TWI633972B - 硏磨裝置 - Google Patents

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日商不二越機械工業股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種研磨裝置，其具備：複數個研磨頭，其用以保持晶圓；可旋轉的平台，其貼附有用以研磨前述晶圓之研磨布；平台驅動機構，其使該平台旋轉；及，複數個晶圓檢測感測器，其在研磨中檢測前述晶圓從前述研磨頭露出的情況；該研磨裝置的特徵在於：前述晶圓檢測感測器，關於各個前述研磨頭，被設置在前述平台的旋轉方向的下游側且在前述研磨頭的外周部的周邊的上方。藉此，提供一種研磨裝置，能夠在研磨中更早(更快)檢測前述晶圓從前述研磨頭露出的情況，以防止晶圓的破損。

Description

研磨裝置
本發明關於研磨裝置，特別關於具備晶圓檢測感測器之研磨裝置。
晶圓的單面研磨，是使用研磨裝置來實行，該研磨裝置是由貼附有研磨布之平台、將研磨劑供給到研磨布上之研磨劑供給機構、及保持晶圓之研磨頭等來構成。利用研磨頭來保持晶圓，並從研磨劑供給機構將研磨劑供給到研磨布上，且一邊使平台和研磨頭各自旋轉一邊使晶圓的表面與研磨布作滑動接觸，以研磨晶圓(例如，參照專利文獻1)。
在利用上述這種研磨裝置來研磨晶圓時，會有晶圓從研磨頭露出的情況。又，因為提取(pick up)失誤，會有研磨結束後的晶圓被遺忘而放置在平台上的情況。為了檢測這些情況，而在研磨裝置上安裝有晶圓檢測感測器。
晶圓檢測感測器，如果在研磨中檢測到晶圓從研磨頭露出的情況，則為了防止已露出的晶圓接觸到其他研磨頭而破裂，並防止晶圓在已破裂的狀態下繼續研磨，會使研 磨裝置停止並且發出警示，也附加有對作業者通知有異常情況的機能。
晶圓檢測感測器的安裝位置，如第9圖、第10圖所示，是在平台104的上部的鄰近的兩個研磨頭102之間設置2處。晶圓檢測感測器106，是使用一般的晶圓檢測感測器，其是光纖型且從檢測到晶圓至輸出停止信號為止的時間是500μs。
作為這種在以往的研磨裝置101中所使用的平台104的平台驅動機構，是使用如第11圖所示的蝸輪減速機111和變頻驅動用定轉矩馬達112。藉由滑輪和時規皮帶(timing belt)來將變頻驅動用定轉矩馬達112的旋轉傳達到減速機111。
當不能夠利用晶圓檢測感測器來檢測從研磨頭102露出後的晶圓的情況，晶圓會與存在於同一平台上的別的研磨頭衝撞而造成破損。在被稱為索引型式(index type)的經由幾個平台來進行研磨的方式中，因為研磨頭會進一步地移動到別的平台而繼續研磨，所以附著在研磨頭上的已破損的晶圓的碎片恐怕會二次污染正常的研磨布103。
如果在研磨中發生晶圓的破裂，則由於殘留在研磨布103上的晶圓的碎片，可能會在研磨布103上造成刮痕。因此，要進行研磨布103的清理或交換。又，在研磨頭102的吸附面或保持器導件(retainer guide)殘留有已破損的晶圓而造成不能使用研磨頭102，也必須進行研磨頭102的交換。在循環使用研磨劑之研磨系統中，為了除去已進入 循環管線的研磨劑中之晶圓的碎片，也必須進行研磨劑的洗淨。這樣，如果在研磨中發生晶圓的破損，則為了研磨裝置的恢復，就需要長時間停止研磨。因此，生產性降低。
