JP4326985B2 - Wafer polishing method - Google Patents
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Description
本発明は、上下の定盤間でキャリアを用いてウエーハの両面を同時研磨するウエーハ研磨方法に関し、更に詳しくは、研磨の終了時点を定盤の振動から正確に検出できるウエーハ研磨方法に関する。 The present invention relates to a wafer polishing method for simultaneously polishing both surfaces of a wafer using a carrier between upper and lower surface plates, and more particularly to a wafer polishing method capable of accurately detecting the end point of polishing from vibrations of the surface plate.
半導体デバイスの高集積化が急速に進み、その素材である半導体ウエーハ(以下、単にウエーハと称す)に要求される平坦度は益々厳しくなっている。また、半導体デバイスの製造コスト低減の観点からは、ウエーハの大口径化が進められているため、その平坦度の向上は一層困難なものになっている。このような事情から、ウエーハの加工プロセスにおいては、エッチング後に研削工程を導入したプロセスの提案がなされ、研削に続く鏡面研磨工程においては、従来の片面研磨より優れた加工精度を有する両面研磨方式が注目されている。 High integration of semiconductor devices is rapidly progressing, and flatness required for a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as a wafer), which is a material of the semiconductor device, is becoming increasingly severe. Further, from the viewpoint of reducing the manufacturing cost of semiconductor devices, since the diameter of the wafer is being increased, it is more difficult to improve the flatness. For this reason, in the wafer processing process, a process is proposed in which a grinding process is introduced after etching. In the mirror polishing process following grinding, a double-sided polishing method having processing accuracy superior to conventional single-side polishing is proposed. Attention has been paid.
ウエーハの両面研磨装置としては、通常、遊星歯車方式のものが使用される。この両面研磨装置は、上下一対の回転定盤と、回転定盤間の回転中心部に設けられた太陽歯車と、回転定盤間の外周部に設けられた環状の内歯歯車とを備えている。上側の回転定盤は昇降可能で、加圧用を兼ねるシリンダにより昇降駆動され、その回転方向は下側の回転定盤の回転方向と反対に設定されている。上下の回転定盤の対向面には、それぞれ研磨布が貼付されている。 As a wafer double-side polishing apparatus, a planetary gear type is usually used. This double-side polishing apparatus includes a pair of upper and lower rotating surface plates, a sun gear provided at the center of rotation between the rotating surface plates, and an annular internal gear provided at the outer peripheral portion between the rotating surface plates. Yes. The upper rotary platen can be moved up and down, and is driven up and down by a cylinder that also serves as a pressurizing cylinder, and the rotation direction is set opposite to the rotation direction of the lower rotary platen. A polishing cloth is affixed to the opposing surfaces of the upper and lower rotating surface plates.
研磨作業では、上側の回転定盤を上昇させた状態で、下側の回転定盤上の回転中心回りに複数のキャリアをセットすると共に、各キャリアにウエーハをセットする。遊星歯車である複数のキャリアは、内側の太陽歯車及び外側の内歯歯車にそれぞれ噛み合っており、その回転中心から偏心した位置のホールと呼ばれるウエーハ収容孔にウエーハを回転自在に収容する。定盤上のキャリアにウエーハをセットする代わりに、事前にキャリアにウエーハを組合せ、両者を同時に定盤上にセットする場合もある。 In the polishing operation, a plurality of carriers are set around the rotation center on the lower rotating surface plate with the upper rotating surface plate raised, and a wafer is set on each carrier. A plurality of carriers that are planetary gears mesh with the inner sun gear and the outer internal gear, respectively, and rotatably accommodate the wafer in a wafer accommodation hole called a hole that is eccentric from the rotation center. Instead of setting the wafer on the carrier on the surface plate, the wafer may be combined with the carrier in advance and both may be set on the surface plate at the same time.
キャリア及びウエーハのセットが終わると、上側の回転定盤をゆっくり下降させ、複数の半導体ウエーハを上下の回転定盤間に所定圧力で挟む。そして、回転定盤間に研磨液を供給しながら回転定盤、太陽歯車及び内歯歯車を回転させる。これにより、複数のキャリアは逆方向に回転する回転定盤の間で自転しつつ太陽歯車の回りを公転する。こうして、複数のウエーハの両面が同時に研磨される。 When the setting of the carrier and the wafer is completed, the upper rotating surface plate is slowly lowered, and a plurality of semiconductor wafers are sandwiched between the upper and lower rotating surface plates with a predetermined pressure. Then, the rotating surface plate, the sun gear, and the internal gear are rotated while supplying the polishing liquid between the rotating surface plates. As a result, the plurality of carriers revolve around the sun gear while rotating between the rotating surface plates rotating in the opposite directions. Thus, both surfaces of the plurality of wafers are polished simultaneously.
ここで使用されるキャリアの厚みは、研磨プロセスの全体にわたって所定の圧力がウエーハへ確実に付加されるように、ウエーハの最終仕上がり厚み(目標厚)より十分に薄く設定されている。具体的に言えば、最終仕上がり厚みが750μmの12インチウエーハの場合、これに組み合わされるキャリアの厚みは650μm程度である。また、キャリアの材質としては、ガラス繊維で強化された樹脂、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ナイロン樹脂の他、ステンレス鋼が主に使用されている。 The thickness of the carrier used here is set sufficiently thinner than the final finished thickness (target thickness) of the wafer so that a predetermined pressure is reliably applied to the wafer throughout the polishing process. Specifically, in the case of a 12-inch wafer having a final finished thickness of 750 μm, the thickness of the carrier combined therewith is about 650 μm. Further, as the material of the carrier, stainless steel is mainly used in addition to a resin reinforced with glass fiber, for example, epoxy resin, phenol resin, nylon resin.
このようなウエーハの両面鏡面研磨工程では、平坦度の改善のみならず、前工程までの加工歪みの除去と表面粗さの矯正のために、研磨量が重要な管理項目とされており、その管理について、従来は経験に基づく研磨時間の管理により行われていた。 In such a double-sided mirror polishing process for wafers, the polishing amount is an important management item not only for improving flatness but also for removing processing distortion and correcting surface roughness up to the previous process. Conventionally, the management is performed by managing the polishing time based on experience.
