JP2004327547A - Wafer polishing device, its polishing head, and wafer polishing method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウエーハの研磨技術に関し、特に異なった研磨条件に対し、同じ研磨ヘッドを用いても最適な状態で研磨が行えるウエーハ研磨装置及びその研磨ヘッド並びに研磨方法に関する。
【0002】
【関連技術】
半導体ウエーハ等を鏡面研磨する工程では、例えば、片面研磨方式の研磨装置として図10に示すようなウエーハ研磨装置が用いられる。図10は従来のウエーハ研磨装置の一例を示す要部の断面的概略説明図である。図10において、10はウエーハ研磨装置で、被研磨体であるウエーハWをその被研磨面を下向きにした状態で着脱自在に保持する研磨ヘッド本体16を有する研磨ヘッド18と、研磨ヘッド本体16に保持されるウエーハWに対向するように配置されてウエーハWの直径よりもかなり大きな径を有する研磨布12を貼り付けた回転可能な研磨定盤14と、ウエーハWの外周縁を保持するリテーナリング20とを備え、研磨に際しては研磨布12上に研磨剤供給管22から研磨剤24を供給するとともにウエーハWの一面をバッキングパッド26等(合成樹脂やセラミックス、弾性体等で保持する場合もある)を介して研磨ヘッド本体16の保持面16aに保持し、この研磨ヘッド18を加圧しウエーハの他面を研磨布12に押圧して研磨するものである。研磨定盤14は駆動軸28を介して基台に支持されるとともに定盤駆動機構により回転駆動される。一方、研磨ヘッド18は駆動軸29を介して研磨ヘッド駆動機構25により回転駆動される。また、上記リテーナリング20を具備しない構成のウエーハ研磨装置も従来から用いられている。
【0003】
このような鏡面研磨ウエーハの製造に用いられる研磨装置には種々の形態が開発されているが、多くは研磨の保持方法(研磨ヘッド、更にはウエーハ保持)の改良であり、バッキングパッド等の軟質保持面でウエーハを保持するものや、真空吸着、さらにはテンプレート(ガイドリングやリテーナリングともいわれる)の改良が行われている。
【0004】
例えば、特許文献1では、ウエーハ保持部材の下方開口部に配設される可撓性の薄板のウエーハ吸着保持板でウエーハを吸着支持すると共に、ウエーハ保持部材をハウジングに伸縮性の筒状部材と高可撓性の支持部材で垂下支持し、密閉室内に所定の圧力の圧縮空気を導入しウエーハ保持部材の自重の影響をなくし、均一な空気圧のみによりウエーハの研磨を行う研磨ヘッドが開示されている。
【0005】
また、特許文献2では、ワークを真空吸着保持する多数の貫通孔を有するワーク保持盤本体を具備した研磨用ワーク保持盤において、保持盤本体の保持面が、保持面に塗布された熱硬化性樹脂を熱硬化させた皮膜で被覆され、かつ皮膜の表面が研磨されたものとした研磨ヘッド(ウエーハ保持方法)に関する技術が開示されている。
【0006】
また、特許文献3には、ポリッシング対象物である半導体ウエーハを保持して研磨テーブル上の研磨面に押圧する基板保持装置において、半導体ウエーハを保持するトップリング本体と、トップリング本体に固定されるか又は一体に設けられ半導体ウエーハの外周縁を保持するリテーナリングと、トップリング本体内に設けられるとともに弾性膜で覆われ流体が供給される流体室とを備え、流体室内に加圧流体を供給することにより半導体ウエーハを弾性膜を介して研磨面に押圧し、トップリング本体に押圧力を加えることによりリテーナリングを研磨面(研磨布)に押圧するようにした研磨ヘッドが開示されている。
【0007】
その他にも、特許文献4では、ウエーハの外周部がウエーハ厚さ方向へ弾性変形可能な状態に保持する研磨ヘッドや、特許文献5ではキャリアを押圧する第1空間部及びリテーナリングを押圧する第2空間部を有し、第1、第2空間部に圧力エアを供給して弾性シートの中央部と外周部とを弾性変形させてキャリアとリテーナリングを研磨定盤に押し付ける技術などが開示されている。
【0008】
このような様々な形態の研磨装置のうち、例えば、研磨ヘッドに中空のヘッド本体と、ヘッド本体内に水平に張られた弾性体(軟質層、ダイヤフラムなどと言われることもある)と、弾性体の下面に固定されたセラミック製のウエーハ保持盤(キャリアなどと呼ばれることもある)とを有し、弾性体によって画成された空気室へ、シャフトを通じて加圧空気源から加圧空気を供給することにより、ウエーハ保持盤を下方へ押圧できるフローティングヘッド構造になっているものは、研磨布に対するウエーハの当接圧力が均一化できる利点を有し、ウエーハ面内で研磨代(研磨量)を均一に研磨したい場合に主に用いられる。この時、ウエーハ保持盤の外周には同心状にリテーナリング(ガイドリングなどとも呼ばれる)が配置され、リテーナリングの下端はウエーハ保持盤よりも下方に突出し、これにより、ウエーハ保持盤の下面に付着されたウエーハの外周を保持することで、研磨中のウエーハがウエーハ保持盤から外れる不具合が防止でき、またウエーハをリテーナリングで囲み、このリテーナリングの下端をウエーハ下面と同じ高さで研磨することにより、ウエーハ外周部での研磨量がウエーハ中央部よりも大きくなる現象が防止できるとされている。
【0009】
ところで従来は、前述のように、リテーナリングの下端面をウエーハの研磨面とほぼ同一平面上に配置さえしておけば、ウエーハ外周部の過研磨が防止できると考えられていたため、従来の研磨装置では、研磨布に対するリテーナリングの当接圧力が、研磨布に対するウエーハ保持盤の押圧圧力より高い圧力でリテーナリングが加圧されていた。例えば2倍以上となるように設定されていた。これはリテーナリングの当接圧力を高くしておいた方が、ウエーハ外周の保持が確実になるためである。
【0010】
しかし、研磨布の材質等によっては、リテーナリングに当接した箇所の内周縁に沿って研磨布が局部的に盛り上がり、この盛り上がり部分によってウエーハの外周部が過剰に研磨され、ウエーハの研磨均一性が阻害されるという問題が生じた。
【0011】
このような問題に対し特許文献6で開示されているように、リテーナリングの研磨布に対する当接力を従来より弱い適切値にすることによって、前記研磨布の波打ち変形を防ぎ、ウエーハ外周部の過研磨を抑えるものもある。具体的にはリテーナリングに圧力を与える弾性体の受圧幅と、前記リテーナリングの前記研磨布への当接面積との比を調整することにより、ウエーハ研磨時における前記研磨布に対する前記リテーナリングの当接圧力と、前記研磨布に対する前記ウエーハ保持盤の押圧力との比を調整するものである。つまりリテーナリングにより研磨布を押圧して間接的にウエーハの外周部形状を制御しようとするものである。
【0012】
また、別な形態の研磨装置も開発されている。例えば、特許文献7に開示されているようにウエーハ裏面のウエーハ支持部の最外周部分に圧力を付加するものや、さらに特許文献8に開示してあるようにウエーハ保持面をいくつかの領域に分けて加圧する機構を有するものもある。これは、ウエーハの裏面から直接、ウエーハを加圧しウエーハの形状を制御するものである。
【0013】
また、研磨装置によっては、複数の研磨ステージが存在し、各ステージでは同一又は異なった研磨条件に設定され研磨することがある。このようなシステムでは途中ウエーハを受け渡しする機構を設けたり、研磨ヘッドにウエーハを保持したまま順じ各ステージに移動させたりして、連続して研磨を実施することがある。例えば研磨布が貼付された定盤が3台存在するような研磨装置では、例えば、修正研磨、修正研磨+均一研磨、均一研磨といった組み合わせの研磨条件で研磨される。なお、修正研磨とは、研磨代がウエーハ面内で均一ではなく、厚さの厚い部分を積極的に研磨し、高平坦度のウエーハを得る研磨であり、主に粗研磨、1次研磨などと言われる。粗研磨では研磨代を大きく設定し研磨するのが一般的である。
【0014】
均一研磨は、修正研磨で高平坦度になったウエーハの表面改質の為、初めの形状を維持しながら面内で均一に研磨するもので、主に仕上げ研磨などといわれる。この工程では研磨代は大変微小である。また、これらの中間として2次研磨が実施されることがある。2次研磨は、修正研磨+均一研磨が混在するような工程で、その条件によりどちらの研磨形態にも変りうる工程である。特に1次研磨工程より研磨代が少なく、また仕上げ研磨よりは多く設定するのが通常である。2次研磨では1次研磨後のウエーハ形状により、修正研磨的作用を多くするか、均一研磨的な作用を大きくするか設定する。但し、実際には修正研磨と均一研磨を完全に区別することは難しい。
【0015】
【特許文献1】
特開平7−171757号公報
【特許文献2】
特開2000−198069号公報
【特許文献3】
特開2002−113653号公報
【特許文献4】
特開平08−257893号公報
【特許文献5】
特開平11−42550号公報
【特許文献6】
特開平8−229804号公報
【特許文献7】
特開平08−339979号公報
【特許文献8】
特開平9−225821号公報
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
ウエーハに対して複数段で行われる研磨のなかで主に1次研磨で修正研磨工程を実施し高平坦度に加工し、2次研磨工程、仕上げ研磨工程では、研磨量(研磨代、取り代ということがある)を面内で均一にして研磨する均一研磨を行うことが好ましい。しかし、安定した均一研磨を行うのは難しく、例えば、ウエーハ外周部などでは形状が崩れやすい傾向にある。このウエーハ外周部の形状が崩れないようにする為にも上記のような構成をしたリテーナリングを用いた研磨ヘッドやウエーハ裏面に加圧機構を有した研磨ヘッドが用いられている。しかし、このような従来のリテーナリングにより研磨布を押圧してウエーハの外周部形状を制御するものや、ウエーハの裏面を直接加圧しウエーハの形状を制御するものでは、以下のような問題があった。
【0017】
例えば、図12に概略的に示すようなリテーナリング32を用い、研磨布34への押圧力を調整する形態のウエーハ研磨装置30では、ウエーハWの形状、特にウエーハ外周部の形状を制御できるものの、図示したごとくリテーナリング32による加圧によって研磨布34が押しつぶされるなどの研磨布34への影響も大きく、研磨布34に対してより細かな調整が必要である。従って、研磨布34をある程度限定して使用する必要があった。また、このウエーハ研磨装置30においては、リテーナリング32の押圧力と研磨圧力(ウエーハを押圧する圧力)とのばらつきなど僅かな圧力の変化や調整のずれによりウエーハ形状が敏感に変化しやすく、さらには硬い研磨布などでは効果が少ないなどの問題があった。
【0018】
図12において、36は研磨ヘッドで、研磨ヘッド本体35を有し、該研磨ヘッド本体35の下面はウエーハ保持面35aとなっている。38は該研磨ヘッド本体35に設けられかつ研磨圧力を調整する第1の圧力調整機構である。40はリテーナリング32に設けられかつリテーナリング32の研磨布34への押圧力を調整する第2の圧力調整機構であり、エアーバック等によって形成される。
【0019】
また、図13に示すようなウエーハWの裏面から軟質保持部材62を介してウエーハWの外周部に直接圧力を加え形状を制御するウエーハ研磨装置50の場合には、加圧部品の精度不良等の影響が出やすく、加圧部品に形状不良があった場合、それがウエーハWの形状に転写してしまうことがある。また、加圧変動により研磨量(研磨代)が変化してしまい研磨量(研磨代)を均一にする研磨としては好ましくない。特にウエーハWの裏面を押す圧力に敏感に影響する為、均一研磨が崩れやすく、複数の研磨ヘッドを有する研磨装置では、研磨ヘッド間のばらつきも大きくなるという問題があった。
【0020】
図13において、52は研磨ヘッドで、研磨ヘッド本体54を有している。56はガイドリング(リテーナリング)、58は研磨布、60は研磨ヘッド本体54と軟質保持部材62との間に形成された流体室、64は流体室60を介して研磨圧力を調整する第1の圧力調整機構、66は軟質保持部材62の外周部に設けられかつウエーハWの裏面外周部を押圧する第2の圧力調整機構であり、エアーバック等によって形成される。
【0021】
本発明は、このような加圧調整機構のバラツキによりウエーハ外周部の形状が悪化しないウエーハの研磨装置及び研磨ヘッド並びにウエーハ研磨方法を提供することを第1の目的とする。
【0022】
また、セラミックス等の硬質のウエーハ保持盤(キャリア)を用いた場合、研磨代を面内で均一にする均一研磨は難しく、軟質部材でウエーハを保持することが好ましい。しかし、このような保持形態であるとウエーハ外周部は研磨圧力が逃げてしまい外周がハネ形状になってしまう傾向にあった。
【0023】
本発明は、セラミックス等の硬質のウエーハ保持盤は用いず、軟質層(弾性体)により保持する形態の研磨装置において、高平坦度なウエーハを製造する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を提供することを第2の目的とする。
