TWI778338B - 研磨頭、研磨裝置及半導體晶圓的製造方法 - Google Patents
研磨頭、研磨裝置及半導體晶圓的製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI778338B TWI778338B TW109108150A TW109108150A TWI778338B TW I778338 B TWI778338 B TW I778338B TW 109108150 A TW109108150 A TW 109108150A TW 109108150 A TW109108150 A TW 109108150A TW I778338 B TWI778338 B TW I778338B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- annular member
- outer peripheral
- polishing
- grinding
- film
- Prior art date
Links
- 238000005498 polishing Methods 0.000 title claims abstract description 139
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 110
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 83
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 53
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 21
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims description 7
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 7
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 31
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 14
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 4
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 4
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 2
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N Ethyl urethane Chemical compound CCOC(N)=O JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002313 adhesive film Substances 0.000 description 1
- 239000007767 bonding agent Substances 0.000 description 1
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 229920001973 fluoroelastomer Polymers 0.000 description 1
- -1 for example Polymers 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
- B24B37/27—Work carriers
- B24B37/30—Work carriers for single side lapping of plane surfaces
- B24B37/32—Retaining rings
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
- B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
- B24B37/07—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool
- B24B37/10—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool for single side lapping
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
- B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
- B24B37/07—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool
- B24B37/10—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool for single side lapping
- B24B37/102—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool for single side lapping the workpieces or work carriers being able to rotate freely due to a frictional contact with the lapping tool
