JP2017157646A - Polishing method and polishing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、研磨方法及び研磨装置に係り、特に半導体ウェハなどの研磨対象物を研磨してその表面を平坦化する研磨方法及び研磨装置に関するものである。 The present invention relates to a polishing method and a polishing apparatus, and more particularly to a polishing method and a polishing apparatus for polishing a polishing object such as a semiconductor wafer and flattening the surface thereof.
近年の半導体デバイスの高集積化に伴い、半導体デバイスの製造工程においては、半導体デバイスの表面の平坦化が重要になっている。このような半導体ウェハの表面を平坦化するための1つの方法として化学機械研磨(Chemical Mechanical Polishing(CMP))が知られている。この種の研磨装置においては、図1Aに示すように、トップリング500の下面に半導体ウェハWが保持され、この半導体ウェハWが研磨テーブル501上の研磨パッド502に所定の圧力で押圧される。このとき、液体供給ノズル504から研磨パッド502上にスラリなどを含む研磨液506が供給される。研磨テーブル501とトップリング500とを互いに独立して回転させ、研磨パッド502とトップリング500との間で相対運動を生じさせる。これにより、半導体ウェハWが研磨パッド502に摺接され、研磨パッド502上の研磨液506の機械的作用と化学的作用によって半導体ウェハWの表面が平坦かつ鏡面状に研磨される。
With the recent high integration of semiconductor devices, it is important to planarize the surface of the semiconductor device in the semiconductor device manufacturing process. Chemical mechanical polishing (CMP) is known as one method for flattening the surface of such a semiconductor wafer. In this type of polishing apparatus, as shown in FIG. 1A, the semiconductor wafer W is held on the lower surface of the
半導体ウェハWの研磨が終了すると、図1Bに示すように、半導体ウェハWをトップリング500の下面に吸着し、トップリング500を上昇させる。これによって半導体ウェハWが研磨パッド502から引き剥がされ、研磨後の半導体ウェハWが次の工程に搬送される。しかしながら、トップリング500を上昇させる際には、研磨パッド502と半導体ウェハWとの間に研磨液や純水、洗浄液などの液体が存在しているため、研磨パッド502と半導体ウェハWとの間に吸着力が生じる。したがって、半導体ウェハWを研磨パッド502から引き剥がそうとトップリング500を上昇させた際に、半導体ウェハWが、図1Cに示すように、研磨パッド502と半導体ウェハWとの間の吸着力に抗しきれずに研磨パッド502上に取り残されることがある。
When the polishing of the semiconductor wafer W is completed, the semiconductor wafer W is attracted to the lower surface of the
このように半導体ウェハWが研磨パッド502上に取り残されてしまうと、図1Dに示すように、研磨テーブル501の回転による遠心力によって半導体ウェハWが研磨テーブル501の外側に滑り出し、周囲に設置された部品(例えばドレッサなど)に半導体ウェハWが衝突することとなる(スリップアウト)。このような場合には、半導体ウェハWが破損又は損傷し、製造工程における歩留まりが低下してしまう。
When the semiconductor wafer W is left on the
これを防止するために、半導体ウェハWを引き剥がす際に研磨パッド502上に供給される研磨液の流量を減少させた状態で半導体ウェハWを吸着する試みもなされているが(例えば特許文献1参照)、この方法でも半導体ウェハWが研磨パッド502上に取り残されることを完全に防止することはできない。また、例えば、半導体ウェハWが研磨テーブル501上に取り残されたことをセンサによって検出して研磨テーブル501の回転を止めることも考えられるが、半導体ウェハWが取り残されたことを検出してから研磨テーブル501の回転を止めたとしても、研磨テーブル501が完全に停止するまでに半導体ウェハWが研磨テーブル501の外側に滑り出してしまうため、周囲に設置された部品との衝突を避けることは難しい。
In order to prevent this, an attempt has been made to adsorb the semiconductor wafer W while reducing the flow rate of the polishing liquid supplied onto the
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、研磨終了後に研磨対象物が研磨面上に取り残された場合に生じ得る研磨対象物の破損又は損傷を防止することができる研磨方法及び研磨装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and can prevent damage or damage to the polishing object that may occur when the polishing object is left behind on the polishing surface after polishing. An object of the present invention is to provide a polishing method and a polishing apparatus.
