JP2007015107A - Polishing apparatus and polishing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、研磨装置及び研磨方法に関し、より詳しくは半導体素子を構成する絶縁膜や導電膜の表面などの平坦化に用いる研磨装置及び研磨方法に関する。 The present invention relates to a polishing apparatus and a polishing method, and more particularly to a polishing apparatus and a polishing method used for planarizing an insulating film, a surface of a conductive film, and the like constituting a semiconductor element.
半導体記憶装置などの半導体装置は年々集積度が増し、その内部回路の配線の多層化もさらに進んでいる。その配線の多層化を可能にするために、化学機械研磨(以下、CMP(chemical mechanical polishing) という)技術を利用して配線上の層間絶縁膜が平坦化されている。CMP技術では時間的、コスト的な面から研磨の終点検出や自動化が重視されている。 The degree of integration of semiconductor devices such as semiconductor memory devices is increasing year by year, and multilayer wiring of internal circuits is further advanced. In order to make the wiring multi-layered, an interlayer insulating film on the wiring is planarized by using a chemical mechanical polishing (hereinafter referred to as CMP) technique. In the CMP technique, importance is attached to detection and automation of the polishing end point from the viewpoint of time and cost.
しかし、その研磨の終了時期については、研磨布の劣化などが原因で研磨速度が一定に保てないために、時間的に制御したとしても厳密に決定することはできなかった。従って、これまでは短時間の研磨を行っては一旦研磨を中止して被研磨物の研磨状態を観察する、といった作業を平坦面が得られるまで繰り返していた。このような方法では手間や時間もかかるので実用的でない。 However, since the polishing rate cannot be kept constant due to the deterioration of the polishing cloth and the like, the end time of the polishing could not be determined accurately even if it was controlled temporally. Therefore, until now, the operation of polishing for a short time, stopping the polishing and observing the polishing state of the object to be polished has been repeated until a flat surface is obtained. Such a method is not practical because it takes time and effort.
CMPの終点検出はこれまで、定盤(ヘッドともいう)を回転させるモータのトルクの変化を検出してその変化に基づいて研磨面の摩擦抵抗をモニタする方法があった。しかし、この方法は高周波成分が皆無のため、研磨面の擦り摩擦力の位置的、時間的平均を得るに過ぎないので、感度が悪く、さらにヘッドの構造によっては使用できない場合もある。例えば、ヘッドと筐体が弾性体で接合されるような構造を有するエアバック方式では、研磨面の摩擦の影響が回転軸に伝わりにくくなり、著しく感度が低下して実用にならない。 Until now, the end point of CMP has been detected by detecting a change in torque of a motor that rotates a surface plate (also referred to as a head) and monitoring the frictional resistance of the polishing surface based on the change. However, since this method has no high-frequency components, it only obtains a positional and temporal average of the rubbing frictional force on the polished surface, so that the sensitivity is poor and it may not be used depending on the structure of the head. For example, in an airbag system having a structure in which the head and the housing are joined by an elastic body, the influence of the friction on the polishing surface is difficult to be transmitted to the rotating shaft, and the sensitivity is significantly lowered and is not practical.
また、光学式膜厚計で研磨物を測定して終点を検出する方法もあるが、リアルタイムで検出できない。また、窒化シリコン膜とSiO2膜を同時に研磨する場合には、光学式膜厚計でその研磨膜厚を精度良く測定することができない。 In addition, there is a method of detecting an end point by measuring a polished object with an optical film thickness meter, but it cannot be detected in real time. Further, when the silicon nitride film and the SiO 2 film are polished at the same time, the polishing film thickness cannot be measured with an optical film thickness meter.
そこで、モーターの回転トルクや定盤の振動の変化に基づいて研磨の終点検出を行うことが、特開平6−320416号公報、特開平6−45299号公報において提案されている。しかし、それらの公報では、研磨面が単に平坦化された否かではなくて、研磨が進んで異質の材料が研磨面に露出し、これにより研磨面の摩擦抵抗が変化して振動が変化した時点を終点としている。 In view of this, it is proposed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 6-320416 and 6-45299 to detect the end point of polishing based on changes in the rotational torque of the motor and the vibration of the surface plate. However, in those publications, it is not whether the polished surface is simply flattened, but the polishing progresses and foreign material is exposed to the polished surface, which changes the frictional resistance of the polished surface and changes the vibration. The end point is the time.
また、研磨面と研磨布との摩擦による定盤の歪みを、歪みセンサで測定する方法が特開平6−320416号公報に記載されている。
しかし、歪みセンサを使用する研磨装置では、研磨により生じる振動が小さいので、研磨装置のモータ振動などの機械的振動(音)がバックグラウンドノイズとして混入するので、十分な感度が得られない。この結果、研磨面の全領域の研磨状態を精度良く検知したり或いは終点を検出することは難しく、基本的な研磨を終えた後に、さらに追加の研磨が必要となる。 However, in a polishing apparatus using a strain sensor, since vibration generated by polishing is small, mechanical vibration (sound) such as motor vibration of the polishing apparatus is mixed as background noise, so that sufficient sensitivity cannot be obtained. As a result, it is difficult to accurately detect the polishing state of the entire region of the polishing surface or detect the end point, and additional polishing is required after the basic polishing is finished.
また、研磨面と研磨布との摩擦により生じるヘッドの歪みを歪みセンサで測定する場合には、その歪みは歪みセンサに現れるほど大きくはない。しかも、研磨装置自体の振動をフイルタで低減しても、歪みセンサによりウェハ表面の凹凸の変化は検出できないのが実状である。なぜならば歪みセンサは高い振動周波数に感度が無いからである。 Further, when the distortion of the head caused by the friction between the polishing surface and the polishing cloth is measured by the distortion sensor, the distortion is not so large as to appear in the distortion sensor. In addition, even if the vibration of the polishing apparatus itself is reduced by a filter, it is the actual condition that a change in unevenness on the wafer surface cannot be detected by the strain sensor. This is because strain sensors are not sensitive to high vibration frequencies.
従来の研磨装置では、研磨布の目立てや交換の時期に関する客観的な指標がないので、それらの作業を無用に行いがちである。 In the conventional polishing apparatus, there is no objective index regarding the timing of the polishing cloth and the timing of replacement, and therefore, these operations are apt to be performed unnecessarily.
さらに、研磨の際のゴミ(異物)により研磨面に傷が付いたとしても、研磨終了後に研磨対象物を取り出してその研磨面を顕微鏡で観察することにより始めて傷の存在がわかることになる。CMPによる研磨の際のゴミの発生及び混入に対しては何等の対策もとられておらず、研磨面の傷を観察することで間接的に評価していた。 Further, even if the polished surface is damaged by dust (foreign matter) during polishing, the presence of the scratch can be found only after the polishing object is taken out and observed with a microscope after polishing. No countermeasures have been taken against the generation and mixing of dust during polishing by CMP, and the evaluation was made indirectly by observing scratches on the polished surface.
一方、従来では研磨終了後に研磨評価を行っているので、1ロット(通常は25枚程度)の初期の段階でゴミが混入して被研磨物の表面に傷が付きはじめても、その1ロットが終了するまではゴミの混入は気がつかなかった。このため、研磨面を傷付けるようなゴミが入ってから後に研磨される被研磨物には当然に傷が付くので、半導体ウェハのような研磨対象物が無駄に消費される。しかも、傷付いた研磨面からその一部が欠落してゴミとなり、さらにゴミが増加することもある。 On the other hand, since the polishing evaluation is conventionally performed after the polishing is completed, even if dust is mixed in the initial stage of one lot (usually about 25 sheets) and the surface of the workpiece starts to be damaged, I didn't notice any garbage until the end. For this reason, since an object to be polished after entering dust that damages the polishing surface is naturally damaged, an object to be polished such as a semiconductor wafer is wasted. In addition, a part of the polished surface is missing and becomes dust, which may further increase dust.
また、研磨の際にゴミが存在しても、その場所が特定できないので、ゴミを除去するために研磨布全体を交換することもあり、そのような場合には手間がかかってしまう。 In addition, even if dust is present during polishing, the location cannot be specified. Therefore, the entire polishing cloth may be replaced in order to remove the dust. In such a case, it takes time and effort.
さらに、上記した特許公開公報では、定盤振動検出のための信号を定盤の上から増幅器に伝達することが記載されているが、その信号伝達を無線で行おうとする場合には、定盤を回転させるためのモータのシャフトによって無線信号が一時的に途切れてしまう。 Furthermore, in the above-mentioned patent publication, it is described that a signal for detecting the vibration of the surface plate is transmitted from the surface plate to the amplifier. However, when the signal transmission is to be performed wirelessly, The wireless signal is temporarily interrupted by the shaft of the motor for rotating the motor.
ところで、研磨量は、パターンの形状に依存し、しかも加圧力、回転数、研磨液流量、研磨布の表面状態などの研磨条件によって大幅に変化する。従って、時間で研磨量を制御する場合には、ロット毎に一旦試し研磨を行い、研磨速度を確認することを行っているが、これでは手間がかかってしまう。しかも、パターンの異なる複数種類のロットについて研磨を行う場合には、試し研磨の占める時間が増えてスループットが低下する。 By the way, the polishing amount depends on the shape of the pattern, and varies greatly depending on the polishing conditions such as the applied pressure, the number of rotations, the polishing liquid flow rate, and the surface condition of the polishing pad. Therefore, when the polishing amount is controlled by time, trial polishing is performed once for each lot and the polishing rate is checked, but this takes time. In addition, when a plurality of types of lots having different patterns are polished, the time occupied by the trial polishing increases and the throughput decreases.
本発明の目的は、研磨の際の振動を高感度に検出して研磨のバラツキを精度良く、しかもリアルタイムで検出して研磨時間を短縮し、また、ゴミの存在の確認を容易にするとともに、定盤の振動の伝達を無線で正常に行うとともに、研磨状態を捉えるために利用される研磨固有の振動の検出能力を改善することができる研磨装置及び研磨方法を提供することを目的とする。 The object of the present invention is to detect vibrations during polishing with high sensitivity and accurately detect variations in polishing, reduce the polishing time in real time, and facilitate confirmation of the presence of dust, It is an object of the present invention to provide a polishing apparatus and a polishing method capable of normally transmitting vibrations of a surface plate wirelessly and improving the detection ability of vibration inherent to polishing used for capturing a polishing state.
上記した課題は、図15に例示するように、被研磨物を支持する第一の定盤3と、前記第一の定盤3に対向して配置される第二の定盤2と、前記第二の定盤2に張り付けられる研磨布1aと、前記第一の定盤3又は前記第二の定盤2に取付けられた振動検出器10と、少なくとも前記第1の定盤3又は前記第2の定盤2を駆動する駆動機構21と、前記振動検出器10が取付けられた側の前記第一の定盤3又は前記第二の定盤2に取り付けられ、且つ前記振動検出器10によって検出された情報を無線送信する送信部13と、前記送信部13から出力された無線信号を受信する受信部14と、前記受信部14に接続されて、受信した前記無線信号を解析する信号解析部15と、前記信号解析部15からの信号に基づいて、研磨停止、研磨条件を変更を指示する信号を少なくとも前記駆動機構に出力する制御部17と、前記振動検出器10が取り付けられた前記第一の定盤3又は前記第二の定盤2の回転軸の周囲に取付けられ且つ前記送信部13に接続された環状の送信アンテナ25と、前記回転軸の延長上に取付けられ且つ前記受信部14に接続される受信アンテナ26とを有することを特徴とする研磨装置によって解決する。
As illustrated in FIG. 15, the above-described problem includes a
この場合、図19に例示するように、前記振動検出器10Aの出力に基づく振動信号の振幅レンジを広げるための対数アンプ34cと、前記受信部14の出力側に接続されて前記受信部からの出力信号を変換する逆対数アンプ35とを有することを特徴とする。
In this case, as illustrated in FIG. 19, the
上記した研磨装置において、図39〜図47に例示するように、研磨対象物を支持する第1の定盤3と、前記第1の定盤3に対向して配置される第2の定盤2と、前記第2の定盤2に張り付けられる研磨布1dと、前記第1の定盤3を前記研磨布1d上の一定範囲内で周期的に移動させる駆動手段8,21と、前記第1の定盤3の振動強度又は前記駆動手段の駆動トルクの値を、前記第1の定盤の位置成分を含む関数で割算してその結果を研磨状態信号として出力し、該研磨状態信号の変化を時間で微分し、その微分値に基づいて研磨終了を検出する研磨終点検出手段77とを有することを特徴とする研磨装置によって解決する。
In the polishing apparatus described above, as illustrated in FIGS. 39 to 47, the
上記した課題は、図48に例示するように、被研磨物Wを支持する定盤3と、該被研磨物Wを研磨する研磨布1と、前記研磨布1と前記被研磨物Wの摩擦によって前記研磨布1の移動方向又は前記定盤の回転方向に引きずられる前記第定盤3の変位の変化を測定する変位検出器61〜63とを有することを特徴とする研磨装置により解決する。
As illustrated in FIG. 48, the above-described problems are the
この研磨装置において、前記研磨布1との摩擦によって平坦化される前記被研磨物Wの平坦化速度と前記変位検出器61〜63の出力信号とを対応させ、該出力信号の変化が該平坦か速度の所定の範囲内又は所定の値に達した時を研磨終点として判別する研磨終点判別手段15を有することを特徴とする。
In this polishing apparatus, the flattening speed of the workpiece W flattened by friction with the
上記課題は、図39〜図47に例示するように、研磨対象物を支持する第1の定盤と、該第1の定盤に対向して配置される第2の定盤と、該第2の定盤に張り付けられた研磨布とを備えた研磨装置を用いる研磨方法において、駆動手段により、前記第1の定盤を前記研磨布上の一定範囲内で周期的に移動させ、前記第1の定盤の振動強度又は前記駆動手段の回転トルクの値を、前記第1の定盤の位置成分を含む関数で割算してその結果を研磨状態信号とし、該研磨状態信号の変化を時間で微分し、その微分値に基づいて研磨を終了する工程を含むことを特徴とする研磨方法により解決する。 As illustrated in FIGS. 39 to 47, the above-mentioned problem includes a first surface plate that supports the object to be polished, a second surface plate that is disposed to face the first surface plate, and the first surface plate. In a polishing method using a polishing apparatus including a polishing cloth attached to a surface plate of 2, the first surface plate is periodically moved within a certain range on the polishing cloth by a driving means, and the first surface plate is moved. The value of the vibration intensity of one surface plate or the rotational torque of the driving means is divided by a function including the position component of the first surface plate, and the result is used as a polishing state signal. The problem is solved by a polishing method comprising a step of differentiating with time and ending polishing based on the differential value.
上記研磨方法において、前記関数は、前記研磨布の回転中心からの距離に比例する比例関数であることを特徴とする。また、前記研磨布において、略等密度に溝又は孔が形成されている場合は、前記関数は、前記研磨布の回転中心からの距離の二乗に比例する関数であることを特徴とする。さらに、前記関数には、前記第2の定盤の回転数が含まれることを特徴とする。 In the above polishing method, the function is a proportional function proportional to a distance from a rotation center of the polishing pad. In the polishing cloth, when grooves or holes are formed at substantially equal density, the function is a function proportional to the square of the distance from the rotation center of the polishing cloth. Furthermore, the function includes the number of rotations of the second surface plate.
