JP2021045827A

JP2021045827A - 研磨装置

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Publication number: JP2021045827A
Application number: JP2019170282A
Authority: JP
Inventors: 隆徳松本; Takanori Matsumoto; 充 ▲桑▼原; Mitsuru Kuwabara; 佳博中田; Yoshihiro Nakata
Original assignee: V Technology Co Ltd
Current assignee: V Technology Co Ltd
Priority date: 2019-09-19
Filing date: 2019-09-19
Publication date: 2021-03-25
Anticipated expiration: 2039-09-19
Also published as: CN212470970U; CN112518528A; JP7305178B2

Abstract

【課題】誤検出を減らし、精度よくスリップアウトを検出することができる装置を提供する。【解決手段】上面に研磨パッド２１が設けられ、第１方向に回転可能に設けられた定盤２０と、ウェハの裏面を保持しながら、前記研磨パッド２１に前記ウェハの表面を押圧して前記ウェハを研磨する研磨ヘッド１０Ａ，１０Ｂであって、前記第１方向に回転可能に設けられた研磨ヘッド１０Ａ，１０Ｂと、ウェハの研磨ヘッド１０Ａ，１０Ｂからの飛び出し（スリップアウト）を検出するスリップアウトセンサ１５Ａ，１５Ｂは、静電容量型の近接センサであり、研磨ヘッド１０Ａ，１０Ｂの外側かつ研磨ヘッド１０Ａ，１０Ｂの外周面に隣接する位置のうちの定盤２０の回転方向下流側に設けられている。【選択図】図４

Description

本発明は、研磨装置に関する。

特許文献１には、光電センサを用いてウェハの飛び出しを検知する研磨装置が開示されている。

特許第３７６１６７３号

ヘッドでウェハを保持する研磨装置においては、何らかの拍子でウェハの保持が外れてウェハがヘッドから飛び出してしまう（スリップアウト）場合がある。スリップアウトが発生すると、装置を構成する各種部品やウェハの破損につながるおそれがあるため、スリップアウトを検出する必要がある。

しかしながら、光電センサを用いる場合には、研磨パッド上に存在する流体を検知してしまうため、スリップアウトが発生していないにもかかわらずスリップアウトが発生したと誤って検出するおそれがある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、誤検出を減らし、精度よくスリップアウトを検出することができる研磨装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る研磨ヘッドは、例えば、上面に研磨パッドが設けられ、第１方向に回転可能に設けられた定盤と、ウェハの裏面を保持しながら、前記研磨パッドに前記ウェハの表面を押圧して前記ウェハを研磨する研磨ヘッドであって、前記第１方向に回転可能に設けられた研磨ヘッドと、前記ウェハの前記研磨ヘッドからの飛び出しを検出するスリップアウトセンサであって、静電容量型の近接センサであるスリップアウトセンサと、を備え、前記スリップアウトセンサは、前記研磨ヘッドの外側かつ前記研磨ヘッドの外周面に隣接する位置のうちの前記定盤の回転方向下流側に設けられていることを特徴とする。

本発明に係る研磨ヘッドによれば、ウェハの研磨ヘッドからの飛び出しを検出するスリップアウトセンサは、静電容量型の近接センサであり、研磨ヘッドの外側かつ研磨ヘッドの外周面に隣接する位置のうちの定盤の回転方向下流側に設けられている。これにより、誤検出を減らし、精度よくスリップアウトを検出することができる。

ここで、前記研磨ヘッドは、第１研磨ヘッド及び第２研磨ヘッドを有し、前記スリップアウトセンサは、第１スリップアウトセンサ及び第２スリップアウトセンサを有し、前記第１研磨ヘッドに隣接して前記第１スリップアウトセンサが設けられており、前記第２研磨ヘッドに隣接して前記第２スリップアウトセンサが設けられており、平面視において、前記第１研磨ヘッド及び前記第１スリップアウトセンサと、前記第２研磨ヘッド及び前記第２スリップアウトセンサは、前記定盤の中心に対して点対称な位置に配置されてもよい。これにより、２つのスリップアウトセンサを同条件下に配置して、２つのスリップアウトセンサの検出精度を略一致させることができる。

