JP2005259979A - Chemical mechanical polishing apparatus and chemical mechanical polishing method - Google Patents
Chemical mechanical polishing apparatus and chemical mechanical polishing method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005259979A JP2005259979A JP2004069449A JP2004069449A JP2005259979A JP 2005259979 A JP2005259979 A JP 2005259979A JP 2004069449 A JP2004069449 A JP 2004069449A JP 2004069449 A JP2004069449 A JP 2004069449A JP 2005259979 A JP2005259979 A JP 2005259979A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wafer
- polishing
- outer shape
- change
- chemical mechanical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
Abstract
Description
本発明は、半導体製造プロセスで、ウエハ上の先に形成された層の表面を化学機械研磨(Chemical Mechanical Polishing: CMP)するCMP装置及びCMP方法に関する。 The present invention relates to a CMP apparatus and a CMP method for performing chemical mechanical polishing (CMP) on a surface of a previously formed layer on a wafer in a semiconductor manufacturing process.
近年、半導体製造プロセスにおいては、CMP装置を使用してプロセスの途中でウエハの表面を化学機械研磨(CMP)することが行われており、特許文献1及び2などに説明されている。まず、従来のCMP装置の概略構成を簡単に説明する。
In recent years, in a semiconductor manufacturing process, chemical mechanical polishing (CMP) is performed on the surface of a wafer in the middle of a process using a CMP apparatus, which is described in
CMP装置では、研磨パッドを貼り付けたプラテンを回転させ、研磨パッドにスラリィを供給しながら、ウエハ保持機構に保持されたウエハを回転しながら研磨パッドに押し付けて研磨を行う。CMPでは、ウエハの表面に形成された絶縁膜や金属膜の層を研磨する。そのため、表面に残された層の厚さを正確に検出して研磨を停止する必要がある。これを終点検出と呼んでいる。 In the CMP apparatus, polishing is performed by rotating the platen with the polishing pad attached thereto and supplying slurry to the polishing pad while pressing the wafer held by the wafer holding mechanism against the polishing pad. In CMP, an insulating film or a metal film layer formed on the surface of a wafer is polished. Therefore, it is necessary to accurately detect the thickness of the layer left on the surface and stop polishing. This is called end point detection.
図1は、特許文献1に記載された終点検出の方法を示す図である。図1に示すように、研磨パッド105を貼り付けたプラテン101を回転し、研磨パッド105上にスラリィを供給しながら、その上にウエハ保持機構108に保持したウエハ107を回転させながら押し付ける。プラテン101及び研磨パッド105は不透明であるので、研磨中のウエハを観察して、その表面の層の厚さを検出することはできない。そこで、プラテン101には、溝102と、貫通孔103と、スラリィの漏れを防止する透明部材104とを設け、研磨パッド105には窓106を設ける。更に、図の位置にプローブ109と光ケーブル110が設ける。プローブ109からは光ケーブル110から送られた光ビームが射出され、研磨中のウエハ107の表面に照射される。プラテン101が回転すると、1回転毎に図示のような状態になるので、その時に光ビームのウエハの表面での反射光をプローブ109で集めて、光ケーブル110を介して解析装置に送り、分光反射率を算出して残存する層の膜厚を検出する。
FIG. 1 is a diagram illustrating an end point detection method described in
特許文献2も特許文献1に記載された終点検出方法に類似の方法を開示している。いずれにしろ、研磨中のウエハ表面の状態を光学的に検出する方法は、上記のように、プラテン及び研磨パッドが不透明であるので、プラテン及び研磨パッドに透明な穴を設けて、その穴を通して、周期的にウエハの表面を観察及び検査する。
Patent Document 2 also discloses a method similar to the end point detection method described in
また、CMPではないが、特許文献3は、貼り合せウエハによるSOI半導体基板を所望の厚さまで研磨する方法で、透明なプラテン及び透明な研磨パッドを使用して、レーザ光を照射してその透過を検出することにより、所望の厚さになったことを検出する方法を記載している。 Further, although not CMP, Patent Document 3 is a method of polishing an SOI semiconductor substrate with a bonded wafer to a desired thickness, using a transparent platen and a transparent polishing pad, and irradiating the laser beam to transmit it. A method for detecting that a desired thickness has been detected by detecting the above is described.
終点検出の方法は他にも各種提案されている。例えば、絶縁層の表面に形成されたホール(穴)を埋めるように全面に金属層を形成した表面を研磨すると、表面に絶縁層が現れた時に摩擦が変化して、プラテン及びウエハ保持機構の回転負荷が変化するので、それを検出する。 Various other end point detection methods have been proposed. For example, if the surface where the metal layer is formed on the entire surface so as to fill the holes formed on the surface of the insulating layer is polished, the friction changes when the insulating layer appears on the surface, and the platen and wafer holding mechanism Since the rotational load changes, it is detected.
従来のCMP装置では、稀ではあるがウエハが外部に飛び出るスリップアウトという問題が発生している。また、研磨中にウエハの周辺が欠けるチッピングと呼ばれる問題や、研磨中にウエハが割れるという問題が発生している。 In the conventional CMP apparatus, there is a rare problem that the wafer is slipped out. In addition, there is a problem called chipping in which the periphery of the wafer is chipped during polishing and a problem that the wafer breaks during polishing.