上記課題は、図26〜図28に例示するように、研磨対象物を支持する第1の定盤と、該第1の定盤に対向して配置される第2の定盤と、該第2の定盤に張り付けられる研磨布とを使用して、該研磨対象物を前記研磨布により研磨する研磨方法において、振動検出器によって、前記第1の定盤又は前記第2の定盤の研磨時の振動を検出し、前記振動検出器により検出された振動強度の異常を検出し、該振動強度の異常検出時間が前記第2の定盤の回転周期よりも短い場合に、前記第1の定盤と前記第2の定盤の駆動を制御することを有することを特徴とする研磨方法によって解決する。 As illustrated in FIGS. 26 to 28, the above-described problem includes a first surface plate that supports an object to be polished, a second surface plate that is disposed to face the first surface plate, and the first surface plate. In the polishing method of polishing the object to be polished with the polishing cloth using the polishing cloth attached to the surface plate of No. 2, the vibration detector detects the polishing of the first surface plate or the second surface plate. When the vibration detector detects an abnormal vibration intensity detected by the vibration detector, and the abnormality detection time of the vibration intensity is shorter than the rotation period of the second platen, This is solved by a polishing method comprising controlling the driving of a surface plate and the second surface plate.
(作 用)
本発明によれば、研磨時の振動の検出する振動検出器の出力を無線で外部に送信する場合に、送信アンテナと受信アンテナを同軸上に配置するようにしたので、アンテナが回転したり揺動しても安定な送受信がなされる。
(Work)
According to the present invention, when the output of the vibration detector that detects vibration during polishing is transmitted to the outside wirelessly, the transmitting antenna and the receiving antenna are arranged coaxially. Stable transmission / reception is performed even if it moves.
さらに、定盤に取付けられる振動検出器や送信部に電力を供給する場合にはその定盤を回転するシャフトの周囲に環状導電体を取付け、この環状導電体に接触するブラッシを通して電力を供給するようにしているので、電池交換の手間や電力不足による作業停止といった事態が回避される。なお、環状導電体として市販のスリップリングを用いてもよい。 Further, when power is supplied to the vibration detector or the transmitter attached to the surface plate, an annular conductor is attached around the shaft that rotates the surface plate, and power is supplied through a brush that contacts the annular conductor. As a result, troubles such as battery replacement and work stoppage due to power shortage are avoided. A commercially available slip ring may be used as the annular conductor.
さらに、本発明によれば、研磨時において、定盤に取付けられた振動検出器により検出された振動強度の異常を検出して、振動強度の異常検出時間が定盤の回転周期よりも短い場合にゴミの存在を示す信号を出力する信号分析部を設けるようにしているので、その後に続く被研磨物の研磨面のゴミによる傷の発生が未然に防止される。 Furthermore, according to the present invention, when polishing, an abnormality in vibration intensity detected by a vibration detector attached to the surface plate is detected, and the abnormality detection time of vibration intensity is shorter than the rotation period of the surface plate. Since a signal analyzing unit for outputting a signal indicating the presence of dust is provided at the top, the occurrence of scratches due to dust on the polished surface of the object to be polished thereafter is prevented.
また、振動強度の異常が定盤の周期よりも長く発生する場合には、傷以外の原因なので、直ぐに研磨を停止すると、ゴミ以外の原因による研磨装置の異常動作を容易に検出できる。 Further, when the vibration intensity abnormality occurs longer than the period of the surface plate, it is a cause other than a scratch. Therefore, if the polishing is immediately stopped, the abnormal operation of the polishing apparatus due to a cause other than dust can be easily detected.
また、振動検出器により検出した振動信号を無線で制御部に送る場合に、対数アンプを介して振動信号の振幅レンジを拡大して無線で送り、受信後に逆対数アンプで振動信号を復元すると、S/N比が向上する。 In addition, when the vibration signal detected by the vibration detector is wirelessly sent to the control unit, the amplitude range of the vibration signal is expanded wirelessly via the logarithmic amplifier, and the vibration signal is restored with the inverse logarithmic amplifier after reception. The S / N ratio is improved.
また、研磨の進行によって変化する被研磨物支持盤の振動を振動検出器で検出する場合に、検出時において、被研磨物支持盤を駆動するエネルギーの供給を一時的に停止すると、バックグラウンドノイズを大幅に低減でき、S/N比を改善できる。 In addition, when the vibration detector detects vibration of the workpiece support plate that changes as the polishing progresses, if the supply of energy to drive the workpiece support plate is temporarily stopped during detection, background noise may occur. Can be significantly reduced, and the S / N ratio can be improved.
さらに他の本発明の研磨装置によれば、研磨の際に被研磨物支持盤の位置を検出する変位検出器を有しているので、研磨が進むにつれて研磨布と被研磨物の摩擦力が変化して被研磨物支持盤の位置が変化し、その変位の変化量により研磨の終点等を検出できる。この場合、被研磨物支持盤の位置の変化量はバックグラウンドノイズとは振動周波数帯が異なるので、モータ等の振動の影響を受けずにS/N比の良い検出が可能になる。 According to still another polishing apparatus of the present invention, since it has a displacement detector that detects the position of the workpiece support disk during polishing, the frictional force between the polishing cloth and the workpiece is increased as the polishing proceeds. As a result, the position of the workpiece support plate changes, and the end point of polishing can be detected by the amount of change in the displacement. In this case, since the amount of change in the position of the workpiece support plate differs from the background noise in the vibration frequency band, detection with a good S / N ratio is possible without being affected by vibrations of the motor or the like.
なお、本発明では、研磨時固有の振動を大きくしたり、S/N比を改善する等の手法を採用しているので、研磨終点検出用の異物を有しないウェハの研磨終点検出などの判断が容易になる。 In the present invention, since a technique such as increasing vibration inherent in polishing or improving the S / N ratio is adopted, it is possible to make a determination such as detection of a polishing end point of a wafer having no foreign matter for detecting the polishing end point. Becomes easier.
そこで、以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Accordingly, embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態の研磨装置の要部を示す構成図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram showing a main part of a polishing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
研磨装置は、モータMによって回転される円盤状の下側定盤2と、吸着パッド(不図示)を介して被研磨物Wを支持する円盤状の上側定盤3とを有している。下側定盤2と上側定盤3内にはそれぞれ1つ又は複数の空洞からなる共振部2a,3aが形成されている。また、下側定盤2上には、被研磨物Wと対向接触する研磨布1が張りつけられている。
The polishing apparatus includes a disk-shaped
研磨布1は例えば発泡ウレタンからなるもので二層構造となっている。
The polishing
研磨布1の上層部には、図2(a),(b)に示すような深さ2mm程度の第一の溝4が複数の箇所に形成されている。第一の溝4に囲まれた矩形状の領域は例えば20mm四方の広さを有し、研磨時に被研磨物Wに接触して振動を誘発する励振部5となっている。また、研磨布1の下層部には、励振部5に重なる第二の溝(空洞)6が形成され、その第二の溝6は、励振部5の振動に共振するようになっている。
In the upper layer portion of the polishing
第一の溝4の形成領域は特に限定されるものではないが、例えば図2(a)、(b)に示すようなものがある。図2(a)に示す第一の溝4は平面が矩形状のもので、十字方向に複数本形成されている。また、図2(b)に示す第一の溝4は、直線状に縦横に複数本形成されたものである。
The formation region of the
上側定盤3は、図3に示すように、ゴムやバネ等の弾性部7を介して内部空洞の筐体8に支持されていて、筐体8とは異なる動きをするようになっている。筐体8の上部は、シャフト駆動部21によって回転及び上下動されるシャフト9の下端に固定されている。筐体8と上側定盤3と弾性部7は全体でヘッドとも呼ばれ、そのヘッド内部の空間は、上側定盤3を研磨布1に押圧し得るような内部圧力となっている。
As shown in FIG. 3, the
上側定盤3の上部又は側部には振動検出素子(以下、加速度素子ともいう)10が取り付けられ、その振動検出素子10の出力端は筐体8に取り付けられた送信機13に接続されている。振動検出素子10として、例えば圧電素子加速度センサーが使用される。
A vibration detection element (hereinafter also referred to as an acceleration element) 10 is attached to the upper part or side part of the
筐体8と上側定盤3と弾性部7によって囲まれる空間が所定の圧力に保持される構造のヘッドは、エアバック式ヘッドと呼ばれる。エアバック式ヘッドでは、上側定盤3が上にずれると上側定盤3には位置を元に戻す下向きの圧力が加わる一方、上側定盤3が下にずれると上側定盤3には位置を元に戻す上向きの圧力が加わるような圧力が加えられ又はそのような圧力が保持される。その圧力は、シャフト9内の空洞を通して外部から加えられる。
A head having a structure in which a space surrounded by the
また、送信機13は、振動検出素子10からの振動周波数、振動強度に関する情報の信号を無線で受信機14に送信し、受信機14で受けた振動情報を信号解析部15によって分析し、得られた振動周波数と振動強度のパワースペクトルから研磨以外の原因による固有振動成分(例えば、研磨装置固有の振動成分)を差し引き、その結果を例えば表示部16に表示したり、駆動制御部17を介してシャフト9やドレッサー12を移動したり駆動、停止したり、或いは駆動制御部17を介してノズル11から供給される研磨液給料量を制御したりしている。
Further, the
研磨布1の表面はドレッサー12により目立てされる。ドレッサー12の上下動及び回転動作は、駆動制御部17によって制御される。
The surface of the
下側定盤2を回転させるモータMの回転数は、駆動制御部17によって制御される。
The rotational speed of the motor M that rotates the
上述した研磨装置により研磨される被研磨物Wとしては、例えばシリコン、ゲルマニウムや化合物半導体などのウェハや、そのようなウェハに形成された導電膜、絶縁膜、金属膜がある。 Examples of the workpiece W to be polished by the above-described polishing apparatus include a wafer such as silicon, germanium, and a compound semiconductor, and a conductive film, an insulating film, and a metal film formed on such a wafer.
なお、上記した第一及び第二の溝の代わりに研磨布1に複数の小孔を形成するようにしてもよい。
A plurality of small holes may be formed in the
そこで次に、半導体ウェハの研磨を例に挙げて上記した研磨装置の動作を説明する。 Next, the operation of the above-described polishing apparatus will be described by taking the polishing of a semiconductor wafer as an example.
まず、被研磨物Wとして半導体ウェハWを上側定盤3の下面に貼った後に、かつ駆動制御部17からの信号により下側定盤2を回転させる。さらに、駆動制御部17からの信号によりシャフト9を回転、下降させて半導体ウェハWを研磨布1に押圧する。その研磨の際にはノズル11を通して研磨液を研磨布1に供給する。
First, after the semiconductor wafer W is pasted on the lower surface of the
研磨が開始すると、半導体ウェハWと研磨布1の摩擦によって半導体ウェハWが振動するので、研磨布1に形成された振動部5が振動し、その振動は第二の溝6や下側定盤2及び上側定盤3の共振部2a,3aの共振によって増幅され、振動検出素子10に伝達される。
When polishing is started, the semiconductor wafer W vibrates due to the friction between the semiconductor wafer W and the
振動検出素子10に入力する振動としては、摩擦による振動成分の他にシャフト9を駆動するシャフト駆動部21からの振動成分が存在する。シャフト駆動部21の固有振動は、摩擦振動を検出する振動検出素子10のノイズになる。しかし、振動検出素子10は、上側定盤3に取り付けられているので、シャフト9及び筐体8に伝達したシャフト駆動部21の固有振動は、弾性体7の振動吸収によって減衰される。この結果、上側定盤3に伝わるシャフト駆動部21の固有振動は弱くなるので、振動検出素子10に入力するノイズが低減する。
As vibration input to the
振動検出素子10によって検出された振動周波数や振動強度等の振動情報は、送信機13、受信機14、信号解析部15を介して表示部16に表示される。表示部16では、例えば図4に示すような振動のパワースペクトルが表示される。このパワースペクトルは、信号解析部15によって研磨以外の原因による固有振動成分を引いたものである。
Vibration information such as vibration frequency and vibration intensity detected by the
研磨の初期段階であって研磨面の全面に凹凸が存在する状態では、図4に見られるように低周波から高周波までの広い振動周波数帯にわたり振動強度が大きくなっていることがわかる。研磨が進んで研磨面の一部が局部的に平坦になると、振動強度が振動周波数全体で減少するだけでなく、500Hz程度の低い振動周波数の振動強度の減衰が顕著になる。低周波の減衰は、研磨面の一部が平坦に研磨されることにより起こる特有の現象であり、全体が一様に研磨されている場合には1000Hz前後の高周波の振動強度が減衰する。研磨面の一部が平坦化されている場合には、駆動制御部17によって上側定盤3や下側定盤2の回転数や上側定盤3による圧力などを調整して、研磨のバラツキを少なくする。
It can be seen that, in the initial stage of polishing and in a state where unevenness exists on the entire polished surface, the vibration intensity is increased over a wide vibration frequency band from low frequency to high frequency as seen in FIG. When the polishing progresses and a part of the polished surface becomes locally flat, not only the vibration intensity decreases over the entire vibration frequency but also the attenuation of the vibration intensity at a low vibration frequency of about 500 Hz becomes remarkable. Low-frequency attenuation is a unique phenomenon that occurs when a part of the polishing surface is polished flat. When the entire surface is uniformly polished, high-frequency vibration intensity around 1000 Hz is attenuated. When a part of the polishing surface is flattened, the
研磨面の全面が一様に平坦化すると振動が生じなくなるので、図4に見られるように振動強度が全振動周波数帯域でほぼ零になる。 Since vibration does not occur when the entire surface of the polished surface is uniformly flattened, the vibration intensity becomes almost zero in the entire vibration frequency band as shown in FIG.
このように、研磨布1に設けた励振部5の振動誘発によって振動周波数帯域が広くかつ振動強度が大きくなって感度が良くなるばかりでなく、研磨布1の第二の溝6や上側定盤3及び下側定盤2の共振部2a,3aによる共振によって振動が増幅される。
Thus, not only the vibration frequency band is wide and the vibration intensity is increased and the sensitivity is improved by the vibration induction of the
これにより、研磨面での微細な凹凸の存在を増幅して検出することが可能になった。その振動の変化によって研磨状態が研磨面の0.05μm以下の微小な凹凸でも検出でき、また、研磨面の研磨バラツキの状況を精度良く把握でき、そのバラツキが低下する方向に研磨圧力を変えたり上側又は下側定盤2,3の回転数を変えることにより自動的に修正して研磨バラツキを修正することができる。これにより、研磨状態を高精度に把握して、研磨の終了の判断を容易にしたり、追加研磨が不要になってスループットが向上する。
This makes it possible to amplify and detect the presence of fine irregularities on the polished surface. Due to the change in vibration, the polishing state can be detected even with minute irregularities of 0.05 μm or less on the polished surface, the situation of polishing variation on the polished surface can be accurately grasped, and the polishing pressure can be changed in the direction in which the variation decreases. By changing the number of rotations of the upper or
振動周波数に対する振動強度のスペクトルを信号解析部15により積分すると研磨が進行するにつれて積分値は次第に減少するので、積分値の時間的変化が無くなった場合には研磨が終了したと判断して信号解析部15から研磨終了の信号を駆動制御部17に送り、駆動制御部17はシャフト9の回転を停止したり、シャフト9を上昇させたりして、半導体ウェハWと研磨布1の接触を断って研磨を終了させる。
When the
なお、その積分値が研磨終了時にも完全に零にならないような場合には、その積分値が予め設定した基準値となったり、或いは積分値の時間的変化が予め設定した基準値よりも小さくなった時点で研磨終了であると判断してもよい。 If the integral value does not become completely zero at the end of polishing, the integral value becomes a preset reference value, or the temporal change of the integral value is smaller than the preset reference value. At this point, it may be determined that the polishing is finished.
