本発明は、内部に半導体集積回路が形成されたウエハの研磨等に用いられる研磨装置（ＣＭＰ装置）に関するものである。 The present invention relates to a polishing apparatus (CMP apparatus) used for polishing a wafer having a semiconductor integrated circuit formed therein.
半導体集積回路の高集積化、微細化に伴って、半導体製造プロセスの工程は、増加し複雑になってきている。これに伴い、半導体デバイスの表面は、必ずしも平坦ではなくなってきている。半導体デバイスの表面に於ける段差の存在は、配線の段切れ、局所的な抵抗の増大などを招き、断線や電気容量の低下をもたらす。また、絶縁膜では耐電圧劣化やリークの発生にもつながる。
一方、半導体集積回路の高集積化、微細化に伴って、光リソグラフィに用いられる半導体露光装置の光源波長は短くなり、半導体露光装置の投影レンズの開口数、いわゆるＮＡは大きくなってきている。これにより、半導体露光装置の投影レンズの焦点深度は、実質的に浅くなってきている。焦点深度が浅くなることに対応するためには、今まで以上に半導体デバイスの表面の平坦化が要求されている。
このような半導体デバイスの表面を平坦化する方法としては、化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ＰｏｌｉｓｈｉｎｇまたはＣｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ、以下ではＣＭＰと称す）技術が広く行われている。現在、ＣＭＰ技術はウエハの全面を平坦化できる唯一の方法である。
ＣＭＰはウエハの鏡面研磨法を基に発展しており、図４に示すようなＣＭＰ装置を用いて行われている。図４において、１１は研磨パッド、１２は研磨パッド保持部（研磨ヘッド）、１３は研磨対象物であるウエハ、１４は研磨定盤、１５は研磨液（スラリー）、１６は研磨液供給部である。研磨パッド１１としては、シート状の発泡ポリウレタンが多く用いられている。
ウエハ１３は研磨定盤１４の上に固定され、研磨定盤１４と共に回転している。研磨パッド１１は研磨ヘッド１２に固定され、研磨ヘッド１２の回転・揺動と共に回転・揺動される。そして、ウエハ１３に所定の圧力で押し付けられる。この状態で、研磨液１５が研磨液供給部１６からウエハ１３上に供給される。研磨液１６はウエハ１３上で拡散し、研磨パッド１１とウエハ１３の相対運動に伴って研磨パッド１１とウエハ１３の間に入り込み、ウエハ１３の被研磨面を研磨する。即ち、研磨パッド１１とウエハ１３の相対運動による機械的研磨と、研磨液１５の化学的作用が相乗的に作用して良好な研磨が行われる。
なお、図４においては、研磨パッド１１よりウエハ１３の方が大きく、研磨パッド１１が上側、ウエハ１３が下側となっているが、ＣＭＰ装置には、研磨パッド１１よりウエハ１３の方が小さく、研磨パッド１１が下側、ウエハ１３が上側となっているものもある。
また、図４においては、研磨液１５をウエハ１３の表面に直接供給しているが、後に述べるように、研磨ヘッド１２中に研磨液の通路を設け、研磨ヘッド１２と研磨パッド１１を介して、研磨液１５を供給するようにした例もある。
図５に、このような研磨ヘッドの構造の例を示す。回転軸２１には上部プレート２２が固着され、上部プレート２２には上部フランジ部２３がパッキン２４を介してボルト止めされると共に、円筒体２５がボルト止めされている。そして、円筒体２５には、ベースプレート押え２６がボルト止めされていると共に、円筒体２５とベースプレート押え２６の間には、ドーナツ状の板バネ２７の円周端部が挟み込まれて固定されている。
ベースプレート２８には、板バネ２９がビス止めされる、この板バネ２９に支えられて研磨パッド貼り付け板３０が取り付けられている。ベースプレート２８と研磨パッド貼り付け板３０は、相対回転しないようにダボにより止められている。
ベースプレート２８には、下部フランジ３１がボルト止めされると共に、ベースプレート２８と下部フランジ３１の間には、板バネ２７の内周端部が挟み込まれて固定されている。また、ベースプレート２８の中央部に設けられた穴には、研磨パッド貼り付け板３０の中心に嵌め込まれた栓３２が嵌まり込んでいる。この構造により、ベースプレート２８は、ベースプレート押え２６により半径方向の動きがある程度拘束されるものの、上下方向の動きは自由になっており、研磨パッド貼り付け板３０に貼り付けられた研磨パッド３３が、研磨定盤３４に取り付けられたウエハ３５に押し付けられたとき、その面に倣って上下運動、傾斜運動が可能となっている。
上部プレート２２、上部フランジ２３、円筒体２５、板バネ２７、下部フランジ３１で形成される空間部３６には、回転軸２１の中空部に設けられた空気供給口３７から空気が送り込まれ、その圧力により板バネ２７が下方に変形するようになっている。そのため、研磨中に研磨パッド３３をウエハ３５面に押し付けたとき、板バネ２７が緩衝材となり、研磨パッド３３がウエハ３５面に倣うのを助長することとなる。これにより、加工組立に起因するわずかなパッド面とチャック面の間の平行度誤差や、ウエハ表面のうねりなどを吸収することができる。
研磨中には、研磨液供給管３８から供給された研磨液が、ネジ継ぎ手３９を介して、下部フランジ３１、ベースプレート２８、栓３２、研磨パッド取り付け板３０に設けられた穴を通って研磨面に供給される。研磨液供給管３８は、ベースプレート２８の上下動に伴う応力を吸収するために、螺旋状とされている。
すなわち、この研磨ヘッドにおいては、回転軸２１の中空部に設けられた空気供給口３７から送り込まれる空気の圧力によって、研磨パッド３３がウエハ３５を押し付ける圧力が決定される。この空気の圧力は、制御装置に設けられた電空変換器によって決定される。通常は、電空変換器に制御装置から与えられる電圧に比例した圧力の空気が、空気供給口３７から送り込まれ、従って、制御装置から与えられる電圧に比例した圧力により、研磨パッド３３がウエハ３５を押し付けるようにされている。
また、これらの研磨装置においては、所定回数の研磨を行った後に、研磨パッド自体を研磨して、研磨パッドの凹凸を無くする作業を行うのが普通である。この作業のことをコンディショニングと呼んでいる。コンディショニングは、研磨パッドを付けた研磨ヘッドをコンディショナと呼ばれる研磨機に対面させ、研磨ヘッドとコンディショナに取り付けられた砥石とを相対運動させて、研磨ヘッド面の研磨を行うものである。
図６に、コンディショナの概要を示す。砥石４１が砥石ホルダ４２に取り付けられており、砥石ホルダ４２はジンバル機構４３を介してロッド４４に結合されている。ロッド４４にはエアシリンダ４５中のピストン４６が結合されており、空気供給管４７から供給される空気の圧力に応じて、スプリング４８の付勢力に抗して、上下動を行うようにされている。
また、ロッド４４には、歯車４９が結合されており、歯車４９はモータ５０に結合された歯車５１と噛合している。モータ５０を回転させることにより、ロッド４４を回転させ、その上に結合されたジンバル機構４３を介して、砥石ホルダ４２と砥石４１を回転させる。
砥石４１を研磨パッドに押し付ける圧力は、空気供給管４７から供給される空気の圧力により定まる。この空気の圧力も制御装置から電空変換器に電気信号を与えて調節するようになっている。
また、研磨液の供給量は、制御装置に設けられた制御弁により決定される。通常は、制御装置から与えられる電圧と制御弁の開度は一定の関係を有し、制御弁の開度が決まれば、研磨液の供給量は決まるので、制御装置から与えられた電圧と一定の関係を有する量の研磨液が供給されるようになっている。
しかしながら、例えば図５に示すような研磨ヘッドにおいては、供給される空気の圧力は、板バネ２７、ベースプレート２８、研磨パッド取り付け板３０の機械部品を介して研磨パッド３３に伝達される。よって、この間の機械的フリクションにより、同じ空気供給圧力でも、研磨パッド３３に伝達される力が変化する可能性がある。また、研磨パッド３３は弾性を有するが、その摩耗状況によって弾性率が変化するので、このことも、同じ空気供給圧力でも、研磨パッド３３とウエハ３５の間にかかる圧力が変化する原因となる。
よって、制御装置から電空変換器に与える電圧を目標値にしても、実際に研磨パッド３３とウエハ３５の間にかかる圧力が目標値にならないという問題点がある。この問題は、特に、研磨パッド３３とウエハ３５の間にかかる圧力が低い場合に問題となる。
