JP4303860B2 - Silicon wafer polishing equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、シリコンウェハの研磨加工を行なう研磨装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来シリコンウェハの製造工程で、シリコンウェハの研磨は、シリコンインゴットを切断して得られるウェハの加工歪みを除去し、表面の平行度を確保するために研磨するラッピング工程と、ウェハ製造工程で最終段階に近くウェハ表面を鏡面に磨くための化学的機械研磨工程(CMP:Chemical Mechanical Polishing)と呼ばれているいわゆるポリッシング工程において行われる。
これらの工程の何れにおいても、シリコンウェハの表面平坦性及びウェハ表裏両表面の平行性が極めて重要な要素であり、これまで各種研磨法が開発されてきている。
【0003】
従来の研磨装置の一例について、図5を用いて説明する。図中51は、研磨定盤であり、この研磨定盤は回転軸53に接続されており、図示していないが回転駆動装置により回転運動するようになっている。上記研磨定盤51の表面には、研磨布52が貼着されており、通常アルミナあるいは炭化珪素などの砥粒からなる研磨剤が供給され、研磨布表面に研磨剤を保持するようになっている。一方、この研磨布に対向して研磨プレート54が回転軸56に固定され配置されている。そして上記研磨プレート54の下面には研磨されるシリコンウェハ55がワックスなどの接着剤によって貼着されている。そして、研磨プレート54は、上部から図示していないがエアシリンダーあるいはデッドウエイトにより下方に向けて加圧されており、シリコンウェハ55と、研磨布52が圧接され、かつ上記回転軸53,56がそれぞれ回転運動して、シリコンウェハ55と研磨布52とが相対的に回転移動することによりシリコンウェハ55の表面が研磨される。
【0004】
ところでこのような、エアシリンダーおよびデッドウエイトによる加圧方法では、研磨定盤51及び研磨プレート54の面内を均一に加圧することが難しく、また研磨定盤51の表面と研磨プレート54の表面との平行性を保つことが極めて困難になっている。
また、研磨中のシリコンウェハ55と研磨布52の間で発熱が起こり、この発熱により、研磨プレート54の上下面で温度差が生じて研磨プレートが図6に示すように下向きに凸形状に熱変形し、これに伴い表面に貼着されているシリコンウェハ55も変形するため、その結果、研磨の結果得られるシリコンウェハ55は図7に示すように表面が凹状となり、かつ両表面が非平行となるという問題点がある。
このように、上記従来のエアシリンダーやデッドウエイト等の加圧手段を採用した研磨装置は、圧力の面内均一性およびプレートの熱変形の点で不十分であった。
【0005】
また、上記研磨装置において、シリコンウェハへの加圧を、空気や水などの流体を用いて行う装置が知られている。すなわち図8に示す装置が流体を加圧手段として用いる研磨装置であり、図中81が研磨定盤、82が研磨布である。そして、これらに対向してシリコンウェハ85が貼着された研磨プレート84があり、該研磨プレート84の上部には弾性中空体87が配設されている。この弾性中空体87中には空気あるいは水のような流体が圧入されており、この弾性中空体87に加えられる加圧力がパスカルの原理により均等に研磨プレート84に伝達されシリコンウェハ85を研磨布82に圧接する。そしてこの研磨装置においても回転軸83及び88により研磨布82とシリコンウェハ85が相対的に回転移動して研磨が行われる。
【0006】
ところでかかる研磨装置において、加圧手段として空気を用いることは例えば特開平11−77519号公報に見られるように、公知のことである。しかしながら、この研磨装置において、シリコンウェハと研磨布との摩擦によって発生する熱を制御する手段がないため、発生した熱によってプレートが熱変形してしまい、研磨後のシリコンウェハ表面の平行度を確保することが困難となるという欠点は依然として改良されていない。
【0007】
また、上記研磨装置において、加圧手段として水を用いることは例えば実開昭62−165849号公報に見られるように公知のことである。しかしながら、この研磨装置において、加圧手段として用いている水が非圧縮流体であることから、ダンパ作用に乏しく、回転駆動系の変動等により急激な圧力変化があった場合、水を充満している弾性中空体が圧力変化を吸収することが難しく、圧力変化の衝撃は直接シリコンウェハと研磨布に伝達され、その結果研磨条件の安定性を損なうこととなり、研磨厚み等の研磨管理が困難になる。
