CN1279506A - 平面研磨装置 - Google Patents

Abstract

一种平面研磨装置,在对叠置有数种材料的硅片10进行研磨时,通过设置于压磨板11上的单个透光窗WT,在平时借助光检测器29检测硅片10的研磨面产生的反射光量,此外,在多个透光窗Wn从硅片10的下面通过的过程中,分别通过多个光学传感器Sn检测上述反射光量。根据这些反射光量,对在研磨头部14的内部,针对每个环状区域设置的多个加压室的压力进行控制,针对每个环状区域,在适当地设定压力的同时,对硅片10进行研磨。

Description

平面研磨装置

本发明涉及平面研磨装置，本发明特别是涉及对半导体硅片(后面称为“硅片”)的表面平面，按照形成平整状，并且形成镜面的方式进行研磨的平面研磨装置。

近年来，随着半导体器件的高集成化的进行，电路的布线实现微细化，布线间的距离也变得更窄。下面通过图11所示的硅片的剖视图，对其中的硅片的制造方法的1个实例进行描述。

在通过刻蚀等方式进行了槽加工的底层硅1的表面上，通过溅射等方式依次叠置阻挡金属层2(比如，TaN)与布线材料层3(比如，Cu)(图11(a)，之后按照仅仅在槽内残留有布线材料层3的方式，将该布线材料层3去除，由此残留于槽内的布线材料层3形成电路的布线，在硅片上形成较窄间距的布线(图11(b))。此时，各布线的截面面积必须保持一致，以便不使电阻值产生大的差别，必须使深度保持一致，从而抑制布线部4的表面(研磨面)的塌边的发生(杯状变形)(参照图12(a))。

去除上述的硅片表面上的阻挡金属层2与布线材料层3的方法是采用研磨方式。在过去，这种方式的平面研磨装置包括按照各自独立的旋转次数旋转的压磨板与研磨头部，该研磨头部对压磨板施加一定的压力，将硅片夹持于包含压磨板上的浆液的研磨垫与研磨头部之间，在保持该硅片的同时，在研磨垫与硅片之间设置浆液，按照一定时间进行研磨。

作为上述的平面研磨装置的性能，不仅要求研磨后的硅片的高精度的平整度，而且由于下述原因，要求以高精度对研磨量本身进行控制，该原因指仅仅去除硅片表面上的阻挡金属层2与布线材料层3，必须按照一定深度残留下埋入有布线材料层3的槽。

其中，为了提高硅片的平整度，人们采用下述的方式，在该方式中，在研磨时保持半导体硅片的保持面，即研磨头部的底端面，以及与半导体硅片相接触的研磨垫的接触面，进而压磨板的研磨垫的贴附面具有高精度的平整度，或进行调整半导体硅片的研磨面上的压力的分布的操作。

另外，作为实现上述的，调整研磨面上的压力的分布的操作方式的一种，包括有图13所示的研磨头部的结构。在该结构中，在研磨头部的内部具有各自独立的2个环状空气室，相对这些空气室，在硅片保持面上开设有多个孔5。该结构用于防止在对硅片进行研磨时，因为研磨液难于进入硅片中心部，从而硅片的中心部的研磨量很小的情况。由于在研磨过程中，向中心部的空气室中，供给高于外缘部的空气室的压力的压缩空气，这样便防止上述的不利情况。

但是，即使在采用上述结构的研磨头部，对硅片进行研磨，研磨后的硅片的平整度得到改善的情况下，仍无法对其研磨量进行控制，所叠置的布线材料3的厚度还会在硅片之间，以及前面的制造工序的批量之间，产生差异，如果根据情况，叠置较厚的布线材料层3，则具有下述问题，即当仅仅在一定条件下，研磨一定时间，布线材料层3或阻挡金属层2在未去除的状态下，残留于硅片的表面上，从而在硅片的表面上未形成布线图案。

另外，反之，如果不希望布线材料层3或阻挡金属层2在未去除的状态下，残留于硅片的表面上，而进行长时间的研磨，则在将阻挡金属层2去除之后，会连续地对底层硅1与布线部4的表面进行长时间研磨，其结果是，由相对硅，更加容易研磨掉的Cu形成的布线部4的表面产生塌边(杯状变形)，使各布线的电阻值产生差异(参照图12(a))。

此外，即使在上述结构的研磨头部，在一定条件下对硅片研磨一定时间的情况下，仍无法按照根据到目前所进行的某种的研磨结果，依据经验进行预测的方式，设定供向相应的空气室的压缩空气的压力的适合值，实际上，目前的研磨过程中的相对硅片的适应性值不可能按照实际时间确定，或不可能改变。为此，往往研磨后的硅片表面是不平整的，硅片的外缘部研磨成多眼状，外缘部的布线槽的深度小于内周部(减薄)，另外使各布线的电阻值产生差异(参照图12(b))。

