研磨裝置及研磨方法
【專利摘要】本發明涉及一種研磨晶圓等基板的研磨裝置及研磨方法，特別涉及一種用研磨帶研磨晶圓的邊緣部的研磨裝置及研磨方法。本發明的研磨裝置，具備：基板保持部(1)，保持并旋轉基板(W)；以及研磨單元(7)，用研磨帶(5)來研磨基板(W)的邊緣部。研磨單元(7)具有：圓盤頭(12)，具有支撐研磨帶(5)的外周面；以及頭移動裝置(50)，使圓盤頭(12)移動至基板(W)的切線方向，使圓盤頭(12)的外周面上的研磨帶(5)接觸基板(W)的邊緣部。
【專利說明】
研磨裝置及研磨方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及一種研磨晶圓等基板的研磨裝置及研磨方法，特別涉及一種用研磨帶研磨晶圓的邊緣部的研磨裝置及研磨方法。
【背景技術】
[0002 ]圖11表示用研磨帶1I研磨晶圓W的邊緣部的研磨裝置的概略圖。研磨裝置使晶圓W旋轉，并將研磨帶101以按壓部件100向下方抵壓至晶圓W的邊緣部，來研磨該研磨部。研磨帶101的下表面構成固定有研磨粒的研磨面。按壓部件100具有平坦的下表面，以該平坦的下表面相對于晶圓W的研磨部向下方抵壓研磨帶101，將圖12所示的由垂直面與水平面組成的臺階部形成于邊緣部。
[0003]在先技術文獻
[0004]專利文獻
[0005]利文獻1:美國公開公報2008/0293344號
[0006]發明所要解決的課題
[0007]但是，在晶圓W的研磨中，由于在研磨帶1I與晶圓W之間產生的摩擦力，會有研磨帶101從按壓部件100上的特定位置偏離的情況。在這種狀況下，應形成于邊緣部的垂直面將會變粗。為了在邊緣部形成平滑的垂直面，會有使用具有細粒的研磨面的粗研磨帶，與具有細粒的研磨面的成品研磨帶的兩個研磨帶，來研磨晶圓W的邊緣部的狀況。但是，從圖11可知，在晶圓W的研磨中，粗研磨帶總是接觸邊緣部的垂直面，因此通過與粗研磨帶的接觸，邊緣部的垂直面會變粗。若僅使用成品研磨帶，則可形成平滑垂直面。但是，當僅使用成品研磨帶，研磨率會下降，研磨裝置的產出量會降低。
【發明內容】
[0008]因此，本發明提供一種研磨裝置及研磨方法，其目的在于可在晶圓等基板研磨中，防止研磨帶的位置偏離，并可將平滑的垂直面形成于基板的邊緣部。
[0009]用于解決課題的手段
[0010]為了達成上述目的，本發明的一方式為，一種研磨裝置，其特征在于，具備:基板保持部，保持并旋轉基板；以及研磨單元，用研磨帶來研磨所述基板的邊緣部，所述研磨單元具有:圓盤頭，具有支撐所述研磨帶的外周面；以及頭移動裝置，使所述圓盤頭移動至所述基板的切線方向，使所述圓盤頭的外周面上的所述研磨帶接觸所述基板的邊緣部，所述圓盤頭的軸心與所述基板的表面平行，且相對于所述切線方向垂直。
[0011 ]本發明的一較佳方式為，所述研磨單元還具有:第一卷軸及第二卷軸，分別保持所述研磨帶的兩端部；以及第一馬達及第二馬達，產生使所述第一卷軸及第二卷軸彼此在相反方向旋轉的力矩。
[0012]本發明的一較佳方式為，所述研磨單元還具備:進料輥，將所述研磨帶抵壓于所述圓盤頭的外周面，并使所述研磨帶沿著所述外周面彎曲。
[0013]本發明的一較佳方式為，所述研磨單元還具備:進料輥移動裝置，使所述進料輥繞所述圓盤頭的軸心移動。
[0014]本發明的一較佳方式為，所述研磨單元還具有:頭馬達，使所述圓盤頭繞其軸心旋轉。
[0015]本發明的一較佳方式為，所述研磨單元設有多個。