また、コンディショニングの際も同様の問題がある。すなわち、前述のように、砥石４１を研磨パッドに押し付ける圧力は、空気供給管４７から供給される空気圧によって決定されるのであるが、エアシリンダ４５中のピストン４６とエアシリンダ４５の内面間のフリクションや、ジンバル機構４３のフリクション等が変化すると、制御装置から同じ電気信号を与えても、実際に砥石４１を研磨パッドに押し付ける圧力が変化してしまうことになる。
また、研磨液の供給配管等の研磨液の通路は、場合によっては研磨液が内部に固着する等の理由により狭くなることがある。このような場合には、制御装置から制御弁に与える電圧を目標値にしても、実際に供給される研磨液の量が目標値にならないという問題点がある。As the semiconductor integrated circuit is highly integrated and miniaturized, the steps of the semiconductor manufacturing process are increasing and complicated. Accordingly, the surface of the semiconductor device is not necessarily flat. The presence of a step on the surface of the semiconductor device leads to a disconnection of wiring, an increase in local resistance, etc., leading to disconnection and a decrease in electric capacity. Insulating films also lead to breakdown voltage degradation and leakage.
On the other hand, as the semiconductor integrated circuit is highly integrated and miniaturized, the light source wavelength of a semiconductor exposure apparatus used for photolithography is shortened, and the numerical aperture of the projection lens of the semiconductor exposure apparatus, so-called NA, is increasing. As a result, the depth of focus of the projection lens of the semiconductor exposure apparatus has become substantially shallower. In order to cope with the reduction in the depth of focus, the surface of the semiconductor device needs to be planarized more than ever.
As a method for planarizing the surface of such a semiconductor device, a chemical mechanical polishing (Chemical Mechanical Polishing or Chemical Mechanical Planarization, hereinafter referred to as CMP) technique is widely used. Currently, CMP technology is the only method that can planarize the entire surface of a wafer.
CMP has been developed based on a method of mirror polishing of a wafer, and is performed using a CMP apparatus as shown in FIG. In FIG. 4, 11 is a polishing pad, 12 is a polishing pad holding part (polishing head), 13 is a wafer as an object to be polished, 14 is a polishing surface plate, 15 is a polishing liquid (slurry), and 16 is a polishing liquid supply part. is there. As the polishing pad 11, a sheet-like foamed polyurethane is often used.
The wafer 13 is fixed on the polishing surface plate 14 and rotates together with the polishing surface plate 14. The polishing pad 11 is fixed to the polishing head 12, and is rotated / oscillated together with the rotation / oscillation of the polishing head 12. Then, it is pressed against the wafer 13 with a predetermined pressure. In this state, the polishing liquid 15 is supplied from the polishing liquid supply unit 16 onto the wafer 13. The polishing liquid 16 diffuses on the wafer 13 and enters between the polishing pad 11 and the wafer 13 with the relative movement of the polishing pad 11 and the wafer 13 to polish the surface to be polished of the wafer 13. That is, the mechanical polishing by the relative movement of the polishing pad 11 and the wafer 13 and the chemical action of the polishing liquid 15 act synergistically to perform good polishing.
In FIG. 4, the wafer 13 is larger than the polishing pad 11, the polishing pad 11 is on the upper side, and the wafer 13 is on the lower side. However, in the CMP apparatus, the wafer 13 is smaller than the polishing pad 11. In some cases, the polishing pad 11 is on the lower side and the wafer 13 is on the upper side.
In FIG. 4, the polishing liquid 15 is directly supplied to the surface of the wafer 13. As will be described later, a polishing liquid passage is provided in the polishing head 12, and the polishing head 12 is interposed between the polishing head 12 and the polishing pad 11. There is also an example in which the polishing liquid 15 is supplied.