晶圓檢測感測器106，當晶圓從研磨頭102露出時，藉由光反射來認知晶圓，以使平台驅動機構的馬達112的旋轉急速停止。然而，上述這種平台驅動機構，會在具有動力傳達部之裝置中，造成減速器內的齒輪破損或皮帶的脫齒、磨耗等的裝置的損傷，所以實際上不能夠立刻停止，該動力傳達部是藉由減速器等的機械性接觸來傳達動力。又，馬達本身沒有能夠強制停止的機能，所以會以與平台104的重量成比例的慣性繼續旋轉。這種場合，利用研磨頭102推壓平台104的壓力來使平台104的旋轉停止。
上述這種以往的研磨裝置，當平台的旋轉速度是低速時，在研磨中，利用晶圓檢測感測器來檢測晶圓從研磨頭露出的情況，且實行使平台停止的動作，藉此能夠避免晶圓的衝撞。然而，當平台的旋轉速度是高速或中速時，即便在研磨中利用晶圓檢測感測器來檢測晶圓從研磨頭露出的情況，並實行使平台停止的動作，也會有平台的停止趕不及而仍有晶圓發生衝撞的問題。
[先前技術文獻] (專利文獻)
專利文獻1：日本特開2008-93811號公報
本發明是鑒於前述這種問題而完成，其目的在於提供一種研磨裝置，能夠在研磨中更早(更快)檢測晶圓從研磨頭露出的情況，以防止晶圓的破損。
為了達成上述目的，依照本發明，提供一種研磨裝置，其具備：複數個研磨頭，其用以保持晶圓；可旋轉的平台，其貼附有用以研磨前述晶圓之研磨布；平台驅動機構，其使該平台旋轉；及，複數個晶圓檢測感測器，其在研磨中檢測前述晶圓從前述研磨頭露出的情況。
其特徵在於：前述晶圓檢測感測器，關於各個前述研磨頭，被設置在前述平台的旋轉方向的下游側且在前述研磨頭的外周部的周邊的上方。
依照這種研磨裝置，能夠更早檢測到晶圓從研磨頭露出的情況。其結果，能夠防止從研磨頭露出的晶圓衝撞到其他研磨頭，而能夠防止晶圓的破損。
此時，前述晶圓檢測感測器，較佳是關於各個前述研磨頭，也被設置在前述平台的旋轉方向的上游側且在前述研磨頭的外周部的周邊的上方。
依照這種研磨裝置，即便在使平台的旋轉方向進行上述旋轉的反向旋轉來研磨晶圓的場合，也能夠在研磨中更早檢測到晶圓從研磨頭露出的情況。其結果，能夠防止從研磨頭露出的晶圓衝撞到其他研磨頭，而能夠防止晶圓的破損。
又此時，前述晶圓檢測感測器，較佳是從檢測到前述晶圓至輸出檢測信號為止的時間是在80μs以下。
依照這種研磨裝置，因為從檢測到前述晶圓至輸出檢測信號為止的時間很快，所以能夠確實地防止從研磨頭露出的晶圓衝撞到其他研磨頭。
此時，前述平台驅動機構，較佳是不使用減速機而直接藉由馬達來使前述平台旋轉，而具有使該馬達的旋轉強制停止的機能。
依照這種研磨裝置，因為至平台的旋轉停止為止的時間很快，所以能夠確實地防止從研磨頭露出的晶圓衝撞到其他研磨頭。
依照本發明的研磨裝置，比以往的研磨裝置能夠在研磨中更早檢測到晶圓從研磨頭露出的情況。其結果，能夠防止從研磨頭露出的晶圓衝撞到其他研磨頭，而能夠防止晶圓的破損。
1‧‧‧研磨裝置
2‧‧‧研磨頭
2a‧‧‧研磨頭
2b‧‧‧研磨頭
3‧‧‧研磨布
4‧‧‧平台
5‧‧‧平台驅動機構
6‧‧‧晶圓檢測感測器
7‧‧‧負載和卸載臺
101‧‧‧研磨裝置
102‧‧‧研磨頭
102a‧‧‧研磨頭
