TW201436944A - 使用於研磨裝置之研磨部材輪廓調整方法、及研磨裝置 - Google Patents

使用於研磨裝置之研磨部材輪廓調整方法、及研磨裝置 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種可實現作為目標之研磨部材的輪廓之研磨部材的輪廓調整方法。本方法係分別在沿著修整器5之搖動方向而預設於研磨部材10上的複數個搖動區間Z1~Z5中測定研磨部材10之表面高度，計算從表面高度測定值獲得之現在輪廓與研磨部材10之目標輪廓的差分，以消除該差分之方式，修正修整器5在複數個搖動區間Z1~Z5之移動速度。

Description

使用於研磨裝置之研磨部材輪廓調整方法、及研磨裝置
本發明係關於一種使用於研磨晶圓等基板之研磨裝置的研磨部材之輪廓調整方法者。
此外，本發明係關於一種用於研磨基板之研磨裝置者。
近年來，隨著半導體元件高積體化，電路配線趨於微細化，且積體之元件的尺寸亦趨於微細化。因此，需要研磨表面例如形成有金屬等膜之晶圓，而使晶圓表面平坦化之工序。該平坦化之一種方法係藉由化學機械研磨(CMP)裝置進行研磨。化學機械研磨裝置具有研磨部材(研磨布、研磨墊等)、及保持晶圓等研磨對象物之保持部(上方環形轉盤(top ring)、研磨頭、夾盤等)。而後，將研磨對象物之表面(被研磨面)抵住研磨部材之表面，在研磨部材與研磨對象物之間供給研磨液(磨液、藥劑、泥漿(slurry)、純水等)，並藉由使研磨部材與研磨對象物相對運動，可將研磨對象物之表面研磨平坦。採用化學機械研磨裝實施研磨時，係藉由化學性研磨作用與機械性研磨作用進行良好之研磨。
用於此種化學機械研磨裝置之研磨部材的材料，通常使用發泡樹脂或不織布。在研磨部材表面形成有微細之凹凸，該微細凹凸發揮防 止堵塞及有效減低研磨阻力之切屑收納處(Chip Pocket)的作用。但是，以研磨部材繼續研磨研磨對象物時，研磨部材表面之微細凹凸破壞，而引起研磨率降低。因而，係以使鑽石粒子等許多磨粒電沉積的修整器進行研磨部材表面之修整(Dressing，亦即修銳)，而在研磨部材表面再形成微細凹凸。
研磨部材之修整方法包括使用與研磨部材研磨時使用之區 域同等或比其大的修整器(大直徑修整器)之方法，及比研磨部材研磨時使用之區域小的修整器(小直徑修整器)之方法。使用大直徑修整器時，例如係固定修整器之位置而使修整器旋轉，並按壓於旋轉磨粒電沉積之修整面的研磨部材來修整。使用小直徑修整器時，例如係使旋轉之修整器移動(圓弧狀或直線狀往返運動、搖動)，並按壓於旋轉修整面之研磨部材來修整。另外，此種使研磨部材旋轉並修整時，研磨部材之整個表面中，實際使用於研磨之區域係以研磨部材之旋轉中心為中心的圓環形狀區域。
研磨部材修整時，研磨部材之表面會被微量削除。因此，若 修整進行不適切，則有在研磨部材表面產生不適切之起伏，以及在被研磨面內產生研磨率變動之問題。因為研磨率變動成為研磨不良之原因，所以需要在研磨部材表面進行不致產生不適切之起伏的修整。亦即，係藉由在研磨部材之適切旋轉速度、修整器之適切旋轉速度、適切之修整負載、小直徑修整器時為修整器之適切移動速度等適切的修整條件下進行修整，以避免研磨率之變動。
【先前技術文獻】 【專利文獻】
