首页 / 专利库 / 加工 / 机械加工 / 研磨 / 研磨装置及研磨方法

研磨装置及研磨方法

阅读:1036发布:2020-06-15

专利汇可以提供研磨装置及研磨方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及 研磨 半导体 晶片 等的 基板 并进行平坦化的研磨装置及研磨方法。本发明涉及的研磨装置具备:研磨台(10),具有研磨面;顶环(14),对于基板上的第一多个区域独立地施加按压 力 ,从而将基板按压在研磨台上; 传感器 (50),检测多个计测点上的上述膜的状态;监控装置(53),根据传感器的输出 信号 ,对于基板上的第二多个区域的各个区域生成监控信号;存储部,存放多个基准信号,该多个基准信号表示监控信号的基准值与研磨时间的关系;控制部,操作对第一多个区域的按压力,以使与第二多个区域的各个区域对应的监控信号收敛至多个基准信号的某一个。,下面是研磨装置及研磨方法专利的具体信息内容。

1、一种研磨装置,对表面上形成了膜的基板进行研磨,其特征在于, 具备:
研磨台,具有研磨面;
顶环,对于基板上的第一多个区域独立地施加按压,从而将基板按 压在上述研磨台上;
传感器,检测多个计测点上的上述膜的状态;
监控装置,根据上述传感器的输出信号,对于基板上的第二多个区域 的各个区域生成监控信号;
存储部,存放多个基准信号,该多个基准信号表示上述监控信号的基 准值与研磨时间的关系;以及
控制部,操作对上述第一多个区域的按压力,以使与上述第二多个区 域的各个区域对应的上述监控信号收敛至上述多个基准信号的某一个。
2、如权利要求1所记载的研磨装置,其特征在于,
上述第二多个区域的1个是包括基板的周缘部在内的区域;
上述多个基准信号的1个是关于包括上述基板的周缘部在内的区域的 基准信号。
3、如权利要求1或2所记载的研磨装置,其特征在于,
上述多个基准信号分别对应上述第二多个区域而设置。
4、如权利要求1至3中的任意一项所记载的研磨装置,其特征在于,
基于上述基准信号,将上述监控信号的信号值和上述基准信号的信号 值变换为与研磨时间相关的值,生成新的监控信号和新的基准信号。
5、如权利要求4所记载的研磨装置,其特征在于,
在研磨工序的任意时刻,求出对上述第二多个区域上的上述新的监控 信号进行了平均化的值,使该时刻以后的上述新的基准信号相对于时间轴 平行移动,以使该时刻的上述新的基准信号与上述进行了平均化的值一致。
6、如权利要求1至5中的任意一项所记载的研磨装置,其特征在于,
上述多个基准信号在同一时刻与同一膜厚对应。
7、如权利要求1至5中的任意一项所记载的研磨装置,其特征在于,
上述多个基准信号在同一时刻与反映了在上述第二多个区域间设定的 规定的膜厚差的膜厚对应。
8、如权利要求1所记载的研磨装置,其特征在于,
上述控制部的控制周期为1秒以上10秒以下。
9、如权利要求1至8中任意一项所记载的研磨装置,其特征在于,
上述传感器是涡电流传感器。
10、如权利要求1至9中任意一项所记载的研磨装置,其特征在于,
上述控制部基于由上述监控装置生成的监控信号检测研磨终点。
11、一种研磨方法,对于基板上的第一多个区域,独立地施加按压力, 从而将基板按压在研磨台上,上述研磨方法的特征在于,
定义多个基准信号,该基准信号表示和基板上的膜厚相关联的监控信 号的基准值与研磨时间的关系;
利用传感器检测多个计测点的基板上的膜的状态;
根据上述传感器的输出信号,对于基板上的第二多个区域的各个区域 生成监控信号;
操作对上述第一多个区域的按压力,以使与上述第二多个区域的各个 区域对应的上述监控信号收敛至上述多个基准信号的某一个。
12、如权利要求11所记载的研磨方法,其特征在于,
上述第二多个区域的1个是包括基板的周缘部在内的区域;
上述多个基准信号的1个是关于包括上述基板的周缘部在内的区域的 基准信号。
13、如权利要求11或12所记载的研磨方法,其特征在于,
上述多个基准信号设置为分别对应上述第二多个区域。
14、如权利要求11至13中任意一项所记载的研磨方法,其特征在于,
上述多个基准信号是研磨非图形晶片而得到的。
15、如权利要求11或14中任意一项所记载的研磨方法,其特征在于,
上述多个基准信号在同一时刻与同一膜厚对应。
16、如权利要求15所记载的研磨方法,其特征在于,
准备与作为研磨对象的基板同种类的基准基板;
测定上述基准基板的膜厚;
研磨上述基准基板并通过上述传感器检测多个计测点的上述基准基板 上的膜的状态;
根据上述传感器的输出信号生成从上述第二多个区域中选择的第一区 域及第二区域中的监控信号;
在上述第一区域及上述第二区域的被研磨膜完全除去的时刻停止研 磨;
求出上述第一区域及上述第二区域的平均研磨速度;
使上述第二区域的监控信号沿时间轴放大或缩小,以使上述第二区域 的平均研磨速度与上述第一区域的平均研磨速度一致;
求出为了使上述第二区域的初始膜厚与上述第一区域的初始膜厚一致 所需要的研磨时间;
使上述放大或缩小的第二区域的监控信号沿时间轴平行移动上述求出 的研磨时间量;
将上述平行移动的监控信号作为上述第二区域的基准信号,从而定义 上述多个基准信号。
17、如权利要求1至14的任意一项所记载的研磨方法,其特征在于,
上述多个基准信号在同一时刻与反映了在上述第二多个区域间设定的 规定的膜厚差的膜厚对应。
18、如权利要求17所记载的研磨方法,其特征在于,
准备与作为研磨对象的基板同种类的基准基板;
测定上述基准基板的膜厚;
研磨上述基准基板并通过上述传感器检测多个计测点的上述基准基板 上的膜的状态;
根据上述传感器的输出信号生成从上述第二多个区域中选择的第一区 域及第二区域中的监控信号;
测定研磨后的上述基准基板的膜厚;
求出上述第一区域及上述第二区域的平均研磨速度;
使上述第二区域的监控信号沿时间轴放大或缩小,以使上述第二区域 的平均研磨速度与上述第一区域的平均研磨速度一致;
求出为了使上述第二区域的初始膜厚与上述第一区域的初始膜厚一致 所需要的第一研磨时间;
求出为了使上述第二区域的初始膜厚与上述第一区域的初始膜厚具有 规定的膜厚差所需要的第二研磨时间;
使上述放大或缩小的第二区域的监控信号沿时间轴平行移动上述第一 研磨时间与上述第二研磨时间的和的量;
将上述平行移动的监控信号作为上述第二区域的基准信号,从而定义 上述多个基准信号。

