JP2021160025A - Polishing device and polishing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、研磨装置および研磨方法に関する。 The present invention relates to a polishing apparatus and a polishing method.
半導体デバイスの製造工程における技術として、化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)が知られている。CMPを行うための研磨装置は、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、ウェハを保持するための研磨ヘッドと、を備えている。 Chemical mechanical polishing (CMP) is known as a technique in the manufacturing process of semiconductor devices. The polishing apparatus for performing CMP includes a polishing table for supporting the polishing pad and a polishing head for holding the wafer.
このような研磨装置を用いてウェハの研磨を行う場合には、研磨ヘッドによりウェハを保持しつつ、このウェハを研磨パッドの研磨面に対して所定の圧力で押圧する。このとき、研磨テーブルと研磨ヘッドとを相対運動させることによりウェハが研磨面に摺接し、ウェハの表面が研磨される。 When polishing a wafer using such a polishing device, the wafer is pressed against the polishing surface of the polishing pad with a predetermined pressure while holding the wafer by the polishing head. At this time, by moving the polishing table and the polishing head relative to each other, the wafer is in sliding contact with the polishing surface, and the surface of the wafer is polished.
通常、ウェハは、その全面に亘って均一な膜厚分布を有することが必要とされる。ウェハの半径方向に初期膜厚が異なる場合には、ウェハに当接する弾性膜によって形成される同心状の複数の圧力室内の圧力を調整することにより、ウェハの半径方向に沿った研磨レート(除去レートともいう)を調整することが可能である。 Generally, a wafer is required to have a uniform film thickness distribution over its entire surface. When the initial film thickness differs in the radial direction of the wafer, the polishing rate (removal) along the radial direction of the wafer is adjusted by adjusting the pressure in a plurality of concentric pressure chambers formed by the elastic films that abut the wafer. It is possible to adjust the rate).
成膜装置の特性などにより、研磨されるウェハの初期膜厚がウェハの周方向に沿ってばらつく場合がある。特に、ウェハの周縁部では初期膜厚が周方向に沿ってばらつく傾向がある。このような膜厚のばらつきを減少させるために、ウェハの膜が厚い箇所を積極的に研磨して、ウェハの周方向での膜厚分布の均一性を高める方法を採用する場合がある。 Depending on the characteristics of the film forming apparatus and the like, the initial film thickness of the wafer to be polished may vary along the circumferential direction of the wafer. In particular, the initial film thickness tends to vary along the circumferential direction at the peripheral edge of the wafer. In order to reduce such variations in film thickness, a method may be adopted in which a portion of the wafer having a thick film is positively polished to improve the uniformity of the film thickness distribution in the circumferential direction of the wafer.
この場合、ウェハの特定の箇所を研磨するために、ウェハと研磨ヘッドとの相対角度を決定する必要がある。ウェハの周方向の角度(すなわち、ウェハ角度)の基準位置は、例えば、ウェハの周縁部に形成されたノッチの位置である。しかしながら、ウェハの研磨中、ウェハ(すなわち、ウェハ角度の基準位置)は、ウェハと研磨パッドとの間に作用する摩擦力によって、研磨ヘッドに対して、研磨ヘッドの回転方向にずれる可能性がある。この場合、予め決定されたウェハと研磨ヘッドとの相対角度もずれてしまうため、ウェハの特定の箇所を精度よく研磨することができない。 In this case, it is necessary to determine the relative angle between the wafer and the polishing head in order to polish a specific part of the wafer. The reference position of the circumferential angle (that is, the wafer angle) of the wafer is, for example, the position of a notch formed on the peripheral edge of the wafer. However, during wafer polishing, the wafer (ie, the reference position of the wafer angle) may shift in the direction of rotation of the polishing head with respect to the polishing head due to the frictional force acting between the wafer and the polishing pad. .. In this case, since the relative angle between the predetermined wafer and the polishing head also deviates, it is not possible to accurately polish a specific portion of the wafer.
そこで、本発明は、ウェハの研磨中に、ウェハ角度の基準位置を精度よく特定することができる研磨装置および研磨方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a polishing apparatus and a polishing method capable of accurately specifying a reference position of a wafer angle during polishing of a wafer.
一態様では、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、基板を前記研磨パッドの研磨面に押し付ける研磨ヘッドと、前記研磨ヘッドをその軸心を中心として回転させる回転機構と、前記基板の研磨中において、前記基板の周方向の角度の基準位置を検出する基準位置検出装置と、前記研磨ヘッドの回転角度を検出する回転角度検出器と、前記基板の研磨中における前記基準位置を前記基準位置検出装置から取得する制御装置と、を備える研磨装置が提供される。前記制御装置は、前記回転角度検出器から取得した前記研磨ヘッドの回転角度に関する第1の信号と、前記基準位置検出装置から取得した前記基準位置の回転角度に関する第2の信号に基づいて、前記基準位置の前記研磨ヘッドに対する相対角度を算出する。 In one aspect, a polishing table that supports the polishing pad, a polishing head that presses the substrate against the polishing surface of the polishing pad, a rotation mechanism that rotates the polishing head about its axis, and during polishing of the substrate. A reference position detection device that detects a reference position of an angle in the circumferential direction of the substrate, a rotation angle detector that detects the rotation angle of the polishing head, and the reference position during polishing of the substrate are obtained from the reference position detection device. A polishing device comprising a control device to acquire is provided. The control device is based on the first signal regarding the rotation angle of the polishing head acquired from the rotation angle detector and the second signal regarding the rotation angle of the reference position acquired from the reference position detection device. The relative angle of the reference position with respect to the polishing head is calculated.
一態様では、前記制御装置は、前記回転角度検出器から取得した前記研磨ヘッドの回転角度に基づいて、前記基板の研磨開始前における前記基準位置と前記研磨ヘッドとの相対角度を決定し、前記基準位置検出装置から取得した、前記基板の研磨中における前記基準位置に基づいて、前記相対角度の変化量を算出し、前記算出された変化量に基づいて、前記相対角度を補正する。
一態様では、前記制御装置は、前記基準位置検出装置によって測定されたデータを機械学習アルゴリズムにより構築されたモデルに入力し、前記基準位置の位置を示す判定結果をモデルから出力する。
一態様では、前記研磨ヘッドは、前記基板を前記研磨面に対して押し付ける弾性膜と、前記弾性膜を囲むように配置された、前記研磨面に接触するリテーナリングと、を備えており、前記基準位置検出装置は、前記弾性膜に隣接して配置されている。
In one aspect, the control device determines the relative angle between the reference position and the polishing head before the start of polishing of the substrate, based on the rotation angle of the polishing head obtained from the rotation angle detector. The amount of change in the relative angle is calculated based on the reference position during polishing of the substrate obtained from the reference position detection device, and the relative angle is corrected based on the calculated amount of change.
In one aspect, the control device inputs the data measured by the reference position detecting device into the model constructed by the machine learning algorithm, and outputs a determination result indicating the position of the reference position from the model.
In one aspect, the polishing head comprises an elastic film that presses the substrate against the polishing surface and retainers that are arranged so as to surround the elastic film and come into contact with the polishing surface. The reference position detecting device is arranged adjacent to the elastic film.
一態様では、前記基準位置検出装置は、前記弾性膜の圧力室に配置された画像取得装置を備えている。
一態様では、前記基準位置検出装置は、前記リテーナリングの外側に配置された非接触距離センサ、または音響センサを備えている。
一態様では、前記基準位置検出装置は、前記弾性膜の圧力室に配置された非接触距離センサ、音響センサ、または振動センサを備えている。
In one aspect, the reference position detection device includes an image acquisition device arranged in a pressure chamber of the elastic membrane.
In one aspect, the reference position detector comprises a non-contact distance sensor or an acoustic sensor located outside the retainer ring.
In one aspect, the reference position detector comprises a non-contact distance sensor, an acoustic sensor, or a vibration sensor located in the pressure chamber of the elastic membrane.