FIG. 5 shows an example of the structure of such a polishing head. An upper plate 22 is fixed to the rotary shaft 21, and an upper flange portion 23 is bolted to the upper plate 22 via a packing 24 and a cylindrical body 25 is bolted. A base plate presser 26 is bolted to the cylindrical body 25, and a circumferential end portion of a donut-shaped plate spring 27 is sandwiched and fixed between the cylindrical body 25 and the base plate presser 26. .
A plate spring 29 is screwed to the base plate 28, and a polishing pad attaching plate 30 is attached to the base plate 28 supported by the plate spring 29. The base plate 28 and the polishing pad attaching plate 30 are stopped by a dowel so as not to rotate relative to each other.
A lower flange 31 is bolted to the base plate 28, and an inner peripheral end portion of a leaf spring 27 is sandwiched and fixed between the base plate 28 and the lower flange 31. Further, a plug 32 fitted in the center of the polishing pad attaching plate 30 is fitted in the hole provided in the central portion of the base plate 28. With this structure, the base plate 28 is restrained from moving in the vertical direction to some extent by the base plate presser 26, but is free to move in the vertical direction. The polishing pad 33 attached to the polishing pad attaching plate 30 is When pressed against the wafer 35 attached to the polishing surface plate 34, it is possible to move up and down and tilt along the surface.
Air is fed into the space 36 formed by the upper plate 22, the upper flange 23, the cylindrical body 25, the leaf spring 27, and the lower flange 31 from an air supply port 37 provided in the hollow portion of the rotating shaft 21. The leaf spring 27 is deformed downward by the pressure. For this reason, when the polishing pad 33 is pressed against the surface of the wafer 35 during polishing, the leaf spring 27 serves as a cushioning material and helps the polishing pad 33 follow the surface of the wafer 35. As a result, it is possible to absorb a slight parallelism error between the pad surface and the chuck surface, waviness on the wafer surface, and the like due to processing assembly.
During polishing, the polishing liquid supplied from the polishing liquid supply pipe 38 passes through the holes provided in the lower flange 31, the base plate 28, the plug 32, and the polishing pad mounting plate 30 via the screw joint 39. To be supplied. The polishing liquid supply pipe 38 has a spiral shape in order to absorb the stress accompanying the vertical movement of the base plate 28.
That is, in this polishing head, the pressure with which the polishing pad 33 presses the wafer 35 is determined by the pressure of the air fed from the air supply port 37 provided in the hollow portion of the rotating shaft 21. The pressure of the air is determined by an electropneumatic converter provided in the control device. Normally, air having a pressure proportional to the voltage supplied from the control device to the electropneumatic converter is fed from the air supply port 37, and therefore the polishing pad 33 is moved to the wafer 35 by the pressure proportional to the voltage supplied from the control device. To be pressed.
Further, in these polishing apparatuses, it is normal to polish the polishing pad itself after polishing a predetermined number of times to eliminate the unevenness of the polishing pad. This work is called conditioning. In conditioning, a polishing head with a polishing pad is made to face a polishing machine called a conditioner, and the polishing head and a grindstone attached to the conditioner are moved relative to each other to polish the polishing head surface.
FIG. 6 shows an overview of the conditioner. A grindstone 41 is attached to a grindstone holder 42, and the grindstone holder 42 is coupled to a rod 44 via a gimbal mechanism 43. A piston 46 in an air cylinder 45 is coupled to the rod 44, and is moved up and down against the urging force of a spring 48 in accordance with the pressure of air supplied from an air supply pipe 47. Yes.
A gear 49 is coupled to the rod 44, and the gear 49 meshes with a gear 51 coupled to the motor 50. By rotating the motor 50, the rod 44 is rotated, and the grindstone holder 42 and the grindstone 41 are rotated via the gimbal mechanism 43 coupled thereto.
The pressure for pressing the grindstone 41 against the polishing pad is determined by the pressure of the air supplied from the air supply pipe 47. The air pressure is also adjusted by giving an electric signal from the control device to the electropneumatic converter.
Further, the supply amount of the polishing liquid is determined by a control valve provided in the control device. Normally, the voltage supplied from the control device and the opening of the control valve have a fixed relationship, and if the control valve opening is determined, the supply amount of the polishing liquid is determined, so the voltage supplied from the control device is constant. An amount of the polishing liquid having the relationship is supplied.
However, for example, in the polishing head as shown in FIG. 5, the pressure of the supplied air is transmitted to the polishing pad 33 via the mechanical components of the plate spring 27, the base plate 28, and the polishing pad mounting plate 30. Therefore, the mechanical friction during this time may change the force transmitted to the polishing pad 33 even with the same air supply pressure. Although the polishing pad 33 has elasticity, the elastic modulus changes depending on the wear state. This also causes the pressure applied between the polishing pad 33 and the wafer 35 to change even at the same air supply pressure.
Therefore, even if the voltage applied from the control device to the electropneumatic converter is the target value, there is a problem that the pressure actually applied between the polishing pad 33 and the wafer 35 does not reach the target value. This problem is particularly problematic when the pressure applied between the polishing pad 33 and the wafer 35 is low.
There are also similar problems during conditioning. That is, as described above, the pressure for pressing the grindstone 41 against the polishing pad is determined by the air pressure supplied from the air supply pipe 47, but the friction between the piston 46 in the air cylinder 45 and the inner surface of the air cylinder 45. If the friction of the gimbal mechanism 43 changes, even if the same electric signal is given from the control device, the pressure for actually pressing the grindstone 41 against the polishing pad will change.
