[go: up one dir, main page]

JP3834521B2 - Polishing method and polishing apparatus - Google Patents

Polishing method and polishing apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP3834521B2
JP3834521B2 JP2002088819A JP2002088819A JP3834521B2 JP 3834521 B2 JP3834521 B2 JP 3834521B2 JP 2002088819 A JP2002088819 A JP 2002088819A JP 2002088819 A JP2002088819 A JP 2002088819A JP 3834521 B2 JP3834521 B2 JP 3834521B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polishing
workpiece
top ring
back surface
polishing cloth
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2002088819A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2003285266A (en
Inventor
茂 佐久田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2002088819A priority Critical patent/JP3834521B2/en
Publication of JP2003285266A publication Critical patent/JP2003285266A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3834521B2 publication Critical patent/JP3834521B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の被加工体を平坦化する研磨方法と研磨装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
LSIの高集積化に伴い、LSIの製造プロセスで用いられている露光機の焦点深度が年々小さくなっている。それに伴い、露光マージンが減少している。このため、被加工体である例えば半導体ウエハ(以下、単にウエハという)の上に形成された膜の平坦度もより高精度にする必要がある。
【0003】
研磨に用いられる平坦化の手法としてCMP(Chemical Mechanical Polishing)装置が用いられている。
【0004】
図12は、CMP装置の研磨部46の概要を示す模式斜視図である。発泡ポリウレタンをベースとした研磨パッド(研磨布)51が上面に固定された定盤52を回転させ、この研磨パッド51に対向して設けられたトップリング53に半導体ウエハ54を固定した状態で、研磨パッド51の表面にシリカ砥粒を混濁させた研磨スラリー55を滴下しながら、半導体ウエハ54を研磨パッド51に所定荷重で押圧して研磨終点まで研磨し、所定の研磨量の研磨を行っていた。
【0005】
なお、特開2000−223448号公報には、研磨中に一定の研磨速度を得るために、研磨布の凹部の深さを変位計で測定し、その結果により研磨速度を一定の速度に制御する技術が開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のCMP装置では、研磨終点をトップリング振動幅、あるいは定盤モータ電流値などから求めていたため、被加工体の状態を直接測定しているものでないので、高精度な終点検出は困難であった。なお、特開2000−223448号公報に開示されている技術も、被加工体の状態を直接測定しているものでないので、高精度な検出とは言いがたい。
【0007】
また、非接触あるいは接触変位計を用いて研磨量を求めていたが、研磨量測定と終点検出を同時に行なう機構は実現していなかった。
【0008】
また、従来は研磨中に研磨の異常種別を報知する機能はなかった。
【0009】
本発明は、これらの事情にもとづいてなされたもので、従来は別々に測定されていた研磨量測定と終点検出を簡便に同時に行え、また、研磨中に異常種別を報知する機能も備え、さらに研磨量・終点検出を各ウエハ、トップリングおよび研磨布によっても行なえるように変位計の姿勢も制御可能とした研磨方法と研磨装置を提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明による手段によれば、研磨布が取り付けられた定盤と対向して設けられたトップリングにより被加工体を保持し、前記被加工体を回転させながら前記研磨布に押圧して研磨する研磨方法であって、
前記トップリングに設けられた前記被加工体の裏面を観察可能な透光性の窓を介して、非接触変位計により前記被加工体の複数の同心円上にある前記被加工体の裏面位置を測定し、測定結果に基づいて研磨中の前記被加工体の研磨量を検出することを特徴とする研磨方法である。
【0011】
また請求項2の発明による手段によれば、研磨布が取り付けられた定盤と対向して設けられたトップリングにより被加工体を保持し、前記被加工体を回転させながら前記研磨布に押圧して研磨する研磨方法であって、
前記トップリングに設けられた前記被加工体の裏面を観察可能な透光性の窓を介して、非接触変位計により前記被加工体の裏面位置を、前記定盤の形状誤差、或いは前記被加工体の形状誤差に起因するうねりの近似線を用いて測定し、測定結果に基づいて研磨中の前記被加工体の研磨量を検出することを特徴とする研磨方法である。
【0012】
また請求項3の発明による手段によれば、研磨布が取り付けられた定盤と対向して設けられたトップリングにより被加工体を保持し、前記被加工体を回転させながら前記研磨布に押圧して研磨する研磨方法であって、
前記トップリングに設けられた前記被加工体の裏面を観察可能な透光性の窓を介して、非接触変位計により前記被加工体の複数の同心円上にある前記被加工体の裏面位置を、前記定盤の形状誤差、或いは前記被加工体の形状誤差に起因するうねりの近似線を用いて測定し、測定結果に基づいて研磨中の前記被加工体の研磨量を検出することを特徴とする研磨方法である。
【0013】
また請求項4の発明による手段によれば、研磨布が取り付けられた定盤と、該研磨布と対向するように被加工体を保持可能で、前記被加工体を回転しながら前記研磨布に押圧可能に設けられたトップリングとを有する研磨装置であって、前記トップリングには、前記被加工体の複数の同心円上に設けられ、前記被加工体の裏面を観察可能な透光性の窓が設けられ、
前記窓の回転軌跡と対向する位置には、非接触変位計が設けられていることを特徴とする研磨装置である。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0017】
図1は、本発明のCMP装置の研磨部とその制御部の構成を示す模式図である。
【0018】
CMP装置の研磨部は、被加工体である例えばウエハ1を保持するトップリング2が、軸Aを中心にトップリング回転機構3の駆動源により矢印A方向に連続して回転するように取付けられる。トップリング2は、所定の力でウエハ1を後述する研磨布4に押し付けられるように構成されている。また、トップリング2の下面と対向する位置には、軸Aを中心に定盤回転機構5により連続して矢印B方向に回転するように取付けられた定盤6を備えている。定盤6の表面には例えば、ポリウレタン等の材料から成る研磨布4が取付けられている。
【0019】
また、トップリング2の上面と対向する位置には、変位測定モジュール7として、トップリング回転機構3の固定保持部8に固定されている各6自由度微動ステージ9を介して各非接触センサである非接触変位計11(例えば、レーザ変位計)が配設されている。
【0020】
図2にトップリング2の断面図を示すように、トップリング2は、SUS製のプレート12とセラミックス製の架台13が組合わさって平面度が確保された中空円盤体14を形成している。この中空円盤体14の下面側にウエハ1を案内する例えばポリカーボネイト製のガイドリング15が設けられている。中空円盤体14には真空ポンプ等の研磨圧制御手段(不図示)に接続されている研磨圧制御用孔16が設けられている。また、架台13の下面側が形成したリング状の内部にはウエハ1を吸着する緩衝材17が設けられている。さらに、中空円盤体14と緩衝材17をZ軸方向に貫通した透光材で形成された複数の透光性の窓18が形成されている。この窓18は、図1に示したように、例えば、半径が15mmピッチ毎の同心円上に、45度の角度でφ2mmの窓18が配置されている。したがって、各窓18の回転軌跡である同心円上に対向して設けられている非接触変位計11により、窓18を通してトップリング2で保持して加工中のウエハ1の裏面位置を精度よく観察して測定することができる。
【0021】
図3(a)に斜視模式図を、図3(b)横断面図を示すように、各6自由度微動ステージ9は、3本の圧電チューブアクチュエータ19A、19B、19Cが配置的には正三角形の頂点に位置するようにトップリング回転機構3の固定保持部8に設けられている。また、各圧電チューブアクチュエータ19A、19B、19Cの先端にはステージ21に設けられた凹状の鋼球受け22に係合する鋼球23が設けられている。
【0022】
図4(a)に構造説明図を示すように、圧電チューブアクチュエータ19A、19B、19C(例えば、Stavely Sensor Inc.EBL#2)は、4個の電極EI、EII、EIII、EIV(+X、−X、+Y、−Y)を有しており、アクチュエータドライバ(不図示)によって電極EI、EII、EIII、EIVへの電圧の印加の組み合わせ方と電圧値が制御され、それによって、上下(Z)および水平面内(X,Y)に変位するようになっている。例えば、+X電極EIにV[V]、−X電極EIIに−V[V]の電圧が印加されると、+X電極EI部分の圧電素子は伸び、−X電極EII部分の圧電素子は縮み、その結果として圧電チューブアクチュエータ19の先端部分が+X方向に変位する(StlvelySensors Inc.EBL#2ではその変位は16×VI[nm]となる)。図4(b)には、電極EI、EII、EIII、EIVへの印加電圧と運動方向との関係を表示している。
【0023】
また、図5の表示は、圧電チューブアクチュエータ19A、19B、19Cの各電極EI、EII、EIII、EIVに電圧を印加して圧電チューブアクチュエータ19A、19B、19Cの先端を変位させ、鋼球23と鋼球受け22を介して圧電チューブアクチュエータ19A、19B、19Cに固定されたステージ21が6自由度で位置制御(姿勢制御)する際の、各電極EI、EII、EIII、EIVへの印加電圧とステージ21の運動方向を示している。
【0024】
また、図6はステージ21をX軸回りに回動させる場合の一例を示したもので、各電極EI、EII、EIII、EIVに、図6中の太枠部内の各電圧を印加することにより、圧電チューブアクチュエータ19A、19Bを伸び、圧電チューブアクチュエータ19Cは縮む。その結果、ステージ21はX軸回りに回動する。
【0025】