ところで、研磨が終わらない状態で研磨布1が磨耗すると、被研磨物Wと励振部5との摩擦が減少して振動が生じなくなり、振動強度が急速に減衰して研磨終了の状態とほぼ同じ特性に変化する。このような急峻な振動強度の減衰は、振動検出素子10、送信機13、受信機14を介して信号解析部15によって検出され、信号解析部15により研磨布1の劣化と判断される。この場合には、駆動制御部17を介して研磨を中止するとともにドレッサー12を駆動して研磨布1を目立てすることになる。そして、目立てを終えた後に研磨を再開する。
By the way, when the polishing
研磨布1の表面が滑らかになった場合には、振動周波数の0〜数百Hzの帯域の振動強度が数dBの大きさで存在するので、その振動周波数帯域での振動強度の存在と振動強度の変化の情報に基づいて研磨布が磨耗したことを検知してもよい。
When the surface of the
研磨布の劣化の基準は、研磨開始から終了までの時間が予め設定した時間よりも短い場合や、積分値の時間的変化が指定値を超えて減少した場合を劣化基準としてもよい。 The deterioration standard of the polishing cloth may be a deterioration reference when the time from the start to the end of polishing is shorter than a preset time or when the temporal change of the integral value decreases beyond a specified value.
次に、上記した研磨装置を用いて半導体装置の配線を覆う絶縁膜を研磨する工程について説明する。 Next, a process of polishing an insulating film covering the wiring of the semiconductor device using the above polishing apparatus will be described.
半導体装置の配線を形成する場合には、まず、図5(a)に示すように半導体基板W1 の上に第一の絶縁膜W2を形成した後に、第一の絶縁膜W2上に金属膜を形成し、ついで、図5(b)に示すようにその金属膜をパターニングして配線パターンW3を形成する。その後に、図6(a)に示すように、配線パターンW3を保護するための第二の絶縁膜W4 を形成する。配線パターンW3と第一の絶縁膜W2によって形成される段差は、第二の絶縁膜W4の表面に凹凸となって現れる。第二の絶縁膜W4の表面は、上記した研磨装置によって終点が検出されるまで研磨され、その研磨面は図6(b)に示すように平坦になった。 In the case of forming a wiring of a semiconductor device, first, after forming the first insulating film W 2 on the semiconductor substrate W 1 as shown in FIG. 5 (a), on the first insulating film W 2 a metal film is formed, followed by patterning the metal film as shown in FIG. 5 (b) to form a wiring pattern W 3. Then, as shown in FIG. 6 (a), forming a second insulating film W 4 for protecting the wiring pattern W 3. Step formed with the wiring pattern W 3 by a first insulating film W 2 appears as an uneven surface of the second insulating film W 4. Surface of the second insulating film W 4 is polished to the end point is detected by the polishing apparatus described above, the polishing surface thereof became flat as shown in Figure 6 (b).
第二の絶縁膜W4が、例えばTEOSを使用したSiO2膜である場合には、研磨速度が大きいので、図7(a)に示すように、第二の絶縁膜W4の上にCVDにより窒化シリコン膜W5が形成される場合もある。その窒化シリコン膜W5の表面には凹凸が現れる。第二の絶縁膜W4と窒化シリコン膜W5の表面は本発明の研磨装置によって終点が検出されるまで研磨され、その研磨面は図7(b)に示すように平坦になる。窒化シリコンはSiO2よりも硬いので、窒化シリコン膜W5が存在する場合の研磨量は、窒化シリコン膜W5が存在しない場合の研磨量よりも少ない。 When the second insulating film W 4 is, for example, a SiO 2 film using TEOS, the polishing rate is high, so that the CVD is performed on the second insulating film W 4 as shown in FIG. sometimes the silicon nitride film W 5 is formed. Irregularities appear on the surface of the silicon nitride film W 5. Surface of the second insulating film W 4 and the silicon nitride film W 5 is polished to the end point is detected by the polishing apparatus of the present invention, the polishing surface thereof becomes flat as shown in FIG. 7 (b). Since silicon nitride is harder than SiO 2, the polishing amount when there is a silicon nitride film W 5 is less than the polishing amount in the absence of the silicon nitride film W 5.
第二の絶縁膜W4だけを研磨する場合には、その研磨面は図8(a)〜(c)のように変化し、これらの場合に振動検出素子10に入力する振動の波形は図10に示すように研磨が進行するにつれて小さくなる。
When polishing only the second insulating film W 4 is the waveform of the vibration changes, to be input to the
一方、第二の絶縁膜W4及び窒化シリコン膜W5を研磨する場合には、図9(a),(b)に示すように、初期の状態で全体を覆っていた窒化シリコン膜W5は、研磨が進むにつれて一部が消失し、その部分から第二の絶縁膜W4が露出することになる。さらに窒化シリコン膜W5と第一の絶縁膜W4を研磨すると、研磨面が平坦化した時点で研磨の終点が検出され、研磨は停止される。その研磨面には、図9(c)に示すように、第一の絶縁膜W4のみが露出する場合もあるし、一部に窒化シリコン膜W5が残っている場合もある。 On the other hand, when polishing the second insulating film W 4 and the silicon nitride film W 5 , as shown in FIGS. 9A and 9B, the silicon nitride film W 5 covering the whole in the initial state. It is partially lost as polishing proceeds, made from the portion that the second insulating film W 4 is exposed. With further polishing the silicon nitride film W 5 the first insulating film W 4, the end point of the polishing is detected when the polishing surface is flattened, the polishing is stopped. In that the polishing surface, as shown in FIG. 9 (c), to sometimes only the first insulating film W 4 is exposed, in some cases part is left silicon nitride film W 5.
これらの研磨の際に振動検出素子10に入力する振動の波形はほぼ図10に示すようになる。
The waveform of vibration input to the
従って、上記した研磨装置は、特開平6−320416号公報に記載されているように膜質の変化によって振幅が大きくなるような状況を捉えるものではなく、研磨面の平坦性が良くなるにつれて振動強度が減少する事象を捉え、振動の減少が所定の基準に達した段階で研磨終点を判断して研磨を停止する構成となっている。 Therefore, the above polishing apparatus does not capture the situation where the amplitude increases due to the change in film quality as described in JP-A-6-320416, and the vibration intensity increases as the flatness of the polishing surface improves. In this configuration, the phenomenon is detected, and the polishing end point is determined and the polishing is stopped when the decrease in vibration reaches a predetermined standard.
なお、上記した振動検出素子10は上側定盤3に複数個取り付けてもよい。例えば、縦方向の振動と横方向の振動を別々に検出して研磨状態をさらに詳細に検出してもよい。また、振動検出素子10の振動は縦方向の振動でなく、横方向又は円周方向の振動であってもよく、円周方向の振動については第8、9実施形態で詳述する。また、振動検出素子10の取り付け場所を上側定盤3でなく下側定盤3としてもよい。その取付け箇所については、以下の実施形態でも同様に適用される。
Note that a plurality of the above-described
(第2実施形態)
図11は、本発明の第2実施形態を示す側面図である。
(Second Embodiment)
FIG. 11 is a side view showing a second embodiment of the present invention.
本実施形態では、図11に示すように、セラミックや水晶等の圧電材料からなる振動検出素子(加速度素子)18を上側定盤3の中間層に介在させている。これにより、被研磨物Wの研磨面に垂直な振動は勿論のこと、研磨面の面に沿って生じる捩れ方向の摩擦、即ち「ずり摩擦力」を検出できる。ずり摩擦力は、研磨面の一部が局所的に平坦化すると急激に減少するので、全体的に均一に研磨したい場合には、急激に減少しないように研磨条件(例えば研磨圧力、研磨速度)を調整して研磨のバラツキを解消させる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 11, a vibration detection element (acceleration element) 18 made of a piezoelectric material such as ceramic or quartz is interposed in the intermediate layer of the
この実施形態の振動検出素子18は、第1実施形態と同様に送信機13に接続される。また、この振動検出素子18は、研磨布1に励振部5を有しない研磨装置にも適用してもよい。
The
(第3実施形態)
図12は、本発明の第3実施形態を示す側面図である。
(Third embodiment)
FIG. 12 is a side view showing a third embodiment of the present invention.
本実施形態では、図12に示すように、歪みゲージのようなフィルム状の圧力センサ19を被研磨物Wと上側定盤3の間に介在させている。これにより、被研磨物Wが研磨面に垂直な方向に受ける圧力変化を電気抵抗の変化として検出することにより、垂直方向の振動周波数や振動強度を検出できる。この圧力センサ19として圧力分布を検出できるタイプのものを用いてもよい。
In this embodiment, as shown in FIG. 12, a film-
この実施形態の振動検出素子18は、第1実施形態と同様に送信機13に接続されるが、研磨布に上記した励振部を有しない研磨装置にも適用できる。
The
(第4実施形態)
上記した実施形態では被研磨物を上側定盤に取り付け、研磨布を下側定盤に貼り付けるようにしたが、図13に示すように、被研磨物Wを下側定盤2に取り付け、研磨布1を上側定盤3に貼り付けるようにしてもよい。
(Fourth embodiment)
In the above-described embodiment, the object to be polished is attached to the upper surface plate, and the polishing cloth is attached to the lower surface plate. However, as shown in FIG. 13, the object to be polished W is attached to the
この実施形態でも、研磨布1には励振部5が設けられ、また振動検出素子10及び送信機13が上側定盤3に取り付けられている。
Also in this embodiment, the polishing
なお、本実施形態でも研磨布1には第1実施形態と同様に第二の溝6を形成したり、上側定盤3や下側定盤2には空洞からなる共振部2a,3aを設けてもよい。
In this embodiment, the polishing
(第5実施形態)
上記した実施形態では、シャフトで上側定盤を回転する機構となっているが、図14に示すように、回転機構のない上側定盤20を使用するいわゆるデッドウェイト型の研磨装置を使用する場合にも、上側定盤20に振動検出素子10や送信機13を搭載してもよい。この場合、下側定盤2上の研磨布1に励振部5を設けたり、上側定盤20や下側定盤2に空洞からなる共振部を設けてもよい。
(Fifth embodiment)
In the above-described embodiment, the upper surface plate is rotated by the shaft. However, as shown in FIG. 14, a so-called dead weight type polishing apparatus using the
なお、図14において、図1と同一符号は同一要素を示している。 In FIG. 14, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same elements.
(第6実施形態)
図15は、本発明の第6実施形態の側面図である。本実施形態では、電池を使用せずに送信機に電力を供給する構造と、送信機と受信機を無線で接続する構造を有する研磨装置を示す。図15において図1と同一符号は同一要素を示している。
(Sixth embodiment)
FIG. 15 is a side view of the sixth embodiment of the present invention. In this embodiment, a polishing apparatus having a structure for supplying power to a transmitter without using a battery and a structure for wirelessly connecting the transmitter and a receiver is shown. 15, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same elements.
図15において、シャフト9の上には、モーターを有するシャフト駆動部21が取り付けられ、このシャフト駆動部21は弾性体22を介して揺動装置23に取り付けられている。揺動装置23は、ベルト24に接続されて研磨布1aの上面に沿って縦横に移動可能に配置されている。
In FIG. 15, a
また、上側定盤3には振動検出素子(例えば加速センサー) 10が、上側定盤3の中心から定盤半径の1/4〜3/4だけ離れた位置に取り付けられている。また送信機13が取付けられた筐体8の外周面には送信機13に接続された送信用アンテナ25が少なくとも1周形成されている。また、揺動装置の外周面には受信用アンテナ26が少なくとも1周形成され、受信用アンテナ26は弾性体22及びベルト24に沿って配置された信号線27を介して図1に示した受信機14に接続される。なお、受信用アンテナ26は、接地されたシールド線27aに囲まれている。
A vibration detecting element (for example, an acceleration sensor) 10 is attached to the
一方、シャフト9の周囲には、その表面から絶縁された環状導体28が形成され、この環状導体28には導電性のブラッシ29が接触しており、導電性ブラッシ29は外部に引き出される電力供給用配線に接続されている。また、環状導体28からはシャフト9の内部又は外部に沿って電線30が引き出されており、その電線30は送信機13の電源端子に接続されている。その電線30は絶縁物によって被覆されている。
On the other hand, an
なお、上側定盤3を筐体8に支持するための弾性部7が絶縁体である場合には、上側定盤3と送信機13の間にはアース電位を確保するために上側定盤3を導電体により形成するか或いは上側定盤3の表面に金属を蒸着してそれらをアース線に接続する必要がある。これにより接地電位であるシャフト9の長さ方向に引かれる電線30は1本で足りることになる。
In addition, when the
このような研磨装置によれば上側定盤3をシャフト9により回転する場合でも、送信機13から出力された信号は上側定盤3の周囲にある略環状の送信用アンテナ25を通して無線で送信される。その無線信号は、シャフト駆動部21の周囲の略環状の受信用アンテナ26を介して図1に示す受信機14に入力することになるので、無線信号がシャフト9によって妨害されることがなくなる。この場合、揺動装置23が揺動しても送信用アンテナ25と受信用アンテナ26は同時に揺動し、そのうちの送信用アンテナ25が回転する。なお、受信用アンテナ26は回転することはない。
According to such a polishing apparatus, even when the
送信用アンテナ25と受信用アンテナ26は、それらのうちの一方をシャフト9の周囲に略環状に配置すれば送受信が可能になる。しかし、シャフト9の揺動による送受信状態の不安定性を避けるためには、上記したように送信用アンテナ25と受信用アンテナ26の双方を環状にした上で、それらを同軸上に配置することが好ましい。
The
一方、送信機13で消費される電力は、シャフト9に沿って配置された電線30を通して供給されるので、送信機13に電力を供給するための電池の交換の手間が不用となり、しかも、電力不足による研磨の中断を回避してスループットを向上することができる。
On the other hand, since the power consumed by the
なお、研磨布1aは、第1実施形態のように励振部が形成されたものであってもよい。また、電力供給系統及び信号伝達系統以外は、第1実施に示した構造を採用してもよい。 Note that the polishing pad 1a may be one in which an excitation unit is formed as in the first embodiment. Moreover, you may employ | adopt the structure shown in 1st implementation except an electric power supply system and a signal transmission system.