本発明の第1の態様によれば、研磨終了後に研磨対象物が研磨面上に取り残されたとしても研磨対象物の破損又は損傷を防止することができる研磨方法が提供される。この方法では、トップリング本体と、被研磨物を上記トップリング本体の下面に保持するための保持機構と、上記保持機構により保持される上記被研磨物の径方向外側に配置され、上記トップリング本体とは独立して上下動可能なストッパとを有するトップリングを用意する。研磨面を回転させつつ、上記被研磨物を上記トップリングにより上記研磨面に押圧して上記被研磨物の表面を研磨する。上記被研磨物の表面の研磨後に、上記保持機構を作動させた状態で、上記ストッパの下面を所定の時間の間上記研磨面に接触させつつ、上記トップリング本体を上記研磨面から上方に移動させる。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a polishing method capable of preventing breakage or damage of a polishing object even if the polishing object is left on the polishing surface after completion of polishing. In this method, the top ring body, a holding mechanism for holding the object to be polished on the lower surface of the top ring body, and the top ring disposed on the radially outer side of the object to be polished held by the holding mechanism. A top ring having a stopper that can move up and down independently of the main body is prepared. While rotating the polishing surface, the object to be polished is pressed against the polishing surface by the top ring to polish the surface of the object to be polished. After polishing the surface of the object to be polished, the top ring body is moved upward from the polishing surface while the holding mechanism is operated and the lower surface of the stopper is in contact with the polishing surface for a predetermined time. Let
この方法によれば、被研磨物の表面の研磨後に何らかの理由で被研磨物が研磨面上に取り残されたとしても、トップリング本体が研磨面から上方に移動してから所定の時間の間はストッパが研磨面に接触したままとなるので、研磨面上でストッパが被研磨物を取り囲むように位置することとなる。したがって、研磨面の回転による遠心力によって被研磨物が外側に滑り出したとしても、被研磨物の移動がストッパにより遮られ、周囲に設置された部品(例えばドレッサなど)に被研磨物が衝突することがない。このため、被研磨物の破損又は損傷を防止することができ、製造工程における歩留まりの低下を防止することができる。 According to this method, even if the object to be polished is left on the polishing surface for some reason after polishing the surface of the object to be polished, the top ring main body moves upward from the polishing surface for a predetermined time. Since the stopper remains in contact with the polishing surface, the stopper is positioned so as to surround the object to be polished on the polishing surface. Accordingly, even if the object to be polished slides outward due to the centrifugal force due to the rotation of the polishing surface, the movement of the object to be polished is blocked by the stopper, and the object to be polished collides with a component (such as a dresser) installed around the object. There is nothing. For this reason, breakage or damage of the object to be polished can be prevented, and a decrease in yield in the manufacturing process can be prevented.
ここで、上記トップリング本体を上記研磨面から上方に移動させる際に、上記被研磨物が上記トップリング本体の下面に保持されているか否かを判断し、上記被研磨物が上記トップリング本体の下面に保持されていないと判断した場合に、上記研磨面の回転を停止してもよい。このように、被研磨物が研磨面上に取り残された場合に研磨面の回転を停止することで、研磨面の回転による遠心力が低減されるので被研磨物の破損又は損傷を効果的に防止することができる。 Here, when the top ring body is moved upward from the polishing surface, it is determined whether the object to be polished is held on the lower surface of the top ring body, and the object to be polished is the top ring body The rotation of the polishing surface may be stopped when it is determined that the polishing surface is not held on the lower surface. In this way, by stopping the rotation of the polishing surface when the object to be polished is left on the polishing surface, the centrifugal force due to the rotation of the polishing surface is reduced, so that the object can be effectively damaged or damaged. Can be prevented.
上記トップリングの上記保持機構として流体の圧力を用いた吸引機構を用いてもよい。この場合において、上記被研磨物が上記トップリング本体の下面に保持されているか否かを判断する際に、上記吸引機構に用いられる上記流体の圧力を測定し、上記測定される上記流体の圧力に基づいて上記被研磨物が上記トップリング本体の下面に保持されているか否かを判断してもよい。 A suction mechanism using fluid pressure may be used as the holding mechanism of the top ring. In this case, when determining whether or not the object to be polished is held on the lower surface of the top ring body, the pressure of the fluid used in the suction mechanism is measured, and the pressure of the fluid to be measured is measured. Based on the above, it may be determined whether the object to be polished is held on the lower surface of the top ring body.
また、弾性を有する材料で上記ストッパの内周面の下端部を形成することが好ましい。これにより、被研磨物がストッパに当たったときの衝撃を吸収することができ、被研磨物の破損又は損傷が効果的に防止される。 Moreover, it is preferable to form the lower end part of the internal peripheral surface of the said stopper with the material which has elasticity. Thereby, it is possible to absorb an impact when the object to be polished hits the stopper, and effectively prevent the object to be polished from being broken or damaged.
例えば、被研磨物の外周縁部のみが多く研磨されることがないように上記被研磨物の表面の研磨中に、上記被研磨物と上記ストッパとの間に配置されるリテーナリングを上記研磨面に押圧して上記被研磨物の研磨条件を調整することが好ましい。これに加えて、あるいはこれに代えて、上記被研磨物の表面の研磨中に、上記ストッパを上記研磨面に押圧して上記被研磨物の研磨条件を調整してもよい。 For example, a retainer ring disposed between the object to be polished and the stopper is polished during the polishing of the surface of the object to be polished so that only the outer peripheral edge of the object is not polished. It is preferable to adjust the polishing conditions of the workpiece by pressing against the surface. In addition to this, or alternatively, during the polishing of the surface of the object to be polished, the polishing condition of the object to be polished may be adjusted by pressing the stopper against the polishing surface.
