JP2022129701A - 両面研磨装置及び研磨布のドレッシング方法 - Google Patents

両面研磨装置及び研磨布のドレッシング方法 Download PDF

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Abstract

【課題】コンディショニングヘッドを用いたドレッシングで研磨布全体を均一な荷重でドレッシングできる両面研磨装置、及びコンディショニングヘッドを用いたドレッシングで研磨布全体を均一な荷重でドレッシングできるドレッシング方法を提供すること。【解決手段】研磨布及び研磨スラリーを用いて半導体ウェーハを両面研磨する装置であって、高圧洗浄水を供給するアームに、前記研磨布をドレッシングする為の上側及び下側コンディショニングヘッドが取り付けられたドレッシング装置が付随しており、前記ドレッシング装置は、前記上側及び下側コンディショニングヘッドをそれぞれ独立した圧力で加圧することができる圧力調整機構を有するものであることを特徴とする両面研磨装置。【選択図】図３

Description

本発明は、半導体ウェーハの両面研磨装置、及び研磨布のドレッシング方法に関する。
半導体回路線幅の微小化に伴い、その基板である半導体ウェーハ（以下、単に「ウェーハ」とも称する。）に要求される平坦度はますます厳しくなってきている。このような中で、大直径ウェーハを研磨する際には、従来の片面研磨に代わってより加工精度の優れた両面研磨方式が採用されている。
ここで、両面研磨装置において、研磨後の研磨布にはシリコン屑やスラリー液などが染み込んで研磨レートの低下や、ウェーハへのキズの原因となる。そこで研磨終了時に高圧洗浄水を噴射して研磨布内のシリコン屑やスラリー液などを除去している（特許文献１）。
しかしながら、それだけでは研磨布内のシリコン屑やスラリー液などを除去しきれないので、研磨終了後に、ワークおよびキャリアを取り外した後に表面にダイヤモンドが電着されたドレッシングプレートを装置に設置し、サンギアとインターナルギアでドレスプレートを回転させながら上定盤、下定盤を回転させてドレッシングしている。
このドレッシングプレートを用いたドレッシング方法は装置の生産性を大きく落とすだけではなく、ドレス前後でのウェーハ平坦度を変化させてしまい、ウェーハ品質も悪化させてしまう。
そこで、高圧洗浄水を供給するアームに研磨布をドレッシングする為のコンディショニングヘッドが取り付けられたドレッシング装置（特許文献２）を用いることで、装置の生産性改善、ウェーハ品質の安定化が図れる。
特開平７－９３４０号公報 特開２０１２－７４１号公報 特開２０００－２３７９４８号公報 特開２０１５－３００５８号公報 特開２０１７－６４８７４号公報 特開平１０－２１７１０２号公報 特開２００２－５２４６３号公報 特開２００４－１４２０８３号公報 特開２０１０－８２７６８号公報
ところが、コンディショニングヘッドを用いたドレッシング方法の場合、コンディショニングヘッドが取り付けられたアームの走査精度や、装置の定盤の回転精度に依存して研磨布全体に均一な荷重でドレッシングすることが出来なかった。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、コンディショニングヘッドを用いたドレッシングで研磨布全体を均一な荷重でドレッシングできる両面研磨装置、及びコンディショニングヘッドを用いたドレッシングで研磨布全体を均一な荷重でドレッシングできるドレッシング方法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、本発明では、研磨布及び研磨スラリーを用いて半導体ウェーハを両面研磨する装置であって、
高圧洗浄水を供給するアームに、前記研磨布をドレッシングする為の上側及び下側コンディショニングヘッドが取り付けられたドレッシング装置が付随しており、