Also, the polishing liquid passage such as the polishing liquid supply pipe may be narrowed depending on circumstances, for example, because the polishing liquid adheres to the inside. In such a case, there is a problem that even if the voltage applied from the control device to the control valve is the target value, the amount of polishing liquid actually supplied does not reach the target value.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、長期にわたって使用する場合でも、研磨パッドと研磨対象物間の圧力、コンディショニング時の圧力、研磨液の供給量を安定して目標値に保つことが可能な研磨装置を提供することを目的とする。
前記目的を達成するための第１の発明は、研磨定盤に取り付けられた研磨対象物と、研磨ヘッドに取り付けられた研磨パッドの間に研磨液を介在させ、前記研磨対象物と前記研磨ヘッドとを相対運動させて、前記研磨対象物を前記研磨パッドにより研磨し、研磨中における前記研磨パッドと研磨対象物との間の圧力を電気信号に応じて調整する研磨装置において、非研磨時に前記研磨ヘッドと台との門に着脱可能とされた荷重測定装置と、前記電気信号を変化させる手段と前記電気信号を検知する手段と、検知された前記電気信号と前記荷重測定装置の出力の関係より、出力される前記電気信号の大きさと実際に前記研磨パッドと研磨対象物との間にかけられる圧力の関係を求める手段と、研磨中に前記研磨パッドと研磨対象物との間にかける目標圧力が与えられたとき、前記求められた電気信号の大きさと実際に前記研磨パッドと研磨対象物との間にかけられる圧力の関係に基づいて、出力すべき電気信号の大きさを決定する手段とを有することを特徴とする研磨装置である。
本発明においては、非研磨時に、研磨ヘッドと台との間（研磨パッドやウエハが存在する場合もあるし、存在していない場合もある）に荷重測定装置を配置し、研磨中における前記研磨パッドと研磨対象物との間の圧力を調整する電気信号を変化させて、研磨ヘッドと台の間の圧力を変化させる。そして、与えた電圧と、荷重測定装置の出力を取り込み、電気信号の大きさと実際に前記研磨パッドと研磨対象物との間にかけられる圧力の関係を求める。この関係は、例えば回帰計算によって求める。そして、実際に研磨を行うときは、この関係式に基づいて、目標とする研磨パッドと研磨対象物との間の圧力が得られるように、出力すべき電気信号の大きさを決定する。
本発明においては、出力する電気信号の値を、実測荷重に基づいて決定しているので、実際の研磨状態において、機械的なフリクションの変化や研磨パッドの摩耗等があっても、目標とする圧力で研磨を行うことができる。
なお、「電気信号を検知する手段」は、電流計、電圧計のような装置であってもよいが、指令値と実際の電気信号の関係が正確に対応している場合は、わざわざ電気信号を検知しなくても指令値をもって電気信号の値と見なすことができる。このような場合には、指令値を出す手段の指令値をそのまま電気信号の検出値とみなすことができ、このような方法で電気信号の検知方法を行う場合も「電気信号を検知する手段」を有するものとみなすことができる。このことは、発明の開示の欄、及び請求の範囲において同じである。
前記目的を達成するための第２の発明は、前記第１の発明であって、前記台が前記研磨定盤であることを特徴とするものである。
研磨定盤そのものを前記台として用いれば、特別の台を設ける必要が無く、設備が大型化する可能性を少なくすることができる。
前記目的を達成するための第３の発明は、前記第１の発明であって、前記台が研磨パッド交換に用いる台であることを特徴とするものである。
研磨パッド交換に用いる台を前記台として用いても、特別の台を設ける必要が無く、設備が大型化する可能性を少なくすることができる。特に、研磨定盤は回転し、かつ近傍に研磨ヘッド等の他の機械部品があるので、荷重測定装置を取り付ける余裕が無い可能性があるが、その点、研磨パッド交換に用いる台の方が、荷重測定測定装置を取り付けるに際して、他の部品との干渉が少ない。
前記目的を達成するための第４の発明は、前記第１の発明から第３の発明のいずれかであって、前記電気信号を変化させる手段が、所定の範囲内で前記電気信号を変化させるものであることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第５の発明は、前記第４の発明であって、前記電気信号を検知する手段が、前記所定の範囲内において２以上の異なる電気信号を受信し、検知された前記２以上の異なる電気信号と、前記２以上の異なる電気信号に対応する前記荷重測定装置の出力との関係より、出力される前記電気信号の大きさと、実際に前記研磨パッドと研磨対象物との間にかけられる圧力の関係を求める機能を有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第６の発明は、前記第５の発明であって、検知された前記２以上の異なる電気信号と、前記２以上の異なる電気信号に対応する前記荷重測定装置の出力から、回帰計算により前記電気信号の大きさと、実際に前記研磨パッドと研磨対象物との間にかけられる圧力の関係を求める機能を有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第７の発明は、研磨定盤に取り付けられた研磨対象物と、研磨ヘッドに取り付けられた研磨パッドの間に研磨液を介在させ、前記研磨対象物と前記研磨ヘッドとを相対運動させて、前記研磨対象物を前記研磨パッドにより研磨し、コンディショニング時における前記研磨パッドとコンディショナとの間の圧力を電気信号に応じて調整する研磨装置において、非コンディショニング時に前記研磨ヘッドと前記コンディショナとの間に着脱可能とされた荷重測定装置と、前記電気信号を変化させる手段と前記電気信号を検知する手段と、検知された前記電気信号と前記荷重測定装置の出力の関係より、出力される前記電気信号の大きさと実際に前記研磨パッドと前記コンディショナとの間にかけられる圧力の関係を求める手段と、コンディショニング中に前記研磨パッドと前記コンディショナとの間にかける目標圧力が与えられたとき、前記求められた電気信号の大きさと実際に前記研磨パッドと前記コンディショナとの間にかけられる圧力の関係に基づいて、出力すべき電気信号の大きさを決定する手段とを有することを特徴とする研磨装置である。
本発明においては、非コンディショニング時に、研磨ヘッドとコンディショナとの間（研磨パッドが存在する場合もあるし、存在していない場合もある）に荷重測定装置を配置し、コンディショニング中における研磨パッドとコンディショナとの間の圧力を調整する電気信号を変化させて、研磨ヘッドとコンディショナの間の圧力を変化させる。そして、与えた電気信号と、荷重測定装置の出力を取り込み、電気信号の大きさと実際に前記研磨パッドとコンディショナとの間にかけられる圧力の関係を求める。この関係は、例えば回帰計算によって求める。そして、実際にコンディショニングを行うときは、この関係式に基づいて、目標とする研磨パッドとコンディショナとの間の圧力が得られるように、出力すべき電気信号の大きさを決定する。
本発明においては、出力する電気信号の値を、実測荷重に基づいて決定しているので、実際のコンディショニングにおいて、機械的なフリクションの変化や研磨パッドの摩耗等があっても、目標とする圧力でコンディショニングを行うことができる。
前記目的を達成するための第８の発明は、研磨定盤に取り付けられた研磨対象物と、研磨ヘッドに取り付けられた研磨パッドの間に研磨液を介在させ、前記研磨対象物と前記研磨ヘッドとを相対運動させて、前記研磨対象物を前記研磨パッドにより研磨し、研磨中における前記研磨液の供給量を、電気信号に応じて調整する研磨装置において、研磨液の流量を測定する流量測定装置と、前記電気信号を変化させる手段と前記電気信号を検知する手段と、検知された前記電気信号と前記流量測定装置の出力の関係より、出力される前記電気信号の大きさと実際に前記研磨パッドと研磨対象物との間に供給される研磨液の量の関係を求める手段と、研磨中に前記研磨パッドと研磨対象物との間に供給する研磨液の目標流量が与えられたとき、前記求められた電気信号の大きさと実際に前記研磨パッドと研磨対象物との間に供給される研磨液の量の関係に基づいて、出力すべき電気信号の大きさを決定する手段とを有することを特徴とする研磨装置である。
本発明においては、電気信号を変化させて研磨液の流量を変え、実際の流量を流量測定装置で測定することにより、電気信号と研磨液の実際の流量とを測定する。そして、これらの測定値より、電気信号の大きさと実際の流量の関係式を求める。この関係は、例えば回帰計算によって求める。そして、実際に研磨を行うときは、この関係式に基づいて、目標とする研磨液の供給量が得られるように、出力すべき電気信号の大きさを決定する。
本発明においては、出力する電気信号の値を、実測流量に基づいて決定しているので、実際の研磨において、研磨液の配管のつまり等があっても、目標とする量の研磨液を供給することができる。
なお、流量測定装置は、研磨中に流量を測定できるものであってもよいが、非研磨中にのみ取り付け、その出力を測定してもよい。
前記目的を達成するための第９の発明は、研磨定盤に取り付けられた研磨対象物と、研磨ヘッドに取り付けられた研磨パッドの間に研磨液を介在させ、前記研磨対象物と前記研磨ヘッドとを相対運動させて、前記研磨対象物を前記研磨パッドにより研磨し、研磨中における前記研磨液の供給量を、電気信号に応じて調整する研磨装置において、前記電気信号を変化させる手段と前記電気信号を検知する手段と、測定された研磨液の流量を入力する手段と、検知された前記電気信号と入力された研磨液の流量の関係より、出力される前記電気信号の大きさと実際に前記研磨パッドと研磨対象物との間に供給される研磨液の量の関係を求める手段と、研磨中に前記研磨パッドと研磨対象物との間に供給する研磨液の目標流量が与えられたとき、前記求められた電気信号の大きさと実際に前記研磨パッドと研磨対象物との間に供給される研磨液の量の関係に基づいて、出力すべき電気信号の大きさを決定する手段とを有することを特徴とする研磨装置である。
