JP2015126001A - Wafer polishing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はウェーハ研磨装置に関するものであり、特に、化学的機械研磨法(CMP: Chemical Mechanical Polishing)による半導体ウェーハを研磨するウェーハ研磨装置に関するものである。 The present invention relates to a wafer polishing apparatus, and more particularly to a wafer polishing apparatus for polishing a semiconductor wafer by chemical mechanical polishing (CMP).
近年、ICの微細加工が進んでおり、多層にわたってICパターンを形成することが行われている。このようなIC構造では、パターンを形成した層の表面にある程度の凹凸が生じるのが避けられない。
このようなパターン形成途中において、パターンを形成した層の表面に生じる凹凸を平坦化すべく、ウェーハを研磨するのに、CMP法によるウェーハ研磨装置(CMP装置)が用いられる。
In recent years, IC microfabrication has progressed, and IC patterns are formed over multiple layers. In such an IC structure, it is inevitable that a certain degree of unevenness occurs on the surface of the layer on which the pattern is formed.
During such pattern formation, a wafer polishing apparatus (CMP apparatus) using a CMP method is used to polish the wafer in order to flatten the irregularities generated on the surface of the layer on which the pattern is formed.
ウェーハ研磨装置として、表面に研磨パッド(研磨布)が貼付された円盤状の研磨定盤と、研磨すべきウェーハ裏面を保持してウェーハ表面を研磨パッドに当接させる複数の研磨ヘッドと、これら研磨ヘッドを研磨定盤に対し相対回転させるヘッド駆動機構とを具備し、研磨パッドとウェーハとの間に研磨材であるスラリーを供給することにより、ウェーハの研磨を行う構造のものが一般に広く知られている。 As a wafer polishing apparatus, a disk-shaped polishing surface plate having a polishing pad (polishing cloth) attached to the surface, a plurality of polishing heads that hold the back surface of the wafer to be polished and bring the wafer surface into contact with the polishing pad, and these A head drive mechanism that rotates the polishing head relative to the polishing surface plate, and has a structure that polishes the wafer by supplying slurry, which is an abrasive, between the polishing pad and the wafer is generally widely known. It has been.
そして、この種のウェーハ研磨装置の一例として、研磨ヘッドで保持するウェーハ表面を研磨パッドに押し当てるに際し、研磨ヘッドとウェーハとの間に空気層を形成し、この空気層にエアーを供給することにより、エアー圧を利用してウェーハを研磨パッドに所定の押圧力をもって押し当てる構造のものが提案されている。そして、このウェーハ研磨装置では、空気室からのエアー漏れが適宜量となるように、ウェーハの径方向外側にリテーナリングが配置されている(例えば、特許文献1参照)。 As an example of this type of wafer polishing apparatus, when the wafer surface held by the polishing head is pressed against the polishing pad, an air layer is formed between the polishing head and the wafer, and air is supplied to this air layer. Therefore, a structure in which the wafer is pressed against the polishing pad with a predetermined pressing force using air pressure has been proposed. And in this wafer polisher, the retainer ring is arrange | positioned on the radial direction outer side of a wafer so that the air leakage from an air chamber may become an appropriate quantity (for example, refer patent document 1).
上述したウェーハ研磨装置にあっては、リテーナリングが研磨パッドと当接することが避けられず、ウェーハのみならずこのリテーナリングも研磨パッドによって研磨される。このため、リテーナリングを一定期間ごとに交換することが必要になる。しかしながら、リテーナリングは適宜可撓性を有するよう特殊な材料から作られていることもあって比較的高価であるから、このようなリテーナリングを一定期間ごとに交換することが、ライニングストを上昇させる一要因となっていた。 In the above-described wafer polishing apparatus, it is inevitable that the retainer ring contacts the polishing pad, and not only the wafer but also this retainer ring is polished by the polishing pad. For this reason, it is necessary to replace the retainer ring at regular intervals. However, since the retainer ring is made of a special material so as to be flexible as appropriate, it is relatively expensive, so changing such a retainer ring at regular intervals increases the lining strike. It was one of the factors.