これを改善するためには、水を収容する弾性中空体として弾性係数の小さい材料を採用する必要があるが、このような材料を用いた弾性中空体には、高い圧力を印加できないため、研磨効率が低下するという問題点がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情を勘案してなされたもので、シリコンウェハの研磨加工において、均一性に優れ、しかも研磨プレートの熱変形を防止して研磨精度を向上させ、かつ加工能率を改善することのできる研磨装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、表面に研磨布を貼着した研磨定盤と、該研磨定盤と対向して配置された中空シリンダー状の研磨プレートヘッドと、該研磨プレートヘッド開口部に摺動自在に挿着され研磨定盤に対向してシリコンウェハを貼着するための表面を有する研磨プレートと、該研磨プレートと該研磨プレートヘッドとで囲繞された空間に配置され、該研磨プレートと接触する弾性中空体と、該研磨布の表面温度を測定する第1の温度センサーと、該研磨プレートと該弾性中空体とが接する境界の温度を測定する第2の温度センサーと、該温度センサーからの信号を処理するための制御装置と、制御装置からの制御信号により該弾性中空体に供給する流体の温度を制御する温調ユニットと、該温調ユニットにより温度調節された流体を該弾性中空体に供給する配管を備え、該シリコンウェハと該研磨布を相対的に摺動させてシリコンウェハを研磨するシリコンウェハ研磨装置において、該弾性中空体が内室と該内室を囲繞するように設けられた外室に分離され、該内室には空気を、該外室には該温調ユニットにより温度制御された該流体を収容し得るように構成された二重構造であり、前記温調ユニットは、該研磨布の表面温度と該研磨プレートの弾性中空体側表面温度が等しくなるように該流体の温度を制御することを特徴とするシリコンウェハ研磨装置である。
【0010】
また、前記流体は水であることを特徴とするシリコンウェハ研磨装置である。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明の好ましい実施の形態について詳述する。
図1が、本発明の研磨装置の概略断面図である。本発明の研磨装置は、主として研磨定盤1及び研磨プレートヘッド6から構成されている。
上記研磨定盤1は下部に位置する回転軸3に固定され、図示していないが回転駆動装置に接続され回転自在となっている。そして、その表面には、シリコンウェハと摺接してこれを研磨する研磨布2が貼着されている。
【0012】
上記研磨定盤1に対向して、研磨プレートヘッド6が配置されている。この研磨プレートヘッド6は、研磨プレートヘッド6の上部に位置する回転軸10に同軸的に固定され、図示していない回転駆動装置により回転自在となっていると共に、研磨定盤との間隙を調整できるように上下動可能となっている。そして、該研磨プレートヘッド6は、円筒状の中空シリンダー形状をしており、その内部に二重構造弾性中空体7及び研磨プレート4が収容されている。
上記二重構造弾性中空体7は、ゴム等の弾性体から形成されている二重構造をした中空体で、その内部は、内室8及び外室9に分離されている。これらの内室8及び外室9は、それぞれ別個に流体供給配管11,13を通して気体や液体のような流体を圧入可能となっている。これらの流体は、内室8あるいは外室9の開口部配管に設けられたバルブ12,14によって圧入・排出の操作を行えるようになっている。
上記研磨プレート4は、研磨プレートヘッド6の開口部に摺動自在に挿着されており、該研磨プレート4の研磨定盤1に面している表面には、ワックス等の接着剤によってシリコンウェハ5が貼着される。
【0013】
かかる研磨装置を用いてシリコンウェハの研磨を行うには、まず、シリコンウェハ5を研磨プレート4に貼着保持する。この際、シリコンウェハ5は研磨プレート回転中心軸に位置しないように研磨プレート4の周辺部に配置することが、均一な研磨を行うために望ましい。また、シリコンウェハ5を複数枚接着して研磨する場合に、研磨プレート4の回転中心軸に対して回転対称となるようにシリコンウェハ4を配置することにより、さらに研磨の均一性が向上する。
【0014】
次いで、研磨定盤1と研磨プレートヘッド6との相対位置決め、及び、二重構造弾性中空体7の内室8及び外室9への流体の圧入を行う。この際、流体として気体と液体を併用することが必要である。この二重構造弾性中空体7に封入する流体の圧力によりシリコンウェハ4と研磨布2の接触圧が決定され、研磨速度を決定することとなる。
このように設定された研磨装置は、従来の研磨装置と同様に研磨定盤1、及び研磨プレートヘッド6に接続された回転軸3,10により相対的に回転移動して研磨が行われる。この際に、研磨布2にはアルミナあるいは炭化珪素などの砥粒を含む研磨剤を保持させておくことが望ましく、また、研磨中に研磨剤を供給することによってさらに研磨効率の向上を期待できる。
【0015】
以上の実施例においては、研磨プレートの温度制御を行なわずに研磨しているが、研磨布とシリコンウェハとの研磨熱によって研磨プレートのシリコンウェハ側表面と二重構造弾性中空体側表面との温度差によって研磨プレートの熱変形が生じることがある。これを抑制するために、研磨プレートの温度を調整することが望ましい。そこで、図2を用いて本発明のさらに好ましい実施例を説明する。このより好ましい実施例では、温度調整を、二重構造弾性中空体の研磨プレートに接する外室に温度制御された流体を流すことによって行うことができる。このような本発明の研磨装置は、図1に示す本発明の研磨装置に、研磨プレート表面の温度を測定する手段及びその結果に基づいて研磨プレート表面の温度を制御する手段を付加したものである。