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
- B24B37/27—Work carriers
- B24B37/30—Work carriers for single side lapping of plane surfaces
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02002—Preparing wafers
- H01L21/02005—Preparing bulk and homogeneous wafers
- H01L21/02008—Multistep processes
- H01L21/0201—Specific process step
- H01L21/02024—Mirror polishing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
- H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
- H01L21/30625—With simultaneous mechanical treatment, e.g. mechanico-chemical polishing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
- H01L21/67092—Apparatus for mechanical treatment
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
Abstract
研磨頭，包括：第一環狀構件，具有開口部；板狀構件，閉塞上述第一環狀構件的上面側開口部；薄膜，閉塞上述第一環狀構件的下面側開口部；背墊，黏合至上述薄膜的下面；第二環狀構件，位於上述背墊下方，具有保持研磨對象的工件之開口部；其中，以上述板狀構件與上述薄膜閉塞上述第一環狀構件開口部形成的空間部，具有中央區域以及利用隔層與此中央區域隔開的外周區域；而且，上述第二環狀構件的內周端部區域位於上述外周區域的外周端鉛直下方。包含此研磨頭的研磨裝置。提供使用此研磨裝置的半導體晶圓的製造方法。
Description
本發明，係有關於研磨頭、研磨裝置及半導體晶圓的製造方法。
研磨半導體晶圓等的晶圓表面的裝置中，具有研磨工件單面的單面研磨裝置以及研磨工件兩面的兩面研磨裝置。單面研磨裝置，通常，一邊往黏貼至定盤的研磨墊按壓研磨頭保持的工件研磨對象表面，一邊分別旋轉研磨頭與定盤，使工件的研磨對象表面與研磨墊滑動接觸。透過供給研磨劑給這樣滑動接觸的研磨對象表面與研磨墊之間，可以研磨工件的研磨對象表面。
上述的單面研磨裝置中，作為按壓研磨頭保持的工件至研磨墊的方法，橡膠夾盤方式係所眾所周知的(參照日本專利公開第2008-110407號公報)。
橡膠夾盤方式的研磨頭，透過導入空氣等的氣體至薄膜(日本專利公開第2008-110407號公報方面橡膠膜)背面的空間內，藉由使薄膜膨脹，經由位於薄膜下方的背墊(日本專利公開第2008-110407號公報中支持墊)，可以按壓工件。
使用上述橡膠夾盤方式的研磨頭之習知的單面研磨裝置，在工件的研磨對象表面，外周部的研磨量控制困難是課題。相對於此，可以容易控制對工件的研磨對象表面外周部施加的研磨面壓力的話，可以容易控制工件的研磨對象表面上外周部的研磨量。
本發明的一形態，提供可以容易控制對工件的研磨對象表面外周部施加的研磨面壓力之研磨頭。
本發明的一形態，係關於研磨頭，包括：第一環狀構件，具有開口部；板狀構件，閉塞上述第一環狀構件的上面側開口部；薄膜，閉塞上述第一環狀構件的下面側開口部；背墊，黏合至上述薄膜的下面；第二環狀構件，位於上述背墊下方，具有保持研磨對象的工件之開口部；其中，以上述板狀構件與上述薄膜閉塞上述第一環狀構件開口部形成的空間部，具有中央區域以及利用隔層與此中央區域隔開的外周區域；而且，上述第二環狀構件的內周端部區域位於上述外周區域的外周端鉛直下方。
上述研磨頭中，透過導入氣體至上述空間部使薄膜膨脹，可以施加研磨面壓力至第二環狀構件開口部保持的工件的研磨對象表面。空間部的外周端鉛直下方設置工件的研磨對象表面外周部的研磨頭中，對工件的研磨對象表面外周部施加的研磨面壓力，考慮容易受到研磨墊材質不同、磨耗引起的構件厚度變化等各種要因的影響。這被認為難以控制對工件的研磨對象表面外周部施加的研磨面壓力。相對於此，上述研磨頭，在空間部的外周端鉛直下方，其開口部中設置保持工件的第二環狀構件的內周端部區域。還有，上述研磨頭的空間部具有與中央區域以隔層隔開的獨立空間之外周區域。因此，獨立於將導入空間部外周區域的氣體量導入中央區域的氣體量之外，藉由調整對工件的研磨對象表面外周部施加的研磨面壓力，可以種種控制。這樣，根據上述研磨頭，可以容易控制對工件的研磨對象表面外周部施加的研磨面壓力。
一形態中，在上述研磨頭中，上述背墊，可以介於上述薄膜下面的外周部、上述第二環狀構件之圓環狀上面之間。
一形態中，上述研磨頭，可以具有導入氣體至上述中央區域內的導入路以及導入氣體至上述外周區域內的導入路。
本發明的一形態，係有關於研磨裝置，具有：
上述研磨頭；
研磨墊；以及
定盤，支持上述研磨墊。
本發明一形態，係有關於半導體的製造方法，包括利用上述研磨裝置，研磨研磨對象的工件表面形成研磨面。
