CN101128285B - 抛光设备和抛光方法 - Google Patents

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    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/005Control means for lapping machines or devices

Abstract

本发明提供了一种即使存在滚降也能高产出率地抛光晶片的抛光设备。该抛光设备通过在抛光部件(抛光垫)(201)与由夹持部件(顶圈)夹持的晶片之间施加压力、且使所述抛光部件相对晶片(W)移动而抛光晶片。抛光设备包括用于夹持晶片(W)的顶圈(52)、用于调节晶片(W)通过保持环(203)支撑在支撑表面上的支撑压力的压力调节机构、和基于晶片(W)的滚降量控制所述压力调节机构(206)而使所述支撑压力为期望压力的控制单元(208)。

Description

抛光设备和抛光方法

技术领域

[0001] 本发明涉及用于抛光光学部件、机械部件、陶瓷、金属等的抛光设备和抛光方法, 尤其涉及适于将诸如形成有半导体器件的晶片的被抛光物体抛光成平整且镜面状态的抛 光设备和抛光方法。

背景技术

[0002] 近年来,半导体器件日益更加集成,电路连线更细、且集成半导体器件的尺寸越来 越小。这导致需要一种去除晶片表面上形成的涂层而使该表面平面化的工艺,且作为这种 平面化方法的一种方案,晶片通过化学机械抛光(CMP)设备抛光。化学机械抛光设备包括 诸如抛光布、垫等的抛光部件;诸如顶圈、卡盘等用于夹持被抛光物体的夹持部件,化学机 械抛光设备将诸如晶片的被抛光物体的被抛光表面压在抛光部件上,使它们相对运动,同 时供应诸如研磨液、化学液、浆液、纯水等的抛光辅助剂,从而将被抛光物体的所述表面抛 光成平整且镜面的状态。

[0003] 在这种类型的化学机械抛光设备中,抛光部件主要具有圆盘或环形形状,且根据 抛光部件与被抛光物体之间的大小关系,抛光设备可以分成大直径抛光部件转动型、小直 径抛光部件转动扫描型等。归为大直径抛光部件转动型的抛光设备转动由顶圈夹持的被抛 光物体,且被抛光表面朝下,即,以面向下的布置方式,并将被抛光物体压在设有比被抛光 物体大的抛光部件的转台上,从而抛光被抛光物体。抛光部件通常由转台转动。另一方面, 归为小直径抛光部件转动扫描型的抛光设备转动由卡盘夹持的被抛光物体,其中被抛光平 面朝上,g卩,以面向上的布置方式,且将比被抛光物体更小的抛光部件压在被抛光表面上, 同时转动和扫描抛光部件,从而抛光被抛光物体。

[0004] 在任一种前述抛光设备中,抛光部件的一部分暂时或总是伸展超出被抛光物体。 这种伸展的抛光部件导致在被抛光物体的边缘周围施加过度的抛光压力,造成被抛光物体 的边缘周围平整度下降。因此,在形成有半导体器件的晶片中半导体器件的产出率恶化。这 是因为朝向晶片的外围有更多的半导体器件。所以,强加于抛光设备上的一个挑战是使高 平整度的区域尽可能靠近地向边缘延伸,从而使抛光设备可以充分地支撑由半导体器件制 造商等限定的边缘排除(edge exclusion)。

[0005] 已知上述过度的抛光压力的产生是因为伸展超出被抛光物体且保持开放的抛光 部件的一部分由于抛光部件与被抛光物体的相对运动被施加在被抛光物体上的压力突然 加压,即当抛光部件和被抛光物体在它们互相保持接触时运动而产生的加压压力。这种现 象称作“回弹(rebound)”。回弹也出现在当压在被抛光物体上的抛光部件伸展超出被抛光 物体、且从加压压力释放时。

[0006] 除了回弹之外,小直径抛光部件转动扫描型通常配置成允许抛光部件与夹持抛光 部件的机构一起摆动,从而使伸展超出被抛光物体的抛光部件导致抛光部件在整个表面上 倾斜,致使压力在被抛光物体边缘上进一步增加。

[0007] 为了防止这种过度的抛光压力施加在被抛光物体边缘周围,大直径抛光部件转动型抛光设备通常具有保持环,环绕在诸如用于夹持被抛光物体的顶圈的夹持部件处的被抛 光物体,从而使在被抛光物体周围的抛光部件受到保持环加压,而防止回弹。这是通过将抛 光部件压在保持环上的压力来控制回弹的影响。所以,大直径抛光部件转动型抛光设备通 常在试验基础上对假晶片预先抛光以从结果中发现保持环的压力条件之后工作,其中在该 压力条件下回弹产生较小的影响,且高平整度的区域可以尽可能靠近地向边缘延伸,且该 压力设为保持环压力。

[0008] 而且,进一步减轻回弹影响的方法利用夹持部件的型面控制型顶圈来控制晶片边 缘区域的接触压力。这种型面控制型顶圈这样构造,即对晶片加压的压力(加压压力)可 以在被抛光物体上同心分区的每个区域(加压部分)设定。所以,可以控制加压部分(与 边缘区域相关的)的加压压力,该压力用于晶片的边缘区域,而与其它区域无关。当边缘区 域的加压压力低于其它区域的加压压力时,可以限制由于回弹造成的过度压力。

[0009] 所以,在设有型面控制型顶圈的大直径抛光部件转动型抛光设备中,在试验基础 上对假晶片预先抛光,这么做是为了发现保持环的压力条件,以从结果中发现边缘区域的 加压压力条件,在该压力条件下回弹产生较小的影响,且高平整度的区域可以尽可能靠近 地向边缘延伸,且该加压压力设为该设备运行前的边缘区域压力。应当指出的是由于保持 环压力和边缘区域压力影响晶片边缘的平整度,所以必须发现针对这两个压力的压力条 件,而不是发现互相独立的各自的压力条件,以便发现更优选的压力条件。

[0010] 另一方面,对于小直径抛光部件转动扫描型抛光设备来说,公开的日本专利申请 No. 2001-244222 (专利文献1)、公开的日本专利申请No. 2002-75935 (专利文献2)、公开的 曰本专利申请No. 2002-134448 (专利文献3)、公开的日本专利申请No. 2003-229388 (专利 文献4)公开了设备,每种设备包括用于支撑伸展超出被抛光物体的抛光部件的支撑器,以 防止抛光部件的回弹和倾斜,所以可以减小边缘排除。在专利文献1-4中公开的支撑器实 现对应于大直径抛光部件转动型抛光设备中的保持环的作用。在小直径抛光部件转动扫描 型抛光设备中,抛光部件的回弹和倾斜可以通过支撑器的支持表面的高度来控制,例如,离 卡盘的顶面的相对高度。所以,这种抛光设备在试验基础上对假晶片预先抛光以从结果中 发现支撑表面的高度条件之后工作,在该高度条件下抛光部件的回弹和倾斜产生较小的影 响,且高平整度的区域更靠近晶片的边缘延伸,且该高度设为支撑表面的高度。

[0011] 因此,在小直径抛光部件转动扫描型抛光设备中,当被抛光物体具有变化的厚度 时,支撑表面的高度必须根据被抛光物体的厚度进行调节,以便使高平整度的区域尽可能 靠近地向边缘延伸,如专利文献4所述。然而,在大直径抛光部件转动型抛光设备中,当使 用保持环时,抛光物体厚度的变化几乎不产生问题,因为保持环压力可以控制。

[0012] 裸晶片的边缘区域包括与晶片的中心相比平整度弱且背离理想形状的部分。在晶 片边缘区域的这种形状称作“晶片边缘滚降”(在下文中简称“滚降(roll off)”)。不仅 裸晶片而且由CMP设备抛光的氧化膜晶片,例如当形成STI (浅槽隔离)来分离器件时,在 基于CMP的抛光之前呈现出源自裸晶片滚降的滚降。滚降的形状在一个晶片和另一个晶片 之间变化。即使相同的厚度,滚降也不同。而且,即使在单个晶片中,在圆周方向上通常也 有变化。

[0013] 在用于新近的半导体集成电路的双面抛光300mm晶片中,在从晶片边缘向内1mm 的位置处,由于滚降造成的与平整表面的偏差不超过至多约1 P m。然而,由本发明人和他人出版的 Akira Hukuda, Hirokuni Hiyama, Manabu Tsujimura, Tetsuo Hukuda 在 2004 年日 本精密工程学会的秋季学术会议论文集第497-498页的“晶片边缘滚降对CMP抛光型面的 影响”(非专利文献1)宣称滚降影响抛光型面从晶片边缘向内高达约5mm。这里,当前的边 缘排除一般是3mm,且在近期必然为2mm,所以应当理解滚降的影响延入边缘排除。

[0014] 如上所述,现有技术的抛光方法包括预先抛光假晶片,以便例如发现在大直径抛 光部件转动型抛光设备中由保持环施加给抛光垫的压力,或例如发现在小直径抛光部件转 动扫描型抛光设备中支撑部件的支撑表面的高度,设定该压力或该高度为保持环的压力或 支撑表面的高度,然后操作该设备。然而,在这种抛光方法中,如果滚降从一个晶片到另一 个晶片变化,那么抛光型面也变化,导致不能使平整区延伸至边缘附近。换言之,产生不能 充分保证设定的边缘排除的问题。而且,当滚降沿圆周方向变化时,抛光型面也沿圆周方向 变化,导致产生不能使平整区域延伸至边缘附近的问题。

[0015] 为了表示滚降的形状,定义滚降量(R0Q)是一组在被抛光物体的被抛光表面上的 几个点和基准线之间的距离,该基准线经过基准点且大体上平行于被抛光物体的被抛光表 面。图27示意地示出了横截面,通过强调R0Q的值和改变纵横比以便于理解,该横截面经 过用作被抛光物体的晶片的中心。当仅考虑晶片的径向方向时,滚降量是在表示被抛光表 面的线上的几个点和基准线之间的一组距离,例如当基准点位于被抛光表面上方时,其中 表示被抛光表面的线出现在经过晶片中心的横截面上。例如,当离晶片中心的距离用r来 表示,在r处的滚降量为ROQ(r),如图27所示。虽然在图27中仅考虑径向方向,但滚降量 也在圆周方向上变化,所以它由被抛光表面上的位置唯一确定,当被抛光表面的坐标为极 坐标(r,0 )时,滚降量可以用R0Q(r,0 )来表示,该极坐标具有在被抛光表面中心的原点。

[0016] 在前面的描述中,基准点位于将被抛光表面上方,但基准点可以位于被抛光表面 上或被抛光表面下方。而且,虽然采用极坐标,但坐标系统可以是正交坐标。而且,基准线 可以是大体上平行于整个被抛光表面的直线、或可以是大体上平行于被抛光表面的一部分 的直线,例如,在被抛光表面内直径rl至r2的区域(其中rl <r2)。

[0017] 而且,当R0Q的值不仅沿径向方向而且沿圆周方向测量时,在被抛光表面看作是 二维的时可以采用基准平面代替基准线。在这种情况下,基准平面可以是大体上平行于整 个被抛光表面的平面、或可以是大体上平行于被抛光表面的一部分的平面。而且,在测量和 使用滚降量的过程中,可以测量并使用在被抛光表面上的一个点和基准线(或基准平面) 之间的距离,代替在被抛光表面上的多个点和基准线(或基准平面)之间的一组距离。

[0018] M. Kimura, Y. Saito,H. Daio,K. Yakushi ji,一种用于硅抛光晶片的晶片滚降精确 测量的新方法,Jpn. J.Appl.Phys.,Vol. 38 (1999) Pt. 1,No. 1A,p38_p39 (非专利文献 2)示 出了一示例,其中与在离晶片外边缘3mm至6mm的范围内作为被抛光表面一部分的晶片区 域大体上平行的直线选作基准线,离晶片外边缘1mm的位置设为被抛光表面上的点,且测 量在该位置和基准线之间的距离。该值称作R0A(滚降量)。

[0019] 本发明人已经采用了数字分析方案且发现当仅改变稍后描述的AR0Q时,在同样 的抛光条件下,包括作用在抛光部件和晶片之间的压力、作用在抛光部件和保持环之间的 压力等,最大抛光速率和最小抛光速率在边缘排除内改变,因为AR0Q不同。在下文中假 定最大抛光速率和最小抛光速率表示在边缘排除的值,除非另外指出。这里,AR0Q指的是 AR0Q = R0Q1-R0Q0计算出的值,其中R0Q0是在晶片中心的滚降量,R0Q1是在离晶片边缘1mm的位置的滚降量,例如在晶片的将被抛光表面上。R0Q1的值可以是在晶片W的圆周方 向上各个点处R0Q的平均值、或仅在一个点处用作代表值的值。另一方面,已经认识到抛光 可以以实际上足够的平整度进行,只要最大抛光速率和最小抛光速率落入适当的范围内。

[0020] 通常,当滚降在晶片之间变化时,抛光型面也变化,偶尔导致平整度恶化的情况, 但已经从前面的发现中揭示,这是由于滚降变化造成的,滚降变化迫使最大抛光速率或最 小抛光速率或两者超出适当的范围。作为参考,抛光速率指的是被抛光表面被抛光的速率, 且通常用速度来表示。例如,其量纲可以用[长度]/[时间]来表示。在本发明中,该量纲 再被压力除以得到每单位压力的速率,该速率用作抛光速率。而且,在本说明书中,抛光型 面指的是在晶片表面内抛光速率的分布形状。

[0021] 本发明人利用数值分析坚持不懈地研究出一种装置,该装置可以控制抛光速率到 适当值,从而发现优选的抛光型面,且获得了下述发现。作为第一个发现,是发现了在包 括抛光部件和晶片之间的压力等的相同抛光条件下,当保持环压力独自变化,而具有相同 AR0Q的晶片被抛光时,最大抛光速率和最小抛光速率根据保持环压力变化(参见关于这 一发现的图3)。从这一事实得到灵感,本发明人思考出,通过根据晶片的A R0Q调节保持环 压力可以以实际上足够的平整度抛光被抛光物体,从而使最大抛光速率和最小抛光速率落 入适当的设定范围内。

