TWI807794B - 研磨頭、研磨裝置以及半導體晶圓之製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種2區域薄膜頭，其能夠同時控制工件的研磨對象表面的外周領域的研磨量、以及抑制在研磨對象表面的局部研磨量變動。研磨頭，包括：第1環狀構件；閉塞構件，閉塞該第1環狀構件的開口部的上面側開口；薄膜，閉塞該第1環狀構件的該開口部的下面側開口；以及第2環狀構件，位於該薄膜的下方，具有保持研磨對象的工件的開口部。將朝向該第1環狀構件的該開口部的中心的方向作為內側，將另一方向作為外側，該第1環狀構件的該開口部被該閉塞構件及該薄膜所閉塞而形成的空間，會被上部環狀連接部連接到該閉塞構件且下部環狀連接部連接到該薄膜的環狀的分隔壁分隔成內側空間及外側空間，該環狀的分隔壁的該下部環狀連接部的內徑比該第2環狀構件的內徑大，且該環狀的分隔壁的該上部環狀連接部的鉛直下方，是研磨對象的工件的設置位置的外周領域。
Description
本發明有關於研磨頭、研磨裝置以及半導體晶圓之製造方法。
研磨半導體晶圓等的工件的表面的裝置有研磨工件的單面的單面研磨裝置、研磨工件的雙面的雙面研磨裝置。單面研磨裝置中，通常會將保持於研磨頭的工件的研磨對象表面，往貼在定盤的研磨墊上壓，並且同時分別使研磨墊及定盤旋轉，使工件的研磨對象表面及研磨墊之間滑動接觸。藉由在這樣滑動接觸的研磨對象表面和研磨墊之間供給研磨劑，能夠研磨工件的研磨對象表面。
上述的單面研磨裝置中，作為將保持於研磨頭的工件壓向研磨墊的方法，有一種橡膠夾頭法（參照專利文獻1、2）。
[先行技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：WO2020/202682
專利文獻2：日本專利第4833355號說明書
[發明所欲解決的問題] 使用橡膠夾頭法的研磨頭的話，會在薄膜（專利文獻2中被稱為橡膠膜）的背面的空間中導入空氣等的氣體使薄膜膨脹，而能夠藉此推壓工件。
專利文獻1中記載的研磨頭的話，會將上述空間中分隔成兩個空間，分別調整導入各空間的氣體的量，藉此能夠獨立地控制施加於工件的研磨對象表面的外周領域之研磨面壓力以及施加於中央部之研磨面壓力（參照專利文獻1的第[0009]段等）。專利文獻2也揭露了上述空間被分成兩個空間的研磨頭（參照專利文獻2的圖1等）。以下，將薄膜的背面的空間被分隔成2個空間的研磨頭稱為2區域薄膜頭。本發明人檢討專利文獻1記載的2區域薄膜頭以及專利文獻2記載的2區域薄膜頭後，發現要同時控制工件的研磨對象表面的外周領域的研磨量、以及抑制在研磨對象表面的局部研磨量變動是很困難的。
本發明的一態樣的目的是提供一種2區域薄膜頭，其能夠同時控制工件的研磨對象表面的外周領域的研磨量、以及抑制在研磨對象表面的局部研磨量變動。
[用以解決問題的手段] 本發明的一態樣是有關於一種研磨頭，包括：第1環狀構件；閉塞構件，閉塞該第1環狀構件的開口部的上面側開口；薄膜，閉塞該第1環狀構件的該開口部的下面側開口；以及第2環狀構件，位於該薄膜的下方，具有保持研磨對象的工件的開口部，其中將朝向該第1環狀構件的該開口部的中心的方向作為內側，將另一方向作為外側，該第1環狀構件的該開口部被該閉塞構件及該薄膜所閉塞而形成的空間，會被上部環狀連接部連接到該閉塞構件且下部環狀連接部連接到該薄膜的環狀的分隔壁分隔成內側空間及外側空間，該環狀的分隔壁的該下部環狀連接部的內徑比該第2環狀構件的內徑大，且該環狀的分隔壁的該上部環狀連接部的鉛直下方，是研磨對象的工件的設置位置的外周領域。
根據上述的本發明一態樣的研磨頭（2區域薄膜頭），能夠同時控制工件的研磨對象表面的外周領域的研磨量、以及抑制在研磨對象表面的局部研磨量變動。本發明人關於這點的推論如下。