制御部は図1に示したように、制御器25によりCMP装置の各部を制御するように構成されている。したがって、制御器25には以下のものがそれぞれ接続されている。トップリング2の圧力を検出するための圧力センサ26、6自由度微動ステージ9を制御するための微動ステージアンプ27、非接触変位計11を制御する変位計アンプ28、定盤回転機構5を制御するためのアンプ29とI−V変換器31、および、研磨液・薬液の流量を検出する流量センサ32である。
【0026】
次に本発明の動作について説明する。
【0027】
CMP装置では、高精度の研磨を行うために、まず、ウエハ1の取付け状態を正確に把握する必要があり、それに対して非接触変位計11を適応させなければならない。そのために、研磨加工の前にトップリング2の窓18を介して各非接触変位計11を用いてウエハ位置を測定して、それらが設定値になるように、それぞれ、圧電チューブアクチュエータ19A、19B、19Cを作動させて、非接触変位計11を保持している6自由度微動ステージ9を調整し、非接触変位計11の位置と姿勢を調整する。
【0028】
CMP装置の動作の基本は回転する定盤6の表面に貼られた研磨布4に対して研磨液や薬液を吐出しながら、トップリング2に保持されたウエハ1を回転させながら押さえ付けてウエハ1の表面に成膜されている薄膜を化学機械的に研磨する。研磨布4はその後ドレッシングをおこなって初期化し、その後また研磨することの繰返しである。
【0029】
図7は研磨の際の研磨量・終点検出測定についての説明図である。なお、研磨量はウエハ1に形成されている薄膜の研磨量であり、ウエハ1に形成されている薄膜の研磨前の厚さは分かっているので、研磨量が分かることは、加工されているウエハ1の薄膜の厚さも同時に検出されていることを意味している。また、以下の説明では、説明を簡単にするため定盤6の形状誤差とトップリング2の形状誤差に起因するうねりは無視している。また、定盤6の形状の誤差とウエハ1の形状の誤差に起因するうねりも無視している。
【0030】
研磨中のウエハ1に対して、回転しているトップリング2の背面から複数の各窓18を通して非接触変位計11を用いてウエハ1の裏面位置を測定することによって研磨中のウエハ1の膜厚変化を測定している。また、トップリング2の背面の窓18以外の場所の測定値(=トップリング2背面の位置情報)からトップリング2の鉛直方向の振動状態を測定し、この振幅値から研磨終点検出を判断する。例えば層間膜研磨の場合、振動が有る場合は終点未検出とし、振動が規定値以下になった場合に終点検出とする。
【0031】
また、複数の非接触変位計11を用いて、一つの非接触変位計11から得られるウエハ1の同心円上の研磨量情報を合成することによって、ウエハ1の全面にわたる研磨量分布も測定可能である。なお、トップリング2が研磨布4に着地直後の研磨布4粘弾性によるトップリング2変位を考慮して、トップリング2着地直後のデータは研磨量測定データ計算から省いている。
【0032】
また、図8に示すように、定盤6の形状誤差やトップリング2の形状誤差に起因するうねり、あるいは定盤6の形状誤差やウエハ1の形状誤差に起因するうねりが観測された場合は、うねりを近似し(例えば最小2乗平均線形近似線)、その近似線より研磨量の概値を求めることができる。それにより、研磨量が研磨中に測定可能となるとともに、研磨終点検出後のオーバポリッシュ量を正確に定めることができる。 次に、図9に説明図を示したように異常状態の検出について説明する。なお、各部の構成については図1を参照している。
【0033】
研磨中の研磨速度と定盤6のモータの電流の関係より、圧力異常、研磨液の流量異常、モータ異常および異常研磨(原因不明異常)等の異常種別を報知する。
【0034】
圧力異常は圧力センサ26の出力値をモニタして、領域II時の異常研磨と圧力異常を区別する。すなわち、圧力センサ26の値が高い値で異常時に領域IIであれば圧力異常であり、圧力センサ26の値が通常時で領域IIならば異常研磨とする。
【0035】
同様に研磨液や薬液の流量異常は、流量センサ32の出力値をモニタして、領域III時の異常研磨と流量異常を区別する。すなわち、流量センサ32の値が高めで異常時に領域IIIであれば流量異常とし、流量センサ32の値が通常時で、かつ圧力センサ26の値が低い時に領域IIIならば圧力異常とする。流量センサ32の値が通常時で、かつ、圧力センサ26の値が通常時に領域IIIならば異常研磨とする。
【0036】
ちなみに、各圧力センサ26や流量センサ32は加工点から離れたところの圧力・流量のモニタを行なっているため、各センサ単独で異常報知器として採用することは信頼性に乏しい。そのため第9図に示したように、定盤6のモータの電流・研磨速度の関係とセンサモニタ値を考え合わせて異常種別を判断している。なお、第9図中Vt値は、一例を挙げれば、層間膜研磨では約10アンペアとなる。
【0037】
次に、本発明の変形例について説明する。
【0038】
上述の実施の形態では、トップリング2に透光性の窓18を設けたが、図10に模式図を示したように、トップリング2の背面に孔がない場合の膜厚測定兼終点検出機構の概観である。なお、図1と同一機能部には同一符号を付して個々の説明を省略する。この場合は、トップリング2の背面の位置を非接触変位計11で検出している。
【0039】
この場合、図11に説明図を示すように、トップリング2の背面に窓18がない場合の研磨量・終点検出は、トップリング2の背面の位置情報から研磨量検出と終点検出を同時に行なうことができる。但し、この場合は、トップリング2の全体の動きを検出しているので、ウエハ1の面内の研磨量分布は測定できない。
【0040】
以上に説明したように、上述の各実施の形態によれば、研磨装置の研磨布の形状やウエハの形状が変わっても、常にトップリングやウエハの裏面が測定できるように、圧電チューブアクチュエータを複数用いた6自由度ステージを実現することができる。
【0041】
また、6自由度微動ステージを用いて、ウエハ、トップリングや研磨布の形状に拘らず非接触変位計のアライメントを精度よく行うことができ、リアルタイムでウエハの正確な研磨量測定と終点検出を行うことができる。
【0042】
また、非接触変位計を用いて研磨量(分布)測定と終点検出を同時に行なうことが可能となる。それにより、終点検出後のオーバポリッシュ量を正確に定めることができる。
【0043】
また、研磨中の研磨状態の異常種別をリアルタイムに報知することができるので、研磨状態の異常が発生した場合でもそれぞれに適切な対応をとることができる。
【0044】
【発明の効果】
本発明によれば、小型で高精度の6自由度微動ステージが可能になる。
【0045】
また、被加工体を研磨中にリアルタイムで、高精度に研磨量の測定と終点検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のCMP装置の研磨部とその制御部の構成を示す模式図。
【図2】本発明のトップリングの断面図。
【図3】(a)は、本発明の6自由度微動ステージの斜視模式図、(b)は同横断面図。
【図4】(a)は、圧電チューブアクチュエータの構造説明図、(b)は、電極への印加電圧と運動方向との関係を示す表。
【図5】圧電チューブアクチュエータの各電極への印加電圧とステージの運動方向との関係を示す表。
【図6】ステージをX軸回りに回動させる場合の、圧電チューブアクチュエータの各電極への印加電圧を示す表。
【図7】研磨の際の研磨量・終点検出測定についての説明図。
【図8】うねりが生じた際の近似線より研磨量の概値を求める説明図。
【図9】異常状態の検出についての説明図。
【図10】本発明の別の実施の形態の説明図。
【図11】本発明の別の実施の形態の研磨量・終点検出の説明図。
【図12】従来のCMP装置の研磨部一例を示す模式平面図。
【符号の説明】
1…ウエハ、2…トップリング、3…トップリング回転機構、4…研磨布、6…定盤、7…変位測定モジュール、9…6自由度微動ステージ、11…非接触変位計、18…窓、19A、19B、19C…圧電チューブアクチュエータ、23…鋼球、25…制御器、EI、EII、EIII、EI5…電極、
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a polishing method and a polishing apparatus for flattening a workpiece such as a semiconductor wafer.
[0002]
[Prior art]
With the high integration of LSI, the depth of focus of the exposure machine used in the LSI manufacturing process is decreasing year by year. Along with this, the exposure margin has decreased. For this reason, the flatness of a film formed on a workpiece, for example, a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as a wafer) needs to be made more accurate.
[0003]
A CMP (Chemical Mechanical Polishing) apparatus is used as a planarization technique used for polishing.
[0004]
FIG. 12 is a schematic perspective view showing an outline of the polishing unit 46 of the CMP apparatus. In a state in which a polishing pad (polishing cloth) 51 based on foamed polyurethane is rotated on a surface plate 52 fixed on the upper surface, and a semiconductor wafer 54 is fixed to a top ring 53 provided facing the polishing pad 51, While dripping the polishing slurry 55 in which the silica abrasive grains are turbid on the surface of the polishing pad 51, the semiconductor wafer 54 is pressed against the polishing pad 51 with a predetermined load and polished to the polishing end point to perform a predetermined polishing amount. It was.
[0005]