【0016】
本発明において、研磨プレートの温度制御を行うためには、研磨プレート上下両面の温度を正確に把握する必要があるが、研磨プレートのシリコンウェハ側表面については測定が困難である。そこで、本発明においては研磨プレートのシリコンウェハ側表面については研磨プレートのシリコンウェハ側表面の温度と近似している研磨布表面の温度を放射温度センサーで測定するようにしている。すなわち、図2の本実施例の研磨装置において、15が研磨布2の表面温度を非接触で測定する第1の温度センサーである放射温度センサーであり、その出力は温度センサーインターフェース17に送られる。
【0017】
また、研磨プレート4の二重構造弾性中空体7側表面の温度については研磨プレート4と二重構造弾性中空体7の接触面に第2の温度センサーである熱電対のような接触式の温度センサー16を取付け、測定する。この温度センサー16からの出力信号は、温度センサーインターフェース18に出力されるが、該研磨プレートヘッド6が回転体であることから、温度センサー16と温度センサーインターフェース18の間の信号伝達は、信号取り出し線の不要な無線式のインターフェースを用いることもできる。
【0018】
これらの2つの温度センサー15,16の出力信号は、温度センサーインターフェース17,18を経て、制御装置19に送られる。そして、該制御装置19は、これら2つの温度センサー15,16の情報を基に研磨布2の表面温度と研磨プレート4の弾性中空体7との境界表面の温度とが比較され、図4に示すように研磨布表面温度T1と研磨プレートの弾性中空体側表面温度T2がほぼ等しくなるように熱交換媒体である流体の温度を温調ユニットによって制御し、かかる熱交換媒体流体を二重構造弾性中空体の外室9に圧入し流通させて温度調節を行う。かかる際に、上記熱交換媒体流体としては熱容量の比較的大きい水が適当である。また、この場合、内室には、弾性係数の小さい空気を封入することが望ましい。さらに、熱交換媒体流体は熱交換後、温調ユニット20に循環させて再利用することが望ましい。
【0019】
上記研磨装置においては、温度センサー15,16は通常アナログ信号として出力され、また、制御装置19は、ディジタル演算処理装置を用いることが最も簡便な手段である。そのため、温度センサーインターフェースは、アナログ−ディジタル変換装置の機能を果たす必要がある。
【0020】
以上のように、シリコンウェハ研磨装置において研磨プレートの温度調整を行わない場合には、図3に見られるように研磨装置の操作時間に従って研磨プレートの表裏両面の温度は上昇してゆき、その温度差が大きくなって、研磨プレートが熱変形して前述の如く研磨後のシリコンウェハに変形が生じるが、上記図2に示すシリコンウェハ研磨装置の本実施例では、図4に示すように研磨プレートの表面温度を調整して表裏両面の温度の差異が生じないようにして、研磨プレートの熱変形を防止し、研磨したシリコンウェハの研磨精度を向上させるものである。
【0021】
【発明の効果】
本発明の研磨装置は、シリコンウェハが接着された研磨プレートに対して均一な加圧ができ、さらに研磨プレートに生じる温度分布を均一化でき、研磨プレートの熱変形を抑制することができる。したがって、本発明の研磨装置をシリコンウェハの加工に適用した場合、シリコンウェハの平坦度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例の研磨装置の概略断面図である。
【図2】 本発明のより好ましい実施例の研磨装置の概略断面図である。
【図3】 本発明の一実施例を説明するための研磨時間と研磨プレート表面の温度との関係を示すグラフである。
【図4】 本発明の一実施例を説明するための研磨温度と研磨プレート表面の温度との関係を示すグラフである。
【図5】 従来の研磨装置の概略断面図である。
【図6】 従来の研磨装置における研磨プレートの熱変形を示す図である。
【図7】 従来の研磨装置において熱変形した研磨プレートを用いて研磨したシリコンウェハの形状を示す図である。
【図8】 従来の他の研磨装置の概略断面図である。
【符号の説明】
1,51,81.研磨定盤
2,52,82.研磨布
3,10,53,56,83,88.回転軸
4,54,84.研磨プレート
5,55,85.シリコンウェハ
6.研磨プレートヘッド
7.二重構造弾性中空体
8.内室
9.外室
10.回転軸
11,13.流体圧入配管
12,14.バルブ
15.放射温度センサー
16.温度センサー
17,18.温度センサーインターフェース
19.制御装置
20.温調ユニット
87.弾性中空体[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a polishing apparatus for polishing a silicon wafer.