また、この種ウェーハ研磨装置にあっては、ウェーハ表面を研磨パッドに押し当てる際に、研磨パッドに対してウェーハ表面全域をできるだけ均一の押圧力をもって押し当てることが可能なように、ウェーハを保持するワークチャックを、チャック支持体に対し揺動可能に支持する方式のものがある。
しかしながら、この方式の従来のウェーハ研磨装置にあっては、ワークチャックの揺動中心が、ウェ―ハの被加工面から遠く離れた位置に設定されているため、ワークチャックの傾斜角度が大きくなると、ウェーハの回転中心位置が研磨定盤に対して偏心することとなり、これに起因して、ウェーハを研磨パッドに押し当てて研磨する際に不要なモーメントが生じ、結果的にウェーハ表面の研磨にむらが生じる問題があった。
In addition, in this type of wafer polishing apparatus, when the wafer surface is pressed against the polishing pad, the wafer is held so that the entire surface of the wafer can be pressed against the polishing pad with a uniform pressing force as much as possible. There is a type of supporting a work chuck to be swingable with respect to a chuck support.
However, in the conventional wafer polishing apparatus of this system, since the swing center of the work chuck is set at a position far away from the processing surface of the wafer, if the tilt angle of the work chuck increases. The rotation center position of the wafer is decentered with respect to the polishing surface plate, which causes an unnecessary moment when the wafer is pressed against the polishing pad and polished, resulting in polishing the wafer surface. There was a problem of unevenness.
本発明は、このような背景の下になされたものであって、リテーナリングのような消耗品をなくすることでランニングコストを下げることができ、しかも、ウェーハ表面を均一に研磨することができるウェーハ研磨装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made under such a background. By eliminating consumables such as retainer rings, the running cost can be reduced, and the wafer surface can be uniformly polished. It is an object to provide a wafer polishing apparatus.
前記課題を解決するために、本発明のウェーハ研磨装置は、回転体と、前記回転体と同軸状に配置されかつ前記回転体と一体的に回転するとともに前記回転体に対して前記回転軸線の方向に相対移動可能に設けられた回転軸と、前記回転体に対して前記回転軸を一端側へ付勢する付勢部材と、前記回転軸の他端側に球面軸受機構を介して揺動可能に支持されるとともに研磨対象であるウェーハを保持するワークチャックと、前記回転体と前記ワークチャックとの間に介装されたエアーバッグとを備え、前記球面軸受機構は、その揺動中心が前記ウェーハを含む前記ワークチャックの厚さ内に位置するように設定され、前記エアーバッグにエアーが導入されるときに、前記付勢部材の付勢力に抗して前記ワークチャックが回転体から離間する方向へ相対移動し、該ワークチャックに保持された前記ウェーハを研磨パッドへ押し付けることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a wafer polishing apparatus according to the present invention includes a rotator, and is disposed coaxially with the rotator and rotates integrally with the rotator, and the rotation axis of the rotator is A rotating shaft provided so as to be relatively movable in the direction, a biasing member that biases the rotating shaft toward one end with respect to the rotating body, and swings on the other end side of the rotating shaft via a spherical bearing mechanism A work chuck that can be supported and holds a wafer to be polished, and an air bag interposed between the rotating body and the work chuck. The spherical bearing mechanism has a swing center. The work chuck is set to be positioned within the thickness of the work chuck including the wafer, and when the air is introduced into the airbag, the work chuck is separated from the rotating body against the urging force of the urging member. To do To move relatively, characterized in that pressing the wafer held on the workpiece chuck to the polishing pad.
この発明によれば、まず、ワークチャックでウェーハを保持し、この状態で、エアーバッグにエアーを導入する。エアーバッグに導入されたエアーの圧力によって、回転軸を付勢する付勢部材の付勢力に抗してエアーチャックが回転体から離間する方向へ相対移動し、保持したウェーハを研磨パッドに押し付ける。これにより、ウェーハが研磨される。このとき、エアーは、閉空間であるエアーバッグに導入されるだけであって、エアーの漏れ調整を行う消耗部材であるリテーナリングを用いる必要がない。このため、交換用のリテーナリングを予め用意する管理や、リテーナリングの交換時期の管理が不要になる。 According to the present invention, the wafer is first held by the work chuck, and air is introduced into the airbag in this state. Due to the pressure of the air introduced into the air bag, the air chuck moves relative to the direction away from the rotating body against the urging force of the urging member that urges the rotating shaft, and the held wafer is pressed against the polishing pad. Thereby, the wafer is polished. At this time, the air is only introduced into the air bag which is a closed space, and there is no need to use a retainer ring which is a consumable member for adjusting air leakage. For this reason, management for preparing a retainer ring for replacement in advance and management of the replacement timing of the retainer ring become unnecessary.
