TW201347023A - 研磨裝置及研磨方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】本發明提供一種可防止過度研磨，使研磨終點檢測精度提高之研磨裝置。【解決手段】研磨裝置具備支撐研磨墊12之研磨台10；使研磨台10旋轉之台馬達25；將基板W按壓於研磨墊12之上方環形轉盤15；測定台馬達25之轉矩電流值的電流計35；於基板W上照射光，計測來自基板W之反射光強度的光學式感測器40；及從反射光之強度生成隨膜厚度而變化之研磨指標值的處理部18。處理部18依據轉矩電流值到達指定之臨限值的時點、及研磨指標值之指定特徵點出現的時點其中較早一方，決定研磨終點。

Description

研磨裝置及研磨方法
本發明係關於一種晶圓等之基板的研磨裝置及研磨方法，特別是關於可檢測基板之研磨終點的研磨裝置及研磨方法。
在研磨晶圓等基板之裝置中，使用各種類型之研磨終點檢測方法。例如，為了檢測藉由研磨除去上層膜而露出下層膜，係採用檢測研磨台之轉矩電流變化的方法(例如參照日本特開2001-198813號公報及特開平6-315850號公報)。
伴隨配線之微細化，而要求提高研磨終點檢測之精度。但是，上述轉矩電流式之研磨終點檢測方法，由於晶圓面內之上層膜的厚度不均，當研磨至整個晶圓之下層膜露出時，對目標膜厚會造成過度研磨。
為了防止此種過度研磨，係從轉矩電流之變化檢測形成於上層膜表面上之初期凹凸形成平坦的時點，從此時點進行研磨預定時間程度。若採用該方法，係在保留比目標膜厚大之下層膜的狀態下結束研磨，以外部之膜厚測定器進行研磨後之膜厚測定，計算避免目標膜厚與測定膜厚之差異所需的研磨時間，而後，以算出之研磨時間程度進行追加研磨以實現目標膜厚。但是，實施此種追加研磨，導致整體研磨時間延長，生產量降低。
除了此種轉矩電流式的研磨終點檢測方法之外，尚有使用光 學式感測器之研磨終點檢測方法(例如參照日本特開2004-154928號公報)。該方法係引導光至晶圓表面，藉由分析來自晶圓之反射光，決定晶圓之研磨終點。若採用該方法，由於係從上層膜之研磨狀態檢測研磨終點，因此可在下層膜露出之前結束研磨。但是，形成於晶圓上之配線圖案及研磨時使用之漿液會對終點檢測精度造成不良影響，而無法獲得所需之精度。
本發明係為了解決上述之問題者，其目的為提供一種可防止過度研磨，並使研磨終點檢測精度提高之研磨裝置及研磨方法。
為了達成上述目的，本發明一種樣態之研磨裝置，係研磨形成有膜之基板，其特徵為具備：研磨台，其係支撐研磨墊；台馬達，其係使前述研磨台旋轉；上方環形轉盤，其係將基板按壓於前述研磨墊；感測器，其係取得包含前述膜之厚度資訊的信號；及處理部，其係從前述信號生成隨前述膜之厚度而變化的研磨指標值；前述處理部監視前述台馬達之轉矩電流值及前述研磨指標值，依據前述轉矩電流值到達指定之臨限值的時點、及前述研磨指標值之指定特徵點出現的時點其中較早一方，決定研磨終點。
本發明適合樣態之特徵為：前述處理部記憶有：第一檢測誤差範圍，其係從前述研磨指標值之指定特徵點出現的時點之膜厚與指定的目標膜厚之差求出；及第二檢測誤差範圍，其係從前述轉矩電流值到達指定之臨限值的時點之膜厚與前述指定的目標膜厚之差求出；前述第一檢測 誤差範圍及前述第二檢測誤差範圍係從與前述基板同種之基板的過去研磨資料預先取得之檢測誤差範圍，且以前述第二檢測誤差範圍與前述第一檢測誤差範圍重疊之方式設定前述指定之臨限值。
本發明適合樣態之特徵為：將前述轉矩電流值到達指定之臨限值的時點、及前述研磨指標值之指定特徵點出現的時點其中較早一方，決定為前述研磨終點。
本發明適合樣態之特徵為：將從前述轉矩電流值到達指定之臨限值的時點、及前述研磨指標值之指定特徵點出現的時點其中較早一方之時點，經過指定時間的時點，決定為前述研磨終點。
本發明適合樣態之特徵為：前述感測器係在前述基板上照射光，計測來自前述基板之反射光強度的光學式感測器，且前述處理部係從前述反射光之強度生成前述研磨指標值。
本發明其他樣態之研磨方法，係研磨形成有膜之基板，其特徵為：藉由台馬達使支撐研磨墊之研磨台旋轉，藉由上方環形轉盤將基板按壓於前述研磨墊，取得包含前述膜之厚度資訊的信號，從前述信號生成隨前述膜之厚度變化的研磨指標值，監視前述台馬達之轉矩電流值及前述研磨指標值，依據前述轉矩電流值到達指定之臨限值的時點、及前述研磨指標值之指定特徵點出現的時點其中較早一方，決定研磨終點。