于是，本发明是为解决上述问题而提出的，本发明的目的在于提供一种按照形成平整状，并且以所需研磨量对硅片进行研磨的平面研磨装置。

为了实现上述目的，本发明涉及下述平面研磨装置，该装置包括顶面贴附有研磨垫的压磨板，以及位于上方的研磨头部，在上述压磨板与上述研磨垫之间夹持研磨对象物件，在施加规定的压力的同时，上述压磨板与研磨头部旋转，在上述研磨垫与研磨对象物件之间设置浆液，对研磨对象物件进行研磨，该研磨头部可对保持研磨对象物件的面喷射加压流体，在上述研磨头部的内部划分形成的多个同心的环状区域中，开设有多个孔，可针对上述的每个区域，供给上述加压流体，上述压磨板包括贴附于压磨板顶面的研磨垫和贯通的单个透光窗，透光型材料嵌入该透光窗，在上述压磨板的底面，在该透光窗的周边与压磨板的旋转中心处，安装有反射镜，在安装于压磨板的旋转中心的底面的反射镜的下方，设置有光源与光检测器，其特征在于该装置包括下述控制部，该控制部通过上述光检测器接受下述光，该光指从上述光源发出的光，借助上述2个反射镜，通过上述单个透光窗，投射到研磨对象物件上，形成由研磨对象物件产生的反射光，然后按照与上述相同的路径返回的光，对应于该受光量，可针对上述的每个区域，分别改变上述加压流体的压力。

另外，本发明还涉及下述的平面研磨装置，该装置包括顶面贴附有研磨垫的压磨板，以及位于上方的研磨头部，在上述压磨板与上述研磨垫之间夹持研磨对象物件，在施加规定的压力的同时，上述压磨板与研磨头部旋转，在上述研磨垫与研磨对象物件之间设置浆液，对研磨对象物件进行研磨，该研磨头部可对保持研磨对象物件的面喷射加压流体，在上述研磨头部的内部划分形成的多个同心的环状区域中，开设有多个孔，可针对上述的每个区域，供给上述加压流体，其特征在于在上述压磨板上设置有贴附于压磨板顶面的研磨垫和贯通的多个透光窗，在该多个透光窗中分别嵌入有透光型材料，在上述压磨板的下方，设置有多个光学传感器。

在这里，上述多个光学传感器按照等间距，设置于下述范围内，在该范围内，在研磨对象物件的中心与形成其上设置有这些传感器的的同心圆的线段的中点重合的场合，任何一个光学传感器均不超出据研磨对象物件的区域，上述多个光学传感器设置于下述线段上，该线段通过上述研磨头部的旋转中心，使上述压磨板的同心圆在下方平行移动的线段。上述多个透光窗的个数与光学传感器的相同，所有透光窗具有在所有的光学传感器的正上方而与后者对齐的位置关系。

另外，上述装置的特征在于通过光学传感器接受下述光，该光为通过光学传感器投射到研磨对象物件上，之后由研磨对象物件产生的反射光，对应于该受光量，可针对上述的每个区域，分别改变上述加压流体的压力，上述多个光学传感器均存储下述反射光量，该反射光量指在研磨过程中，随着压磨板的旋转，多个透光窗从多个光学传感器的正上方通过时而获得的，由研磨对象物件产生的反射光量，形成下述平均值，该平均值指在研磨对象物件通过的过程中，从按照以其数值与上述多个透光窗的个数相同的次数，各光学传感器所获得的反射受光量中去除异常值的总和的平均值。

还有，本发明同时包括上述的2种结构和控制部，贴附于压磨板顶面的研磨垫以及贯通的单个透光窗在下述线段上，设置于通过压磨板的旋转中心的位置，该线段指从其上设置有均设在压磨板上的多个透光窗的压磨板中的同心圆上的线段的中点，通过压磨板的旋转中心的线段。

其结果是，在研磨过程中，随着上述压磨板的旋转，依次进行上述的2个控制，在压磨板旋转1圈的期间，共计2次地，可针对上述的每个区域，分别进行上述加压流体的压力控制。

本发明的平面研磨装置为上述的结构，首先，在压磨板上，具有研磨垫以及贯通的单个透光窗，在压磨板的底面，在上述透光窗的周边和压磨板的旋转中心，安装有反射镜，在安装于该压磨板的旋转中心的底面的反射镜的下方，设置有光源和光检测器。

上述两个反射镜按照下述方式设置，该方式为：它们安装于压磨板的底面，无论压磨板是否旋转，在平时，光源发出的光通过半透明反射镜和2个反射镜，穿过单个透光窗，另外在透光窗上具有反射物的场合，由该反射物反射的光可按照与前面所述的相同的路径，沿反向返回，射入光检测器。

即，在对硅片进行研磨的过程中，在随着压磨板的旋转，透光窗从硅片的下方按照一定时间通过的期间，光检测器可获取硅片的研磨面产生的反射光。另外，透光型材料嵌入透光窗中，光通过该窗，但是由于浆液不相对透光窗泄漏，这样不发生所泄漏的浆液污染反射镜的反射面等的不利情况。

在这里，在透光窗随着压磨板的旋转，从硅片的下方通过的期间，光检测器可连续地获取硅片的反射光。显然，所获取的位置还可为硅片上的，不同的几个处于同心圆上的多个位置。

光检测器的受光量对于每种硅片的研磨面的材料和叠置于其上的材料来说，是不同的，对应于该不同，光检测器所产生的输出电压或输出电流不同。即，可按照从硅片的一端到另一端连续的方式，可了解所研磨的硅片的研磨面的材料。此外，由于硅片在本身旋转的同时，受到研磨，这样在旋转过程中，在其圆周速度相同的同心圆上，以相同的研磨速度对硅片进行研磨，研磨面的状态(材料)对于每个同心圆来说，是不同的。