102b‧‧‧研磨頭
103‧‧‧研磨布
104‧‧‧平台
106‧‧‧晶圓檢測感測器
111‧‧‧減速機
112‧‧‧馬達(變頻驅動用定轉矩馬達)
W‧‧‧晶圓
x1‧‧‧平台的旋轉方向的上游側
x2‧‧‧平台的旋轉方向的下游側
a1‧‧‧通過晶圓的中心與平台的中心的直線
a2‧‧‧通過晶圓的中心與平台的中心的直線
b1‧‧‧通過晶圓的中心與平台的中心的直線
b2‧‧‧通過晶圓的中心與平台的中心的直線
θ1‧‧‧夾角
θ2‧‧‧夾角
第1圖是顯示本發明的研磨裝置的一例的概略圖。
第2圖是表示在本發明的研磨裝置中的平台驅動機構的一例的概略圖。
第3圖是表示在本發明的研磨裝置中的晶圓檢測感測器的配置位置的一例的概略圖。
第4圖是表示在本發明的研磨裝置中的晶圓檢測感測器的配置位置的另一例的概略圖。
第5圖是表示本發明的的索引型式的研磨裝置的一例的概略圖。
第6圖是說明在實施例1中的從檢測到晶圓露出至晶圓與研磨頭接觸為止的晶圓的移動角度的概略圖。
第7圖是說明在比較例1中的從檢測到晶圓露出至晶圓與研磨頭接觸為止的晶圓的移動角度的概略圖。
第8圖是表示實施例3及比較例3的晶圓露出和晶圓碰撞的頻率的圖。
第9圖是表示以往的研磨裝置的概略圖。
第10圖是表示在以往的研磨裝置中的晶圓檢測感測器的配置位置的概略圖。
第11圖是表示在以往的研磨裝置中的平台驅動機構的概略圖。
以下，針對本發明來說明實施方式，但是本發明不受限於這些實施方式。
如上述，在晶圓的研磨中，會有晶圓從研磨頭露出並衝撞到其他研磨頭的情況而發生晶圓的破損，造成生產性惡化的問題。
於是，本發明人想要解決這種問題而重複進行深入檢討。其結果，想到將晶圓檢測感測器，關於各個研磨頭，設置在平台的旋轉方向的下游側且在研磨頭的外周部的周邊的上方。而且，詳細調查要實施這些技術特徵的最佳方式，而完成本發明。
如第1圖所示，本發明的研磨裝置1，具備：複數個研磨頭2，其用以保持晶圓；可旋轉的平台4，其貼附有用以研磨前述晶圓之研磨布3；平台驅動機構5(參照第2圖)，其使平台4旋轉；及，複數個晶圓檢測感測器6，其在研磨中檢測晶圓從研磨頭2露出的情況。
以下，如第1圖所示的研磨裝置1，以對於1個平台分配有2個研磨頭的場合為例來進行說明，但是本發明不受限於此實施方式。在這種研磨裝置1中，能夠在1個平台上同時研磨2片晶圓。
如第1圖所示，2個研磨頭2被配置在平台4的上方。在研磨頭2中的晶圓的保持，能夠使用任意方法來實行。例如真空吸附法、或藉由模板來實行的潤濕方式。
如第2圖所示，在平台4的下部，設置有平台驅動機構5。而且，一邊利用平台驅動機構5來使平台旋轉，一邊從研磨劑供給機構(未圖示)對平台4上供給研磨劑，並使保持有晶圓之研磨頭2進行旋轉，且使晶圓與研磨布3作滑動接觸，藉此來實行晶圓的研磨。
如果晶圓從研磨頭2露出，則晶圓會伴隨平台4的旋轉，與平台4一起在平台4的旋轉方向上移動，且從研磨頭起算之晶圓的露出量(露出距離)會增加。晶圓檢測感測器6，用以檢測這種已露出的晶圓。又，晶圓檢測感測器6，也能夠檢測到因為研磨結束後的晶圓的提取失誤，被遺忘而放置的晶圓。
