CN109968190A - 晶片研磨系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种晶片研磨系统，在利用研磨头使晶片贴紧于进行自转的研磨垫并加压的研磨工序中，到达感测部根据光强度的变动来感测厚度传感器的位置，即使研磨盘的旋转速度改变，或者晶片或研磨垫的振动变位长而且方向多样，也可以在晶片边缘部确切地获得研磨层厚度信息。

Description

晶片研磨系统

技术领域

本发明涉及晶片研磨系统，详细而言，涉及一种在研磨工序中，即使研磨盘的旋转速度有变动或者晶片或研磨垫的振动变位加长，也能够在晶片的边缘部确实地获得研磨层厚度信息的晶片研磨系统。

背景技术

一般而言，化学机械式研磨(Chemical Mechanical Polishing；CMP)工序是在旋转的研磨盘上使晶片等基板以接触状态旋转并进行机械研磨，使基板表面平坦，以便达到预先确定的厚度的工序。

为此，化学机械式研磨装备1使研磨垫11以覆盖于研磨盘10上面的状态自转10r，利用研磨头20，使晶片W加压于研磨垫11表面并旋转，平坦地研磨晶片W的表面。为此，具备使研磨垫11的表面以一定状态维持的方式进行旋转并表面改性的调节器30，将用于执行化学式研磨的浆料供应至研磨垫11的表面。

此时，借助于化学机械式研磨工序进行研磨的晶片W研磨层厚度，需要被准确地调节并平坦研磨。为此，如图1及图2所示，将用于感测晶片W研磨层厚度的厚度传感器40设置成与研磨垫11一同旋转，以使厚度传感器40在旋转的同时测量晶片W的研磨层厚度。

例如，在晶片W的研磨层为透光性材质(例如，氧化物层)的情况下，厚度传感器40可以由照射光L后接收被反射的光L'的光传感器构成。在由厚度传感器40的受光部接收的反射光L'中包含晶片W的研磨层厚度信息，因此，由厚度传感器40接收的反射光L'传输给控制部70，控制部70从反射光L'中提取特定波长的光干涉信号，由此感测晶片W的研磨层厚度。

其中，控制部70从反射光L'中提取光干涉信号并获得厚度信息方面，大致需要3ms时间。而且，研磨垫11自转的旋转速度大致为100rpm。因此，可以从反射光L'中提取特定波长的光干涉信号并获得晶片研磨层厚度的位置间隔大致为6mm，因而厚度传感器40根据从在到达晶片W下侧的时间点接收的反射光L'中提取特定波长的光干涉信号，测量晶片边缘的研磨层厚度。

为此，如图2所示，当晶片W在一个位置Wa自转并进行研磨工序，并且感测研磨垫11到达既定的旋转位置55时，考虑研磨垫11的旋转速度，在经过从既定旋转位置55按照用于到达晶片W边缘的旋转距离e旋转所需时间的时间点，从接收的反射光L'中提取光干涉信号，可以获得晶片的研磨层厚度。

但是，虽然研磨盘10以一定速度旋转10r的方式被驱动，但由于晶片W与研磨垫11的加压摩擦状态在研磨工序中变动，因而晶片W与研磨垫11之间的摩擦力F在研磨工序中变动。因此，研磨垫11并不始终以一定速度旋转，所以在从既定的旋转位置55经过既定时间的状态下，发生厚度传感器40未准确到达晶片W边缘下侧的情形。

特别是，最近，使研磨头20与研磨盘10中的一个以上进行按照既定距离往复移动10d、20d的振动运动，在使晶片W与研磨垫11的接触位置变动的同时进行研磨工序。特别是为了提高晶片的研磨面品质，正试图将振动运动的行程长度从以往10mm左右增加到50mm以上。

如上所述，当晶片进行振动运动20d，从而处于超出既定位置Wa的其他位置Wb时，即使在研磨垫11到达既定旋转位置55后，在经过既定时间的状态下，准确地按旋转距离e旋转，也由于厚度传感器40处于按照表示为“de”的长度从晶片W脱离的状态，因此，当从此时的反射光L'中提取光干涉信号时，只能获得与晶片研磨层厚度无关的值。即，在研磨工序中，当使晶片W进行振动运动时，在按6mm间隔确定提取光干涉信号的位置的过程中，引起在晶片边缘无法准确获得研磨层厚度的问题。

进一步而言，在对晶片加压的研磨头20上配备的多个压力腔中，最外侧压力腔的宽度形成为小于6mm，或如本申请人在韩国授权专利公报第10-1558852号所公开的，在通过研磨头20的隔膜侧表面对晶片边缘加压的情况下，当在6mm间隔的任意位置感测晶片研磨层厚度时，无法识别晶片边缘的研磨层厚度，引起难以调节晶片研磨层厚度的问题。

另一方面，可以探索将用于感测晶片研磨层厚度的光干涉信号的处理时间降低为短于3ms的方案。但是，将光干涉信号处理时间缩短为短于3ms，会极大提高研磨装置的费用，降低晶片研磨装置的经济性，导致商品性降低。