本発明においては、前記第８の発明が有していた研磨液の流量測定装置を研磨装置の構成要素としておらず、手動測定により研磨液の流量を測定し、それを、研磨液の流量を入力する手段から入力する点が第８の発明と異なるのみで、その他の作用効果は同じである。The present invention has been made in view of such circumstances, and even when used over a long period of time, the pressure between the polishing pad and the object to be polished, the pressure during conditioning, and the supply amount of the polishing liquid are stably maintained at the target values. An object of the present invention is to provide a polishing apparatus capable of performing the above.
According to a first aspect of the invention for achieving the object, a polishing liquid is interposed between a polishing object attached to a polishing surface plate and a polishing pad attached to a polishing head, and the polishing object and the polishing head The polishing object is polished by the polishing pad, and the pressure between the polishing pad and the polishing object during polishing is adjusted according to an electric signal in the polishing apparatus in the non-polishing state. A load measuring device detachably attached to the gate of the polishing head and the base, a means for changing the electric signal, a means for detecting the electric signal, and a relationship between the detected electric signal and the output of the load measuring device And means for obtaining a relationship between the magnitude of the output electric signal and the pressure actually applied between the polishing pad and the polishing object, and applying between the polishing pad and the polishing object during polishing. Means for determining the magnitude of the electrical signal to be output based on the relationship between the magnitude of the obtained electrical signal and the pressure actually applied between the polishing pad and the object to be polished when a target pressure is given A polishing apparatus characterized by comprising:
In the present invention, during non-polishing, a load measuring device is disposed between the polishing head and the base (a polishing pad or a wafer may or may not exist), and the polishing during polishing is performed. The electric signal for adjusting the pressure between the pad and the object to be polished is changed to change the pressure between the polishing head and the base. Then, the applied voltage and the output of the load measuring device are taken in, and the relationship between the magnitude of the electric signal and the pressure actually applied between the polishing pad and the object to be polished is obtained. This relationship is obtained by regression calculation, for example. When the polishing is actually performed, the magnitude of the electric signal to be output is determined based on this relational expression so that the target pressure between the polishing pad and the object to be polished can be obtained.
In the present invention, the value of the electric signal to be output is determined based on the actually measured load. Therefore, even in the actual polishing state, even if there is a change in mechanical friction or wear of the polishing pad, the target is set. Polishing can be performed under pressure.
Note that the “means for detecting an electrical signal” may be a device such as an ammeter or a voltmeter. However, if the relationship between the command value and the actual electrical signal accurately corresponds, the electrical signal is bothered. Even if it is not detected, the command value can be regarded as the value of the electric signal. In such a case, the command value of the means for issuing the command value can be regarded as the detection value of the electric signal as it is, and the “means for detecting the electric signal” also when performing the detection method of the electric signal by such a method. Can be regarded as having This is the same in the disclosure section and in the claims.
A second invention for achieving the object is the first invention, wherein the table is the polishing platen.
If the polishing platen itself is used as the pedestal, there is no need to provide a special pedestal, and the possibility of increasing the size of the equipment can be reduced.
A third invention for achieving the above object is the first invention, wherein the table is a table used for polishing pad replacement.
