CN115244656A - 研磨方法、研磨装置及记录有程序的计算机可读取记录介质 - Google Patents

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Abstract

本发明关于研磨晶片等基板的研磨方法及研磨装置。此外，本发明关于记录有用于使研磨装置执行研磨方法的程序的计算机可读取记录介质。本方法使研磨台(3)旋转，并将基板(W)按压于研磨面(2a)来研磨基板(W)。研磨基板(W)的工序包含膜厚轮廓调整工序和研磨终点检测工序。膜厚轮廓调整工序包含如下工序：基于多个膜厚来调整基板(W)对研磨面(2a)的按压力，决定膜厚指标值达到膜厚阈值的时间点，该膜厚指标值是根据多个膜厚中的至少一个而决定的。研磨终点检测工序包含如下工序：测定用于使研磨台(3)旋转的转矩，并基于转矩决定研磨终点。

Description

研磨方法、研磨装置及记录有程序的计算机可读取记录介质
技术领域
本发明关于一种研磨晶片等基板的研磨方法及研磨装置。此外，本发明关于一种记录有用于使研磨装置执行研磨方法的程序的计算机可读取记录介质。
背景技术
近年来，随着半导体元件的高积体化、高密度化，电路的配线越来越微细化，多层配线的层数亦增加。为了谋求电路的微细化并实现多层配线，由于沿袭下侧层的表面凹凸而且阶差变得更大，因此，随着配线层数增加，对于形成薄膜时的阶差形状的膜被覆性(step coverage/阶梯覆盖率)变差。因此，为了进行多层配线，须改善其阶梯覆盖率，并以适当过程进行平坦化处理。
因此，在半导体元件的制造工序中，半导体元件表面的平坦化越来越重要。该表面的平坦化中最重要的技术是化学机械研磨(CMP：Chemical Mechanical Polishing)。该化学机械研磨(以下，称CMP)将含有二氧化硅(SiO2)等研磨粒的研磨液供给至研磨垫的研磨面上，同时使晶片等的基板滑动接触于研磨面来进行研磨。
用于进行CMP的研磨装置具备：支承具有研磨面的研磨垫的研磨台；及用于保持基板的研磨头。这样的研磨装置以使研磨台与研磨头相对运动，再者，一边将浆液等研磨液供给至研磨垫的研磨面上，一边通过研磨头将基板按压于研磨垫的研磨面的方式构成。基板的表面在研磨液的存在下与研磨面滑动接触，通过研磨液的化学性作用、及研磨液中所含的研磨粒的机械性作用，将基板的表面研磨成平坦且镜面。
晶片等基板具有由半导体、导体、绝缘体等不同材质而构成的积层构造。作用于基板与研磨垫之间的摩擦力依基板的被研磨面的材质而变化。因此，过去以来，研磨终点的决定方法为检测通过基板的被研磨面的材质转变为不同材质而产生的摩擦力的变化，并基于摩擦力变化的时间点来决定研磨终点的方法。上述摩擦力因为作用于从研磨台的旋转中心(轴心)离开的位置，所以摩擦力的变化可作为用于使研磨台旋转的转矩的变化来检测。使研磨台旋转驱动的机构是电动马达情况下，上述转矩可作为流入电动马达的电流来测定。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013－219248号公报
专利文献2：日本特开2005－11977号公报
专利文献3：日本特开2014－3063号公报
发明要解决的问题
但是，构成基板的被研磨面的膜厚度不均匀时，作用于基板与研磨垫之间的摩擦力的变化，未能作为上述转矩的变化而显著呈现，因而无法正确决定研磨终点。
发明内容
因此，本发明的目的为提供一种可正确决定基板的研磨终点的研磨方法、研磨装置、及记录有用于使研磨装置执行这样的研磨方法的程序的计算机可读取记录介质。
(解决问题的手段)
一个方式提供一种研磨方法，使支承研磨垫的研磨台旋转，通过研磨头将具有积层构造的基板按压于所述研磨垫的研磨面来研磨所述基板，该积层构造具备绝缘膜和形成于所述绝缘膜的下层的阻挡层，研磨所述基板的工序包含：膜厚轮廓调整工序和在所述膜厚轮廓调整工序之后进行的研磨终点检测工序，所述膜厚轮廓调整工序包含如下工序：在所述基板上的多个测定点测定多个膜厚，基于所述多个膜厚调整所述基板对所述研磨面的按压力，决定膜厚指标值达到膜厚阈值的时间点，该膜厚指标值是根据所述多个膜厚中的至少一个而决定的，所述研磨终点检测工序包含如下工序：测定用于使所述研磨台旋转的转矩，并基于所述转矩来决定所述基板的研磨终点。
在一个方式中，调整所述按压力的工序包含如下工序：基于所述多个膜厚，调整所述基板对所述研磨面的按压力，以使所述基板的被研磨面变得平坦。
在一个方式中，测定所述多个膜厚的工序包含如下工序：对所述基板照射光，生成来自所述基板上的多个测定点的反射光的多个光谱，并基于所述多个光谱来决定所述多个膜厚。
在一个方式中，研磨所述基板的工序进一步包含在所述膜厚轮廓调整工序之前进行的初期研磨工序，所述初期研磨工序包含如下工序：测定用于使所述研磨台旋转的转矩，并基于所述转矩来决定初期研磨终点。