本発明の第2の態様によれば、研磨終了後に研磨対象物が研磨面上に取り残されたとしても研磨対象物の破損又は損傷を防止することができる研磨装置が提供される。この研磨装置は、研磨面と、上記研磨面を回転させる回転機構と、被研磨物を上記研磨面に押圧して上記被研磨物の表面を研磨するトップリングとを備える。上記トップリングは、トップリング本体と、上記被研磨物を上記トップリング本体の下面に保持するための保持機構と、上記保持機構により保持される上記被研磨物の径方向外側に配置され、上記トップリング本体とは独立して上下動可能なストッパとを有する。上記研磨装置は、上記トップリング本体を上下動させる本体上下動機構と、上記ストッパを上記トップリング本体とは独立して上下動させるストッパ上下動機構と、少なくとも上記回転機構、上記保持機構、上記本体上下動機構、及び上記ストッパ上下動機構の動作を制御する制御部とを備える。この制御部は、上記保持機構を作動させた状態で、上記ストッパの下面を所定の時間の間上記研磨面に接触させつつ、上記トップリング本体を上記研磨面から上方に移動させるように、上記本体上下動機構及び上記ストッパ上下動機構の動作を制御するように構成されている。 According to the second aspect of the present invention, there is provided a polishing apparatus capable of preventing breakage or damage of an object to be polished even if the object to be polished is left on the polishing surface after completion of polishing. The polishing apparatus includes a polishing surface, a rotating mechanism that rotates the polishing surface, and a top ring that presses the object to be polished against the polishing surface and polishes the surface of the object to be polished. The top ring is disposed on the outer side in the radial direction of the object to be polished held by the holding mechanism, a holding mechanism for holding the object to be polished on the lower surface of the top ring body, and the top ring. A stopper that can move up and down independently of the top ring body is provided. The polishing apparatus includes a main body vertical movement mechanism that moves the top ring main body up and down, a stopper vertical movement mechanism that moves the stopper up and down independently of the top ring main body, at least the rotation mechanism, the holding mechanism, and the A main body vertical movement mechanism, and a controller that controls the operation of the stopper vertical movement mechanism. The controller is configured to move the top ring body upward from the polishing surface while keeping the lower surface of the stopper in contact with the polishing surface for a predetermined time while the holding mechanism is operated. The operation of the main body vertical movement mechanism and the stopper vertical movement mechanism is controlled.
上記研磨装置は、上記被研磨物が上記トップリング本体の下面に保持されているか否かを検出するセンサをさらに備えることが好ましい。この場合において、上記制御部は、上記センサにより上記被研磨物が上記トップリング本体の下面に保持されていないことが検出された場合に、上記回転機構による回転を停止することが好ましい。また、上記保持機構は、流体の圧力を用いて上記被研磨物を上記トップリング本体の下面に吸引する吸引機構であってもよく、上記センサは、上記吸引機構に用いられる上記流体の圧力を測定する圧力センサであってもよい。 It is preferable that the polishing apparatus further includes a sensor that detects whether the object to be polished is held on the lower surface of the top ring body. In this case, the control unit preferably stops the rotation by the rotation mechanism when the sensor detects that the object to be polished is not held on the lower surface of the top ring body. The holding mechanism may be a suction mechanism that sucks the object to be polished to the lower surface of the top ring body using a fluid pressure, and the sensor controls the pressure of the fluid used in the suction mechanism. It may be a pressure sensor to measure.
上記ストッパの内周面の下端部は弾性を有する材料で形成されていることが好ましい。これにより、被研磨物がストッパに当たったときの衝撃を吸収することができ、被研磨物の破損又は損傷が効果的に防止される。 The lower end portion of the inner peripheral surface of the stopper is preferably formed of an elastic material. Thereby, it is possible to absorb an impact when the object to be polished hits the stopper, and effectively prevent the object to be polished from being broken or damaged.
上記トップリングは、上記ストッパの径方向内側に配置され、上記トップリング本体及び上記ストッパとは独立して上下動可能なリテーナリングをさらに有することが好ましい。この場合において、上記研磨装置は、上記リテーナリングを上記トップリング本体及び上記ストッパとは独立して上下動させるリテーナリング上下動機構をさらに備えることが好ましい。また、上記制御部は、上記リテーナリングが上記被研磨物の外周部に対応する上記研磨面を押圧するように上記リテーナリング上下動機構を制御するように構成されていることが好ましい。また、上記制御部は、上記ストッパが上記被研磨物の外周部に対応する上記研磨面を押圧するように上記ストッパ上下動機構を制御することが好ましい。 It is preferable that the top ring further includes a retainer ring that is disposed on the radially inner side of the stopper and can move up and down independently of the top ring body and the stopper. In this case, it is preferable that the polishing apparatus further includes a retainer ring vertical movement mechanism that moves the retainer ring up and down independently of the top ring body and the stopper. Moreover, it is preferable that the said control part is comprised so that the said retainer ring vertical movement mechanism may be controlled so that the said retainer ring may press the said grinding | polishing surface corresponding to the outer peripheral part of the said to-be-polished object. Moreover, it is preferable that the said control part controls the said stopper vertical movement mechanism so that the said stopper may press the said grinding | polishing surface corresponding to the outer peripheral part of the said to-be-polished object.