In JP-A-2000-223448, in order to obtain a constant polishing rate during polishing, the depth of the concave portion of the polishing cloth is measured with a displacement meter, and the polishing rate is controlled to a constant rate based on the result. Technology is disclosed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional CMP apparatus, since the polishing end point is obtained from the top ring vibration width or the surface plate motor current value, the condition of the workpiece is not directly measured, so it is difficult to detect the end point with high accuracy. Met. Note that the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-223448 is not a technique for directly measuring the state of the workpiece, so it is difficult to say that the detection is highly accurate.
[0007]
Further, although the amount of polishing was obtained using a non-contact or contact displacement meter, a mechanism for simultaneously measuring the amount of polishing and detecting the end point has not been realized.
[0008]
Conventionally, there has been no function for reporting abnormal types of polishing during polishing.
[0009]
The present invention has been made on the basis of these circumstances, it is possible to easily and simultaneously perform the polishing amount measurement and the end point detection that were conventionally measured separately, and also has a function of notifying the abnormal type during polishing, An object of the present invention is to provide a polishing method and a polishing apparatus that can control the attitude of a displacement meter so that the polishing amount and end point can be detected by each wafer, top ring, and polishing cloth.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to the means of the first aspect of the present invention, the workpiece is held by the top ring provided facing the surface plate to which the polishing cloth is attached, and pressed against the polishing cloth while rotating the workpiece. A polishing method for polishing ,
A back surface position of the workpiece on a plurality of concentric circles of the workpiece is measured by a non-contact displacement meter through a translucent window that can observe the back surface of the workpiece provided on the top ring. A polishing method characterized by measuring and detecting a polishing amount of the workpiece being polished based on a measurement result.
[0011]
According to the second aspect of the present invention, the workpiece is held by the top ring provided opposite to the surface plate to which the polishing cloth is attached, and pressed against the polishing cloth while rotating the workpiece. A polishing method for polishing,
The position of the back surface of the workpiece is measured by a non-contact displacement meter through a translucent window provided on the top ring through which the back surface of the workpiece can be observed. A polishing method characterized in that measurement is performed using an approximate line of waviness caused by a shape error of a workpiece, and a polishing amount of the workpiece being polished is detected based on a measurement result .
[0012]
According to the third aspect of the present invention, the workpiece is held by the top ring provided opposite to the surface plate to which the polishing cloth is attached, and pressed against the polishing cloth while rotating the workpiece. A polishing method for polishing,
A back surface position of the workpiece on a plurality of concentric circles of the workpiece is measured by a non-contact displacement meter through a translucent window that can observe the back surface of the workpiece provided on the top ring. , Measuring using a shape error of the surface plate or an approximate line of waviness caused by a shape error of the workpiece, and detecting a polishing amount of the workpiece being polished based on a measurement result This is a polishing method.
[0013]
According to the means of the invention of claim 4, the surface plate to which the polishing cloth is attached and the workpiece can be held so as to face the polishing cloth, and the workpiece is held on the polishing cloth while rotating the workpiece. A polishing apparatus having a top ring provided so as to be capable of being pressed, the top ring being provided on a plurality of concentric circles of the workpiece, and a translucent material capable of observing the back surface of the workpiece. Windows are provided,
In the polishing apparatus, a non-contact displacement meter is provided at a position facing the rotation locus of the window.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a polishing unit and its control unit of a CMP apparatus according to the present invention.
[0018]
The polishing unit of the CMP apparatus is attached so that the top ring 2 that holds the workpiece 1, for example, the wafer 1 is continuously rotated in the direction of arrow A by the drive source of the top ring rotation mechanism 3 around the axis A 1. It is done. The top ring 2 is configured to press the wafer 1 against a polishing cloth 4 described later with a predetermined force. Further, at a position facing the lower surface of the top ring 2 is provided with a base plate 6 mounted for rotation to the direction of the arrow B successively by the platen rotating mechanism 5 about the axis A 2. A polishing cloth 4 made of a material such as polyurethane is attached to the surface of the surface plate 6.