于是，如果相对根据事先光检测器所接受的，从硅片的一端到另一端的反射量，在研磨头部中划分的多个同心的环状区域，以各种的压力，供给与研磨状态相对应的加压流体，则可按照形成平整状，并且以所需研磨量的方式对研磨对象物件进行研磨。

此外，本发明的平面研磨装置除了上述的光学控制机构以外，还同时具有下述的另外的光学控制机构。在研磨头部的下方，在压磨板的正下方，设置有多个光学传感器，同时，这些传感器按照等间距，设置于下述范围，在该范围，这些或任何一个光学传感器均不超出硅片的区域，另外，该传感器设置于通过研磨头部的旋转中心的，使压磨板的同心圆在下方平行移动的线上。还有，在压磨板上，具有研磨垫，以及贯通的光学传感器和相同个数的透光窗，这些透光窗处于所有透光窗在所有的光学传感器的正上方而与后者对齐的位置关系。

在这里，在多个透光窗随着压磨板的旋转，从硅片的下方通过的期间，各光学传感器以与透光窗的个数的值相同的次数，接受硅片的研磨面产生的反射光。即，各光学传感器从硅片的研磨面上的，某个相同的同心圆上，接受多次的反射光。另外，随着光学传感器的设置位置，上述的同心圆的尺寸是不同的，其结果是，硅片的研磨面上的多个同心圆分别多次地接受反射光。

此外，由于本发明的控制部存储在先获得的反射光量，针对各个光学传感器，对其平均值进行控制，但是，此时，可去除所获得的受光量中的异常值。即，形成硅片的研磨面中的某一同心圆产生的反射受光量，对从多次获取的反射光中，去除异常值的受光量的总和的平均值进行控制。

按照上述方式，与采用最初描述的，设置于压磨板上的单个透光窗与检测器形成的光学控制机构的场合相同，此次，如果相对根据各光学传感器的反射受光量，在研磨头部划分的多个同心的环状区域，以相应的压力，供给对应于研磨状态的加压流体，则可按照形成平整状，以所需研磨量的方式对研磨对象物件进行研磨。

另外，除了上述的以外，本发明的控制部同时包括上述的2个光学控制机构，分别具有这些机构的，压磨板上的单个透光窗与多个透光窗按照下述的位置关系设置。在下述线段上，在通过压磨板的旋转中心的位置，设置有贴附于压磨板顶面的研磨垫以及贯通的单个透光窗，该线段指从其上设置有多个透光窗的压磨板中的同心圆上的线段的中点，通过压磨板的旋转中心的线段。即，研磨上的单个透光窗与多个透光窗位于按照围绕压磨板的旋转中心的方式，以180°相对的位置。

其结果是，从原理上说，在研磨过程中，随着压磨板的旋转，依次进行上述的2个控制，在压磨板旋转1圈的期间，共计2次地，可相对在研磨头部划分的多个同心的环状区域，针对上述的每个区域，设定加压流体的压力。显然，实际上，上述加压流体的压力也不按照压磨板每旋转1次的方式进行设定，而是定期地进行设定。

下面对附图进行简单的说明。

图1为表示本发明的基本构思的平面研磨装置的结构图；

图2(a)为通过局部剖面表示多个光学传感器的布置的，研磨垫的平面图；

图2(b)为多个光学传感器分别从相应的透光窗获得的受光量的图形；

图3表示随着研磨垫的旋转，透光窗与硅片的研磨位置之间的关系的透视图；

图4(a)为表示在单个透光窗从硅片下面通过的过程中，光检测器所获得的受光量的图；

图4(b)为单个透光窗进入硅片下方时的，研磨垫的平面图；

图5为以局部剖面表示本发明的研磨头部的内部结构的侧面图；

图6为表示本发明的研磨头部的内部结构的，沿A-A’线的横向剖面图；

图7为表示在多个光学传感器的条件下获得的受光量的平均值的图形，以及以图形表示作用于传感器设置部分上的压力的研磨头部的局部剖面图；

图8为表示随硅片形成材料的不同而反射率不同的图形；

图9为采用本发明的平面研磨装置进行研磨的过程的硅片的剖面图；

图10为以局部剖面表示本发明的另一实施例的，研磨头部的底部旋转部的内部结构的侧面图；

图11为表示硅片的制造过程的硅片的剖视图；

图12为表示不利情况的研磨面的状态的，硅片的剖面图；

图13为表示内部具有环状空气室的已有的研磨头部的侧面图和剖面图。

下面根据附图，对本发明的平面研磨装置的优选实施例进行具体描述。图1为表示本发明的基本构思的平面研磨装置的结构图，其以剖面图表示压磨板11，研磨垫13，设置于压磨板11上的，同时还穿过研磨垫13的单个透光窗WT与多个透光窗Wn，以及压磨板主轴12的局部。

在设置于压磨板11上的所有透光窗中，嵌入有石英板CD，在设置于研磨垫13上的所有透光窗中，嵌入有半透明的聚氨酯橡胶板CU，该聚氨酯橡胶板CU的顶面高度等于小于研磨垫的顶面高度，在研磨过程中，该聚氨酯橡胶板CU保持在不容易与硅片研磨面相接触的位置关系。

