CN106029297A - 研磨装置及研磨方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种研磨晶圆等基板的研磨装置及研磨方法，特别涉及一种用研磨带研磨晶圆的边缘部的研磨装置及研磨方法。本发明的研磨装置，具备：基板保持部(1)，保持并旋转基板(W)；以及研磨单元(7)，用研磨带(5)来研磨基板(W)的边缘部。研磨单元(7)具有：圆盘头(12)，具有支撑研磨带(5)的外周面；以及头移动装置(50)，使圆盘头(12)移动至基板(W)的切线方向，使圆盘头(12)的外周面上的研磨带(5)接触基板(W)的边缘部。

Description

研磨装置及研磨方法
技术领域
本发明涉及一种研磨晶圆等基板的研磨装置及研磨方法，特别涉及一种用研磨带研磨晶圆的边缘部的研磨装置及研磨方法。
背景技术
图11表示用研磨带101研磨晶圆W的边缘部的研磨装置的概略图。研磨装置使晶圆W旋转，并将研磨带101以按压部件100向下方抵压至晶圆W的边缘部，来研磨该研磨部。研磨带101的下表面构成固定有研磨粒的研磨面。按压部件100具有平坦的下表面，以该平坦的下表面相对于晶圆W的研磨部向下方抵压研磨带101，将图12所示的由垂直面与水平面组成的台阶部形成于边缘部。
在先技术文献
专利文献
利文献1：美国公开公报2008/0293344号
发明所要解决的课题
但是，在晶圆W的研磨中，由于在研磨带101与晶圆W之间产生的摩擦力，会有研磨带101从按压部件100上的特定位置偏离的情况。在这种状况下，应形成于边缘部的垂直面将会***。为了在边缘部形成平滑的垂直面，会有使用具有细粒的研磨面的粗研磨带，与具有细粒的研磨面的成品研磨带的两个研磨带，来研磨晶圆W的边缘部的状况。但是，从图11可知，在晶圆W的研磨中，粗研磨带总是接触边缘部的垂直面，因此通过与粗研磨带的接触，边缘部的垂直面会***。若仅使用成品研磨带，则可形成平滑垂直面。但是，当仅使用成品研磨带，研磨率会下降，研磨装置的产出量会降低。
发明内容
因此，本发明提供一种研磨装置及研磨方法，其目的在于可在晶圆等基板研磨中，防止研磨带的位置偏离，并可将平滑的垂直面形成于基板的边缘部。
用于解决课题的手段
为了达成上述目的，本发明的一方式为，一种研磨装置，其特征在于，具备：基板保持部，保持并旋转基板；以及研磨单元，用研磨带来研磨所述基板的边缘部，所述研磨单元具有：圆盘头，具有支撑所述研磨带的外周面；以及头移动装置，使所述圆盘头移动至所述基板的切线方向，使所述圆盘头的外周面上的所述研磨带接触所述基板的边缘部，所述圆盘头的轴心与所述基板的表面平行，且相对于所述切线方向垂直。
本发明的一较佳方式为，所述研磨单元还具有：第一卷轴及第二卷轴，分别保持所述研磨带的两端部；以及第一马达及第二马达，产生使所述第一卷轴及第二卷轴彼此在相反方向旋转的力矩。
本发明的一较佳方式为，所述研磨单元还具备：进料辊，将所述研磨带抵压于所述圆盘头的外周面，并使所述研磨带沿着所述外周面弯曲。
本发明的一较佳方式为，所述研磨单元还具备：进料辊移动装置，使所述进料辊绕所述圆盘头的轴心移动。
本发明的一较佳方式为，所述研磨单元还具有：头马达，使所述圆盘头绕其轴心旋转。
本发明的一较佳方式为，所述研磨单元设有多个。
本发明的一较佳方式为，多个所述研磨单元包含：第一研磨单元，安装有第一研磨带；以及第二研磨单元，安装有第二研磨带，该第二研磨带具有比所述第一研磨带更细粒的研磨面。
本发明的其他方式为一种研磨方法，其特征在于，包含下列步骤：使基板绕其轴心旋转；使第一圆盘头在所述基板的切线方向移动，并以所述第一圆盘头的外周面，将第一研磨带抵压于所述基板的边缘部，来在所述边缘部形成台阶部；以及使第二圆盘头在所述基板的切线方向移动，并以所述第二圆盘头的外周面将第二研磨带抵压于所述台阶部，来研磨所述台阶部，其中所述第二研磨带具有比所述第一研磨带更细粒的研磨面。