[0022] 第二发现是当在其余的抛光条件保持相同仅支撑表面的高度独自变化而对具有 相同AR0Q的晶片进行数值分析时,在这种情况下最大抛光速率和最小抛光速率也变化。 从这一事实得到灵感,本发明人思考出,通过根据晶片的AR0Q调节支撑表面的高度,可以 以实际上足够的平整度抛光被抛光物体,从而使最大抛光速率和最小抛光速率落入适当的 设定范围内(参见关于这一发现的图8)。

[0023] 作为第三发现,在设有作为夹持部件的型面控制型顶圈的大直径抛光部件转动 型抛光部件中,发现当在其余的抛光条件保持相同,仅边缘区域的加压压力独自变化而对 具有相同AR0Q的晶片进行数值分析时,在这种情况下最大抛光速率和最小抛光速率也变 化。从这一事实得到灵感,本发明人思考出,通过根据晶片的AR0Q调节边缘区域的加压压 力,可以以实际上足够的平整度抛光被抛光物体,从而使最大抛光速率和最小抛光速率落 入适当的设定范围内。

[0024] 作为第四发现,在设有型面控制型顶圈的大直径抛光部件转动型抛光部件中,本 发明人思考出,通过根据晶片的AR0Q调节边缘区域的加压压力和保持环压力,可以以实 际上足够的平整度抛光被抛光物体,从而使最大抛光速率和最小抛光速率落入适当的设定 范围内。而且,当在改变弹性模量和抛光部件的厚度而进行数值分析时,发现保持环压力和 边缘区域的加压压力对抛光速率的影响随弹性模量和抛光部件的厚度变化。作为从前面的 内容勤勉研究的结果,发现了具有弹性模量和抛光部件厚度的相应范围,这些范围适于通 过根据晶片的滚降调节保持环压力和边缘区域的加压压力,以实际上足够的平整度抛光晶 片。

[0025] 鉴于前面的挑战和发现,已经作出了本发明,且本发明的目的是提供一种抛光设 备和抛光方法,它们能高产出率地抛光被抛光物体,即使被抛光物体出现滚降。此外,本发 明的目的是提供一种半导体器件制造方法,该方法能低成本地制造半导体器件,从而提供 低成本的半导体器件。发明内容

[0026] 鉴于前面的发现,且为实现上述目的,在权利要求1中描述的本发明提供了一种 抛光设备,包括具有抛光部件和夹持部件的抛光部分,用于在所述抛光部件与由所述夹持 部件夹持的被抛光物体之间施加压力、同时使所述抛光部件相对于所述被抛光物体运动, 从而抛光所述被抛光物体。该抛光设备特征在于包括:

[0027] 具有支撑表面的支撑部件,当在所述被抛光物体的抛光过程中所述抛光部件延伸 超出所述被抛光物体时所述支撑部件起作用,用于支撑所述抛光部件超出部分的至少一部 分;

[0028] 用于调节所述支撑部件的支撑表面上的支撑压力的压力调节机构;

[0029] 参照基于所述被抛光物体的滚降量的信息,控制该压力调节机构以使所述支撑压 力达到期望压力的控制单元。

[0030] 应当指出的是,基于滚降量的信息包括滚降量自身、抛光设备的每个部件的位置 信息、滚降量和/或通过处理滚降量获得的信息、以及利用它们计算出或选择的支撑压力 (保持环压力)。

[0031] 权利要求2的本发明特征在于还包括用于测量基于滚降量的信息的测量单元。

[0032] 权利要求3的本发明特征在于所述支撑表面整体具有相同的水平。优选地,所述 支撑表面严格地处于同一水平。然而,实际的抛光设备涉及例如当加工处理该支撑表面时 的表面粗糙度、该压力调节机构的反冲等,而难以严格地实现同一水平,但该水平可以是均 勻到它可以看作大体上相同的程度。

[0033] 权利要求4的本发明特征在于所述支撑部件包括沿所述被抛光物体的外围布置 的多个支撑元件,其中每个支撑元件可以在第一位置与第二位置之间运动,第一位置在与 被抛光物体的被抛光表面平行的平面上、且沿着被抛光物体外围,第二位置比所述第一位 置与被抛光物体的中心更远地径向间隔。

[0034] 权利要求5的本发明特征在于所述第一位置是在被抛光物体的外围边缘与所述 支撑元件的支撑表面之间大体上没有间隙的位置。

[0035] 权利要求6的本发明特征在于包括多个抛光部分,其中所述控制单元独立地操作 设置在每一抛光部分中的压力调节机构,使得每个抛光部分的支撑压力独立地达到期望压 力。

[0036] 权利要求7的本发明提供了一种抛光设备,包括具有抛光部件和夹持部件的抛光 部分,用于在所述抛光部件与由所述夹持部件夹持的被抛光物体之间施加压力、同时使所 述抛光部件相对于所述被抛光物体运动,从而抛光所述被抛光物体。该抛光设备特征在于 包括:

[0037] 具有支撑表面的支撑部件,当在所述被抛光物体的抛光过程中所述抛光部件延伸 超出所述被抛光物体时所述支撑部件起作用,用于支撑所述抛光部件超出部分的至少一部 分;

[0038] 用于调节所述支撑部件的支撑表面的高度的高度调节机构;

[0039] 参照基于所述被抛光物体的滚降量的信息,控制该高度调节机构以使所述支撑表 面的高度达到期望高度的控制单元。[0040] 应当指出的是,基于滚降量的信息包括滚降量自身、抛光设备的每个部件的位置 信息、滚降量和/或通过处理滚降量获得的信息、以及利用它们计算出或选择的支撑表面 的高度。

[0041] 权利要求8的本发明特征在于包括用于获得基于滚降量的信息的测量单元。

[0042] 权利要求9的本发明特征在于所述支撑表面整体具有相同的水平。优选地,所述 支撑表面严格地处于同一水平。然而,实际的抛光设备涉及例如当加工处理该支撑表面时 的表面粗糙度、该压力调节机构的反冲等,而难以严格地实现同一水平,但该水平可以是均 勻到它可以看作大体上相同的程度。

[0043] 权利要求10的本发明特征在于所述支撑部件包括沿所述被抛光物体的外围布置 的多个支撑元件,其中每个支撑元件可以在第一位置与第二位置之间运动,第一位置在与 被抛光物体的被抛光表面平行的平面上、且沿着被抛光物体外围,第二位置比所述第一位 置与被抛光物体的中心更远地径向间隔。

[0044] 权利要求11的本发明特征在于所述第一位置是在被抛光物体的外围边缘与所述 支撑元件的支撑表面之间大体上没有间隙的位置。

[0045] 权利要求12的本发明特征在于包括多个抛光部分,其中所述控制单元独立地操 作设置在每一抛光部分中的高度调节机构,使得每个抛光部分的支撑表面的高度独立地达 到期望高度。

[0046] 权利要求13的本发明提供了一种抛光方法,所述抛光方法通过在抛光部件与由 夹持部件夹持的被抛光物体之间施加压力、同时使所述抛光部件相对于被抛光物体移动而 抛光被抛光物体,并在抛光过程中,支撑超出被抛光物体的抛光部件的至少一部分。该方法 特征在于包括步骤:

[0047] 获取表示被抛光物体滚降量的信息;

[0048] 基于包括所述信息的信息计算用于支撑所述延伸部分的支撑压力的期望值;

[0049] 基于计算的期望值调节所述支撑压力。

[0050] 权利要求14的本发明提供了一种使计算机执行抛光方法的程序,所述抛光方法 通过在抛光部件与由夹持部件夹持的被抛光物体之间施加压力、同时使所述抛光部件相对 于被抛光物体移动而抛光被抛光物体,并在抛光过程中,支撑所述抛光部件延伸超出所述 被抛光物体的部分的至少一部分。该程序特征在于包括:

[0051] 获取表示被抛光物体的滚降量的信息的指令;

[0052] 基于包括所述信息的信息计算用于支撑所述伸展部分的支撑压力的期望值的指 令;以及

[0053] 基于计算的期望值调节所述支撑压力的指令。

[0054] 权利要求15的本发明涉及一种计算机可读取的存储介质,其特征在于,它存储有 如权利要求14所述的程序。

[0055] 权利要求16的本发明涉及一种抛光设备,其特征在于,包括用于读取存储在如权 利要求15所述的存储介质中的程序的装置,其中所述控制单元根据从所述存储介质读取 的程序操作压力调节机构。

[0056] 权利要求17的本发明提供了一种抛光被抛光物体的抛光方法,所述抛光方法通 过在抛光部件与由夹持部件夹持的被抛光物体之间施加压力、同时使所述抛光部件相对于被抛光物体移动而抛光被抛光物体,并在抛光过程中,支撑所述抛光部件延伸超出所述被 抛光物体的部分的至少一部分。该方法特征在于包括步骤:

[0057] 获取表示被抛光物体滚降量的信息;

[0058] 基于包括所述信息的信息计算用于支撑所述延伸部分的支撑表面的高度的期望 值;

[0059] 基于计算的期望值调节所述支撑表面的高度。

[0060] 权利要求18的本发明提供了一种使计算机执行抛光被抛光物体的抛光方法的计 算机程序,所述抛光方法通过在抛光部件与由夹持部件夹持的被抛光物体之间施加压力、 同时使所述抛光部件相对于被抛光物体移动而抛光被抛光物体,并在抛光过程中,支撑所 述抛光部件延伸超出所述被抛光物体的部分的至少一部分。该程序特征在于包括:

[0061] 获取表示被抛光物体的滚降量的信息的指令;

[0062] 基于包括所述信息的信息计算用于支撑所述伸展部分的支撑表面的高度的期望 值的指令;

[0063] 基于计算的期望值调节所述支撑表面的高度的指令。

[0064] 权利要求19的本发明涉及一种计算机可读取的存储介质,其特征在于,它存储有 如权利要求18所述的程序。

[0065] 权利要求20的本发明涉及一种抛光设备,其特征在于,包括用于读取存储在如权 利要求19所述的存储介质中的程序的装置,其中所述控制单元根据从所述存储介质读取 的程序操作高度调节机构。

[0066] 权利要求21的本发明提供了一种抛光设备,包括具有夹持部件和抛光部件的抛 光部分,所述夹持部件具有至少两个加压部分,每一加压部分可向被抛光物体施加任意压 力,所述抛光设备用于在所述抛光部件与由所述夹持部件夹持的被抛光物体之间施加压 力、同时使所述抛光部件相对于所述被抛光物体移动,以抛光所述被抛光物体。该抛光设备 特征在于包括:

[0067] 用于调节所述夹持部件的加压部分中与被抛光物体的最外面区域相关的加压部 分的加压压力的压力调节机构;

[0068] 参照基于所述被抛光物体的滚降量的信息,控制该压力调节机构而使所述加压压 力达到期望压力的控制单元。

[0069] 权利要求22的本发明特征在于包括用于获取基于滚降量的信息的测量单元。

[0070] 权利要求23的本发明提供了一种抛光由夹持部件夹持的被抛光物体的方法,所 述夹持部件具有至少两个加压部分,通过在被抛光物体与抛光部件之间施加压力、同时使 所述抛光部件相对于所述被抛光物体移动,每一加压部分可向被抛光物体施加任意压力。 该抛光方法特征在于包括步骤:

[0071] 获取表示被抛光物体的滚降量的信息;

[0072] 基于包括所述信息的信息,计算在所述夹持部件的加压部分中与被抛光物体的最 外面区域相关的加压部分的加压压力的期望值;

[0073] 基于计算的期望值调节所述加压压力。

[0074] 权利要求24的本发明提供了一种使计算机执行抛光由夹持部件夹持的被抛光物 体的抛光方法的程序,所述夹持部件具有至少两个加压部分,通过在被抛光物体与抛光部件之间施加压力、同时使所述抛光部件相对于所述被抛光物体移动,每一加压部分可向被 抛光物体施加任意压力。该程序特征在于包括:

[0075] 获取表示被抛光物体的滚降量的信息的指令;

[0076] 基于包括所述信息的信息,计算在所述夹持部件的加压部分中与被抛光物体的最 外面区域相关的加压部分的加压压力的期望值的指令;

[0077] 基于计算的期望值调节所述加压压力的指令。

[0078] 权利要求25的本发明提供了一种计算机可读取的存储介质,其特征在于,它存储 有如权利要求24所述的程序。

[0079] 权利要求26的本发明提供了一种抛光设备,其特征在于,包括用于读取存储在如 权利要求25所述的存储介质内的程序的装置,其中控制单元根据从该存储介质读取的程 序操作所述压力调节机构。

[0080] 权利要求27的本发明提供了一种抛光设备,包括具有抛光部件、支撑部件、和包 括至少两个加压部分的夹持部件的抛光部分,通过在抛光部件和被抛光物体之间施加压 力、同时使抛光部件相对于被抛光物体运动而抛光由所述夹持部件夹持的被抛光物体。该 抛光设备特征在于:

[0081] 用于调节所述夹持部件的加压部分中与被抛光物体的最外面区域相关的加压部 分的加压压力的压力调节机构;

[0082] 用于调节所述支撑部件的支撑表面上的支撑压力的压力调节机构;

[0083] 参照基于所述被抛光物体的滚降量的信息,控制压力调节机构以使所述加压压力 和所述支撑压力达到各自期望压力的控制单元。

[0084] 权利要求28的本发明特征在于包括用于获取基于滚降量的信息的测量单元。

[0085] 权利要求29的本发明提供了一种在抛光设备中的抛光方法,该抛光设备包括抛 光部件、支撑部件,和包括至少两个加压部分的夹持部件的抛光部分,通过在所述抛光部件 和所述被抛光物体之间施加压力、同时使抛光部件相对于被抛光物体运动而抛光由所述夹 持部件夹持的被抛光物体。该方法特征在于包括步骤:

[0086] 获取表示被抛光物体的滚降量的信息;

[0087] 基于包括所述信息的信息,计算所述支撑部件的支撑表面上的支撑压力的期望 值;

[0088] 基于包括所述信息的信息,计算所述夹持部件的加压部分中与被抛光物体的最外 面区域相关的加压部分的加压压力的期望值;

[0089] 基于计算的期望值调节所述支撑压力和加压压力。

[0090] 权利要求30的本发明提供了一种使计算机执行抛光设备中的抛光方法的程序, 所述抛光设备包括抛光部件、支撑部件、和包括至少两个加压部分的夹持部件的抛光部分, 通过在所述抛光部件与所述被抛光物体之间施加压力、同时使抛光部件相对于被抛光物体 移动而抛光由所述夹持部件夹持的被抛光物体。该程序特征在于包括:

[0091] 用于获取表示被抛光物体的滚降量的信息的指令;

[0092] 基于包括所述信息的信息,计算所述支撑部件的支撑表面上的支撑压力的期望值 的指令;

[0093] 基于包括所述信息的信息,计算所述夹持部件的加压部分中与被抛光物体的最外面区域相关的加压部分的加压压力的期望值的指令;

[0094] 基于计算的期望值调节所述支撑压力和加压压力的指令。

[0095] 权利要求31的本发明提供了一种计算机可读取的存储介质,其特征在于,它存储 有如权利要求30所述的程序。

[0096] 权利要求32的本发明提供了一种抛光设备,其特征在于,包括用于读取存储在如 权利要求31所述的存储介质内的程序的装置,其中所述控制单元根据从所述存储介质读 取的程序操作所述压力调节机构。

[0097] 权利要求33的本发明提供了一种单层抛光部件,具有由X[MPa]表示的弹性模量 和由Y[mm]表示的厚度,其特征在于,X和Y落入满足下式的范围内:

[0098]公式 1 :0. 9 ^ 0. 88+0. 0336Y+0. 000259X-0. 0063Y2-0. 000021X2+0. 0004XY ;以及

[0099]公式 2 1 彡 1. 19-0. 153Y+0. 0022X+0. 025Y2+0. 000032X2_0. 00041XY。

[0100] 权利要求34的本发明提供了一种单层抛光部件,具有由X[MPa]表示的弹性模量 和由Y[mm]表示的厚度,其特征在于,X和Y落入满足下式的范围内:

[0101]公式 3 :0. 94 ( 0. 88+0. 0336Y+0. 000259X-0. 0063Y2-0. 000021X2+0. 0004XY ;以及

[0102]公式 4 :1. 06 ^ 1. 19-0. 153Y+0. 0022X+0. 025Y2+0. 000032X2-0. 00041XY。

[0103] 权利要求35的本发明提供了一种双层的抛光部件,包括设置成与被抛光物体接 触、且具有用Xu[MPa]表示的弹性模量和用Yu[mm]表示的厚度的层,和具有用Xd[MPa]表 示的弹性模量的另一层,其特征在于,Xu、Yu、Xd落入满足下式的范围内:

[0104]公式 5 :0. 9 彡 0. 763-0. 0031Xu+0. 0281Xd+0. 0323Yu+0. 000018Xu2-0. 0008Xd2-0. 0 017Yu2+0. 00011XuXd+0. 000097XuYu_0. 0017XdYu ;

[0105] 以及

[0106]公式6 :0. 9^0. 877+0. 0023Xu+0. 055Yu+0. 0000055Xu2+0. 00032Xd2-0. 0052Yu2-0. 000099XuXd+0. 00072XuYu_0. 00137XdYu≤ 1. 1

[0107] 权利要求36的本发明提供了一种双层抛光层,包括设置成与被抛光物体接触、且 具有用Xu[MPa]表示的弹性模量和用Yu [mm]表示的厚度的层,和具有用Xd[MPa]表示的弹 性模量的另一层,其特征在于,Xu、Yu、Xd落入满足下式的范围内:

[0108]公式 7 :0. 94≤ 0. 763-0. 0031Xu+0. 0281Xd+0. 0323Yu+0. 000018Xu2-0. 0008Xd2-0. 0017Yu2+0. 00011XuXd+0. 000097XuYu_0. 0017XdYu ;以及

[0109]公式 8 :0. 94 ≤ 0. 877+0. 0023Xu+0. 055Yu+0. 0000055Xu2+0. 00032Xd2_0. 0052Yu2_0 .000099XuXd+0. 00072XuYu_0. 00137XdYu ^ 1. 06

[0110] 权利要求37提供了一种抛光设备,包括具有抛光部件和夹持部件的抛光部分,用 于在抛光部件与由夹持部件夹持的被抛光物体之间施加压力、同时使所述抛光部件相对于 被抛光物体运动,从而抛光被抛光物体。该抛光设备特征在于:

[0111] 所述抛光部件包括如权利要求33至36任一所述的抛光部件。

[0112] 权利要求38提供了一种如权利要求1至12、16、20、21、22、26、27、28和32所述发 明的抛光设备,其特征在于,所述抛光部件包括如权利要求33至36任一所述的抛光部件。

[0113] 权利要求39的本发明涉及一种半导体器件制造方法,其特征在于包括利用如权 利要求1至12、16、20、21、22、26、27、28、32、37和38任一所述的抛光设备使晶片表面平面 化的工艺。[0114] 权利要求40的本发明涉及一种半导体器件的制造方法,其特征在于包括利用如 权利要求13、17、23和29所述的抛光方法使晶片表面平面化的工艺。

[0115] 在权利要求1至41的任一前述发明中,抛光部件的尺寸可以与被抛光物体的尺寸 相同、或抛光部件可以大于被抛光物体、或者抛光部件可以小于被抛光物体。而且,支撑部 件可以固定或不固定于夹持部件上。而且,基于滚降量的信息包括滚降量(例如,R0Q(r, e ))、通过测量滚降量获得的电子信号或数值、通过处理它们得到的信息、和利用它们计算 或选择的支撑表面的高度/支撑压力。应当指出的是,除了滚降量之外,支撑表面的高度/ 支撑压力可以利用抛光设备和滚降测量装置的各种部件的位置信息计算。

附图说明

[0116] 图1是示出了用于抛光晶片的化学机械抛光设备的相应组件布局的顶视平面图;

[0117] 图2是示出了示出了在本发明的抛光设备第一实施例中以横截面表示的抛光部 分、以及相应控制系统的示意图;

[0118] 图3是示出了在图2的抛光设备中最大抛光速率和最小抛光速率与支撑压力之间 关系的图表;

[0119] 图4是示出了示出了在本发明的抛光设备第二实施例中以横截面表示的抛光部 分、以及相应控制系统的示意图;

[0120] 图5是示出了图4中的保持环的示例的顶视平面图;

[0121] 图6是示出了示出了在本发明的抛光设备第三实施例中以横截面表示的抛光部 分、以及相应控制系统的示意图

[0122] 图7是当沿着沿图6中的线JK的箭头J,K的方向观察时的横截面图;

[0123] 图8是示出了在图6的抛光设备中最大抛光速率和最小抛光速率与支撑表面的高 度之间关系的图表;

[0124] 图9(a)和9(b)是分别示出了在本发明的抛光设备第四实施例中的抛光部分的支 撑部件的顶视平面图;

[0125] 图10是示出了一示例的顶视平面图,在该示例中图9所示的每个支撑部件由多个 支撑元件制成;

[0126] 图11是示出了示出了在本发明的抛光设备第五实施例中以横截面表示的抛光部 分、以及相应控制系统的示意图;

[0127] 图12是示出了图11中的压力调节机构的示例性构造的示意图;

[0128] 图13是示出了示出了在本发明的抛光设备第六实施例中以横截面表示的抛光部 分、以及相应控制系统的示意图;

[0129] 图14是示出了示出了在本发明的抛光设备第七实施例中以横截面表示的抛光部 分、以及相应控制系统的示意图;

[0130] 图15是示出了最大抛光速率和最小抛光速率的相对值与边缘区域加压压力之间 关系的示意图;

[0131] 图16是示出了示出了在本发明的抛光设备第八实施例中以横截面表示的抛光部 分、以及相应控制系统的示意图;

[0132] 图17是示出了保持环的支撑压力与边缘区域的加压压力之间关系的示意图;[0133] 图18是示出了单层垫中抛光材料的弹性模量和厚度的适当范围的示意图;

[0134] 图19是示出了单层垫中抛光材料的弹性模量和厚度的适当范围的示意图;

[0135] 图20是示出了在图18和图19的基础上发现的最大抛光速率和最小抛光速率的 相对值的表;

[0136] 图21是示出了双层垫中抛光材料的弹性模量和厚度的适当范围的示意图;

[0137] 图22是示出了双层垫中抛光材料的弹性模量和厚度的适当范围的示意图;

[0138] 图23是示出了双层垫中抛光材料的弹性模量和厚度的适当范围的示意图;

[0139] 图24是示出了双层垫中抛光材料的弹性模量和厚度的适当范围的示意图;

[0140] 图25是示出了在图21至24的基础上发现的最大抛光速率和最小抛光速率的相 对值的表;

[0141] 图26是示出了当进行和不进行根据本发明的最优化时的接触压力分布的示意 图;以及

[0142] 图27是示出了用于描述滚降量的晶片边缘附近的被抛光表面的横截面图。 具体实施方式

[0143] 下面将参照附图描述本发明的抛光设备的几个实施例。图1是示出了用于抛光晶 片的化学机械抛光设备中相应组件布局的图。图1所示的化学机械抛光设备包括用于运送 装有多个晶片的晶片盒21的四个装载/卸载台22。装载/卸载台22可具有能提升和下 降的机构。有两只手的搬运机械人24位于行进机构23上,使得所述两只手可以到达装载 /卸载台22上的每个晶片盒21。

[0144] 在搬运机械人24的两只手中,下部手仅在从晶片盒21接收晶片时使用,而上部手 仅在将晶片返回晶片盒21时使用。这是一种将清洗之后干净的晶片放置在上方而使晶片 不再被污染的布置方式。优选地,下部手是一种用于真空吸取晶片的吸取型手,而上部手是 一种在外围夹持晶片的插入型手。吸取型手可以正确地搬运晶片,而不管晶片盒内晶片的 移位,而插入型手可以在保持晶片背侧清洁度的同时搬运晶片,因为它不会象真空吸取那 样聚集灰尘。

[0145] 两个清洗机25,26以相对搬运机械人24的行进机构23对称布置的方式置于晶片 盒21的相对侧。每一清洗机25,26位于搬运机械人24的手可到达的位置,且包括四个晶 片座27,28,29,30的晶片台70位于两个清洗机25,26之间搬运机械人24可到达的的位 置。清洗机25,26具有旋转式干燥功能,用于高速旋转晶片进行干燥,从而使其可以保证晶 片的双级清洗和三级清洗,而不用更换模块。

[0146] 设置挡板84,用于区分区域B和区域A的清洁度,在区域B内设有清洗机25,26和 座27,28,29,30,在区域A内设有晶片盒21和搬运机械人24。挡板84设有位于开口中的 闸门31,用于在两个区域A,B之间运送晶片。有两只手的搬运机械人80位于搬运机械人 80可以到达清洗机25和三个座27,29,30的位置,有两只手的搬运机械人81位于搬运机械 人81可以到达清洗机26和三个座28,29,30的位置。

[0147] 座27用于在搬运机械人24和搬运机械人80之间相互传递晶片,且包括用于感知 晶片存在或不存在的传感器91。座28用于在搬运机械人24和搬运机械人81之间传递晶 片,且包括用于感知晶片存在或不存在的传感器92。座29用于将晶片从搬运机械人81运送到搬运机械人80,且包括用于感知晶片存在或不存在的传感器93、和用于防止晶片干燥 或用于清洗晶片的冲洗喷嘴95。座30用于将晶片从搬运机械人80运动到搬运机械人81, 且包括用于感知晶片存在或不存在的传感器94、和用于防止晶片干燥或用于清洗晶片的冲 洗喷嘴96。座29,30位于公共的防水盖上,闸门97设置在开口内,用于使防水盖从其通过。 座29位于座30上方,从而清洗过的晶片放在座29上,而未清洗的晶片放在座30上。这样, 防止晶片由于滴落的冲洗水造成污染。应当指出的是,图1示意地示出了传感器91,92,93, 94、冲洗喷嘴95,96和闸门97,可能没有正确地画出它们的位置和形状。

[0148] 搬运机械人80,81的上部手用于将曾清洗的晶片运送到清洗机或晶片台70的座, 而下部手用于运送从未清洗的晶片和抛光之前的晶片。晶片通过下部手运送到转换器(稍 后描述)和从转换器运走,所以上部手将不被从转换器上方的壁滴下的冲洗水滴所污染。

[0149] 清洗机82位于清洗机25附近并在搬运机械人80的手可以到达的位置。而且,清 洗机83位于清洗机26附近并在搬运机械人81的手可以到达的位置。所有这些清洗机25, 26,82,83、晶片台70的座27,28,29,30、和搬运机械人80,81位于区域B,其中空气压力调 节为低于区域A的空气压力。清洗机82,83是可以清洗晶片两侧的清洗机。

[0150] 构成图1所示的化学机械抛光设备的相应装置由壳体66环绕,且壳体66通过隔 壁84,85,86,87,67分成多个腔室(包括区域A,B)。隔壁87限定了从区域B分出的抛光 腔室。该抛光腔室被隔壁67分成区域C和区域D,区域C是第一抛光部分,区域D是第二抛 光部分。位于相应的区域C,D内的是两个抛光台、以及用于夹持晶片且在将晶片压在抛光 台上的同时抛光晶片的顶圈。具体地,抛光台54,56位于区域C内,而抛光台55,57位于区 域D。而且,顶圈52位于区域C内,而顶圈53位于区域D内。还在区域C内设置用于给抛 光台54供应抛光研磨液的研磨液喷嘴60、和用于修整抛光台54的修整器58,同时还在区 域D内设置用于给抛光台55供应抛光研磨液的研磨液喷嘴61、和用于修整抛光台55的修 整器59。此外,在区域C内设有用于修整抛光台56的修整器68,在区域D内设有用于修整 抛光台57的修整器69。作为选择,可以安装湿型晶片厚度测量装置代替抛光台56,57。在 这种情况下,在抛光之后可以立即测量晶片厚度,所以可以对晶片进行另外抛光,或可以利 用测量值控制下一晶片的抛光工艺。

[0151] 为了在抛光腔室和区域B之间传递晶片,旋转式晶片台98位于可以被搬运机械人 80,81和顶圈52,53到达的位置,该晶片台包括用于旋转晶片使其颠倒的转换器99,100, 101,102。转换器99,100,101,102伴随着旋转式晶片台的转动而转动。在旋转式晶片台98 上方设有探针型、光学型、包括涡流传感器的电子型、磁性型、电磁型、射流型等位移测量仪 103,104,用于当位于旋转式晶片台98上的转换器99,100,101,102位于区域B内时,即在 对应于图1的布局图中转换器99,100的位置时获取与晶片被抛光表面上的滚降量一致的 fn息o

