CN102802871A - 研磨装置、研磨垫及研磨信息管理系统 - Google Patents

研磨装置、研磨垫及研磨信息管理系统 Download PDF

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Abstract

在研磨垫中埋设有传感器、用以存储藉由传感器而获得的检测信息的存储器、及藉由电源部的驱动而与外部非接触地进行通信的通信器。包含上述结构的研磨垫、及可与设于研磨垫的通信器非接触地进行通信的通信部，用以构成研磨信息管理系统。进而，研磨装置具有：上述结构的研磨垫、及可与设于研磨垫的通信器非接触地进行接收和发送的通信部。

Description

研磨装置、研磨垫及研磨信息管理系统
技术领域
本发明主要涉及一种用于对硅晶圆等半导体晶圆进行研磨的研磨装置、使用于该研磨装置的研磨垫及研磨信息管理系统。
背景技术
近年来，在半导体制造领域里，随着半导体装置的高集成化，半导体晶圆的平坦化技术成为不可欠缺的技术。该平坦化技术的代表例为CMP（Chemical MechanicalPolishing：化学机械研磨）技术。
在CMP方式的研磨装置中，将保持有晶圆的上定盘设置于安装了研磨垫的下定盘上，在将晶圆与研磨垫加压的状态下，一边在其间供应研磨浆，一边使晶圆与研磨垫相对滑动，藉此来进行研磨（例如参照专利文献1）。
专利文献1：日本特开2008－49448号公报。
发明内容
然而，可以说上述研磨装置中的CMP研磨工序是不稳定的工序，即由于装置的各结构元件之间的相互作用，研磨中的状况（具体而言，被研磨物的温度、压力、旋转次数等状态）会发生变化。
例如，在晶圆的研磨中，由于研磨垫与研磨浆中的研磨粒与被研磨物即晶圆之间的摩擦热、及研磨浆的化学反应所引起的发热等，晶圆整体的温度会上升，且晶圆的温度分布会变得不均匀。
在研磨工序中，对如上所述的状况进行监控，藉此对研磨后的被研磨物的状态进行预测，并调整研磨装置的动作条件使之符合其研磨目的，据此，需要确保研磨的再现性。
然而，为了在研磨动作中监控被研磨物的温度等状况，需要在研磨装置中附加设置相对应的检测器，不仅装置结构复杂化，而且成本提高。
其中，为了检测被研磨物的温度，尝试在研磨垫中埋设温度传感器（例如上述专利文献1）。若使用此研磨垫，虽可更直接地检测被研磨物的温度，但为了取出温度传感器的检测信号，需要设置如滑环（slip ring）那样的机构，装置的结构仍复杂化。
根据以上现有情况，本发明的课题在于不必在研磨装置中重新添加复杂的结构，就能取出用于表示研磨中状况的信息。
其次，当调整研磨装置的动作条件时，实际上，除了（a）用于表示上述研磨动作中的状况的信息之外，还需要（b）研磨垫的原料树脂、加工温度、物理性质等制造履历（材料履历）、与（c）研磨装置中，研磨动作时所设定的旋转次数和加压力等动作条件的信息。
其中，上述（b）制造履历，例如可通过访问制造物的数据库来取得，此外，上述（c）动作条件的信息可从研磨装置中取得，但由于为调整研磨装置中的动作条件而所需的上述（a）、（b）、（c）信息要从各种信息源中取得，因此作业费时，调整研磨装置的动作条件并确保再现性并不容易。
因此，本发明的另一课题在于能够对为调整研磨装置的动作条件而所需的信息进行统一管理，以便容易地调整动作条件及确保研磨的再现性。
本发明的第一方面着眼于研磨垫用以达成上述课题，其特征在于，设置有：传感器；存储器，用以存储藉由所述传感器而获得的检测信息；电源部；以及通信器，与外部非接触地进行通信。