本發明適合樣態之特徵為：以從前述轉矩電流值到達指定之臨限值的時點之膜厚與前述指定的目標膜厚之差求出的第二檢測誤差範圍，與從前述研磨指標值之指定特徵點出現的時點之膜厚與前述指定的目標膜厚之差求出的第一檢測誤差範圍重疊之方式，設定前述指定之臨限 值，前述第一檢測誤差範圍及前述第二檢測誤差範圍，係從與前述基板同種之基板的過去研磨資料預先取得之檢測誤差範圍。
本發明適合樣態之特徵為：將前述轉矩電流值到達指定之臨限值的時點、及前述研磨指標值之指定特徵點出現的時點其中較早一方，決定為前述研磨終點。
本發明適合樣態之特徵為：將從前述轉矩電流值到達指定之臨限值的時點、及前述研磨指標值之指定特徵點出現的時點其中較早一方之時點，經過指定時間的時點，決定為前述研磨終點。
本發明適合樣態之特徵為：檢測前述膜之厚度的工序，係在基板上照射光，計測來自前述基板之反射光強度的工序，生成前述研磨指標值之工序，係從前述反射光之強度生成前述研磨指標值的工序。
若採用本發明時，由於係使用台馬達之轉矩電流值及來自光學式感測器的光學信號兩者檢測研磨終點，所以，在過度研磨前檢測研磨終點之概率提高。因此，可使研磨終點檢測之精度提高。
1‧‧‧矽層
2‧‧‧多晶矽
3‧‧‧氮化矽
4‧‧‧絕緣膜
4a‧‧‧階部
10‧‧‧研磨台
10a‧‧‧台軸
12‧‧‧研磨墊
12a‧‧‧研磨面
15‧‧‧上方環形轉盤
16‧‧‧上方環形轉盤轉軸
17‧‧‧連結手段
18‧‧‧處理部
20‧‧‧上方環形轉盤馬達
25‧‧‧台馬達
30‧‧‧研磨液供給噴嘴
35‧‧‧電流計
40‧‧‧光學式感測器
42‧‧‧投光部
43‧‧‧受光部(光纖)
44‧‧‧分光器
47‧‧‧光源
48‧‧‧光纖
50A‧‧‧第一孔
50B‧‧‧第二孔
51‧‧‧通孔
53‧‧‧液體供給路徑
54‧‧‧液體排出路徑
55‧‧‧液體供給源
W‧‧‧晶圓
R1‧‧‧第一檢測誤差範圍
R2‧‧‧第二檢測誤差範圍
第一圖係顯示本發明一種實施形態之研磨裝置的模式圖。
第二(a)圖至第二(d)圖係顯示進行晶圓研磨之情形圖。
第三圖係轉矩電流隨晶圓之研磨進行而變化情形的說明圖。
第四圖係說明光學式感測器之原理的模式圖。
第五圖係顯示晶圓與研磨台之位置關係的平面圖。
第六圖係顯示藉由處理部所生成之分光波形圖。
第七圖係顯示從分光波形所生成之研磨指標值圖。
第八圖係將檢測誤差範圍作為正常分布而表示之圖。
第九圖係顯示研磨終點檢測之一例圖。
第十圖係本發明之研磨終點檢測方法的一種實施形態之說明圖。
第十一圖係顯示第一檢測誤差範圍與第二檢測誤差範圍之一例圖。
第十二圖係說明本發明之研磨終點檢測方法的一種實施形態之流程圖。
以下，參照圖式說明本發明之實施形態。
第一圖係顯示本發明一種實施形態之研磨裝置的模式圖。如第一圖所示，研磨裝置具備研磨台10、支撐於上方環形轉盤轉軸16之上方環形轉盤15、及依據各種資料檢測晶圓(基板)W之研磨終點的處理部18。上方環形轉盤15構成可在其下面保持晶圓W。上方環形轉盤轉軸16可經由皮帶等連結手段17連結於上方環形轉盤馬達20而旋轉。藉由該上方環形轉盤轉軸16之旋轉，上方環形轉盤15可在箭頭顯示之方向旋轉。
研磨台10經由台軸10a連結於配置在其下方之台馬達25，研磨台10藉由該台馬達25可在箭頭顯示之方向旋轉。在該研磨台10之上面貼合有研磨墊12，研磨墊12之上面12a構成研磨晶圓W之研磨面。
上方環形轉盤轉軸16可藉由無圖示之上下移動機構而上下移動。在下面保持晶圓W之上方環形轉盤15藉由上方環形轉盤轉軸16下降，而將晶圓W按壓於研磨墊12之上面(研磨面)12a。在晶圓W研磨中，使上方環形轉盤15及研磨台10分別旋轉，並從設於研磨台10上方之研磨液 供給噴嘴30供給研磨液(漿液)至研磨墊12上。晶圓W之表面藉由研磨液中包含之研磨粒的機械性作用與研磨液之化學性作用而研磨。
晶圓W研磨中，因為晶圓W之表面與研磨墊12之研磨面12a滑接，而在晶圓W與研磨墊12之間產生摩擦力。該摩擦力取決於晶圓W露出面之形狀及形成露出面之膜的種類而變化。例如，藉由研磨除去上層膜而下層膜露出時，在晶圓W與研磨墊12之間產生的摩擦力變化。
