JP2004358638A - Method and device for polishing semiconductor wafer - Google Patents

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JP2004358638A JP2003162827A JP2003162827A JP2004358638A JP 2004358638 A JP2004358638 A JP 2004358638A JP 2003162827 A JP2003162827 A JP 2003162827A JP 2003162827 A JP2003162827 A JP 2003162827A JP 2004358638 A JP2004358638 A JP 2004358638A
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semiconductor wafer
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Takeshi Maeda
剛 前田
Shinji Kadoshima
信司 角島
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Sumco Corp
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Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and a device for polishing a semiconductor wafer which provide a highly flat semiconductor wafer. <P>SOLUTION: Temperatures at different positions in the thickness direction of a carrier plate 16 are measured by each thermocouple 17A-17E during polishing. Thus, the temperature of the plate 16 in actual polishing is measured. A warpage amount of the plate 16 is calculated from the temperature data. Also, on the basis of the temperature data, a supply amount of a polishing agent for reducing the warpage amount is controlled, the temperature of cooling wafer flowing in the internal flow path of a polishing platen 12 is controlled, and polishing pressure from a polishing head 13 to a silicone wafer W is controlled. As a result, a polishing rate in the polishing face of the wafer W is equalized. The flatness of the wafer W after the polishing is enhanced. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体ウェーハの研磨方法および半導体ウェーハの研磨装置、詳しくはウェーハ保持部材の異なる深さに埋設した複数の温度センサで測定されたウェーハ保持部材の温度により、研磨時のウェーハ保持部材の反り量を算出する半導体ウェーハの研磨方法および半導体ウェーハの研磨装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
面取り後、エッチングされたシリコンウェーハには、次の研磨工程で、シリコンウェーハの表面に機械的化学的研磨が施される。ここで、研磨機により、その表面が平滑で無歪の鏡面に仕上げられる。
従来の研磨機は、上面に研磨布が張設された研磨定盤と、研磨定盤の上方に対向して配置され、下面にシリコンウェーハが所定の保持構造により保持された研磨ヘッドとを備えている。
研磨時は、研磨砥粒を含む研磨剤(スラリー)を研磨布に供給しながら、研磨ヘッドと一体的に回転中のシリコンウェーハを、研磨布の表面(研磨作用面)に摺接させることにより、研磨する。
【0003】
このような研磨機によるシリコンウェーハの研磨は、研磨布とシリコンウェーハとの摺接面において、研磨布とシリコンウェーハとの間に介在される研磨剤の摩擦熱および反応熱により促進される。
摩擦熱は、研磨布の表面に所定の温度分布を発生させるとともに、シリコンウェーハに対しても、ウェーハ面内で温度分布を発生させる。また、シリコンウェーハを保持するキャリアプレートに対しても所定の温度差を生じさせる。このようなウェーハ保持部材の温度差などは、研磨布上に供給される研磨剤による冷却効果および研磨定盤の内部流路に供給される冷却水による冷却効果と、研磨ヘッドからシリコンウェーハに作用される研磨圧力のバラつきによる仕事量の違いなどにより生じる。
