TW201711806A - 研磨方法以及研磨裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明係提供一種研磨方法以及一種研磨裝置，在藉由對設置於以馬達所旋轉驅動的一定盤的冷媒流路供給冷媒而冷卻該定盤的同時，藉由使以支承機構所支承的一晶圓滑接於一研磨布而進行研磨加工，其中在該晶圓的研磨加工結束後，在係為實施下一個晶圓的研磨加工之前的待機時，將該冷媒的流量予以控制成未滿正在實施該晶圓的磨研加工的研磨時的該冷媒的流量，並且以該馬達使該定盤旋轉，並且將已調整溫度至室溫以上的保水液供給至該研磨布。藉此抑制待機時的定盤的溫度的低下，不需再度開始研磨加工前的測試研磨。
Description
本發明係關於晶圓的研磨方法以及研磨裝置。
關於矽晶圓等的晶圓的研磨裝置，一般而言，會在尚未實施晶圓的研磨加工之待機狀態下，使旋轉系的定盤或加工頭停止。再者，定盤冷卻機能在待機狀態下也維持與研磨加工時為相同的狀態，更進一步，為了防止貼附於定盤上的研磨布的乾燥，一般而言，會間歇地供給保水液於研磨布。
半導體晶圓的研磨裝置主要由：具有進行研磨加工的定盤的研磨平台，以及搬送晶圓的搬送平台所構成。在晶圓搬送平台係進行自盒匣將晶圓取出、至盒匣將晶圓收納以及至研磨頭等的支承機構將晶圓取放。另外，此一連串的動作係被設定為皆在研磨加工時間內完成。
研磨平台係在供給研磨劑於貼附於定盤的研磨布上的同時，使藉由研磨頭支承的晶圓為接觸於研磨布，使研磨頭與定盤旋轉而進行研磨加工。在研磨加工時，會發生由於研磨布、研磨劑以及晶圓的磨擦的發熱，或是由於定盤旋轉的來自馬達的發熱。
對於由於上述研磨加工時的磨擦的發熱，在將定盤的溫度維持為一定的目的下，將低溫的冷卻水等的冷媒流通於定盤元件而進行除熱（參考專利文獻1）。再者，對於來自馬達的發熱，藉由低溫的冷卻水冷卻馬達周邊部，或是將馬達設置地點予以強制排氣，而使定盤溫度不升到必要之上。
這些對於發熱的除熱操作，調整冷卻水等的水溫、水量以及排氣量，而使即使在研磨加工時的大量發熱的狀態也有除熱的效果。再者，除熱操作係無關乎於為加工狀態或待機狀態，經常對定盤元件供給冷卻水，對馬達元件也同樣地經常進行冷卻水的供給或強制排氣。
因此，未進行研磨加工的待機狀態的定盤，相對於研磨加工時，其定盤溫度下降2.17%的程度。若在定盤溫度為已下降的狀態進行下一次的晶圓的研磨加工，特別在再度開始加工時的初期，會與前一個研磨在加工量或晶圓形狀發生差異。再者，在定盤溫度為已下降的狀態，研磨加工量會減少，或是平坦度的變異會變大。因此，在待機狀態而定盤溫度降低時，在進行下一個晶圓的研磨加工之前藉由測試晶圓（dummy wafer）的研磨加工而進行暖機運轉，之後進行下一個晶圓的研磨加工。 ［先前技術文獻］ ［專利文獻］
［專利文獻1］日本特開平6-99350號公報
［發明所欲解決之問題］ 如同前述，以往，由於在待機時研磨平台的定盤的溫度會由於冷卻水而過度下降的緣故，於研磨加工再度開始時的初期，研磨加工低下或平坦度的變異會變大。於此，在自待機狀態至研磨加工再度開始之前，雖然藉由測試研磨而進行定盤的暖機，但是會由於此測試研磨步驟而導致生產性低下。
