JP2009260142A - Wafer-polishing apparatus and wafer-polishing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばシリコンウェハ等の半導体基板に対して行う化学機械研磨(CMP)等の平坦化工程等において用いられ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 used in a planarization process such as chemical mechanical polishing (CMP) performed on a semiconductor substrate such as a silicon wafer.
シリコンウェハ等の半導体基板のような平板状の被加工材の表面を平坦に加工する際に、CMP装置(Chemical Mechanical Polishing Machine )が使用されている。 A CMP apparatus (Chemical Mechanical Polishing Machine) is used when processing the surface of a flat plate-like workpiece such as a semiconductor substrate such as a silicon wafer.
図5(a)及び(b)は一般的なCMP装置の概略構成を示す図であり、図5(a)はウェハ研磨ユニットの概略構成を示しており、図5(b)はウェハロード・アンロード(L/UL)及び研磨ヘッド洗浄ユニットの概略構成を示している。 5 (a) and 5 (b) are diagrams showing a schematic configuration of a general CMP apparatus, FIG. 5 (a) shows a schematic configuration of a wafer polishing unit, and FIG. 2 shows a schematic configuration of an unload (L / UL) and polishing head cleaning unit.
図5(b)に示すように、研磨ヘッド4はウェハ非保持状態時にウェハL/UL及び研磨ヘッド洗浄ユニット7において洗浄される。また、被研磨材であるウェハ1の研磨ヘッド4への装着及びウェハ1の研磨ヘッド4からの取り外しはウェハL/UL及び研磨ヘッド洗浄ユニット7において行われる。すなわち、ウェハL/UL及び研磨ヘッド洗浄ユニット7のように、ウェハL/ULユニットに、研磨ヘッド4を洗浄するための洗浄ユニットが設けられていてもよい。
As shown in FIG. 5B, the polishing
一方、図5(a)に示すように、ウェハ研磨ユニットにおいて、被研磨材であるウェハ1を下面に保持した研磨ヘッド4は定盤(プラテン)2に対向してその上方に配置される。また、定盤2の上面には研磨布(研磨パッド)3が貼り付けられている。尚、ウェハ1を保持した研磨ヘッド4は各ユニット間を移動することが可能である。
On the other hand, as shown in FIG. 5 (a), in the wafer polishing unit, the
図5(a)及び(b)に示すようなCMP装置では、定盤2を回転させた状態で研磨布3の上にスラリー(研磨剤)供給ノズル6からスラリー(研磨剤)を供給すると共に研磨ヘッド4を用いてウェハ1を回転させながら研磨布3に対して押し付けることによって、ウェハ1の表面が研磨される。研磨ヘッド4には、ウェハ研磨中にウェハ1を飛び出させずに研磨ヘッド4内に固定保持するためのリテーナリング(ガイドリング)8が装着されている。リテーナリング8の材料としては、テフロンやPPS(Polyphenylene Sulfide)等のエンジニアリングプラスチックが用いられる。
In the CMP apparatus as shown in FIGS. 5A and 5B, slurry (abrasive) is supplied from the slurry (abrasive) supply nozzle 6 onto the
ウェハ1の研磨は、ウェハ1を保持する研磨ヘッド4のウェハ接触面(例えばウェハ保持パッド)5をウェハ1の裏面に接触させながら行われる。ウェハ接触面5の材料としては、硬質材が用いられる場合と軟質材が用いられる場合とがある。硬質材としては、SUS材(ステンレス鋼材)又はアルミナセラミックス等が用いられる。このとき、ウェハ接触面5はトップリング等と呼ばれ、ウェハ接触面5が真空吸着等によりウェハ1の裏面をダイレクトに保持した状態でウェハ1の表面の研磨が行われる。一方、軟質材からなるウェハ接触面5はエアバック(Air Back)方式の研磨ヘッドに使用され、具体的な軟質材としては、メンブレン等と呼ばれるシリコンゴム膜又はネオプレンゴム膜等の弾性膜が用いられる。このとき、ウェハ接触面5がウェハ1の裏面を保持した状態でウェハ1の表面の研磨が行われる場合や、プラスチック薄膜にゴムを蒸着成長等させたバッキングパッド等と呼ばれるウェハ接触面5を使用して、水張り吸着や真空吸着等によりウェハ1の裏面を保持した状態でウェハ1の表面の研磨が行われる場合等がある。
The polishing of the
図5(a)に示すウェハ研磨ユニットにおいてウェハ1の研磨を行った後、ウェハ1を保持した研磨ヘッド4はウェハL/UL及び研磨ヘッド洗浄ユニット7に移動し、ウェハL/UL及び研磨ヘッド洗浄ユニット7おいてウェハ1の研磨ヘッド4からの取り外しを行った後、ウェハL/UL及び研磨ヘッド洗浄ユニット7おいて研磨ヘッド4の洗浄を行う。図6は、ウェハL/UL及び研磨ヘッド洗浄ユニット7において研磨ヘッド4の洗浄を行っている様子の詳細を示している。図6に示すように、ウェハL/UL及び研磨ヘッド洗浄ユニット7には、DIW(Deionized Water )ライン10に接続された散布ノズル9が設けられている。また、図6に示すように、ウェハL/UL及び研磨ヘッド洗浄ユニット7と研磨ヘッド4との間隔を所定距離に保つと共に研磨ヘッド4を回転させながら、散布ノズル9から研磨ヘッド4に向けてDIWを噴出し、研磨ヘッド4の下面に付着したスラリー砥粒や研磨生成物等を除去することによって、研磨ヘッド4の洗浄が行われる。
ところで、研磨ヘッドの消耗部材であるリテーナリングは新品のままでは厚さムラを有している。具体的には、新品のリテーナリングの円周上における厚さムラは約150μm程度あり、この厚さムラをブレークインにより50μm程度以下にする必要がある。その理由は次の通りである。すなわち、厚さムラがあるリテーナリングを使用した場合、リテーナリングからのウェハの突き出し量がウェハ周縁部上で部分的に不均一となるため、研磨中に研磨パッドから受けるリバウンド圧力がウェハ周縁部上で部分的に不均一となる。その結果、ウェハ外周部の研磨量が不均一となる。従って、リテーナリングの厚さムラを取り除くことを目的としたダミー研磨による初期の慣らし(ブレークイン)が必要となる。以上のように、新品のリテーナリングを使用する場合にはリテーナリングブレークインのためにプラテン上でのダミー研磨が必要であるが、これは、ランニングコスト(スラリー、ダミーウェハ、洗浄薬液等に要するコスト)を増加させる原因となるだけではなく、加えてブレークインにより装置の生産能力を低下させてしまう原因にもなっていた。 By the way, the retainer ring, which is a consumable member of the polishing head, has uneven thickness if it is new. Specifically, the thickness variation on the circumference of a new retainer ring is about 150 μm, and the thickness variation needs to be reduced to about 50 μm or less by break-in. The reason is as follows. In other words, when a retainer ring with uneven thickness is used, the amount of protrusion of the wafer from the retainer ring is partially non-uniform on the wafer periphery, so the rebound pressure received from the polishing pad during polishing is Partially non-uniform on top. As a result, the polishing amount on the outer peripheral portion of the wafer becomes non-uniform. Therefore, initial break-in by dummy polishing for the purpose of removing the thickness unevenness of the retainer ring is required. As described above, when a new retainer ring is used, dummy polishing on the platen is necessary for the retainer ring break-in, but this is a running cost (cost required for slurry, dummy wafer, cleaning chemical solution, etc.). ) In addition to increasing the production capacity of the apparatus due to break-in.