すなわち、鏡面研磨工程における研磨レートは研磨条件によって大きく異なり、特に研磨布のライフや研磨液の劣化などによるコンディションの変化に大きく左右される。このため、バッチ毎或いはプロセス毎に鏡面研磨の前後で、装置外に設けた自動又は手動の厚み計でウエーハ厚みの測定を行い、その差である研磨量と研磨時間とから研磨速度を算出し、所定の研磨量を確保するべく次バッチ又は次プロセスでの研磨時間を設定する実績に基づくフィードバック制御が行われている。 That is, the polishing rate in the mirror polishing process varies greatly depending on the polishing conditions, and particularly depends greatly on changes in the condition due to the life of the polishing cloth and the deterioration of the polishing liquid. For this reason, before and after mirror polishing for each batch or process, the wafer thickness is measured with an automatic or manual thickness gauge provided outside the apparatus, and the polishing rate is calculated from the polishing amount and polishing time that are the difference between them. In order to ensure a predetermined polishing amount, feedback control is performed based on the results of setting the polishing time in the next batch or the next process.
そして、鏡面研磨工程前に研削工程を導入するプロセスの提案により、研削後のウエーハ間の厚みバラツキが飛躍的に改善された結果、ウエーハの厚みデータが既知情報として鏡面研磨工程に供されるようになり、研磨前の厚み測定については割愛することが可能になった。 And by proposing a process that introduces a grinding process before the mirror polishing process, the thickness variation between the wafers after grinding has been dramatically improved. As a result, the wafer thickness data can be used as the known information for the mirror polishing process. Thus, the thickness measurement before polishing can be omitted.
しかし、剛体からなる上下の回転定盤間で直接両面を加工し、それらの定盤間隔によりウエーハ厚を検出できるラッピング工程と異なり、粘弾性体からなる研磨布を介してウエーハの両面を加圧し加工する鏡面研磨工程の場合は、定盤間隔によるインプロセスでのウエーハ厚の検出が不可能であり、定寸研磨ができない。即ち、ウエーハ厚が目標値に一致する研磨終了時点の正確な検出が困難である。 However, unlike the lapping process in which both sides are processed directly between the upper and lower rotating surface plates made of a rigid body and the wafer thickness can be detected by the interval between the surface plates, both surfaces of the wafer are pressed through a polishing cloth made of a viscoelastic material. In the case of the mirror polishing process to be processed, it is impossible to detect the wafer thickness in-process by the surface plate interval, and it is impossible to perform fixed-size polishing. That is, it is difficult to accurately detect the polishing end point when the wafer thickness matches the target value.
このため、ウエーハ厚が目標値に一致する研磨終了時点を正確に推定する技術について各方面で様々な研究が進められており、その一つが特許文献1に示すような音響測定による研磨終了時点の管理であり、今一つは特許文献2に示すような定盤駆動トルクの変化を検知する方法である。
For this reason, various researches have been conducted in various fields regarding a technique for accurately estimating the polishing end point at which the wafer thickness matches the target value, one of which is the polishing end point by acoustic measurement as shown in Patent Document 1. The other is a method of detecting a change in the surface plate driving torque as shown in
特許文献1に示す音響測定による方法の場合、ウエーハの研磨作業が様々な騒音の中で行なわれるため、ウエーハの研磨に直接関係する周波数を見つけ出すのが困難であり、また、そのような周波数が存在したとしても、レベル変化が少なくバラツキも大きい。このため、正確な研磨終了時点の判定は困難である。また、特許文献1では、音響測定器を研磨布上の研磨液に漬浸する必要があり、測定作業自体も容易でない。 In the case of the method based on acoustic measurement shown in Patent Document 1, since the wafer polishing operation is performed in various noises, it is difficult to find a frequency directly related to the wafer polishing. Even if it exists, the level change is small and the variation is large. For this reason, it is difficult to accurately determine the polishing end point. Moreover, in patent document 1, it is necessary to immerse an acoustic measuring device in the polishing liquid on polishing cloth, and the measurement operation itself is not easy.
一方、特許文献2に示すトルク変化による方法では、従来より厚いキャリアを使用する。具体的には、ウエーハの目標厚(仕上がり厚)と同じかこれより僅かに薄いキャリアを使用する。即ち、従来は、研磨プロセスの全体にわたって所定の圧力が確実にウエーハへ付加されるように、ウエーハに組み合わされるキャリアの厚みは、そのウエーハの目標厚より十分に薄く設定される。これにより、ウエーハの厚みが目標値に達した時点でも、上下の研磨布はウエーハにのみ圧接し、キャリアの上下面には実質的に接触しない。このため、上側の回転定盤からの所定の加圧力が、研磨終了までウエーハのみに付加されることになる。
On the other hand, in the method based on torque change shown in
ここでもし、ウエーハの厚みが目標値に達した後も研磨を続けると、ウエーハが更に薄くなる。キャリアとほぼ同じ厚みまで研磨が進行すると、上側の回転定盤からの加圧力がウエーハ及びキャリアの両方に付加され、分散される。また、常時、上側の回転定盤を経由して回転定盤間に供給されていた研磨液の逃げ場がなくなり、上側の回転定盤を持ち上げる方向に背圧が発生するため、ハイドロプレーン研磨(スリップ研磨)の状態になり、ウエーハに付加される圧力が激減する。その結果、研磨が実質的に停止する。また、上下の回転定盤を駆動するモータのトルクが急激に低下する。更に、この状態では、キャリアの上下面に研磨布が接触するものの、ハイドロプレーン研磨のため、キャリアが研磨布から受けるダメージは意外に軽微である。 Here, if the polishing is continued even after the wafer thickness reaches the target value, the wafer becomes thinner. When polishing progresses to approximately the same thickness as the carrier, the applied pressure from the upper rotating surface plate is applied to both the wafer and the carrier and dispersed. In addition, there is always no escape space for the polishing liquid supplied between the rotating surface plates via the upper rotating surface plate, and back pressure is generated in the direction of lifting the upper rotating surface plate. The pressure applied to the wafer is drastically reduced. As a result, polishing is substantially stopped. In addition, the torque of the motor that drives the upper and lower rotating surface plates is abruptly reduced. Further, in this state, although the polishing cloth is in contact with the upper and lower surfaces of the carrier, the damage that the carrier receives from the polishing cloth is surprisingly small due to hydroplane polishing.