前記ドレッシング装置は、前記上側及び下側コンディショニングヘッドをそれぞれ独立した圧力で加圧することができる圧力調整機構を有するものであることを特徴とする両面研磨装置を提供する。
本発明の両面研磨装置であれば、圧力調整機構を具備することにより、アームの走査精度及び装置の定盤の回転精度に依存した面圧のばらつきを抑制でき、研磨布全体を均一な荷重でドレッシングすることができる。
前記ドレッシング装置が、前記上側及び下側コンディションニングヘッドのそれぞれへの圧力を測定するための圧力センサを更に有し、
前記圧力調整機構は、前記圧力センサによる圧力測定結果に基づき、前記上側及び下側コンディショニングヘッドへの圧力を調整するものであることが好ましい。
このような両面研磨装置であれば、研磨布全体をより確実に均一な荷重でドレッシングすることができる。
また、本発明では、研磨布及び研磨スラリーを用いて半導体ウェーハを両面研磨する装置における研磨布のドレッシング方法であって、
前記両面研磨装置として、高圧洗浄水を供給するアームに、前記研磨布をドレッシングする為の上側及び下側コンディショニングヘッドが取り付けられたドレッシング装置が付随した装置を用い、
前記上側及び下側コンディショニングヘッドを、圧力調整機構を用いてそれぞれ独立した圧力で加圧することで前記研磨布に押し当てながら、該研磨布をドレッシングすることを特徴とするドレッシング方法を提供する。
本発明の研磨布のドレッシング方法であれば、圧力調整機構を用いることにより、アームの走査精度及び装置の定盤の回転精度に依存した面圧のばらつきを抑制しながら、研磨布全体を均一な荷重でドレッシングすることができる。
前記ドレッシング装置として、圧力センサを更に有するものを用い、
前記上側及び下側コンディショニングヘッドのそれぞれへの圧力を、前記圧力センサを用いて測定し、
前記上側及び下側コンディショニングヘッドのそれぞれへの圧力を、前記圧力の測定結果に基づき、前記両面研磨装置の前記上側及び下側コンディショニングヘッドが取り付けられた前記アームの走査精度及び定盤の回転精度に合わせて調整して、前記研磨布をドレッシングすることが好ましい。
このような研磨布のドレッシング方法であれば、研磨布全体をより確実に均一な荷重でドレッシングすることができる。
以上のように、本発明の両面研磨装置であれば、アームの走査精度及び装置の定盤の回転精度に依存した面圧のばらつきを抑制でき、研磨布全体を均一な荷重でドレッシングすることができる。
また、本発明の研磨布のドレッシング方法であれば、アームの走査精度及び装置の定盤の回転精度に依存した面圧のばらつきを抑制しながら、研磨布全体を均一な荷重でドレッシングすることができる。
本発明の両面研磨装置の一例を示す概略斜視図である。 図１に示す両面研磨装置の一部の概略平面図である。 図１に示す両面研磨装置が有するアーム及びドレッシング装置の概略側面図である。 本発明の両面研磨装置の他の例が有するアーム及びドレッシング装置の概略側面図である。 実施例における、コンディショニングヘッドへの圧力を調整する前の圧力変動を示す図である。 コンディショニングヘッドの面圧ばらつきの要因の一例を説明する概略断面図である。 実施例における、上側及び下側コンディショニングヘッドへの圧力を調整した後の圧力変動を示す図である。 コンディショニングヘッドの面圧ばらつきの要因の他の例を説明する概略断面図である。 実施例における、上側及び下側コンディショニングヘッドへの圧力を更に調整した後の圧力変動を示す図である。
上述のように、コンディショニングヘッドを用いたドレッシングで研磨布全体を均一な荷重でドレッシングできる両面研磨装置、及びコンディショニングヘッドを用いたドレッシングで研磨布全体を均一な荷重でドレッシングできるドレッシング方法の開発が求められていた。