晶圓檢測感測器6，如果在研磨中檢測到晶圓從研磨頭2露出的情況，則將檢測信號(強制停止信號)輸出到平台驅動機構5，以停止平台4的旋轉。藉此，防止已露出的晶圓與其他研磨頭2接觸而破裂，而能夠防止晶圓在已破裂的狀態下繼續研磨。又，晶圓檢測感測器6，使研磨裝置停止並且發出警示，也能夠具有對作業者通知有異常情況的機能。
此處，例如第3圖所示，當平台4從x1往x2的方向，以反時針方向進行旋轉的情況，關於研磨頭2a，將x1側稱為平台4的旋轉方向的上游側，且關於研磨頭2a，將x2側稱為平台4的旋轉方向的下游側。同樣地，關於研磨頭2b，也是將x1側作為上游側，且將x2側作為下游側。
如第3圖所示，晶圓檢測感測器6，關於各個研磨頭2a、2b，被設置在平台4的旋轉方向的下游側(x2側)且在研磨頭2a、2b的外周部的周邊的上方。
依照這種晶圓檢測感測器，如上述，因為從研磨頭2露出的晶圓是在平台4的旋轉方向上移動，所以能夠更早檢測到晶圓從研磨頭2露出的情況。其結果，能夠防止從研磨頭2露出的晶圓衝撞到其他研磨頭。
此時，除了如第3圖所示地配置的晶圓檢測感測器6以外，進一步，較佳是如第4圖所示，晶圓檢測感測器6，關於各個研磨頭2a、2b，也被設置在平台4的旋轉方向的上游側(x1側)且在研磨頭2a、2b的外周部的周邊的上方。
依照這種晶圓檢測感測器，即便當使平台的旋轉方向與上述旋轉(從x1往x2的方向以逆時針方向旋轉)的方向相反而作反向旋轉(從x2往x1的方向以順時針方向旋轉)來研磨晶圓的場合，也不需要改變晶圓檢測感測器6的位置，就能夠在研磨中更早檢測到晶圓從研磨頭露出的情況。其結果，不論使平台4往哪個方向進行旋轉，也能夠防止從研磨頭露出的晶圓衝撞到其他研磨頭。
晶圓檢測感測器6，較佳是從檢測到晶圓至輸出檢測信號為止的時間很快，較佳是在80μs以下。作為晶圓檢測感測器，例如能夠使用反射型雷射感測器。
依照這種晶圓檢測感測器，能夠區別在研磨布上存在的研磨劑和晶圓，且能夠確實地檢測晶圓的有無。進一步，因為從檢測到晶圓至輸出檢測信號為止的時間很快，所以能夠確實地防止從研磨頭露出的晶圓衝撞到其他研磨頭。
如第2圖所示，平台驅動機構5，較佳是不使用減速機而直接藉由馬達來使平台4旋轉，而具有使馬達的旋轉強制停止的機能。作為平台驅動機構5，較佳是例如使用直接驅動伺服馬達(direct drive servo motor)。
依照這種平台驅動機構，因為至平台的旋轉停止為止的時間很快，所以能夠更確實地防止從研磨頭露出的晶圓衝撞到其他研磨頭。又，能夠防止由於使平台4強制停止所造成的減速器內的齒輪破損或皮帶的脫齒、磨耗等的平台驅動機構5的損傷。
又，例如，本發明能夠適用於如第5圖所示的索引型式的研磨裝置，該研磨裝置具備3個平台4及負載和卸載臺7，在平台4及負載和卸載臺7上，各自分配有2個研磨頭2。
[實施例]
以下，表示本發明的實施例及比較例來更具體地說明本發明，但是本發明不受限於這些實施例及比較例。
(實施例1)
首先，準備直徑300mm的矽晶圓。然後，使用本發明的研磨裝置來實行晶圓的研磨。研磨裝置，具備晶圓檢測感測器6，該具備晶圓檢測感測器6位於如第4圖所示的位置，且從平台4起算在高度方向上是150cm以上的上方的位置上。所使用的晶圓檢測感測器，是反射式雷射感測器(基恩斯(KEYENCE)公司製造的LV-H32(型號))，其從檢測到晶圓至輸出檢測信號為止的時間是80μs。所使用的平台驅動機構，如第2圖所示，是直接驅動伺服馬達，其不使用減速機而直接藉由馬達來使平台4旋轉，而具有使馬達的旋轉強制停止的機能。
