TW201720585A - 硏磨裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明的課題為在修整研磨墊的研磨面時，將修整部對研磨面推按的力道設為相同。解決手段是，一種研磨裝置，其具備：彈性波檢測感測器，是檢測研磨墊的研磨面在接觸修整部的上面時所發生的彈性波的；與控制部，是在彈性波檢測感測器檢測出預先設定的輸出訊號的設定值時，使研磨設備的移動停止的，由於藉由控制部的控制使研磨設備的移動停止後，研磨設備4與修整機構相對地修整進給而修整研磨面，因此能將研磨時對於研磨面推按修整板的力道設為相同。

Description

研磨裝置 發明領域
本發明是有關於一種具有修整研磨工具的研磨面之機構的研磨裝置。
發明背景
在使用研磨墊研磨晶圓的研磨裝置中，旋轉研磨墊的同時，具備有研磨墊的研磨單元藉由研磨單元進給機構而朝向晶圓搬送，且使研磨墊的研磨面接觸晶圓。研磨中，由於將研磨墊的研磨面按壓在晶圓上，因此晶圓被研磨時所產生的磨屑會進入研磨墊的研磨面，研磨面會發生磨粒鈍化。因此，為了消除研磨面的磨粒鈍化，現在有藉由將修整器推按在研磨面，而修整研磨面，藉以維持研磨加工能力之修整方法。研磨面的修整是例如，每研磨一片晶圓就進行修整(例如參照專利文獻1)。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2006-055971號公報
發明概要
不過，研磨墊的研磨面軟，會因為將其按壓在晶圓上後，而會被擠壓變形。又，由於研磨面會因研磨加工而耗損，因此研磨加工後，研磨面的高度會不均勻。因此，若將使研磨面接觸於修整器時的研磨單元的高度設為恆定，會有修整器對於研磨面的推按力變成不相同的問題。
為了讓將修整器對於研磨面的推按力設為相同，在現狀中，讓研磨加工結束時的研磨單元進給機構記憶所掌握的研磨單元的位置資訊，並且預先記憶研磨加工結束時的晶圓的上表面高度資訊，根據這些資訊，計算出修整時的正確的研磨單元的高度，而在研磨單元進給機構將研磨單元定位在該高度上的狀態下，進行修整。又，由於被擠壓變形的研磨墊會因欲復原而膨脹，而有研磨面的高度發生變化的情形，因此研磨單元進給機構在控制研磨單元的高度時，也要考慮到研磨墊的膨脹。
不過，在修整時，如上述，有擠壓研磨面，而修整器過強地接觸在研磨面上的情形，又，由於研磨墊沒有如預定般地膨脹，因此也有修整器沒有接觸到研磨面或推按力太弱的情形。
因此，關於研磨墊的研磨面之修整，有將對於研磨面推按修整部的力道設為相同的課題。
一種研磨裝置，其具備：工作夾台，是將板狀工件保持在保持面上； 研磨設備，是裝設有將保持在該工作夾台上的板狀工件研磨的研磨工具，且具備使該研磨工具旋轉的旋轉設備，並使該研磨工具的研磨面接觸於板狀工件而研磨板狀工件；研磨進給設備，是使該研磨設備在相對於該工作夾台接近以及離開的方向上移動；修整機構，是修整該研磨面；修整進給設備，是將該研磨設備與該修整機構相對地與該研磨面平行地修整進給，該修整機構具備：修整部，是接觸該研磨面；基座，是配置有該修整部；還具備：彈性波檢測感測器，是檢測彈性波，該彈性波是在該研磨設備使該研磨工具旋轉，且藉由該研磨進給設備將該研磨設備在接近該工作夾台的該保持面的方向上研磨進給，以使該研磨面接觸於該修整部的上表面時所發生的彈性波；控制部，是在該彈性波檢測感測器檢測出預先設定的輸出訊號的設定值時，使藉由該研磨進給設備進行的該研磨設備的移動停止；藉由該控制部的控制，而使該研磨設備的移動停止後，以該修整進給設備將該研磨設備與該修整設備相對地修整進給且修整該研磨面。