说明书全文

技术领域

发明涉及研磨装置及研磨方法,尤其涉及研磨半导体晶片等的基板 并进行平坦化的研磨装置及研磨方法。

背景技术

作为研磨半导体晶片等的基板并进行平坦化的研磨装置,已知存在能 够独立地调整顶环(top ring)内的多个室(chamber)的压的研磨装置。 在该研磨装置中,例如由传感器测定与基板上的膜厚相关联的物理量,基 于该物理量生成监控信号。在基板研磨前,预先准备表示监控信号与时间 的关系的基准信号,在研磨中,调节顶环的按压力,以使基板上各个计测 点上的监控信号收敛至基准信号。由此,在基板面内实现均一的残留膜厚 (例如,参照WO 2005/123335)。
但是,在以往的研磨装置中存在以下问题:在基板的某个区域所获取 的传感器信号值与其他区域相比显著不同,传感器不能正确评价膜厚。作 为其原因之一,可以举出因传感器的有效计测范围而引起的信号的低下。 传感器的有效计测范围必然具有某个程度的大小。因此,如果想要计测晶 片的周缘部的附近,则传感器的有效计测范围的一部分超出晶片的被研磨 面,传感器不能获取正确的信号。在这种情况下,也可以进行控制除去不 能取得正确信号的部分的计测点,但在晶片的周缘部的膜厚均一性特别重 要的情况下,不能采用这样的方法。
另外,作为其他原因,可以举出顶环内的金属或磁性材料的影响。即, 如果在顶环使用SUS等导电性的金属部件或具有磁性的材料,则由于其影 响,传感器的信号的值局部地变化。

发明内容

本发明是鉴于这样的现有技术的问题而完成的,目的在于提供一种能 够高精度地控制基板的研磨后的膜厚剖面(profile)的研磨装置及研磨方 法。
为了达到上述目的,本发明的一个方式是一种研磨装置,对表面上形 成了膜的基板进行研磨,其特征在于,具备:研磨台,具有研磨面;顶环, 对于基板上的第一多个区域独立地施加按压力,从而将基板按压在上述研 磨台上;传感器,检测多个计测点上的上述膜的状态;监控装置,根据上 述传感器的输出信号,对于基板上的第二多个区域的各个区域生成监控信 号;存储部,存放多个基准信号,该多个基准信号表示上述监控信号的基 准值与研磨时间的关系;控制部,操作对上述第一多个区域的按压力,以 使与上述第二多个区域的各个区域对应的上述监控信号收敛至上述多个基 准信号的某一个。
本发明的优选方式的特征在于,上述第二多个区域的1个是包括基板 的周缘部的区域,上述多个基准信号的1个是关于包括上述基板的周缘部 在内的区域的基准信号。
本发明的优选方式的特征在于,上述多个基准信号设置为分别对应上 述第二多个区域。
本发明的优选方式的特征在于,基于上述基准信号,将上述监控信号 的信号值和上述基准信号的信号值变换为与研磨时间相关的值,生成新的 监控信号和新的基准信号。
本发明的优选方式的特征在于,在研磨工序的任意时刻,求出对上述 第二多个区域上的上述新的监控信号进行了平均化的值,使该时刻以后的 上述新的基准信号关于时间轴平行移动,以使该时刻的上述新的基准信号 与上述进行了平均化的值一致。
本发明的优选方式的特征在于,上述多个基准信号在同一时刻与同一 膜厚对应。
本发明的优选方式的特征在于,上述多个基准信号在同一时刻与反映 了在上述第二多个区域间设定的规定的膜厚差的膜厚对应。
本发明的优选方式的特征在于,上述控制部的控制周期为1秒以上10 秒以下。
本发明的优选方式的特征在于,上述传感器是涡电流传感器。
本发明的优选方式的特征在于,上述控制部基于由上述监控装置生成 的监控信号检测研磨终点。
本发明其他方式是一种研磨方法,对于基板上的第一多个区域,独立 地施加按压力,从而将基板按压在研磨台上,上述研磨方法的特征在于, 定义多个基准信号,该基准信号表示和基板上的膜厚相关联的监控信号的 基准值与研磨时间的关系,利用传感器检测多个计测点的基板上的膜的状 态,根据上述传感器的输出信号,对于基板上的第二多个区域的各个区域 生成监控信号,操作对上述第一多个区域的按压力,以使与上述第二多个 区域的各个区域对应的上述监控信号收敛至上述多个基准信号的某一个。
本发明的优选方式的特征在于,准备与作为研磨对象的基板同种类的 基准基板,测定上述基准基板的膜厚,研磨上述基准基板并通过上述传感 器检测多个计测点的上述基准基板上的膜的状态,根据上述传感器的输出 信号生成从上述第二多个区域中选择的第一区域及第二区域中的监控信 号,在上述第一区域及上述第二区域的被研磨膜完全除去的时刻停止研磨, 求出上述第一区域及上述第二区域的平均研磨速度,使上述第二区域的监 控信号沿时间轴放大或缩小,以使上述第二区域的平均研磨速度与上述第 一区域的平均研磨速度一致,求出为了使上述第二区域的初始膜厚与上述 第一区域的初始膜厚一致所需要的研磨时间,使上述放大或缩小的第二区 域的监控信号沿时间轴平行移动上述求出的研磨时间量,将上述平行移动 的监控信号作为上述第二区域的基准信号,从而定义上述多个基准信号。
根据本发明,对于基板上的多个区域设置多个基准信号,所以能够在 基板的整个区域上得到均一的膜厚。另外,无需为了缩小传感器的有效测 定范围而使传感器靠近基板的被研磨面,所以可以使用没有贯通孔或背面 凹坑等的通常的研磨衬垫(pad)。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式所涉及的研磨装置的整体结构的示意图。
图2是表示图1所示的顶环的截面的示意图。
图3是表示研磨台与晶片的关系的俯视图。
图4是表示传感器在晶片上扫描的轨迹的图。
图5是表示在图4所示的晶片上的计测点之中选择由监控装置进行监 控的计测点的一例的俯视图。
图6是表示各计测点上的传感器的有效计测范围的图。
图7是表示晶片上的各区域的信号值的曲线图。
图8是表示基于研磨基准晶片时的监控信号来制作对于各区域的基准 信号的流程的流程图
图9A及图9B是表示膜厚分布的例子的示意图。
图10是研磨基准晶片时的监控信号的一例。
图11是说明与监控信号的时间轴相关的定标(scaling)的图。
图12是说明将沿时间轴进行了定标的监控信号进一步沿时间轴平行 移动的方法的图。
图13是用于说明基准信号及监控信号的变换方法的一例的曲线图。
图14是用于说明基准信号的应用方法的一例的曲线图。
图15是用于说明基准信号的应用方法的其他例子的曲线图。
图16是用于说明基准信号的应用方法的其他例子的曲线图。
图17是表示制作基准信号并进行了研磨时的研磨前后的径向膜厚分 布的曲线图。
图18是表示非控制研磨中的监控信号的推移的曲线图。
图19是表示控制研磨中的监控信号的推移的曲线图。
图20是用于说明预测型的模糊控制的曲线图。
图21是用于说明预测型控制的示意图。
图22是表示预测型控制用的模糊(fuzzy)规则的一例的表。
图23是表示预测型控制用的模糊规则的其他例子的表。
图24是表示使导电性膜与传感器线圈之间的间隙(衬垫厚)变化时的 阻抗坐标面上的圆轨迹的变化的图。