一態様では、前記基準位置検出装置は、前記リテーナリングのリング部材の内部に埋め込まれた非接触距離センサ、音響センサ、または振動センサを備えている。
一態様では、前記基準位置検出装置は、前記リテーナリングのドライブリングに取り付けられた非接触距離センサ、音響センサ、または振動センサを備えている。
一態様では、前記基準位置検出装置は、前記研磨テーブルに埋め込まれた非接触距離センサを備えている。
In one aspect, the reference position detector comprises a non-contact distance sensor, an acoustic sensor, or a vibration sensor embedded inside the ring member of the retainer ring.
In one aspect, the reference position detector comprises a non-contact distance sensor, an acoustic sensor, or a vibration sensor attached to the drive ring of the retainer ring.
In one aspect, the reference position detector comprises a non-contact distance sensor embedded in the polishing table.
一態様では、基板の膜厚分布情報を取得し、前記基板の周方向の角度の基準位置を基準として、前記基板上の膜厚を調整すべき特定部位の回転角度を決定し、前記基板の研磨中において、前記基板の周方向の角度の基準位置を検出し、前記検出された基準位置の情報と前記特定部位の回転角度に基づき、前記特定部位が研磨テーブル上の特定の位置に位置した時に研磨圧力を調整する、研磨方法が提供される。 In one aspect, the film thickness distribution information of the substrate is acquired, the rotation angle of a specific portion on the substrate to be adjusted is determined with reference to the reference position of the angle in the circumferential direction of the substrate, and the rotation angle of the specific portion of the substrate is determined. During polishing, the reference position of the circumferential angle of the substrate was detected, and the specific portion was located at a specific position on the polishing table based on the detected reference position information and the rotation angle of the specific portion. Polishing methods are provided that sometimes adjust the polishing pressure.
一態様では、基板の研磨中において、前記基板の周方向の角度の基準位置を検出し、前記検出された基準位置の情報に基づいて、研磨ヘッドの上昇するタイミングを決定する、研磨方法が提供される。 In one aspect, there is provided a polishing method that detects a reference position of an angle in the circumferential direction of the substrate during polishing of the substrate and determines the timing at which the polishing head rises based on the information of the detected reference position. Will be done.
制御装置は、基板の研磨中において、基板の周方向の角度の基準位置を検出する基準位置検出装置と、研磨ヘッドの回転角度を検出する回転角度検出器と、から取得したデータに基づいて、上記基準位置の研磨ヘッドに対する相対角度を算出する。したがって、研磨装置は、ウェハの研磨中に、ウェハ角度の基準位置を精度よく特定することができる。 The control device is based on the data acquired from the reference position detection device that detects the reference position of the angle in the circumferential direction of the substrate and the rotation angle detector that detects the rotation angle of the polishing head during polishing of the substrate. The relative angle of the reference position with respect to the polishing head is calculated. Therefore, the polishing apparatus can accurately identify the reference position of the wafer angle during the polishing of the wafer.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において同一また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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding components are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
図1は、研磨装置の一実施形態を示す模式図である。図1に示すように、研磨装置は、基板の一例であるウェハWを保持して回転させる研磨ヘッド(基板保持装置)1と、研磨パッド2を支持する研磨テーブル3と、研磨パッド2に研磨液(スラリー)を供給する研磨液供給ノズル5と、を備えている。
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a polishing apparatus. As shown in FIG. 1, the polishing device is a polishing head (board holding device) 1 that holds and rotates a wafer W, which is an example of a substrate, a polishing table 3 that supports the
研磨ヘッド1は、その下面に真空吸引によりウェハWを保持できるように構成されている。研磨ヘッド1および研磨テーブル3は、同じ方向に回転し、この状態で研磨ヘッド1は、ウェハWを研磨パッド2の研磨面2aに押し付ける。研磨液供給ノズル5からは研磨液が研磨パッド2上に供給され、ウェハWは、研磨液の存在下で研磨パッド2との摺接により研磨される。
The polishing
研磨テーブル3は、テーブル軸3aを介してその下方に配置されるテーブルモータ13に連結されており、そのテーブル軸3aの周りに回転可能になっている。研磨テーブル3の上面には研磨パッド2が貼付されており、研磨パッド2の上面がウェハWを研磨する研磨面2aを構成している。テーブルモータ13により研磨テーブル3を回転させることにより、研磨面2aは研磨ヘッド1に対して相対的に移動する。したがって、テーブルモータ13は、研磨面2aを水平方向に移動させる研磨面移動機構を構成する。
The polishing table 3 is connected to a
研磨ヘッド1は、研磨ヘッドシャフト11に接続されており、この研磨ヘッドシャフト11は、上下動機構27によりヘッドアーム16に対して上下動するようになっている。この研磨ヘッドシャフト11の上下動により、ヘッドアーム16に対して研磨ヘッド1の全体を昇降させ位置決めするようになっている。研磨ヘッドシャフト11の上端にはロータリージョイント25が取り付けられている。
The polishing
研磨ヘッドシャフト11および研磨ヘッド1を上下動させる上下動機構27は、軸受26を介して研磨ヘッドシャフト11を回転可能に支持するブリッジ28と、ブリッジ28に取り付けられたボールねじ32と、支柱30により支持された支持台29と、支持台29上に設けられたサーボモータ38と、を備えている。サーボモータ38を支持する支持台29は、支柱30を介してヘッドアーム16に固定されている。
The
ボールねじ32は、サーボモータ38に連結されたねじ軸32aと、このねじ軸32aが螺合するナット32bと、を備えている。研磨ヘッドシャフト11は、ブリッジ28と一体となって上下動するようになっている。したがって、サーボモータ38を駆動すると、ボールねじ32を介してブリッジ28が上下動し、これにより研磨ヘッドシャフト11および研磨ヘッド1が上下動する。ヘッドアーム16には、ブリッジ28に対向する研磨ヘッド高さセンサ39が設けられている。この研磨ヘッド高さセンサ39は、研磨ヘッド1と一体に上下動するブリッジ28の位置から研磨ヘッド1の高さを測定する。
The ball screw 32 includes a
また、研磨ヘッドシャフト11はキー(図示せず)を介して回転筒12に連結されている。この回転筒12はその外周部にタイミングプーリ14を備えている。ヘッドアーム16には研磨ヘッドモータ18が固定されており、上記タイミングプーリ14は、タイミングベルト19を介して研磨ヘッドモータ18に設けられたタイミングプーリ20に接続されている。したがって、研磨ヘッドモータ18を回転駆動することによってタイミングプーリ20、タイミングベルト19、およびタイミングプーリ14を介して回転筒12および研磨ヘッドシャフト11が一体に回転し、研磨ヘッド1がその軸心を中心として回転する。研磨ヘッドモータ18、タイミングプーリ20、タイミングベルト19、およびタイミングプーリ14は、研磨ヘッド1をその軸心を中心として回転させる回転機構を構成する。ヘッドアーム16は、フレーム(図示せず)に回転可能に支持されたアームシャフト21によって支持されている。
Further, the polishing
研磨ヘッド1は、その下面にウェハWを保持できるようになっている。ヘッドアーム16はアームシャフト21を中心として旋回可能に構成されており、下面にウェハWを保持した研磨ヘッド1は、ヘッドアーム16の旋回によりウェハWの受渡位置から研磨テーブル3の上方位置に移動される。研磨ヘッド1および研磨テーブル3をそれぞれ回転させ、研磨テーブル3の上方に設けられた研磨液供給ノズル5から研磨パッド2上に研磨液を供給する。そして、研磨ヘッド1によりウェハWを研磨パッド2の研磨面2aに押圧し、研磨液の存在下でウェハWを研磨パッド2の研磨面2aに摺接させる。ウェハWの表面は研磨液の化学成分による化学的作用と、研磨液に含まれる砥粒の機械的作用とにより研磨される。