[0016]本發明的一較佳方式為，多個所述研磨單元包含:第一研磨單元，安裝有第一研磨帶；以及第二研磨單元，安裝有第二研磨帶，該第二研磨帶具有比所述第一研磨帶更細粒的研磨面。
[0017]本發明的其他方式為一種研磨方法，其特征在于，包含下列步驟:使基板繞其軸心旋轉;使第一圓盤頭在所述基板的切線方向移動，并以所述第一圓盤頭的外周面，將第一研磨帶抵壓于所述基板的邊緣部，來在所述邊緣部形成臺階部；以及使第二圓盤頭在所述基板的切線方向移動，并以所述第二圓盤頭的外周面將第二研磨帶抵壓于所述臺階部，來研磨所述臺階部，其中所述第二研磨帶具有比所述第一研磨帶更細粒的研磨面。
[0018]發明效果
[0019]根據本發明，相較于以圖11所示的按壓部件的平坦面將研磨帶抵壓于基板的情況，在接觸基板的研磨帶與圓盤頭的外周面之間，作用有相對大的靜止摩擦。因此，在基板的研磨中，可以防止研磨帶偏離特定位置。
[0020]此外，根據本發明，圓盤頭在基板的切線方向移動，并且通過圓盤頭的外周面，研磨帶被抵壓于基板的邊緣部。所以，邊緣部的研磨從該研磨部的外側逐漸進行到內側。因此，以具有粗粒研磨面的第一研磨帶研磨邊緣部來形成臺階部，以具有細粒研磨面的第二研磨帶進一步研磨臺階部，可將平滑的垂直面形成于邊緣部。
【附圖說明】
[0021 ]圖1是表示研磨裝置的一實施方式的主視圖。
[0022]圖2是研磨裝置的側視圖。
[0023]圖3是表示研磨帶接觸晶圓的邊緣部時的圓盤頭與晶圓的邊緣部的相對位置的俯視圖。
[0024]圖4是圓盤頭在圖3所示位置時，以研磨帶研磨的邊緣部的剖視圖。
[0025]圖5是表示使圓盤頭在晶圓的切線方向進一步移動時的圓盤頭與晶圓的邊緣部的相對位置的俯視圖。
[0026]圖6是圓盤頭在圖5所示位置時，以研磨帶研磨的邊緣部的剖視圖。
[0027]圖7是表示從晶圓上來看，圓盤頭的中心軸與晶圓的半徑方向一致時的圓盤頭與晶圓的邊緣部的相對位置的俯視圖。
[0028]圖8是圓盤頭在圖7所示位置時，以研磨帶研磨的邊緣部的剖視圖。
[0029]圖9是表示具有兩個研磨單元的研磨裝置的概略圖。
[0030]圖10是表示研磨裝置的其他實施方式的側視圖。
[0031]圖11是表示用研磨帶研磨晶圓的邊緣部的研磨裝置的概略圖。
[0032]圖12是表示形成于邊緣部的臺階部的剖視圖。
[0033]符號說明
[0034]I基板保持部
[0035]5、5A、5B、101 研磨帶
[0036]7、7A、7B 研磨單元
[0037]10研磨液供給噴嘴
[0038]12圓盤頭
[0039]14進料輥
[0040]18頭馬達
[0041 ]20汽缸(進料輥推抵裝置)
[0042]25基臺
[0043]26軸承臂
[0044]29旋轉馬達
[0045]30水平線性導件
[0046]32旋轉臂
[0047]41第一張力卷軸
[0048]42第二張力卷軸
[0049]43第一張力馬達
[0050]44第二張力馬達
[0051]47第一引導輥
[0052]48第二引導輥
[0053]50汽缸(頭移動裝置)
[0054]51活塞桿
[0055]60升降機構
[0056]62升降臺
[0057]64升降致動器
[0058]65鉛直線性導件
[0059]67滾珠螺桿
[0060]68伺服馬達
【具體實施方式】
[0061]以下參照附圖來說明實施方式。