首先，对从形成第1光学机构的光源28，至光检测器29的光路进行描述，在压磨板11的底面，在单个透光窗WT的周围，安装有反射镜26，和在压磨板1的旋转中心，安装有反射镜27，在反射镜27的下方，在压磨板主轴12的内部，固定设置有光源28，光检测器29和半透明反射镜30。这些部件按照下述方式设置，该方式为：光源28发出的光借助半透明反射镜30和两个反射镜26，27，通过单个透光窗WT，另外在透光窗上具有反射物的场合，由该反射物反射的光按照与上述相同的路径，沿反向返回，从而可射入光检测器29(此外，从图1容易知道，不仅对光源28发出的光通过单个透光窗WT的光路进行绘制，还可同时对从反射物返回到光检测器29的光路进行绘制，尽管在透光窗WT上没有反射物。)。

此外，两个反射镜26，27按照下述方式设置，该方式为：无论压磨板11是否旋转，当在透光窗WT上具有反射物时，在平时，光源28发出的光朝向半透明反射镜30返回，在连接两个反射镜的光路上，在压磨板主轴12上开设有适合的透光孔31，该透光孔31形成上述光路的局部。

接着，作为第2光学机构，多个光学传感器Sn设置于压磨板11的正下方，如图2(a)所示，这些光学传感器Sn位于通过研磨头部14(硅片)的旋转中心的压磨板11的同心圆上，同时任何一个光学传感器Sn还按照等间距设置于不超出硅片区域的范围内。此外，传感器的个数为5个，两端的S1与S5位于硅片的外缘部，紧靠它们的内侧的S2与S4位于硅片的中程部分，而S3位于硅片的中心部。

还有，设置于压磨板11上的多个透光窗Wn设在与上述的光学传感器Sn相同的同心圆上，并且按照等间距设置，这些透光窗处于所有的透光窗在上述所有的光学传感器Sn的正上方而与后者对齐的关系位置。图3(C)表示该对齐的状态，在多个透光窗Wn处于图3(b)、(c)、(d)的状态时，相应的光学传感器Sn接受来自硅片研磨面的反射光。在这里，返回到图1，光学传感器Sn保持有本身的投光与受光两个功能，在本身投光后，接受由硅片研磨面反射的光。

但是，如图2(a)，图3，图4(b)所示，就第1光学机构所采用的单个透光窗WT，与第2光学机构所采用的多个透光窗Wn之间的位置关系来说，其上设置有这些透光窗的同心圆的尺寸稍有差别。这是因为：由于安装于压磨板11的底面的反射镜26随着压磨板11的旋转而转动，这样便避免其与设置于压磨板11下方的光学传感器Sn相冲突，如果比如，为了避免两者的冲突，将光学传感器Sn设置更下方，光学传感器Sn可接受光，则即使在按照用于两个光学机构的方式而设置的透光窗位于同一同心圆上的情况下，也没有关系。

此外，如图2(a)，图3，图4(b)所示，按照用于两个光学机构的方式而设置的透光窗按照围绕压磨板11的旋转中心的方式，设置于压磨板11上的，180度相对的位置。另外，随着两个光学机构中的光检测器29和光学传感器所获得的受光量而产生输出电压或输出电流通过控制部进行存储与处理。

另外，就通过两个光学机构中的光检测器29和光学传感器接受光的计时来说，还可在压磨板11上安装计时发生用传感器，将该传感器的输入信号作为触发信号，此外也可将压磨板主轴旋转马达的编码信号作为触发信号。或，为了使压磨板11底面的反射率大大低于硅片研磨面的反射率，这样还在平时接受光的同时，对受光量设定某个极限值，当超过该极限值时，实现触发，形成来自硅片研磨面的反射光。

下面通过图5，6对其中一个研磨头部14进行描述。图5为以局部剖面表示本发明的研磨头部的内部结构的侧面图，图6为沿图5中的A-A’剖面的横向剖面的俯视图。在硅片保持面上开设有多个孔18，19，20，这些孔18，19，20分别设置于下述位置，该位置对应于硅片的中心部，中程部分，外缘部中的，相应的同心的环状区域。在这里，在中心部开设的多个孔18与研磨头部14内部的中心部用空气室CB0连通，在中程部分开设的多个孔19与中程部分用空气室CB1连通，另外在外缘部开设的多个孔20与研磨头部14内部的外缘部用空气室CB2连通。如图1所示，分别从相应的空气流路0～2，向上述各自独立的空气室CB0～CB2，供给具有P0～P2压力的空气。

因此，相对夹持于压磨板11与研磨头部14之间的，待研磨硅片10，加有作用于硅片10的中心部上的具有F0(按照=P0×CB0设计的孔18的总截面面积)的压力，作用于硅片的中程部分上的，具有F1(按照=P1×CB1设计的孔19的总截面面积)的压力，另外作用于硅片10的中心部上的，具有F2(按照=P2×CB2设计的孔20的总截面面积)的压力。在这里，前面描述的第2光学机构所采用的，光学传感器S3位于作用有具有F0的压力的下方，S2与S4位于作用有具有F1的压力的下方，另外，S1与S5位于作用有具有F2的压力的下方。

如图1所示，对于所提供的高压空气来说，其通过设置于相应的空气流路中的，可以电动方式调节空气压力的精密调节器R0，R1，R2，供向上述相应的空气室。另外，上述精密调节器R0，R1，R2可通过上述控制部40，对这些空气压力进行设定。同时，可根据对应于上述的2个光学机构，光检测器29和光学传感器Sn中的受光量而产生的输出电压，或输出电流，设定空气压力。