具体实施方式

以下,参照图1至图24详细说明本发明的实施方式。
图1是表示本发明的实施方式所涉及的研磨装置的整体结构的示意图。 如图1所示,研磨装置具备:研磨台12,在上表面贴设有研磨衬垫10; 以及顶环14,保持作为研磨对象物的晶片,并将其按压在研磨衬垫10的 上表面。研磨衬垫10的上表面构成与作为研磨对象物的晶片滑接的研磨 面。
研磨台12连接至在其下方配置的电动机(未图示),可以如箭头所示 围绕其轴心旋转。另外,在研磨台12的上方设置有未图示的研磨液供给喷 嘴,从该研磨液供给喷嘴向研磨衬垫10上供给研磨液。
顶环14连接至顶环轴18,经由该顶环轴18连接至电动机及升降气 缸(cylinder)(未图示)。由此,顶环14可升降而且可围绕顶环轴18旋 转。在该顶环14的下表面,通过真空吸附保持作为研磨对象物的晶片。
在上述结构中,在顶环14的下表面保持的晶片被按压在旋转着的研磨 台12的上表面的研磨衬垫10上。这时,从研磨液供给喷嘴向研磨衬垫10 上供给研磨液,在晶片的被研磨面(下表面)与研磨衬垫10之间存在研磨 液的状态下研磨晶片。
图2是表示图1所示的顶环的截面的示意图。如图2所示,顶环14 具备:大致圆盘状的顶环主体31,经由万向接头30连接至顶环轴18的 下端;以及扣环32,配置在顶环主体31的下部。顶环主体31由金属或 陶瓷等强度及刚性高的材料形成。另外,扣环32由刚性高的树脂材料或陶 瓷等形成。其中,也可以将扣环32与顶环主体31一体形成。
在顶环主体31及扣环32的内侧形成的空间内容纳有:弹性衬垫33, 与晶片W抵接;环状的加压片34,由弹性膜构成;以及大致圆盘状的夹盘 35,保持弹性衬垫33。弹性衬垫33的上周端部由夹盘35保持,在弹性 衬垫33与夹盘35之间,设有4个压力室(气囊)P1、P2、P3、P4。对 这些压力室P1、P2、P3、P4,分别经由流路37、38、39、40供给加压 空气等加压流体,或者抽真空。中央的压力室P1为圆形,其他压力室P2、 P3、P4为环状。这些压力室P1、P2、P3、P4排列在同心上。
压力室P1、P2、P3、P4的内部压力可以由未图示的压力调整部相互 独立地改变,由此,能够大致独立地调整对晶片W的4个区域,即中央部 C1、内侧中间部C2、外侧中间部C3以及周缘部C4的按压力(当然,正 确地说,多少受到压力室对于相邻的区域等其他区域的影响)。另外,通过 升降顶环14的整体,从而能够以规定的按压力将扣环32按压在研磨衬垫 10上。在夹盘35与顶环31之间形成压力室P5,对该压力室P5经由流 路41供给加压流体,或抽真空。由此,夹盘35及弹性衬垫33整体能够 在上下方向上运动。其中,在晶片W的周围设有扣环32,以使在研磨中晶 片W不从顶环14飞出。
如图1所示,在研磨台12的内部,埋设有监视(检测)晶片W的膜 的状态的传感器50。该传感器50连接至监控装置53,该监控装置53连 接至CMP控制器54。作为上述传感器50可以使用涡电流传感器。传感器 50的输出信号发送至监控装置53,由该监控装置53,对传感器50的输 出信号(传感信号)施以必要的变换、处理(运算处理),生成监控信号。
监控装置53也作为基于监控信号操作各压力室P1、P2、P3、P4的 内部压力的控制部工作。即,在监控装置53中,基于监控信号决定顶环 14按压晶片W的力,并将该按压力发送至CMP控制器54。CMP控制器 54对未图示的压力调整部发出指令,使其变更顶环14对晶片W的按压力。 其中,可以将监控装置53和控制部作为分别的装置,也可以将监控装置 53和CMP控制器54一体化而作为一个控制装置。
图3是表示研磨台12与晶片W的关系的俯视图。如图3所示,传感 器50设置在通过由顶环14保持的研磨中的晶片W的中心CW的位置上。 符号CT是研磨台12的旋转中心。例如,传感器50在通过晶片W的下方 的期间,能够在通过轨迹(扫描线)上连续地检测晶片W的Cu层等导电 性膜的膜厚或膜厚的变化所对应的增加或减少的量。
图4是表示传感器50在晶片W上扫描的轨迹的图。即,研磨台12 每旋转1周,传感器50都对晶片W的表面(被研磨面)进行扫描,若研 磨台12旋转,则传感器50大致画出通过晶片W的中心CW(顶环轴18 的中心)的轨迹而对晶片W的被研磨面上进行扫描。顶环14的旋转速度 与研磨台12的旋转速度通常不同,所以晶片W的表面上的传感器50的轨 迹如图4所示,随着研磨台12的旋转变化为SL1、SL2、SL3、……。在这 种情况下,也如上所述,传感器50配置在通过晶片W的中心CW的位置上, 所以传感器50画出的轨迹每次都通过晶片W的中心CW。这样,在本实施 方式中,调整基于传感器50的计测的定时,使通过传感器50每次都一定 计测晶片W的中心CW。
另外,已知晶片W的研磨后的膜厚剖面关于通过晶片W的中心CW与 表面垂直的轴大致为轴对象。因此,如图4所示,用MPm-n表示第m条扫 描线SLm上的第n个计测点时,通过跟踪对各扫描线上的第n个计测点 MP1-n、MP2-n、……、MPm-n的监控信号,从而能够监控第n个计测点的半 径位置上的晶片W的膜厚的推移。
其中,在图4中,为了简化,将1次扫描中的计测点的数目设为15。 但是,计测点的个数并不限定于此,可以根据计测的周期及研磨台12的旋 转速度设为各种值。在使用涡电流传感器作为传感器50的情况下,通常在 一条扫描线上有10个以上的计测点。若像这样增加计测点,则由于任何一 个计测点对晶片W的中心CW大致一致,所以也可以不进行对上述W的中 心CW的计测定时的调整。
图5是表示在图4所示的晶片上的计测点之中选择由监控装置53进 行监控的计测点的一例的俯视图。在图5所示的例子中,进行与按压力独 立操作的各区域C1、C2、C3、C4的中心附近和边界线附近对应的位置的 计测点MPm-1、MPm-2、MPm-3、MPm-4、MPm-5、MPm-6、MPm-8、MPm-10、MPm-11、 MPm-12、MPm-13、MPm-14、MPm-15的监控。在此,也可以与图4所示的例子 不同,计测点MPm-1与MPm-(i+1)之间存在其他计测点。其中,监控的计测 点的选择并不限于图5所示的例子,能够将晶片W的被研磨面上在控制中 应该注意的点选择为应该监控的计测点,可以选择扫描线上的全部计测点。