【專利文獻1】日本特開2010-76049號公報
專利文獻1中揭示有藉由以修整器之各搖動區間預設的速度使修整器搖動，將研磨部材之表面形成均勻。但是，過去之修整方法可能無法獲得研磨部材想要之輪廓。
本發明係為了解決此種過去問題而形成者，目的為提供一種可實現作為目標之研磨部材的輪廓之研磨部材的輪廓調整方法。
此外，本發明之目的為提供一種可執行此種研磨部材之輪廓調整方法的研磨裝置。
為了達成上述目的，本發明一種樣態係使用於基板研磨裝置的研磨部材輪廓調整方法，其特徵為：使修整器在前述研磨部材上搖動來修整該研磨部材，分別在沿著前述修整器之搖動方向而預設於前述研磨部材上的複數個搖動區間測定前述研磨部材之表面高度，計算從前述表面高度之測定值獲得的現在輪廓與前述研磨部材之目標輪廓的差分，以消除前述差分之方式，修正前述修整器在前述複數個搖動區間之移動速度。
本發明適合之樣態的特徵為：計算前述現在輪廓與前述目標輪廓之差分的工序，係從前述表面高度之測定值，就前述複數個搖動區間算出前述研磨部材之切削率(cut rate)，來計算前述算出之切削率與就前述複數個搖動區間分別預設之目標切削率的差分之工序。
本發明適合之樣態的特徵為：修正前述修整器之移動速度的工序，係按照前述算出之切削率與前述目標切削率之差分，來修正前述研 磨部材上之前述修整器在前述複數個搖動區間的移動速度之工序。
本發明適合之樣態的特徵為：計算前述算出之切削率與前述 目標切削率的差分之工序，係計算前述算出之切削率對前述目標切削率之比率的切削率比之工序，且修正前述修整器之移動速度的工序，係前述研磨部材上之前述修整器在前述複數個搖動區間的移動速度分別乘上前述切削率比的工序。
本發明適合之樣態的特徵為：進一步包含以下的工序：算出 修正前述修整器之移動速度後的前述研磨部材之修整時間，將用於消除修正前述修整器之移動速度前的前述研磨部材之修整時間與前述修正後之修整時間的差分之調整係數，乘上前述已修正之移動速度。
前述適合之樣態的特徵為：前述調整係數係前述修正後之修 整時間對前述修正前的修整時間之比。
本發明適合之樣態的特徵為：測定藉由前述研磨部材所研磨 之前述基板的膜厚，依據從前述膜厚之測定值獲得的剩餘膜厚輪廓與目標膜厚輪廓之差分，進一步修正前述已修正之移動速度。
本發明適合之樣態的特徵為：進一步修正前述已修正之移動 速度的工序，係從前述膜厚之測定值算出在前述基板之半徑方向排列的複數個區域的前述基板之研磨率，就前述複數個區域準備預設之目標研磨率，算出前述研磨部材在對應於前述複數個區域之前述搖動區間的切削率，從前述研磨率、前述目標研磨率及前述切削率計算修正係數，將前述修正係數乘上在前述搖動區間的前述已修正的移動速度之工序。
本發明適合之樣態的特徵為：取得前述基板之初期膜厚輪廓 與目標膜厚輪廓，從前述初期膜厚輪廓與前述目標膜厚輪廓之差分，算出目標研磨量之分布，依據前述目標研磨量之分布進一步修正前述已修正之移動速度。