另外，上述光检测器29和光学传感器Sn的受光量，即硅片研磨面的反射光量随研磨面的表面材料而不同。形成叠置于硅片最外面上的布线材料层3的，主要的材料Cu的反射光呈橙色，其产生的反射光量较大。一个内层中的阻挡金属层2主要由材料TaN形成，研磨面呈灰色，其反射光量小于布线材料层3。此外，如果为作为底层的硅，则研磨面一般呈紫色，其产生的反射光量更小。图8以图形表示其样式。

此外，如图5所示，研磨头部14在很大程度上划分为顶部固定部16以及底部旋转部15。该顶部固定部16的周围设置有向上述各空气室，供给空气的空气导入口17，嵌入其圆筒状的内部的底部旋转部15的内部，具有从上述空气导入孔17，连通到相应的空气室的空气管25。同时，虽然在图中未示出，但是与设置于上方的旋转马达连接的底部旋转部15形成在上述圆筒状的滑动配合部具有O型密封环的结构，以便可在不产生振动的情况下实现旋转，并且从上述空气导入口17延伸至的各空气室的空气流路不会在旋转研磨过程中，中途切断。此外，顶部固定部16按照下述方式构成，该方式为：其可与嵌入其内部的上述底部旋转部15一起，上下运动。

另外，其顶面贴附有研磨垫13的压磨板11与压磨板主轴12形成一体，通过使在图中未示出的，与马达连接的压磨板主轴12旋转，该主轴12转动，同时其具有下述轴承等的结构，该轴承可极力抑制旋转过程中的顶面振动，可实现精密研磨。

实施例1

下面通过图9，对下述方法进行描述，该方法指在按照形成平整状，以一定研磨量的方式对硅片进行研磨时，对应于硅片的研磨面的研磨状态(在随着研磨的进行，硅片外缘部呈锥状产生杯状变形的场合)的，相对研磨垫部，作用于硅片中心部，中程部和外缘部上的压力分别基本设定为F0～F2。

首先，在研磨初期状态的图9(a)中，在施加处于F0=F1=F2的关系的均匀的压力的同时，对硅片各部分进行研磨。此时，光检测器29与所有的光学传感器Sn所接受的均为叠置于硅片最外面上的布线材料层3的反射光。

如果继续进行研磨，如图9(b)所示，硅片外缘部呈锥状产生塌边，在该外缘部，将叠置于硅片最外面上的布线材料层3去除，整个阻挡金属层2露出，但是在中心部，残留有整个布线材料层3，在中程部分，全部阻挡金属层2开始露出。此时，在图3(a)和图4(b)所示的状态，即，在单个透光窗WT从硅片下方通过的期间，第1光学机构接受来自硅片研磨面的反射光。如图4(a)所示，形成下述平滑的曲线，其中受光量在残留有反射率较高的布线材料层3的中心部，为最大，在露出有阻挡金属层2的外缘部较低。即，可按照从硅片的一端到另一端保持连续的方式，了解进行研磨的硅片的研磨面的反射强度。

此时，如图3(b)～(d)所示，在第2光学机构中，在多个透光窗Wn依次从硅片下方通过的期间，通过各光学传感器Sn，测定各透光窗的反射量。其检测结果的图形为图2(b)。由于传感器S3设置于硅片的中心部，S2与S4设置硅片的中程部分，S1与S5设置于硅片的外缘部，这样各传感器所接受的反射量与由前面的第1光学机构所获得的相同，在中心部最高，在外缘部较低。另外，在图2(b)中，记录有3个异常值。但是，由于通过控制部40，针对每个传感器，使除了异常值以外的受光量的平均值为相应的传感器的受光量，这样受光量为图7所示的图形。即，可知道，在硅片外缘部，呈锥状产生塌边。

接着，如图9(c)所示，按照F0＞F1＞F2的方式对作用于硅片中的各部分上的压力F0，F1，F2进行设定，同时连续研磨，以便使硅片的中心部的研磨程度大于外缘部，由此硅片外缘部的研磨滞后，对中心部的布线材料层3进行研磨，在硅片的外缘部和中心部两者的研磨面上，以混合的方式形成有布线材料层3与阻挡金属层2。图7表示此时作用各部分上的压力的图形。

在最后的精加工中，如图9(d)所示，作用于硅片的中心部，中程部分和外缘部上的压力F0，F1，F2返回到F0=F1=F2的关系，连续研磨一定时间，将残留于硅片研磨面上的阻挡金属层2完全去除。于是，硅片研磨面处于下述状态，在该状态，在底层硅1中，局部地残留有形成布线图案的布线材料层3。此时，整个硅片研磨面具有前面所述的结构材料特有的反射强度，虽然这一点未通过附图进行描述。另外，在此过程中，由于在图9(c)的时刻，在硅片的研磨面为平整状之后，对其研磨一定时间，这样可当适当地设定研磨时间时，还可使硅片内部的布线图案的深度保持均匀，另外仅仅容易研磨的布线部4的表面不产生塌边(杯状变形，参照图12(a))。