[0152] 这里,将描述在抛光腔室和区域B之间传递晶片的方法。在这里对于设于旋转式 晶片台98内的转换器来说,假定转换器99,100位于区域B内;转换器101在区域C内;转 换器102在区域D内。将要抛光的晶片通过搬运机械人80从晶片台70传送到位于旋转式 晶片台98的区域B内的转换器99。另一晶片通过搬运机械人81从晶片台70传送到位于 旋转式晶片台98的区域B内的转换器100。当搬运机械人80将晶片向旋转式晶片台98 运送时,布置在隔壁87上的闸门45打开,使得晶片可以在区域B和抛光腔室之间传递。而且,当搬运机械人81将晶片向旋转式晶片台98运送时,布置在隔壁87上的闸门46打开, 使得晶片可以在区域B和抛光腔室之间传递。在晶片已经传递到转换器99之后,位移测量 仪103测量晶片将被抛光表面的滚降量,且在另一晶片已经传递到转换器100之后,位移测 量仪104测量将被抛光表面的滚降量。

[0153] 当已经如此完成滚降量的测量时,旋转式晶片台98绕其轴线旋转180度,使转换 器99进入区域D,转换器100进入区域C。通过旋转式晶片台进入区域C的晶片被转换器 100颠倒,使得现在面向上的将被抛光表面向下,然后送至顶圈52。通过旋转式晶片台进入 区域D的晶片被转换器99颠倒,使得现在面向上的被抛光表面向下,然后送至顶圈53。送 至顶圈52,53的晶片被顶圈的真空吸取机构吸取,运送到抛光台54或抛光台55,同时它们 保持被吸取,然后通过安装在抛光台54,55上的抛光垫抛光。

[0154] 下面将描述本发明的抛光设备中抛光部分和相应控制系统的一实施例。

[0155] 图2是示出了本发明的抛光设备中抛光部分和相应控制系统的第一实施例的示 意图,其中抛光部分包括顶圈和抛光台。图2示意性地示出了顶圈52和抛光台54的一部 分的横截面图、以及控制系统的示例。顶圈53和抛光台55也具有类似的结构。如图2所 示,顶圈52设置成使晶片W不延伸超出抛光垫201的边缘。用于夹持作为被抛光物体的晶 片W的顶圈52包括用于以预定压力将晶片W压在抛光垫201上的气囊202 ;设置成环绕晶 片W的保持环203 ;和用于以预定支撑压力将位于晶片W周围的抛光垫201压在保持环203 上的气囊204。在下面的描述中,保持环203的下表面压在抛光垫201上的压力称作“支撑 压力”。

[0156] 在这里描述的第一实施例中,气囊202可具有如图2所示的一个隔壁、或多个同心 分开的隔壁。保持环203也由沿顶圈52夹持的晶片外围的环形形状的单个部件组成,使得 在其自身与晶片外围之间限定有微小间隙,保持环具有矩形横截面形状。作为参考,尽管该 实施例示出了由单个部件组成的保持环203的示例,但保持环203可以例如由复合部件诸 如层叠部件等组成。部件205的下表面限定了具有大体上相同水平的平整平面,以形成加 压表面,用于压在环绕晶片W的将被抛光表面外围的抛光垫201的一部分上。部件205优 选由例如陶瓷材料诸如氧化锆、氧化铝等,或工程塑料制成诸如环氧(EP)树脂、酚醛(PH) 树脂、聚亚苯硫化(PPS)树脂等制成。

[0157] 由保持环203施加给抛光垫201的支撑压力通过压力调节机构206控制气囊204 的压力而进行调节。作为选择,可以不设气囊204,代之以通过压力调节机构206控制轴向 负载以调节支撑压力。

[0158] 抛光台54包括抛光垫201和抛光面板207。抛光垫201可以是如图2所示的具有 单层的单层垫、或具有两层或多层的多层垫。在抛光过程中,顶圈52绕其轴线沿箭头A的 方向转动,同时将晶片W压在抛光垫201上。同时,抛光台54也绕其轴线沿箭头B的方向 转动。在这种情况下,当保持环203的支撑压力根据稍后描述的测量的滚降量合适设定时, 可以防止抛光型面由于滚降变化而变化,从而可以以实际上足够的平整度抛光晶片W。

[0159] 回到图1,上述抛光台56,57分别位于顶圈52,53可以到达的位置。这样,在第一 抛光台54,55上抛光之后,晶片通过附着于第二抛光台56,57上的精加工抛光垫进行精加 工抛光。在用于精加工的第二抛光台56,57中,在给精加工抛光垫供应不含研磨颗粒的化 学液或纯水诸如SUBA400、Polytex(两者都是Rodel Nitta公司制造的抛光垫产品名)等时进行纯水精加工,或在供应浆液时进行抛光。

[0160] 在抛光过程中,接着下一个将要抛光的晶片可通过搬运机械人80,81传递到已经 进入区域B的转换器101,102,然后通过位移测量仪103,104测量滚降量。在这样做时,由 于抛光和滚降量的测量可以同时进行,所以可以提高抛光的生产量。

[0161] 已经抛光的晶片分别通过顶圈52,53送至转换器99,100。送至转换器99,100的 晶片被转换器99,100颠倒,使得它们的被抛光表面向上。随后,旋转式晶片台98转动180 度而使晶片进入区域B内。已经进入区域B内的晶片被搬运机械人80从转换器99运送到 清洗机82或晶片台70。已经进入区域B的另一晶片被搬运机械人81从转换器100运送到 清洗机83或晶片台70。随后,在适当的清洗步骤之后晶片被存储在晶片盒21内。

[0162] 在该实施例中,作为用于获取与晶片的将被抛光表面的滚降量一致的信息的测量 单元,位移测量仪103,104位于旋转式晶片台98上方。然而,在抛光设备中测量单元应当 安装的位置是任意的。而且,测量单元可不与抛光设备集成。作为选择,在将晶片引人抛光 设备中之前,可使用位于抛光设备外的测量装置预先测量滚降量,且信息可以经未示出的 输入装置施加到控制单元124或存储介质126。作为测量装置,具有由Kabushiki Kaisha K0BELC0研究所制造的边缘滚降测量装置(LER-100)。

[0163] 下面描述一种为保持环203设定支撑压力的方法。为方便描述,支撑压力表示为 抛光垫201压在晶片W的将被抛光表面上的压力的相对值,即,抛光压力的相对值。假定 晶片W的将被抛光表面的滚降量在晶片中心是R0Q0,在离晶片边缘1mm间隔的位置处是 R0Q1。沿圆周方向在晶片W上的多个点的平均值、或仅在一个点处的选作代表值的值可用 作 R0Q1。

[0164] 首先,计算离晶片边缘间隔1mm的位置处的滚降量与晶片中心的滚降量之间的 差值AR0Q = R0Q1-R0Q0。接着,根据使边缘排除内的区域在抛光后变平整而预先建立的 AR0Q与支撑压力之间的关系发现与计算出的AR0Q对应的接触压力。最后,控制单元208 将保持环203的支撑压力设定为上面发现的接触压力。

[0165] 这里将描述预先建立AR0Q与支撑压力之间使得边缘排除内的区域变平整的关 系的一种方法的示例。图3示出了当AR0Q = 0.5iim的晶片上边缘排除选为2mm时最大抛 光速率和最小抛光速率的相对值与支撑压力之间关系。在通常的抛光过程中,不能形成几 何上完美的平整表面,但在半导体器件制造工艺中,例如,平版印刷工艺等,抛光到实际上 足够的平整度是可以满足的。所以,在下面的描述中假定被抛光到实际上足够的平整度的 表面称作“平整表面”。而且,已经从经验上认识到通过选择抛光速率变化的容许误差的适 当值,将被抛光表面在抛光后可以具有足够的平整度。所以,可以说当最大抛光速率和最小 抛光速率落入抛光速率变化的容许误差内时,边缘排除内的区域将在抛光后变平整。所以, 在图3的情况中,当抛光速率变化的容许误差选择为例如抛光速率的相对值中的1. 0士0. 1 时,如果支撑压力设定在高于抛光压力的约0. 75倍和0. 80倍之间,可以看出边缘排除内的 区域将变平整。

[0166] 不同的AR0Q将导致最大抛光速率和最小抛光速率的相对值与支撑压力之间的 不同关系。所以,当已经以前面的方式发现了每一 AR0Q的支撑压力时,可以预先建立 AR0Q和支撑压力之间的关系,使得边缘排除内的区域变平整。然而,由于难以计算所有 AR0Q的支撑压力,所以实际上针对几个点处的A R0Q计算支撑压力,然后在这些点之间利用插值公式插值。

[0167] 前面的设定支撑压力的示例利用离晶片边缘间隔1mm的位置处的滚降量与晶片 中心处的滚降量之间的差值AR0Q。然而,支撑压力的设定不限于参照前面的AR0Q设定, 而是设定可以参照非专利文献2中描述的R0A设定,或参照当滚降量通过诸如多项式的近 似公式取近似值时的系数,只要它是基于滚降量的信息。

[0168] 关于使边缘排除内的区域变平整而预先建立的AR0Q与支撑压力之间关系的信 息存储在存储介质209中。利用有关使边缘排除内的区域变平整而预先建立的AR0Q与支 撑压力之间关系的信息、和用于存取该信息的程序,根据晶片W的将被抛光表面上的滚降 量的测量结果控制支撑压力,其中滚降量是通过位移测量仪103获得。除了上述的信息和 程序之外,存储介质209可以存储根据由位移测量仪103获得的晶片W的将被抛光表面上 的滚降量的测量结果来控制支撑表面上的支撑压力的程序。存储介质209也可以存储用于 控制构成抛光设备的其它部件的程序,其它部件包括顶圈52,53、用于驱动抛光台54,55, 56,57的马达、位移测量仪103,104、搬运机械人80,81等。

[0169] 从前面的描述可以理解,在本发明的第一实施例中,抛光垫201的回弹对晶片W的 影响可以通过根据晶片W的滚降量变化而优化支撑压力来减轻。

[0170] 图4是示意地示出了在本发明的抛光设备第二实施例以横截面表示的抛光部分 和相应控制系统的示意图。如同图2所示的第一实施例,抛光部分包括顶圈和抛光台,图4 示意地示出了顶圈52’的一部分和抛光台54的横截面图,以及控制系统的示例。图5是当 沿着沿图4中的线DE的箭头D,E的方向观察时的横截面图。在图4和5中,与图2中的部 件相同或对应的部件用相同的附图标记来表示,并省略重复的描述。所以,下面的描述将集 中在本发明的第二实施例与第一实施例不同的方面。

[0171] 首先,第二实施例采用了由具有对抛光垫201加压的加压表面的多个加压部件构 成的保持环301,代替图2中的单个保持环203。具体地,保持环301由预定数目的独立加 压部件构成,所述加压部件沿晶片W的外围依次排布、且沿顶圈52’的中心轴线经过的平面 以预定角度互相分开。在图5中,保持环301由12个独立的加压部件301a-3011构成,它 们沿晶片W的外围依次排布、且沿顶圈52’的中心轴线经过的平面成30°C互相分开。如图 4和5所示,加压部件301a包括单个部件302,该部件302具有沿长度方向的弧形形状和矩 形横截面,该部件形成为使得其内周面沿着晶片W的外围延伸,在两者之间形成微小间隙。 虽然该实施例示出加压部件301a等包括单个部件的示例,但它们中的每一个都可以包括 复合部件,例如层叠部件等。部件302的下表面起着对抛光垫的一部分加压的加压表面的 作用,抛光垫的该部分环绕晶片W的将被抛光表面的外围,且下表面通常形成具有相同水 平的平整表面。其它加压部件301b-3011以与加压部件301a相同的方式形成。结果,12个 加压部件互相接触而形成具有矩形横截面的环部件,该环部件沿晶片W的外围设置,并在 两者之间形成微小间隙。

[0172] 而且,本发明的第二实施例包括由12个独立的子气囊组成的气囊303、和由12个 独立的子压力调节机构组成的压力调节机构304,代替图2中的单个气囊204,其中子气囊 可以分别独立地给加压部件301a-3011施加支撑压力,且子压力调节机构调节相应的子气 囊的压力。例如,加压部件301a设有子气囊和相关的子压力调节机构,使得供应给子气囊 的气压通过这一子气压调节机构来控制,从而独立地控制加压部件301a的支撑压力。在图4和5中所示的第二实施例中,由于施加给12个子气囊的气压通过分别相应设置的子压力 控制机构单独调节,12个加压部件301a-3011可以分别以独立的支撑压力压抛光垫201。

[0173] 在第二实施例中,控制单元208控制每个子压力控制机构,从而调节每个子气囊 的支撑压力。另一顶圈以与顶圈52’相同的方式构成和控制。控制单元208可以基于晶片 W的将被抛光表面上的滚降量的信息单独地控制与相应的加压部件301a-3011相关设置的 子气囊的气压,且分别调节相应加压部件的支撑压力,以将它们设为期望支撑压力。支撑压 力的这种设定类似于上面第一实施例中对保持环203的支撑压力的设定。

[0174] 从前面的描述可以理解,本发明的第二实施例也具有与上述第一实施例类似的优 点。而且,第二实施例可以参照根据基于分别与加压部件301a_3011相关的晶片W的区域 Wa-ffl的滚降量的信息、通过调节由相应的加压部件301a-3011施加给抛光垫的支撑压力 以将它们设定为期望支撑压力来应对沿圆周方向的滚降量变化。

[0175] 例如,加压部件301a的支撑压力设为与在晶片W的区域Wa内的将被抛光表面上 任意位置的AR0Q对应的支撑压力。类似地,加压部件301b的支撑压力设为与在晶片W的 区域Wb内的将被抛光表面上任意位置的A R0Q对应的支撑压力。这种操作针对所有的12 个加压部件301a_3011进行。虽然前面的描述已经给出了一种根据AR0Q设定支撑压力的 方法,但可以采用任何方法,只要该方法参照基于滚降量的信息控制支撑压力。例如,加压 部件301a的支撑压力可以设为与多个AR0Q的平均值对应的支撑压力,所述多个△ R0Q是 从晶片W的区域Wa内的将被抛光表面上的滚降量计算出的,且支撑压力可以类似的方式在 所有剩余的加压部件上设定。作为选择,支撑压力可以设为在与每一加压部件相关的晶片W 的每一区域内任一位置的R0A对应的支撑压力、或可以设为与晶片W的每一区域内的多个 R0A的平均值对应的支撑压力。这些方面也适用于稍后描述的相应实施例。