本発明によれば、被研磨物の表面の研磨後に何らかの理由で被研磨物が研磨面上に取り残されたとしても、トップリング本体が研磨面から上方に移動してから所定の時間の間はストッパが研磨面に接触したままとなるので、研磨面上でストッパが被研磨物を取り囲むように位置することとなる。したがって、研磨面の回転による遠心力によって被研磨物が外側に滑り出したとしても、被研磨物の移動がストッパにより遮られ、周囲に設置された部品に被研磨物が衝突することがない。このため、被研磨物の破損又は損傷を防止することができ、製造工程における歩留まりの低下を防止することができる。 According to the present invention, even if the object to be polished is left on the polishing surface for some reason after polishing the surface of the object to be polished, the top ring main body moves upward from the polishing surface for a predetermined time. Since the stopper remains in contact with the polishing surface, the stopper is positioned so as to surround the object to be polished on the polishing surface. Therefore, even if the object to be polished slides outward due to the centrifugal force due to the rotation of the polishing surface, the movement of the object to be polished is blocked by the stopper, and the object to be polished does not collide with the components installed around. For this reason, breakage or damage of the object to be polished can be prevented, and a decrease in yield in the manufacturing process can be prevented.
以下、本発明に係る研磨装置の実施形態について図2から図5を参照して詳細に説明する。なお、図2から図5において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、図2から図5においては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合や一部の構成要素が省略されている場合がある。 Hereinafter, embodiments of a polishing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 5, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In FIGS. 2 to 5, the scale and dimensions of each component are exaggerated and some components may be omitted.
図2は、本発明の一実施形態における研磨装置1の構成を示す模式図である。図2に示すように、研磨装置1は、上面に研磨パッド10が貼付された研磨テーブル12と、被研磨物としての半導体ウェハWを保持して研磨テーブル12上の研磨パッド10に押圧するトップリング20と、研磨テーブル12の上方に配置された液体供給ノズル30と、ヘッドシャフト40を中心として水平面上で揺動可能なトップリングヘッド42と、研磨装置1内の各構成要素の動作を制御する制御部91とを備えている。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the polishing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the polishing apparatus 1 includes a polishing table 12 having a
研磨テーブル12は、研磨テーブル12の中心から下方に延びるテーブルシャフト14に支持されている。この研磨テーブル12の上面に貼付された研磨パッド10の表面がウェハWを研磨する研磨面を構成する。研磨テーブル12は、テーブルシャフト14を介してテーブル用モータ(図示せず)に接続されており、このテーブル用モータの駆動により研磨テーブル12がテーブルシャフト14を中心として回転するようになっている。このように、テーブルシャフト14及びテーブル用モータによって研磨面を回転させる回転機構が構成される。
The polishing table 12 is supported by a table shaft 14 that extends downward from the center of the polishing table 12. The surface of the
図3は、トップリング20を示す模式図である。図3に示すように、トップリング20は、トップリングシャフト22(図2)に連結されるトップリング本体60と、トップリング20に保持されたウェハWの半径方向外側に位置する環状のリテーナリング62と、リテーナリング62の半径方向外側に配置された環状のストッパ64と、トップリング本体60の下面に取り付けられた弾性膜66とを備えている。トップリング本体60は、上下に延びるトップリングシャフト22の下端に連結されている。トップリング本体60、リテーナリング62、及びストッパ64は、トップリングシャフト22の回転により一体的に回転するように構成されている。後述するように、トップリングヘッド42には、トップリングシャフト22を回転及び上下動させる機構が設けられており、トップリングシャフト22が回転及び上下動することでトップリング20(トップリング本体60)が回転及び上下動するようになっている。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the
図2に戻って、トップリングヘッド42には、トップリングシャフト22を上下動させることによってトップリング20のトップリング本体60を昇降させる本体上下動機構43が設けられている。この本体上下動機構43は、軸受44を介してトップリングシャフト22を回転可能に支持するブリッジ45と、ブリッジ45に取り付けられたボールネジ46と、トップリングヘッド42に固定された支柱47と、支柱47により支持される台座48と、台座48上に設置されたACサーボモータ49とを備えている。
Returning to FIG. 2, the
ボールネジ46は、ACサーボモータ49に連結されたネジ軸46Aと、ブリッジ45に固定され、ネジ軸46Aに螺合するナット46Bとを含んでいる。また、トップリングシャフト22は、ブリッジ45と一体となって上下動するように構成されている。このような構成において、ACサーボモータ49を駆動すると、ネジ軸46Aが回転し、これに伴いナット46Bが上下に移動する。これによりブリッジ45及びトップリングシャフト22がトップリングヘッド42に対して上下動し、トップリングシャフト22の下端に取り付けられたトップリング本体60が昇降するようになっている。