有鑒於如同前述的問題，本發明的目的在於提供一種研磨方法以及研磨裝置，能抑制待機時的定盤的溫度的低下，不需要藉由研磨加工的再度開始前的測試研磨的暖機。 ［解決問題之技術手段］
為了達成上述的目的，本發明提供一種研磨方法，係在藉由對設置於以馬達所旋轉驅動的一定盤的冷媒流路供給冷媒而冷卻該定盤的同時，藉由使以支承機構所支承的一晶圓滑接於一研磨布而進行研磨加工，其中在該晶圓的研磨加工結束後，在係為實施下一個晶圓的研磨加工之前的待機時，將該冷媒的流量予以控制成未滿正在實施該晶圓的磨研加工的研磨時的該冷媒的流量，並且以該馬達使該定盤旋轉，並且將已調整溫度至室溫以上的保水液供給至該研磨布。
如此一來，在待機時減少冷媒的流量，並且藉由讓定盤旋轉驅動而讓馬達發熱，更進一步藉由使供給至研磨布的保水液為室溫以上的溫度，而不使定盤過度地冷卻，故能防止定盤的溫度的極端地降低。
此時該待機時的該冷媒的流量為該研磨時的該冷媒的流量的1/4以下為佳。
如此使待機時的冷媒的流量為研磨時的冷媒的流量的1/4以下，能更確實地防止定盤的過度的冷卻。
再者此時，該研磨加工係使用具有複數個定盤並且以各定盤進行研磨加工的研磨裝置而進行為佳。
具有複數個定盤的研磨裝置，一定數量的定盤為待機狀態經常發生。因此，在具有複數個定盤的研磨裝置之中使用本發明的研磨方法係為合適。
再者，為了達成上述的目的，本發明提供一種研磨裝置，係具有以馬達所旋轉驅動且設置有冷媒流路的一定盤、貼附於該定盤的一研磨布以及支承晶圓的一支承機構，在對該冷媒流路供給冷媒而冷卻該定盤的同時，藉由使以該支承機構所支承的該晶圓滑接於貼附在該定盤的該研磨布而實施研磨加工，其中該研磨裝置包含：一流量調整閥，係控制供給至該定盤的該冷媒流路的冷媒的流量；一定盤控制部，係控制該定盤的旋轉；以及一保水液供給機構，係在該晶圓的研磨加工結束後，在係為實施下一個晶圓的研磨加工之前的待機時，將該研磨布保水用的保水液供給至該研磨布，其中該流量調整閥係為將該待機時的該冷媒的流量控制成未滿正在實施該晶圓的研磨加工的研磨時的該冷媒的流量，該定盤控制部係為在該待機時也以馬達使該定盤旋轉，該保水液供給機構係為在該待機時將已調整溫度至室溫以上的保水液供給至該研磨布。
如此的研磨裝置，在待機時減少冷媒的流量，並且藉由讓定盤旋轉驅動而使馬達發熱，更進一步將供給至研磨布的保水液為室溫以上的溫度而不過度冷卻定盤，故能防止定盤的溫度的極端的低下。
此時，該流量調整閥係為將該待機時的該冷媒的流量控制成該研磨時的該冷媒的流量的1/4以下為佳。
如此一來，具有使待機時的冷媒的流量為研磨時的1/4以下的流量調整閥的研磨裝置，能更確時地防止定盤的過度的冷卻。
再者此時，該研磨加工係使用具有複數個定盤並且以各定盤進行研磨加工的研磨裝置而進行為佳。
具有複數個定盤的研磨裝置，一定數量的定盤為待機狀態經常發生。因此，能抑制待機狀態的定盤的溫度低下的本發明的研磨裝置係特別合適地被應用。 〔對照先前技術之功效〕
本發明的研磨裝置以及研磨方法，能防止待機時的定盤的過度的冷卻，而能抑制待機時的定盤的溫度的低下。其結果，能省略加工研磨的再度開始前的藉由測試研磨等的暖機作業，並且抑制生產性的低下。
以下說明本發明的實施例，但本發明並非限定於此。