本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、高圧洗浄水を供給するアームにドレッシング装置が付随した両面研磨装置において、上側及び下型コンディショニングヘッドをそれぞれ独立した圧力で加圧できるようにすることで、アームの走査精度及び装置の定盤の回転精度に依存した面圧のばらつきを抑制でき、その結果、研磨布全体を均一な荷重でドレッシングすることができることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明は、研磨布及び研磨スラリーを用いて半導体ウェーハを両面研磨する装置であって、
高圧洗浄水を供給するアームに、前記研磨布をドレッシングする為の上側及び下側コンディショニングヘッドが取り付けられたドレッシング装置が付随しており、
前記ドレッシング装置は、前記上側及び下側コンディショニングヘッドをそれぞれ独立した圧力で加圧することができる圧力調整機構を有するものであることを特徴とする両面研磨装置である。
また、本発明は、研磨布及び研磨スラリーを用いて半導体ウェーハを両面研磨する装置における研磨布のドレッシング方法であって、
前記両面研磨装置として、高圧洗浄水を供給するアームに、前記研磨布をドレッシングする為の上側及び下側コンディショニングヘッドが取り付けられたドレッシング装置が付随した装置を用い、
前記上側及び下側コンディショニングヘッドを、圧力調整機構を用いてそれぞれ独立した圧力で加圧することで前記研磨布に押し当てながら、該研磨布をドレッシングすることを特徴とするドレッシング方法である。
なお、上記特許文献１及び２以外にも、例えば特許文献３～９においても様々なドレッシング装置やドレッシング方法が提案されているが、いずれの文献にも、高圧洗浄水を供給するアームにドレッシング装置が付随した両面研磨装置において、上側及び下型コンディショニングヘッドをそれぞれ独立した圧力で加圧できるようにすることは記載も示唆もされていない。
以下、本発明について図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１は、本発明の両面研磨装置の一例を示す概略斜視図である。
図１に示すように、両面研磨装置１は、上下に相対向して設けられた上定盤２と下定盤３とを備えており、上下定盤２及び３には、それぞれ研磨布４ａ及び４ｂが貼付されている。キャリア５には半導体ウェーハ（例えば、シリコンウェーハ）を保持するための保持孔６が設けられ、キャリア５が上下定盤２及び３の間に挟まれるようになっている。また、上下定盤２及び３は、それぞれ上下回転軸７及び８によって回転する。
両面研磨装置１では、高圧洗浄水を供給するアーム（洗浄アーム）９に、ドレッシング装置１０が付随している。アーム９は、旋回軸９ａに接続されている。
図２は、両面研磨装置１とドレッシング装置１０の関係について示している。具体的には、図１の上下定盤２及び３の間から下定盤３側を見た概略平面図である。上下定盤２及び３はそれぞれ回転しており、ドレッシング装置１０はアーム９が旋回軸９ａを軸として旋回することで、上下定盤２及び３の内から外、または外から内に研磨布４ａ及び４ｂのドレッシング（シーズニング）を実施する機構となっている。
図３に、図１に示す両面研磨装置１が有するアーム９及びドレッシング装置１０の概略側面図を示す。アーム９は、図３にあるように、先端に高圧洗浄水供給装置１３を備え、高圧洗浄水噴出口１３ａから高圧ジェット水が上下に噴出するようになっている。
アーム９には、研磨布４ａをドレッシングするための上側コンディショニングヘッド（上定盤側ドレス面）１１ａ、及び研磨布４ｂをドレッシングするための下側コンディショニングヘッド（下定盤側ドレス面）１１ｂが取り付けられている。
ドレッシング装置１０は、上側及び下側コンディショニングヘッド１１ａ及び１１ｂをそれぞれ独立した圧力で加圧することができる圧力調整機構１２ａ及び１２ｂを有している。図１～図３に示す両面研磨装置１では、ドレッシング装置１０が、圧力調整機構１２ａ及び１２ｂとしてのエアバッグを有しており、これらエアバッグによる荷重制御が可能なドレッサーとなっている。もちろん、圧力調整機構は、これには限定されず、上側と下側とでそれぞれ独立して圧力を調整できるものであればよい。
