DE112013003279B4

DE112013003279B4 - Verfahren und Vorrichtung für Polierarbeiten

Info

Publication number: DE112013003279B4
Application number: DE112013003279.1T
Authority: DE
Inventors: c/o SUMCO CORPORATION Ogata Shinichi; Keiichi Takanashi
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2012-06-25
Filing date: 2013-06-24
Publication date: 2023-12-21
Anticipated expiration: 2033-06-25
Also published as: CN104380439A; JP5924409B2; KR101597158B1; US9289876B2; DE112013003279T5; TW201408434A; TWI465317B; JPWO2014002467A1; CN104380439B; KR20150013883A; WO2014002467A1; US20150165585A1

Abstract

Verfahren zum Polieren eines Werkstücks (20), wobei das Werkstück (20) in einer Halterungsöffnung (40) gehalten wird, die in einer Trägerplatte (30) vorhanden ist, wobei der Mittelpunkt der Halterungsöffnung (40) mit Abstand zum Mittelpunkt der Trägerplatte (30) angeordnet ist, die zwischen einer oberen Platte (50a) und einer unteren Platte (50b) liegt, die jeweils mit einem Polierpad (60a, 60b) versehen sind; wobei die Trägerplatte (30) von einem Antriebsmechanismus (70, 80) gedreht wird; und die obere Platte (50a) und die untere Platte (50b) ebenso gedreht werden, so dass sich der Abstand zwischen dem Mittelpunkt der oberen Platte (50a) und der unteren Platte (50b) und dem Mittelpunkt des Werkstücks (20) periodisch mit der Drehung der Trägerplatte (30) ändert, und Vorder- und Rückseiten des Werkstücks (20) gleichzeitig mit den Polierpads (60a, 60b) poliert werden, das die folgenden Schritte aufweist:Messen mindestens eines von dem Drehmoment des Antriebsmechanismus (70, 80), der oberen Platte (50a) und der unteren Platte (50b); undSteuern einer Menge eines Polierabtrags des Werkstücks (20) basierend auf der Schwankung der Drehmomentkomponente, auf der Drehmomentkomponente zu dem Zeitpunkt, zu dem ein bestimmter Drehwinkel der Trägerplatte (30) erreicht ist, oder auf dem Unterschied zwischen den Drehmomentkomponenten zu dem Zeitpunkt, zu dem zwei bestimmte unterschiedliche Drehwinkel der Trägerplatte (30) erreicht sind, aufgrund der periodischen Änderung des Abstands.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Polieren sowohl der Vorder- wie auch Rückseiten eines Werkstücks, wie zum Beispiel eines Halbleiterwafers, mit einem Polierpad.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
In der Herstellung eines Halbleiterwafers wie eines Siliziumwafers, der ein typisches Beispiel eines Werkstücks ist, das einem Polieren unterzogen wird, um einen Halbleiterwafer mit einer exakter gesteuerten Planheitsqualität und Oberflächenrauheitsqualität zu erhalten, wird ein doppelseitiges Polieren durchgeführt, wobei ein Halbleiterwafer zwischen zwei Polierplatten liegt, die Polierpads haben, wodurch die Vorder- und Rückseite des Wafers gleichzeitig poliert werden. Die Form, die für einen Halbleiterwafer erforderlich ist (vorwiegend der Grad an Planheit, den die gesamte Oberfläche und der Umfang des Wafers aufweisen müssen), variiert abhängig von den Anwendungen. Die Sollmenge des Polierabtrags eines Halbleiterwafers muss abhängig von den Anforderungen bestimmt werden, wodurch die Menge des Polierabtrags exakt gesteuert wird. Insbesondere sind für eine Verbesserung der Integrität einer integrierten Schaltung im großen Maßstab, Techniken für eine exakte Steuerung der Menge des Polierabtrags bei Halbleiterwafern erwünscht, da die Planheit eines Halbleiterwafers einer von wichtigen Faktoren ist.
Hier offenbart JP 2004 - 363 181 A (PTL 1) ein Polierverfahren, bei dem die Änderung im Antriebsstrom (insbesondere der Wendepunkt des Stromwertes) eines Motors zum Antreiben der Polierplatten erfasst wird, während Werkstücke fortlaufend poliert werden, um die Dicke der Werkstücke der Dicke der Trägerplatten, die die Werkstücke halten, anzugleichen, um das Polieren zu beenden. Dieses Polierverfahren ist ein Verfahren zum Erfassen der Beendigung des Polierens anhand einer Änderung im Antriebsstrom des Motors, das heißt, des Drehmoments der Polierplatten.
Ferner offenbart JP 2012 - 69 897 A (PTL 2) ein Verfahren zum Polieren eines Halbleiterwafers, wobei der Plattenlaststromwert einer doppelseitigen Poliervorrichtung für einen Halbleiterwafer gemessen wird und die Standardabweichung des Plattenlaststromwerts pro Referenzzeit berechnet wird, wodurch die Progressionsrate des Polierens aus der Änderung in der Standardabweichung berechnet wird. PTL 2 beschreibt auch, dass aufgrund des mit fortlaufendem Polieren verringerten Reibungswiderstandes die Standardabweichung des Plattenlaststromwertes verringert ist und die Standardabweichung vermutlich minimiert ist, wenn die Dicke des Wafers und die Dicke der Trägerplatte gleich werden. Dieses Polierverfahren ist ein Polierverfahren, bei dem der Verlaufsstatus des Polierens anhand der Standardabweichung des Drehmoments der Polierplatten geschätzt wird.
Die WO 2003 / 019 627 A2 offenbart ein Verfahren zur Überwachung eines chemisch-mechanischen Polierprozesses. Dabei wird ein Signal, welches sich auf eine Reibungskraft, ein Drehmoment oder einen Motorstrom bezieht, ausgewertet, indem das Signal beispielsweise mittels Fourier-Transformation in den Frequenzraum transformiert wird und Frequenzkomponenten ausgewendet werden. Änderungen der Frequenzkomponenten werden dann detektiert und in _Abhängigkeit von den detektierten Änderungen wird der Polierprozess verändert, beispielsweise angehalten.
Die JP 2002 - 254 299 A offenbart eine Vorrichtung zum doppelseitigen Polieren eines Werkstücks oder mehrerer Werkstücke, bei welchen die Werkstücke exzentrisch zu einem Mittelpunkt einer jeweiligen Trägerplatte rotieren.
LISTE VON ZITATEN
PATENTLITERATUR