在一个方式中，提供一种计算机可读取记录介质，记录有用于使计算机执行以下步骤的程序，该步骤包含：对研磨台马达发出指令，使支承研磨垫的研磨台旋转；通过具有与多个压力调整器连结的多个压力室的研磨头，将基板按压于所述研磨垫的研磨面来研磨该基板时，基于所述基板上的多个测定点处的多个膜厚，对所述多个压力调整器发出指令，从而调整所述基板对所述研磨面的按压力；决定膜厚指标值达到膜厚阈值的时间点，该膜厚指标值是根据所述多个膜厚中的至少一个而决定的；及决定所述膜厚指标值达到膜厚阈值的时间点后，基于用于使所述研磨台旋转的转矩来决定所述基板的研磨终点。
在一个方式中，使所述多个压力调整器调整所述基板对所述研磨面的按压力的所述步骤包含如下步骤：基于所述多个测定点处的多个膜厚对所述多个压力调整器发出指令，从而调整所述基板对所述研磨面的按压力，以使所述基板的被研磨面变得平坦。
在一个方式中，在研磨所述基板时且在使所述多个压力调整器调整所述基板对所述研磨面的按压力的所述步骤之前，所述程序使计算机进一步执行基于用于使所述研磨台旋转的转矩来决定初期研磨终点的步骤。
一个方式提供一种研磨装置，用于研磨具有积层构造的基板，该积层构造具备绝缘膜和形成于所述绝缘膜的下层的阻挡层，该研磨装置具备：研磨台，该研磨台支承研磨垫；研磨台马达，该研磨台马达使所述研磨台旋转；研磨头，该研磨头具有用于将所述基板按压于所述研磨垫的研磨面的多个压力室；膜厚测定装置，该膜厚测定装置测定所述基板上的多个测定点处的多个膜厚；多个压力调整器，该多个压力调整器连结于所述多个压力室；转矩测定装置，该转矩测定装置测定用于使所述研磨台旋转的转矩；及动作控制部，该动作控制部控制所述研磨装置的动作，所述动作控制部构成为，在所述基板的研磨中，执行膜厚轮廓调整工序，该膜厚轮廓调整工序基于所述多个膜厚对所述多个压力调整器发出指令，从而调整所述基板对所述研磨面的按压力决定膜厚指标值达到膜厚阈值的时间点，该膜厚指标值是根据所述多个膜厚中的至少一个而决定的，在所述基板的研磨中且在所述膜厚轮廓调整工序后，基于所述转矩来决定所述基板的研磨终点。
在一个方式中，所述动作控制部构成为，基于所述多个膜厚，对所述多个压力调整器发出指令，从而调整所述基板对所述研磨面的按压力，以使所述基板的被研磨面变得平坦。
在一个方式中，所述膜厚测定装置是基于来自所述基板的反射光的光谱来测定所述基板的膜厚的光学式膜厚测定装置。
在一个方式中，所述动作控制部构成为，在所述基板的研磨中且在所述膜厚轮廓调整工序前，基于用于使所述研磨台旋转的转矩来决定初期研磨终点。
发明效果
采用本发明时，研磨装置一边基于基板上的多个测定点的多个膜厚调整基板对研磨垫的按压力，一边研磨基板的膜厚轮廓调整工序之后，执行基于用于使研磨台旋转的转矩来决定基板的研磨终点的研磨终点检测工序。研磨装置在调整了基板的膜厚轮廓的状态下，可测定上述转矩，并可正确决定基板的研磨终点。
附图说明
图1是表示研磨装置的一种实施方式的示意图。
图2是表示通过处理系统生成的光谱的一例图。
图3是表示在基板表面(被研磨面)上的多个测定点的一例示意图。
图4是图1所示的研磨头的剖面图。
图5A是表示基板研磨前的状态图。
图5B是表示研磨绝缘膜至膜厚指标值达到膜厚阈值时的基板的状态图。
图5C是表示研磨基板至研磨终点时的基板的状态图。
图6是表示基板的研磨方法及基板的研磨终点的决定方法的一种实施方式的流程图。
图7是表示在各研磨工序中研磨台马达的驱动电流的测定值的图。
图8是表示研磨基板至初期研磨终点时的基板的状态图。
具体实施方式
以下，参照图来详细说明本发明的实施方式。
图1是表示研磨装置的一种实施方式的示意图。如图1所示，研磨装置具备：支承研磨垫2的研磨台3；将具有膜的晶片等基板W按压于研磨垫2的研磨头1；使研磨台3旋转的研磨台马达6；用于在研磨垫2上供给浆液等研磨液的研磨液供给喷嘴5；测定基板W的膜厚的膜厚测定装置40(光学式膜厚测定装置40)；测定用于使研磨台3旋转的转矩的转矩测定装置8；及用于控制研磨装置的动作的动作控制部9。研磨垫2的上表面构成研磨基板W的研磨面2a。
本实施方式的被研磨对象是具有积层构造的基板。基板W具有积层构造，该积层构造具备绝缘膜与形成于绝缘膜下层的阻挡层。本实施方式的绝缘膜由二氧化硅(SiO2)形成，阻挡层由氮化硅(Si3N4)形成，不过，绝缘膜及阻挡层的构成不限定于本实施方式。一种实施方式中，阻挡层可为由不被用于去除绝缘膜的蚀刻液去除且被不致在绝缘膜上造成损伤的蚀刻液去除的材料而形成。
研磨头1连结于头轴杆10，头轴杆10经由皮带等连结机构而连结于无图示的研磨头马达。研磨头马达使研磨头1与头轴杆10一起在箭头指示的方向旋转。研磨台3连结于研磨台马达6，研磨台马达6以使研磨台3及研磨垫2在箭头指示的方向旋转的方式构成。研磨头1及研磨台3的旋转方向不限定于本实施方式。一种实施方式中，研磨头1及研磨台3亦能够以在与图1的箭头指示的方向相反方向旋转的方式构成。
