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研磨装置

阅读：1049发布：2020-10-22

IPRDB可以提供研磨装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明具备：载置台(20)，用于保持衬底W；载置台旋转机构(40)，用于使载置台旋转；研磨头(42)，用于研磨保持在载置台上的衬底的周缘部；控制部(70)，控制载置台(20)、载置台旋转机构(40)及研磨头(42)的动作；图像取得部(61)，通过与衬底的周缘部相对配置的至少1个末端摄像部(60)取得该衬底的周缘部的图像；图像处理部(62)，处理来自图像取得部的图像；及液体喷射部(51)，向衬底的周缘部喷射具有透光性的液体，在衬底的周缘部和末端摄像部之间充满液体。，下面是研磨装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种研磨装置，其特征在于，具备：

载置台，用于保持衬底；

载置台旋转机构，用于使所述载置台旋转；

研磨头，用于研磨保持在所述载置台上的衬底的周缘部；

控制部，控制所述载置台、所述载置台旋转机构及所述研磨头的动作；

图像取得部，通过与所述衬底的周缘部相对配置的至少1个末端摄像部取得该衬底的周缘部的图像；

图像处理部，处理来自所述图像取得部的图像；以及液体喷射部，向所述衬底的周缘部喷射具有透光性的液体，在所述衬底的周缘部和所述末端摄像部之间充满所述液体。

2.根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，从所述液体喷射部喷射的所述液体的流速在旋转的所述衬底的周缘部的速度以上。

3.根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，所述末端摄像部及所述液体喷射部构成为能够相对于保持在所述载置台上的衬底表面倾斜移动。

4.根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，所述至少1个末端摄像部是多个末端摄像部，所述多个末端摄像部分别与保持在所述载置台上的衬底的周缘部的上部、中央部及下部相对配列。

5.根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，所述液体喷射部具有喷射孔，所述喷射孔相对于所述衬底的切线方向以0度至90度的范围内的角度向该衬底的周缘部喷射所述液体。

6.根据权利要求5所述的研磨装置，其特征在于，所述喷射孔相对于所述衬底的切线方向以25度至45度的范围内的角度喷射所述液体。

7.根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，所述液体喷射部具有：第1喷射孔，相对于所述衬底的切线方向以90度的角度向该衬底的周缘部喷射所述液体；及第2喷射孔，相对于所述衬底的切线方向以25度至45度的范围内的角度向该衬底的周缘部喷射所述液体。

8.一种研磨装置，其特征在于，具备：

载置台，用于保持衬底；

载置台旋转机构，用于使所述载置台旋转；

研磨头，用于研磨保持在所述载置台上的衬底的周缘部；

控制部，控制所述载置台、所述载置台旋转机构及所述研磨头的动作；

图像取得部，通过与所述衬底的周缘部相对配置的至少1个末端摄像部取得该衬底的周缘部的图像；

图像处理部，处理来自所述图像取得部的图像；以及抵接头，使设置在所述衬底的周缘部和所述末端摄像部之间的抵接构件抵接于所述衬底的周缘部，所述抵接构件具有透光性。

9.根据权利要求8所述的研磨装置，其特征在于，所述末端摄像部及所述抵接头构成为能够相对于保持在所述载置台上的衬底表面倾斜移动。

10.根据权利要求8所述的研磨装置，其特征在于，所述抵接构件是具有透光性的透明带，所述抵接头具备：加压垫，配置在所述透明带的背面侧；以及按压机构，通过所述加压垫将所述透明带按压于衬底的周缘部。

11.根据权利要求10所述的研磨装置，其特征在于，还具备对所述衬底的周缘部进行照明的照明部，在偏离从所述透明带反射的所述照明部的光的位置上配置有所述末端摄像部。

12.根据权利要求11所述的研磨装置，其特征在于，所述照明部和所述末端摄像部朝向同一方向并一体地构成。

13.根据权利要求10所述的研磨装置，其特征在于，与在所述透明带与所述衬底的周缘部抵接时所产生的抵接压力的最高部分相对地配置所述末端摄像部。

14.根据权利要求10所述的研磨装置，其特征在于，所述透明带具备擦拭衬底的周缘部的清扫功能或研磨衬底的周缘部的研磨功能。

15.根据权利要求1至14中任意一项所述的研磨装置，其特征在于，所述图像处理部根据利用所述图像取得部取得的图像对衬底的周缘部的表面粗糙度进行解析，将表面粗糙度的分布显示为数值，

当所述数值大于或小于预先设定的阈值时，则判断为已到达研磨终点。

16.根据权利要求15所述的研磨装置，其特征在于，所述图像处理部在所述数值大于或小于预先设定的阈值的时间为设定时间以上时，则判断为已到达研磨终点。

17.根据权利要求1至14中任意一项所述的研磨装置，其特征在于，所述图像处理部将利用所述图像取得部取得的图像的颜色显示为数值，当所述数值大于或小于预先设定的阈值时，则判断为已到达研磨终点。

18.根据权利要求17所述的研磨装置，其特征在于，所述图像处理部在所述数值大于或小于预先设定的阈值的时间为设定时间以上时，则判断为已到达研磨终点。

19.根据权利要求17所述的研磨装置，其特征在于，所述图像取得部具备CCD相机，该CCD相机的曝光时间比衬底旋转一周的时间长。

20.一种研磨装置，其特征在于，具备：

砂带，具有研磨面；

载置台，用于保持衬底；

载置台旋转机构，用于使所述载置台旋转；

研磨头，使所述砂带紧贴衬底的周缘部并研磨该周缘部；

控制部，控制所述载置台、所述载置台旋转机构及所述研磨头的动作；

图像取得部，通过与所述砂带的研磨面相对配置的末端摄像部取得与衬底接触后的所述研磨面的图像；

以及图像处理部，处理来自所述图像取得部的图像。

说明书全文

研磨装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种具有砂带的研磨装置，尤其涉及一种研磨半导体晶片等衬底的周缘部的研磨装置。