使用WO 2020/202682（專利文獻1）所圖示的研磨頭來研磨工件時，分隔薄膜的背面的空間的分隔壁及薄膜之間的連接部的鉛直下方，是工件的研磨對象表面的外周領域（例如參照專利文獻1的圖1）。從被分隔壁分隔的2個空間對鉛直下方施加的壓力能夠透過導入各領域的氣體的量來控制，但要控制施加到分隔壁的鉛直下方的壓力並不容易，通常會比從2個空間分別施加到鉛直下方的壓力小。這被認為是使用WO 2020/202682（專利文獻1）所圖示的研磨頭所研磨的工件中，容易發生局部的研磨量變動（具體來說是連接部的鉛直下方的研磨量有局部的降低）的理由。對此，上述的本發明一態樣的研磨頭中，分隔2個空間的環狀的分隔壁與薄膜之間的連接部，也就是下部環狀連接部，其內徑比第2環狀構件的內徑大。因此，使用上述研磨頭進行研磨時，下部環狀連接部的鉛直下方是第2環狀構件，而不是工件的研磨對象表面的外周領域。這點本發明人認為是藉由使用上述研磨頭，能夠抑制連接部的鉛直下方的研磨量局部降低，來研磨工件的研磨對象表面的理由。又，上述本發明一態樣的研磨頭中，關於環狀的分隔壁的連接部，在其上部環狀連接部的鉛直下方是研磨對象的工件的設置位置的外周領域，且因為下部環狀連接部的內徑比第2環狀構件的內徑大，所以下部環狀連接部的鉛直下方是第2環狀構件。對此，日本專利第4833355號說明書（專利文獻2）的圖1所示的研磨頭中，分隔壁與薄膜之間的連接部的內徑比第2環狀構件的內徑小。與這個構造的研磨頭相比，本發明人推導出根據上述本發明的一態樣的研磨頭，藉由調整導入以環狀的分隔壁分隔的外側空間中的氣體的量，能夠更有效果地控制從外側空間往下方施加的壓力，結果，能夠藉由調整導入到外側空間中的氣體的量，而容易地控制工件的研磨對象表面的外周領域的研磨量。另外，本說明書中記載了本發明人推論，但本發明並不限於這些推論。
一態樣中，該環狀的分隔壁的剖面形狀能包括從傾斜形狀及水平形狀所組成的群中選出的側面形狀，該側面形狀的至少一部分的鉛直下方，能夠是包含有該第2環狀構件的內側周端以及研磨對象的工件的設置位置的外側周端在內的領域。
一態樣中，該閉塞構件能夠包括上部圓盤狀構件、外徑比上部圓盤狀構件小的下部圓盤狀構件，該環狀的分隔壁中，該上部環狀連接部能夠連接到該下部圓盤狀構件的側面。
一態樣中，該研磨頭能夠更包括：背墊，其在該薄膜及該第2環狀構件之間。
一態樣中，該研磨頭能夠更包括：將氣體導入該內側空間的導入路；以及將氣體導入該外側空間的導入路。
本發明的一態樣有關於一種研磨裝置，包括：該研磨頭；研磨墊；以及定盤，支持該研磨墊。
本發明的一態樣有關於一種半導體晶圓之製造方法，包括：
以該研磨裝置對研磨對象的半導體晶圓的表面進行研磨，形成研磨面。
根據本發明的一態樣，能夠提供一種2區域薄膜頭，其能夠同時控制工件的研磨對象表面的外周領域的研磨量、以及抑制在研磨對象表面的局部研磨量變動。
[研磨頭] 本發明的一態樣的研磨頭，具有第1環狀構件、閉塞第1環狀構件的開口部的上面側開口之閉塞構件、閉塞第1環狀構件的開口部的下面側開口之薄膜、位於上述薄膜的下方且具有保持研磨對象的工件的開口部之第2環狀構件。上述研磨頭中，以朝向第1環狀構件的開口部的中心的方向為內側，另一方面為外側，第1環狀構件的開口部被上述閉塞構件及上述薄膜所閉塞而形成的空間，被上部環狀連接部連接到上述閉塞構件且下部環狀連接部連接到上述薄膜的環狀的分隔壁，分隔成內側空間及外側空間。上述環狀的分隔壁的下部環狀連接部的內徑比第2環狀構件的內徑大，且研磨對象的工件的設置位置的外周領域位於上述環狀的分隔壁的上部環狀連接部的鉛直下方。以下，針對上述研磨頭做更詳細的說明。本發明及本說明書中，「下面」、「下方」、「上面」、「上部」、「下部」等的記載表示研磨頭處於進行研磨處理的狀態時的「下面」、「下方」、「上面」、「上部」、「下部」等。本發明及本說明書中，「傾斜」及「水平」是指相對於在研磨頭處於進行研磨處理的狀態時的水平方向傾斜的情況稱為「傾斜」，相對於該水平方向平行的情況稱為「水平」。又，朝向第1環狀構件的開口部的中心的方向稱為內側，另一方向稱為外側。「環狀」是指具有開口的形狀，開口的俯視形狀能夠是圓形。以下，雖然根據圖式來說明本發明，但圖式中所示的實施型態為例示，本發明並沒有限定於該等實施型態。又，圖中相同的部分會標示相同的符號。