监控装置53对选择的计测点上的传感器50的输出信号(传感信号) 进行规定的运算处理,生成监控信号。进而,监控装置53基于被生成的监 控信号和后述基准信号,分别计算与晶片W的各区域C1、C2、C3、C4 对应的、顶环14内的压力室P1、P2、P3、P4的压力。即,监控装置53 将对于如上所述选择的计测点所获取的监控信号与预先对每个计测点设定 的基准信号进行比较,计算用于使各监控信号收敛至各自的基准信号的压 力室P1、P2、P3、P4的最适当的压力值。这样,计算出的压力值从监控 装置53发送至CMP控制器54,CMP控制器54改变压力室P1、P2、P3、 P4的压力。像这样,调整对晶片W的各区域C1、C2、C3、C4的按压力。
在此,为了排除噪声的影响而使数据平滑,也可以使用将对于附近的 计测点的监控信号进行了平均的数据。或者,也可以将晶片W的表面按照 离开中心CW的半径以同心圆状分割为多个区域,求出对各区域内的计测点 的监控信号的平均值或代表值,将该平均值或代表值用作控制用的新的监 控信号。在此,如果在研磨中的各时刻求出各计测点离开CW的距离并判断 属于哪个区域,那么在传感器配置为在研磨台12的半径方向排列多个的情 况下,或在研磨中顶环14以顶环轴18为中心摇动的情况下,都能够有效 地进行对应。其中,由于各计测点实际上具有与传感器的有效直径测量范 围对应的面积,所以对于以上所有情况,可以说监控信号表示基板上的多 个区域的状态。
图6是表示各计测点上的传感器的有效计测范围的图。使用涡电流传 感器作为传感器50的情况下,根据传感器50内的线圈的大小、有效范围 扩展、从传感器50到晶片W的距离来决定晶片W上的有效计测范围。 这样,传感器50获取各计测点上由图6的虚线所示的范围内的信息。但是, 如果想要计测晶片W的周缘部的状态,传感器50的有效计测范围的一部 分超出晶片W的被研磨面(参照图6的计测点MPm-1、MPm-N)。在这种情 况下,如图7所示,与晶片W的周缘部上的计测点MPm-1、MPm-N对应的监 控信号与其他区域上的监控信号差异很大,不能恰当地评价膜厚。关于涡 电流传感器以外的方式的传感器,根据条件可能发生类似的情况。其中, 在图7中,在研磨时间最终阶段各个监控信号减少之后转变为一定的点, 表示研磨终点(金属膜完全除去的时刻)。
因此,在本实施方式中,面对由于这样的晶片W上的区域不同、即使 是同样的膜厚但监控信号值也不同的问题,作为应对方法,对于晶片W的 各区域C1-C4分别设定基准信号。该基准信号是为了实现希望的膜厚剖面 (例如,研磨后的膜厚为均一的剖面)而表示在研磨中的各时刻(研磨时 刻)作为监控信号的指标的值(基准值)的信号,能够以表示研磨时刻与 该研磨时刻所希望的监控信号的值的关系的曲线图来进行表现。在本实施 方式中,事先研磨与研磨对象的晶片同种类的晶片(以下将其称为基准晶 片),基于这时的监控信号,制作关于在晶片W的径向分布的各区域C1-C4 的基准信号。
在此,如果以晶片的径向的膜厚成为均一作为目的,操作对各区域的 按压力,那么对每个区域设定的基准信号必须与同一时刻的同一膜厚相对 应。也就是说,如果对每个区域准备能够看作与同一时刻的同一膜厚相对 应的基准信号,操作按压力,以使在每个区域获取的监控信号收敛至这些 基准信号,那么能够使各区域上的膜厚均一地研磨晶片W。
图8是表示研磨基准晶片、基于此时的监控信号来制作对于各区域的 基准信号的流程的流程图。首先,准备与研磨对象的晶片同种类的晶片、 即基准晶片。然后,如图8所示,测定研磨前的基准晶片的径向上的膜厚 分布,获取各区域C1-C4的研磨前的代表膜厚(步骤1)。在此,所谓同种 类的晶片,指的是研磨中的各时刻的研磨速度(去除速率:Removal Rate) 与研磨对象晶片大致相等、膜厚相同时所获取的监控信号与研磨对象晶片 大致相同、而且晶片周缘部的成膜范围与研磨对象晶片实质上相同的晶片。 例如,在涡电流传感器中,基准晶片的被研磨膜(金属膜)的材料必须与 研磨对象的晶片的被研磨膜基本是同种类。另外,研磨对象的晶片自身的 电阻与金属膜的电阻相比小到无法忽略、对研磨中的监控信号造成影响的 情况下,基准晶片的电阻必须与研磨对象的晶片的电阻大致相等。但是, 基准晶片不需要一定是与研磨对象的晶片严格为同一规格的晶片。例如, 基准晶片的研磨速度与作为研磨对象的晶片的研磨速度差异较大的情况 下,可以通过对研磨基准晶片时的监控信号关于时间轴进行定标(放大或 缩小),从而调整表观的研磨速度,用于对研磨对象晶片的控制。另外,在 充分取得控制时间的基础上,优选基准晶片的初始膜厚与研磨对象晶片的 初始膜厚相比相同或较大,但即使在基准晶片的初始膜厚比研磨对象晶片 的初始膜厚小时,也可以仅通过缩短后述的控制时间来进行研磨控制。
获取基准晶片的膜厚分布之后,研磨该基准晶片,获取各区域C1-C4 上的监控信号(步骤2)。研磨基准晶片的期间,使对各区域C1-C4的压力 室P1、P2、P3、P4内的压力一定(不变)。但是,各自的压力室P1、P2、 P3、P4内的压力不需要相互一致。进而,基准晶片的研磨期间,研磨衬垫 10、研磨液、研磨台12的旋转速度、顶环14的旋转速度等其他研磨条件 作为原则设为一定。优选的是,基准晶片的研磨时的研磨条件设为与研磨 对象晶片的研磨时相同或类似的条件。
经过了规定的时间之后,结束基准晶片的研磨。然后,测定研磨后的 基准晶片上的被研磨膜的膜厚,获取各区域C1-C4的研磨后的代表膜厚(步 骤3)。被研磨膜是金属膜的情况下,在除去金属膜之前停止研磨。这是为 了保证由传感器50测定研磨后的膜厚,以及因为若除去了金属膜,则研磨 速度变化很大,无法得到高精度的基准信号。但是,也可以根据监控信号 求出晶片W的各区域的金属膜被除去的时刻,以该时刻的膜厚作为0来制 作基准信号,在这种情况下,研磨基准晶片直到金属膜被完全除去。
如后所述,在本实施方式中对于获取的基准晶片的各区域的监控信号 进行定标及平行移动等处理,制作能够看成各时刻的各区域的膜厚均一的 基准信号,所以在基准晶片的研磨中不需要膜厚一定是均一的。但是,由 传感器来把握陡峭的膜厚剖面存在问题,所以研磨前及研磨后的基准晶片 径向的膜厚越均一,越能够期待得到高精度的基准信号。