そして、このウェーハ保持部材での温度差はウェーハ保持部材に反りを付加することとなっていた。すなわち、ウェーハ保持部材の半径方向での内側部分はその外側部分に比べて温度が高くなると、ウェーハ保持部材が下に凸の状態に反っていた。これが研磨面の平坦度などに大きな影響を及ぼす。
【0004】
従来、前記摩擦熱および反応熱などの研磨時に発生する熱(以下、研磨熱)を測定する方法としては、研磨定盤の側部上方に配置された非接触式の赤外線放射温度計によって、研磨中の研磨布の表面温度を検出する方法が知られている。赤外線放射温度計からの検出信号は、研磨機の制御部に送られ、この検出信号に基づく制御部からの指令によって、研磨布上に供給される研磨剤の供給量、および、研磨定盤に供給される冷却水の水温などを制御し、研磨布の表面の温度の不均一を解消していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の研磨熱を検出する方法では、実際に研磨中の半導体ウェーハのウェーハ保持部材の反り量を検出することはできなかった。よって、半導体ウェーハの研磨面の平坦度を高めることが困難であった。
【0006】
【発明の目的】
この発明の目的は、研磨時の半導体ウェーハ保持部材の厚さ方向の温度を測定して、この測定値に基づき、その反り量を算出し、さらに反り量に応じて研磨条件などをコントロールすることにより、ウェーハの研磨面の平坦度を高めることができる半導体ウェーハの研磨方法を、提供することである。
また、この発明は、ウェーハ保持部材の厚さ方向の複数位置での温度を測定してウェーハ保持部材の反り量を算出し、この反り量に基づき、半導体ウェーハの面内での研磨レートを均一化して高平坦度の半導体ウェーハを作製することが可能な半導体ウェーハの研磨装置を提供することを、その目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、所定の厚さを有するウェーハ保持部材に保持された半導体ウェーハを研磨布に摺接させてこの半導体ウェーハを研磨する際、このウェーハ保持部材の厚さ方向での異なる深さ位置での温度を測定する半導体ウェーハの研磨方法であって、研磨中でのウェーハ保持部材の温度を、その異なる深さ位置に離間して埋設された複数の温度センサにより測定する半導体ウェーハの研磨方法である。
この方法を実施するための研磨装置としては、例えば、半導体ウェーハを研磨ヘッドに真空吸着する方式、キャリアプレートを介して、半導体ウェーハを研磨ヘッドにワックス接着するワックスマウント方式、または、水を含むバックパッドによって半導体ウェーハを研磨ヘッドに保持するワックスレスマウント方式などがある。
さらに、研磨ヘッドを研磨定盤の上方に対向配置したものでも、これとは上下を逆に配置したものでもよい。研磨ヘッドの素材は限定されない。ただし、セラミックス、低膨張率の金属(合金を含む)、鋳鉄、鉄鋼などが好ましい。
ウェーハ保持部材とは、研磨ヘッドまたはこれに支持されたキャリアプレートを含む。
【0008】
温度測定は、例えば熱電対、バイメタル式温度計、サーミスタ温度計などの接触式の温度センサを採用することができる。さらには、光高温計、赤外線などの放射温度計などの非接触式の温度センサも採用することができる。
温度センサは、研磨ヘッドのヘッド本体のウェーハ保持面付近に埋め込んでもよい。または、研磨ヘッドの下面にキャリアプレートが取り付けられる場合には、このキャリアプレート内に埋め込むことができる。
1枚のキャリア(ウェーハ保持部材)に対する温度センサの使用本数は、2本または3本以上であればよい。これらの温度センサはキャリアの厚さ方向だけでなく、その半径方向の位置をも異ならせて配置してもよい。キャリアの反り量をより正確に算出することが可能になるとともに、キャリアのウェーハ保持面の温度分布も測定可能となる。
【0009】
温度センサからの検出信号は、例えば研磨ヘッドの回転軸の軸線に沿って形成された配線路内を通過するリード線を利用することで、直接、研磨装置の制御部に送信してもよい。そのほか、研磨ヘッドにデータロガーを取り付け、ここでデジタル変換されたデータを、研磨ヘッドと装置本体との間に設けられた発光部(赤外線発光式など)および受光部を用いて、送信してもよい。その制御部は、得られた温度データに基づき、直接、研磨時の温度分布を作成し、表示してもよい。または、温度データの値だけを出力し、その出力された値に基づき、オペレータの手作業により温度分布を表化またはグラフ化してもよい。
【0010】
研磨布は、通常、研磨定盤の研磨ヘッドとの対向面に展張される。この研磨布としては、例えば硬質ウレタンパッド、不織布パッドなどが挙げられる。
研磨布および研磨ヘッドの両方を回転させてもよいし、研磨布だけ、または、研磨ヘッドだけを回転させてもよい。
研磨剤としては、例えば焼成シリカやコロイダルシリカ(研磨砥粒)、アミン(加工促進剤)および有機高分子(ヘイズ抑制剤)などを混合したものなどを採用することができる。このうち、コロイダルシリカは、珪酸微粒子が凝集しないで1次粒子のまま水中に分散した、透明もしくは不透明の乳白色のコロイド液として提供される。
半導体ウェーハは、代表的なシリコンウェーハ以外にも、例えばガリウム砒素ウェーハ(GaAsウェーハ)などを採用することができる。