ウエハは、スリップアウトした場合破損して使用できなくなる。また、チッピングは小さい場合には問題ないが、チッピングはそのまま放置すると大きくなり、そこからウエハが割れるという問題を生じる。更に、割れたウエハをそのまま研磨していると、研磨パッドなどを損傷するという問題がある。 If the wafer slips out, it is damaged and cannot be used. Further, there is no problem when the chipping is small, but the chipping becomes large if it is left as it is, and there is a problem that the wafer breaks from there. Further, if the broken wafer is polished as it is, there is a problem that the polishing pad or the like is damaged.
このような問題が発生すると、歩留まりが低下するだけでなく、研磨パッドが損傷すると、損傷した研磨パッドの表面を研磨が行える状態に整えるためにドレッシングを行ったり、最悪の場合には損傷した研磨パッドを交換する必要が生じる。そのため、CMP作業のスループットが低下し、製造コストが増加するといった問題を生じる。 When such a problem occurs, not only the yield decreases, but when the polishing pad is damaged, dressing is performed to prepare the surface of the damaged polishing pad so that it can be polished, or in the worst case, damaged polishing. The pad needs to be replaced. Therefore, there arises a problem that the throughput of the CMP work is lowered and the manufacturing cost is increased.
CMP装置及び方法においても、プロセスを管理して生産性及び歩留まりを向上することが重要であるが、上記のような問題についてはほとんど考慮されていなかった。例えば、ウエハは、ウエハ保持機構に吸着された状態で研磨パッドに押し付けられたり、ウエハ保持機構に吸着されないがウエハ保持機構のガイドリングなどで外に飛び出さないように動きが規制された状態で空気圧などで研磨パッドに押し付けられる。従来は、ウエハはウエハ保持機構に吸着されて外れることはない、又はガイドリングの外に飛び出ることはないという前提でCMPが行われていた。 In the CMP apparatus and method as well, it is important to improve the productivity and yield by managing the process, but the above problems have been hardly taken into consideration. For example, the wafer is pressed against the polishing pad while being attracted to the wafer holding mechanism, or is not attracted to the wafer holding mechanism, but the movement is restricted so that it does not jump out by the guide ring of the wafer holding mechanism. Pressed against the polishing pad with air pressure. Conventionally, CMP has been performed on the premise that the wafer is not attracted by the wafer holding mechanism and does not come off or jump out of the guide ring.
従来このような問題について考慮されていなかったのは、実際にスリップアウトの発生を予測したり、研磨中のウエハのチッピング及びウエハの割れなどを検出するのが難しかったためである。 Conventionally, such a problem has not been taken into consideration because it is difficult to predict the occurrence of slip-out and to detect chipping of the wafer and cracking of the wafer during polishing.
本発明は、このような問題を解決して、研磨中のウエハのスリップアウトの発生の予測、ウエハのチッピングの発生及びウエハの割れの発生などを検出可能にしたCMP装置及び方法の実現を目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-described problems and to realize a CMP apparatus and method capable of detecting occurrence of wafer slipout during polishing, detecting occurrence of wafer chipping, occurrence of wafer cracking, and the like. And
上記目的を実現するため、本発明のCMP装置及び方法は、研磨中のウエハの外形を検出して、検出したウエハの外形が大きくを変化していないか検出することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the CMP apparatus and method of the present invention are characterized by detecting the outer shape of the wafer being polished and detecting whether the detected outer shape of the wafer has changed significantly.
すなわち、本発明のCMP装置は、表面に研磨パッドを有し、回転するプラテンと、ウエハを前記研磨パッドに押し付けるように保持しながら回転するウエハ保持機構とを備え、前記ウエハを研磨するCMP装置において、研磨中の前記ウエハの外形を検出するウエハ外形検出手段と、前記ウエハ外形検出手段の検出した前記ウエハの外形の変化を算出する外形変化算出手段とを備えることを特徴とする。 Specifically, the CMP apparatus of the present invention has a polishing pad on the surface, and includes a rotating platen and a wafer holding mechanism that rotates while holding the wafer so as to press the polishing pad against the polishing pad, and polishes the wafer. The method further comprises: a wafer outer shape detecting unit that detects an outer shape of the wafer being polished; and an outer shape change calculating unit that calculates a change in the outer shape of the wafer detected by the wafer outer shape detecting unit.
また、本発明のCMP方法は、回転するプラテンの表面に設けられた研磨パッドに、ウエハ保持機構に保持されたウエハを回転させながら前記研磨パッドに押し付けて研磨するウエハのCMP方法において、研磨中の前記ウエハの外形を検出し、検出した前記ウエハの外形の変化具合を算出することを特徴とする。 The CMP method of the present invention is a CMP method for a wafer in which a wafer held by a wafer holding mechanism is pressed against a polishing pad provided on the surface of a rotating platen and pressed against the polishing pad while polishing. The outer shape of the wafer is detected, and the degree of change in the detected outer shape of the wafer is calculated.
算出した外形の変化具合が、通常状態と大きく異なる変化をした時に研磨異常が発生したと判定する。 It is determined that a polishing abnormality has occurred when the calculated change in the outer shape changes significantly different from the normal state.