PTL 1: JP 2004 - 363 181 A
PTL 2: JP 2012 - 69 897 A

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es werden Verfahren und Vorrichtungen wie in den unabhängigen Ansprüchen definiert bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsformen.
(Technisches Problem)
In dem Polierverfahren in PTL 1 wird vermutlich der Wendepunkt des Stromwertes nur mit einer derart begrenzten Vorrichtungsstruktur erfasst, bei der die Polierpads, die auf den Polierplatten vorgesehen sind, die Trägerplatten in einer Stufe, in der die Werkstücke dicker sind als die Trägerplatten, erst berühren, wenn die Werkstücke und die Trägerplattes die gleiche Dicke erreicht haben. Selbst wenn der Wendepunkt erfasst werden kann, kann der Wendepunkt erst erfasst werden, nachdem der Stromwert minimiert wurde, das heißt, sobald die Dicke der Werkstücke gleich jener der Trägerplatten geworden ist. Wenn daher das Polieren nach Erfassen des Wendepunkts beendet wird, kann ein übermäßiges Polieren des Werkstücks nicht verringert werden, woraus sich eine geringe Exaktheit bei der Beendigung des Polierens des Werkstücks ergibt. Ferner ermöglicht dieses Polierverfahren kein Erfassen der Progressionsrate des Polierens vor dem Ende des Polierens. Somit kann das in PTL 1 offenbarte Polierverfahren die Menge des Polierabtrags nicht exakt steuern.
Andererseits kann das in PTL 2 offenbarte Polierverfahren die Menge eines Polierabtrags von Halbleiterwafern aus den folgenden Gründen nicht mit hoher Exaktheit steuern. Erstens, wenn der Laststromwert, der sich aus einer Änderung im Reibungswiderstand ergibt, im Vergleich zu Hintergrundlasten wie Betriebsstrom und Rauschen, das stationär während des Betriebs einer doppelseitigen Poliervorrichtung erzeugt wird, signifikant klein ist, wäre die Änderung in der Schwankung der Hintergrundlasten selbst verborgen. Ferner, selbst wenn die Änderung in der Standardabweichung erfasst werden kann, enthält die zu berechnende Standardabweichung die Schwankung, die durch die Hintergrundlasten erzeugt wird, zusätzlich zu der Schwankung, die durch die Reibung erzeugt wird. Da die Schwankung der Hintergrundlasten selbst schwankt, kann die Menge des Polierabtrags nicht mit ausreichender Exaktheit erfasst werden. Daher ist es schwierig, eine Änderung in der Standardabweichung zu erfassen. Ferner kann der Minimalwert der Standardabweichung erst nach einer Minimierung der Standardabweichung erfasst werden. Daher führt die Beendigung des Polierens nach Erfassen des Minimalwertes der Standardabweichung ebenso zu einer schlechten Exaktheit bei der Beendigung der Arbeit. Das heißt, das in PTL 2 offenbarte Polierverfahren kann die Menge eines Polierabtrags nicht mit ausreichender Exaktheit steuern.
Angesichts der oben angeführten Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Polieren eines Werkstücks vorzusehen, das bzw. die eine Steuerung der Menge eines Polierabtrags eines Werkstücks mit höherer Exaktheit ermöglicht.
(Problemlösung)
Zum Erreichen der obenstehenden Zielsetzung haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung verschiedene Studien durchgeführt, um die folgenden Erkenntnisse zu erlangen.
Das heißt, ein Werkstück wird in einer Halterungsöffnung derart gehalten, dass sein Mittelpunkt mit Abstand zum Mittelpunkt einer relevanten Trägerplatte angeordnet ist; die Trägerplatte liegt zwischen einer oberen Platte und einer unteren Platte; und während eine Poliervorrichtung angetrieben wird, ändert sich der Abstand zwischen dem Mittelpunkt der oberen Platte und unteren Platte und dem Mittelpunkt des Werkstücks periodisch mit der Drehung der Trägerplatte. Das Drehmoment des Antriebsmechanismus der Trägerplatte, der oberen Platte oder der unteren Platte enthält eine Drehmomentkomponente, die sich periodisch synchron mit der periodischen Änderung in diesem Abstand ändert, wobei diese Drehmomentkomponente aus dem Messwert des Drehmoments ermittelt wird. Diese Drehmomentkomponente war eine Anzeige, die kaum durch die Hintergrundlasten beeinflusst wird. Ferner stellten sie fest, dass die Schwankung der Drehmomentkomponente mit fortlaufendem Polieren verringert ist und insbesondere deutlich verringert ist, wenn die Dicke des Werkstücks gleich jener der Trägerplatte wird. Aufgrund solcher Erkenntnisse haben die Erfinder die vorliegende Erfindung ausgeführt.
Die vorliegende Erfindung enthält hauptsächlich die folgenden Merkmale.
Ein Verfahren zum Polieren eines Werkstücks, wobei das Werkstück, das in einer Halterungsöffnung gehalten wird, die in einer Trägerplatte vorgesehen ist, wobei der Mittelpunkt der Halterungsöffnung mit Abstand zum Mittelpunkt der Trägerplatte angeordnet ist, zwischen einer oberen Platte und einer unteren Platte liegt, die jeweils mit einem Polierpad versehen sind; die Trägerplatte von einem Antriebsmechanismus gedreht wird; und die obere Platte und die untere Platte ebenso gedreht werden, so dass sich der Abstand zwischen dem Mittelpunkt der oberen Platte und der unteren Platte und dem Mittelpunkt des Werkstücks periodisch mit der Drehung der Trägerplatte ändert und Vorder- und Rückseiten des Werkstücks gleichzeitig mit den Polierpads poliert werden, weist die folgenden Schritte auf:

Messen mindestens eines von dem Drehmoment des Antriebsmechanismus, der oberen Platte und der unteren Platte; und

Steuern einer Menge eines Polierabtrags des Werkstücks basierend auf der Schwankung der Drehmomentkomponente, auf der Drehmomentkomponente zu dem Zeitpunkt, zu dem ein gewisser Drehwinkel der Trägerplatte erreicht ist oder auf dem Unterschied zwischen den Drehmomentkomponenten zu dem Zeitpunkt, wenn zwei bestimmte unterschiedliche Drehwinkel der Trägerplatte aufgrund der periodischen Änderung des Abstands erreicht sind.
In dem Verfahren zum Polieren eines Werkstücks gemäß der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt, dass mehrere Trägerplatten, die mit den entsprechenden Werkstücken versehen sind, zwischen der oberen Platte und der unteren Platte vorgesehen sind, und dass sich die Abstände in Bezug auf jedes Werkstück synchronisiert ändern.
In dem Verfahren zum Polieren eines Werkstücks gemäß der vorliegenden Erfindung, ist bevorzugt, dass das Polieren beendet wird, wenn die Schwankung der Drehmomentkomponente endet, wenn die Drehmomentkomponente zu dem Zeitpunkt, zu dem ein bestimmter Drehwinkel der Trägerplatte erreicht wird, aufhört sich zu ändern, oder wenn der Unterschied zwischen den Drehmomentkomponenten zu dem Zeitpunkt, zu dem zwei bestimmte unterschiedliche Drehwinkel der Trägerplatte erreicht sind, eliminiert ist.
In dem Verfahren zum Polieren eines Werkstücks gemäß der vorliegenden Erfindung, ist bevorzugt, dass die Drehmomente der oberen Platte und der unteren Platte gemessen werden, um dadurch die Menge eines Polierabtrags des Werkstücks unter Verwendung der Drehmomente zu steuern.
In dem Verfahren zum Polieren eines Werkstücks gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Werkstück vorzugsweise ein Siliziumwafer, der durch Schneiden eines Siliziumingots erhalten wird.
Ein weiteres Verfahren zum Polieren eines Werkstücks gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei das Werkstück, das in einer Halterungsöffnung gehalten wird, die in einer Trägerplatte vorgesehen ist, wobei der Mittelpunkt der Halterungsöffnung mit Abstand zum Mittelpunkt der Trägerplatte angeordnet ist, zwischen einer oberen Platte und einer unteren Platte liegt, die jeweils mit einem Polierpad versehen sind; die Trägerplatte von einem Antriebsmechanismus gedreht wird; und die obere Platte und die untere Platte ebenso gedreht werden, so dass sich der Abstand zwischen dem Mittelpunkt der oberen Platte und der unteren Platte und dem Mittelpunkt des Werkstücks periodisch mit der Drehung der Trägerplatte ändert und Vorder- und Rückseiten des Werkstücks gleichzeitig mit den Polierpads poliert werden, weist die folgenden Schritte auf:

Messen mindestens eines von dem Stromwert eines Motors des Antriebsmechanismus und dem Stromwert eines Motors zum Drehen mindestens einer der oberen Platte und der unteren Platte; und

Steuern einer Menge eines Polierabtrags des Werkstücks basierend auf der Schwankung der Stromwertkomponente, auf der Stromwertkomponente zu einem Zeitpunkt, zu dem ein bestimmter Drehwinkel der Trägerplatte erreicht ist, oder auf dem Unterschied zwischen den Stromwertkomponenten zu dem Zeitpunkt, zu dem zwei bestimmte unterschiedliche Drehwinkel der Trägerplatte erreicht sind, aufgrund der periodischen Änderung im Abstand.
Ferner umfasst eine Vorrichtung zum Polieren eines Werkstücks gemäß der vorliegenden Erfindung:

eine Trägerplatte;
eine Halterungsöffnung, die in der Trägerplatte vorgesehen ist, wobei der Mittelpunkt der Öffnung mit Abstand zum Mittelpunkt der Trägerplatte positioniert ist;
eine obere Platte und eine untere Platte, die jeweils mit einem Polierpad versehen sind, zwischen welchen ein Werkstück liegt, das in der Halterungsöffnung gehalten wird; und
einen Antriebsmechanismus zum Drehen der Trägerplatte und zwei Motoren, die die obere Platte und die untere Platte drehen,
wobei, während sich der Abstand zwischen dem Mittelpunkt der oberen Platte und der unteren Platte und dem Mittelpunkt des Werkstücks periodisch mit der Drehung der Trägerplatte ändert, Vorder- und Rückseiten des Werkstücks gleichzeitig mit den Polierpads poliert werden,
wobei die Vorrichtung des Weiteren aufweist:
- eine Messeinheit zum Messen mindestens eines von dem Drehmoment des Antriebsmechanismus, der oberen Platte und unteren Platte; und
- eine Steuereinheit zum Steuern der Menge eines Polierabtrags des Werkstücks basierend auf der Schwankung der Drehmomentkomponente, auf der Drehmomentkomponente zu dem Zeitpunkt, zu dem ein bestimmter Drehwinkel der Trägerplatte erreicht ist, oder auf dem Unterschied zwischen den Drehmomentkomponenten zu dem Zeitpunkt, zu dem zwei bestimmte unterschiedliche Drehwinkel der Trägerplatte erreicht sind, aufgrund der periodischen Änderung des Abstands.
- Eine weitere Vorrichtung zum Polieren eines Werkstücks, gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst:
- eine Trägerplatte;
- eine Halterungsöffnung, die in der Trägerplatte vorgesehen ist, wobei der Mittelpunkt der Öffnung mit Abstand zum Mittelpunkt der Trägerplatte positioniert ist;
- eine obere Platte und eine untere Platte, die jeweils mit einem Polierpad versehen sind, zwischen welchen ein Werkstück liegt, das in der Halterungsöffnung gehalten wird; und
- einen Antriebsmechanismus zum Drehen der Trägerplatte und zwei Motoren, die die obere Platte und die untere Platte drehen,
- wobei, während sich der Abstand zwischen dem Mittelpunkt der oberen Platte und der unteren Platte und dem Mittelpunkt des Werkstücks periodisch mit der Drehung der Trägerplatte ändert, Vorder- und Rückseiten der Werkstücke gleichzeitig mit den Polierpads poliert werden,
- wobei die Vorrichtung des Weiteren aufweist:
  - eine Messeinheit zum Messen mindestens eines von dem Stromwert eines Motors für den Antriebsmechanismus und dem Stromwert der zwei Motoren zum Drehen mindestens einer der oberen Platte und der unteren Platte; und
  - eine Steuereinheit zum Steuern einer Menge eines Polierabtrags des Werkstücks basierend auf der Schwankung der Stromwertkomponente, auf dem Stromwert zu dem Zeitpunkt, zu dem ein bestimmter Drehwinkel der Trägerplatte erreicht ist, oder auf dem Unterschied zwischen den Stromwertkomponenten zu dem Zeitpunkt, zu dem zwei bestimmte unterschiedliche Drehwinkel der Trägerplatte erreicht sind, aufgrund der periodischen Änderung des Abstands.

(Vorteilhafte Wirkung der Erfindung)
Ein Verfahren zum Polieren eines Werkstücks und eine Vorrichtung zum Polieren eines Werkstücks gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglichen ein Erfassen der Drehmomentkomponente eines Antriebsmechanismus, die sich aufgrund der periodischen Änderung im Abstand zwischen dem Mittelpunkt einer oberen Platte und einer unteren Platte und dem Mittelpunkt des Werkstücks und der Drehmomentkomponente zum Drehen der Polierplatten periodisch ändert, wodurch die Menge eines Polierabtrags des Werkstücks anhand der Schwankung der Komponente und dergleichen mit höherer Exaktheit gesteuert wird.
KURZE BESCHREIBUNG VON ZEICHNUNGEN