【0011】
請求項2に記載の発明は、上記複数の温度センサにより測定した温度データに基づき、上記ウェーハ保持部材の反り量を算出する請求項1に記載の半導体ウェーハの研磨方法である。
温度センサとして熱電対が好適である。熱電対の種類は限定されない。例えば、JISで規格されたB,R,Sなどの各種の熱電対を採用することができる。反り量の算出は、ウェーハ保持部材の浅い位置と深い位置との温度差などにより算出する。
【0012】
請求項3に記載の発明は、研磨布が張設された研磨定盤と、研磨定盤に対向して配設され、そのウェーハ保持面に半導体ウェーハを保持するウェーハ保持部材と、このウェーハ保持部材の厚さ方向でその異なる深さ位置に離間して埋設され、各深さ位置でのウェーハ保持部材の温度を測定する複数の温度センサとを備えた半導体ウェーハの研磨装置である。
【0013】
請求項4に記載の発明は、上記各温度センサによる検出値に基づき、上記ウェーハ保持部材の反り量を算出する算出手段を有した請求項3に記載の半導体ウェーハの研磨装置である。
算出手段は、例えばコンピュータシステムを用いて構成することができる。例えばセンサからのデータを入力し、所定のプログラムを使用してこれらのデータから反り量を算出する。
【0014】
【作用】
この発明によれば、研磨時、ウェーハ保持部材の厚さ方向で異なる位置の各温度を、埋設した複数の温度センサにより測定する。よって、実際の研磨時でのウェーハ保持部材の温度を測定することができる。そして、その測定された温度データの検出信号に基づき、半導体ウェーハのウェーハ保持部材の反り量を算出する。また、得られた温度データに基づき、反り量が小さくなるよう、例えば研磨剤の供給量の制御、研磨定盤の内部流路を流れる冷却水の温度の制御、さらには研磨ヘッドから半導体ウェーハに対する研磨圧力の制御を行う。これにより、半導体ウェーハの研磨面内の研磨レートを均一化することができ、その結果、研磨後のウェーハ平坦度を高めることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。
図1〜図4は、この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの研磨装置を示す図である。
図1において、10はバッチ式の研磨装置であり、この研磨装置10は、表面に硬質ウレタンパッド製の研磨布11が展張された研磨定盤12と、この上方に配設された研磨ヘッド13とを備えている。
【0016】
研磨ヘッド13は、円盤状のヘッド本体14を有している。このヘッド本体14の外周部下面には、厚肉な環状フランジ14aが一体形成されている。環状フランジ14aの下端面には、シリコーンゴム製の環状の緩衝体15が固着されている。この緩衝体15を介して、厚さ20mmのセラミックス製のキャリアプレート16が、ヘッド本体14に着脱自在に支持されている。
キャリアプレート16は、そのウェーハ保持面(下面)に5枚のシリコンウェーハWがワックス貼着される。キャリアプレート16のウェーハ保持面のうち、ある1枚のシリコンウェーハWが保持される部分には、平面視してキャリアプレート16の中心と、シリコンウェーハWの中心とを通過する1本の仮想線上に一定ピッチで配置された5つの小孔16a〜16eが形成されている。各小孔16a〜16eは、その深さが異なり、キャリアプレート16の上面から下面近傍に達する直径1.5〜2mmの孔である。例えば小孔16aが最も浅く(深さA)、小孔16bがこれより少しだけ深く(深さB)、小孔16cがその次に深く(深さC)、小孔16dがさらに深く(深さD)、小孔16eが最も深い(深さE)。
各孔16a〜16eの具体的な形成位置を以下に示す。すなわち、それぞれ平面視して、キャリアプレート16の中心に最も近い位置に小孔16aが形成され、ウェーハ中心位置に小孔16cが形成され、キャリアプレート16の中心から最も離れた位置に小孔16eが形成され、小孔16bが小孔16aと小孔16cとの中間位置に形成され、小孔16cと小孔16eとの中間位置に小孔16dが形成されている。
【0017】
各小孔16a〜16eには、上記ウェーハ保持面に保持されるキャリアプレート16の面内の温度を測定する合計5本の熱電対(温度センサ)17A〜17Eがそれぞれ挿入・固定されている。具体的には、小孔16aに熱電対17Aが、小孔16bに熱電対17Bが、小孔16cに熱電対17Cが、小孔16dに熱電対17Dが、小孔16eに熱電対17Eがそれぞれ挿入されている。これらの熱電対17A〜17Eは、その設置位置でのキャリアプレート16の温度を検出することができる。
そして、キャリアプレート16の上面の一側部分には、各熱電対17A〜17Eからの検出信号をデジタル変換するデータロガー18が取り付けられている。ヘッド本体14の上には、平面視して円形のフードFにより覆われた環状のおもり19が搭載されている。おもり19による研磨ヘッド13の全体荷重(静荷重)が、緩衝体15を介して、キャリアプレート16に付加される。
【0018】
ヘッド本体14の中央部上には、研磨装置10の上部架台10aに内蔵された回転モータ(図示せず)から延びた回転軸20の下端が固着されている。また、フードFの外周部の一部分上には、データロガー18により変換された温度データを、上部架台10aの下面に設けられた受光部21に向かって、赤外線の信号として発信する発光部22が固定されている。受光部21が受光した温度データの信号は制御部Cに送られる。