The polishing
次いで、研磨ヘッド1の詳細について図面を参照しつつ説明する。図2は、研磨ヘッド1の概略断面図である。図2に示すように、研磨ヘッド1は、ウェハWを研磨面2aに対して押圧するヘッド本体102と、ウェハWを囲むように配置されたリテーナリング103と、を備えている。ヘッド本体102およびリテーナリング103は、ヘッドシャフト11の回転により一体に回転するように構成されている。リテーナリング103は、ヘッド本体102とは独立して上下動可能に構成されている。
Next, the details of the polishing
ヘッド本体102は、円形のフランジ141と、フランジ141の下面に取り付けられたスペーサ142と、スペーサ142の下面に取り付けられたキャリア(ベースプレート)143と、を備えている。フランジ141は、研磨ヘッドシャフト11に連結されている。キャリア143は、スペーサ142を介してフランジ141に連結されており、フランジ141、スペーサ142、およびキャリア143は、一体に回転し、かつ上下動する。
The
ヘッド本体102の下面には、ウェハWの裏面に当接する弾性膜110が連結されている。弾性膜110は複数の(図2では、6つの)環状の周壁114a,114b,114c,114d,114e,114fを有しており、これら周壁114a〜114fは、同心状に配置されている。
An
これらの周壁114a〜114fにより、弾性膜110とヘッド本体102との間に6つの圧力室、すなわち、中央に位置する円形状の中央圧力室116a、最外周に位置する環状のエッジ圧力室116f、および中央圧力室116aとエッジ圧力室116fとの間に位置する中間圧力室116b,116c,116d,116eが形成されている。
Due to these
これらの圧力室116a〜116fはロータリージョイント182を経由して圧力調整装置165に接続されており、圧力調整装置165から各圧力室116a〜116fにそれぞれ延びる流体ライン173を通って流体(例えば、空気)が供給されるようになっている。圧力調整装置165は、制御装置9に接続されており、これら6つの圧力室116a〜116f内の圧力を独立に調整できるようになっている。
These
さらに、圧力調整装置165は、圧力室116a〜116f内に負圧を形成することも可能となっている。このように、研磨ヘッド1においては、ヘッド本体102と弾性膜110との間に形成される各圧力室116a〜116fに供給する流体の圧力を調整することにより、ウェハWに加えられる押圧力をウェハWの領域毎に調整できる。
Further, the
弾性膜110は、エチレンプロピレンゴム(EPDM)、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度および耐久性に優れた柔軟なゴム材によって形成されている。各圧力室116a〜116fは大気開放機構(図示しない)にも接続されており、圧力室116a〜116fを大気開放することも可能である。
The
リテーナリング103は、ヘッド本体102のキャリア143および弾性膜110を囲むように配置されている。このリテーナリング103は、研磨パッド2の研磨面2aに接触するリング部材103aと、このリング部材103aの上部に固定されたドライブリング103bと、を備えている。リング部材103aは、図示しない複数のボルトによってドライブリング103bに結合されている。リング部材103aは、ウェハWの外周縁を囲むように配置されており、ウェハWの研磨中にウェハWが研磨ヘッド1から飛び出さないようにウェハWを保持している。
The
リテーナリング103の上部は、環状のリテーナリング押圧機構160に連結されており、このリテーナリング押圧機構160は、リテーナリング103の上面(より具体的には、ドライブリング103bの上面)の全体に均一な下向きの荷重を与え、これによりリテーナリング103の下面(すなわち、リング部材103aの下面)を研磨パッド2の研磨面2aに対して押圧する。
The upper portion of the
リテーナリング押圧機構160は、ドライブリング103bの上部に固定された環状のピストン161と、ピストン161の上面に接続された環状のローリングダイヤフラム162と、を備えている。ローリングダイヤフラム162の内部にはリテーナリング圧力室163が形成されている。このリテーナリング圧力室163はロータリージョイント182を経由して圧力調整装置165に接続されており、圧力調整装置165からリテーナリング圧力室163に延びる流体ライン173を通って流体(例えば、空気)が供給されるようになっている。
The retainer ring
この圧力調整装置165からリテーナリング圧力室163に流体(例えば、空気)を供給すると、ローリングダイヤフラム162がピストン161を下方に押し下げ、さらに、ピストン161はリテーナリング103の全体を下方に押し下げる。このようにして、リテーナリング押圧機構160は、リテーナリング103の下面を研磨パッド2の研磨面2aに対して押圧する。さらに、圧力調整装置165によりリテーナリング圧力室163内に負圧を形成することにより、リテーナリング103の全体を上昇させることができる。リテーナリング圧力室163は大気開放機構(図示しない)にも接続されており、リテーナリング圧力室163を大気開放することも可能である。
When a fluid (for example, air) is supplied from the
リテーナリング103は、リテーナリング押圧機構160に着脱可能に連結されている。より具体的には、ピストン161は金属などの磁性材から形成されており、ドライブリング103bの上部には複数の磁石199が配置されている。これら磁石199がピストン161を引き付けることにより、リテーナリング103がピストン161に磁力により固定される。ピストン161の磁性材としては、例えば、耐蝕性の磁性ステンレスが使用される。なお、ドライブリング103bを磁性材で形成し、ピストン161に磁石を配置してもよい。
The
リテーナリング103は、連結部材175を介して球面軸受185に連結されている。この球面軸受185は、リテーナリング103の半径方向内側に配置されている。連結部材175は、ヘッド本体102の中心部に配置された軸部176と、この軸部176に固定されたハブ177と、このハブ177からから放射状に延びる複数のスポーク178と、を備えている。軸部176は球面軸受185内を縦方向に延びている。
The
スポーク178の一方の端部は、ハブ177に固定されており、スポーク178の他方の端部は、リテーナリング103のドライブリング103bに固定されている。ハブ177と、スポーク178と、ドライブリング103bとは一体に形成されている。キャリア143には、複数対の駆動ピン(図示しない)が固定されている。各対の駆動ピンは各スポーク178の両側に配置されており、キャリア143の回転は、駆動ピンを介してリテーナリング103に伝達され、これによりヘッド本体102とリテーナリング103とは一体に回転する。
One end of the
連結部材175の軸部176は、ヘッド本体102の中央部に配置された球面軸受185に縦方向に移動自在に支持されている。このような構成により、連結部材175およびこれに固定されたリテーナリング103は、ヘッド本体102に対して縦方向に移動可能となっている。さらに、リテーナリング103は、球面軸受185により傾動可能に支持されている。
The
図3(a)、図3(b)、および図3(c)は、ウェハWの最も外側の端部から3mm内側の位置でのウェハWの周方向に沿った膜厚分布の例を示す図である。より具体的には、図3(a)はウェハ研磨前の初期膜厚分布を示し、図3(b)は従来の研磨装置で研磨される場合のウェハの膜厚分布を示し、図3(c)は本実施形態の研磨装置で研磨される場合のウェハの膜厚分布を例示的に示している。
3 (a), 3 (b), and 3 (c) show an example of the film thickness distribution along the circumferential direction of the wafer W at a
ウェハ周方向における膜厚のばらつきは、その後のデバイス製造工程において問題となりやすい。一般には、ウェハWの最も外側の端部から3mm〜5mm内側に位置した領域での膜厚のばらつきが問題となることが多い。図3(a)〜図3(c)におけるウェハ角度0度の位置は、ウェハの周方向の角度(または向き)を特定できる特徴的な箇所の位置に設定される。図3(a)〜図3(c)に示す例では、ウェハ角度0度の位置は、ウェハの周縁部に形成されたノッチの位置である。 Variations in film thickness in the circumferential direction of the wafer tend to be a problem in the subsequent device manufacturing process. In general, variation in film thickness in a region located 3 mm to 5 mm inward from the outermost end of the wafer W is often a problem. The position of the wafer angle of 0 degrees in FIGS. 3 (a) to 3 (c) is set at a characteristic position where the angle (or orientation) in the circumferential direction of the wafer can be specified. In the examples shown in FIGS. 3A to 3C, the position of the wafer angle of 0 degrees is the position of the notch formed on the peripheral edge of the wafer.
図3(a)に示される例では、研磨前の初期膜厚分布は、ウェハ角度180度にピーク位置があり、あるピーク幅、ピーク高さを持つ膜厚のばらつきを示している。このような初期膜厚分布が生じる原因としては、成膜装置の特性や、多層配線を形成するための様々なプロセスの影響などが考えられる。 In the example shown in FIG. 3A, the initial film thickness distribution before polishing has a peak position at a wafer angle of 180 degrees, and shows a variation in film thickness having a certain peak width and peak height. The cause of such an initial film thickness distribution is considered to be the characteristics of the film forming apparatus and the influence of various processes for forming the multilayer wiring.