根據本發明一形態的上述研磨頭，可以容易控制對工件的研磨對象表面外周部施加的研磨面壓力。又，根據本發明一形態，也可以提供具有這樣的研磨頭的研磨裝置以及使用此研磨裝置的半導體晶圓的製造方法。
[研磨頭]
根據本發明一形態的研磨頭，包括：第一環狀構件，具有開口部；板狀構件，閉塞上述第一環狀構件的上面側開口部；薄膜，閉塞上述第一環狀構件的下面側開口部；背墊，黏合至上述薄膜的下面；第二環狀構件，位於上述背墊下方，具有保持研磨對象的工件之開口部。還有，以上述板狀構件與上述薄膜閉塞上述第一環狀構件開口部形成的空間部，具有中央區域以及利用隔層與此中央區域隔開的外周區域，而且上述第二環狀構件的內周端部區域位於上述外周區域的外周端鉛直下方。
以下，關於上述研磨頭，更詳細說明。本發明及本說明書中，「下面」、「下方」、「上面」等的標記，意味放置研磨頭於進行研磨處理的狀態時的「下面」、「下方」、「上面」等。以下，根據圖面說明本發明，但圖面中所示的形態係例示，本發明不限定於這樣的形態。又，圖中，相同的部分附上相同的符號。
圖17係顯示習知的一研磨頭例之概略剖面圖。圖17中，研磨頭30，連接剛性環32至頭本體31。剛性環32下面，以薄膜34覆蓋。還有，薄膜34下面黏合背墊35。薄膜34的背面側，剛性環32的開口部以中板36與薄膜34閉塞，藉此形成空間部37。此空間部37內從氣體導入路38導入空氣等的氣體，藉由膨脹薄膜34，經由背墊35，可以按壓固定環33的開口部保持的工件W。將按壓的工件W，往定盤42上黏合的研磨墊41按壓。分別以旋轉機構(未圖示)旋轉旋轉研磨頭30及定盤42，藉此滑動接觸工件的研磨對象表面w1與研磨墊。
圖18係圖17所示的研磨頭的一部分放大圖。如圖17所示，因為同心圓狀配置內徑相同的剛性環32與固定環33，固定環33的內周端部區域，如圖18所示，不設置於空間部37的外周端鉛直下方。這樣構成的研磨墊，當空間部37內導入氣體使薄膜34膨脹對空間部下方施加壓力時，位於空間部37的外周端鉛直下方的工件研磨對象表面在外周部中的研磨面壓力控制是困難的。
圖1，係顯示本發明一形態的研磨頭的一例之概略剖面圖。圖1中，研磨頭10，連接第一環狀構件12至頭本體11。第一環狀構件12下面，以薄膜14覆蓋。還有，薄膜14下面黏合背墊15。薄膜14，具有隔層19。藉此，由於第一環狀構件12的開口部以板狀構件16與薄膜14閉塞，在薄膜14背面，形成中央區域17A以及以隔層19與中央區域17A隔開的外周區域17B的空間部。從氣體導入路18A導入氣體至中央區域17A，獨立於氣體導入路18A之外，藉由從可控制氣體導入量的氣體導入路18B導入氣體至外周區域17B，可以使薄膜14膨脹經由背墊15按壓工件W。
圖2係圖1所示研磨頭的一部分放大圖。第二環狀構件13，在其開口部中保持工件W。空間部的外周區域17B的外周部鉛直下方，設置第二環狀構件13的內周端部區域。所謂內周端部區域，意味內周端與其周邊部分。即，往第二環狀構件13的開口部中心的方向稱作內側，另一方向稱作外側時，第二環狀構件13的內周端位於比空間部的外周區域17B的外周端更內側。又，隔層19，位於比第二環狀構件13的內周端更內側。圖3係顯示空間部與第二環狀構件13的一位置關係例的上面圖。
還有，研磨頭10，具有外周區域17B，係與中央區域17A以隔層隔開獨立的空間。例如，藉由改變從氣體導入路18A導入中央區域17A的氣體量與從氣體導入路18B導入外周區域17B的氣體量，可以獨立於對中央區域17A下方的工件W的研磨對象表面w1中央部施加的研磨面壓力，控制對外周區域17B下方的工件W的研磨對象表面w1外周部施加的研磨面壓力。
上述研磨頭，由於具有以上構成，可以容易控制對工件的研磨對象表面外周部施加的研磨面壓力。
其次，關於構成上述研磨頭的各部，進一步說明。
作為第一環狀構件12，可以使用單面研磨裝置的研磨頭通常使用的不銹鋼材(SUS)等鋼性材料製的環狀環。作為安裝第一環狀構件12的頭本體11，可以使用單面研磨裝置的研磨頭通常使用的材料(例如SUS製的頭本體)。第一環狀構件12，根據栓住等眾所周知的方法，可以安裝至頭本體11。
第一環狀構件12的下面側開口部，以薄膜14覆蓋閉塞。膨脹薄膜之際，根據防止產生位置偏移的觀點，第一環狀構件的圓環狀下面理想也以薄膜覆蓋。又，第一環狀構件的圓環狀下面也以薄膜覆蓋，根據抑制第一環狀構件的開口部內混入研磨劑的觀點也是理想的。薄膜14，根據接合劑的使用等眾所周知的方法，可以與第一環狀構件12的圓環狀下面黏合。又，如圖1及圖2所示的形態，理想是黏合薄膜14遍及第一環狀構件側面。這樣閉塞第一環狀構件12的下面側開口部。還有，第一環狀構件12的上面側開口部，以板狀構件16閉塞。這樣閉塞第一環狀構件12的開口部，形成空間部。一形態中，空間部的高度(換言之，板狀構件16下面與薄膜14上面的距離)，為了膨脹薄膜，使空間部內未導入氣體的狀態值為3.5〜5.5mm(毫米)左右，但根據可以更精確控制對工件W的研磨對象表面施加的研磨面壓力的面內分布的觀點是理想的。空間部的高度，例如，可以根據後述的隔層尺寸調整。作為薄膜14，可以使用具有橡膠等的彈性材料製的膜。作為橡膠，例如可以舉出氟橡膠。薄膜14的厚度，不特別限定，例如可以是0.5〜2mm左右。板狀構件16，例如可以是圓盤狀板，根據栓住等的眾所周知的方法，可以安裝至頭本體11。板狀構件16中，設置用以導入氣體至空間部的中央區域內的氣體導入路18A的一部分之貫通孔以及用以導入氣體至空間部的外周區域內的氣體導入路18B的一部分之貫通孔。圖1中，顯示分別設置1個用以導入氣體至空間部的中央區域內的氣體導入路以及用以導入氣體至外周區域內的氣體導入路的形態，但任意位置上設置2個以上也可以，各氣體導入路數量以及位置不限定於圖面所示的形態。