本発明を行うには、研磨中のウエハの外形を検出してその変化具合を算出する必要がある。これを行うには、例えば、透明なプラテンと研磨パッドを使用し、ビデオカメラなどの撮像装置を使用して研磨中のウエハを撮影し、その画像を処理してウエハの外形を検出する。例えば、透明なプラテンは石英ガラスで作られ、研磨パッドはポリウレタンで作られる。 In order to carry out the present invention, it is necessary to detect the outer shape of the wafer being polished and calculate the degree of change. In order to do this, for example, a transparent platen and a polishing pad are used, a wafer being polished is imaged using an imaging device such as a video camera, and the image is processed to detect the outer shape of the wafer. For example, the transparent platen is made of quartz glass and the polishing pad is made of polyurethane.
また、プラテンと研磨パッドに、プラテンと研磨パッドを通して、研磨中のウエハの少なくとも3箇所のエッジの位置を、プラテンの回転に同期して光学的に検出するための少なくとも3箇所の透明な穴を設け、この少なくとも3箇所の透明な穴を通して研磨中のウエハのエッジを光学的に検出して、ウエハの外形を検出することもできる。この場合、例えば、光学系で各穴の画像を投影し、投影位置に素子の配列方向がウエハのエッジに垂直になるように1次元イメージセンサを配置して、ウエハのエッジ位置の変化を検出する。 Further, at least three transparent holes for optically detecting the positions of at least three edge portions of the wafer being polished through the platen and the polishing pad in synchronization with the rotation of the platen are passed through the platen and the polishing pad. It is also possible to detect the outer shape of the wafer by optically detecting the edge of the wafer being polished through the at least three transparent holes. In this case, for example, an image of each hole is projected by an optical system, and a change in the edge position of the wafer is detected by arranging a one-dimensional image sensor at the projection position so that the element arrangement direction is perpendicular to the edge of the wafer. To do.
研磨中には、研磨パッドの表面にはスラリィが供給され、ウエハと研磨パッドの間にはスラリィが存在する。そのため、透明なスラリィを使用することが望ましい。透明でないスラリィを使用する場合、たとえ透明なプラテンと研磨パッド又はプラテンと研磨パッドの透明な穴を通してであっても、ウエハの表面の精密な画像を捕らえることは難しい。しかし、ウエハの外形エッジはウエハのない部分との間に大きな差があるので、外形形状は上記の方法で検出可能である。 During polishing, a slurry is supplied to the surface of the polishing pad, and there is a slurry between the wafer and the polishing pad. Therefore, it is desirable to use a transparent slurry. When using a non-transparent slurry, it is difficult to capture a precise image of the wafer surface, even through a transparent platen and polishing pad or through a transparent hole in the platen and polishing pad. However, since the outer edge of the wafer is greatly different from the portion without the wafer, the outer shape can be detected by the above method.
ウエハの外形形状が検出できれば、それから研磨中のウエハの中心位置を算出できる。正常な研磨状態であれば、ウエハの中心はほとんど変化せず、所定の範囲内にある。しかし、スリップアウトする前には、研磨中のウエハの中心が急に変化することが分かった。従って、研磨中のウエハの中心が急に変化した時に直ちに研磨を中止すれば、スリップアウトの発生を防止できる。 If the outer shape of the wafer can be detected, the center position of the wafer being polished can be calculated therefrom. If the polishing state is normal, the center of the wafer hardly changes and is within a predetermined range. However, it was found that the center of the wafer being polished suddenly changed before slipping out. Therefore, if the polishing is stopped immediately when the center of the wafer being polished suddenly changes, the occurrence of slip-out can be prevented.
また、ウエハにはウエハの結晶方向を示すオリエンテーションフラット(以下、OFと略す。)又はノッチがかならず設けられている。OFとノッチはウエハの外形形状を検出することにより検出できる。更に、OFとノッチの位置を検出すれば、ウエハの回転位置が検出でき、OFとノッチの位置の変化を検出すれば、ウエハの回転速度が検出できる。 The wafer is always provided with an orientation flat (hereinafter abbreviated as OF) or a notch indicating the crystal direction of the wafer. OF and notch can be detected by detecting the outer shape of the wafer. Further, if the position of the OF and the notch is detected, the rotational position of the wafer can be detected, and if the change in the position of the OF and notch is detected, the rotational speed of the wafer can be detected.
もしウエハ保持機構がウエハを吸着(チャック)したまま研磨する方式であれば、ウエハはウエハ保持機構の回転と一緒に回転している。そのため、検出したウエハの回転速度がウエハ保持機構の回転とずれている場合には、チャックが外れるなどの問題が発生していることになるので、直ちに研磨を中止する。 If the wafer holding mechanism is a method of polishing while adsorbing (chucking) the wafer, the wafer is rotating together with the rotation of the wafer holding mechanism. For this reason, if the detected rotation speed of the wafer is deviated from the rotation of the wafer holding mechanism, a problem such as the chuck coming off has occurred, and the polishing is immediately stopped.