如第6圖所示，利用晶圓檢測感測器，求得直線(a1)與直線(b1)所夾的角度θ1；該直線(a1)，當在研磨中檢測到晶圓W從研磨頭2a露出的情況時，是通過晶圓W的中心與平台4的中心的直線；該直線(b1)，當晶圓W與鄰近的研磨頭2b接觸時，是通過晶圓W的中心與平台4的中心的直線。此角度θ1，表示從檢測到晶圓W的露出時，至晶圓W在平台 4的旋轉方向上移動而最終接觸到其他研磨頭為止的移動角度，此角度越大表示能夠越快地檢測到，並且意味著增加了從檢測到算起至平台停止為止的容許時間。
其結果，θ1是33.5°。相較於後述比較例1的θ2，θ1是較大的值。亦即，相較於比較例1，實施例1能夠更早檢測到晶圓從前述研磨頭露出的情況。
(比較例1)
如第7圖所示，使用以往的研磨裝置來實行晶圓的研磨，該以往的研磨裝置，其晶圓檢測感測器106是設置在鄰近的研磨頭102a、102b的中間且在平台104的上方的兩處。晶圓檢測感測器106，是使用的一般的晶圓檢測感測器，其是光纖型且從檢測到晶圓至輸出檢測信號為止的時間是500μs。平台驅動機構，是使用如第11圖所示的由蝸輪減速機111和變頻驅動用定轉矩馬達112所構成之平台驅動機構。
除了使用上述以往的研磨裝置以外，與實施例1同樣地，求得在直徑300mm的晶圓W的研磨中，直線(a2)與直線(b2)所夾的角度θ2；該直線(a2)，當檢測到晶圓W從研磨頭102a露出的情況時，是通過晶圓W的中心與平台104的中心的直線；該直線(b2)，當晶圓W與鄰近的研磨頭1022b接觸時，是通過晶圓W的中心與平台104的中心的直線。
其結果，θ2是11.0°。
(實施例2)
使用與實施例1同樣的本發明的研磨裝置，實行直徑300mm的晶圓的研磨。將研磨時的平台4的旋轉速度從 10rpm變化至40rpm。在研磨中，先測定從利用晶圓檢測感測器檢測到晶圓從研磨頭露出的情況起算至平台實際上停止為止所耗費的時間(平台停止時間)、及至平台實際上停止所旋轉的角度(平台移動角度)，然後將此時的晶圓有無與研磨頭衝撞(碰撞)，連同每次變化後的平台4的旋轉速度，一起表示在表1中。另外，在表1中也一併記載後述比較例2的測定結果。
因為在平台驅動機構中使用直接驅動伺服馬達，所以如表1所示，在實施例2中，與平台旋轉速度無關，平台停止時間都是60ms。平台旋轉速度變快，平台移動角度隨著變大，當平台旋轉速度是40rpm的場合，則平台移動角度是14.4°。即便當平台旋轉速度是40rpm的場合，此角度也是比在實施例1中求得的θ1(33.5°)更小的值，所以不會產生由於晶圓的露出所造成的碰撞。
另一方面，在後述的比較例2中，當平台的旋轉速度是20rpm以上時，就會產生碰撞。
(比較例2)
除了使用與比較例1同樣的以往的研磨裝置以外，與實施例2同樣地，在直徑300mm的晶圓的研磨中，先測定從利用晶圓檢測感測器檢測到晶圓從研磨頭露出的情況起算至平台停止為止的平台停止時間及平台移動角度，然後將此時的晶圓有無發生碰撞一起表示在表1中。