[0176] 上面描述的第一实施例和第二实施例涉及大直径抛光部件转动型抛光设备。下面 将描述本发明应用于小直径抛光部件转动扫描型抛光设备的实施例。同样,在该实施例中, 根据晶片的滚降量变化可以发现优化的抛光型面。

[0177] 图6是示意地示出了本发明的抛光设备第三实施例以横截面表示的抛光部分和 控制系统的示意图,图7是当沿着沿图6中的线JK的箭头J,K的方向观察时的横截面图。 与图2和4中的部件相同或对应的部件用相同的附图标记表示,且省略重复的描述。

[0178] 在第三实施例中,抛光部分包括晶片夹持单元和晶片抛光单元。作为适当地夹持 晶片W的晶片夹持单元,提供了真空卡盘401,如图6所示。制成圆盘状的真空卡盘401可 以利用能真空吸取而将晶片W保持在其顶面上的机构(未示出)真空吸取晶片W,其中晶 片W的将被抛光表面向上。轴402的一端固定在真空卡盘401的底面,轴402的下端连接 于电动机(未示出)。这样,随着电动机(未示出)沿图6中箭头F的方向转动轴402,真 空卡盘401也沿相同的方向转动。

[0179] 另一方面,晶片抛光单元包括抛光头和支撑部件,抛光头403具有位于作为抛光 部件的抛光面板207的下表面上的抛光垫201,如图6所示。在图6所示的示例中,双层抛 光垫用作抛光垫201,但本发明不限于这种。抛光头403由具有作为致动器的电动机的机构 (未示出)支撑,以便沿图6中的箭头G,H,I所示的方向转动、以及沿垂直方向和水平方向 摆动运动。抛光面板207被支撑而具有下列特性的角度。抛光垫201的直径小于晶片W的 直径。当晶片W抛光时,抛光头403沿箭头I的方向的摆动运动可以使抛光垫201的一部分如图6所示临时向右伸出晶片W的端部。图6示出了抛光垫201向右超出到其最大值。 抛光头403具有用于供应诸如浆液的抛光助剂的机构(未示出),该机构构造成使得抛光助 剂可以从穿过抛光面板207的下表面在转动中心形成的液体供应孔供应给抛光垫201和晶 片W。

[0180] 如图6和7所示,支撑部件404包括具有弧形形状和矩形横截面的单个部件 405 (图7),该部件沿晶片W的外围,在两者之间形成微小间隙。作为参考,部件405可包括 复合部件例如层叠部件等,代替单个部件。部件405的上表面起着以预定压力上推或支撑 超出晶片W的边缘的抛光垫201的一部分的支撑表面的作用,且通常形成具有相同水平的 平整表面,即,大体上平行于被真空卡盘401夹持的晶片W的将被抛光表面。在下文中,支 撑部件上推超出晶片W的边缘的抛光垫201的一部分的压力称作“支撑压力”。部件405优 选由例如诸如氧化锆、氧化铝等的陶瓷材料,或诸如环氧(EP)树脂、酚醛(PH)树脂、聚亚苯 硫化(PPS)树脂等制成。

[0181] 如图6所示,第三实施例设有高度调节机构406,该机构可以调节和设定支撑部件 404中支撑超出晶片边缘的抛光垫201的一部分的支撑表面的高度(S卩,在图6中沿垂直方 向部件405的顶面的位置)。在该实施例中,高度调节机构406的底面固定在基部(基部 部件)407上,且其顶面设有机械连接于支撑部件404、以便根据晶片W的将被抛光表面调 节和设定支撑部件404的支撑表面高度的机构。如图所示,支撑部件404独立于真空卡盘 401构成,且不与真空卡盘401 —起转动。

[0182] 用作高度调节机构406的可以是已知的高精度定位机构,例如,使用滚珠丝杠的 精确定位机构。如图6所示,在该实施例的抛光设备中,提供探针型、光学型、包括涡流传感 器的电子型、磁性型、电磁型、射流型等的位移测量仪103作为测量单元,用于获得与被真 空卡盘401夹持的晶片W的将被抛光表面的滚降量一致的信息。位移测量仪103依靠在真 空卡盘401上的晶片将被抛光表面上预定位置的基准点,测量在抛光之前由真空卡盘401 夹持的晶片W的将被抛光表面的滚降量。然而,测量滚降量的方法不限于这一种,而是例如 可以在晶片被真空卡盘401夹持之前测量晶片W的滚降量,从而发现晶片W的滚降量。至 于用于这一目的的测量装置,有例如Kabushiki Kaisha K0BELC0研究所的边缘滚降测量装 置(LER-100)等。作为选择,可以测量正被抛光的晶片的滚降量。晶片W的将被抛光表面 的高度可以利用真空卡盘401上的诸如晶片夹持表面、测量位置等的几何位置、以及在该 实施例的抛光设备中的位移测量仪103、或边缘滚降测量装置从晶片W的滚降量得知。在晶 片W的将被抛光表面上的滚降量用于通过控制单元208控制高度调节机构406,其中滚降量 是位移测量仪103的测量结果。

[0183] 本发明第三实施例的抛光设备的操作是通过控制单元208进行控制的。具体地, 控制单元208控制相应组件中的马达、位移测量仪103、用于将晶片W传递到真空卡盘401 的搬运机械人(未示出)、用于从真空卡盘401接收晶片W的搬运机械人(未示出)等来执 行下面的操作。随着晶片W被未示出的搬运机械人传递到真空卡盘401,位移测量仪103测 量被真空卡盘401夹持的晶片W的将被抛光表面上的滚降量。控制单元208根据晶片W的 将被抛光表面上的滚降量操作高度调节机构406,以调节支撑部件404的支撑表面的高度, 从而将支撑表面设定到期望高度。下面将描述支撑部件404的支撑表面的高度设定及产生 的效果。作为选择,部件405的支撑表面的高度可以通过对基于晶片W的厚度设定的高度校正与滚降量一致的高度而设定。

[0184] 如图6所示,通过在抛光头403以预定压力压在晶片W的将被抛光表面上的同时, 转动和摆动(即,扫描)抛光头403进行晶片W的抛光。当晶片W转动且卡盘401也转动 而执行晶片W与抛光头403之间的相对运动时,将抛光助剂从抛光头403如上所述供应到 晶片W上。因此,抛光助剂在晶片W上散布,并进入抛光垫201与晶片W之间,伴随着抛光 头403和晶片W的相对运动,从而抛光晶片W的将被抛光表面。另一种方式描述是,通过抛 光头201和晶片W的相对运动进行的机械抛光与抛光助剂的化学作用协同工作以抛光晶片 W。对于本领域的技术人员来说明显的是,抛光条件,诸如抛光助剂和抛光垫201的类型、抛 光头403和真空卡盘401的转动速度、抛光头403的摆动速度、摆动量等设为适于将被抛光 表面平面化的那些。

[0185] 作为选择,滚降量可以通过位移测量仪103在被抛光的晶片W的将被抛光表面上 依次测量,从而调节支撑部件404的支撑表面的高度,以符合测量结果,而将支撑表面设为 期望高度。已经抛光的晶片W被机械人(未示出)运送到进行清洗步骤等的位置。

[0186] 这里将描述设定支撑部件404的支撑表面高度的示例性方法及其产生的效果。为 便于描述,假定在晶片W的中心将被抛光表面的高度定义为零,当抛光垫的抛光表面(换言 之,支撑部件404的支撑表面)高于将被抛光表面的高度时加上符号“ + ”,当抛光垫的抛光 表面(换言之,支撑部件404的支撑表面)低于将被抛光表面的高度时加上符号“-”。作为 参考,依靠这种方法表示出图8中水平轴上数值(支撑表面的高度)的符号。

[0187] 首先描述的是设定支撑部件404的支撑表面高度的示例方法。假定晶片W的将被 抛光表面的滚降量在晶片中心为R0Q0,在离晶片边缘间隔1mm的位置为R0Q1。R0Q1可以是 在晶片W上沿圆周方向上几个点的平均值、或仅在一个点处用作代表值的值。首先,计算离 晶片边缘间隔1mm的位置处的滚降量与晶片中心的滚降量之间的差值AR0Q = R0Q1-R0Q0。 接着,根据使边缘排除内的区域在抛光后变平整而预先建立的AR0Q与支撑表面的高度之 间的关系,发现与计算出的AR0Q对应的支撑表面高度。最后,控制单元208将支撑部件 404的支撑表面的高度设定为以前述方式发现的高度。

[0188] 现在将描述使边缘排除内的区域变平整而预先建立AR0Q与支撑表面高度之间 的关系一种方法的示例。图8示出了当AR0Q = 0. 5 iim的晶片上边缘排除选为2mm时最 大抛光速率和最小抛光速率的相对值与支撑表面高度之间关系。在通常的抛光过程中,不 能形成几何上完美的平整表面,但在半导体器件制造工艺中,例如平版印刷工艺等,抛光到 实际上足够的平整度是可以满足的。所以,在下面的描述中假定被抛光到实际上足够的平 整度的表面称作“平整表面”。而且,已经从经验上认识到通过选择抛光速率变化的容许 误差的适当值,被抛光表面在抛光后可以具有足够的平整度。所以,可以说当最大抛光速 率和最小抛光速率落入抛光速率变化的容许误差内时,边缘排除内的区域将在抛光后变平 整。所以,在图8的情况中,当抛光速率变化的容许误差选择为例如抛光速率的相对值中的 1. 0士0. 1时,如果支撑表面的高度设为落入约-3. 3 y m至-3. 7 y m的范围内,边缘排除内的 区域将变平整。

[0189] 不同的AR0Q将导致最大抛光速率和最小抛光速率的相对值与支撑表面高度之 间的不同关系。所以,当已经以前面的方式发现了每一 AR0Q的支撑表面高度时,可以预先 建立AR0Q和支撑表面高度之间的关系,使得边缘排除内的区域变平整。然而,由于难以计算所有AR0Q的支撑表面高度,所以实际上针对几个点处的AR0Q计算支撑表面高度,然后 在这些点之间利用插值公式插值。

[0190] 前面的设定支撑表面高度的示例利用离晶片边缘间隔1mm的位置处的滚降量与 晶片中心处的滚降量之间的差值AR0Q。然而,支撑表面高度的设定不限于参照前面的 A R0Q设定,而是可以参照非专利文献2中描述的R0A设定、或参照当滚降量通过诸如多项 式的近似公式取近似值时的系数,因为它仅需要是基于滚降量的信息。而且,为便于描述, 支撑表面的高度基于晶片W中心的将被抛光表面的高度,但可以基于晶片W的将被抛光表 面上任意位置处的高度。然而,支撑表面的高度优选基于在晶片W的将被抛光表面被看作 变为平整的位置处的高度。

[0191] 有关使边缘排除内的区域变平整而预先建立的A R0Q与支撑表面之间关系的信 息被存储在存储介质209中。控制单元208包括用于存取存储介质209内存储的信息的程 序,以根据由位移测量仪103获得的晶片W的将被抛光表面上滚降量的测量结果来控制支 撑表面的高度。除了上述的信息和程序之外,存储介质209可以存储用于根据由位移测量 仪103获得的晶片W的将被抛光表面上的滚降量的测量结果来控制支撑表面高度的程序。 存储介质209也可以存储用于控制在相应的组件中的马达、位移测量仪103和搬运机械人 的程序。存储介质209可以与控制单元208物理上独立、或可以物理上集成在控制单元208 中。

[0192] 当支撑部件404的支撑表面高度以前面的方式被设定时,在抛光过程中晶片W较 小地受到抛光头403的抛光垫201的回弹影响,因此从这一方面可以减小边缘排除,以及抛 光晶片而使其变平整,而与滚降量无关。而且,由于抛光头403大体上不倾斜,所以边缘首 先被减小,导致边缘排除进一步减小。

[0193] 在本发明的第三实施例中,由于支撑部件404的高度根据由位移测量仪103获得 的晶片W的将被抛光表面上的滚降量进行调节,所以支撑部件404的高度可以参照晶片W 的将被抛光表面设为期望高度,而不管单个晶片W的滚降变化,从而适当地展现预定的优 点。具体地,通过根据晶片W的滚降量变化优化支撑部件404的高度,晶片W可以较小地受 到抛光头403的抛光垫201的回弹影响。

[0194] 在本发明的第三实施例中,支撑部件404仅位于抛光头403的抛光垫201相对于 真空卡盘401超出晶片W的位置,但支撑部件404可以用沿真空卡盘401支撑的晶片W的 整个外围的环形形状布置的支撑部件代替。在这种情况下,该支撑部件可以独立于真空卡 盘401,从而不随真空卡盘401转动,如同上述的支撑部件。在后面的情况下,与为支撑部件 设置的高度调节机构406对应的高度调节机构的基部可以固定于真空卡盘401上。

[0195] 图9(a)和9(b)是示意地示出了本发明的抛光设备第四实施例中抛光单元的支撑 部件和晶片W的示意图,且与图7对应。下面将描述本发明的第四实施例与上述第三实施 例的不同方面。

[0196] 在第四实施例中,图7所示的支撑部件404被由三个独立的支撑元件501a,501b, 501c组成的环形支撑部件501代替,这些支撑元件依次排布以环绕晶片W的外围,且以 120°间隔互相分离,用于支撑朝向晶片W的外围伸展超出的抛光垫201的一部分,如图 9(a)和9(b)所示。如图9(a)所示,支撑元件501a具有弧形形状,其内周面与真空卡盘401 夹持的晶片W的外围一致,且由矩形截面的单个部件组成。支撑部件501的顶面用作支撑表面的一部分,该部分用于支撑超出晶片W的边缘的抛光垫201的一部分,该顶面通常形成 具有相同水平的平整表面,即,大体上与真空卡盘401的晶片夹持表面相同的平整表面。剩 余的支撑元件501b,501c也以与支撑部件501a类似的方式构造。