フードFの外周部のうち、回転軸20を中心とした発光部22とは反対側の部分上には、上面が鏡面仕上げされた反射板23が固定されている。この上部架台10aの下面のうち、回転軸20を中心とした受光部21とは反対側の位置には、反射板23に向かって光を照射する光電センサ24が設けられている。光電センサ24によりデータ送信のタイミングを計り、その送信タイミングで発光部22から受光部21に向かって温度データを含む赤外線の信号が照射される。
図示しないものの、キャリアプレート16の中心部一帯の上面には、円板状の加圧板が、ピラミッド状のシリコーンゴムを介して着脱自在に固着されている。さらに、ヘッド本体14の内面中央部には、エアシリンダが垂設され、そのロッドの下端に加圧板が固着されている。ロッドを突出させると、加圧板が下方へ移動し、キャリアプレート16の中央部一帯が下方へ押される。よって、キャリアプレート16に貼着された各シリコンウェーハWが、研磨定盤12の研磨布11に所定の加圧力で押し付けられる(中心荷重)。
【0019】
次に、この実施例に係る研磨装置10の作動を説明する。
研磨時には、研磨定盤12上の研磨布11に焼成シリカやコロイダルシリカなどの研磨砥粒を含む研磨剤を供給しながら、研磨布11と各シリコンウェーハWとの間に所定の荷重および相対速度を与えることで行われる。
この研磨時には、緩衝体15を介して、おもり19の全体荷重が環状フランジ14aからキャリアプレート16の外周部に作用する。また、図示しないエアシリンダによりキャリアプレート16の中心部に中心荷重が作用する。すなわち、これらの静荷重と中心荷重とのバランスを保った状態で、シリコンウェーハWは鏡面研磨される。
【0020】
この際、研磨中のキャリアプレート16の面内の温度が、5本の熱電対17A〜17Eにより電圧として検出される。各検出信号はデータロガー18によりデジタル変換され、その後、光電センサ24で計られた所定のタイミングで、発光部22から受光部21に向かって赤外線の信号として送信される。次に、受光部21が受光した信号は制御部Cに送られ、この制御部Cではその温度データに基づき、経時的なキャリアプレート16の面内の温度分布を算出・作成する。作成され温度分布は、図3のグラフのようにモニタ表示され、かつプリンタにより印刷表示される。
また、これらの温度に基づいてその研磨時でのキャリアプレート16の反り量が算出される。
こうして得られた温度分布および反り量に基づき、キャリアプレート16の研磨面内の温度が例えば一定になるように(または特定の温度分布となるように)また、その反り量が所定の条件を維持するように、その研磨条件を変更する。例えば研磨剤の供給量の制御、研磨定盤12の内部流路を流れる図示しない冷却水の温度の制御、上記エアシリンダによる中心加重の制御などを行う。特に反り量の制御は中心荷重の制御で行う。その結果、キャリアプレート16の研磨面内で、その研磨レートが均一化され、これにより研磨後のシリコンウェーハWの平坦度を高めることができる。
なお、この反り量などの制御は、得られた研磨ウェーハの研磨面の平坦度が高い場合の条件に合致させることでも達成できる。
【0021】
【発明の効果】
この発明によれば、研磨時、半導体ウェーハのウェーハ保持部材の厚さ方向の異なる位置の温度を、複数の温度センサにより測定し、また、その検出信号に基づき、ウェーハ保持部材の反り量を算出するので、研磨中のウェーハを平坦な状態に保持でき、その結果、高い平坦度の半導体ウェーハを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの研磨装置の縦断面図である。
【図2】この発明の一実施例に係るキャリアプレートの平面図である。
【図3】この発明の一実施例に係る研磨時の半導体ウェーハの面内の経時的な温度変化を示すグラフである。
【図4】この発明の一実施例に係るキャリアプレートのセンサ埋込部を示す縦断面図である。
【符号の説明】
10 研磨装置、
11 研磨布、
13 研磨ヘッド、
17A〜17E 熱電対(温度センサ)、
C 制御部、
W シリコンウェーハ(半導体ウェーハ)。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for polishing a semiconductor wafer and a polishing apparatus for a semiconductor wafer, and more particularly, warpage of a wafer holding member during polishing by a temperature of the wafer holding member measured by a plurality of temperature sensors embedded at different depths of the wafer holding member. The present invention relates to a semiconductor wafer polishing method and a semiconductor wafer polishing apparatus for calculating an amount.