发明效果
根据本发明，相较于以图11所示的按压部件的平坦面将研磨带抵压于基板的情况，在接触基板的研磨带与圆盘头的外周面之间，作用有相对大的静止摩擦。因此，在基板的研磨中，可以防止研磨带偏离特定位置。
此外，根据本发明，圆盘头在基板的切线方向移动，并且通过圆盘头的外周面，研磨带被抵压于基板的边缘部。所以，边缘部的研磨从该研磨部的外侧逐渐进行到内侧。因此，以具有粗粒研磨面的第一研磨带研磨边缘部来形成台阶部，以具有细粒研磨面的第二研磨带进一步研磨台阶部，可将平滑的垂直面形成于边缘部。
附图说明
图1是表示研磨装置的一实施方式的主视图。
图2是研磨装置的侧视图。
图3是表示研磨带接触晶圆的边缘部时的圆盘头与晶圆的边缘部的相对位置的俯视图。
图4是圆盘头在图3所示位置时，以研磨带研磨的边缘部的剖视图。
图5是表示使圆盘头在晶圆的切线方向进一步移动时的圆盘头与晶圆的边缘部的相对位置的俯视图。
图6是圆盘头在图5所示位置时，以研磨带研磨的边缘部的剖视图。
图7是表示从晶圆上来看，圆盘头的中心轴与晶圆的半径方向一致时的圆盘头与晶圆的边缘部的相对位置的俯视图。
图8是圆盘头在图7所示位置时，以研磨带研磨的边缘部的剖视图。
图9是表示具有两个研磨单元的研磨装置的概略图。
图10是表示研磨装置的其他实施方式的侧视图。
图11是表示用研磨带研磨晶圆的边缘部的研磨装置的概略图。
图12是表示形成于边缘部的台阶部的剖视图。
符号说明
1 基板保持部
5、5A、5B、101 研磨带
7、7A、7B 研磨单元
10 研磨液供给喷嘴
12 圆盘头
14 进料辊
18 头马达
20 汽缸(进料辊推抵装置)
25 基台
26 轴承臂
29 旋转马达
30 水平线性导件
32 旋转臂
41 第一张力卷轴
42 第二张力卷轴
43 第一张力马达
44 第二张力马达
47 第一引导辊
48 第二引导辊
50 汽缸(头移动装置)
51 活塞杆
60 升降机构
62 升降台
64 升降致动器
65 铅直线性导件
67 滚珠螺杆
68 伺服马达
具体实施方式
以下参照附图来说明实施方式。
图1是表示研磨装置的一实施方式的主视图，图2是研磨装置的侧视图。研磨装置具备：基板保持部1，保持并旋转作为基板的一例的晶圆W；以及研磨单元7，用研磨件(研磨带5)来研磨晶圆W的边缘部。基板保持部1被构成为保持晶圆W的下表面，使晶圆W绕其中心轴水平地旋转。
在基板保持部1所保持的晶圆W的中心部的上方，配置有研磨液供给喷嘴10，研磨液供给喷嘴10将纯水等研磨液供给至晶圆W的上表面。在晶圆W的边缘部的研磨中，从研磨液供给喷嘴10供给研磨液至晶圆W的中心部。研磨液通过离心力广泛分布在晶圆W上表面整体，保护晶圆W免除研磨屑。
研磨单元7具有：圆盘头12，具有支撑研磨带5的外周面；进料辊14，将研磨带5抵压于圆盘头12的外周面；以及头马达18，圆盘头12绕其轴心O旋转。圆盘头12的轴心O与保持于基板保持部1的晶圆W的表面(上表面)平行，且相对于晶圆W的切线方向垂直。圆盘头12被连接于头马达18的驱动轴。头马达18被构成为以特定速度使圆盘头12旋转。
头马达18被固定于基台25。进料辊14被轴承臂26保持成可旋转，轴承臂26被保持于作为进料辊推抵装置的汽缸20。该汽缸20被构成为经由轴承臂26将进料辊14向着圆盘头12的中心推抵。作为进料辊推抵装置，也可以用弹簧代替汽缸20。
汽缸20被保持在旋转臂32。旋转臂32被连接于作为进料辊移动装置的旋转马达29的旋转轴。该旋转马达29被固定于基台25。旋转马达29的旋转轴在一直在线与圆盘头12的轴心O并列。因此，当驱动旋转马达29，进料辊14沿着圆盘头12的外周面绕轴心O移动。进料辊14的轴心与圆盘头12的轴心O平行。