[0019]
Further, at a position facing the upper surface of the top ring 2, a displacement measuring module 7 is provided by each non-contact sensor via each 6-degree-of-freedom fine movement stage 9 fixed to the fixed holding portion 8 of the top ring rotating mechanism 3. A non-contact displacement meter 11 (for example, a laser displacement meter) is provided.
[0020]
As shown in a cross-sectional view of the top ring 2 in FIG. 2, the top ring 2 forms a hollow disk body 14 in which flatness is ensured by combining a SUS plate 12 and a ceramic base 13. A guide ring 15 made of, for example, polycarbonate is provided on the lower surface side of the hollow disk body 14 to guide the wafer 1. The hollow disc body 14 is provided with a polishing pressure control hole 16 connected to polishing pressure control means (not shown) such as a vacuum pump. In addition, a buffer material 17 that adsorbs the wafer 1 is provided in a ring-shaped interior formed on the lower surface side of the gantry 13. Furthermore, a plurality of light-transmitting windows 18 formed of a light-transmitting material that penetrates the hollow disk body 14 and the buffer material 17 in the Z-axis direction are formed. As shown in FIG. 1, for example, the window 18 having a diameter of 2 mm is arranged on a concentric circle having a radius of 15 mm pitch at an angle of 45 degrees. Accordingly, the non-contact displacement meter 11 provided facing the concentric circles that are the rotation trajectories of the respective windows 18 is used to accurately observe the back surface position of the wafer 1 being processed while being held by the top ring 2 through the windows 18. Can be measured.
[0021]
As shown in a schematic perspective view in FIG. 3 (a) and a cross-sectional view in FIG. 3 (b), each 6-DOF fine movement stage 9 has three piezoelectric tube actuators 19A, 19B, and 19C arranged positively. It is provided in the fixed holding part 8 of the top ring rotating mechanism 3 so as to be positioned at the apex of the triangle. A steel ball 23 that engages with a concave steel ball receiver 22 provided on the stage 21 is provided at the tip of each piezoelectric tube actuator 19A, 19B, 19C.
[0022]
4A, the piezoelectric tube actuators 19A, 19B, and 19C (for example, Stavely Sensor Inc. EBL # 2) have four electrodes EI, EII, EIII, and EIV (+ X, − X, + Y, -Y), and an actuator driver (not shown) controls the combination of voltage application to the electrodes EI, EII, EIII, EIV and the voltage value. And it is displaced in the horizontal plane (X, Y). For example, when a voltage of V [V] is applied to the + X electrode EI and −V [V] is applied to the −X electrode EII, the piezoelectric element of the + X electrode EI portion expands, and the piezoelectric element of the −X electrode EII portion contracts, As a result, the distal end portion of the piezoelectric tube actuator 19 is displaced in the + X direction (in StlverySensors Inc. EBL # 2, the displacement is 16 × VI [nm]). FIG. 4B shows the relationship between the voltage applied to the electrodes EI, EII, EIII, and EIV and the movement direction.
[0023]
Further, the display of FIG. 5 shows that the tips of the piezoelectric tube actuators 19A, 19B, and 19C are displaced by applying voltages to the electrodes EI, EII, EIII, and EIV of the piezoelectric tube actuators 19A, 19B, and 19C. Applied voltages to the electrodes EI, EII, EIII, EIV when the stage 21 fixed to the piezoelectric tube actuators 19A, 19B, 19C through the steel ball receiver 22 performs position control (attitude control) with six degrees of freedom The movement direction of the stage 21 is shown.
[0024]
FIG. 6 shows an example in which the stage 21 is rotated about the X axis. By applying each voltage in the thick frame portion in FIG. 6 to each electrode EI, EII, EIII, EIV, FIG. The piezoelectric tube actuators 19A and 19B are extended, and the piezoelectric tube actuator 19C is contracted. As a result, the stage 21 rotates around the X axis.
[0025]
As shown in FIG. 1, the control unit is configured to control each unit of the CMP apparatus by the controller 25. Therefore, the following are connected to the controller 25 respectively. A pressure sensor 26 for detecting the pressure of the top ring 2, a fine movement stage amplifier 27 for controlling the fine movement stage 9 with 6 degrees of freedom, a displacement gauge amplifier 28 for controlling the non-contact displacement meter 11, and a surface plate rotating mechanism 5 are controlled. And a flow rate sensor 32 for detecting the flow rate of the polishing liquid / chemical solution.
[0026]
Next, the operation of the present invention will be described.
[0027]