従来の研磨装置で図3(a)の初期膜厚分布を持つウェハを研磨した場合には、周方向にほぼ一様に研磨が進行するために、図3(b)に示されるように、研磨されたウェハには研磨前とほぼ同様の膜厚分布が残ってしまう。このような膜厚分布のばらつきは次の露光工程で焦点が合わない原因となったりして、半導体製造の歩留まりを低下させてしまうこととなる。 When a wafer having the initial film thickness distribution shown in FIG. 3A is polished by a conventional polishing device, the polishing proceeds almost uniformly in the circumferential direction, so that as shown in FIG. 3B, The thickness distribution of the polished wafer remains almost the same as that before polishing. Such variations in the film thickness distribution may cause the focus to be out of focus in the next exposure process, resulting in a decrease in the yield of semiconductor manufacturing.
図3(c)に示されるように、以下に説明する本実施形態の研磨装置により図3(a)の初期膜厚分布を持つウェハを研磨した場合には、ピーク位置での研磨レートを選択的に速くすることにより、周方向の膜厚ばらつきを初期膜厚分布に比べて低減することが可能となる。 As shown in FIG. 3C, when the wafer having the initial film thickness distribution of FIG. 3A is polished by the polishing apparatus of the present embodiment described below, the polishing rate at the peak position is selected. By increasing the speed, it is possible to reduce the variation in film thickness in the circumferential direction as compared with the initial film thickness distribution.
ウェハの周方向における研磨レート分布を制御することによってウェハの周方向の膜厚分布のばらつきを改善する実施形態について説明する。図4は、研磨面2aの上方からみた位置関係を示した図である。ウェハWの中心と研磨面2aの中心を結んだ線を想像線VLと定義すると、研磨面2aは、その回転方向に関して想像線VLの上流側と、想像線VLの下流側とに分けることができる。想像線VLの上流側および想像線VLの下流側は、言い換えれば、研磨面2aの移動方向に関してウェハWの上流側および下流側である。
An embodiment for improving the variation in the film thickness distribution in the circumferential direction of the wafer by controlling the polishing rate distribution in the circumferential direction of the wafer will be described. FIG. 4 is a diagram showing the positional relationship of the
図4に示す円Sは、ウェハWの中心を通る研磨面2aの回転軌跡を表している。円Sのウェハ中心での接線Tとウェハ円との2つの交点のうち、上流側の交点を研磨ヘッド角度0度とし、下流側の交点を研磨ヘッド角度180度とする。想像線VLとウェハ円との2つの交点のうち研磨面中心側の交点を研磨ヘッド角度270度、研磨面外周側の交点を研磨ヘッド角度90度とする。ウェハ円は、ウェハWの最も外側の端部を表す円である。なお、研磨ヘッド角度は、ウェハの研磨前の研磨ヘッド1の位置、より具体的には、ウェハを保持した研磨ヘッド1が研磨パッド2の上方に配置されたときの研磨ヘッド1の位置における初期の回転角度である。
The circle S shown in FIG. 4 represents the rotation locus of the
図5は、研磨装置を用いた研磨方法の一実施形態を示す図である。横軸は研磨時間、縦軸は研磨ヘッド角度、ウェハ角度、およびウェハWの周縁部を押圧するエッジ圧力室116f内の圧力を示している。この実施形態では研磨条件の例としてエッジ圧力室116f内の圧力を挙げたが、他の圧力室やリテーナリング圧力室163内の圧力であってもよい。
FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of a polishing method using a polishing device. The horizontal axis represents the polishing time, and the vertical axis represents the polishing head angle, the wafer angle, and the pressure in the
研磨時間が経過するに従い、研磨ヘッド角度は0度、180度、360度(=0度)と変化し、研磨ヘッド1の回転は周期Tで繰り返される。従来の研磨装置ではエッジ圧力室116f内の圧力は一定に維持されたまま研磨されるが(図示せず)、本実施形態の研磨装置では、ウェハの膜が厚い箇所(図3(a)ではウェハ角度180度のウェハの部位)が研磨ヘッド角度180度に位置している間にエッジ圧力室116fの圧力を増加させる。この昇圧時間をΔtと表す。
As the polishing time elapses, the polishing head angle changes to 0 degrees, 180 degrees, 360 degrees (= 0 degrees), and the rotation of the polishing
図5に示される例では、研磨ヘッド角度180度の位置で、研磨レートが高い状態となっている。したがって、ウェハの膜が厚い箇所が研磨ヘッド角度180度の位置に来たときに、エッジ圧力室116f内全体の圧力を一時的に増加させて、ウェハの膜が厚い箇所の研磨レートを選択的に増加させる。この動作を総研磨時間に亘って複数回、または継続実施することにより、研磨されたウェハの周方向での膜厚分布の均一性を高めることが可能となる。エッジ圧力室116f内全体の圧力を一時的に増加させると、角度0度などの他の箇所でも研磨レートは増加するが、研磨ヘッド角度180度の位置で研磨レートが高い状態となっているため、他の角度に比べて角度180度の研磨量は相対的に多く増加する。したがって、ウェハの周方向での膜厚分布の均一性を高めることが可能となる。
In the example shown in FIG. 5, the polishing rate is high at the position where the polishing head angle is 180 degrees. Therefore, when the portion where the wafer film is thick comes to the position where the polishing head angle is 180 degrees, the pressure in the entire
上の例とは逆に、ウェハの膜が薄い箇所(ウェハ角度0度の箇所)が研磨ヘッド角度180度の位置に来たときにエッジ圧力室116f内全体の圧力を一時的に減少させることにより、この箇所の研磨レートを選択的に低下させることも可能である。上述した2つの圧力操作を組み合わせて、より効率的に周方向膜厚分布の均一性を高めることも可能である。
Contrary to the above example, when the place where the wafer film is thin (the place where the wafer angle is 0 degrees) comes to the position where the polishing head angle is 180 degrees, the pressure in the entire
ウェハの膜が厚い箇所が、ある研磨ヘッド角度の位置に来たときに、圧力室内の圧力を一時的に増加させるためには、ウェハの膜が厚い箇所をウェハ角度として特定し、このウェハ角度に対応する研磨ヘッド角度を決定する必要がある。したがって、ウェハの角度(または向き)を特定して、ウェハと研磨ヘッドとの相対角度を決定する必要がある。以下、ウェハと研磨ヘッドとの相対角度を決定する方法について説明する。 In order to temporarily increase the pressure in the pressure chamber when the thick wafer film comes to the position of a certain polishing head angle, the thick wafer film is specified as the wafer angle, and this wafer angle is specified. It is necessary to determine the polishing head angle corresponding to. Therefore, it is necessary to specify the angle (or orientation) of the wafer to determine the relative angle between the wafer and the polishing head. Hereinafter, a method for determining the relative angle between the wafer and the polishing head will be described.
ウェハの角度を特定するための特徴的な箇所であるノッチの角度を取得する。このノッチの角度は、研磨ヘッド1に保持される前のウェハの向きを示す初期角度である。より具体的には、研磨装置に備えられたノッチ位置検出器(図示しない)によりウェハのノッチ位置が検出される。
The angle of the notch, which is a characteristic point for specifying the angle of the wafer, is acquired. The angle of this notch is an initial angle indicating the orientation of the wafer before being held by the polishing
研磨されるウェハの膜厚に関する情報が制御装置9に入力される。ウェハの膜厚に関する情報は、ピーク位置、ピーク幅、ピーク高さなどのウェハの周方向における初期膜厚分布を含んでいる。例えば、ウェハの膜厚は、研磨装置に備えられた膜厚測定器(図示しない)によって測定され、ウェハの膜厚に関する情報は、膜厚測定器から制御装置9に入力される。 Information about the film thickness of the wafer to be polished is input to the control device 9. Information about the wafer film thickness includes the initial film thickness distribution in the circumferential direction of the wafer such as peak position, peak width, and peak height. For example, the film thickness of the wafer is measured by a film thickness measuring device (not shown) provided in the polishing device, and information on the film thickness of the wafer is input from the film thickness measuring device to the control device 9.