基板W以如下方式进行研磨。一边使研磨台3及研磨头1在图1的箭头指示的方向旋转，一边从研磨液供给喷嘴5供给研磨液至研磨台3上的研磨垫2的研磨面2a。一边通过研磨头1使基板W旋转，一边在研磨垫2上存在研磨液的状态下，通过研磨头1将基板W按压于研磨垫2的研磨面2a。基板W的表面通过研磨液的化学性作用、及研磨液中所含的研磨粒或研磨垫2的机械性作用而被研磨。
动作控制部9由至少1台计算机构成。动作控制部9具备：储存程序的存储装置9a；及按照程序中所含的命令执行运算的运算装置9b。运算装置9b包含按照储存于存储装置9a的程序中所含的命令执行运算的CPU(中央处理装置)或GPU(图形处理单元)等。存储装置9a具备：运算装置9b可访问的主存储装置(例如随机访问存储器)；与储存数据及程序的辅助存储装置(例如，硬盘机或固态硬盘)。
转矩测定装置8连接于研磨台马达6。基板W研磨中，研磨台3以一定速度旋转的方式被研磨台马达6驱动。因此，用于使研磨台3以一定速度旋转所需的转矩变化时，研磨台马达6的驱动电流变化。
用于使研磨台3旋转的转矩是使研磨台3在其轴心CP周围旋转的力矩。用于使研磨台3旋转的转矩相当于研磨台马达6的驱动电流。因此，本实施方式的转矩测定装置8是测定研磨台马达6的驱动电流的电流测定器。一种实施方式中，转矩测定装置8亦可由驱动研磨台马达6的马达驱动器的至少一部分构成。此时，马达驱动器决定用于使研磨台3以一定速度旋转所需的电流值，并输出该决定的电流值。决定后的电流值相当于用于使研磨台3旋转的转矩。一种实施方式的转矩测定装置8亦可以是直接测定使研磨台3在其轴心CP周围旋转的转矩的转矩测定装置。
转矩测定装置8连接于动作控制部9。动作控制部9基于通过转矩测定装置8测定的转矩来控制基板W的研磨动作。例如，动作控制部9基于通过转矩测定装置8测定的转矩来决定基板W的研磨终点。
本实施方式的膜厚测定装置40是将光引导至基板W表面并基于来自基板W的反射光的强度测定数据来决定基板W的膜厚的光学式膜厚测定装置。光学式膜厚测定装置40具备：发出光的光源44；分光器47；连结于光源44及分光器47的光学传感器头7；及连结于分光器47的处理系统49。光学传感器头7、光源44、及分光器47安装于研磨台3，并与研磨台3及研磨垫2一起一体地旋转。光学传感器头7的位置在研磨台3及研磨垫2每旋转一圈时就穿越研磨垫2上的基板W表面的位置。
处理系统49具备：储存有用于执行后述的光谱的生成及基板W的膜厚检测的程序的存储装置49a；及按照程序中所含的命令执行运算的运算装置49b。处理系统49由至少1台计算机构成。存储装置49a具备：RAM等的主存储装置；及硬盘机(HDD)、固态硬盘(SSD)等的辅助存储装置。运算装置49b的例可举出CPU(中央处理装置)、GPU(图形处理单元)。不过，处理系统49的具体构成不限定于这些例。
从光源44所发出的光传送至光学传感器头7，并从光学传感器头7引导至基板W表面。光被基板W表面反射，来自基板W表面的反射光通过光学传感器头7接收，并传送至分光器47。分光器47按照波长分解反射光，测定在各波长的反射光强度。反射光的强度测定数据送至处理系统49。
处理系统49以根据反射光的强度测定数据生成反射光的光谱的方式构成。反射光的光谱作为表示反射光的波长与强度的关系的线图(亦即分光波形)来表示。反射光的强度亦可作为反射率或相对反射率等的相对值来表示。
图2是表示通过处理系统49生成的光谱的一例图。光谱作为表示光的波长与强度的关系的线图(亦即分光波形)来表示。图2中，横轴表示从基板反射的光的波长，纵轴表示从反射的光的强度导出的相对反射率。所谓相对反射率，是表示反射光的强度的指标值，且是光的强度与指定的基准强度的比。各波长中通过光强度(实测强度)除以指定的基准强度，可从实测强度中去除装置的光学系统及光源固有的强度的变动等不需要的噪声。
基准强度是对于各波长预先测定的光的强度，相对反射率在各波长中算出。具体而言，通过将在各波长的光强度(实测强度)除以对应的基准强度而求出相对反射率。基准强度例如通过直接测定从光学传感器头7发出的光的强度，或是从光学传感器头7照射光至镜，通过测定来自镜的反射光的强度而获得。或是，基准强度亦可为在将未形成膜的硅基板(裸基板)放置在研磨垫2上，在存在水的情况下进行水研磨时，或是将上述硅基板(裸基板)放置于研磨垫2上时，通过分光器47测定的来自硅基板的反射光强度。
实际研磨时，从实测强度减去黑位准(在遮蔽光的条件下获得的背景强度)而求出修正实测强度，进一步从基准强度减去上述黑位准而求出修正基准强度，而后，通过修正实测强度除以修正基准强度而求出相对反射率。具体而言，相对反射率R(λ)可使用下列公式(1)求出。
[数学式1]
Figure BDA0003826761290000071
此处，λ是从基板反射的光的波长，E(λ)是在波长λ的强度，B(λ)是在波长λ的基准强度，D(λ)是在遮断光的条件下测定出的波长λ的在背景强度(黑位准)。