また、上記ワークチャックで保持したウェーハを研磨パッドに押し付ける際に、ワークチャックは、球面軸受機構を介して回転軸に揺動可能に支持されるが、このときワークチャックの揺動中心がウェーハを含むワークチャックの厚さ内に位置するように設定されているため、ワークチャックの傾斜角度が大きくなる場合でも、ウェーハの回転中心位置が研磨定盤に対して偏心する量は極めて僅かである。この結果、ウェーハを研磨パッドに押し当てて研磨する際に不要なモーメントが生じにくくなり、結果的にウェーハ表面をほぼ均一に研磨することが可能となる。 Further, when the wafer held by the work chuck is pressed against the polishing pad, the work chuck is swingably supported by the rotating shaft via the spherical bearing mechanism. Since it is set so as to be positioned within the thickness of the work chuck including the work chuck, even when the inclination angle of the work chuck is increased, the amount of the rotation center position of the wafer being eccentric with respect to the polishing surface plate is very small. As a result, an unnecessary moment is hardly generated when the wafer is pressed against the polishing pad and polished, and as a result, the wafer surface can be polished almost uniformly.
前記球面軸受機構は、前記回転軸に形成された内側凸球面と、前記ワークチャックに形成された外側凹球面と、前記内側凸球面と前記外側凹球面との間に介装された複数の球体とを備えることが好ましい。
この場合、球体を介して内側凸球面と外側凹球面とが接することとなり、ワークチャックを揺動可能に支持するにあたり、極めて摩擦の小さい支持が可能となる。
The spherical bearing mechanism includes an inner convex spherical surface formed on the rotating shaft, an outer concave spherical surface formed on the work chuck, and a plurality of spheres interposed between the inner convex spherical surface and the outer concave spherical surface. It is preferable to comprise.
In this case, the inner convex spherical surface and the outer concave spherical surface are in contact with each other via the spherical body, and thus, support for extremely small friction is possible when the work chuck is supported in a swingable manner.
前記球面軸受機構は、揺動中心が、前記ワークチャックに保持される前記ウェーハの被加工面と面一の位置に設定されていることが好ましい。
この場合、ワークチャックの傾斜角度が例え大きくなる場合であっても、ウェーハの回転中心位置が研磨定盤に対して偏心することがない。この結果、ウェーハを研磨パッドに押し当てて研磨する際に不要なモーメントが生じず、結果的にウェーハ表面をより均一に研磨するのが可能となる。
In the spherical bearing mechanism, it is preferable that the center of oscillation is set at a position flush with the work surface of the wafer held by the work chuck.
In this case, even if the tilt angle of the work chuck becomes large, the rotation center position of the wafer is not decentered with respect to the polishing surface plate. As a result, no unnecessary moment is generated when the wafer is pressed against the polishing pad and polished, and as a result, the wafer surface can be polished more uniformly.
前記エアーバッグは、前記回転体の前記ワークチャックとの対向面上であって前記回転軸を中心としてその径方向外側に配置されたリング状の可撓膜を備えることが好ましい。
この場合、ワークチャックがリング状の可撓膜を介して回転体から離間するようエアー圧による押圧力を受けるため、ワークチャックは周方向全域に渡って均一な押圧力を受ける。これに伴い、ワークチャックで保持したウェーハを周方向全域に渡って研磨パッドに均一に押し付けることが可能となる。
It is preferable that the air bag includes a ring-shaped flexible film disposed on a surface of the rotating body facing the work chuck and radially outside the rotating shaft.
In this case, since the work chuck receives a pressing force by the air pressure so as to be separated from the rotating body via the ring-shaped flexible film, the work chuck receives a uniform pressing force over the entire circumferential direction. Accordingly, the wafer held by the work chuck can be uniformly pressed against the polishing pad over the entire circumferential direction.