上面对在对硅片进行研磨时的，压力F0～F1的基本设定的方式进行了描述，但是在这里，还附带说一下使压力F0～F1变化的计时。按照在第1实施例中所描述的方式，在压磨板旋转1圈期间，共计2次地，通过2个光学机构了解硅片的研磨面的构成材料，由此可对压力F0～F2进行控制，但是即使在仅仅按照此方式，不频繁(比如，压磨板旋转次数为60rpm的场合，1秒／1圈)控制的情况下，还往往考虑可形成足够的平整度，并且可研磨规定量的场合。在此场合，也可采用下述的方法。

在硅片的整个研磨面为布线材料的期间，使压力形成F0=F1=F2的关系，连续地进行研磨。接着，即使在研磨面的一部分变为阻挡金属层的情况下，此状态的压力处于F0=F1=F2的关系，再连续研磨一定时间。在经过一定时间后，如果整个研磨面变为阻挡金属层，之后在压力处于F0=F1=F2的关系的状态下，再次进行研磨。另外，再经过一定时间后，如果研磨面的状态不发生变化，此时作为阻挡金属层的部分为硅片的中心部，则将压力设定为F0＜F1＜F2的关系，又研磨一定时间。

于是，如果经过一定时间后的整个研磨面变化为金属阻挡层，则可使压力返回到F0=F1=F2的关系，继续进行研磨。反之，如果研磨面的状态尚未发生变化，则在压力设定为F0＜F1＜F2的关系的状态下，或在设定为相对这3个压力之间，具有较大差别的F0＜＜F1＜＜F2的关系下，进行研磨。反复进行该操作，当硅片的整个研磨面变为阻挡金属层时，使上述压力返回到F0=F1=F2的关系，继续进行研磨。

此外，上述的“一定时间”不是严格确定的，但是在硅片的研磨的场合，其适当值比如，在5～10秒的范围内。即，在允许的范围内，在每个一定时间，了解研磨面的构成材料，根据该情况，使相应压力F0，F1，F2变化，另外根据情况而不使它们变化，可按照形成充分的平整度，以及所需研磨值对硅片进行研磨。

到此，对采用本发明的平面研磨装置的研磨方法进行了描述，但是，最好对贴附有研磨垫的压磨板的表面定期地(比如，1次／1个硅片的研磨之后)的进行清洗或更换。这样做的主要原因是：防止下述情况，该情况指在形成从光学传感器投射到硅片的研磨面上的光，该硅片的研磨面产生的反射光的光路的，嵌入研磨垫的聚氨酯橡胶板上，附着浆液。此外，还可这样考虑，即使在压磨板的底面呈比如，无光的黑色，将反射光的光量控制在较低值，在该压磨板的反射光的光量，与硅片的研磨面产生的反射光的光量之间形成明显的差别。

实施例2

接着，通过图10，对采用具有不同结构的底部旋转部15的平面研磨装置的实例进行描述。图10为以局部剖面表示的底部旋转部15的侧面图。其采用下述方式，即通过气囊55，将未固定于外框52上的浮动部50朝向下方压靠，与第1实施例中所描述的相同，在浮动部50上，设置有多个空气室。下面对其结构和性能进行描述。

简要地说，外框52的底侧呈圆筒状凹入，其中依次接纳有气囊55与浮动部50。在该浮动部50的周围，设置有多个销51，外框52具有供这些销51插入的松动配合孔。如图10所示，在将浮动部50嵌入外框52的内部时，浮动部50处于下述状态，在该状态，其可沿外周方向和上下方向稍稍移动，另外其底面还可沿任意方向稍稍倾斜。于是，如果外框52沿上下移动，或旋转，则销51挂于松动配合孔中，浮动部50也沿上下移动或作旋转动作。另外，浮动部50为金属或陶瓷等刚性较高的材料，其底面为平齐状，将硅片10夹持于该底面与研磨垫之间，对硅片10进行研磨。

另外，延伸到空气室的浮动部50内部的空气管通过柔性管53，与外框52内部的空气管连接，其具体的结构在图中省略，具有P0～P2的压力的高压空气分别供向空气室CB0～CB1。在这里，如上所述，柔性管53保持足够的柔性，以便在浮动部50嵌入外框52内时，该浮动部50沿外周方向和上下方向稍稍移动，或其底面沿任意方向稍稍倾斜。

此外，其原始形状呈顶面敞开的圆筒状的气囊55的顶部开口端按照折叠方式沿整个周边延伸，在外框52中的呈圆筒状凹入的底面上，紧密贴合有密封安装板57。另外，通过将多个螺钉58紧固，使气囊55处于紧密贴合状态，如果供给高压空气PA，则高压空气PA在未泄漏的情况下，充满于密封室56中。这样，气囊55的底面与浮动部50的顶面实现面接触，在平时，对接触面前面施加一定的压力。

于是，如果采用本结构的底部旋转部15，则浮动部50的底面平时容易与研磨垫保持吻合，与此同时，该底面在夹持硅片10的同时进行旋转，可对硅片10进行研磨。为了将原始的硅片10研磨成平整状，当比如，引用图1时，理想的情况是，研磨头部14的底面(硅片10的抵压面)与压磨板11的顶面保持平行。但是，下述情况是极难实现的，该情况指将它们保持平行，之后装配成研磨装置，即使在允许的范围内进行装配的情况下，如果在研磨过程中，研磨垫13稍稍形成波浪状，则下述情况是接近不可能的，该情况指研磨头部14的底面与研磨垫13的顶面保持平行的关系。本结构将上述问题解决。