また、リテーナリングブレークインで発生したリテーナリングの削れ屑が研磨布上に残留した状態でウェハ研磨を行った場合、ウェハ表面にマイクロスクラッチや残留パーティクル等が発生してしまうという問題がある。 Further, when wafer polishing is performed in a state where the retainer ring shavings generated by the retainer ring break-in remain on the polishing cloth, there is a problem that micro scratches, residual particles, and the like are generated on the wafer surface.
また、ウェハ研磨を行う際に、リテーナリングが研磨布に押し当てられてしまい、リテーナリングの磨耗が発生することがある。すなわち、リテーナリングは使用により磨耗していく。しかし、磨耗によりリテーナリングが30μm以上片減り(リングの内側部又は外側部の一方の摩耗量が他方の摩耗量と比べて大きくなること)した場合、ウェハ外周部が過研磨となる方向に経時変化が生じるため、研磨後のウェハ形状が所望の形状にならず、ウェハ面内で研磨量が不均一となるので、製品歩留りが低下してしまうという問題がある。 Further, when performing wafer polishing, the retainer ring may be pressed against the polishing cloth, and wear of the retainer ring may occur. That is, the retainer ring is worn away by use. However, if the retainer ring is reduced by 30 μm or more due to wear (the amount of wear on one of the inner side or the outer side of the ring is larger than the amount of wear on the other side), the wafer outer peripheral portion is overpolished. Since the change occurs, the wafer shape after polishing does not become a desired shape, and the polishing amount becomes non-uniform in the wafer surface, so that there is a problem that the product yield is lowered.
さらに、研磨後のウェハ形状を所望の形状にするためには、リテーナリングを頻繁に交換する必要があるが、これは、リテーナリングのコストを増加させる原因となるだけではなく、加えてリテーナリング交換作業により装置の生産能力を低下させてしまう原因にもなっていた。 Furthermore, in order to obtain a desired wafer shape after polishing, it is necessary to frequently replace the retainer ring, which not only increases the cost of the retainer ring, but also adds the retainer ring. The replacement work has also caused a reduction in the production capacity of the device.
以上に述べたように、従来のウェハ研磨技術によれば、リテーナリングブレークイン及びリテーナリング交換に伴うコストの増加や装置の生産能力の低下等が懸念される。また、リテーナリングに起因してウェハ表面上に発生するスクラッチや残留パーティクル等が、配線間のリークや配線間のオープン、ショート等のデバイス不良を誘発する懸念があると共に、リテーナリングに起因するウェハ研磨形状の不均一化がCMPの後工程であるリソグラフィでのフォーカスぼけを誘発する懸念があり、結果的にウェハ歩留りの低下が懸念される。特に、近年のLSI超微細化に伴って、従来許容されていた前述のスクラッチや研磨形状不均一等に起因する問題が無視できなくなってきている。 As described above, according to the conventional wafer polishing technique, there is a concern about an increase in cost associated with retainer ring break-in and retainer ring replacement, a decrease in production capacity of the apparatus, and the like. In addition, there is a concern that scratches and residual particles generated on the wafer surface due to retainer ring may cause device failures such as leakage between wires, open between wires, short circuit, etc., and wafer caused by retainer ring There is a concern that the non-uniformity of the polishing shape induces a focus blur in lithography, which is a post-CMP process, and as a result, there is a concern that the wafer yield may be reduced. In particular, with the recent miniaturization of LSI, problems caused by the above-mentioned scratches and non-uniform polishing shapes, which have been allowed in the past, can no longer be ignored.
前記に鑑み、本発明は、CMP等のウェハ研磨において、コストの増加、装置の生産能力の低下、及び歩留りの低下等を防止できるようにすることを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to prevent an increase in cost, a decrease in production capacity of an apparatus, a decrease in yield, and the like in wafer polishing such as CMP.