基台25被在与晶圆W的切线方向平行的方向延伸的水平线性导件30所支撑，以该水平线性导件30，基台25的移动被限制在与晶圆W的切线方向平行的方向。由于头马达18及旋转马达29被固定在基台25，所以圆盘头12、进料辊14、头马达18以及旋转马达29可以与基台25一起移动。从晶圆W上来看时，圆盘头12及进料辊14位于晶圆W的切线上。
研磨单元7还具有：第一张力卷轴41及第二张力卷轴42，分别保持研磨带5的两端部；以及第一张力马达43及第二张力马达44，产生使第一张力卷轴41及第二张力卷轴42彼此在相反方向旋转的力矩。第一张力卷轴41及第二张力卷轴42被配置在圆盘头12的上方。
研磨带5从第一张力卷轴41经由圆盘头12延伸至第二张力卷轴42。由于使这些张力卷轴41、42在彼此相反方向旋转的力矩被施加于第一张力卷轴41及第二张力卷轴42，所以张力被施加于研磨带5。在第一及第二张力卷轴41、42与圆盘头12之间，配置有第一引导辊47及第二引导辊48，支撑在第一及第二张力卷轴41、42与圆盘头12之间延伸的研磨带5。
研磨带5沿着圆盘头12的外周面弯曲，该弯曲部分与晶圆W相接触。相较于以图11所示的按压部件100的平坦面将研磨带101抵压于晶圆W的情况，在接触晶圆W的研磨带5与圆盘头12的外周面之间作用有相对大的静摩擦。因此，在晶圆W的研磨中，可以防止研磨带5偏离特定位置的情况。为了使研磨带5保持于圆盘头12，也可以在圆盘头12的外周面形成用来真空吸引研磨带5的真空吸引孔。
研磨带5的一个面，构成保持研磨粒的研磨面，另一个面(即背面)被支撑在圆盘头12的外周面。圆盘头12的外周面也可以具有比研磨带5的宽度更大的宽度。研磨带5的内侧缘部(晶圆侧端部或基板侧缘部)的位置，与圆盘头12的边缘部位置一致为较佳。进料辊14通过将研磨带5的背面抵压于圆盘头12，从而使研磨带5沿着圆盘头12的外周面弯曲，使研磨带5与圆盘头12的接触面积增加。研磨带5被夹在进料辊14与圆盘头12之间。
研磨带5沿着圆盘头12的外周面弯曲，进一步被进料辊14卷绕于圆盘头12的外周面上。在研磨带5的背面与圆盘头12的外周面之间，作用有大的静摩擦，由此，可确实地防止研磨带5的位置偏离。接触圆盘头12外周面的研磨带5的长度(即研磨带5与圆盘头12的接触面积)，是随着进料辊14的位置而变化的。起到进料辊移动装置的作用的旋转马达29，通过以圆盘头12的轴心O为中心使进料辊14移动，可以改变接触圆盘头12外周面的研磨带5的长度。
为了增大静摩擦，接触圆盘头12外周面的研磨带的长度，较佳为在圆盘头12的全周长的二分之一以上。进料辊14较佳为配置在研磨带5延伸至圆盘头12的至少半周长的位置。在图1所示的例子中，进料辊14配置在研磨带5延伸至圆盘头12的四分之三周长的位置。
第一引导辊47被构成为可平行于圆盘头12的轴心O移动。在圆盘头12的轴方向(即轴心O的延伸方向)的研磨带5的相对于圆盘头12的位置，是以第一引导辊47来调整的。
当圆盘头12通过头马达18旋转时，研磨带5将从第一张力卷轴41被拉出，并与圆盘头12的旋转同步在圆盘头12的周方向行进，然后被卷绕于第二张力卷轴42。研磨带5经由第一引导辊47、圆盘头12、进料辊14、第二引导辊48的顺序，从第一引导辊47行进至第二引导辊48。
如图1所示，研磨单元7还具有作为头移动装置的汽缸50，汽缸50使圆盘头12及进料辊14在晶圆W的切线方向移动。汽缸50的活塞杆51被连接于基台25(参照图2)。如上述，圆盘头12及进料辊14可以与基台25一起移动。因此，汽缸50在研磨带5被支撑于圆盘头12的外周面上的状态下，使圆盘头12及进料辊14在晶圆W的切线方向移动。作为头移动装置，在圆盘头12的轴心O垂直于晶圆W的切线方向的状态下，使圆盘头12及进料辊14在晶圆W的切线方向移动，也可以使用滚珠螺杆与伺服马达的组合来代替汽缸50。
汽缸50通过使圆盘头12在晶圆W的切线方向移动，使圆盘头12的外周面上的研磨带5接触晶圆W的边缘部。研磨带5被圆盘头12的下端部分抵压于晶圆W的边缘部。圆盘头12的移动方向及旋转方向是研磨带5在相反于晶圆W的边缘部的移动方向移动的方向。这是为了提升晶圆W的研磨率。