将上述结构的研磨垫安装在研磨装置的所需部位并进行研磨，藉此研磨动作中的温度等状况藉由传感器被检测出来，并且该检测信息被保存于存储器，藉由通信器被发送到外部。若在外部配置与上述通信器相对应的通信部，则可通过该通信部，实时获得用于表示研磨中状况的信息。
所述通信器只要是能够以电波方式、电磁感应方式等非接触地进行通信的元件即可。
在上述结构的研磨垫中，优选包括埋入于该研磨垫的信息存储模块，在所述信息存储模块中，设置有所述存储器、所述电源部及所述通信器。
如上所述，存储器、通信器及电源部被模块化，藉此除了被埋设的传感器之外的结构元件都集中于一个部位，从而提高了传感器配置的自由度。
此外，在上述结构的研磨垫中，包括至少一个种类的所述传感器，将温度、压力及旋转次数中的至少任意一个作为检测对象。另外，传感器的检测对象并不限定于上述，亦可为用于检测摩擦或磨损量的传感器。
进而，在上述研磨垫中，优选所述存储器除了存储有该研磨垫被安装于研磨装置并在其研磨动作中藉由所述传感器而获得的检测信息之外，还存储有该研磨垫的制造履历与所述研磨装置的动作条件。
在上述数据中，制造履历可在例如研磨垫的制造出货阶段事先保存于存储器。此外，研磨装置的动作条件可在研磨垫被设置于研磨装置时，从外部传送来，并通过通信器保存于存储器。
若如上述那样保存信息，则调整研磨装置的动作条件所需的信息被全部汇总存储于研磨垫的存储器中，通过对存储器的存储内容进行确认，不仅能够容易地调整动作条件，还能够容易地对发生研磨不良那样的情况进行分析。
另外，本发明的研磨垫进一步包括寿命显示器；
进一步优选所述信息存储模块根据在所述存储器中存储的所述检测信息，对所述研磨垫进行寿命判定，将该寿命判定结果显示于所述寿命显示器。如此，可将研磨垫的寿命高精度地通知给使用者。
本发明的第二方面涉及研磨信息管理系统，包含：本发明的第一方面所记载的研磨垫；以及通信部，可与设于所述研磨垫的通信器非接触地进行通信，用以构成研磨信息管理系统。
在上述结构的研磨信息管理系统中，不仅可从研磨动作中的研磨垫直接取出用于表示研磨状况的信息，通过从外部的接收发送部向研磨垫的通信器进行发送，藉此能够将调整研磨装置的动作条件所需的数据全部汇总存储于研磨垫的存储器中，从而能够容易地进行调整动作条件等作业。
本发明的第三方面涉及研磨装置，在将保持于上定盘的下表面的被研磨物与安装于下定盘上的研磨垫接触加压的状态下，使被研磨物与所述研磨垫相对滑动，以进行研磨，其特征在于：所述研磨垫是本发明的第一方面所记载的研磨垫，具有通信部，所述通信部可与设于所述研磨垫的通信器非接触地进行通信。
根据上述结构，在研磨装置侧，仅设置与设于研磨垫的通信器相对应的通信部，就可实时取出用于表示研磨动作中状况的信息，此外，在设于研磨垫的存储器中，可将调整研磨装置的动作条件所需的信息全部汇总存储。
根据本发明，不必在研磨装置中重新添加复杂的结构，就能够实时地取得用于表示研磨中状况的信息，因此，能够容易地调整研磨装置的动作条件并确保研磨的再现性。
此外，在研磨垫的存储器中，将调整研磨装置的动作条件所需的信息全部汇总存储，藉此能够对信息进行一元化管理，从而能够容易地进行调整动作条件、及对发生研磨不良那类情况进行分析等作业。
附图说明
图1是本发明一实施形态所涉及的研磨装置的结构图。
图2是在上述研磨装置中被设置于研磨垫的信息存储模块的结构图。
图3是示出上述研磨垫的元件配置的配置图。
图4是示出上述研磨垫的另一种元件配置的配置图。
图5是示出上述研磨垫的再一种元件配置的配置图。