The ball screw 46 includes a
トップリングシャフト22は、キー(図示せず)を介して回転筒50に連結されている。この回転筒50は、外周部にタイミングプーリ51を有している。また、トップリングヘッド42上にはトップリングモータ52が固定されており、このトップリングモータ52の回転軸にはタイミングプーリ53が連結されている。タイミングプーリ51とタイミングプーリ53との間にはタイミングベルト54が架け渡されている。このような構成において、トップリングモータ52を駆動すると、タイミングプーリ53、タイミングベルト54、及びタイミングプーリ51を介して回転筒50及びトップリングシャフト22が一体となって回転し、これに伴いトップリング本体60がトップリングシャフト22周りに回転するようになっている。
The
ウェハWを研磨する際には、トップリングモータ52を駆動してトップリング20を回転させるとともに、テーブル用モータを駆動して研磨テーブル12を回転させる。また、液体供給ノズル30から研磨テーブル12の研磨パッド10上に研磨液などの液体32が供給される。そして、ACサーボモータ49を駆動してトップリング20を下降させて、トップリング20の下面に保持したウェハWを研磨テーブル12上の研磨パッド10に押圧する。
When polishing the wafer W, the
図3に示すように、トップリング本体60の下面に取り付けられた弾性膜66は、複数の隔壁67を有している。弾性膜66は、例えば、エチレンプロピレンゴム(EPDM)、ポリウレタンゴム、シリコンゴムなどの強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成されている。これらの隔壁67によって、トップリング本体60の下面には、中央に位置するセンター室71、センター室71の径方向外側に位置するリプル室72、リプル室72の径方向外側に位置するアウター室73、及びアウター室73の径方向外側に位置するエッジ室74が形成されている。リプル室72には下方に開口する吸着孔72Aが形成されている。
As shown in FIG. 3, the
リテーナリング62は、トップリング本体60の下面にウェハWを保持した際に、ウェハWの外周縁を囲むように配置されており、弾性膜68によってトップリング本体60に接続されている。この弾性膜68の内部にはリテーナリング室75が形成されている。弾性膜68は、例えば、エチレンプロピレンゴム(EPDM)、ポリウレタンゴム、シリコンゴムなどの強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成される。
The
また、ストッパ64は、リテーナリング62の外周縁を囲むように配置されており、弾性膜69によってトップリング本体60に接続されている。この弾性膜69の内部にはストッパ室76が形成されている。弾性膜69は、例えば、エチレンプロピレンゴム(EPDM)、ポリウレタンゴム、シリコンゴムなどの強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成される。
The
図3に示すように、トップリング20の内部には、センター室71に連通する流路81と、リプル室72に連通する流路82と、アウター室73に連通する流路83と、エッジ室74に連通する流路84と、リテーナリング室75に連通する流路85と、ストッパ室76に連通する流路86とが形成されており、これらの流路81〜86は、図2に示すように、トップリングシャフト22の上端に取り付けられたロータリジョイント24を介して圧力調整部90まで延びている。この圧力調整部90は、制御部91からの指令に基づいて、圧縮空気源や真空源、大気などの圧力を利用してそれぞれの流路81〜86の圧力を調整するように構成されている。
As shown in FIG. 3, the
本実施形態では、圧力調整部90が、流路82を介してリプル室72を真空源に接続することにより、リプル室72の吸着孔72Aに負圧を形成し、ウェハWをトップリング本体60の下面に吸引する。このように、本実施形態では、圧力調整部90、流路82、及び吸着孔72Aが形成されたリプル室72によってウェハWをトップリング本体60の下面に吸引する吸引機構が構成される。
In the present embodiment, the
また、圧力調整部90は、流路85を介してリテーナリング室75に供給する流体の圧力を調整することによってリテーナリング室75の容積を大きくしたり小さくしたりすることができ、これによりリテーナリング62をトップリング本体60及びストッパ64と独立して上下動できるようになっている。すなわち、圧力調整部90、流路85、及びリテーナリング室75を形成する弾性膜68によってリテーナリング62をトップリング本体60及びストッパ64と独立して上下動させるリテーナリング上下動機構が構成される。
In addition, the
また、圧力調整部90は、流路86を介してストッパ室76に供給する流体の圧力を調整することによってストッパ室76の容積を大きくしたり小さくしたりすることができ、これによりストッパ64をトップリング本体60及びリテーナリング62と独立して上下動できるようになっている。すなわち、圧力調整部90、流路86、及びストッパ室76を形成する弾性膜69によってストッパ64をトップリング本体60及びリテーナリング62と独立して上下動させるストッパ上下動機構が構成される。
In addition, the
次に、このような構成の研磨装置1を用いてウェハWを研磨する方法について説明する。まず、研磨の開始時には、トップリングヘッド42をヘッドシャフト40周りに揺動して、図4Aに示すように、ウェハWの受け渡しを行うプッシャ100の位置までトップリング20を移動する。プッシャ100は、トップリング20との間で芯出しを行うためにトップリング20の外周面と嵌合可能な支持部102と、トップリング20とプッシャ100との間でウェハWを受け渡しする際にウェハWを支持するためのプッシャステージ104と、プッシャステージ104を上下動させるためのエアシリンダ(図示せず)と、プッシャステージ104と支持部102とを上下動させるためのエアシリンダ(図示せず)とを備えている。
Next, a method for polishing the wafer W using the polishing apparatus 1 having such a configuration will be described. First, at the start of polishing, the
トップリング20とプッシャ100との間でウェハWを受け渡す際には、トップリング20がプッシャ100の上方へ移動した後、プッシャ100のプッシャステージ104及び支持部102を上昇させ、支持部102をトップリング20の外周面と嵌合させてトップリング20とプッシャ100との芯出しを行う。そして、ウェハWが載置されたプッシャステージ104を上昇させ、ウェハWの上面をトップリング20の弾性膜66に接触させる。このとき、圧力調整部90は、制御部91からの指令に従い、流路82を介してリプル室72を真空源に接続する。これにより、吸着孔72Aに負圧が形成され、弾性膜66の下面にウェハWが真空吸着される。