因此，迫切要求一种将从反射光中提取光干涉信号并感测晶片研磨层厚度所需的处理时间保持为与现有的相同，并且能够在晶片边缘准确地感测晶片研磨层的厚度的方案。

发明内容

所要解决的技术问题

本发明正是在前述技术背景下研发的，其目的在于，在研磨工序中，能够在在晶片边缘区域测量研磨层厚度。

换句话说，本发明目的在于，使从反射光中提取光干涉信号并感测研磨层厚度的处理速度为与原来相同或相似的水平，并且即使在研磨工序中研磨盘的旋转速度不固定，或在研磨工序中晶片相对于研磨垫进行振动运动，也在晶片边缘感测研磨层厚度。

另外，本发明目的在于，即使晶片相对于研磨垫的振动行程加长到50mm或其以上，也能够在晶片的边缘区域(边缘部)准确地感测晶片研磨层厚度。

由此，本发明目的在于，在晶片边缘部，也准确地获得研磨层厚度数据，准确地感测晶片研磨层厚度，从而在研磨工序中，提高对晶片加压的研磨头的压力控制准确性，最终提高被研磨的晶片的研磨面品质。

技术方案

为了达成所述目的，本发明提供一种晶片研磨系统，在利用研磨头而使晶片贴紧进行自转的研磨垫并加压的研磨工序中，通过光强度的变动，到达感测部感测厚度传感器的位置，在晶片的边缘区域测量研磨层厚度。

本说明书及权利要求书记载的“透光性”字样的术语，定义是指光的一部分以上(例如，1％～100％)透过的性质。

发明效果

根据本发明，可以获得的效果是，在研磨工序中，即使晶片向半径方向和圆周方向中的一个以上的方向进行振动移动，也可以在晶片的边缘区域确实获得包括研磨层厚度信息的反射光数据。

另外，本发明基于在通过晶片下侧的同时获得的晶片研磨层厚度分布，准确地控制研磨头的压力腔，提高完成研磨工序的晶片研磨层的研磨品质。

附图说明

图1是示出普通化学机械式研磨装置的结构的主视图。

图2是图1的俯视图。

图3是示出本发明一实施例涉及的晶片研磨系统的结构的图。

图4是说明图3的晶片研磨系统的工作原理的流程图。

图5是在研磨垫旋转期间，光接收部所接收的光强度变化图表。

图6是图5的局部放大图。

图7是用于说明感测研磨垫上的晶片位置的作用原理的图。

图8是图7的“A”部分的放大图。

图9a是示出晶片在研磨垫上的某一位置，某一厚度传感器140x通过的轨迹140p的图。

图9b是示出在相对于图9a晶片位置而沿半径及圆周方向移动的位置，厚度传感器140x通过的轨迹140p的图。

图10是用于说明在晶片研磨层为透光性材质的情况下，从反射光生成光干涉信号的原理的图。

图11是可应用于本发明的一个示例的研磨头的半剖面图。

附图标记

W：晶片 f：氧化物层

Li：照射光 Lo：反射光

X：光干涉信号 I：光强度(intensity)

20：研磨头 22：隔膜

40：调节器 100：化学机械式研磨系统

110：研磨盘 111：研磨垫

140：厚度传感器 150：到达感测部

160：分光仪 170：控制部

具体实施方式

下面参照附图，就本发明进行详细说明。在说明本发明的过程中，为了明确本发明的要旨，省略关于公知功能或结构的具体说明。

本发明的一实施例涉及的晶片研磨系统100用于平坦研磨在晶片W的底面形成的研磨层，包括：研磨盘110，其上面覆盖有研磨垫111并进行自转10r；浆料供应部(图上未示出)，用于向研磨垫111上供应浆料；研磨头20，其在研磨工序中，以使晶片W位于下侧的状态对晶片W加压；调节器30，其在研磨工序中旋转并对研磨垫111进行加压和改性；厚度传感器140，用于接收包括晶片研磨层f厚度信息的接收信号；到达感测部150，用于感测厚度传感器140是否到达晶片W的下侧位置；干涉仪160，其从厚度传感器140接收的反射光L'中提取基于波长的光干涉信号；旋转位置传感器90，用于感测研磨垫111是否到达既定的旋转位置55；控制部170，用于控制各个构成要素。

其中，控制部170根据从厚度传感器140接收的接收信号来算出晶片研磨层f的厚度，求出晶片W在研磨垫111上的位置及厚度传感器140通过晶片下侧的轨迹140p，调节向研磨头20的压力腔供应的压力。

所述晶片W在制造半导体元件的过程中，既可以以透光性材质形成研磨层f，也可以以金属材质形成研磨层f。

其中，“透光性材质”不限定于从厚度传感器140照射的光Li全部透过，包括将从厚度传感器140照射的光Li的1％以上透过的全部材质。例如，研磨层f可以以氧化物层形成。

在晶片研磨层f为诸如氧化物层的透光性材质的情况下，厚度传感器140可以用作光传感器，该光传感器用于接收将光L照射后反射的反射光L'。在晶片研磨层f为诸如金属层的非透光性材质的情况下，厚度传感器140也可以通过接入涡电流，根据涡电流的阻抗的变动量求出晶片的研磨层厚度。下面以如图10所示晶片研磨层f为透光性材质(例如，氧化物层)的情形为例进行说明。