具体实施方式
根据图1至图5，对本发明一实施形态所涉及的研磨装置进行说明。如图1所示，本实施形态的研磨装置包括：上表面安装有研磨垫1的下定盘2、使被研磨物即晶圆W保持于下表面的上定盘3、研磨浆的供应嘴4、及控制部5。
下定盘2及上定盘3藉由联动连接于各自轴部的电机（皆未图示）的驱动而围绕纵轴进行旋转。此外，上定盘3以可上下位移方式往下方移动，从而使保持于下表面的晶圆W以加压状态接触于下定盘2上的研磨垫1。供应嘴4位于下定盘2上，将研磨浆供应到安装于下定盘2的研磨垫1上。控制部5对上述下定盘2、上定盘3及供应嘴4等装置的各结构元件的动作进行控制。
在本实施形态中，具备通信部6，所述通信部6对应于后述研磨垫1的结构，可藉由电波进行通信，该通信部6连接于控制部5。具体而言，通信部6例如由与研磨垫1侧的RF-ID（无线认证）芯片对应的RF-ID读写器构成。
此外，在本实施形态中，研磨垫1具有特征，研磨垫1把附图上的上面当作研磨面，在其厚度内埋设有传感器7、及用以输入传感器7的检测输出的信息存储模块8。
传感器7是用于检测研磨中的状况的传感器，例如为温度传感器、压力传感器、用以检测旋转的加速度传感器，并不特别限制检测对象的种类。此外，可仅为一个种类的传感器，也可为检测对象不同的多个种类的传感器。传感器7的检测输出通过导线输入到信息存储模块8。
如图2所示，信息存储模块8内置有存储器9、控制IC10、作为电源部的电池11、及传感器7a，具体而言，例如由RF-ID（无线认证）芯片构成。
存储器9可进行写入读出，用以对信息存储模块8内部的传感器7a或信息存储模块8外部的传感器7的检测信息进行存储。此外，优选在设置有信息存储模块8的研磨垫1的制造或出货阶段，将该研磨垫1的制造履历（制造物名称、批量号、制造日期等）预先写入到存储器9。进而，存储器9能够对来自于通信部6的发送信息进行存储，若从通信部6发送来研磨装置动作条件的数据，则存储该数据。具体而言，上述存储信息中，每次研磨动作的检测数据以及动作条件的数据如以下所示的表1那样，被存储于存储器9。
【表1】
动作条件及检测信息
Figure BDA00002128420400051
另外，信息存储模块8内的传感器7a可为与信息存储模块8外的传感器7相同的传感器。此外，在信息存储模块8中，也可省略内部的传感器7a，而仅于外部设置传感器7。
控制IC10，由于除了对存储器9进行信息的写入及读出之外，还通过研磨装置的通信部6和天线12，以电波方式进行接收和发送，因此作为用于进行非接触通信的通信器发挥作用。因此，该控制IC10读出在存储器9中存储的传感器7的检测信息，并发送到通信部6，此外，通过接受来自通信部6的发送，藉此，将例如研磨装置的动作条件的数据保存于存储器9。
图3及图4示出研磨垫1中的传感器7与信息存储模块8的配置形态，在图3的例子中，将信息存储模块8配置在圆形的中心，在来自该中心的等角的多条（4条）射线与从中心扩展的螺旋的交叉位置上配置多个（4个）传感器7。在该配置形态中，能够以较少数的传感器7覆盖研磨垫1表面的研磨区域而并不打乱研磨垫1整体的旋转平衡。
在图4的例子中，相对于配置于圆形中心的信息存储模块8，在等角的多条（4条）射线上，在直径方向上每隔一定间隔分别配置多个传感器7。在该配置形态中，能够以多个传感器7覆盖研磨区域而并不打乱研磨垫1整体的旋转平衡。
另外，在图4中，存在于圆形中心的传感器，可以是设置于信息存储模块8内部的传感器7a，也可以是与信息存储模块8分开而另行设置于与信息存储模块8重叠位置处的传感器7。