前記の目的を達成するために、本願発明者は、種々の検討を重ねた結果、ウェハ研磨を行う定盤(プラテン)上を除く装置内にリテーナリングの面出し手段及びリテーナリングの形状測定手段を備えた研磨装置及びその研磨装置を用いた研磨方法を想到した。リテーナリング面出しは、例えば、研削研磨工具として粒度#1000番程度の研磨布紙を使用した、一般的にエメリー研磨等と呼ばれる研磨加工技術を用いて実施する。研磨布紙は、研磨材・接着剤・基材の三要素で構成されている優れた弾性研磨工具であり、研磨布紙に使用される砥粒には、例えばアルミナや炭化ケイ素等の人造研磨材を使用してもよいし、ダイヤモンドやエメリー(天然のアルミナ)等の天然研磨材を使用してもよい。また、リテーナリング形状測定は、例えば非接触式変位センサーを使用して実施する。非接触式変位センサーとしては、例えば、分解能がミクロンオーダーである光学式(レーザフォーカス方式)センサーを用いてもよい。 In order to achieve the above-mentioned object, the inventor of the present application has conducted various studies, and as a result, retainer ring chamfering means and retainer ring shape measuring means in the apparatus excluding the surface plate (platen) for polishing the wafer. And a polishing method using the polishing apparatus. The retainer ring chamfering is performed, for example, by using a polishing technique generally called emery polishing or the like using a polishing cloth having a grain size of about # 1000 as a grinding polishing tool. Abrasive cloth is an excellent elastic polishing tool composed of three elements: abrasive, adhesive, and base material. For abrasive grains used in abrasive cloth, artificial polishing such as alumina and silicon carbide is used. A material may be used, or a natural abrasive such as diamond or emery (natural alumina) may be used. The retainer ring shape measurement is performed using, for example, a non-contact displacement sensor. As the non-contact type displacement sensor, for example, an optical (laser focus type) sensor having a resolution of micron order may be used.
本発明によれば、リテーナリングの面出し及びリテーナリングの形状測定を適切に行うことによって、リテーナリングの片減りを補正してリテーナリングの寿命を延ばすことができるため、装置の生産能力及びウェハ歩留まりを低下させることなくコストを低減できる研磨装置及び研磨方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to extend the life of the retainer ring by correcting the reduction of the retainer ring by appropriately performing the chamfering of the retainer ring and measuring the shape of the retainer ring. It is possible to provide a polishing apparatus and a polishing method capable of reducing the cost without reducing the yield.
具体的には、本発明に係るウェハ研磨装置は、研磨布が貼り付けられた研磨定盤と、ウェハの裏面側を吸着保持する研磨キャリアヘッドとを備え、前記研磨定盤上に研磨剤である砥粒が分散された研磨液を供給すると共に前記研磨キャリアヘッドに保持された前記ウェハの表面を前記研磨布に押し付けながら、前記研磨キャリアヘッド及び前記研磨定盤を回転させることにより、前記ウェハに対して研磨を行うウェハ研磨装置であって、前記ウェハを固定するために前記研磨キャリアヘッドに設けられたリテーナリングと、前記リテーナリングの面出し手段と、前記リテーナリングの形状測定手段とをさらに備えている。 Specifically, a wafer polishing apparatus according to the present invention includes a polishing surface plate to which a polishing cloth is affixed, and a polishing carrier head that sucks and holds the back side of the wafer, and a polishing agent is provided on the polishing surface plate. The wafer is rotated by rotating the polishing carrier head and the polishing surface plate while supplying a polishing liquid in which certain abrasive grains are dispersed and pressing the surface of the wafer held by the polishing carrier head against the polishing cloth. A polishing apparatus for polishing the retainer ring, the retainer ring provided on the polishing carrier head for fixing the wafer, a cresting means for the retainer ring, and a shape measuring means for the retainer ring. It has more.
また、本発明に係るウェハ研磨方法は、研磨布が貼り付けられた研磨定盤上に研磨剤である砥粒が分散された研磨液を供給すると共に裏面側を研磨キャリアヘッドに吸着保持されたウェハの表面を前記研磨布に押し付けながら、前記研磨キャリアヘッド及び前記研磨定盤を回転させることにより、前記ウェハに対して研磨を行うウェハ研磨方法であって、前記ウェハを固定するために前記研磨キャリアヘッドに設けられたリテーナリングの形状を測定する工程(a)と、前記工程(a)の後に、前記リテーナリングの厚さムラが所定量以下になるまで、前記リテーナリングの面出しを行う工程(b)と、前記工程(b)の後に、前記ウェハに対して研磨を行う工程(c)とを備えている。 Further, in the wafer polishing method according to the present invention, a polishing liquid in which abrasive grains as a polishing agent are dispersed is supplied onto a polishing surface plate on which a polishing cloth is affixed, and the back surface is adsorbed and held by a polishing carrier head. A wafer polishing method for polishing the wafer by rotating the polishing carrier head and the polishing surface plate while pressing the surface of the wafer against the polishing cloth, wherein the polishing is performed to fix the wafer. After the step (a) of measuring the shape of the retainer ring provided on the carrier head, and the step (a), the retainer ring is chamfered until the thickness unevenness of the retainer ring becomes a predetermined amount or less. A step (b) and a step (c) of polishing the wafer after the step (b) are provided.
本発明によると、リテーナリングの面出し手段によって、次のような効果を得ることができる。すなわち、新品のリテーナリングが持っている厚さムラを除去することができるため、リテーナリングブレークインに要するランニングコスト(ダミーウェハ研磨に起因してウェハ、研磨スラリー、洗浄薬液等に要するコスト)を低減することができる。また、リテーナリングブレークインを短時間で行うことができるため、装置の生産能力を向上させることができる。また、リテーナリングブレークインを短時間で行うことによって、ブレークインで発生するリテーナリングの削れ屑が研磨パッド上に残ることを防止できるため、ウェハ研磨を行った際にウェハ表面にマイクロスクラッチや残留パーティクル等が発生してしまうことを防止できるので、ウェハ歩留りを向上させることができる。 According to the present invention, the following effects can be obtained by the chamfering means of the retainer ring. In other words, since the thickness unevenness of a new retainer ring can be removed, the running cost required for the retainer ring break-in (cost required for wafers, polishing slurries, cleaning chemicals, etc. due to dummy wafer polishing) is reduced. can do. Further, since the retaining ring break-in can be performed in a short time, the production capacity of the apparatus can be improved. In addition, the retainer ring break-in can be performed in a short time to prevent the retainer ring shavings generated by the break-in from remaining on the polishing pad. Since generation of particles and the like can be prevented, wafer yield can be improved.