如图11所示，所述研磨头20包括：上侧本体21'，由于接受从外部传递的旋转驱动力而旋转；底座21，其与上侧本体21'连动而一同旋转；隔膜22，其按照晶片W的形状，形成有圆盘状的底板221，在底座21上固定有隔壁222；卡环24，其在研磨工序中与研磨垫111接触，配置于隔膜22的外周，防止晶片W向研磨头20的外侧脱离。

隔膜22由于从底板221向上方延长的环状的隔壁222末端借助于结合构件211而固定于底座21，在隔膜底板221与底座21之间，以同心圆状排列形成有多个压力腔C1、C2、C3、C4、C5。而且，研磨头20的各个压力腔C1、C2、……、C5从压力调节部接受空气压力，独立地调节压力，隔膜底板221与隔壁222以柔性材质形成，位于隔膜底板221下侧的晶片W可以按各个压力腔C1、C2、……、C5，不同地调节压力。根据情况，隔膜22的一部分可以与刚性高的材质的加强件结合在一起形成。

在图中，示出了由于隔壁222以环状形成，多个压力腔C1、C2、……、C5以同心环状配置，从而以旋转中心为基准沿半径方向划分的结构，但也可以由于具备沿着圆周方向划分的隔壁(图上未示出)，压力腔C1、C2、……、C5沿圆周方向划分。因此，本发明的压力腔包括沿半径方向和圆周方向中的一个以上被划分的全部情形。因此，研磨头20按由划分的多个的压力腔C1、C2、……、C5确定的区域(zone)调节压力，从而按不同区域(zone)控制位于压力腔下侧的晶片研磨层厚度。

在图中，示出了由于隔壁222以同心环状形成，只沿圆周方向伸展形成，因而多个压力腔C1、C2、……、C5沿半径方向被划分的结构，但根据本发明的另一实施方式，既可以沿半径方向延伸形成隔壁，从而沿圆周方向划分为多个压力腔C1、C2、……、C5，也可以沿半径方向和圆周方向延伸形成隔壁，从而沿圆周方向和半径方向划分为多个压力腔C1、C2、……、C5。

研磨头20和研磨盘10中的一个以上可以构成为在研磨工序中沿既定的移动路径移动10d、20d。其中，移动路径可以是沿直线或曲线状的路径往复运动的振动，移动路径的长度可以多样地确定为10mm至100mm。另外，移动路径既可以在研磨工序中被固定为任意一个方向，也可以是在研磨工序中沿两个以上方向的可变路径进行往复移动的形式。而且，振动运动的长度(行程)也可以固定为某一长度，但也可以在研磨工序中可变。

即，晶片W可以在研磨工序中，相对于研磨垫111而沿多样路径和方向进行振动运动，其中，振动运动包括沿任意路径移动的形式(例如，圆运动或椭圆运动)。

所述调节器30以调节盘接触研磨垫111的状态，以具有研磨垫111半径方向成分的方式，进行横向往复摆动运动。此时，调节盘的压力被被控制部170调节，调节盘在进行往复摆动运动的路径上，压力被调节，从而调节研磨垫111的特定区域的高度比其他区域更高或更低。

所述厚度传感器140也可以以如下形态构成，即，在研磨盘110的上表面形成凹陷部，设置于低于研磨垫11上表面的位置，在与研磨垫111一同旋转并通过晶片W下侧期间，接收在研磨层被反射后的反射光Lo。

可以在研磨盘110上只形成一个厚度传感器140，但如图7所示，也可以在从研磨垫111的旋转中心O起按照不同距离隔开的位置配置多个厚度传感器140。由此，每当研磨垫111旋转一圈时，可以从由各个厚度传感器140接收的反射光Lo中获得更多的晶片W的位置信息和研磨层厚度信息。

厚度传感器140在研磨工序中，从光源141接受光并进行照射，在研磨工序中，接收照射光在研磨头20或晶片W被反射后的反射光(S130)。其中，照射光既可以是具有一个波长的激光束，也可以是具有多个波长的光束或白色光。

在图中，出于便利，示例性示出了用于向晶片照射照射光的光照射部与用于接收照射的光被反射后的反射光的光接收部以一个主体形成的厚度传感器140，但根据本发明另一实施例，厚度传感器140包括由光照射部和光接收部以不同的主体形成的结构。

本说明书及权利要求书中记载的“光照射部”和“光接收部”定义为包括相互独立地形成的结构、以一个主体形成的结构、以一个光传感器形式形成的结构。下面，以光照射部和光接收部均配备于一个厚度传感器140中的结构为例进行说明。

其中，厚度传感器140从光源110接收光Li并向上照射后，接收被反射的光Lo，固定于研磨垫111，与研磨垫111一同旋转。而且，被厚度传感器140接收的反射光Lo借助于分歧部145而分为两个。

在借助于分歧部145而分开的两个反射光Lo中，任意一个反射光Lo到达到达感测部150，到达感测部150具备光接收装置，监视从光接收装置接收的反射光Lo随着时间而变的光强度(intensity)值，将光强度值传输给控制部170。从反射光Lo中提取关于波长的光干涉信号X，需要3ms左右的时间，但在由接收的光算出随着时间而变的光强度值方面，需要其1/10～1/1000倍的短时间，因此，即使研磨垫111以100rpm旋转，也可以沿着厚度传感器140的旋转轨迹，按0.6mm以下单位，实时监视光强度的变化。