圖1及圖5～圖7的各圖是分別顯示本發明一態樣的研磨頭的一例的概略剖面圖。圖1中的研磨頭1A、圖5中的研磨頭1B、圖6中的研磨頭1C以及圖7中的研磨頭1D有時會總稱為研磨頭1。又，圖1中的環狀的分隔壁15A、圖5中的環狀的分隔壁15B、圖6中的環狀的分隔壁15C以及圖7中的環狀的分隔壁15D有時會總稱為環狀的分隔壁15。圖1及圖5～圖7的各圖中，頭本體的圖示省略。頭本體位於圖1及圖5～圖7的各圖所示的部分的上方，各圖所示的部分藉由鎖上螺絲等的周知的方法安裝於頭本體。
圖1及圖5～圖7的各圖中，研磨頭1具有第1環狀構件11。第1環狀構件11具有圓環狀上面及圓環狀下面，上面的內徑與下面的外徑是相同值，上面的外徑與下面的外徑是相同值。也就是，第1環狀構件11的外形是圓筒狀，開口部的形狀也是圓筒狀。這點在後述的第2環狀構件12也是相同的。另外，本發明及本說明書中，「相同值」的意思包含完全一致的情況以及製造上無法避免而產生的誤差的情況。這點在關於圓筒等的形狀的用語也是相同的。作為第1環狀構件11，能夠使用一般用於單面研磨裝置的研磨墊上的不鏽鋼材（SUS）等的剛性材料製的環狀構件。
第1環狀構件11的下面被薄膜13覆蓋。薄膜13閉塞第1環狀構件11的至少下面側開口即可，但從抑制薄膜13膨脹時發生位置偏移的角度、以及從抑制研磨劑混入第1環狀構件11的開口部的角度來看，第1環狀構件11的圓環狀下面全面被薄膜13覆蓋為佳。薄膜13能夠藉由黏著劑的使用等的周知的方法與第1環狀構件11的圓環狀下面貼合。又，如圖1及圖5～圖7的各圖所示，將薄膜13貼合到第1環狀構件11的側面的一部分或全部為佳。作為薄膜13，能夠使用橡膠等的具有彈性的材料製的膜。作為橡膠，能夠使用氟碳塗料。薄膜13的厚度並沒有特別限定，例如能夠是0.5～2mm左右。
圖1及圖5～圖7各圖中，薄膜13的下面貼上背墊14。背墊14能夠藉由黏著劑等的周知的方法與薄膜13的下面貼合。薄膜13的下面的外周領域及第2環狀構件12的圓環狀上面能夠直接接觸，但從抑制薄膜13發生剝離或起伏的觀點來看，背墊14介於薄膜13的下面的外周領域和第2環狀構件12的圓環狀上面之間為佳。作為背墊14，例如能夠使用藉由含水的水表面張力來展示出吸附性的材料（例如聚氨酯泡沫）製的圓盤狀的板。藉此，能夠在研磨時將工件保持在含水的背墊14上。
圖1及圖5～圖7的各圖中，薄膜13閉塞第1環狀構件11的下面側開口。第1環狀構件11的上面側開口被上部圓盤狀構件10a及下部圓盤狀構件10b所構成的閉塞構件所閉塞。下部圓盤狀構件10b是外徑比上部圓盤狀構件10a小的圓盤狀構件。上部圓盤狀構件10a及下部圓盤狀構件10b能夠是上面外徑與下面外徑為相同值的圓盤形狀的平板，例如能夠配置成同心圓狀。另外，圖1及圖5～圖7的各圖中，上部圓盤狀構件10a及下部圓盤狀構件10b是分別的構件，可以藉由任意的手段（例如一者設置凹部另一者設置凸部並讓凸部嵌入凹部的方法、螺絲螺帽、黏著劑貼合等）固定。另外，本發明的一態樣的研磨頭並不限定於這個架構。閉塞構件也能夠是上部圓盤狀部以及外徑比上部圓盤狀部小的下部圓盤狀部一體成形的構件。構成閉塞構件的材料並沒有特別限定。圖1及圖5～圖7的各圖中，W顯示工件設置位置。研磨工件時，當氣體被導入第1環狀構件11、薄膜13及閉塞構件所包圍的空間中，薄膜14會膨脹，藉此透過背墊14而設置於工件設置位置W的工件被推壓而進行研磨。