[0062]圖1是表示研磨裝置的一實施方式的主視圖，圖2是研磨裝置的側視圖。研磨裝置具備:基板保持部I，保持并旋轉作為基板的一例的晶圓W;以及研磨單元7，用研磨件(研磨帶5)來研磨晶圓W的邊緣部。基板保持部I被構成為保持晶圓W的下表面，使晶圓W繞其中心軸水平地旋轉。
[0063]在基板保持部I所保持的晶圓W的中心部的上方，配置有研磨液供給噴嘴10，研磨液供給噴嘴10將純水等研磨液供給至晶圓W的上表面。在晶圓W的邊緣部的研磨中，從研磨液供給噴嘴10供給研磨液至晶圓W的中心部。研磨液通過離心力廣泛分布在晶圓W上表面整體，保護晶圓W免除研磨肩。
[0064]研磨單元7具有:圓盤頭12，具有支撐研磨帶5的外周面;進料棍14，將研磨帶5抵壓于圓盤頭12的外周面；以及頭馬達18，圓盤頭12繞其軸心O旋轉。圓盤頭12的軸心O與保持于基板保持部I的晶圓W的表面(上表面)平行，且相對于晶圓W的切線方向垂直。圓盤頭12被連接于頭馬達18的驅動軸。頭馬達18被構成為以特定速度使圓盤頭12旋轉。
[0065]頭馬達18被固定于基臺25。進料輥14被軸承臂26保持成可旋轉，軸承臂26被保持于作為進料輥推抵裝置的汽缸20。該汽缸20被構成為經由軸承臂26將進料輥14向著圓盤頭12的中心推抵。作為進料輥推抵裝置，也可以用彈簧代替汽缸20。
[0066]汽缸20被保持在旋轉臂32。旋轉臂32被連接于作為進料輥移動裝置的旋轉馬達29的旋轉軸。該旋轉馬達29被固定于基臺25。旋轉馬達29的旋轉軸在一直在線與圓盤頭12的軸心O并列。因此，當驅動旋轉馬達29，進料輥14沿著圓盤頭12的外周面繞軸心O移動。進料輥14的軸心與圓盤頭12的軸心O平行。
[0067]基臺25被在與晶圓W的切線方向平行的方向延伸的水平線性導件30所支撐，以該水平線性導件30，基臺25的移動被限制在與晶圓W的切線方向平行的方向。由于頭馬達18及旋轉馬達29被固定在基臺25，所以圓盤頭12、進料輥14、頭馬達18以及旋轉馬達29可以與基臺25—起移動。從晶圓W上來看時，圓盤頭12及進料輥14位于晶圓W的切線上。
[0068]研磨單元7還具有:第一張力卷軸41及第二張力卷軸42，分別保持研磨帶5的兩端部；以及第一張力馬達43及第二張力馬達44，產生使第一張力卷軸41及第二張力卷軸42彼此在相反方向旋轉的力矩。第一張力卷軸41及第二張力卷軸42被配置在圓盤頭12的上方。
[0069]研磨帶5從第一張力卷軸41經由圓盤頭12延伸至第二張力卷軸42。由于使這些張力卷軸41、42在彼此相反方向旋轉的力矩被施加于第一張力卷軸41及第二張力卷軸42，所以張力被施加于研磨帶5。在第一及第二張力卷軸41、42與圓盤頭12之間，配置有第一引導輥47及第二引導輥48，支撐在第一及第二張力卷軸41、42與圓盤頭12之間延伸的研磨帶5。
[0070]研磨帶5沿著圓盤頭12的外周面彎曲，該彎曲部分與晶圓W相接觸。相較于以圖11所示的按壓部件100的平坦面將研磨帶101抵壓于晶圓W的情況，在接觸晶圓W的研磨帶5與圓盤頭12的外周面之間作用有相對大的靜摩擦。因此，在晶圓W的研磨中，可以防止研磨帶5偏離特定位置的情況。為了使研磨帶5保持于圓盤頭12，也可以在圓盤頭12的外周面形成用來真空吸引研磨帶5的真空吸引孔。