台馬達25控制成可使研磨台10以預設之一定速度旋轉。因此，作用於晶圓W與研磨墊12之間的摩擦力變化時，流入台馬達25之電流值，亦即轉矩電流變化。更具體而言，摩擦力變大時，為了藉由研磨台10賦予大轉矩，而轉矩電流增加，摩擦力變小時，為了減少賦予研磨台10之轉矩，而轉矩電流降低。台馬達25上連接有測定其轉矩電流之電流計35。另外，亦可不設電流計35，而使用從驅動台馬達25之反相器(Inverter)(無圖示)輸出的電流值。
第二(a)圖至第二(d)圖係顯示進行晶圓研磨之情形圖。第三圖係轉矩電流隨晶圓之研磨進行而變化情形的說明圖。如第二(a)圖所示，在矽層1上形成多晶矽2，以覆蓋多晶矽2之方式形成有氮化矽(Silicon nitride)3。再者，在氮化矽3上形成有絕緣膜4。該晶圓之研磨係研磨其上層膜之絕緣膜4，直至下層膜之氮化矽3出現於晶圓表面。因此，該晶圓之研磨終點係氮化矽3露出之時點。使用之研磨液係具有促進絕緣膜4之研磨，並抑制氮化矽3之研磨的化學性質之研磨液。
研磨初期，在絕緣膜4之上面，沿著氮化矽3之形狀形成有階部4a。藉由存在該階部4a，晶圓與研磨墊12間之接觸面積縮小，因此晶圓與 研磨墊12間之摩擦力小。如第二(b)圖所示，研磨進行而除去絕緣膜4之階部4a時，晶圓與研磨墊12間之接觸面積增加，晶圓與研磨墊12間之摩擦力亦增加。因此，轉矩電流增加。再者，進行晶圓研磨時，如第二(c)圖所示，氮化矽3出現於晶圓表面。氮化矽3露出時，摩擦力降低。此因，使用了具有抑制氮化矽3之研磨的化學性質之研磨液。
氮化矽3露出時，轉矩電流降低。晶圓之研磨終點可依據該轉矩電流之變化點來決定。亦即如第三圖所示，可決定轉矩電流值降低而到達預設之臨限值的時點，作為研磨終點。但是，形成於晶圓之絕緣膜(上層膜)4的厚度在晶圓面內不均，因而，研磨至下層膜之氮化矽3出現於整個晶圓時，如第二(d)圖所示，會造成過度研磨。
因此，本實施形態係組合使用依據轉矩電流之研磨終點檢測、與使用光學式感測器40之研磨終點檢測。如第一圖所示，光學式感測器40埋設於研磨台10，並與研磨台10一起旋轉。光學式感測器40係在晶圓W表面照射光，接收來自晶圓W之反射光，進一步測定各波長之反射光強度。
光學式感測器40具備將光照射於晶圓W之被研磨面的投光部42；作為接收從晶圓W返回之反射光的受光部之光纖43；及按照波長分解來自晶圓W之反射光，包含指定之波長範圍測定反射光強度的分光器44。
研磨台10中形成有在其上面開口之第一孔50A及第二孔50B。此外，在研磨墊12中，於對應於此等孔50A,50B之位置形成有通孔51。孔50A,50B與通孔51連通，通孔51在研磨面12a上開口。第一孔50A經由液體供給路徑53及旋轉接頭(無圖示)而連結於液體供給源55，第二孔50B連結於液體排出路徑54。
投光部42具備發出多波長之光的光源47、及連接於光源47之光纖48。光纖48係將藉由光源47所發出之光引導至晶圓W表面的光傳送部。光纖48及光纖43之前端位於第一孔50A內，且位於晶圓W之被研磨面附近。光纖48及光纖43之各前端與保持於上方環形轉盤15之晶圓W的中心相對配置，當研磨台10旋轉時，可在包含晶圓W中心之複數個區域照射光。
在晶圓W研磨中，從液體供給源55經由液體供給路徑53供給透明液體之水(宜為純水)至第一孔50A，並填滿晶圓W之下面與光纖48,43前端之間的空間。水進一步流入第二孔50B，並通過液體排出路徑54排出。研磨液與水一起排出，藉此確保光程。在液體供給路徑53上設有與研磨台10之旋轉同步工作的閥門(無圖示)。該閥門係以晶圓W不在通孔51上時，停止水之流動，或是減少水流量的方式動作。
光纖48與光纖43彼此並聯配置。光纖48及光纖43之各前端對晶圓W表面大致垂直配置，光纖48可在晶圓W表面大致垂直地照射光。
晶圓W研磨中，從投光部42照射光至晶圓W，並藉由光纖(受光部)43接收來自晶圓W之反射光。分光器44包含指定之波長範圍測定反射光之各波長強度，並將獲得之光強度資料傳送至處理部18。藉由該分光器44取得之反射光強度的測定值係包含晶圓W之膜厚資訊的信號，且依膜厚而變化。處理部18從光強度資料生成表示各波長之光強度的分光波形，進一步從分光波形生成顯示晶圓W之研磨進度的研磨指標值。
第四圖係說明光學式感測器40之原理的模式圖，第五圖係顯示晶圓與研磨台之位置關係的平面圖。第四圖所示之例，係晶圓W具有下層膜、及形成於其上之上層膜。投光部42及光纖43在晶圓W表面相對配置。 投光部42於研磨台10每一次旋轉時，照射光至包含晶圓W中心之複數個區域。