一般的,在晶片的膜厚剖面存在局部的凹凸时,如果该凹凸比传感器 的有效计测范围更小,则传感器无法输出对该凹凸的形状进行了正确反映 的信号。例如,如图9A所示,设晶片的a点存在陡峭的凸部。由于传感器 的有效计测范围具有某种程度的大小,所以传感器不输出与该凸部的顶点 的膜厚对应的值,而输出与有效计测范围内被平均了的膜厚对应的信号值。 因此,在基准晶片的研磨前后的膜厚测定中,优选对相当于传感器50的有 效计测范围的区域上所获取的计测值进行平均,并作为该区域的中心点上 的膜厚值。像这样获取的膜厚分布如图9B所示。其中,在图9A及图9B 中,曲线图上的黑点表示传感器50的计测点。
接着,在步骤4、5(参照图8)中,校正基准信号,以使各基准信号 能够看成在同一时刻与同一膜厚对应。
图10是研磨基准晶片时的监控信号的一例。一般的,监控信号(及传 感器信号)的值不是表示膜厚自身的值,而是监控信号的值与膜厚具有一 定的关系。但是,如上所述,存在以下情况:即使是同一膜厚,在晶片W 的周缘部上的监控信号比其他区域上的监控信号小,以及,由于导电性材 料等的影响,所获取的监控信号没有表示本来应该取得的值。因此,将在 步骤1、3中测定的研磨前后的膜厚分配至监控信号,从而将监控信号与膜 厚进行关联。具体而言,如图10所示,将基准区域C0的研磨前后的膜厚 dc0S、dC0E分别分配给基准区域C0的监控信号的起点及终点。同样的,将 基准区域以外的区域Ci的研磨前后的膜厚dciS、dCiE分别分配给区域Ci 的监控信号的起点及终点。其中,作为基准区域C0,例如可以选择包括晶 片的中心部在内的区域C1。
图11是说明与监控信号的时间轴相关的定标(scaling)的图。在步 骤4中,沿时间轴对监控信号进行定标,以使各区域C1-C4的平均研磨速 度相同。其中,在此所谓定标,意思是使监控信号沿时间轴放大或缩小。
现在,设事先研磨基准晶片时的研磨时间为TE。这时,基准区域C0 上的平均研磨速度R由下面的式(1)表示。
R=(dc0S—dC0E)/TE                ……(1)
因此,为了使区域Ci的平均研磨速度与基准区域C0的平均研磨速度 相等,将对区域Ci的校正研磨时间设为:
TiE=(dciS—dCiE)/R               ……(2)
这样,将原本的研磨开始时刻作为0,将与区域Ci的监控信号的各信 号值对应的时刻t1如下面的式(3)那样校正。
ti←ti×TiE/TE                    ……(3)
在上述式(3)中,记号“←”表示替换。
其中,在图11中表示dciS—dCiE>dc0S—dC0E的情况的例子。
图12是说明将像这样沿时间轴进行了定标的监控信号进一步沿时间 轴平行移动的方法的图,是说明图8的步骤5的图。在该步骤5中,进行 使各区域上的初始膜厚一致的操作。
现在,在基准晶片的研磨中的各时刻,假设在各区域C1-C4中研磨速 度近似为一定。这时,根据下面的式(4)求出研磨到基准区域C0上的初 始膜厚dc0S与区域Ci上的初始膜厚dciS一致为止所需要的研磨时间Δti。
Δti(dc0S—dCiS)/R                  ……(4)
因此,对在上述式(3)中校正的区域Ci上的研磨时间ti进一步利用 下面的式(5)校正。
ti←ti+Δti                         ……(5)
在图12所示的例子中,如果将区域Ci的监控信号的各信号值沿时间 轴平行移动Δti的量,那么能够看成在区域Ci的监控信号的起点即时刻TiS 的区域C0的膜厚与区域Ci的膜厚相互相等。进而,由于在区域C0与区 域Ci之间平均研磨速度相等,所以能够看成在时刻TE上膜厚也相互相等。 因此,能够看成时刻TX(其中,TiS≦TX≦TE)上的膜厚dc0X与dciX相互 相等。
如上所述,区域Ci的监控信号沿时间轴定标并进而平行移动,所以区 域C0的监控信号与区域Ci的校正后的监控信号一般仅在从Max(0,TiS) 到Min(TE,TiE+Δti)的区间上共同存在。在此,Max表示取括号内的大 的值,而Min表示取小的值。图12表示dc0S>dCiS的情况的例子,但当 然也存在dc0S接着,将这样得到的各区域的基准信号的波形根据需要进行平滑并减 少噪声成分(步骤6)。作为平滑的方法,可以使用移动平均、更普通的数 字滤波器、多项式回归。这样,重复上述步骤4-6的工序,定义对于全部 区域C1-C4的基准信号。其中,在本阶段中,与基准信号的各信号值对应 的时刻按每个区域分别独立地校正并一般取不同的值,所以也可以插入各 区域的基准信号,重新定义与一定的时间间隔的同一时刻对应的基准信号。
根据图12及式(4)可知,初始膜厚dCiS越小,基准信号的起点TiS 越向图12的右方向移动。另外,最终膜厚dCiE越大,基准信号的终点TiE+Δti 越向图12的左方向移动。初始膜厚及最终膜厚一般根据区域不同而不同, 所以对每个区域求出基准信号的情况下,各基准信号的起点及终点通常不 一致。因此,如下所示地设定基准信号。首先,对各区域的初始膜厚相互 进行比较,求出初始膜厚的最小值Min(dCiS)。同样的,对各区域的最终 膜厚相互进行比较,求出最终膜厚的最大值Max(dCiE)。这样,仅将从与 Min(dCiS)对应的时刻开始、到与Max(dCiE)对应的时刻为止的区间的 监控信号作为基准信号。或者,为了能够将控制时间取得较长,也可以对 各区域的监控信号进行外插,定义更广的区间的基准信号。
关于像这样取得的各区域的基准信号存放在监控装置53的存储部(例 如,硬盘)中。这样,在研磨晶片W时,操作压力室P1、P2、P3、P4对 晶片W的按压力,以使各区域C1-C4的监控信号分别收敛至上述基准信号。 其中,以上说明了对于与压力室P1-P4对应的领域C1-C4设定基准信号的 例子,但如上所述,监控信号并不限于此,可以对各种各样的区域生成, 所以基准信号也不限于区域C1-C4,可以对晶片W的表面上的各种区域进 行定义。
根据上述的本实施方式,能够得到在同一时刻表示同一膜厚的基准信 号,所以如果操作压力室P1、P2、P3、P4的压力,使得在各区域上获取 的监控信号收敛至各自的基准信号,那么能够以均一的膜厚为目的进行研 磨。因此,如图7所示,即使在晶片W的周缘部的监控信号与其他区域相 比非常小的情况下,也能够得到均一的最终膜厚。另外,基准信号对每个 区域定义,所以通过将上述这样制作的各个基准信号进一步关于时间轴适 当平行移动,也能够实现不均一的希望的残留膜厚的剖面。
