基板保持裝置、研磨裝置、研磨方法及保持環(huán)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種對(duì)晶片等基板進(jìn)行保持的基板保持裝置，尤其涉及一種用于將基板按壓到研磨墊等研磨件上而對(duì)基板的表面進(jìn)行研磨的基板保持裝置。另外，本發(fā)明涉及一種使用了那種基板保持裝置的研磨裝置及研磨方法。此外，本發(fā)明涉及一種用于上述基板保持裝置的保持環(huán)。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體器件的制造工序中，為了晶片的表面進(jìn)行研磨而廣泛使用研磨裝置。這種研磨裝置具有:對(duì)具有研磨面的研磨墊進(jìn)行支承的研磨臺(tái)；用于對(duì)晶片進(jìn)行保持的稱為頂環(huán)或研磨頭的基板保持裝置；以及將研磨液供給到研磨面上的研磨液供給噴管。
[0003]研磨裝置如下那樣對(duì)晶片進(jìn)行研磨。使研磨臺(tái)與研磨墊一起旋轉(zhuǎn)，并且將研磨液從研磨液供給噴管供給到研磨面上。通過基板保持裝置對(duì)晶片進(jìn)行保持，進(jìn)一步使晶片以其軸心為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。在該狀態(tài)下，基板保持裝置將晶片的表面按壓到研磨墊的研磨面上，在研磨液的存在下使晶片的表面與研磨面滑動(dòng)接觸。晶片的表面通過研磨液所含的磨粒的機(jī)械作用、和研磨液的化學(xué)作用而被研磨成平坦?fàn)顟B(tài)。這種研磨裝置也被稱為CMP (化學(xué)機(jī)械研磨)。
[0004]晶片的研磨過程中，由于晶片的表面與研磨墊滑動(dòng)接觸，因此，摩擦力作用在晶片上。因此，基板保持裝置具有保持環(huán)，以使在晶片的研磨過程中晶片不脫離基板保持裝置。該保持環(huán)包圍晶片配置，在晶片的外側(cè)按壓研磨墊。
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本專利特開平10-286769號(hào)公報(bào)
[0006]晶片的研磨速率(也稱為除去速率)，依賴于晶片相對(duì)于研磨墊的負(fù)載、保持環(huán)的負(fù)載、研磨臺(tái)及晶片的轉(zhuǎn)速和研磨液的種類等研磨條件而能夠變化。在連續(xù)研磨多個(gè)晶片的情況下，為了獲得相同的研磨結(jié)果，研磨條件通常被維持成一定。但是，隨著對(duì)多個(gè)晶片進(jìn)行，研磨條件盡管相同，當(dāng)晶片的邊緣部的外形有時(shí)逐漸產(chǎn)生變化。具體來說，隨著研磨的晶片的枚數(shù)增加，邊緣部的研磨速率會(huì)上升。
[0007]這種研磨速率的上升原因，被認(rèn)為是保持環(huán)的形狀變化。圖19是表示晶片研磨過程中的保持環(huán)的模式圖。如圖19所示，在晶片W的研磨過程中，保持環(huán)200由于被按壓在旋轉(zhuǎn)的研磨墊201的研磨面201a上，因此，保持環(huán)200會(huì)產(chǎn)生磨損。尤其，保持環(huán)200的內(nèi)周面及外周面產(chǎn)生磨損而成為帶圓形的形狀。當(dāng)保持環(huán)200的內(nèi)周面如圖19所示那樣產(chǎn)生磨損時(shí)，保持環(huán)200對(duì)接近晶片W邊緣部的墊區(qū)域進(jìn)行按壓的力就會(huì)下降，結(jié)果，邊緣部的研磨速率就上升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明所要解決的課題
[0009]本發(fā)明是為解決上述問題而做成的，其目的在于，提供一種即使是連續(xù)對(duì)多個(gè)基板(例如晶片)進(jìn)行的情況下也能防止基板的邊緣部的研磨速率上升的基板保持裝置。另夕卜，本發(fā)明的目的在于，提供一種使用了這種基板保持裝置的研磨裝置及研磨方法。此外，本發(fā)明的目的在于，提供一種用于基板保持裝置的保持環(huán)。
[0010]用于解決課題的手段
[0011]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一方式是一種用于將基板按壓到研磨墊上的基板保持裝置，其特點(diǎn)是，具有:對(duì)所述基板進(jìn)行保持的頂環(huán)主體；以及保持環(huán)，該保持環(huán)配置成包圍由所述頂環(huán)主體保持的所述基板，所述保持環(huán)具有與所述研磨墊接觸的環(huán)狀的墊按壓部，所述墊按壓部具有3_以上、7.5mm以下的寬度。
[0012]本發(fā)明的另一方式是一種研磨裝置，其具有:對(duì)研磨墊進(jìn)行支承用的研磨臺(tái)；基板保持裝置，該基板保持裝置對(duì)基板進(jìn)行保持，并將該基板按壓到所述研磨墊上；以及將研磨液供給到所述研磨墊上的研磨液供給噴管，所述基板保持裝置具有:對(duì)所述基板進(jìn)行保持的頂環(huán)主體；以及保持環(huán)，該保持環(huán)配置成包圍有所述頂環(huán)主體保持的所述基板，所述保持環(huán)具有與所述研磨墊接觸的環(huán)狀的墊按壓部，所述墊按壓部具有3mm以上、7.5mm以下的寬度。
[0013]本發(fā)明的又一方式是一種研磨方法，其特點(diǎn)是，使研磨臺(tái)與研磨墊一起旋轉(zhuǎn)，將研磨液供給到所述研磨墊上，將基板按壓到所述研磨墊上，并且用具有3mm以上、7.5mm以下的寬度的環(huán)狀的墊按壓部將所述基板圍住并按壓所述研磨墊。