光学传感器头7每当研磨台3旋转一圈时，就将光导入基板W的表面(被研磨面)并接收来自基板W的反射光。反射光被送至分光器47。分光器47按照波长分解反射光，并测定在各波长的反射光的强度。反射光的强度测定数据传送至处理系统49，处理系统49从反射光的强度测定数据生成如图2所示的光谱。再者，处理系统49从反射光的光谱决定基板W的膜厚。反射光的光谱依基板W的膜厚而变化。因此，处理系统49可从反射光的光谱决定基板W的膜厚。从反射光的光谱决定基板W的膜厚的具体方法可使用公知的技术。图2所示的例中，反射光的光谱是表示相对反射率与反射光的波长的关系的分光波形，不过反射光的光谱亦可以是表示反射光的强度本身与反射光的波长的关系的分光波形。
处理系统49由至少1台计算机构成。所述至少1台计算机亦可以是1台服务器或多台服务器。处理系统49亦可以是以通信线连接于分光器47的边缘服务器，亦可是通过网际网络或区域网络等通信网路而连接于分光器47的云端服务器，或是，亦可以是设置在连接于分光器47的网络中的雾计算装置(闸道器、雾服务器、路由器等)。
处理系统49亦可以是通过网际网络或区域网络等通信网路所连接的多个服务器。例如，处理系统49亦可以是边缘服务器与云端服务器的组合。
处理系统49连接于动作控制部9。动作控制部9基于通过处理系统49决定的基板W的膜厚来控制基板W的研磨动作。例如，动作控制部9对后述的压力调整器发出指令，基于基板W的膜厚使其调整基板W对研磨面2a的按压力。
本实施方式的光学式膜厚测定装置40以测定基板W上的多个测定点处的多个膜厚的方式构成。本实施方式在光学传感器头7穿越基板W一次的期间，光学传感器头7对基板W上的多个测定点放射光，并接收来自这些多个测定点的反射光。本实施方式仅将1个光学传感器头7设于研磨台3中，不过亦可将多个光学传感器头7设于研磨台3中。
图3是表示在基板W的表面(被研磨面)上的多个测定点的一例示意图。如图3所示，光学传感器头7每当于穿越基板W时，就将光导入多个测定点MP，并接收来自这些多个测定点MP的反射光。因此，处理系统49每当在光学传感器头7穿越基板W时(亦即，每当研磨台3旋转一圈时)，就生成来自多个测定点MP的反射光的多个光谱，并基于多个光谱来决定在各个测定点MP的膜厚。各测定点MP的位置基于光的照射时间(irradiation timing)、研磨台3的转速、研磨头1的位置、及研磨头1的转速等来决定。
如后述，研磨头1构成将对研磨垫2的研磨面2a按压基板W的基板按压面区分成多个区域，各区域可独立地调整施加于基板W的负荷。研磨头1可基于对应于各区域的基板W的膜厚，来调整基板W对研磨面2a的按压力。本实施方式的膜厚测定装置40是光学式膜厚测定装置40，不过，膜厚测定装置40不限定于光学式膜厚测定装置，只要可测定基板W上的多个测定点处的绝缘膜的多个膜厚即可。
其次，详细说明研磨头1。图4是图1所示的研磨头1的剖面图。如图4所示，研磨头1具备：用于对研磨垫2的研磨面2a按压基板W的弹性膜65；保持弹性膜65的头主体21；配置于头主体21的下方的环状的驱动环62；及固定于驱动环62的下表面的环状的扣环60。弹性膜65安装于头主体21的下部。头主体21固定于头轴杆10的端部，头主体21、弹性膜65、驱动环62、及扣环60以通过头轴杆10的旋转而一体地旋转的方式构成。扣环60及驱动环62构成可相对于头主体21相对地上下移动。头主体21通过工程塑料(例如，聚醚醚酮(PEEK))等的树脂而形成。
弹性膜65的下表面构成对研磨垫2的研磨面2a按压基板W的基板按压面65a。扣环60以包围基板按压面65a的方式配置，基板W被扣环60包围。在弹性膜65与头主体21之间设有4个压力室70、71、72、73。压力室70、71、72、73通过弹性膜65与头主体21而形成。中央的压力室70是圆形，其他的压力室71、72、73是环状。这些压力室70、71、72、73排列于同心上。本实施方式的弹性膜65形成4个压力室70～73，不过上述压力室数量是例示，亦可适当变更。
在压力室70、71、72、73分别连接有气体输送管线F1、F2、F3、F4。气体输送管线F1、F2、F3、F4的一端连接于设置有研磨装置的工厂设置的作为公用服务的压缩气体供给源(无图示)。压缩空气等的压缩气体可通过气体输送管线F1、F2、F3、F4分别供给至压力室70、71、72、73。通过在压力室70～73中供给压缩气体，弹性膜65膨胀，压力室70～73中的压缩气体经由弹性膜65而将基板W按压于研磨垫2的研磨面2a。压力室70～73发挥用于将基板W按压于研磨垫2的研磨面2a的致动器功能。
与压力室72连通的气体输送管线F3连接于无图示的真空管线，而可在压力室72中形成真空。在构成压力室72的弹性膜65的部位形成有开口，通过在压力室72中形成真空，而将基板W吸附保持于研磨头1。此外，通过在该压力室72中供给压缩气体，可从研磨头1释放基板W。弹性膜65通过乙丙橡胶(EPDM)、聚氨酯橡胶、硅橡胶等强度及耐用性优异的橡胶材而形成。