晶圆W的边缘部的研磨，如以下来进行。晶圆W被基板保持部1水平地保持，绕晶圆W的轴心旋转。从研磨液供给喷嘴10供给研磨液(例如水)至晶圆W的中心部。头马达18使圆盘头12以特定速度旋转，汽缸50与研磨带5一起使圆盘头12及进料辊14在晶圆W的切线方向移动，使圆盘头12的外周面上的研磨带5接触晶圆W的边缘部。随着汽缸50使圆盘头12移动，圆盘头12的最下端部分将研磨带5抵压于晶圆W的边缘部。晶圆W的边缘部被研磨带5研磨，如图12所示的台阶部被形成于边缘部。
在晶圆W研磨中，研磨带5沿着圆盘头12的外周面被弯曲，并被进料辊14卷绕于圆盘头12的外周面上。因此，研磨带5的背面与圆盘头12的外周面之间作用有相对大的静摩擦，由此防止研磨带5的位置偏离。因此，研磨带5可以在晶圆W的边缘部形成平滑的垂直面(参照图12)。
图3是表示研磨带5接触晶圆W的边缘部时的圆盘头12与晶圆W的边缘部的相对位置的俯视图，图4是圆盘头12在图3所示位置时，以研磨带5研磨的边缘部的剖视图。如图3所示，研磨带5与圆盘头12一起在晶圆W的切线方向移动。因此，如图4所示，研磨带5研磨晶圆W的边缘部的最外侧部分，在边缘部形成小台阶部。
图5是表示使圆盘头12在晶圆W的切线方向进一步移动时的圆盘头12与晶圆W的边缘部的相对位置的俯视图，图6是圆盘头12在图5所示位置时，以研磨带5研磨的边缘部的剖视图。当圆盘头12进一步移动，则如图6所示，研磨带5研磨晶圆W的边缘部的更内侧部分，在边缘部形成更大的台阶部。
图7是表示从晶圆W上来看，圆盘头12的中心轴O与晶圆W的半径方向一致时的圆盘头12与晶圆W的边缘部的相对位置的俯视图，图8是圆盘头12在图7所示位置时，以研磨带5研磨的边缘部的剖视图。研磨带5研磨晶圆W的边缘部的最内侧部分，如图8所示，在边缘部形成更大的台阶部。
如图4、6及8所示，边缘部的研磨从该边缘部的外侧逐渐进行到内侧。因此，使用两种研磨带，可以实施边缘部的粗研磨与成品研磨。也就是说，以具有粗粒研磨面的第一研磨带研磨边缘部形成台阶部，以具有细粒研磨面的第二研磨带进一步研磨台阶部，可以在边缘部形成平滑的垂直面。
图9是表示具有两个研磨单元7A、7B的研磨装置的概略图。如图9所示的第一研磨单元7A及第二研磨单元7B具有与图1及2所示的研磨单元7相同的结构，但为了简化说明，在图9中，不显示第一研磨单元7A及第二研磨单元7B的部分构成要素。
第一研磨单元7A及第二研磨单元7B沿着基板保持部1所保持的晶圆W的边缘部来排列。在图9所示的例子中，第一研磨单元7A及第二研磨单元7B以基板保持部1所保持的晶圆W为中心而对称配置。在第一研磨单元7A安装有具有粗粒研磨面的第一研磨带5A，在第二研磨单元7B安装有具有细粒研磨面的第二研磨带5B。
晶圆W的边缘部的研磨，如以下进行。晶圆W被基板保持部1水平地保持，绕晶圆W的轴心旋转。从研磨液供给喷嘴10(参照图2)供给研磨液至晶圆W的中心部。在该状态下，第一研磨单元7A的圆盘头12在晶圆W的切线方向移动，使第一研磨带5A接触晶圆W的边缘部，第一研磨带5A被第一研磨单元7A的圆盘头12的外周面抵压于晶圆W的边缘部，在边缘部形成台阶部。
在第一研磨带5A接触晶圆W的边缘部期间或之后，第二研磨单元7B的圆盘头12在晶圆W的切线方向移动，使第二研磨带5B接触晶圆W的边缘部。第二研磨带5B被第二研磨单元7B的圆盘头12的外周面抵压于台阶部，进一步研磨台阶部。
第一研磨带5A是具有粗粒研磨面的粗研磨带，第二研磨带5B是具有细粒研磨面的成品研磨带。根据本实施方式，第一研磨带5A以高研磨率(又称去除率)研磨晶圆W的边缘部，第二研磨带5B进行以第一研磨带5A形成的台阶部的成品研磨。因此，可提升晶圆W的研磨率，并使台阶部的垂直面变平滑。