[0014]本發(fā)明的又一方式是一種使用于基板保持裝置的保持環(huán)，所述基板保持裝置用于將基板按壓到研磨墊上，該保持環(huán)的特點(diǎn)是，具有與所述研磨墊接觸的環(huán)狀的墊按壓部，所述墊按壓部具有3mm以上、7.5mm以下的寬度。
[0015]發(fā)明的效果
[0016]由于墊按壓部的寬度小，因此，墊按壓部具有對(duì)其形狀的自我修復(fù)功能。S卩，當(dāng)墊按壓部的形狀因磨損而產(chǎn)生變化時(shí)，墊按壓部的墊接觸面的面積就減少，墊接觸面的壓力就增加。當(dāng)墊接觸面的壓力增加時(shí)，墊接觸面產(chǎn)生磨損，結(jié)果墊接觸面的面積就增加。一邊反復(fù)這種墊接觸面的壓力與面積的微小變動(dòng)，一邊墊按壓部件的形狀被維持成大致一定。因此，具有寬度狹小的墊按壓部的保持環(huán)可使基板的邊緣部的研磨速率穩(wěn)定。
【附圖說明】
[0017]圖1是表示具有本發(fā)明的一實(shí)施方式的基板保持裝置的研磨裝置的模式圖。
[0018]圖2是表示研磨裝置的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的示圖。
[0019]圖3是頂環(huán)的剖視圖。
[0020]圖4是表示傳動(dòng)環(huán)及連接部件的俯視圖。
[0021]圖5是表示球面軸承的示圖。
[0022]圖6(a)表示連接部件相對(duì)于球面軸承進(jìn)行上下移動(dòng)的狀況的示圖，圖6(b)及圖6 (C)是表示連接部件與內(nèi)輪一起進(jìn)行傾動(dòng)的狀況的示圖。
[0023]圖7是表示球面軸承的另一結(jié)構(gòu)例的放大剖視圖。
[0024]圖8(a)表示連接部件相對(duì)于球面軸承而進(jìn)行上下移動(dòng)的狀況的示圖，圖8(b)及圖8(c)是表示連接部件與中間輪一起進(jìn)行傾動(dòng)的狀況的示圖。
[0025]圖9是保持環(huán)的立體圖。
[0026]圖10是保持環(huán)的仰視圖。
[0027]圖11是保持環(huán)的側(cè)視圖。
[0028]圖12(a)是表示保持環(huán)的一部分的縱剖視圖，圖12(b)是表示保持環(huán)的一部分的仰視圖。
[0029]圖13(a)至圖13(d)是表示墊按壓部由于與研磨墊的滑動(dòng)接觸而產(chǎn)生磨損的狀況的示圖。
[0030]圖14是表示對(duì)墊按壓部的寬度與墊按壓部的變形量之間的關(guān)系進(jìn)行研宄后的構(gòu)造解析結(jié)果的曲線圖。
[0031]圖15是表示使用以往的寬度即較寬的保持環(huán)對(duì)多個(gè)晶片進(jìn)行研磨時(shí)的保持環(huán)的表面形狀的曲線圖。
[0032]圖16是表示使用具有寬度為5mm的墊按壓部的保持環(huán)對(duì)多個(gè)晶片進(jìn)行研磨時(shí)的保持環(huán)的表面形狀的曲線圖。
[0033]圖17是表示使用具有寬度為7.5mm的墊按壓部的保持環(huán)對(duì)多個(gè)晶片進(jìn)行研磨時(shí)的保持環(huán)的表面形狀的曲線圖。
[0034]圖18是表示具有墊按壓部的本實(shí)施方式的保持環(huán)的其它實(shí)施方式的剖視圖。
[0035]圖19是表示晶片的研磨過程中的保持環(huán)的模式圖。
[0036]符號(hào)說明
[0037]I頂環(huán)
[0038]2研磨墊
[0039]3研磨臺(tái)
[0040]5 研磨液供給噴管
[0041]7膜厚傳感器
[0042]9 研磨控制部
[0043]10 頂環(huán)主體
[0044]11 頂環(huán)旋轉(zhuǎn)軸
[0045]12 旋轉(zhuǎn)筒
[0046]13 電動(dòng)機(jī)
[0047]14 上下移動(dòng)機(jī)構(gòu)
[0048]16 頂環(huán)頭
[0049]20 同步帶輪
[0050]21 頂環(huán)頭旋轉(zhuǎn)軸
[0051]25 轉(zhuǎn)動(dòng)式接頭
[0052]26 軸承
[0053]27 上下移動(dòng)機(jī)構(gòu)
[0054]28 橋架
[0055]29 支承臺(tái)
[0056]30 支柱
[0057]32 滾珠絲杠
[0058]38 伺服電動(dòng)機(jī)
[0059]40 保持環(huán)
[0060]41 凸緣
[0061]42 襯墊
[0062]43 滑架
[0063]45 彈性膜
[0064]45a 基板保持面
[0065]50?53壓力室
[0066]60 保持環(huán)按壓機(jī)構(gòu)
[0067]61活塞
[0068]62 旋轉(zhuǎn)式膜片
[0069]63 保持環(huán)壓力室
[0070]65壓力調(diào)整裝置
[0071]70磁鐵
[0072]75連接部件
[0073]76軸部
[0074]77輪轂
[0075]78輪輻
[0076]79螺釘
[0077]80驅(qū)動(dòng)銷
[0078]81傳動(dòng)環(huán)
[0079]82加強(qiáng)銷
[0080]85 球面軸承
[0081]88 貫通孔
[0082]91 中間輪
[0083]92、102外輪
[0084]93、101內(nèi)輪
[0085]121圓環(huán)部
[0086]122 墊按壓部