JP5080930B2 - Wafer polishing equipment - Google Patents

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Description

本発明は、ウェーハ研磨装置に関するものであり、特にウェーハのスリップアウト検出性能の向上を図ったスリップアウト検出方法に関するものである。   The present invention relates to a wafer polishing apparatus, and more particularly to a slipout detection method for improving the slipout detection performance of a wafer.

CMP方式のウェーハ研磨装置は、円盤状のプラテンの表面へ貼付けた研磨パッドの表面へ研磨スラリーや研磨薬液を滴下しながら、研磨ヘッドへ装着したウェーハを研磨パッドへ押付け、プラテンと研磨ヘッドの双方を回転させることにより、ウェーハの表面を研磨するもので、ウェーハは円盤状の研磨ヘッドの外周に設けられているリテーナリング（保持リング）によって外周部を保持されて研磨パッドへ押付けられる。   The CMP type wafer polishing equipment presses the wafer mounted on the polishing head against the polishing pad while dripping polishing slurry or polishing chemical onto the surface of the polishing pad attached to the surface of the disk-shaped platen. The surface of the wafer is polished by rotating the wafer, and the wafer is pressed against the polishing pad with the outer periphery held by a retainer ring (holding ring) provided on the outer periphery of the disc-shaped polishing head.

しかしながら、ウェーハの厚さは0.75mm程度と薄く、研磨面がリテーナリングの端面とほぼ等しいか、或いはリテーナリングの端面から若干突出すように、リテーナリングへ浅く嵌合した状態にセットされているので、研磨中にウェーハがリテーナリングから外れる所謂スリップアウトが発生することがある。   However, the thickness of the wafer is as thin as about 0.75 mm, and the polishing surface is almost equal to the end surface of the retainer ring, or is set in a state of being shallowly fitted to the retainer ring so that it protrudes slightly from the end surface of the retainer ring. Therefore, a so-called slip-out in which the wafer is detached from the retainer ring may occur during polishing.

ウェーハがスリップアウトした場合は、回転するプラテン上をウェーハが滑って周囲の壁面や研磨ヘッドなどに当たって一部が欠けたり全体が破砕したりする。したがって、このような損害を防止するには、スリップアウト発生時に可能な限り迅速にプラテンや研磨ヘッドの回転を停止する必要がある。   When the wafer slips out, the wafer slides on the rotating platen and hits a surrounding wall surface or a polishing head, so that a part thereof is chipped or the whole is crushed. Therefore, in order to prevent such damage, it is necessary to stop the rotation of the platen and the polishing head as quickly as possible when slipout occurs.

スリップアウトの発生を検知する手段としては、差動トランスなどの機械的変位センサを研磨ヘッドに設けて、変位データをコンピュータのソフトウェアで処理し、スリップアウト発生により研磨ヘッドが上下に変位したときに装置を停止させるものや、光電センサをプラテン上の研磨パッドの表面へ向けて配置し、ウェーハがスリップアウトして光電センサの下に来たときの反射光量の変化からスリップアウトを検出するもの、或いは、画像センサにより研磨パッドとウェーハの色の相違からスリップアウトを検出するものが知られている。また、研磨パッドの表面へ向けて配置した放射温度計により、ウェーハのスリップアウトを検出するようにした研磨装置もある（特許文献１）。
特開2007-134478号公報 As a means for detecting the occurrence of slipout, a mechanical displacement sensor such as a differential transformer is provided in the polishing head, the displacement data is processed by computer software, and the polishing head is displaced up and down due to the occurrence of slipout. Those that stop the equipment, those that place the photoelectric sensor toward the surface of the polishing pad on the platen, and those that detect slipout from the change in the amount of reflected light when the wafer slips out and comes under the photoelectric sensor, Or what detects slipout from the difference in the color of a polishing pad and a wafer with an image sensor is known. There is also a polishing apparatus in which slipout of a wafer is detected by a radiation thermometer disposed toward the surface of the polishing pad (Patent Document 1).
JP 2007-134478 Gazette

研磨ヘッドに機械的変位センサを設けて研磨ヘッドの上下変位からウェーハのスリップアウトを検出する構成では、ウェーハの研磨の進行に伴って研磨ヘッドも下降していくため、ウェーハの厚さや要求研磨量などの条件によっては、正常な研磨状態とスリップアウトとの判別が難しく、設定や調整に手間がかかる。   In a configuration in which a mechanical displacement sensor is provided on the polishing head to detect wafer slipout from the vertical displacement of the polishing head, the polishing head also descends as the polishing of the wafer proceeds, so the wafer thickness and required polishing amount Depending on the conditions, it is difficult to distinguish between a normal polishing state and a slip-out, and it takes time and effort to set and adjust.