[0002]
[Prior art]
In the conventional silicon wafer manufacturing process, the polishing of the silicon wafer is performed by a lapping process in which the wafer is obtained by cutting the silicon ingot to remove the processing distortion, and in order to ensure the parallelism of the surface. It is performed in a so-called polishing process called a chemical mechanical polishing process (CMP) for polishing the wafer surface to a mirror surface close to the stage.
In any of these processes, the surface flatness of the silicon wafer and the parallelism of the front and back surfaces of the wafer are extremely important factors, and various polishing methods have been developed so far.
[0003]
An example of a conventional polishing apparatus will be described with reference to FIG. In the figure, 51 is a polishing surface plate, and this polishing surface plate is connected to a rotating
[0004]
By the way, with such a pressurizing method using an air cylinder and dead weight, it is difficult to uniformly pressurize the surface of the
Further, heat is generated between the
As described above, the conventional polishing apparatus employing the pressurizing means such as the air cylinder and dead weight is insufficient in terms of in-plane uniformity of pressure and thermal deformation of the plate.
[0005]
In the above polishing apparatus, there is known an apparatus that pressurizes a silicon wafer using a fluid such as air or water. That is, the apparatus shown in FIG. 8 is a polishing apparatus using a fluid as a pressurizing means, in which 81 is a polishing surface plate and 82 is a polishing cloth. Then, there is a
[0006]
By the way, in such a polishing apparatus, the use of air as the pressurizing means is known as disclosed in, for example, JP-A-11-77519. However, since there is no means for controlling the heat generated by friction between the silicon wafer and the polishing cloth in this polishing apparatus, the plate is thermally deformed by the generated heat, and the parallelism of the polished silicon wafer surface is ensured. The drawback of being difficult to do is still not improved.
[0007]
In the above polishing apparatus, the use of water as the pressurizing means is known as disclosed in, for example, Japanese Utility Model Publication No. 62-165849. However, in this polishing apparatus, since the water used as the pressurizing means is an incompressible fluid, the damper action is poor, and when there is a sudden pressure change due to fluctuations in the rotational drive system, the water is filled. It is difficult for the elastic hollow body to absorb the pressure change, and the impact of the pressure change is directly transmitted to the silicon wafer and the polishing cloth, resulting in the deterioration of the stability of the polishing conditions, and the polishing management such as the polishing thickness becomes difficult. Become.