【0024】
本発明は、特に高平坦度のウエーハの形状を崩さずに、均一にウエーハ面内、特にウエーハ外周部を研磨できる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を提供することを第3の目的とする。
【0025】
しかし、このように均一研磨に特化した研磨ヘッドに設定した場合、修正研磨を行うのが難しくなることがある。2次研磨では、1次研磨で十分に高平坦度に加工されなかった場合など修正作用を持たせた研磨を行うことがある。例えば、1つの研磨ヘッドにウエーハを保持し、複数のステージ(定盤)で異なる研磨条件により研磨する場合、初めのステージでは、主に形状の修正(修正研磨)作用が大きい条件で研磨が行われ、後段では面内で均一(均一研磨)に研磨される条件で実施される。本発明は、このような異なる目的の研磨に対しても、同一の研磨ヘッドを用い研磨することができるウエーハ研磨装置及び研磨ヘッド並びにウエーハ研磨方法を提供することを第4の目的とする。
【0026】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るウエーハ研磨装置の第1の態様は、表面に研磨布が貼付された定盤と、研磨すべきウエーハの一面を保持して前記研磨布に該ウエーハの他面を当接させる1または2以上の研磨ヘッドと、これら研磨ヘッドを駆動することにより前記研磨布で該ウエーハの他面を研磨する研磨ヘッド駆動機構とを具備し、前記研磨ヘッドは、該ウエーハを保持するウエーハ保持部を設けた研磨ヘッド本体と、該ウエーハを保持するために前記研磨ヘッド本体に研磨ヘッド軸線に対し直交するように設けられた弾性体とを有し、前記弾性体と前記研磨ヘッド本体との間に形成された流体室を介して研磨圧力を調整する第1の圧力調整機構を有するウエーハ研磨装置であって、前記弾性体はウエーハ保持領域より大きく形成され、ウエーハ保持領域より外側に位置する該弾性体部分の圧力を調整する第2の圧力調整機構を有し、更に該第2の圧力調整機構より外側に第3の圧力調整機構により該研磨ヘッド軸線方向に対し変位可能とした押圧リングを設けたことを特徴とする。
【0027】
本発明に係るウエーハ研磨装置の第2態様は、表面に研磨布が貼付された定盤と、研磨すべきウエーハの一面を保持して前記研磨布に該ウエーハの他面を当接させる1または2以上の研磨ヘッドと、これら研磨ヘッドを駆動することにより前記研磨布で該ウエーハの他面を研磨する研磨ヘッド駆動機構とを具備し、前記研磨ヘッドは、該ウエーハを保持するウエーハ保持部を設けた研磨ヘッド本体と、該ウエーハを保持するために前記研磨ヘッド本体に研磨ヘッド軸線に対し直交するように設けられかつウエーハ保持領域より大きく形成された弾性体と、該弾性体の上面側に設けられたバックアップフランジとを有し、該弾性体と該バックアップフランジとの間に形成された第1の流体室により研磨圧力を調整する第1の圧力調整機構を有するウエーハ研磨装置であって、該バックアップフランジと該研磨ヘッド本体との間に形成された第2の流体室を介して該バックアップフランジ下面外周部に形成された凸部により、前記ウエーハ保持領域より外側に位置する該弾性体部分の圧力を調整する第2の圧力調整機構を有し、第2の圧力調整機構を有し、更に該第2の圧力調整機構より外側に第3の圧力調整機構により該研磨ヘッド軸線方向に対し変位可能とした押圧リングを設けたことを特徴とする。
【0028】
このように、本発明のウエーハ研磨装置においては、弾性体(軟質部材)によりウエーハを保持する研磨ヘッドで、ウエーハが実際に存在する領域よりも外側の軟質部材部をウエーハ裏面とは独立して加圧することにより、安定した均一研磨を行うことができる。
【0029】
本発明のウエーハ研磨装置においては、このような弾性体によりウエーハを保持する研磨ヘッドで、ウエーハが実際に存在する領域よりも外側の軟質部材部をウエーハ裏面とは独立して加圧する機構、つまりウエーハより外側の位置での圧力制御を行うようにしたことで、圧力がばらついても、過剰にウエーハ形状に影響せず、修正研磨や均一研磨においてウエーハ外周部等を均一に研磨することができる。部品(第2の圧力制御機構)などの設置精度等の影響も受けづらく、形状制御が行いやすいという利点がある。
【0030】
また、本発明のウエーハ研磨装置においては、ヘッドの軸方向に対し変位可能とした押圧リングを設置したことにより、修正研磨と均一研磨の割合を調整でき、好ましいウエーハ形状に加工することができる。特に1つの研磨ヘッドにウエーハを保持し、複数のステージ(定盤)で異なる研磨条件により研磨する場合に好適な装置である。本発明では、押圧リングを均一研磨のために調整するのではなく、むしろ押圧リングの圧力による形状変化を積極的に利用し形状修正を行う。均一研磨では制御の難しい押圧リングの影響を弱く、または無くし、ウエーハ裏面側(正確にはウエーハ支持領域より外側の部分)の加圧を調整することで行うようにした。なお、本発明の押圧リングは、図12に示すような従来のリテーナリングと同様な機構を有しているが、従来のリテーナリングはウエーハの保持も兼ねておりウエーハ外周に非常に近い位置に配置されている。本発明の押圧リングは、ウエーハ支持領域より外側にある第2の圧力調整機構より、更に外側に配置されておりウエーハから若干離れた位置にあり、押圧リング自体はウエーハを保持していない構成である。このようなウエーハと押圧リングの間に適度な間隔をもった構成にしたことによっても従来より形状制御が行いやすくなっている。
【0031】
従って、本発明のウエーハ研磨装置においては、ウエーハ保持部と押圧リングの中間にウエーハが研磨中に飛び出さないようにウエーハを保持するガイドリングを設定することが好ましい。ガイドリングは弾性体等に直接貼付するなどすれば良いが、特にウエーハ外周部を保持することができれば特に限定するものではない。また研磨されるウエーハよりも薄く設定すると良い。このガイドリングは固定されており、ウエーハの保持位置を正確にするため及びウエーハがウエーハ保持部から外れるのを防止する。
【0032】
また、本発明のウエーハ研磨装置は、弾性体表面でウエーハを保持する形態であるが、この弾性体表面に更にバッキングパッドを貼付して、その状態でウエーハを保持しても良い。弾性体のみでも良いが、ウエーハ裏面へのキズの防止等を考慮すると、研磨布として使われているような材質の部材でウエーハを保持した方が好ましい。
【0033】
このように本発明のウエーハ研磨装置は、ウエーハ保持領域より外側の領域の圧力を調整してウエーハを研磨するものである。
【0034】
本発明のウエーハ研磨装置の研磨ヘッドは、ウエーハを保持するウエーハ保持部を設けた研磨ヘッド本体と、該ウエーハを保持するために該研磨ヘッド本体に研磨ヘッド軸線に対し直交するように設けられかつウエーハ保持領域より大きく形成された弾性体と、該弾性体の上面側に設けられたバックアップフランジとを有し、該弾性体と該バックアップフランジとの間に形成された第1の流体室により研磨圧力を調整する第1の圧力調整機構を有するウエーハ研磨装置の研磨ヘッドであって、該バックアップフランジと該研磨ヘッド本体との間に形成された第2の流体室を介して該バックアップフランジ下面外周部に形成された凸部により、前記ウエーハ保持領域より外側に位置する該弾性体部分の圧力を調整する第2の圧力調整機構を有し、更に該第2の圧力調整機構より外側に第3の圧力調整機構により該研磨ヘッド軸線方向に対し変位可能とした押圧リングを設けたことを特徴とする。また、上記ウエーハ保持部にはガイドリングを設けてもよいし、ウエーハを保持する側の弾性体表面にはバッキングパッドを設けることもできる。
【0035】
このような研磨圧力(第1の圧力調整機構により制御される圧力)、ウエーハ(裏面)支持領域の外側部分の圧力(第2の圧力調整機構により制御される圧力)、及び押圧リングの押圧力(第3の圧力調整機構により制御される圧力)をそれぞれ独立して制御できる研磨ヘッドを用いることでウエーハ保持領域より外側の弾性体部分の圧力を容易に調整して研磨することができ、また押圧リングの作用により均一研磨、修正研磨の割合を調整して、任意のウエーハ形状のウエーハを研磨することができる。
【0036】
本発明のウエーハ研磨方法は、修正研磨と均一研磨を同じ研磨ヘッドを用いて行うウエーハの研磨方法であって、ウエーハ保持領域より大きく形成された弾性体によりウエーハを保持し、該ウエーハ保持領域より外側の弾性体部分の圧力を調整するとともに、更に外側に配置した押圧リングの位置を調整し研磨することを特徴とする。
【0037】
上記修正研磨では、外側に配置された押圧リングを研磨布に一定の押圧力で加圧した状態で研磨し、均一研磨では前記押圧力より弱くした状態又は押圧リングを研磨布とは接触しない位置に退避させた状態で研磨することが好ましい。本発明方法は本発明装置を用いることによって効果的に実施することができる。
【0038】
このように研磨の目的により、押圧リングの高さ位置(圧力)を調整し、またウエーハ保持領域より外側の弾性体部分の圧力を調整することで、1つの研磨ヘッドでも任意のウエーハ形状のウエーハを研磨することができる。研磨条件にあった研磨ヘッドを複数用意する必要もなく、また研磨ヘッドから研磨ヘッドへウエーハを受け渡す機構を設けることなく研磨できる。
【0039】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明するが、図示例は例示的に示されるもので、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能なことはいうまでもない。
【0040】
図1は本発明のウエーハ研磨装置の第1の実施の形態を示す要部の断面的概略説明図である。図2は本発明のウエーハ研磨装置の第2の実施の形態を示す要部の断面的概略説明図である。
【0041】
図1に示した本発明に係るウエーハ研磨装置100の全体構造は、図10の従来例で示したウエーハ研磨装置10とほぼ同様の構造であり、再度の詳細な説明は省略するが、図10とともに簡単に説明すれば、円盤状の定盤(図10では符号14、図1では省略)が水平に設置され、この定盤は定盤駆動機構により軸線回りに回転されるようになっており、その上面には全面に亙って研磨布(図10では符号12、図1では符号119)が貼付されている。
【0042】
該定盤の上方には、複数の支柱を介してヘッド駆動機構(図10では符号25,図1では省略)が固定され、このヘッド駆動機構には定盤と対向する複数基の研磨ヘッド(図10では符号18、図1では符号101)が設けられている(図10及び図1では研磨ヘッドを1台のみ図示)。本発明のウエーハ研磨装置100においては、従来の研磨ヘッド18とは異なる新規な研磨ヘッド101が用いられる点において図10に示した従来のウエーハ研磨装置10とは明確に異なるものである。
【0043】
次に、本発明のウエーハ研磨装置の研磨ヘッドを図1及び図2を参照して説明する。これらの図1及び図2はそれぞれの研磨ヘッドの主要構成部分を誇張して記載したものであり、寸法は実際のものと異なる。
【0044】
本発明のウエーハ研磨装置100における研磨ヘッド101は、図1に示すように、研磨ヘッド101の駆動軸103の研磨ヘッド軸線Dと直交するように配置されかつ下端が開口する中空の研磨ヘッド本体102と、この研磨ヘッド本体102の内部に同様に研磨ヘッド軸線Dと直交するように設けられた弾性体(軟質保持層)106とを有する。研磨ヘッド本体102は円板状の天板部104と、この天板部104の外周に固定された円筒状の周壁部105とから構成され、天板部104は不図示のヘッド駆動機構の駆動軸103に同軸的に固定されている。該弾性体106はウエーハWの直径以上の面積を有し、かつ該弾性体106の上面にはバックアップフランジ108が設けられている。
【0045】
円板状の弾性体106の外周部は周壁部105等によって固定されている。弾性体106は各種ゴム等の弾性材料で形成されたものであり、主にウレタン系のゴムが好適である。この弾性体106の厚さは特に限定するものではないが、0.5mm〜3mm程度の厚さであれば、圧力の制御等も行いやすい。このような弾性体(軟質保持層)106のウエーハ保持部にウエーハWが保持され研磨される。
【0046】
なお、研磨を行う場合には、弾性体106の下面に、不図示のバッキングパッドを介してウエーハWが付着される構成を採用してもよい。バッキングパッドは、不織布等の吸水性を有する材質で形成され、水分を吸収すると、表面張力でウエーハを吸着することができる。このバッキングパッドの材質としては各種スエード等が挙げられ、更にバッキングパッドにはガラスエポキシ板の薄板および上記弾性体との接着の為の接着層などが形成されていても良い。このバッキングパッドの好ましい厚さは0.4〜0.6mm程度である。
【0047】
また、ウエーハWが研磨中に飛び出さないようにウエーハWを保持するガイドリング118を設置する。ガイドリング118はガラスエポキシ板やPEEK材からなる幅10mm〜20mm程度の部材でウエーハWの径より内径が0.5mm〜1mm大きいリング状の部材である。その厚さは特に限定するものではないが、ウエーハWの研磨面より若干薄めに設定すれば良い。