光電センサや画像センサを用いた構成においては、研磨パッドやウェーハの受光面の色や表面形状や反射率、スラリーの色や透明度などがスリップアウト検出の精度に大きく影響し、設定や調整に手間がかかるとともに、外部からの光や移動する水滴の反射光などの外乱によって誤動作することもある。   In a configuration using a photoelectric sensor or image sensor, the color, surface shape, reflectivity, slurry color, and transparency of the light receiving surface of the polishing pad and wafer have a significant effect on the accuracy of slipout detection, making it difficult to make settings and adjustments. In addition, it may malfunction due to external disturbances such as light from the outside and reflected light of moving water droplets.

放射温度計によりウェーハのスリップアウトを検出する構成では、被検出体の材質により放射率が異なって温度検出信号レベルに差異が生じるので、ウェーハの表面材質に応じて予め放射率の補正を行う必要があり、運用に手間がかかる。   In the configuration in which the slip-out of the wafer is detected by the radiation thermometer, the emissivity varies depending on the material of the detected object, and the temperature detection signal level varies. Therefore, it is necessary to correct the emissivity in advance according to the surface material of the wafer. And it takes time to operate.

そこで、外的条件の影響や設定や調整の手間を軽減し、安定した動作が期待できるスリップアウト検出手段を提供するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明は上記課題を解決することを目的とする。 Therefore, there is a technical problem to be solved in order to reduce the influence of external conditions and the trouble of setting and adjustment, and to provide a slip-out detection means that can be expected to operate stably. It aims at solving.

この発明は、上記目的を達成するために提案するもので、請求項１記載の発明は、研磨ヘッドの下面にウェーハを装着し、プラテン上の研磨パッドの表面へ前記ウェーハを押付け、プラテンと研磨ヘッドをそれぞれ回転駆動して、ウェーハを研磨するウェーハ研磨装置において、研磨パッドの表面の研磨ヘッド近傍位置、且つプラテンの回転方向の下流に相当する位置へ静止画像を投影する手段と、投影された静止画像を撮像する手段と、投影した画像と撮像した画像とを比較する手段と、投影した画像と撮像した画像との比較結果に差異が生じたときは、プラテンと研磨ヘッドの回転を停止させる制御手段とを備え、研磨ヘッドからウェーハが逸脱したときの撮像画像の変化を検出して、プラテンと研磨ヘッドの回転を停止させるように構成したことを特徴とするウェーハ研磨装置を提供するものである。   The present invention is proposed in order to achieve the above object, and the invention according to claim 1 is that the wafer is mounted on the lower surface of the polishing head, the wafer is pressed against the surface of the polishing pad on the platen, and the platen and the polishing are pressed. In a wafer polishing apparatus that polishes a wafer by rotating each head, a means for projecting a still image to a position in the vicinity of the polishing head on the surface of the polishing pad and a position corresponding to the downstream in the rotation direction of the platen is projected. If there is a difference between the means for capturing a still image, the means for comparing the projected image with the captured image, and the comparison result between the projected image and the captured image, the rotation of the platen and the polishing head is stopped. And a control means for detecting a change in the captured image when the wafer deviates from the polishing head and stopping the rotation of the platen and the polishing head. There is provided a wafer polishing apparatus characterized by the.

上記の構成においては、画像比較手段が研磨パッドの表面へ投影した静止画像を見ていて、投影画像に或る変化が生じたときにプラテンと研磨ヘッドの回転を停止させる。静止画像の投影位置は、研磨ヘッドの近傍、且つプラテンの回転方向の下流であり、研磨ヘッドからウェーハが外れたときは、プラテンの回転方向の下流側へ飛出すので、スリップアウト発生を瞬時に検出できる。また、投影画像の変化によりスリップアウトを検出するので、研磨パッドとウェーハの色の相違や反射光量の変化からスリップアウトを検出する従来技術よりも外乱の影響を受けることが少なく、変化検出精度や安定性の向上が期待できる。   In the above-described configuration, the image comparison unit looks at the still image projected onto the surface of the polishing pad, and stops rotation of the platen and the polishing head when a certain change occurs in the projected image. The projection position of the still image is in the vicinity of the polishing head and downstream of the platen rotation direction. When the wafer is detached from the polishing head, it jumps out to the downstream side of the platen rotation direction, so slip-out occurrence is instantaneous. It can be detected. In addition, since slipout is detected by a change in the projected image, it is less affected by disturbance than the conventional technology that detects slipout from the difference in color between the polishing pad and the wafer and the change in the amount of reflected light. Stability improvement can be expected.

請求項２記載の発明は、上記画像投影手段と撮像手段のうち、すくなくとも撮像手段の入射角は研磨パッドの表面に対して斜めであるウェーハ研磨装置を提供するものである。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a wafer polishing apparatus in which at least an incident angle of the image pickup means among the image projection means and the image pickup means is oblique to the surface of the polishing pad.

上記の構成においては、研磨パッド表面の反射の影響を受けずに、投影画像を撮像することができる。   In the above configuration, a projected image can be taken without being affected by the reflection on the surface of the polishing pad.

請求項３記載の発明は、ブラケットなどの取付け手段を介して上記画像投影手段と撮像手段を研磨ヘッド支持体へ取付けたウェーハ研磨装置を提供するものである。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a wafer polishing apparatus in which the image projection means and the imaging means are attached to a polishing head support through attachment means such as a bracket.