また、本発明によると、リテーナリングの形状測定手段によって、次のような効果を得ることができる。すなわち、インラインでリテーナリングの形状(例えば厚さ及び厚さムラ等)を高精度に測定することができるため、前記リテーナリングの面出し手段によって、リテーナリングの片減り等を補正することができる。従って、リテーナリングを常に均一な形状に保つことができるため、リテーナリングに起因するウェハ研磨形状の不均一化を防ぐことができるので、ウェハ歩留りを向上させることができる。また、リテーナリングを常に均一な形状に保つことによって、リテーナリングの寿命を延ばすことができるので、装置の生産能力を向上させることができる。 Further, according to the present invention, the following effects can be obtained by the retainer ring shape measuring means. In other words, since the shape of the retainer ring (for example, thickness and thickness unevenness) can be measured with high accuracy in-line, it is possible to correct the reduction of the retainer ring by the surface of the retainer ring. . Accordingly, since the retainer ring can be always kept in a uniform shape, it is possible to prevent the wafer polishing shape from becoming non-uniform due to the retainer ring, so that the wafer yield can be improved. In addition, by always maintaining the retainer ring in a uniform shape, the life of the retainer ring can be extended, so that the production capacity of the apparatus can be improved.
(実施形態)
以下、本発明の一実施形態に係るウェハ研磨装置及びウェハ研磨方法について、図面を参照しながら説明する。
(Embodiment)
Hereinafter, a wafer polishing apparatus and a wafer polishing method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1(a)及び(b)は本実施形態のウェハ研磨装置(具体的にはCMP装置)の概略構成を示す図であり、図1(a)はウェハ研磨ユニットの概略構成を示しており、図1(b)はウェハロード・アンロード(L/UL)及び研磨ヘッド洗浄ユニットの概略構成を示している。尚、本実施形態のウェハ研磨装置は、図1(b)に示すウェハL/UL及び研磨ヘッド洗浄ユニット107とは別に、CMP後洗浄ユニットを備えていてもよい。
1A and 1B are diagrams showing a schematic configuration of a wafer polishing apparatus (specifically, a CMP apparatus) according to the present embodiment, and FIG. 1A shows a schematic configuration of a wafer polishing unit. FIG. 1B shows a schematic configuration of a wafer loading / unloading (L / UL) and polishing head cleaning unit. Note that the wafer polishing apparatus of this embodiment may include a post-CMP cleaning unit separately from the wafer L / UL and the polishing
図1(a)に示すように、本実施形態のCMP装置のウェハ研磨ユニットは、研磨布(研磨パッド)103が貼り付けられた研磨定盤102と、ウェハ101の裏面側を吸着保持する研磨キャリアヘッド104と、研磨定盤102上に研磨剤である砥粒が分散された研磨液(スラリー)を供給するスラリー供給ノズル106とを備えている。研磨キャリアヘッド104には、ウェハ研磨中にウェハ101を飛び出させずに研磨キャリアヘッド104内に固定保持するためのリテーナリング(ガイドリング)108が装着されている。リテーナリング108の材料としては、テフロンやPPS等のエンジニアリングプラスチックが用いられる。また、研磨キャリアヘッド104には、ウェハ101を保持するウェハ接触面(例えばウェハ保持パッド)105が設けられている。すなわち、ウェハ接触面105の周縁部に前述のリテーナリング108が配置されている。ウェハ接触面105の材料としては、硬質材が用いられる場合と軟質材が用いられる場合とがある。硬質材としては、SUS材又はアルミナセラミックス等が用いられる。このとき、ウェハ接触面105はトップリング等と呼ばれ、ウェハ接触面105が真空吸着等によりウェハ1の裏面をダイレクトに保持した状態でウェハ101の表面の研磨が行われる。一方、軟質材からなるウェハ接触面105はエアバック(Air Back)方式の研磨ヘッドに使用され、具体的な軟質材としては、メンブレン等と呼ばれるシリコンゴム膜又はネオプレンゴム膜等の弾性膜が用いられる。このとき、ウェハ接触面105がウェハ101の裏面を保持した状態でウェハ101の表面の研磨が行われる場合や、プラスチック薄膜にゴムを蒸着成長等させたバッキングパッド等と呼ばれるウェハ接触面105を使用して、水張り吸着や真空吸着等によりウェハ101の裏面を保持した状態でウェハ101の表面の研磨が行われる場合等がある。
As shown in FIG. 1A, the wafer polishing unit of the CMP apparatus of this embodiment includes a polishing
一方、図1(b)に示すように、本実施形態のCMP装置のウェハL/UL及び研磨ヘッド洗浄ユニット107には、ウェハ非保持状態の研磨キャリアヘッド104を洗浄するために、例えばDIWや洗浄薬液等を散布する散布ノズル109Aが設けられている。散布ノズル109AにはDIWライン121及び薬液ライン123が接続されている。尚、本実施形態において、被研磨材であるウェハ101の研磨キャリアヘッド104への装着及びウェハ101の研磨キャリアヘッド104からの取り外しはウェハL/UL及び研磨ヘッド洗浄ユニット107において行われる。すなわち、本実施形態のウェハL/UL及び研磨ヘッド洗浄ユニット107のように、ウェハL/ULユニットに、研磨キャリアヘッド104を洗浄するための洗浄ユニットが設けられていてもよい。また、ウェハ101を保持した研磨キャリアヘッド104は各ユニット間を移動することが可能である。
On the other hand, as shown in FIG. 1B, the wafer L / UL and the polishing
本実施形態の特徴は、図1(b)に示すように、ウェハL/UL及び研磨ヘッド洗浄ユニット107に、リテーナリング108の面出し手段110と、リテーナリング108の形状測定手段111とが設けられていることである。
The feature of this embodiment is that, as shown in FIG. 1B, the wafer L / UL and the polishing
具体的には、面出し手段110は、リテーナリング108と対応するようにウェハL/UL及び研磨ヘッド洗浄ユニット107に設けられた研磨台112と、研磨台112上に設けられたエメリー研磨紙113と、例えば研磨スラリーや洗浄薬液を散布するために研磨台112内に設けられた散布ノズル109Bとから構成されている。すなわち、本実施形態において、リテーナリング108の面出しは、例えば、研削研磨工具として粒度#1000番程度の研磨布紙を使用した、一般的にエメリー研磨等と呼ばれる研磨加工技術を用いて実施する。研磨布紙は、研磨材・接着剤・基材の三要素で構成されている優れた弾性研磨工具であり、研磨布紙に使用される砥粒には、例えばアルミナや炭化ケイ素等の人造研磨材を使用してもよいし、ダイヤモンドやエメリー(天然のアルミナ)等の天然研磨材を使用してもよい。また、散布ノズル109Bにはスラリーライン122及び薬液ライン123が接続されている。尚、散布ノズル109BにDIWライン121が接続されていてもよい。この場合、散布ノズル109Bは、各ライン121〜123から供給される液体を任意に選択して散布することができる。
Specifically, the surface exposing means 110 includes a polishing table 112 provided in the wafer L / UL and the polishing
一方、形状測定手段111としては、例えば研磨台112内に設けられた非接触式変位センサーを用いることができる。非接触式変位センサーとしては、例えば、分解能がミクロンオーダーである光学式(レーザフォーカス方式)センサーを用いてもよい。 On the other hand, as the shape measuring means 111, for example, a non-contact displacement sensor provided in the polishing table 112 can be used. As the non-contact type displacement sensor, for example, an optical (laser focus type) sensor having a resolution of micron order may be used.