在上述研磨裝置中，還具備：放大器，是將前述彈性波檢測感測器所檢測出的輸出訊號轉換成輸出電壓，在從該放大器輸出的電壓中檢測出預先設定的設定值時，也可以使藉由前述研磨進給設備進行的研磨進給停止，且進行前述研磨面的修整。
又，在上述研磨裝置中，將前述彈性波檢測感測器所檢測出的輸出訊號進行傅立葉轉換，在檢測出預先設定的設定值之頻率時，也可以使藉由前述研磨進給設備進行的研磨進給停止，且進行前述研磨面的修整。
本發明的研磨裝置是具備：彈性波檢測感測器，是檢測彈性波，該彈性波是在研磨面接觸於用以修整研磨墊的研磨面的修整部的上面時所發生的彈性波；與控制部，是在彈性波檢測感測器檢測出預先設定的輸出訊號的設定值時，使研磨設備的移動停止，由於藉由控制部的控制使研磨設備的移動停止後，將研磨設備與修整機構相對地修整進給以修整研磨面，因此能將研磨時對於研磨面推按修整板的力道設為相同。
1‧‧‧研磨裝置
10‧‧‧基座
100‧‧‧裝卸域
101‧‧‧研磨域
11‧‧‧支柱
2‧‧‧研磨進給設備
20‧‧‧滾珠螺桿
21‧‧‧導軌
22‧‧‧馬達
23‧‧‧升降板
24‧‧‧托座
4‧‧‧研磨設備
40‧‧‧研磨工具
400‧‧‧支撐構件
401‧‧‧研磨墊
401a‧‧‧研磨面
41‧‧‧安裝座
42‧‧‧轉軸
43‧‧‧旋轉設備
44‧‧‧連結螺栓
5‧‧‧工作夾台機構
51‧‧‧罩蓋
52‧‧‧工作夾台
520‧‧‧吸附部
520a‧‧‧保持面
521‧‧‧框體
53‧‧‧移動基台
54‧‧‧馬達
56‧‧‧工作夾台進給設備
561‧‧‧滾珠螺桿
562‧‧‧馬達
563‧‧‧軸承部
564‧‧‧導軌
571‧‧‧線性尺規
572‧‧‧讀取頭
6‧‧‧修整機構
60‧‧‧修整部
600‧‧‧支撐部
601‧‧‧修整板
61‧‧‧基座
611‧‧‧安裝孔
7‧‧‧支撐機構
71‧‧‧支撐板
711‧‧‧螺絲孔
72‧‧‧移動基板
721‧‧‧被導引孔
73‧‧‧導引桿
74‧‧‧升降設備
741‧‧‧脈衝馬達
742‧‧‧滾珠螺桿
75‧‧‧水平度調整設備
751‧‧‧升降設備
76‧‧‧埋頭螺絲
80‧‧‧彈性波檢測感測器
81‧‧‧訊號處理部
82‧‧‧控制部
T‧‧‧膠帶
W‧‧‧晶圓
W1‧‧‧一方的面
W2‧‧‧被研磨面
X、Y、Z、+X、+Y、+Z、-X、-Y、-Z‧‧‧方向
圖1是表示研磨裝置之一例的立體圖。
圖2是表示研磨工具的上表面側的立體圖。
圖3是表示研磨工具的下表面側的立體圖。
圖4是表示工作夾台機構、修整機構以及彈性波檢測感測器的立體圖。
圖5是表示支撐機構、修整機構以及彈性波檢測感測器的立體圖。
圖6是表示使修整板接觸於研磨墊的研磨面而進行研磨面的修整的狀態的側面圖。
圖7是表示將彈性波檢測感測器的輸出訊號轉換成輸 出電壓的結果的圖表。
圖8是表示將彈性波檢測感測器的輸出訊號進行傅立葉轉換後的結果的圖表。
用以實施發明之形態
圖1所示的研磨裝置1是，藉由具備研磨工具40的研磨設備4將保持在工作夾台52上的板狀工件W研磨的裝置。
研磨裝置1的基座10上，配置有工作夾台機構5。工作夾台機構5包含：圓板形狀的工作夾台52，是配置成以實質上鉛直地延伸的旋轉中心軸線為中心旋轉自如、與其周圍的罩蓋51。