优选信息存储模块8配置于研磨垫1的中心，若是在中心部位以外，就要考虑以不使旋转平衡受到影响为条件，配置于研磨垫1的周边部等不直接参与研磨的部位。
在上述结构中，设置于研磨垫1的信息存储模块8的控制IC10与通信部6，虽藉由电波进行接收和发送，但两者亦可以是以电磁感应方式进行接收和发送的元件，简言之，信息存储模块8的通信器与通信部6只要是能够非接触地进行通信的元件即可。
在上述结构中，当研磨时，将研磨垫1安装于下定盘2，将被研磨物即半导体晶圆W安装于上定盘3。在研磨动作中，埋设于研磨垫1的传感器7检测温度等研磨中的状况，该信息临时保存于存储器9，根据来自通信部6的请求或控制IC10的自发动作，用于表示在存储器9中所保存的研磨中状况的信息会被发送至通信部6。藉此，研磨装置的控制部5能够实时监控研磨中的状况。
另外，在研磨垫1的信息存储模块8的存储器9中，预先保存有研磨垫1的制造履历，此外，当开始研磨时，若把由控制部5设定的下定盘2或上定盘3的旋转次数、施加于晶圆W和研磨垫1之间的压力等动作条件的数据从接收发送部6发送到研磨垫1的信息存储模块8侧，则在研磨垫1的存储器9中，除了用于表示研磨中状况的信息之外，还会将调整研磨装置动作条件所需的信息全部汇总存储。因此，通过读出存储器9中的存储内容，就能够容易地进行动作条件的调整作业。
如上所述，在研磨垫1中，由于能够通过该信息存储模块8对调整研磨装置动作条件所需的信息进行统一管理，因此当例如重新导入研磨装置时或变更被研磨物的种类时，只要使用上述的研磨垫1对研磨装置的动作条件进行调整即可。因此，能够进行切合于实际研磨的设定，其后，将上述研磨垫1更换成不带有传感器7和信息存储模块8且主体部分与研磨垫1同质的研磨垫来进行研磨。
在上述实施形态中，虽将通信部6作为研磨装置的一部分来进行设置，但通信部6无需定附设于研磨装置，亦可附设于与研磨装置相独立的计算机或其它数据处理装置，通信部6与具备传感器7及信息存储模块8的研磨垫1构成对研磨信息进行统一管理的系统。
另外，在信息存储模块8中，控制IC10根据存储器9中存储的信息，算出研磨垫1的寿命，将该计算结果（有无达到寿命）通过寿命显示器（LED灯等）13通知给使用者等。控制IC10根据传感器7、7a的种类，以下述方式，实施研磨垫1的寿命算出和通知。此外，寿命显示器13可如图1所示那样配置于研磨垫1的侧面等，亦可设置于研磨垫1之外（例如控制部5）。
（由加速度传感器构成传感器7、7a的情形）
该结构根据如下见解，即在研磨垫1的使用期间，会在研磨垫1上产生加速度，来判断研磨垫1的寿命。即，控制IC10在计算加速度传感器7、7a对既定值以上的加速度进行检测中的时间长度的总量，藉此测量研磨垫1的总使用时间并存储于存储器9之后，判断所存储的总使用时间是否达到预先设定的时间长度（相当于研磨垫1的寿命），若判断出已达预设时间，则判定为研磨垫1已达到寿命。
（由压力传感器构成传感器7、7a的情形）
该结构根据如下见解，即在研磨垫1的使用期间，会在研磨垫1上产生压力，来判断研磨垫1的寿命。即，控制IC10计算压力传感器7、7a对既定值以上的压力进行检测中的时间长度的总量，藉此测量研磨垫1的总使用时间并存储于存储器9。基于存储于存储器9中的总使用时间的寿命判断与加速度传感器相同。
（由温度传感器构成传感器7、7a的情形）
该结构根据如下见解，即在研磨垫1的使用期间，会在研磨垫1上产生温度上升，来判断研磨垫1的寿命。即，控制IC10计算温度传感器7、7a对既定值以上的温度上升进行检测中的时间长度的总量，藉此测量研磨垫1的总使用时间并存储于存储器9。基于存储于存储器9中的总使用时间的寿命判断与加速度传感器相同。