ここで、平面視において、前記第１研磨ヘッド及び前記第２研磨ヘッドの中心は、前記定盤の中心を中心とした第１円と重なり、平面視において、前記第１スリップアウトセンサは、前記第１研磨ヘッドの中心における前記第１円の接線上に配置されており、平面視において、前記第２スリップアウトセンサは、前記第２研磨ヘッドの中心における前記第１円の接線上に配置されていてもよい。これにより、ウェハのスリップアウトが検出しやすくなる。

ここで、平面視において、前記第１研磨ヘッド及び前記第２研磨ヘッドの中心は、前記定盤の中心を中心とした第１円と重なり、平面視において、前記第１スリップアウトセンサ及び前記第２スリップアウトセンサは、前記第１円上に配置されていてもよい。これにより、ウェハのスリップアウトが検出しやすくなる。

ここで、前記研磨ヘッドは、前記ウェハが前記研磨パッド上にあるか否かを検出する置き忘れ防止センサを有し、前記置き忘れ防止センサは、静電容量型の近接センサであり、前記スリップアウトセンサに隣接して設けられており、前記スリップアウトセンサと前記置き忘れ防止センサは、前記研磨ヘッドの前記定盤と対向する面からの距離が異なるように配置されていてもよい。これにより、スリップアウトだけでなく、ウェハが研磨パッド上にあるか否か（すなわち、置き忘れ）についても検出することができる。

本発明によれば、誤検出を減らし、精度よくスリップアウトを検出することができる。

研磨装置１の概略を示す斜視図である。研磨ヘッド１０及び定盤２０の概略を示す断面図である。研磨ヘッド１０及びスリップアウトセンサ１５の概略を示す側面図である。研磨ヘッド１０、スリップアウトセンサ１５及び定盤２０の概略を示す斜視図である。研磨ヘッド１０、スリップアウトセンサ１５及び定盤２０の概略を示す平面図である。研磨装置２における研磨ヘッド１０、スリップアウトセンサ１５及び定盤２０の概略を示す平面図である。研磨装置３における研磨ヘッド１０、スリップアウトセンサ１５及び置き忘れ防止センサ１６の概略を示す側面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明は、例えば、化学的機械的研磨、いわゆるＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）技術により、ウェハ（基板）を研磨する研磨装置である。化学機械研磨においては、ウェハの表面を機械的に削ると同時に、研磨液がウェハの表面と化学反応して研磨を行う。また、本発明のウェハは、シリコンウェハ、ＧａＮ（窒化ガリウム）ＳｉＣ（シリコンカーバイド）ウェハ、ＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）ウェハ、ＧａＰ（リン化ガリウム）ウェハ等様々な材料で形成されたウェハを含む。なお、ＣＭＰは一例であり、本発明は、例えば、通常の研磨を方法によりウェハを研磨する研磨装置であってもよい。

＜第１の実施の形態＞
図１は、研磨装置１の概略を示す斜視図である。研磨装置１は、主として、ウェハＷ（図１では図示せず）の裏面を保持する研磨ヘッド１０と、定盤２０と、スラリ供給部３０を有する。

定盤２０の上面には、ウェハＷを研磨するための研磨パッド２１が設けられている。スラリ供給部３０は、研磨パッド２１上にスラリ（研磨粒子を含んだ研磨液）を供給するものであり、定盤２０と共に回転する。

研磨装置１は、４個の定盤２０を有する。また、１つの定盤２０に対して、２個の研磨ヘッド１０及びスラリ供給部３０が設けられている。なお、研磨装置１が有する定盤２０の数は４個に限られず、また、１つの定盤２０に対して設けられている研磨ヘッド１０及びスラリ供給部３０の数も２個に限られない。

研磨ヘッド１０及び定盤２０は、時計回り又は反時計回りに回転可能に設けられている。本実施の形態では、平面視において研磨ヘッド１０及び定盤２０は反時計回りに回転する（図１の矢印参照）。