薄膜14，具有隔層19。第一環狀構件12的開口部以板狀構件16與薄膜14閉塞形成的空間部，利用此隔層19，畫分中央區域17A與外周區域17B。作為一例，例如由於插入環狀構件(隔層19)至板狀構件16中設置的圓環狀溝，可以安裝隔層19至板狀構件16。作為板狀構件16的一例，如圖4A及圖4B所示，可以舉出以具有凹部的第一板狀構件16A與其凹部中配置的第二板狀構件16B構成，具有圓環狀的溝G。第二板狀構件16B，可以根據栓住等的眾所周知的方法安裝至第一板狀構件16A。圓環狀的溝G中，例如用以插入具有後述的L字型等剖面形狀的隔層之凹處g，根據隔層形狀，設置在任意位置也可以。
圖5A〜5F中，顯示隔層19的剖面形狀例。圖中，點線部指示與板狀構件16的連接部，箭頭指示第一環狀構件12的中心方向。隔層19，在一形態中，如圖5A及圖5B所示，可以具有L字型的剖面形狀。另一形態中，隔層19，如圖5C所示，可以具有I字型的剖面形狀。又另一形態中，隔層19，如圖5D及圖5E所示，可以具有包含V字型部的剖面形狀。另一形態中，隔層19，如圖5F所示，可以具有T字型的剖面形狀。隔層19，例如可以製作樹脂、金屬等成形為所希望的形狀。隔層19，在導入氣體至空間部施加壓力之際，理想是具有可以顯示可以維持其形狀的強度之厚度，其厚度，例如可以設為0.5〜1.5mm左右。
製作隔層19與薄膜14為個別的構件，以接合劑等固定兩構件的方法也可以取得，但理想是隔層19與薄膜14一體成型。這根據以下的理由。隔層19與薄膜14之間產生間隙的話，以隔層19隔開的中央區域17A與外周區域17B之間就可以通風。相對於此，隔層19與薄膜14是一體成型的1個構件的話，不會產生這樣的通風，可以利用隔層19隔開中央區域17A與外周區域17B。又，作為個別的構件製作的隔層19與薄膜14不容易在周方向均勻黏貼，黏貼狀態不均勻時對工件施加的壓力均勻性有下降的可能性。又，由於接合劑，在薄膜中產生隆起時，隆起部分與其它部分，有研磨面壓不同的可能性。根據以上的觀點，理想是隔層19與薄膜14一體成型。作為隔層19，像是如圖5A及圖5B所示具有L字型剖面形狀或如圖5C所示具有I字型剖面形狀，具有比較單純的形狀，無論隔層19是否與薄膜14一體成型，成型是容易的。
圖6，係關於從空間部對薄膜施加的壓力之說明圖。上述研磨頭中，閉塞第一環狀構件的開口部形成的空間部，隔開成為中央區域17A與外周區域17B。由於中央區域17A內導入氣體薄膜14的中央部膨脹，對薄膜14的中央部施加的壓力稱作中央部控制壓力Pc，由於外周區域17B內導入氣體薄膜14的外周部膨脹，對薄膜14的外周部施加的壓力稱作外周部控制壓力Pe時，Pc與Pe的大小，根據對空間部各區域的氣體導入量，可以分別獨立控制。Pc與Pe，只要根據研磨對象的工件硬度或研磨墊的材質、使用的研磨劑種類等決定即可。
薄膜14的下面，黏合背墊15。背墊15，根據接合劑的使用等眾所周知的方法，可以與薄膜14的下面黏合。薄膜14的下面外周部與第二環狀構件13的圓環狀上面直接接觸也可以，但根據抑制背墊15的剝離或起伏發生的觀點，背墊15由薄膜14的下面外周部與第二環狀構件的圓環狀上面夾住，背墊15理想是介於薄膜14的下面外周部與第二環狀構件13的圓環狀上面之間。作為背墊15，例如可以使用發泡聚氨酯等含水時以水的表面張力指示吸附性的材料製圓盤狀板。藉此，可以使含水的背墊15保持工件W。
第二環狀構件13，係其開口部中用以保持工件W的構件，也稱作護圈、固定環等。第二環狀構件13，例如可以是玻璃環氧製環狀構件。第二環狀構件13，可以根據接合劑的使用等眾所周知的方法與背墊15黏合。上述研磨頭，在第一環狀構件12的開口部閉塞形成的空間部外周區域的外周端鉛直下方，設置第二環狀構件的內周端部區域(詳細說來，第二環狀構件在圓環狀上面的內周側區域)。因此，空間部的外周端鉛直下方不設置工件W的研磨對象表面w1的外周部，可以研磨工件W的研磨對象表面w1。例如，藉由與第一環狀構件同心圓狀配置具有比第一環狀構件內徑小的內徑之第二環狀構件，閉塞第一環狀構件的開口部形成的空間部的外周端鉛直下方可以配置第二環狀構件的內周端部區域。根據容易進行對工件的研磨對象表面外周部施加的研磨面壓力控制的觀點，在第二環狀構件的圓環狀上面，從內周端往外周側的寬度(圖1中的「d」)8〜25mm左右的區域，理想是位於空間部的外周區域17B下方。第二環狀構件13的厚度，只要根據研磨對象工件W的厚度決定即可。又，第二環狀構件13的開口部的直徑，也只要根據研磨對象工件W的厚度決定即可。第二環狀構件13，可以是研磨頭的固定環中通常使用的材料製的環狀構件。
但是，第二環狀構件13，通常在研磨時與研磨墊41滑動接觸。第二環狀構件中，因為研磨時對頭本體11以壓力控制機構(未圖示)任意施加的壓力或以第二環狀構件的自重施加壓力，由於與研磨墊41的滑動接觸研磨磨耗，有可能厚度減少。第二環狀構件13的厚度越薄，對工件W的研磨對象表面w1外周部施加的研磨面壓力越有增加的傾向。於是，第二環狀構件13的厚度減少的情況下，減少往空間部外周區域17B的氣體導入量，藉由減少外周部控制壓力Pe，可以抑制由於第二環狀構件13的厚度減少過度研磨工件W的研磨對象表面w1外周部。
作為以包括關於以上說明的本發明一形態之研磨頭的單面研磨裝置研磨的工件W，可以舉出矽晶圓等的各種半導體晶圓。
[研磨裝置及半導體晶圓的製造方法]
本發明的一形態，係關於具有上述研磨頭、研磨墊及支持上述研磨墊的定盤的研磨裝置。
又，本發明的一形態，係關於半導體晶圓的製造方法，包含利用上述研磨裝置研磨研磨對象的晶圓表面形成研磨面。