圖1及圖5～圖7的各圖中，被第1環狀構件11、薄膜13及閉塞構件所包圍的空間，會被環狀的分隔壁15分隔成內側空間16a及外側空間16b。環狀的分隔壁15例如能夠將橡膠等的具有彈性的材料成形成希望的形狀來製作。作為橡膠，能夠舉出氟碳塗料。環狀的分隔壁15的厚度例如能夠是0.5～1.5mm左右。從在閉塞構件的中央部貫通上部圓盤狀構件10a及下部圓盤狀構件10b的氣體導入路17a往內側空間16a、以及從在閉塞構件的外周領域貫通上部圓盤狀構件10a的氣體導入路17b往外側空間16b，能夠分別獨立地控制氣體導入量來導入氣體。研磨工件時，例如改變從氣體導入路17a導入至內側空間16a的氣體的量，以及從氣體導入路17b導入至內側空間16b的氣體的量，藉此能夠獨立地控制施加於外側空間16b的下方的工件的研磨對象表面的外周領域上的研磨面壓力，以及施加於內側空間16a的下方的工件的研磨對象表面的中央部上的研磨面壓力。另外，圖1及圖5～圖7的各圖中，氣體導入路17a及氣體導入路17b各1個，但並不限定於這個實施型態，能夠設置2個以上的氣體導入路17a，也能夠設置2個以上的氣體導入路17b。
圖1及圖5～圖7的各圖中，薄膜13的下方透過背墊14配置了第2環狀構件12。第2環狀構件12是具有保持研磨對象的工件的開口部之環狀構件。這個環狀構件一般也被稱為保持器、保持環、模板等。第2環狀構件12能夠是一般使用於被稱為研磨頭的保持器等的環狀構件上的材料所製作（例如玻璃環氧樹脂製）的環狀構件。
圖2為圖1所示的研磨頭1A中的環狀的分隔壁15A的連接部（特別是下部環狀連接部）的說明圖。環狀的分隔壁15A中，上部環狀連接部C
upper連接到閉塞構件，下部環狀連接部C
lower連接到薄膜13。詳細來說，上部環狀連接部C
upper連接到閉塞構件的下部圓盤狀構件10b的側面，下部環狀連接部C
lower連接到薄膜13的上面。作為各個連接的連接手段，能夠舉出黏著劑的使用、一體成形、凸部往凹部嵌入等的周知的方法。將環狀的分隔壁的下部環狀連接部的內徑稱為d1，將第2環狀構件的內徑稱為d2，本發明的一態樣中的研磨頭當中，環狀的分隔壁的下部環狀連接部的內徑d1會比第2環狀構件的內徑d2大。也就是。滿足「d1＞d2」的關係。因此，研磨工件時，環狀的分隔壁的下部環狀連接部的鉛直下方，是第2環狀構件，而沒有工件的研磨對象表面的外周領域。相對於此，先前所示WO2020/202682（專利文獻1）中圖示的研磨頭當中，在分隔壁的連接部的鉛直下方是工件的研磨對象表面的外周領域（例如參照專利文獻1的圖1）。如前所述，這被認為是使用WO2020/202682（專利文獻1）中圖示的研磨頭來研磨的工件中，容易產生局部的研磨量變動（具體來說是在連接部的鉛直下方的研磨量的局部降低）的理由。相對於此，本發明人認為根據本發明一態樣的研磨頭，藉由滿足「d1＞d2」的關係，能夠抑制連接部的鉛直下方的研磨量的局部降低來進行工件的研磨對象表面的研磨。假設d2為100%的話，d1會超過100%，超過102%的話為佳，在103%以上的話更佳。假設d2為100%，d1能夠例如在120%以下或110%以下，或者是也可以大於在此例示的值。
圖3是圖1所示的研磨頭1A中的環狀的分隔壁15A的連接部（上部環狀連接部）的說明圖。環狀的分隔壁15A中，上部環狀連接部C
upper連接到閉塞構件的下部圓盤狀構件10b的側面。圖3中，2條虛線是朝向上部環狀連接部C
upper的鉛直下方拉出的直線。如這2條虛線所示，上部環狀連接部C