如表1所示，當平台旋轉速度是10rpm的場合，平台移動角度是9°，其是比在比較例1中求得的θ2(=11.0°)更小的值，所以不會產生由於晶圓的露出所造成的碰撞。如果平台旋轉速度越快則平台停止時間越長，也會造成平台移動角度變大。當平台旋轉速度是20rpm以上的場合，平台移動角度是30°以上，其是比θ2更大的值，所以會產生碰撞。
(實施例3)
使用於如第5圖所示的索引型式的研磨裝置(不二越機械公司製造的SRED(型號))來實行直徑300mm的晶圓的研磨，該研磨裝置具備3個平台4及負載和卸載臺7，在平台4及負載和卸載臺7上，各自分配有2個研磨頭2。在3個平台4上，貼附有不織布和絨面革(suede)研磨布。另外，所使用的晶圓檢測感測器、平台驅動機構，與實施例1的具有同樣的構成。
晶圓的研磨，以平台4和研磨頭2具有相同的旋轉方向，並使平台以6.6~29.0rpm且研磨頭以6.6~31.0rpm而階段性地變化旋轉速度，且以120g/cm2的負載來實行研磨。而且，在研磨中，測定晶圓從研磨頭2露出 的發生頻率。進一步，先測定由於晶圓的露出而產生的晶圓碰撞的頻率，然後將這些資料表示在第8圖和表2中。
在研磨中，晶圓從研磨頭2露出的發生頻率是0.092%，與後述比較例3是同等的水準。另一方面，晶圓碰撞的發生頻率是0%，則在實施例3中不會產生晶圓碰撞。另一方面，在比較例3中會產生晶圓碰撞。其結果，在實施例3中，能夠防止晶圓碰撞的發生，所以相較於比較例3，晶圓的生產性較高。
(比較例3)
除了使用比較例1的晶圓檢測感測器和由平台驅動機構所構成的索引型式的研磨裝置，來實行晶圓的研磨以外，與實施例3同樣地，在直徑300mm的晶圓的研磨中，先測定晶圓的露出發生的頻率和產生晶圓碰撞的頻率，然後將這些資料表示在第8圖和表2中。
在研磨中，晶圓從研磨頭2露出的發生頻率是0.070%，而晶圓碰撞的發生頻率是0.027%。這樣，在比較例3中會產生晶圓碰撞，且發生晶圓的破裂，所以為了實行研磨布或研磨頭的交換而需要長時間停止研磨裝置。因此，相較於實施例3，晶圓的生產性大幅降低。
另外，本發明不受限於上述實施方式。上述實施方式是例示，只要具有與本發明的申請專利範圍所記載的技術思想實質上相同的構成，並發揮同樣的作用效果，不論何者均包含在本發明的技術範圍中。。

Claims (3)

  1. 一種研磨裝置，其具備：複數個研磨頭，其用以保持晶圓；可旋轉的平台，其貼附有用以研磨前述晶圓之研磨布；平台驅動機構，其使該平台旋轉；及，複數個晶圓檢測感測器，其在研磨中檢測前述晶圓從前述研磨頭露出的情況；該研磨裝置的特徵在於：前述晶圓檢測感測器，關於各個前述研磨頭，被設置在前述平台的旋轉方向的下游側且在前述研磨頭的外周部的周邊的上方；前述平台驅動機構，不使用減速機而直接藉由馬達來使前述平台旋轉，而具有使該馬達的旋轉強制停止的機能。
  2. 如請求項1所述之研磨裝置，其中，前述晶圓檢測感測器，關於各個前述研磨頭，也被設置在前述平台的旋轉方向的上游側且在前述研磨頭的外周部的周邊的上方。
  3. 如請求項1或2所述之研磨裝置，其中，前述晶圓檢測感測器，從檢測到前述晶圓至輸出檢測信號為止的時間是在80μs以下。
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