前記リング状の可撓膜は、幅方向中心が前記球面軸受機構よりも外側に配置されていることが好ましい。
ワークチャックを回転体から離間する方向つまり研磨パッド側へ押圧させる際の押圧面積を広くとることができること、並びに、ワークチャックを研磨パッド側へ押圧するにあたり球面軸受機構よりも外側から押圧できることから、研磨パッドの表面の凹凸に追従してワークチャックを揺動させるときの応答時間を短くすることができる。
It is preferable that the ring-shaped flexible film is arranged with the center in the width direction outside the spherical bearing mechanism.
Because it is possible to widen the pressing area when pressing the work chuck toward the polishing pad in the direction away from the rotating body, and from the outside than the spherical bearing mechanism when pressing the work chuck toward the polishing pad, The response time when the workpiece chuck is swung following the unevenness of the surface of the polishing pad can be shortened.
前記回転軸の回転を前記ワークチャックに伝達する回転伝達機構を備えることが好ましい。
回転軸の回転力が回転伝達機構を介してワークチャックに伝達され、ワークチャックが回転する。これに伴い、ワークチャックによって保持されたウェーハを研磨パッド上で強制的に回転させることができる。
It is preferable that a rotation transmission mechanism for transmitting the rotation of the rotation shaft to the work chuck is provided.
The rotational force of the rotary shaft is transmitted to the work chuck via the rotation transmission mechanism, and the work chuck rotates. Accordingly, the wafer held by the work chuck can be forcibly rotated on the polishing pad.
前記ワークチャックには冷却機構が設けられていることが好ましい。
ウェーハが研磨される際に、摩擦熱が生じる。この摩擦熱を冷却機構によって好適に除去することができる。このため、ウェーハやワークチャックが摩擦熱によって必要以上に温度上昇するのを未然に回避できる。
The work chuck is preferably provided with a cooling mechanism.
As the wafer is polished, frictional heat is generated. This frictional heat can be suitably removed by the cooling mechanism. For this reason, it is possible to avoid the temperature of the wafer and the work chuck from being increased more than necessary due to frictional heat.
本発明のウェーハ研磨装置によれば、リテーナリングのような消耗品をなくすることでランニングコストを下げることができ、しかも、ウェーハ表面を均一に研磨することができるウェーハ研磨装置を提供することを課題とする。 According to the wafer polishing apparatus of the present invention, it is possible to reduce running costs by eliminating consumables such as retainer rings, and to provide a wafer polishing apparatus capable of polishing the wafer surface uniformly. Let it be an issue.
以下、図面を参照しながら本発明に係るウェーハ研磨装置の実施形態を説明する。図1は本発明に係るウェーハ研磨装置の実施形態の全体構造図、図2は本発明に係るウェーハ研磨装置の実施形態の研磨ヘッドの縦断面図、図3(a)、(b)はそれぞれ本発明に係るウェーハ研磨装置の球面軸受機構の作用を表す図であって、図2のIII円部の詳細図である。
図1に示すように、ウェーハ研磨装置1は、主としてプラテン2と、研磨ヘッド3とから構成されている。
Hereinafter, embodiments of a wafer polishing apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is an overall structural view of an embodiment of a wafer polishing apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a polishing head of an embodiment of a wafer polishing apparatus according to the present invention, and FIGS. It is a figure showing the effect | action of the spherical bearing mechanism of the wafer polisher based on this invention, Comprising: It is detail drawing of the III circle part of FIG.