背景技术

[0002] 从提高半导体制造中的成品率的观点出发，近年开始关注晶片斜面部的表面状态的管理。在半导体器件的制造工序中，由于在晶片的表面整体上使较多的材料成膜，所以在实际的产品中未使用的斜面部上也将这些材料作为膜形成。这样的残留在斜面部上的不需要的膜，在晶片搬运时或经过各种工序期间剥离并附着于器件部的表面，导致产品的成品率降低。

[0003] 因此，为了去除形成在晶片的斜面部上的膜而广泛使用研磨装置。作为这种研磨装置，典型的是使砂带紧贴在晶片的斜面部上而研磨该斜面部的研磨装置。具体而言，通过利用配置在砂带的背面侧的加压垫使砂带的研磨面紧贴在衬底的斜面部上来研磨晶片的斜面部。

[0004] 最近开发了如下技术，在研磨中通过CCD相机等摄像装置拍摄斜面部的表面，根据取得的图像检测出研磨终点。在该技术中，为了准确地检测出研磨终点，需要尽量取得鲜明的图像。但是，在通常的斜面研磨工序中，为了保护晶片的表面免受微粒的污染，在向斜面部供给研磨液(例如纯水)的同时进行研磨，而该研磨液会附着在摄像装置的物镜上。因此，很难取得斜面部的鲜明的图像，结果无法检测出准确的研磨终点。发明内容

[0005] 本发明是鉴于上述现有的问题而作出的，目的在于提供一种研磨装置，能够取得衬底的周缘部的鲜明的图像，可检测出准确的研磨终点。

[0006] 为了实现上述目的，本发明的一个方式提供一种研磨装置，其特征在于，具备：载置台，用于保持衬底；载置台旋转机构，用于使所述载置台旋转；研磨头，用于研磨保持在所述载置台上的衬底的周缘部；控制部，控制所述载置台、所述载置台旋转机构及所述研磨头的动作；图像取得部，通过与所述衬底的周缘部相对配置的至少1个末端摄像部取得该衬底的周缘部的图像；图像处理部，处理来自所述图像取得部的图像；及液体喷射部，向所述衬底的周缘部喷射具有透光性的液体，在所述衬底的周缘部和所述末端摄像部之间充满所述液体。

[0007] 本发明的优选方式的特征为，从所述液体喷射部喷射的所述液体的流速达到旋转的所述衬底的周缘部的速度以上。

[0008] 本发明的优选方式的特征为，所述末端摄像部及所述液体喷射部构成为可相对于保持在所述载置台上的衬底表面倾斜移动。

[0009] 本发明的优选方式的特征为，所述至少1个末端摄像部是多个末端摄像部，所述多个末端摄像部分别与保持在所述载置台上的衬底的周缘部的上部、中央部及下部相对配列。

[0010] 本发明的优选方式的特征为，所述液体喷射部具有喷射孔，所述喷射孔相对于所述衬底的切线方向以0度至90度的范围内的角度向该衬底的周缘部喷射所述液体。 [0011] 本发明的优选方式的特征为，所述喷射孔相对于所述衬底的切线方向以25度至45度的范围内的角度喷射所述液体。

[0012] 本发明的优选方式的特征为，所述液体喷射部具有：第1喷射孔，相对于所述衬底的切线方向以90度的角度向该衬底的周缘部喷射所述液体；及第2喷射孔，相对于所述衬底的切线方向以25度至45度的范围内的角度向该衬底的周缘部喷射所述液体。 [0013] 本发明的其它方式提供一种研磨装置，其特征在于，具备：载置台，用于保持衬底；载置台旋转机构，用于使所述载置台旋转；研磨头，用于研磨保持在所述载置台上的衬底的周缘部；控制部，控制所述载置台、所述载置台旋转机构及所述研磨头的动作；图像取得部，通过与所述衬底的周缘部相对配置的至少1个末端摄像部取得该衬底的周缘部的图像；图像处理部，处理来自所述图像取得部的图像；及抵接头，使设置在所述衬底的周缘部和所述末端摄像部之间的抵接构件抵接于所述衬底的周缘部，所述抵接构件具有透光性。 [0014] 本发明的优选方式的特征为，所述末端摄像部及所述抵接头构成为可相对于保持在所述载置台上的衬底表面倾斜移动。

[0015] 本发明的优选方式的特征为，所述抵接构件是具有透光性的透明带，所述抵接头具备：加压垫，配置在所述透明带的背面侧，及按压机构，通过所述加压垫将所述透明带按压于衬底的周缘部。

[0016] 本发明的优选方式的特征为，还具备对所述衬底的周缘部进行照明的照明部，在偏离从所述透明带反射的所述照明部的光的位置上配置有所述末端摄像部。 [0017] 本发明的优选方式的特征为，所述照明部和所述末端摄像部朝向同一方向并一体地构成。

[0018] 本发明的优选方式的特征为，与在所述透明带与所述衬底的周缘部抵接时所产生的抵接压力的最高部分相对地配置所述末端摄像部。

[0019] 本发明的优选方式的特征为，所述透明带具备擦拭衬底的周缘部的清扫功能或研磨衬底的周缘部的研磨功能。

[0020] 本发明的优选方式的特征为，所述图像处理部根据利用所述图像取得部取得的图像对衬底的周缘部的表面粗糙度进行解析，将表面粗糙度的分布显示为数值，当所述数值大于或小于预先设定的阈值时，则判断为已到达研磨终点。

[0021] 本发明的优选方式的特征为，所述图像处理部在所述数值大于或小于预先设定的阈值的时间为设定时间以上时，则判断为已到达研磨终点。

[0022] 本发明的优选方式的特征为，所述图像处理部将利用所述图像取得部取得的图像的颜色显示为数值，当所述数值大于或小于预先设定的阈值时，则判断为已到达研磨终点。 [0023] 本发明的优选方式的特征为，所述图像处理部在所述数值大于或小于预先设定的阈值的时间为设定时间以上时，则判断为已到达研磨终点。