工作夾台52具備例如：吸附部520，是其外形為圓形狀，且由多孔質構件等形成，以吸附板狀工件W0，與框體521，是支撐吸附部520。吸附部520連通於圖未示的吸引源，以吸引源吸引所產生之吸引力傳達至吸附部520的露出面之保持面520a上，藉以使工作夾台520在保持面520a上吸引保持板狀工件W。又，工作夾台52被罩蓋51從周圍圍繞，藉由圖未示的旋轉設備被支撐成可旋轉。
在基座10上的側方(-X方向)立設有支柱11，支柱11的前面配置有研磨進給設備2，是使研磨設備4在相對於工作夾台52接近以及離開的方向上移動。研磨進給設備2是由：滾珠螺桿20，是具有鉛直方向(Z軸方向)的軸心、一對導軌21，是與滾珠螺桿20平行地配置、馬達22，是連結於 滾珠螺桿20的上端而使滾珠螺桿20旋動、升降板23，是內部的螺帽螺合於滾珠螺桿20，側部滑動接觸於導軌、托座24，是連結於升降板23而保持研磨設備4，所構成，馬達22使滾珠螺桿20旋動後，升降板23隨之被導軌21導引在Z軸方向上來回移動，而保持在托座24上的研磨設備4在Z軸方向上研磨進給。馬達22的控制藉由具備CPU、記憶體等的控制部82來執行。
研磨設備4具備：轉軸42，是具有安裝座41、研磨工具40，是研磨裝設在安裝座41上且保持在工作夾台52上的板狀工件W、研磨工具40是裝設在轉軸42上、旋轉設備43，是藉由使轉軸42旋轉而使研磨工具40旋轉。
研磨工具40如圖2以及圖3所示，由圓板形狀的支撐構件400與圓板形狀的研磨墊401構成。研磨墊401的下表面為研磨面401a。在支撐構件400上，在圓周方向上隔著間隔形成有從其上表面延伸至下方的複數個盲螺孔400a。支撐構件400的下表面構成為圓形支撐面，研磨墊401例如由環氧樹脂系接著劑組成的接著劑黏合於支撐構件400的圓形支撐面上。在圖示的實施形態中，研磨墊401是使用使磨粒分散在不織布中且以適當的黏結劑固定的不織布磨石。
將研磨工具40定位在安裝座41的下表面，該安裝座41是固定於轉軸42的下端，且透過形成於安裝座41的貫通孔將連結螺栓44螺合於形成在研磨工具40的支撐構件400上的盲螺孔400a，藉此將研磨工具40裝設在安裝座41上。
如圖4所示，工作夾台機構5具備工作夾台進給設備56，是使工作夾台52在Y軸方向上移動。工作夾台進給設備56是由：滾珠螺桿561，是在Y軸方向上延伸的、馬達562，是連結於滾珠螺桿561的一端且使滾珠螺桿561在正反兩方向上旋轉、軸承部563，是在滾珠螺桿561的另一端上將滾珠螺桿561支撐成可旋轉、一對導軌564，是與滾珠螺桿561平行地配置、移動基台53，是內部的螺帽531螺合於滾珠螺桿561並且底部滑動接觸於導軌564，所構成，並且當馬達562正轉驅動滾珠螺桿561時，移動基台53在+Y方向上移動，當馬達562反轉驅動滾珠螺桿561時，移動基台53在-Y方向上移動。圖1表示有對工作夾台52進行板狀工件裝卸的區域之裝卸域100，藉由移動基台53在Y軸方向上移動，工作夾台52成為可在裝卸域100與由研磨工具40進行研磨的區域之研磨域101之間移動。又，線性尺規571配置為與導軌564平行，並且移動基台53具備讀取線性尺規571的讀取頭572，讀取頭572向控制部82通知移動基台53的Y軸方向的位置資訊。