(第7実施形態)
第1実施形態や第6実施形態に示した研磨装置を複数台使用して、複数の被研磨物を並行して研磨する場合に管理システムを構築する必要があるので、その実施形態を図16に基づいて説明する。
(Seventh embodiment)
Since it is necessary to construct a management system when a plurality of polishing apparatuses shown in the first embodiment and the sixth embodiment are used and a plurality of objects to be polished are polished in parallel, the embodiment is shown in FIG. Based on
図16において、上記した構造を有する複数の研磨装置m1〜mnには、周波数の異なる信号f1〜fnを送信する上記した送信機13が取付けられ、送信機13にはそれぞれ上記した振動検出素子10が接続されている。また、それらの送信機13は、フィルターにより特定の振動周波数帯域のみを送信するように構成されている。
In FIG. 16, the above-described
各送信機13から出力された信号は送信用アンテナ25及び受信用アンテナ26を介して無線で伝搬される。
The signal output from each
送信用アンテナ25の上方の受信用アンテナ26に入力した周波数の異なる信号f1〜fnは合成器31を介して受信機32に入力するようになっている。受信機32は、信号解析部33が一定量の受信データを要求する毎に複数の送信機13の信号f1〜fnを時分割で順に同調して、同調した信号を信号解析部33に送信するとともに、オートチューニング(自動周波数制御) 機構を有している。オートチューニング機構は、同調すべき信号の周波数の変動を参照周波数の範囲内に自動的に保持する機構なので、各信号f1〜fnの周波数が温度変化などにより僅かにずれても、受信不能といった不都合が回避される。このため、送信機13の送信周波数が温度変化などによって変動しても、常に最良の受信状態で受信される。
Signals f 1 to fn having different frequencies input to the receiving
また、受信機32は、同調した信号と同一か最も近い周波数の信号f1〜fnとして信号解析部33に伝送するので、信号解析部33での信号処理は正常に行われる。
Further, since the
信号解析部33では、時分割された信号f1〜fnの情報に基づいて各研磨装置m1〜mnの駆動制御部17を制御して定盤の駆動、停止や圧力調整、或いは定盤の回転数の調整を行ったり、又はドレッサーを駆動、停止する。
The
なお、チューニングは、周波数の大きさ順に行ってこれを何度も繰り返す。 The tuning is performed in the order of frequency and this is repeated many times.
以上により、複数の研磨装置を効率良く且つ最適に管理することができる。 As described above, a plurality of polishing apparatuses can be managed efficiently and optimally.
(第8実施形態)
本実施形態では、研磨面の円周方向(又は回転方向)の振動によって研磨を制御する研磨装置について説明する。図17は、第8実施形態を示す研磨装置の側面図であり、図18は、ヘッドの底面図を示している。図17において、図1及び図15と同一符号は同一要素を示し、また、図示しない部分は図1及び図15の何れかと同じ機構となっている。
(Eighth embodiment)
In this embodiment, a polishing apparatus that controls polishing by vibration in the circumferential direction (or rotation direction) of the polishing surface will be described. FIG. 17 is a side view of the polishing apparatus showing the eighth embodiment, and FIG. 18 is a bottom view of the head. In FIG. 17, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 15 denote the same elements, and the portions not shown have the same mechanism as in any of FIGS.
本実施形態において、エアバック式の筐体8と上側定盤3を接続する弾性体7は特に材料を限定されるものでないが、布を挟み込んだ多層構造のゴムシートを使用したり、そのゴムシートを複数枚重ねたものを使用すれば機械的強度の大きいものが得られる。
In the present embodiment, the
上側定盤3の上には振動検出素子10Aが取付けられていて、図18に示すように上側定盤3の円周方向の微小振動を検出する向きとなっている。その振動検出素子10Aは、その向きを変えることによって検知すべき振動の方向を選択できる構造となっている。前述した第1〜第7の実施形態における振動検出素子10は上下の振動を検出する向きに配置されている。
A vibration detecting element 10A is mounted on the
振動検出素子10は、信号線を介して筐体8上の送信機13Aに接続されている。送信機13Aの信号出力端は筐体8外周面の環状の送信用アンテナ25に接続され、また、送信機13Aの電源端は図15で示した環状導電体28に接続されている。送信用アンテナ25から出力される無線信号を受ける側の機構は、図15で示した環状の受信用アンテナ26を含む構成となっている。
The
なお、図17中符号34は、後述する第1のアンプ34aとフィルタ34bと第2のアンプ34cを集積した回路を示している。
Note that
その送信系と受信系の回路は図19のようになる。 The circuit of the transmission system and the reception system is as shown in FIG.
振動検出素子10Aは、第1のアンプ34aとフィルタ34bと第2のアンプ34cを介して送信機13Aに有線で接続されている。振動検出素子10Aは、50mV/G(約50μV/ガル)相当以上の感度であってノイズレベルが1mG(約1ガル)相当以下のものが使用され、振動検出素子10Aとして加速度センサを使用する場合には、その共振周波数が20kHz以上であり、または、研磨の進行に伴って振動強度が変化する周波数に共振をもつものである。
The vibration detection element 10A is connected to the
第1のアンプ34aは増幅率500、フィルタは10Hz〜30KHzのバンドパス、第2のアンプ34cは増幅率1/50の特性のものが使用され、送信機13Aとして例えばFM送信機が用いられる。
The
そのアンプ34a,34cはそれぞれ市販のオペアンプを適用できる。また、フィルタ34bは、研磨条件や被研磨物の変化や研磨装置改造による振動モードの変化にすぐに対応できるように、グラフィックイコライザのように中心周波数の異なるバンドパスフィルタを複数個組み合わせたものを使用したり、或いはプログラマブル・バンドパスフィルタを使用し、各振動周波数帯域の透過率を変えるようにしてもよい。グラフィックイコライザを用いたフィルタの特性の一例を図20に示す。なお、各バンドパスフィルタは、それぞれ、減衰率が34dB/oct以上、帯域幅が中心の周波数と同等以下又は1kHz程度のものを使用することが好ましい。
Commercially available operational amplifiers can be applied to the
一方、受信系では、受信用アンテナ26に接続された受信機14は、図1に示す信号解析部15、駆動制御部17を有する処理部35を有し、処理部35はFFTアナライザ又はCPUボード又は所謂パソコンによって構成される。処理部35は例えば10Hz程度から30kHz程度までの振動周波数のスペクトルを得るようにする。
On the other hand, in the receiving system, the
以上は研磨固有の振動を測定するための構造について説明しているが、実際には、下側定盤2や上側定盤3を回転するためのモータなどの振動が振動検出素子10Aに入力する。そこで、研磨装置自体の振動が原因となる上側定盤3の振動が50mG(約50ガル)以下になるような構造にすることが好ましい。50mG以下か否かを判断する方法として、被研磨物Wとして平坦なウェハを用いた場合に上側定盤3に及ぼす研磨振動を測定すればよい。
The above is a description of the structure for measuring the vibration inherent to polishing. Actually, however, vibrations such as a motor for rotating the
次に、上記した構造の研磨装置を使用して研磨終点を検出することについて説明する。 Next, detection of the polishing end point using the polishing apparatus having the above-described structure will be described.
まず、下側定盤2と上側定盤3を回転させるとともに、下側定盤2の下に貼り付けた被研磨物Wを下側定盤2上の研磨布1に押しつけて被研磨物Wの研磨を開始する。研磨布1は第1実施形態で説明したような格子状の溝4と振動部5を有している。
First, the
上側定盤3の円周方向の0〜25kHzの振動の周波数とその振動の強度の関係が研磨時間によってどのように変化するかを調べたところ図21のような結果が得られ、研磨が進むにつれて振動周波数の帯域全体で振動強度が低下することがわかる。
When the relationship between the frequency of vibration of 0 to 25 kHz in the circumferential direction of the
このことから、振動検出素子10Aによって検出された振動信号は、送信機13A、受信機14などを介して処理部35に入力する。処理部35では、基準値であるリファレンススペクトルと測定中の振動信号とを比較し、例えば、特定の周波数域における振動強度の積分値とリファレンススペクトルの積分値との比が所定の閾値以下になったとき、或いは、特定の周波数域の振動強度の積分値の時間変化量が所定の閾値以下になったときに、研磨の終了と判定する。
Accordingly, the vibration signal detected by the vibration detection element 10A is input to the
振動信号の検出精度は、無線送信機13Aの性能に大きく影響する。第1及び第2のアンプ34a,34cとフィルタ34bに要求される特性や送信する振動信号は次のような手順を踏んで決定される。
The detection accuracy of the vibration signal greatly affects the performance of the
まず、有線で上側定盤3の振動強度を測定する。次に、振動強度信号を増幅した電圧がフィルタ34bの許容入力電圧を越えないような値となるように第1のアンプ34aの増幅率を決定する。さらに、フィルタ34bを通過した振動強度信号を増幅して得られる電圧が送信機13Aの許容入力電圧を越えないような値になるように第2のアンプ34cの増幅率が決定される。
First, the vibration strength of the
また、フィルタ34bの振動強度周波数の透過周波数帯域を決定する場合にはまず、実際に研磨を行いながら無線送信し、研磨が進行しても振動強度が変化しない振動周波数を調べ、この振動周波数を透過させないような透過周波数帯域を決定する。研磨が進行しても振動強度が変化しない振動成分は、研磨装置自身に起因する振動ノイズである。
When determining the transmission frequency band of the vibration intensity frequency of the
研磨布1の劣化や研磨液の濃度変化は、予め測定しておいたスペクトルと実測のスペクトルの形状を比較することにより知ることができる。これらの情報が不要であって研磨終点のみを知りたい場合には、送信機13Aの前段で特定の周波数域の振動強度信号をその実効値に対応する直流信号に変換し、これを送信機13Aから受信機14に送るようにしてもよい。
The deterioration of the polishing
また、振動信号を無線送信する際に振幅レンジを拡大するために、振動信号を対数アンプ34cで増幅してから送信機13Aで無線送信し、その無線信号を受信機14で受信した後にその受信信号を処理部35内の逆対数アンプで元の信号を再現するようにしてもよい。
In order to expand the amplitude range when the vibration signal is wirelessly transmitted, the vibration signal is amplified by the
なお、本実施形態では、図15に示すと同じように環状導電体28を使用して発振器13Aに電力を供給する構造となっているが、電池を使用する構造としてもよい。また、送信機13Aは、無線でなく、電源供給用に使用した環状導電体28と同じ構造の信号用環状導電体を使用して有線で受信機14に送信してもよい。さらに、送信機13Aは、筐体8の外部に取り付けているが、振動検出素子10と同様に筐体8内の空洞の内部に取り付けてもよい。
In the present embodiment, the power is supplied to the
図17では、1個の下側定盤2の上に1個の上側定盤3を配置したが、1個の下側定盤2の上に複数個の上側定盤を配置したり、或いは下側定盤2と上側定盤3の組を複数備えた研磨装置を使用する場合には、研磨の進行や終了を各ヘッド毎に上記した構成を設けて、各々独立に研磨を制御するようにする。
In FIG. 17, one
本実施形態で説明したアンプやフィルタは、第1〜第7の実施形態の研磨装置に適用してもよい。 The amplifier and filter described in the present embodiment may be applied to the polishing apparatus of the first to seventh embodiments.
(第9実施形態)
上記した第8実施形態では、1つの振動検出素子10Aを取付ける場合について説明したが、振動検出素子10Aと同じ重さの錘又は第2の振動検出素子を上側定盤3の上に振動検出素子10Aと中心対称にして取付けると、回転する上側定盤3のバランスがよくなって回転時の振動が安定する。
(Ninth embodiment)
In the above-described eighth embodiment, the case where one vibration detection element 10A is attached has been described. However, a weight having the same weight as the vibration detection element 10A or the second vibration detection element is placed on the
第2の振動検出素子を取付けた装置を示すと図22のようになり、この構成では以下に示すような回路構成を採ることによって2つの振動検出素子10A,10Bの振動ノイズを低減できる。 FIG. 22 shows an apparatus to which the second vibration detection element is attached. In this configuration, vibration noise of the two vibration detection elements 10A and 10B can be reduced by adopting a circuit configuration as shown below.
その振動ノイズは測定方向に対して直角方向の振動成分によるものである。振動検出素子10A,10Bは、一般に、測定方向に対して直角方向となる振動成分に数%の感度を有する。本実施形態において、その直角方向の振動成分は縦方向の振動である。 The vibration noise is due to a vibration component perpendicular to the measurement direction. The vibration detection elements 10A and 10B generally have a sensitivity of several percent for vibration components that are perpendicular to the measurement direction. In the present embodiment, the vibration component in the perpendicular direction is vertical vibration.
図22において、2つの振動検出素子10A,10Bにそれぞれ入力する2つの縦方向の振動ノイズは、図23(a),(b)に示すように逆方向の場合と、図24(a),(b)に示すように同方向の場合がある。 In FIG. 22, the two vertical vibration noises input to the two vibration detection elements 10A and 10B are in the opposite directions as shown in FIGS. 23 (a) and 23 (b), and in FIG. As shown in (b), the direction may be the same.
図23に示すような逆方向で縦の振動ノイズが生じる場合には図25(a)に示すように、振動検出素子10A,10Bの出力端に接続された第1のアンプ34d,34eの出力端に加算器36を接続し、その加算器36の出力端をフィルタ34bに接続することになる。この場合、図22(a)の実線の矢印で示すように、2つの振動検出素子10A,10Bはそれぞれ上側定盤3の回転振動を同一円周方向で検出するように配置する。
When vertical vibration noise occurs in the reverse direction as shown in FIG. 23, as shown in FIG. 25A, the outputs of the
このような振動検出素子10A,10Bの配置にして、第1のアンプ34d,34eの出力側に加算回路36を挿入することによって縦方向の振動ノイズを打ち消して低減することができ、しかも、フィルタ34bに入力する円周方向の振動強度が2倍になるのでS/N比が改善される。
By arranging the vibration detection elements 10A and 10B in this manner and inserting the
これに対して、図24(a),(b)に示すような同方向の縦の振動ノイズが生じる場合には図25(b)に示すように、振動検出素子10A,10Bの出力端に接続された第1の増幅器34d,34eの出力端に減算器38を接続し、その減算器38の出力端をフィルタ34bに接続する。この場合、図22(a)の破線の矢印で示すように、2つの振動検出素子10A,10Bはそれぞれ上側定盤3の回転振動を逆方向で検出するように配置する。
On the other hand, when vertical vibration noise in the same direction as shown in FIGS. 24A and 24B occurs, as shown in FIG. 25B, at the output ends of the vibration detection elements 10A and 10B. A
このような振動検出素子10A,10Bの配置にして、第1のアンプ24d,34eの出力側に減算器38を挿入することによって逆向きの振動ノイズを加えて振動ノイズを低減できる。しかも、逆方向に検出された円周方向の振動強度は、減算器38によって絶対値が2倍になるので、フィルタ34bに入力する円周方向の振動強度が2倍になり、S/N比が改善される。
By arranging the vibration detection elements 10A and 10B in this way and inserting the
上側定盤3が、図23(a),(b)に示すような縦振動となるか或いは図24(a),(b)に示すような縦振動になるかは研磨装置や研磨条件によって異なるので、予めどちらの縦振動をとるかを調査しておく必要がある。そのような縦の振動は、2つの振動検出素子10A,10Bの取付け方向を変えたり、信号の加算器と減算器を入れ換えて、一番ノイズの少ない構成を選べばよい。
Whether the
なお、本実施形態では、円周方向の振動成分を検出対象とし、縦方向の振動成分を除くようにしたが、縦方向の振動成分を検出対象とする場合には、円周方向の振動成分を除去対象とするが、この場合には2つの振動検出素子の向きを調整する必要がある。 In this embodiment, the vibration component in the circumferential direction is set as the detection target and the vibration component in the vertical direction is excluded. However, when the vibration component in the vertical direction is set as the detection target, the vibration component in the circumferential direction is set. In this case, it is necessary to adjust the directions of the two vibration detection elements.