照射至晶圓W之光，在介質(第四圖之例係水)與上層膜之界面、以及上層膜與下層膜之界面反射，在此等界面反射之光彼此干擾。該光干擾方式依上層膜之厚度(亦即光程長)而變化。因而，從來自晶圓W之反射光生成的分光波形隨上層膜之厚度變化。分光器44按照波長分解反射光，各波長測定反射光之強度。處理部18從分光器44獲得之反射光的強度資料生成分光波形。該分光波形以顯示光之波長與強度關係的線圖(波形)來表示。光強度亦可以反射率或相對反射率等之相對值來表示。
第六圖係顯示藉由處理部18所生成之分光波形圖。第六圖中，橫軸表示反射光之波長，縱軸表示從反射光強度導出之相對反射率。所謂相對反射率，係表示反射光強度之1個指標，具體而言，係反射光強度與指定的基準強度之比。各波長藉由反射光之強度(實測強度)除以指定之基準強度，從實測強度除去裝置之光學系統及光源固有之強度不均等無用要素，藉此，可獲得僅反映上層膜之厚度資訊的分光波形。
基準強度係各波長預先取得之強度，且各波長分別算出相對反射率。具體而言藉由各波長之光強度(實測強度)除以對應之基準強度，而求出相對反射率。指定之基準強度，例如可為在水存在下研磨尚未形成膜之矽晶圓(裸晶圓)時所獲得的反射光強度。實際之研磨係從實測強度減去暗位準(Dark level)(在遮斷光之條件下所獲得的背景強度)，求出修正實測強度，進一步從基準強度減去上述暗位準，求出修正基準強度，而後，藉由修正實測強度除以修正基準強度，求出相對反射率。具體而言，相對 反射率R(λ)可使用以下公式(1)求出。
其中，λ係波長，E(λ)係來自晶圓之反射光的強度，B(λ)係基準強度，D(λ)係暗位準(在遮斷光之條件下所測定的光強度)。
處理部18使用以下公式，從分光波形生成顯示研磨進度之研磨指標值(光譜索引)。
研磨指標值S(λ1)=R(λ1)/(R(λ1)+R(λ2)+...+R(λk))‧‧‧(2)
其中，λ表示光之波長，R(λk)表示在波長λk時之相對反射率。另外，用於算出研磨指標值之光的波長λ數宜為2個或3個(亦即k=2或3)。從公式(2)瞭解藉由相對反射率除以相對反射率，可從相對反射率除去不取決於波長的雜訊成分。因此可獲得無雜訊之研磨指標值。
第七圖係顯示研磨指標值之圖。如第七圖所示，研磨指標值隨研磨時間而周期性變化。這是因光波干擾之現象。換言之，照射至晶圓之光，在介質與上層膜之界面、以及上層膜與下層膜之界面反射，在此等界面反射之光波彼此干擾。該光波之干擾方式依上層膜之厚度(亦即光程長)而變化。因而從分光波形生成之研磨指標值，隨上層膜之厚度，亦即隨研磨時間而周期性變化。
處理部18檢測成為研磨指標值之特徵點的極大點或極小點(以下總稱為極值點)，並依據其檢測時點決定研磨終點。第七圖之例係將從指定時間檢測出4個極小點的時點決定為研磨終點。或是，亦可將從檢測出指定之極值點的時點經過指定時間的時點作為研磨終點。
使用光學式感測器40檢測研磨終點時，藉由形成於晶圓上之配線圖案、下層膜之厚度或溝道部之深度不均、光學常數之不均等種種因素而伴隨檢測誤差。研磨終點檢測中高精度求出時，藉由該檢測誤差，如第八圖所示，研磨後之膜厚度超出容許範圍而造成研磨不足或過度研磨。第八圖所示之例，容許之目標範圍對目標膜厚係±2nm，而檢測誤差範圍對目標膜厚係±5nm。第八圖顯示將該檢測誤差範圍作為正常分布而表示之圖。此例中研磨不足及過度研磨造成之概率分別為10.8%。
研磨不足固然可藉由追加研磨而消除，但是並無消除過度研磨之手段。如第九圖所示，可藉由調整研磨終點檢測範圍，使研磨指標值之特徵點稍微提前出現，即可防止過度研磨。但是，該情況下研磨不足發生之概率上升為73.7%。
因此，本發明係組合從光學式感測器40獲得之研磨指標值與台轉矩電流值，來檢測晶圓之研磨終點。第十圖係本發明之研磨終點檢測方法的一種實施形態之說明圖。如第十圖所示，係以研磨之晶圓的膜厚到達目標膜厚時，出現研磨指標值之特徵點的方式，調整光學式感測器40之研磨終點檢測範圍。
除了光學式感測器40之外，即使在依據轉矩電流值檢測研磨終點中，因晶圓面內之氮化矽表面高度不均等而存在檢測誤差。此外，大多情況下，除去膜表面之階部時，或是異種膜(上述之例係氮化矽)露出時，轉矩電流值開始變化，所以可能造成檢測遲緩。光學式感測器40之檢測誤差範圍(以下稱為第一檢測誤差範圍R1)與依據轉矩電流檢測研磨終點之檢測誤差範圍(以下稱第二檢測誤差範圍R2)係以重疊之方式設定。 第二檢測誤差範圍R2之位置可依用於檢測研磨終點之轉矩電流或轉矩電流之變化速度(坡度或微分值)的臨限值而變更。如第十圖所示，第二檢測誤差範圍R2宜設定成不致與研磨不足區域重疊，其大部分位於目標範圍內。