図２は、研磨ヘッド１０及び定盤２０の概略を示す断面図である。研磨ヘッド１０は、主として、ヘッド本体部１１と、リテーナリング１２と、チャックプレート１３と、バッキング材１４と、スリップアウトセンサ１５（図３参照）と、を有する。

ヘッド本体部１１の内部には、エア室１１ａが設けられている。圧縮空気は、図示しないエア供給源からエア室１１ａに供給される。圧縮空気がエア室１１ａに滞留することで、圧縮空気がウェハＷの全面を均一に押圧する。

リテーナリング１２は、ヘッド本体部１１の下方に設けられた略円環形状の部材である。リテーナリング１２の中空部は、バッキング材１４及びウェハＷが収容される凹部１２ａである。

チャックプレート１３は、金属（例えば、ステンレス）又はセラミックにより形成された略円板形状の板状部であり、バッキング材１４のウェハＷが当接しない面に当接する。

バッキング材１４は、略円板形状の薄膜状（シート状）の部材であり、可撓性及び弾性を有する。バッキング材１４は、チャックプレート１３の下側（定盤２０側）の面に当接しており、凹部１２ａの内部に設けられている。バッキング材１４には、例えば、スエードや、発泡ポリウレタン製のシートを用いることができる。バッキング材１４は、加圧により厚さが微小に変化する。バッキング材１４は、例えば発泡ポリウレタン製のシートを薄くスライスすることにより形成され、表面に微小な空洞が多数存在する。バッキング材１４の表面に水を塗布し、ウェハＷをバッキング材１４に押圧すると、空洞内の水が外部に排出されたときに生じる陰圧及び水の表面張力により、ウェハＷがバッキング材１４に固定される。

研磨装置１においては、研磨パッド２１を貼り付けた定盤２０を回転させ、研磨パッド２１上にスラリを供給しつつ、研磨ヘッド１０に保持されたウェハＷを回転させながら研磨パッド２１にウェハＷの表面を押圧して、ウェハＷやウェハＷの表面に形成された絶縁膜や金属膜の層を研磨する。

次に、スリップアウトセンサ１５について説明する。図３は、研磨ヘッド１０及びスリップアウトセンサ１５の概略を示す側面図である。

スリップアウトセンサ１５は、ウェハＷの研磨ヘッド１０からの飛び出しを検出するセンサである。スリップアウトセンサ１５には、静電容量型の近接センサが用いられる。

スリップアウトセンサ１５は、研磨ヘッド１０の外周面に隣接して設けられている。また、スリップアウトセンサ１５は、先端が、研磨ヘッド１０（ここでは、リテーナリング１２）の下側の面１２ｂ（定盤２０と対向する面）から突出しないように設けられている。本実施の形態では、リテーナリング１２の厚さが略２０ｍｍであり、スリップアウトセンサ１５と面１２ｂとの距離ｈ１は約５ｍｍ〜略８ｍｍである。なお、距離ｈ１は、スリップアウトセンサ１５の種類等により変化する。

図４は、研磨ヘッド１０、スリップアウトセンサ１５及び定盤２０の概略を示す斜視図である。図４では、スラリ供給部３０の図示を省略している。

研磨ヘッド１０は、研磨ヘッド１０Ａ及び研磨ヘッド１０Ｂを有し、スリップアウトセンサ１５は、スリップアウトセンサ１５Ａ及びスリップアウトセンサ１５Ｂを有する。研磨ヘッド１０Ａに隣接してスリップアウトセンサ１５Ａが設けられており、研磨ヘッド１０Ｂに隣接してスリップアウトセンサ１５Ｂが設けられている。

スリップアウトセンサ１５Ａは、取付部材１７Ａにより、研磨装置１の筐体３１に固定されている。また、スリップアウトセンサ１５Ｂは、取付部材１７Ｂにより筐体３１に固定されている。つまり、研磨ヘッド１０Ａ、１０Ｂが回転しても、スリップアウトセンサ１５Ａ、１５Ｂは回転しない。