[0002]
[Prior art]
After chamfering, the surface of the etched silicon wafer is subjected to mechanical and chemical polishing in the next polishing step. Here, the surface is finished to a smooth and distortion-free mirror surface by the polishing machine.
A conventional polishing machine is provided with a polishing platen on which an upper surface is provided with a polishing cloth, and a polishing head which is disposed opposite to and above the polishing platen and on the lower surface of which a silicon wafer is held by a predetermined holding structure. ing.
At the time of polishing, by supplying an abrasive (slurry) containing abrasive grains to the polishing cloth, the silicon wafer rotating integrally with the polishing head is brought into sliding contact with the surface (polishing surface) of the polishing cloth. ,Grind.
[0003]
Polishing of a silicon wafer by such a polishing machine is promoted by frictional heat and reaction heat of an abrasive interposed between the polishing cloth and the silicon wafer on a sliding contact surface between the polishing cloth and the silicon wafer.
The frictional heat generates a predetermined temperature distribution on the surface of the polishing pad, and also generates a temperature distribution on the silicon wafer within the wafer surface. In addition, a predetermined temperature difference is generated also for the carrier plate holding the silicon wafer. Such a temperature difference of the wafer holding member affects the cooling effect of the abrasive supplied on the polishing pad, the cooling effect of the cooling water supplied to the internal flow path of the polishing platen, and the silicon head from the polishing head. This is caused by a difference in work amount due to variation in polishing pressure to be performed.
Then, the temperature difference in the wafer holding member adds a warp to the wafer holding member. That is, when the temperature of the inner portion in the radial direction of the wafer holding member was higher than that of the outer portion, the wafer holding member was warped downward. This greatly affects the flatness of the polished surface.
[0004]
Conventionally, as a method of measuring heat generated during polishing such as frictional heat and reaction heat (hereinafter, polishing heat), a non-contact type infrared radiation thermometer arranged above a side of a polishing platen is used for polishing. There is known a method of detecting the surface temperature of a polishing pad in the inside. The detection signal from the infrared radiation thermometer is sent to the control unit of the polishing machine, and in accordance with a command from the control unit based on the detection signal, the supply amount of the abrasive supplied on the polishing cloth, and the polishing platen. The temperature of the supplied cooling water is controlled to eliminate unevenness in the temperature of the surface of the polishing pad.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the conventional method for detecting polishing heat cannot detect the amount of warpage of the wafer holding member of the semiconductor wafer that is actually being polished. Therefore, it has been difficult to increase the flatness of the polished surface of the semiconductor wafer.
[0006]
[Object of the invention]
An object of the present invention is to measure the temperature in the thickness direction of a semiconductor wafer holding member during polishing, calculate the amount of warpage based on the measured value, and further control polishing conditions and the like according to the amount of warpage. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for polishing a semiconductor wafer, which can improve the flatness of a polished surface of the wafer.
Also, the present invention measures the temperature at a plurality of positions in the thickness direction of the wafer holding member, calculates the amount of warpage of the wafer holding member, and based on the amount of warpage, makes the polishing rate in the plane of the semiconductor wafer uniform. It is an object of the present invention to provide a semiconductor wafer polishing apparatus capable of producing a semiconductor wafer having a high degree of flatness.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, when the semiconductor wafer held by the wafer holding member having a predetermined thickness is brought into sliding contact with the polishing cloth and the semiconductor wafer is polished, the thickness of the wafer holding member in the thickness direction is reduced. A method for polishing a semiconductor wafer for measuring temperatures at different depth positions, wherein the semiconductor temperature is measured by a plurality of temperature sensors buried separately at the different depth positions while the temperature of the wafer holding member is being polished. This is a method for polishing a wafer.
As a polishing apparatus for carrying out this method, for example, a method of vacuum-adsorbing a semiconductor wafer to a polishing head, a wax mounting method of bonding a semiconductor wafer to a polishing head via a carrier plate, or a bag containing water There is a waxless mounting method in which a semiconductor wafer is held on a polishing head by a pad.
Further, the polishing head may be arranged above and opposite to the polishing platen, or may be arranged upside down. The material of the polishing head is not limited. However, ceramics, low expansion coefficient metals (including alloys), cast iron, steel and the like are preferable.
The wafer holding member includes a polishing head or a carrier plate supported by the polishing head.