In the CMP apparatus, in order to perform high-precision polishing, first, it is necessary to accurately grasp the mounting state of the wafer 1, and the non-contact displacement meter 11 must be adapted thereto. For that purpose, the piezoelectric tube actuators 19A and 19B are measured so that the wafer positions are measured using the non-contact displacement gauges 11 through the windows 18 of the top ring 2 before the polishing process so that they become set values. , 19C is operated to adjust the 6-degree-of-freedom fine movement stage 9 holding the non-contact displacement meter 11, and the position and posture of the non-contact displacement meter 11 are adjusted.
[0028]
The basic operation of the CMP apparatus is to press the wafer 1 held on the top ring 2 while rotating it while discharging the polishing liquid or chemical liquid onto the polishing cloth 4 affixed to the surface of the rotating surface plate 6. The thin film formed on the surface of 1 is polished mechanically. The polishing cloth 4 is then repeatedly dressed, initialized, and then polished again.
[0029]
FIG. 7 is an explanatory diagram of polishing amount / end point detection measurement during polishing. The polishing amount is the polishing amount of the thin film formed on the wafer 1, and since the thickness of the thin film formed on the wafer 1 before polishing is known, it is processed that the polishing amount is known. This means that the thickness of the thin film on the wafer 1 is also detected at the same time. In the following description, the undulation caused by the shape error of the surface plate 6 and the shape error of the top ring 2 is ignored to simplify the description. Further, the waviness caused by the shape error of the surface plate 6 and the shape error of the wafer 1 is ignored.
[0030]
The film of the wafer 1 being polished is measured with respect to the wafer 1 being polished by measuring the position of the back surface of the wafer 1 from the back surface of the rotating top ring 2 through a plurality of windows 18 using a non-contact displacement meter 11. The thickness change is measured. Further, the vibration state in the vertical direction of the top ring 2 is measured from measured values (= position information on the back surface of the top ring 2) other than the window 18 on the back surface of the top ring 2, and the polishing end point detection is determined from this amplitude value. . For example, in the case of interlayer film polishing, the end point is not detected if there is vibration, and the end point is detected if the vibration falls below a specified value.
[0031]
Also, by using a plurality of non-contact displacement meters 11 and synthesizing the polishing amount information on the concentric circles of the wafer 1 obtained from one non-contact displacement meter 11, the polishing amount distribution over the entire surface of the wafer 1 can be measured. is there. In consideration of the displacement of the top ring 2 due to the viscoelasticity of the polishing cloth 4 immediately after the top ring 2 has landed on the polishing cloth 4, data immediately after the landing of the top ring 2 is omitted from the polishing amount measurement data calculation.
[0032]
In addition, as shown in FIG. 8, when waviness due to the shape error of the surface plate 6 or the shape error of the top ring 2 or the waviness due to the shape error of the surface plate 6 or the shape error of the wafer 1 is observed. The waviness is approximated (for example, the least mean square linear approximate line), and the approximate value of the polishing amount can be obtained from the approximate line. Thereby, the polishing amount can be measured during polishing, and the overpolish amount after the polishing end point can be accurately determined. Next, detection of an abnormal state will be described as illustrated in FIG. Note that FIG. 1 is referred to for the configuration of each unit.
[0033]
Based on the relationship between the polishing speed during polishing and the motor current of the surface plate 6, abnormal types such as pressure abnormality, polishing liquid flow rate abnormality, motor abnormality and abnormal polishing (unknown cause abnormality) are notified.
[0034]
For the pressure abnormality, the output value of the pressure sensor 26 is monitored to distinguish between abnormal polishing and pressure abnormality in region II. That is, if the value of the pressure sensor 26 is high and the region II is abnormal, the pressure is abnormal. If the value of the pressure sensor 26 is normal and the region II is abnormal, abnormal polishing is performed.
[0035]
Similarly, for the abnormal flow rate of the polishing liquid or chemical, the output value of the flow sensor 32 is monitored to distinguish abnormal polishing and abnormal flow in the region III. That is, if the value of the flow sensor 32 is high and the region III is abnormal, the flow rate is abnormal. If the value of the flow sensor 32 is normal and the value of the pressure sensor 26 is low, the pressure is abnormal. If the value of the flow sensor 32 is normal and the value of the pressure sensor 26 is normal III, the region is abnormally polished.