本發明其他樣態係研磨基板之研磨裝置，其特徵為具備：研 磨工作臺，其係支撐研磨部材；上方環形轉盤，其係將基板按壓於前述研磨部材；修整器，其係藉由在前述研磨部材上搖動來修整前述研磨部材；修整監視裝置，其係調整前述研磨部材之輪廓；及表面高度測定機，其係分別在沿著前述修整器之搖動方向預設於前述研磨部材上的複數個搖動區間測定前述研磨部材之表面高度；前述修整監視裝置計算從前述表面高度之測定值獲得的現在輪廓與前述研磨部材之目標輪廓的差分，以消除前述差分之方式，修正前述修整器在前述複數個搖動區間之移動速度。
本發明適合之樣態的特徵為：藉由前述修整監視裝置執行之 計算前述現在輪廓與前述目標輪廓的差分之工序，係從前述表面高度之測定值，就前述複數個搖動區間算出前述研磨部材的切削率，來計算前述算出之切削率與就前述複數個搖動區間分別預設的目標切削率之差分的工序。
本發明適合之樣態的特徵為：藉由前述修整監視裝置執行之 修正前述修整器的移動速度之工序，係按照前述算出之切削率與前述目標切削率之差分，來修正前述研磨部材上之前述修整器在前述複數個搖動區間的移動速度之工序。
本發明適合之樣態的特徵為：藉由前述修整監視裝置執行之 計算前述算出的切削率與前述目標切削率的差分之工序，係計算切削率比 亦即計算前述算出之切削率對前述目標切削率之比率之工序，且藉由前述修整監視裝置執行之修正前述修整器的移動速度之工序，係前述研磨部材上之前述修整器在前述複數個搖動區間的移動速度分別乘上前述切削率比的工序。
本發明適合之樣態的特徵為：前述修整監視裝置進一步進行 算出修正前述修整器之移動速度後的前述研磨部材之修整時間，將用於消除修正前述修整器之移動速度前的前述研磨部材之修整時間與前述修正後之修整時間的差分之調整係數，乘上前述已修正之移動速度的工序。
前述適合之樣態的特徵為：前述調整係數係前述修正後之修 整時間對前述修正前的修整時間之比。
本發明適合之樣態的特徵為：前述研磨裝置進一步具備膜厚 測定機，其係測定藉由前述研磨部材所研磨之前述基板的膜厚，前述修整監視裝置依據從前述膜厚之測定值獲得的剩餘膜厚輪廓與目標膜厚輪廓之差分，進一步修正前述已修正之移動速度。
本發明適合之樣態的特徵為：藉由前述修整監視裝置所執行 之進一步修正前述已修正的移動速度之工序，係從前述膜厚之測定值算出在前述基板之半徑方向排列的複數個區域的前述基板之研磨率，就前述複數個區域準備預設之目標研磨率，算出前述研磨部材在對應於前述複數個區域之前述搖動區間的切削率，從前述研磨率、前述目標研磨率及前述切削率計算修正係數，將前述修正係數乘上在前述搖動區間的前述已修正的移動速度之工序。
本發明適合之樣態的特徵為：前述修整監視裝置取得前述基 板之初期膜厚輪廓與目標膜厚輪廓，從前述初期膜厚輪廓與前述目標膜厚輪廓之差分，算出目標研磨量之分布，依據前述目標研磨量之分布進一步修正前述已修正之移動速度。
採用本發明時，係從藉由修整器所修整之研磨部材的表面高度測定值生成研磨部材之現在輪廓，依據目標輪廓與該現在輪廓之差分修正研磨部材上之修整器的移動速度。藉由以如此修正之移動速度使修整器搖動，可精度良好地實現目標輪廓。
1‧‧‧研磨單元
2,2A~2D‧‧‧修整單元
3‧‧‧基座
4,4A~4D‧‧‧研磨液供給噴嘴
5‧‧‧修整器
8,8A~8D‧‧‧霧化器
9,9A~9D‧‧‧研磨工作臺
10‧‧‧研磨墊
10a‧‧‧研磨面
13‧‧‧馬達
15‧‧‧萬向接頭
16‧‧‧修整器軸
17‧‧‧修整器支臂
18‧‧‧上方環形轉盤軸桿
19‧‧‧氣壓缸