另外，也可根据如下见解，即在研磨垫1的使用期间，下定盘2或上定盘3会进行旋转，来判断研磨垫1的寿命。此时，在下定盘2的旋转控制部（省略图示）或上定盘3的旋转控制部（省略图示）中设置无线发送部，在控制IC10中设置无线接收部（省略图示）。而且，控制IC10根据从下定盘2或上定盘3接收的旋转驱动信息，来检测研磨垫1的研磨动作，进一步计算对研磨动作进行检测中的时间长度，藉此测量研磨垫1的总使用时间并存储于存储器9。基于存储于存储器9中的总使用时间的寿命判定与加速度传感器相同。
在上述实施形态中，传感器7、7a检测研磨垫1的部分状况（温度、压力、加速度等），但是除此之外，作为传感器7a或传感器7，还可为检测研磨垫1的全面状况的结构。作为此种传感器，可举压力传感片为例。压力传感片可由例如具备压电特性的聚合物单元构成。将具有覆盖研磨垫1整个面那样大小的压力传感片设置于研磨垫1，藉此可实时检测研磨垫1整个面上的压力分布的变化。
此外，在设置多个传感器7、7a的结构中，除了由同一种类的传感器构成各传感器之外，还可组合不同种类的传感器（例如加速度传感器与压力传感器）来构成各传感器。如此，根据不同种类信息中的相互关系，可更高精度地监控研磨状况。
此外，设置多个传感器7、7a的结构中的各传感器的配置不仅可为图3、图4所示的结构，当然亦可如图5所示，配置呈直线状（在图5中，沿研磨垫1的切线方向的直线状）。
本发明作为用于对硅晶圆等半导体晶圆进行研磨的研磨装置、使用于研磨装置的研磨垫、研磨信息管理系统特别有用。
符号说明
1     研磨垫
2     下定盘
3     上定盘
5     控制部
6     通信部
7     传感器
8     信息存储模块
9     存储器
10    控制IC（通信器）
11    电池
W     晶圆

Claims (7)

1.一种研磨垫，其特征在于，设置有：
传感器；
存储器，用以存储藉由所述传感器而获得的检测信息；
电源部；以及
通信器，与外部非接触地进行通信。
2.根据权利要求1所述的研磨垫，其特征在于，
包括埋入于该研磨垫的信息存储模块，
在所述信息存储模块中，设置有所述存储器、所述电源部及所述通信器。
3.根据权利要求1所述的研磨垫，其特征在于，
包括至少一个种类的所述传感器，将温度、压力及旋转次数中的至少任意一个作为检测对象。
4.根据权利要求1所述的研磨垫，其特征在于，
所述存储器除了存储有该研磨垫被安装于研磨装置并在其研磨动作中藉由所述传感器而获得的检测信息之外，还存储有该研磨垫的制造履历与所述研磨装置的动作条件。
5.根据权利要求1所述的研磨垫，其特征在于，
进一步包括寿命显示器，
所述信息存储模块根据在所述存储器中存储的所述检测信息，对所述研磨垫进行寿命判定，将该寿命判定结果显示于所述寿命显示器。
6.一种研磨信息管理系统，其特征在于，包含：
权利要求1所述的研磨垫；以及
通信部，可与设于所述研磨垫的通信器非接触地进行通信。
7.一种研磨装置，在将保持于上定盘的下表面的被研磨物与安装于下定盘上的研磨垫接触加压的状态下，使所述被研磨物与所述研磨垫相对滑动，以进行研磨，其特征在于：
所述研磨垫为权利要求1所述的研磨垫；
具有通信部，可与设于所述研磨垫的通信器非接触地进行通信。
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