1 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Polieren eines Werkstücks gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2(A) bis 2(F) sind Darstellungen, die frühe Polierstufen in einem Verfahren zum Polieren eines Werkstücks gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. 2(A) ist eine schematische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem der Abstand D zwischen dem Mittelpunkt einer Polierplatte und dem Mittelpunkt eines Werkstücks minimiert ist. 2(B) ist eine schematische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem der Abstand D maximiert ist. 2(C) ist eine Querschnittsansicht entlang Linie I-I in 2(A). 2(D) ist eine Querschnittsansicht entlang Linie II-II in 2 (B). 2(E) ist eine Darstellung, die das Verhältnis zwischen dem Abstand D und der Polierzeit zeigt, während 2(F) eine Darstellung ist, die das Verhältnis zwischen dem Abstand D und der Drehmomentkomponente zeigt, die an die Polierplatten angelegt wird.
3(A) bis 3(F) sind Darstellungen, die Polierendstufen in einem Verfahren zum Polieren eines Werkstücks gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. 3(A) ist eine schematische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem der Abstand D zwischen dem Mittelpunkt einer Polierplatte und dem Mittelpunkt eines Werkstücks minimiert ist. 3(B) ist eine schematische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem der Abstand D maximiert ist. 3(C) ist eine Querschnittsansicht entlang Linie III-III in 3(A). 3(D) ist eine Querschnittsansicht entlang Linie IV-IV in 3 (B). 3(E) ist eine Darstellung, die das Verhältnis zwischen dem Abstand D und der Polierzeit zeigt, während 3(F) eine Darstellung ist, die das Verhältnis zwischen dem Abstand D und der Drehmomentkomponente zeigt, die an die Polierplatten angelegt wird.
4(A) und 4(B) sind Darstellungen, die den Drehwinkel einer Trägerplatte in einem Verfahren zum Polieren eines Werkstücks gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. 4(A) ist eine Darstellung, die einen Zustand vor der Drehung zeigt, während 4(B) eine Darstellung ist, die einen Zustand während der Drehung zeigt.
5 ist eine Darstellung, die das Verhältnis zwischen dem Drehwinkel einer Trägerplatte und der Drehmomentkomponente in einem Verfahren zum Polieren eines Werkstücks gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
6(A) und 6(B) sind schematische Ansichten, die jeweils ein bevorzugtes Positionsverhältnis zwischen den mehreren Werkstücken in Fällen zeigen, wenn sowohl die Vorder- wie auch Rückseiten mehrerer Werkstücke gleichzeitig in einem Verfahren zum Polieren eines Werkstücks gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung poliert werden. 6(A) zeigt einen Zustand, wenn die Abstände D zwischen den Werkstücken gleich und am kürzesten werden, während 6(B) einen Zustand zeigt, wenn die Abstände zwischen den Werkstücken gleich um am längsten werden.
7 ist eine Grafik, die das Verhältnis zwischen der Polierzeit und der Schwankung der Drehmomentkomponente in Beispiel 1 zeigt.
8 ist eine Grafik, die das Verhältnis zwischen der Schwankung der Drehmomentkomponente und der Dicke eines Wafers in Beispiel 1 zeigt.
9 ist eine Grafik, die das Verhältnis zwischen der Schwankung der Drehmomentkomponente und dem GBIR in Beispiel 1 zeigt.
10 ist eine Grafik, die das Verhältnis zwischen der Schwankung der Drehmomentkomponente und dem Maximalwert des ESFQR in Beispiel 1 zeigt.
11 ist eine Grafik, die das Verhältnis zwischen der Polierzeit und der Schwankung der Drehmomentkomponente in Beispiel 2 zeigt.
12 ist eine Grafik, die das Verhältnis zwischen der Schwankung der Drehmomentkomponente und der Dicke eines Wafers in Beispiel 2 zeigt.
13 ist eine Grafik, die das Verhältnis zwischen der Schwankung der Drehmomentkomponente und dem GBIR in Beispiel 2 zeigt.
14 ist eine Grafik, die das Verhältnis zwischen der Schwankung der Drehmomentkomponente und dem Maximalwert des ESFQR in Beispiel 2 zeigt.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es werden nun eine Poliervorrichtung 1 und ein Verfahren zum Polieren eines Werkstücks gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Zunächst wird eine Werkstückpoliervorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Die Poliervorrichtung 1 enthält Trägerplatten 30, die jeweils eine Halterungsöffnung 40 zum Halten eines Werkstücks 20 aufweisen; eine obere Platte 50a und eine untere Platte 50b, die mit Polierpads 60a bzw. 60b versehen sind; und zwei Motoren 90a und 90b, die die obere Platte 50a bzw. die untere Platte 50b drehen. Die Mittelpunkte der Halterungsöffnungen 40 sind mit Abstand zu den Mittepunkten der relevanten Trägerplatten 30 positioniert. Die in den Halterungsöffnungen 40 gehaltenen Werkstücke 20 können zwischen der oberen Platte 50a und der unteren Platte 50b mit konstantem Druck liegen. Die Motoren 90a und 90b drehen die obere Platte 50a und die untere Platte 50b in entgegengesetzte Richtungen. Ferner sind die Trägerplatten 30 jeweils mit einem Außenzahnrad (nicht dargestellt) für den Eingriff mit dem Sonnenrad 70 und dem inneren Zahnrad 80 versehen, wobei äußere Zahnräder zwischen der oberen Platte 50a und der unteren Platte 50b vorgesehen sind. Hier bilden das Sonnenrad 70 und/oder das innere Zahnrad 80 einen Antriebsmechanismus, der von Motoren angetrieben wird, die sich von den Motoren 90a und 90b unterscheiden, und die Trägerplatten 30 dreht. Die äußeren Zahnräder der Trägerplatte 30 greifen in das Sonnenrad 70 und das innere Zahnrad 80, wodurch die Trägerplatten 30 gedreht werden. Der Zahnradeingriff zwischen dem Sonnenrad 70, dem inneren Zahnrad 80 und dem äußeren Zahnrad ist zur Vereinfachung der Poliervorrichtung 1 nicht dargestellt. Das innere Zahnrad 80 besteht aus einer Anzahl von Schwingenachsen, die mit entsprechenden Drehantriebswellenstiften in Umfangsrichtung versehen sind. Die einzelnen Schwingenachsen stehen mit den äußeren Zahnrädern der Trägerplatten 30 in Eingriff, wodurch die Trägerplatten 30 gedreht werden. Es ist zu beachten, dass die einzelnen Schwingenachsen zur Vereinfachung der Poliervorrichtung 1 nicht dargestellt sind. Ferner zeigt 1 der Einfachheit wegen nur einen Motor 90c einer der Schwingenachsen des inneren Zahnrades 80, während der Motor des Sonnenrades 70 nicht dargestellt ist.
Während bei einem solchen Zahnradeingriff jede Trägerplatte 30 mit der Drehung der unteren Platte 50b durch den Motor 90b und den Drehungen des Sonnenrades 70 und/oder des inneren Zahnrades 80 um den Mittelpunkt der Trägerplatte 30 als Mittelachse dreht (in der Folge einfach als Drehen (Drehung) beschrieben), läuft sie um das Sonnenrad 70, wobei die Mittelpunkte der oberen Platte 50a und der unteren Platte 50b die Mittelachse darstellen (in der Folge einfach als „Umlauf“ beschrieben). In dieser Ausführungsform ist der Mittelpunkt jeder Halterungsöffnung 40 mit Abstand zum Mittelpunkt der relevanten Trägerplatte 30 angeordnet, mit anderen Worten, jedes Werkstück 20 ist in Bezug auf den Mittelpunkt der relevanten Trägerplatte 30 exzentrisch, so dass sich der Abstand zwischen dem Mittelpunkt der oberen Platte 50a und der unteren Platte 50b und dem Mittelpunkt des Werkstücks 20 periodisch mit ihren Drehungen ändert. Die Poliervorrichtung 1 versetzt die dazwischen liegenden Trägerplatten 30 in eine Drehung und einen Umlauf, um sowohl die Vorder- wie auch Rückseiten der Werkstücke 20 gleichzeitig einem chemisch-mechanischen Polieren unter Verwendung der Polierpads 60a und 60b und Poliermitteltröpfchen (nicht dargestellt) auszusetzen.
Ferner hat die Poliervorrichtung 1 Messeinheiten 110, die in der Folge beschrieben sind, zum Messen des Stromwerts der Motoren 90a und 90b und des Motors 90c und/oder von Motoren, die nicht dargestellt sind. Insbesondere messen die Messeinheiten 110 das Drehmoment der oberen Platte 50a und der unteren Platte 50b und des Antriebsmechanismus (d.h., des Sonnenrades 70 und/oder des inneren Zahnrades 80). Ferner hat die Poliervorrichtung 1 eine Steuereinheit 120. Die von der Steuereinheit 120 auszuführende Steuerung ist unten beschrieben.
Hier wird die Änderung im Drehmoment der oberen Platte 50a mit dem Verlauf des Polierens an einem der Werkstücke 20 unter Bezugnahme auf 2 (A) bis 2(F) und 3(A) bis 3(F) beschrieben. Es ist zu beachten, dass dasselbe für die Änderung im Drehmoment der unteren Platte 50b und des Antriebsmechanismus gilt. Wie in 2 (A) und 2 (B) und 3 (A) und 3(B) dargestellt, führt eine der Trägerplatten 30 eine Drehung und einen Umlauf aus, während die unteren Platte 50b dreht und der Antriebsmechanismus angetrieben wird; währenddessen ändert sich der Abstand D zwischen dem Mittelpunkt der oberen Platte 50a und der unteren Platte 50b und dem Mittelpunkt des Werkstücks 20 periodisch mit den Drehungen. 2(E) und 3(E) zeigen die Zustände, wenn sich der Abstand D periodisch mit der Polierzeit ändert.