扣环60是配置于弹性膜65周围而与研磨垫2的研磨面2a接触的环状构件。扣环60以包围基板W的外周缘的方式配置，在基板W研磨中防止基板W从研磨头1飞出。
驱动环62的上部连结于环状的扣环压紧装置80。扣环压紧装置80经由驱动环62对扣环60的整个上表面60b赋予向下的负荷，由此，将扣环60的下表面60a按压于研磨垫2的研磨面2a。
扣环压紧装置80具备：固定于驱动环62的上部的环状活塞81；及连接于活塞81的上表面的环状滚动隔膜82。在滚动隔膜82的内部形成有扣环压力室83。该扣环压力室83经由气体输送管线F5而连结于上述压缩气体供给源。压缩气体通过气体输送管线F5而供给至扣环压力室83中。
从上述压缩气体供给源供给压缩气体至扣环压力室83时，滚动隔膜82将活塞81推向下方，活塞81推下驱动环62，进一步，驱动环62将整个扣环60推向下方。因此，扣环压紧装置80将扣环60的下表面60a按压于研磨垫2的研磨面2a。驱动环62可装卸地连结于扣环压紧装置80。
气体输送管线F1、F2、F3、F4、F5经由安装于头轴杆10的旋转接头25而延伸。研磨装置进一步具备压力调整器R1、R2、R3、R4、R5，压力调整器R1、R2、R3、R4、R5分别设于气体输送管线F1、F2、F3、F4、F5。来自压缩气体供给源的压缩气体通过压力调整器R1～R5分别独立地供给至压力室70～73及扣环压力室83中。压力调整器R1～R5以调整压力室70～73、及扣环压力室83中的压缩气体的压力的方式构成。压力调整器R1～R5连接于动作控制部9。
压力调整器R1～R5可使压力室70～73及扣环压力室83的内部压力彼此独立地变化，由此，可独立地调整在基板W的对应的4个区域，亦即中央部、内侧中间部、外侧中间部、及边缘部的基板W对研磨面2a的按压力、及扣环60向研磨垫2的按压力。气体输送管线F1、F2、F3、F4、F5亦分别连接于大气开放阀(无图示)，亦可将压力室70～73、及扣环压力室83向大气开放。本实施方式的弹性膜65形成4个压力室70～73，不过，一种实施方式的弹性膜65亦可形成比4个少、或比4个多的压力室。
关于通过图1所示的膜厚测定装置40测定的基板W的多个测定点处的多个膜厚的膜厚数据传送至动作控制部9。动作控制部9对压力调整器R1～R4发出指令，基于通过膜厚测定装置40测定的多个膜厚使其独立地调整基板W的对应的4个区域中基板W对研磨面2a的按压力。一例为动作控制部9将基板W的中央部的膜厚与其他区域的膜厚作比较，中央部的膜厚比其他区域的膜厚大时，动作控制部9对压力调整器R1发出指令，使压力室70的内部压力增加。
以下，以图5A～图5C所示的基板为例详细说明基板的研磨方法及基板的研磨终点的决定方法。图5A～图5C所示的基板是在具有表面阶差的硅(Si)层100的凸部上形成有由氮化硅(Si3N4)构成的阻挡层103，并在阻挡层103上形成有由二氧化硅(SiO2)构成的绝缘膜107。阻挡层103具有无法被用于去除绝缘膜107的蚀刻液所去除的性质。本实施方式中说明研磨绝缘膜107至阻挡层103的表面露出的方法。图5A表示基板W研磨前的状态，图5B表示如后述研磨绝缘膜107至膜厚指标值达到膜厚阈值时的基板W的状态，图5C表示研磨基板W至研磨终点时的基板W的状态。图5B及图5C所示的积层构造的例可举出浅沟槽隔离(STI)。因此，本实施方式的研磨方法可适用于制作浅沟槽隔离(STI)的工序。
图6是表示基板W的研磨方法及基板W的研磨终点的决定方法的一种实施方式的流程图。
步骤1中，研磨装置开始研磨。亦即，研磨台马达6使研磨台3与研磨垫2一体地以一定转速旋转，研磨头1使基板W以一定转速旋转。研磨头1进一步将基板W按压于研磨垫2的研磨面2a并开始研磨基板W。
步骤2～5中研磨装置执行膜厚轮廓调整工序。膜厚轮廓调整工序中，一边研磨基板W一边测定基板W上的多个测定点处的多个膜厚，并基于多个膜厚来调整基板W对研磨面2a的按压力，决定膜厚指标值达到膜厚阈值的时间点的工序，该膜厚指标值是根据多个膜厚中的至少一个而决定的。在膜厚轮廓调整工序中测定的膜厚是绝缘膜107的厚度。
步骤2中，膜厚测定装置40测定基板W上的多个测定点处的多个膜厚。具体而言，光学式膜厚测定装置40在光学传感器头7穿越基板W时，对基板W多次照射光，并测定多个反射光的在各波长的强度。光学式膜厚测定装置40从多个反射光的强度测定数据来生成反射光的多个光谱。光学式膜厚测定装置40基于多个光谱决定各测定点处的多个膜厚。动作控制部9对光学式膜厚测定装置40发出指令使其执行步骤2。
步骤3中，基于在步骤2所测定的多个膜厚调整基板W对研磨面2a的按压力。具体而言，动作控制部9从光学式膜厚测定装置40取得在步骤2所测定的膜厚数据，并基于多个膜厚决定研磨头1的压力室70～73的内部压力，对压力调整器R1～R4中的至少一个发出指令，使其调整基板W对研磨面2a的按压力。