[0036]
Incidentally, since each pressure sensor 26 and flow rate sensor 32 monitors the pressure and flow rate away from the processing point, it is not reliable to employ each sensor alone as an abnormality alarm. Therefore, as shown in FIG. 9, the abnormality type is determined in consideration of the relationship between the motor current and polishing speed of the surface plate 6 and the sensor monitor value. Note that the Vt value in FIG. 9 is about 10 amperes in interlayer film polishing, for example.
[0037]
Next, a modified example of the present invention will be described.
[0038]
In the above-described embodiment, the translucent window 18 is provided on the top ring 2. However, as shown in the schematic diagram of FIG. 10, film thickness measurement and end point detection when there is no hole on the back surface of the top ring 2. It is an overview of the mechanism. The same functional parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and their description is omitted. In this case, the position of the back surface of the top ring 2 is detected by the non-contact displacement meter 11.
[0039]
In this case, as shown in the explanatory diagram of FIG. 11, the polishing amount / end point detection when the window 18 is not provided on the back surface of the top ring 2 is performed simultaneously from the positional information on the back surface of the top ring 2. be able to. However, in this case, since the entire movement of the top ring 2 is detected, the polishing amount distribution in the surface of the wafer 1 cannot be measured.
[0040]
As described above, according to each of the embodiments described above, the piezoelectric tube actuator is provided so that the top ring and the back surface of the wafer can always be measured even if the shape of the polishing cloth of the polishing apparatus or the shape of the wafer changes. A 6-degree-of-freedom stage using a plurality can be realized.
[0041]
In addition, using a 6-DOF fine-motion stage, it is possible to accurately align a non-contact displacement meter regardless of the shape of the wafer, top ring or polishing cloth, and to accurately measure the polishing amount of the wafer and detect the end point in real time. It can be carried out.
[0042]
In addition, it is possible to simultaneously perform polishing amount (distribution) measurement and end point detection using a non-contact displacement meter. Thereby, it is possible to accurately determine the amount of overpolish after the end point is detected.
[0043]
Further, since the abnormal type of the polishing state during polishing can be notified in real time, even when an abnormality of the polishing state occurs, an appropriate countermeasure can be taken for each.
[0044]
【The invention's effect】
According to the present invention, a small and highly accurate 6-DOF fine movement stage is possible.
[0045]
Further, it is possible to measure the polishing amount and detect the end point with high accuracy in real time while polishing the workpiece.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a polishing unit and its control unit of a CMP apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the top ring of the present invention.
3A is a schematic perspective view of a six-degree-of-freedom fine movement stage of the present invention, and FIG.
4A is a structural explanatory diagram of a piezoelectric tube actuator, and FIG. 4B is a table showing a relationship between an applied voltage to an electrode and a moving direction.
FIG. 5 is a table showing the relationship between the voltage applied to each electrode of the piezoelectric tube actuator and the direction of movement of the stage.
FIG. 6 is a table showing applied voltages to the electrodes of the piezoelectric tube actuator when the stage is rotated around the X axis.
FIG. 7 is an explanatory diagram of polishing amount / end point detection measurement during polishing.
FIG. 8 is an explanatory diagram for obtaining an approximate value of the polishing amount from an approximate line when waviness occurs.
FIG. 9 is an explanatory diagram regarding detection of an abnormal state.
FIG. 10 is an explanatory diagram of another embodiment of the present invention.
FIG. 11 is an explanatory diagram of polishing amount / end point detection according to another embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a schematic plan view showing an example of a polishing unit of a conventional CMP apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wafer, 2 ... Top ring, 3 ... Top ring rotation mechanism, 4 ... Polishing cloth, 6 ... Surface plate, 7 ... Displacement measurement module, 9 ... 6 degree-of-freedom fine movement stage, 11 ... Non-contact displacement meter, 18 ... Window , 19A, 19B, 19C ... Piezoelectric tube actuator, 23 ... Steel ball, 25 ... Controller, EI, EII, EIII, EI5 ... Electrode,