20,20A~20D‧‧‧上方環形轉盤
31‧‧‧工作臺旋轉編碼器
32‧‧‧修整器旋轉編碼器
35‧‧‧墊粗度測定器
40‧‧‧墊高度感測器
41‧‧‧感測器標的
50‧‧‧膜厚感測器
55‧‧‧膜厚測定機
56‧‧‧馬達
58‧‧‧支軸
60‧‧‧修整監視裝置
61‧‧‧機殼
61a,61b‧‧‧分隔壁
70‧‧‧裝載/卸載部
71‧‧‧前裝載部
72‧‧‧行駛機構
73‧‧‧搬送機械手臂
80‧‧‧研磨部
80A~80D‧‧‧研磨裝置
81‧‧‧第一線性輸送機
82‧‧‧第二線性輸送機
84‧‧‧升降機
86‧‧‧暫置臺
90‧‧‧洗淨部
91‧‧‧第一搬送機械手臂
92‧‧‧一次洗淨模組
93‧‧‧二次洗淨模組
95‧‧‧乾燥模組
96‧‧‧第二搬送機械手臂
100‧‧‧動作控制部
C‧‧‧切削率
J‧‧‧點
L‧‧‧搖動幅度
R‧‧‧研磨率
R_tar‧‧‧目標研磨率
TP1~TP7‧‧‧搬送位置
W‧‧‧晶圓
Z1~Z5‧‧‧搖動區間
第一圖係顯示研磨晶圓等基板之研磨裝置的示意圖。
第二圖係示意顯示修整器、及研磨墊的俯視圖。
第三(a)圖至第三(c)圖分別係顯示修整面之例圖。
第四圖係顯示定義於研磨墊之研磨面上的搖動區間之圖。
第五圖係顯示修正前之修整器移動速度分布與修正後之修整器移動速度分布圖。
第六圖係顯示具備從研磨工作臺離開而設之膜厚測定機的研磨裝置之圖。
第七圖係顯示具備研磨裝置及膜厚測定機之基板處理裝置圖。
參照圖式說明本發明之一種實施形態。第一圖係顯示研磨晶圓等基板之研磨裝置的示意圖。如第一圖所示，研磨裝置具備保持研磨墊(研磨部材)10之研磨工作臺9、用於研磨晶圓W之研磨單元1、在研磨墊 10上供給研磨液之研磨液供給噴嘴4、及修銳(conditioning)(修整)使用於晶圓W之研磨的研磨墊10之修整單元2。研磨單元1及修整單元2設置於基座3上。
研磨單元1具備連結於上方環形轉盤軸桿(top ring shaft)18之 下端的上方環形轉盤(基板保持部)20。上方環形轉盤20可構成藉由真空吸著而在其下面保持晶圓W。上方環形轉盤軸桿18藉由無圖示之馬達的驅動而旋轉，上方環形轉盤20及晶圓W藉由該上方環形轉盤軸桿18之旋轉而旋轉。上方環形轉盤軸桿18藉由無圖示之上下移動機構(例如，由伺服馬達及滾珠螺桿等構成)可對研磨墊10上下移動。
研磨工作臺9連結於配置在其下方之馬達13。研磨工作臺9 藉由馬達13在其軸心周圍旋轉。在研磨工作臺9之上面貼合有研磨墊10，研磨墊10之上面構成研磨晶圓W之研磨面10a。
晶圓W之研磨進行如下。分別使上方環形轉盤20及研磨工作 臺9旋轉，並在研磨墊10上供給研磨液。在該狀態下，使保持了晶圓W之上方環形轉盤20下降，再者，藉由設置於上方環形轉盤20內之由氣囊構成的加壓機構(無圖示)而將晶圓W按壓於研磨墊10之研磨面10a。晶圓W與研磨墊10在研磨液存在下彼此滑動接觸，藉此研磨晶圓W之表面加以平坦化。
修整單元2具備接觸於研磨墊10之研磨面10a的修整器5、連 結於修整器5之修整器軸16、設於修整器軸16上端之氣壓缸19、及自由旋轉地支撐修整器軸16之修整器支臂17。在修整器5之下面固定有鑽石粒子等磨粒。修整器5之下面構成修整研磨墊10之修整面。