[0071]研磨帶5的一個面，構成保持研磨粒的研磨面，另一個面(即背面)被支撐在圓盤頭12的外周面。圓盤頭12的外周面也可以具有比研磨帶5的寬度更大的寬度。研磨帶5的內側緣部(晶圓側端部或基板側緣部)的位置，與圓盤頭12的邊緣部位置一致為較佳。進料輥14通過將研磨帶5的背面抵壓于圓盤頭12，從而使研磨帶5沿著圓盤頭12的外周面彎曲，使研磨帶5與圓盤頭12的接觸面積增加。研磨帶5被夾在進料輥14與圓盤頭12之間。
[0072]研磨帶5沿著圓盤頭12的外周面彎曲，進一步被進料輥14卷繞于圓盤頭12的外周面上。在研磨帶5的背面與圓盤頭12的外周面之間，作用有大的靜摩擦，由此，可確實地防止研磨帶5的位置偏離。接觸圓盤頭12外周面的研磨帶5的長度(即研磨帶5與圓盤頭12的接觸面積)，是隨著進料輥14的位置而變化的。起到進料輥移動裝置的作用的旋轉馬達29，通過以圓盤頭12的軸心O為中心使進料輥14移動，可以改變接觸圓盤頭12外周面的研磨帶5的長度。
[0073]為了增大靜摩擦，接觸圓盤頭12外周面的研磨帶的長度，較佳為在圓盤頭12的全周長的二分之一以上。進料輥14較佳為配置在研磨帶5延伸至圓盤頭12的至少半周長的位置。在圖1所示的例子中，進料輥14配置在研磨帶5延伸至圓盤頭12的四分之三周長的位置。
[0074]第一引導輥47被構成為可平行于圓盤頭12的軸心O移動。在圓盤頭12的軸方向(SP軸心O的延伸方向)的研磨帶5的相對于圓盤頭12的位置，是以第一引導輥47來調整的。
[0075]當圓盤頭12通過頭馬達18旋轉時，研磨帶5將從第一張力卷軸41被拉出，并與圓盤頭12的旋轉同步在圓盤頭12的周方向行進，然后被卷繞于第二張力卷軸42。研磨帶5經由第一引導輥47、圓盤頭12、進料輥14、第二引導輥48的順序，從第一引導輥47行進至第二引導輥48。
[0076]如圖1所示，研磨單元7還具有作為頭移動裝置的汽缸50，汽缸50使圓盤頭12及進料輥14在晶圓W的切線方向移動。汽缸50的活塞桿51被連接于基臺25(參照圖2)。如上述，圓盤頭12及進料輥14可以與基臺25—起移動。因此，汽缸50在研磨帶5被支撐于圓盤頭12的外周面上的狀態下，使圓盤頭12及進料輥14在晶圓W的切線方向移動。作為頭移動裝置，在圓盤頭12的軸心O垂直于晶圓W的切線方向的狀態下，使圓盤頭12及進料輥14在晶圓W的切線方向移動，也可以使用滾珠螺桿與伺服馬達的組合來代替汽缸50。
[0077]汽缸50通過使圓盤頭12在晶圓W的切線方向移動，使圓盤頭12的外周面上的研磨帶5接觸晶圓W的邊緣部。研磨帶5被圓盤頭12的下端部分抵壓于晶圓W的邊緣部。圓盤頭12的移動方向及旋轉方向是研磨帶5在相反于晶圓W的邊緣部的移動方向移動的方向。這是為了提升晶圓W的研磨率。
[0078]晶圓W的邊緣部的研磨，如以下來進行。晶圓W被基板保持部I水平地保持，繞晶圓W的軸心旋轉。從研磨液供給噴嘴1供給研磨液(例如水)至晶圓W的中心部。頭馬達18使圓盤頭12以特定速度旋轉，汽缸50與研磨帶5—起使圓盤頭12及進料輥14在晶圓W的切線方向移動，使圓盤頭12的外周面上的研磨帶5接觸晶圓W的邊緣部。隨著汽缸50使圓盤頭12移動，圓盤頭12的最下端部分將研磨帶5抵壓于晶圓W的邊緣部。晶圓W的邊緣部被研磨帶5研磨，如圖12所示的臺階部被形成于邊緣部。
[0079]在晶圓W研磨中，研磨帶5沿著圓盤頭12的外周面被彎曲，并被進料輥14卷繞于圓盤頭12的外周面上。因此，研磨帶5的背面與圓盤頭12的外周面之間作用有相對大的靜摩擦，由此防止研磨帶5的位置偏離。因此，研磨帶5可以在晶圓W的邊緣部形成平滑的垂直面(參照圖12)。