晶圓研磨中，處理部18監視轉矩電流值及研磨指標值兩者。而後，決定轉矩電流值到達指定之臨限值的時點、及研磨指標值之特徵點出現的時點其中較早一方，作為研磨終點。
第一檢測誤差範圍R1係研磨複數片與研磨對象之晶圓同種的晶圓，藉由外部之膜厚測定器測定在轉矩電流值到達指定之臨限值的時點各晶圓之膜厚，而從所測定之膜厚與指定之目標膜厚的差求出。同樣的，第二檢測誤差範圍R2係研磨複數片與研磨對象之晶圓同種的晶圓，藉由外部之膜厚測定器測定在研磨指標值之指定特徵點出現的時點各晶圓之膜厚，而從所測定之膜厚與前述指定之目標膜厚的差求出。
如此，將從過去研磨資料獲得之第一檢測誤差範圍R1與第二檢測誤差範圍R2重疊設定。而後，處理部18將轉矩電流值或研磨指標值其中一方先顯示研磨終點之時點決定為晶圓之研磨終點。如此，藉由使用轉矩電流值及研磨指標值兩者監視研磨進度，過度研磨之概率下降，可決定更正確之晶圓研磨終點。分別單獨使用光學式感測器或轉矩電流感測器(轉矩電流式終點檢測)時，若按照第十圖，發生過度研磨之概率分別為10.8%、17.1%。但是，此等感測器因檢測原理不同，所以誤差因素有異。因此，即使各個感測器無法及時檢測而發生過度研磨時，同時檢測遲緩而發生過度研磨的概率格外小。
第十一圖係顯示第一檢測誤差範圍R1與第二檢測誤差範圍 R2之其他例圖。該例之轉矩電流式的檢測誤差範圍R2之中心到達目標範圍邊界(時間軸之右端)。即使此時，因為光學式感測器及轉矩電流感測器之誤差因素不同，所以與第十圖所示之例相同，過度研磨之概率下降，可檢測更正確之晶圓研磨終點。此與轉矩電流式之檢測誤差範圍R2的中心到達目標範圍外之情況亦同。
第十二圖係說明本發明之研磨終點檢測方法的實施形態流程圖。開始研磨晶圓時，開始藉由光學式感測器40測定反射光之強度及轉矩電流。處理部18從光學式感測器40所獲得之光學式資料生成研磨指標值，並監視該值。同時，處理部18監視轉矩電流值。另外，處理部18亦可監視從驅動台馬達25之驅動器(反相器)輸出的轉矩電流值，來取代藉由電流計35所測定之轉矩電流值。
處理部18判斷研磨指標值之指定特徵點(極大點或極小點)是否出現，同時判斷轉矩電流是否到達指定之臨限值。而後，決定研磨指標值之指定特徵點出現的時點、及轉矩電流值到達指定之臨限值的時點其中較早一方作為研磨終點。決定研磨終點後，依需要研磨(過拋光)指定時間程度，其後結束晶圓之研磨。
依據轉矩電流值檢測研磨終點，一般而言，係在應檢測露出之異種膜(下層膜)的面積比率大之情況，或是使用具有上層膜與下層膜之研磨率(亦稱為除去率)差異大的化學性質之研磨液的情況下有利。此因，下層膜出現在晶圓表面時摩擦力變化大。使用光學式感測器40檢測研磨終點，有助於在下層膜露出之前檢測上層膜的研磨狀態。本發明藉由組合此等2個研磨終點檢測技術，可實現更正確的研磨終點。
上述之實施形態係在OR條件下執行依據轉矩電流值之研磨終點檢測與依據研磨指標值之研磨終點檢測，不過，亦可在AND條件下執行依據轉矩電流值之研磨終點檢測與依據研磨指標值之研磨終點檢測。亦即，亦可將轉矩電流值到達指定之臨限值，及研磨指標值之特徵點出現作為條件，來決定研磨終點。換言之，係決定轉矩電流值到達指定之臨限值的時點及研磨指標值之特徵點出現的時點其中較晚一方，作為研磨終點。此種AND條件下之研磨終點檢測，在希防止研磨不足之製程中有效。
上述之實施形態，係以具有本發明所屬技術領域中之一般知識者可實施本發明為目的而記載者。熟悉本技術之業者當然可形成上述實施形態之各種變形例，本發明之技術性思想亦應適用於其他實施形態。因此，本發明不限定於所記載之實施形態，而係以按照申請專利範圍所定義之技術性思想的最廣範圍作解釋者。
10‧‧‧研磨台
10a‧‧‧台軸
12‧‧‧研磨墊
12a‧‧‧研磨面
15‧‧‧上方環形轉盤
16‧‧‧上方環形轉盤轉軸
17‧‧‧連結手段
18‧‧‧處理部
20‧‧‧上方環形轉盤馬達
25‧‧‧台馬達
30‧‧‧研磨液供給噴嘴
35‧‧‧電流計
40‧‧‧光學式感測器
42‧‧‧投光部
43‧‧‧受光部(光纖)
44‧‧‧分光器
47‧‧‧光源
48‧‧‧光纖
50A‧‧‧第一孔
50B‧‧‧第二孔
