを特徴とするワーク研磨装置。
1. A work holding jig for holding a work, a deformation state detecting means for detecting a deformation state of the work, and a deformation correcting means for correcting the deformation of the work by applying an external force to the work holding jig. A polishing tool for polishing the work held by the work holding jig; and during the polishing of the work, the deformation correction means is operated based on the detection of the deformation detection means, and the work holding jig being polished. And a controller for continuously compensating for deformation of the workpiece.
【請求項2】 請求項1記載の研磨装置において、 前記変形状態検出手段は、 前記ワーク保持治具の温度を検出する温度検出器を含む
ことを特徴とするワーク研磨装置。
2. The polishing apparatus according to claim 1, wherein said deformation state detecting means includes a temperature detector for detecting a temperature of said work holding jig.
【請求項3】 請求項2記載の研磨装置において、 前記温度検出器によるワーク保持治具の温度分布と前記
変形補正手段により印加する外力との関係を記憶する記
憶部と、 前記温度検出手段により検出した温度分布と前記記憶部
に記憶された関係とから前記変形補正手段により印可す
る外力を決定する制御部を有することを特徴とするワー
ク研磨装置。
3. The polishing apparatus according to claim 2, wherein the storage unit stores a relationship between a temperature distribution of the work holding jig by the temperature detector and an external force applied by the deformation correction unit. A workpiece polishing apparatus, comprising: a control unit that determines an external force to be applied by the deformation correction unit from a detected temperature distribution and a relationship stored in the storage unit.
【請求項4】 請求項1記載の研磨装置において、 前記ワーク保持治具は、その内部に中空部を有し、この
中空部内に印加される圧力に応じて変形するものであ
り、 前記補正手段は、変形に応じて印加する圧力を制御する
中空室圧制御手段であることを特徴とする研磨装置。
4. The polishing apparatus according to claim 1, wherein the work holding jig has a hollow portion therein, and is deformed according to a pressure applied in the hollow portion. Is a hollow chamber pressure control means for controlling a pressure applied according to deformation.
【請求項5】 ワークを保持するワーク保持治具と、こ
のワークの変形状態を検出する変形状態検出手段と、前
記ワーク保持治具に外力を作用させ、前記ワークの変形
を補正する変形補正手段と、前記ワーク保持治具に保持
されたワークを研磨する研磨工具とを有するワーク研磨
装置を用いてワークの研磨を行うワーク研磨方法であっ
て、 前記ワークの研磨中に、前記変形検出手段の検出に基づ
いて前記変形補正手段を作動させ、研磨中の前記ワーク
保持治具の変形を補償する工程を有することを特徴とす
るワーク研磨方法。
5. A work holding jig for holding a work, a deformation state detecting means for detecting a deformation state of the work, and a deformation correcting means for correcting the deformation of the work by applying an external force to the work holding jig. And a work polishing method for polishing a work using a work polishing apparatus having a polishing tool for polishing a work held by the work holding jig, wherein during the polishing of the work, the deformation detection means A method of polishing a work, comprising: activating the deformation correction means based on the detection to compensate for deformation of the work holding jig during polishing.
【請求項6】 ウエハをウエハ保持治具に保持する工程
と、 前記ウエハ保持治具に保持されたウエハの表面を研磨工
具に押し付け、このワークを研磨する工程と、 前記ウエハの研磨中に、前記ウエハ保持治具の温度を検
出する工程と、 前記ウエハの研磨中に、保持治具の温度検出に基づいて
前記ウエハ保持治具の熱変形を補償する工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. A step of holding a wafer on a wafer holding jig; a step of pressing a surface of the wafer held by the wafer holding jig against a polishing tool to polish the workpiece; A semiconductor comprising: a step of detecting a temperature of the wafer holding jig; and a step of compensating for thermal deformation of the wafer holding jig based on the temperature detection of the holding jig during polishing of the wafer. Device manufacturing method.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001078124A1 (en) * 2000-04-12 2001-10-18 Semicontech Corporation Conditioner and conditioning process for polishing pad of chemical mechanical polishing apparatus
CN102001041A (en) * 2010-10-18 2011-04-06 东华大学 Sensor for simultaneously testing temperatures of multiply points in high-speed cylindrical grinding arc area and device thereof
CN115673910A (en) * 2023-01-03 2023-02-03 北京特思迪半导体设备有限公司 Pressure plate controlled by liquid expansion and surface type control method for base material polishing
CN116175306A (en) * 2023-04-26 2023-05-30 北京特思迪半导体设备有限公司 Platen structure, apparatus for processing flat workpiece and face type control method thereof

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