上記の構成においては、研磨ヘッドの位置に関わらず研磨ヘッドと投影画像の位置関係が常に一定となる。また、角度調整式取付け手段を用いれば、投影位置並びに撮像位置の微調整も可能である。   In the above configuration, the positional relationship between the polishing head and the projected image is always constant regardless of the position of the polishing head. Further, if the angle adjustment type attachment means is used, the projection position and the imaging position can be finely adjusted.

請求項４記載の発明は、上記画像投影手段と撮像手段への液体或いは蒸気などの付着を防ぐ雰囲気浄化手段を設けたウェーハ研磨装置を提供するものである。   The invention described in claim 4 provides a wafer polishing apparatus provided with an atmosphere purifying means for preventing the liquid or vapor from adhering to the image projecting means and the imaging means.

上記の構成においては、画像投影手段と撮像手段へスラリーや薬液などが付着して感度が低下したり誤動作したりすることを防止できる。   In the above-described configuration, it is possible to prevent the sensitivity from being lowered or malfunctioning due to the slurry or the chemical solution adhering to the image projection unit and the imaging unit.

請求項５記載の発明は、上記プラテンと研磨ヘッドの回転を停止させる制御手段をハードウェアによって構成したウェーハ研磨装置を提供するものである。   A fifth aspect of the present invention provides a wafer polishing apparatus in which control means for stopping the rotation of the platen and the polishing head is configured by hardware.

上記の構成においては、撮像画像の変化を画像解析ソフトウェアにより検出するものよりも、障害発生からシステム停止までの処理を高速化できる。   In the above-described configuration, the processing from the occurrence of a failure to the system stop can be speeded up more than that in which a change in a captured image is detected by image analysis software.

請求項６記載の発明は、ウェーハの逸脱検出時に、エラーログデータをコンピュータ或いは他の記憶装置へ出力する通信機能を備えたウェーハ研磨装置を提供するものである。 The invention described in claim 6 provides a wafer polishing apparatus having a communication function for outputting error log data to a computer or other storage device when a wafer deviation is detected.

上記の構成においては、ウェーハが逸脱してシステムが停止したときのエラーデータを保存することができる。   In the above configuration, it is possible to save error data when the system is stopped due to the wafer deviating.

請求項１記載のウェーハ研磨装置は、研磨ヘッドからウェーハが外れたときにスリップアウト発生を瞬時に検出してシステムを停止することができ、ウェーハやシステム部品の損傷及び損傷によるダウンタイムを最小限におさえることができる。また、投影画像の変化によりスリップアウトを検出するので、研磨パッドとウェーハの色の相違や反射光量の変化からスリップアウトを検出する従来技術よりも外乱の影響を受けることが少なく、変化検出精度や安定性が向上する。   The wafer polishing apparatus according to claim 1 can stop the system by instantaneously detecting the occurrence of slipout when the wafer is detached from the polishing head, minimizing the downtime due to damage and damage to the wafer and system components. You can hold it. In addition, since slipout is detected by a change in the projected image, it is less affected by disturbance than the conventional technology that detects slipout from the difference in color between the polishing pad and the wafer and the change in the amount of reflected light. Stability is improved.

請求項２記載のウェーハ研磨装置は、撮像手段が撮像する画像が研磨パッド表面の反射の影響を受けることがなく、さらに安定性が向上する。   In the wafer polishing apparatus according to the second aspect, the image picked up by the image pickup means is not affected by the reflection of the polishing pad surface, and the stability is further improved.

請求項３記載のウェーハ研磨装置は、研磨ヘッドの位置に関わらず研磨ヘッドと投影画像の位置関係が常に一定となり、位置調整の手間が省ける。   In the wafer polishing apparatus according to the third aspect, the positional relationship between the polishing head and the projected image is always constant regardless of the position of the polishing head, and the labor of position adjustment can be saved.

請求項４記載のウェーハ研磨装置は、画像投影手段と撮像手段へスラリーや薬液などが付着して感度が低下したり誤動作したりすることを防止でき、安定性が向上する。   According to the wafer polishing apparatus of the fourth aspect, it is possible to prevent the slurry or the chemical solution from adhering to the image projecting means and the image capturing means to reduce the sensitivity or malfunction, and the stability is improved.

請求項５記載のウェーハ研磨装置は、撮像画像の変化を画像解析ソフトウェアにより検出するものよりも、高速に処理することが可能であり、スリップアウト発生からシステム停止までの時間を可及的に短縮でき、被害を最小限に抑えることができる。   The wafer polishing apparatus according to claim 5 is capable of processing at a higher speed than that in which a change in the captured image is detected by image analysis software, and shortens the time from the occurrence of slipout to the system stop as much as possible. And damage can be minimized.

請求項６記載のウェーハ研磨装置は、ウェーハが逸脱してシステムが停止したときのエラーデータが保存され、エラー解析に利用することができる。   The wafer polishing apparatus according to the sixth aspect stores error data when the system is stopped due to the deviation of the wafer, and can be used for error analysis.