制御装置9は、研磨ヘッド1の現在の回転角度、すなわち初期回転角度を取得する。研磨ヘッド1の回転角度は、研磨ヘッドモータ18に取り付けられたロータリエンコーダ41(図1参照)によって検出される。ロータリエンコーダ41は研磨ヘッド1の回転角度を検出する回転角度検出器である。ただし、回転角度検出器は、研磨ヘッド1の回転角度を検出できるものであれば、ロータリエンコーダに限定されない。
The control device 9 acquires the current rotation angle of the polishing
次に、制御装置9は、研磨ヘッド1の初期回転角度が、受渡位置でのウェハのノッチ位置(初期角度)に一致するまで研磨ヘッド1を回転させる。この場合、ウェハと研磨ヘッド1との相対角度は0度である。このようにして、制御装置9は、ウェハと研磨ヘッド1との相対角度を決定する。
Next, the control device 9 rotates the polishing
研磨ヘッド1に保持されたウェハは、研磨ヘッド1によって研磨パッド2の研磨面2aの上方位置に移動され、そして研磨ヘッド1によって研磨面2aに押圧される。ウェハは、研磨液供給ノズル5から供給された研磨液の存在下で研磨面2aに摺接され、これによりウェハの表面が研磨される。制御装置9は、決定された相対角度に基づいて、ウェハの膜が厚い箇所が所定の研磨ヘッド角度の位置に来たときに、弾性膜110の圧力室内の圧力を一時的に調整して、ウェハの膜が厚い箇所の研磨レートを選択的に増加させる。結果として、研磨装置は、研磨されたウェハの周方向での膜厚分布の均一性を高めることができる。
The wafer held by the polishing
上述したように、ウェハの研磨中、ウェハは、ウェハと研磨パッドとの間に作用する摩擦力によって、研磨ヘッドに対して、研磨ヘッドの回転方向にずれる可能性がある。この場合、予め決定されたウェハと研磨ヘッドとの相対角度もずれてしまうため、ウェハの特定の箇所(例えば、厚い箇所)を精度よく研磨することができない。 As described above, during polishing of the wafer, the wafer may shift in the rotation direction of the polishing head with respect to the polishing head due to the frictional force acting between the wafer and the polishing pad. In this case, since the relative angle between the predetermined wafer and the polishing head also deviates, it is not possible to accurately polish a specific portion (for example, a thick portion) of the wafer.
そこで、研磨装置は、ウェハの研磨中において、ウェハの周方向の角度の基準位置を検出する基準位置検出装置を備えている。本実施形態では、ウェハの周方向の角度の基準位置はノッチの位置である。したがって、基準位置検出装置は、ノッチ検出装置と呼ばれてもよい。ノッチ検出装置は、ウェハのノッチの位置を測定するように構成されている。以下、ノッチ検出装置について、図面を参照して説明する。 Therefore, the polishing device includes a reference position detecting device that detects a reference position of an angle in the circumferential direction of the wafer during polishing of the wafer. In the present embodiment, the reference position of the circumferential angle of the wafer is the position of the notch. Therefore, the reference position detection device may be referred to as a notch detection device. The notch detector is configured to measure the position of the notch on the wafer. Hereinafter, the notch detection device will be described with reference to the drawings.
図6は、ノッチ検出装置200の一実施形態を示す図である。図6に示す実施形態では、ノッチ検出装置200は、弾性膜110に隣接して配置された画像取得装置である。図6に示す実施形態では、ノッチ検出装置200は、ファイバースコープ200aと、ライト200bと、の組み合わせであり、ファイバースコープ200aの先端およびライト200bの照射部は、弾性膜110のエッジ圧力室116fに配置されている。一実施形態では、ノッチ検出装置201は、ライトが内蔵されたファイバースコープであってもよい。
FIG. 6 is a diagram showing an embodiment of the
ノッチ検出装置200(より具体的には、ファイバースコープ200a)は、制御装置9に電気的に接続されている。ウェハの研磨中において、ファイバースコープ200aは、ライト200bがエッジ圧力室116fを照射した状態で、弾性膜110を介して、ウェハの周縁部を常時撮像する。本実施形態では、弾性膜110は、より鮮明な画像を取得するために、透明または半透明である。なお、ノッチ検出装置200は、ファイバースコープ200aと、ライト200bが接続され、ヘッド上部に設けられた中継器と、研磨装置内に設けられたアンプから構成され、中継器とアンプの間は無線通信により信号の授受がなされる。
The notch detection device 200 (more specifically, the
図7は、弾性膜110のエッジ圧力室116fの周方向に沿って等間隔に配置されたノッチ検出装置200を示す図である。図7に示すように、研磨装置は、エッジ圧力室116fの周方向に沿って等間隔に配置された複数のノッチ検出装置200を備えてもよい。各ノッチ検出装置200は、研磨ヘッド1の所定の回転角度ごとに配置されている。
FIG. 7 is a diagram showing
例えば、複数のノッチ検出装置200の1つは、研磨ヘッド1の回転角度が0度の位置に配置されている。他のノッチ検出装置200は、研磨ヘッド1の回転角度が0度の位置に配置されたノッチ検出装置200を基準として、研磨ヘッド1(より具体的には、弾性膜110)の周方向に沿って等間隔(例えば、研磨ヘッド1の回転角度が30度、60度、90度・・・)に配置されている。
For example, one of the plurality of
制御装置9は、研磨ヘッド1の回転角度における所定の位置に配置されたノッチ検出装置200の出力と研磨ヘッド1の回転角度との相関関係をデータベースとして記憶している。例えば、研磨ヘッドの回転角度が0度の位置に配置されたファイバースコープ200aによって撮像された画像の中心にノッチNtが位置するように、ファイバースコープ200aを配置する。この場合、制御装置9は、ノッチNtが研磨ヘッド1の回転角度が0度の位置にあると判断する。
The control device 9 stores as a database the correlation between the output of the
ウェハの研磨開始後、ウェハの角度が研磨ヘッド1の回転角度に対してずれると、ノッチNtの位置がファイバースコープ200aによって撮像された画像の中心からずれる。例えば、ノッチNtの位置が画像の中心から右に5mmずれた位置にある場合、制御装置9は、ノッチNtが研磨ヘッド1の回転角度が355度の位置にあると判断する。ノッチNtの位置が画像の中心から左に5mmずれた位置にある場合、制御装置9は、ノッチNtが研磨ヘッド1の回転角度が5度の位置にあると判断する。このように、制御装置9は、ファイバースコープ200aによって撮像された画像に映し出されたノッチNtの位置と研磨ヘッド1の回転角度との相関関係を記憶してもよい。
When the angle of the wafer deviates from the rotation angle of the polishing
図8は、制御装置9によってウェハと研磨ヘッドとの相対角度を補正するフローを示す図である。制御装置9は、ウェハの研磨中におけるノッチの位置をノッチ検出装置200から取得するように構成されている。制御装置9は、ロータリエンコーダ41から取得した研磨ヘッド1の回転角度に関する第1の信号(第1のデータ)と、ノッチ検出装置200から取得したノッチの位置の回転角度に関する第2の信号(第2のデータ)に基づいて、基準位置の研磨ヘッド1に対する相対角度を算出する。
FIG. 8 is a diagram showing a flow for correcting the relative angle between the wafer and the polishing head by the control device 9. The control device 9 is configured to acquire the position of the notch during polishing of the wafer from the
まず、ステップS101に示すように、制御装置9は、ロータリエンコーダ41(図1参照)から取得した研磨ヘッド1の回転角度に基づいて、ウェハの研磨開始前におけるノッチの位置(すなわち、ウェハ)と研磨ヘッド1との相対角度を決定する。次いで、制御装置9は、ウェハの研磨を開始し(ステップS102参照)、ウェハの研磨中におけるノッチ検出装置200から取得したデータに基づいて、ノッチの位置を特定する(ステップS103参照)。
First, as shown in step S101, the control device 9 determines the position of the notch (that is, the wafer) before the start of polishing the wafer based on the rotation angle of the polishing
その後、制御装置9は、ウェハの研磨中におけるノッチの位置と研磨ヘッド1との相対角度を決定し、ウェハの研磨前における相対角度に対する、現在の相対角度の変化量を算出する(ステップS104参照)。その後、制御装置9は、算出された相対角度の変化量に基づいて、研磨前の相対角度を補正する(ステップS105参照)。制御装置9は、補正された相対角度とウェハの膜厚に関する情報に基づいて、圧力室内の圧力を研磨ヘッド1の回転角度に同期させて周期的に変更する(ステップS106参照)。これらの情報に基づいて、圧力室内の圧力を周期的に変更することにより、研磨後のウェハの周方向での膜厚分布を均一にすることができる。
After that, the control device 9 determines the position of the notch during polishing of the wafer and the relative angle between the polishing
制御装置9は、ステップS103からステップS106の工程を定期的に繰り返し、ウェハの研磨を継続する。ステップS106の後、制御装置9は、所定の研磨時間が到達し、または終点検知システム(図示しない)からの信号を受けることにより(ステップS107の「Yes」参照)、ウェハの研磨を終了する(ステップS108参照)。所定の研磨時間が到達していない、または終点検知システム(図示しない)からの信号を受けていない場合(ステップS107の「No」参照)、ステップS103に示す工程が繰り返される。 The control device 9 periodically repeats the steps from step S103 to step S106 to continue polishing the wafer. After step S106, the control device 9 finishes polishing the wafer by reaching a predetermined polishing time or receiving a signal from an end point detection system (not shown) (see “Yes” in step S107) (see “Yes” in step S107). See step S108). When the predetermined polishing time has not been reached or a signal from the end point detection system (not shown) has not been received (see “No” in step S107), the step shown in step S103 is repeated.