Wie in 2(C) und 2(D) dargestellt, sind hier in einer frühen Polierstufe die Werkstücke 20 dicker als die Trägerplatte 30, so dass die Drücke, die von beiden Polierplatten 50a und 50b ausgeübt werden, auf einen zentralen Bereich jedes Werkstücks 20 konzentriert sind. Daher enthält das Drehmoment der oberen Platte 50a eine Drehmomentkomponente, die sich periodisch synchron mit der periodischen Änderung im Abstand D zwischen dem Mittelpunkt beider Polierplatten 50a und 50b und dem Mittelpunkt jedes Werkstücks 20 ändert (das heißt, der Drehungsperiode der drehenden Trägerplatten 30) (2(F)). Eine solche Drehmomentkomponente, die sich periodisch synchron mit der periodischen Änderung im Abstand D ändert, wird in der Folge einfach als „Drehmomentkomponente“ bezeichnet.
Andererseits, wie in 3(C) und 3(D) dargestellt, werden in einer Polierendstufe die Dicke des Werkstücks 20 und die Dicke der Trägerplatte 30 gleich. Daher werden, unabhängig vom Abstand D, die Drücke, die auf die Trägerplatte 30 und das Werkstück 20 von beiden Polierplatten 50a und 50b ausgeübt werden, gleich. Daher wird die obengenannte Drehmomentkomponente unabhängig vom Abstand D konstant (3(F)).
Des Weiteren wird in einer Polierzwischenstufe im Vergleich zur frühen Stufe der Unterschied zwischen der Dicke des Werkstücks 20 und der Dicke der Trägerplatte 30 kleiner. Daher werden die Drücke, die auf den mittleren Bereich jedes Werkstücks 20 von beiden Polierplatten 50a und 50b in der frühen Polierstufe ausgeübt werden, allmählich verteilt. Somit nimmt die maximale Verschiebung der obengenannten Drehmomentkomponente im Verlauf des Polierens ab.
Wie oben beschrieben, nimmt die Schwankung der Drehmomentkomponente allmählich im Verlauf des Polierens ab und wird in der Polierendstufe fast null, das heißt, wenn die Dicke des Werkstücks 20 gleich jener der Trägerplatte 30 ist (es kann angenommen werden, dass die Drehmomentkomponente selbst verschwindet) .
Der Messwert des Drehmoments der oberen Platte 50a, der durch die Messeinheiten 110 erhalten wird, enthält, zusätzlich zu der obengenannten Drehmomentkomponente, Hintergrundlasten wie den Betriebsstrom der Poliervorrichtung 1 und Rauschen. Die obengenannte Drehmomentkomponente kann jedoch aus dem Drehmoment der oberen Platte 50a ermittelt werden. Insbesondere wird dies durch Vereinfachen des erfassten Drehmomentsignals durch den Drehwinkel der Trägerplatte zum Zeitpunkt der Erfassung und anschließendes Berechnen seiner Wellenform möglich. Bei der Berechnung der Wellenform zum Beispiel kann die Näherungsmethode für die Umwandlung in eine trigonometrische Funktion unter Anwendung der Methode kleinster Quadrate oder dergleichen verwendet werden. Für das Verfahren zum Berechnen der Wellenform können, außer der obengenannten Strategie, zum Beispiel Strategien wie eine Durchschnittsbildung pro Drehwinkel der Trägerplatte oder Frequenzanalyse oder dergleichen durch FFT (Schnelle Fouriertransformation) verwendet werden. Daher sieht die Schwankung der Drehmomentkomponente eine Anzeige vor, die die Wirkung der 30 Hintergrundlasten wie des Betriebsstroms zum Betreiben der Poliervorrichtung 1 und eines Rauschens ausschließt. Daher wird die Drehmomentkomponente aus dem Messwert des Drehmoments ermittelt und die Schwankung der Drehmomentkomponente berechnet, wodurch die Menge eines Polierabtrags des Werkstücks 20 anhand der Schwankung gesteuert wird.
Die Messeinheit 110 misst den Stromwert des Motors 90a während des Polierens des Werkstücks 20. In dieser Ausführungsform kann das Drehmoment der oberen Platte 50a als der Stromwert des Motors 90a erfasst werden, der die obere Platte 50a dreht. Unter Verwendung des obengenannten Ermittlungsverfahrens ermittelt die Steuereinheit 120 die Stromwertkomponente entsprechend der obengenannten Drehmomentkomponente aus dem Messwert des Stromwerts, wodurch die Menge eines Polierabtrags des Werkstücks 20 anhand der Schwankung der Stromwertkomponente gesteuert wird. Zum Beispiel wird die Verknüpfung zwischen der Schwankung der Stromwertkomponente (d.h., der Drehmomentkomponente) und der Menge eines Polierabtrags des Werkstücks 20 zuvor mit einem Testwerkstück 20 bestimmt und dann wird die Verknüpfung in der Poliervorrichtung 1 aufgezeichnet. Danach wird ein Werkstück 20 derselben Art poliert und in der Zwischenzeit wird die Schwankung der Stromwertkomponente, die durch Messen des Stromwerts des Motors 90a erhalten wird, bei der obengenannten Verknüpfung angewendet, so dass die Menge eines Polierabtrags des Werkstücks 20 zu einem bestimmten Zeitpunkt erfasst werden kann und die Menge eines Polierabtrags des Werkstücks 20 mit hoher Exaktheit gesteuert werden kann. Ferner, selbst wenn die Verknüpfung zwischen der Schwankung und der Menge eines Polierabtrags des Werkstücks 20 in der Poliervorrichtung 1 nicht aufgezeichnet wird, kann die Menge eines Polierabtrags unter Verwendung der Schwankung der Stromwertkomponente im Verlauf des Polierens (Abnahme in der Schwankung) gesteuert werden.
Wie oben beschrieben, ermöglicht die Vorrichtung zum Polieren eines Werkstücks gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, während die Wirkung der Hintergrundlasten, wie des Betriebsstroms oder eines Rauschens eliminiert ist, ein Erfassen der Drehmomentkomponente, die sich synchron mit der periodischen Änderung im Abstand D zwischen dem Mittelpunkt der oberen Platte und der unteren Platte und dem Mittelpunkt des Werkstücks ändert, wodurch die Menge eines Polierabtrags des Werkstücks mit hoher Exaktheit anhand der Schwankung der Drehmomentkomponente gesteuert wird. Ferner kann eine solche Vorrichtung das Verfahren zum Polieren eines Werkstücks gemäß der vorliegenden Erfindung durchführen.
In dieser Ausführungsform wird das Drehmoment der oberen Platte 50a verwendet; zusätzlich kann das Drehmoment der unteren Platte 50b gemessen und seine Drehmomentkomponente ermittelt werden, so dass die Drehmomente der oberen Platte 50a und der unteren Platte 50b ermittelt werden.
Anstelle des Drehmoments der oberen Platte 50a wie in der obengenannten Ausführungsform des Antriebsmechanismus kann zum Beispiel das Drehmoment des inneren Zahnrades 80 gemessen werden, um seine Drehmomentkomponente zu ermitteln. Natürlich können sowohl das Drehmoment des inneren Zahnrades 80 wie auch die Drehmomente der oberen Platte 50a und der unteren Platte 50b ermittelt werden. Ferner kann von dem Antriebsmechanismus anstelle des Drehmoments des inneren Zahnrades 80 das Drehmoment des Sonnenrades 70 zum Ermitteln seiner Drehmomentkomponente gemessen werden.
Hier in der vorliegenden Erfindung kann die Menge eines Polierabtrags anhand der folgenden zwei Indikatoren anstelle der Schwankung der obengenannten Drehmomentkomponente gesteuert werden. Der erste Indikator ist die Drehmomentkomponente zu dem Zeitpunkt, zu dem ein spezieller Drehwinkel der Trägerplatten erreicht ist. Der zweite Indikator ist der Unterschied zwischen den Drehmomentkomponenten zu dem Zeitpunkt, zu dem zwei spezielle Drehwinkel der Trägerplatten erreicht sind. Die Einzelheiten werden in der Folge beschrieben
Zuerst wird der Drehwinkel θ der Trägerplatten unter Bezugnahme auf 4(A) und 4(B) beschrieben. Für den Drehwinkel θ müssen die Umläufe der Trägerplatten 30 nicht berücksichtigt werden und es werden nur ihre Umdrehungen durch Drehung berücksichtigt. 4(A) zeigt eine der Trägerplatten 30 und eines der Werkstücke 20 an einem bestimmten Punkt und es wird angenommen, dass der Zustand einen Drehwinkel von null erreicht. In 4(A) ist ein Punkt P der Mittelpunkt der Trägerplatte 30 und bei Q0 ist der Abstand von Punkt P zum Werkstück 20 maximiert. 4(B) ist eine Darstellung der Trägerplatte 30, die um einen speziellen Winkel von θ gedreht wurde. In 4(B) ist der Abstand von Punkt P zum Werkstück 20 bei Q1 maximiert und der Winkel, der durch den Punkt Q0, Punkt P und Punkt Q1 gebildet wird, ist der Drehwinkel θ.