如同上述，於未研磨加工的待機時，研磨平台的定盤的溫度由於冷卻水等而過度低下，而於研磨加工再度開始的初期，研磨加工量減少，或平坦度的變異變大。於此，雖然自待機狀態將研磨加工予以開始之前進行藉由測試研磨的定盤的暖機，但是有由於此測試研磨步驟而生產性低下的問題。
於此，本發明人們為了解決如此的問題而持續地努力研究。結果想到：於待機時減少冷媒的流量，利用藉由定盤的旋轉的馬達的發熱，並且藉由使研磨布的保水液為室溫以上，而能抑制待機時的定盤的溫度的極端的低下，進而完成了本發明。
首先說明本發明的研磨裝置的一範例。如第1圖所示，本發明的研磨裝置1主要具備有旋轉驅動可能的定盤2、貼附於定盤2的研磨布3以及支承晶圓W用的支承機構4。
再者，於定盤2設置有冷媒流路5，藉由於此冷媒流路5供給冷媒而能冷卻定盤2。
此研磨裝置1，於冷媒流路5供給冷媒而冷卻定盤2的同時，藉由將以支承機構4所支承的晶圓W予以滑接於貼附於定盤2的研磨布3而實施研磨加工。本發明的研磨裝置1具備有於此研磨加工時供給研磨劑至研磨布3的研磨劑供給機構10亦可。
再者，定盤2可藉由馬達6而旋轉驅動，再者，定盤2的旋轉係藉由定盤控制部7而控制。定盤控制部7，例如可藉由控制馬達6的輸出而控制定盤2的旋轉。
在本發明的研磨裝置1之中，定盤控制部7不僅在晶圓W的研磨加工中，也在晶圓W的研磨加工結束後，實施下一次晶圓W的研磨加工之前的待機時，藉由馬達6而使定盤2旋轉。
再者，供給至冷媒流路5的冷媒的流量係藉由流量調整閥8而控制。在本發明的研磨裝置1之中，流量調整閥8將待機時的冷媒的流量予以控制成未滿正在實施晶圓W的研磨加工的研磨時的冷媒的流量。
更具體為，流量調整閥8將待機時的冷媒的流量調整為該研磨時的冷媒的流量的1/4以下為佳。如此一來，流量調整閥8將待機時的冷媒的流量調整為該研磨時的冷媒的流量的1/4以下，能更確實第防止定盤2的過度的冷卻。
再者，本發明的研磨裝置1係具有於待機時將為了將研磨布3保水的保水液予以供給至研磨布3的保水液供給機構9。在本發明的研磨裝置1之中，保水液供給機構9係於待機時將調溫至室溫以上的保水液予以供給至研磨布3。
如此的本發明的研磨裝置1，藉由將於待機時使定盤2旋轉而自馬達6的發熱予以利用於定盤2的溫度的維持的同時，使保水液為室溫以上，並且減少冷媒的流量，而能防止定盤2的過度的冷卻。因此，由於待機狀態的定盤2成為經加工量或晶圓形狀不發生大的差異的程度的暖機的狀態，故無須進行成為生產性的惡化的要因的測試研磨，便能在下一次研磨加工之中抑制晶圓的平坦度等的品質的惡化。
接下來，說明使用如同上述的本發明的研磨裝置1的情況的本發明的研磨方法的一範例。
本發明的研磨方法，在該晶圓W的研磨加工結束後，在係為實施下一個晶圓W的研磨加工之前的待機時，將冷卻定盤2的冷媒的流量予以控制成未滿正在實施該晶圓W的磨研加工的研磨時的該冷媒的流量，並且以馬達6使定盤2旋轉，並且將已調整溫度至室溫以上的保水液供給至研磨布3。
待機時的冷媒的流量為研磨時的該冷媒的流量的1/4以下為佳。一般而言，冷卻定盤2的冷媒的流量於研磨加工時為4.5L/min程度的緣故，待機時能藉由流量調整閥8而切換至1.0L/mim以下的流量。待機時的冷媒的流量，特別是0.2L/min以上且1.0L/min以下為佳。若為此範圍，能更確實地防止過度地冷卻定盤2。