これらの事実に着目し、ウエーハの仕上がり厚さと同等まで厚くしたキャリアを使用して、ウエーハ厚がキャリア厚と同等になった時点から始まる定盤駆動トルクの急激な低下から、研磨終了時点を検知するのが、特許文献2に示すトルク変化による方法である。
Focusing on these facts, using a carrier thickened to the same thickness as the finished wafer thickness, the polishing end point is detected from the rapid decrease in the surface plate drive torque that begins when the wafer thickness becomes equal to the carrier thickness. The method based on torque change shown in
しかしながら、この方法も実際の操業では十分に機能しないことが少なくない。なぜなら、実際の操業では、回転定盤を駆動するモータのトルク変化はそれほど大きくなく、正確な研磨終了時点の判定が容易でないからである。このため、ウエーハ厚が目標値に達しない事態や、キャリアが過度に研磨される事態が発生する。ハイドロプレーン研磨のため、キャリアが研磨布から受けるダメージが軽微とは言え、繰り返し過剰な研磨を受けると、キャリアの寿命が短くなるのを避け得ない。 However, this method often does not function sufficiently in actual operation. This is because in actual operation, the torque change of the motor that drives the rotating surface plate is not so large, and it is not easy to accurately determine the end point of polishing. For this reason, the situation where the wafer thickness does not reach the target value or the situation where the carrier is excessively polished occur. Although the carrier receives slight damage from the polishing cloth due to hydroplane polishing, it is inevitable that if the carrier is repeatedly excessively polished, the life of the carrier is shortened.
本発明の目的は、上下の定盤間でキャリアを用いてウエーハの両面を同時研磨する際の、研磨の進行状況を正確に推定できるウエーハ研磨方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a wafer polishing method capable of accurately estimating the progress of polishing when simultaneously polishing both surfaces of a wafer using a carrier between upper and lower surface plates.
上記目的を達成するために、本発明者らは定盤振動の周波数分布、特にその周波数分布の研磨の進行に伴う経時的変化に着目した。即ち、定盤振動の周波数分布に着目した場合、大半の周波数の振動は研磨の進行に対して規則性、再現性を示さず、研磨の進行状況を反映しない。ところが、種々の調査から、僅かの種類ではあるが、研磨の進行状況に対応してレベルが上がる周波数が存在することを突き止めた。特に、前述した厚み制御されたキャリアを使用した場合に、この傾向が顕著となり、研磨の進行状況に正確に対応する周波数が存在するようになることを知見した。 In order to achieve the above object, the present inventors paid attention to the frequency distribution of the surface plate vibration, in particular, the change over time of the frequency distribution accompanying the progress of polishing. That is, when attention is paid to the frequency distribution of the surface plate vibration, vibrations of most frequencies do not show regularity and reproducibility with respect to the progress of polishing and do not reflect the progress of polishing. However, from various investigations, it has been found that there are frequencies that increase in level according to the progress of polishing, although there are only a few types. In particular, it has been found that when the above-described thickness-controlled carrier is used, this tendency becomes prominent, and there is a frequency that accurately corresponds to the progress of polishing.
本発明のウエーハ研磨方法は、かかる知見に基づいて開発されたものであり、以下の構成を有する。
本発明のウエーハ研磨方法は、研磨すべきウエーハをキャリアに保持して上下の回転定盤間で運動させることにより、前記半導体ウエーハの両面を同時に研磨するウエーハ研磨方法において、
キャリアの厚みをウエーハの仕上がり目標厚と同一か6μm以下の範囲内で目標厚より薄く設定するとともに、
前記ウエーハの研磨に伴う定盤振動のなかから研磨の進行度を反映して振動レベルが変化する1又は複数の特定周波数を予め選択しておき、研磨中に前記特定周波数の振動レベル変化を検出し、その振動レベル変化から研磨の進行度を推定し、
前記特定周波数は、キャリア内でのウエーハ運動に起因する振動であることを特徴とする。
本発明は、前記特定周波数の振動レベルが所定レベルに達した時点を研磨終了時点と見なすことができる。
本発明は、研磨すべきウエーハをキャリアに保持して上下の回転定盤間で運動させることにより、前記半導体ウエーハの両面を同時に研磨するウエーハ研磨方法において、
キャリアの厚みをウエーハの仕上がり目標厚と同一か6μm以下の範囲内で目標厚より薄く設定するとともに、
前記ウエーハの研磨に伴う定盤振動のなかから研磨の進行度を反映して振動レベルが変化する1又は複数の特定周波数を予め選択しておき、研磨中に前記特定周波数の振動レベル変化を検出し、その振動レベル変化から研磨の進行度を推定し、
前記特定周波数が、キャリアと研磨布の摩擦に起因するものとウエーハと研磨布の摩擦に起因するものとされることを特徴とする。
本発明は、前記両方の特定周波数の振動レベル比が一定になった時点を研磨終了時点と見なすことができる。
本発明は、研磨すべきウエーハをキャリアに保持して上下の回転定盤間で運動させることにより、前記半導体ウエーハの両面を同時に研磨するウエーハ研磨方法において、
キャリアの厚みをウエーハの仕上がり目標厚と同一か6μm以下の範囲内で目標厚より薄く設定するとともに、
前記ウエーハの研磨に伴う定盤振動のなかから研磨の進行度を反映して振動レベルが変化する1又は複数の特定周波数を予め選択しておき、研磨中に前記特定周波数の振動レベル変化を検出し、その振動レベル変化から研磨の進行度を推定し、
前記特定周波数が、研磨開始当初から徐々にレベルアップするものと、研磨後半に急激にレベルアップするものとされ、
両者が同一レベルになる時点或いは特定比率を満足する時点を研磨終了時点と見なすことを特徴とする。
本発明は、あらかじめ最大研磨時間を設定しておき、前記振動レベルが研磨終了レベルに到達しなくても、最大研磨時間に到達した時点で研磨を終了することができる。
本発明は、研磨すべき半導体ウエーハをキャリアに保持して上下の回転定盤間で運動させることにより、前記半導体ウエーハの両面を同時に研磨するウエーハ研磨方法において、前記ウエーハの研磨に伴う定盤振動のなから研磨の進行度を反映して振動レベルが変化する1又は複数の特定周波数を予め選択しておき、研磨中に前記特定周波数の振動レベル変化を検出し、その振動レベル変化から研磨の進行度を推定するものである。
The wafer polishing method of the present invention has been developed based on such knowledge and has the following configuration.