また、ウエハ保持機構がウエハをチャックせず、ガイドリングでウエハが外に飛び出すのを防止している場合にも、ウエハはウエハ保持機構の回転に従って回転する。ただし、ウエハの回転速度とウエハ保持機構の回転はずれる場合もある。この場合も、正常な研磨状態であればウエハの回転速度はほぼ一定であり、ウエハの回転速度が急激に変化した時には何らかの問題が生じたので、直ちに研磨を中止する。 Even when the wafer holding mechanism does not chuck the wafer and the guide ring prevents the wafer from jumping out, the wafer rotates according to the rotation of the wafer holding mechanism. However, the rotation speed of the wafer and the rotation of the wafer holding mechanism may deviate. Also in this case, if the polishing is normal, the rotation speed of the wafer is almost constant, and when the rotation speed of the wafer changes abruptly, some problem occurs, so the polishing is immediately stopped.
また、ウエハのチッピングは、ウエハの外形の部分的な変化から検出できる。 Wafer chipping can be detected from a partial change in the outer shape of the wafer.
ウエハが割れたことは、透明なプラテンと研磨パッドを使用し、撮像装置でウエハの画像を捕らえる場合には、割れ部分とウエハの他の部分の差が大きいので、検出できる。また、ウエハが割れると外形部分に欠けた部分が存在することになるので、欠けとして検出できる。従って、上記の少なくとも3箇所の透明穴を通してウエハのエッジを検出する場合でも、ウエハの割れは欠けとして検出できる。 When a transparent platen and a polishing pad are used and an image of the wafer is captured by an imaging apparatus, the difference between the cracked part and the other part of the wafer can be detected. Further, when the wafer is cracked, there is a chipped portion in the outer shape portion, so that it can be detected as a chipped portion. Therefore, even when the edge of the wafer is detected through at least three transparent holes, the crack of the wafer can be detected as a chip.
本発明によれば、研磨中のウエハのスリップアウトの発生を事前に予測し、ウエハのチッピング及び割れなどの異常発生を研磨中に検出できるので、重大な故障になる前に未然に防止でき、CMP作業のスループットの向上、歩留まりの向上及び製造コストの低減などが図れる。 According to the present invention, the occurrence of slipout of the wafer during polishing can be predicted in advance, and the occurrence of abnormalities such as chipping and cracking of the wafer can be detected during polishing, so it can be prevented before it becomes a serious failure, The throughput of CMP work can be improved, the yield can be improved, and the manufacturing cost can be reduced.
図2は、本発明の第1実施例のCMP装置の概略構成を示す図である。第1実施例のCMP装置では、全面が透明なポリウレタン製研磨パッド5を貼り付けた全体が透明な石英ガラス製プラテン1を回転し、研磨パッド5上にスラリィを供給しながら、その上にウエハ保持機構8に保持したウエハ7を回転させながら押し付ける。プラテン1の下側から、ビデオカメラなどの撮像装置11で研磨中のウエハ7の表面の画像を捕らえる。ウエハ7の表面の画像を捕らえるため、プラテン1の下側からウエハ7の表面を照明する照明装置が設けられているが、ここでは図示を省略している。また、保持機構8は、ウエハ7を研磨パッド上に搬送する時には真空吸着によりウエハ7をチャックして搬送するが、研磨中は真空吸着を解除して、ウエハ7の直径より若干大きな内径を有するガイドリングにより、研磨中にウエハ7が保持機構8より飛び出るのを防止している。ただし、これに限らず、保持機構8は、研磨中もウエハ7を真空吸着によりチャックした状態で、回転させるようにしてもよい。研磨中、保持機構8はウエハ7を研磨パッドに所定の圧力で押し付ける。
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the CMP apparatus according to the first embodiment of the present invention. In the CMP apparatus of the first embodiment, the entire surface of a transparent polishing pad 5 made of polyurethane is attached to a
なお、スラリィにより研磨パッドの目詰まりが生じるので、図示していないドレッサにより、研磨パッドの表面は定期的にドレッシングされる。 Since the polishing pad is clogged by the slurry, the surface of the polishing pad is periodically dressed by a dresser (not shown).