(第10実施形態)
図26は、本発明の第10実施形態を示す側面図である。
(10th Embodiment)
FIG. 26 is a side view showing the tenth embodiment of the present invention.
本実施形態は、研磨中にゴミにより研磨面が傷つくことを防止するとともに、ゴミの除去を容易にするものである。研磨面を傷つけるようなゴミとしては、研磨液に含まれる酸化シリコンが乾燥して固まったものや、被研磨物のかけらなどがある。 This embodiment prevents the polishing surface from being damaged by dust during polishing and facilitates removal of dust. Examples of dust that damages the polished surface include silicon oxide contained in the polishing liquid that has been dried and solidified, and fragments of the object to be polished.
図26において、デッドウェイト型の上側定盤41を使用し、その表面には加速度検出素子(振動検出素子)42が取り付けられている。また、上側定盤41の下には被研磨物Wとして例えば半導体ウェハを張りつけ、これを下側定盤43に張り付けられた研磨布44の上に載置する。
In FIG. 26, a deadweight type
また、下側定盤43の側部には光反射率が高いマーカー45が取付けられ、マーカーが所定位置に有るか否かは下側定盤43の側方のマーカー位置検出器46によって検出される。マーカー検出器46は発光素子と受光素子を有し、マーカー45による反射光により受光量が増加するので、マーカー45の有無が検出される。
Further, a
上側定盤41の加速度センサー42の信号は、第1実施形態で示した送信機13、受信機14を介して信号解析部15に入力される。
A signal from the
上記した研磨装置において、下側定盤43を回転させて研磨布44により被研磨物Wを研磨する。この場合、被研磨物Wは図示しないアームによって一定の方向に移動される。そして、マーカー45が1回転する間に加速度センサー42によって検出された上側定盤41の振動情報を図1に示す送信機13、受信機14を介して信号処解析部15に少なくとも1度、或いは連続して入力する。
In the above polishing apparatus, the
正常に研磨がなされる場合には図27(a)のような振動周波数と振動強度のスペクトルが得られるが、研磨布44上のゴミによって被研磨物Wの研磨面が傷付くと図27(b)のように一部の周波数で振動強度が増加する。増加の判断基準となるスペクトルは、予め調べておいてもよいし、傷付く前のスペクトルを用いてもよい。
In the case of normal polishing, a spectrum of vibration frequency and vibration intensity as shown in FIG. 27A is obtained. However, if the polishing surface of the workpiece W is damaged by dust on the
そのような、振動強度の異常によってゴミの存在が明らかになった場合に、駆動制御部17は、ノズル11を通して水を研磨布44に供給させながらドレッサー12を駆動して研磨布44の表面からゴミを下側定盤43の外部に排出させた後に、再び研磨を再開させる、といった制御を行う。
When the presence of dust is clarified due to such an abnormality in vibration intensity, the
ところで、ゴミの位置を特定したい場合には次のような処理を行う。 By the way, when it is desired to specify the position of dust, the following processing is performed.
研磨の際には、上側定盤41の振動情報を信号解析部15に連続して入力すると、マーカー検出器46によってマーカー43の検出時が分かるので、これを時間軸にマーカー位置として記録し、併せて異常信号を記録してゆくと、例えば図28のような特性が得られる。マーカー位置は一定周期で現れるので、研磨面にゴミによる傷が発生した場合には、異常信号の発生時を時間軸に記録する。これにより、マーカー通過の時間的間隔とマーカー通過時から異常信号発生までの時間との割合から、研磨布44の中心からマーカー45を結ぶ線を基準にしてそこからゴミの発生した角度θが容易に求まる。
When polishing, if the vibration information of the
そこで、信号解析部15は駆動制御部17に駆動信号を送ってドレッサー122を駆動して、少なくともその角度θの法線に沿って研磨布44の表面をドレッサー12を駆動させるとゴミの除去が短時間で行われる。
Therefore, if the
また、ドレッサー後にも同じ位置で異常信号が発生したり、被研磨物Wを交換しても同じ位置で異常信号が発生するような場合には、研磨を即時停止するとともに異常信号を発生させて作業員に知らせ、作業員は異常信号の原因を取り除くことなる。これにより、次の被研磨物Wの研磨は正常な状態で開始することができるので、無駄に消費される被研磨物W、例えば半導体ウェハの数が減り、また研磨効率が良くなる。 If an abnormal signal is generated at the same position after the dresser, or an abnormal signal is generated at the same position even after the workpiece W is replaced, polishing is immediately stopped and an abnormal signal is generated. The worker is informed and the worker removes the cause of the abnormal signal. Thereby, since the polishing of the next workpiece W can be started in a normal state, the number of the workpieces W, for example, semiconductor wafers that are wasted is reduced, and the polishing efficiency is improved.
ところで、図28に示すように、マーカーの1周期以内で異常信号が止まれば異常信号がゴミによるものであることがわかる。しかし、1周期以上続く場合にはゴミ以外の原因による異常信号の発生の可能性が大きいので、この場合には信号解析部によって研磨を完全に停止させ構成にし、停止指令と同時に異常信号音を発するようにして作業員に知らせる必要がある。 By the way, as shown in FIG. 28, if the abnormal signal stops within one period of the marker, it can be understood that the abnormal signal is caused by dust. However, if it continues for more than one cycle, there is a high possibility of occurrence of an abnormal signal due to a cause other than dust. In this case, the polishing is completely stopped by the signal analysis unit, and an abnormal signal sound is output simultaneously with the stop command. It is necessary to inform the worker so that the
(第11実施形態)
本実施形態では、振動検出素子の出力のS/N比や振動検出素子に入力する振動のS/N比を改善するための装置を図29〜図35に基づいて説明する。振動検出素子に入力する振動のノイズは、被研磨物Wと研磨布1の摩擦によって生じる振動以外の振動であって主にモータから発生し、このようなノイズを以下にバックグラウンドノイズという。
(Eleventh embodiment)
In the present embodiment, an apparatus for improving the S / N ratio of the output of the vibration detection element and the S / N ratio of the vibration input to the vibration detection element will be described with reference to FIGS. Vibration noise input to the vibration detection element is vibration other than vibration caused by friction between the workpiece W and the
なお、図29〜図35において、振動検出素子10を上側定盤(ヘッドの底板)3の上面中央に置いているのは、被振動検出物Wと研磨布1の相対速度が安定して検出の誤差が小さくなるなるからである。本実施形態の基本的な構造は第1又は第7実施形態と同じであり、それらの実施形態と同じ符号は、同じ要素を示している。
29 to 35, the
図29は、ヘッドの筐体8内の空洞において、防音/吸音材50により間隙を介して振動検出素子10を囲む構造を採用したものである。防音/吸音材50は、上側定盤3が自由に振動できるような蛇腹式スプリング、ゴム等の弾性材や多孔性樹脂などにより構成されている。
FIG. 29 employs a structure in which the
このような構成を採用することにより、筐体8内の空間を伝達するバックグラウンドノイズを防音、吸音して、振動検出素子10に入力するS/N比を向上することができる。しかも、防音/吸音材50と振動検出素子10の間に間隙が形成されているので、防音/吸音材50と振動検出素子10の摩擦による新たなノイズが発生することがない。
By adopting such a configuration, it is possible to improve the S / N ratio input to the
上側定盤3の固有振動周波数とバックグラウンドノイズの振動周波数とを一致させないようにすると、さらにS/N比が改善される。
If the natural vibration frequency of the
なお、図29中符号51は、被研磨物Wの厚さバラツキを吸収するために上側定盤3と被研磨物Wの間に介在されたインナーシートを示している。
Note that
図30は、図29に示した振動検出素子10と上側定盤3の間に共振板52を介在させた装置である。共振板52は、測定しようとする特定の振動周波数で共振するもので、例えばスプリングコイルなどから形成されている。
FIG. 30 shows a device in which a
これによれば、共振板52の共振周波数と相違する周波数のバックグラウンドノイズは、共振板52によって遮蔽されて振動検出素子10への入力が妨げられるので、振動検出素子10への入力のS/N比は向上する。
According to this, background noise having a frequency different from the resonance frequency of the
図31は、図30に示した共振器10の側方にアンプ53を取り付けた装置である。
FIG. 31 shows an apparatus in which an
振動検出素子10自体のインピーダンスが高い場合に、アンプ53との接続配線が長ければ振動検出素子10の出力信号にノイズが入り易くなるが、共振器10とアンプ53を上側定盤3上に取り付けることによりその接続配線を短くして振動信号に加わるノイズを大幅に低減でき、これによりS/N比が改善される。
When the impedance of the
図32に示す研磨装置のヘッドにおいて、上側定盤3とインナーシート51の双方にはそれらを貫通する孔54が形成されており、その孔54の中には振動検出素子10と被検出物Wに接触する振動伝達用針55が挿通されている。研磨布1との摩擦によって被検出物Wに生じた振動は、インナーシート51によって吸収されずに振動伝達用針55を介して振動検出素子10に伝達されるので、振動検出素子10に入力する振動強度が大きくなってS/N比が向上する。
In the head of the polishing apparatus shown in FIG. 32, a
図33は、図29に示した振動検出素子10と上側定盤3の間に振動板56を介在させ、且つ筐体8の上にバックグラウンド測定用の第2の振動検出素子57を搭載した装置である。第2の振動検出素子57から出力されたバックグラウンドノイズの信号は、振動制御部58によって逆位相に変換された後に、その振動制御部58によってその逆位相の信号と同じ波形で振動板56を振動させるようにした装置である。振動板56は、例えばピエゾ素子などの圧電材料から形成されたものがある。
33, a
この装置によれば、振動板56により発生する振動は、振動検出素子10に入力するバックグラウンドノイズを打ち消すので、研磨布1と被研磨物Wにより発生する振動を選択的に振動検出素子10に入力することが可能になり、S/N比が大幅に向上する。
According to this apparatus, the vibration generated by the
ところで、振動検出素子10の共振周波数f0はそれ以外の周波数に比べて5〜10倍の感度がある。しかし、検出しようとする振動の周波数f1がその共振周波数f0と一致しない場合がある。この場合には、図34に示すように、検出した周波数f1の振動を周波数変換回路59に入力して、この周波数変換回路59により検出した振動周波数f1と同じ強度又は比例した強度で振動板56を周波数f0で発振させ、その周波数f0の振動を振動検出素子10にフィードバックすることにより、高感度な振動検出が可能になる。この場合、振動数f0の振動について第1又は第6実施形態で示したような処理を行う。
Incidentally, the resonance frequency f 0 of the
図35は、図29に示した振動検出素子10を上側定盤3の上に複数個配置するとともに、それらの振動検出素子10と上側定盤3の間に個々に振動板52を介在させた装置である。そして、各振動板52に一定の信号を加えることにより、振動検出素子10の感度の検査を行って検出しようとする振動の周波数に対し最も感度が良い振動検出素子10を図示しない選択回路により選択するようにしている。
35, a plurality of
これにより振動検出素子10の特性のバラツキを回避するとともに、劣化した振動検出素子10の代わりに電気回路によって別なものに選択することができ、振動検出素子10の交換作業の手間を軽減することができる。
This avoids variations in the characteristics of the
S/N比を改善する上記以外の方法として、振動検出時に研磨装置の一部又は全てのモータの電源供給を停止させてもよく、これによれば、バックグラウンドノイズは大幅に減少する。その停止時間は数秒以下とし、この程度の時間であればヘッド及び下側定盤2は慣性によって回転するので研磨処理は続行される。また、振動検出には数秒以下の時間あれば十分であり、振動検出に支障はない。そのモータの電源供給の停止は、図1に示すような駆動制御部17の制御信号によって行われる。
As a method other than the above for improving the S / N ratio, the power supply to a part or all of the motors of the polishing apparatus may be stopped at the time of vibration detection, which greatly reduces the background noise. The stop time is set to several seconds or less, and if it is about this time, the polishing process is continued because the head and the
また、振動検出素子10の出力は、第8実施形態に示したようなアンプ、フィルタを通して外部に取り出すか、或いはA/D変換してから外部に取り出すことにより、信号伝達系で生じるノイズを低減することができる。A/D変換した信号を無線送信する場合には、図17に示す発振器13Aと振動検出素子10Aの間にA/D変換器(不図示)を介在させる。
Further, the output of the
さらに、ヘッドが揺動しているような場合には、ヘッドの方向が変化する場所ではその揺動によるバックグラウンドノイズが大きくなるので、振動の検知を避ける。 Further, when the head is oscillating, the background noise due to the oscillation becomes large at a place where the direction of the head changes, so that detection of vibration is avoided.
なお、各振動検出素子の一例として米国バイブロメータ社の圧電素子加速センサーの型名CE507M101、CE507M301があり、これらのセンサーを使用する場合には、図36に示すように、高感度が得られる共振周波数f0で振動強度を検出するのが好ましい。このことは上記した各実施形態についても適用できる。 As an example of each vibration detection element, there are piezoelectric element acceleration sensor model names CE507M101 and CE507M301 of US Vibrometer, and when these sensors are used, as shown in FIG. 36, a resonance with high sensitivity can be obtained. preferably, detecting the vibration intensity at the frequency f 0. This can also be applied to the above-described embodiments.
次に、測定結果を図37及び図38に示す。 Next, the measurement results are shown in FIGS.
図37は、振動の周波数スペクトルが研磨時間の経過とともにどのように変化すかを示す一例である。これによれば、研磨時間の経過とともに、振動強度が低下することがわかる。 FIG. 37 is an example showing how the frequency spectrum of vibration changes over time. According to this, it can be seen that the vibration intensity decreases with the lapse of the polishing time.
図38は、図37のようなスペクトルにおいて、特定の周波数範囲のスペクトルを積分し、一定時間経過毎の積分値の差を算出して記載したものである。これによれば、研磨時間経過とともに、積分値の変化量が小さくなって研磨による平坦化が進行していることがわかる。積分値の変化が無くなった時が研磨の終点となる。この終点の判断は上記した各実施形態についても適用できる。 FIG. 38 shows a spectrum as shown in FIG. 37, in which a spectrum in a specific frequency range is integrated, and a difference between integrated values for every lapse of a fixed time is calculated. According to this, it can be seen that as the polishing time elapses, the amount of change in the integrated value decreases and the flattening by polishing proceeds. The end point of polishing is when the change of the integrated value is lost. This determination of the end point can also be applied to the above-described embodiments.