As shown in FIG. 1, the wafer polishing apparatus 1 mainly includes a
プラテン2は、円盤状に形成され、その下面中央には支持軸4が連結されており、支持軸4の下端に連結されたモータ5の駆動によって所定方向へ回転する。プラテン2の上面には研磨パッド6が貼着されており、該研磨パッド6上に図示しないノズルから研磨材と化学薬品との混合物であるスラリーが供給される。
研磨ヘッド3は、図示せぬ移動機構により、プラテン2、研磨前のウェ―ハが載置されるウェーハ待機位置、および研磨後のウェーハが載置されるウェーハ収納位置の間を適宜移動される。
The
The polishing
図2に示すように、前記研磨ヘッド3は、主として装置本体の支持部10に支持された回転体12と、回転体12と同軸状に配置され、かつ回転体12と一体的に回転するとともに回転体12に対して回転軸線lの方向つまり上下方向に相対移動可能に設けられた回転軸13と、回転軸13の他端側に球面軸受機構30を介して揺動可能に支持されるとともに研磨対象であるウェーハを保持するワークチャック15とを備える。
As shown in FIG. 2, the polishing
回転体12は、上下方向に移動可能な前記支持部10にベアリング11を介して回転可能に支持されている。回転体12は上部に回転ギヤ部17を備え、この回転ギヤ部17を介して図示せぬ回転駆動手段から回転を伝達される。回転体12の中央部には円筒状の回転本体部18が設けられ、回転本体部18は前記ベアリング11と係合する。回転体12の下部には円盤状の回転平板部19が設けられ、この回転平板部19は後述するエアーバッグ31を介してワークチャック15を下方へ押圧する。
The rotating
回転軸13は、前記回転本体部18の内側に設けられた支持部18aと上下動可能かつ一体的に回転するようにスプライン嵌合された上部回転軸部21と、上部回転軸部21の下端に連結された連結板部22と、連結板部22のさらに下端に連結された平板部23とを備える。上部回転軸部21の上部にはバネ受け21aが設けられ、このバネ受け21aと前記支持部18aとの間に介装された圧縮バネ24によって、回転軸13は一端側つまり上方へ付勢される。
The
ワークチャック15は、円盤状に形成されたチャック本体26と、チャック本体26の上側に設けられたリング状の上板部27とを備える。上板部27と平板部23との間には前記球面軸受機構30が設けられている。
The
図3(a)、(b)にも示すように、球面軸受機構30は、上板部27の内周部に設けられた外側凹球面30aと、平板部23の外周部に設けられた内側凸球面30bと、それら外側凹球面30aと内側凸球面30bとの間に介装された複数の球体30cとを備える。球面軸受機構30によるワークチャックの揺動中心Pは、該ワークチャック15に保持されるウェーハWの被加工面と面一の位置となるように設定されている。つまり、外側凹球面30aおよび内側凸球面30bの曲率中心は、ワークチャック15に保持されるウェーハWの被加工面と面一の位置、より具体的には、ウェーハWの被加工面の中心位置となるように設定されている。
なお、必要に応じて、球体30cが、外側凹球面30aと内側凸球面30bとの間の隙間から脱落しないよう、球体30cを保持するリテーナを備える構成にしてもよい。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the
In addition, you may make it the structure provided with the retainer which hold | maintains the
図2に示すように、回転体12の回転平板部19とワークチャック15の上板部27との間にエアーバッグ31が介装され、このエアーバッグ31に所定圧のエアーが導入されるときに、圧縮バネ24の付勢力に抗して、ワークチャック15が回転体12から離間する方向、つまり図中下方へ相対移動される。エアーバッグ31は、回転平板部19の下面にリング状の溝31aが形成され、この溝31aを下側から塞ぐように、固定リング32によりリング状の可撓膜31bが取り付けられて構成されている。
As shown in FIG. 2, when an
リング状のエアーバッグ31は、前記回転体12の回転軸線lと同心状に配置されている。また、リング状のエアーバッグ31、より具体的には前記リング状の可撓膜31bは、幅方向中心が前記球面軸受機構30よりも外側となるように配置されている。
The ring-shaped
また、エアーバッグ31には、回転ギヤ部17および回転本体部18をそれぞれ貫通する縦孔33a、および縦孔33aにつながるよう回転平板部19に形成されたクランク状の孔33bを有するエアー通路33を介して、図示せぬエアー供給源から所定圧の圧縮エアーが供給される。
Further, the
回転軸13とワークチャック15との間には、回転軸13の回転をワークチャック15に伝達する回転伝達機構35が介装されている。回転伝達機構35は、連結板部22の下面に設けられた一のカップリング片35aと、チャック本体26の上面に設けられた他のカップリング片35bとによって構成されるオルタム継手によって構成される。したがって、回転軸13とワークチャック15の互いの軸線が多少ずれる場合であっても、回転軸13の回転がワークチャック15に伝達される。
A