圖7係顯示本發明一形態的一研磨裝置例的概略剖面圖。研磨頭10及定盤42，一邊分別以旋轉機構(未圖示)旋轉，一邊滑動接觸工件W的研磨對象表面與定盤42上黏合的研磨墊41。從研磨劑供給機構60排出的研磨劑61，供給至工件W的研磨對象表面與研磨墊41之間，研磨工件W的研磨對象表面。作為研磨劑，可以使用CMP(化學機械研磨)中通常使用的研磨劑。上述研磨裝置，除了包括本發明一形態的研磨頭以外，還具有與通常的單面研磨裝置相同的構成。又，關於上述半導體晶圓的製造方法，包含使用本發明的研磨裝置研磨研磨對象的晶圓表面形成研磨面之外，可以應用關於具有研磨面的半導體晶圓製造方法的眾所周知的技術。研磨對象的晶圓，例如可以是矽晶圓(理想是單結晶矽晶圓)。例如，矽晶圓，可以根據以下的方法製作。根據柴可拉斯基(Czochralski)法，提拉單結晶錠，切斷製作的晶錠得到方塊。將得到的方塊切片，成為晶圓。藉由對此晶圓施行各種加工，可以製作矽晶圓。作為上述加工，可以舉出去角加工、平坦化加工(磨光、研削、研磨)等。上述研磨裝置，可以適當使用於這些晶圓加工的最後步驟即完成研磨步驟。
[實施例]
以下，根據實施例說明本發明。但本發明不限定於實施例所示的形態。以下記載的研磨面壓力，係使用Dassault Systèmes公司製ABAQUS，根據壓力計算(有限要素法)求出的算出值。以下記載的圖中，「a.u.」，係表示任意單位(arbitrary unit)。
[比較例1]
圖8顯示，包括具有圖17所示的構成的研磨頭之單面研磨裝置中，對直徑300mm的矽晶圓(工件)的研磨對象表面施加的研磨面壓力的面內分布。比較例1中使用的研磨頭，因為空間部37是單一空間，由於從氣體導入路38導入氣體至空間部薄膜34膨脹，對工件W的研磨對象表面w1施加的研磨面壓力在面內各部大致相同。
圖9中的例1與例2，使用相同的單面研磨裝置，改變往空間部的氣體導入量之外，顯示以相同的條件進行研磨時晶圓研磨對象表面的面內研磨量分布圖。例1的研磨面壓力是10kPa，例2的研磨面壓力是20kPa。研磨量，根據Preston式算出。後述的研磨量也相同。圖9所示的結果顯示，在比較例1中使用的單面研磨裝置中，位於空間部外周端鉛直下方的研磨對象表面外周部中的研磨量控制是困難的。其結果，如圖9所示，比較例1中使用的單面研磨裝置中，根據往空間部的氣體導入量的調整讓研磨對象表面外周部的研磨量接近中央部的研磨量是困難的。
[實施例1]
圖10顯示，在包括具有圖3所示的構成的研磨頭之單面研磨裝置中，對直徑300mm的矽晶圓(工件)的研磨對象表面施加的研磨面壓力之面內分布圖。藉由改變從氣體導入路18B導入第一環狀構件12的開口部閉塞形成的空間部外周區域17B之氣體量，可以使外周部控制壓力Pe有種種變化。
圖11〜14顯示，中央部控制壓力Pc為10kPa(千帕)，由於改變從氣體導入路18B導入外周區域17B的氣體量，外周部控制壓力Pe為9kPa或11kPa，關於預先設定的基準條件，以及背墊厚度、背墊壓縮彈性率、研磨墊厚度或研磨墊壓縮彈性率與基準條件不同的情況下，對直徑300mm的矽晶圓(工件)的研磨對象表面施加的研磨面壓力的面內分布圖。根據圖11〜14所示的圖表，依實施例1中使用的研磨頭，在背墊、研磨墊厚度或材質(壓縮彈性率)不同的情況下，也可以確認可控制對晶圓的研磨對象表面外周部施加的研磨面壓力。
[實施例2]
圖15顯示，根據改變第二環狀構件(護圈)的厚度以及外周部控制壓力Pe的壓力計算，求出直徑300mm的矽晶圓(工件)的研磨對象表面最外周部(離晶圓中心的距離：149mm)上施加的研磨面壓力。
第二環狀構件(護圈)的厚度即使改變，藉由改變外周部控制壓力Pe，也可以控制對晶圓的研磨對象表面外周部施加的研磨面壓力，可以根據圖15所示的結果確認。
[實施例3]
圖16顯示，由於第二環狀構件(護圈)與研磨墊的滑動接觸研磨磨耗，厚度從820mm減少到770mm時，磨耗後也維持12kPa不改變外周部控制壓力Pe的情況以及改變至10kPa的情況下，對直徑30mm的矽晶圓(工件)的研磨對象表面施加的研磨面壓力的面內分布圖。由於磨耗前Pe為12kPa，可以在面內維持研磨面壓力在10kPa左右，但磨耗後也維持12kPa不改變Pe的話，研磨面壓力在研磨對象表面外周部增加1kPa以上(利用Preston式的研磨量換算，14nm(毫微米)以上)。相對於此，由於磨耗後改變Pe為10kPa，可以在面內維持研磨面壓力在10kPa左右，可以根據圖16所示的結果確認。
本發明的一形態，在矽晶圓等的半導體晶圓的技術分野中是有用的。
10:研磨頭
11:頭本體
12:第一環狀構件
13:第二環狀構件
14:薄膜
15:背墊
16:板狀構件
16A:第一板狀構件
16B:第二板狀構件
17A:中央區域
17B:外周區域
18A:氣體導入路
18B:氣體導入路
19:隔層
30:研磨頭
31:頭本體
32:剛性環
33:固定環
34:薄膜
35:背墊
36:中板
37:空間部
38:氣體導入路
41:研磨墊
42:定盤
60:研磨劑供給機構
61:研磨劑
G:溝
g:凹處
Pc:中央部控制壓力
Pe:外周部控制壓力
W:工件
w1:研磨對象表面
[圖1] 係顯示本發明一形態的研磨頭的一例之概略剖面圖；
[圖2] 係圖1所示研磨頭的一部分放大圖；
[圖3] 係顯示空間部與第二環狀構件的一位置關係例的上面圖；
[圖4A] 係顯示一板狀構件例的概略剖面圖；
[圖4B] 係顯示一板狀構件例的概略剖面圖；
[圖5A] 係顯示隔開研磨頭在空間部的中央區域與外周區域的隔層剖面形狀例；
[圖5B] 係顯示隔開研磨頭在空間部的中央區域與外周區域的隔層剖面形狀例；
[圖5C] 係顯示隔開研磨頭在空間部的中央區域與外周區域的隔層剖面形狀例；
[圖5D] 係顯示隔開研磨頭在空間部的中央區域與外周區域的隔層剖面形狀例；
[圖5E] 係顯示隔開研磨頭在空間部的中央區域與外周區域的隔層剖面形狀例；