[0080]圖3是表示研磨帶5接觸晶圓W的邊緣部時的圓盤頭12與晶圓W的邊緣部的相對位置的俯視圖，圖4是圓盤頭12在圖3所示位置時，以研磨帶5研磨的邊緣部的剖視圖。如圖3所示，研磨帶5與圓盤頭12—起在晶圓W的切線方向移動。因此，如圖4所示，研磨帶5研磨晶圓W的邊緣部的最外側部分，在邊緣部形成小臺階部。
[0081]圖5是表示使圓盤頭12在晶圓W的切線方向進一步移動時的圓盤頭12與晶圓W的邊緣部的相對位置的俯視圖，圖6是圓盤頭12在圖5所示位置時，以研磨帶5研磨的邊緣部的剖視圖。當圓盤頭12進一步移動，則如圖6所示，研磨帶5研磨晶圓W的邊緣部的更內側部分，在邊緣部形成更大的臺階部。
[0082]圖7是表示從晶圓W上來看，圓盤頭12的中心軸O與晶圓W的半徑方向一致時的圓盤頭12與晶圓W的邊緣部的相對位置的俯視圖，圖8是圓盤頭12在圖7所示位置時，以研磨帶5研磨的邊緣部的剖視圖。研磨帶5研磨晶圓W的邊緣部的最內側部分，如圖8所示，在邊緣部形成更大的臺階部。
[0083]如圖4、6及8所示，邊緣部的研磨從該邊緣部的外側逐漸進行到內側。因此，使用兩種研磨帶，可以實施邊緣部的粗研磨與成品研磨。也就是說，以具有粗粒研磨面的第一研磨帶研磨邊緣部形成臺階部，以具有細粒研磨面的第二研磨帶進一步研磨臺階部，可以在邊緣部形成平滑的垂直面。
[0084]圖9是表示具有兩個研磨單元7A、7B的研磨裝置的概略圖。如圖9所示的第一研磨單元7A及第二研磨單元7B具有與圖1及2所示的研磨單元7相同的結構，但為了簡化說明，在圖9中，不顯示第一研磨單元7A及第二研磨單元7B的部分構成要素。
[0085]第一研磨單元7A及第二研磨單元7B沿著基板保持部I所保持的晶圓W的邊緣部來排列。在圖9所示的例子中，第一研磨單元7A及第二研磨單元7B以基板保持部I所保持的晶圓W為中心而對稱配置。在第一研磨單元7A安裝有具有粗粒研磨面的第一研磨帶5A，在第二研磨單元7B安裝有具有細粒研磨面的第二研磨帶5B。
[0086]晶圓W的邊緣部的研磨，如以下進行。晶圓W被基板保持部I水平地保持，繞晶圓W的軸心旋轉。從研磨液供給噴嘴10(參照圖2)供給研磨液至晶圓W的中心部。在該狀態下，第一研磨單元7A的圓盤頭12在晶圓W的切線方向移動，使第一研磨帶5A接觸晶圓W的邊緣部，第一研磨帶5A被第一研磨單元7A的圓盤頭12的外周面抵壓于晶圓W的邊緣部，在邊緣部形成臺階部。
[0087]在第一研磨帶5A接觸晶圓W的邊緣部期間或之后，第二研磨單元7B的圓盤頭12在晶圓W的切線方向移動，使第二研磨帶5B接觸晶圓W的邊緣部。第二研磨帶5B被第二研磨單元7B的圓盤頭12的外周面抵壓于臺階部，進一步研磨臺階部。
[0088]第一研磨帶5A是具有粗粒研磨面的粗研磨帶，第二研磨帶5B是具有細粒研磨面的成品研磨帶。根據本實施方式，第一研磨帶5A以高研磨率(又稱去除率)研磨晶圓W的邊緣部，第二研磨帶5B進行以第一研磨帶5A形成的臺階部的成品研磨。因此，可提升晶圓W的研磨率，并使臺階部的垂直面變平滑。
[0089]也可以設有三個以上的研磨單元7。在該情況下，也可以使用具有不同表面粗糙度的研磨面的三個以上的研磨帶。