5 ist eine Darstellung, die das Verhältnis zwischen dem Drehwinkel und der Drehmomentkomponente der Trägerplatte 20 zeigt. Wie in 5 dargestellt, kann die Menge eines Polierabtrags des Werkstücks 20 anhand der Drehmomentkomponente (C1, C2,...) als ersten Indikator zu dem Zeitpunkt gesteuert werden, zu dem ein bestimmter Drehwinkel der Trägerplatte 30 erreicht ist. Als Alternative kann die Menge eines Polierabtrags des Werkstücks 20 anhand des Unterschiedes (D1 - E1, D2 - E2,...) zwischen den Drehmomentkomponenten zu dem Zeitpunkt, zu dem bestimmte zwei unterschiedliche Drehwinkel der Trägerplatte 30 erreicht sind, als zweiten Indikator gesteuert werden. Diese Indikatoren nehmen auch im Verlauf des Polierens ab und werden null, wenn die Dicke des Werkstücks 20 gleich jener der Trägerplatte 30 wird. Die Schwankung der Drehmomentkomponente kann in jeder beliebigen Weise definiert werden und kann auf verschiedene Weisen definiert werden, zum Beispiel, als A1, das heißt, als die Hälfte des Unterschiedes zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert während einer Periode; A2, das heißt, der Unterschied zwischen dem Maximalwert und dem Mittelwert; oder A3, das heißt, der Unterschied zwischen dem Mittelwert und dem Minimalwert, wie in 5 dargestellt.
Die Trägerplatten 30 können aus einem beliebigen Material bestehen, zum Beispiel aus Edelstahl für Spezialanwendungen (SUS) oder faserverstärktem Kunststoff, das heißt, einer Kombination eines Harzes, wie Epoxy, Phenol oder Polyimid, mit Verstärkungsfaser, wie Glasfaser, Kohlenstofffaser oder Aramidfaser. Zur Verbesserung von Verschleiß- und Abriebfestigkeit kann diamantartiger Kohlenstoff auf die Oberfläche des vorangehenden Materials aufgetragen werden. Ferner kann jede Trägerplatte 30 eine Rille zum Halten von Poliermitteltröpfchen und dergleichen zusätzlich zu der Halterungsöffnung 40 aufweisen und ist so gestaltet, dass sie eine geringere Dicke als das Werkstück 20 aufweist.
Die Polierpads 60a und 60b und das Poliermittel, die für ein chemisch-mechanisches Polieren verwendet werden, können aus einer beliebigen Art sein. Zum Beispiel kann für die Polierpads ein Pad aus Vliestuch, das aus Polyester besteht, oder ein Pad aus Polyurethan verwendet werden. Als Poliermitteltröpfchen kann zum Beispiel eine alkalische wässrige Lösung, die freie Schleifkörner enthält, eine alkalische wässrige Lösung aus freien Schleifkörnern oder dergleichen verwendet werden.
Die obere Platte 50a und die untere Platte 50b werden nach Wunsch bei derselben Drehzahl in wechselseitig entgegengesetzte Richtungen gedreht. Das Sonnenrad 70 und das innere Zahnrad 80 stehen mit den äußeren Zahnrädern der Trägerplatten 30 in Eingriff und die Trägerplatten 30 drehen wie zuvor beschrieben. Hier ist die Drehzahl der Trägerplatten 30 vorzugsweise konstant, wodurch die Drehperiode der Trägerplatten aus der Zeit erfasst wird, die seit Beginn des Polierens verstrichen ist, um die Schwankung der Drehmomentkomponente definitiv zu berechnen. Selbst wenn jedoch die Drehzahl nicht konstant ist, kann die Schwankung der Drehmomentkomponente durch Messen des Drehwinkels der Trägerplatten 30 zum Beispiel mit einem Drehungsindikator oder dergleichen gemessen werden, so dass das Polierverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden kann. In diesem Fall ist es möglich, die Drehmomentkomponente zu dem Zeitpunkt zu verwenden, zu dem ein bestimmter Drehwinkel erreicht ist, oder den Unterschied zwischen den Drehmomentkomponenten zu dem Zeitpunkt, zu dem zwei bestimmte unterschiedliche Drehwinkel erreicht sind. Es ist zu beachten, dass in der obengenannten Ausführungsform die Poliervorrichtung 1 ein Polieren durch Drehen und Umlaufen der Trägerplatten 30 ausführt; das Polierverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedoch durch derartiges Steuern der Drehung des inneren Zahnrades 80 ausgeführt werden, so dass die Trägerplatten 30 nur drehen.
Das Drehmoment kann durch Messen des Stromwerts des Motors 90a wie oben beschrieben gemessen werden; das Drehmoment kann aber zum Beispiel auch mit einem Drehmomentsensor oder dergleichen gemessen werden.
Wenn mehrere Werkstücke gleichzeitig poliert werden, wie in 6(A) und 6(B) dargestellt, werden mehrere Trägerplatten 31 bis 35, die mit entsprechenden Werkstücken 21 bis 25 versehen sind, zwischen der oberen Platte 50a und der unteren Platte 50b angeordnet und für die Werkstücke 21 bis 25 ist bevorzugt, dass sich die Abstände D1 bis D5 zwischen den Mittelpunkten der Polierplatten 50a und 50b und den Mittelpunkten der Werkstücke 21 bis 25 synchronisiert ändern. 6(A) zeigt einen Zustand, in dem die Abstände D1 bis D5 synchronisiert minimiert werden, während 6(B) einen Zustand zeigt, in dem die Abstände D1 bis D5 synchronisiert maximiert werden. In diesem Fall stimmen die obengenannten periodischen Änderungen in den Drehmomentkomponenten aufgrund der entsprechenden Werkstücke 21 bis 25 überein. Daher werden die Drehmomente durch die Werkstücke nicht aufgehoben, sondern verstärken einander vielmehr, so dass die Drehmomentkomponente zuverlässiger aus dem Messwert des Drehmoments ermittelt werden kann. Somit kann die Menge eines Polierabtrags der mehreren Werkstücke mit hoher Exaktheit gesteuert werden. Es ist zu beachten, dass, solange die Drehmomentkomponente ermittelt werden kann, die Abstände D1 bis D5 natürlich nicht vollständig übereinstimmen müssen, wie in 6.
Solange die Drehmomentkomponente ermittelt werden kann, kann ferner das Polierverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden, selbst wenn zwei oder mehr Werkstücke auf einer Trägerplatte angeordnet sind.
Bei der Steuerung der Menge eines Polierabtrags ist bevorzugt, das Polieren zu beenden, wenn die Schwankung der Drehmomentkomponente im Wesentlichen eliminiert (verschwunden) ist. Hier bezieht sich der Zeitpunkt, zu dem die Schwankung im Wesentlichen eliminiert ist, auf den Zeitpunkt, zu dem die Änderung der Drehmomentkomponente endet, und in einem solchen Zustand ist die Dicke der Werkstücke 20 und die Dicke der Trägerplatten 30 wie zuvor beschrieben gleich. Daher wird das Polieren beendet, wenn die Schwankung der Drehmomentkomponente im Wesentlichen eliminiert ist, so dass die Sollmenge eines Polierabtrags des Werkstücks 20 exakt als die Dicke der Trägerplatte 30 bestimmt werden kann. Es ist zu beachten, dass der Zeitpunkt, zu dem die Schwankung der Drehmomentkomponente im Wesentlichen eliminiert ist, den Zeitpunkt bezeichnet, zu dem die Schwankung der Drehmomentkomponente auf ein vernachlässigbares Ausmaß (zum Beispiel weniger als 5 %) im Vergleich zu der Schwankung der frühen Polierstufe oder zu dem Zeitpunkt, zu dem sie die untere Erfassungsgrenze erreicht, verringert ist.
Auch wenn die Änderung in der Drehmomentkomponente zu dem Zeitpunkt, zu dem der bestimmte Drehwinkel der Trägerplatten das heißt, der oben beschriebene erste Indikator, erreicht ist, eliminiert ist und wenn der Unterschied in den Drehmomentkomponenten zu dem Zeitpunkt, zu dem die zwei bestimmten unterschiedlichen Drehwinkel der Trägerplatten das heißt, der zweite Indikator, erreicht sind, eliminiert ist, wird vorzugsweise das Polieren beendet.
Andernfalls kann in Fällen, wo der Zeitpunkt, zu dem die Dicke der Werkstücke 20 dicker als jene der Trägerplatten 30 ist, im Sinne der Menge eines Polierabtrags angestrebt wird, das Polieren beendet werden, bevor die Schwankung der Drehmomentkomponente im Wesentlichen eliminiert ist. Zum Beispiel kann der Solldicke der Werkstücke 20 entsprechend das Polieren zu dem Zeitpunkt beendet werden, zu dem die Schwankung zum Beispiel 30% oder 10% jener der Drehmomentkomponente in der frühen Polierstufe erreicht. Ferner kann in Fällen, in welchen das Polieren so ausgeführt wird, dass die Dicke der Werkstücke 20 noch dünner als jene der Trägerplatten 30 ist, nachdem die obengenannte Schwankung im Wesentlichen eliminiert ist, eine zusätzliche Polierzeit entsprechend der Sollmenge des Polierens eingestellt werden, um mit dem Polieren für die eingestellte Polierzeit fortzufahren. Somit kann die Sollmenge eines Polierens der Werkstücke 20 exakt bestimmt werden.
Ferner können in der vorliegenden Erfindung die Drehmomente sowohl der oberen Platte 50a wie auch der unteren Platte 50b zur Steuerung der Menge eines Polierabtrags der Werkstücke 20 unter Verwendung der Drehmomente gemessen werden. Zum Beispiel können der Durchschnitt der Schwankung einer Drehmomentkomponente, die aus dem Messwert des Drehmoments der oberen Platte 50a erhalten wird, und der Schwankung, die aus dem Messwert des Drehmoments der unteren Platte 50b erhalten wird, zur Verringerung des Messfehlers verwendet werden, wodurch eine Steuerung der Menge eines Polierabtrags der Werkstücke 20 mit höherer Exaktheit erreicht wird. Dasselbe gilt für den ersten und zweiten Indikator. Zusätzlich können die Drehmomentkomponenten des Antriebsmechanismus zum Steuern der Menge eines Polierabtrags der Werkstücke 20 verwendet werden.