本実施形態によれば、研磨装置は、ウェハの研磨中におけるノッチの位置を取得するノッチ検出装置200を備えているため、ウェハの研磨中に、ウェハ角度の基準位置(すなわち、ノッチの位置)を精度よく特定することができる。
According to the present embodiment, since the polishing device includes a
制御装置9は、ファイバースコープ200aによって撮像された画像データを機械学習アルゴリズムにより構築されたモデルに入力し、ノッチの位置を示す判定結果をモデルから出力してもよい。機械学習アルゴリズムとしては、ディープラーニング法(深層学習法)が好適である。
The control device 9 may input the image data captured by the
機械学習アルゴリズムにより構築されたモデルを用いることにより、ノッチの位置を示す判定結果を、自動的に、かつ精度よく生成することができる。このような判定結果を用いることにより、制御装置9は、ノッチの位置と研磨ヘッド1との相対角度の変化量をより精度よく算出することができる。
By using the model constructed by the machine learning algorithm, it is possible to automatically and accurately generate the determination result indicating the position of the notch. By using such a determination result, the control device 9 can more accurately calculate the amount of change in the relative angle between the notch position and the polishing
図9は、学習済みモデルを構築する方法を説明するための図である。制御装置9は、ディープラーニングなどの機械学習アルゴリズムにより、上記判定結果を、多様な要素を含めて学習し、最適な判定結果を生成するように構成されている。学習済みモデルを構築する場合、まず、データを収集し、生データの集合体を作成する(図9参照)。 FIG. 9 is a diagram for explaining a method of constructing a trained model. The control device 9 is configured to learn the determination result including various elements by a machine learning algorithm such as deep learning and generate an optimum determination result. When building a trained model, first collect the data and create a collection of raw data (see Figure 9).
データの収集は、広範囲にわたって行われる。収集されるデータは、ノッチ検出装置200によって測定された画像データに限定されない。例えば、データは、弾性膜110の形状、透明度、厚さなどの様々な要素を含む。
Data collection is extensive. The data collected is not limited to the image data measured by the
次に、生データの集合体から、学習済みモデルを構築(および更新)するために必要な学習用データセットを作成する。実際のノッチの位置を示す数値は正解データであり、ディープラーニングなどの機械学習に使用される。 Next, the training data set required to build (and update) the trained model is created from the collection of raw data. The numerical value indicating the actual notch position is correct data and is used for machine learning such as deep learning.
図9に示すように、ニューラルネットワークまたは量子コンピューティングを用いた機械学習を行い、学習済みモデルを構築する。ニューラルネットワークまたは量子コンピューティングを用いた機械学習としては、ディープラーニング法(深層学習法)が好適である。ディープラーニング法は、隠れ層(中間層ともいう)が多層化されたニューラルネットワークをベースとする学習法である。 As shown in FIG. 9, machine learning using a neural network or quantum computing is performed to build a trained model. As machine learning using a neural network or quantum computing, a deep learning method (deep learning method) is suitable. The deep learning method is a learning method based on a neural network in which hidden layers (also referred to as intermediate layers) are multi-layered.
制御装置9の記憶装置9a(図1参照)は、機械学習アルゴリズムにより構築されたモデルを記憶しており、処理装置9b(図1参照)は、少なくとも、ノッチ検出装置200によって検出されたデータをモデルに入力し、ノッチの位置を示す判定結果をモデルから出力するための演算を実行する。モデルから出力された判定結果は、学習済みモデルを更新するための学習データセットに反映されてもよい。
The
上述したように、構築されたモデルに、現在のノッチの位置を示す画像データを入力すると、コンピュータは、ニューラルネットワークを構成する多層パーセプトロンのアルゴリズムに従って演算を実行し、出力層は、ノッチの位置を示す判定結果(例えば、数値)を出力する。 As described above, when image data indicating the current notch position is input to the constructed model, the computer executes an operation according to the algorithm of the multi-layer perceptron that constitutes the neural network, and the output layer determines the notch position. The indicated determination result (for example, numerical value) is output.
以下、ノッチ検出装置の他の実施形態について、図面を参照して説明する。以下に説明するノッチ検出装置は、ノッチの位置を示す画像データを取得する代わりに、ウェハとの距離に基づいて、ノッチの位置を測定する。以下に示す実施形態(図10乃至図16)においても、機械学習アルゴリズムにより構築されたモデルを用いて、ノッチの位置を示す判定結果を、自動的に、生成してもよい。結果として、制御装置9は、ノッチの位置と研磨ヘッド1との相対角度の変化量をより精度よく算出することができる。
Hereinafter, other embodiments of the notch detection device will be described with reference to the drawings. The notch detection device described below measures the position of the notch based on the distance to the wafer, instead of acquiring image data indicating the position of the notch. Also in the following embodiments (FIGS. 10 to 16), a determination result indicating the position of the notch may be automatically generated by using the model constructed by the machine learning algorithm. As a result, the control device 9 can more accurately calculate the amount of change in the relative angle between the notch position and the polishing
図10および図11は、リテーナリング103の外側に配置されたノッチ検出装置201を示す図である。図10および図11に示す実施形態では、ノッチ検出装置201は、非接触距離センサである。より具体的には、ノッチ検出装置201は、超音波センサであり、制御装置9に電気的に接続されている。超音波センサとしてのノッチ検出装置201は、数百kHz〜数百MHzの範囲内における超音波の周波数帯域を測定可能である。
10 and 11 are views showing a
図10および図11に示すように、リテーナリング103のリング部材103aには、研磨液の通過を許容する溝104がリング部材103aの周方向に沿って等間隔に形成されている。ノッチ検出装置201は、この溝104に隣接して配置されており、研磨ヘッド1には取り付けられていない。したがって、研磨ヘッド1が回転しても、ノッチ検出装置201は研磨ヘッド1とともに回転しない。