撮像装置11からの画像信号は、画像処理装置12により処理される。上記のように、研磨中には、研磨パッド5の表面にはスラリィが供給され、ウエハ7と研磨パッド5の間にはスラリィが存在する。そのため、透明なスラリィを使用することが望ましい。透明でないスラリィを使用する場合、たとえ透明なプラテン1と研磨パッド5を使用しても、ウエハ7の表面の精密な画像を捕らえることは難しい。しかし、本発明では、ウエハ7の外形を検出するだけであり、ウエハ7の外形エッジはウエハのない部分との間に大きな差があるので、たとえ不透明なスラリィを使用しても外形形状は検出可能である。なお、保持機構8のウエハ7を保持する部分は、ウエハとのコントラストが高くなるように、例えば白色であることが望ましい。
The image signal from the
ウエハの外形形状が検出できれば、それから研磨中のウエハの中心位置が算出できる。また、ウエハ7には、ウエハの結晶方向を示すために、図3の(A)に示すように、オリエンテーションフラット(OF)21、又は図3の(B)に示すように、ノッチ22が設けられている。OF21及びノッチ22はウエハ7の外形形状から検出できる。
If the outer shape of the wafer can be detected, the center position of the wafer being polished can be calculated therefrom. The
更に、ウエハ7が回転している場合、OF21又はノッチ22の位置を検出すれば、ウエハ7の回転位置が検出でき、OF21又はノッチ22の位置の変化を検出すれば、ウエハ7の回転速度が検出できる。
Further, when the
また、ウエハ7のエッジにチッピングがある場合には、ウエハ7の外形の部分的な変化から検出できる。上記のOF21及びノッチ22もウエハ7の外形の部分的な変化であるが、その位置はあらかじめ判明しているので、それを除くようにする。
Further, when there is chipping at the edge of the
更に、画像処理装置12は、ウエハ7が割れてある程度隙間が生じた場合に、ウエハ7の割れを検出することが可能である。また、ウエハ7が割れて分割された部分がある程度離れると、ウエハ7の外周の位置が部分的に変化したり、ウエハ7のエッジに欠けに相当する部分が現れるので、検出できる。
Further, the
画像処理装置12が算出した、研磨中のウエハ7の中心位置、OF21又はノッチ22の回転位置、欠け(チッピング)に関する情報(位置、大きさなど)、及び割れに関する情報(割れ目の位置、大きさなど)は制御装置13に送られる。
The center position of the
上記のように、本実施例では、ウエハ保持機構8がウエハ7をチャックせず、ガイドリングでウエハ7が外に飛び出すのを防止しているが、実験により、正常な研磨状態であれば、ウエハ7の中心はほとんど変化せず、所定の範囲内にあるが、スリップアウトする前には、研磨中のウエハ7の中心が急に変化することが分かった。そこで、制御装置13は、研磨中のウエハ7の中心が急に変化した時には直ちに研磨を中止して、スリップアウトの発生の危険があることを知らせるアラームを出力する。
As described above, in this embodiment, the
また、実験により、ウエハ保持機構8はウエハ7をチャックせず、ガイドリングでウエハが外に飛び出すのを防止しているだけであるが、ウエハ7も回転することが分かった。ただし、ウエハ7の回転速度とウエハ保持機構8の回転速度は異なり、ずれがある。この場合でも、正常な研磨状態であれば、ウエハ7の回転速度はほぼ一定である。しかし、スリップアウトが生じる場合には、その直前でウエハ7の回転速度が急に変化することが分かった。そこで、制御装置13は、研磨中のウエハ7の回転速度が急に変化した時には直ちに研磨を中止して、スリップアウトの発生の危険があることを知らせるアラームを出力する。
Further, it has been found from experiments that the
なお、ウエハ保持機構8がウエハ7をチャックしたまま研磨する方式であれば、ウエハはウエハ保持機構8の回転と一緒に回転するため、ウエハ7の中心はウエハ保持機構8の回転中心とのずれに応じて円軌跡を描き、ウエハ7の回転速度はウエハ保持機構8の回転と同じはずである。もし、ウエハ7の中心がこの軌跡から外れたり、ウエハ7の回転速度がウエハ保持機構8の回転速度と異なる場合には、ウエハ7がウエハ保持機構8にチャックされていないという異常状態であることになるので、制御装置13は直ちに研磨を中止して、ウエハ7がウエハ保持機構8にチャックされていないことを知らせるアラームを出力する。
If the
ウエハ7のエッジのチッピングは、研磨を開始する前から存在する場合もある。制御装置13は、ウエハ7のエッジのチッピングを監視し、チッピングの大きさが急に大きくなったり、小さくても多数のチッピングが急に発生した場合には、ウエハの割れなどの問題が発生する可能性が高いので、直ちに研磨を中止して、ウエハ7にチッピングが発生していることを知らせるアラームを出力する。
The chipping of the edge of the
制御装置13は、ウエハ7に割れが生じている場合には、直ちに研磨を中止して、ウエハ7に割れが生じたチッピングが発生していることを知らせるアラームを出力する。
If the
ウエハが割れたことは、透明なプラテンと研磨パッドを使用し、撮像装置でウエハの画像を捕らえる場合には、割れ部分とウエハの他の部分の差が大きいので、検出できる。また、ウエハが割れると外形部分に欠けた部分が存在することになるので、欠けとして検出できる。従って、上記の少なくとも3箇所の透明穴を通してウエハのエッジを検出する場合でも、ウエハの割れは欠けとして検出できる。 When a transparent platen and a polishing pad are used and an image of the wafer is captured by an imaging apparatus, the difference between the cracked part and the other part of the wafer can be detected. Further, when the wafer is cracked, there is a chipped portion in the outer shape portion, so that it can be detected as a chipped portion. Therefore, even when the edge of the wafer is detected through at least three transparent holes, the crack of the wafer can be detected as a chip.