修整器軸16及修整器5可對修整器支臂17上下移動。氣壓缸 19係將對研磨墊10之修整負荷賦予修整器5的裝置。修整負荷可藉由供給至氣壓缸19之氣壓來調整。
修整器支臂17被馬達56驅動，構成以支軸58為中心而搖動。 修整器軸16藉由設置於修整器支臂17內之無圖式的馬達而旋轉，修整器5藉由該修整器軸16之旋轉而在其軸心周圍旋轉。氣壓缸19經由修整器軸16，以指定之負荷將修整器5擠壓於研磨墊10之研磨面10a。
研磨墊10之研磨面10a的修銳進行如下。藉由馬達13使研磨 工作臺9及研磨墊10旋轉，從無圖示之修整液供給噴嘴供給修整液(例如純水)至研磨墊10的研磨面10a。再者，使修整器5在其軸心周圍旋轉。修整器5藉由氣壓缸19擠壓於研磨面10a，使修整器5之下面(修整面)滑動接觸於研磨面10a。在該狀態下使修整器支臂17迴旋，而使研磨墊10上之修整器5在研磨墊10之概略半徑方向搖動。研磨墊10藉由旋轉之修整器5削除，藉此進行研磨面10a之修銳。
修整器支臂17上固定有測定研磨面10a之高度的墊高度感測 器(表面高度測定機)40。此外，在修整器軸16上，與墊高度感測器40相對地固定有感測器標的(sensor target)41。感測器標的41與修整器軸16及修整器5一體上下移動，另外，固定墊高度感測器40之上下方向的位置。墊高度感測器40係變位感測器，且藉由測定感測器標的41之變位，可間接測定研磨面10a之高度(研磨墊10之厚度)。由於感測器標的41連結於修整器5，因此墊高度感測器40在研磨墊10之修銳中可測定研磨面10a之高度。
墊高度感測器40從接觸於研磨面10a之修整器5上下方向的 位置間接測定研磨面10a。因此，藉由墊高度感測器40測定修整器5之下面 (修整面)接觸的研磨面10a之平均高度。墊高度感測器40可使用直線尺式(linear scale)感測器、雷射式感測器、超音波感測器、或渦電流式感測器等所有類型的感測器。
墊高度感測器40連接於修整監視裝置60，墊高度感測器40 之輸出信號(亦即研磨面10a之高度測定值)可傳送至修整監視裝置60。修整監視裝置60具備從研磨面10a之高度的測定值取得研磨墊10之輪廓(研磨面10a之剖面形狀)，進一步判定是否正確進行研磨墊10之修銳的功能。
研磨裝置具備測定研磨工作臺9及研磨墊10之旋轉角度的工 作臺旋轉編碼器(table rotary encoder)31、及測定修整器5之迴旋角度的修整器旋轉編碼器32。此工作臺旋轉編碼器31及此修整器旋轉編碼器32係測定角度之絕對值的絕對值編碼器。此等旋轉編碼器31,32連接於修整監視裝置60，修整監視裝置60可取得墊高度感測器40測定研磨面10a之高度時的研磨工作臺9及研磨墊10之旋轉角度，進一步取得修整器5之迴旋角度。
修整器5經由萬向接頭15而連結於修整器軸16。修整器軸16 連結於無圖示之馬達。修整器軸16自由旋轉地支撐於修整器支臂17，修整器5藉由該修整器支臂17而與研磨墊10接觸，並且如第二圖所示地可在研磨墊10之半徑方向搖動。萬向接頭15構成容許修整器5之傾斜移動，且將修整器軸16之旋轉傳達至修整器5。藉由修整器5、萬向接頭15、修整器軸16、修整器支臂17、及無圖示之旋轉機構等而構成修整單元2。該修整單元2電性連接有藉由模擬求出修整器5之滑動距離的修整監視裝置60。該修整監視裝置60可使用專用或通用之電腦。