[0024] 本发明的优选方式的特征为，所述图像取得部具备CCD相机，该CCD相机的曝光时间比衬底旋转一周的时间长。

[0025] 本发明的其它方式提供一种研磨装置，其特征在于，具备：砂带，具有研磨面；载置台，用于保持衬底；载置台旋转机构，用于使所述载置台旋转；研磨头，使所述砂带紧贴衬底的周缘部并研磨该周缘部；控制部，控制所述载置台、所述载置台旋转机构及所述研磨头的动作；图像取得部，通过与所述砂带的研磨面相对配置的末端摄像部取得与衬底接触后的所述研磨面的图像；及图像处理部，处理来自所述图像取得部的图像。 [0026] 根据本发明，由于通过具有透光性的液体或者抵接构件良好地保持末端摄像部的视野，所以能够取得衬底周缘部的鲜明的图像。结果能够进行准确的研磨终点检测。附图说明

[0027] 图1是表示衬底的周缘部的剖视图。

[0028] 图2是表示本发明第1实施方式的研磨装置的俯视图。

[0029] 图3是图2所示的研磨装置的剖视图。

[0030] 图4是表示晶片卡夹机构的卡手的俯视图。

[0031] 图5A是研磨头的放大图，图5B是研磨头的立体图。

[0032] 图6A及图6B是表示使研磨头处于倾斜状态的图。

[0033] 图7A是表示图2所示的喷水部及末端摄像部的局部剖视图，图7B是表示喷水部及末端摄像部的立体图。

[0034] 图8A及图8B是表示喷水部及末端摄像部处于倾斜状态的图。

[0035] 图9A是表示喷水部的其它例子的剖视图，图9B是图9A所示的喷水部的立体图。 [0036] 图10A是喷水部的又一个例子的剖视图，图10B是图10A所示的喷水部的立体图。 [0037] 图11A是表示喷水部及末端摄像部的其它例子的局部剖视图，图11B是表示图11A的喷水部及末端摄像部的立体图。

[0038] 图12A是表示本发明第2实施方式的喷水部及末端摄像部的局部剖视图，图12B是表示图12A的喷水部及末端摄像部的主视图，图12C是表示图12A的喷水部及末端摄像部的立体图。

[0039] 图13是表示本发明第3实施方式的研磨装置的俯视图。

[0040] 图14A是表示图13所示的抵接头的侧视图，图14B是表示图14A的抵接头的主视图，图14C是表示图14A的抵接头的立体图。

[0041] 图15A是本发明第4实施方式的研磨装置所使用的抵接头的侧视图，图15B是图15A所示的抵接头的俯视图，图15C是图15A所示的抵接头的立体图。

[0042] 图16A是本发明第5实施方式的研磨装置所使用的抵接头的侧视图，图16B是图16A所示的抵接头的立体图。

[0043] 图17A是表示上述的第4及第5实施方式所使用的末端摄像部及照明部的一个构成例的侧视图，图17B是图17A所示的末端摄像部及照明部的主视图。

[0044] 图18A是表示上述的第4及第5实施方式所使用的末端摄像部及照明部的其它构成例的侧视图，图18B是图18A所示的末端摄像部及照明部的主视图。

[0045] 图19是表示划分为5个区段的晶片的周缘部的示意图。

[0046] 图20A是表示通过图12A所示的第1末端摄像部取得的晶片的周缘部的图像的示意图，图20B是表示通过图12A所示的第2末端摄像部取得的晶片的周缘部的图像的示意图，图20C是表示通过图12A所示的第3末端摄像部取得的晶片的周缘部的图像的示意图。 [0047] 图21是表示本发明第2实施方式的研磨装置的研磨顺序的框图。 [0048] 图22是表示用于目标颜色的设定的比色图表及明度图表的图。 [0049] 图23是表示当选择硅的颜色作为目标颜色时的研磨终点检测流程的框图。 [0050] 图24是表示当选择应该研磨的膜的颜色作为目标颜色时的研磨终点检测流程的框图。

[0051] 图25A是表示当晶片周缘部的表面粗糙时的图像的示意图，图25B是表示将图25A所示的图像数值化后的矩形图。

[0052] 图26A是表示当晶片周缘部的表面光滑时的图像的示意图，图26B是表示将图26A所示的图像数值化后的矩形图。

[0053] 图27是表示本发明第7实施方式的研磨装置的剖视图。

具体实施方式

[0054] 下面，参照附图对本发明实施方式的研磨装置进行说明。本实施方式的研磨装置适合用于研磨晶片等衬底的周缘部(斜面部及切边部)的目的。在此，如图1所示，斜面部是指在衬底的周缘处截面具有曲率的部分B。在图1中，由D所示的平坦部是形成器件的区域。从该器件区域D至外侧的数毫米为止的平坦部E称为切边部，以与器件区域D区别。

[0055] 图2是表示本发明第1实施方式的研磨装置的俯视图。图3是图2所示的研磨装置的剖视图。

[0056] 如图2及图3所示，本实施方式的研磨装置具备：晶片载置台单元20，具有用于保持晶片(衬底)W的晶片载置台23；载置台移动机构30，用于使晶片载置台单元20在与晶片载置台23的上面(晶片保持面)平行的方向上移动；载置台旋转机构40，使晶片载置台23旋转；及研磨单元50，研磨保持在晶片载置台23上晶片W的周缘部。