本発明は、研磨ヘッドの下面にウェーハを装着し、プラテン上の研磨パッドの表面へ前記ウェーハを押付け、プラテンと研磨ヘッドをそれぞれ回転駆動して、ウェーハを研磨するウェーハ研磨装置において、研磨パッドの表面の研磨ヘッド近傍位置へ静止画像を投影する手段と、投影された静止画像を撮像する手段と、投影した画像と撮像した画像とを比較する手段と、投影した画像と撮像した画像との比較結果に差異が生じたときは、プラテンと研磨ヘッドの回転を停止させる制御手段とを備え、研磨ヘッドからウェーハが逸脱したときの撮像画像の変化を検出して、プラテンと研磨ヘッドの回転を停止させるように構成することにより、外的条件の影響や設定や調整の手間を軽減し、安定した動作が期待できるスリップアウト検出手段を提供するという目的を達成した。   The present invention provides a wafer polishing apparatus in which a wafer is mounted on the lower surface of a polishing head, the wafer is pressed against the surface of the polishing pad on the platen, and the platen and the polishing head are driven to rotate to polish the wafer. A means for projecting a still image to a position near the polishing head on the surface, a means for capturing the projected still image, a means for comparing the projected image with the captured image, and a comparison between the projected image and the captured image When there is a difference in the results, the platen and control means for stopping the rotation of the polishing head are provided, and changes in the captured image when the wafer deviates from the polishing head are detected, and the rotation of the platen and the polishing head is stopped. By configuring the system to be able to reduce the effects of external conditions and the trouble of setting and adjustment, slip-out detection means that can be expected to operate stably To achieve the objective of providing.

図１はウェーハ研磨装置1を示し、円盤形のプラテン2はプラテン駆動モータ3を用いた回転駆動機構4の上に取付けられていて、プラテン2の上面に研磨パッド5が貼付けられている。プラテン2の上方且つプラテン2の回転中心から変位した位置に配置された研磨ヘッド6は、プラテン2よりも小径の円盤形であり、その下面に研磨対象であるウェーハWが取付けられている。研磨工程においては、研磨パッド5の上面に薬液供給装置（図示せず）から研磨薬液または研磨スラリーが滴下され、研磨ヘッド6はウェーハWがパッド5の上面へ接触する高さまで下降されるとともに、プラテン2と研磨ヘッド6がそれぞれ回転駆動されてウェーハWの被研磨面（下面）が研磨される。   FIG. 1 shows a wafer polishing apparatus 1 in which a disk-shaped platen 2 is mounted on a rotary drive mechanism 4 using a platen drive motor 3, and a polishing pad 5 is stuck on the upper surface of the platen 2. The polishing head 6 disposed above the platen 2 and at a position displaced from the rotation center of the platen 2 has a disk shape smaller in diameter than the platen 2, and a wafer W to be polished is attached to the lower surface thereof. In the polishing step, a polishing chemical solution or a polishing slurry is dropped from the chemical supply device (not shown) on the upper surface of the polishing pad 5, and the polishing head 6 is lowered to a height at which the wafer W comes into contact with the upper surface of the pad 5, The platen 2 and the polishing head 6 are driven to rotate, and the surface to be polished (lower surface) of the wafer W is polished.

プラテン2の回転方向において研磨ヘッド6の下流側には、スリップアウト検出機構の投影／撮像部11が配置されている。これは、スリップアウト発生時には研磨ヘッド6からウェーハWがプラテン回転方向の下流側へ飛び出すためであり、スリップアウトの発生を最も早く検出するには投影／撮像部11を図示の下流位置へ配置するのが最適である。   On the downstream side of the polishing head 6 in the rotation direction of the platen 2, a projection / imaging unit 11 of a slipout detection mechanism is disposed. This is because the wafer W jumps out of the polishing head 6 to the downstream side in the platen rotation direction when slipout occurs, and the projection / imaging unit 11 is arranged at the illustrated downstream position in order to detect the occurrence of slipout earliest. Is the best.

投影／撮像部11は、プラテン2の研磨ヘッド近傍位置に静止画像（図中のA）を投影し、その投影画像を撮像部により受光するもので、研磨ヘッド6の支持部材にブラケット（図示せず）を介して取付けられており、研磨ヘッド6と投影／撮像部11との位置関係は常時一定であり、投影角度の調整も可能となっている。尚、投影／撮像部11の投影方向をプラテン2に対して直角にしていない理由は、研磨パッド5の表面やスラリーなどの液体による直接的な反射による影響を排除するためである。また、投影／撮像部11へスラリーの水滴やミストが付着することを防ぐために、ウェーハ研磨装置1を覆うキャビネット内に空気浄化装置を設けることが望ましい。   The projection / imaging unit 11 projects a still image (A in the drawing) near the polishing head of the platen 2 and receives the projection image by the imaging unit. A bracket (not shown) is attached to the support member of the polishing head 6. The positional relationship between the polishing head 6 and the projection / imaging unit 11 is always constant, and the projection angle can be adjusted. The reason why the projection direction of the projection / imaging unit 11 is not perpendicular to the platen 2 is to eliminate the influence of direct reflection by the surface of the polishing pad 5 and liquid such as slurry. In order to prevent water droplets and mist of the slurry from adhering to the projection / imaging unit 11, it is desirable to provide an air purification device in the cabinet that covers the wafer polishing apparatus 1.