【0048】
上述した構造の研磨ヘッド本体102の駆動軸103には第1の流路107が形成されており、バックアップフランジ108と弾性体106との間に画成された第1の流体室110は、第1の流路107を通じて第1の圧力調整機構112に接続されている。そして、第1の圧力調整機構112で第1の流体室110内の流体圧力112aを調整することにより、弾性体106が上下に変位して研磨布119へのウエーハWの押圧圧力(研磨圧力)を調整する。なお、流体としては一般に空気を使用すれば十分である。
【0049】
該バックアップフランジ108の上面には第2の流体室114が形成されており、第2の流路115を通じて第2の圧力調整機構116に接続されている。そして、第2の圧力調整機構116で流体室114内の流体圧力116aを調整することにより、バックアップフランジ108の下面外周部に形成された凸部108aを押圧し、ウエーハ保持領域106aより外側の部分106bの圧力は調整可能とされている。118はウエーハWが研磨中飛び出さないようにその側部を保持するガイドリングである。
【0050】
本発明では、上述したように、ウエーハWの直径より外側の部分106bを第2の圧力調整機構116で圧力調整し、ウエーハ形状を制御するものである。つまりウエーハの直径以上の面積を持つウエーハ保持用の弾性体106を有し、該弾性体106とバックアップフランジ108との間に形成される第1の流体室110により研磨圧力を調整する第1の圧力調整機構112の他に、バックアップフランジ108の上面に形成された第2の流体室114により、バックアップフランジ108の下面外周部に形成された凸部108aにより、ウエーハ保持領域106aより外側の部分106bの圧力を調整可能とする第2の圧力調整機構116を有している。
【0051】
120はガイドリング118の外側の周壁部105に設けられた下方に開口する環状凹溝で、該凹溝120には環状の押圧リング122がバネ等の付勢手段(不図示)によって常時上方に付勢された状態で摺動自在に収納され、該押圧リング122の上部空間は第3の流体室124となっている。該流体室124は第3の流路126を通じて第3の圧力調整機構128に接続されている。そして、第3の圧力調整機構128で第3の流体室124内の流体圧力128aを調整することにより、押圧リング122を下方に押圧することができる。したがって、押圧リング122が下方に押圧されない場合には、押圧リング122はバネ等の付勢力によって上方に退避している。一方、押圧リング122に下方への押圧力が加わる場合には、研磨布の表面を下方に押圧する作用を行う。
【0052】
上記した第1〜第3の圧力調整機構の別の例を図2によって説明する。図2において、図1と同一又は類似部材は同一の符号を用いて説明する。図2において、本発明のウエーハ研磨装置100の研磨ヘッド101は、図1の例と同様に、研磨ヘッド本体102と、ウエーハWの直径以上の面積を持つウエーハ保持用の弾性体106を有し、該弾性体106とバックアップフランジ108との間に形成された第1の流体室110内の流体圧力112aを第1の圧力調整機構112を介して調整することによって研磨圧力が調整される。
【0053】
該バックアップフランジ108の上面には、図1と同様に第2の流体室114が形成されており、該第2の流体室114の流体圧力116aを第2の圧力調整機構116を介して調整することによって、バックアップフランジ108の下面外周部に形成された凸部108aの作用により、ウエーハ保持領域106aより外側の部分106bの圧力が調整可能とされている。ウエーハWはウエーハ直径と同程度の直径のバッキングパッド138に保持され、バッキングパッド138はウエーハ直径よりも大きな面積をもつ弾性体106に貼付されている。
【0054】
上記弾性体106は、図2の例ではバックアップフランジ108の外周部に形成された凹部108bに嵌着固定されている。バックアップフランジ108の外周下部には凸部108aが形成されており、バックアップフランジ108と弾性体106の間に第1の流体室110を形成している。
【0055】
バックアップフランジ108の上部には、研磨ヘッド本体102の天板部102aなどにより形成された第2の流体室114が設けられている。上述したように、この第2の流体室114の流体圧力116aを調整することで、バックアップフランジ108の凸部108aを通じ、弾性体106のウエーハ保持領域106aより外側の部分106bの圧力は調整可能となっている。研磨圧力は、同様に、第1の流体室110の流体圧力112aを調整することで調整している。
【0056】
このようなウエーハ保持構成体の外側には、ウエーハWを保持するためのドーナツ状のガイドリング118が、研磨ヘッド本体102の構成の一部として設置されている。ガイドリング118の下部にはL字状に内方に突出した保持片118aが設けられ、ウエーハWを保持することができる構成となっている。
【0057】
上記したガイドリング118やバッキングパッド138の形状は図2の例に限定されるものでないことは勿論である。
【0058】
図2の例においても、図1と同様に、環状の押圧リング122は第3の圧力調整機構128を介して第3の流体室124の流体圧力128aを調整することによって環状凹溝120内を上下方向に変位可能とされており、必要に応じて研磨布の押圧作用を行うようになっている。
【0059】
従来のウエーハ研磨装置としては、例えば、図13の概略図に示すように、研磨圧力を調整する第1の圧力調整機構64のほかに、ウエーハ裏面の外周位置を直接押圧する第2の圧力調整機構66を用いてウエーハ形状を制御するものもある。この従来の研磨装置50は、研磨ヘッド52の形態は本発明の研磨装置と似ているものの、ウエーハ押圧位置が異なりその構成及び作用効果は本発明の研磨装置と大きく異なっている。
【0060】
また本発明の研磨ヘッドでは、更に第2の圧力調整機構より外側に第3の圧力調整機構によりヘッドの軸方向に対し変位可能とした押圧リングを具備している。第3の圧力調整機構は特に限定するものではないが、例えば、押圧リングをバネの力で研磨ヘッドに内に退避しておき、研磨時に押圧リング上部に流体を流すことで加圧調整するなどしても良い。
【0061】
従来の別の形態のウエーハ研磨装置においては、例えば、図12の概略図に示すように、一般的にリテーナリングと呼ばれるリング32をウエーハWの外周部に設け、このリテーナリング32の圧力を調整するための第2の圧力調整機構40を有する研磨ヘッド36を用いていた。
【0062】
図12に示すように従来からリテーナリングが変動可能な装置は存在するが、このような研磨ヘッドでは正確な均一研磨を行うことが困難であった。本発明のような3つの圧力調整機構(特に第2の圧力調整機構)を有する研磨ヘッドを用いることにより精度良く研磨することができる。
【0063】
上述した本発明のウエーハ研磨装置の使用態様は種々に考えられるが、その一例を図9を用いて説明する。図9は本発明のウエーハ研磨装置の使用態様の一例を示す上面概略模式図である。図9において、図1及び図2と同一又は類似部材は同一の符号で示される。
【0064】
図9において、本発明のウエーハ研磨装置100はその基台200上に複数(図示例では3台)の研磨ステージ(第1研磨ステージ、第2研磨ステージ及び第3研磨ステージ)、換言すれば、研磨布の貼られた複数の定盤202A,202B,202Cを有している。各研磨ステージ202A,202B,202Cにおいて、研磨条件の異なる研磨ができるようになっている。また、該基台200上には、さらにロード・アンロードステージ204及びカセットステージ206が設けられている。該ロード・アンロードステージ204において各研磨ヘッド101a,101b及び101c,101dへのウエーハの装着及び脱離が行われ、該カセットステージ206には多数のウエーハを収納したカセットが載置され、不図示のロボットハンド等により該ロード・アンロードステージ204との間でウエーハの搬送が行われる。
【0065】
該研磨ステージ202A,202B,202C及び該ロード・アンロードステージ204の基台200上での配置については特別の限定はないが、図示例では第1研磨ステージ202Aと第3研磨ステージ202Cが相対向し、第2研磨ステージ202Bとロード・アンロードステージ204が相対向するように配置した場合が示されている。
【0066】
図9において、208はヘッド駆動機構で、該研磨ステージ202A,202B,202Cの上方に位置しかつ回転可能に設けられている。該ヘッド駆動機構208には1基又は複数基(図示例で4基)の研磨ヘッド101a,101b,101c,101dが取りつけられている。
【0067】
該研磨ヘッド101a,101b,101c,101dの該ヘッド駆動機構208への取りつけの態様には特別の限定はないが、図示例では2基の研磨ヘッド101a,101bが残りの2基の研磨ヘッド101c,101dと相対向するように装着されている。即ち、図9に示されるように、第1研磨ステージ202A上には2基の研磨ヘッド101a,101bが位置し、第3研磨ステージ202C上には2基の研磨ヘッド101c,101dが位置するような態様で装着される。
【0068】
図9のウエーハ研磨装置100の構成によるその研磨態様は次の通りである。カセットステージ206から、ロード・アンロードステージ204に被研磨ウエーハを移動し、その上部に研磨ヘッド101a,101b又は101c,101dが移動し、そのウエーハ保持面にウエーハが保持される。研磨ヘッド101a〜101dの移動はヘッド駆動機構208が回転して行われる。図9の例ではヘッド駆動機構208が時計回りに90°回転することによって各研磨ヘッド101a,101b及び101c,101dは次のステージに移動せしめられる。即ち、ロード・アンロードステージ204においてウエーハをウエーハ保持面に保持した研磨ヘッド101a〜101dは、ヘッド駆動機構208の時計回り方向への90°の回転によって、第1研磨ステージ202Aに移動する。この第1研磨ステージ202Aでウエーハを研磨した後、第2研磨ステージ202B、第3研磨ステージ203Cと研磨ヘッド101a〜101dが移動して研磨を繰返し、最終的にロード・アンロードステージ204でウエーハが脱離され、ついでカセットステージ206に戻される。
【0069】
研磨ヘッド101a〜101dはウエーハを保持したまま、各研磨ステージ202A,202B,202C及びロード・アンロードステージ204に移動可能である。この時、各研磨ステージ(定盤)202A〜202C及びロード・アンロードステージ204側が移動してもよいし、研磨ヘッド101a〜101d側が移動してもよい。図9の例では研磨ヘッド101a〜101dが取りつけられたヘッド駆動機構208が回転する機構となっている。
【0070】
次に、本発明のウエーハの研磨方法について説明する。図1、図2及び図9に示した本発明のウエーハ研磨装置100によりウエーハ研磨を行うには、まず、研磨布119と各研磨ヘッド101(101a〜101d)にウエーハを配置するとともに、研磨布119に当接させ、定盤を回転させると共に、研磨ヘッド101(101a〜101d)を定盤に対し回転させることで研磨する。これを各定盤202A〜202C上で行う。
【0071】
本発明のウエーハの研磨方法を実施する際の研磨条件は、修正研磨及び均一研磨により、適宜設定する必要があるが、研磨布に対するウエーハの当接圧力(ウエーハ保持盤押圧圧力:第1の圧力制御機構で制御する圧力)は10kPa〜40kPa、より好ましくは20kPa〜30kPaに設定し行う。
【0072】
また、ウエーハ外周部の押圧力制御(第2の圧力制御機構で制御する圧力)は、当接圧力(研磨圧力)と同等から(当接圧力+6kPa)程度、より好ましくは(当接圧力+2kPa)〜(当接圧力+4kPa)に設定すると良い。
【0073】
第2の圧力調整機構116より外側に配置した第3の圧力調整機構128により、研磨ヘッド101の軸方向に対し変位可能とした押圧リング122を制御する方法は、ウエーハの形状の修正具合により調整する。つまり修正研磨を積極的に行う研磨工程(1次研磨や2次研磨)では、押圧リング122を研磨布119に積極的に押し付け研磨し、均一研磨(2次研磨や仕上げ研磨)を行う工程では、押圧リング122による押し付けを弱く、または完全に研磨布119とは接触しない位置まで退避して研磨を行う。
【0074】
なお、研磨布としては特に限定するもではなく1層型の研磨布でも多層型の研磨布であってもよい。例えば発泡ポリウレタンまたは不織布が好適に用いられる。修正研磨では、ポリウレタン系やゴム系の硬質研磨布が用いられている。均一研磨としては多層の不織布、スエード状の研磨布が主に用いられる。
【0075】
【実施例】