如圖4所示，在移動基台53上，配置有透過圖未示的旋轉軸而連結於工作夾台52的馬達54，馬達54以期望的旋轉速度使工作夾台52旋轉。
如圖1以及圖4所示，在罩蓋51的上表面，配置有修整研磨工具40的研磨面400的修整機構6。修整機構6如圖5所示，具備：修整部60，是接觸於研磨工具40的研磨面400以進行修整、基座61，是配置有修整60、支撐機構7，是將 基座61支撐成可升降。修整部60由：支撐部600，是從基座61立設、修整板601，是固定在支撐部600的上端，所構成。
支撐機構7是具備：支撐基座61的支撐板71、支撐支撐板71的移動基板72、4支導引桿73，是立設於圖4所示的移動基台53上且導引移動基板72的上下方向的移動、升降設備74，是使移動基板72沿著導引桿73移動、水平度調整設備75，是配置於移動基板72與支撐板71之間。支撐板71是形成為矩形狀，在其上表面上，在對應於裝設在基座61上3個安裝孔611的位置上形成有3個螺絲孔711。藉由使穿過裝設在基座61上安裝孔611的埋頭螺絲76螺合於此螺絲孔711，將修整機構6裝設在支撐板71上。尚且，在修整機構6已裝設在支撐板71的狀態下，埋頭螺絲76的頭部嵌合於安裝孔611的上部的錐形面上，且定位在低於基座61的上表面的位置上。
支撐支撐板71的移動基板72形成為矩形狀，在其四個角落上裝設有在上下方向上貫通的4個被導引孔721。藉由將4支導引桿73分別插通在該4個被導引孔721內，移動基板72構成為可沿著導引桿73在上下方向上移動。使移動基板72沿導引桿73移動的升降設備74包含：脈衝馬達741，是可正轉、反轉地配置在圖4所示的移動基台53上以及滾珠螺桿742，是藉由脈衝馬達741驅動，當正轉驅動脈衝馬達741時，移動基板72上升，當反轉驅動脈衝馬達741時，移動基板72下降。又，配置於移動基台72與支撐板71之間的水平度調整設備75，是由在支撐板71的長手方向上間隔地 配置的2個升降設備751構成。此升降設備751包含，脈衝馬達以及被脈衝馬達驅動的滾珠螺桿，當正轉驅動脈衝馬達時，支撐板71上升，逆轉驅動脈衝馬達時，支撐板71下降。藉由分別使2個升降設備751升降，能夠調整裝設在支撐板71的上表面上的基座61的水平度。
在罩蓋51上的鄰接於修整部60的位置上，配置有彈性波檢測感測器80。此彈性波檢測感測器80具有檢測研磨墊401接觸於修整部60的上表面時所發生的彈性波之功能。作為彈性波檢測感測器80，可使用例如AE感測器。
如圖1所示，彈性波檢測感測器80連接於信號處理部81。信號處理部81具備：放大器，是將彈性波檢測感測器80所檢測出的輸出訊號轉換成輸出電壓，或傅立葉轉換部，是將彈性波檢測感測器80所檢測出的輸出訊號進行傅立葉轉換。
在圖1所示的研磨裝置1中，膠帶T被貼附在研磨對象的晶圓W的其中一方的面W1上。然後，圖4所示的工作夾台進給設備56使工作夾台52在裝卸域100上移動，膠帶T側被載置在工作夾台52的保持面520a上，因圖未示的吸引源吸引而產生的吸引力傳達到工作夾台52的保持面520a上，工作夾台52透過膠帶T吸引保持板狀工件W，而被研磨面W2成為露出狀態。