Ferner ist in der vorliegenden Erfindung auch bevorzugt, Siliziumwafer zu polieren, die durch Schneiden eines Siliziumingots erhalten werden. Selbst im Falle eines Siliziumwafers, der keine Oxidschicht oder dergleichen aufweist, nehmen die Drehmomentkomponenten mit dem Verlauf des Polierens ab, unabhängig vom Vorhandensein des Films. Daher kann anhand der Änderung in der Schwankung der Drehmomentkomponente, wie in der vorliegenden Erfindung, selbst im Falle eines Siliziumwafers, der durch Schneiden eines Einzelkristall- oder polykristallinen Siliziumblocks erhalten wird, die Menge eines Polierabtrags mit Exaktheit gesteuert werden.
Das Werkstück, bei dem die vorliegende Erfindung angewendet wird, ist jedoch nicht auf einen Siliziumwafer beschränkt. Zum Beispiel sind jegliche Werkstücke, die einem doppelseitigen Polieren unterzogen werden, wie ein SiC-Wafer, ein Saphirwafer und ein Verbindungs-Halbleiterwafer, in den Werkstücke enthalten, bei welchen die vorliegende Erfindung angewendet werden kann.
In 1 bis 4(B), und 6(A) und 6(B) sind die Werkstücke 20 in Kreisform dargestellt; die Werkstücke 20 und Trägerplatten 30 müssen jedoch nicht kreisförmig sein, solange der Mittelpunkt jedes Werkstücks 20 mit Abstand zum Mittelpunkt der relevanten Trägerplatte 30 positioniert ist. Das Polierverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch bei Werkstücken 20 mit polygonaler Form wie einer kreisförmigen Form, die einen Ausschnitt aufweist, oder einer viereckigen Form angewendet werden.
BEISPIELE
Die folgenden Beispiele sind zur näheren Erläuterung der Wirkungen der vorliegenden Erfindung angeführt; die vorliegende Erfindung ist jedoch in keiner Weise auf die folgenden Beispiele beschränkt.
(Beispiel 1)
Es wurden Tests mit einer Poliervorrichtung mit der Struktur durchgeführt, die unter Bezugnahme auf 1 und 6(A) und 6(B) beschrieben wurde. Als zu polierende Werkstücke wurden p-Typ Siliziumwafer mit einer ursprünglichen Dicke von 753 µm, Durchmesser: 300 mm, Kristallorientierung: (110), verwendet. Es wurde ein doppelseitiges Polieren über fünf Polierzeiten von 1000 Sekunden, 1500 Sekunden, 1800 Sekunden, 2200 Sekunden, und 2500 Sekunden durchgeführt. Für fünf Trägerplatten wurden Epoxyharzplatten mit einer ursprünglichen Dicke von 746 µm verwendet. Ferner wurde der Mittelpunkt jedes Siliziumwafers mit einem Abstand von 30 mm zum Mittelpunkt der relevanten Trägerplatte positioniert. Ein Urethanschaum-Poliertuch MH-N15, hergestellt von Nitta Haas Inc., wurde für die Polierpads verwendet; und Nalco 2350, produziert von Nitta Haas Inco., wurde als Poliermittel verwendet. Während die Trägerplatten zwischen einer oberen Platte und einer unteren Platte gehalten wurden, wurden die obere Platte und die Trägerplatten in wechselseitig entgegengesetzte Richtungen bei einem konstanten Druck unter Verwendung einer Hebevorrichtung gedreht. Die Trägerplatten wurden durch den Eingriff zwischen einem inneren Zahnrad, einem Sonnenrad und äußeren Zahnrädern der Trägerplatten konstant bei 10 U/min in dieselbe Richtung wie die obere Platte gedreht, um sowohl die Vorder- wie auch Rückseiten der fünf Siliziumwafer zu polieren, die auf den Trägerplatten geladen waren. Es ist zu beachten, dass die obere Platte, die untere Platte, das innere Zahnrad und Sonnenrad jeweils durch einen anderen Motor gedreht wurden.
Es wurde eine Messung pro Sekunde unter Verwendung des Stromwerts des Motors zum Drehen der oberen Platte vorgenommen, wodurch das Drehmoment während des Polierens gemessen wurde. Die Näherungsmethode wurde für das gemessene Drehmoment verwendet, das unter Anwendung der Methode der kleinsten Quadrate in eine trigonometrische Funktion umgewandelt wurde, wodurch die Schwankung der Drehmomentkomponente berechnet wurde. Es ist zu beachten, dass in diesem Beispiel die Schwankung als die Hälfte des Unterschieds zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert der Drehmomentkomponente berechnet wurde.
Die Schwankungen der Drehmomentkomponente am Ende des Polierens in Bezug auf die obengenannten fünf Polierzeiten sind in 7 dargestellt. In 7 wird die Schwankung am Ende des Polierens auf der vertikalen Achse unter Verwendung von relativen Werten angegeben, wobei die Schwankung am Ende des Polierens nach einer Polierzeit von 1000 Sekunden 100% ist. Dasselbe gilt für 8 bis 10.
8 zeigt das Verhältnis zwischen der Schwankung der Drehmomentkomponente und der Dicke der Wafer am Ende des Polierens.
Ferner zeigt 9 das Verhältnis zwischen der Schwankung der Drehmomentkomponente und dem GBIR 25 (Global Backside Ideal Focal Plane Range) der Umgebung des Umfangs der Wafer. Hier ist der GBIR ein Indikator, der die Planheit der gesamten Oberfläche der Wafer darstellt, und ein kleinerer GBIR bedeutet eine höhere Planheit. Der GBIR kann insbesondere durch Berechnen des Unterschiedes zwischen der maximalen Verschiebung und der minimalen Verschiebung des gesamten Wafers auf der Basis der Rückseite des Wafers berechnet wird, die als vollständig festgeklemmt angenommen wird. In diesem Beispiel wurde ein Planheitsmesssystem (WaferSight, hergestellt von KLA-Tencor Corporation) für die Messung verwendet.
Ferner zeigt 10 das Verhältnis zwischen der Schwankung der Drehmomentkomponente und dem Maximalwert des ESFQR (Edge Flatness Metric, Sector based, Front Surface Referenced, Site Front Least Squares Range) der Umgebung des Umfangs des Wafers. Hier ist der ESFQR ein SFQR, gemessen in Bezug auf fächerartige Regionen (Sektoren), die in der gesamten Umfangsfläche des Wafers gebildet sind, und ein kleinerer ESFQR bedeutet, dass die Planheit höher ist. In diesem Beispiel, wurde ein Planheitsmesssystem (WaferSight, hergestellt von KLA-Tencor) für die Messung verwendet. Es ist zu beachten, dass der SFQR (Site Front Least Squares Range) ein Indikator ist, der die Planheit des Umfangs der Wafer gemäß den SEMI-Standards darstellt. Dieser SFQR wird insbesondere ermittelt, indem mehrere rechteckige Proben mit einer vorbestimmten Größe von einem Wafer erhalten werden und die Summe der Absolutwerte der maximalen Verschiebungsmengen aus den Referenzebenen der erhaltenen Proben berechnet werden, die durch die Methode der kleinsten Quadrate erhalten wurden.
7 zeigt, dass die Schwankung der Drehmomentkomponente mit fortlaufendem Polieren zu null konvergiert. Ferner zeigen 8 bis 10, dass es eine starke Korrelation zwischen der Schwankung der Drehmomentkomponente und der Dicke und Planheit der Wafer gibt. Somit ist gemäß der vorliegenden Erfindung erkennbar, dass nicht nur die Dicke der Wafer, sondern auch die Planheit der Wafer gesteuert werden kann. Daher kann die Menge eines Polierabtrags der Wafer durch das Polierverfahren der vorliegenden Erfindung exakt gesteuert werden.
(Beispiel 2)
Ein Polieren wurde sowohl an den Vorder- wie auch Rückseiten von Siliziumwafern auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, dass der Stromwert des Motors für das innere Zahnrad als Antriebsmechanismus anstelle des Stromwerts des Motors für die obere Platte gemessen wurde. Das Polieren wurde über sechs Polierzeiten von 1000 Sekunden, 1500 Sekunden, 1800 Sekunden, 2000 Sekunden, 2200 Sekunden und 2500 Sekunden durchgeführt. Wie in Beispiel 1 wurde das Drehmoment aus dem Stromwert des Motors für das innere Zahnrad gemessen, wodurch die Schwankung der Drehmomentkomponente aus dem gemessenen Drehmoment berechnet wurde.
Die Schwankung der Drehmomentkomponente am Ende des Polierens ist in 11 dargestellt. 12 zeigt das Verhältnis zwischen der Schwankung der Drehmomentkomponente und der Dicke der Wafer am Ende des Polierens. 13 zeigt das Verhältnis zwischen der Schwankung der Drehmomentkomponente und dem GBIR der Umgebung des Umfangs der Wafer. 14 zeigt das Verhältnis zwischen der Schwankung der Drehmomentkomponente und dem Maximalwert der ESFQR der Umgebung des Umfangs der Wafer.
11 zeigt, dass wie in Beispiel 1 die Schwankung der Drehmomentkomponente mit fortlaufendem Polieren zu null konvergiert. Ferner zeigen 12 bis 14 auch, dass es eine starke Korrelation zwischen der Schwankung der Drehmomentkomponente und der Dicke und Planheit der Wafer wie in Beispiel 1 gibt. Daher ist erkennbar, dass die Menge eines Polierabtrags der Wafer auch anhand der Drehmomentkomponente des Antriebsmechanismus exakt gesteuert werden kann.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Das Verfahren und die Vorrichtung zum Polieren eines Werkstücks der vorliegenden Erfindung ermöglichen ein Erfassen der Drehmomentkomponente zum Drehen von Polierplatten, die sich gemäß der periodischen Änderung im Abstand zwischen dem Mittelpunkt einer oberen Platte und einer unteren Platte und dem Mittelpunkt jedes Werkstücks periodisch ändert, wodurch die Menge eines Polierabtrags des Werkstücks mit einer höheren Exaktheit anhand der Schwankung der Komponente gesteuert wird.
LISTE DER BEZUGSZEICHEN