[0008]
For temperature measurement, for example, a contact-type temperature sensor such as a thermocouple, a bimetal thermometer, or a thermistor thermometer can be employed. Further, a non-contact type temperature sensor such as an optical pyrometer or a radiation thermometer for infrared rays or the like can be employed.
The temperature sensor may be embedded near the wafer holding surface of the head body of the polishing head. Alternatively, when a carrier plate is attached to the lower surface of the polishing head, it can be embedded in the carrier plate.
The number of temperature sensors used for one carrier (wafer holding member) may be two or three or more. These temperature sensors may be arranged not only in the thickness direction of the carrier but also in different positions in the radial direction. The warpage of the carrier can be calculated more accurately, and the temperature distribution on the wafer holding surface of the carrier can be measured.
[0009]
The detection signal from the temperature sensor may be transmitted directly to the control unit of the polishing apparatus by using, for example, a lead wire that passes through a wiring path formed along the axis of the rotation axis of the polishing head. In addition, a data logger is attached to the polishing head, and the digitally converted data is transmitted using a light emitting unit (such as an infrared light emitting type) and a light receiving unit provided between the polishing head and the apparatus body. Good. The control unit may directly create and display a temperature distribution during polishing based on the obtained temperature data. Alternatively, only the value of the temperature data may be output, and the temperature distribution may be tabulated or graphed manually by the operator based on the output value.
[0010]
The polishing cloth is usually spread on the surface of the polishing platen facing the polishing head. Examples of the polishing cloth include a hard urethane pad and a non-woven cloth pad.
Both the polishing cloth and the polishing head may be rotated, or only the polishing cloth or only the polishing head may be rotated.
As the abrasive, for example, a mixture of calcined silica, colloidal silica (abrasive grains), amine (processing accelerator), organic polymer (haze inhibitor), and the like can be used. Among them, colloidal silica is provided as a transparent or opaque milky white colloid liquid in which silicic acid fine particles are dispersed in water as primary particles without agglomeration.
As a semiconductor wafer, for example, a gallium arsenide wafer (GaAs wafer) or the like can be employed other than the typical silicon wafer.
[0011]
The invention according to claim 2 is the method for polishing a semiconductor wafer according to claim 1, wherein the amount of warpage of the wafer holding member is calculated based on temperature data measured by the plurality of temperature sensors.
Thermocouples are preferred as temperature sensors. The type of thermocouple is not limited. For example, various thermocouples such as B, R, and S specified by JIS can be adopted. The amount of warpage is calculated based on a temperature difference between a shallow position and a deep position of the wafer holding member.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a polishing platen on which a polishing cloth is stretched, a wafer holding member provided to face the polishing platen and holding a semiconductor wafer on a wafer holding surface thereof, and a wafer holding member. A semiconductor wafer polishing apparatus comprising: a plurality of temperature sensors buried at different depth positions in a thickness direction of a member so as to be spaced apart from each other and measuring a temperature of a wafer holding member at each depth position.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the polishing apparatus for a semiconductor wafer according to the third aspect, further comprising calculating means for calculating an amount of warpage of the wafer holding member based on a value detected by each of the temperature sensors.
The calculation means can be configured using, for example, a computer system. For example, data from a sensor is input, and the amount of warpage is calculated from these data using a predetermined program.
[0014]
[Action]
According to the present invention, at the time of polishing, each temperature at a different position in the thickness direction of the wafer holding member is measured by the plurality of embedded temperature sensors. Therefore, the temperature of the wafer holding member during actual polishing can be measured. Then, the amount of warpage of the wafer holding member of the semiconductor wafer is calculated based on the detected signal of the measured temperature data. Further, based on the obtained temperature data, the amount of warpage is reduced, for example, control of the supply amount of the abrasive, control of the temperature of the cooling water flowing through the internal flow path of the polishing platen, and further from the polishing head to the semiconductor wafer. Control the polishing pressure. As a result, the polishing rate in the polished surface of the semiconductor wafer can be made uniform, and as a result, the flatness of the polished wafer can be increased.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 4 are views showing an apparatus for polishing a semiconductor wafer according to one embodiment of the present invention.
In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a batch-type polishing apparatus. The polishing apparatus 10 includes a polishing platen 12 on which a polishing pad 11 made of a hard urethane pad is spread, and a polishing head 13 disposed above the polishing table 12. And
[0016]
The polishing head 13 has a disk-shaped head main body 14. A thick annular flange 14a is integrally formed on the lower surface of the outer peripheral portion of the head main body 14. An annular cushioning body 15 made of silicone rubber is fixed to the lower end surface of the annular flange 14a. A ceramic carrier plate 16 having a thickness of 20 mm is detachably supported on the head body 14 via the buffer 15.