即，厚度传感器140具备用于接收反射光的受光部，研磨垫111每旋转1圈x1、x2、……时，通过受光部接收反射光Lo。其中，当排除从研磨垫上的调节器等其他构成要素反射的反射光时，如图5所示，厚度传感器140接收在研磨头20下侧反射的反射光。而且，当厚度传感器140的受光部接收的反射光Lo到达到达感测部150的光接收装置时，光接收装置没有将反射光Lo分光为针对特定波长的信号，而是直接算出反射光的光强度，传输给控制部170。在算出反射光Lo的光强度方面，与分光为针对特定波长的光干涉信号X相比，处理时间非常短，为1/10至1/1000倍，因而可以事实上无时间差异地即刻感测厚度传感器140是否到达晶片W下侧。

更具体而言，当将厚度传感器140的受光部接收并在分歧部145分歧的反射光Lo，借助到达感测部150的光接收装置而在短的处理时间内变换为随着时间而变的光强度I，并传输给控制部170时，控制部170接收的光强度I如图5所示。即，研磨垫111每旋转1圈时，光强度信号I在研磨头20的下侧出现。

其中，参照图6，详细考查在研磨头20下侧的光强度I，在研磨头20的外侧区域，不接收反射光Lo，因此，当不考虑噪声(noise)时，在研磨头20的外侧区域的光强度Ia为0。而且，在进入到研磨头20下侧的位置，出现从包围晶片W外周的卡环(图11的24)的底面反射的反射光的光强度Ir。在卡环24的底面可以形成有用于浆料流动的槽，从晶片W的中心wo向半径外侧方向，按照槽的数量出现光强度变动的位置rg。因此，如果控制部170感测到反射光Lo的光强度I从0第一次上升的区域Ir，则为厚度传感器140的受光部进入到晶片W下侧之前，并且正在通过研磨头20的卡环24下侧，可以预先感测为是进入晶片W下侧之前。其中，第一次上升的区域Ir是从由塑料或树脂等材料构成的卡环24底面反射的区域，反射率比晶片W的研磨层低，因此，如果反射光Lo的光强度(intensity)大小比在晶片研磨层的光强度Iw的测量范围低50％以下，则可知不是晶片研磨层，而是通过卡环24的下侧。

另一方面，控制部170在卡环24下侧形成有槽的情况下，也可以从基于槽数量的光强度波动信号Rg，获知到达卡环24下侧。

而且，在到达感测部150的光接收装置中，发生随着时间而变的光强度I信号突然上升的区域。即，晶片研磨层f的光反射率远远高于由PEEK等树脂材质形成的卡环24，因此可知，由厚度传感器140的受光部接收的光强度突然变动的位置，就是厚度传感器140进入晶片边缘区域的时间点。

其中，如图6所示，如果反射光Lo的光强度I急剧增加而接近预定的晶片中的光强度测量范围(例如，根据多次反复实验而获得的平均化的光强度值的20％～30％范围以内)，则视为厚度传感器140与受光部一同到达晶片W的边缘下侧区域。其中，光接收装置获得的光强度I值在理论上如图6所示，但如果因噪声而发生突然跳动的值，则难以感测准确的位置。

因此，关于反射光Lo的光强度I是否突然增加，通过既定时间内的光强度I的平均值来判断比利用光强度I的一个值来判断更好。即，将用于判断光强度是否急增的光强度大小通过0.1秒至1秒内的光强度值的平均值计算，相同地，当0.1秒至1秒内的光强度值的平均值在既定的第一时间(△t，例如，0.1秒至1秒)内增加为第一基准值以上(例如，1.5倍至100倍)，光强度斜率ang急剧变化时，如图7及图8所示，将厚度传感器140的位置感测为进入晶片W边缘下侧的第一位置S1(S140)。

其中，在研磨头20外侧的光强度Ia，由于其值在理论上为0，因而将光强度值增加为第一基准值(例如，1.5倍)以上之前的光强度值确定为在多次反复实验中从晶片下侧反射的光强度测量值10％以上的值，从而可以防止将到达卡环的瞬间与到达晶片边缘下侧的第一位置S1的瞬间混淆。

与此类似，光强度值在第一时间内增加为第一基准值以上(1.5倍～100倍)，感测为是厚度传感器140进入晶片W的下侧区域之后，当反射光的光强度大小在既定的第二时间(例如，0.1秒至1秒)内急减至第二基准值(例如，1/100倍～1/2倍)以下时，如图7及图8所示，将反射光的光强度大小减小之后的时间点感测为厚度传感器140从晶片下侧区域脱离的第二位置S2(S140)。

相同地，当感测光强度大小是否减小到第二基准值(例如，1/2倍以下)时，通过既定时间(例如，0.1秒至1秒)内的光强度I平均值进行判断，而不是通过一个光强度I值来感测，即使有突然的噪声，也可以准确地感测厚度传感器140是否从晶片下侧区域脱离。