(第12実施形態)
図39(a)は、本発明の第12実施形態に係る研磨装置の機械部分を示す断面図、図39(b)は、下側定盤を示す平面図である。図40は、本発明の第12実施形態に係る研磨装置の信号処理部分を示す回路図である。なお、これらの図において、図1、図15と同じ符号は同じ要素を示している。
(Twelfth embodiment)
FIG. 39 (a) is a cross-sectional view showing a mechanical part of a polishing apparatus according to a twelfth embodiment of the present invention, and FIG. 39 (b) is a plan view showing a lower surface plate. FIG. 40 is a circuit diagram showing a signal processing portion of the polishing apparatus according to the twelfth embodiment of the present invention. In these drawings, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 15 denote the same elements.
図39(a)において、シャフト駆動部21の側方には上側定盤3の位置を検出する位置検出器61が配置されている。この位置検出器61は、シャフト駆動部21に取り付けた検知板62に光を照射する発光素子61aと、検知板62からの反射光を受光する受光素子61bを有している。位置検出器61は、受光素子61bの入射光量に応じてシャフト駆動部21からの距離Lを測定し、その測定データを後述するコンピュータ77に入力するものである。発光素子61aとしては例えば半導体レーザを使用し、受光素子61bとしてはフォトダイオードを使用する。
In FIG. 39 (a), a
下側定盤2には、縦横に複数本の溝4aが切られている研磨布1dが張り付けられており、研磨布1dは、下側定盤2とともにモータMによって研磨時に回転される。その研磨布1d上では、研磨の際に、上側定盤3が点aと点bの間を往復動し、さらに上側定盤3は定速で回転するようになっている。その上側定盤3の往復動及び回転は、弾性体7、筐体8、シャフト9を介してシャフト駆動部21から伝達される。シャフト駆動部21の動作は第1実施形態と同様にして駆動制御部17によって制御される。
A polishing cloth 1 d having a plurality of
上側定盤3に取り付けられた振動検出素子10の出力端は、図40に示すように、整流器63を介して電圧が印加され、さらにコンデンサ64、アンプ65、ローパスフィルタ66及びハイパスフィルター67を介してFM送信機34Bに接続されている。振動検出素子10から出力された振動信号は、コンデンサ64で機械的及び電気的ノイズが除かれ、アンプ65により増幅された後に、ローパスフィルタ66とハイパスフィルタ67によって特定振動数帯域に狭められてFM送信機34Bに入力する。その特定振動数帯域は、例えばローパスフィルタ66が18kHz以上の振動信号を除去し、ハイパスフィルター67が8kHz以下の振動信号を除去するものである場合には、8kHz〜18kHzとなる。
As shown in FIG. 40, a voltage is applied to the output end of the
FM送信機34Bは、振動信号を筐体8周囲の送信用アンテナ25から無線でFM受信機69へ送信する。
The
シャフト駆動部21の周囲に取り付けられた受信アンテナ26に入力した振動信号は、図40に示すように、FM受信機69で受信される。
The vibration signal input to the receiving
FM受信機69の出力端には記録装置70が接続されていて、記録装置70に格納された振動信号データは、データライブラリの作成、周波数解析、処理回路の調整などに利用される。また、FM受信機69の出力端は、1kHzハイパスフィルター71、第1のアンプ72、整流回路73、0.5Hzローパスフィルター74、第2のアンプ75、A/D変換器76を介してコンピュータ77に接続されている。そのハイパスフィルター71は振動信号の直流成分をカットするもので、また、整流回路73とローパスフィルター74は振動信号の特定振動数帯域を積分して振動数の実効値を求めるものである。
A
上記したコンピュータ77では振動信号を図41のフローチャートに従って演算及び表示が行われる。
In the
まず、上側定盤3の回転中心が研磨布面上を移動せずに、上側定盤3の回転のみによって研磨対象物Wを研磨する場合について説明する。
First, a case where the polishing object W is polished only by the rotation of the
コンピュータ77では、連続して入力する振動信号の実効値を1秒間に10個の割合(10Hz)で順次サンプリングし、ついで、サンプリングした10個のデータD1の平均値を計算し、その平均値を1つの点データD2とする。
In the
次に、点データD2をそのまま経時的に画像表示すると凹凸の多い線が得られるので、その線を平滑に表示するために5つの点データD2の平均値を求めて点表示データD3を得る。この場合、演算された順に1つずつ点データD2を繰上げながら5つの点データD2の平均を求めるようにすると、点表示データD3は1秒間に1個得られることになる。このような平均を移動平均という。 Then, the point so bumpy line is obtained when it is time to image display data D 2, the mean displays the calculated point value data D 3 of the five points data D 2 to smoothly display the line Get. In this case, when to obtain the average of 5 points data D 2 while advancing one at point data D 2 to the calculated forward, the point display data D 3 becomes one obtained that in one second. Such an average is called a moving average.
この移動平均により得られた点表示データは、順次、コンピュータの画像表示部77Dに描かれ、点表示データが複数描かれることにより振動強度曲線が得られる。 The point display data obtained by the moving average is sequentially drawn on the image display unit 77D of the computer, and a vibration intensity curve is obtained by drawing a plurality of point display data.
ところで、サンプリングされたデータD1は、上記した実施形態から推測されるように、上側定盤3が単に回転するだけの場合には研磨に進むにつれて緩やかに減衰していくことになる。
Incidentally, the sampled data D 1, as deduced from the embodiment described above, so that we gently attenuated as it travels to the polishing in the case of only the
しかし、上側定盤3が回転以外の動作、例えば研磨布1d上で往復動作を伴う場合には、点表示データD3は図42(a)の一点鎖線で示すように交流成分を含むようになるので、研磨の終点が検出しにくくなる。例えば、図42(a)の一点鎖線の曲線を微分すると図42(b)の一点鎖線のような曲線となるので、その微分値が零になった時点を研磨の終点として判断することはできない。
However, the operation is the
そこで、上側定盤3が研磨布1d上で点a・点b間で往復動作する場合には、10Hzでサンプリングした実効値のデータD1をそれぞれ補正係数ηで割算する補正を行い、その後に点データD2、点表示データD3を求め、ついで点表示データD3を画像表示部77Dに表示すると、図42(a)の実線で示す曲線が得られる。そしてその曲線の微分を示す曲線は図42(b)の実線で示す曲線が得られる。通常、往復動作の周期は数十秒程度以上なので、点データD2に対して補正関数で割算してもよい。
Therefore, when the
回転している上側定盤3が、図39(b)に示すように、下側定盤2の回転中心O0からの直径方向にある2つの点aと点bの間を往復する場合には、距離rの時間的変化は図43(a)のようになり、補正係数ηは図43(b)のようなr2 /r1 2となる。例えば、点aと点b間の距離が32mm、上側定盤3の移動速度vが2mm/秒である場合には、図43(b)の波形の周期Tは32秒となる。この場合のr1は134mmである。
When the rotating
このような補正係数ηは次のようにして決定される。 Such a correction coefficient η is determined as follows.
研磨布1dの回転中心からの距離rにある研磨対象物Wの研磨面の微小部分Pが角速度ωで回転する研磨布1dにより擦られることを考えると、微小部分Pと研磨布1dとの相対速度はrωの関数となる。この距離rは、位置検出器61からの位置データに基づいて求められる。なお、微小部分Pは上側定盤3の回転中心とした。
Considering that the minute portion P of the polishing surface of the object to be polished W at the distance r from the rotation center of the polishing pad 1d is rubbed by the polishing cloth 1d rotating at the angular velocity ω, the relative relationship between the minute portion P and the polishing pad 1d. The speed is a function of rω. This distance r is obtained based on position data from the
また、研磨布1dの表面には図44(a),(b)に示すように、一定の密度で溝4e又は小孔4fが掘ってあるものがあり、この場合には、研磨布1dが1回転する間に微小部分Pが溝4e又は小孔4fと接触する接触回数pはrωの関数となる。また、図44(c),(d)に示すように、溝4g又は小孔4hが、研磨布1dの回転中心から放射状に拡がっている場合には、研磨布1dが1回転する間に微小部分Pが溝4G又は小孔4Hと接触する接触回数pはωの関数となる。なお、溝及び小孔が形成されていない研磨布を使用する場合には、微小部分Pの溝及び小孔による影響を考慮する必要がなくなる。
Further, as shown in FIGS. 44 (a) and 44 (b), the surface of the polishing pad 1d has a
そこで、上記した相対速度rωと接触回数pとの積を補正関数ηとした。補正関数ηの基本は表1のようになる。 Therefore, the product of the above-described relative speed rω and the number of times of contact p is defined as a correction function η. The basis of the correction function η is as shown in Table 1.
なお、研磨液の種類、研磨布の材料などの要因は研磨中には殆ど変化しないと考えられるので、補正係数ηには含めないことにした。また、上側定盤3が回転以外の動作を伴わない場合にはrは一定であるのでrを1とし、また、上側定盤3の回転数は研磨中に変化しないのが一般的であり、ωを1として補正関数ηを決めてもよい。さらに、補正関数ηは、係数を含むようなものであってもよい。例えば、図39(b)、図43(b)に示すように、距離rを距離r1(定数)で割ってもよい。
It should be noted that factors such as the type of polishing liquid and the material of the polishing cloth are considered to hardly change during polishing, and therefore are not included in the correction coefficient η. In addition, when the
以上のように、補正されたサンプリングデータDsは、図41に示すように、10Hzで平均化された後に、点データD2に変換され、ついで、点表示データD3に変換される。そして、点表示データD3は、画像表示部77dにおいて、例えば図42(a)の実線のように研磨時間と振動強度の関係で表示される。 As described above, the corrected sampled data Ds, as shown in FIG. 41, after being averaged with 10 Hz, is converted into point data D 2, then is converted into the point display data D 3. Then, the point display data D 3, in the image display unit 77d, is displayed in relation to the polishing time and vibration intensity as shown by the solid line in example FIG. 42 (a).
さらに、コンピュータ77内では点表示データD3に基づいて描かれた曲線の微分値(dV/dt)又は時間変化量ΔVが演算される。その演算結果は、例えば図42(b)の実線のように曲線として画像表示部77dに表示される。 Further, the differential value of the drawn curve based on the point display data D 3 is in the computer 77 (dV / dt) or time variation ΔV is calculated. The calculation result is displayed on the image display unit 77d as a curve, for example, as a solid line in FIG.
点表示データの時間変化量ΔVの演算は、例えば、現在の点表示データD3から10個前の点表示データD3を差し引いた値で示される。この例の場合、時間変化量ΔVは、1秒間に1個のデータとなって表示される。 Calculation of the time variation amount ΔV of the point display data, for example, represented by the value obtained by subtracting the display data D 3 from the display the current point data D 3 10-th previous point. In this example, the time change amount ΔV is displayed as one data per second.
その微分値(dV/dt)又は時間変化量ΔVが零又はそれ以上になった時点を研磨終点とし、その終点検出結果は画像表示部77Dに表示される。 The point of time when the differential value (dV / dt) or the time variation ΔV becomes zero or more is set as the polishing end point, and the end point detection result is displayed on the image display unit 77D.
以上のような演算及び表示を行うコンピュータ77は、第1実施形態で示す駆動制御部17として機能するので、研磨終点を検出した時点で研磨の停止をシャフト駆動部21に指令する。
The
ところで、上側定盤3が研磨布1d上で2点a,b間を往復する軌跡は、研磨布1dの回転中心O0から直径方向にあるとは限らない。例えば図45(a)に示すように、直径方向に直交する直線状の軌跡となって存在したり、或いは図46(a)に示すように、ロボットのアームによって上側定盤3が揺動されて、上側定盤3の軌跡が円弧状になることもある。
Incidentally, the locus where the
これらの場合、上側定盤3の回転中心と研磨布1dの回転中心O0の間の距離rは、図45(a)に示す軌跡の場合には図45(b)のように時間的に変化し、また、図46(a)に示す軌跡の場合には図46(b)のように時間的に変化する。
In these cases, the distance r between the rotation center of the
コンピュータ77においては、位置検出器61によって検出されたデータに基づいて実効値測定時の距離rを演算し、補正関数ηとして利用する。
In the
ところで、上側定盤3に回転動作だけを付与した場合には、補正関数ηを考慮する必要はなく、その点表示データによる曲線は図47(a)のようになり、その微分値を示す曲線は図47(b)のようになる。なお、図47(a),(b)における曲線Aは、TEOSを使用して形成されたSiO2膜を研磨した状態を示し、また、曲線Bは、そのSiO2膜の上にさらに窒化シリコン膜を形成した後にそれらの膜を研磨した状態を示している。
By the way, when only the rotational movement is given to the
なお、上記した説明では、上側定盤3の振動強度に基づいて研磨終点を検出することについて説明した。しかし、研磨の進行状況は、シャフト駆動部21に内蔵したモータのトルクの変化としても捕らえられる。従って、上記したようにトルクの実効値を求めて、その実効値をサンプリングしたり補正する手段によって研磨状況を把握したり、終点検出をすることができる。
In the above description, the detection of the polishing end point based on the vibration intensity of the
(第13実施形態)
本実施形態では、ヘッドと研磨布の摩擦による振動(音)を測定するのではなく、ヘッドと研磨布の摩擦力の変化に基づいて研磨状態や研磨終点を測定するようにした装置の一例を示す。
(13th Embodiment)
In this embodiment, instead of measuring vibration (sound) due to friction between the head and the polishing pad, an example of an apparatus that measures the polishing state and the polishing end point based on the change in the frictional force between the head and the polishing pad. Show.
図48は、第12実施形態の要部を示す断面図及び底面図である。図48において、図1、図15、図17と同じ符号は同じ要素を示している。 FIG. 48 is a sectional view and a bottom view showing the main part of the twelfth embodiment. 48, the same reference numerals as those in FIGS. 1, 15, and 17 denote the same elements.
図48(a),(b)において、研磨布1が上面に貼り付けられた下側定盤2は、シャフト駆動部21によって所定の回転数によって回転される。また、研磨布1の上面に押しつけられて研磨される被研磨物Wは、エアバック式のヘッドの底部にある金属製の上側定盤3の下面にインナーパッド51を介して貼り付けられている。上側定盤3の周囲には側壁3bが固定され、その側壁3bとヘッドの筐体(支持体)8は弾性部7を介して接続されている。筐体8の中央には、筐体8を回転させるための筒状のシャフト9が取付けられている。また、シャフト9及び筐体8の周囲には、筒状のヘッドカバー80が回転不可能に取り付けられており、ヘッドの研磨液による汚染が防止されている。
48 (a) and 48 (b), the
上側定盤3の上面には、上側定盤の横方向の変位(ずれ)量を縦方向の変位量に変換するための傾斜面(不図示)が形成されている。
On the upper surface of the
筐体8の底面には、上側定盤3の側壁3bの変位を検出するための第1の変位検出器81が取り付けられ、また、ヘッドカバー80の底面には上側定盤3の側壁3bの変位を検出するための第2の変位検出器82が取り付けられ、さらに、上側定盤3の傾斜面の上方にある筐体8内の天井面には、傾斜面との距離の変位を検出するための第3の変位検出器83が取り付けられている。
A first displacement detector 81 for detecting the displacement of the
第1、第2及び第3の変位検出器81〜83は針の伸縮によって変位量を検出する触針式変位計や、上側定盤側壁3bとの距離の変化によるキャパシタの変化量によって変位量を検出する容量式変位計や、上側定盤側壁3bとの距離の変化による磁束密度の変化量によって変位量を検出する渦電流変位計、光の反射によって距離を検出する光学式変位計などがある。
The first, second, and third displacement detectors 81-83 are stylus-type displacement meters that detect the displacement amount by the expansion and contraction of the needle, and the displacement amount by the change amount of the capacitor due to the change in the distance from the upper surface
このような第1〜第3の変位検出器81〜83は、図48(b)のヘッドの底面図に示すように複数個配置してもよいし、1つずつ配置してもよい。また、第1〜第3の変位検出器81〜83は、図48(a),(b)のように全て設ける必要はなく、少なくとも1つ取り付ければよい。 A plurality of such first to third displacement detectors 81 to 83 may be arranged as shown in the bottom view of the head in FIG. Further, it is not necessary to provide all of the first to third displacement detectors 81 to 83 as shown in FIGS. 48 (a) and 48 (b), and at least one may be attached.