When the wafer W is transferred between the
次に、トップリングヘッド42の揺動及びトップリングシャフト22の上下動によりトップリング20を研磨テーブル12の上方に移動し、図4Bに示すように、トップリング20を下降させ真空吸着したウェハWを研磨パッド10に接触させる。このとき、研磨テーブル12及びトップリング20を回転させるとともに、液体供給ノズル30から研磨パッド10上に研磨液を供給する。ウェハWがトップリング20によって研磨パッド10に押圧されることによって、ウェハWが研磨パッド10に摺接され、研磨パッド10上の研磨液の機械的作用と化学的作用によってウェハWの表面が平坦かつ鏡面状に研磨される。
Next, the
ここで、研磨中のウェハWと研磨パッド10との間の相対的な押圧力がウェハWの全面にわたって均一でない場合には、ウェハWの各部分に作用する押圧力に応じて研磨不足や過研磨が生じてしまう。したがって、本実施形態では、圧力調整部90が、制御部91からの指令に従って、流路81〜84を介してセンター室71、リプル室72、アウター室73、及びエッジ室74にそれぞれ所定の圧力の流体を供給し、弾性膜66を膨らませてウェハWを研磨パッド10に押圧する。これにより、ウェハWを研磨パッド10に押圧する押圧力をセンター室71、リプル室72、アウター室73、及びエッジ室74に対応する部分ごとに調整し、ウェハWの表面が所望の状態になるように研磨している。
Here, when the relative pressing force between the wafer W being polished and the
また、研磨パッド10は弾性を有するため、研磨中のウェハWの外周縁部に加わる押圧力が不均一になり、ウェハWの外周縁部のみが多く研磨されてしまう場合がある。このようなことを防止するため、圧力調整部90は、制御部91からの指令に従って、流路85を介してリテーナリング室75に所定の圧力の流体を供給し、弾性膜68を膨らませている。これにより、リテーナリング62が所定の圧力でウェハWの外周縁側に位置する研磨パッド10の部分に押圧され、ウェハWの外周縁部のみが多く研磨されることがないようにウェハWの研磨条件が調整される。
Further, since the
ストッパ64は、後述するように、ウェハWを研磨パッド10から引き剥がす際に研磨パッド10上に取り残されたウェハWを保護するものであるが、このストッパ64にも上述したリテーナリング62と同様の機能を持たせてもよい。すなわち、研磨中にはリテーナリング62がウェハWから水平方向の力を受け、リテーナリング62が傾いたり、局所的に変形したりすることが考えられ、そのような場合には、リテーナリング62でウェハWの外周縁側に位置する研磨パッド10の部分を所望の圧力で押圧することができなくなる。したがって、ウェハWの外周縁側に位置する研磨パッド10の部分をストッパ64でも押圧して、リテーナリング62の研磨パッド10に対する傾きや局所的な変形を抑制しつつ、ウェハWの外周縁部のみが多く研磨されることがないようにウェハWの研磨条件を調整してもよい。
As will be described later, the
具体的には、圧力調整部90が、制御部91からの指令に従って、流路86を介してストッパ室76に所定の圧力の流体を供給し、弾性膜69を膨らませる。これにより、ストッパ64が所定の圧力でウェハWの外周縁側に位置する研磨パッド10の部分に押圧される。リテーナリング62による押圧とストッパ64による押圧は独立して行うことができ、例えば、ストッパ64による押圧力をリテーナリング62による押圧力よりも低くしてもよい。このようにすれば、リテーナリング62に作用する水平方向の力は、ストッパ64には作用せず、ストッパ64の研磨パッド10に対する傾きや局所的な変形を抑制することができる。したがって、ウェハWの外周縁側に位置する研磨パッド10の部分をリテーナリング62とストッパ64とによって所望の圧力で押圧することができる。
Specifically, the
ウェハWの研磨が終了した後、圧力調整部90は、制御部91からの指令に従って、流路82を介してリプル室72を真空源に接続する。これにより、吸着孔72Aに負圧が形成され、弾性膜66の下面にウェハWが真空吸着される。その後、トップリング本体60を上昇させてウェハWを研磨パッド10から引き剥がす。このとき、圧力調整部90は、制御部91からの指令に従って、所定の時間の間(例えば、トップリング本体60が所定の高さまで上昇するまでの間)、流路86を介してストッパ室76に所定の圧力の流体を供給し、図4Cに示すように、弾性膜69を膨らませる。これにより、ストッパ64は研磨パッド10に対して押圧された状態(接触した状態)となる。
After the polishing of the wafer W is completed, the
上記所定の時間が経過した後、圧力調整部90はストッパ室76への圧力流体の供給を停止する。これによって、図4Dに示すように、膨らんでいた弾性膜69が元に戻り、ストッパ64が研磨パッド10から離れて上昇する。その後、トップリング20は、トップリングシャフト22の上下動及びトップリングヘッド42の揺動により、例えばプッシャ100や搬送ロボット(図示せず)の位置まで移動され、研磨後のウェハWをプッシャ100や搬送ロボットに受け渡す。
After the predetermined time has elapsed, the
上述したように、ウェハWの研磨後には、弾性膜66の下面にウェハWを真空吸着させ、トップリング本体60を上昇させている。このときに、ウェハWが研磨パッド10とウェハWとの間に生じる吸着力に抗しきれずに研磨パッド10上に取り残されたとする。そのような場合であっても、上述したように、トップリング本体60が研磨パッド10から上昇してから所定の時間の間はストッパ64が研磨パッド10に接触したままとなるので、図4Eに示すように、研磨パッド10上でストッパ64がウェハWを取り囲むように位置することとなる。したがって、研磨テーブル12の回転による遠心力によってウェハWが外側に滑り出したとしても、ウェハWの径方向外側への移動がストッパ64により遮られ、周囲に設置された部品(例えばドレッサなど)にウェハWが衝突することがない。このように、本実施形態では、ウェハWが研磨パッド10上に取り残された場合においても、ウェハWが周囲に設置された部品に衝突することがなく、ウェハWの破損又は損傷を防止することができる。したがって、製造工程における歩留まりの低下を防止することができる。
As described above, after polishing the wafer W, the wafer W is vacuum-sucked to the lower surface of the
このとき、ウェハWが研磨パッド10上に取り残されているか否か、すなわち弾性膜66の下面からウェハWが脱落しているか否かを検出し、ウェハWが研磨パッド10上に取り残されている場合には、警報を発したり、テーブル用モータによる研磨テーブル12の回転を停止したり、他の搬送機構の動作を停止したりしてもよい。例えば、リプル室72に接続される流路82内の流体の圧力を測定する圧力センサ95(図3参照)を設け、この圧力センサ95により流路82内の圧力の上昇が検出された場合にウェハWが脱落したと判断してもよい。あるいは、研磨テーブル12に埋設した渦電流センサ(図示せず)により研磨パッド10上にウェハWが取り残されていることを検出してもよいし、研磨パッド10に照射した光の反射光の強度を検出するセンサによって研磨パッド10上にウェハWが取り残されていることを検出してもよい。