upper的鉛直下方是研磨對象的工件的設置位置W的外周領域。在此「外周領域」假設是從外側周端到徑方向內側的一部分領域。另外，圖1及圖5～圖7的各圖中，環狀的分隔壁15的上部環狀連接部C
upper每一者都連接到閉塞構件的下部圓盤狀構件10b的側面，因此上部環狀連接部C
upper的鉛直下方也是下部圓盤狀構件10b的側面的鉛直下方。另一型態中，能夠將環狀的分隔壁15的上部環狀連接部C
upper連接到下部圓盤狀構件10b的下面或上部圓盤狀構件10a的下面。在這個情況下，上部環狀連接部C
upper的鉛直下方假設是上部環狀連接部C
upper的內側周端的鉛直下方。假設上部環狀連接部C
upper的開口內徑為d3，研磨對象的工件的設置位置W的外徑為d4，則d3比d4小。也就是，滿足「d3＜d4」。如先前所述，本發明人認為在本發明的一態樣的研磨頭中，針對環狀的分隔壁的連接部，使上部環狀連接部的鉛直下方有研磨對象的工件的設置位置的外周領域，且下部環狀連接部的內徑比第2環狀構件的內徑大，比起專利第4833355號說明書（專利文獻2）的圖1所示的研磨頭，能夠藉由調整導入環狀的分隔壁所分隔的外側空間中的氣體的量，而更有效地控制從外側空間往下方施加的壓力。結果，本發明人推測出藉由調整導入外側空間的氣體的量，就能夠容易地控制工件的研磨對象表面的外周領域的研磨量。假設d4為100%的話，d3會不滿100%，在95%以下的話為佳，在90%以下的話更佳。又，從進一步增大工件的研磨對象表面的外周領域的研磨量的變化相對於導入外側空間的氣體的量的變化的角度來看，假設d4為100%的話，d3在40%以上為佳，在50%以上的話更佳，在60%以上的話又更佳，在70%以上的話又更佳，在80%以上的話又更佳。
有關於環狀的分隔壁，環狀的分隔壁的剖面形狀包含至少一部分從傾斜形狀及水平形狀所構成的群組中選出的側面形狀為佳，在該側面形狀的至少一部分的鉛直下方有包括第2環狀構件的內側周端及研磨對象的工件的設置位置的外側周端在內的領域更佳。具有這個構造能夠使得在研磨時導入氣體到外側空間的話環狀的分隔壁的內壁面的至少一部分會與薄膜的上面接觸。這有助於使藉由變化導入外側空間的氣體的量來控制研磨對象的工件的表面上（包括外周領域）的研磨量這件事更容易。研磨時，一般導入氣體到外側空間及內側空間雙方。具有當研磨時導入氣體到外側空間會使環狀的分隔壁的內壁面的至少一部分與薄膜的上面接觸這樣的構造的研磨頭，能夠藉由例如不導入氣體到內側空間而只導入氣體到外側空間使薄膜的上面與分隔壁的內壁面的至少一部分接觸來確認。圖4為環狀的分隔壁的內壁面及薄膜的上面的說明圖。圖4中，15A
inner顯示環狀的分隔壁15A的內壁面，13
upper顯示薄膜13的上面。
作為剖面形狀的具體例子，在圖1所示的例子中，環狀的分隔壁15A的剖面形狀中，上部及下部包括水平形狀，而下部水平形狀延續著傾斜形狀。圖5所示的例子中，環狀的分隔壁15B的剖面形狀是傾斜形狀。圖6所示的例子中，環狀的分隔壁15C的剖面形狀包括水平形狀。圖7所示的例子中，環狀的分隔壁15D的剖面形狀是水平形狀連接著傾斜形狀。例如，圖1所示的例子中，藉由在研磨時導入氣體到外側空間16b，能夠使下部剖面形狀為水平形狀的部分的內壁面的一部分或全部與薄膜13的上面接觸。圖5所示的例子中，藉由在研磨時導入氣體到外側空間16b，能夠使剖面形狀為傾斜形狀的環狀的分隔壁15B的內壁面的一部分或全部與薄膜13的上面接觸。圖6所示的例子中，藉由在研磨時導入氣體到外側空間16b，能夠使剖面形狀為水平形狀的部分的內壁面的一部分或全部與薄膜13的上面接觸。圖7所示的例子中，藉由在研磨時導入氣體到外側空間16b，能夠使剖面形狀為水平形狀的部分的內壁面的一部分或全部與薄膜13的上面接觸。
[研磨裝置、半導體晶圓的製造方法] 本發明的一態樣有關於研磨裝置，其具有上述研磨頭、研磨墊、以及引導這個研磨墊的定盤。