[0057] 另外，如图2所示，研磨装置还具备：喷水部(液体喷射部)51，向保持在晶片载置台23上的晶片W的周缘部喷射纯水(透明液体)；末端摄像部(例如物镜)60，固定在该喷水部51上；CCD相机(图像取得部)61，通过该末端摄像部60取得晶片W的周缘部的图像；图像处理部62，处理来自CCD相机61的图像；及控制部70，根据来自图像处理部62的信号控制研磨装置的动作。另外，作为图像取得部61，除CCD相机以外，也可以使用具有其它型式的感光元件的数码相机。另外，作为图像取得部也可以使用超小型CCD相机，并一体地设置末端摄像部和图像取得部。

[0058] 晶片载置台单元20、载置台移动机构30、载置台旋转机构40及研磨单元50收容在外壳11内。该外壳11通过间隔板14划分为2个空间，即上室(研磨室)15和下室(机械室)16。上述的晶片载置台23及研磨单元50配置在上室15内，载置台移动机构30及载置台旋转机构40配置在下室16内。在上室15的侧壁形成有开口部12，该开口部12通过由未图示的气缸驱动的闸门13而被关闭。晶片W通过开口部12向外壳11的内外搬运。晶片W的搬运是通过搬运机械手这样已知的晶片搬运机构(未图示)来进行的。 [0059] 在晶片载置台23的上面形成有多个槽26。这些槽26介于于垂直延伸的中空轴
27连通于未图示的真空泵。驱动该真空泵时，在槽26形成真空，由此将晶片W保持在晶片载置台23的上面。中空轴27可旋转地被轴承28支撑，进而介于带轮p1、p2及轮带b1连接于马达m1。通过这种构成，晶片W以保持在晶片载置台23的上面的状态通过马达m1旋转。即，由中空轴27、带轮p1、p2、轮带b1及马达m1构成载置台旋转机构40。 [0060] 研磨装置还具备配置在外壳11内的晶片卡夹机构80。该晶片卡夹机构80构成为接收由上述晶片搬运机构搬入外壳11内的晶片W并放置在晶片载置台23上，还从晶片载置台23拿起晶片W并交给上述晶片搬运机构。另外，在图2中仅表示晶片卡夹机构80的一部分。

[0061] 图4是表示晶片卡夹机构80的卡手的俯视图。如图4所示，晶片卡夹机构80具备具有多个挡块83的第一卡手81和具有多个挡块83的第二卡手82。这些第一及第二卡手81、82通过未图示的开闭机构向接近或远离的方向(由箭头T表示)移动。另外，第一及第二卡手81、82通过未图示的卡夹移动机构向与保持在晶片载置台23上的晶片W的表面垂直的方向移动。

[0062] 晶片搬运机构的手73将晶片W搬运至第一及第二卡手81、82之间的位置。而且，使第一及第二卡手81、82向相互接近的方向移动时，这些第一及第二卡手81、82的挡块83与晶片W的周缘接触。由此，晶片W被第一及第二卡手81、82夹持。此时晶片W的中心与晶片载置台23的中心(晶片载置台23的旋转轴)构成为一致。因而，第一及第二卡手81、82还作为对中机构而进行作用。

[0063] 如图3所示，载置台移动机构30具备：圆筒状轴台29，旋转自如地支撑中空轴27；支撑板32，固定轴台29；可动板33，可与支撑板32一体地移动；滚珠丝杠b2，连接于可动板
33；及马达m2，使该滚珠丝杠b2旋转。可动板33介于直线导轨35连接于间隔板14的下面，由此可动板33可在与晶片载置台23的上面平行的方向上移动。轴台29穿过形成在间隔板14上的贯穿孔17延伸。在支撑板32上固定有使中空轴27旋转的上述的马达m1。 [0064] 在这种构成中，通过马达m2使滚珠丝杠b2旋转时，可动板33、轴台29及中空轴27沿直线导轨35的长度方向移动。由此，晶片载置台23在与其上面平行的方向上移动。另外，在图3中，由箭头X表示基于载置台移动机构30的晶片载置台23的移动方向。 [0065] 如图3所示，研磨单元50具备：砂带41；研磨头42，将该砂带41按压于晶片W的周缘部；供给卷轴45a，向研磨头42供给砂带41；及回收卷轴45b，卷取从研磨头42送出的砂带41。供给卷轴45a及回收卷轴45b收容在设置于研磨装置的外壳11的卷轴室45。 [0066] 图5A是研磨头42的放大图，图5B是研磨头42的立体图。如图5A及图5B所示，研磨头42具有带输送机构43，由滚子43a、43b把持砂带41，通过由未图示的马达使滚子
43a旋转而输送砂带41。另外，研磨头42具备：加压垫(后垫)49，配置在砂带41的背面侧；按压机构(例如气缸)56，连接于加压垫49；及多个导向滚子57，对砂带41的前进方向进行导向。按压机构56使加压垫49向晶片W移动，由此介于加压垫49将砂带41的研磨面按压于晶片W的周缘部。

[0067] 如图3所示，在晶片W的上方及下方分别配置有研磨液供给喷嘴58。研磨时晶片W通过载置台旋转机构40旋转，从上方的研磨液供给喷嘴58向晶片W上面的中央部供给作为研磨液的纯水，从下方的研磨液供给喷嘴58向晶片W和砂带41的连接处供给纯水。砂带41通过带输送机构43从供给卷轴45a被拉向研磨头42。研磨头42使砂带41的研磨面与晶片W的周缘部接触。而且，砂带41在与周缘部接触后，被回收卷轴45b卷取。 [0068] 图6A及图6B是表示使研磨头42处于倾斜状态的图。如图6A及图6B所示，研磨头42构成为通过未图示的倾斜移动机构以晶片W的周缘部为中心上下倾斜移动。由此，通过砂带41研磨晶片W的包括斜面部及切边部的周缘部整体。另外，作为使研磨头42倾斜的倾斜移动机构，可以使用支撑研磨头42的旋转轴、使该旋转轴旋转的马达、带轮、轮带等的已知机构。