図4は本発明に係るウェーハ研磨装置の実施形態のワークチャックの底面図、図5は本発明に係るウェーハ研磨装置の実施形態の研磨ヘッドの、図2とは異なる箇所で切断したときの縦断面図である。
図4にも示すように、チャック本体26の下部には、ワークチャック15を冷却するための冷却機構36が設けられている。冷却機構36は、チャック本体26の下面全域に渡って形成された渦巻き状の溝37aと、この渦巻き状の溝37aを下側から覆うカバー37bとからなる冷却水通路37を備える。冷却水通路37には、チャック本体26の外周部の一端に冷却水入口部38が設けられている。この冷却水入口部38から導入された冷却水は、渦巻き状の溝37aに沿って周方向に沿いながら徐々にチャック本体26の中央側に至り、中央部で折り返して、再び渦巻き状の溝37aに沿って周方向に沿いながら徐々にチャック本体26のチャック本体26の外周側に至り、最終的にチャック本体の外周部の他端に設けられた冷却水出口部39に至る。チャック本体26において、冷却水入口部38および冷却水出口部39は、球面軸受機構30との干渉を避けるため、球面軸受機構30よりも外側に配置される。
4 is a bottom view of the work chuck of the embodiment of the wafer polishing apparatus according to the present invention, and FIG. 5 is a longitudinal section of the polishing head of the embodiment of the wafer polishing apparatus according to the present invention when cut at a location different from FIG. FIG.
As shown in FIG. 4, a
図5に示すように、冷却水入口部38には、回転ギヤ部17および回転本体部18をそれぞれ貫通する縦孔40a、および縦孔40aにつながるよう回転平板部19に形成されたクランク状の孔40bを有する冷却水往路40が形成され、図示せぬ冷却水供給源からこの冷却水往路40を介して冷却水入口部38に冷却水が供給される。供給された冷却水は、冷却水通路37を通過した後、冷却水出口部39に至る。冷却水は、そこから回転平板部19に形成されたクランク状の孔41b、およびクランク状の孔41bにつながるよう回転ギヤ部17および回転本体部18をそれぞれ貫通する縦孔41aを有する冷却水復路41を通過して、図示せぬ冷却水供給源に戻る。
As shown in FIG. 5, the cooling
チャック本体26の下面には凹部26aが形成され、この凹部26aには通気性を有する多孔質板43が収納されている。多孔質板43は、回転ギヤ部17および回転本体部18をそれぞれ貫通する縦孔44a、並びに縦孔44aにつながるよう回転平板部19に形成されたクランク状の孔44bを有するウェーハ吸着路44を介して、真空ポンプ等の真空源に連通されている。真空源が駆動されると、多孔質板43が減圧され、該多孔質板43の下面に研磨対象であるウェーハWを吸着保持可能となる。
A
前記エアーバッグ31へ圧縮エアーを供給するエアー通路33、冷却機構と連通する冷却水往路40、冷却水復路41、および多孔質板43を減圧するウェーハ吸着路44は、図2、図5に示すように断面図で見ると、回転軸13および回転平板部19に対し、それらの回転中心(回転軸線l)から半径方向に向けて同じ位置に形成されているように見えるが、これらは周方向にずれた位置、例えば90°置きにずれた位置に形成されていて、互いに干渉しないように配置される。
なお、符号45は、互いに対向する回転平板部19と上板部27の外周部に設けられて、ワークチャック15内への塵埃等の侵入を防止する塵埃カバーである。
An
次に、このように構成されたウェーハ研磨装置1の作用について説明する。まず、研磨ヘッド3を図示しない移動機構により、所定箇所に待機中の研磨前のウェーハW上まで移動させる。そして、研磨ヘッド3に付随する図示せぬ真空源を作動させ、ウェーハ吸着路44を介して多孔質板43を減圧し、該多孔質板43の下面の吸着作用によって研磨前のウェーハWを吸着保持する。その後、ウェーハWを吸着保持したまま研磨ヘッド3を、前記移動機構によりプラテン2上の所定高さ位置にまで運ぶ。
Next, the operation of the wafer polishing apparatus 1 configured as described above will be described. First, the polishing
次いで、図示せぬ圧縮エアー供給源を作動し、エアー通路33を介してエアーバッグ31に圧縮エアーを供給して、エアーバッグ31を膨らませる。エアーバッグ31が膨らむと、ワークチャック15を回転体12から離間する方向つまり下方へ押圧し、これに伴い、圧縮バネ24の付勢力に抗して、ワークチャック15を回転軸13とともに下方へ移動させる。これに伴い、ワークチャック15の下面に吸着保持しているウェーハWを研磨パッド6に押し付けることができる。
Next, a compressed air supply source (not shown) is operated to supply compressed air to the
この状態で、プラテン2および研磨ヘッド3は、図1に示すように予め回転しており、回転する研磨パッド6上に図示しないノズルからスラリーが供給されて、ウェーハW上の所定の導電性膜等が研磨される。