As shown in FIGS. 10 and 11, the
ノッチ検出装置201は、溝104を通じて、ウェハに向けて超音波を発信し、ウェハからの反射波を受信することにより、ウェハまでの距離を非接触で測定する。ウェハのノッチNtとノッチ検出装置201との距離は、ノッチNtが形成されていない部位とノッチ検出装置201との距離とは異なる。したがって、制御装置9は、ウェハの研磨中において、ノッチ検出装置201によって測定されたデータを取得し、超音波の発信から受信までに要した時間を演算することにより、ノッチNtの位置を精度よく特定することができる。本実施形態においても、ノッチ検出装置201は、ウェハの研磨中に、ウェハ角度の基準位置(すなわち、ノッチの位置)を精度よく特定することができる。
The
一実施形態では、ノッチ検出装置201は、非接触距離センサとして、超音波センサの代わりに、静電容量センサであってもよい。静電容量センサとしてのノッチ検出装置201は、ノッチ検出装置201とウェハとの間の静電容量を測定する。制御装置9は、ノッチ検出装置201から送られる静電容量に基づいて、ウェハとノッチ検出装置201との間の距離を測定する。
In one embodiment, the
一実施形態では、ノッチ検出装置201は、研磨テーブル3の回転方向において、研磨開始時におけるノッチの位置の下流側に配置されてもよい。このような配置により、ウェハの研磨中、ウェハが研磨ヘッド1の回転方向にずれても、ノッチ検出装置201は、ノッチの位置をより確実に測定することができる。
In one embodiment, the
一実施形態では、ノッチ検出装置201は、非接触距離センサとして、音響センサであってもよい。この場合、音響センサとしてのノッチ検出装置201は、研磨テーブル3の回転方向における下流側に配置されることが好ましい。
In one embodiment, the
ウェハの研磨開始後、研磨テーブル3の回転下流側でウェハWの周縁部がリテーナリング103の内周面に衝突する。ノッチNtが形成された部位のリテーナリング103との衝突音は、ノッチNtが形成されていない部位のリテーナリング103との衝突音とは異なる。したがって、制御装置9は、ウェハの研磨中において、音響センサとしてのノッチ検出装置201によって測定されたデータを取得し、衝突音の変化を測定することにより、制御装置9は、ノッチNtの位置を精度よく特定することができる。
After the start of polishing the wafer, the peripheral edge of the wafer W collides with the inner peripheral surface of the
図12は、ノッチ検出装置201の他の実施形態を示す図である。図12に示すように、ノッチ検出装置201は、弾性膜110の圧力室116fに配置された非接触距離センサであってもよい。このノッチ検出装置201は、周壁114fの内周面に取り付けられている。
FIG. 12 is a diagram showing another embodiment of the
図13は、複数のノッチ検出装置201を保持する保持リング202を示す図である。図13に示すように、複数のノッチ検出装置201は、弾性膜110と同心状に配置された保持リング202に保持されてもよい。複数のノッチ検出装置201は、保持リング202の円周方向に沿って等間隔に配置されており、保持リング202は、圧力室116fに配置されている。このような構成により、複数のノッチ検出装置201は、保持リング202を圧力室116fに配置するだけの簡単な構成で、ウェハの周縁部の全周にわたって、容易に配置される。このように、弾性膜110の周方向に沿って、複数のノッチ検出装置201を配置することにより、複数のノッチ検出装置201の少なくとも1つは、ノッチNtの位置を確実に特定することができる。
FIG. 13 is a diagram showing a retaining
一実施形態では、ノッチ検出装置201は、振動センサであってもよい。ノッチNtが形成されたウェハの部位のリテーナリング103との衝突に起因する弾性膜110の振動は、ノッチNtが形成されていないウェハの部位のリテーナリング103との衝突に起因する弾性膜110の振動とは異なる。制御装置9は、ウェハの研磨中において、振動センサとしてのノッチ検出装置201によって測定されたデータを取得し、振動の変化を測定することにより、制御装置9は、ノッチNtの位置を精度よく特定することができる。
In one embodiment, the
一実施形態では、ノッチ検出装置201は、音響センサであってもよい。この場合であっても、制御装置9は、ウェハの研磨中において、音響センサとしてのノッチ検出装置201によって測定されたデータを取得し、衝突音の変化を測定することにより、制御装置9は、ノッチNtの位置を精度よく特定することができる。
In one embodiment, the
図14および図15は、ノッチ検出装置201のさらに他の実施形態を示す図である。図14に示すように、ノッチ検出装置201は、リテーナリング103のリング部材103aの内部に埋め込まれた非接触距離であってもよい。複数のノッチ検出装置201が設けられる場合、これら複数のノッチ検出装置201は、リング部材103aの周方向に沿って等間隔に配置されている。
14 and 15 are views showing still another embodiment of the
図15に示すように、ノッチ検出装置201は、リテーナリング103のドライブリング103bに取り付けられた非接触距離センサであってもよい。複数のノッチ検出装置201が設けられる場合、これら複数のノッチ検出装置201は、ドライブリング103bの周方向に沿って等間隔に配置されている。リング部材103aは、交換が必要な消耗部品であるのに対し、ドライブリング103bは、交換不要な部品であるため、部品交換に伴う取り外しは不要である。上述した実施形態と同様に、一実施形態では、ノッチ検出装置201は、音響センサまたは振動センサであってもよい。
As shown in FIG. 15, the
図16は、ノッチ検出装置201のさらに他の実施形態を示す図である。図16に示すように、ノッチ検出装置201は、研磨テーブル3に埋め込まれた非接触距離センサであってもよい。図16に示す実施形態では、ノッチ検出装置201は、研磨テーブル3に形成された連通孔3bに埋め込まれており、研磨パッド2の裏面側に配置されている。ウェハの研磨中、ウェハは、研磨パッド2に押し付けられるため、ノッチ検出装置201は、研磨パッド2を介して、ウェハに形成されたノッチNtの位置を測定することができる。
FIG. 16 is a diagram showing still another embodiment of the
図16に示す実施形態では、ノッチ検出装置201は、ウェハの周縁部の下方に配置されているが、複数のノッチ検出装置201を設ける場合、これら複数のノッチ検出装置201は、ウェハの中心を通る研磨面2aの回転軌跡(図4参照)に沿って配置されてもよい。さらに、複数のノッチ検出装置201は、研磨面2aの回転軌跡の半径方向外側および半径方向内側に配置されてもよい。
In the embodiment shown in FIG. 16, the
なお、上述した実施形態では、研磨の初期にウェハと研磨ヘッド1との角度を合わせ、ノッチ検出装置200によるノッチNtの位置情報(または、ウェハの回転角度に関する情報)を基に、ノッチの位置と研磨ヘッド1との相対角度を補正しながら、ウェハの特定の位置が特定のヘッド回転角度に来たときに圧力室内の圧力(すなわち、研磨圧力)を変動させている。その際には、ロータリエンコーダ41(図1参照)から取得した研磨ヘッド1の回転角度と補正された相対角度から、ウェハの特定の位置が特定のヘッド回転角度の位置に来るタイミングを計算してもよい。また、ウェハの特定の位置が特定のヘッド回転角度に来るタイミングは、ウェハと研磨ヘッド1との相対角度を求めることなく、ノッチ検出装置200により求められるノッチNtの回転角度と、ウェハの膜厚が大きい部位の、ノッチNtに対する角度から、直接求められてもよい。
In the above-described embodiment, the angle between the wafer and the polishing
上述した実施形態によれば、制御装置9は、ウェハの研磨中に、ノッチ検出装置200およびノッチ検出装置201のうちの少なくとも1つによって測定されたデータに基づいて、ノッチNtの位置を特定することができる。したがって、制御装置9は、ノッチNtの位置に基づいて、ウェハの研磨終了後、研磨ヘッド1を研磨パッド2から離間させるタイミングを決定してもよい。
According to the above-described embodiment, the control device 9 identifies the position of the notch Nt based on the data measured by at least one of the
図17は、ウェハに形成されたパターンのスクライブラインを示す図である。図17に示すように、ウェハWには、格子状のスクライブラインSLが形成されている。図17に示す実施形態では、ノッチNtは、スクライブラインSLと平行な方向および垂直な方向に延びる切り欠きである。 FIG. 17 is a diagram showing a scribe line of a pattern formed on a wafer. As shown in FIG. 17, a grid-like scribe line SL is formed on the wafer W. In the embodiment shown in FIG. 17, the notch Nt is a notch extending in a direction parallel to and perpendicular to the scribe line SL.