此外，在图10所示的底部旋转部15中，不仅设置有上述的气囊，而且象在第1实施例中具体描述的那样，在浮动部50的内部，在相应的同心的环状区域，设置多个空气室CB0～CB1，相对这些空气室，在浮动部50的底面分别开设多个孔18～20。另外，从相应的空气流路，分别向上述空气室CB0～CB1，供给具有P0～P2的压力的空气。另外，这些空气按照与第1实施例具体描述相同的方式，根据本研磨装置所具有的2个光学结构以及由它们所获得的数据，形成适当的压力，供给相应的空气室，虽然这一点在图中未示出。

即，如果采用具有本结构的底部旋转部15的平面研磨装置，由于在浮动部50的底面平时与研磨垫的顶面吻合的同时，对硅片10进行研磨，并且在研磨过程中，随着压磨板的旋转，依次进行2个光学机构的2个控制，在压磨板旋转1圈期间，共计2次地，相对在研磨头部中划分的多个同心的环状区域，分别针对上述每个的区域，设定加压流体的压力，这样可进行平整度更高的硅片10的研磨，另外可更加精确地对研磨量进行控制。

此外，在到目前的实施例中，可分别相对研磨过程中的硅片，设定压力的环状区域，构成硅片的中心部，中程部分以及外缘部这3个部分，但是可进一步增加该区域，针对每个区域设置光学传感器，高压空气的精密调节器，由此可针对更加细分的区域，设定压力。

还有，构成第2光学结构的光学传感器的数量为5个，但是并不对嵌入研磨垫中的透光窗中的聚氨酯板部分提供研磨，如果上述光学传感器的数量过多，会有导致研磨能力降低的担心，虽然是这样，然而如果进一步增加光学传感器的数量，另外还同时增加在研磨头部中划分的多个同心的环状区域，则可实现更加细分的加压控制。

另外，上述实施例是采用高压空气，来产生压力的，但是所采用的高压流体不限于高压空气，不限于高压N₂气体或者气体，也可高压液体。然而，在所采用的高压流体选择高压液体的场合，在保持下述的性能方面多少有一些困难，但是，不仅可通过相对研磨过程的硅片，可别设定压力的环状区域的硅片保持面上开设的多个孔来施加压力，而且还可通过采用电磁阀等，将高压空气的供给流路切换到真空流路，形成真空吸引孔，将硅片吸引到研磨头部上，保持在硅片上传送的性能，虽然这一点未在图中示出。

另外随便说一下，本实施例为仅仅具有1个研磨头部的系统，但是还可设置具有相同结构的多个研磨头部。在此场合，在新设置有研磨头部的压磨板的下方，可设置作为第1光学机构的多个光学传感器，仅仅通过新设定这些传感器接受反射光的计时，便可按照原样采用本实施例所用的多个透光窗，无需在压磨板上新设置透光窗。

如果按照描述方式采用本发明的平面研磨装置，由于在对叠置有数种材料的研磨对象物件进行研磨时，采用2种光学机构，在该研磨过程中，在压磨板旋转1圈期间，可共计2次地，针对研磨对象物件中的多个环状区域，了解残留于研磨对象物件的研磨面上的材料，另外可针对该多个环状区域中的每个，设定研磨垫按压研磨对象物的力，这样可快速地对应于研磨面的材料变化进行研磨，可按照非锥状而形成平整面，并且以所需研磨量对研磨面进行研摩。这样在以低速使压磨板旋转而进行研磨的场合，会获得更好的效果。

此外，如果硅片的尺寸较大，则上述的效果更加显著，即使在相对较大尺寸的硅片的情况下，仍可按照形成平整状，以及所需研磨量对研磨面进行研磨，设置于研磨后的硅片表面上的布线图案的槽的深度保持一致，可实现各布线的电阻为恒定的高品质的研磨对象物件的研磨。因此，相对今后的较大尺寸的硅片，有助于大大提供优良出品率。

还有，由于2种光学机构中的1种以针对研磨面的同一部分的信息，作为除去在提取多次信息过程中的异常值的平均值，这样可掌握更加准确的研磨面的状态。这样还可使较大尺寸的硅片的优良出品率提高。

Claims (9)

1．一种平面研磨装置，其包括顶面贴附有研磨垫(13)的压磨板(11)，以及位于上方的研磨头部(14)，在上述压磨板(11)与上述研磨垫(13)之间夹持研磨对象物件(10)，在施加规定的压力的同时，上述压磨板(11)与研磨头部(14)旋转，在上述研磨垫(13)与研磨对象物件(10)之间设置浆液，对研磨对象物件(10)进行研磨，该研磨头部(14)可对保持研磨对象物件(10)的面喷射加压流体，在上述研磨头部(14)的内部划分形成的多个同心的环状区域(CB0，CB1，CB2)中，开设有多个孔(18，19，20)，可针对上述的每个区域(CB0，CB1，CB2)，供给上述加压流体，上述压磨板(11)包括穿过研磨垫(13)的单个透光窗(WT)，透光型材料(CD，CU)嵌入该透光窗(WT)，在上述压磨板(11)的底面，在该透光窗(WT)的周边与压磨板(11)的旋转中心处，安装有反射镜(26，27)，在安装于压磨板(11)的旋转中心的底面的反射镜(27)的下方，设置有光源(28)与光检测器(29)，其特征在于：