其次，工作夾台進給設備56使工作夾台52在研磨域101上移動，並且圖4所示的馬達54使工作夾台52旋轉。然後，在研磨設備4中，旋轉設備43使轉軸42旋轉而使研磨 墊400旋轉，研磨進給設備2將研磨設備4在接近於工作夾台52的保持面520a的方向(-Z方向)上研磨進給，且使旋轉的研磨墊401的研磨面401a接觸於板狀工件W的被研磨面W2，以進行研磨。此時，圖5所示的升降設備74先使修整機構6下降，至少使修整部60的修整板61的上表面位在比工作夾台52的保持面520a更下側(-Z方向)的位置上，使研磨面401a不接觸到修整板61。
因研磨所產生的研磨屑進入研磨墊401的研磨面401a後，研磨面401a會產生磨粒鈍化，為了消除與防止磨粒鈍化的產生，在適當的時機裡，將修整器推按在研磨面401a上，以修整研磨面401a。
修整研磨面401a時，圖4所示的工作夾台進給設備56使移動基台53在Y軸方向上移動，使修整板601移動至研磨墊401的下方。
然後，圖5所示的升降設備74使支撐板71上升，藉此使基座61上升，將修整板601的上表面定位在比工作夾台52的保持面520a的更上側(+Z軸方向)。之後，在研磨設備4中，旋轉設備43使研磨墊401旋轉的同時，研磨進給設備2向接近於工作夾台52的保持面520a之方向，將研磨設備4研磨進給。如此進行後，如圖6所示，修整板601接觸於旋轉的研磨墊401的研磨面401a。
修整板601的上表面接觸於旋轉的研磨墊401的研磨面401a後，會發生彈性波。位於修整機構6的旁邊的彈性波檢測感測器80會檢測此彈性波，當檢測出此輸出訊號 到達預定的設定值時，圖1所示的控制部82，會使藉由研磨進給設備2進行的在研磨設備4在-Z方向上之移動停止。預定的設定值是記憶於例如具備在控制部82內的記憶體中。
然後，在此之後，工作夾台進給設備56相對於研磨設備4，在Y軸方向上修整進給修整機構6，藉此以修整板601修整旋轉的研磨墊401的研磨面401a之全面。亦即，工作夾台進給設備56是，作為使研磨設備4及修整機構6與研磨面401a平行地移動的修整進給設備而運作。
如此地，在檢測出彈性波檢測感測器80的輸出訊號到達預定的設定值時，由於研磨設備4在-Z方向的移動會停止，研磨設備4在保持此時的Z軸方向的位置之狀態下，進行研磨面401a的修整，因此修整中，能將對於研磨面401a推按修整板601的力道設為相同。
又，研磨面401a的修整一旦結束後，就進行其他的板狀工件的研磨，並再度進行研磨面401a的修整，但在此修整時間內，在檢測出彈性波檢測感測器80的輸出訊號到達前述預定的設定值時，研磨設備4在-Z方向上的移動會停止，研磨設備4會在保持此時的Z軸方向的位置之狀態下，進行研磨面401a的修整。因此，能將對研磨面401a推按修整板601的力道設為與前次的修整時相同。亦即，不論反覆進行修整幾次，每次修整時，都能將對於研磨面401a推按修整板601的力道設為相同。又，每次修整時，即使研磨墊401有不同程度的膨脹，也能因應膨脹的差異，而調整修整板601的推按力。
訊號處理部81具備將彈性波檢測感測器80所檢測出的輸出訊號轉換成輸出電壓的放大器時，會將用以檢測彈性波電壓的閾值記憶在控制部82中。然後，來自放大器的輸出電壓設成例如圖7所示的圖形的情形時，若在控制部82上，先將預定的電壓值設定為閾值，在由放大器輸出的實際的電壓值達到該閾值時，使藉由研磨進給設備2進行的研磨設備4的研磨進給停止，且開始修整研磨墊401的研磨面401a。藉由上述動作，在修整時，能將修整板601對研磨面401a推按的力道設為相同。