図18(a)乃至図18(c)は、ウェハが割れる様子を示す図である。図18(a)に示すように、ウェハWの研磨中、ウェハWは研磨面2aから摩擦力を受けてウェハWの周縁部がリテーナリング103(より具体的には、リング部材103a)の内周面に押し付けられる場合がある。ウェハの研磨が終了して、研磨ヘッド1が上昇すると、リテーナリング103は、その自重により、下方向に僅かに移動する(図18(b)参照)。ウェハWの周縁部がリテーナリング103の内周面に接触した状態で、研磨ヘッド1が上昇すると、ウェハWには、リテーナリング103の自重によって、下方向の力が加わる。
18 (a) to 18 (c) are views showing how the wafer is cracked. As shown in FIG. 18A, during polishing of the wafer W, the wafer W receives a frictional force from the polishing
ウェハは、結晶配向の特性上、ノッチNtが延びる方向と直交する方向に沿って割れやすい。したがって、ノッチNtが研磨テーブル3の回転方向の下流側の位置でリテーナリング103の内周面に接触しているときに、研磨ヘッド1が上昇すると、ウェハが割れるおそれがある。特に、リテーナリング103に接触するウェハWの部位がスクライブラインSLと平行(より具体的には、ノッチNtが延びる方向と垂直な方向)である場合、ウェハWがスクライブラインSLに沿って割れる可能性が高い。
Due to the characteristics of crystal orientation, the wafer is liable to crack along the direction orthogonal to the direction in which the notch Nt extends. Therefore, if the polishing
そこで、制御装置9は、特定されたノッチNtの位置に基づいて、リテーナリング103に接触するウェハWの部位がスクライブラインSLに対して傾斜(例えば、45度)しているときに、研磨ヘッド1を上昇させることが望ましい。より具体的には、ノッチNtが研磨テーブル3の回転方向の下流側に対して45度の方向にある場合におけるウェハの強度は高い。したがって、制御装置9は、このときに、研磨ヘッド1を上昇させると、ウェハの破損を防止することができる。
Therefore, the control device 9 determines the polishing head when the portion of the wafer W in contact with the
図17に示す実施形態では、制御装置9は、ノッチ検出装置200(および/またはノッチ検出装置201)から取得した情報に基づいて、現在のノッチNtの位置がウェハWの研磨前のノッチNtの位置に対して、傾斜している(例えば、45度ずれている)と決定したときに、研磨ヘッド1を引き上げる。このような構成により、制御装置9は、研磨ヘッド1の上昇時に、ウェハWが割れることを防止することができる。
In the embodiment shown in FIG. 17, the control device 9 determines that the current notch Nt position is the notch Nt before polishing the wafer W based on the information acquired from the notch detection device 200 (and / or the notch detection device 201). When it is determined that the polishing
なお、図6、図10、図12、図13、図14、図15、および図16に示す実施形態は、可能な限り、組み合わされてもよい。この場合、ノッチ検出装置(符号省略)は、画像取得装置(例えば、図6参照)と、非接触センサ(例えば、図10、図12、図14、図15、および図16参照)と、を備えてもよい。 The embodiments shown in FIGS. 6, 10, 12, 13, 14, 14, 15, and 16 may be combined as much as possible. In this case, the notch detection device (reference notation omitted) includes an image acquisition device (see, for example, FIG. 6) and a non-contact sensor (see, for example, FIGS. 10, 12, 14, 15, 15, and 16). You may prepare.
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。 The above-described embodiment is described for the purpose of enabling a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs to carry out the present invention. Various modifications of the above embodiment can be naturally made by those skilled in the art, and the technical idea of the present invention can be applied to other embodiments. Therefore, the present invention is not limited to the described embodiments, but is construed in the broadest range according to the technical idea defined by the claims.
1 研磨ヘッド
2 研磨パッド
2a 研磨面
3 研磨テーブル
3a テーブル軸
3b 連通孔
5 研磨液供給ノズル
9 制御装置
9a 記憶装置
9b 処理装置
11 研磨ヘッドシャフト
12 回転筒
13 テーブルモータ
14 タイミングプーリ
16 ヘッドアーム
18 研磨ヘッドモータ
19 タイミングベルト
20 タイミングプーリ
21 アームシャフト
25 ロータリージョイント
26 軸受
27 上下動機構
28 ブリッジ
29 支持台
30 支柱
32 ボールねじ
38 サーボモータ
39 研磨ヘッド高さセンサ
41 ロータリエンコーダ(回転角度検出器)
102 ヘッド本体
103 リテーナリング
103a リング部材
103b ドライブリング
104 溝
110 弾性膜
114a,114b,114c,114d,114e,114f 周壁
116a 中央圧力室
116b,116c,116d,116e 中間圧力室
116f エッジ圧力室
141 フランジ
142 スペーサ
143 キャリア
160 リテーナリング押圧機構
161 ピストン
162 ローリングダイヤフラム
163 リテーナリング圧力室
165 圧力調整装置
173 流体ライン
175 連結部材
176 軸部
177 ハブ
178 スポーク
182 ロータリージョイント
185 球面軸受
199 磁石
200,201 ノッチ検出装置(基準位置検出装置)
200a ファイバースコープ
200b ライト
202 保持リング
1
102
Claims (12)
基板を前記研磨パッドの研磨面に押し付ける研磨ヘッドと、
前記研磨ヘッドをその軸心を中心として回転させる回転機構と、
前記基板の研磨中において、前記基板の周方向の角度の基準位置を検出する基準位置検出装置と、
前記研磨ヘッドの回転角度を検出する回転角度検出器と、
前記基板の研磨中における前記基準位置を前記基準位置検出装置から取得する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記回転角度検出器から取得した前記研磨ヘッドの回転角度に関する第1の信号と、前記基準位置検出装置から取得した前記基準位置の回転角度に関する第2の信号に基づいて、前記基準位置の前記研磨ヘッドに対する相対角度を算出する、研磨装置。 A polishing table that supports the polishing pad and
A polishing head that presses the substrate against the polishing surface of the polishing pad,
A rotation mechanism that rotates the polishing head around its axis,
A reference position detecting device for detecting a reference position of an angle in the circumferential direction of the substrate during polishing of the substrate, and a reference position detecting device.
A rotation angle detector that detects the rotation angle of the polishing head,
A control device for acquiring the reference position during polishing of the substrate from the reference position detecting device is provided.
The control device is based on the first signal regarding the rotation angle of the polishing head acquired from the rotation angle detector and the second signal regarding the rotation angle of the reference position acquired from the reference position detection device. A polishing device that calculates a relative angle of a reference position with respect to the polishing head.
前記回転角度検出器から取得した前記研磨ヘッドの回転角度に基づいて、前記基板の研磨開始前における前記基準位置と前記研磨ヘッドとの相対角度を決定し、
前記基準位置検出装置から取得した、前記基板の研磨中における前記基準位置に基づいて、前記相対角度の変化量を算出し、
前記算出された変化量に基づいて、前記相対角度を補正する、請求項1に記載の研磨装置。 The control device is
Based on the rotation angle of the polishing head obtained from the rotation angle detector, the relative angle between the reference position and the polishing head before the start of polishing of the substrate is determined.
The amount of change in the relative angle is calculated based on the reference position during polishing of the substrate obtained from the reference position detection device.
The polishing apparatus according to claim 1, wherein the relative angle is corrected based on the calculated amount of change.
前記基板を前記研磨面に対して押し付ける弾性膜と、
前記弾性膜を囲むように配置された、前記研磨面に接触するリテーナリングと、を備えており、
前記基準位置検出装置は、前記弾性膜に隣接して配置されている、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の研磨装置。 The polishing head
An elastic film that presses the substrate against the polished surface,
It is provided with a retainer ring that is arranged so as to surround the elastic film and is in contact with the polished surface.
The polishing apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the reference position detecting apparatus is arranged adjacent to the elastic film.
前記基板の周方向の角度の基準位置を基準として、前記基板上の膜厚を調整すべき特定部位の回転角度を決定し、
前記基板の研磨中において、前記基板の周方向の角度の基準位置を検出し、
前記検出された基準位置の情報と前記特定部位の回転角度に基づき、前記特定部位が研磨テーブル上の特定の位置に位置した時に研磨圧力を調整する、研磨方法。 Obtain the film thickness distribution information of the substrate and
With reference to the reference position of the angle in the circumferential direction of the substrate, the rotation angle of the specific portion for which the film thickness on the substrate should be adjusted is determined.
During polishing of the substrate, a reference position of an angle in the circumferential direction of the substrate is detected.
A polishing method for adjusting the polishing pressure when the specific part is located at a specific position on the polishing table based on the detected reference position information and the rotation angle of the specific part.
前記検出された基準位置の情報に基づいて、研磨ヘッドの上昇するタイミングを決定する、研磨方法。 During polishing of the substrate, the reference position of the circumferential angle of the substrate is detected.
A polishing method for determining the timing at which the polishing head rises based on the detected reference position information.
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