The carrier plate 16 has five silicon wafers W attached on its wafer holding surface (lower surface) by wax. In a portion of the wafer holding surface of the carrier plate 16 where one silicon wafer W is held, one virtual line passing through the center of the carrier plate 16 and the center of the silicon wafer W in plan view is provided. Are formed with five small holes 16a to 16e arranged at a constant pitch. Each of the small holes 16a to 16e has a different depth, and has a diameter of 1.5 to 2 mm reaching from the upper surface to the vicinity of the lower surface of the carrier plate 16. For example, the hole 16a is the shallowest (depth A), the hole 16b is slightly deeper (depth B), the hole 16c is next deeper (depth C), and the hole 16d is deeper (deep). D), the small hole 16e is the deepest (depth E).
The specific positions where the holes 16a to 16e are formed are shown below. That is, in plan view, a small hole 16a is formed at a position closest to the center of the carrier plate 16, a small hole 16c is formed at the center position of the wafer, and a small hole 16e is formed at a position farthest from the center of the carrier plate 16. Are formed, a small hole 16b is formed at an intermediate position between the small holes 16a and 16c, and a small hole 16d is formed at an intermediate position between the small holes 16c and 16e.
[0017]
Into the small holes 16a to 16e, a total of five thermocouples (temperature sensors) 17A to 17E for measuring the in-plane temperature of the carrier plate 16 held on the wafer holding surface are inserted and fixed, respectively. Specifically, a thermocouple 17A is provided in the small hole 16a, a thermocouple 17B is provided in the small hole 16b, a thermocouple 17C is provided in the small hole 16c, a thermocouple 17D is provided in the small hole 16d, and a thermocouple 17E is provided in the small hole 16e. Has been inserted. These thermocouples 17A to 17E can detect the temperature of the carrier plate 16 at the installation position.
A data logger 18 that converts the detection signals from the thermocouples 17A to 17E into digital data is attached to one side of the upper surface of the carrier plate 16. An annular weight 19 covered by a circular hood F in a plan view is mounted on the head body 14. The entire load (static load) of the polishing head 13 by the weight 19 is applied to the carrier plate 16 via the buffer 15.
[0018]
A lower end of a rotating shaft 20 extending from a rotating motor (not shown) built in an upper pedestal 10a of the polishing apparatus 10 is fixed on a central portion of the head body 14. On a part of the outer peripheral portion of the hood F, a light emitting unit 22 for transmitting the temperature data converted by the data logger 18 as an infrared signal toward a light receiving unit 21 provided on the lower surface of the upper mount 10a is provided. Fixed. The signal of the temperature data received by the light receiving unit 21 is sent to the control unit C.
A reflector 23 having a mirror-finished upper surface is fixed to a portion of the outer peripheral portion of the hood F opposite to the light emitting portion 22 about the rotation axis 20. On the lower surface of the upper pedestal 10a, a photoelectric sensor 24 that irradiates light toward the reflection plate 23 is provided at a position opposite to the light receiving unit 21 about the rotation axis 20. The timing of data transmission is measured by the photoelectric sensor 24, and an infrared signal including temperature data is emitted from the light emitting unit 22 to the light receiving unit 21 at the transmission timing.
Although not shown, a disc-shaped pressing plate is detachably fixed to the upper surface of the entire central portion of the carrier plate 16 via a pyramid-shaped silicone rubber. Further, an air cylinder is suspended from the center of the inner surface of the head body 14, and a pressure plate is fixed to the lower end of the rod. When the rod is protruded, the pressure plate moves downward, and the entire central portion of the carrier plate 16 is pushed downward. Accordingly, each silicon wafer W attached to the carrier plate 16 is pressed against the polishing pad 11 of the polishing platen 12 with a predetermined pressure (center load).
[0019]
Next, the operation of the polishing apparatus 10 according to this embodiment will be described.
At the time of polishing, a predetermined load and a relative speed are applied between the polishing cloth 11 and each silicon wafer W while supplying an abrasive containing abrasive grains such as calcined silica or colloidal silica to the polishing cloth 11 on the polishing platen 12. This is done by giving
During this polishing, the entire load of the weight 19 acts on the outer peripheral portion of the carrier plate 16 from the annular flange 14a via the buffer 15. A center load acts on the center of the carrier plate 16 by an air cylinder (not shown). That is, the silicon wafer W is mirror-polished while maintaining the balance between the static load and the center load.