动作控制部9亦可生成表示基板W上的多个位置与在多个位置的多个膜厚的关系的膜厚轮廓。动作控制部9亦可基于膜厚轮廓决定研磨头1的压力室70～73的内部压力。发出指令的压力调整器亦可以是1个，亦可以是2个以上。在上述基板W的4个区域中的任何一个区域中存在多个测定点时，动作控制部9亦可通过算出该区域内的多个测定点的膜厚平均值来决定该区域中的膜厚。一种实施方式亦可从各区域内的多个测定点任意选择的1个测定点上的膜厚作为该区域中的膜厚，再者，一种实施方式亦可将各区域内的多个膜厚的最大值或最小值作为该区域中的膜厚。
以下说明步骤3的一例。动作控制部9从光学式膜厚测定装置40接收在步骤2所测定的膜厚数据，生成表示基板W上的多个位置与在多个位置的多个膜厚的关系的膜厚轮廓。动作控制部9基于膜厚轮廓决定基板W的对应的4个区域，亦即中央部、内侧中间部、外侧中间部、及边缘部的膜厚。各区域内存在多个测定点时，通过算出在各区域的多个测定点的膜厚平均值，来决定各区域的膜厚。
一例为动作控制部9将基板W的中央部的膜厚与其他区域的膜厚作比较。中央部的膜厚比其他区域的膜厚大时，动作控制部9对压力调整器R1发出指令，使压力室70的内部压力增加，中央部的膜厚比其他区域的膜厚小时，动作控制部9对压力调整器R1发出指令，使压力室70的内部压力减少。
因此，通过基于基板W上的多个膜厚使压力室70～73的内部压力分别相互独立变化，研磨装置可调整基板W的膜厚轮廓。本实施方式中，以基于基板W的多个膜厚使基板W的被研磨面变成平坦的方式(亦即，以构成基板W的被研磨面的膜厚度成为均匀的方式)，动作控制部9对压力调整器R1～R4发出指令，调整基板W对研磨面2a的按压力。结果，研磨装置可精确执行后述的研磨终点检测工序。
步骤4中，动作控制部9根据步骤2所测定的基板W上的多个测定点处的多个膜厚中的至少一个决定膜厚指标值。本实施方式中，通过算出多个膜厚的平均值来决定膜厚指标值。一种实施方式亦可将从多个测定点任意选择的1个测定点上的膜厚作为膜厚指标值，再者，一种实施方式亦可将多个膜厚的最大值或最小值作为膜厚指标值。
步骤5中，动作控制部9决定膜厚指标值达到膜厚阈值的时间点。具体而言，动作控制部9将膜厚指标值与膜厚阈值作比较，膜厚指标值未达膜厚阈值时，返回步骤2，再次执行步骤2～步骤5。膜厚指标值达到膜厚阈值时，研磨装置结束膜厚轮廓调整工序，并执行研磨终点检测工序。
上述膜厚阈值基于实验或过去的研磨成效而预先决定。上述膜厚阈值在后述的研磨终点检测工序中，在可精确检测研磨终点前是基于绝缘膜107的膜厚变薄的时间点来决定的。图5B中表示研磨绝缘膜107直至膜厚指标值达到膜厚阈值时的基板W状态。
步骤6～8是研磨装置执行研磨终点检测工序。研磨终点检测工序一边研磨基板W，一边测定用于使研磨台3旋转的转矩，并基于上述转矩决定基板W的研磨终点的工序。
步骤6中，转矩测定装置8测定用于使研磨台3旋转的转矩。具体而言，动作控制部9对转矩测定装置8发出指令，使其测定用于使研磨台3旋转的转矩。本实施方式的转矩测定装置8是电流测定器，且转矩测定装置8测定相当于用于使研磨台3旋转的转矩的研磨台马达6的驱动电流。
步骤7及8中，动作控制部9基于在步骤6所测定的转矩来决定基板W的研磨终点。具体而言，动作控制部9从转矩测定装置8取得上述转矩的测定值，并与预先设定有上述转矩的测定值的转矩阈值作比较(步骤7)。该转矩的测定值表示为了使研磨台3以一定速度旋转而需要的转矩。上述转矩的测定值未达转矩阈值时，动作控制部9返回步骤6，再次执行步骤6及7。上述转矩的测定值达到转矩阈值时，动作控制部9决定研磨终点，该研磨终点是上述转矩的测定值达到转矩阈值的时间点(步骤8)。然后，动作控制部9结束研磨终点检测工序。
一种实施方式中，动作控制部9亦可基于在步骤6所测定的转矩来算出用于使研磨台3旋转的转矩的变化比例，并将算出的转矩的变化比例与预设的变化比例阈值作比较。转矩的变化比例表示每单位时间的转矩的变化量。转矩的变化比例未达变化比例阈值时，动作控制部9返回步骤6，再次执行步骤6及7。转矩的变化比例达到变化比例阈值时，动作控制部9亦可决定研磨终点，该研磨终点是上述转矩的变化比例达到变化比例阈值的时间点。
图5C表示研磨基板W至研磨终点时的基板W的状态。研磨终点是通过研磨去除阻挡层103上的绝缘膜107而且阻挡层103的整个表面露出的时间点。用于使研磨台3旋转的转矩(与作用于研磨垫2与基板W之间的摩擦力成正比)随着阻挡层103上的绝缘膜107的膜厚变小而变化，当阻挡层103的表面完全露出时，上述转矩不再变化。因此，动作控制部9可基于转矩不再变化的时间点的转矩的测定值或转矩的测定值的变化比例来决定研磨终点。转矩阈值及变化比例阈值基于实验或过去的研磨成效而预先决定。
步骤9中，研磨装置执行延长研磨工序。延长研磨工序是研磨装置以步骤1所说明的方法仅以预定的延长时间研磨基板W。研磨终点经过后，亦通过研磨基板W可完全去除阻挡层103上的绝缘膜107。延长时间是基于实验或过去的研磨成效而预先决定的。延长时间经过后，研磨装置结束延长研磨工序。由此，结束基板W的研磨。延长研磨工序亦可省略。省略延长研磨工序时，在步骤8检测出研磨终点时，结束基板W的研磨。