[0090]圖10是表示研磨裝置的其他實施方式的側視圖。未特別說明的本實施方式的結構及動作，與圖1及2所示的實施例相同，所以省略其重復說明。如圖10所示，本實施方式的研磨單元7具備:圓盤頭12;進料輥14;頭馬達18;以及升降機構60，使旋轉馬達29上升及下降。該升降機構60具備:升降臺62;支撐水平線性導件30;以及升降致動器64，使該升降臺62上升及下降。該升降臺連接于鉛直線性導件65。該鉛直線性導件65被構成為將升降臺62的移動限制在鉛直方向。
[0091 ]升降致動器64具備:滾珠螺桿67，連接成可在升降臺62上旋轉；以及伺服馬達68，使該滾珠螺桿67旋轉。當伺服馬達68使滾珠螺桿67旋轉，則升降臺62會上升或下降。圓盤頭
12、進料輥14、頭馬達18及旋轉馬達29，經由水平線性導件30及基臺25連接于升降臺62，所以升降致動器64可以使圓盤頭12、進料輥14、頭馬達18及旋轉馬達29—體地上升及下降。如此構成的研磨單元7可以精密地控制晶圓W的研磨量(即形成于邊緣部的臺階部深度)。
[0092]上述實施方式，是以本發明所屬技術領域中具有通常知識者能實施本發明為目的來記載的方式。上述實施方式的各種變形例，是本領域技術人員必然能完成的變形例，本發明的技術思想也適用于其他實施方式。因此，本發明并非受限于所記載的實施方式，而是根據權利要求書所定義的技術思想解釋的最大范圍的實施方式。
[0093]產業上的利用可能性
[0094]本發明可利用于用研磨帶來研磨晶圓的邊緣部的研磨裝置及研磨方法。
【主權項】
1.一種研磨裝置，其特征在于，具備: 基板保持部，保持并旋轉基板；以及 研磨單元，用研磨帶來研磨所述基板的邊緣部，所述研磨單元具有: 圓盤頭，具有支撐所述研磨帶的外周面；以及 頭移動裝置，使所述圓盤頭移動至所述基板的切線方向，使所述圓盤頭的外周面上的所述研磨帶接觸所述基板的邊緣部， 所述圓盤頭的軸心與所述基板的表面平行，且相對于所述切線方向垂直。2.如權利要求1所述的研磨裝置，其特征在于， 所述研磨單元還具有: 第一卷軸及第二卷軸，分別保持所述研磨帶的兩端部；以及 第一馬達及第二馬達，產生使所述第一卷軸及第二卷軸彼此在相反方向旋轉的力矩。3.如權利要求1所述的研磨裝置，其特征在于， 所述研磨單元還具備進料輥，將所述研磨帶抵壓于所述圓盤頭的外周面，使所述研磨帶沿著所述外周面彎曲。4.如權利要求3所述的研磨裝置，其特征在于， 所述研磨單元還具備進料輥移動裝置，使所述進料輥繞所述圓盤頭的軸心移動。5.如權利要求1所述的研磨裝置，其特征在于， 所述研磨單元還具有頭馬達，使所述圓盤頭繞其軸心旋轉。6.如權利要求1所述的研磨裝置，其特征在于， 所述研磨單元設有多個。7.如權利要求6所述的研磨裝置，其特征在于， 多個所述研磨單元包含: 第一研磨單元，安裝有第一研磨帶；以及 第二研磨單元，安裝有第二研磨帶，該第二研磨帶具有比所述第一研磨帶更細粒的研磨面。8.一種研磨方法，其特征在于，包含下列步驟: 使基板繞其軸心旋轉； 使第一圓盤頭在所述基板的切線方向移動，并以所述第一圓盤頭的外周面，將第一研磨帶抵壓于所述基板的邊緣部，來在所述邊緣部形成臺階部；以及 使第二圓盤頭在所述基板的切線方向移動，并以所述第二圓盤頭的外周面將第二研磨帶抵壓于所述臺階部，來研磨所述臺階部，其中所述第二研磨帶具有比所述第一研磨帶更細粒的研磨面。
【文檔編號】B24B9/00GK106029297SQ201580008700
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2015年2月12日
【發明人】關正也, 保科真穗
【申請人】株式會社荏原制作所