例如,希望实现区域Ci的残留膜厚比区域C0大ΔdCi的膜厚剖面时, 通过上述式(5)对区域Ci上的研磨时刻ti进行了校正后,进一步用下面 的式(5)’对研磨时刻ti进行校正。
ti←ti+ΔdCi/R                     ……(5)’
换言之,替代式(4)而利用下面的式(4)’对研磨时刻ti进行校正。
Δt1=(dc0S—dCiS+ΔdCi)/R          ……(4)
在此,如果ΔdCi<0,则区域Ci的残留膜厚比区域C0小-ΔdCi。
像这样,在图12中,能够看作是在区域Ci的监控信号的起点即时刻 TiS的区域Ci的膜厚比区域C0的膜厚大ΔdCi。进而,由于在区域C0与 区域Ci之间平均研磨速度相等,所以能够看作是在任意的时刻TX(其中, 在图12的例子中TiS≦TX≦TE)的区域Ci的膜厚比区域C0的膜厚大ΔdC i。因此,如果将这样制作的各区域的监控信号作为基准信号,操作按压力, 以使研磨时对每个区域获取的监控信号收敛至这些基准信号,那么可以期 待研磨后区域Ci的膜厚比区域C0的膜厚大ΔdCi这样的希望的剖面。
像这样,例如最上层是金属膜,其下有绝缘层,还有布线的情况下, 通过了解绝缘层的厚度的分布并定义金属膜的残留膜厚的目标剖面,从而 能够进行研磨使距离布线的高度均一。另外,以下以使被研磨膜的残留膜 厚的剖面均一的情况为中心,进行详细的说明。
图13是表示将晶片上的某个区域的监控信号MS1基于对其设定的基准 信号RS0和直线B转换为新的监控信号MS2的方法的曲线图。在此,直线 B是通过基准信号RS0的研磨终点的斜度-1的直线。例如,如图13所示, 给出时刻t1的监控信号MS1的值v1时,求出在基准信号RS0上具有相同的 值的点P。然后,求出从该点P的时刻开始到基准信号RS0的研磨终点为止 的剩余时间T。该剩余时间T根据图13可知,通过参照上述直线B而求 出。基于所求出的时间T,设定新的监控信号MS2的时刻t1的信号值v2。 例如,设定信号值v2使v2=T。或者,也可以利用基准信号中从研磨开始到 研磨终点为止的时间T0对信号值v2进行进行正规化,使v2=T/T0,这时直 线B成为在时刻0取值1、斜度为-1/T0的直线。
如果对于基准信号RS0也适用同样的想法,那么上述直线B能够看作 是对于变换后的监控信号的新的基准信号。该新的基准信号(直线B)是表 示从基准信号RS0上的各点到研磨终点为止的剩余时间的信号,所以关于 时间成为线性单调递减函数,控制运算变得容易。
以研磨后的膜厚为均一的剖面为目的进行控制的情况下,对于晶片W 上的各区域的监控信号,如果使用分别设定的基准信号来进行同样的变换, 变换了的监控信号表示为对应的基准信号中的到研磨终点为止的剩余时 间、或者将其进行了归一化的值。然而,各基准信号能够看作是在同一时 刻与相等膜厚对应的信号,所以全部区域的监控信号作为表示膜厚的指数 能够相互单纯地比较。这时,变换后的基准信号全部与直线B一致而变为 一根。
另外,像这样,多数情况下,变换后的新的监控信号MS2与晶片的被 研磨面的膜厚大致成比例地以直线变化。因此,在由于研磨液、晶片的被 研磨面上的布线图案、下层的影响等而无法计测被研磨面的膜厚的情况下, 也可以通过线性运算得到良好的控制性能。在图13所示的例子中,以基准 信号RS0的研磨终点作为基准时刻进行了说明,但基准信号RS0的基准时刻 并不限于研磨终点。例如,可以定为基准信号RS0取规定的值的时刻等、 任意地确定基准时刻。特别是,如上所述,在控制研磨以使残留膜厚为非 均一的剖面的情况下,在基准信号中全部区域不同时达到研磨终点,所以 对于根据式(4)’平行移动制作的各区域的基准信号,将时间轴上的一点定 为共同的基准时刻。这时的变化后的基准信号也与均一剖面的情况相同, 全部与直线B一致而成为一根。其中,在与监控信号值对应的基准信号值 本来不存在的区间、或监控信号值不与研磨时间一起变化的区间上,变换 后的新的监控信号的值不定。在这种情况下停止控制,作为顶环的按压力 等设定值维持现有值即可。另外,在图13中,基准信号在到达研磨终点为 止都存在。这是因为,研磨基准晶片直到超过研磨终点,基于监控信号检 测研磨终点,将这时的膜厚作为0来定义基准信号。
图14是表示像上述这样变换的基准信号的应用方法的例子的曲线图。 在图14中,沿时间轴平行移动基准信号RS1并设定新的基准信号RS2,以 使在研磨开始时刻或控制开始时刻到研磨终点为止的研磨时间成为希望的 值。其中,在研磨开始时刻或控制开始时刻,如果基准信号RS1到研磨终 点为止的研磨时间是希望的值,那么将基准信号RS1的平行移动量作为0 即可。
其后,关于时间轴固定基准信号RS2,进行控制使监控信号MSA、MSB、 MSC及未图示的其他区域的监控信号收敛至基准信号RS2。如果这样,即使 某个区域的变换前的监控信号的值与同一膜厚时其他区域不同,也不仅能 够与初始的膜厚剖面无关地提高面内均一性,而且即使晶片间在初始膜厚 上存在参差不齐,或者研磨衬垫等装置的状态发生变化,也能够期待到研 磨终点为止的时间成为规定的值。像这样,如果能够使研磨时间一定,那 么可以在研磨装置内以可预测的大致一定的周期输送晶片。因此,不存在 被研磨时间长的晶片所左右而延迟输送的情况,提高了生产量。
图15是进而表示基准信号的应用方法的其他例子的曲线图。在图15 中,沿时间轴平行移动基准信号RS3并设定新的基准信号RS4,以使在研磨 开始时刻或控制开始时刻将各区域的监控信号值进行了平均化的值av与基 准信号一致。在此,监控信号值的平均化方法只要是得到代表晶片的研磨 的进行状况的值的方法,无论何种方法皆可,例如,可以是计算算数平均 或加权平均的方法、取中央值的方法。
其后,关于时间轴固定基准信号RS4,进行控制使监控信号MSA、MSB、 MSC及未图示的其他区域的监控信号收敛至该基准信号RS4。如果这样,即 使某个区域的监控信号的值与同一膜厚时其他区域不同,与图14所示的例 子相比,无需急剧地改变对晶片W的各区域C1-C4的按压力等的操作量, 能够期待进行稳定的研磨。另外,不仅能够期待研磨开始后或控制开始后 的研磨时间与基准信号获取时从同一膜厚开始研磨时的研磨时间相等,与 初始的膜厚剖面无关地提高面内均一性,而且能够与研磨衬垫等装置的状 态无关地实现平均的研磨速率。