At this time, it is detected whether or not the wafer W is left on the
また、ウェハWが研磨パッド10上に取り残されていると判断された場合には、ウェハWを把持するためのハンド(図示せず)を使ってウェハWを取り上げ、図示しないロード部に搭載されたオープンカセット、SMIF(Standard Manufacturing Interface)ポッド、又はFOUP(Front Opening Unified Pod)などに回収してもよいし、あるいは次の搬送装置に移動させてもよい。例えば、これらの処理は、オペレータが操作パネルを操作することにより行われる。その後、オペレータは、ウェハWの脱落により発された警報を解除し、他のウェハの処理を再開してもよい。
When it is determined that the wafer W is left on the
また、図5に示すように、研磨パッド10上に取り残されたウェハWのエッジがストッパ64に接触する部分、すなわちストッパ64の内周面の下端部64Aを樹脂やゴムなどの弾性を有する材料から形成し、ウェハWがストッパ64に当たったときの衝撃を吸収するようにしてもよい。また、ストッパ64全体をこのような衝撃を吸収する材料により形成してもよい。
Further, as shown in FIG. 5, the portion of the wafer W left on the
上述した回転機構、本体上下動機構43、リテーナリング上下動機構、ストッパ上下動機構は一例であり、他の公知の技術を用いてこれらの機構を構成することができる。また、上述した実施形態では、ウェハWをトップリング本体60の下面に吸引する吸引機構を用いてウェハWをトップリング本体60の下面に保持しているが、ウェハWをトップリング本体60の下面に保持するための保持機構として他の既知の機構を用いることもできる。
The rotation mechanism, the main body
また、上述した実施形態では、ストッパ64の径方向内側にリテーナリング62が配置されている例を説明したが、リテーナリング62を省略することもできる。この場合には、上述したように、研磨中にストッパ64によりウェハWの外周縁側に位置する研磨パッド10の部分を押圧して、ウェハWの外周縁部のみが多く研磨されることがないようにウェハWの研磨条件を調整することが好ましい。
In the above-described embodiment, the example in which the
これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。 The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that the present invention may be implemented in various forms within the scope of the technical idea.
W 半導体ウェハ(被研磨物)
1 研磨装置
10 研磨パッド(研磨面)
12 研磨テーブル
14 テーブルシャフト
20 トップリング
22 トップリングシャフト
24 ロータリジョイント
30 液体供給ノズル
40 ヘッドシャフト
42 トップリングヘッド
43 本体上下動機構
60 トップリング本体
62 リテーナリング
64 ストッパ
66 弾性膜
67 隔壁
68 弾性膜
69 弾性膜
71 センター室
72 リプル室
72A 吸着孔
73 アウター室
74 エッジ室
75 リテーナリング室
76 ストッパ室
81〜86 流路
90 圧力調整部
91 制御部
95 圧力センサ
W Semiconductor wafer (object to be polished)
1
DESCRIPTION OF
Claims (12)
研磨面を回転させつつ、前記被研磨物を前記トップリングにより前記研磨面に押圧して前記被研磨物の表面を研磨し、
前記被研磨物の表面の研磨後に、前記保持機構を作動させた状態で、前記ストッパの下面を所定の時間の間前記研磨面に接触させつつ、前記トップリング本体を前記研磨面から上方に移動させる
ことを特徴とする研磨方法。 A top ring main body, a holding mechanism for holding the object to be polished on the lower surface of the top ring main body, and disposed radially outside the object to be polished held by the holding mechanism, independent of the top ring main body Prepare a top ring with a stopper that can move up and down,
While rotating the polishing surface, press the polishing object against the polishing surface by the top ring to polish the surface of the polishing object,
After polishing the surface of the object to be polished, the top ring body is moved upward from the polishing surface while the holding mechanism is operated and the lower surface of the stopper is in contact with the polishing surface for a predetermined time. A polishing method, characterized by comprising:
前記被研磨物が前記トップリング本体の下面に保持されているか否かを判断し、
前記被研磨物が前記トップリング本体の下面に保持されていないと判断した場合に、前記研磨面の回転を停止する
ことを特徴とする請求項1に記載の研磨方法。 When moving the top ring body upward from the polishing surface,
Determining whether the object to be polished is held on the lower surface of the top ring body;
The polishing method according to claim 1, wherein the polishing surface is stopped when it is determined that the object to be polished is not held on the lower surface of the top ring body.