1: Poliervorrichtung
20: Werkstück
30: Trägerplatte
40: Halterungsöffnung
50a: Obere Platte
50b: Untere Platte
60a: Polierpad
60b: Polierpad
70: Sonnenrad
80: Inneres Zahnrad
90a: Motor
90b: Motor
90c: Motor
110: Messeinheit
120: Steuereinheit

Claims

Verfahren zum Polieren eines Werkstücks (20), wobei das Werkstück (20) in einer Halterungsöffnung (40) gehalten wird, die in einer Trägerplatte (30) vorhanden ist, wobei der Mittelpunkt der Halterungsöffnung (40) mit Abstand zum Mittelpunkt der Trägerplatte (30) angeordnet ist, die zwischen einer oberen Platte (50a) und einer unteren Platte (50b) liegt, die jeweils mit einem Polierpad (60a, 60b) versehen sind; wobei die Trägerplatte (30) von einem Antriebsmechanismus (70, 80) gedreht wird; und die obere Platte (50a) und die untere Platte (50b) ebenso gedreht werden, so dass sich der Abstand zwischen dem Mittelpunkt der oberen Platte (50a) und der unteren Platte (50b) und dem Mittelpunkt des Werkstücks (20) periodisch mit der Drehung der Trägerplatte (30) ändert, und Vorder- und Rückseiten des Werkstücks (20) gleichzeitig mit den Polierpads (60a, 60b) poliert werden, das die folgenden Schritte aufweist: Messen mindestens eines von dem Drehmoment des Antriebsmechanismus (70, 80), der oberen Platte (50a) und der unteren Platte (50b); und Steuern einer Menge eines Polierabtrags des Werkstücks (20) basierend auf der Schwankung der Drehmomentkomponente, auf der Drehmomentkomponente zu dem Zeitpunkt, zu dem ein bestimmter Drehwinkel der Trägerplatte (30) erreicht ist, oder auf dem Unterschied zwischen den Drehmomentkomponenten zu dem Zeitpunkt, zu dem zwei bestimmte unterschiedliche Drehwinkel der Trägerplatte (30) erreicht sind, aufgrund der periodischen Änderung des Abstands.
Verfahren zum Polieren eines Werkstücks (20) nach Anspruch 1, wobei mehrere der Trägerplatten (30), die mit den entsprechenden Werkstücken (20) versehen sind, zwischen der oberen Platte (50a) und der unteren Platte (50b) vorhanden sind und sich die Abstände in Bezug auf jedes Werkstück (20) synchronisiert ändern.
Verfahren zum Polieren eines Werkstücks (20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Polieren beendet wird, wenn die Schwankung der Drehmomentkomponente endet, wenn die Drehmomentkomponente zu dem Zeitpunkt, zu dem ein bestimmter Drehwinkel der Trägerplatte (30) erreicht wird, aufhört sich zu ändern, oder wenn der Unterschied zwischen den Drehmomentkomponenten zu dem Zeitpunkt, zu dem zwei bestimmte unterschiedliche Drehwinkel der Trägerplatte (30) erreicht sind, eliminiert ist.
Verfahren zum Polieren eines Werkstücks (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Drehmomente der oberen Platte (50a) und der unteren Platte (50b) gemessen werden, um dadurch die Menge an Polierabtrag des Werkstücks (20) unter Verwendung der Drehmomente zu steuern.
Verfahren zum Polieren eines Werkstücks (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Werkstück (20) ein Siliziumwafer ist, der durch Schneiden eines Siliziumingots erhalten wird.
Verfahren zum Polieren eines Werkstücks (20), wobei das Werkstück (20) in einer Halterungsöffnung (40) gehalten wird, die in einer Trägerplatte (30) vorhanden ist, wobei der Mittelpunkt der Halterungsöffnung (40) mit Abstand zum Mittelpunkt der Trägerplatte (30) angeordnet ist, die zwischen einer oberen Platte (50a) und einer unteren Platte (50b) liegt, die jeweils mit einem Polierpad (60a, 60b) versehen sind; wobei die Trägerplatte (30) von einem Antriebsmechanismus (70, 80) gedreht wird; und die obere Platte (50a) und die untere Platte (50b) ebenso gedreht werden, so dass sich der Abstand zwischen dem Mittelpunkt der oberen Platte (50a) und der unteren Platte (50b) und dem Mittelpunkt des Werkstücks (20) periodisch mit der Drehung der Trägerplatte (30) ändert, und Vorder- und Rückseiten des Werkstücks (20) gleichzeitig mit den Polierpads (60a, 60b) poliert werden, das die folgenden Schritte aufweist: Messen mindestens eines von dem Stromwert eines Motors des Antriebsmechanismus (70, 80) und dem Stromwert eines Motors (90a, 90b) zum Drehen mindestens einer der oberen Platte (50a) und der unteren Platte (50b); und Steuern einer Menge eines Polierabtrags des Werkstücks (20) basierend auf der Schwankung der Stromwertkomponente, auf der Stromwertkomponente zu einem Zeitpunkt, zu dem ein bestimmter Drehwinkel der Trägerplatte (30) erreicht ist, oder auf dem Unterschied zwischen den Stromwertkomponenten zu dem Zeitpunkt, zu dem zwei bestimmte unterschiedliche Drehwinkel der Trägerplatte (30) erreicht sind, aufgrund der periodischen Änderung im Abstand.
Vorrichtung (1) zum Polieren eines Werkstücks (20), umfassend: eine Trägerplatte (30); eine Halterungsöffnung (40), die in der Trägerplatte (30) vorhanden ist, wobei der Mittelpunkt der Halterungsöffnung (40) mit Abstand zum Mittelpunkt der Trägerplatte (30) positioniert ist; eine obere Platte (50a) und eine untere Platte (50b), die jeweils mit einem Polierpad (60a, 60b) versehen sind, und zwischen welchen ein Werkstück (20) liegt, das in der Halterungsöffnung (40) gehalten wird; und einen Antriebsmechanismus (70, 80) zum Drehen der Trägerplatte (30) und zwei Motoren (90a, 90b), die die obere Platte (50a) und die untere Platte (50b) drehen, wobei, während sich der Abstand zwischen dem Mittelpunkt der oberen Platte (50a) und der unteren Platte (50b) und dem Mittelpunkt des Werkstücks (20) periodisch mit der Drehung der Trägerplatte (30) ändert, Vorder- und Rückseiten des Werkstücks (20) gleichzeitig mit den Polierpads (60a, 60b) poliert werden, wobei die Vorrichtung (1) des Weiteren aufweist: eine Messeinheit (110) zum Messen mindestens eines von dem Drehmoment des Antriebsmechanismus (70, 80), der oberen Platte (50a) und unteren Platte (50b); und eine Steuereinheit (120) zum Steuern der Menge eines Polierabtrags des Werkstücks (20) basierend auf der Schwankung der Drehmomentkomponente, auf der Drehmomentkomponente zu dem Zeitpunkt, zu dem ein bestimmter Drehwinkel der Trägerplatte (30) erreicht ist, oder auf dem Unterschied zwischen den Drehmomentkomponenten zu dem Zeitpunkt, zu dem zwei bestimmte unterschiedliche Drehwinkel der Trägerplatte (30) erreicht sind, aufgrund der periodischen Änderung des Abstands.
Vorrichtung (1) zum Polieren eines Werkstücks (20), umfassend: eine Trägerplatte (30); eine Halterungsöffnung (40), die in der Trägerplatte (30) vorhanden ist, wobei der Mittelpunkt der Halterungsöffnung (40) mit Abstand zum Mittelpunkt der Trägerplatte (30) positioniert ist; eine obere Platte (50a) und eine untere Platte (50b), die jeweils mit einem Polierpad (60a, 60b) versehen sind, und zwischen welchen ein Werkstück (20) liegt, das in der Halterungsöffnung (40) gehalten wird; und einen Antriebsmechanismus (70, 80) zum Drehen der Trägerplatte (30) und zwei Motoren (90a, 90b), die die obere Platte (50a) und die untere Platte (50b) drehen, wobei, während sich der Abstand zwischen dem Mittelpunkt der oberen Platte (50a) und der unteren Platte (50b) und dem Mittelpunkt des Werkstücks (20) periodisch mit der Drehung der Trägerplatte (30) ändert, Vorder- und Rückseiten des Werkstücks (20) gleichzeitig mit den Polierpads (60a, 60b) poliert werden, wobei die Vorrichtung (1) des Weiteren aufweist: eine Messeinheit (110) zum Messen mindestens eines von dem Stromwert eines Motors für den Antriebsmechanismus (70, 80) und dem Stromwert der zwei Motoren (90a, 90b) zum Drehen mindestens einer der oberen Platte (50a) und der unteren Platte (50b); und eine Steuereinheit (120) zum Steuern einer Menge eines Polierabtrags des Werkstücks (20) basierend auf der Schwankung der Stromwertkomponente, auf der Stromwertkomponente zu dem Zeitpunkt, zu dem ein bestimmter Drehwinkel der Trägerplatte (30) erreicht ist, oder auf dem Unterschied zwischen den Stromwertkomponenten zu dem Zeitpunkt, zu dem zwei bestimmte unterschiedliche Drehwinkel der Trägerplatte (30) erreicht sind, aufgrund der periodischen Änderung des Abstands.