又，本發明的一態樣有關於半導體晶圓的製造方法，其包括藉由上述研磨裝置對研磨對象的半導體晶圓的表面進行研磨，形成研磨面。
圖8為顯示本發明一態樣的研磨裝置的一例的概略剖面圖。圖8所示的研磨裝置50具備圖1所示的研磨頭1A。與圖1等同樣地，研磨頭的頭本體的圖示省略。研磨裝置50是橡膠夾頭式的單面研磨裝置，其以旋轉機構（圖示省略）使研磨頭1A及定盤42旋轉，並且同時使設置在研磨頭1A的設置位置W的研磨對象的工件Wa的研磨對象表面、與貼合在定盤42上的研磨墊41滑動接觸。研磨劑供給機構60排出的研磨劑61被供給到工件Wa的下面（研磨對象表面）與研磨墊41之間，使工件Wa的研磨對象表面被研磨。作為研磨劑，能夠使用一般用於CMP（Chemical Mechanical Polishing）中的研磨劑。上述的研磨裝置除了具備本發明一態樣的研磨頭這點以外，能夠具有與一般的單面研磨裝置相同的構造。又，關於上述半導體晶圓的製造方法，除了使用本發明一態樣的研磨裝置對研磨對象的半導體晶圓的表面進行研磨，形成研磨面這點以外，能夠使用有關於具有研磨面的半導體晶圓的製造方法的周知技術。研磨對象的晶圓能夠是例如矽晶圓（較佳的是單晶矽晶圓）。例如，矽晶圓能夠由以下的方法製作。切割單晶矽棒得到塊體。單晶矽棒能夠用CZ法（柴可拉斯基法）、FZ法（區域熔煉（Floating Zone）法）等周知的方法長成。將獲得的塊體切片以作為晶圓。能夠對這個晶圓實施各種加工，而製作出矽晶圓。上述的加工能夠舉出倒角加工、平坦化加工（研磨、磨銷、拋光）等。上述研磨裝置例如能夠適合地使用於這些晶圓加工的最後步驟，即精加工研磨步驟。
[實施例] 以下根據實施例說明本發明。然而本發明並不限定於實施例中所示的實施型態。以下記載的研磨壓力Pe是氣體從氣體導入路17b導入到外側空間16b使薄膜13的外周領域膨脹因而從薄膜13的外周領域往下方施加的壓力。研磨壓力Pc是氣體從氣體導入路17a導入到內側空間16a使薄膜13的中央部膨脹因而從薄膜13的中央部往下方施加的壓力。研磨壓力Pe及Pc是實驗值。
[研磨頭] 實施例1的研磨頭（橡膠夾頭式的2區域薄膜頭）是圖1所示的構造的研磨頭，環狀的分隔壁的下部環狀連接部的內徑d1、第2環狀構件的內徑d2、環狀的分隔壁的上部環狀連接部的開口內徑d3以及研磨對象的工件的設置位置的外徑d4是表1所示的值。實施例2的研磨頭是除了d3是表1所示的值這點以外與實施例1的研磨頭相同構造的研磨頭。實施例1及實施例2的研磨頭中，環狀的分隔壁15A的下部環狀連接部C
lower的內徑d1比第2環狀構件的內徑d2大，且環狀的分隔壁15A的上部環狀連接部C
upper的鉛直下方是研磨對象的工件的設置位置W的外周領域。關於實施例1及實施例2的研磨頭，確認到當不導入氣體到內側空間而只導入氣體到外側空間，分隔壁的內壁面的至少一部分（詳細來說是下部剖面形狀為水平形狀的部分的內壁面的一部分或全部）會與薄膜的上面接觸。比較例1及比較例2的研磨頭除了d1及d3為表1所示的值這點以外與實施例1的研磨頭是相同構造的研磨頭。比較例1的研磨頭中，環狀的分隔壁15A的下部環狀連接部C
lower的內徑d1比第2環狀構件的內徑d2小（d1＜d2）。因此，研磨時，環狀的分隔壁15A的下部環狀連接部C
lower的鉛直下方是第2環狀構件12。比較例2的研磨頭中，環狀的分隔壁15A的下部環狀連接部C
lower的內徑d1與第2環狀構件的內徑d2幾乎相等，但滿足「d1＜d2」的關係。因此，研磨時，環狀的分隔壁15A的下部環狀連接部C
lower的鉛直下方是第2環狀構件12。
[表1]
| 環狀的分隔壁的下部環狀連接部的內徑d1 | 第2環狀構件內徑d2 | 環狀的分隔壁的上部環狀連接部的開口內徑d3 | 工件的設置位置外徑d4 | |