前記被研磨物が前記トップリング本体の下面に保持されているか否かを判断する際に、
前記吸引機構に用いられる前記流体の圧力を測定し、
前記測定される前記流体の圧力に基づいて前記被研磨物が前記トップリング本体の下面に保持されているか否かを判断する
ことを特徴とする請求項2に記載の研磨方法。 Using a suction mechanism using fluid pressure as the holding mechanism of the top ring,
When determining whether the object to be polished is held on the lower surface of the top ring body,
Measuring the pressure of the fluid used in the suction mechanism;
The polishing method according to claim 2, wherein it is determined whether or not the object to be polished is held on the lower surface of the top ring main body based on the measured pressure of the fluid.
前記研磨面を回転させる回転機構と、
被研磨物を前記研磨面に押圧して前記被研磨物の表面を研磨するトップリングであって、
トップリング本体と、
前記被研磨物を前記トップリング本体の下面に保持するための保持機構と、
前記保持機構により保持される前記被研磨物の径方向外側に配置され、前記トップリング本体とは独立して上下動可能なストッパと、
を有するトップリングと、
前記トップリング本体を上下動させる本体上下動機構と、
前記ストッパを前記トップリング本体とは独立して上下動させるストッパ上下動機構と、
少なくとも前記回転機構、前記保持機構、前記本体上下動機構、及び前記ストッパ上下動機構の動作を制御する制御部であって、前記保持機構を作動させた状態で、前記ストッパの下面を所定の時間の間前記研磨面に接触させつつ、前記トップリング本体を前記研磨面から上方に移動させるように、前記本体上下動機構及び前記ストッパ上下動機構の動作を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする研磨装置。 A polished surface;
A rotating mechanism for rotating the polishing surface;
A top ring that presses the object to be polished against the polishing surface to polish the surface of the object to be polished,
The top ring body,
A holding mechanism for holding the object to be polished on the lower surface of the top ring body;
A stopper that is arranged on the radially outer side of the workpiece held by the holding mechanism and can move up and down independently of the top ring body;
A top ring having
A main body vertical movement mechanism for moving the top ring main body up and down;
A stopper vertical movement mechanism for moving the stopper up and down independently of the top ring body;
A controller that controls at least the operations of the rotation mechanism, the holding mechanism, the main body vertical movement mechanism, and the stopper vertical movement mechanism, and the lower surface of the stopper is moved for a predetermined time with the holding mechanism being operated. A controller that controls the operation of the main body vertical movement mechanism and the stopper vertical movement mechanism so as to move the top ring main body upward from the polishing surface while being in contact with the polishing surface.
A polishing apparatus comprising:
前記制御部は、前記センサにより前記被研磨物が前記トップリング本体の下面に保持されていないことが検出された場合に、前記回転機構による回転を停止する
ことを特徴とする請求項7に記載の研磨装置。 A sensor for detecting whether the object to be polished is held on the lower surface of the top ring body;
The said control part stops rotation by the said rotation mechanism, when it is detected by the said sensor that the said to-be-polished object is not hold | maintained on the lower surface of the said top ring main body. Polishing equipment.
前記センサは、前記吸引機構に用いられる前記流体の圧力を測定する圧力センサである
ことを特徴とする請求項8に記載の研磨装置。 The holding mechanism is a suction mechanism that sucks the object to be polished to the lower surface of the top ring body using fluid pressure;
The polishing apparatus according to claim 8, wherein the sensor is a pressure sensor that measures a pressure of the fluid used in the suction mechanism.
前記リテーナリングを前記トップリング本体及び前記ストッパとは独立して上下動させるリテーナリング上下動機構をさらに備え、
前記制御部は、前記リテーナリングが前記被研磨物の外周部に対応する前記研磨面を押圧するように前記リテーナリング上下動機構を制御する
ことを特徴とする請求項7から10のいずれか一項に記載の研磨装置。 The top ring is disposed radially inside the stopper, and further includes a retainer ring that can move up and down independently of the top ring body and the stopper,
A retainer ring vertical movement mechanism for moving the retainer ring up and down independently of the top ring body and the stopper;
The said control part controls the said retainer ring up-and-down moving mechanism so that the said retainer ring may press the said grinding | polishing surface corresponding to the outer peripheral part of the said to-be-polished object, It is any one of Claim 7 to 10 characterized by the above-mentioned. The polishing apparatus according to item.
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WO2021240949A1 (en) * | 2020-05-29 | 2021-12-02 | 信越半導体株式会社 | Polishing head and single-sided polishing method for wafer |
JP2021186959A (en) * | 2020-05-29 | 2021-12-13 | 信越半導体株式会社 | Polishing head and single-side polishing method of wafer |
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