次に、本発明のドレッシング方法は、上記のような、本発明の両面研磨装置を用いて行うことができる。研磨布４ａ及び４ｂの研磨面のドレッシングを行う際には、図１に示すように、ドレッシング装置１０が、上定盤２と下定盤３との間に配置される。上下定盤２及び３を回転させ、上側及び下側コンディショニングヘッド１１ａ及び１１ｂを圧力調整機構１２ａ及び１２ｂを用いてそれぞれ独立した圧力で加圧することで、研磨布４ａ及び４ｂに押し当てながら、研磨布４ａ及び４ｂをドレッシングする。
図１に示す両面研磨装置では、上側及び下側コンディショニングヘッド１１ａ及び１１ｂを圧力調整機構１２ａ及び１２ｂを用いてそれぞれ独立した圧力で加圧できるので、アーム９の走査精度及び定盤の回転精度を原因とした、上側及び下側コンディショニングヘッド１１ａ及び１１ｂの研磨布４ａ及び４ｂそれぞれへの面圧のばらつきを抑制しながら、研磨布４ａ及び４ｂをドレッシングすることができる。
本発明の両面研磨装置及びドレッシング方法は、様々な変形が可能である。
図４は、本発明の両面研磨装置の他の例が有するアーム及びドレッシング装置の概略側面図である。
図４に示すドレッシング装置１０は、図３に示すドレッシング装置１０から、面圧測定機構としての圧力センサ（ロードセル）１４を内蔵させ、ドレッシング（シーズニング）中の上側及び下側コンディショニングヘッド１１ａ及び１１ｂへの面圧を測定し、モニタリング制御できるように変更したものである。
この例では、圧力センサ１４によって圧力測定を行い、圧力調整機構１２ａ及び１２ｂにより、圧力測定結果に基づいて、上側及び下側コンディショニングヘッド１１ａ及び１１ｂへの圧力を、調整するものとしている。
このような両面研磨装置では、圧力を測定しながら上側及び下側コンディショニングヘッド１１ａ及び１１ｂを走査することで、荷重のばらつきを評価できる。この測定結果（評価結果）に基づいて、圧力調整機構１２ａ及び１２ｂにより調整される圧力条件を最適化したレシピを作成し、このレシピに基づいて研磨布４ａ及び４ｂのドレッシングを行なうことができる。その結果、ドレッシング装置１０を用いたドレッシングで研磨布４ａ及び４ｂ全体をより確実に均一な荷重でドレッシングすることができる。
以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例）
実施例では、図４に示すドレッシング装置を用いたこと以外は図１に示した両面研磨装置１と同様の両面研磨装置を用いて、以下の手順で研磨布のドレッシングを行った。
上側及び下側コンディショニングヘッド１１ａ及び１１ｂに一定の１ｋｇの圧力を加えて上定盤２と下定盤３を回転させながらドレッシング装置を定盤内側から外側にかけて走査した際に、図５のような圧力変動（面圧ばらつき）が見られる。この圧力変動は２つの要因からばらついていると考えられる。１つはドレッシング装置１０を動かすアーム９の走査精度である。図５に示すように、定盤の内側から外側にかけて、下定盤３の圧力が低下し、上定盤２の圧力が上昇する傾向にある。図６に示すように、これはアーム９の位置が内側から外側に行くにしたがって徐々に上に位置が変わってしまっているものと考えられる。これに対して、図７に示すように、定盤の位置に応じて、圧力調整機構１２ａ及び１２ｂを用いて、上側及び下側コンディショニングヘッド１１ａ及び１１ｂへの圧力（エア圧力）をそれぞれ独立して調節して、上下の面圧を変更することで、研磨布４ａ及び４ｂに対する面圧のばらつきが改善された。
次に、周期的な圧力の変動が見られるが、これは、図８に示すように、上下定盤２及び３の回転精度に起因したものと考えられる。今回、上定盤２の回転周期での変動が見られた為、上定盤２が傾いて回転している可能性がある。圧力調整機構１２ａ及び１２ｂを用いて、この傾きを調整するように上定盤２の回転角度に応じて、上側及び下側コンディショニングヘッド１１ａ及び１１ｂへの圧力をそれぞれ独立して調節した結果、図９のように面圧のばらつきを低減することが出来た。