另一方面，在附图所示的实施例中，厚度传感器140是接收反射光的传感器，具备受光部，但也可以与厚度传感器140一同配备另外的受光部。而且，在图4所示的实施例中，示例性示出了借助分歧部145而使受光部接收的反射光Lo分歧，分开传输给到达感测部150和分光仪160的结构，也可以构成为具备两个以上受光部，将各个受光部接收的反射光分别传输给到达感测部150和分光仪160。

如上所述，在感测为厚度传感器140进入晶片W边缘区域(边缘部)的时间点，控制部170控制分光仪160从由厚度传感器140的受光部接收并被分歧部145分歧的另一反射光Lo中提取针对特定波长的光干涉信号X。

更具体而言，如图10所示，在晶片研磨层f由透光性材质形成的情况下，厚度传感器140照射的光Li的一部分，在研磨层f的表面反射Loe，照射的光Li的另一部分透过研磨层f，在非透射层Wo的表面被反射Loi。换句话说，在晶片W的氧化物层f的表面Sx反射的反射光Loe、穿过晶片W的氧化物层f而在非透射层Wo反射的反射光Loi虽然从相同的光源照射，但具有相互之间隔开细微间隔d并且与氧化物层f的厚度t成比例的光路径差，因而反射光Loe、Loi相互干涉并生成类似于正弦波形的光干涉信号(即，干涉光，X)。

而且，在氧化物层f的初期厚度to较厚的研磨初期状态下，在氧化物层f的表面So反射的反射光Loi'与穿过氧化物层f而在非透射层Wo反射的反射光Loe'之间的间隔do虽然相对较大，但随着研磨工序的继续，氧化物层f的厚度t渐渐变薄，越接近目标厚度(例如，)，在氧化物层f表面Sx散射的反射光Loi与穿过氧化物层f而在非透射层Wo反射的反射光Loe之间间隔d渐渐变小，因此，干涉光X的波形具有氧化物层f厚度越薄，则相对于波长越变动的倾向性。因此，如果分光仪160从反射光Lo中提取针对特定波长的光干涉信号X，则关于全体波长的白色光光谱X在初期，呈现波长的强度(intensity)的波形间隔较窄的形态，随着时间的经过，变更为间隔逐渐加宽的波形，如果相对于一个波长将用时间轴表示，则光干涉信号X具有类似于正弦波形地上下反复的倾向。因此，在随着研磨工序的进行而氧化质层厚度变薄的过程中，对一个波长的光干涉信号X生成周期性波形，因而根据光干涉信号的值V1，无法准确获知研磨层f的厚度t，但可以根据对一个或两个波长的光干涉信号(或干涉光)的周期变化或周期经过次数，感测研磨层厚度或检测研磨结束时间点。如上所述，在特定时间点，将由分光仪160提取的光干涉信号X传输给控制部170，控制部170可以感测特定时间点的研磨层厚度或研磨结束时间点。

另一方面，在晶片的研磨层f以金属材质形成的情况下，图5及图6所示的用于获得光强度I的光照射部与受光部独立于厚度传感器140地形成，设置于厚度传感器140的位置。而且，厚度传感器140可以从由金属材质厚度决定的涡电流阻抗变动量，感测晶片研磨层的厚度或研磨结束时间点。此时，在晶片的边缘，涡电流只在晶片研磨层形成，在晶片外侧不形成，因而以往涡电流传感器会发生测量错误，但由于可以从光强度信号I，准确地感测厚度传感器140接近晶片边缘或脱离的状态，因而即使在晶片边缘的涡电流阻抗变动量变化比晶片中央部小，也可以更准确地感测在晶片边缘的研磨层厚度。

另一方面，即使晶片研磨层f以金属材质形成，厚度传感器140也可以由具备受光部的光传感器形成。在这种情况下，如果研磨层f的厚度充分厚，则照射的光被全部反射，但如果研磨层f的厚度接近研磨结束时间点，则类似于图10所示，照射的光的一部分透过变薄的金属层并发生光干涉信号X。因此，可以以光干涉信号发生的时间点或光干涉信号的波形为基准，从被厚度传感器140接收的反射光获得研磨结束时间点。

如上所述，本发明可以借助到达感测部150的光接收装置，从处理速度很短的反射光Lo的光强度信号I变动，准确地感测与研磨垫111一同旋转的厚度传感器140进入晶片W边缘的第一位置S1、厚度传感器140从晶片W脱离的第二位置S2。

进一步地，即使晶片W相对于研磨垫111，按10mm至100mm的行程进行振动10d、20d，而且，即使行程方向为任意方向、振动行程可变，也可以在研磨工序中准确地感测与厚度传感器140一体或一同安装的受光部是否进入晶片W边缘下侧或从晶片W边缘下侧脱离。

因此，在进入晶片W下侧区域的第一位置S1的时间点，借助分光仪160而准确地地提取基于特定波长的光干涉信号X，因而在晶片边缘区域(边缘部)，通过具有研磨层厚度信息的信号，能够准确获得研磨层厚度。

另一方面，如图7及图8所示，旋转位置传感器90感测进行自转10r的研磨垫111的旋转位置。即，旋转位置传感器90预先确定厚度传感器140接近晶片W的旋转位置，感测随着研磨垫111的自转而厚度传感器140是否到达预先确定的基准旋转位置55(S150)。而且，当借助旋转位置传感器90而感测到厚度传感器140到达既定的基准旋转位置55时，旋转位置传感器90将该情况传输给控制部170。