The wafer polishing method of the present invention is a wafer polishing method for polishing both surfaces of the semiconductor wafer simultaneously by holding the wafer to be polished on a carrier and moving it between upper and lower rotating surface plates.
Set the thickness of the carrier to be the same as the target thickness of the wafer or less than the target thickness within the range of 6 μm or less.
One or a plurality of specific frequencies whose vibration level changes reflecting the progress of polishing are selected in advance from the surface plate vibration accompanying polishing of the wafer, and the vibration level change of the specific frequency is detected during polishing. Then, the progress of polishing is estimated from the vibration level change,
The specific frequency is a vibration caused by wafer motion in a carrier.
In the present invention, a point in time when the vibration level of the specific frequency reaches a predetermined level can be regarded as a polishing end point.
The present invention provides a wafer polishing method for simultaneously polishing both surfaces of the semiconductor wafer by holding the wafer to be polished on a carrier and moving the wafer between upper and lower rotating surface plates.
Set the thickness of the carrier to be the same as the target thickness of the wafer or less than the target thickness within the range of 6 μm or less.
One or a plurality of specific frequencies whose vibration level changes reflecting the progress of polishing are selected in advance from the surface plate vibration accompanying polishing of the wafer, and the vibration level change of the specific frequency is detected during polishing. Then, the progress of polishing is estimated from the vibration level change,
The specific frequency is caused by friction between the carrier and the polishing pad and by the friction between the wafer and the polishing pad.
In the present invention, the time point when the vibration level ratio of both the specific frequencies becomes constant can be regarded as the polishing end point.
The present invention provides a wafer polishing method for simultaneously polishing both surfaces of the semiconductor wafer by holding the wafer to be polished on a carrier and moving the wafer between upper and lower rotating surface plates.
Set the thickness of the carrier to be the same as the target thickness of the wafer or less than the target thickness within the range of 6 μm or less.
One or a plurality of specific frequencies whose vibration level changes reflecting the progress of polishing are selected in advance from the surface plate vibration accompanying polishing of the wafer, and the vibration level change of the specific frequency is detected during polishing. Then, the progress of polishing is estimated from the vibration level change,
The specific frequency is assumed to gradually increase from the beginning of polishing and to increase rapidly in the latter half of polishing,
A point in time when both of them become the same level or a point at which a specific ratio is satisfied is regarded as a polishing end point.
In the present invention, a maximum polishing time is set in advance, and polishing can be ended when the maximum polishing time is reached even if the vibration level does not reach the polishing end level.
The present invention provides a wafer polishing method in which a semiconductor wafer to be polished is held on a carrier and moved between upper and lower rotating surface plates to simultaneously polish both surfaces of the semiconductor wafer. Therefore, one or a plurality of specific frequencies whose vibration level changes reflecting the progress of the polishing is selected in advance, and the vibration level change of the specific frequency is detected during polishing, and the polishing level is detected based on the vibration level change. It is for estimating the degree of progress.
定盤振動の周波数分布、とりわけその研磨の進行に伴う経時的変化を詳細に調査すると、研磨の進行度を反映して振動レベルが上がる周波数が何種類かあることが分かる。特徴的なのは、研磨開始当初は低レベルであるが、研磨後半に急激にレベルアップする周波数が2〜3存在することである。これらの周波数は、研磨の進行に伴うウエーハ厚の減少により、研磨布による研磨の主体がウエーハからキャリアへ移行することによる現象と考えられ、キャリアの厚みをウエーハの目標厚と同一かこれより僅かに薄くした場合に非常に顕著となる。このことからして、研磨後半に急激にレベルアップする周波数は、キャリアとの摩擦による振動の他に、キャリアのウエーハ収容孔内でウエーハの運動が顕著化し始めることによるものと考えられる。 A detailed investigation of the frequency distribution of the platen vibration, especially the time-dependent change accompanying the progress of polishing, reveals that there are several types of frequencies that increase the vibration level reflecting the progress of polishing. What is characteristic is that there are two to three frequencies that are at a low level at the beginning of polishing but rapidly increase in the latter half of polishing. These frequencies are considered to be due to the phenomenon that the main subject of polishing by the polishing cloth shifts from the wafer to the carrier due to a decrease in the wafer thickness as the polishing progresses. The carrier thickness is equal to or slightly less than the target thickness of the wafer. It becomes very noticeable when it is made thinner. From this, it is considered that the frequency that sharply increases in the second half of the polishing is due to the fact that the movement of the wafer starts to become noticeable in the wafer accommodation hole of the carrier in addition to the vibration due to the friction with the carrier.
即ち、キャリアとして、その厚みがウエーハの仕上がり目標厚と同一かこれより僅かに薄い(好ましくは6μm以下の範囲内で薄い)、厚み制御されたものを使用すると、研磨後半は研磨布はキャリアに強く接触するようになり、キャリアとの摩擦振動が増大する一方で、キャリア内のウエーハは研磨布による拘束から開放され、キャリア内で比較的自由に動き始め、そのキャリア内のウエーハ運動に起因する振動が増大する。この周波数は研磨装置、研磨条件等に固有であり、これを予め調査して振動レベルと研磨度との関係を把握しておき、研磨中に振動レベルの測定を行なうならば、その振動レベル変化から研磨の進行度、ひいてはウエーハ厚が目標値に一致する研磨終了時点を正確に推定することが可能となる。 That is, when a carrier whose thickness is the same as or slightly thinner than the target finish thickness of the wafer (preferably thin within a range of 6 μm or less) and whose thickness is controlled is used, the polishing cloth is used as the carrier in the second half of polishing. The wafer in the carrier is released from the restraint by the polishing cloth and starts to move relatively freely in the carrier, due to the movement of the wafer in the carrier. Vibration increases. This frequency is specific to the polishing equipment, polishing conditions, etc. If this is investigated in advance to understand the relationship between the vibration level and the degree of polishing, and the vibration level is measured during polishing, the vibration level changes. From this, it is possible to accurately estimate the polishing end point at which the progress of polishing, and consequently the wafer thickness, matches the target value.