[0020]
At this time, the temperature in the plane of the carrier plate 16 during polishing is detected as a voltage by the five thermocouples 17A to 17E. Each detection signal is converted into a digital signal by the data logger 18 and then transmitted as an infrared signal from the light emitting unit 22 to the light receiving unit 21 at a predetermined timing measured by the photoelectric sensor 24. Next, the signal received by the light receiving unit 21 is sent to the control unit C, and the control unit C calculates and creates a time-dependent temperature distribution in the plane of the carrier plate 16 based on the temperature data. The created temperature distribution is displayed on a monitor as shown in the graph of FIG. 3 and printed out by a printer.
Further, the amount of warpage of the carrier plate 16 during the polishing is calculated based on these temperatures.
Based on the temperature distribution and the amount of warpage thus obtained, the temperature in the polished surface of the carrier plate 16 is kept constant, for example (or so as to have a specific temperature distribution), and the amount of warpage maintains a predetermined condition. The polishing conditions are changed so that For example, control of the supply amount of the abrasive, control of the temperature of cooling water (not shown) flowing through the internal flow path of the polishing platen 12, control of the center load by the air cylinder, and the like are performed. In particular, the control of the amount of warpage is performed by controlling the center load. As a result, the polishing rate is made uniform within the polishing surface of the carrier plate 16, whereby the flatness of the polished silicon wafer W can be increased.
The control of the amount of warpage or the like can also be achieved by conforming to the condition when the flatness of the polished surface of the obtained polished wafer is high.
[0021]
【The invention's effect】
According to the present invention, during polishing, the temperature of the semiconductor wafer at different positions in the thickness direction of the wafer holding member is measured by a plurality of temperature sensors, and the amount of warpage of the wafer holding member is calculated based on the detection signals. Therefore, the wafer being polished can be kept flat, and as a result, a semiconductor wafer with high flatness can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a vertical sectional view of a polishing apparatus for a semiconductor wafer according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of a carrier plate according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing a temperature change over time in a plane of a semiconductor wafer during polishing according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a sensor embedding portion of a carrier plate according to one embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 polishing equipment,
11 polishing cloth,
13 polishing head,
17A-17E thermocouple (temperature sensor),
C control unit,
W Silicon wafer (semiconductor wafer).

Claims (4)

所定の厚さを有するウェーハ保持部材に保持された半導体ウェーハを研磨布に摺接させてこの半導体ウェーハを研磨する際、このウェーハ保持部材の厚さ方向での異なる深さ位置での温度を測定する半導体ウェーハの研磨方法であって、
研磨中でのウェーハ保持部材の温度を、その異なる深さ位置に離間して埋設された複数の温度センサにより測定する半導体ウェーハの研磨方法。
When a semiconductor wafer held by a wafer holding member having a predetermined thickness is slid against a polishing cloth and the semiconductor wafer is polished, temperatures at different depth positions in the thickness direction of the wafer holding member are measured. A method of polishing a semiconductor wafer,
A method for polishing a semiconductor wafer, wherein the temperature of a wafer holding member during polishing is measured by a plurality of temperature sensors buried separately at different depth positions.
上記複数の温度センサにより測定した温度データに基づき、上記ウェーハ保持部材の反り量を算出する請求項1に記載の半導体ウェーハの研磨方法。2. The method according to claim 1, wherein the amount of warpage of the wafer holding member is calculated based on temperature data measured by the plurality of temperature sensors. 研磨布が張設された研磨定盤と、
研磨定盤に対向して配設され、そのウェーハ保持面に半導体ウェーハを保持するウェーハ保持部材と、
このウェーハ保持部材の厚さ方向でその異なる深さ位置に離間して埋設され、各深さ位置でのウェーハ保持部材の温度を測定する複数の温度センサとを備えた半導体ウェーハの研磨装置。
A polishing platen on which a polishing cloth is stretched,
A wafer holding member that is arranged to face the polishing platen and holds a semiconductor wafer on its wafer holding surface,
An apparatus for polishing a semiconductor wafer, comprising: a plurality of temperature sensors buried separately at different depth positions in the thickness direction of the wafer holding member and measuring the temperature of the wafer holding member at each depth position.
上記各温度センサによる検出値に基づき、上記ウェーハ保持部材の反り量を算出する算出手段を有した請求項3に記載の半導体ウェーハの研磨装置。4. The apparatus for polishing a semiconductor wafer according to claim 3, further comprising a calculating unit configured to calculate an amount of warpage of the wafer holding member based on a value detected by each of the temperature sensors.
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