以下に比較例及び実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明するが、これらの例は例示的に提示されるもので、限定的に解釈されるべきものではない。
【0076】
(比較例1)
図9に示した機構と同様に3台の定盤が配置されたウエーハ研磨装置を用いた。この研磨装置の研磨ヘッドとしては、図11に示すような研磨ヘッドを用いた例を示す。図11の研磨装置の研磨ヘッドは図12及び図13で示したような従来の第1及び第2の圧力調整機構を両方とも具備した研磨ヘッドである。つまり、研磨圧力を調整する圧力調整機構(第1の圧力調整機構)とウエーハ裏面への圧力を直接調整できる機構(第2の圧力調整機構)を有している。更に、このような構成のウエーハ外側には、ウエーハを保持するためのドーナツ状のリテーナリングが配置され研磨ヘッド本体と独立して動き、このリテーナリングはウエーハを保持すると共に研磨布を押圧できる機構(第3の圧力調整機構)となっている。このリテーナリングはウエーハ外周近傍に配置されウエーハの保持と、研磨布の押圧を兼ねた作用を果す。
【0077】
特に本発明との効果の違いが明確になるように、ウエーハ(裏面)外周部の圧力を調整する第2の圧力調整機構は、本発明の研磨ヘッドの構成と一致させ、圧力をかける部分のみ異なるようにしている。つまり、図11に示したウエーハ研磨装置150の研磨ヘッド222では、ウエーハWはウエーハ直径と同程度の直径のバッキングパッド238に保持され、バッキングパッド238はウエーハ直径と同程度の面積をもつ弾性体226に貼付されている。
【0078】
この弾性体226の形状が本発明装置と大きく異なる。弾性体226は、図11の例ではバックアップフランジ228の外周部に形成された凹部228bに嵌着固定されている。このバックアップフランジ228の外周下部には凸部228aが形成されており、バックアップフランジ228と弾性体226の間に第1の流体室230を形成している。
【0079】
バックアップフランジ228の上部には、例えば、研磨ヘッド本体224の天板部224aなどにより形成されている第2の流体室234が設けられている。この第2の流体室234の流体圧力236aを調整することで、バックアップフランジ228の凸部228aを通じ、弾性体226のウエーハWが存在する領域の外周部分226cの圧力が調整可能となっている。研磨圧力は、第1の流体室230の流体圧力232aを調整することで調整している。
【0080】
この研磨ヘッドは、ウエーハ保持部に厚さ1.5mmのウレタンゴムに厚さ0.6mmのバッキングパッドを貼付したものであるが、弾性体およびバックアップフランジの直径が後述する実施例1より小さく、第1の加圧調整機構により加圧される領域は直径298mmである。その外周部2mmの幅で第2の圧力調整機構が設置されており、直径300mmのウエーハ(裏面)の外周2mmを研磨圧力とは別に直接加圧制御できるように構成されている。
【0081】
更に、このようなウエーハ保持構成体の外側には、ウエーハを保持するためのドーナツ状のリテーナリング239が配置されている。このリテーナリング239は、その上面にエアバッグ等の押圧手段240が設置されるとともに研磨ヘッド本体と独立して動くように構成されており、ウエーハWを保持すると共に研磨布242を押圧できる機構となっている。
【0082】
原料ウエーハは直径300mmの両面研磨あがりのウエーハを用い、その後修正研磨作用の強い2次研磨、均一研磨作用が強い2次研磨、更に均一研磨である仕上げ研磨を行った。原料ウエーハである両面研磨上がりの代表的なウエーハ形状を図7の鳥瞰図に示す。ウエーハ外周がややダレている形状ではあるものの、SFQRmax=0.12μm〜0.19μm程度の高平坦度なウエーハである。
【0083】
(第1研磨ステージでの研磨)
第1研磨ステージでは、修正研磨と均一研磨の作用が混在した条件で研磨した。基本的には原料ウエーハ(上記両面研磨ウエーハ)のウエーハ外周形状がややダレているので、この部分の研磨代が少なくなるように研磨した。具体的には図9に示す装置の第1研磨ステージにおいて、研磨条件として、研磨布にロデール・ニッタ社製(Suba600)を用い、研磨剤はコロイダルシリカを含有するアルカリ溶液を用いた。研磨ヘッドと研磨定盤は、それぞれ30rpmで回転させた。ウエーハの研磨圧力(第1の圧力調整機構)は30kPaである。ウエーハ裏面の加圧(第2の圧力調整機構)は34kPa、リテーナリングは研磨布に対し、35kPaで加圧した。
【0084】
上述した第1研磨ステージでの研磨を行った結果、図5の鳥瞰図に示すような形状のウエーハが得られた。得られたシリコンウエーハのフラットネスを測定した結果、SFQRmaxで0.44μm(今回評価したウエーハの両面研磨あがりのSFQRmaxは0.12μm)とウエーハのフラットネスが悪化していた。この時の研磨量(取り代)の分布をウエーハ面内で確認した。
【0085】
図6は原料ウエーハ(両面研磨後のウエーハ)厚さと第1の研磨ステージで研磨した後のウエーハ厚さを測定し、その差を取ったものである。図8のようにウエーハの外周部(外周3mmの位置)で4°間隔(ノッチ部を0°)で周方向に評価した値(図6(a)と径方向に3mm間隔で測定したもの(図6(b))である。
【0086】
図8において、NはウエーハWのノッチ部、Aは周方向評価のための走査方向(外周3mmの位置の測定)及びBは径方向評価のための走査方向をそれぞれ示す。
【0087】
この図6(a)(b)を見るとわかるようにウエーハの径方向では、ウエーハ外周部分の研磨代が多く修正されており、ウエーハの周方向の研磨代は、場所によりばらつきが大きくなり、外周方向では均一に研磨されていないことがわかる。ウエーハは外周から3mmの位置に、約180°の周期で1.6μmのうねりが生じていた。これによりSFQR等の平坦度が悪化している。
【0088】
(第2研磨ステージでの研磨)
第1研磨ステージで研磨したウエーハを次に同じ研磨ヘッドを用いたまま、第2研磨ステージに移動し研磨した。
ここでは、形状の修正作用は小さくし、均一研磨を重点に研磨している。具体的には研磨条件として、研磨布にロデール・ニッタ社製のSuba400を用い、研磨剤はコロイダルシリカを含有するアルカリ溶液を用いた。研磨ヘッドと研磨定盤は、それぞれ30rpmで回転させた。ウエーハの研磨圧力(第1の圧力調整機構)は30kPaである。第2の圧力調整機構の圧力は、32kPa、リテーナリングは研磨布に30kPaで加圧して研磨した。
【0089】
この結果、得られたシリコンウエーハのフラットネスを測定した結果、SFQRmaxは更に悪化していた。特にこのような構成の研磨ヘッドでは、ウエーハ外周部を均一に研磨できないことが多かった。これは、リテーナリングの押圧力と研磨圧力(ウエーハを押圧する圧力)とのばらつきなど僅かな圧力の変化や調整のずれにより敏感にウエーハ形状が変化しやすいことやウエーハ裏面からウエーハの外周部に直接圧力を加え形状を制御する場合、加圧部品の精度不良等の影響が出やすくなるためと考えられる。
【0090】
本比較例で用いた研磨ヘッドでは、外周部の部分的な研磨代の制御も難しく更に面内を均一に研磨することも難しかった。したがって、各ステージ毎に異なった形態の研磨ヘッドを用いるなどの対策が必要である。通常この後第3の研磨ステージで、ヘイズ改善を目的とした仕上げ研磨(均一研磨)を行うが本比較例では外周形状が悪化した為実施しなかった。
【0091】
(実施例1)
次に、図9に示した定盤の配置の研磨装置を用いるとともに図2に示すような本発明の研磨ヘッドを用いて研磨した例を示す。本発明の研磨装置(研磨ヘッド)を用い、直径300mmのシリコンウエーハを研磨した。具体的には研磨ヘッド本体はSUSで形成され、ウエーハ保持部の弾性体は厚さ1.5mmのウレタンゴムに厚さ0.6mmのバッキングパッドを貼付したものを使用した。その直径は306mmである。研磨されるウエーハは中心に水貼り方式により保持されている。ウレタンゴムの外周部に2mmの幅で第2の圧力調整機構が設置されている(バックアップフランジの外周部の凸部が幅2mmで形成され、ウエーハより外周の領域を圧力制御できるようになっている)。つまり、ウエーハの裏面にかかる部分には加圧機構は有せず、その外周部に圧力調整機構が配置されている。更にウエーハはガイドリングで支持され、さらにその外側に上下動可能な押圧リングが配置されている。
【0092】
原料ウエーハは比較例1と同様、直径300mmの両面研磨あがりのウエーハを用い、その後修正研磨作用の強い2次研磨、均一研磨作用が強い2次研磨、更に均一研磨である仕上げ研磨を行った。
【0093】
(第1研磨ステージでの研磨)
第1研磨ステージでは、修正研磨と均一研磨の作用が混在した条件で研磨した。基本的には原料ウエーハ(上記両面研磨ウエーハ)のウエーハ外周形状がややダレているので、この部分の研磨代が少なくなるように研磨した。具体的には図9に示す装置の第1研磨ステージにおいて、研磨条件として、研磨布にロデール・ニッタ社製(Suba600)を用い、研磨剤はコロイダルシリカを含有するアルカリ溶液を用いた。研磨ヘッドと研磨定盤は、それぞれ30rpmで回転させた。ウエーハの研磨圧力(第1の圧力調整手段)は30kPaである。ウエーハ裏面の加圧(第2の圧力調整手段)は34kPa、押圧リングは研磨布に対し、35kPaで加圧した。
【0094】
上述した第1研磨ステージでの研磨を行った結果、図3の鳥瞰図に示すような形状のウエーハが得られた。この時の研磨量(取り代)の分布を比較例1の場合と同様に周方向(図4(a))及び径方向(図4(b))で確認した。径方向ではウエーハ外周部が若干研磨代が少なく研磨されていることが分かる。また周方向も均一に研磨されていることがわかる。得られたシリコンウエーハのフラットネスを測定した結果、SFQRmaxは0.14μm(今回評価したウエーハの両面研磨あがりのSFQRmaxは0.19μm)であり、良好なフラットネスに改善されていた。また、比較例と異なりウエーハ外周部にうねりがほとんどなかった。
【0095】
(第2研磨ステージでの研磨)
これを次に同じヘッドを用いたまま、第2研磨ステージに移動し研磨した。
ここでは、形状の修正作用は小さくし、均一研磨を重点に研磨している。具体的には研磨条件として、研磨布にロデール・ニッタ製のSuba400を用い、研磨剤はコロイダルシリカを含有するアルカリ溶液を用いた。研磨ヘッドと研磨定盤は、それぞれ30rpmで回転させた。ウエーハの研磨圧力(第1の圧力調整手段)は30kPaである。第2の圧力調整機構の圧力は、32kPa、押圧リングは研磨布に30kPaで加圧して研磨した。
【0096】
この研磨においても形状変化はほとんどなく、均一な研磨代で研磨でき、表面品質(特にさざなみレベルの品質)が改善した。
【0097】
(第3研磨ステージでの研磨)
最後に、上記ウエーハを仕上げ研磨した。仕上げ研磨では均一研磨を実施しウエーハのヘイズレベルを改善した。この研磨でも同じ研磨ヘッドに保持したまま、研磨布としてスエード状の研磨布(東レコーテックス社製Cirgal7355fm)、研磨剤は第1研磨ステージ、第2研磨ステージで用いられた研磨剤より分散性の良いコロイダルシリカを含有するアルカリ溶液を用いた。研磨ヘッドと研磨定盤は、それぞれ20rpmで回転させた。ウエーハの研磨圧力(第1の圧力調整手段)は10kPaである。第2の圧力調整機構の圧力は、11kPa、押圧リングは研磨布から完全に退避した状態で研磨した。これにより平坦度の悪化もなくヘイズレベルも改善した。
【0098】
このように本発明の研磨装置では、同じ研磨ヘッドを用いたまま、修正研磨や、均一研磨を効果的に実施できた。
【0099】
従来のリテーナリングによって研磨布を押圧してウエーハの外周部形状を制御するものや、ウエーハの裏面を直接加圧しウエーハの形状を制御するもの、およびその組み合わせの研磨ヘッドでは、圧力制御手段のばらつきにより研磨代がばらつきやすい傾向にあった。特にウエーハ外周部の研磨にばらつきが生じやすく、修正研磨及び均一研磨においても平坦度の悪化が生じてしまうことがあった。本発明の研磨装置では、特に第2の加圧調整機構のような形態で圧力制御している為、及び押圧リングもウエーハ外周から若干隙間を空けて(少なくともガイドリングの幅分)圧力制御しているため、研磨ヘッド間、又は圧力調整手段のばらつきによる影響が少ないために、高平坦度なウエーハを安定して製造することができる。
【0100】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【0101】
例えば、ウエーハを保持するガイドリングの設置の仕方や、第2の圧力調整機構の加圧方法等、押圧リングの駆動方式など特に限定するものではない。
【0102】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明に係るウエーハ研磨装置では、修正研磨、均一研磨と異なる目的の研磨に対しても、同一の研磨ヘッドを用い研磨することができる。
【0103】
本発明の研磨装置及び研磨ヘッドにおいては、セラミックス等の硬質のウエーハ保持盤は用いず、軟質層(弾性体)により保持する形態を採用することにより、高平坦度なウエーハを製造することができる。
【0104】
本発明のウエーハ研磨方法によれば、ウエーハ外周部にうねりが生じることがなく良好な研磨が実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のウエーハ研磨装置の第1の実施の形態を示す要部の断面的概略説明図である。
【図2】本発明のウエーハ研磨装置の第2の実施の形態を示す要部の断面的概略説明図である。
【図3】実施例1における第1研磨ステージでの研磨あがりのウエーハの形状を示す鳥瞰図である。
【図4】実施例1における原料ウエーハの厚さと第1研磨ステージで研磨した後のウエーハの厚さとの差を取って示したグラフで、(a)はウエーハの周方向を示し、(b)はウエーハの径方向をそれぞれ示す。
【図5】比較例1における第1研磨ステージでの研磨あがりのウエーハの形状示す鳥瞰図である。
【図6】比較例1における原料ウエーハの厚さと第1研磨ステージで研磨した後のウエーハの厚さとの差を取って示したグラフで、(a)はウエーハの周方向を示し、(b)はウエーハの径方向をそれぞれ示す。
【図7】実施例1及び比較例1において原料ウエーハとして用いた両面研磨上がりのウエーハの形状を示す鳥瞰図である。
【図8】ウエーハの形状評価の手法の一例を示す上面説明図である。
【図9】本発明のウエーハ研磨装置の使用態様の一例を示す上面概略模式図である。
【図10】従来のウエーハ研磨装置の一例を示す要部の断面的概略説明図である。
【図11】従来のウエーハ研磨装置の他の例を示す要部の断面的概略説明図である。
【図12】従来のウエーハ研磨装置の別の例を示す要部の断面的概略説明図である。
【図13】従来のウエーハ研磨装置のさらに別の例を示す要部の断面的概略説明図である。
【符号の説明】
10,30,150:従来のウエーハ研磨装置、12:研磨布、14:研磨定盤、16:研磨ヘッド本体、16a:保持面、18:研磨ヘッド、20:リテーナリング、22:研磨剤供給管、24:研磨剤、25:研磨ヘッド駆動機構、26:バッキングパッド、28,29:駆動軸、32:リテーナリング、34:研磨布、35:研磨ヘッド本体、35a:ウエーハ保持面、36:研磨ヘッド、38:第1の圧力調整機構、40:第2の圧力調整機構、50:従来のウエーハ研磨装置、52:研磨ヘッド、54:研磨ヘッド本体、60:流体室、62:軟質保持部材、64:第1の圧力調整機構、66:第2の圧力調整機構、100:本発明のウエーハ研磨装置、101,101a〜101d:研磨ヘッド、102:研磨ヘッド本体、102a:天板部、103:駆動軸、104:天板部、105:周壁部、106:弾性体、106a:ウエーハ保持領域、106b:ウエーハ保持領域の外側の部分、107:第1の流路、108:バックアップフランジ、108a:凸部、108b:凹部、110:第1の流体室、112:第1の圧力調整機構、114:流体室、115:第2の流路、116:第2の圧力調整機構、118:ガイドリング、118a:保持片、119:研磨布、120:環状凹溝、122:押圧リング、124:第3の流体室、126:第3の流路、128:第3の圧力調整機構、200:基台、202A:第1研磨ステージ、202B:第2研磨ステージ、202C:第3研磨ステージ、204:ロード・アンロードステージ、206:カセットステージ、208:ヘッド駆動機構、222:研磨ヘッド、224a:天板部、226:弾性体、226c:外周部分、228:バックアップフランジ、228a:凸部、228b:凹部、230:流体室、234:流体室、238:バッキングパッド、239:リテーナリング、240:押圧手段、242:研磨布、D:研磨ヘッド軸線、W:ウエーハ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a wafer polishing technique, and more particularly to a wafer polishing apparatus, a polishing head, and a polishing method capable of performing polishing in an optimum state using different polishing conditions using the same polishing head.
[0002]
[Related technology]
In the step of mirror-polishing a semiconductor wafer or the like, for example, a wafer polishing apparatus as shown in FIG. 10 is used as a single-side polishing type polishing apparatus. FIG. 10 is a schematic sectional explanatory view of a main part showing an example of a conventional wafer polishing apparatus. In FIG. 10,
[0003]
Various types of polishing apparatuses have been developed for use in the production of such mirror-polished wafers, but most of them are improvements in the polishing holding method (polishing head, and further, the wafer holding), and softening such as backing pads. Improvements have been made to those that hold a wafer on a holding surface, vacuum suction, and even templates (also called guide rings and retainer rings).
[0004]
For example, in
[0005]
Further, in
[0006]
Patent Document 3 discloses a substrate holding device that holds a semiconductor wafer as an object to be polished and presses the semiconductor wafer against a polishing surface on a polishing table, and a top ring main body that holds the semiconductor wafer and is fixed to the top ring main body. A retainer ring provided integrally or integrally with the semiconductor wafer and holding a peripheral edge of the semiconductor wafer; and a fluid chamber provided in the top ring main body and covered with an elastic film and supplied with a fluid, and a pressurized fluid is supplied into the fluid chamber. Thus, a polishing head is disclosed in which a semiconductor wafer is pressed against a polishing surface via an elastic film, and a retainer ring is pressed against a polishing surface (polishing cloth) by applying a pressing force to a top ring body.
[0007]
In addition, Patent Literature 4 discloses a polishing head that holds a state in which the outer peripheral portion of a wafer can be elastically deformed in the thickness direction of the wafer. There is disclosed a technique which has two space portions, supplies pressure air to the first and second space portions, elastically deforms the central portion and the outer peripheral portion of the elastic sheet, and presses the carrier and the retainer ring against the polishing platen. ing.
[0008]
Among such various types of polishing apparatuses, for example, a polishing head has a hollow head main body, an elastic body stretched horizontally in the head main body (sometimes referred to as a soft layer or a diaphragm), and an elastic body. It has a ceramic wafer holding plate (sometimes called a carrier) fixed to the lower surface of the body, and supplies pressurized air from a pressurized air source through a shaft to an air chamber defined by an elastic body. By doing so, a floating head structure that can press the wafer holding plate downward has an advantage that the contact pressure of the wafer against the polishing cloth can be made uniform, and the polishing allowance (polishing amount) can be reduced within the wafer surface. It is mainly used for uniform polishing. At this time, a retainer ring (also referred to as a guide ring) is disposed concentrically on the outer periphery of the wafer holding plate, and the lower end of the retainer ring projects below the wafer holding plate, thereby attaching to the lower surface of the wafer holding plate. By holding the outer periphery of the processed wafer, it is possible to prevent the wafer being polished from coming off the wafer holding plate, surround the wafer with a retainer ring, and polish the lower end of the retainer ring at the same height as the lower surface of the wafer. Accordingly, it is possible to prevent a phenomenon that the polishing amount at the outer peripheral portion of the wafer becomes larger than that at the central portion of the wafer.
[0009]
By the way, conventionally, as described above, it was thought that as long as the lower end surface of the retainer ring was disposed substantially on the same plane as the polishing surface of the wafer, overpolishing of the outer peripheral portion of the wafer could be prevented. In the apparatus, the retainer ring is pressurized at a pressure at which the retainer ring abuts against the polishing pad is higher than a pressure at which the wafer holding plate presses against the polishing pad. For example, it was set to be twice or more. This is because the higher the contact pressure of the retainer ring, the more reliably the outer periphery of the wafer is held.
[0010]
However, depending on the material of the polishing cloth or the like, the polishing cloth locally rises along the inner peripheral edge of the portion in contact with the retainer ring. A problem arises.
[0011]
In order to solve such a problem, as disclosed in Patent Document 6, by setting the contact force of the retainer ring to the polishing cloth to an appropriate value which is weaker than before, the wavy deformation of the polishing cloth is prevented, and the outer peripheral portion of the wafer is excessively deformed. Some reduce polishing. Specifically, by adjusting the ratio of the pressure receiving width of the elastic body that applies pressure to the retainer ring and the contact area of the retainer ring with the polishing cloth, the retainer ring of the retainer ring with respect to the polishing cloth during wafer polishing is adjusted. The ratio of the contact pressure to the pressing force of the wafer holding plate against the polishing pad is adjusted. That is, the shape of the outer peripheral portion of the wafer is indirectly controlled by pressing the polishing cloth by the retainer ring.
[0012]
Further, another type of polishing apparatus has been developed. For example, as disclosed in Patent Document 7, a pressure is applied to the outermost peripheral portion of a wafer supporting portion on the back surface of a wafer, or further, as disclosed in Patent Document 8, a wafer holding surface is formed in some regions. Some have a mechanism for separately applying pressure. This is to control the shape of the wafer by pressing the wafer directly from the back surface of the wafer.
[0013]
Further, depending on the polishing apparatus, there are a plurality of polishing stages, and in each stage, polishing may be performed under the same or different polishing conditions. In such a system, there is a case where a mechanism for transferring the wafer in the middle is provided, or the wafer is sequentially moved to each stage while holding the wafer on the polishing head, and polishing is continuously performed. For example, in a polishing apparatus in which there are three platens to which a polishing cloth is attached, for example, polishing is performed under a combination of polishing conditions such as correction polishing, correction polishing + uniform polishing, and uniform polishing. In addition, the correction polishing is a polishing in which the polishing allowance is not uniform in the wafer surface, and a thick portion is positively polished to obtain a wafer with high flatness, and is mainly a rough polishing, a primary polishing, etc. It is said. In rough polishing, it is common to set a large polishing allowance and perform polishing.
[0014]
In the uniform polishing, the surface of a wafer having a high flatness due to the modified polishing is modified, so that the wafer is uniformly polished in a plane while maintaining the original shape, and is mainly referred to as finish polishing. In this step, the polishing allowance is very small. Also, secondary polishing may be performed as an intermediate between them. Secondary polishing is a process in which modified polishing and uniform polishing are mixed, and can be changed to either polishing mode depending on the conditions. In particular, it is usual to set the polishing allowance less than the primary polishing step and more than the final polishing step. In the secondary polishing, it is set whether to increase the effect of the modified polishing or to increase the effect of the uniform polishing depending on the wafer shape after the primary polishing. However, in practice, it is difficult to completely distinguish between modified polishing and uniform polishing.
[0015]
[Patent Document 1]
JP-A-7-171757
[Patent Document 2]
JP 2000-198069 A
[Patent Document 3]
JP-A-2002-113653
[Patent Document 4]
JP 08-257893 A
[Patent Document 5]
JP-A-11-42550
[Patent Document 6]
JP-A-8-229804
[Patent Document 7]
JP-A-08-339979
[Patent Document 8]
JP-A-9-225821
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
In the polishing performed on the wafer in a plurality of stages, a modified polishing process is mainly performed by primary polishing to process to a high flatness, and in the secondary polishing process and the final polishing process, the polishing amount (polishing allowance, removal allowance) It is preferable to perform uniform polishing in which polishing is performed in a plane uniformly. However, it is difficult to perform stable and uniform polishing. For example, the shape tends to collapse at the outer peripheral portion of the wafer. In order to prevent the shape of the outer peripheral portion of the wafer from being deformed, a polishing head using a retainer ring having the above-described configuration or a polishing head having a pressing mechanism on the back surface of the wafer is used. However, such a conventional method of controlling the outer peripheral shape of the wafer by pressing the polishing cloth by the retainer ring or controlling the shape of the wafer by directly pressing the back surface of the wafer has the following problems. Was.
[0017]
For example, in the
[0018]
In FIG. 12,
[0019]
Further, in the case of the
[0020]
In FIG. 13,
[0021]
A first object of the present invention is to provide a wafer polishing apparatus, a polishing head, and a wafer polishing method in which the shape of the outer peripheral portion of the wafer does not deteriorate due to such a variation in the pressure adjusting mechanism.
[0022]
In addition, when a hard wafer holding plate (carrier) such as ceramics is used, it is difficult to perform uniform polishing to make the polishing allowance uniform within the surface, and it is preferable to hold the wafer with a soft member. However, with such a holding form, the polishing pressure at the outer peripheral portion of the wafer escapes, and the outer peripheral portion tends to have a splash shape.
[0023]
The present invention relates to a wafer polishing apparatus for producing a wafer with high flatness, a polishing head, and a wafer polishing method for a polishing apparatus in which a wafer is held with a soft layer (elastic body) without using a hard wafer holding board made of ceramics or the like. The second object is to provide
[0024]
A third object of the present invention is to provide a wafer polishing apparatus, a polishing head and a wafer polishing method capable of uniformly polishing a wafer surface, particularly a wafer outer peripheral portion, without breaking the shape of a wafer having a particularly high flatness. And
[0025]
However, when a polishing head specialized for uniform polishing is set as described above, it may be difficult to perform modified polishing. In the secondary polishing, there is a case where polishing having a correcting action is performed, for example, when the primary polishing is not performed to a sufficiently high flatness. For example, when a wafer is held on one polishing head and polished on a plurality of stages (surface plates) under different polishing conditions, polishing is mainly performed in the first stage under conditions in which the shape correction (correction polishing) action is large. In the latter stage, the polishing is performed under the condition that the polishing is performed uniformly (uniform polishing) in the plane. A fourth object of the present invention is to provide a wafer polishing apparatus, a polishing head, and a wafer polishing method that can polish using the same polishing head even for such polishing for different purposes.
[0026]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, a first aspect of a wafer polishing apparatus according to the present invention comprises: a platen having a polishing cloth adhered to a surface thereof; and a wafer to be polished holding one surface of the wafer. One or more polishing heads for contacting the other surface, and a polishing head driving mechanism for polishing the other surface of the wafer with the polishing cloth by driving these polishing heads, wherein the polishing head is A polishing head main body provided with a wafer holding portion for holding a wafer, and an elastic body provided to be orthogonal to a polishing head axis in the polishing head main body for holding the wafer, wherein the elastic body A wafer polishing apparatus having a first pressure adjusting mechanism for adjusting a polishing pressure through a fluid chamber formed between the polishing head main body and the polishing head body, wherein the elastic body is formed larger than a wafer holding area. A second pressure adjusting mechanism for adjusting the pressure of the elastic body portion located outside the wafer holding region; and a third pressure adjusting mechanism provided outside the second pressure adjusting mechanism by the polishing head. It is characterized in that a pressing ring which can be displaced in the axial direction is provided.
[0027]
A second aspect of the wafer polishing apparatus according to the present invention is a wafer polishing apparatus, wherein a surface plate on which a polishing cloth is affixed to a surface thereof, and one surface of a wafer to be polished is held and one surface of the wafer is brought into contact with the polishing cloth. Two or more polishing heads, and a polishing head drive mechanism for polishing the other surface of the wafer with the polishing cloth by driving these polishing heads, wherein the polishing head includes a wafer holding unit for holding the wafer. The provided polishing head body, an elastic body provided to be perpendicular to the polishing head axis in the polishing head body for holding the wafer, and formed larger than the wafer holding area, and on the upper surface side of the elastic body And a first pressure adjusting mechanism for adjusting a polishing pressure by a first fluid chamber formed between the elastic body and the backup flange. A wafer polishing apparatus, wherein a convex portion formed on an outer peripheral portion of a lower surface of the backup flange through a second fluid chamber formed between the backup flange and the polishing head main body, is outside the wafer holding region. A second pressure adjusting mechanism that adjusts the pressure of the elastic body portion located at the second position, and a second pressure adjusting mechanism. Further, a third pressure adjusting mechanism is provided outside the second pressure adjusting mechanism. A pressure ring is provided which is displaceable in the axial direction of the polishing head.
[0028]
As described above, in the wafer polishing apparatus of the present invention, the polishing head that holds the wafer by the elastic body (soft member) allows the soft member portion outside the region where the wafer actually exists to be independent of the wafer back surface. By applying pressure, stable and uniform polishing can be performed.
[0029]
In the wafer polishing apparatus of the present invention, in the polishing head holding the wafer by such an elastic body, a mechanism that presses the soft member portion outside the region where the wafer actually exists independently of the wafer back surface, that is, By performing pressure control at a position outside the wafer, even if the pressure varies, the wafer shape is not excessively affected, and the outer peripheral portion of the wafer can be uniformly polished in the modified polishing or the uniform polishing. . There is an advantage that it is hardly affected by the installation accuracy of components (the second pressure control mechanism) and the like, and that shape control is easily performed.
[0030]
Further, in the wafer polishing apparatus of the present invention, by providing the pressing ring which is displaceable in the axial direction of the head, the ratio between the correction polishing and the uniform polishing can be adjusted, and the wafer can be processed into a preferable wafer shape. In particular, the apparatus is suitable when a wafer is held by one polishing head and polished on a plurality of stages (surface plates) under different polishing conditions. In the present invention, the pressing ring is not adjusted for uniform polishing, but rather, the shape is corrected by positively utilizing the shape change due to the pressure of the pressing ring. In the uniform polishing, the influence of the pressing ring, which is difficult to control, is weakened or eliminated, and the pressure is adjusted on the back side of the wafer (exactly, the portion outside the wafer support area). The pressing ring of the present invention has the same mechanism as the conventional retainer ring as shown in FIG. 12, but the conventional retainer ring also serves to hold the wafer and is located at a position very close to the outer periphery of the wafer. Are located. The pressing ring of the present invention is arranged further outside than the second pressure adjusting mechanism outside the wafer support area and is located at a position slightly away from the wafer, and the pressing ring itself does not hold the wafer. is there. With such a configuration having an appropriate interval between the wafer and the pressing ring, shape control can be performed more easily than in the past.
[0031]
Therefore, in the wafer polishing apparatus of the present invention, it is preferable to set a guide ring for holding the wafer between the wafer holding portion and the pressing ring so that the wafer does not jump out during polishing. The guide ring may be directly attached to an elastic body or the like, but is not particularly limited as long as it can hold the outer peripheral portion of the wafer. It is preferable to set the thickness to be thinner than the wafer to be polished. The guide ring is fixed to prevent the wafer from coming off the wafer holding portion in order to make the holding position of the wafer accurate.
[0032]
Further, the wafer polishing apparatus of the present invention has a mode in which the wafer is held on the surface of the elastic body, but a backing pad may be further attached to the surface of the elastic body, and the wafer may be held in that state. The elastic body alone may be used, but it is preferable to hold the wafer with a member made of a material used as a polishing cloth in consideration of prevention of scratches on the back surface of the wafer.
[0033]
As described above, the wafer polishing apparatus of the present invention adjusts the pressure in a region outside the wafer holding region and polishes the wafer.
[0034]
The polishing head of the wafer polishing apparatus of the present invention is provided with a polishing head body provided with a wafer holding portion for holding a wafer, and provided in the polishing head body to hold the wafer so as to be orthogonal to the polishing head axis and An elastic body formed to be larger than the wafer holding area; and a backup flange provided on an upper surface side of the elastic body, and polished by a first fluid chamber formed between the elastic body and the backup flange. A polishing head of a wafer polishing apparatus having a first pressure adjusting mechanism for adjusting a pressure, wherein a lower peripheral portion of the lower surface of the backup flange is provided via a second fluid chamber formed between the backup flange and the main body of the polishing head. A second pressure adjusting mechanism for adjusting the pressure of the elastic body portion located outside the wafer holding region by the convex portion formed in the portion. Further by a third pressure adjustment mechanism on the outer side of the pressure adjusting mechanism of the second, characterized in that a pressing ring that can be displaced relative to the polishing head axial direction. Further, a guide ring may be provided on the wafer holding portion, or a backing pad may be provided on the surface of the elastic body on the side holding the wafer.
[0035]
Such polishing pressure (the pressure controlled by the first pressure adjusting mechanism), the pressure of the outer portion of the wafer (back surface) support region (the pressure controlled by the second pressure adjusting mechanism), and the pressing force of the pressing ring By using a polishing head that can independently control (a pressure controlled by the third pressure adjusting mechanism), the pressure of the elastic portion outside the wafer holding region can be easily adjusted and polished. By adjusting the ratio of uniform polishing and modified polishing by the action of the pressing ring, a wafer having an arbitrary wafer shape can be polished.
[0036]
The wafer polishing method of the present invention is a wafer polishing method in which the correction polishing and the uniform polishing are performed using the same polishing head, and the wafer is held by an elastic body formed larger than the wafer holding area, and the wafer is held by the wafer holding area. The method is characterized in that the pressure of the outer elastic portion is adjusted, and the position of the pressing ring disposed further outside is adjusted and polished.
[0037]
In the above-mentioned modified polishing, polishing is performed in a state in which a pressing ring disposed outside is pressed against a polishing cloth with a constant pressing force, and in uniform polishing, a state in which the pressing ring is weaker than the pressing force or a position where the pressing ring does not contact the polishing cloth. It is preferable to polish in a state of being retracted. The method of the present invention can be effectively implemented by using the apparatus of the present invention.
[0038]
By adjusting the height position (pressure) of the pressing ring and the pressure of the elastic body portion outside the wafer holding region in accordance with the purpose of polishing in this manner, a wafer having an arbitrary wafer shape can be formed even with one polishing head. Can be polished. There is no need to prepare a plurality of polishing heads that meet the polishing conditions, and polishing can be performed without providing a mechanism for transferring a wafer from the polishing head to the polishing head.
[0039]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, it is needless to say that various modifications can be made without departing from the technical idea of the present invention. .
[0040]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a main part of a wafer polishing apparatus according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic sectional explanatory view of a main part showing a second embodiment of the wafer polishing apparatus of the present invention.
[0041]
The overall structure of the
[0042]
A head drive mechanism (
[0043]
Next, a polishing head of the wafer polishing apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 and FIG. 2 exaggerate the main components of each polishing head, and the dimensions are different from the actual ones.
[0044]
As shown in FIG. 1, a polishing
[0045]
The outer peripheral portion of the disc-shaped
[0046]
When polishing is performed, a configuration in which the wafer W is attached to the lower surface of the
[0047]
Further, a
[0048]
A
[0049]
A
[0050]
In the present invention, as described above, the
[0051]
[0052]
Another example of the first to third pressure adjusting mechanisms will be described with reference to FIG. 2, the same or similar members as those in FIG. 1 are described using the same reference numerals. 2, a polishing
[0053]
A
[0054]
In the example of FIG. 2, the
[0055]
Above the
[0056]
A donut-shaped
[0057]
Of course, the shapes of the
[0058]
In the example of FIG. 2, similarly to FIG. 1, the annular
[0059]
As a conventional wafer polishing apparatus, for example, as shown in a schematic diagram of FIG. 13, in addition to a first
[0060]
Further, the polishing head of the present invention further includes a pressing ring which is displaceable in the axial direction of the head by a third pressure adjusting mechanism outside the second pressure adjusting mechanism. Although the third pressure adjusting mechanism is not particularly limited, for example, the pressing ring is retracted into the polishing head by the force of a spring, and the pressure is adjusted by flowing a fluid over the pressing ring during polishing. You may.
[0061]
In another conventional wafer polishing apparatus, for example, as shown in a schematic diagram of FIG. 12, a
[0062]
As shown in FIG. 12, there has been a device in which retainer ring can be varied, but it has been difficult to perform accurate uniform polishing with such a polishing head. Polishing can be accurately performed by using a polishing head having three pressure adjusting mechanisms (particularly, the second pressure adjusting mechanism) as in the present invention.
[0063]
Various usage modes of the above-described wafer polishing apparatus of the present invention can be considered, and an example thereof will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a schematic top view showing an example of a usage mode of the wafer polishing apparatus of the present invention. 9, the same or similar members as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.
[0064]
In FIG. 9, a
[0065]
The arrangement of the polishing stages 202A, 202B, 202C and the loading /
[0066]
In FIG. 9,
[0067]
The manner in which the polishing heads 101a, 101b, 101c, and 101d are attached to the
[0068]
The polishing mode according to the configuration of the
[0069]
The polishing
[0070]
Next, the wafer polishing method of the present invention will be described. To perform wafer polishing by the
[0071]
The polishing conditions for carrying out the wafer polishing method of the present invention need to be appropriately set by modified polishing and uniform polishing. However, the contact pressure of the wafer against the polishing cloth (the pressure of the wafer holding plate: the first pressure) The pressure controlled by the control mechanism is set to 10 kPa to 40 kPa, more preferably 20 kPa to 30 kPa.
[0072]
The pressing force control (pressure controlled by the second pressure control mechanism) on the outer peripheral portion of the wafer is equal to the contact pressure (polishing pressure) to about (contact pressure + 6 kPa), and more preferably (contact pressure + 2 kPa). To (contact pressure + 4 kPa).
[0073]
A method of controlling the
[0074]
The polishing cloth is not particularly limited, and may be a single-layer polishing cloth or a multi-layer polishing cloth. For example, foamed polyurethane or nonwoven fabric is suitably used. In the correction polishing, a hard polishing cloth of polyurethane or rubber is used. As the uniform polishing, a multi-layer nonwoven fabric or a suede-like polishing cloth is mainly used.
[0075]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Comparative Examples and Examples. However, these examples are presented as examples and should not be construed as limiting.
[0076]
(Comparative Example 1)
As in the mechanism shown in FIG. 9, a wafer polishing apparatus having three platens was used. As a polishing head of this polishing apparatus, an example using a polishing head as shown in FIG. 11 is shown. The polishing head of the polishing apparatus of FIG. 11 is a polishing head provided with both the first and second conventional pressure adjusting mechanisms as shown in FIGS. That is, it has a pressure adjusting mechanism (first pressure adjusting mechanism) for adjusting the polishing pressure and a mechanism (second pressure adjusting mechanism) for directly adjusting the pressure on the wafer back surface. Further, a donut-shaped retainer ring for holding the wafer is arranged on the outside of the wafer having such a configuration and moves independently of the polishing head main body. The retainer ring can hold the wafer and press the polishing cloth. (Third pressure adjusting mechanism). The retainer ring is disposed near the outer periphery of the wafer and serves to hold the wafer and press the polishing cloth.
[0077]
In particular, the second pressure adjusting mechanism for adjusting the pressure at the outer peripheral portion of the wafer (rear surface) conforms to the configuration of the polishing head according to the present invention, so that the difference between the effect of the present invention and the present invention becomes clear. I try to be different. That is, in the polishing
[0078]
The shape of the
[0079]
Above the
[0080]
This polishing head has a backing pad having a thickness of 0.6 mm adhered to urethane rubber having a thickness of 1.5 mm on a wafer holding portion. The diameters of the elastic body and the backup flange are smaller than those of Example 1 described later. The area pressed by the first pressure adjusting mechanism has a diameter of 298 mm. A second pressure adjusting mechanism is provided with a width of 2 mm in the outer peripheral portion, and is configured to be able to directly control the pressurization of 2 mm of the outer periphery of the wafer (back surface) having a diameter of 300 mm separately from the polishing pressure.
[0081]
Further, a donut-shaped
[0082]
As a raw material wafer, a double-sided polished wafer having a diameter of 300 mm was used, and thereafter, secondary polishing with a strong correction polishing action, secondary polishing with a strong uniform polishing action, and final polishing as a uniform polishing were performed. FIG. 7 is a bird's-eye view showing a representative wafer shape after polishing both surfaces of the raw material wafer. Although the outer periphery of the wafer is slightly sagged, the wafer has a high flatness of about SFQRmax = 0.12 μm to 0.19 μm.
[0083]
(Polishing in the first polishing stage)
In the first polishing stage, polishing was performed under the condition where the effects of the modified polishing and the uniform polishing were mixed. Basically, the outer peripheral shape of the wafer of the raw material wafer (the double-sided polished wafer) is slightly sagged. Specifically, in the first polishing stage of the apparatus shown in FIG. 9, as polishing conditions, a polishing cloth manufactured by Rodale Nitta (Suba600) was used, and as an abrasive, an alkaline solution containing colloidal silica was used. The polishing head and the polishing table were rotated at 30 rpm, respectively. The polishing pressure of the wafer (first pressure adjusting mechanism) is 30 kPa. The pressure on the wafer back surface (second pressure adjusting mechanism) was 34 kPa, and the retainer ring was pressed against the polishing cloth at 35 kPa.
[0084]
As a result of the above-mentioned polishing in the first polishing stage, a wafer having a shape as shown in the bird's-eye view of FIG. 5 was obtained. As a result of measuring the flatness of the obtained silicon wafer, the flatness of the wafer was degraded to 0.44 μm in SFQRmax (0.12 μm in SFQRmax in the double-side polishing of the wafer evaluated this time). The distribution of the polishing amount (removal allowance) at this time was confirmed in the wafer plane.
[0085]
FIG. 6 shows the difference between the thickness of the raw material wafer (wafer after double-side polishing) and the thickness of the wafer after polishing on the first polishing stage. As shown in FIG. 8, a value evaluated in the circumferential direction at intervals of 4 ° (the notch portion is 0 °) at the outer peripheral portion (at a position of 3 mm of the outer periphery) of the wafer (FIG. FIG. 6B).
[0086]
In FIG. 8, N indicates a notch portion of the wafer W, A indicates a scanning direction (measurement of a position at an outer circumference of 3 mm) for circumferential evaluation, and B indicates a scanning direction for radial evaluation.
[0087]
As can be seen from FIGS. 6 (a) and 6 (b), in the radial direction of the wafer, the polishing allowance in the outer peripheral portion of the wafer has been largely corrected, and the polishing allowance in the circumferential direction of the wafer has a large variation depending on the location. It can be seen that the outer peripheral direction is not uniformly polished. The wafer had a 1.6 μm swell at a position of 3 mm from the outer periphery at a period of about 180 °. As a result, flatness such as SFQR is deteriorated.