In this state, the
ここで、研磨パッド6が載置される研磨定盤は制作誤差等に起因して多少の凹凸や傾きが生じることが避けられないものの、これら凹凸や傾きに追従するよう、回転軸13に揺動可能に支持されたワークチャック15が随時揺動しながら、研磨パッド6の上面に密着する。
このとき、ワークチャック15の揺動中心Pが、ワークチャック15に保持されるウェーハWの被加工面と面一の位置に設定されているため、図3(a)に示すように研磨定盤の凹凸や傾きに追従してワークチャック15の傾斜角度が例え大きくなる場合でも、ウェーハWの回転中心位置が研磨定盤に対して偏心することがない。この結果、ウェーハW研磨の際に不要なモーメントが生じず、結果的にウェーハ表面を均一な平滑面に研磨することができる。
Here, although the polishing platen on which the
At this time, since the swing center P of the
また、ウェーハWを研磨パッド6に押し付けるための圧縮エアーを供給する際、圧縮エアーはエアー通路33を介して閉空間であるエアーバッグ31に導入するだけであって、エアーの漏れ調整を行う消耗部材であるリテーナリングを用いる必要がない。このため、交換用のリテーナリングを予め用意する管理や、リテーナリングの交換時期の管理が不要になり、ランニングコストを大幅に低減することができる。
Further, when supplying compressed air for pressing the wafer W against the
また、ウェーハを研磨パッド6に押し付ける際のエアーバッグ31は、その幅方向中心が球面軸受機構30よりも外側に配置されており、このため、ワークチャック15を下方へ押圧させる際の押圧面積を広くとることができること、並びに、ワークチャック15を球面軸受機構30よりも外周側から押圧できることから、研磨パッド6の表面の凹凸や傾きに追従してワークチャックを揺動させるときの応答時間を短くすることができる。この結果、ウェーハ表面をより一層、均一な平滑面に研磨することができる。
Further, the
なお、回転体12が回転するとき、回転体12の回転は、回転本体部18の支持部18aとスプライン嵌合された回転軸13に伝達され、この回転軸13からオルダム継手である回転伝達機構35を介してさらにワークチャック15に伝達される。このため、ワークチャック15は、回転軸13に揺動可能に支持されているものの、回転体12と一体的に回転することとなる。したがって、ウェーハWが研磨パッド6との摩擦によって、とも回りを起こすことなく、回転体12から伝達される強制的な回転力によって、ウェーハWを回転させることができる。
When the
前記エアーバッグ31への圧縮エアーの供給と同時、冷却供給源から冷却水往路40を介して冷却水を冷却水通路37に供給する。
ウェーハWを研磨する際に摩擦熱が発生するが、この摩擦熱は、冷却水通路37に供給する冷却水によって除去することができる。このため、ウェーハWやワークチャック15が摩擦熱によって必要以上に温度上昇するのを未然に回避できる。
Simultaneously with the supply of compressed air to the
Friction heat is generated when the wafer W is polished. This friction heat can be removed by the cooling water supplied to the cooling
研磨が終了すると、圧縮エアーの供給と冷却水の供給をそれぞれ停止する。エアーバッグ31は元の大きさに戻り、これに伴い、圧縮バネ24の付勢力によってワークチャック15が回転軸13とともに所定高さまで上昇する。
その後、図示せぬ移動機構を作動させて、研磨したウェーハを研磨ヘッド3とともに、ウェーハ収納位置まで運ぶ。
When the polishing is completed, the supply of compressed air and the supply of cooling water are stopped. The
Thereafter, a moving mechanism (not shown) is operated to carry the polished wafer together with the polishing
なお、本発明のウェーハ研磨装置は、前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、構成部品の変更や改良をすることが可能である。
前記実施形態では、ワークチャック15を支持する球面軸受機構30の揺動中心Pをワークチャックに15に保持されるウェーハWの被加工面と面一の位置に設定しているが、これに限られることなく、揺動中心Pを若干上方側ずらしてもよい。つまり、揺動中心PをウェーハWを含むワークチャック15の厚さ内に位置するように設定してもよい。
The wafer polishing apparatus of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is possible to change or improve the components without departing from the gist of the present invention.