[0197] 由于支撑部件501如上所述构造,所以除了与图6中的高度调节机构406对应的 高度调节机构之外,为相应的支撑元件501a-501c设置移动机构(未示出),以便独立地调 节和设定相应的支撑元件的顶面高度。每个移动机构构造成用于使相应的支撑元件平行于 晶片W的将被抛光表面并沿绕晶片W的径向方向运动,从而使相应的支撑元件可以保持在 图9

[0198] (a)所示的第一位置和图9(b)所示的第二位置。在该实施例中高度调节机构和移 动机构可以用已知的定位机构实现。

[0199] 为支撑元件501a设置的移动机构包括直接或间接固定于真空卡盘401或轴402 上的基部单元;和用于固定为支撑元件501a设置的高度调节机构的可动单元。为支撑元件 501a设置的高度调节单元又包括直接或间接固定于为支撑元件501a设置的移动机构上的 基部单元;和用于固定支撑元件501a的可动单元。所以,在该实施例中,支撑元件501a、移 动机构、和高度调节机构与真空卡盘401 —起转动。分别为支撑元件501b,501c设置的移 动机构和高度调节机构也以类似的方式单独构成。相应的移动机构和高度调节机构的操作 通过控制单元208控制。

[0200] 在本发明的第四实施例中,在相应的支撑元件501a-501c已经运动到第二位置之 后,晶片W通过未示出的搬运机械人装载到真空卡盘401中,如图9(b)所示。因此,支撑元 件501a-501c将不阻碍晶片W的装载。在晶片W被真空卡盘401夹持的情况下,位移测量 仪103测量晶片W的将被抛光表面上的滚降量。控制单元208利用基于晶片W的将被抛光 表面上滚降量的信息操纵分别与支撑元件501a-501c相应设置的高度调节机构,从而分别 调节支撑元件501a-501c的顶面高度,以将它们设为期望高度。设定这些高度的方式与本 发明的第三实施例中支撑部件404的高度设定类似。随后,控制单元208控制相应的移动 机构,将支撑元件501a-501c移动到图9(a)所示的第一位置。结果,在支撑元件501a-501c 的内周侧与晶片W的外围之间大体上不存在间隙。保持这种状态,直到抛光结束。

[0201] 接着,通过抛光进行平面化处理。已经抛光的晶片W被卸载,并被搬运机械人(未 示出)运送到一个未示出的位置,在该位置处进行清洗步骤等。晶片W在相应的支撑元件 501a-501c已经移动到如图9(b)所示的第二位置之后被卸载。同样,由于相应的支撑元件 501a-501c不阻碍晶片W的卸载,所以晶片容易卸载。

[0202] 从前面的描述可以理解,本发明的第四实施例也产生了与上述第三实施例等同的 优点。而且,根据第四实施例,与第三实施例相比,可以减轻在晶片W的边缘出现的抛光垫 201的回弹影响。具体地,在第三实施例中,在支撑部件404和晶片W之间存在间隙G(参 见图6),所以尽管微小,但这个间隙造成在晶片W的边缘出现抛光垫201的回弹影响。另 一方面,在第四实施例中,由于晶片W在支撑元件501a-501c的内周和晶片W的外围之间没 有间隙的情况下被抛光,如图9(a)所示,所以可以进一步减轻在晶片W的边缘出现的抛光 垫201的回弹影响、进一步减小边缘排除、且进一步改善抛光之后的晶片平整度。而且,根 据第四实施例,晶片W在支撑元件501a-501c离开晶片W外围的情况下被装载和卸载,如图 9(b)所示,所以晶片W可以容易地被装载和卸载。[0203] 通过利用图9(b)所示的相应区域Wa,ffb, ffc中滚降量的信息,分别调节支撑元件 501a-501c顶面的高度,并将它们设为期望高度,也可以减轻圆周方向上滚降量的变化。例 如,支撑元件501a的高度设为与在晶片W的区域Wa内将被抛光表面上任意位置的A R0Q 对应的支撑表面的高度。类似地,支撑元件501b的高度设为与在晶片W的区域Wb内将被 抛光表面上任意位置的AR0Q对应的支撑表面的高度,支撑元件501c的高度设为与在晶 片W的区域Wc内被抛光表面上任意位置的AR0Q对应的支撑表面的高度。然而,代替根据 AR0Q设定支撑表面的高度,根据基于滚降量的信息可以控制支撑表面的高度,且可以使用 任意的方法。例如,支撑表面的高度可以设定为与从晶片W的区域Wa内将被抛光表面上的 滚降量计算出的多个AR0Q的平均值对应的支撑表面的高度、或与在晶片W的区域Wa内任 意位置的R0A对应的支撑表面的高度、或与晶片W的区域Wa内的多个R0A的平均值对应的 支撑表面的高度。这些方面也适用于稍后描述的各实施例。

[0204] 而且,如图10所示,相应的支撑元件501a-501c可以构造成由多个支撑件 501al-501a4, 501bl_501b4,501cl_501c4组成的部件,它们能独立地控制支撑表面的高度。 这样,可以进一步抑制由于圆周方向上滚降量的变化造成的抛光量的变化。同样,在图10 所示的构造中,分别构成支撑元件501a-501c的每个支撑件501al-501a4,501bl-501b4, 501cl-501c4设有移动元件,用于在晶片为中心的径向方向上沿晶片的将被抛光表面移动 相应的支撑件,使得其选择性地保持在如图9(a)所示的第一位置和如图9(b)所示的第二 位置。类似地,每个支撑件501al-501a4,501bl_501b4,501cl_501c4设有用于独立设定支 撑表面的高度的高度调节机构。如上所述,这种高度调节机构和移动机构可以用已知的定 位机构实现。

[0205] 图11是示意地示出了本发明的抛光设备第五实施例以横截面表示的抛光部分和 控制系统,且与图6对应。在图11中,与图2和4中的部件相同或对应的部件用相同的附 图标记来表示,且省略其重复描述。图11示出了抛光垫201向右伸出至其最大值。

[0206] 下面描述本发明的第五实施例与参照图6描述的第三实施例的不同方面。在图6 的第三实施例中,参照基于晶片W的将被抛光表面上的滚降量的信息,支撑部件404的支撑 表面的高度被设为期望高度,以减轻由于滚降量的变化造成的抛光量的变化。在图11的 第五实施例中,另一方面,利用基于晶片W的将被抛光表面上的滚降量的信息,由支撑部件 404施加给抛光垫的支撑压力通过压力调节机构601被设为期望压力,而减轻由于滚降量 的变化造成的抛光量的变化。

[0207] 在图12中示出了压力调节机构601的示例。在图12中,压力调节机构601包括 固定在基部部件407上的气压缸602 ;以及气压缸602的推杆603,其中推杆603具有连接 于支撑部件404的一端。支撑部件404具有连接于引导部件的一侧表面,该引导部件用于 沿推杆603的轴向方向引导支撑部件404。压力调节机构601可以将支撑部件404压在抛 光垫201上的支撑压力调节为期望值。应注意的是,压力调节机构601的构造不限于图12 所示的那种,而是可以采用多种机构。

[0208] 在图11所示的第五实施例中,支撑部件404的支撑压力可以通过与前面描述的第 一实施例类似的方法设定,且当抛光垫201超出晶片W时,控制单元208将支撑部件404的 支撑压力设定为预定接触压力。然而,当抛光垫201没有超出晶片W时,不需要施加支撑压 力,在这种情况下,支撑部件404的支撑表面的高度可以通过压力调节机构601保持大体上与晶片W相同。

[0209] 可以采用与前面结合第一实施例描述的相同的方法,用于预先建立AR0Q与支撑 压力之间的关系使得边缘排除内的区域变平整。类似于第一实施例,有关使边缘排除内的 区域变平整的A R0Q和支撑压力之间关系的信息被存储在存储介质209内。控制单元208 存取存储在存储介质209内、为使边缘排除内的区域变平整而预先建立的AR0Q和支撑压 力之间关系的信息,以基于通过位移测量仪103获得的晶片将被抛光表面上滚降量的测量 结果控制支撑压力。存储在存储介质209内的信息与结合第一实施例描述的相同。如上所 述,存储器件209可以物理上独立于控制单元208设置、或可以物理上集成在控制单元208 内。

[0210] 如同第一实施例,通过根据晶片W的滚降量进行优化,本发明的第五实施例也可 以减轻由于抛光头403的抛光垫201的回弹而对晶片W产生的影响。

[0211] 现在,将参照图13描述本发明的抛光设备的第六实施例。在第六实施例中,设 有压力调节机构,代替参照图9描述的第四实施例的抛光设备中用于调节相应支撑元件 501a-501c的支撑表面高度的高度调节机构。下面将描述第六实施例与图9的第四实施例 不同的方面。在第四实施例中,相应支撑元件501a-501c的支撑表面的高度参照基于晶片W 的将被抛光表面的滚降量的信息设定,从而减轻由于滚降量变化造成的抛光量变化。另一 方面,在图13所示的第六实施例中,通过相应的支撑元件501a-501c施加给抛光垫的支撑 压力通过与相应支撑元件相关设置的压力调节机构设定为期望压力,从而减轻由于滚降量 变化造成的抛光量变化。参照基于晶片W的将被抛光表面上的滚降量的信息将相应支撑元 件501a-501c的支撑压力设为期望压力的方法类似于结合第一实施例、第二实施例和第五 实施例描述的那些方法。

[0212] 图13是示出了本发明的抛光设备的第六实施例中移动机构和压力调节机构的示 例性构造的示意图,显示了为支撑元件501a-501c中的支撑元件501a设置移动机构701和 压力调节机构702的示例。其余支撑元件501b,501c设有类似的机构。

[0213] 为支撑元件501a设置的移动机构701包括汽缸703、连接部件704和阻挡件705。 汽缸703的缸体706构造成通过基部部件407引导可沿图13中的水平方向运动,即晶片W 的径向方向运动。连接部件704将汽缸703的活塞杆707的前端连接于基部部件407。连 接部件704还起着用于限制缸体706在图13中向右运动的阻挡件的作用。缸体706被连 接部件704限制的位置对应于图9(b)中示出的第二位置。阻挡件705固定于基部部件407 上,且用于限制汽缸706在图13中向左运动。缸体706被阻挡件705限制的位置对应于图 9(a)所示的第一位置。

[0214] 通过缸体706内的活塞708在两侧限定的气密腔室709,710分别与未示出的空气 通道连通,这些空气通道可以通过开关阀(未示出)在两状态之间转换。一种状态是气密 腔室709泵成真空,而气密腔室710通向大气,从而使每一个支撑部件501a-501c运动到第 一位置(缸体706邻靠阻挡件705的位置);另一种状态是气密腔室709通向大气,而气密 腔室710泵成真空,从而使支撑元件501a-501c运动到第二位置(缸体706邻靠连接部件 704的位置)。

[0215] 在图13所示的构造中,压力调节机构702包括固定于缸体706的气压缸711 ;气 压缸711的推杆712 ;以及用于引导支撑元件501a的垂直运动的引导件713。推杆712具有固定于支撑元件501a的上端。通过这样设计压力调节机构702,可以调节支撑元件501a 上推抛光垫201的支撑压力,并将其设为期望值。如所知,压力调节机构702的构造不限于 图13所示的,而是可以使用多种其它机构代替。

[0216] 图13所示的第六实施例也提供了与第五实施例的那些类似的优点。而且,根据第 六实施例,与第五实施例相比,可以减轻出现在晶片W边缘上的抛光垫回弹的影响。具体 地,在第五实施例中,在支撑部件404和晶片W之间存在间隙G,该间隙尽管微小,但导致产 生出现在晶片W边缘上的抛光垫201的回弹影响。另一方面,在第六实施例中,由于在相应 的支撑元件501a-501c的内周与晶片W的外围之间没有间隙,如第四实施例的情况,所以可 以进一步减轻出现在晶片W边缘的抛光垫201的回弹影响。而且,根据第六实施例,晶片W 可以容易地装载和卸载,如在第四实施例中。以类似于第四实施例的方式,通过利用基于图 9(b)所示晶片W的相应区域Wa-Wc中滚降量的信息,调节相应支撑元件501a-501c的支撑 压力、并将它们设为期望压力,也可以减轻由于圆周方向上滚降量的变化造成的影响。

[0217] 此外,如同第四实施例,通过使每个支撑元件501a-501c由多个能独立控制支撑 压力的支撑元件构成、且为每个支撑元件设置压力调节机构,可以进一步抑制由于圆周方 向上滚降量的变化造成的抛光量变化。

[0218] 图14是示意地示出了本发明的抛光设备第七实施例中以横截面表示的抛光部分 和控制系统的示意图。如同图2所示的第一实施例,抛光部分包括顶圈和抛光台。图14示 意地示出了顶圈52和抛光台54的一部分的横截面图和控制系统的示例。在图14中,与图 2中的那些相同或对应的部件用相同的附图标记表示,且省略其重复描述。所以,下面的描 述将集中在第七实施例与第一实施例的不同方面。

[0219] 首先,在第七实施例中,顶圈52具有同心地分成多个隔室的气囊802,代替图2中 的单个气囊202,且看起来象型面控制型顶圈。顶圈52具有四个气囊:中心圆盘形气囊Z1、 环绕气囊Z1的环形气囊Z2、环绕气囊Z2的环形气囊Z3、和环绕气囊Z3的环形气囊Z4。由 相应气囊提供给晶片W的区域的加压压力可以通过控制相应气囊内的气压而独立调节。当 人们希望降低晶片W的边缘区域的抛光速率时,气囊Z4的气压可以通过压力调节机构806 减小,从而减小作为边缘区域的加压部分的加压压力。加压压力通常为大体上与大气压力 相同的压力。

[0220] 这样,利用如图14所示的型面控制型顶圈,通过调节相应气囊的空气压力可以控 制抛光速率的径向分布。因此,通过根据滚降量调节作为晶片边缘区域的加压部分的加压 压力,可以应对滚降量的变化。在下面的描述中,作为晶片边缘区域的加压部分称作“边缘 区域”。