図4は、本発明の第2実施例のCMP装置の概略構成を示す図であり、(A)は全体の配置を示し、(B)は観察のための透明穴の部分を示す。また、図5は、第2実施例における透明穴の配置を示す。第1実施例のCMP装置では、透明なプラテン及び研磨パッドを使用したが、第2実施例では、不透明なプラテン及び研磨パッドを使用する。第2実施例のCMP装置では、研磨パッド35を貼り付けたプラテン31を回転し、研磨パッド35の表面にスラリィを供給しながら、ウエハ保持装置38に保持されたウエハ37を研磨パッド35の表面に押し付けて研磨を行う。
4A and 4B are diagrams showing a schematic configuration of a CMP apparatus according to a second embodiment of the present invention. FIG. 4A shows the entire arrangement, and FIG. 4B shows a transparent hole portion for observation. FIG. 5 shows the arrangement of the transparent holes in the second embodiment. In the CMP apparatus of the first embodiment, a transparent platen and a polishing pad are used. In the second embodiment, an opaque platen and a polishing pad are used. In the CMP apparatus of the second embodiment, the
プラテン31及び研磨パッド35には、研磨中のウエハ7の表面を観察するための3つの透明穴32A、32B、32Cが設けられている。3つの透明穴32A、32B、32Cは、図5の(A)に示すように、研磨中のウエハ37のエッジで、ウエハ7の円周を略3等分した位置に対応して配置されている。
The
プラテン31の下の各穴に対応した位置には、ウエハ37のエッジを検出するための光学ユニット41A、41B(41Cは図示せず)が設けられている。
各透明穴の部分では、図4の(B)に示すように、プラテン31に2段の穴32を設け、穴32の内部に透明部材34を取り付けた支持部材33を取り付ける。支持部材33には貫通穴が設けられている。図示していないが、支持部材33とプラテン31の間及び支持部材33と透明部材34の間にはスラリィの漏れを防止するゴム製リングが設けられている。また、研磨パッド35には、透明板36をはめ込む窓が設けられており、プラテン31の穴の部分に貼り付けられた透明板36にこの窓を合わせて研磨パッド35をプラテン31に貼り付ける。
In each transparent hole portion, as shown in FIG. 4B, a two-
図4の(B)に示すように、光学ユニット41は、投影レンズ42と、1次元イメージセンサ43とを有する。ここでも、照明機構は図示を省略している。投影レンズ42は、ウエハ37のエッジの部分の像を1次元イメージセンサ43上に投影する。1次元イメージセンサ43は、受光素子の列が図5の(B)において矢印で示す方向になるように配置される。従って、1次元イメージセンサ43は、ウエハ37のエッジが投影された位置で、明るさが急激に変化するので、閾値を設定して判定すれば、ウエハ37のエッジの位置が正確に検出できる。
As shown in FIG. 4B, the
また、ウエハ保持機構38は周囲にガイドリング39を有しており、ガイドリング39と研磨パッド35の表面の間隔はウエハ37の厚さより小さい。ウエハ37は研磨中ウエハ保持機構38にはチャックされておらず、所定の圧力で研磨パッド35に押し付けられているだけであるが、ガイドリング39と研磨パッド35の表面の間隔はウエハ37の厚さより小さいため、ウエハ37がガイドリング39より飛び出ることは通常は起きない。
The
透明穴36A、36B、36Cが、光学ユニット41A、41B、41Cの部分にくるのは、プラテン31が1回転する間に1回である。従って、プラテン31の回転に同期して光学ユニット41A、41B、41Cの出力する信号を検出してウエハ37のエッジの位置を検出する。なお、透明穴36A、36B、36Cは3箇所に限定されず、例えば、プラテン31が1回転する間に複数回の測定が行えるように、複数組みの透明穴を設けることも可能である。
The
図6の(A)は、3つの光学ユニット41A、41B、41Cの出力信号の例を示す図であり、各光学ユニットの1次元イメージセンサの出力信号が変化する素子の位置、すなわちウエハのエッジの位置の変化を示す。信号A、B、Cはそれぞれ光学ユニット41A、41B、41Cの出力に対応する。3つの光学ユニット41A、41B、41Cは、図5に示すように、ウエハ37の円周を3等分した位置に配置されているので、正常な研磨状態であれば、信号の周期を3Tとすればそれの1/3の周期Tずれた信号である。図において、Nはノッチに対応するエッジ位置の変化を示す。また、Cはチッピング(エッジの欠け)に対応する。
FIG. 6A is a diagram showing an example of output signals of the three
なお、上記のように、3つの透明穴36A、36B、36Cが設けられている場合には、図6の信号の狭い一部を周期的に検出することになる。そのため、プラテン31が1回転する間に複数回の測定が行えるように、複数組みの透明穴を設けることが望ましい。
As described above, when the three
ウエハ37の中心が移動する場合には、図6の(B)に示すように、1つの光学ユニットの出力において、ウエハ37のエッジ位置に対応する出力信号が変化する素子の位置が増加又は減少する方向に変化に変化するので、通常の平均位置とのずれが閾値Xを越えたら、スリップアウトが発生する可能性が高いと判定する。
When the center of the
以上説明したように、第2実施例でも、第1実施例と同様に、ウエハの外形が検出できる。後の処理は第1実施例と同じである。 As described above, in the second embodiment, the outer shape of the wafer can be detected as in the first embodiment. The subsequent processing is the same as in the first embodiment.
また、第2実施例では、ウエハの円周を3等分した位置でのエッジ位置を検出したが、これに限定されず、4点以上のエッジ位置を検出することも可能である。 In the second embodiment, the edge position at the position obtained by dividing the circumference of the wafer into three equal parts is detected. However, the present invention is not limited to this, and it is possible to detect four or more edge positions.