为此，如图7所示，可以借助在研磨盘10外周面附着标识91、识别从所述标识91反射的光的非接触方式，感测研磨垫111的厚度传感器140是否到达基准旋转位置55。根据本发明的另一实施方式，也可以在旋转驱动研磨盘110的旋转轴上设置旋转编码器，借助旋转编码器而感测研磨盘110达到既定的旋转角。

如图7所示的多个厚度传感器140沿不同的轨迹通过晶片的下侧并收集晶片的研磨层厚度信息，其中，以表示为140x的厚度传感器为例进行说明。

晶片W的研磨工序开始后(S110)，厚度传感器140x与研磨垫111一同旋转，沿着表示为140x4的轨迹进行回旋运动。而且，晶片W在研磨工序中，沿表示为120d的方向进行振动运动(S120)。在图7至图9b中，将晶片W的基准位置标记为“Wa”，将晶片W振动移动的位置表示为“Wz”。

正如前面所作的说明，与研磨垫111一同旋转的厚度传感器140x到达开始进入晶片下侧区域的第一位置S1的时间点，是借助到达感测部150而感测光强度I的变动量是否变动第一基准值以上(S140)。

而且，如图7及图8所示，从厚度传感器140x到达预先确定的基准旋转位置55的时间点至厚度传感器140x到达开始进入晶片下侧区域的第一位置S1的时间点，从在这段时间内移动的距离Y1，考虑研磨盘110的旋转速度，可以找出并感测研磨垫111上的第一位置S1(S160)。其中，研磨盘110的旋转速度会因晶片W与研磨垫111之间的摩擦力而变动，因此，基准旋转位置55接近研磨头20位置配置，这在可以更准确地感测研磨垫111上的第一位置S1方面更优选。另外，如图7所示，基准旋转位置55也可以确定为研磨头20进行振动运动的路径上的任意地点。

相同地，从厚度传感器140x到达预先确定的基准旋转位置55的时间点至厚度传感器140x到达从晶片下侧区域脱离之后的第二位置S2的时间点，从在这段时间内移动的距离Y2，考虑研磨盘110的旋转速度，可以在研磨垫111中找出第二位置S2(S160)。

图中未说明标记Sr1、Sr2代表在晶片W处于基准位置Wa的状态下，厚度传感器140开始进入的第一位置Sr1和厚度传感器脱离之后的第二位置Sr2。即，在晶片W位于基准位置Wa的状态下和晶片W因振动运动而位于其他位置Wz的状态下，第一位置S1、Sr1和第二位置S2、Sr2不同。

另一方面，如图6所示，当感测到借助到达感测部150的光接收装置而接收的反射光Lo随着时间而变的光强度I信号急剧变化的第一位置S1和第二位置S2时，由于厚度传感器140x的移动轨迹140x4确定为圆形，如果在到达第一位置S1与第二位置S2的时间点之间的时间内，按照所述研磨垫111的旋转距离从第一位置S1移动，则可以找出并感测在研磨垫111上的第二位置S2。

而且，由于晶片W的直径已确定，因而作为以圆弧状连接如上所述获得的第一位置S1与第二位置S2的轨迹，如果参照在图6的光强度信号I通过与晶片相应的区域Iw的时间内，研磨垫111旋转移动的距离(即，第一位置S1与第二位置S2之间的长度)，则可以求出厚度传感器140x通过晶片W下侧的通过轨迹140p(S170)。

更具体而言，针对进行振动运动的晶片W，如果获知厚度传感器140x进入晶片W下侧的第一位置S1和从晶片W下侧脱离的第二位置S2，则根据晶片W的振动方向，导出2条满足用于连接第一位置S1与第二位置S2的弯曲轨迹长度的轨迹。其中，根据从沿半径方向分布的其他厚度传感器获得的第一位置和第二位置的长度，如图9a及图9b所示，可以对厚度传感器140x通过晶片W的通过轨迹140p进行特定。

例如，在连接厚度传感器140x所感测的第一位置S1与第二位置S2的距离，长于连接位于其径向外侧的其他厚度传感器140y所感测的第一位置与第二位置的距离的情况下，可以获知厚度传感器140x比厚度传感器140y更接近晶片中心wo。与此类似，如果将连接各个厚度传感器140的第一位置与第二位置的轨迹映射于圆形晶片，则可以对于晶片W特定各厚度传感器140x通过晶片W的通过轨迹140p。

其中，根据晶片W的振动运动速度或方向，相对于晶片W的通过轨迹的曲率半径发生差异，但如果多个厚度传感器以同时满足第一位置和第二位置的移动距离的形式配置于圆弧上，则由于厚度传感器的间隔已经确定，晶片W的直径既定，因此，各厚度传感器140相对于晶片的轨迹可以被特定。

由此，在晶片W的振动运动速度和方向一定的情况下，可以更容易地求出厚度传感器140通过晶片W的通过轨迹140p，即使关于晶片W的研磨垫的振动运动速度或方向、路径发生变动，如图9a及图9b所示，也可以求出厚度传感器140通过晶片W的通过轨迹140p，利用分光仪160，对在通过该轨迹140p的同时获得的反射光Lo进行光谱分析，从特定的一个以上波长的光干涉信号的变动，算出晶片研磨层的厚度分布(S180)。