图16是进而表示基准信号的应用方法的其他例子的曲线图。在图16 中,沿时间轴平行移动基准信号RS5,以使以规定的周期将各区域的监控信 号进行了平均化的值与基准信号RS5一致。例如,分别平行移动基准信号 RS5,并分别设定新的基准信号RS6、RS7、RS8,以与监控信号进行了平均 化的值av1、av2、av3一致。然后,操作对晶片的各区域C1-C4的按压力 等,以使各区域的监控信号收敛至该各个时刻平行移动而设定的基准信号。 如果这样,即使某个区域的监控信号的值与同一膜厚时其他区域不同,在 初始的晶片的各区域C1-C4的按压力大致位于妥当的范围内时,在某时刻 某区域的按压力如果为增加方向,那么其他区域按压力变为减少方向。因 此,在本实施方式中,虽然没有调整研磨时间或研磨速率的功能,但能够 减小操作量的变化而进行稳定的研磨。进而,能够与初始的膜厚剖面无关 地达到优良的面内均一性。
另外,在这种情况下,尤其是使用以无图形晶片(blanket wafer)作 为基准晶片来制作的基准信号控制图形晶片的研磨,也能够得到良好的结 果。在此,所谓无图形晶片,是在晶片上以一种以上的材料成膜为均一的 厚度的晶片,称为没有形成所谓图形的晶片。一般的,在图形晶片的研磨 中,研磨速率与无图形晶片不同,在被研磨面的凹凸被消除前后不同。另 外,如果被研磨膜是金属膜而传感器是涡电流传感器,那么在表面的凹凸 被消除前后对膜厚的监控信号的变化速度也不同。但是,由上述方法控制 的是膜厚的剖面而没有调节研磨速率的功能,所以与这样的研磨速率或监 控信号的变化速度的差异无关,能够期待良好的控制性能。
在图形晶片中膜厚较小则难以进行膜厚的测定,另外,每次改变研磨 对象的制品晶片的种类都事先对其进行研磨而制作基准信号,不仅麻烦而 且浪费制品晶片。因此,能够应用基于非图形晶片的基准信号而控制图形 晶片的研磨,在实际应用中大有意义。
在图15和图16中,说明了平行移动以使研磨开始时或以规定的周期 对监控信号进行了平均化的值与基准信号一致的例子,但也能够以除了对 监控信号进行了平均化的值以外的值作为基准来平行移动基准信号。例如, 也可以将晶片的规定区域的监控信号作为基准来平行移动基准信号。即, 可以平行移动基准信号,以使在研磨开始时基准信号与研磨开始时的规定 区域的监控信号一致,也可以平行移动基准信号,以使在研磨工序中基准 信号与该时刻的规定区域的监控信号一致。
如上所示,如果对于研磨对象晶片适当确定基准晶片来定义基准信号, 并基于此来操作按压力,则可以不进行分别确定研磨中各个时刻的晶片各 部位的监控信号与膜厚的关系的繁杂操作,容易地进行膜厚剖面的控制。
图17是表示以研磨后的膜厚剖面均一为目的、在本实施方式中制作基 准信号并进行了研磨时的研磨前后的径向膜厚分布的曲线图。在控制研磨 (本实施方式的研磨方法)中,操作按压力以使每个区域的监控信号收敛 至各基准信号。另一方面,在非控制研磨中,将与控制研磨时的初始按压 力相等的按压力固定地施加至晶片。根据图17,可知包括晶片的周缘部在 内能够得到良好的残留膜厚均一性。
图18是表示非控制研磨中的监控信号的推移的曲线图,图19是表示 控制研磨中的监控信号的推移的曲线图。如图18所示,在非控制研磨中, 晶片面上的3区域(中心部、内侧中间部、外侧中间部)上的监控信号的 值不同。与此相对,在控制研磨中,如图19所示,可知监控信号大致收敛 至一个值的情况。关于晶片的周缘部,出于上述理由,监控信号值与其他 区域大为不同,所以根据图无法从视觉上进行确认。但是,实际上,由于 在晶片的周缘部也按照校正了的基准信号进行研磨控制,所以如图17所示 在包括周缘部在内的全部区域上能够得到均一的膜厚。
图20是用于说明本发明涉及的控制运算方法的一例的曲线图。在图 20中,使用参照图13进行了说明的监控信号的变换方法。研磨开始后的 时刻t上的新的基准信号ys(t)用以下的式(X)表示。
ys(t)=T0—t……(6)
在上述式(6)中,T0是基准信号中从研磨开始到研磨终点为止的时间。
在此,设T0对应于将基准信号以上述3种中前2种的任何一种方法关 于时间轴进行了平行移动的基准信号(参照图14、图15)。在图16所示的 例子的情况下,右边是将该时刻的各区域的监控信号进行了平均化的值。 这时,将t0作为规定的时间,从时刻t经过t0后的晶片的各区域上的监控 信号的预测值yp(t,t0)由以下的式(7)表示。
yp(t,t0)=y(t)+t0·{y(t)-y(t-Δtm)}/Δtm……(7)
在上述式(7)中,y(t)是时刻t的监控信号,Δtm是用于计算监控 信号对时间变化的斜率而确定的时间。
这时,从时刻t经过t0后的监控信号的预测值的、对基准信号的不一 致度D(t,t0)由以下的式(8)定义。
D(t,t0)=-{yp(t,t0)-ys(t+t0)}/t0……(8)
由式(8)表示的不一致度D如果为正,则意味着监控信号相对于基准 信号超前的意思,如果为负,则意味着延迟的意思。
如图20所示,基准信号为直线时,在周期Δt的各时刻,如果使监控 信号的预测值常时与基准信号一致,则期待监控信号向基准信号渐近并收 敛。因此,例如,如图21所示,考虑将在背面被施加按压力u3的晶片的 区域C3的不一致度作为D3,将与区域C3相邻的区域C2、C4的不一致度分 别作为D2、D4,来决定按压力u3的变化量Δu3。图22是用于决定这样的 按压力u3的变化量Δu3的模糊规则的一例。另外,图23是对图22的模 糊规则进一步考虑与晶片滑动紧后的研磨衬垫的部位的温度Tp的情况的模 糊规则的一例。在图22及图23中,“S”意味着“小”,“B”意味着“大”, “PB”意味着“大为增加”,“PS”意味着“稍微增加”,“ZR”意味着“不 改变”,“NS”意味着“稍微减小”,“NB”意味着“大为减小”。
如图22的模糊规则所示,按压的变化量Δu3为:对应的区域C3的不 一致度D3或按压力u3自身越小,则增加越大;另外,在与区域C3相邻的 区域C2、C4的不一致度D2、D4小的情况下也调整为增加的方向。对于互 相独立的其他区域的按压力、与其对应的区域的不一致度、按压力的变化 量,如果也分别以同样的想法确定模糊规则,那么能够进行控制,不将按 压力改变为极大的值或极小的值,并使所有的不一致度都收敛至零。