尚、本実施形態においては、ウェハL/UL及び研磨ヘッド洗浄ユニット107に面出し手段110及び形状測定手段111を設けたが、これに限らず、ウェハ研磨を行う研磨定盤102上を除く装置内の任意の箇所に面出し手段110及び形状測定手段111を設けてもよい。例えば、ウェハ101の研磨キャリアヘッド104への装着を行うウェハロードユニットと、ウェハ101の研磨キャリアヘッド104からの取り外しを行うウェハアンロードユニットと、研磨キャリアヘッド104を洗浄する洗浄ユニットとが別々に設けられている場合、ウェハロードユニット、ウェハアンロードユニット又は洗浄ユニットのいずれかに面出し手段110及び形状測定手段111を選択的に設けてもよい。或いは、例えば、装置内のウェハ搬送経路に、面出し手段110及び形状測定手段111を独立したユニットとして設けてもよい。
In the present embodiment, the wafer L / UL and the polishing
以下、ウェハL/UL及び研磨ヘッド洗浄ユニット107に面出し手段110及び形状測定手段111を設けた、前述の本実施形態のウェハ研磨装置を用いたウェハ研磨方法について、図面を参照しながら説明する。
Hereinafter, a wafer polishing method using the above-described wafer polishing apparatus according to the present embodiment in which the wafer L / UL and the polishing
図1(a)に示すウェハ研磨ユニットにおいては、研磨定盤102を回転させた状態で研磨布103の上にスラリー供給ノズル6からスラリー(研磨剤)を供給すると共に研磨キャリアヘッド104を用いてウェハ101を回転させながら研磨布103に対して押し付けることによって、ウェハ101の表面が研磨される。ここで、ウェハ101の研磨は、研磨キャリアヘッド104のウェハ接触面(例えばウェハ保持パッド)105をウェハ101の裏面に接触させながら行われる。
In the wafer polishing unit shown in FIG. 1A, slurry (abrasive) is supplied from the slurry supply nozzle 6 onto the polishing
図1(a)に示すウェハ研磨ユニットにおいてウェハ101の研磨を行った後、ウェハ101を保持した研磨キャリアヘッド104は、図1(b)に示すウェハL/UL及び研磨ヘッド洗浄ユニット107に移動し、ウェハL/UL及び研磨ヘッド洗浄ユニット107おいてウェハ101の研磨キャリアヘッド104からの取り外しを行った後、ウェハL/UL及び研磨ヘッド洗浄ユニット107おいて研磨キャリアヘッド104の洗浄を行う。具体的には、ウェハL/UL及び研磨ヘッド洗浄ユニット107と研磨キャリアヘッド104との間隔を所定距離に保つと共に研磨キャリアヘッド104を回転させながら、DIWライン121に接続された散布ノズル109Aから研磨キャリアヘッド104に向けてDIWを噴出し、研磨キャリアヘッド104の下面に付着したスラリー砥粒や研磨生成物等を除去することによって、研磨キャリアヘッド104の洗浄が行われる。
After polishing the
本実施形態の特徴として、図1(a)に示すウェハ研磨ユニットにおいてウェハ101の研磨を行う前に、図1(b)に示すウェハL/UL及び研磨ヘッド洗浄ユニット107において、面出し手段110によるリテーナリング面出し工程、及び形状測定手段111によるリテーナリング形状測定工程を実施する。具体的には、リテーナリング形状測定工程を実施した後、リテーナリング108の厚さムラが所定量以下になるまで、リテーナリング面出し工程を実施する。
As a feature of this embodiment, before the
尚、本実施形態において、リテーナリング面出し工程を実施した後、リテーナリング108の厚さムラが所定量以下になったかどうかを確認するために、再度、リテーナリング形状測定工程を実施してもよい。すなわち、リテーナリング108の厚さムラが所定量以下になるまで、リテーナリング面出し工程及びリテーナリング形状測定工程を繰り返し実施してもよい。
In this embodiment, after performing the retainer ring chamfering step, the retainer ring shape measuring step may be performed again to confirm whether the thickness unevenness of the
また、本実施形態において、リテーナリング面出し工程及びリテーナリング形状測定工程は、新たに研磨処理を行うウェハ101の研磨キャリアヘッド104への装着を行う直前毎又は研磨処理が終了したウェハ101の研磨キャリアヘッド104からの取り外しを行う直後毎に実施してもよい。或いは、ウェハ101の研磨キャリアヘッド104への装着回数又はウェハ101の前記研磨キャリアヘッド104からの取り外し回数と累積研磨時間とに応じて、リテーナリング面出し工程及びリテーナリング形状測定工程を定期的に実施してもよい。或いは、研磨装置のアイドリング時に、リテーナリング面出し工程及びリテーナリング形状測定工程を実施してもよい。或いは、リテーナリング108を新品に交換する時に、リテーナリング面出し工程及びリテーナリング形状測定工程を実施してもよい。
Further, in the present embodiment, the retainer ring chamfering step and the retainer ring shape measuring step are performed immediately before the
以下、まず、リテーナリング面出し工程の詳細について説明する。図2(a)は、面出し手段110によるリテーナリング面出し工程を説明するための図である。図2(a)に示すように、ウェハロード前又はウェハアンロード後に研磨キャリアヘッド104をウェハL/UL及び研磨ヘッド洗浄ユニット107に移動させる。その後、研磨キャリアヘッド104を下降させることにより、又はウェハL/UL及び研磨ヘッド洗浄ユニット107を上昇させることにより、研磨キャリアヘッド104の下面全体がウェハL/UL及び研磨ヘッド洗浄ユニット107に囲まれるようにする。続いて、ウェハL/UL及び研磨ヘッド洗浄ユニット107におけるエメリー研磨紙113を貼り付けた研磨台112上に研磨キャリアヘッド104(具体的にはリテーナリング108)を下降させ、リテーナリング108に所定の圧力がかかった状態で停止させる。続いて、研磨キャリアヘッド104を回転させることにより、リテーナリング108の表面の研磨を行う。この時、研磨台112内に設けられた散布ノズル109Bから研磨スラリーやDIW等を供給しながらリテーナリング108の表面の研磨を行う。尚、リテーナリング108の研磨における研磨キャリアヘッド104の回転数、研磨スラリーやDIW等を供給するタイミング、及び研磨時間等は、CMP装置の研磨レシピ等と同様に任意に設定することが可能である。