Even if a table used for exchanging the polishing pad is used as the table, there is no need to provide a special table, and the possibility of increasing the size of the facility can be reduced. In particular, since the polishing platen rotates and there are other mechanical parts such as a polishing head in the vicinity, there is a possibility that there is no room for attaching a load measuring device. When mounting the load measuring and measuring device, there is little interference with other parts.
A fourth invention for achieving the object is any one of the first to third inventions, wherein the means for changing the electric signal changes the electric signal within a predetermined range. It is characterized by being.
A fifth invention for achieving the object is the fourth invention, wherein the means for detecting the electrical signal receives and detects two or more different electrical signals within the predetermined range. Based on the relationship between the two or more different electric signals and the output of the load measuring device corresponding to the two or more different electric signals, the magnitude of the electric signal to be output, and the polishing pad and the object to be polished are actually It has the function to obtain | require the relationship of the pressure applied between these.
A sixth invention for achieving the object is the fifth invention, wherein the two or more different electric signals detected and an output of the load measuring device corresponding to the two or more different electric signals. From the above, it has a function of obtaining the relationship between the magnitude of the electric signal and the pressure actually applied between the polishing pad and the object to be polished by regression calculation.
According to a seventh aspect of the invention for achieving the above object, a polishing liquid is interposed between a polishing object attached to a polishing surface plate and a polishing pad attached to a polishing head, and the polishing object and the polishing head The polishing object is polished with the polishing pad, and the pressure between the polishing pad and the conditioner during conditioning is adjusted according to an electric signal in the polishing apparatus during non-conditioning A load measuring device detachable between the head and the conditioner, a means for changing the electric signal, a means for detecting the electric signal, a detected electric signal and an output of the load measuring device; From the relationship, the relationship between the magnitude of the output electrical signal and the pressure actually applied between the polishing pad and the conditioner is obtained. Means and a pressure applied between the polishing pad and the conditioner when the target pressure applied between the polishing pad and the conditioner is applied during conditioning. And a means for determining the magnitude of the electrical signal to be output based on the relationship.
In the present invention, during non-conditioning, a load measuring device is arranged between the polishing head and the conditioner (the polishing pad may or may not exist), and the polishing pad during conditioning The electrical signal that adjusts the pressure between the conditioners is changed to change the pressure between the polishing head and the conditioner. Then, the applied electric signal and the output of the load measuring device are taken in, and the relationship between the magnitude of the electric signal and the pressure actually applied between the polishing pad and the conditioner is obtained. This relationship is obtained by regression calculation, for example. When the conditioning is actually performed, the magnitude of the electric signal to be output is determined based on the relational expression so that the target pressure between the polishing pad and the conditioner can be obtained.
In the present invention, the value of the electric signal to be output is determined based on the actually measured load. Therefore, even in the actual conditioning, even if there is a change in mechanical friction or wear of the polishing pad, the target pressure Can be used for conditioning.
According to an eighth aspect of the invention for achieving the above object, a polishing liquid is interposed between a polishing object attached to a polishing surface plate and a polishing pad attached to a polishing head, and the polishing object and the polishing head In a polishing apparatus that polishes the object to be polished with the polishing pad and adjusts the supply amount of the polishing liquid during polishing according to an electrical signal. The magnitude of the electric signal to be output and the actual polishing are determined by the relationship between the apparatus, the means for changing the electric signal, the means for detecting the electric signal, and the detected electric signal and the output of the flow rate measuring device. Means for determining the relationship between the amount of polishing liquid supplied between the pad and the polishing object, and a target flow rate of polishing liquid supplied between the polishing pad and the polishing object during polishing is given, Above Means for determining the magnitude of the electrical signal to be output based on the relationship between the magnitude of the measured electrical signal and the amount of polishing liquid actually supplied between the polishing pad and the object to be polished. A polishing apparatus characterized by the following.
In the present invention, the electrical signal and the actual flow rate of the polishing liquid are measured by changing the flow rate of the polishing liquid by changing the electrical signal and measuring the actual flow rate with a flow rate measuring device. Then, a relational expression between the magnitude of the electric signal and the actual flow rate is obtained from these measured values. This relationship is obtained by regression calculation, for example. When the polishing is actually performed, the magnitude of the electric signal to be output is determined based on the relational expression so that the target supply amount of the polishing liquid can be obtained.
In the present invention, since the value of the electric signal to be output is determined based on the actually measured flow rate, even if there is clogging of the polishing liquid piping in the actual polishing, a target amount of polishing liquid is supplied. can do.
The flow rate measuring device may be one that can measure the flow rate during polishing, but may be attached only during non-polishing and measure its output.
According to a ninth aspect of the invention for achieving the object, a polishing liquid is interposed between a polishing object attached to a polishing surface plate and a polishing pad attached to a polishing head, and the polishing object and the polishing head And a means for changing the electrical signal in a polishing apparatus that polishes the polishing object with the polishing pad and adjusts the supply amount of the polishing liquid during polishing according to the electrical signal; and Based on the relationship between the means for detecting the electric signal, the means for inputting the measured flow rate of the polishing liquid, and the detected electric signal and the flow rate of the inputted polishing liquid, the magnitude of the electric signal to be output is actually Means for determining the relationship between the amount of polishing liquid supplied between the polishing pad and the polishing object, and a target flow rate of polishing liquid supplied between the polishing pad and the polishing object during polishing were given. When, before Means for determining the magnitude of the electrical signal to be output based on the relationship between the magnitude of the obtained electrical signal and the amount of polishing liquid actually supplied between the polishing pad and the object to be polished. A polishing apparatus characterized by the following.
In the present invention, the polishing liquid flow rate measuring apparatus of the eighth invention is not a constituent element of the polishing apparatus, and the polishing liquid flow rate is measured by manual measurement. Only the point of inputting from the inputting means is different from that of the eighth invention, and the other functions and effects are the same.
図１は、本発明の実施の形態の第１の例を示す概要図である。
図２は、本発明の実施の形態の第２の例を示す概要図である。
図３は、本発明の実施の形態の第３の例を示す概要図である。
図４は、ＣＭＰ装置の概要を示す図である。
図５は、研磨ヘッドの構造の例を示す図である。
図６は、コンデイショナの概要を示す図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a first example of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a second example of the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a third example of the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an outline of the CMP apparatus.