スリップアウトセンサ１５Ａ、１５Ｂは、それぞれ、研磨ヘッド１０Ａ、１０Ｂの外側かつ研磨ヘッド１０Ａ、１０Ｂの外周面に隣接して設けられている。また、スリップアウトセンサ１５Ａ、１５Ｂは、それぞれ、定盤２０の回転方向下流側に設けられている。定盤２０は反時計回りに回転しているため、スリップアウトセンサ１５Ａは、図４において、研磨ヘッド１０Ａの奥側に設けられており、スリップアウトセンサ１５Ｂは、図４において、研磨ヘッド１０Ｂの手前側に設けられている。

ウェハＷが研磨ヘッド１０から飛び出すときは、定盤２０の回転に沿って、定盤２０の回転方向下流側に飛び出す。したがって、スリップアウトセンサ１５Ａ、１５Ｂを、研磨ヘッド１０Ａ、１０Ｂの定盤２０の回転方向下流側に設けるようにしている。

図５は、研磨ヘッド１０、スリップアウトセンサ１５及び定盤２０の概略を示す平面図である。研磨ヘッド１０Ａ、１０Ｂは、平面視において、研磨ヘッド１０Ａ、１０Ｂの中心ａｘＡ、ａｘＢが、定盤２０の中心２０ａｘを中心とする円Ｓと重なるように配置されている。

スリップアウトセンサ１５Ａ、１５Ｂは、それぞれ、定盤２０の回転方向下流側に設けられている。定盤２０は反時計回りに回転しているため、図５に示す平面視において、研磨ヘッド１０Ａを示す円のうち、定盤２０の中心２０ａｘと研磨ヘッド１０Ａの中心ａｘＡを通る線（線Ｌ）よりも上側の半円部分が定盤２０の回転方向下流側に相当し、研磨ヘッド１０Ｂを示す円のうち、定盤２０の中心２０ａｘと研磨ヘッド１０Ｂの中心ａｘＢを通る線（線Ｌ）よりも下側の半円部分が定盤２０の回転方向下流側に相当する。

また、スリップアウトセンサ１５Ａは、平面視において、研磨ヘッド１０Ａの中心ａｘＡにおける円Ｓの接線ＴＡ上に配置されている。また、スリップアウトセンサ１５Ｂは、平面視において、研磨ヘッド１０Ｂの中心ａｘＢにおける円Ｓの接線ＴＢ上に配置されている。接線ＴＡ、ＴＢに沿ってウェハＷが研磨ヘッド１０から飛び出しやすいため、スリップアウトセンサ１５Ａ、１５Ｂをそれぞれ接線ＴＡ、ＴＢ上に設けることにより、ウェハＷのスリップアウトが検出しやすくなる。

また、研磨ヘッド１０Ａ及びスリップアウトセンサ１５Ａと、研磨ヘッド１０Ｂ及びスリップアウトセンサ１５Ｂとは、平面視において、定盤２０の中心２０ａｘに対して点対称な位置に配置される。これにより、研磨ヘッド１０Ａ及びスリップアウトセンサ１５Ａと、研磨ヘッド１０Ｂ及びスリップアウトセンサ１５Ｂとが同条件下に配置され、スリップアウトセンサ１５Ａでの検出精度とスリップアウトセンサ１５Ｂでの検出精度とが略一致する。

本実施の形態によれば、静電容量型の近接センサをスリップアウトセンサ１５に用い、研磨ヘッド１０の外側かつ研磨ヘッド１０の外周面に隣接する位置のうちの定盤２０の回転方向下流側にスリップアウトセンサ１５を設けることで、誤検出を防ぎ、精度よくウェハＷのスリップアウトを検出することができる。

例えば、スリップアウトセンサに光電センサを用いる場合には、誤って流体を検知してしまう。また、スリップアウトセンサを研磨ヘッドの内側に設ける場合には、外乱の影響により誤って流体を検知してしまう。それに対し、スリップアウトセンサに静電容量型の近接センサを用い、スリップアウトセンサを研磨ヘッドの外側に設けることで、外乱の影響を受け難くし、誤検出を防ぐことができる。特に、スラリの供給量と定盤２０の回転数を一定とし、流体の流れを安定させることで、外乱の影響をより受け難くすることができる。