另外,在图23所示的例子中,考虑到多数情况下研磨衬垫的温度越高 研磨速率越上升,由此温度容易进一步上升,设定为:研磨衬垫的温度Tp 越低则按压力u3的变化量Δu3越大,温度Tp越高则变化量Δu3越小。
另外,能够应用的模糊规则并不限于图22及图23所示,能够根据系 统的特性任意地定义。另外,也能够适当选择对前件部变量、后件部变量 的隶属关系函数、逻辑积法、含意法、集成法、非模糊化法等推论的方法 来应用。例如,如果适当设定后件部的隶属关系函数,那么能够调节按压 力的变化量Δu3,也可以对这样求出的按压力u3或变化量Δu3进一步规 定上下限的限制。进而,监控信号、或者定义不一致度的区域,也不限定 于上述的C1-C4,例如也可以在其边界部分别追加1至2个区域而进行更加 细致的控制。
另外,在上面的例子中,如果原基准信号或监控信号关于时间在某种 程度上接近于线性,那么不需要一定进行利用图13说明的监控信号向与研 磨时间相关的值的变换。在用曲线图表示监控信号的变化时,其曲率小的 情况下,与图20相同,如果由式(7)求出的时间t0后的监控信号的预测 值常时与基准信号ys(t)一致,那么期待监控信号逐渐接近基准信号,能 够进行良好的控制。在不将监控信号变换为与时间相关的值的情况下,在 利用图15或图16说明的基准信号的平行移动中,例如可以除去包括晶片 的周缘部在内的区域或由于SUS部件的影响而监控信号大为不同的区域, 求出作为平行移动的基准的平均化的值。
在上述例子中,利用了求出不一致度的预测值来进行推论的预测型的 模糊控制。传感器获取晶片的被研磨面的信息之后,到按压力实际上完全 置换为新的值而研磨状态变化,传感器的输出值完全改变为止,需要以下 多个步骤:输出信号从传感器向监控装置的传输、监控信号的变换和平滑 化、按压力的运算、向控制部的传输、向压力调整部的指令、按压机构(压 力室)的动作等。因此,到操作量的变更完全反映到信号波形上为止,通 常需要1、2秒到10秒左右。为了抑制这样的响应延迟的影响而进行有效 的控制,预测型的控制是有效的。
作为预测型的控制的方法,不仅有上述的模糊控制,例如也可以定义 适当的数学模型来进行模型预测控制。如果包括上述响应延迟来进行建模, 那么可以期待控制性能的进一步提高。其中,在这样的系统中,即使缩短 控制周期,而在监控信号中充分反映操作量的变化之前就进行之后的操作, 不仅没有意义,而且有引起不必要的操作量的变化或由此带来的信号值的 变动的可能。另一方面,研磨时间通常为数十秒到数百秒左右,所以如果 控制周期过长,则在达到面内均一性之前就达到研磨终点。因此,控制周 期优选为1秒以上10秒以下。
另外,在一边操作按压力一边研磨对象晶片的情况下,同时根据监控 信号检测金属膜被除去的时刻或达到规定的阈值的时刻,从而能够检测研 磨终点(包括切换研磨条件的点)。
另外,也可以仅对区域C1(晶片的中心部)和区域C4(晶片的周缘 部)这2个区域定义如上所述的基准信号。这种情况下,在控制区域C1 和区域C2、C3(内侧中间部及外侧中间部)时,利用区域C1的基准信号。 优选的是,如上所述,也可以对晶片面的全部区域分别定义基准信号,在 研磨时利用与各区域分别对应的基准信号。如果这样,不仅能够排除晶片 的周缘部上的监控信号变化的影响,而且在SUS凸缘等具有导电性或磁性 的部件对顶环上基于涡电流传感器的监控信号造成影响的情况下,也能够 排除其影响而得到良好的控制性能。
其中,在定义基准信号的过程中,假设基准晶片的研磨中各区域的研 磨速度是一定的,来进行监控信号的定标或平行移动,但如果研磨时间充 分长,初始膜厚或研磨速度在区域间没有极大差异,那么定标或平行移动 的量很小,关于基于监控信号对膜厚剖面的把握,对实用性没有损害。
在上述实施方式中,表示了监控信号随着研磨的进行而单调递减的情 况,但在监控信号单调递增的情况下,也可以利用本发明。例如,使用阻 抗型的涡电流传感器作为传感器50的情况下,也可以使用在特开 2005-121616号公报中公开的以下方法。
如图1所示,在晶片W的表面上存在的导电性膜,由埋入研磨台12 中的传感器(涡电流传感器)50经由研磨衬垫10来测定。这时,传感器 50与该导电性膜之间的缝隙,对应于夹在它们之间的研磨衬垫10的厚度 而变化。其结果,例如,如图24所示,对应于使用的研磨衬垫10的厚度 (t1-t4)量的缝隙(间隙)G,信号成分X及信号成分Y的圆弧轨迹变动。 由于这种情况,要根据该信号成分X及信号成分Y的圆弧轨迹高精度地测 定半导体晶片W的导电性膜的膜厚,需要对于每种使用的研磨衬垫的厚度 (也可以在每次使用研磨衬垫前),准备已知的膜厚的信号成分X及信号成 分Y的测定信息之后,对测定对象的导电性膜的膜厚进行测定。
然而,根据基于涡电流传感器的信号成分X及信号成分Y的测定结果, 如图24所示,与传感器线圈端部和导电性膜之间的缝隙G无关,如果以 直线(r1-r3)连接X成分及Y成分的导电性膜的每个膜厚的输出值,那么 就能够获取该直线相交的交点(中心点)P。该预备测定直线rn(n:1、2、 3……),相对于通过其交点P的信号成分Y为一定的基准线(图24中的 平线),以对应于导电性膜的膜厚的仰角θ倾斜。
根据这种情况,即使在研磨半导体晶片W的导电性膜的研磨衬垫的厚 度不明的情况下,如果求出连接所研磨的导电性膜的信号成分X及信号成 分Y的测定结果(输出值)和中心点P的测定直线rn相对于基准线L的仰 角θ,那么就能够预先基于与对应于预备测定完成的导电性膜的膜厚的仰 角θ的变化趋势等的相关关系,导出该测定对象的导电性膜的膜厚。但是, 为了控制残留膜厚均一性,无需一定要知道膜厚绝对值,相对地取晶片W 的径向的膜厚即可。因此,仅将仰角θ作为监控信号即可。其中,基准线L 也可以是将电抗成分X设为一定的图24中的垂直线。
工业利用性
本发明可以应用于研磨半导体晶片等的基板并进行平坦化的研磨装置 及研磨方法。
高效检索全球专利

专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。

申请试用

分析报告

专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。

申请试用

QQ群二维码
意见反馈