其包括下述控制部(40)，该控制部通过上述光检测器(29)接受下述光，该光指从上述光源(28)发出的光，借助上述2个反射镜(26，27)，通过上述单个透光窗(WT)，投射到研磨对象物件(10)上，形成由研磨对象物件产生的反射光，然后按照与上述相同的路径返回的光，对应于该受光量，可针对上述的每个区域(CB0，CB1，CB2)，分别改变上述加压流体的压力。

2．根据权利要求1所述的平面研磨装置，其特征在于在下述期间，上述控制部(40)可对应于连续地接受研磨对象物件(10)产生的光的光检测器(29)的受光量，针对上述的每个区域(CB0，CB1，CB2)，对上述加压流体进行控制，该期间指在研磨过程中，在单个透光窗(WT)随着压磨板(11)的旋转，从研磨对象物件(10)的下方通过的期间。

3．一种平面研磨装置，其包括顶面贴附有研磨垫(13)的压磨板(11)，以及位于上方的研磨头部(14)，在上述压磨板(11)与上述研磨垫(13)之间夹持研磨对象物件(10)，在施加规定的压力的同时，上述压磨板(11)与研磨头部(14)旋转，在上述研磨垫(13)与研磨对象物件(10)之间设置浆液，对研磨对象物件(10)进行研磨，该研磨头部(14)可对保持研磨对象物件(10)的面喷射加压流体，在上述研磨头部(14)的内部划分形成的多个同心的环状区域(CB0，CB1，CB2)中，开设有多个孔(18，19，20)，可针对上述的每个区域(CB0，CB1，CB2)，供给上述加压流体，其特征在于：

在上述压磨板(11)上设置有均穿过研磨垫(11)的多个透光窗(Wn)，在该多个透光窗(Wn)中分别嵌入有透光型材料(CD，CU)，在上述压磨板的下方，设置有多个光学传感器(Sn)。

4．根据权利要求3所述的平面研磨装置，其特征在于上述多个光学传感器(Sn)设置于下述线段上，该线段通过上述研磨头部(14)的旋转中心，使下述圆在下方平行移动的线段，该圆的中心位于上述压磨板(11)的旋转中心，上述多个透光窗(Wn)的个数与光学传感器(Sn)的相同，所有透光窗(Wn)具有在所有的光学传感器(Sn)的正上方而与后者对齐的位置关系。

5．根据权利要求4所述的平面研磨装置，其特征在于上述多个光学传感器(Sn)按照等间距，设置于下述范围内，在该范围内，在研磨对象物件(10)的中心与上述线段的中点重合的场合，任何一个光学传感器(Sn)均不超出据研磨对象物件(10)的区域。

6．根据权利要求5所述的平面研磨装置，其特征在于其包括下述控制部(40)，该控制部通过光学传感器(Sn)接受下述光，该光为通过光学传感器(Sn)投射到研磨对象物件(10)上，之后由研磨对象物件(10)产生的反射光，对应于该受光量，可针对上述的每个区域(CB0，CB1，CB2)，分别改变上述加压流体的压力。

7．根据权利要求6所述的平面研磨装置，其特征在于上述多个光学传感器(Sn)均存储下述反射光量，该反射光量指在研磨过程中，随着压磨板(11)的旋转，多个透光窗(Wn)从多个光学传感器(Sn)的正上方通过时而获得的，由研磨对象物件(10)产生的反射光量，将下述平均值用于控制部(40)的控制，该平均值指在研磨对象物件(10)通过的过程中，从按照以其数值与上述多个透光窗(Wn)的个数相同的次数，各光学传感器(Sn)所获得的反射受光量中去除异常值的总和的平均值。

8．根据权利要求5所述的平面研磨装置，其特征在于在压磨板(11)上，在其上设置有多个透光窗(Wn)的上述线段的中点与压磨板(11)的旋转中心之间的连线上，在越过该旋转中心的位置，设置有穿过该研磨垫(13)的单个透光窗(WT)，在压磨板(11)的底面，在单个透光窗(WT)的周边与压磨板(11)的旋转中心，安装有反射镜(26，27)，在安装于该压磨板(11)的旋转中心的底面的反射镜(27)的下方，设置有光源(28)与光检测器(29)。

9．根据权利要求8所述的平面研磨装置，其特征在于其包括：

第1控制部(40)，该控制部通过光学传感器(Sn)接受下述光，该光为通过光学传感器(Sn)投射到研磨对象物件(10)上，之后由研磨对象物件(10)产生的反射光，对应于该受光量，可针对上述的每个区域(CB0，CB1，CB2)，分别改变上述加压流体的压力；

第2控制部(40)，该控制部在下述期间，对应于连续地接受研磨对象物件(10)产生的光的光检测器(29)的受光量，可针对上述的每个区域(CB0，CB1，CB2)，对上述加压流体的压力进行控制，该期间指在研磨过程中，上述单个透光窗(WT)随着压磨板(11)的旋转，从研磨对象物件(10)的下方通过的期间；

相对多个光学传感器(Sn)，具有第1控制部(40)，相对光检测器(29)，具有第2控制部(40)，在研磨过程中，随着压磨板(11)的旋转，依次进行上述的2个控制，在压磨板(11)旋转1圈的期间，共计2次地，可针对上述的每个区域(CB0，CB1，CB2)，分别进行上述加压流体的压力控制。

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