また、本実施の形態では、平面視においてスリップアウトセンサ１５Ａ、１５Ｂをそれぞれ接線ＴＡ、ＴＢ上に設けることで、ウェハＷが研磨ヘッド１０から飛び出したことをより確実に検出することができる。

＜第２の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態は、スリップアウトセンサ１５Ａ、１５Ｂを、研磨ヘッド１０Ａ、１０Ｂの中心ａｘＡ、ａｘＢにおける円Ｓの接線ＴＡ、ＴＢ上に配置したが、スリップアウトセンサ１５Ａ、１５Ｂの配置はこれに限られない。

本発明の第２の実施の形態は、スリップアウトセンサ１５Ａ、１５Ｂを円Ｓ上に配置する形態である。以下、第２の実施の形態にかかる研磨装置２について説明する。なお、第１の実施の形態と同一の部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。

図６は、研磨装置２における研磨ヘッド１０、スリップアウトセンサ１５及び定盤２０の概略を示す平面図である。研磨ヘッド１０は、研磨ヘッド１０Ａ及び研磨ヘッド１０Ｂを有する。スリップアウトセンサ１５は、スリップアウトセンサ１５Ａ及びスリップアウトセンサ１５Ｂを有する。研磨ヘッド１０Ａに隣接してスリップアウトセンサ１５Ａが設けられており、研磨ヘッド１０Ｂに隣接してスリップアウトセンサ１５Ｂが設けられている。スリップアウトセンサ１５Ａ、１５Ｂは、それぞれ、研磨ヘッド１０Ａ、１０Ｂの外側かつ研磨ヘッド１０Ａ、１０Ｂの外周面に隣接した位置に設けられている。

研磨ヘッド１０Ａ及びスリップアウトセンサ１５Ａと、研磨ヘッド１０Ｂ及びスリップアウトセンサ１５Ｂとは、平面視において、定盤２０の中心２０ａｘに対して点対称な位置に配置される。

スリップアウトセンサ１５Ａ、１５Ｂは、それぞれ、定盤２０の回転方向下流側に設けられている。定盤２０は反時計回りに回転しているため、図６に示す平面視において、研磨ヘッド１０Ａについては、線Ｌよりも上側の半円部分が定盤２０の回転方向下流側に相当し、研磨ヘッド１０Ｂについては、線Ｌよりも下側の半円部分が定盤２０の回転方向下流側に相当する。また、スリップアウトセンサ１５Ａ、１５Ｂは、平面視において、それぞれ円Ｓ上に配置されている。定盤２０の回転数によっては、円Ｓに沿ってウェハＷが研磨ヘッド１０から飛び出しやすいため、スリップアウトセンサ１５Ａ、１５Ｂをそれぞれ円Ｓ上に設けることにより、ウェハＷのスリップアウトが検出しやすくなる。

＜第３の実施の形態＞
本発明の第３の実施の形態は、置き忘れ防止センサをさらに備えた形態である。以下、第３の実施の形態にかかる研磨装置３について説明する。なお、第１の実施の形態と同一の部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。

図７は、研磨装置３における研磨ヘッド１０、スリップアウトセンサ１５及び置き忘れ防止センサ１６の概略を示す側面図である。研磨ヘッド１０に隣接して、スリップアウトセンサ１５と、置き忘れ防止センサ１６とが設けられている。

置き忘れ防止センサ１６は、ウェハＷが研磨パッド２１上にあるか否かを検出するセンサである。ウェハＷが研磨パッド２１上にある場合とは、例えば、研磨終了後にウェハＷが取り出されずに研磨パッド２１上に置き忘れられた場合である。置き忘れ防止センサ１６には、スリップアウトセンサ１５と同様、静電容量型の近接センサが用いられる。

スリップアウトセンサ１５及び置き忘れ防止センサ１６は、研磨ヘッド１０の外周面に隣接して設けられている。また、スリップアウトセンサ１５及び置き忘れ防止センサ１６は、先端が面１２ｂから突出しないように設けられている。