构成基板W的被研磨面的膜(图5A所示的例是绝缘膜107)的厚度不均匀时，作用于基板W与研磨垫2之间的摩擦力的变化不会作为使研磨台3旋转的转矩的变化(研磨台马达6的驱动电流的变化)而显著呈现，因而无法正确决定研磨终点。采用本实施方式时，由于在研磨终点检测工序前执行膜厚轮廓调整工序，因此可在将基板W的膜厚轮廓控制成希望状态的状态下执行研磨终点检测工序。例如，研磨装置可在将基板W的被研磨面形成平坦的状态(基板W的面内均匀性良好的状态)下执行研磨终点检测工序。结果，动作控制部9可正确决定基板W的研磨终点。
图7是表示在各研磨工序中研磨台马达6的驱动电流的测定值的图。虚线表示的曲线显示不执行膜厚轮廓调整工序而执行研磨终点检测工序时的研磨台马达6的驱动电流的测定值，以实线表示的曲线显示膜厚轮廓调整工序后，执行研磨终点检测工序时的研磨台马达6的驱动电流的测定值。如图7所示，不执行膜厚轮廓调整工序时(以虚线显示)，研磨台马达6的驱动电流的测定值即使在通过了研磨终点仍然继续降低，该研磨终点是阻挡层103上的绝缘膜107已被去除的时间点。另外，在膜厚轮廓调整工序后执行研磨终点检测工序时(以实线显示)，阻挡层103上的绝缘膜107已被去除时，研磨台马达6的驱动电流的测定值保持一定。因此，动作控制部9可正确决定基板W的研磨终点，该基板W的研磨终点是研磨台马达6的驱动电流的测定值变成保持一定的时间点。
接近基板W的研磨终点时，阻挡层103上的绝缘膜107的厚度变得极小。绝缘膜107的厚度降低至膜厚测定装置40接近测定精度的界限时，膜厚测定装置40的膜厚测定精度降低。因此，仅基于通过膜厚测定装置40所测定的膜厚来决定基板W的研磨终点是困难的。采用本实施方式时，通过组合膜厚轮廓调整工序、与研磨终点检测工序，研磨装置可正确决定基板W的研磨终点。
一种实施方式中，研磨装置亦可在膜厚轮廓调整工序前执行初期研磨工序。初期研磨工序是如下工序：一边研磨基板W，一边测定用于使研磨台3旋转的转矩，并基于上述转矩来决定基板W的初期研磨终点。由于不特别说明的初期研磨工序的详细内容与参照步骤6～8而说明的研磨终点检测工序相同，因此省略其重复的说明。初期研磨工序中，动作控制部9将转矩的测定值(或是转矩的变化比例)与预设的初期转矩阈值(或初期变化比例阈值)作比较。上述转矩的测定值(转矩的变化比例)达到初期转矩阈值(初期变化比例阈值)时，动作控制部9决定初期研磨终点，该初期研磨终点是上述转矩的测定值达到初期转矩阈值的时间点。
图8是表示研磨基板W至初期研磨终点时的基板W的状态图。初期研磨终点是研磨具有表面阶差的绝缘膜107的凸部而绝缘膜107表面变成平坦的时间点。图8显示图5A所示的基板W的状态与图5B所示的基板W的状态之间的状态。如图5A至图5C所示，基底的硅层100具有凹凸阶差时，上层的绝缘膜107会具有图5A所示的表面阶差。绝缘膜107具有表面阶差时，仅绝缘膜107表面的凸部与研磨垫2接触。因而，绝缘膜107具有表面阶差时的绝缘膜107与研磨垫2的接触面积，比绝缘膜107不具表面阶差时(绝缘膜107表面平坦时)的接触面积小。结果，绝缘膜107具有表面阶差时作用于基板W与研磨垫2之间的摩擦力(用于使研磨台3旋转的转矩)，与绝缘膜107不具表面阶差时的上述摩擦力(上述转矩)不同。因此，动作控制部9可基于转矩的测定值(或转矩的变化比例)的变化来决定初期研磨终点。初期转矩阈值(或初期变化比例)是基于实验或过去的研磨成效而预先决定的。
绝缘膜107具有表面阶差时，通过膜厚测定装置40测定绝缘膜107的膜厚的精度降低。如上述，通过在膜厚轮廓调整工序前执行初期研磨工序，可通过膜厚测定装置40精确测定绝缘膜107的膜厚。
上述初期研磨工序、膜厚轮廓调整工序、研磨终点检测工序、及延长研磨工序全部通过图1所示的研磨装置来执行。亦即，一边基板W被研磨头1按压于相同的研磨台3上的研磨垫2，一边依序执行初期研磨工序、膜厚轮廓调整工序、研磨终点检测工序、及延长研磨工序。由于在基板W与相同的研磨台3上的研磨垫2接触情况下执行上述多个工序，因此基板W的处理量提高。
动作控制部9按照储存于存储装置9a的程序中包含的命令执行上述各步骤。用于使动作控制部9执行上述各步骤的程序记录于永久性实体的计算机可读取记录介质，并经由记录介质而提供至动作控制部9。或是，程序亦可经由网际网络或区域网络等通信网路而输入动作控制部9。
上述实施方式以具有本发明所属的技术领域的一般知识人员可实施本发明为目的而记载。所属技术领域中具有通常知识人员当然可形成上述实施方式的各种修改例，本发明的技术性思想亦可适用于其他实施方式。因此，本发明不限定于记载的实施方式，而按照通过权利要求所定义的技术性思想的最广范围作解释。
(产业上的利用可能性)
本发明可利用于研磨晶片等基板的研磨方法及研磨装置。此外，本发明可利用于记录有用于使研磨装置执行研磨方法的程序的计算机可读取记录介质。
符号说明
1:研磨头
2:研磨垫