[0069] 作为砂带41可以使用在作为研磨面的那一面例如将金刚石粒子或SiC粒子等的砂粒粘结在基膜上的砂带41。粘结在砂带41上的砂粒可以根据晶片W的种类或所要求的性能进行选择，例如可以使用平均粒径0.1μm～5.0μm的范围的金刚石粒子或SiC粒子。另外，也可以使用未粘接砂粒的带状研磨布。另外，作为基膜例如可以使用由聚酯、聚氨酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等具有可挠性的材料形成的薄膜。

[0070] 图7A是表示图2所示的喷水部51及末端摄像部60的局部剖视图，图7B是表示喷水部51及末端摄像部60的立体图。如图7A及图7B所示，喷水部51在内部具有在其两侧面开口的液体流路51a，从未图示的液体供给源向液体流路51a供给水(优选纯水)。喷水部51还具有与液体流路51a连通的喷射孔51b。该喷射孔51b相对于晶片W的切线方向垂直延伸。由此，水经由液体流路51a从喷射孔51b向晶片W的周缘部垂直喷射。喷水部51与晶片W的周缘部临近配置。

[0071] 在喷水部51上固定有末端摄像部60。末端摄像部60相对于晶片W的切线方向朝垂直方向设置，上述的喷射孔51b位于末端摄像部60的延长线上。末端摄像部60的前端面对液体流路51a。通过这种配置，在末端摄像部60和晶片W的周缘部之间不存在障碍物，CCD相机61可以通过末端摄像部60取得晶片W的周缘部的图像。通过CCD相机61取得晶片W的周缘部的图像时，向液体流路51a供水，从喷射孔51b向晶片W的周缘部喷水。即，通过从喷射孔51b喷水，来自研磨液供给喷嘴58的研磨液或微粒不会附着于末端摄像部60，能够取得清晰的图像。

[0072] 取得晶片W的周缘部的图像时，在末端摄像部60和晶片W的周缘部之间的间隙充满水。此时，为了取得鲜明的图像，需要在存在于末端摄像部60和晶片W的周缘部之间的水中不包含气泡。为了不在水中产生气泡，需要使从喷射孔51b喷射的水的流速达到旋转的晶片W的周缘部的速度以上。这是因为考虑到与由旋转的晶片W甩向切线方向的水量相-1比需要供给更多的水。例如，使直径200mm的晶片W以1000min 的转速旋转时，与晶片W的周缘部的速度为10.5m/s相对，喷射孔51b的流速为10.6m/s。如此，喷射孔51b的流速根据晶片W的周缘部的速度来决定。另外，为了不在水中产生气泡，优选使喷射孔51b尽量接近晶片W的周缘部。

[0073] 图8A及图8B是表示喷水部51及末端摄像部60处于倾斜状态的图。如图8A及图8B所示，喷水部51及末端摄像部60构成为与研磨头42连动，并通过未图示的倾斜移动机构倾斜移动。由此，可以在从喷射孔51b向晶片W的周缘部喷水的同时，介于末端摄像部60由CCD相机61取得晶片W的包括斜面部及切边部的周缘部整体的图像。由于喷水部51及末端摄像部60一体地倾斜移动，所以与倾斜角度无关而在末端摄像部60和晶片W的周缘部之间的间隙始终充满水。因而，CCD相机61能够鲜明地取得从末端摄像部60发送的晶片W的周缘部整体的图像。另外，作为使喷水部51及末端摄像部60倾斜的倾斜移动机构，可以使用支撑喷水部51的旋转轴、使该旋转轴旋转的马达、带轮、轮带等的已知机构。 [0074] 图9A是表示喷水部的其它例子的剖视图，图9B是图9A所示的喷水部的立体图。
在图9A及图9B所示的例子中，喷射孔51c具有横宽的截面形状，并且相对于晶片W的切线方向倾斜45度。此时，从喷射孔51c喷射的水的前进方向是不与晶片W的旋转方向相对的方向，以便在水碰到晶片W时不产生气泡。其它的构成与图7A及图7B所示的例子相同。 [0075] 图10A是喷水部的又一个例子的剖视图，图10B是图10A所示的喷水部的立体图。
图10A及图10B所示的喷水部51具有相互邻接的第1喷射孔51b和第2喷射孔51c。第1喷射孔51b相对于晶片W的切线方向垂直延伸，并且配置在末端摄像部60的延长线上。另一方面，第2喷射孔51c相对于晶片W的切线方向倾斜25度。此时，从喷射孔51c喷射的水的前进方向是不与晶片W的旋转方向相对的方向，以便在水碰到晶片W时不产生气泡。 [0076] 在图9A至图10B所示的例子中，相对于晶片W的切线方向倾斜地喷水。这是为了避免从喷射孔51c喷射的水将来自研磨液供给喷嘴58的研磨液或该研磨液中所包含的微粒推回器件部。如此，从喷射孔51b、51c喷射的水的角度相对于晶片W的切线方向在0度至90度的范围内进行选择。另外，喷水角度为0度是指水沿着晶片W的切线方向喷射。另外，图7A及图7B所示的例子是水的角度为90度的例子。上述的喷射孔(第2喷射孔)51c的角度优选在25～45度的范围内进行选择。

[0077] 图11A是表示喷水部及末端摄像部的其它例子的局部剖视图，图11B是表示图11A的喷水部及末端摄像部的立体图。如图11A及图11B所示，在末端摄像部60的上方及下方分别配置有照明部63。照明部63埋设于喷水部51，都对晶片W的周缘部进行照明。通过设置这些照明部63，即通过多方向的照明能够得到整齐均匀的照明。

[0078] 图12A是表示本发明第2实施方式的喷水部及末端摄像部的局部剖视图，图12B是表示图12A的喷水部及末端摄像部的主视图，图12C是表示图12A的喷水部及末端摄像部的立体图。由于没有特别说明的本实施方式的其它构成与第1实施方式相同，所以省略其重复说明。