[0221] 这里将描述设定边缘区域的加压压力即气囊Z4的空气压力的方法示例。为便于 描述,假定除了与边缘区域相关的加压部分之外的加压部分的加压压力(即气囊Z1,Z2,Z3 的相应空气压力)与保持环的加压接触压力相同,且在边缘区域的加压压力表示为压力的 相对值。假定晶片W的将被抛光表面的滚降量在晶片中心处为R0Q0,在离晶片边缘间隔1mm 的位置为R0Q1。R0Q1可以是圆周方向上晶片W上几个点处的平均值、或仅在一个点处用作 代表值的值。

[0222] 首先,计算离晶片边缘间隔1mm的位置处的滚降量与晶片中心处的滚降量之间的 差值AR0Q = R0Q1-R0Q0。接着,根据使边缘排除内的区域在抛光后变平整而预先建立的

27AR0Q与边缘区域加压压力之间的关系发现与计算出的AR0Q对应的加压压力。最后,控制 单元208将气囊Z4的空气压力设为已经在前面发现的压力。

[0223] 这里将描述使边缘排除内的区域变平整而预先建立A R0Q和边缘区域加压压力 之间关系的方法示例。图15示出了当AR0Q = 0.5iim的晶片上边缘排除选为2mm时最 大抛光速率和最小抛光速率的相对值与在边缘区域的加压压力(边缘区域加压压力)之 间的关系。在通常的抛光过程中,不能形成几何上完美的平整表面,但在半导体器件制造工 艺中,例如平版印刷工艺等,抛光到实际上足够的平整度是可以满足的。所以,在下面的描 述中假定被抛光到实际上足够的平整度的表面称作“平整表面”。而且,已经从经验上认识 到通过选择抛光速率变化的容许误差的适当值,被抛光表面在抛光后可以具有足够的平整 度。所以,可以说当最大抛光速率和最小抛光速率落入抛光速率变化的容许误差内时,边缘 排除内的区域将在抛光后变平整。所以,在图15的情况中,当抛光速率变化的容许误差选 择为例如抛光速率的相对值中的1.0士0. 1时,可以看出如果边缘区域的加压压力设定在 比抛光压力高约0. 80倍和0. 94倍之间,则边缘排除内的区域将变平整。

[0224] 不同的A R0Q将导致最大抛光速率和最小抛光速率的相对值与边缘区域加压压 力之间的不同关系。所以,当已经以前面的方式发现了每一 A R0Q的边缘区域的加压压力 时,可以预先建立AR0Q与边缘区域加压压力之间的关系,使得边缘排除内的区域变平整。 然而,由于难以计算所有AR0Q的边缘区域的加压压力,所以实际上针对几个点处的AR0Q 计算边缘区域加压压力,然后在这些点之间利用插值公式插值。

[0225] 前面的设定边缘区域加压压力的示例利用离晶片边缘1mm间隔的位置处的滚降 量与晶片中心处的滚降量之间的差值AR0Q。然而,边缘区域加压压力的设定不限于参照前 面的A R0Q设定,而是可以参照非专利文献2中描述的R0A设定、或参照当滚降量通过诸如 多项式的近似公式取近似值时的系数,只要它是基于滚降量的信息。

[0226] 有关使边缘排除内的区域变平整而预先建立的A R0Q与边缘区域加压压力之间 关系的信息被存储在存储介质209中。因此,控制单元208基于由位移测量仪103获得的 晶片W的将被抛光表面上滚降量的测量结果、利用使边缘排除的区域变平整而预先建立的 A R0Q与边缘区域加压压力之间关系的信息、和存取该信息的程序,控制边缘区域的加压压 力。除了上述的信息和程序之外,存储介质209可以存储根据通过位移测量仪103获得的晶 片W的将被抛光表面上的滚降量测量结果来控制边缘区域加压压力的程序。存储介质209 也可以存储用于控制在相应的组件中的马达、位移测量仪103和搬运机械人的程序。存储 介质209可以与控制单元208物理上独立、或可以物理上集成在控制单元208中。

[0227] 从前面的描述可以理解,在本发明的第七实施例中,抛光垫201的回弹对晶片W的 影响可以通过根据晶片W的滚降量变化而优化边缘区域加压压力来减轻。

[0228] 已经利用具有四个同心分隔的气囊给出了前面的描述。然而,型面控制型顶圈是 具有多个加压隔室的顶圈的类属名。具体地,作为型面控制型顶圈,可以使用具有多个加压 部分的顶圈,其中加压部分使用由多个膜同心分隔的气背或水背,可以使用具有通过单独 地对分区的空气隔室施加压力而通过空气压力直接压晶片后表面的多个部分的顶圈,可以 使用具有用弹簧产生压力的部分的顶圈,可以使用具有通过设置一或多个压电元件的局部 加压部分的顶圈,或可以使用它们的组合。

[0229] 这里气背指的是通过空气产生的对晶片加压的背压,且不限于作为施加装置的气囊。类似地,水背指的是通过流体(水)产生的对晶片加压的背压,且不限于作为施加装置 的水袋。

[0230] 图16是示意地示出了本发明的抛光设备第八实施例中以横截面表示的抛光部分 和相应控制系统的示意图。本发明的第八实施例是第一实施例与第七实施例的组合。具体 地,本发明的第八实施例可以通过调节和优化保持环的加压接触压力以及边缘区域的加压 压力来减轻由于滚降量变化造成的抛光速率的变化。

[0231] 这里将描述设定保持环203的加压接触压力和边缘区域的加压压力(即,气囊Z4 的气压)的方法示例。假定晶片W的将被抛光表面的滚降量在晶片中心是R0Q0,在离晶片 边缘1mm间隔的位置是R0Q1。R0Q1可以是圆周方向上晶片W上几个点处的平均值、或仅在 一个点处用作代表值的值。

[0232] 首先,计算离晶片边缘间隔1mm的位置处的滚降量与晶片中心处的滚降量之间的 差值AR0Q = R0Q1-R0Q0。接着,根据使边缘排除内的区域在抛光后变平整而预先建立的 AR0Q、保持环的加压接触压力和边缘区域加压压力之间的关系,发现与计算出的AR0Q对 应的保持环203的加压接触压力和边缘区域的加压压力。最后,控制单元208将保持环203 的加压接触压力和气囊Z4的空气压力设为已经在前面发现的压力。

[0233] 这里将描述使边缘排除内的区域变平整而预先建立A R0Q、保持环的加压接触压 力和边缘区域加压压力之间关系的方法示例。图17示出了当AR0Q = 0.5i!m的晶片上边 缘排除选为2mm时,对于抛光速率的变化来说最大抛光速率和最小抛光速率的相对值落入 容许误差的1.0士0. 1时,保持环的加压接触压力和边缘区域加压压力之间的关系。图17 是通过改变保持环的加压接触压力和边缘区域的加压压力,同时除了边缘区域之外的加压 部分的加压压力(即,气囊Z1,Z2,Z3的相应气压)保持不变而发现的关系图。

[0234] 具体地,采用试验来设计保持环的加压接触压力和边缘区域的加压压力的组合。 接着,采用利用有限元方法的数值分析获得每一组合中的接触压力分布,从而发现边缘排 除内的最小相对接触压力和最大相对接触压力。最小相对接触压力和最大相对接触压力 分别变成最小抛光速率的相对值和最大抛光速率的相对值。然后,采用反应表面研究法获 得保持环的加压接触压力和边缘区域的加压压力,从而使最小相对抛光速率和最大相对抛 光速率的相对值在1.0士0. 1内。在上述过程中,可以采用例如Minitab Inc.公司生产的 MmiTAB的商业软件进行试验设计和反应表面研究法。

[0235] 如前所述,如果最大抛光速率和最小抛光速率都落入抛光速率的容许误差内,边 缘排除内的区域在抛光后变平整。所以,在图17的情况中,如果保持环的加压接触压力和 边缘区域加压压力落入空区域,则边缘排除内的区域将在抛光后变平整。

[0236] 不同的AR0Q将导致保持环的加压接触压力与边缘区域加压压力之间的不同关 系,其中最大抛光速率和最小抛光速率的相对值落入抛光速率的容许误差内。所以,当已 经以前面的方式发现了每一 AR0Q的保持环的加压接触压力和边缘区域加压压力时,可以 预先建立AR0Q、保持环的加压接触压力与边缘区域加压压力之间的关系,使得边缘排除内 的区域变平整。然而,由于为难以计算所有AR0Q的保持环的加压接触压力和边缘区域加 压压力,所以实际上针对几个点处的AR0Q计算保持环的加压接触压力和边缘区域加压压 力,然后在这些点之间利用插值公式插值。

[0237] 前面的设定保持环的加压接触压力和边缘区域加压压力的示例利用离晶片边缘间隔1mm的位置处的滚降量与晶片中心处的滚降量之间的差值AR0Q。然而,边缘区域加压 压力的设定不限于参照前面的A R0Q设定,而是可以参照非专利文献2中描述的R0A设定、 或参照当滚降量通过诸如多项式的近似公式取近似值时的系数,只要它是基于滚降量的信 肩、o

[0238] 关于使边缘排除内的区域变平整而预先建立的A R0Q、保持环的加压接触压力与 边缘区域加压压力之间关系的信息被存储在存储介质209中。因此,控制单元208根据由 位移测量仪103获得的晶片W的将被抛光表面上滚降量的测量结果、利用使边缘排除内的 区域变平整而预先建立的AR0Q、保持环的加压接触压力和边缘区域加压压力之间关系的 信息、和存取该信息的程序,控制保持环的加压接触压力和边缘区域加压压力。除了上述的 信息和程序之外,存储介质209可以存储根据通过位移测量仪103获得的晶片W的将被抛 光表面上的滚降量测量结果来控制保持环的加压接触压力和边缘区域加压压力的程序。存 储介质209也可以存储用于控制在相应的组件中的马达、位移测量仪103和搬运机械人的 程序。存储介质209可以与控制单元208物理上独立、或可以物理上集成入控制单元208 中。

[0239] 从前面的描述可以理解,在本发明的第八实施例中,抛光垫201的回弹对晶片W的 影响可以通过根据晶片W的滚降量变化而优化保持环的加压接触压力和边缘区域加压压 力来减轻。

[0240] 至此前面的描述已经给出了通过优化支撑部件的支撑表面上的支撑压力(保持 环加压接触压力)、支撑表面的高度、型面控制型顶圈中边缘区域的加压压力等,减轻由于 滚降量变化而造成的抛光速率变化的方法和设备。虽然至此没有提到抛光部件,但现在 已经发现由于支撑压力等的变化造成的抛光速率的变化很大地影响抛光部件的弹性模量 (压缩模量、或杨氏模量)和厚度。因此,作为勤勉研究的结果,已经发现存在着适于以实际 上足够的平整度通过这些方法抛光的抛光材料的弹性模量和厚度。为了发现适当抛光部件 的弹性模量和厚度,通过试验设计计算条件,且其结果通过反应表面研究法进行分析。

[0241] 图18是示出了单层垫中适当抛光部件的弹性模量和厚度的范围的示意图。空区 域表示适于本发明的方法的弹性模量和厚度的范围,其中最大抛光速率的相对值等于或小 于1. 1,最小抛光速率的相对值等于或大于0. 9。这一范围用公式1和公式2表示:

[0242]公式 1 :0. 9 ^ 0. 88+0. 0336Y+0. 000259X-0. 0063Y2_0. 000021X2+0. 0004XY,以及

[0243]公式 2 :1. 1 ^ 1. 19-0. 153Y+0. 0022X+0. 025Y2+0. 000032X2_0. 00041XY

[0244] 其中X是弹性模量[MPa],Y是厚度[mm]。空区域表示满足公式1和公式2的弹 性模量和厚度的范围。

[0245] 图19是类似地示出了单层垫中抛光部件的弹性模量和厚度的适当范围的图。 空区域表示最大抛光速率的相对值等于或低于1. 06、最小抛光速率的相对值等于或大于 0.94的范围,且表示用于本发明的方法的弹性模量和厚度的更适当的范围。该范围用公式 3和公式4表示:

[0246]公式 3 :0. 94 ( 0. 88+0. 0336Y+0. 000259X-0. 0063Y2_0. 000021X2+0. 0004XY,以及

[0247]公式 4 :1. 06 ^ 1. 19-0. 153Y+0. 0022X+0. 025Y2+0. 000032X2_0. 00041XY

[0248] 其中X是弹性模量[MPa],Y是厚度[mm]。空区域表示满足公式3和公式4的弹 性模量和厚度的范围。

30[0249] 图20是示出了当对从图18和19中的空区域选择的单层垫的弹性模量和厚度进 行数值分析时最大抛光速率的相对值和最小抛光速率的相对值的表。可以看出当弹性模量 和厚度是从图18和19的空区域选择时,最大抛光速率和最小抛光速率落入期望抛光速率 范围内。

[0250] 图21至24是示出了双层垫中的抛光部件弹性模量和厚度的适当范围的图例。在 此假定与被抛光物体接触的层称作“上垫层”,另一层称作“下垫层”。可以理解,在双层垫 中,下垫层的厚度没有明显地影响由于支撑压力的变化等造成的抛光速率的变化。所以,作 为用于本发明的方法的适当双层垫,上垫层的弹性模量Xu[MPa]、上垫层的厚度[mm]、和下 垫层的弹性模量Xd[MPa]满足:

[0251]公式 5 :0. 9 彡 0. 763-0. 0031Xu+0. 0281Xd+0. 0323Yu+0. 000018Xu2-0. 0008Xd2-0. 0 017Yu2+0. 00011XuXd+0. 000097XuYu_0. 0017XdYu,以及

[0252]公式 6 :0. 9 ≤ 0. 877+0. 0023Xu+0. 055Yu+0. 0000055Xu2+0. 00032Xd2-0. 0052Yu2-0. 000099XuXd+0. 00072XuYu_0. 00137XdYu ^ 1. 1

[0253] 图21是满足公式5和公式6的范围示例。图21中的空区域示出了当下垫层的弹 性模量固定在12MPa时上垫层的弹性模量和厚度的适当范围。图22又示出了满足公式5 和公式6的另一范围示例。图22中的空区域示出了当上垫层的弹性模量固定在lOMPa时 下垫层的弹性模量和上垫层的厚度的适当范围。