即，在晶片W位于研磨垫111基准位置Wa(任意确定的某一位置)的情况下(图9a)，在到达基准旋转位置55之前按照Y'隔开的位置到达第一位置Sr1，在由于晶片W进行振动运动而位于从基准位置Wa移动的任意位置Wz的情况下(图9b)，在到达基准旋转位置55之后按照Y隔开的位置到达第一位置S1，如上所述，针对不同的晶片W位置，可以准确地感测第一位置、第二位置，并准确地感测用于连接第一位置与第二位置的通过轨迹140p。

因此，在研磨工序中用于对晶片W加压的研磨头20的多个压力腔C1、C2、C3、C4、C5中，可以准确获知各个厚度传感器140x通过的通过轨迹140p是通过了哪个压力腔。

例如，在晶片W位于研磨垫111的基准位置Wa的情况下，如图9a所示，任意一个厚度传感器140x通过的通过轨迹140p'依次通过第五压力腔C5、第四压力腔C4、第三压力腔C3、第四压力腔C4和第五压力腔C5，因而可以从在该通过轨迹140p中获得的反射光Lo，求出在经过第五压力腔C5、第四压力腔C4、第三压力腔C3、第四压力腔C4和第五压力腔C5的通过轨迹140p'中的晶片研磨层厚度。

而且，在晶片W以任意方向和速度进行振动运动而位于研磨垫111任意位置Wa的情况下，如图9b所示，任意一个厚度传感器140x通过的通过轨迹140p依次通过第五压力腔C5、第四压力腔C4、第三压力腔C3、第二压力腔C2、第三压力腔C3、第四压力腔C4和第五压力腔C5，因此，可以从在该通过轨迹140p中获得的反射光Lo，求出在经过第五压力腔C5、第四压力腔C4、第三压力腔C3、第二压力腔C2、第三压力腔C3、第四压力腔C4和第五压力腔C5的通过轨迹140p中的晶片研磨层厚度。

如上所述，控制部170从各个厚度传感器140接收的晶片研磨层厚度信息中，对厚度传感器140在晶片通过轨迹140p中，每3ms(在研磨垫以100rpm旋转的情况下，大致为6mm间隔)对于至少在两个以上测量位置接收的反射光Lo进行光谱分析，从基于波长的光干涉信号的变化或涡电流阻抗的变化，算出研磨层厚度(S180)。

其中，对晶片进行加压的研磨头20包括多个压力腔C1、C2、…….、C5，就在通过轨迹140p中求出的晶片研磨层的厚度值而言，研磨头20的每个压力腔C1、C2、……至少包括1处以上地点。因此，获得位于各个压力腔C1、C2、……下侧的晶片研磨层厚度后，为了缓和获得的研磨层厚度偏差而控制研磨头20的压力腔C1、C2、……。

即，如果参照图9b，在沿着厚度传感器140的通过轨迹140p而测量的研磨层厚度分布中，如果在第二压力腔C2的第p位置的研磨层厚度大于在第三压力腔C3的第q位置的研磨层厚度，则将第p位置所在的第二压力腔C2的压力调节为比第三压力腔C3的压力更大，可以更确切地减小晶片研磨层的厚度偏差(S180)。

在图中，示例性示出了研磨头20的压力腔以同心圆形态排列的结构，但本发明不限定于此，在以由于沿半径方向延伸的隔壁而压力腔沿着圆周方向划分的状态对晶片加压的研磨头结构中，也可以应用本发明。

由此，本发明具有的效果是，在研磨工序中，即使晶片沿半径方向和圆周方向中的一个以上方向进行振动移动10d、20d，或研磨盘110的旋转速度不固定，也可以在晶片的边缘区域确切地获得包括研磨层厚度信息的反射光数据，可以在研磨工序中准确地获得晶片边缘的研磨层厚度。

另外，本发明可以与晶片的振动运动等无关地、准确地获得通过晶片下侧的通过轨迹140p，由此可以获得的效果是，在厚度传感器经过的研磨头的压力腔下侧位置，准确获得晶片研磨层的厚度分布。

由此，本发明基于在经过晶片下侧的同时获得的晶片研磨层厚度分布，准确地控制研磨头的压力腔，具有提高结束研磨工序的晶片研磨层研磨品质的效果。

以上通过优选实施例，示例性地说明了本发明，但本发明并非只限定于这种特定实施例，在本发明提出的技术思想范畴内，具体而言，在权利要求书记载的范畴内，可以修订、变更或改善为多样形态。

Claims (29)