[0079] 如图12A至图12C所示，在本实施方式中，设置有3个末端摄像部60A、60B、60C和4个照明部63A、63B、63C、63D。第1末端摄像部60A配置在晶片W的上方，第2末端摄像部
60B与晶片W平行地配置，第3末端摄像部60C配置在晶片W的下方。在第1末端摄像部
60A的两侧配置有照明部63A、63B，在第2末端摄像部60B的两侧配置有照明部63B、63C，在第3末端摄像部60C的两侧配置有照明部63C、63D。这些末端摄像部60A～60C及照明部
63A～63D都朝向晶片W的周缘部。具体而言，第1末端摄像部60A朝向周缘部的上部，第
2末端摄像部60B朝向周缘部的中央部，第3末端摄像部60C朝向周缘部的下部。 [0080] 在该实施方式中，各末端摄像部60A～60C分别连接于CCD相机61A～61C。另外，本实施方式的喷水部51及末端摄像部60A～60C与第1实施方式不同，并不相对于晶片W倾斜移动，其位置固定。喷射孔51b具有横宽的形状，从该喷射孔51b相对于晶片W的切线方向朝垂直方向喷水。另外，图12A及图12B所示的喷射孔51b为了说明结构，与图12C所示的喷射孔51b的纵向宽度相比画得较大。各末端摄像部60A～60C的前端位于液体流路51a的内部，晶片W的周缘部和各末端摄像部60A～60C之间的间隙被流入液体流路51a的水充满。通过这种构成，不必使喷水部51及末端摄像部60A～60C倾斜移动，便能介于各末端摄像部60A～60C取得晶片W的周缘部的上部、中央部及下部的图像。 [0081] 图13是表示本发明第3实施方式的研磨装置的俯视图。另外，由于没有特别说明的本实施方式的其它构成与第1实施方式相同，所以省略其重复说明。

[0082] 如图13所示，在本实施方式中，取代喷水部51，设置有使透明带抵接于晶片W的周缘部的抵接头66。图14A是表示图13所示的抵接头的侧视图，图14B是表示图14A的抵接头的主视图，图14C是表示图14A的抵接头的立体图。如图14A至图14C所示，该抵接头66具有与研磨头41基本上相同的构成。

[0083] 在该抵接头66中，取代砂带41，使用具有透光性的透明带65。即，从未图示的供给卷轴向抵接头66供给透明带65，通过带输送机构43向其长度方向输送透明带65之后，由未图示的回收卷轴回收。该抵接头66与研磨头42一样，具有加压垫49及按压机构56，按压机构56介于加压垫49相对于晶片W的周缘部按压透明带65。

[0084] 在加压垫49上形成有相对于晶片W的切线方向垂直延伸的贯穿孔49a。在该贯穿孔49a上插入末端摄像部60的一部分，末端摄像部60朝向晶片W的周缘部配置。贯穿孔49a位于透明带65的背侧，由此末端摄像部60介于透明带65将晶片W的周缘部的图像传送给CCD相机61。抵接头66配置有未图示的照明部，从透明带65的背面侧对晶片W的周缘部进行照明。抵接头66与研磨头42一样，构成为相对于晶片W倾斜移动，由此，CCD相机61能够拍摄包括晶片W的周缘部的上部、中央部及下部的整体图像。

[0085] 拍摄晶片W的周缘部的图像时，利用加压垫49相对于晶片W的周缘部按压透明带65。透明带65防止来自研磨液供给喷嘴58的研磨液或微粒附着于末端摄像部60，并且去除附着在晶片W的周缘部上的研磨液或微粒。因而，CCD相机61能够介于末端摄像部60取得晶片W的周缘部的鲜明的图像。

[0086] 图15A至图15C是表示本发明第4实施方式的研磨装置所使用的抵接头的图。另外，由于没有特别说明的本实施方式的其它构成与第3实施方式相同，所以省略其重复说明。

[0087] 透明带65根据其材质存在具有光泽或光润的情况。虽然在取得晶片W的周缘部的图像时，照明部照亮晶片W的周缘部，但是如果在与来自该照明部的光的入射角相对应的反射角的位置上配置末端摄像部60，则来自该透明带65的反射光介于末端摄像部60而进入CCD相机61，作为干扰而出现在图像中。为了防止这种弊端，如图15A至图15C所示，末端摄像部60构成为相对于与砂带65的研磨面(及背面)垂直的方向自由倾斜。贯穿孔49a具有容许末端摄像部60可自由倾斜移动程度的大小。通过这种构成，能够在偏离来自透明带65的反射光的位置上配置末端摄像部60，能够避免反射光射入末端摄像部60。 [0088] 图16A及图16B是本发明第5实施方式的研磨装置所使用的抵接头的图。另外，由于没有特别说明的本实施方式的其它构成与第3实施方式相同，所以省略其重复说明。
如图16A及图16B所示，位于抵接头66前端的2个导向滚子57a、57b的位置前后错位，由此，在导向滚子57a、57b之间透明带65倾斜前进。因而，末端摄像部60的朝向偏离了与透明带65的研磨面(背面)垂直的方向。通过这种配置，能够避免来自透明带65的反射光射入末端摄像部60。

[0089] 图17A是表示上述的第4及第5实施方式所使用的末端摄像部及照明部的一个构成例的侧视图，图17B是图17A所示的末端摄像部及照明部的主视图。图18A是表示上述的第4及第5实施方式所使用的末端摄像部及照明部的其它构成例的侧视图，图18B是图18A所示的末端摄像部及照明部的主视图。

[0090] 如图17A至图18B所示，在末端摄像部60的上部及下部分别安装有照明部63A、63B。末端摄像部60及照明部63A、63B朝向同一方向，并一体地构成。在图17A及图17B所示的例子中，由末端摄像部60及照明部63A、63B构成的单元具有圆形截面形状，另一方面，在图18A及图18B所示的例子中，由末端摄像部60及照明部63A、63B构成的单元具有矩形截面形状。根据这些构成例，如果末端摄像部60及照明部63A、63B相对于与透明带65的研磨面(及背面)垂直的方向倾斜，则能够避免来自透明带65的反射光射入末端摄像部
60。