51‧‧‧通孔
53‧‧‧液體供給路徑
54‧‧‧液體排出路徑
55‧‧‧液體供給源
W‧‧‧晶圓

Claims (10)

  1. 一種研磨裝置，係研磨形成有膜之基板，其特徵為具備：研磨台，其係支撐研磨墊；台馬達，其係使前述研磨台旋轉；上方環形轉盤，其係將基板按壓於前述研磨墊；感測器，其係取得包含前述膜之厚度資訊的信號；及處理部，其係從前述信號生成隨前述膜之厚度而變化的研磨指標值；前述處理部監視前述台馬達之轉矩電流值及前述研磨指標值，依據前述轉矩電流值到達指定之臨限值的時點、及前述研磨指標值之指定特徵點出現的時點其中較早一方，決定研磨終點。
  2. 如申請專利範圍第1項之研磨裝置，其中前述處理部記憶有：第一檢測誤差範圍，其係從前述研磨指標值之指定特徵點出現的時點之膜厚與指定的目標膜厚之差求出；及第二檢測誤差範圍，其係從前述轉矩電流值到達指定之臨限值的時點之膜厚與前述指定的目標膜厚之差求出；前述第一檢測誤差範圍及前述第二檢測誤差範圍係從與前述基板同種之基板的過去研磨資料預先取得之檢測誤差範圍，且以前述第二檢測誤差範圍與前述第一檢測誤差範圍重疊之方式設定前述指定之臨限值。
  3. 如申請專利範圍第1項之研磨裝置，其中將前述轉矩電流值到達指定之臨限值的時點、及前述研磨指標值之指定特徵點出現的時點其中較 早一方，決定為前述研磨終點。
  4. 如申請專利範圍第1項之研磨裝置，其中將從前述轉矩電流值到達指定之臨限值的時點、及前述研磨指標值之指定特徵點出現的時點其中較早一方之時點，經過指定時間的時點，決定為前述研磨終點。
  5. 如申請專利範圍第1項之研磨裝置，其中前述感測器係在前述基板上照射光，計測來自前述基板之反射光強度的光學式感測器，且前述處理部係從前述反射光之強度生成前述研磨指標值。
  6. 一種研磨方法，係研磨形成有膜之基板，其特徵為：藉由台馬達使支撐研磨墊之研磨台旋轉，藉由上方環形轉盤將基板按壓於前述研磨墊，取得包含前述膜之厚度資訊的信號，從前述信號生成隨前述膜之厚度變化的研磨指標值，監視前述台馬達之轉矩電流值及前述研磨指標值，依據前述轉矩電流值到達指定之臨限值的時點、及前述研磨指標值之指定特徵點出現的時點其中較早一方，決定研磨終點。
  7. 如申請專利範圍第6項之研磨方法，其中以從前述轉矩電流值到達指定之臨限值的時點之膜厚與前述指定的目標膜厚之差求出的第二檢測誤差範圍，與從前述研磨指標值之指定特徵點出現的時點之膜厚與前述指定的目標膜厚之差求出的第一檢測誤差範圍重疊之方式，設定前述指定之臨限值，前述第一檢測誤差範圍及前述第二檢測誤差範圍，係從與前述基板同種之基板的過去研磨資料預先取得之檢測誤差範圍。
  8. 如申請專利範圍第6項之研磨方法，其中將前述轉矩電流值到達指定之臨限值的時點、及前述研磨指標值之指定特徵點出現的時點其中較早一方，決定為前述研磨終點。
  9. 如申請專利範圍第6項之研磨方法，其中將從前述轉矩電流值到達指定之臨限值的時點、及前述研磨指標值之指定特徵點出現的時點其中較早一方之時點，經過指定時間的時點，決定為前述研磨終點。
  10. 如申請專利範圍第6項之研磨方法，其中檢測前述膜之厚度的工序，係在基板上照射光，計測來自前述基板之反射光強度的工序，生成前述研磨指標值之工序，係從前述反射光之強度生成前述研磨指標值的工序。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107275254A (zh) * 2016-03-30 2017-10-20 东京毅力科创株式会社 基板处理装置、基板处理装置的控制方法和基板处理系统
TWI806898B (zh) * 2017-09-15 2023-07-01 美商應用材料股份有限公司 用於晶圓上準確的感測器位置判定的振動校正

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6266493B2 (ja) * 2014-03-20 2018-01-24 株式会社荏原製作所 研磨装置及び研磨方法
JP7098311B2 (ja) * 2017-12-05 2022-07-11 株式会社荏原製作所 研磨装置、及び研磨方法
KR102091419B1 (ko) * 2018-07-19 2020-03-20 주식회사 케이씨텍 광투과성 연마층을 갖는 기판 연마 시스템