このような厚み制御されたキャリアを使用する場合は又、キャリア内のウエーハがキャリアと同等厚さになった時点でキャリア内のウエーハの運動は飽和する。その結果、キャリア内のウエーハの運動に起因する振動レベルの上昇も飽和する。この飽和を捉えることによっても研磨終了時点の把握が可能になる。 When such a thickness-controlled carrier is used, the movement of the wafer in the carrier is saturated when the wafer in the carrier becomes the same thickness as the carrier. As a result, the increase in the vibration level caused by the movement of the wafer in the carrier is saturated. By grasping this saturation, it is possible to grasp the polishing end point.
また別の種類の周波数としては、研磨開始当初より比較的高いレベルを維持し、徐々にレベルアップする周波数がある。これは、キャリアに保持されたウエーハの研磨に起因する振動と推定される。この周波数と、研磨後半に急激にレベルアップする周波数とのレベル変化を検出し、両者が特定の関係を満足する時点(例えば同一レベルになる時点或いは特定比率を満足する時点)からも、研磨の進行度、ひいてはウエーハ厚が目標値に一致する研磨終了時点を正確に推定することが可能である。 Another type of frequency is a frequency that maintains a relatively high level from the beginning of polishing and gradually increases. This is presumed to be vibration due to polishing of the wafer held by the carrier. A change in level between this frequency and a frequency that rapidly increases in the latter half of the polishing is detected, and even when the two satisfy a specific relationship (for example, when the same level or a specific ratio is satisfied) It is possible to accurately estimate the polishing end point at which the degree of progress, and thus the wafer thickness, matches the target value.
これに加え、定盤振動の検出は作業上も大変簡単である。いずれにしても、従来の、キャリア厚がウエーハの仕上がり厚みに対して十分に厚く、研磨の開始から終了まで摩擦の主体がキャリアにある場合は、特徴的な周波数が現れ難く、この点から、キャリア厚はウエーハの仕上がり厚(目標厚)と同一からこれより僅かに薄い(具体的には6μm以下の範囲内で薄い)ことが望まれる。 In addition to this, detection of surface plate vibration is very easy in terms of work. In any case, when the carrier thickness is sufficiently thick with respect to the finished thickness of the wafer and the main body of friction is from the start to the end of polishing in the carrier, a characteristic frequency hardly appears. From this point, It is desirable that the carrier thickness is the same as the finished thickness (target thickness) of the wafer and slightly smaller than this (specifically, it is thin within a range of 6 μm or less).
本発明のウエーハ研磨方法においては、従来と比べ研磨布とキャリアの間隔は小さくなり、研磨布とキャリアの接触圧も大きくなるため、キャリアの磨耗が進みやすく、厚みが小さくなれば、ウエーハの最終仕上がり厚みもその磨耗量だけ小さくなり、定寸精度に支障をきたす。キャリアの磨耗は、定盤に貼り付けられた研磨布との摩擦で起こるので、キャリアの材質としては、耐磨耗性が高く研磨布との摩擦係数が小さい材質で、且つpH8〜12のアルカリ研磨液中での耐薬品性が高いものが好ましい。このような条件を満足するキャリア材としては、ステンレス鋼の他、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド等の樹脂にガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等の強化繊維を複合したFRPを挙げることができる。 In the wafer polishing method of the present invention, the distance between the polishing cloth and the carrier is smaller than that of the conventional one, and the contact pressure between the polishing cloth and the carrier is also increased. The finished thickness is also reduced by the amount of wear, which hinders sizing accuracy. Carrier wear occurs due to friction with the polishing cloth affixed to the surface plate, so the carrier material is a material that has high wear resistance and a low friction coefficient with the polishing cloth, and an alkaline pH 8-12. Those having high chemical resistance in the polishing liquid are preferred. Examples of the carrier material satisfying such conditions include stainless steel, FRP in which a reinforcing fiber such as glass fiber, carbon fiber, or aramid fiber is combined with a resin such as epoxy resin, phenol resin, or polyimide.
本発明のウエーハ研磨方法は、ウエーハの研磨に伴う定盤振動のなから研磨の進行度を反映してレベルが変化する1又は複数の特定周波数を予め選択しておき、研磨中に前記特定周波数のレベル変化を検出し、そのレベル変化から研磨の進行度を推定することにより、ウエーハの仕上がり厚を目標値に正確に一致させることができる。これにより、研磨の過不足によるウエーハの平坦度低下等を回避できると共に、過剰研磨によるキャリアの寿命短縮等を回避でき、高品質なウエーハを経済的に製造することが可能である。 In the wafer polishing method of the present invention, one or a plurality of specific frequencies whose levels reflect the progress of polishing are selected in advance from the surface plate vibration accompanying the polishing of the wafer, and the specific frequency is determined during polishing. By detecting this level change and estimating the progress of polishing from the level change, the finished thickness of the wafer can be accurately matched with the target value. As a result, it is possible to avoid a reduction in wafer flatness due to excessive or insufficient polishing, and it is possible to avoid shortening the carrier life due to excessive polishing, and it is possible to economically manufacture a high-quality wafer.
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は本発明の一実施形態を説明するための両面研磨装置の構成図、図2は定盤振動における周波数分布及びその経時変化を示すグラフ、図3は特定周波数の経時的なレベル変化を示すグラフである。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a double-side polishing apparatus for explaining an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a graph showing a frequency distribution in a platen vibration and its change with time, and FIG. 3 is a graph showing a change in level of a specific frequency over time. It is a graph to show.