[圖5F] 係顯示隔開研磨頭在空間部的中央區域與外周區域的隔層剖面形狀例；
[圖6] 係關於從研磨頭的空間部對薄膜施加的壓力之說明圖；
[圖7] 係顯示一研磨裝置例的概略剖面圖；
[圖8] 係顯示比較例1中對工件的研磨對象表面施加的研磨面壓力的面內分布圖；
[圖9] 係顯示比較例1中對工件的研磨對象表面在面內的研磨量分布圖；
[圖10]係顯示實施例1中改變外周控制壓力Pe時，對工件的研磨對象表面施加的研磨面壓力的面內分布圖；
[圖11] 係顯示實施例1中對工件的研磨對象表面施加的研磨面壓力的面內分布圖(變更背墊厚度．背墊的壓縮彈性率，使外周部控制壓力Pe為9kPa時)；
[圖12] 係顯示實施例1中對工件的研磨對象表面施加的研磨面壓力的面內分布圖(變更背墊厚度．背墊的壓縮彈性率，使外周部控制壓力Pe為11kPa時)；
[圖13] 係顯示實施例1中對工件的研磨對象表面施加的研磨面壓力的面內分布圖(變更研磨墊厚度．研磨墊的壓縮彈性率，使外周部控制壓力Pe為9kPa時)；
[圖14] 係顯示實施例1中對工件的研磨對象表面施加的研磨面壓力的面內分布圖(變更研磨墊厚度．研磨墊的壓縮彈性率，使外周部控制壓力Pe為11kPa時)；
[圖15] 係顯示實施例2中改變第二環狀構件(護圈)的厚度時，對工件的研磨對象表面最外周部施加的研磨面壓力圖；
[圖16] 係顯示實施例3中第二環狀構件磨耗前後，對工件的研磨對象表面施加的研磨面壓力的面內分布圖；
[圖17] 係顯示習知的一研磨頭例之概略剖面圖；以及
[圖18] 係圖17所示的研磨頭的一部分放大圖。
10:研磨頭
11:頭本體
12:第一環狀構件
13:第二環狀構件
14:薄膜
15:背墊
16:板狀構件
17A:中央區域
17B:外周區域
18A:氣體導入路
18B:氣體導入路
19:隔層
41:研磨墊
42:定盤
d:寬度
W:工件
w1:研磨對象表面
Claims (5)
- 一種研磨頭，包括：第一環狀構件，具有開口部；板狀構件，閉塞上述第一環狀構件的上面側開口部；薄膜，閉塞上述第一環狀構件的下面側開口部；背墊，黏合至上述薄膜的下面；以及第二環狀構件，位於上述背墊下方，具有保持研磨對象的工件之開口部；其中，以上述板狀構件與上述薄膜閉塞上述第一環狀構件開口部形成的空間部，具有中央區域以及利用隔層與上述中央區域隔開的外周區域；而且，上述第二環狀構件的內周端部區域位於上述外周區域的外周端鉛直下方；其中，工件的研磨對象表面的外周部位於上述隔層的垂直下方；其中，在上述第二環狀構件的圓環狀上面，從內周端往外周側的寬度8~25mm的區域，位於空間部的外周區域下方，其中，上述空間部的高度在未導入氣體的狀態值為3.5~5.5mm，其中，上述板狀構件具有圓環狀的溝，且在上述溝中插入上述隔層，其中，上述薄膜為厚度0.5~2mm之橡膠製的膜，其中，上述隔層為厚度0.5~1.5mm之環狀構件。
- 如請求項1之研磨頭，其中，上述背墊，介於上述薄膜下面的外周部、上述第二環狀構件之圓環狀上面之間。
- 如請求項1或2之研磨頭，具有： 導入氣體至上述中央區域的導入路；以及導入氣體至上述外周區域的導入路。
- 一種研磨裝置，包括：如請求項1~3中任一項之研磨頭；研磨墊；以及定盤，支持上述研磨墊。
- 一種半導體晶圓的製造方法，包括：利用請求項4之研磨裝置，研磨研磨對象的晶圓表面，形成研磨面。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019-072485 | 2019-04-05 | ||
| JP2019072485 | 2019-04-05 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202039153A TW202039153A (zh) | 2020-11-01 |
| TWI778338B true TWI778338B (zh) | 2022-09-21 |
Family
ID=72668666
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW109108150A TWI778338B (zh) | 2019-04-05 | 2020-03-12 | 研磨頭、研磨裝置及半導體晶圓的製造方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20220161388A1 (zh) |
| JP (1) | JP7259941B2 (zh) |
| KR (1) | KR102592009B1 (zh) |
| CN (1) | CN113613837B (zh) |
| DE (1) | DE112019007165T5 (zh) |
| TW (1) | TWI778338B (zh) |
| WO (1) | WO2020202682A1 (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022191609A (ja) | 2021-06-16 | 2022-12-28 | 株式会社Sumco | 研磨ヘッド、研磨装置及び半導体ウェーハの製造方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008050475A1 (fr) * | 2006-10-27 | 2008-05-02 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Tête de polissage et appareil de polissage |