CN109465739B (zh) * 2018-12-14 2021-07-13 大连理工大学 一种半导体晶片光电化学机械抛光加工装置
JP7316785B2 (ja) * 2018-12-26 2023-07-28 株式会社荏原製作所 光学式膜厚測定システムの洗浄方法
JP7374710B2 (ja) * 2019-10-25 2023-11-07 株式会社荏原製作所 研磨方法および研磨装置
JP7361637B2 (ja) * 2020-03-09 2023-10-16 株式会社荏原製作所 研磨方法、研磨装置、およびプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体
JP2023534268A (ja) * 2020-07-14 2023-08-08 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 化学機械研磨中に不適合基板処理事象を検出する方法

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3321894B2 (ja) 1993-05-07 2002-09-09 日本電信電話株式会社 研磨終点検出装置
JP2778593B2 (ja) * 1996-05-31 1998-07-23 日本電気株式会社 研磨終点検出装置
US6623334B1 (en) * 1999-05-05 2003-09-23 Applied Materials, Inc. Chemical mechanical polishing with friction-based control
JP2001198813A (ja) 2000-01-13 2001-07-24 Toshiba Corp 研磨装置及びその研磨方法
US6257953B1 (en) * 2000-09-25 2001-07-10 Center For Tribology, Inc. Method and apparatus for controlled polishing
US6494765B2 (en) * 2000-09-25 2002-12-17 Center For Tribology, Inc. Method and apparatus for controlled polishing
KR100939096B1 (ko) * 2001-05-29 2010-01-28 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 폴리싱장치, 폴리싱방법 및 기판캐리어 시스템
US6602110B2 (en) * 2001-06-28 2003-08-05 3M Innovative Properties Company Automated polishing apparatus and method of polishing
US6579150B2 (en) * 2001-07-05 2003-06-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd Dual detection method for end point in chemical mechanical polishing
US7156717B2 (en) * 2001-09-20 2007-01-02 Molnar Charles J situ finishing aid control
US6741913B2 (en) * 2001-12-11 2004-05-25 International Business Machines Corporation Technique for noise reduction in a torque-based chemical-mechanical polishing endpoint detection system
JP4542324B2 (ja) 2002-10-17 2010-09-15 株式会社荏原製作所 研磨状態監視装置及びポリッシング装置
JP2004327561A (ja) * 2003-04-22 2004-11-18 Ebara Corp 基板処理方法及び基板処理装置