另一方面，在訊號處理部81中，也可具備將彈性波檢測感測器80所檢測出的輸出訊號進行傅立葉轉換的傅立葉轉換部。傅立葉轉換部具備：CPU、記憶體等，藉由將來自彈性波檢測感測器80的輸出訊號進行傅立葉轉換，而獲得例如圖8所示的波形。在此波形中，於特定的頻率中，波形突出於上方的部分為頻率的峰值，藉由將此頻率的峰值記憶在控制部82的記憶體中，在控制部82檢測出此峰值時，使藉由研磨進給設備2進行的研磨設備4的研磨進給停止，且開始修整研磨墊401的研磨面401a。藉由上述動作，在修整時，能將修整板601對研磨面401a推按的力道設為相同。
尚且，在上述實施型態中，雖設定工作夾台進給設備56兼任修整進給設備，但工作夾台進給設備與修整進給設備也可各自單獨地存在。因此，也可不將修整機構6配置在工作夾台機構5的罩蓋51上。
又，在上述實施型態中，雖在工作夾台機構5的罩蓋51上，將彈性波檢測感測器80配置在鄰接修整機構6的位置上，但也可將彈性波檢測感測器設定為具備在研磨設備4之中的構成。儘管如此，如上述實施型態般地，若設定為將彈性波檢測感測器80配置在工作夾台機構5的罩蓋51上的構成，能夠防止裝置構成的複雜化。
顯示在上述實施型態上的研磨裝置1是所謂的乾式拋光裝置，但也能將本發明適用在除了研磨墊外還使用研磨漿料而進行研磨的CMP裝置上。
4‧‧‧研磨設備
40‧‧‧研磨工具
400‧‧‧支撐構件
401‧‧‧研磨墊
401a‧‧‧研磨面
41‧‧‧安裝座
42‧‧‧轉軸
6‧‧‧修整機構
600‧‧‧支撐部
601‧‧‧修整板
61‧‧‧基座
71‧‧‧支撐板
80‧‧‧彈性波檢測感測器
81‧‧‧訊號處理部
82‧‧‧控制部

Claims (3)

  1. 一種研磨裝置，其具備：工作夾台，是將板狀工件保持在保持面上；研磨設備，是裝設有將保持在該工作夾台上的板狀工件研磨的研磨工具，且具備使該研磨工具旋轉的旋轉設備，並使該研磨工具的研磨面接觸於板狀工件而研磨板狀工件；研磨進給設備，是使該研磨設備在相對於該工作夾台接近以及離開的方向上移動；修整機構，是修整該研磨面；修整進給設備，是將該研磨設備與該修整機構相對地與該研磨面平行地修整進給，其特徵在於，該修整機構具備：修整部，是接觸該研磨面；與基座，是配置有該修整部，還具備：彈性波檢測感測器，是檢測彈性波，該彈性波是在該研磨設備使該研磨工具旋轉，且藉由該研磨進給設備將該研磨設備在接近於該工作夾台的該保持面的方向上研磨進給，以使該研磨面接觸於該修整部的上表面時所發生的彈性波；與控制部，是在該彈性波檢測感測器檢測出預先設定的輸出訊號的設定值時，使藉由該研磨進給設備進行的該研磨設備的移動停止，藉由該控制部的控制，而使該研磨設備的移動停止後，以該修整進給設備將該研磨設備與該修整設備相對地修整進給且修整該研磨面。
  2. 如請求項1之研磨裝置，其中，還具備：放大器，是將 前述彈性波檢測感測器所檢測出的輸出訊號轉換成輸出電壓，在從該放大器輸出的電壓中檢測出預先設定的設定值時，使藉由前述研磨進給設備進行的研磨進給停止，且進行前述研磨面的修整。
  3. 如請求項1之研磨裝置，其中，將前述彈性波檢測感測器所檢測出的輸出訊號進行傅立葉轉換，在檢測出預先設定的設定值之頻率時，使藉由前述研磨進給設備進行的研磨進給停止，且進行前述研磨面的修整。
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