第1〜第3の変位検出器81〜83の出力は、図19に示すようなアンプ34a,34c、フィルタ34bを介して送信機13bに接続され、送信機13bから発振された検出信号は受信機14を介して処理部35に入力するように構成され、処理部35は、変位信号の変化によって研磨終点を判断したり、研磨条件を変えることになる。
The outputs of the first to third displacement detectors 81 to 83 are connected to the transmitter 13b via the
なお、特に図示していないが、上記した実施形態と同様に研磨液供給用ノズルやドレッサが研磨布1の上方に配置されている。
Although not particularly illustrated, a polishing liquid supply nozzle and a dresser are disposed above the
また、第1及び第2の変位検出器81、82に研磨液や水がかからないように透明なカバーで保護するようにしてもよい。第3の変位検出器83は、筐体8内に配置されるのでカバーは不要である。
Further, the first and second displacement detectors 81 and 82 may be protected with a transparent cover so as not to be exposed to polishing liquid or water. Since the third displacement detector 83 is disposed in the
次に、このような研磨装置を使用した研磨終点検出について説明する。 Next, the polishing end point detection using such a polishing apparatus will be described.
まず、平坦な標準ウェハをインナーパッド51の下面に取り付けて研磨動作を行わせると、上側定盤3の位置は図49(a)から図49(c)のように変化する。この時の第1〜第3の変位検出器81〜83の変位信号を規準信号として記録する。標準ウェハは規準信号測定後に外される。
First, when a flat standard wafer is attached to the lower surface of the
次に、被研磨物Wとして層間膜が形成されたウェハをインナーパッド51の下面に取り付けて研磨作業を行わせると、図49(a)の位置に存在した上側定盤3は筐体8の移動にともなって図49(b)のように変位する。このような上側定盤3な変位が生じるのは、被研磨物Wと研磨布1との摩擦が大きいので上側定盤3周囲の弾性体7に加わる応力が大きくくずれるからである。このため、上側定盤3が筐体8の移動方向に引かれるように偏ってしまう。これを初期状態とし、このとき第1〜第3の変位検出器81〜83により検出された変位量を最大値とする。
Next, when a wafer on which an interlayer film is formed as an object to be polished W is attached to the lower surface of the
そして、研磨を続けると時間の経過とともに被研磨物Wと研磨布1との摩擦が少しずつ小さくなり上側定盤3は図49(c)のように筐体8の中央寄りに位置するようになる。さらに上側定盤3の変化も小さくなって、図50に示すように、第1〜第3の変位検出器81〜83により検出される変位の変化量も徐々に小さくなり遂には変化量が零又は零に近くなり、この状態で研磨を停止する。研磨の停止は、筐体3を持ち上げることにより研磨圧力を低減するか被研磨物Wを研磨布1から離すことで行う。
As the polishing continues, the friction between the workpiece W and the
なお、上側定盤3の変位の変化量によって終点検出がし難い場合には、図51に示すように、変位量と規準信号を比べて一致した時点あるいは差がほとんどなくなった時点を研磨の終了点としてもよい。終点検出がし難い例として、例えば被研磨物W内に終点検出のための異物質を形成している場合に、平坦化されてその異物質が露出したときにさらに変位が増加することがある。
If it is difficult to detect the end point due to the amount of change in the displacement of the
このような定盤の変位を調べる場合には、変位検出器81〜83の出力信号の変化は緩やかであって直流成分として測定すればよい。また、筐体8、上側定盤3及び研磨布1の回転に伴って変位検出器81〜83の検出信号が数十Hzの低周波の場合にはその低周波成分のみを検出信号として抽出すればよい。バックグラウンドノイズのような高周波信号はフィルタによって除去されるので、変位検出器81〜83の感度は振動検出素子10に比べて高くなる。そのように検出信号が直流の場合、或いは周波数帯域が0〜100Hz前後と狭い場合には、高周波の場合よりも検出器への伝達精度が良いので、上記した振動測定の場合に比べて高感度測定が可能になる。
When examining such a displacement of the surface plate, the change in the output signals of the displacement detectors 81 to 83 is gentle and may be measured as a DC component. Further, when the detection signals of the displacement detectors 81 to 83 have a low frequency of several tens of Hz as the
ところで、第1の変位検出器81は、ヘッドと同期して回転しているので、上側定盤3の測定する範囲が変わらないので上側定盤3の形状のバラツキの影響を受けない。しかし、第1の変位検出器81は、上側定盤3が1回転する間に上側定盤3との距離が変化するので、変位信号の強度や変位方向が自転周波数に対応して周期的に変化する。この自転周波数は、最大でも100Hz前後であり、しかもヘッドの回転と同期しているからS/N比を劣化させない。
By the way, since the first displacement detector 81 rotates in synchronization with the head, the range to be measured by the
第2の変位検出器82は、変位信号が周期的に変わらずに上側定盤3の変化量をリニアに検出できるが、筐体8や上側定盤3の形状のバラツキの影響を受けやすい。
The second displacement detector 82 can linearly detect the amount of change of the
第3の変位検出器83は、上側定盤3の上に形成した斜面の上下動を被検出対象としてるが、そのような斜面をなくして上側定盤3の上面の上下動を被検出対象としてもよい。
The third displacement detector 83 uses the vertical movement of the slope formed on the
このような変位検出器81〜82を複数取り付けることにより、筐体8や上側定盤3の前後、左右及び上下の変位を測定することにより、総合的な情報量が豊富になってが受ける種々の力を総合して、ウェハの脱落、ウェハの破損、研磨条件(研磨液の供給、研磨布の異常、圧力の変更、回転数の変更など)についてさらに多くの情報を得ることができる。
By attaching a plurality of such displacement detectors 81 to 82, measuring the displacement of the front and rear, the left and right, and the top and bottom of the
また、上側定盤3の側壁3bの検出場所に図52(a),(b)に示すような半球形の突起91,92又は図示しない窪みを形成しておけば、同一場所における多方向の変位を検出することができる。
Further, if hemispherical protrusions 91 and 92 as shown in FIGS. 52 (a) and 52 (b) or depressions (not shown) are formed at the detection location on the
なお、複数の研磨対象物Wを同時に研磨する場合には図39に示すヘッドを複数同時に起動させることになる。各ヘッドの下での研磨のバラツキが10パーセント以下の場合には、全てのヘッドで研磨終点を検出する必要はなく一部のヘッド(1つでもよい)に変位検出器81〜83や上記実施形態の振動検出素子10を取り付けるだけいよい。この場合には、変位検出器81〜83又は振動検出素子10を取り付けたヘッドが終点に達したときに、全ヘッドの研磨を停止することによっても良好な結果がえられる。なお、その終点に達した後で所定の時間だけ研磨を過剰に行ってもよい。
When a plurality of objects to be polished W are polished simultaneously, a plurality of heads shown in FIG. 39 are activated simultaneously. When the variation in polishing under each head is 10% or less, it is not necessary to detect the polishing end point with all the heads, and the displacement detectors 81 to 83 and the above-described implementations may be applied to some heads (or one). It is only necessary to attach the
また、全てのヘッドに振動検出素子や変位検出器を取付けるには、研磨の終点検出を終えた順にヘッド(上側定盤3)を上昇させて研磨を停止させて全ての研磨が終わるまで待機させてもよい。 Also, in order to attach vibration detection elements and displacement detectors to all the heads, the heads (upper surface plate 3) are raised in the order in which the polishing end point detection is completed, the polishing is stopped, and waiting until all the polishing is completed. May be.
複数のヘッドの研磨の停止指令は、図1や図19に示した制御部17,35によって行わせる。
A command to stop polishing a plurality of heads is issued by the
以上述べたように本発明によれば、研磨時の振動を誘発する機構を研磨布に形成するようにしているので、研磨時に生じる振動の振動強度が大きくなるとともに、振動検出素子により検出できる振動周波数帯域が広くなって、研磨条件を緻密に制御でき、また研磨の終点検出を容易にできる。そのような機構としては、研磨布に複数の溝を形成し、その溝に囲まれた領域での振動を誘発させるものがある。 As described above, according to the present invention, since a mechanism for inducing vibration during polishing is formed on the polishing cloth, the vibration intensity of vibration generated during polishing is increased and vibration that can be detected by the vibration detection element is also provided. The frequency band becomes wider, the polishing conditions can be precisely controlled, and the polishing end point can be easily detected. As such a mechanism, there is a mechanism in which a plurality of grooves are formed in a polishing cloth and vibration is induced in a region surrounded by the grooves.
この場合、研磨布や定盤の内部に空洞を形成すると、誘発された研磨時の振動が増幅されて、振動検出の振動強度の変化の把握を容易にできる。 In this case, if a cavity is formed in the polishing cloth or the surface plate, the induced vibration during polishing is amplified, and the change in vibration intensity of vibration detection can be easily grasped.
また、振動検出素子から得られる振動情報を周波数分析し、研磨以外の原因による固有振動成分を差し引いた振動強度を時間毎に積分し、積分値が基準値を下回った時、又はその積分値の時間的変化が基準値を下回った時の何れかの時点で、研磨停止の信号を送る信号解析手段により研磨を停止するようにしたので、研磨の終点検出が容易にできる。 In addition, frequency information is analyzed for the vibration information obtained from the vibration detection element, and the vibration intensity obtained by subtracting the natural vibration component due to causes other than polishing is integrated for each time, and when the integrated value falls below the reference value or the integrated value Since the polishing is stopped by the signal analysis means for sending a polishing stop signal at any time when the temporal change is below the reference value, the end point of the polishing can be easily detected.
その信号解析手段では、研磨開始から研磨停止までの時間が設定時間よりも短い場合と、前記積分値の時間的変化が指定値を越えて減少した場合とのいずれかで、研磨布劣化信号を示す信号を出力するので、研磨の終了か研磨布の劣化かの判断が容易になり、研磨作業を最適にできる。 In the signal analysis means, the polishing cloth deterioration signal is generated either in the case where the time from the start of polishing to the stop of polishing is shorter than the set time, or in the case where the temporal change in the integral value has decreased beyond a specified value. Since a signal indicating this is output, it is easy to determine whether the polishing is finished or the polishing cloth is deteriorated, and the polishing operation can be optimized.
研磨の際に、特定の振動周波数の振動強度の減少率が他の振動周波数のそれに比べて大きい場合には、研磨が一様に行われていないことが実験的に確認されているので、そのような振動強度の減衰を検知して研磨条件を変えて研磨が一様になるように研磨条件を変えるて研磨を最適にできる。 When polishing, when the rate of decrease in vibration intensity at a specific vibration frequency is larger than that of other vibration frequencies, it has been experimentally confirmed that polishing is not performed uniformly. Polishing can be optimized by changing the polishing conditions so that the polishing is made uniform by detecting such attenuation of vibration intensity.
さらに、研磨の際の振動検出器による振動の減衰量を実効値として捉え、この実効値の変化を時間毎に測定してその変化の積分値又は一定時間の変化量が零又はそれ以上になった時点を研磨の終点検出とする場合であって、第1の定盤が回転の他に研磨布上を移動する動作を伴う場合には、第1の定盤の位置を含む関数によって実効値を割ることにより検出信号を補正すると、研磨の終点検出が速く且つ正確に検出できる。 Furthermore, the amount of vibration attenuation by the vibration detector at the time of polishing is regarded as an effective value, and the change in this effective value is measured every time, and the integrated value of the change or the amount of change over a certain time becomes zero or more. When the polishing end point is detected, and the first surface plate is accompanied by an operation of moving on the polishing cloth in addition to the rotation, an effective value is obtained by a function including the position of the first surface plate. If the detection signal is corrected by dividing, the end point of polishing can be detected quickly and accurately.
また、本発明によれば、研磨時の振動の検出する振動検出素子の出力を無線で外部に送信する場合に、送信アンテナと受信アンテナを同軸上に配置するようにしたので、アンテナが回転したり揺動のある状態ででも送受信を安定にすることができる。 In addition, according to the present invention, when the output of the vibration detecting element that detects vibration during polishing is transmitted to the outside wirelessly, the transmitting antenna and the receiving antenna are arranged coaxially, so that the antenna rotates. Transmission and reception can be stabilized even in a state where there is a swing or swing.
さらに、定盤に取付けられる振動検出素子や送信部に電力を供給する場合にはその定盤を回転するシャフトの周囲に環状導電体を取付け、この環状導電体に接触するブラッシを通して電力を供給するようにしているので、電池交換の手間や電力不足による作業停止といった事態を回避できる。 Further, when power is supplied to the vibration detection element or the transmission unit attached to the surface plate, an annular conductor is attached around the shaft that rotates the surface plate, and power is supplied through a brush that contacts the annular conductor. As a result, it is possible to avoid situations such as trouble of battery replacement and work stoppage due to power shortage.
また本発明によれば、複数の研磨を同時に行い、研磨情報を無線で送受信する場合に自動周波数制御機構を用いているので、温度変化による周波数変動が生じても安定した受信状態にすることができる。 Further, according to the present invention, since an automatic frequency control mechanism is used when performing a plurality of polishings simultaneously and transmitting / receiving polishing information wirelessly, a stable reception state can be achieved even if frequency fluctuations due to temperature changes occur. it can.
さらに、本発明によれば、研磨時において、定盤に取付けられた振動検出素子により検出された振動強度の異常を検出して、振動強度の異常検出時間が定盤の回転周期よりも短い場合にゴミの存在を示す信号を出力する信号分析部を設けるようにしているので、その後に続く被研磨物の研磨面のゴミによる傷の発生を未然に防止できる。 Furthermore, according to the present invention, when polishing, an abnormality in the vibration intensity detected by the vibration detection element attached to the surface plate is detected, and the abnormality detection time of the vibration intensity is shorter than the rotation period of the surface plate. Since a signal analyzing unit that outputs a signal indicating the presence of dust is provided on the surface, it is possible to prevent the occurrence of scratches due to dust on the polished surface of the object to be polished thereafter.