再者，在本發明之中，待機時的定盤2的轉速為3rpm以上且5rpm以下為佳。定盤2的轉速為3rpm能充分地得到馬達的發熱，定盤2的轉速為5rpm以下則能充分地維持研磨布上的保水液。
再者，在本發明之中，於待機時將供給至研磨布3的保水液的溫度調整為室溫以上，更具體而言，保水液的溫度為23℃以上且30℃以下為佳。若將保水液調整成此溫度範圍且供給至研磨布3，能防止定盤的極端的溫度低下。
再者，本發明特別適用於使用具有複數個定盤並且以各定盤進行研磨加工的研磨裝置。此因在具有複數個定盤的研磨裝置，一定數量的定盤為待機狀態常會發生的緣故。 ［實施例］
以下，雖然表示本發明的實施例以及比較例而更具體地說明本發明，但是本發明未限定於這些實施例。
［實施例1］ 使用本發明的研磨裝置，依照本發明的研磨方法而進行直徑450mm的矽晶圓的研磨。亦即，於之前的研磨結束後至下一次開始研磨的待機時，將冷媒的流量予以控制成未滿研磨時的冷媒的流量，並且藉由馬達而旋轉定盤，並且將已調整為室溫以上的保水液予以供給至研磨布。再者，於下一次開始研磨之前，未進行測試研磨。
作為研磨裝置，係使用具有兩個定盤的單面研磨機（不二越機械社製SRED研磨機）。再者，各研磨加工平台的研磨條件（定盤轉速、研磨頭（支承機構）轉速、負重、研磨時間、研磨布種類、研磨劑種類）如同下述的表1。再者，於研磨時供給至定盤的冷媒流路的冷媒的流量為4.5L/min。
【表1】
再者，在各定盤之中，待機時的冷媒的流量為1.0L/min，定盤的轉速為5rpm，保水液的溫度為25℃。另外，由於此時的室溫為23℃的緣故，保水液的溫度調整為室溫以上。另外，保水液係間歇地供給。再者，各定盤的研磨結束後至下一次的開始研磨的待機時間為4小時。
接下來，以KLA社製WaferSight測定在待機後的研磨加工中研磨的25片晶圓的加工量以及平坦度，評價各晶圓間的加工量以及平坦度的變異。其結果表示於表2、第2圖以及第3圖。
【表2】
如同自表2及第2圖所得知，實施例1與後述的比較例1相比，加工量的最大值及最小值的差變小。再者，加工量的最大值及最小值的差，相對於比較例1的170nm，實施例1為62nm，抑制至約1/3。
再者，如同自表2及第3圖所得知，實施例1與後述的比較例1相比，係為晶圓的平坦度的指標的GBIR（Global Backsurface-referenced Ideal plane/Range）的最大值與最小值的差變小。再者，GBIR的最大值與最小值的差，相對於比較例的176nm，實施例1為43nm，抑制至約1/4。
如同以上，本發明能抑制待機時的定盤溫度的低下，其結果得知，即使省略測試研磨，也可抑制晶圓品質的變異。
［比較例1］ 於待機時，使冷媒的流量為與研磨時的冷媒的流量相同，未使定盤旋轉，並且將調溫至未達室溫的保水液供給至研磨布以外，以與實施例1相同的條件實施矽晶圓的研磨。 之後，以與實施例1相同的方法，測定在待機後的研磨加工之中研磨的晶圓的加工量以及平坦度，評價各晶圓間的加工量以及平坦度的變異。
在待機時的各定盤之中，冷媒的流量與研磨時相同為4.5L/min，定盤轉速為0rpm（停止狀態），保水液的溫度為20℃（亦即，比室溫23℃更低溫）。