図1に示すように、両面研磨装置は、水平に支持された環状の下定盤1と、下定盤1に上方から対向する環状の上定盤2と、環状の下定盤1の内側に配置された太陽歯車3とを備えている。
As shown in FIG. 1, the double-side polishing apparatus is disposed inside an annular lower surface plate 1 that is horizontally supported, an annular
下定盤1はモータにより回転駆動される。上定盤2は、シリンダにジョイントを介して吊り下げられ、下定盤1を駆動するモータとは別のモータにより逆方向に回転駆動される。また上定盤2は、下定盤1との間に研磨液を供給するためのタンクを含む研磨液供給系統を装備している。太陽歯車3も、定盤を駆動するモータとは別のモータにより独立に回転駆動される。
The lower surface plate 1 is rotationally driven by a motor. The
下定盤1及び上定盤2の対向面には、不織布にウレタン樹脂を含浸させた研磨布、或いは発泡ウレタン等からなる研磨布が貼付されている。
On the opposing surfaces of the lower surface plate 1 and the
研磨作業では、まず、上定盤2を上昇させて下定盤1から離し、この状態で、下定盤1上に複数のキャリア4を太陽歯車3を取り囲むようにセットする。セットされた各キャリア4は、内側の太陽歯車3及び図示されない外側のリング状の内歯歯車にそれぞれ噛み合う。各キャリア4は、ウエーハ5の最終仕上がり厚みの目標値と同一か、これより僅かに薄く設定された厚み制御タイプであり、ウエーハ5を収容するホールが偏心した位置に形成されている。
In the polishing operation, first, the
下定盤1上に所定数のキャリア4をセットし、各キャリア4内にウエーハ5をセットし終わると、上定盤2を下降させ、各ウエーハ5に所定の加圧力を付加する。この状態で、下定盤1と上定盤2の間に研磨液を供給しながら、下定盤1、上定盤2、太陽歯車3及び内歯歯車を所定の方向に所定の速度で回転させる。
When a predetermined number of
これにより、下定盤1と上定盤2の間で複数のキャリア4が自転しながら太陽歯車3の周囲を公転するいわゆる遊星運動を行う。各キャリア4に保持されたウエーハ5は、研磨液中で上下の研磨布と摺接し、上下両面が同時に研磨される。研磨条件は、ウエーハ5の両面が均等に研磨されるように設定される。
As a result, a so-called planetary motion in which the plurality of
研磨作業中、回転する上定盤2の振動レベルが振動センサーである加速度センサー6により測定される。測定帯域は例えば1〜10kHzである。ここで加速度センサー6は、上定盤2の上面に固定されており、同じく上定盤2の上面に固定された電池7を駆動源として、測定データをDC−DCコンバーター8介して送信機9から発信する。DC−DCコンバーター8及び送信機9も、加速度センサー6及び電池7と共に上定盤2の上面に固定されており、これにより回転する上定盤2の上から上定盤2の振動レベルを例えば1〜10kHzの帯域について逐次測定し発信し続ける。
During the polishing operation, the vibration level of the rotating
送信機9から発信された振動データは、当該研磨装置の固定側に設置された受信機10により受信される。受信機10は、ACアダプター11により駆動され、同じく当該研磨装置の固定側に設置されたパーソナルコンピュータ12に受信データを送信する。パーソナルコンピュータ12は、当該研磨装置の制御装置を兼ねており、キーボード13による指示に従って制御用シーケンサ14との間で信号の授受を行なう。そして、その制御の一環として、送信機9から発信された振動データを解析し、研磨終了時点の自動判定を行なう。このシーケンスを以下に説明する。
The vibration data transmitted from the
加速度センサー6により測定される上定盤2の研磨中の振動特性は、図2に示すように、1kHz以下の低周波から10kHz以上の高周波に及んでいる。このなかで、研磨の進行に伴って漸次振動レベルが上昇し、研磨終了時点でピークを示す周波数が3つある。1番目の周波数は2.26kHzであり、2番目の周波数は5.18kHzである。また、3番目の周波数は6.56kHzである。このうち、研磨の進行に伴ってレベルが漸次増大し、特に後半で顕著な増加を示し、結果として研磨終了時点で顕著なピークを示す5.18kHzをピックアップする。
As shown in FIG. 2, the vibration characteristics of the
この周波数の振動レベルの経時的な変化を示したのが図3である。この周波数は、過去の様々な解析から、主にキャリア4内のウエーハ5の回転運動に依存することが分かっている。即ち、キャリア4内のウエーハ5の研磨が進行し、ウエーハ厚が目標値に到達したときは、ウエーハ5はその上面がキャリア4の上面と同一レベルかこれより僅かに上となり、研磨布による摩擦から実質的に解放され、キャリア4のウエーハ収容孔内で比較的自由に動くようになる。この運動が5.18kHzの振動に反映されており、この振動レベルが同じであれば、キャリア4の上面に対するウエーハ5の上面レベルも実質同一となる。
FIG. 3 shows the change with time of the vibration level of this frequency. It has been found from various analyzes in the past that this frequency mainly depends on the rotational motion of the
従って、図3に示すように、キャリア4の上面に対するウエーハ5の上面レベルがウエーハ5の目標厚に対応するときの振動レベルを予め求めておき、これを研磨終了レベルとして設定しておく。そして、研磨中、5.18kHzの振動レベルを監視し、これが研磨終了レベルに達した時点を、ウエーハ厚が目標値に一致する研磨終了時点とする。5.18kHzの振動レベル変化(図3)はディスプレイ15に表示され、作業者も随時目視できる。
Therefore, as shown in FIG. 3, the vibration level when the upper surface level of the
キャリア4内のウエーハ5の運動に対応する5.18kHzの振動は、振動レベルの上昇度が顕著であり、且つキャリア4の上面に対するウエーハ5の上面レベルに正確に対応する。このため、5.18kHzの振動レベルの監視から研磨終了時点を正確に推定することができる。ちなみに、キャリア4の厚みは高精度に管理されている。
The 5.18 kHz vibration corresponding to the movement of the
より正確な判定を行なうためには、研磨条件の経時的な変化、例えば研磨布の劣化度、研磨液の劣化度等に応じて研磨終了レベルを変化させるのが有効である。また、最大研磨時間を設定しておき、振動レベルが研磨終了レベルに到達しなくても、最大研磨時間に到達した時点で研磨を終了するもの有効である。また、過去の実績を蓄積し、その傾向から研磨終了レベルを予測修正するものも有効である。 In order to make a more accurate determination, it is effective to change the polishing end level in accordance with a change in polishing conditions with time, for example, the deterioration degree of the polishing cloth, the deterioration degree of the polishing liquid, and the like. In addition, it is effective to set a maximum polishing time and end polishing when the maximum polishing time is reached even if the vibration level does not reach the polishing end level. It is also effective to accumulate past results and predict and correct the polishing end level based on the tendency.