In the above embodiment, the swing center P of the
また、前記実施形態では、回転軸13を上方へ付勢する付勢部材として圧縮バネ24を用いているが、付勢部材は、これに限られることなく、引っ張りバネや、ゴム等の弾性部材を用いたものであっても、さらには圧縮エアー等を利用した構造であってもよい。
In the embodiment, the
また、前記実施形態では、エアーバッグ31として、回転平板部19の下面に形成されたリング状の溝31aと、この溝31aを下側から塞ぐように取り付けられたリング状の可撓膜31bからなるものを用いているが、エアーバッグ31は、これに限られることなくリング状の弾性材からなる袋状のものであってもよい。
Moreover, in the said embodiment, from the ring-shaped groove |
1 ウェーハ研磨装置、2 プラテン、3 研磨ヘッド、6 研磨パッド、11 ベアリング、12 回転体、13 回転軸、15 ワークチャック、19 回転平板部、24 圧縮バネ(付勢部材)、30 球面軸受機構、30a 外側凹球面、30b 内側凸球面、30c 球体、31 エアーバッグ、31a リング状の溝、31b リング状の可撓膜、33 エアー通路、35 回転伝達機構、36 冷却機構、W ウェーハ、P 揺動中心、l 回転軸線。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wafer polisher, 2 Platen, 3 Polishing head, 6 Polishing pad, 11 Bearing, 12 Rotating body, 13 Rotating shaft, 15 Work chuck, 19 Rotating flat plate part, 24 Compression spring (biasing member), 30 Spherical bearing mechanism, 30a outer concave spherical surface, 30b inner convex spherical surface, 30c sphere, 31 air bag, 31a ring-shaped groove, 31b ring-shaped flexible film, 33 air passage, 35 rotation transmission mechanism, 36 cooling mechanism, W wafer, P swing Center, 1 axis of rotation.
Claims (7)
前記回転体と同軸状に配置されかつ前記回転体と一体的に回転するとともに前記回転体に対して前記回転軸線の方向に相対移動可能に設けられた回転軸と、
前記回転体に対して前記回転軸を一端側へ付勢する付勢部材と、
前記回転軸の他端側に球面軸受機構を介して揺動可能に支持されるとともに研磨対象であるウェーハを保持するワークチャックと、
前記回転体と前記ワークチャックとの間に介装されたエアーバッグとを備え、
前記球面軸受機構は、その揺動中心が前記ウェーハを含む前記ワークチャックの厚さ内に位置するように設定され、
前記エアーバッグにエアーが導入されるときに、前記付勢部材の付勢力に抗して前記ワークチャックが回転体から離間する方向へ相対移動し、該ワークチャックに保持された前記ウェーハを研磨パッドへ押し付けることを特徴とするウェーハ研磨装置。 A rotating body,
A rotating shaft that is arranged coaxially with the rotating body and rotates integrally with the rotating body and is relatively movable in the direction of the rotation axis with respect to the rotating body;
An urging member for urging the rotating shaft toward one end with respect to the rotating body;
A work chuck that is supported on the other end of the rotating shaft through a spherical bearing mechanism so as to be swingable and holds a wafer to be polished;
An air bag interposed between the rotating body and the work chuck;
The spherical bearing mechanism is set so that its swing center is located within the thickness of the work chuck including the wafer,
When air is introduced into the air bag, the work chuck moves relative to the rotating body against the urging force of the urging member, and the wafer held by the work chuck is removed from the polishing pad. A wafer polishing apparatus that is pressed against the wafer.
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