FIG. 5 is a diagram showing an example of the structure of the polishing head.
FIG. 6 is a diagram showing an outline of the conditioner.
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の第１の例を示す概要図で、１は図５に示すような研磨ヘッド、２は研磨定盤、３は荷重測定装置であるロードセルである。研磨とコンディショニングを中止した時点で、研磨ヘッド１と研磨定盤２の間隔を広げ、その間にロードセル３を挟み込む。この作業は手作業で行ってもよいし、ロードセル３を搬送する装置を設け、自動的に研磨ヘッド１と研磨定盤２の間に搬送して設置させるようにしてもよい。
そして、研磨ヘッド１と研磨定盤２でロードセル３を挟んだ状態で、算定手段４から制御装置５に指令を出し、所定の電圧が電空変換器６に供給されるようにする。実際の電圧は、測定されて算定手段に入力されるが、指令電圧と実際の電圧の関係が安定したものであれば、実際の電圧を測定せず、指令電圧で代行してもよい。又、電空変換器６から出力される空気圧は、大気圧に対して負圧となることもある。
そして、そのときに研磨ヘッド１と研磨定盤２の間に加わる荷重をロードセル３で測定し、算定手段４に入力する。算定手段は、指令する電圧を変化させ、そのときの実際の電圧値に対応する荷重を逐次入力する。このとき、研磨ヘッド１に研磨パッドを装着した状態で測定した方が、実際の研磨状態に、より近い結果が得られる。
そして、制御装置５から出力される電圧と、研磨ヘッド１と研磨定盤２の間に加わる荷重の間の関係式を回帰計算等により求め、関係式記憶装置７に記憶させておく。以上で準備作用が完了する。
研磨を行うときは、研磨条件を決定するパラメータの一つとして、研磨ヘッド１と研磨定盤２（研磨パッドとウエハ）の間の圧力を決定する必要がある。このとき、制御装置５は、この圧力に対応する荷重を求め、その荷重を与える出力電圧を関係式記憶装置７から読み出して、読み出された出力電圧を電空変換器６に出力するようにする。このようにして、実際の制御装置５の出力電圧と研磨ヘッド１と研磨定盤２との間の圧力測定値に基づいた電圧が出力されるので、研磨ヘッド１と研磨定盤２との間の圧力を目的の値にすることができる。
なお、上記の説明では、研磨ヘッド１と研磨定盤２の間にロードセル３を挟み込むとしたが、研磨定盤２の近傍に設けられた研磨定盤２以外の台の上にロードセル３を設置して、研磨ヘッド１とその台との間にロードセル３を挟み込んで、上記の荷重測定を行ってもよい。研磨定盤２以外の台としては、例えば研磨パッド１の交換に用いる台が挙げられる。
図２は、本発明の第２の実施の形態の例を示す図である。以下の図２、図３においては、図１に示された構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付してその説明を省略する。なお、コンディショナは図６に示したようなものであり、供給される空気圧によりコンディショニング時の圧力を変えるようになっている。
研磨とコンディショニングを中止した時点で、研磨ヘッド１をコンディショナの砥石８に対面させ、その間にロードセル３を挟み込む。
そして、研磨ヘッド１と砥石８でロードセル３を挟んだ状態で、算定手段４から制御装置５に指令を出し、所定の電圧が電空変換器６に供給されるようにする。実際の電圧は、測定されて算定手段に入力されるが、指令電圧と実際の電圧の関係が安定したものであれば、実際の電圧を測定せず、指令電圧で代行してもよい。
そして、そのときに研磨ヘッド１と砥石８の間に加わる荷重をロードセル３で測定し、算定手段４に入力する。算定手段は、指令する電圧を変化させ、そのときの実際の電圧値に対応する荷重を逐次入力する。このとき、研磨ヘッド１に研磨パッドを装着した状態で測定した方が、実際のコンディショニング状態に、より近い結果が得られる。
そして、制御装置から出力される電圧と、研磨ヘッド１と砥石８の間に加わる荷重の間の関係式を回帰計算等により求め、関係式記憶装置７に記憶させておく。以上で準備作用が完了する。
コンディショニングを行うときは、コンディショニング条件を決定するパラメータの一つとして、研磨ヘッド１と砥石８の間の圧力を決定する必要がある。このとき、制御装置５は、この圧力に対応する荷重を求め、その荷重を与える出力電圧を関係式記憶装置７から読み出して、読み出された出力電圧を電空変換器６に出力するようにする。このようにして、実際の制御装置５の出力電圧と研磨ヘッド１と砥石８との間の圧力測定値に基づいた電圧が出力されるので、研磨ヘッド１と砥石８との間の圧力を目的の値にすることができる。
図３は、本発明の第３の実施の形態の例を示す図である。非研磨時において研磨液の供給配管中に流量計９を設置する。そして、算定手段４から制御装置５に指令を出し、所定の電圧が制御弁１０に供給されるようにする。実際の電圧は、測定されて算定手段に入力されるが、指令電圧と実際の電圧の関係が安定したものであれば、実際の電圧を測定せず、指令電圧で代行してもよい。
そして、そのときに流れる研磨液の流量を流量計９で測定し、算定手段４に入力する。算定手段は、指令する電圧を変化させ、そのときの実際の電圧値に対応する研磨液の流量を逐次入力する。
そして、制御装置から出力される電圧と、研磨液の供給量の関係式を回帰計算等により求め、関係式記憶装置７に記憶させておく。以上で準備作用が完了する。
研磨を行うときは、研磨条件を決定するパラメータの一つとして、研磨液の供給量を決定する必要がある。このとき、制御装置５は、この供給量に対応する出力電圧を関係式記憶装置７から読み出して、読み出された出力電圧を制御弁１０に出力するようにする。このようにして、実際の制御装置５の出力電圧と研磨液供給量の測定値に基づいた電圧が出力されるので、実際の研磨中における研磨液の供給量を目的の値にすることができる。
なお、この実施の形態においては、流量計９を配管中に設置して、その測定値を算定手段４が読み込むようにしたが、流量計９を設置せず、メスシリンダーのような測定装置で手動測定を行い、その結果を算定手段４に入力するようにしてもよい。
また、本発明は、研磨されるウエハよりも小径の研磨パッドを有する研磨装置にも、大径の研磨パッドを有する研磨装置にも使用できることは言うまでもない。Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing a first example of an embodiment of the present invention. 1 is a polishing head as shown in FIG. 5, 2 is a polishing surface plate, and 3 is a load cell which is a load measuring device. When the polishing and conditioning are stopped, the interval between the polishing head 1 and the polishing surface plate 2 is widened, and the load cell 3 is sandwiched therebetween. This operation may be performed manually, or a device for conveying the load cell 3 may be provided so that it is automatically conveyed and installed between the polishing head 1 and the polishing surface plate 2.