Hereinafter, first, details of the retainer ring chamfering step will be described. FIG. 2A is a view for explaining a retainer ring chamfering step by the chamfering means 110. As shown in FIG. 2A, the polishing
リテーナリング108の研磨完了後、研磨キャリアヘッド104を回転させながら、研磨台112内に設けられた散布ノズル109Bから洗浄薬液やDIW等を供給することによって、リテーナリング108を洗浄する。このとき、ウェハL/UL及び研磨ヘッド洗浄ユニット107における研磨キャリアヘッド104直下の散布ノズル109Aから洗浄薬液やDIW等を研磨キャリアヘッド104の下面に供給することにより、研磨キャリアヘッド104の下面の洗浄を行う。尚、リテーナリング108の洗浄における研磨キャリアヘッド104の回転数、洗浄薬液やDIW等を供給するタイミング、及び洗浄時間等は、CMP装置の研磨レシピ等と同様に任意に設定することが可能である。また、散布ノズル109AについてはウェハL/UL及び研磨ヘッド洗浄ユニット107内の任意の位置に設定可能であり、例えば研磨キャリアヘッド104下面において同心円状に選択された箇所を洗浄することが可能である。また、散布ノズル109Aから洗浄薬液等を研磨キャリアヘッド104の下面に供給することに代えて、ウェハL/UL及び研磨ヘッド洗浄ユニット107内に洗浄薬液を貯めて、当該薬液中に研磨キャリアヘッド104を浸すことにより、研磨キャリアヘッド104を洗浄してもよい。リテーナリング108や研磨キャリアヘッド104の洗浄に用いる洗浄薬液としては、研磨スラリー(リテーナリング108の研磨に用いる研磨スラリー)と同じpH領域又は同じpHの薬液を使用することが好ましい。このようにすると、ゼータ電位効果を利用して、リテーナリング108や研磨キャリアヘッド104に付着したゴミを剥離して薬液に溶解させることができる。同様に、リテーナリング108や研磨キャリアヘッド104の洗浄に用いる洗浄薬液が、ウェハ101の研磨に用いる研磨スラリーと同じpH領域又は同じpHの薬液であることが望ましい。
After the polishing of the
以上に説明した研磨工程及び洗浄工程により、リテーナリング表面の面だし、及び面出し研磨後の研磨キャリアヘッド104の洗浄が順次行われる。その後、研磨キャリアヘッド104を上昇させることにより、又はウェハL/UL及び研磨ヘッド洗浄ユニット107を下降させることにより、研磨キャリアヘッド104はウェハロード前の待機状態又はウェハアンロード後の待機状態になる。
By the polishing step and the cleaning step described above, the surface of the retainer ring surface and the polishing
次に、リテーナリング形状測定工程の詳細について、リテーナリング形状として、リテーナリング108の厚さムラ及びリテーナリング108の磨耗量を測定する場合を例として説明する。図2(b)は、形状測定手段111によるリテーナリング形状測定工程を説明するための図である。図2(b)に示すように、ウェハロード前又はウェハアンロード後に研磨キャリアヘッド104をウェハL/UL及び研磨ヘッド洗浄ユニット107に移動させる。その後、研磨キャリアヘッド104を下降させることにより、又はウェハL/UL及び研磨ヘッド洗浄ユニット107を上昇させることにより、研磨キャリアヘッド104の下面全体がウェハL/UL及び研磨ヘッド洗浄ユニット107に囲まれるようにする。続いて、ウェハL/UL及び研磨ヘッド洗浄ユニット107におけるエメリー研磨紙113を貼り付けた研磨台112上に研磨キャリアヘッド104(具体的にはリテーナリング108)を下降させ、所定の位置で停止させる。続いて、研磨キャリアヘッド104を回転させながら、研磨台112内に設けられた形状測定手段111(例えば非接触式変位センサー)を用いて、形状測定手段111とリテーナリング108の表面との距離Δを連続的に測定する。このように測定されたデータを解析することによって、リテーナリング108の円周上の厚さムラ(うねり)を計算することができる。また、過去に取得されたデータに基づいて予め求められている距離Δの平均値と、新たに測定された距離Δとの差から、リテーナリング108の磨耗量を計算することができる。
Next, details of the retainer ring shape measurement step will be described by taking, as an example, a case where the thickness unevenness of the
図3(a)は研磨台112の上面図であり、図3(b)は図3(a)におけるA−A’線の断面図である。本実施形態において、エメリー研磨紙113を貼り付けた研磨台112の中心径Dは、リテーナリング108の中心径と同じ寸法であることが望ましく、研磨台112の幅(つまりエメリー研磨紙113の幅)Wは、リテーナリング108の幅よりも大きいことが望ましい。これにより、リテーナリング108(研磨キャリアヘッド104)を360°回転させることにより、形状測定手段111(例えばレーザー変位計等の非接触式変位センサー)を用いて、リテーナリング108の円周上の厚さムラ(うねり)を計算することができる。
3A is a top view of the polishing table 112, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line A-A 'in FIG. 3A. In this embodiment, the center diameter D of the polishing table 112 to which the
尚、本実施形態において、リテーナリング108の直径方向における同一直線上でリテーナリング108の磨耗量や磨耗形状等の測定を行ってもよい。或いは、リテーナリング108の円周上での測定値の平均値に基づいて、リテーナリング108の磨耗量等を計算してもよい。図3(a)及び(b)は、リテーナリング108の直径方向における同一直線上に3つの形状測定手段111(例えば非接触式変位センサー)を配置した例を示しており、この構成により、リテーナリング108の表面において円周に沿って3点(リテーナリング内周部、中央部、外周部)での測定が可能となる。これにより、各点での測定値を比較することにより、リテーナリング108の磨耗形状を把握することができる。
In the present embodiment, the wear amount, wear shape, etc. of the