図２に研磨ヘッド6の一例の断面を示す。21は研磨ヘッド6のトッププレートであり、トッププレート21の中心を軸22が貫通しており、軸22の下端部はキャリア23の中心の凹部へ進入していて、軸22に対してキャリア23は上下一定範囲でスライドでき、凹部の周壁に設けた廻り止めのピン24により軸22及びトッププレート21とキャリア23は一体に回転する。   FIG. 2 shows a cross section of an example of the polishing head 6. 21 is a top plate of the polishing head 6, the shaft 22 passes through the center of the top plate 21, and the lower end portion of the shaft 22 enters the concave portion at the center of the carrier 23, and the carrier 23 with respect to the shaft 22 Can slide within a certain range, and the shaft 22, the top plate 21 and the carrier 23 are rotated together by a non-rotating pin 24 provided on the peripheral wall of the recess.

トッププレート21の下面側には、軸22を中心にほぼ円錐カップ形のキャリア支持部材25が配置されており、キャリア支持部材25の外周側にほぼ円筒カップ形のリング支持部材26が同軸に配置されている。トッププレート21の下面には中心穴を有するゴムシート27が設けられていて、ゴムシート27の内周縁部は軸22に固定したクランプ部28とトッププレート21の下面とによって挟まれ、外周縁部は円筒部材29とトッププレート21の下面とによって挟まれていて、半径方向中間部はパーティションリング30によってトッププレート21の下面へ押付けられている。   A substantially conical cup-shaped carrier support member 25 is arranged on the lower surface side of the top plate 21 around the shaft 22, and a substantially cylindrical cup-shaped ring support member 26 is coaxially arranged on the outer peripheral side of the carrier support member 25. Has been. A rubber sheet 27 having a center hole is provided on the lower surface of the top plate 21, and the inner peripheral edge portion of the rubber sheet 27 is sandwiched between the clamp portion 28 fixed to the shaft 22 and the lower surface of the top plate 21, and the outer peripheral edge portion. Is sandwiched between the cylindrical member 29 and the lower surface of the top plate 21, and the intermediate portion in the radial direction is pressed against the lower surface of the top plate 21 by the partition ring 30.

トッププレート21のパーティションリング30より内周側の部分と外周側の部分には、それぞれ外部から下面へ貫通する空気通路31，32が形成されていて、二系統の空気通路31，32はそれぞれ別の空圧制御部33，34へ連通している。空圧制御部33，34は空圧制御弁と空圧レギュレータとによって構成されていて、パーティションリング30から内周側の部分と外周側の部分の空気圧を制御し、ゴムシート27は空気圧に応じて膨張或いは収縮する。   Air passages 31 and 32 penetrating from the outside to the lower surface are formed in the inner peripheral portion and the outer peripheral portion of the partition ring 30 of the top plate 21, respectively. The two air passages 31 and 32 are different from each other. The air pressure control units 33 and 34 communicate with each other. The air pressure control units 33 and 34 are constituted by an air pressure control valve and an air pressure regulator, and control the air pressure of the inner peripheral side portion and the outer peripheral side portion from the partition ring 30, and the rubber sheet 27 corresponds to the air pressure. Expands or contracts.

キャリア支持部材25の上端はパーティションリング30の内側に位置し、パーティションリング30の外側にリング支持部材26の上端が位置している。リング支持部材26の下端にはキャリア23の外周を取囲むアウターリング35が取付けられていて、アウターリング35の下面に設けたリテーナリングホルダ36の下面にリテーナリング37がボルト38によって締結されており、リテーナリングホルダ36とリテーナリング37は、柔軟な円盤状の樹脂製保護シート39の外縁部を挟みこんでいる。   The upper end of the carrier support member 25 is located inside the partition ring 30, and the upper end of the ring support member 26 is located outside the partition ring 30. An outer ring 35 that surrounds the outer periphery of the carrier 23 is attached to the lower end of the ring support member 26, and a retainer ring 37 is fastened to the lower surface of a retainer ring holder 36 provided on the lower surface of the outer ring 35 with bolts 38. The retainer ring holder 36 and the retainer ring 37 sandwich an outer edge portion of a flexible disc-shaped resin protective sheet 39.