本発明によれば、これまでほとんど無視されてきたCMP装置及び方法における不良動作の発生を事前に予測して対処することが可能になるので、CMPプロセスのスループットや歩留まりを向上でき、ひいては半導体製造工程におけるコスト低減が図れる。 According to the present invention, it is possible to predict and deal with the occurrence of a defective operation in a CMP apparatus and method that has been almost ignored so far, so that the throughput and yield of the CMP process can be improved, and thus semiconductor manufacturing. Cost reduction in the process can be achieved.
1…プラテン
5…研磨パッド
7…ウエハ
8…ウエハ保持機構
11…撮像装置
12…画像処理装置
13…制御装置
DESCRIPTION OF
Claims (13)
ウエハを前記研磨パッドに押し付けるように保持しながら回転するウエハ保持機構とを備え、前記ウエハを研磨する化学機械研磨装置において、
研磨中の前記ウエハの外形を検出するウエハ外形検出手段と、
前記ウエハ外形検出手段の検出した前記ウエハの外形の変化を算出する外形変化算出手段とを備えることを特徴とする化学機械研磨装置。 A rotating platen having a polishing pad on the surface;
A chemical mechanical polishing apparatus comprising a wafer holding mechanism that rotates while holding the wafer so as to press against the polishing pad, and polishing the wafer;
Wafer outline detecting means for detecting the outline of the wafer being polished;
A chemical mechanical polishing apparatus comprising: an outer shape change calculating unit that calculates a change in the outer shape of the wafer detected by the wafer outer shape detecting unit.
前記ウエハ外形検出手段は、透明な前記プラテンと前記研磨パッドを通して研磨中の前記ウエハを撮影する撮像装置と、該撮像装置の出力する画像を処理して前記ウエハの外形を検出する画像処理装置とを備える請求項1又は2に記載の化学機械研磨装置。 The platen and the polishing pad are transparent,
The wafer outer shape detection means includes an imaging device that photographs the wafer being polished through the transparent platen and the polishing pad, an image processing device that detects an outer shape of the wafer by processing an image output from the imaging device, and A chemical mechanical polishing apparatus according to claim 1 or 2.
前記ウエハ外形検出手段は、前記透明な穴を通して研磨中の前記ウエハのエッジを光学的に検出する光学装置を備える請求項1又は2に記載の化学機械研磨装置。 The platen and the polishing pad pass through the platen and the polishing pad, and at least three positions for optically detecting the positions of the edges of the wafer being polished in synchronization with the rotation of the platen. With transparent holes,
The chemical mechanical polishing apparatus according to claim 1, wherein the wafer outer shape detection unit includes an optical device that optically detects an edge of the wafer being polished through the transparent hole.
前記判定手段は、前記中心位置の変化が所定値を越えた時に、研磨異常と判定する請求項1から5のいずれか1項に記載の化学機械研磨装置。 The outer shape change calculating means calculates the center position of the wafer from the outer shape of the wafer,
The chemical mechanical polishing apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the determination unit determines that the polishing is abnormal when the change in the center position exceeds a predetermined value.
前記判定手段は、算出した回転速度の変化が所定値を越えた時に、研磨異常と判定する請求項1から6のいずれか1項に記載の化学機械研磨装置。 The outer shape change calculating means calculates the rotation speed of the wafer from a change in the orientation flat or notch of the wafer,
The chemical mechanical polishing apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the determination unit determines that the polishing is abnormal when a change in the calculated rotation speed exceeds a predetermined value.
前記判定手段は、前記欠けの大きさが所定値を越えた時に、研磨異常と判定する請求項1から5のいずれか1項に記載の化学機械研磨装置。 The outer shape change calculating means calculates a chipping from a partial change in the outer shape of the wafer other than the orientation flat or notch of the wafer,
The chemical mechanical polishing apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the determination unit determines that the polishing is abnormal when the size of the chip exceeds a predetermined value.
研磨中の前記ウエハの外形を検出し、
検出した前記ウエハの外形の変化具合を算出することを特徴とする化学機械研磨方法。 In a chemical mechanical polishing method for a wafer, in which a polishing pad provided on the surface of a rotating platen is pressed against the polishing pad while rotating the wafer held by a wafer holding mechanism and polished.