これらの結果、実施例では、研磨布４ａ及び４ｂ全体を均一な荷重でドレッシングすることができた。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
１…両面研磨装置、 ２…上定盤、 ３…下定盤、 ４ａ及び４ｂ…研磨布、 ５…キャリア、 ６…保持孔、 ７…上回転軸、 ８…下回転軸、 ９…アーム、 ９ａ…旋回軸、 １０…ドレッシング装置、 １１ａ…上側ドレッシングヘッド、 １１ｂ…下側ドレッシングヘッド、 １２ａ及び１２ｂ…圧力調整機構、 １３…高圧洗浄水供給装置、 １３ａ…高圧洗浄水噴出口、 １４…圧力センサ。
前記ドレッシング装置が、前記上側及び下側コンディショニングヘッドのそれぞれへの圧力を測定するための圧力センサを更に有し、
前記圧力調整機構は、前記圧力センサによる圧力測定結果に基づき、前記上側及び下側コンディショニングヘッドへの圧力を調整するものであることが好ましい。
本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、高圧洗浄水を供給するアームにドレッシング装置が付随した両面研磨装置において、上側及び下側コンディショニングヘッドをそれぞれ独立した圧力で加圧できるようにすることで、アームの走査精度及び装置の定盤の回転精度に依存した面圧のばらつきを抑制でき、その結果、研磨布全体を均一な荷重でドレッシングすることができることを見出し、本発明を完成させた。
なお、上記特許文献１及び２以外にも、例えば特許文献３～９においても様々なドレッシング装置やドレッシング方法が提案されているが、いずれの文献にも、高圧洗浄水を供給するアームにドレッシング装置が付随した両面研磨装置において、上側及び下側コンディショニングヘッドをそれぞれ独立した圧力で加圧できるようにすることは記載も示唆もされていない。

Claims (4)

  1. 研磨布及び研磨スラリーを用いて半導体ウェーハを両面研磨する装置であって、
    高圧洗浄水を供給するアームに、前記研磨布をドレッシングする為の上側及び下側コンディショニングヘッドが取り付けられたドレッシング装置が付随しており、
    前記ドレッシング装置は、前記上側及び下側コンディショニングヘッドをそれぞれ独立した圧力で加圧することができる圧力調整機構を有するものであることを特徴とする両面研磨装置。
  2. 前記ドレッシング装置が、前記上側及び下側コンディションニングヘッドのそれぞれへの圧力を測定するための圧力センサを更に有し、
    前記圧力調整機構は、前記圧力センサによる圧力測定結果に基づき、前記上側及び下側コンディショニングヘッドへの圧力を調整するものであることを特徴とする請求項１に記載の両面研磨装置。
  3. 研磨布及び研磨スラリーを用いて半導体ウェーハを両面研磨する装置における研磨布のドレッシング方法であって、
    前記両面研磨装置として、高圧洗浄水を供給するアームに、前記研磨布をドレッシングする為の上側及び下側コンディショニングヘッドが取り付けられたドレッシング装置が付随した装置を用い、
    前記上側及び下側コンディショニングヘッドを、圧力調整機構を用いてそれぞれ独立した圧力で加圧することで前記研磨布に押し当てながら、該研磨布をドレッシングすることを特徴とするドレッシング方法。
  4. 前記ドレッシング装置として、圧力センサを更に有するものを用い、
    前記上側及び下側コンディショニングヘッドのそれぞれへの圧力を、前記圧力センサを用いて測定し、
    前記上側及び下側コンディショニングヘッドのそれぞれへの圧力を、前記圧力の測定結果に基づき、前記両面研磨装置の前記上側及び下側コンディショニングヘッドが取り付けられた前記アームの走査精度及び定盤の回転精度に合わせて調整して、前記研磨布をドレッシングすることを特徴とする請求項３に記載のドレッシング方法。
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