In order to improve this, it is necessary to use a material having a small elastic coefficient as an elastic hollow body that contains water. However, since a high pressure cannot be applied to an elastic hollow body using such a material, polishing is difficult. There is a problem that efficiency is lowered.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and is excellent in uniformity in polishing a silicon wafer, and further improves the polishing accuracy by preventing thermal deformation of the polishing plate and improves the processing efficiency. An object of the present invention is to provide a polishing apparatus capable of performing the above.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a polishing platen having a polishing cloth adhered to the surface thereof, a hollow cylindrical polishing plate head disposed opposite to the polishing platen, and a slidably inserted into the opening of the polishing plate head. An elastic hollow body disposed in a space surrounded by the polishing plate having a surface for adhering a silicon wafer facing the polishing platen, the space between the polishing plate and the polishing plate head, and contacting the polishing plate A first temperature sensor for measuring the surface temperature of the polishing cloth, a second temperature sensor for measuring a temperature at a boundary between the polishing plate and the elastic hollow body, and processing a signal from the temperature sensor A control device for controlling the temperature of the fluid supplied to the elastic hollow body by a control signal from the control device, and supplying the temperature-adjusted fluid to the elastic hollow body That comprises a pipe, in a silicon wafer polishing apparatus is relatively sliding the silicon wafer and the polishing pad to polish the silicon wafer, the elastic hollow body is provided so as to surround the inner chamber and the inner chamber is separated into the outer chamber, the air in the inner chamber, Ri configured double structure der as the outer chamber may accommodate a temperature-controlled fluid by the temperature adjustment unit, the temperature control unit Is a silicon wafer polishing apparatus characterized in that the temperature of the fluid is controlled so that the surface temperature of the polishing cloth is equal to the surface temperature of the polishing plate on the elastic hollow body side .
[0010]
Further, in the silicon wafer polishing apparatus, the fluid is water .
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the polishing apparatus of the present invention. The polishing apparatus of the present invention is mainly composed of a
The
[0012]
A polishing plate head 6 is disposed facing the
The double-structure elastic
The polishing
[0013]
In order to polish a silicon wafer using such a polishing apparatus, first, the
[0014]
Next, relative positioning between the polishing
The polishing apparatus set in this manner is relatively rotated and moved by the
[0015]
In the above embodiment, polishing is performed without controlling the temperature of the polishing plate. However, the temperature between the silicon wafer side surface and the double-structure elastic hollow body side surface of the polishing plate by the polishing heat between the polishing cloth and the silicon wafer. The difference may cause thermal deformation of the polishing plate. In order to suppress this, it is desirable to adjust the temperature of the polishing plate. A more preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this more preferred embodiment, the temperature can be adjusted by flowing a temperature-controlled fluid through an outer chamber in contact with the double-structured elastic hollow body polishing plate. Such a polishing apparatus of the present invention is obtained by adding means for measuring the temperature of the polishing plate surface and means for controlling the temperature of the polishing plate surface based on the result to the polishing apparatus of the present invention shown in FIG. is there.
[0016]
In the present invention, in order to control the temperature of the polishing plate, it is necessary to accurately grasp the temperatures of the upper and lower surfaces of the polishing plate, but it is difficult to measure the surface of the polishing plate on the silicon wafer side. Therefore, in the present invention, with respect to the silicon wafer side surface of the polishing plate, the temperature of the polishing cloth surface, which is approximate to the temperature of the silicon wafer side surface of the polishing plate, is measured by a radiation temperature sensor. That is, in the polishing apparatus of this embodiment shown in FIG. 2,
[0017]
The temperature of the surface of the polishing
[0018]
The output signals of these two
[0019]
In the polishing apparatus, the
[0020]
As described above, when the temperature of the polishing plate is not adjusted in the silicon wafer polishing apparatus, as shown in FIG. 3, the temperature on both the front and back surfaces of the polishing plate increases according to the operation time of the polishing apparatus. The difference becomes large, and the polishing plate is thermally deformed to cause deformation of the polished silicon wafer as described above. In this embodiment of the silicon wafer polishing apparatus shown in FIG. 2, the polishing plate shown in FIG. The surface temperature is adjusted so as not to cause a difference in temperature between the front and back surfaces to prevent thermal deformation of the polishing plate and improve the polishing accuracy of the polished silicon wafer.
[0021]
【The invention's effect】
The polishing apparatus of the present invention can apply uniform pressure to the polishing plate to which the silicon wafer is bonded, further uniformize the temperature distribution generated in the polishing plate, and suppress thermal deformation of the polishing plate. Therefore, when the polishing apparatus of the present invention is applied to the processing of a silicon wafer, the flatness of the silicon wafer can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view of a polishing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a polishing apparatus according to a more preferred embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the polishing time and the temperature of the polishing plate surface for explaining one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the polishing temperature and the temperature of the polishing plate surface for explaining one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic sectional view of a conventional polishing apparatus.
FIG. 6 is a diagram showing thermal deformation of a polishing plate in a conventional polishing apparatus.
FIG. 7 is a diagram showing the shape of a silicon wafer polished using a polishing plate thermally deformed in a conventional polishing apparatus.
FIG. 8 is a schematic sectional view of another conventional polishing apparatus.
[Explanation of symbols]
1,51,81. Polishing
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