キャリア23には、空圧制御部（図示せず）から下面へ通じる空気通路40が形成されており、保護シート39には複数の空気穴が形成されている。空圧制御部からキャリア23の空気通路40へ圧力空気を供給すれば、保護シート39が下方へ押圧されて、リテーナリング37へ装着されたウェーハWが研磨パッド5へ押付けられる。また、上記とは逆に空圧制御部により空気を吸引すると、負圧により保護シート39及びウェーハWはキャリア23へ吸着される。   The carrier 23 is formed with an air passage 40 leading from an air pressure control unit (not shown) to the lower surface, and the protective sheet 39 has a plurality of air holes. When pressurized air is supplied from the air pressure controller to the air passage 40 of the carrier 23, the protective sheet 39 is pressed downward, and the wafer W mounted on the retainer ring 37 is pressed against the polishing pad 5. On the contrary, when air is sucked by the air pressure control unit, the protective sheet 39 and the wafer W are attracted to the carrier 23 by the negative pressure.

研磨工程においては、研磨ヘッド6が研磨パッド5から離れてウェーハストッカへ移動し、研磨ヘッド6の上述した空圧制御部（図示せず）が吸引動作してリテーナリング37内にウェーハWを吸着した後に研磨パッド5上の研磨位置へ移動する。つづいて、トッププレート21の下面の空気室へ圧力空気が供給されてゴムシート27が膨張し、キャリア支持部材25とリング支持部材26は所定の圧力で下方へ押圧され、リテーナリング37がプラテン2上の研磨パッド5へ接する。これと同時に、ウェーハWを吸着している空圧制御部は吸着動作とは逆にキャリア23の下面へ圧力空気を送り、保護シート39の穴を通じてウェーハWの上面へ圧力空気を作用させてウェーハWを研磨パッド5へ押付け、プラテン2と研磨ヘッド6がそれぞれ回転してウェーハWを研磨する。空気圧により下方へ押圧されているリテーナリング37並びにキャリア23は、研磨パッド5の反力に応じて上下へ移動して接触圧力の変化を吸収する。   In the polishing process, the polishing head 6 moves away from the polishing pad 5 to the wafer stocker, and the pneumatic control unit (not shown) of the polishing head 6 performs a suction operation to attract the wafer W into the retainer ring 37. After that, it moves to the polishing position on the polishing pad 5. Subsequently, pressurized air is supplied to the air chamber on the lower surface of the top plate 21, the rubber sheet 27 expands, the carrier support member 25 and the ring support member 26 are pressed downward at a predetermined pressure, and the retainer ring 37 is moved to the platen 2. Contact the upper polishing pad 5. At the same time, the pneumatic control unit that sucks the wafer W sends the pressure air to the lower surface of the carrier 23 in the opposite manner to the suction operation, and causes the pressure air to act on the upper surface of the wafer W through the hole of the protective sheet 39. W is pressed against the polishing pad 5, and the platen 2 and the polishing head 6 rotate to polish the wafer W. The retainer ring 37 and the carrier 23 pressed downward by the air pressure move up and down in accordance with the reaction force of the polishing pad 5 to absorb the change in contact pressure.

図３は、スリップアウト検出機構のブロック図であり、投影する画像は単純なパターンの静止画像でよいことから、ここでは投影／撮像部11の投影手段として複数のLEDで構成したLED光源12を用いているが、液晶投影デバイス、或いはDLP（テキサスインスツルメント社製品）などのデジタル・マイクロミラー・デバイスを用いてもよく、また、撮像手段としての画像センサ13は、CMOSイメージセンサやCCDイメージセンサなど任意のデバイスを使用でき、その構成を限定するものではない。   FIG. 3 is a block diagram of the slip-out detection mechanism. Since the projected image may be a simple pattern still image, an LED light source 12 composed of a plurality of LEDs is used as the projection means of the projection / imaging unit 11 here. However, a digital micromirror device such as a liquid crystal projection device or DLP (product of Texas Instruments) may be used, and the image sensor 13 as an imaging means may be a CMOS image sensor or a CCD image. Any device such as a sensor can be used, and the configuration is not limited.

静止画像の投影及び撮像画像の解析は画像処理部14で行われる。画像処理部14は画像処理に特化したDSPを内蔵していて、投影画像と撮像画像の比較をハードウェアで処理することにより、CMP制御部15のCPUに処理負荷を与えず、ソフトウェアにより処理する場合よりも高速に処理を実行できる。   The image processing unit 14 performs the projection of the still image and the analysis of the captured image. The image processor 14 has a built-in DSP specializing in image processing. By comparing the projected image and the captured image with hardware, the CPU of the CMP controller 15 is not subjected to a processing load and processed by software. The processing can be executed at a higher speed than the case.

画像処理部14は、予め設定された程度を超える差異が投影画像と撮像画像のパターンに現れたときに、CMP制御部15へスリップアウト信号（モータ停止信号）を出力し、この信号を受信したCMP制御部15は、研磨ヘッド駆動回路16とプラテン駆動回路17へ制動制御信号を出力して研磨ヘッド駆動モータ18並びにプラテン駆動モータ3に制動をかけて停止させる。   The image processing unit 14 outputs a slipout signal (motor stop signal) to the CMP control unit 15 and receives this signal when a difference exceeding a preset level appears in the pattern of the projected image and the captured image. The CMP controller 15 outputs a braking control signal to the polishing head drive circuit 16 and the platen drive circuit 17 to brake and stop the polishing head drive motor 18 and the platen drive motor 3.