1.一种晶片研磨系统，其特征在于，包括：

研磨垫，进行自转；

研磨头，以使所述晶片贴紧所述研磨垫的状态对所述晶片加压；

厚度传感器，用于接收所述晶片的研磨层的厚度信息；

到达感测部，用于感测所述厚度传感器到达所述晶片，

当借助所述到达感测部而感测到所述厚度传感器到达所述晶片时，所述厚度传感器接收所述厚度信息。

2.根据权利要求1所述的晶片研磨系统，其特征在于，

所述到达感测部包括受光部，所述受光部用于接收照射的光被反射后的反射光，

根据到达所述受光部的所述反射光的光强度变化来感测所述厚度传感器到达所述晶片的下侧。

3.根据权利要求2所述的晶片研磨系统，其特征在于，

当所述反射光的光强度大小在既定的第一时间内增加为第一基准值以上时，将所述反射光的光强度大小开始增加的时间点的所述受光部位置感测为所述晶片边缘即第一位置。

4.根据权利要求3所述的晶片研磨系统，其特征在于，

所述光强度大小为0.1秒至1秒内的平均值。

5.根据权利要求3所述的晶片研磨系统，其特征在于，

所述既定的第一时间确定为0.1秒至1秒。

6.根据权利要求3所述的晶片研磨系统，其特征在于，

所述第一基准值确定为1.5倍至100倍中的任意一个。

7.根据权利要求3所述的晶片研磨系统，其特征在于，

还包括用于感测所述研磨垫的旋转位置的旋转位置传感器，

当所述厚度传感器到达所述第一位置时，利用所述旋转位置传感器感测到的基准旋转位置，感测在所述研磨垫上的所述第一位置。

8.根据权利要求3所述的晶片研磨系统，其特征在于，

当所述反射光的光强度大小在所述第一时间内增加为所述第一基准值以上后，在既定的第二时间内减小为第二基准值以下时，将所述反射光的光强度大小减小之后的时间点的所述受光部位置，感测为从所述晶片边缘下侧脱离的第二位置。

9.根据权利要求8所述的晶片研磨系统，其特征在于，

所述光强度大小为0.1秒至1秒内的平均值。

10.根据权利要求8所述的晶片研磨系统，其特征在于，

所述既定的第二时间确定为0.1秒至1秒。

11.根据权利要求8所述的晶片研磨系统，其特征在于，

所述第二基准值确定为1/100倍～1/2倍中的任意一个。

12.根据权利要求8所述的晶片研磨系统，其特征在于，

还包括用于感测所述研磨垫的旋转位置的旋转位置传感器，

所述厚度传感器在到达所述第二位置时，利用所述旋转位置传感器感测到的旋转位置，感测在所述研磨垫上的所述第二位置。

13.根据权利要求12所述的晶片研磨系统，其特征在于，

由所述到达感测部根据在所述第一位置与所述第二位置之间的时间内的所述研磨垫的旋转距离，感测在所述研磨垫上的所述第二位置。

14.根据权利要求13所述的晶片研磨系统，其特征在于，

由所述到达感测部参照在所述第一位置与所述第二位置之间的时间内的所述研磨垫的旋转距离，作为用于连接所述第一位置与所述第二位置的轨迹，获得所述厚度传感器通过所述晶片下侧的通过轨迹。

15.根据权利要求14所述的晶片研磨系统，其特征在于，

包括：控制部，其根据从所述厚度传感器接收的所述晶片的研磨层厚度信息，算出在所述晶片通过轨迹中的至少两个测量位置上的研磨层厚度。

16.根据权利要求15所述的晶片研磨系统，其特征在于，

所述研磨头包括对所述晶片加压的多个压力腔，每个所述压力腔包括至少一个所述测量位置。

17.根据权利要求16所述的晶片研磨系统，其特征在于，

沿着所述通过轨迹测量的研磨层厚度大的第p位置上的压力腔，与研磨层厚度小的第q位置上的压力腔相比，调节为更大的压力。

18.根据权利要求2所述的晶片研磨系统，其特征在于，

在所述卡环中，底面的槽形成为具有圆周方向成分，根据在所述受光部通过所述卡环下侧期间接收的来自所述槽的反射光光强度变化，预先感测到接近所述晶片。

19.根据权利要求2所述的晶片研磨系统，其特征在于，

所述晶片在研磨工序中沿着既定的移动路径移动。

20.根据权利要求19所述的晶片研磨系统，其特征在于，

所述移动路径为往复运动。

21.根据权利要求19所述的晶片研磨系统，其特征在于，

所述移动路径的长度为10mm至100mm。

22.根据权利要求2至21中任意一项所述的晶片研磨系统，其特征在于，

所述受光部与所述厚度传感器一同配置。

23.根据权利要求22所述的晶片研磨系统，其特征在于，

所述厚度传感器为涡电流传感器。

24.根据权利要求22所述的晶片研磨系统，其特征在于，

所述晶片的研磨层为金属层。

25.根据权利要求2至21中任意一项所述的晶片研磨系统，其特征在于，

所述厚度传感器为用于照射并接收光的光传感器。

26.根据权利要求25所述的晶片研磨系统，其特征在于，

所述受光部为所述厚度传感器的一部分。

27.根据权利要求25所述的晶片研磨系统，其特征在于，

由所述受光部接收的反射光的一部分用于感测光强度，由所述受光部接收的反射光的一部分用于感测所述晶片的研磨层厚度或研磨结束时间点。

28.根据权利要求25所述的晶片研磨系统，其特征在于，

所述晶片的研磨层为透光性材质。

29.根据权利要求25所述的晶片研磨系统，其特征在于，

所述晶片的研磨层为金属材质，由所述受光部接收的反射光的一部分用于感测所述晶片的研磨结束时间点。