| 實施例1 | 320mm (d2為100%的話是106%) | 301mm | 200mm (d4為100%的話是67%) | 300mm |
| 實施例2 | 320mm (d2為100%的話是106%) | 301mm | 260mm (d4為100%的話是87%) | 300mm |
| 比較例1 | 270mm (d1＜d2) | 301mm | 260mm (d4為100%的話是87%) | 300mm |
| 比較例2 | 300mm (d1＜d2) | 301mm | 290mm (d4為100%的話是97%) | 300mm |
[矽晶圓的研磨處理] 以下的研磨處理中，對於從相同的單晶矽棒以相同切出條件切出，以相同的條件實施各種加工處理的複數的矽晶圓，分別實施單面研磨處理，以作為最後程序的精加工研磨步驟。
作為實施例1的研磨裝置，準備包括實施例1的研磨頭在內的圖8所示的研磨裝置，這個研磨裝置實施矽晶圓的單面研磨處理。對於3片的矽晶圓分別用以下的研磨條件實施單面研磨處理。
Pc = 10kPa
Pe = 8kPa、10kPa或12kPa
實施例2的研磨裝置除了研磨頭是實施例的研磨頭這點以外其餘與實施例1的研磨裝置相同。這個研磨裝置中，以針對實施例1記載的方法對3片矽晶圓分別進行單面研磨處理。與比較例1及比較例2同樣地，研磨頭會採用各比較例的研磨頭，以針對實施例1記載的方法對3片矽晶圓分別進行單面研磨處理。
[研磨壓力Pe的變化造成的研磨量變化的評價] 實施例1、實施例2、比較例1及比較例2中針對實施研磨裝置的矽晶圓，使用KLA-Tencor公司製幾何學測量系統WaferSight作為測量裝置，求出（i）晶圓中心的晶圓厚度（記載為「晶圓中心厚度」）以及（ii）從晶圓外側周端往半徑方向內側10mm的位置的全周上等間隔的72個位置的晶圓厚度的算術平均（記載為「晶圓外周厚度」）。關於實施研磨處理的各矽晶圓，以「研磨量差 = 晶圓中心厚度－晶圓外周厚度」算出研磨量差。圖9顯示出針對實施例1、實施例2、比較例1及比較例2的研磨量差相對研磨壓力Pe的描點圖。如圖9所示，比較例2中，研磨量差的值的變化程度相對於研磨壓力Pe的值的變化，相較於實施例1、實施例2及比較例1要小。
[關於研磨量變動的評價] 實施例1、實施例2、比較例1及比較例2中針對實施研磨裝置的矽晶圓，使用KLA-Tencor公司製幾何學測量系統WaferSight作為測量裝置，求出晶圓的外周領域平坦性的指標，也就是ESFQR。ESFQR是
Edge
site flatness
front reference least s
quare
range的簡稱（標示底線的文字串連的簡稱）。ESFQR是上述測量裝置中，對實施研磨處理的晶圓表面的外周領域設定站點，將這個站點放射狀地分割成複數區段，求出這個站點距離最佳擬合面的最大位移加上最小位移的值。區段的分割條件假設是72區段，長度15mm，寬度5°。圖10顯示出針對實施例1、實施例2、比較例1及比較例2的ESFQR相對研磨壓力Pe的描點圖。如圖10所示，比較例1中在任一個Pe下，ESFQR值都比實施例1、實施例2及比較例2的ESFQR值大（也就是，實施研磨處理的晶圓的外周領域平坦性低）。以比較例1的研磨裝置實施研磨處理的晶圓中外周領域平坦性低的理由被認為是，比較例1的研磨裝置中，環狀的分隔壁的下部環狀連接部的下方是研磨對象的晶圓表面的外周領域，因此不容易控制施加於下部環狀連接部的下方的研磨壓力。
根據以上的結果，藉由實施例1及實施例2的研磨裝置進行的研磨處理，能夠確認出可藉由變化研磨壓力Pe來控制工件的研磨對象表面的外周領域的研磨量，而且可抑制在研磨對象表面的局部的研磨量變動。
[產業利用性] 本發明的一態樣在矽晶圓等的半導體晶圓的技術領域相當有用。
1,1A,1B,1C,1D:研磨頭
10a:上部圓盤狀構件
10b:下部圓盤狀構件
11:第1環狀構件
12:第2環狀構件
13:薄膜
14:背墊
15,15A,15B,15C,15D:環狀的分隔壁
15A
inner:內壁面
16a:內側空間
16b:外側空間
17a,17b:氣體導入路
41:研磨墊
42:定盤
50:研磨裝置
60:研磨劑供給機構
61:研磨劑
C
upper:上部環狀連接部
C
lower:下部環狀連接部
W:設置位置
Wa:工件
圖1為顯示本發明一態樣的研磨頭的一例的概略剖面圖。
圖2為圖1所示的研磨墊1A中的環狀的分隔壁15A的連接部的說明圖。
圖3為圖1所示的研磨墊1A中的環狀的分隔壁15A的連接部的說明圖。
圖4為環狀的分隔壁的內壁面及薄膜的上面的說明圖。
圖5為顯示本發明一態樣的研磨頭的一例的概略剖面圖。
圖6為顯示本發明一態樣的研磨頭的一例的概略剖面圖。
圖7為顯示本發明一態樣的研磨頭的一例的概略剖面圖。
圖8為顯示本發明一態樣的研磨裝置的一例的概略剖面圖。
圖9為針對實施例1、實施例2、比較例1及比較例2，研磨量差相對研磨壓力Pe的描點圖。
圖10為針對實施例1、實施例2、比較例1及比較例2，ESFQR相對研磨壓力Pe的描點圖。
1A:研磨頭
10a:上部圓盤狀構件
10b:下部圓盤狀構件
11:第1環狀構件
12:第2環狀構件
13:薄膜
14:背墊
15A:環狀的分隔壁
16a:內側空間
16b:外側空間
17a,17b:氣體導入路
W:設置位置
Claims (8)
- 一種研磨頭，包括：第1環狀構件；閉塞構件，閉塞該第1環狀構件的開口部的上面側開口；薄膜，閉塞該第1環狀構件的該開口部的下面側開口；以及第2環狀構件，位於該薄膜的下方，具有保持研磨對象的工件的開口部，其中將朝向該第1環狀構件的該開口部的中心的方向作為內側，將另一方向作為外側，該第1環狀構件的該開口部被該閉塞構件及該薄膜所閉塞而形成的空間，會被上部環狀連接部連接到該閉塞構件且下部環狀連接部連接到該薄膜的環狀的分隔壁分隔成內側空間及外側空間，該環狀的分隔壁的該下部環狀連接部的內徑比該第2環狀構件的內徑大，且該環狀的分隔壁的該上部環狀連接部的鉛直下方，是研磨對象的工件的設置位置的外周領域；其中，在將該環狀的分隔壁的該下部環狀連接部的內徑稱為d1，將該第2環狀構件的內徑稱為d2的情況下，假設d2為100%的話，d1為超過102%，並且為120%以下。
- 如請求項1的研磨頭，其中：該環狀的分隔壁的剖面形狀包括從傾斜形狀及水平形狀所組成的群中選出的側面形狀，該側面形狀的至少一部分的鉛直下方，是包含有該第2環狀構件的內側周端以及研磨對象的工件的設置位置的外側周端在內的領域。
- 如請求項1的研磨頭，其中：該閉塞構件包括上部圓盤狀構件、外徑比上部圓盤狀構件小的下部圓盤狀 構件，該環狀的分隔壁中，該上部環狀連接部連接到該下部圓盤狀構件的側面。
- 如請求項2的研磨頭，其中：該閉塞構件包括上部圓盤狀構件、外徑比上部圓盤狀構件小的下部圓盤狀構件，該環狀的分隔壁中，該上部環狀連接部連接到該下部圓盤狀構件的側面。
- 如請求項1的研磨頭，其中：該薄膜及該第2環狀構件之間更具有背墊。
- 如請求項1至5任一者的研磨頭，更包括：將氣體導入該內側空間的導入路；以及將氣體導入該外側空間的導入路。
- 一種研磨裝置，包括：如請求項1至6任一者的研磨頭；研磨墊；以及定盤，支持該研磨墊。
- 一種半導體晶圓之製造方法，包括：以請求項7的研磨裝置對研磨對象的半導體晶圓的表面進行研磨，形成研磨面。
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