[0254] 而且,作为另一用于本发明的方法的适当的双层垫,上垫层的弹性模量Xu[MPa]、 上垫层的厚度Yu[mm]和下垫层的弹性模量Xd[MPa]的范围满足:

[0255]公式 7 :0. 94 ≤ 0. 763-0. 0031Xu+0. 0281Xd+0. 0323Yu+0. 000018Xu2-0. 0008Xd2-0. 0017Yu2+0. 00011XuXd+0. 000097XuYu_0. 0017XdYu,以及

[0256]公式 8 :0. 94 ≤ 0. 877+0. 0023Xu+0. 055Yu+0. 0000055Xu2+0. 00032Xd2_0. 0052Yu2_0 .000099XuXd+0. 00072XuYu_0. 00137XdYu ≤ 1. 06

[0257] 图23是满足公式7和公式8的范围的示例。图23中的空区域示出了当下垫层的 弹性模量固定在12MPa时上垫层的弹性模量和上垫层的厚度的适当范围。图24又示出了 满足公式7和公式8的另一范围示例。图24中的空区域示出了当上垫层的弹性模量固定 在lOMPa时下垫层的弹性模量和上垫层的厚度的适当范围。

[0258] 图25是示出了当对从图21至24中的空区域选择的双层垫的上垫层的弹性模量、 下垫层的弹性模量、和上垫层的厚度进行数值分析时最大抛光速率的相对值和最小抛光速 率的相对值的表。可以理解当上垫层的弹性模量、下垫层的弹性模量和上垫层的厚度是从 图21至24的空区域选择时,最大抛光速率和最小抛光速率落在期望抛光速率之下。这也 适用于当上垫层的弹性模量、下垫层的弹性模量、和上垫层的厚度是从满足公式5和公式6 的范围内选择时,或从满足公式7和公式8的范围内选择时。

[0259] 图26是示出了当使用双层垫对半径为150mm、滚降量A R0Q = 0.5 iim的晶片进行 抛光时,在根据本发明进行优化时将被抛光表面上的接触压力分布、以及在不进行源自数 值分析的优化时将被抛光表面上的接触压力分布的示意图。在图26中,实线表示当上垫层 的弹性模量、下垫层的弹性模量和上垫层的厚度是从满足公式7和公式8的范围内选择时, 且保持环压力和边缘区域的加压压力得到优化时的接触压力分布。而虚线表示当抛光部件 的弹性模量和厚度超出适当的范围,且保持环压力和边缘区域的加压压力没有优化,而是设定成与晶片中心处的加压压力相同的压力时的接触压力分布。

[0260] 当边缘排除选择为2mm时,如前所述,如果在半径148mm内的接触压力分布的变化 落入容许误差内,则抛光产生“平整表面”。而且,接触压力分布应当在半径148mm内尽可 能平整。在此假定接触压力分布的容许误差是相对值的1.0士0.1。当不进行优化时,半径 148mm内的相对表面接触超过1. 1,使得在抛光之后不能产生“平整表面”。另一方面,当进 行优化时,半径148mm内的相对接触压力落入1. 0士0. 1时,呈现出非常平整的接触压力分 布。因此,在抛光后产生“平整表面”

[0261] 尽管上面已经描述了本发明的抛光设备的第一至第八实施例,但这种抛光设备在 应用于半导体器件制造方法时可以有利地改善CMP工艺中的芯片产量,且与常规的半导体 器件制造方法比较可以更低的成本制造半导体器件。

[0262] 尽管上面已经描述了本发明的抛光设备的实施例,但本发明不限于这些实施例。 例如,在本发明中,可以设置多个抛光部分。这样可以有利地在预定时限内加工更多晶片。 而且,当分别使用多个抛光部分进行粗抛光和精抛光时,可以在选择抛光助剂、抛光垫、真 空卡盘的转动速度、抛光头的转动速度、抛光头的加压压力等的过程中适应地针对每个粗 抛光和精抛光设定抛光条件,从而有效地抛光晶片以便平面化。

[0263] 当在具有多个抛光部分的抛光设备中的不同抛光部分中分别进行粗抛光和精抛 光时,粗抛光随后是精抛光,使得在用于精抛光的抛光部分中支撑部件的高度或支撑压力 优选在由于粗抛光造成的滚降量变化的预期中设定。具体地,参照通过从位移测量仪103 测量的晶片W的将被抛光表面的滚降量减去粗抛光的抛光量而计算出的滚降量,优选地在 精抛光的抛光部分中设定支撑部件的高度或支撑压力。然而,粗抛光的抛光量可以不必被 预计用于在精抛光的抛光部分中设定支撑部件的高度。

[0264] 而且,在本发明中,存储装置209可以物理上独立于控制单元、或可以物理上集成 在控制单元208中。

[0265] 工业适用性

[0266] 从前面关于本发明的第一至第八实施例的描述可以理解,本发明可提供一种即使 存在滚降也能高产出率地抛光晶片的抛光设备和抛光方法。而且,本发明可提供一种通过 使用如上所述的抛光设备和抛光方法低成本制造半导体器件的半导体器件制造方法。

Claims (20)

  1. 一种抛光设备,包括具有抛光部件和夹持部件的抛光部分,用于在所述抛光部件与由所述夹持部件夹持的被抛光物体之间施加压力,同时使所述抛光部件相对于所述被抛光物体移动,以抛光所述被抛光物体,所述抛光设备特征在于,它包括:具有支撑表面的支撑部件,当在所述被抛光物体的抛光过程中所述抛光部件延伸超出所述被抛光物体时,所述支撑部件起作用,用于支撑所述抛光部件超出部分的至少一部分;用于调节所述支撑部件的支撑表面上的支撑压力的压力调节机构;以及控制单元,所述控制单元用于参照基于所述被抛光物体的滚降量的信息控制所述压力调节机构,以使所述支撑压力达到期望压力;其中,所述滚降量是一组在被抛光物体的被抛光表面上的几个点和基准线之间的距离,所述基准线经过基准点且大体上平行于被抛光物体的被抛光表面。
  2. 2.如权利要求1所述的抛光设备,其特征在于,还包括用于测量基于滚降量的信息的 测量单元。
  3. 3.如权利要求1或2所述的抛光设备,其特征在于,所述支撑表面整体处于同一水平。
  4. 4.如权利要求1或2所述的抛光设备,其特征在于:所述支撑部件包括沿所述被抛光物体的外围布置的多个支撑元件,其中每个所述支撑 元件可以在第一位置与第二位置之间移动,所述第一位置在与被抛光物体的将被抛光表面 平行的平面上、且沿着被抛光物体的外围,所述第二位置比所述第一位置与被抛光物体的 中心更远地径向间隔。
  5. 5.如权利要求4所述的抛光设备,其特征在于,所述第一位置是在被抛光物体的外围 边缘与所述支撑元件的支撑表面之间大体上没有间隙的位置。
  6. 6.如权利要求1或2所述的抛光设备,其特征在于,包括多个所述抛光部分,其中所述 控制单元独立地操作设置在每个所述抛光部分中的所述压力调节机构,使得每个所述抛光 部分中的支撑压力被独立地达到期望压力。
  7. 7. 一种抛光设备,包括具有抛光部件和夹持部件的抛光部分,用于在所述抛光部件与 由所述夹持部件夹持的被抛光物体之间施加压力,同时使所述抛光部件相对于所述被抛光 物体移动,以抛光所述被抛光物体,所述抛光设备特征在于,它包括:具有支撑表面的支撑部件,当在所述被抛光物体的抛光过程中所述抛光部件延伸超 出所述被抛光物体时,所述支撑部件起作用,用于支撑所述抛光部件超出部分的至少一部 分;用于调节所述支撑部件的支撑表面的高度的高度调节机构;控制单元,所述控制单元用于参照基于所述被抛光物体的滚降量的信息控制所述高度 调节机构,以使所述支撑表面的高度达到期望高度;其中,所述滚降量是一组在被抛光物体的被抛光表面上的几个点和基准线之间的距 离,所述基准线经过基准点且大体上平行于被抛光物体的被抛光表面。
  8. 8.如权利要求7所述的抛光设备,其特征在于,包括用于获得基于滚降量的信息的测 量单元。
  9. 9.如权利要求7或8所述的抛光设备,其特征在于,所述支撑表面整体处于同一水平。
  10. 10.如权利要求7或8所述的抛光设备,其特征在于,所述支撑部件包括沿所述被抛光物体的外围布置的多个支撑元件,其中每个所述支撑元件可以在第一位置与第二位置之间 移动,所述第一位置在与被抛光物体的将被抛光表面平行的平面上、且沿着被抛光物体的 外围,所述第二位置比所述第一位置与被抛光物体的中心更远地径向间隔。
  11. 11.如权利要求10所述的抛光设备,其特征在于,所述第一位置是在被抛光物体的外 围边缘与所述支撑元件的支撑表面之间大体上没有间隙的位置。
  12. 12.如权利要求7或8所述的抛光设备,其特征在于,包括多个所述抛光部分,其中所述 控制单元独立地操作设置在每一所述抛光部分中的所述高度调节机构,使得每个所述抛光 部分中的支撑表面的高度被独立地达到期望高度。
  13. 13. —种抛光方法,所述抛光方法通过在抛光部件与由夹持部件夹持的被抛光物体之 间施加压力、同时使所述抛光部件相对于被抛光物体移动而抛光被抛光物体,并在抛光过 程中,支撑所述抛光部件延伸超出所述被抛光物体的部分的至少一部分,所述方法特征在 于,它包括步骤:获取表示被抛光物体滚降量的信息;基于包括所述信息的信息,计算用于支撑所述延伸部分的支撑压力的期望值;以及基于计算的期望值调节所述支撑压力;其中,所述滚降量是一组在被抛光物体的被抛光表面上的几个点和基准线之间的距 离,所述基准线经过基准点且大体上平行于被抛光物体的被抛光表面。
  14. 14. 一种抛光方法,所述抛光方法通过在抛光部件与由夹持部件夹持的被抛光物体之 间施加压力、同时使所述抛光部件相对于被抛光物体移动而抛光被抛光物体,并在抛光过 程中,支撑所述抛光部件延伸超出所述被抛光物体的部分的至少一部分,所述方法特征在 于,它包括步骤:获取表示被抛光物体滚降量的信息;基于包括所述信息的信息,计算用于支撑所述延伸部分的支撑表面的高度的期望值;以及基于计算的期望值调节所述支撑表面的高度;其中,所述滚降量是一组在被抛光物体的被抛光表面上的几个点和基准线之间的距 离,所述基准线经过基准点且大体上平行于被抛光物体的被抛光表面。
  15. 15. 一种抛光设备,包括具有夹持部件和抛光部件的抛光部分,所述夹持部件具有至少 两个加压部分,每一加压部分可向被抛光物体施加任意压力,所述抛光设备用于在所述抛 光部件与由所述夹持部件夹持的被抛光物体之间施加压力、同时使所述抛光部件相对于所 述被抛光物体移动,以抛光所述被抛光物体,所述抛光设备特征在于,它包括:用于调节所述夹持部件的加压部分中与被抛光物体的最外面区域相关的加压部分的 加压压力的压力调节机构;以及控制单元,所述的控制单元用于参照基于所述被抛光物体的滚降量的信息控制所述压 力调节机构,以使所述加压压力达到期望压力;其中,所述滚降量是一组在被抛光物体的被抛光表面上的几个点和基准线之间的距 离,所述基准线经过基准点且大体上平行于被抛光物体的被抛光表面。
  16. 16.如权利要求15所述的抛光设备,其特征在于,包括用于获取基于滚降量的信息的 测量单元。
  17. 17. —种抛光由夹持部件夹持的被抛光物体的方法,所述夹持部件具有至少两个加压 部分,通过在被抛光物体与抛光部件之间施加压力、同时使所述抛光部件相对于所述被抛 光物体移动,每一加压部分可向被抛光物体施加任意压力,所述抛光方法特征在于,它包括 步骤:获取表示被抛光物体的滚降量的信息;基于包括所述信息的信息,计算在所述夹持部件的所述加压部分中与被抛光物体的最 外面区域相关的加压部分的加压压力的期望值;以及基于计算的期望值调节所述加压压力;其中,所述滚降量是一组在被抛光物体的被抛光表面上的几个点和基准线之间的距 离,所述基准线经过基准点且大体上平行于被抛光物体的被抛光表面。
  18. 18. —种抛光设备,包括具有抛光部件、支撑部件、和包括至少两个加压部分的夹持部 件的抛光部分,用于通过在所述抛光部件与被抛光物体之间施加压力、同时使所述抛光部 件相对于被抛光物体移动而抛光由所述夹持部件夹持的被抛光物体,所述抛光设备特征在 于,它包括:用于调节所述夹持部件的加压部分中与被抛光物体的最外面区域相关的加压部分的 加压压力的第一压力调节机构;用于调节所述支撑部件的支撑表面上的支撑压力的第二压力调节机构;以及控制单元,所述控制单元用于参照基于所述被抛光物体的滚降量的信息控制所述第一 和第二压力调节机构,以使所述加压压力和所述支撑压力达到各自期望压力;其中,所述滚降量是一组在被抛光物体的被抛光表面上的几个点和基准线之间的距 离,所述基准线经过基准点且大体上平行于被抛光物体的被抛光表面。
  19. 19.如权利要求18所述的抛光设备,其特征在于,包括用于获取基于滚降量的信息的 测量单元。
  20. 20. 一种抛光设备上的抛光方法,所述抛光设备包括抛光部件、支撑部件、和包括至少 两个加压部分的夹持部件的抛光部分,通过在所述抛光部件与所述被抛光物体之间施加压 力、同时使抛光部件相对于被抛光物体移动而抛光由所述夹持部件夹持的被抛光物体,所 述方法特征在于,它包括步骤:获取表示被抛光物体的滚降量的信息;基于包括所述滚降量信息的信息,计算所述支撑部件的支撑表面上的支撑压力的期望值;基于包括所述滚降量信息的信息,计算所述夹持部件的加压部分中与被抛光物体的最 外面区域相关的加压部分的加压压力的期望值;以及基于计算的期望值调节所述支撑压力和加压压力;其中,所述滚降量是一组在被抛光物体的被抛光表面上的几个点和基准线之间的距 离,所述基准线经过基准点且大体上平行于被抛光物体的被抛光表面。
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