JP2005011977A (ja) 2003-06-18 2005-01-13 Ebara Corp 基板研磨装置および基板研磨方法
US7014530B2 (en) * 2003-09-29 2006-03-21 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. Slider fabrication system for sliders with integrated electrical lapping guides
JP2005203729A (ja) * 2003-12-19 2005-07-28 Ebara Corp 基板研磨装置
JP2005277396A (ja) * 2004-02-27 2005-10-06 Ebara Corp 基板処理方法および装置
JP5219395B2 (ja) * 2007-03-29 2013-06-26 株式会社東京精密 ウェハ研磨モニタ方法とその装置
JP2009129970A (ja) * 2007-11-20 2009-06-11 Ebara Corp 研磨装置及び研磨方法
JP2009196002A (ja) * 2008-02-19 2009-09-03 Ebara Corp 研磨終点検出方法および研磨装置
US7960188B2 (en) 2008-05-15 2011-06-14 Ebara Corporation Polishing method
US8388408B2 (en) * 2008-10-10 2013-03-05 Ebara Corporation Method of making diagram for use in selection of wavelength of light for polishing endpoint detection, method for selecting wavelength of light for polishing endpoint detection, and polishing endpoint detection method
JP5728239B2 (ja) * 2010-03-02 2015-06-03 株式会社荏原製作所 研磨監視方法、研磨方法、研磨監視装置、および研磨装置
US9579767B2 (en) * 2010-04-28 2017-02-28 Applied Materials, Inc. Automatic generation of reference spectra for optical monitoring of substrates
US8666665B2 (en) * 2010-06-07 2014-03-04 Applied Materials, Inc. Automatic initiation of reference spectra library generation for optical monitoring
JP2012004276A (ja) * 2010-06-16 2012-01-05 Ebara Corp 研磨方法および研磨装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107275254A (zh) * 2016-03-30 2017-10-20 东京毅力科创株式会社 基板处理装置、基板处理装置的控制方法和基板处理系统
TWI806898B (zh) * 2017-09-15 2023-07-01 美商應用材料股份有限公司 用於晶圓上準確的感測器位置判定的振動校正

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Publication number Publication date
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US20130344773A1 (en) 2013-12-26
KR20130115142A (ko) 2013-10-21
US9440327B2 (en) 2016-09-13
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