2a:研磨面
3:研磨台
5:研磨液供给喷嘴
6:研磨台马达
7:光学传感器头
8:转矩测定装置
9:动作控制部
10:头轴杆
21:头主体
25:旋转接头
40:膜厚测定装置(光学式膜厚测定装置)
44:光源
47:分光器
49:处理系统
60:扣环
60a:下表面
62:驱动环
65:弹性膜
70,71,72,73:压力室
80:扣环压紧装置
81:活塞
82:滚动隔膜
83:扣环压力室
100:硅层
103:阻挡层
107:绝缘膜
R1,R2,R3,R4,R5:压力调整器

Claims (11)

1.一种研磨方法，其特征在于，
使支承研磨垫的研磨台旋转，
通过研磨头将具有积层构造的基板按压于所述研磨垫的研磨面来研磨所述基板，该积层构造具备绝缘膜和形成于所述绝缘膜的下层的阻挡层，
研磨所述基板的工序包含：膜厚轮廓调整工序和在所述膜厚轮廓调整工序之后进行的研磨终点检测工序，
所述膜厚轮廓调整工序包含如下工序：在所述基板上的多个测定点测定多个膜厚，基于所述多个膜厚调整所述基板对所述研磨面的按压力，决定膜厚指标值达到膜厚阈值的时间点，该膜厚指标值是根据所述多个膜厚中的至少一个而决定的，
所述研磨终点检测工序包含如下工序：测定用于使所述研磨台旋转的转矩，并基于所述转矩来决定所述基板的研磨终点。
2.如权利要求1所述的研磨方法，其特征在于，
调整所述按压力的工序包含如下工序：基于所述多个膜厚，调整所述基板对所述研磨面的按压力，以使所述基板的被研磨面变得平坦。
3.如权利要求1或2所述的研磨方法，其特征在于，
测定所述多个膜厚的工序包含如下工序：对所述基板照射光，生成来自所述基板上的多个测定点的反射光的多个光谱，并基于所述多个光谱来决定所述多个膜厚。
4.如权利要求1-3中任一项所述的研磨方法，其特征在于，
研磨所述基板的工序进一步包含在所述膜厚轮廓调整工序之前进行的初期研磨工序，
所述初期研磨工序包含如下工序：测定用于使所述研磨台旋转的转矩，并基于所述转矩来决定初期研磨终点。
5.一种计算机可读取记录介质，记录有用于使计算机执行以下步骤的程序，该步骤包含：
对研磨台马达发出指令，使支承研磨垫的研磨台旋转；
通过具有与多个压力调整器连结的多个压力室的研磨头，将基板按压于所述研磨垫的研磨面来研磨该基板时，基于所述基板上的多个测定点处的多个膜厚，对所述多个压力调整器发出指令，从而调整所述基板对所述研磨面的按压力；
决定膜厚指标值达到膜厚阈值的时间点，该膜厚指标值是根据所述多个膜厚中的至少一个而决定的；及
决定所述膜厚指标值达到膜厚阈值的时间点后，基于用于使所述研磨台旋转的转矩来决定所述基板的研磨终点。
6.如权利要求5所述的计算机可读取记录介质，其特征在于，
使所述多个压力调整器调整所述基板对所述研磨面的按压力的所述步骤包含如下步骤：基于所述多个测定点处的多个膜厚对所述多个压力调整器发出指令，从而调整所述基板对所述研磨面的按压力，以使所述基板的被研磨面变得平坦。
7.如权利要求5或6所述的计算机可读取记录介质，其特征在于，
在研磨所述基板时且在使所述多个压力调整器调整所述基板对所述研磨面的按压力的所述步骤之前，所述程序使计算机进一步执行基于用于使所述研磨台旋转的转矩来决定初期研磨终点的步骤。
8.一种研磨装置，用于研磨具有积层构造的基板，该积层构造具备绝缘膜和形成于所述绝缘膜的下层的阻挡层，该研磨装置的特征在于，具备：
研磨台，该研磨台支承研磨垫；
研磨台马达，该研磨台马达使所述研磨台旋转；
研磨头，该研磨头具有用于将所述基板按压于所述研磨垫的研磨面的多个压力室；
膜厚测定装置，该膜厚测定装置测定所述基板上的多个测定点处的多个膜厚；
多个压力调整器，该多个压力调整器连结于所述多个压力室；
转矩测定装置，该转矩测定装置测定用于使所述研磨台旋转的转矩；及
动作控制部，该动作控制部控制所述研磨装置的动作，
所述动作控制部构成为，
在所述基板的研磨中执行膜厚轮廓调整工序，该膜厚轮廓调整工序基于所述多个膜厚对所述多个压力调整器发出指令，从而调整所述基板对所述研磨面的按压力，决定膜厚指标值达到膜厚阈值的时间点，该膜厚指标值是根据所述多个膜厚中的至少一个而决定的，
在所述基板的研磨中且在所述膜厚轮廓调整工序后，基于所述转矩来决定所述基板的研磨终点。
9.如权利要求8所述的研磨装置，其特征在于，
所述动作控制部构成为，基于所述多个膜厚，对所述多个压力调整器发出指令，从而调整所述基板对所述研磨面的按压力，以使所述基板的被研磨面变得平坦。
10.如权利要求8或9所述的研磨装置，其特征在于，
所述膜厚测定装置是基于来自所述基板的反射光的光谱来测定所述基板的膜厚的光学式膜厚测定装置。
11.如权利要求8-10中任一项所述的研磨装置，其特征在于，
所述动作控制部构成为，在所述基板的研磨中且在所述膜厚轮廓调整工序前，基于用于使所述研磨台旋转的转矩来决定初期研磨终点。
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