Claims (4)

研磨布が取り付けられた定盤と対向して設けられたトップリングにより被加工体を保持し、前記被加工体を回転させながら前記研磨布に押圧して研磨する研磨方法であって、
前記トップリングに設けられた前記被加工体の裏面を観察可能な透光性の窓を介して非接触変位計により前記被加工体の複数の同心円上にある前記被加工体の裏面位置を測定し、測定結果に基づいて研磨中の前記被加工体の研磨量を検出することを特徴とする研磨方法。
A polishing method in which a workpiece is held by a top ring provided opposite to a surface plate to which a polishing cloth is attached, and pressed against the polishing cloth while rotating the workpiece, and polished .
A back surface position of the workpiece on a plurality of concentric circles of the workpiece is measured by a non-contact displacement meter through a translucent window that can observe the back surface of the workpiece provided on the top ring. A polishing method comprising: measuring and detecting a polishing amount of the workpiece being polished based on a measurement result.
研磨布が取り付けられた定盤と対向して設けられたトップリングにより被加工体を保持し、前記被加工体を回転させながら前記研磨布に押圧して研磨する研磨方法であって、A polishing method in which a workpiece is held by a top ring provided opposite to a surface plate to which a polishing cloth is attached, and pressed against the polishing cloth while rotating the workpiece, and polished.
前記トップリングに設けられた前記被加工体の裏面を観察可能な透光性の窓を介して、非接触変位計により前記被加工体の裏面位置を、前記定盤の形状誤差、或いは前記被加工体の形状誤差に起因するうねりの近似線を用いて測定し、測定結果に基づいて研磨中の前記被加工体の研磨量を検出することを特徴とする研磨方法。  The position of the back surface of the workpiece is measured by a non-contact displacement meter through a translucent window provided on the top ring through which the back surface of the workpiece can be observed. A polishing method, comprising: measuring using an approximate line of waviness caused by a shape error of a workpiece, and detecting a polishing amount of the workpiece being polished based on a measurement result.
研磨布が取り付けられた定盤と対向して設けられたトップリングにより被加工体を保持し、前記被加工体を回転させながら前記研磨布に押圧して研磨する研磨方法であって、A polishing method in which a workpiece is held by a top ring provided opposite to a surface plate to which a polishing cloth is attached, and pressed against the polishing cloth while rotating the workpiece, and polished.
前記トップリングに設けられた前記被加工体の裏面を観察可能な透光性の窓を介して、非接触変位計により前記被加工体の複数の同心円上にある前記被加工体の裏面位置を、前記定盤の形状誤差、或いは前記被加工体の形状誤差に起因するうねりの近似線を用いて測定し、測定結果に基づいて研磨中の前記被加工体の研磨量を検出することを特徴とする研磨方法。A back surface position of the workpiece on a plurality of concentric circles of the workpiece is measured by a non-contact displacement meter through a translucent window that can observe the back surface of the workpiece provided on the top ring. , Measuring using a shape error of the surface plate or an approximate line of waviness caused by a shape error of the workpiece, and detecting a polishing amount of the workpiece being polished based on a measurement result Polishing method.
研磨布が取り付けられた定盤と、該研磨布と対向するように被加工体を保持可能で、前記被加工体を回転しながら前記研磨布に押圧可能に設けられたトップリングとを有する研磨装置であって、前記トップリングには、前記被加工体の複数の同心円上に設けられ、前記被加工体の裏面を観察可能な透光性の窓が設けられ、Polishing having a surface plate to which a polishing cloth is attached, and a top ring that can hold the workpiece so as to face the polishing cloth and can be pressed against the polishing cloth while rotating the workpiece. In the apparatus, the top ring is provided on a plurality of concentric circles of the workpiece, and is provided with a translucent window capable of observing the back surface of the workpiece.
前記窓の回転軌跡と対向する位置には、非接触変位計が設けられていることを特徴とする研磨装置。A polishing apparatus, wherein a non-contact displacement meter is provided at a position facing the rotation locus of the window.
JP2002088819A 2002-03-27 2002-03-27 Polishing method and polishing apparatus Expired - Fee Related JP3834521B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002088819A JP3834521B2 (en) 2002-03-27 2002-03-27 Polishing method and polishing apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002088819A JP3834521B2 (en) 2002-03-27 2002-03-27 Polishing method and polishing apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003285266A JP2003285266A (en) 2003-10-07
JP3834521B2 true JP3834521B2 (en) 2006-10-18