また、スリップアウトセンサ１５と置き忘れ防止センサ１６は、研磨ヘッド１０の定盤２０と対向する面（面１２ｂ）からの距離が異なる。スリップアウトセンサ１５と面１２ｂとの距離ｈ１は約５ｍｍ〜略８ｍｍであり、置き忘れ防止センサ１６と面１２ｂとの距離ｈ２は、スリップアウトセンサ１５と面１２ｂとの距離ｈ１より小さい。

本実施の形態によれば、スリップアウトだけでなく、ウェハＷが研磨パッド２１上にあるか否かについても検出することができる。

以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

また、本発明において、「略」とは、厳密に同一である場合のみでなく、同一性を失わない程度の誤差や変形を含む概念である。例えば、略平行とは、厳密に平行の場合には限られない。また、例えば、略矩形形状とは、厳密に矩形形状の場合には限られない。また、例えば、単に平行、直交、同一等と表現する場合において、厳密に平行、直交、同一等の場合のみでなく、略平行、略直交、略同一等の場合を含むものとする。

１、２、３：研磨装置
１０、１０Ａ、１０Ｂ：研磨ヘッド
１１：ヘッド本体部
１１ａ：エア室
１２：リテーナリング
１２ａ：凹部
１２ｂ：面
１３：チャックプレート
１４：バッキング材
１５、１５Ａ、１５Ｂ：スリップアウトセンサ
１６：置き忘れ防止センサ
１７Ａ、１７Ｂ：取付部材
２０：定盤
２１：研磨パッド
３０：スラリ供給部
３１：筐体

Claims

上面に研磨パッドが設けられ、第１方向に回転可能に設けられた定盤と、
ウェハの裏面を保持しながら、前記研磨パッドに前記ウェハの表面を押圧して前記ウェハを研磨する研磨ヘッドであって、前記第１方向に回転可能に設けられた研磨ヘッドと、
前記ウェハの前記研磨ヘッドからの飛び出しを検出するスリップアウトセンサであって、静電容量型の近接センサであるスリップアウトセンサと、
を備え、
前記スリップアウトセンサは、前記研磨ヘッドの外側かつ前記研磨ヘッドの外周面に隣接する位置のうちの前記定盤の回転方向下流側に設けられている
ことを特徴とする研磨装置。
前記研磨ヘッドは、第１研磨ヘッド及び第２研磨ヘッドを有し、
前記スリップアウトセンサは、第１スリップアウトセンサ及び第２スリップアウトセンサを有し、
前記第１研磨ヘッドに隣接して前記第１スリップアウトセンサが設けられており、前記第２研磨ヘッドに隣接して前記第２スリップアウトセンサが設けられており、
平面視において、前記第１研磨ヘッド及び前記第１スリップアウトセンサと、前記第２研磨ヘッド及び前記第２スリップアウトセンサは、前記定盤の中心に対して点対称な位置に配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
平面視において、前記第１研磨ヘッド及び前記第２研磨ヘッドの中心は、前記定盤の中心を中心とした第１円と重なり、
平面視において、前記第１スリップアウトセンサは、前記第１研磨ヘッドの中心における前記第１円の接線上に配置されており、
平面視において、前記第２スリップアウトセンサは、前記第２研磨ヘッドの中心における前記第１円の接線上に配置されている
ことを特徴とする請求項２に記載の研磨装置。
平面視において、前記第１研磨ヘッド及び前記第２研磨ヘッドの中心は、前記定盤の中心を中心とした第１円と重なり、
平面視において、前記第１スリップアウトセンサ及び前記第２スリップアウトセンサは、前記第１円上に配置されている
ことを特徴とする請求項２に記載の研磨装置。
前記研磨ヘッドは、前記ウェハが前記研磨パッド上にあるか否かを検出する置き忘れ防止センサを有し、
前記置き忘れ防止センサは、静電容量型の近接センサであり、前記スリップアウトセンサに隣接して設けられており、
前記スリップアウトセンサと前記置き忘れ防止センサは、前記研磨ヘッドの前記定盤と対向する面からの距離が異なるように配置されている
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の研磨装置。