其結果，如同自表2、第2圖以及第3圖所得知，相比於實施例1，晶圓間的加工量以及平坦度的變異變大。因此，在比較例1的研磨方法的情況下，將定盤予以暖機的測試研磨係為必須，相比於實施例1，能確認生產性性低下。
［實施例2］ 在實施例1之外，以與實施例1相同的條件進行矽晶圓的研磨。此時，測定待機時的定盤的溫度變化，與後述的比較例2的待機時的定盤的溫度變化比較。
［比較例2］ 除了於待機時未進行定盤旋轉以外，以與實施例2相同的條件進行矽晶圓的研磨。此時，測定待機時的定盤的溫度變化，與實施例2的待機時的定盤的溫度變化比較。
其結果示於第4圖。第4圖係顯示待機時的定盤溫度的變化率。另外，於第4圖所表示的「溫度變化率」係對於研磨之後的待機時間為0分鐘的定盤溫度，各待機時間的定盤溫度的相對值，以（溫度變化率）＝（各待機時間的定盤溫度（℃））／（研磨之後的待機時間為0分鐘的定盤溫度（℃））表示。「溫度變化率」的定義，在後述的第5圖以及第6圖之中也與此相同。如同第4圖所示，得知在未有待機時的定盤旋轉的比較例2之中，定盤的溫度容易低下。
［實施例3］ 在實施例1以及實施例2之外，另外以與實施例1相同的條件進行矽晶圓的研磨。此時，測定待機時的定盤的溫度變化，與後述的比較例3的待機時的定盤的溫度變化比較。
［比較例3］ 將待機時的冷媒的流量為與研磨時相同的4.5L/min以外，以與實施例3相同的條件進行矽晶圓的研磨。此時，測定待機時的定盤的溫度變化，與實施例3的待機時的定盤的溫度變化比較。
其結果示於第5圖。第5圖係顯示待機時的定盤溫度的變化率。自第5圖得知，在待機時的冷媒的流量為與研磨時相同的比較例3中，相比於實施例3，溫度低下大。
［實施例4］ 在實施例1至3之外，另外以與實施例1相同的條件進行矽晶圓的研磨。此時，測定待機時的定盤的溫度變化，與實施例4的待機時的定盤的溫度變化比較。
［比較例4］ 除了使待機時的保水液的溫度為未達室溫的20℃以外，以與實施例4相同的條件進行矽晶圓的研磨。此時，測定待機時的定盤的溫度變化，與實施例4的待機時的定盤的溫度變化比較。
其結果示於第6圖。第6圖係顯示待機時的定盤溫度的變化率。自第6圖得知，在使待機時的保水液的溫度為未達室溫的20℃的比較例4中，相比於實施例4，溫度低下大。
［實施例5］ 本發明的研磨裝置，矽晶圓的研磨結束後，使定盤待機，測定待機時的定盤的溫度變化。使待機時的冷媒的流量為1.0L/min，定盤的轉速為5rpm，保水液的溫度為25℃。另外，研磨時的冷媒的流量為4.5L/min，室溫為23℃。
［比較例5］ 在待機時的各定盤之中，除了使冷媒的流量與研磨時相同為4.5L/min，定盤轉速為0rpm（停止狀態），保水液的溫度為20℃（亦即，比室溫23℃更低）以外，與實施例2相同，矽晶圓的研磨結束後，使定盤待機，測定待機時的定盤的溫度變化。
實施例5以及比較例5的定盤的溫度變化分別示於第7圖以及第8圖。另外，第7圖以及第8圖之中的「溫度上升比率」係以對於未研磨也未待機的裝置停止時的定盤設定溫度，定盤溫度的上升比率所定義，以（溫度上升比率）＝［（測定時定盤溫度（℃））／（定盤設定溫度（℃））］×100表示。未研磨也未待機的裝置停止時，也供給定盤冷卻水並且控制至設定溫度。如第7圖所示，在實施例5中，待機時的定盤的溫度變化抑制至約0.73%。另一方面，在比較例5中，待機時的定盤的溫度變化為約2.17%，為實施例5的約三倍。