Family

ID=29234577

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002088819A Expired - Fee Related JP3834521B2 (en) 2002-03-27 2002-03-27 Polishing method and polishing apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3834521B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008227393A (en) * 2007-03-15 2008-09-25 Fujikoshi Mach Corp Wafer double-side polishing equipment
JP5889760B2 (en) * 2012-09-24 2016-03-22 株式会社荏原製作所 Substrate polishing abnormality detection method and polishing apparatus
JP5569828B2 (en) * 2013-03-11 2014-08-13 株式会社ニコン Polishing equipment

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003285266A (en) 2003-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6494765B2 (en) Method and apparatus for controlled polishing
US7070479B2 (en) Arrangement and method for conditioning a polishing pad
US7486407B2 (en) Polishing pad surface shape measuring instrument, method of using polishing pad surface shape measuring instrument, method of measuring apex angle of cone of polishing pad, method of measuring depth of groove of polishing pad, CMP polisher, and method of manufacturing semiconductor device
JP4817687B2 (en) Polishing equipment
TW201221296A (en) Polishing apparatus
US5787595A (en) Method and apparatus for controlling flatness of polished semiconductor wafer
JPH08281550A (en) Polishing device and correcting method of the same
JP2018134710A5 (en)
KR20200054529A (en) Polishing pad monitoring method and polishing pad monitoring apparatus
JP2011143537A (en) Polishing apparatus
JP3834521B2 (en) Polishing method and polishing apparatus
TW202031424A (en) Grinding device capable of reducing air-cut period and enhancing production efficiency for grinding
JPH10286772A (en) Polishing tool, and grinding tool
US7059939B2 (en) Polishing pad conditioner and monitoring method therefor
JP2007229884A (en) Magnetic head grinding device and magnetic head grinding method
JP2000117626A (en) Wafer grinding device and abrasive quantity detecting means
JP5126657B2 (en) Polishing equipment
TW202230503A (en) Polishing apparatus, polishing method and method for outputting visualization information of film thickness distribution on substrate
JPH09150355A (en) Grinding machine
US20240261932A1 (en) Substrate processing apparatus and substrate processing method
JPH10180613A (en) Polishing device
JP3571559B2 (en) Surface polishing equipment
JP2004202630A (en) Shape measuring method of polishing pad, polishing method of workpiece and shape measuring device for polishing pad
JP3302040B2 (en) Polishing equipment
JPH07234120A (en) Workpiece thickness measurement device

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20050815

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060502

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060620

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20060628

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20060718

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20060724

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees