(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-06-30
(45)【発行日】2023-07-10
(54)【発明の名称】研磨装置
(51)【国際特許分類】
B24B 37/34 20120101AFI20230703BHJP
B24B 37/10 20120101ALI20230703BHJP
B24B 49/10 20060101ALI20230703BHJP
H01L 21/304 20060101ALI20230703BHJP
【FI】
B24B37/34
B24B37/10
B24B49/10
H01L21/304 622G
H01L21/304 621B
(21)【出願番号】P 2019170282
(22)【出願日】2019-09-19
【審査請求日】2022-07-07
(73)【特許権者】
【識別番号】500171707
【氏名又は名称】株式会社ブイ・テクノロジー
(74)【代理人】
【識別番号】100170070
【氏名又は名称】坂田 ゆかり
(72)【発明者】
【氏名】松本 隆徳
(72)【発明者】
【氏名】▲桑▼原 充
(72)【発明者】
【氏名】中田 佳博
【審査官】城野 祐希
(56)【参考文献】
【文献】特開2004-195629(JP,A)
【文献】特開2016-087713(JP,A)
【文献】特開2001-096455(JP,A)
【文献】特開2003-236744(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B24B 37/34
B24B 37/10
B24B 49/10
H01L 21/304
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
上面に研磨パッドが設けられ、第1方向に回転可能に設けられた定盤と、
ウェハの裏面を保持しながら、前記研磨パッドに前記ウェハの表面を押圧して前記ウェハを研磨する研磨ヘッドであって、前記第1方向に回転可能に設けられた研磨ヘッドと、
前記ウェハの前記研磨ヘッドからの飛び出しを検出するスリップアウトセンサであって、静電容量型の近接センサであるスリップアウトセンサと、
を備え、
前記スリップアウトセンサは、前記研磨ヘッドの外側かつ前記研磨ヘッドの外周面に隣接する位置のうちの前記定盤の回転方向下流側に設けられて
おり、
前記研磨ヘッドは、第1研磨ヘッド及び第2研磨ヘッドを有し、
前記スリップアウトセンサは、第1スリップアウトセンサ及び第2スリップアウトセンサを有し、
前記第1研磨ヘッドに隣接して前記第1スリップアウトセンサが設けられており、前記第2研磨ヘッドに隣接して前記第2スリップアウトセンサが設けられており、
平面視において、前記第1研磨ヘッド及び前記第1スリップアウトセンサと、前記第2研磨ヘッド及び前記第2スリップアウトセンサは、前記定盤の中心に対して点対称な位置に配置される
ことを特徴とする研磨装置。
【請求項2】
平面視において、前記第1研磨ヘッド及び前記第2研磨ヘッドの中心は、前記定盤の中
心を中心とした第1円と重なり、
平面視において、前記第1スリップアウトセンサは、前記第1研磨ヘッドの中心におけ
る前記第1円の接線上に配置されており、
平面視において、前記第2スリップアウトセンサは、前記第2研磨ヘッドの中心におけ
る前記第1円の接線上に配置されている
ことを特徴とする請求項
1に記載の研磨装置。
【請求項3】
平面視において、前記第1研磨ヘッド及び前記第2研磨ヘッドの中心は、前記定盤の中
心を中心とした第1円と重なり、
平面視において、前記第1スリップアウトセンサ及び前記第2スリップアウトセンサは
、前記第1円上に配置されている
ことを特徴とする請求項
1に記載の研磨装置。
【請求項4】
前記研磨ヘッドは、前記ウェハが前記研磨パッド上にあるか否かを検出する置き忘れ防
止センサを有し、
前記置き忘れ防止センサは、静電容量型の近接センサであり、前記スリップアウトセン
サに隣接して設けられており、
前記スリップアウトセンサと前記置き忘れ防止センサは、前記研磨ヘッドの前記定盤と
対向する面からの距離が異なるように配置されている
ことを特徴とする請求項1から
3のいずれか一項に記載の研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、研磨装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、光電センサを用いてウェハの飛び出しを検知する研磨装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ヘッドでウェハを保持する研磨装置においては、何らかの拍子でウェハの保持が外れてウェハがヘッドから飛び出してしまう(スリップアウト)場合がある。スリップアウトが発生すると、装置を構成する各種部品やウェハの破損につながるおそれがあるため、スリップアウトを検出する必要がある。
【0005】
しかしながら、光電センサを用いる場合には、研磨パッド上に存在する流体を検知してしまうため、スリップアウトが発生していないにもかかわらずスリップアウトが発生したと誤って検出するおそれがある。
【0006】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、誤検出を減らし、精度よくスリップアウトを検出することができる研磨装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、本発明に係る研磨ヘッドは、例えば、上面に研磨パッドが設けられ、第1方向に回転可能に設けられた定盤と、ウェハの裏面を保持しながら、前記研磨パッドに前記ウェハの表面を押圧して前記ウェハを研磨する研磨ヘッドであって、前記第1方向に回転可能に設けられた研磨ヘッドと、前記ウェハの前記研磨ヘッドからの飛び出しを検出するスリップアウトセンサであって、静電容量型の近接センサであるスリップアウトセンサと、を備え、前記スリップアウトセンサは、前記研磨ヘッドの外側かつ前記研磨ヘッドの外周面に隣接する位置のうちの前記定盤の回転方向下流側に設けられていることを特徴とする。
【0008】
本発明に係る研磨ヘッドによれば、ウェハの研磨ヘッドからの飛び出しを検出するスリップアウトセンサは、静電容量型の近接センサであり、研磨ヘッドの外側かつ研磨ヘッドの外周面に隣接する位置のうちの定盤の回転方向下流側に設けられている。これにより、誤検出を減らし、精度よくスリップアウトを検出することができる。
【0009】
ここで、前記研磨ヘッドは、第1研磨ヘッド及び第2研磨ヘッドを有し、前記スリップアウトセンサは、第1スリップアウトセンサ及び第2スリップアウトセンサを有し、前記第1研磨ヘッドに隣接して前記第1スリップアウトセンサが設けられており、前記第2研磨ヘッドに隣接して前記第2スリップアウトセンサが設けられており、平面視において、前記第1研磨ヘッド及び前記第1スリップアウトセンサと、前記第2研磨ヘッド及び前記第2スリップアウトセンサは、前記定盤の中心に対して点対称な位置に配置されてもよい。これにより、2つのスリップアウトセンサを同条件下に配置して、2つのスリップアウトセンサの検出精度を略一致させることができる。
【0010】
ここで、平面視において、前記第1研磨ヘッド及び前記第2研磨ヘッドの中心は、前記定盤の中心を中心とした第1円と重なり、平面視において、前記第1スリップアウトセンサは、前記第1研磨ヘッドの中心における前記第1円の接線上に配置されており、平面視において、前記第2スリップアウトセンサは、前記第2研磨ヘッドの中心における前記第1円の接線上に配置されていてもよい。これにより、ウェハのスリップアウトが検出しやすくなる。
【0011】
ここで、平面視において、前記第1研磨ヘッド及び前記第2研磨ヘッドの中心は、前記定盤の中心を中心とした第1円と重なり、平面視において、前記第1スリップアウトセンサ及び前記第2スリップアウトセンサは、前記第1円上に配置されていてもよい。これにより、ウェハのスリップアウトが検出しやすくなる。
【0012】
ここで、前記研磨ヘッドは、前記ウェハが前記研磨パッド上にあるか否かを検出する置き忘れ防止センサを有し、前記置き忘れ防止センサは、静電容量型の近接センサであり、前記スリップアウトセンサに隣接して設けられており、前記スリップアウトセンサと前記置き忘れ防止センサは、前記研磨ヘッドの前記定盤と対向する面からの距離が異なるように配置されていてもよい。これにより、スリップアウトだけでなく、ウェハが研磨パッド上にあるか否か(すなわち、置き忘れ)についても検出することができる。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、誤検出を減らし、精度よくスリップアウトを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【
図2】研磨ヘッド10及び定盤20の概略を示す断面図である。
【
図3】研磨ヘッド10及びスリップアウトセンサ15の概略を示す側面図である。
【
図4】研磨ヘッド10、スリップアウトセンサ15及び定盤20の概略を示す斜視図である。
【
図5】研磨ヘッド10、スリップアウトセンサ15及び定盤20の概略を示す平面図である。
【
図6】研磨装置2における研磨ヘッド10、スリップアウトセンサ15及び定盤20の概略を示す平面図である。
【
図7】研磨装置3における研磨ヘッド10、スリップアウトセンサ15及び置き忘れ防止センサ16の概略を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明は、例えば、化学的機械的研磨、いわゆるCMP(Chemical Mecanical Polishing)技術により、ウェハ(基板)を研磨する研磨装置である。化学機械研磨においては、ウェハの表面を機械的に削ると同時に、研磨液がウェハの表面と化学反応して研磨を行う。また、本発明のウェハは、シリコンウェハ、GaN(窒化ガリウム)SiC(シリコンカーバイド)ウェハ、GaAs(ヒ化ガリウム)ウェハ、GaP(リン化ガリウム)ウェハ等様々な材料で形成されたウェハを含む。なお、CMPは一例であり、本発明は、例えば、通常の研磨を方法によりウェハを研磨する研磨装置であってもよい。
【0016】
<第1の実施の形態>
図1は、研磨装置1の概略を示す斜視図である。研磨装置1は、主として、ウェハW(
図1では図示せず)の裏面を保持する研磨ヘッド10と、定盤20と、スラリ供給部30を有する。
【0017】
定盤20の上面には、ウェハWを研磨するための研磨パッド21が設けられている。スラリ供給部30は、研磨パッド21上にスラリ(研磨粒子を含んだ研磨液)を供給するものであり、定盤20と共に回転する。
【0018】
研磨装置1は、4個の定盤20を有する。また、1つの定盤20に対して、2個の研磨ヘッド10及びスラリ供給部30が設けられている。なお、研磨装置1が有する定盤20の数は4個に限られず、また、1つの定盤20に対して設けられている研磨ヘッド10及びスラリ供給部30の数も2個に限られない。
【0019】
研磨ヘッド10及び定盤20は、時計回り又は反時計回りに回転可能に設けられている。本実施の形態では、平面視において研磨ヘッド10及び定盤20は反時計回りに回転する(
図1の矢印参照)。
【0020】
図2は、研磨ヘッド10及び定盤20の概略を示す断面図である。研磨ヘッド10は、主として、ヘッド本体部11と、リテーナリング12と、チャックプレート13と、バッキング材14と、スリップアウトセンサ15(
図3参照)と、を有する。
【0021】
ヘッド本体部11の内部には、エア室11aが設けられている。圧縮空気は、図示しないエア供給源からエア室11aに供給される。圧縮空気がエア室11aに滞留することで、圧縮空気がウェハWの全面を均一に押圧する。
【0022】
リテーナリング12は、ヘッド本体部11の下方に設けられた略円環形状の部材である。リテーナリング12の中空部は、バッキング材14及びウェハWが収容される凹部12aである。
【0023】
チャックプレート13は、金属(例えば、ステンレス)又はセラミックにより形成された略円板形状の板状部であり、バッキング材14のウェハWが当接しない面に当接する。
【0024】
バッキング材14は、略円板形状の薄膜状(シート状)の部材であり、可撓性及び弾性を有する。バッキング材14は、チャックプレート13の下側(定盤20側)の面に当接しており、凹部12aの内部に設けられている。バッキング材14には、例えば、スエードや、発泡ポリウレタン製のシートを用いることができる。バッキング材14は、加圧により厚さが微小に変化する。バッキング材14は、例えば発泡ポリウレタン製のシートを薄くスライスすることにより形成され、表面に微小な空洞が多数存在する。バッキング材14の表面に水を塗布し、ウェハWをバッキング材14に押圧すると、空洞内の水が外部に排出されたときに生じる陰圧及び水の表面張力により、ウェハWがバッキング材14に固定される。
【0025】
研磨装置1においては、研磨パッド21を貼り付けた定盤20を回転させ、研磨パッド21上にスラリを供給しつつ、研磨ヘッド10に保持されたウェハWを回転させながら研磨パッド21にウェハWの表面を押圧して、ウェハWやウェハWの表面に形成された絶縁膜や金属膜の層を研磨する。
【0026】
次に、スリップアウトセンサ15について説明する。
図3は、研磨ヘッド10及びスリップアウトセンサ15の概略を示す側面図である。
【0027】
スリップアウトセンサ15は、ウェハWの研磨ヘッド10からの飛び出しを検出するセンサである。スリップアウトセンサ15には、静電容量型の近接センサが用いられる。
【0028】
スリップアウトセンサ15は、研磨ヘッド10の外周面に隣接して設けられている。また、スリップアウトセンサ15は、先端が、研磨ヘッド10(ここでは、リテーナリング12)の下側の面12b(定盤20と対向する面)から突出しないように設けられている。本実施の形態では、リテーナリング12の厚さが略20mmであり、スリップアウトセンサ15と面12bとの距離h1は約5mm~略8mmである。なお、距離h1は、スリップアウトセンサ15の種類等により変化する。
【0029】
図4は、研磨ヘッド10、スリップアウトセンサ15及び定盤20の概略を示す斜視図である。
図4では、スラリ供給部30の図示を省略している。
【0030】
研磨ヘッド10は、研磨ヘッド10A及び研磨ヘッド10Bを有し、スリップアウトセンサ15は、スリップアウトセンサ15A及びスリップアウトセンサ15Bを有する。研磨ヘッド10Aに隣接してスリップアウトセンサ15Aが設けられており、研磨ヘッド10Bに隣接してスリップアウトセンサ15Bが設けられている。
【0031】
スリップアウトセンサ15Aは、取付部材17Aにより、研磨装置1の筐体31に固定されている。また、スリップアウトセンサ15Bは、取付部材17Bにより筐体31に固定されている。つまり、研磨ヘッド10A、10Bが回転しても、スリップアウトセンサ15A、15Bは回転しない。
【0032】
スリップアウトセンサ15A、15Bは、それぞれ、研磨ヘッド10A、10Bの外側かつ研磨ヘッド10A、10Bの外周面に隣接して設けられている。また、スリップアウトセンサ15A、15Bは、それぞれ、定盤20の回転方向下流側に設けられている。定盤20は反時計回りに回転しているため、スリップアウトセンサ15Aは、
図4において、研磨ヘッド10Aの奥側に設けられており、スリップアウトセンサ15Bは、
図4において、研磨ヘッド10Bの手前側に設けられている。
【0033】
ウェハWが研磨ヘッド10から飛び出すときは、定盤20の回転に沿って、定盤20の回転方向下流側に飛び出す。したがって、スリップアウトセンサ15A、15Bを、研磨ヘッド10A、10Bの定盤20の回転方向下流側に設けるようにしている。
【0034】
図5は、研磨ヘッド10、スリップアウトセンサ15及び定盤20の概略を示す平面図である。研磨ヘッド10A、10Bは、平面視において、研磨ヘッド10A、10Bの中心axA、axBが、定盤20の中心20axを中心とする円Sと重なるように配置されている。
【0035】
スリップアウトセンサ15A、15Bは、それぞれ、定盤20の回転方向下流側に設けられている。定盤20は反時計回りに回転しているため、
図5に示す平面視において、研磨ヘッド10Aを示す円のうち、定盤20の中心20axと研磨ヘッド10Aの中心axAを通る線(線L)よりも上側の半円部分が定盤20の回転方向下流側に相当し、研磨ヘッド10Bを示す円のうち、定盤20の中心20axと研磨ヘッド10Bの中心axBを通る線(線L)よりも下側の半円部分が定盤20の回転方向下流側に相当する。
【0036】
また、スリップアウトセンサ15Aは、平面視において、研磨ヘッド10Aの中心axAにおける円Sの接線TA上に配置されている。また、スリップアウトセンサ15Bは、平面視において、研磨ヘッド10Bの中心axBにおける円Sの接線TB上に配置されている。接線TA、TBに沿ってウェハWが研磨ヘッド10から飛び出しやすいため、スリップアウトセンサ15A、15Bをそれぞれ接線TA、TB上に設けることにより、ウェハWのスリップアウトが検出しやすくなる。
【0037】
また、研磨ヘッド10A及びスリップアウトセンサ15Aと、研磨ヘッド10B及びスリップアウトセンサ15Bとは、平面視において、定盤20の中心20axに対して点対称な位置に配置される。これにより、研磨ヘッド10A及びスリップアウトセンサ15Aと、研磨ヘッド10B及びスリップアウトセンサ15Bとが同条件下に配置され、スリップアウトセンサ15Aでの検出精度とスリップアウトセンサ15Bでの検出精度とが略一致する。
【0038】
本実施の形態によれば、静電容量型の近接センサをスリップアウトセンサ15に用い、研磨ヘッド10の外側かつ研磨ヘッド10の外周面に隣接する位置のうちの定盤20の回転方向下流側にスリップアウトセンサ15を設けることで、誤検出を防ぎ、精度よくウェハWのスリップアウトを検出することができる。
【0039】
例えば、スリップアウトセンサに光電センサを用いる場合には、誤って流体を検知してしまう。また、スリップアウトセンサを研磨ヘッドの内側に設ける場合には、外乱の影響により誤って流体を検知してしまう。それに対し、スリップアウトセンサに静電容量型の近接センサを用い、スリップアウトセンサを研磨ヘッドの外側に設けることで、外乱の影響を受け難くし、誤検出を防ぐことができる。特に、スラリの供給量と定盤20の回転数を一定とし、流体の流れを安定させることで、外乱の影響をより受け難くすることができる。
【0040】
また、本実施の形態では、平面視においてスリップアウトセンサ15A、15Bをそれぞれ接線TA、TB上に設けることで、ウェハWが研磨ヘッド10から飛び出したことをより確実に検出することができる。
【0041】
<第2の実施の形態>
本発明の第1の実施の形態は、スリップアウトセンサ15A、15Bを、研磨ヘッド10A、10Bの中心axA、axBにおける円Sの接線TA、TB上に配置したが、スリップアウトセンサ15A、15Bの配置はこれに限られない。
【0042】
本発明の第2の実施の形態は、スリップアウトセンサ15A、15Bを円S上に配置する形態である。以下、第2の実施の形態にかかる研磨装置2について説明する。なお、第1の実施の形態と同一の部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
【0043】
図6は、研磨装置2における研磨ヘッド10、スリップアウトセンサ15及び定盤20の概略を示す平面図である。研磨ヘッド10は、研磨ヘッド10A及び研磨ヘッド10Bを有する。スリップアウトセンサ15は、スリップアウトセンサ15A及びスリップアウトセンサ15Bを有する。研磨ヘッド10Aに隣接してスリップアウトセンサ15Aが設けられており、研磨ヘッド10Bに隣接してスリップアウトセンサ15Bが設けられている。スリップアウトセンサ15A、15Bは、それぞれ、研磨ヘッド10A、10Bの外側かつ研磨ヘッド10A、10Bの外周面に隣接した位置に設けられている。
【0044】
研磨ヘッド10A及びスリップアウトセンサ15Aと、研磨ヘッド10B及びスリップアウトセンサ15Bとは、平面視において、定盤20の中心20axに対して点対称な位置に配置される。
【0045】
スリップアウトセンサ15A、15Bは、それぞれ、定盤20の回転方向下流側に設けられている。定盤20は反時計回りに回転しているため、
図6に示す平面視において、研磨ヘッド10Aについては、線Lよりも上側の半円部分が定盤20の回転方向下流側に相当し、研磨ヘッド10Bについては、線Lよりも下側の半円部分が定盤20の回転方向下流側に相当する。また、スリップアウトセンサ15A、15Bは、平面視において、それぞれ円S上に配置されている。定盤20の回転数によっては、円Sに沿ってウェハWが研磨ヘッド10から飛び出しやすいため、スリップアウトセンサ15A、15Bをそれぞれ円S上に設けることにより、ウェハWのスリップアウトが検出しやすくなる。
【0046】
<第3の実施の形態>
本発明の第3の実施の形態は、置き忘れ防止センサをさらに備えた形態である。以下、第3の実施の形態にかかる研磨装置3について説明する。なお、第1の実施の形態と同一の部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
【0047】
図7は、研磨装置3における研磨ヘッド10、スリップアウトセンサ15及び置き忘れ防止センサ16の概略を示す側面図である。研磨ヘッド10に隣接して、スリップアウトセンサ15と、置き忘れ防止センサ16とが設けられている。
【0048】
置き忘れ防止センサ16は、ウェハWが研磨パッド21上にあるか否かを検出するセンサである。ウェハWが研磨パッド21上にある場合とは、例えば、研磨終了後にウェハWが取り出されずに研磨パッド21上に置き忘れられた場合である。置き忘れ防止センサ16には、スリップアウトセンサ15と同様、静電容量型の近接センサが用いられる。
【0049】
スリップアウトセンサ15及び置き忘れ防止センサ16は、研磨ヘッド10の外周面に隣接して設けられている。また、スリップアウトセンサ15及び置き忘れ防止センサ16は、先端が面12bから突出しないように設けられている。
【0050】
また、スリップアウトセンサ15と置き忘れ防止センサ16は、研磨ヘッド10の定盤20と対向する面(面12b)からの距離が異なる。スリップアウトセンサ15と面12bとの距離h1は約5mm~略8mmであり、置き忘れ防止センサ16と面12bとの距離h2は、スリップアウトセンサ15と面12bとの距離h1より小さい。
【0051】
本実施の形態によれば、スリップアウトだけでなく、ウェハWが研磨パッド21上にあるか否かについても検出することができる。
【0052】
以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【0053】
また、本発明において、「略」とは、厳密に同一である場合のみでなく、同一性を失わない程度の誤差や変形を含む概念である。例えば、略平行とは、厳密に平行の場合には限られない。また、例えば、略矩形形状とは、厳密に矩形形状の場合には限られない。また、例えば、単に平行、直交、同一等と表現する場合において、厳密に平行、直交、同一等の場合のみでなく、略平行、略直交、略同一等の場合を含むものとする。
【符号の説明】
【0054】
1、2、3:研磨装置
10、10A、10B:研磨ヘッド
11 :ヘッド本体部
11a :エア室
12 :リテーナリング
12a :凹部
12b :面
13 :チャックプレート
14 :バッキング材
15、15A、15B:スリップアウトセンサ
16 :置き忘れ防止センサ
17A、17B:取付部材
20 :定盤
21 :研磨パッド
30 :スラリ供給部
31 :筐体