図4は、形状測定手段111(例えば非接触式変位センサー)を用いたリテーナリング108の形状の測定の概要を示す図である。図4に示すように、リテーナリング108の表面において円周に沿って3点(リテーナリング内周部、中央部、外周部)での測定が可能となるため、例えばリテーナリング108の片削れ(片減り)の状況等を正確に把握することができる。
FIG. 4 is a diagram showing an outline of measurement of the shape of the
以上に説明したように、本実施形態によると、リテーナリング108の面出し手段110によって、次のような効果を得ることができる。すなわち、新品のリテーナリング108が持っている厚さムラを除去することができるため、リテーナリングブレークインに要するランニングコスト(ダミーウェハ研磨に起因してウェハ、研磨スラリー、洗浄薬液等に要するコスト)を低減することができる。また、リテーナリングブレークインを短時間で行うことができるため、装置の生産能力を向上させることができる。また、リテーナリングブレークインを短時間で行うことによって、ブレークインで発生するリテーナリング108の削れ屑が研磨布(研磨パッド)103上に残ることを防止できるため、ウェハ研磨を行った際にウェハ101表面にマイクロスクラッチや残留パーティクル等が発生してしまうことを防止できるので、ウェハ歩留りを向上させることができる。
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained by the chamfering means 110 of the
また、本実施形態によると、リテーナリング108の形状測定手段111によって、次のような効果を得ることができる。すなわち、インラインでリテーナリング108の形状(例えば厚さ及び厚さムラ等)を高精度に測定することができるため、リテーナリング108の面出し手段110によって、リテーナリング108の片減り等を補正することができる。従って、リテーナリング108を常に均一な形状に保つことができるため、リテーナリング108に起因するウェハ研磨形状の不均一化を防ぐことができるので、ウェハ歩留りを向上させることができる。また、リテーナリング108を常に均一な形状に保つことによって、リテーナリング108の寿命を延ばすことができるので、装置の生産能力を向上させることができる。
Further, according to the present embodiment, the following effects can be obtained by the shape measuring means 111 of the
尚、本実施形態において、リテーナリング108の面出し手段110として、エメリー研磨紙113を貼り付けた研磨台112を用いたが、これに代えて、他の研磨布紙や研削研磨工具を用いても良いことは言うまでもない。
In the present embodiment, the polishing table 112 to which the
また、本実施形態において、リテーナリング108の形状測定手段111として、研磨台112内に設けられた非接触式変位センサーを用いたが、これに代えて、他のセンサーを研磨台112以外の場所に配置して用いても良いことは言うまでもない。
In the present embodiment, the non-contact displacement sensor provided in the polishing table 112 is used as the
本発明は、ウェハ研磨装置及びウェハ研磨方法に関し、CMP等のウェハ研磨に適用した場合、コストの増加、装置の生産能力の低下、及び歩留りの低下等を防止できるという効果が得られ、非常に有用である。 The present invention relates to a wafer polishing apparatus and a wafer polishing method, and when applied to wafer polishing such as CMP, an effect of preventing an increase in cost, a decrease in production capacity of the apparatus, a decrease in yield, and the like is obtained. Useful.
101 ウェハ(被研磨材)
102 研磨定盤(プラテン)
103 研磨布(研磨パッド)
104 研磨キャリアヘッド
105 ウェハ接触面(ウェハ保持パッド)
106 スラリー供給ノズル
107 ウェハL/UL及び研磨ヘッド洗浄ユニット
108 リテーナリング(ガイドリング)
109A、109B 散布ノズル
110 リテーナリング面出し手段
111 リテーナリング形状測定手段
112 研磨台
113 エメリー研磨紙
121 DIWライン
122 スラリーライン
123 薬液ライン
101 Wafer (material to be polished)
102 Polishing surface plate (platen)
103 polishing cloth (polishing pad)
104
106
109A,
Claims (14)
前記ウェハを固定するために前記研磨キャリアヘッドに設けられたリテーナリングと、
前記リテーナリングの面出し手段と、
前記リテーナリングの形状測定手段とをさらに備えていることを特徴とするウェハ研磨装置。 A polishing surface plate to which a polishing cloth is affixed; and a polishing carrier head for adsorbing and holding the back side of the wafer; and supplying a polishing liquid in which abrasive grains as an abrasive are dispersed on the polishing surface plate. A wafer polishing apparatus that polishes the wafer by rotating the polishing carrier head and the polishing surface plate while pressing the surface of the wafer held by the polishing carrier head against the polishing cloth,
A retainer ring provided on the polishing carrier head for fixing the wafer;
Chamfering means for the retainer ring;
A wafer polishing apparatus, further comprising: a shape measuring unit for the retainer ring.