更に又、下定盤1を駆動するモータのトルク、或いは上定盤2を駆動するモータのトルクの上昇から研磨度を推定する方法と併用することも有効である。
Furthermore, it is also effective to use it together with a method for estimating the polishing degree from the increase in the torque of the motor that drives the lower surface plate 1 or the torque of the motor that drives the
前述した図3の方法で実際に12インチシリコンウエーハを両面研磨した。仕上がり目標厚は750μmである。両面研磨装置は、図1に示した通りであり、上下の定盤間で5枚のウエーハを同時研磨するマルチタイプである。研磨布は硬質ポリウレタン板、研磨液はコロイダルシリカ水溶液をそれぞれ使用し、研磨圧は300g/cm2 とした。また、使用したキャリアはエポキシ樹脂製で、且つウエーハ仕上がり目標厚より僅か3μm薄いだけの747μm厚の厚み制御タイプとした。 A 12-inch silicon wafer was actually polished on both sides by the method shown in FIG. The finished target thickness is 750 μm. The double-side polishing apparatus is as shown in FIG. 1, and is a multi-type that simultaneously polishes five wafers between upper and lower surface plates. The polishing cloth was a hard polyurethane plate, the polishing liquid was an aqueous colloidal silica solution, and the polishing pressure was 300 g / cm 2 . The carrier used was made of an epoxy resin and had a thickness control type of 747 μm which was only 3 μm thinner than the target thickness of the finished wafer.
10サイクル連続して研磨を行なった結果、仕上がり厚のバラツキはGBIR(Global Backside Ideal-reference-plane Range :厚さのバラツキの測定方法の一つで、ウエーハ全面で裏面を仮想平面場合の厚みの差)で 0.2μmに管理された。ちなみに、定盤駆動トルクの変化によって研磨停止時点を管理した場合の仕上がり厚のバラツキは、同一研磨条件下では0.3μm程度である。また、通常厚(650μm程度)のキャリアを使用し、経験則に基づく時間管理によって研磨停止時点を管理した場合の仕上がり厚のバラツキは0.6μm程度である。 As a result of polishing for 10 consecutive cycles, the variation in the finished thickness is GBIR (Global Backside Ideal-reference-plane Range), which is one of the methods for measuring the variation in thickness. The difference was controlled to 0.2 μm. Incidentally, the variation in the finished thickness when the polishing stop time is managed by the change in the surface plate driving torque is about 0.3 μm under the same polishing conditions. Further, when a carrier having a normal thickness (about 650 μm) is used and the polishing stop time is managed by time management based on an empirical rule, the variation in the finished thickness is about 0.6 μm.
なお、研磨度の推定に使用する周波数は、ここでは5.18kHzとしたが、これは研磨装置、研磨条件に固有な値であるため、研磨装置、研磨条件に応じて変化させる必要があることは言うまでもない。 Here, the frequency used for estimating the polishing degree is 5.18 kHz, but this is a value specific to the polishing apparatus and polishing conditions, and therefore needs to be changed according to the polishing apparatus and polishing conditions. Needless to say.
図4は別の特定周波数の経時的なレベル変化を示すグラフである。 FIG. 4 is a graph showing the level change with time of another specific frequency.
ここには2種類の周波数の経時的なレベル変化が示されている。一つは2.26kHzであり、今一つは6.56kHzの振動レベルを1.43倍したものである。2.26kHzも6.56kHzも図2中のピークを示す特定周波数である。ここで2.26kHzは、主にキャリアと研磨布の摩擦に起因するものと考えられ、研磨開始時は低レベルであるが、研磨の進行と共に急激にレベルアップし、研磨の進行に伴う上昇度は大きい。一方、6.56kHzの振動レベルは2.26kHzに比して全体に高く、研磨の進行に伴う上昇度は小さい。これは主にウエーハと研磨布の摩擦に起因するものと考えられる。 Here, the level change with time of two kinds of frequencies is shown. One is 2.26 kHz, and the other is 1.43 times the vibration level of 6.56 kHz. Both 2.26 kHz and 6.56 kHz are specific frequencies showing the peaks in FIG. Here, 2.26 kHz is considered to be mainly attributable to the friction between the carrier and the polishing cloth, and is at a low level at the start of polishing, but increases rapidly with the progress of polishing, and the degree of increase accompanying the progress of polishing. Is big. On the other hand, the vibration level at 6.56 kHz is higher overall as compared to 2.26 kHz, and the degree of increase accompanying the progress of polishing is small. This is considered to be mainly caused by the friction between the wafer and the polishing pad.
そして、注目すべきは、ウエーハ厚が目標厚に一致する研磨終了時点で、両方の周波数の振動レベル比が一定(ここでは1.43)になる事実である。これは、ウエーハの上面レベルがキャリアの上面レベルと揃い、両者が同じように研磨布で擦られることを意味する。従って、2.26kHzの振動レベルと5.56kHzの振動レベルが一定の比を満足したときを研磨終了時点と見なせば、これによっても正確な終了判定が可能になる。 It should be noted that the vibration level ratio of both frequencies is constant (1.43 here) at the end of polishing when the wafer thickness matches the target thickness. This means that the upper surface level of the wafer is aligned with the upper surface level of the carrier, and they are rubbed with an abrasive cloth in the same manner. Therefore, if the time when the vibration level of 2.26 kHz and the vibration level of 5.56 kHz satisfy a certain ratio is regarded as the polishing end point, it is possible to accurately determine the end.