也可以设有三个以上的研磨单元7。在该情况下，也可以使用具有不同表面粗糙度的研磨面的三个以上的研磨带。
图10是表示研磨装置的其他实施方式的侧视图。未特别说明的本实施方式的结构及动作，与图1及2所示的实施例相同，所以省略其重复说明。如图10所示，本实施方式的研磨单元7具备：圆盘头12；进料辊14；头马达18；以及升降机构60，使旋转马达29上升及下降。该升降机构60具备：升降台62；支撑水平线性导件30；以及升降致动器64，使该升降台62上升及下降。该升降台连接于铅直线性导件65。该铅直线性导件65被构成为将升降台62的移动限制在铅直方向。
升降致动器64具备：滚珠螺杆67，连接成可在升降台62上旋转；以及伺服马达68，使该滚珠螺杆67旋转。当伺服马达68使滚珠螺杆67旋转，则升降台62会上升或下降。圆盘头12、进料辊14、头马达18及旋转马达29，经由水平线性导件30及基台25连接于升降台62，所以升降致动器64可以使圆盘头12、进料辊14、头马达18及旋转马达29一体地上升及下降。如此构成的研磨单元7可以精密地控制晶圆W的研磨量(即形成于边缘部的台阶部深度)。
上述实施方式，是以本发明所属技术领域中具有通常知识者能实施本发明为目的来记载的方式。上述实施方式的各种变形例，是本领域技术人员必然能完成的变形例，本发明的技术思想也适用于其他实施方式。因此，本发明并非受限于所记载的实施方式，而是根据权利要求书所定义的技术思想解释的最大范围的实施方式。
产业上的利用可能性
本发明可利用于用研磨带来研磨晶圆的边缘部的研磨装置及研磨方法。

Claims (8)

1.一种研磨装置，其特征在于，具备：
基板保持部，保持并旋转基板；以及
研磨单元，用研磨带来研磨所述基板的边缘部，所述研磨单元具有：
圆盘头，具有支撑所述研磨带的外周面；以及
头移动装置，使所述圆盘头移动至所述基板的切线方向，使所述圆盘头的外周面上的所述研磨带接触所述基板的边缘部，
所述圆盘头的轴心与所述基板的表面平行，且相对于所述切线方向垂直。
2.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，
所述研磨单元还具有：
第一卷轴及第二卷轴，分别保持所述研磨带的两端部；以及
第一马达及第二马达，产生使所述第一卷轴及第二卷轴彼此在相反方向旋转的力矩。
3.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，
所述研磨单元还具备进料辊，将所述研磨带抵压于所述圆盘头的外周面，使所述研磨带沿着所述外周面弯曲。
4.如权利要求3所述的研磨装置，其特征在于，
所述研磨单元还具备进料辊移动装置，使所述进料辊绕所述圆盘头的轴心移动。
5.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，
所述研磨单元还具有头马达，使所述圆盘头绕其轴心旋转。
6.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，
所述研磨单元设有多个。
7.如权利要求6所述的研磨装置，其特征在于，
多个所述研磨单元包含：
第一研磨单元，安装有第一研磨带；以及
第二研磨单元，安装有第二研磨带，该第二研磨带具有比所述第一研磨带更细粒的研磨面。
8.一种研磨方法，其特征在于，包含下列步骤：
使基板绕其轴心旋转；
使第一圆盘头在所述基板的切线方向移动，并以所述第一圆盘头的外周面，将第一研磨带抵压于所述基板的边缘部，来在所述边缘部形成台阶部；以及
使第二圆盘头在所述基板的切线方向移动，并以所述第二圆盘头的外周面将第二研磨带抵压于所述台阶部，来研磨所述台阶部，其中所述第二研磨带具有比所述第一研磨带更细粒的研磨面。
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