| US20090142991A1 (en) * | 2005-12-20 | 2009-06-04 | Siltron Inc. | Silicon Wafer Grinding Apparatus, Retaining Assembly Used for the Same and Silicon Wafer Flatness Correcting Method |
| TW201026436A (en) * | 2008-08-29 | 2010-07-16 | Shinetsu Handotai Kk | Polishing head and polishing apparatus |
| TW201345656A (zh) * | 2012-02-15 | 2013-11-16 | Shinetsu Handotai Kk | 研磨頭及研磨裝置 |
| TW201540427A (zh) * | 2014-03-31 | 2015-11-01 | Ebara Corp | 研磨裝置及研磨方法 |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2758152B2 (ja) * | 1995-04-10 | 1998-05-28 | 松下電器産業株式会社 | 被研磨基板の保持装置及び基板の研磨方法 |
| JP3386651B2 (ja) * | 1996-04-03 | 2003-03-17 | 株式会社東芝 | 半導体装置の製造方法および半導体製造装置 |
| JP2003133277A (ja) * | 2001-10-30 | 2003-05-09 | Ebara Corp | 研磨装置の研磨面洗浄装置 |
| JP4107835B2 (ja) * | 2001-12-06 | 2008-06-25 | 株式会社荏原製作所 | 基板保持装置及びポリッシング装置 |
| KR100621629B1 (ko) * | 2004-06-04 | 2006-09-19 | 삼성전자주식회사 | 화학적 기계적 연마 장치에 사용되는 연마 헤드 및 연마방법 |
| JP2009105144A (ja) * | 2007-10-22 | 2009-05-14 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 基板処理装置 |
| JP2009131920A (ja) * | 2007-11-29 | 2009-06-18 | Ebara Corp | 研磨装置及び方法 |
| US9790596B1 (en) * | 2013-01-30 | 2017-10-17 | Kyocera Corporation | Gas nozzle and plasma device employing same |
| JP6145342B2 (ja) * | 2013-07-12 | 2017-06-07 | 株式会社荏原製作所 | 膜厚測定装置、膜厚測定方法、および膜厚測定装置を備えた研磨装置 |
| JP6842858B2 (ja) * | 2016-08-04 | 2021-03-17 | 三菱電機株式会社 | 換気装置および給気量調整方法 |
| JP6575463B2 (ja) * | 2016-08-24 | 2019-09-18 | 信越半導体株式会社 | ウェーハの研磨方法 |
| JP6828493B2 (ja) * | 2017-02-15 | 2021-02-10 | ウシオ電機株式会社 | 光照射装置および光照射方法 |
| JP6827663B2 (ja) * | 2017-04-24 | 2021-02-10 | 株式会社荏原製作所 | 基板の研磨装置 |
| GB2567497A (en) | 2017-10-16 | 2019-04-17 | Dyson Technology Ltd | A filter assembly for a vacuum cleaner |
| JP6891847B2 (ja) * | 2018-04-05 | 2021-06-18 | 信越半導体株式会社 | 研磨ヘッド及びウェーハの研磨方法 |
-
2019
- 2019-12-27 DE DE112019007165.3T patent/DE112019007165T5/de active Pending
- 2019-12-27 WO PCT/JP2019/051501 patent/WO2020202682A1/ja active Application Filing
- 2019-12-27 CN CN201980095096.5A patent/CN113613837B/zh active Active
- 2019-12-27 US US17/600,189 patent/US20220161388A1/en active Pending
- 2019-12-27 KR KR1020217030790A patent/KR102592009B1/ko active IP Right Grant
- 2019-12-27 JP JP2021511115A patent/JP7259941B2/ja active Active
-
2020
- 2020-03-12 TW TW109108150A patent/TWI778338B/zh active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090142991A1 (en) * | 2005-12-20 | 2009-06-04 | Siltron Inc. | Silicon Wafer Grinding Apparatus, Retaining Assembly Used for the Same and Silicon Wafer Flatness Correcting Method |