図４(a)は、研磨ヘッド6にウェーハWが正常に保持されている状態を示し、図４(b)は、研磨ヘッド6のリテーナリングからウェーハWが外れてプラテンの下流側へ逸脱した状態を示している。図５(a)はLED光源12から研磨パッド5上へ投影される静止画像の一例（文字A）を示し、図６(a)は、図４(a)の正常状態において研磨ヘッド6の近傍のプラテン表面へ投影された静止画像を示している。   4A shows a state in which the wafer W is normally held by the polishing head 6, and FIG. 4B shows that the wafer W has deviated from the retainer ring of the polishing head 6 and deviated downstream of the platen. Indicates the state. FIG. 5A shows an example of a still image (letter A) projected from the LED light source 12 onto the polishing pad 5, and FIG. 6A shows the vicinity of the polishing head 6 in the normal state of FIG. 4A. 3 shows a still image projected on the surface of the platen.

図４(b)に示すように、ウェーハWが研磨ヘッド6から飛び出すと、ウェーハWに掛かる画像は、LED光源12からの投影距離がウェーハWの厚さの分だけ小さくなることから、図５(b)並びに図６(b)に示すようにウェーハWに投影された部分だけ投影倍率の減少により縮小変形する。   As shown in FIG. 4 (b), when the wafer W jumps out of the polishing head 6, the projected image from the LED light source 12 is reduced by the thickness of the wafer W in the image on the wafer W. As shown in FIG. 6B and FIG. 6B, only the portion projected onto the wafer W is deformed by reducing the projection magnification.

画像処理部14は、画像センサ13が取得した画像と図５(a)のリファレンス画像とを比較しており、図５(b)のように撮像画像に変形が生じたときは、CMP制御部15へスリップアウト信号を出力し、研磨ヘッド駆動モータ18並びにプラテン駆動モータ3を急停止させ、ウェーハWの破損及びその周辺の損傷を防止する。   The image processing unit 14 compares the image acquired by the image sensor 13 with the reference image of FIG. 5A. When the captured image is deformed as shown in FIG. 5B, the CMP control unit 14 A slip-out signal is output to 15, and the polishing head drive motor 18 and the platen drive motor 3 are stopped suddenly to prevent breakage of the wafer W and damage around it.

図５(c)は、ウェーハWが大幅に飛出してウェーハW上に画像全体が投影された場合を示し、画像全体がリファレンス画像（図５(a)）よりも縮小されている。また、ウェーハW全体が研磨ヘッド6から飛出す場合のほかに、何らかの原因によってウェーハWの一部が欠損して研磨パッド5上へ飛出すことも起こりうる。このような場合は、例えば図５(d)中のa部に示すように、投影画像が研磨パッド5上の異物に掛かった部分だけが縮小変形し、このような場合も、画像処理部14は受光画像の異常と判断してCMP制御部15へスリップアウト信号を出力し、研磨ヘッド駆動モータ18並びにプラテン駆動モータ3を急停止させ、異物による研磨パッド5や研磨ヘッド6の損傷を防止する。   FIG. 5 (c) shows a case where the wafer W has jumped significantly and the entire image is projected onto the wafer W, and the entire image is reduced compared to the reference image (FIG. 5 (a)). In addition to the case where the entire wafer W is ejected from the polishing head 6, a part of the wafer W may be lost due to some cause and ejected onto the polishing pad 5. In such a case, for example, as shown in part a in FIG. 5D, only the portion where the projected image is applied to the foreign matter on the polishing pad 5 is reduced and deformed. Judges that the received light image is abnormal and outputs a slipout signal to the CMP control unit 15 to suddenly stop the polishing head drive motor 18 and the platen drive motor 3 to prevent the polishing pad 5 and the polishing head 6 from being damaged by foreign matter. .

以上のようなスリップアウト発生時に、画像処理部14は研磨ヘッド駆動モータ18並びにプラテン駆動モータ3の停止信号を出力するとともに、受光画像のパターンデータなどのデータをCMP制御部15或いは外部のコンピュータへ出力し、エラーログファイルとして保存することにより、障害の解析や障害発生原因の究明などに利用することができる。   When the slipout occurs as described above, the image processing unit 14 outputs a stop signal for the polishing head drive motor 18 and the platen drive motor 3, and transmits data such as the pattern data of the received light image to the CMP control unit 15 or an external computer. By outputting and saving as an error log file, it can be used for failure analysis and investigation of the cause of failure.

尚、この発明は上記の実施形態に限定するものではなく、この発明の技術的範囲内において種々の改変が可能であり、この発明がそれらの改変されたものに及ぶことは当然である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible within the technical scope of the present invention, and it is natural that the present invention extends to those modifications.