前記半導体ウェハの前記研磨キャリアヘッドへの装着及び前記半導体ウェハの前記研磨キャリアヘッドからの取り外しを行うロード・アンロード一体ユニットをさらに備え、
前記ロード・アンロード一体ユニットに、前記リテーナリングの面出し手段及び前記リテーナリングの形状測定手段が設けられていることを特徴とするウェハ研磨装置。 The wafer polishing apparatus according to claim 1,
A load / unload integrated unit for mounting the semiconductor wafer on the polishing carrier head and detaching the semiconductor wafer from the polishing carrier head;
A wafer polishing apparatus, wherein the load / unload integrated unit is provided with a surface projection means for the retainer ring and a shape measurement means for the retainer ring.
前記半導体ウェハの前記研磨キャリアヘッドへの装着を行うロードユニットをさらに備え、
前記ロードユニットに、前記リテーナリングの面出し手段及び前記リテーナリングの形状測定手段が設けられていることを特徴とするウェハ研磨装置。 The wafer polishing apparatus according to claim 1,
A load unit for mounting the semiconductor wafer on the polishing carrier head;
2. A wafer polishing apparatus, wherein the load unit is provided with a chamfering means for the retainer ring and a shape measuring means for the retainer ring.
前記半導体ウェハの前記研磨キャリアヘッドからの取り外しを行うアンロードユニットをさらに備え、
前記アンロードユニットに、前記リテーナリングの面出し手段及び前記リテーナリングの形状測定手段が設けられていることを特徴とするウェハ研磨装置。 The wafer polishing apparatus according to claim 1,
An unload unit for removing the semiconductor wafer from the polishing carrier head;
A wafer polishing apparatus, wherein the unloading unit is provided with a surface projection means for the retainer ring and a shape measuring means for the retainer ring.
前記リテーナリングの面出し手段及び前記リテーナリングの形状測定手段を独立したユニットとして備えていることを特徴とするウェハ研磨装置。 The wafer polishing apparatus according to claim 1,
A wafer polishing apparatus comprising a retainer ring surface projection means and a retainer ring shape measuring means as independent units.
前記リテーナリングの面出し手段は、エメリー研磨機構と、研磨スラリー及び洗浄薬液の供給機構とを有することを特徴とするウェハ研磨装置。 A wafer polishing apparatus according to any one of claims 1 to 5,
The retainer ring chamfering means includes an emery polishing mechanism and a polishing slurry and cleaning chemical supply mechanism.
前記洗浄薬液は、前記研磨スラリーと同じpH領域又は同じpHの薬液であることを特徴とするウェハ研磨装置。 The wafer polishing apparatus according to claim 6,
The wafer polishing apparatus, wherein the cleaning chemical solution is a chemical solution having the same pH region or the same pH as the polishing slurry.
前記研磨スラリー及び前記洗浄薬液の供給機構は、前記研磨スラリー及び前記薬液に加えて、DIWを供給すると共に当該各液体を任意に選択して供給できることを特徴とするウェハ研磨装置。 The wafer polishing apparatus according to claim 7,
In addition to the polishing slurry and the chemical liquid, the polishing slurry and the cleaning chemical liquid supply mechanism can supply DIW and arbitrarily select and supply each liquid.
前記リテーナリングの形状測定手段は非接触変位センサーであることを特徴とするウェハ研磨装置。 A wafer polishing apparatus according to any one of claims 1 to 8,
The wafer polishing apparatus, wherein the retainer ring shape measuring means is a non-contact displacement sensor.
前記ウェハを固定するために前記研磨キャリアヘッドに設けられたリテーナリングの形状を測定する工程(a)と、
前記工程(a)の後に、前記リテーナリングの厚さムラが所定量以下になるまで、前記リテーナリングの面出しを行う工程(b)と、
前記工程(b)の後に、前記ウェハに対して研磨を行う工程(c)とを備えていることを特徴とするウェハ研磨方法。 While supplying a polishing liquid in which abrasive grains, which are abrasives, are dispersed on a polishing surface plate to which a polishing cloth is attached, while pressing the back surface of the wafer held by the polishing carrier head against the polishing cloth, A wafer polishing method for polishing the wafer by rotating the polishing carrier head and the polishing surface plate,
Measuring the shape of a retainer ring provided on the polishing carrier head for fixing the wafer (a);
After the step (a), until the thickness unevenness of the retainer ring becomes a predetermined amount or less, the step (b) of chamfering the retainer ring;
A wafer polishing method comprising: a step (c) of polishing the wafer after the step (b).
前記半導体ウェハの前記研磨キャリアヘッドへの装着を行う直前毎又は前記半導体ウェハの前記研磨キャリアヘッドからの取り外しを行う直後毎に、前記工程(a)及び前記工程(b)を実施することを特徴とするウェハ研磨方法。 The wafer polishing method according to claim 10, comprising:
The step (a) and the step (b) are performed every time immediately before the semiconductor wafer is mounted on the polishing carrier head or immediately after the semiconductor wafer is removed from the polishing carrier head. Wafer polishing method.
前記半導体ウェハの前記研磨キャリアヘッドへの装着回数又は前記半導体ウェハの前記研磨キャリアヘッドからの取り外し回数と累積研磨時間とに応じて、前記工程(a)及び前記工程(b)を定期的に実施することを特徴とするウェハ研磨方法。 The wafer polishing method according to claim 10, comprising:
The step (a) and the step (b) are periodically performed according to the number of times the semiconductor wafer is attached to the polishing carrier head or the number of times the semiconductor wafer is detached from the polishing carrier head and the accumulated polishing time. And a wafer polishing method.
使用する研磨装置のアイドリング時に、前記工程(a)及び前記工程(b)を実施することを特徴とするウェハ研磨方法。 The wafer polishing method according to claim 10, comprising:
A wafer polishing method, wherein the step (a) and the step (b) are performed during idling of a polishing apparatus to be used.
前記リテーナリングを新品に交換する時に、前記工程(a)及び前記工程(b)を実施することを特徴とするウェハ研磨方法。 The wafer polishing method according to claim 10, comprising:
A wafer polishing method, wherein the step (a) and the step (b) are performed when the retainer ring is replaced with a new one.
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