さらに別の本発明によれば、内部が空洞で機密保持される筐体から防振されたエアバック式の上側定盤を有する構造において、円周方向の振動を検出するような振動検出素子を上側定盤に取り付け、その振動検出素子から出力された振動強度又は振動スペクトルの信号の変化によって研磨の終了などを行わせているので、エアバック式の上側定盤の回転方向の振動強度やそのスペクトルの変化を知ることにより、研磨状態の変化を判断することが容易になる。 According to still another aspect of the present invention, in a structure having an air bag type upper surface plate that is damped from a casing that is kept secret by being hollow, the vibration detecting element that detects circumferential vibration is provided. Since it is attached to the upper surface plate and polishing is terminated by changing the vibration intensity or vibration spectrum signal output from the vibration detecting element, the vibration strength in the rotational direction of the air bag type upper surface plate and its Knowing the change in the spectrum makes it easy to determine the change in the polishing state.
また、振動検出素子からの信号をバンドパスフィルタを介して制御部に出力するようにすると、研磨装置や研磨条件に合わせて、研磨装置固有の周波数の振動に依存する振動成分を除去して、実際の研磨によって発生する振動だけを選択することができる。 In addition, when the signal from the vibration detection element is output to the control unit via the bandpass filter, the vibration component depending on the vibration of the frequency unique to the polishing apparatus is removed in accordance with the polishing apparatus and the polishing conditions, Only vibrations generated by actual polishing can be selected.
また、振動検出素子により検出した振動信号を無線で制御部に送る場合に、対数アンプを介して振動信号の振幅レンジを拡大して無線で送り、受信後に逆対数アンプで振動信号を復元すると、S/N比が向上する。 In addition, when the vibration signal detected by the vibration detection element is wirelessly sent to the control unit, the amplitude range of the vibration signal is expanded via the logarithmic amplifier, and the vibration signal is restored by the inverse logarithmic amplifier after reception. The S / N ratio is improved.
また、振動検出素子による出力信号が小さい場合に、振動検出素子を複数接続することにより出力信号を大きくすることができる。しかも、それら複数の振動検出素子によって不要な振動成分も大きくなるので、その不要な振動成分が互いに打ち消しあい且つ必要な振動成分が加算されるように振動検出素子の向きや配置を選択するようにしているので、不要な振動成分によるノイズを低減してS/N比を向上できる。 When the output signal from the vibration detection element is small, the output signal can be increased by connecting a plurality of vibration detection elements. Moreover, since the unnecessary vibration components are increased by the plurality of vibration detection elements, the direction and arrangement of the vibration detection elements are selected so that the unnecessary vibration components cancel each other and the necessary vibration components are added. Therefore, noise due to unnecessary vibration components can be reduced and the S / N ratio can be improved.
また、他の本発明の研磨装置によれば、研磨の進行によって変化する被研磨物支持盤の振動を振動検出素子で検出する場合に、その振動検出素子の周囲に防音材を配置しているために、モータなどのバックグラウンドノイズの振動検出素子への入力を抑制してS/N比を改善できる。 Further, according to another polishing apparatus of the present invention, when the vibration detecting element detects the vibration of the workpiece support plate that changes with the progress of polishing, the soundproofing material is disposed around the vibration detecting element. Therefore, the S / N ratio can be improved by suppressing the input of background noise such as a motor to the vibration detecting element.
また、研磨の進行によって変化する被研磨物支持盤の振動を振動検出素子で検出する場合に、検出しようとする振動の周波数を振動検出素子の最大感度周波数に変換するようにしたので、S/N比を改善できる。 In addition, when the vibration detecting element detects the vibration of the workpiece support plate that changes with the progress of polishing, the vibration frequency to be detected is converted to the maximum sensitivity frequency of the vibration detecting element. The N ratio can be improved.
また、研磨の進行によって変化する被研磨物支持盤の振動を振動検出素子で検出する場合に、検出しようとする振動周波数と同じ周波数の固有振動周波数を有する振動板を被研磨物支持盤と振動検出素子の間に介在させたので、振動検出素子に入力する検出振動を共振させて増幅することができ、S/N比が改善される。 In addition, when the vibration detecting element detects the vibration of the workpiece support plate that changes with the progress of polishing, the vibration plate having the same natural frequency as the vibration frequency to be detected is vibrated with the workpiece support plate. Since it is interposed between the detection elements, the detection vibration input to the vibration detection element can be resonated and amplified, and the S / N ratio is improved.
また、研磨の進行によって変化する被研磨物支持盤の振動を振動検出素子で検出する場合に、被研磨物支持盤を貫通して振動検出素子と被研磨物に接触する振動伝達体を設けたので、被研磨物から振動検出素子への振動伝達効率が良くなってS/Nを改善できる。 In addition, when the vibration detecting element detects the vibration of the object support plate that changes with the progress of polishing, a vibration transmitting body that penetrates the object support plate and contacts the vibration detection element and the object to be polished is provided. Therefore, the vibration transmission efficiency from the object to be polished to the vibration detecting element is improved, and the S / N can be improved.
また、研磨の進行によって変化する被研磨物支持盤の振動を振動検出素子で検出する場合に、検出時において、被研磨物支持盤を駆動するエネルギーの供給を一時的に停止するようにしたので、バックグラウンドノイズを大幅に低減でき、S/N比を改善できる。 In addition, when the vibration detection element detects the vibration of the workpiece support plate that changes with the progress of polishing, the supply of energy for driving the workpiece support plate is temporarily stopped during detection. Background noise can be greatly reduced and the S / N ratio can be improved.
また、研磨の進行によって変化する被研磨物支持盤の振動を振動検出素子で検出する場合に、検出しようとする振動周波数とバックグラウンドノイズの振動周波数とを相違させるとともに、被研磨物支持盤の固有振動周波数と検出しようとする振動周波数を同じにしたので、S/N比を改善できる。 In addition, when the vibration detecting element detects the vibration of the workpiece support plate that changes with the progress of polishing, the vibration frequency to be detected is different from the vibration frequency of the background noise, Since the natural vibration frequency and the vibration frequency to be detected are the same, the S / N ratio can be improved.
また、研磨の進行によって変化する被研磨物支持盤の振動を振動検出素子で検出する場合に、バックグラウンドノイズと逆位相で振動する振動板を被研磨物支持盤と振動検出素子の間に介在させたので、振動検出素子へのバックグラウンドノイズの入力を排除してS/N比を改善できる。 In addition, when the vibration detection element detects the vibration of the object support plate that changes with the progress of polishing, a vibration plate that vibrates in the opposite phase to the background noise is interposed between the object support plate and the vibration detection element. Therefore, it is possible to improve the S / N ratio by eliminating the input of background noise to the vibration detecting element.
また、研磨の進行によって変化する被研磨物支持盤の振動を振動検出素子で検出する場合に、被研磨物支持盤上に振動検出素子を複数取り付けて選択可能にしたので、振動検出素子の故障による交換の手間が軽減できる。 In addition, when detecting the vibration of the workpiece support plate, which changes as the polishing progresses, with the vibration detection element, it is possible to select multiple vibration detection elements on the workpiece support plate, so that the vibration detection element can fail. The trouble of exchange by can be reduced.
さらに他の本発明の研磨装置によれば、研磨の際に被研磨物支持盤の位置を検出する変位検出器を有しているので、研磨が進むにつれて研磨布と被研磨物の摩擦力が変化して被研磨物支持盤の位置が変化し、その変位の変化量により研磨の終点等を検出できる。この場合、被研磨物支持盤の位置の変化量はバックグラウンドノイズとは振動周波数帯が異なるので、モータ等の振動の影響を受けずにS/N比の良い検出が可能になる。 According to still another polishing apparatus of the present invention, since it has a displacement detector that detects the position of the workpiece support disk during polishing, the frictional force between the polishing cloth and the workpiece is increased as the polishing proceeds. As a result, the position of the workpiece support plate changes, and the end point of polishing can be detected by the amount of change in the displacement. In this case, since the amount of change in the position of the workpiece support plate differs from the background noise in the vibration frequency band, detection with a good S / N ratio is possible without being affected by vibrations of the motor or the like.
1、1d 研磨布
2 下側定盤
2a 空洞
3 上側定盤
3a 空洞
3b 側壁
4 第一の溝
5 第二の溝
6 第二の溝(空洞)
7 弾性部
8 指示体
9 シャフト
10、10A、10B 振動検出素子
11 ノズル
12 ドレッサー
13、13A 送信機
14 受信機
15 駆動制御部
16 表示部
21 シャフト駆動部
22 弾性部
23 揺動装置
24 ベルト
25 送信用アンテナ
26 受信用アンテナ
27 信号線
28 環状導電体
29 ブラッシ
30 電線
31 合成器
32 受信機
33 信号解析部
34a、34d、34e 第1のアンプ
34b フィルタ
34c 第2のアンプ
34B FM送信機
35 処理部
41 上側定盤
42 加速度センサー
43 下側定盤
44 研磨布
45 マーカー
46 マーカー検出器
50 防音/吸音材
51 インナーシート
52 共振板
53 アンプ
54 孔
55 振動伝達用針
56 振動板
57 振動検出素子
58 振動制御部
59 周波数変換回路
61 位置検出器
62 検知板
63 整流器
64 コンデンサ
65 アンプ
66 ローパスフィルタ
67 ハイパスフィルタ
69 FM受信機
70 記録装置
71 フィルター
72 第1のアンプ
73 整流回路
74 ローパスフィルター
75 第2のアンプ
76 A/D変換器
77 コンピュータ
81、82、83 変位検出器
91、92 突起
1,
7
Claims (10)
前記第1の定盤に対向して配置される第2の定盤と、
前記第2の定盤に張り付けられる研磨布と、
前記第1の定盤又は前記第2の定盤に取付けられた振動検出器と、
少なくとも前記第1の定盤又は前記第2の定盤を駆動する駆動機構と、
前記振動検出器が取付けられた側の前記第1の定盤又は前記第2の定盤に取り付けられ、且つ前記振動検出器により検出された振動情報を無線送信する送信部と、
前記送信部から出力された無線信号を受信する受信部と、
前記受信部に接続されて、受信した前記無線信号を解析する信号解析部と、
前記信号解析部からの信号に基づいて、研磨停止又は研磨条件の変更を指示する信号を少なくとも前記駆動機構に出力する制御部と、
前記振動検出器が取り付けられた前記第1の定盤又は前記第2の定盤の回転軸の周囲に取付けられ、且つ前記送信部に接続された環状の送信アンテナと、
前記回転軸の延長上に取付けられ、且つ前記受信部に接続される受信アンテナと
を有することを特徴とする研磨装置。 A first surface plate for supporting an object to be polished;
A second surface plate disposed opposite to the first surface plate;
An abrasive cloth affixed to the second surface plate;
A vibration detector attached to the first surface plate or the second surface plate;
A drive mechanism for driving at least the first platen or the second platen;
A transmitter that is attached to the first surface plate or the second surface plate on the side on which the vibration detector is mounted, and that wirelessly transmits vibration information detected by the vibration detector;
A receiver for receiving a radio signal output from the transmitter;
A signal analysis unit connected to the reception unit for analyzing the received radio signal;
Based on a signal from the signal analysis unit, a control unit that outputs at least a signal instructing to stop polishing or change polishing conditions to the drive mechanism;
An annular transmission antenna attached around the rotation axis of the first surface plate or the second surface plate to which the vibration detector is attached, and connected to the transmission unit;
A polishing apparatus comprising: a receiving antenna attached on an extension of the rotating shaft and connected to the receiving unit.
前記受信部の出力側に接続されて前記受信部からの出力信号を変換する逆対数アンプと
を有することを特徴とする請求項1記載の研磨装置。 A logarithmic amplifier for expanding the amplitude range of the vibration signal based on the output of the vibration detector;
The polishing apparatus according to claim 1, further comprising: an antilogarithmic amplifier that is connected to an output side of the receiving unit and converts an output signal from the receiving unit.
前記第1の定盤に対向して配置される第2の定盤と、
前記第2の定盤に張り付けられる研磨布と、
前記第1の定盤を前記研磨布上の一定範囲内で周期的に移動させる駆動手段と、
前記第1の定盤の振動強度又は前記駆動手段の駆動トルクの値を、前記第1の定盤の位置成分を含む関数で割算してその結果を研磨状態信号とし、該研磨状態信号の変化を時間で微分し、その微分値に基づいて研磨終了を検出する研磨終点検出手段と
を有することを特徴とする研磨装置。 A first surface plate for supporting an object to be polished;
A second surface plate disposed opposite to the first surface plate;
An abrasive cloth affixed to the second surface plate;
Drive means for periodically moving the first surface plate within a certain range on the polishing cloth;
The value of the vibration intensity of the first surface plate or the driving torque of the driving means is divided by a function including the position component of the first surface plate, and the result is used as a polishing state signal. A polishing apparatus comprising: a polishing end point detecting means for differentiating the change with time and detecting the end of polishing based on the differential value.
前記定盤の周辺部を弾性体を介して支持し、且つ内部が空洞の筐体と、
前記研磨対象物を研磨する研磨布と、
前記研磨布と前記研磨対象物の摩擦によって前記研磨布の移動方向又は前記筐体の移動方向に引きずられる前記定盤の前記筐体に対する相対位置を測定する変位検出器と
を有することを特徴とする研磨装置。 A surface plate that supports the object to be polished;
Supporting the peripheral part of the surface plate via an elastic body, and a casing having a hollow inside,
A polishing cloth for polishing the polishing object;
A displacement detector for measuring a relative position of the surface plate with respect to the casing, which is dragged in a movement direction of the polishing cloth or a movement direction of the casing by friction between the polishing cloth and the object to be polished. Polishing equipment.
駆動手段により、前記第1の定盤を前記研磨布上の一定範囲内で周期的に移動させ、
前記第1の定盤の振動強度又は前記駆動手段の回転トルクの値を、前記第1の定盤の位置成分を含む関数で割算してその結果を研磨状態信号とし、該研磨状態信号の変化を時間で微分し、その微分値に基づいて研磨を終了する工程を含むことを特徴とする研磨方法。 Polishing provided with the 1st surface plate which supports a grinding | polishing target object, the 2nd surface plate arrange | positioned facing this 1st surface plate, and the polishing cloth affixed on this 2nd surface plate In a polishing method using an apparatus,
By the driving means, the first surface plate is periodically moved within a certain range on the polishing cloth,
The value of the vibration intensity of the first surface plate or the rotational torque of the driving means is divided by a function including the position component of the first surface plate, and the result is used as a polishing state signal. A polishing method characterized by including a step of differentiating a change with time and ending polishing based on the differential value.
振動検出器によって、前記第1の定盤又は前記第2の定盤の研磨時の振動を検出し、
前記振動検出器により検出された振動強度の異常を検出し、該振動強度の異常検出時間が前記第2の定盤の回転周期よりも短い場合に、前記第1の定盤と前記第2の定盤の駆動を制御することを有することを特徴とする研磨方法。 Using a first surface plate that supports an object to be polished, a second surface plate disposed opposite to the first surface plate, and a polishing cloth attached to the second surface plate, In the polishing method for polishing the polishing object with the polishing cloth,
A vibration detector detects vibrations during polishing of the first surface plate or the second surface plate,
When an abnormality in vibration intensity detected by the vibration detector is detected, and the abnormality detection time of the vibration intensity is shorter than the rotation period of the second surface plate, the first surface plate and the second surface plate are detected. A polishing method comprising controlling driving of a surface plate.
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