Then, in a state where the load cell 3 is sandwiched between the polishing head 1 and the polishing surface plate 2, a command is issued from the calculation means 4 to the control device 5 so that a predetermined voltage is supplied to the electropneumatic converter 6. The actual voltage is measured and input to the calculating means. However, if the relationship between the command voltage and the actual voltage is stable, the actual voltage may not be measured and the command voltage may be substituted. Moreover, the air pressure output from the electropneumatic converter 6 may be negative with respect to the atmospheric pressure.
At that time, the load applied between the polishing head 1 and the polishing surface plate 2 is measured by the load cell 3 and input to the calculating means 4. The calculating means changes the commanded voltage and sequentially inputs a load corresponding to the actual voltage value at that time. At this time, a result closer to the actual polishing state can be obtained by measuring the polishing head 1 with the polishing pad attached.
Then, a relational expression between the voltage output from the control device 5 and the load applied between the polishing head 1 and the polishing surface plate 2 is obtained by regression calculation or the like and stored in the relational expression storage device 7. This completes the preparation operation.
When polishing, it is necessary to determine the pressure between the polishing head 1 and the polishing surface plate 2 (polishing pad and wafer) as one of the parameters for determining the polishing conditions. At this time, the control device 5 obtains a load corresponding to this pressure, reads the output voltage that gives the load from the relational expression storage device 7, and outputs the read output voltage to the electropneumatic converter 6. To do. In this way, since the voltage based on the actual output voltage of the control device 5 and the pressure measurement value between the polishing head 1 and the polishing platen 2 is output, between the polishing head 1 and the polishing platen 2. The pressure can be set to a desired value.
In the above description, the load cell 3 is sandwiched between the polishing head 1 and the polishing surface plate 2, but the load cell 3 is installed on a table other than the polishing surface plate 2 provided in the vicinity of the polishing surface plate 2. Then, the load measurement may be performed by sandwiching the load cell 3 between the polishing head 1 and its base. Examples of the table other than the polishing platen 2 include a table used for exchanging the polishing pad 1.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the second embodiment of the present invention. In FIG. 2 and FIG. 3 below, the same components as those shown in FIG. The conditioner is as shown in FIG. 6, and the pressure during conditioning is changed by the supplied air pressure.
When the polishing and the conditioning are stopped, the polishing head 1 is made to face the grindstone 8 of the conditioner, and the load cell 3 is sandwiched therebetween.
Then, in a state where the load cell 3 is sandwiched between the polishing head 1 and the grindstone 8, a command is issued from the calculation means 4 to the control device 5 so that a predetermined voltage is supplied to the electropneumatic converter 6. The actual voltage is measured and input to the calculating means. However, if the relationship between the command voltage and the actual voltage is stable, the actual voltage may not be measured and the command voltage may be substituted.
At that time, the load applied between the polishing head 1 and the grindstone 8 is measured by the load cell 3 and input to the calculating means 4. The calculating means changes the commanded voltage and sequentially inputs a load corresponding to the actual voltage value at that time. At this time, a result closer to the actual conditioning state is obtained when the measurement is performed with the polishing pad mounted on the polishing head 1.
Then, a relational expression between the voltage output from the control device and the load applied between the polishing head 1 and the grindstone 8 is obtained by regression calculation or the like and stored in the relational expression storage device 7. This completes the preparation operation.
When conditioning is performed, it is necessary to determine the pressure between the polishing head 1 and the grindstone 8 as one of the parameters for determining the conditioning conditions. At this time, the control device 5 obtains a load corresponding to this pressure, reads the output voltage that gives the load from the relational expression storage device 7, and outputs the read output voltage to the electropneumatic converter 6. To do. Thus, since the voltage based on the output voltage of the actual control device 5 and the pressure measurement value between the polishing head 1 and the grindstone 8 is output, the pressure between the polishing head 1 and the grindstone 8 is the target. The value can be
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the third embodiment of the present invention. At the time of non-polishing, the flow meter 9 is installed in the polishing liquid supply pipe. Then, a command is issued from the calculating means 4 to the control device 5 so that a predetermined voltage is supplied to the control valve 10. The actual voltage is measured and input to the calculating means. However, if the relationship between the command voltage and the actual voltage is stable, the actual voltage may not be measured and the command voltage may be substituted.
Then, the flow rate of the polishing liquid flowing at that time is measured by the flow meter 9 and input to the calculating means 4. The calculating means changes the commanded voltage and sequentially inputs the flow rate of the polishing liquid corresponding to the actual voltage value at that time.
Then, a relational expression between the voltage output from the control device and the supply amount of the polishing liquid is obtained by regression calculation or the like and stored in the relational expression storage device 7. This completes the preparation operation.
When polishing, it is necessary to determine the supply amount of the polishing liquid as one of the parameters for determining the polishing conditions. At this time, the control device 5 reads the output voltage corresponding to this supply amount from the relational expression storage device 7 and outputs the read output voltage to the control valve 10. Thus, since the voltage based on the output voltage of the actual control device 5 and the measured value of the polishing liquid supply amount is output, the supply amount of the polishing liquid during the actual polishing can be set to the target value. .
In this embodiment, the flow meter 9 is installed in the pipe, and the measured value is read by the calculation means 4. However, the flow meter 9 is not installed, and the measurement device such as a graduated cylinder is used. Manual measurement may be performed and the result may be input to the calculation means 4.
Further, it goes without saying that the present invention can be used for a polishing apparatus having a polishing pad having a smaller diameter than a wafer to be polished and a polishing apparatus having a large diameter polishing pad.