[0088]
(Polishing in the second polishing stage)
The wafer polished in the first polishing stage was then moved to the second polishing stage and polished while using the same polishing head.
Here, the effect of correcting the shape is reduced, and polishing is performed with emphasis on uniform polishing. Specifically, as polishing conditions, Suba400 manufactured by Rodale Nitta was used for a polishing cloth, and an alkaline solution containing colloidal silica was used as a polishing agent. The polishing head and the polishing table were rotated at 30 rpm, respectively. The polishing pressure of the wafer (first pressure adjusting mechanism) is 30 kPa. The pressure of the second pressure adjusting mechanism was 32 kPa, and the retainer ring was polished by pressing the polishing pad at 30 kPa.
[0089]
As a result, as a result of measuring the flatness of the obtained silicon wafer, SFQRmax was further deteriorated. In particular, in the polishing head having such a configuration, the outer peripheral portion of the wafer often cannot be uniformly polished. This is because the shape of the wafer tends to change sensitively due to slight pressure changes and deviations in adjustment, such as variations in the pressing force of the retainer ring and the polishing pressure (the pressure that presses the wafer). It is considered that, when the shape is controlled by directly applying pressure, the influence of poor accuracy or the like of the pressurized component is likely to occur.
[0090]
In the polishing head used in the present comparative example, it was difficult to control a partial polishing allowance at the outer peripheral portion, and it was also difficult to uniformly polish the surface. Therefore, it is necessary to take measures such as using a polishing head of a different form for each stage. Usually, thereafter, in the third polishing stage, finish polishing (uniform polishing) for the purpose of haze improvement is performed, but was not performed in this comparative example because the outer peripheral shape was deteriorated.
[0091]
(Example 1)
Next, an example in which the polishing apparatus having the arrangement of the surface plate shown in FIG. 9 and the polishing head of the present invention as shown in FIG. Using a polishing apparatus (polishing head) of the present invention, a silicon wafer having a diameter of 300 mm was polished. Specifically, the polishing head body was formed of SUS, and the elastic body of the wafer holding portion used was one in which a backing pad having a thickness of 0.6 mm was adhered to urethane rubber having a thickness of 1.5 mm. Its diameter is 306 mm. The wafer to be polished is held at the center by a water application method. A second pressure adjusting mechanism having a width of 2 mm is installed on the outer peripheral portion of the urethane rubber (a convex portion on the outer peripheral portion of the backup flange is formed with a width of 2 mm, so that the pressure can be controlled in an outer peripheral region from the wafer. There). That is, a pressure mechanism is not provided in a portion on the back surface of the wafer, and a pressure adjusting mechanism is arranged on an outer peripheral portion thereof. Further, the wafer is supported by a guide ring, and a pressing ring which can move up and down is disposed outside the guide ring.
[0092]
As in the case of Comparative Example 1, the raw material wafer was a double-sided polished wafer having a diameter of 300 mm, and then subjected to secondary polishing having a strong polishing effect, secondary polishing having a strong uniform polishing effect, and finish polishing as a uniform polishing.
[0093]
(Polishing in the first polishing stage)
In the first polishing stage, polishing was performed under the condition where the effects of the modified polishing and the uniform polishing were mixed. Basically, the outer peripheral shape of the wafer of the raw material wafer (the double-sided polished wafer) is slightly sagged. Specifically, in the first polishing stage of the apparatus shown in FIG. 9, as polishing conditions, a polishing cloth manufactured by Rodale Nitta (Suba600) was used, and as an abrasive, an alkaline solution containing colloidal silica was used. The polishing head and the polishing table were rotated at 30 rpm, respectively. The polishing pressure of the wafer (first pressure adjusting means) is 30 kPa. The pressure on the wafer back surface (second pressure adjusting means) was 34 kPa, and the pressure ring was pressed against the polishing cloth at 35 kPa.
[0094]
As a result of polishing at the first polishing stage described above, a wafer having a shape as shown in the bird's-eye view of FIG. 3 was obtained. The distribution of the polishing amount (removal allowance) at this time was confirmed in the circumferential direction (FIG. 4A) and the radial direction (FIG. 4B) as in Comparative Example 1. It can be seen that in the radial direction, the outer peripheral portion of the wafer is slightly polished with little polishing allowance. It can also be seen that the circumferential direction is also uniformly polished. As a result of measuring the flatness of the obtained silicon wafer, SFQRmax was 0.14 μm (the SFQRmax of the wafer evaluated this time after polishing on both sides was 0.19 μm), and the flatness was improved. Also, unlike the comparative example, there was almost no undulation on the outer peripheral portion of the wafer.
[0095]
(Polishing in the second polishing stage)
This was then moved to the second polishing stage and polished while using the same head.
Here, the effect of correcting the shape is reduced, and polishing is performed with emphasis on uniform polishing. Specifically, as polishing conditions, Suba400 manufactured by Rodale Nitta was used as a polishing cloth, and an alkaline solution containing colloidal silica was used as a polishing agent. The polishing head and the polishing table were rotated at 30 rpm, respectively. The polishing pressure of the wafer (first pressure adjusting means) is 30 kPa. The pressure of the second pressure adjusting mechanism was 32 kPa, and the pressing ring was pressed against the polishing pad at 30 kPa for polishing.
[0096]
Even in this polishing, there was almost no change in the shape, the polishing could be performed with a uniform polishing allowance, and the surface quality (particularly, the quality at the ripple level) was improved.
[0097]
(Polishing in the third polishing stage)
Finally, the wafer was finish polished. In the final polishing, uniform polishing was performed to improve the haze level of the wafer. Even in this polishing, a suede-shaped polishing cloth (Cirgal 7355fm manufactured by Toray Coatex Corp.) is used as the polishing cloth while holding the same polishing head, and the polishing agent is more dispersible than the polishing agent used in the first polishing stage and the second polishing stage. An alkaline solution containing good colloidal silica was used. The polishing head and the polishing platen were each rotated at 20 rpm. The polishing pressure of the wafer (first pressure adjusting means) is 10 kPa. The pressure of the second pressure adjusting mechanism was 11 kPa, and the pressing ring was polished while completely retracted from the polishing cloth. As a result, the haze level was improved without deterioration in flatness.
[0098]
As described above, in the polishing apparatus of the present invention, the modified polishing and the uniform polishing can be effectively performed while using the same polishing head.
[0099]
In a conventional polishing head that presses the polishing cloth by a retainer ring to control the outer peripheral portion shape of the wafer, a device that directly presses the back surface of the wafer to control the shape of the wafer, and a polishing head of a combination thereof, the pressure control means varies. , The polishing allowance tended to vary. In particular, the polishing of the outer peripheral portion of the wafer tends to vary, and the flatness may deteriorate even in the modified polishing and the uniform polishing. In the polishing apparatus of the present invention, since the pressure is controlled particularly in the form of the second pressure adjusting mechanism, the pressure is also controlled with a slight gap from the outer periphery of the wafer (at least by the width of the guide ring). Therefore, a wafer having a high flatness can be stably manufactured because there is little influence between polishing heads or variation in pressure adjusting means.
[0100]
The present invention is not limited to the above embodiment. The above embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and has the same effect. Within the technical scope of
[0101]
For example, there is no particular limitation on a method of driving a pressing ring, such as a method of installing a guide ring for holding a wafer, a method of pressing a second pressure adjusting mechanism, and the like.
[0102]
【The invention's effect】
As described above, in the wafer polishing apparatus according to the present invention, the same polishing head can be used for polishing for a purpose different from correction polishing and uniform polishing.
[0103]
In the polishing apparatus and the polishing head of the present invention, a wafer having a high flatness can be manufactured by adopting a mode of holding by a soft layer (elastic body) without using a hard wafer holding plate made of ceramics or the like. .
[0104]
According to the wafer polishing method of the present invention, good polishing can be performed without causing undulation on the outer peripheral portion of the wafer.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional explanatory view of a main part showing a first embodiment of a wafer polishing apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional explanatory view of a main part showing a second embodiment of the wafer polishing apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a bird's-eye view showing the shape of a wafer after polishing at a first polishing stage in Example 1.
FIG. 4 is a graph showing the difference between the thickness of the raw material wafer and the thickness of the wafer after being polished by the first polishing stage in Example 1, where (a) shows the circumferential direction of the wafer and (b) Indicates the radial direction of the wafer.
FIG. 5 is a bird's-eye view showing the shape of a wafer after polishing at a first polishing stage in Comparative Example 1.
6 is a graph showing the difference between the thickness of the raw material wafer and the thickness of the wafer after being polished in the first polishing stage in Comparative Example 1, where (a) shows the circumferential direction of the wafer and (b) Indicates the radial direction of the wafer.
FIG. 7 is a bird's eye view showing the shape of a double-side polished wafer used as a raw material wafer in Example 1 and Comparative Example 1.
FIG. 8 is an explanatory top view showing an example of a method for evaluating the shape of a wafer.
FIG. 9 is a schematic top view showing an example of a usage mode of the wafer polishing apparatus of the present invention.
FIG. 10 is a schematic cross-sectional explanatory view of a main part showing an example of a conventional wafer polishing apparatus.
FIG. 11 is a schematic sectional explanatory view of a main part showing another example of a conventional wafer polishing apparatus.
FIG. 12 is a schematic sectional explanatory view of a main part showing another example of a conventional wafer polishing apparatus.
FIG. 13 is a schematic sectional explanatory view of a main part showing still another example of the conventional wafer polishing apparatus.
[Explanation of symbols]
10, 30, 150: conventional wafer polishing apparatus, 12: polishing cloth, 14: polishing platen, 16: polishing head main body, 16a: holding surface, 18: polishing head, 20: retainer ring, 22: polishing agent supply pipe , 24: abrasive, 25: polishing head drive mechanism, 26: backing pad, 28, 29: drive shaft, 32: retainer ring, 34: polishing cloth, 35: polishing head body, 35a: wafer holding surface, 36: polishing Head, 38: first pressure adjusting mechanism, 40: second pressure adjusting mechanism, 50: conventional wafer polishing apparatus, 52: polishing head, 54: polishing head main body, 60: fluid chamber, 62: soft holding member, 64: first pressure adjusting mechanism, 66: second pressure adjusting mechanism, 100: wafer polishing apparatus of the present invention, 101, 101a to 101d: polishing head, 102: polishing head body, 10 a: top plate portion, 103: drive shaft, 104: top plate portion, 105: peripheral wall portion, 106: elastic body, 106a: wafer holding region, 106b: portion outside the wafer holding region, 107: first flow path , 108: backup flange, 108a: convex, 108b: concave, 110: first fluid chamber, 112: first pressure adjusting mechanism, 114: fluid chamber, 115: second flow path, 116: second Pressure adjusting mechanism, 118: guide ring, 118a: holding piece, 119: polishing cloth, 120: annular groove, 122: pressing ring, 124: third fluid chamber, 126: third channel, 128: third Pressure adjustment mechanism, 200: base, 202A: first polishing stage, 202B: second polishing stage, 202C: third polishing stage, 204: load / unload stage, 206: cassette stage, 08: head drive mechanism, 222: polishing head, 224a: top plate portion, 226: elastic body, 226c: outer peripheral portion, 228: backup flange, 228a: convex portion, 228b: concave portion, 230: fluid chamber, 234: fluid chamber 238: backing pad, 239: retainer ring, 240: pressing means, 242: polishing cloth, D: polishing head axis, W: wafer.
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