本発明の一実施例を示し、ウェーハ研磨装置の斜視図。1 is a perspective view of a wafer polishing apparatus according to an embodiment of the present invention. 研磨ヘッドの一例を示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows an example of a grinding | polishing head. スリップアウト検出装置のブロック図。The block diagram of a slipout detection apparatus. （a）は研磨ヘッドのウェーハ保持状態の解説図、（b）はウェーハスリップアウト発生時の状態を示す解説図である。(A) is explanatory drawing of the wafer holding state of a polishing head, (b) is explanatory drawing which shows the state at the time of wafer slipout generation | occurrence | production. スリップアウト検出装置による投影画像を示し、（a）は正常時の画像、（b）はスリップアウトにより部分的に変形した画像、（c）はスリップアウトにより全体的に変形した画像、（d）は研磨パッド上の異物などにより部分的に変形した画像である、(A) is a normal image, (b) is an image partially deformed by slipout, (c) is an image deformed entirely by slipout, (d) Is an image partially deformed by foreign matter on the polishing pad, （a）は研磨ヘッドと投影画像を示す平面図、（b）はウェーハスリップアウト発生時の投影画像の状態を示す平面図である。(A) is a top view which shows a polishing head and a projection image, (b) is a top view which shows the state of the projection image at the time of wafer slipout generation | occurrence | production.

符号の説明Explanation of symbols

1 ウェーハ研磨装置
2 プラテン
3 プラテン駆動モータ
4 回転駆動機構
5 研磨パッド
6 研磨ヘッド
11 投影／撮像部
12 LED光源
13 画像センサ
14 画像処理部
15 CMP制御部
16 研磨ヘッド駆動回路
17 プラテン駆動回路
18 研磨ヘッド駆動モータ
W ウェーハ 1 Wafer polishing equipment
2 Platen
3 Platen drive motor
4 Rotation drive mechanism
5 Polishing pad
6 Polishing head
11 Projection / imaging unit
12 LED light source
13 Image sensor
14 Image processing section
15 CMP controller
16 Polishing head drive circuit
17 Platen drive circuit
18 Polishing head drive motor
W wafer

Claims (6)

研磨ヘッドの下面にウェーハを装着し、プラテン上の研磨パッドの表面へ前記ウェーハを押付け、プラテンと研磨ヘッドをそれぞれ回転駆動して、ウェーハを研磨するウェーハ研磨装置において、
研磨パッドの表面の研磨ヘッド近傍位置、且つプラテンの回転方向の下流に相当する位置へ静止画像を投影する手段と、投影された静止画像を撮像する手段と、投影した画像と撮像した画像とを比較する手段と、投影した画像と撮像した画像との比較結果に差異が生じたときは、プラテンと研磨ヘッドの回転を停止させる制御手段とを備え、
研磨ヘッドからウェーハが逸脱したときの撮像画像の変化を検出して、プラテンと研磨ヘッドの回転を停止させるように構成したことを特徴とするウェーハ研磨装置。 In a wafer polishing apparatus for mounting a wafer on the lower surface of a polishing head, pressing the wafer against the surface of a polishing pad on a platen, and rotating the platen and the polishing head respectively to polish the wafer,
Means for projecting a still image to a position in the vicinity of the polishing head on the surface of the polishing pad, and a position corresponding to the downstream of the rotation direction of the platen, means for capturing the projected still image, and the projected image and the captured image. A means for comparing and a control means for stopping rotation of the platen and the polishing head when there is a difference in the comparison result between the projected image and the captured image;
A wafer polishing apparatus configured to detect a change in a captured image when the wafer deviates from the polishing head and to stop the rotation of the platen and the polishing head. 上記画像投影手段と撮像手段のうち、すくなくとも撮像手段の入射角は研磨パッドの表面に対して斜めである請求項１記載のウェーハ研磨装置。   The wafer polishing apparatus according to claim 1, wherein at least an incident angle of the image pickup means among the image projection means and the image pickup means is oblique to the surface of the polishing pad. ブラケットなどの取付け手段を介して上記画像投影手段と撮像手段を研磨ヘッド支持体へ取付けた請求項１記載のウェーハ研磨装置。   2. The wafer polishing apparatus according to claim 1, wherein the image projection means and the imaging means are attached to the polishing head support through attachment means such as a bracket. 上記画像投影手段と撮像手段への液体或いは蒸気などの付着を防ぐ雰囲気浄化手段を設けた請求項１記載のウェーハ研磨装置。   2. A wafer polishing apparatus according to claim 1, further comprising an atmosphere purifying unit for preventing liquid or vapor from adhering to the image projecting unit and the image capturing unit. 上記プラテンと研磨ヘッドの回転を停止させる制御手段をハードウェアによって構成した請求項１記載のウェーハ研磨装置。   2. A wafer polishing apparatus according to claim 1, wherein the control means for stopping the rotation of the platen and the polishing head is constituted by hardware. ウェーハの逸脱検出時に、エラーログデータをコンピュータ或いは他の記憶装置へ出力する通信機能を備えた請求項１記載のウェーハ研磨装置。   2. The wafer polishing apparatus according to claim 1, further comprising a communication function for outputting error log data to a computer or other storage device when a wafer deviation is detected.
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