Detect the outer shape of the wafer being polished,
A chemical mechanical polishing method, comprising: calculating a degree of change in the detected outer shape of the wafer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004069449A JP2005259979A (en) | 2004-03-11 | 2004-03-11 | Chemical mechanical polishing apparatus and chemical mechanical polishing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004069449A JP2005259979A (en) | 2004-03-11 | 2004-03-11 | Chemical mechanical polishing apparatus and chemical mechanical polishing method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005259979A true JP2005259979A (en) | 2005-09-22 |
Family
ID=35085413
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004069449A Pending JP2005259979A (en) | 2004-03-11 | 2004-03-11 | Chemical mechanical polishing apparatus and chemical mechanical polishing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005259979A (en) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009002679A (en) * | 2007-06-19 | 2009-01-08 | Tateyama Machine Kk | Tool defect inspection device |
JP2009094407A (en) * | 2007-10-11 | 2009-04-30 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | Wafer polishing apparatus |
KR101041871B1 (en) | 2009-08-14 | 2011-06-16 | 세메스 주식회사 | Substrate polishing apparatus and method for detecting slip of substrate thereof |
JP2012515092A (en) * | 2009-01-16 | 2012-07-05 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | Polishing pad having window support and polishing system |
JP2016185590A (en) * | 2011-01-28 | 2016-10-27 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated | Gathering spectra from multiple optical heads |
KR20180135139A (en) * | 2017-06-09 | 2018-12-20 | 세메스 주식회사 | Apparatus and method for treating a substrate |
TWI662614B (en) * | 2018-02-14 | 2019-06-11 | 台灣積體電路製造股份有限公司 | Polishing system, wafer holding device and method of polishing a wafer |
JP2020167310A (en) * | 2019-03-29 | 2020-10-08 | 株式会社荏原製作所 | Heat exchanger washing device and polishing device |
JP2020188233A (en) * | 2019-05-17 | 2020-11-19 | 株式会社東京精密 | CMP device |
WO2023248960A1 (en) * | 2022-06-21 | 2023-12-28 | Agc株式会社 | Method for polishing both sides of workpiece |
-
2004
- 2004-03-11 JP JP2004069449A patent/JP2005259979A/en active Pending
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009002679A (en) * | 2007-06-19 | 2009-01-08 | Tateyama Machine Kk | Tool defect inspection device |
JP2009094407A (en) * | 2007-10-11 | 2009-04-30 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | Wafer polishing apparatus |
JP2012515092A (en) * | 2009-01-16 | 2012-07-05 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | Polishing pad having window support and polishing system |
KR101041871B1 (en) | 2009-08-14 | 2011-06-16 | 세메스 주식회사 | Substrate polishing apparatus and method for detecting slip of substrate thereof |
JP2016185590A (en) * | 2011-01-28 | 2016-10-27 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated | Gathering spectra from multiple optical heads |
KR101941490B1 (en) * | 2017-06-09 | 2019-01-24 | 세메스 주식회사 | Apparatus and method for treating a substrate |
KR20180135139A (en) * | 2017-06-09 | 2018-12-20 | 세메스 주식회사 | Apparatus and method for treating a substrate |
TWI662614B (en) * | 2018-02-14 | 2019-06-11 | 台灣積體電路製造股份有限公司 | Polishing system, wafer holding device and method of polishing a wafer |
JP2020167310A (en) * | 2019-03-29 | 2020-10-08 | 株式会社荏原製作所 | Heat exchanger washing device and polishing device |
JP7240931B2 (en) | 2019-03-29 | 2023-03-16 | 株式会社荏原製作所 | Heat exchanger cleaning and polishing equipment |
JP2020188233A (en) * | 2019-05-17 | 2020-11-19 | 株式会社東京精密 | CMP device |
JP7333709B2 (en) | 2019-05-17 | 2023-08-25 | 株式会社東京精密 | CMP equipment |
WO2023248960A1 (en) * | 2022-06-21 | 2023-12-28 | Agc株式会社 | Method for polishing both sides of workpiece |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3580600B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device, semiconductor wafer used for the same, and method for manufacturing the same | |
US7020306B2 (en) | Polishing pad surface condition evaluation method and an apparatus thereof and a method of producing a semiconductor device | |
TWI352645B (en) | Apparatus for inspecting and polishing substrate r | |
JP2007096091A (en) | Wafer processing method | |
US20140320867A1 (en) | Method for processing wafer | |
JP2005259979A (en) | Chemical mechanical polishing apparatus and chemical mechanical polishing method | |
US20200185241A1 (en) | Cutting apparatus and wafer processing method using cutting apparatus | |
JP2010030019A (en) | Double-sided polishing apparatus | |
KR100383324B1 (en) | Method for polishing pad inspection in semiconductor processing, apparatus for polishing pad inspection performing the same, and apparatus for polishing using the same | |
KR19990006376A (en) | Polishing device | |
JP4017627B2 (en) | Cutting device | |
US20230258577A1 (en) | Edge portion measuring apparatus and method for measuring edge portion | |
JP2010194678A (en) | Machining device | |
JP5532025B2 (en) | Glass substrate inspection system and glass substrate manufacturing method | |
JP2005037221A (en) | Inspection method of wire saw, inspection device of wire saw and cutting device | |
JP2020136498A (en) | Wafer processing abnormality detection apparatus and method and plane processing system | |
KR102461790B1 (en) | Wafer prcessing method and system | |
KR102358688B1 (en) | Wafer prcessing method | |
JP2005259967A (en) | Apparatus and method for chemical mechanical polishing | |
JP2005340718A (en) | Polishing pad and chemical mechanical polishing device | |
JP2005268424A (en) | Chemical mechanical grinding device and method therefor | |
CN111684577A (en) | Residue detection using luminance histogram | |
JP2005259770A (en) | Device and method for chemical mechanical polishing | |
JP6625442B2 (en) | Polishing equipment | |
KR102543395B1 (en) | Wafer prcessing method |