[0091] 如上所述，使用透明带65的晶片W的周缘部的观察是通过按压机构56介于加压垫49相对于晶片W的周缘部按压透明带65来进行的。在此，如果从上方观察本研磨装置的构成，则晶片W呈圆盘形，另一方面，加压垫49呈四角形。因此，在加压垫49中存在相对于晶片W的抵接压力高的部分和低的部分。即，在晶片W的周向上存在压力分布。由于抵接压力低的部分存在液体或微粒进入晶片W的周缘部和透明带65之间的情况，因此以观察抵接压力最高的部位的形式配置末端摄像部60。例如，在加压垫49的中心部配置末端摄像部60。

[0092] 如果已知抵接压力最高的部分的宽度，则通过使透明带65具有与该宽度相同的宽度，能够抑制作为消耗构件的透明带65的费用。另外，为了确保透明带65和砂带41的互换性，也可以使透明带65和砂带41的宽度相同。此时，可以在透明带65的抵接压力最高的部分以外的部分上附加各种功能。具体而言，可以使透明带65具有清扫功能，或具有研磨功能。例如，由布形成透明带65的一部分，用布擦拭晶片W的周缘部。另外，也可以在透明带65的一部分上形成研磨面。尤其是使透明带65具有清扫功能时，即使不使抵接压力很大也能够充分确保清洁的观察环境，因此，能够降低抵接压力施加在晶片W上的负荷。 [0093] 在此，对使用上述的第1至第5实施方式的研磨装置研磨晶片W的斜面部的工序进行说明。在下面说明的例子中，如图19所示，将晶片W的周缘部分为5个区段A1、A2、A3、A4、A5进行5个阶段的研磨。即，如图6A及图6B所示，使研磨头42倾斜，依次研磨各区段A1～A5。通过图像处理部62监视各区段A1～A5的研磨，根据各区段A1～A5的图像通过图像处理部62分别检测出各区段A1～A5的研磨终点。下面，以图12A至图12C所示的第2实施方式为例，对晶片W的周缘部的研磨工序及图像处理进行说明。 [0094] 在第2实施方式中，使用3台CCD相机61A、61B、61C监视5个区段A1、A2、A3、A4、A5的研磨状态。图20A是表示通过图12A所示的第1末端摄像部60A取得的晶片的周缘部的图像的示意图，图20B是表示通过图12A所示的第2末端摄像部60B取得的晶片的周缘部的图像的示意图，图20C是表示通过图12A所示的第3末端摄像部60C取得的晶片的周缘部的图像的示意图。

[0095] 如图20A至图20C所示，介于第1末端摄像部60A通过第1CCD相机61A取得区段A1、A2的图像，介于第2末端摄像部60B通过第2CCD相机61B取得区段A3的图像，介于第3末端摄像部60C通过第3CCD相机61C取得区段A4、A5的图像。在各区段A1～A5上各自设定有图像处理部62应该监视的特定区域(以下，称为目标区域T1、T2、T3、T4、T5)。图像处理部62监视这些目标区域T1～T5的颜色，根据颜色的变化检测出研磨终点。另外，作为目标区域T1～T5，选择最能显现各区段A1～A5的研磨状态的部分。也可以在1个区段中设定多个目标区域。

[0096] 在此，参照图21，对第2实施方式的研磨装置的研磨顺序进行说明。首先，在图像处理部62中预先录入研磨对象区段、取得研磨对象区段的图像的CCD相机、设定在研磨对象区段中的目标区域的关系。例如，将如下条件设定在图像处理部62中，研磨区段A1时，使用由第1CCD相机61A 取得的图像，将设定在该图像中的目标区域T1的图像用于研磨终点检测。

[0097] 之后，使研磨头42倾斜并研磨区段A1，监视目标区域T1中的研磨状态(即颜色变化)。而且，当根据颜色变化检测出区段A1的研磨终点时，图像处理部62向控制部70(参照图2)发出结束区段A1的研磨的指令，进而发出开始区段A2的研磨的指令。如此，依次研磨区段A1～A5。另外，在该例中，虽然研磨了斜面部，但是还可以同样地研磨切边部(参照图1)。

[0098] 下面，对图像处理部62处理图像并检测出研磨终点的方法进行说明。 [0099] 如上所述，图像处理部62根据目标区域的颜色变化检测出研磨终点。在图像处理部62中预先录入目标颜色，图像处理部62在目标区域的颜色通过研磨发生变化并变为规定的目标颜色时判断为已到达研磨终点。具体而言，图像处理部62在目标区域的目标颜色的像素数增加并大于规定阈值时，或者在目标区域的目标颜色的像素数减少并小于规定阈值时判断为已到达研磨终点。

[0100] 各CCD相机61A～61C的快门速度(曝光时间)或取样间隔(图像取得的间隔)预先设定于各CCD相机61A～61C。另外，为了准确地在图像中显现目标颜色，预先进行了基于各照明部63的补色。各CCD相机61A～61C的快门速度(曝光时间)优选比晶片W旋转一周的时间长。这是为了监视晶片W的周缘部整体的研磨状态。

[0101] 目标颜色可以从通过研磨显现出的颜色(例如硅的颜色)或者研磨对象物的颜色(例如SiO2、SiN的颜色)中的任意一个进行选择。另外，颜色的选择不限定于一种，也可以选择多种颜色。图22是表示用于目标颜色的设定的比色图表及明度图表的图。如图22所示，比色图表具有表示色相分布的横轴和表示彩度的纵轴。明度图表具有表示明亮程度的纵轴。目标颜色可以通过由置于比色图表及明度图表中的显示范围S1、S2所指定的颜色信息(色相、彩度、明度)来决定。