| WO2008050475A1 (fr) * | 2006-10-27 | 2008-05-02 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Tête de polissage et appareil de polissage |
| TW200841990A (en) * | 2006-10-27 | 2008-11-01 | Shinetsu Handotai Kk | Polishing head and polishing device |
| TW201026436A (en) * | 2008-08-29 | 2010-07-16 | Shinetsu Handotai Kk | Polishing head and polishing apparatus |
| TW201345656A (zh) * | 2012-02-15 | 2013-11-16 | Shinetsu Handotai Kk | 研磨頭及研磨裝置 |
| TW201540427A (zh) * | 2014-03-31 | 2015-11-01 | Ebara Corp | 研磨裝置及研磨方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102592009B1 (ko) | 2023-10-19 |
| CN113613837B (zh) | 2023-09-22 |
| CN113613837A (zh) | 2021-11-05 |
| US20220161388A1 (en) | 2022-05-26 |
| KR20210126129A (ko) | 2021-10-19 |
| WO2020202682A1 (ja) | 2020-10-08 |
| TW202039153A (zh) | 2020-11-01 |
| DE112019007165T5 (de) | 2021-12-16 |
| JPWO2020202682A1 (zh) | 2020-10-08 |
| JP7259941B2 (ja) | 2023-04-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4374370B2 (ja) | 研磨ヘッド及び研磨装置 | |
| TWI441711B (zh) | Grinding head and grinding device | |
| KR102024130B1 (ko) | 웨이퍼 연마 장치 및 이것에 이용하는 연마 헤드 | |
| JP2011167819A (ja) | 研磨ヘッド及び研磨装置 | |
| JP4264289B2 (ja) | ウエーハ研磨装置及びその研磨ヘッド並びにウエーハ研磨方法 | |
| EP1441386A1 (en) | Method and pad for polishing wafer | |
| TWI778338B (zh) | 研磨頭、研磨裝置及半導體晶圓的製造方法 | |
| JP5145131B2 (ja) | 研磨ヘッドの製造方法 | |
| TWI795881B (zh) | 晶圓研磨方法及晶圓研磨裝置 | |
| JP2008093811A (ja) | 研磨ヘッド及び研磨装置 | |
| JPH11254305A (ja) | ウエーハの両面研磨方法と該研磨方法に用いるウエーハキャリア | |
| JP4352229B2 (ja) | 半導体ウェーハの両面研磨方法 | |
| JP2004311506A (ja) | ウエーハ研磨装置及びその研磨ヘッド並びにウエーハ研磨方法 | |
| JP4388454B2 (ja) | ワーク保持板並びに半導体ウエーハの製造方法及び研磨方法 | |
| US20140174655A1 (en) | Polishing tool with diaphram for uniform polishing of a wafer | |
| JP7435436B2 (ja) | キャリアプレートの研磨方法 | |
| TWI807794B (zh) | 研磨頭、研磨裝置以及半導體晶圓之製造方法 | |
| US11440159B2 (en) | Edge load ring | |
| US20240198479A1 (en) | Polishing head, polishing device and method of manufacturing semiconductor wafer | |
| JP2008100295A (ja) | 研磨ヘッド及び研磨装置 | |
| TW202431397A (zh) | 研磨頭、研磨裝置以及半導體晶圓之製造方法 | |
| WO2001096066A1 (en) | Wafer polishing method | |
| JP2006156653A (ja) | ウェーハ保持体 | |
| JP2003282504A (ja) | 研磨装置および研磨方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GD4A | Issue of patent certificate for granted invention patent |