此外，本發明並不限定於上述的實施例。上述實施例為舉例說明，凡具有與本發明的申請專利範圍所記載之技術思想實質上同樣之構成，產生相同的功效者，不論為何物皆包含在本發明的技術範圍內。
1‧‧‧研磨裝置
2‧‧‧定盤
3‧‧‧研磨布
4‧‧‧支承機構
5‧‧‧冷媒流路
6‧‧‧馬達
7‧‧‧定盤控制部
8‧‧‧流量調整閥
9‧‧‧保水液供給機構
10‧‧‧研磨劑供給機構
W‧‧‧晶圓
2‧‧‧定盤
3‧‧‧研磨布
4‧‧‧支承機構
5‧‧‧冷媒流路
6‧‧‧馬達
7‧‧‧定盤控制部
8‧‧‧流量調整閥
9‧‧‧保水液供給機構
10‧‧‧研磨劑供給機構
W‧‧‧晶圓
第1圖係顯示本發明的研磨裝置的一範例的示意圖。 第2圖係顯示實施例1、比較例1的晶圓的加工量的變異的圖。 第3圖係顯示實施例1、比較例1的晶圓的GBIR的變異的圖。 第4圖係顯示實施例2與比較例2的定盤的溫度變化率的圖。 第5圖係顯示實施例3與比較例3的定盤的溫度變化率的圖。 第6圖係顯示實施例4與比較例4的定盤的溫度變化率的圖。 第7圖係顯示實施例5的定盤的溫度變化率的圖。 第8圖係顯示比較例5的定盤的溫度變化率的圖。
Claims (6)
- 一種研磨方法，係在藉由對設置於以馬達所旋轉驅動的一定盤的冷媒流路供給冷媒而冷卻該定盤的同時，藉由使以支承機構所支承的一晶圓滑接於一研磨布而進行研磨加工，其中 在該晶圓的研磨加工結束後，在係為實施下一個晶圓的研磨加工之前的待機時， 將該冷媒的流量予以控制成未滿正在實施該晶圓的磨研加工的研磨時的該冷媒的流量，並且以該馬達使該定盤旋轉，並且將已調整溫度至室溫以上的保水液供給至該研磨布。
- 如請求項1所述的研磨方法，其中該待機時的該冷媒的流量為該研磨時的該冷媒的流量的1/4以下。
- 如請求項1或2所述的研磨方法，其中該研磨加工係使用具有複數個定盤，並且以各定盤進行研磨加工的研磨裝置而進行。
- 一種研磨裝置，係具有以馬達所旋轉驅動且設置有冷媒流路的一定盤、貼附於該定盤的一研磨布以及支承晶圓的一支承機構，在對該冷媒流路供給冷媒而冷卻該定盤的同時，藉由使以該支承機構所支承的該晶圓滑接於貼附在該定盤的該研磨布而實施研磨加工，其中該研磨裝置包含： 一流量調整閥，係控制供給至該定盤的該冷媒流路的冷媒的流量； 一定盤控制部，係控制該定盤的旋轉；以及 一保水液供給機構，係在該晶圓的研磨加工結束後，在係為實施下一個晶圓的研磨加工之前的待機時，將該研磨布保水用的保水液供給至該研磨布， 其中該流量調整閥係為將該待機時的該冷媒的流量控制成未滿正在實施該晶圓的研磨加工的研磨時的該冷媒的流量， 該定盤控制部係為在該待機時也以馬達使該定盤旋轉， 該保水液供給機構係為在該待機時將已調整溫度至室溫以上的保水液供給至該研磨布。
- 如請求項4所述的研磨裝置，其中該流量調整閥係為將該待機時的該冷媒的流量控制成該研磨時的該冷媒的流量的1/4以下。
- 如請求項4或5所述的研磨裝置，其中該研磨裝置具有複數個定盤，並且以各定盤進行研磨加工。
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