[0102] 在此，参照图23对当选择硅的颜色作为目标颜色时的研磨终点检测流程进行说明。

[0103] 首先，在图像处理部62中作为目标颜色录入硅的颜色(通常为白色)(步骤1)。如上所述，颜色的选择不限定于1种，也可以选择多种颜色。之后，指定目标区域(步骤2)。
而且，当目标区域内的目标颜色的像素数 N增加并大于规定阈值P时，则图像处理部62判断为应结束研磨(步骤3)。另外，为了提高研磨终点检测的准确性，也可以在像素数N大于规定阈值P的时间超过规定时间时判断为已到达研磨终点。

[0104] 图24是表示当选择应该研磨的膜的颜色作为目标颜色时的研磨终点检测流程的框图。

[0105] 如图24所示，首先，在图像处理部62中作为目标颜色录入研磨对象膜的颜色(步骤1)。此时，颜色的选择不限定于1种，也可以选择多种颜色。之后，指定目标区域(步骤2)。而且，当目标区域内的目标颜色的像素数N减少并小于规定阈值P时，则图像处理部62判断为应结束研磨(步骤3)。另外，这种情况下，为了提高研磨终点检测的准确性，也可以在像素数N小于规定阈值P的时间超过规定时间时判断为已达研磨终点。 [0106] 虽然在上述的方法中，使用3个末端摄像部进行研磨终点检测，但是在第1、第3至第5实施方式中，也可以通过使末端摄像部倾斜并取得晶片W的周缘部的整体的图像，来进行同样的图像处理及研磨终点检测。

[0107] 虽然以上说明的例子是根据取得的图像的颜色变化来检测研磨终点的方法，但是也可以根据取得的图像检测出周缘部的表面粗糙度。下面，以第2实施方式为例对检测周缘部表面粗糙度的方法进行说明。另外，在第1、第3至第5实施方式中，也可以同样地检测出被研磨面的粗糙度。

[0108] 在该表面粗糙度检测方法中，各CCD相机61A～61C的快门速度(曝光时间)设定为极短。具体的快门速度根据晶片W的转速来决定，需要将快门速度缩短至能够在图像中显现晶片W的周缘部表面的形状(麻点)的程度。

[0109] 由CCD相机61A～61C取得的图像被送至图像处理部62，在此进行图像处理。具体而言，从取得的图像切出目标区域(T1～T5)的图像，将该切出的彩色图像转换为黑白图像。之后，为了突出表面粗糙度，通过微分滤波器对图像进行微分处理。而且，将得到的图像显示在矩形图上。矩形图具有显示亮度的横轴和显示像素数的纵轴。 [0110] 图25A是表示当晶片周缘部的表面粗糙时的图像的示意图，图25B是表示将图25A所示的图像数值化后的矩形图。如图25A所示，晶片W的被研磨面粗糙时，表示表面凹凸的白色部分显现在图像上。该表面粗糙度能够作为数值显示在矩形图上。即，当被研磨面粗糙时，图像上显现出较多的白色部分，结果在矩形图上亮度高的像素数变多。 [0111] 另一方面，图26A是表示当晶片周缘部的表面光滑时的图像的示意图，图26B是表示将图26A所示的图像数值化后的矩形图。如图26A所示，当晶片W的被研磨面光滑时，表示表面凹凸的白色部分几乎没有显现在图像上。结果在矩形图上亮度低的像素数变多。因而，图像处理部62能够在规定亮度的像素数高于(例如亮度0～64的像素数超过1000时)或者低于(例如亮度64以上的像素数低于10)预先设定的值时，判断为晶片W的周缘部的表面变得光滑。此时为了提高判断的准确性，也可以在规定亮度的像素数高于或者低于预先设定值的时间超过规定时间时，判断为晶片W的周缘部的表面变得光滑。 [0112] 图27是表示本发明第7实施方式的研磨装置的图。另外，由于没有特别说明的本实施方式的其它构成与第1实施方式相同，所以省略其重复说明。

[0113] 如图27所示，在研磨头42的后方与砂带41的研磨面相对地配置有末端摄像部60。CCD相机61介于末端摄像部60取得与晶片W接触后的砂带41的研磨面的图像。图像处理部62对取得的研磨面的图像进行解析，根据显现在研磨面上的研磨痕迹的大小、形状、颜色(浓淡)等，监视晶片W的研磨状态或研磨装置的运行状态等。

[0114] 虽然在上述的第1至第7实施方式中，使用可使研磨头相对于晶片W倾斜移动的所谓开盘式研磨头，但是本发明并不局限于该型式，也可以使用固定研磨头的型式的研磨头。

[0115] 另外，也可以在末端摄像部和图像取得部之间设置成像光谱仪，作为晶片W的周缘部的图像取得光谱，通过由图像处理部对该光谱进行分析而检测出研磨终点。 [0116] 以上所述的实施方式以在本技术领域内具有一般知识的人可以实施本发明为目的而进行了说明。因而，本发明并不局限于上述的实施方式，不用说在其技术思想的范围内能够以各种不同的形式进行实施。

[0117] 本发明可以应用于研磨半导体晶片等衬底的周缘部的研磨装置。

标题	发布/更新时间	阅读量
吹气式研磨装置-专利编号CN105363527B	2020-05-13	484
多头高速研磨机-专利编号CN101927452A	2020-05-12	551
研磨机及其研磨方法-专利编号CN104815726B	2020-05-11	970
一种震动研磨机-专利编号CN105935929A	2020-05-13	724
研磨机-专利编号CN103144018B	2020-05-11	850
研磨机及其研磨方法-专利编号CN104815726A	2020-05-11	879
一种研磨筛料机-专利编号CN107377151A	2020-05-12	568
一种研磨材料-专利编号CN105524592A	2020-05-13	362
研磨机-专利编号CN103144018A	2020-05-11	917
一种双面研磨机-专利编号CN108481185A	2020-05-12	861

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