更に、図5に示すように、ウエーハの仕上がり厚とキャリア厚の関係により、研磨終了時点で振動レベルの上昇度が飽和し上昇カーブがフラットになる周波数が存在する場合がある。これは、前述したとおり、キャリア内のウエーハがキャリアとほぼ同一厚になった時点でキャリア内のウエーハの運動が飽和するからである。この振動レベルの上昇カーブがフラットになる現象から研磨終了時点を検知することもできる。 Further, as shown in FIG. 5, there may be a frequency at which the increase in the vibration level is saturated and the rising curve becomes flat at the end of polishing due to the relationship between the finished thickness of the wafer and the carrier thickness. This is because, as described above, when the wafer in the carrier becomes almost the same thickness as the carrier, the movement of the wafer in the carrier is saturated. The polishing end point can also be detected from the phenomenon that the rising curve of the vibration level becomes flat.
なお、上記実施形態では、振動レベルとして加速度を用いたが、積分して振幅とすることもできる。実際の操業では加速度の使用が好ましい。 In the above embodiment, acceleration is used as the vibration level. However, it can be integrated to obtain an amplitude. In actual operation, it is preferable to use acceleration.
両面研磨装置は、上記実施例では上下の定盤間で複数枚のウエーハを同時に両面研磨するマルチタイプであり、特に公転運動と自転運動を組み合わせた遊星運動をキャリアに行わせる遊星方式としたが、キャリアを定位置で自転させるタイプでもよく、更には上下の定盤間で1枚のウエーハを両面研磨する枚葉タイプでもよい。 In the above embodiment, the double-side polishing apparatus is a multi-type that simultaneously polishes a plurality of wafers between the upper and lower surface plates on both sides at the same time. Further, a type in which the carrier is rotated at a fixed position may be used, or a single wafer type in which one wafer is polished on both sides between upper and lower surface plates may be used.
1 下定盤
2 上定盤
3 太陽歯車
4 キャリア
5 ウエーハ
6 振動センサー(加速度センサー)
7 電池
8 DC−DCコンバーター
9 送信機
10 受信機
11 ACアダプター
12 パーソナルコンピュータ
13 キーボード
14 制御用シーケンサ
15 ディスプレイ
1
7 Battery 8 DC-
Claims (6)
キャリアの厚みをウエーハの仕上がり目標厚と同一か6μm以下の範囲内で目標厚より薄く設定するとともに、
前記ウエーハの研磨に伴う定盤振動のなかから研磨の進行度を反映して振動レベルが変化する1又は複数の特定周波数を予め選択しておき、研磨中に前記特定周波数の振動レベル変化を検出し、その振動レベル変化から研磨の進行度を推定し、
前記特定周波数は、キャリア内でのウエーハ運動に起因する振動であることを特徴とするウエーハ研磨方法。 In the wafer polishing method for polishing both surfaces of the semiconductor wafer simultaneously by holding the wafer to be polished on a carrier and moving it between the upper and lower rotating surface plates,
Set the thickness of the carrier to be the same as the target thickness of the wafer or less than the target thickness within the range of 6 μm or less.
One or a plurality of specific frequencies whose vibration level changes reflecting the progress of polishing are selected in advance from the surface plate vibration accompanying polishing of the wafer, and the vibration level change of the specific frequency is detected during polishing. Then, the progress of polishing is estimated from the vibration level change ,
The specific frequency, wafer polishing and wherein the vibration der Rukoto caused by wafer movement within the carrier.
キャリアの厚みをウエーハの仕上がり目標厚と同一か6μm以下の範囲内で目標厚より薄く設定するとともに、
前記ウエーハの研磨に伴う定盤振動のなかから研磨の進行度を反映して振動レベルが変化する1又は複数の特定周波数を予め選択しておき、研磨中に前記特定周波数の振動レベル変化を検出し、その振動レベル変化から研磨の進行度を推定し、
前記特定周波数が、キャリアと研磨布の摩擦に起因するものとウエーハと研磨布の摩擦に起因するものとされることを特徴とするウエーハ研磨方法。 In the wafer polishing method for polishing both surfaces of the semiconductor wafer simultaneously by holding the wafer to be polished on a carrier and moving it between the upper and lower rotating surface plates,
Set the thickness of the carrier to be the same as the target thickness of the wafer or less than the target thickness within the range of 6 μm or less.
One or a plurality of specific frequencies whose vibration level changes reflecting the progress of polishing are selected in advance from the surface plate vibration accompanying polishing of the wafer, and the vibration level change of the specific frequency is detected during polishing. Then, the progress of polishing is estimated from the vibration level change ,
2. The wafer polishing method according to claim 1, wherein the specific frequency is caused by friction between the carrier and the polishing pad and by friction between the wafer and the polishing pad.
キャリアの厚みをウエーハの仕上がり目標厚と同一か6μm以下の範囲内で目標厚より薄く設定するとともに、
前記ウエーハの研磨に伴う定盤振動のなかから研磨の進行度を反映して振動レベルが変化する1又は複数の特定周波数を予め選択しておき、研磨中に前記特定周波数の振動レベル変化を検出し、その振動レベル変化から研磨の進行度を推定し、
前記特定周波数が、研磨開始当初から徐々にレベルアップするものと、研磨後半に急激にレベルアップするものとされ、
両者が同一レベルになる時点或いは特定比率を満足する時点を研磨終了時点と見なすことを特徴とするウエーハ研磨方法。 In the wafer polishing method for polishing both surfaces of the semiconductor wafer simultaneously by holding the wafer to be polished on a carrier and moving it between the upper and lower rotating surface plates,
Set the thickness of the carrier to be the same as the target thickness of the wafer or less than the target thickness within the range of 6 μm or less.
One or a plurality of specific frequencies whose vibration level changes reflecting the progress of polishing are selected in advance from the surface plate vibration accompanying polishing of the wafer, and the vibration level change of the specific frequency is detected during polishing. Then, the progress of polishing is estimated from the vibration level change ,
The specific frequency is assumed to gradually increase from the beginning of polishing and to increase rapidly in the latter half of polishing,
A wafer polishing method characterized in that a point in time when both are at the same level or a point at which a specific ratio is satisfied is regarded as a polishing end point.
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