在修整器5之下面固定有鑽石粒子等磨粒。固定該磨粒之部 分構成修整研磨墊10之研磨面的修整面。第三(a)圖至第三(c)圖分別係顯示修整面之例圖。第三(a)圖所示之例，係在修整器5之整個下面固定有磨粒，而形成圓形之修整面。第三(b)圖所示之例，係在修整器5下面之周緣部固定有磨粒，而形成環狀之修整面。第三(c)圖所示之例，係在概略等間隔排列於修整器5中心周圍之複數個小直徑圓圈表面固定有磨粒，而形成複數個圓形之修整面。
修整研磨墊10時，如第一圖所示，使研磨墊10以指定之旋轉 速度在箭頭方向旋轉，並藉由無圖示之旋轉機構使修整器5以指定之旋轉速度在箭頭方向旋轉。而後，在該狀態下，將修整器5之修整面(配置了磨粒之面)以指定之修整負荷擠壓於研磨墊10，來進行研磨墊10之修整。此外，藉由修整器5藉由修整器支臂17在研磨墊10上搖動，可修整研磨墊10研磨時使用之區域(研磨區域，即研磨晶圓等研磨對象物之區域)。
由於修整器5係經由萬向接頭15而連結於修整器軸16，因 此，即使修整器軸16對研磨墊10之表面少許傾斜，修整器5之修整面仍可適切地抵接於研磨墊10。在研磨墊10之上方配置有測定研磨墊10之表面粗度的墊粗度測定器35。該墊粗度測定器35可使用光學式等習知之非接觸型的表面粗度測定器。墊粗度測定器35連接於修整監視裝置60，可將研磨墊10之表面粗度的測定值傳送至修整監視裝置60。
在研磨工作臺9內配置有測定晶圓W之膜厚的膜厚感測器 (膜厚測定機)50。膜厚感測器50朝向保持於上方環形轉盤20之晶圓W的表面而配置。膜厚感測器50係伴隨研磨工作臺9之旋轉穿越晶圓W的表面而移動，並測定晶圓W之膜厚的膜厚測定機。膜厚感測器50可使用渦電流感 測器、光學式感測器等非接觸型的感測器。膜厚之測定值傳送至修整監視裝置60。修整監視裝置60構成從膜厚之測定值生成晶圓W的膜厚輪廓(沿著晶圓W半徑方向之膜厚分布)。
其次，參照第二圖說明修整器5之搖動。修整器支臂17僅以 指定之角度，以點J為中心順時鐘轉動及逆時鐘轉動地迴旋。該點J之位置相當於第一圖所示之支軸58的中心位置。而後，藉由修整器支臂17之迴旋，修整器5之旋轉中心以圓弧L所示的範圍，在研磨墊10之半徑方向搖動。
第四圖係研磨墊10之研磨面10a的放大圖。如第四圖所示， 修整器5之搖動範圍(搖動幅度L)分割成複數個(第四圖係5個)搖動區間Z1,Z2,Z3,Z4,Z5。此等搖動區間Z1~Z5係預設於研磨面10a上之假設區間，且沿著修整器5之搖動方向(亦即研磨墊10之概略半徑方向)排列。修整器5穿越此等搖動區間Z1~Z5而移動，並修整研磨墊10。此等搖動區間Z1~Z5之長度彼此亦可相同，此外亦可不同。
各個搖動區間Z1~Z5預設在研磨墊10上搖動時之修整器5 的移動速度。修整器5以預設之移動速度穿越各個搖動區間Z1~Z5。修整器5之移動速度分布表示修整器5在各個搖動區間Z1~Z5之移動速度。
修整器5之移動速度係研磨墊10之切削率輪廓的其中1個決 定要素。研磨墊10之切削率表示每單位時間研磨墊10藉由修整器5削除之量(厚度)。通常，因為在Z1~Z5之各搖動區間削除研磨墊10的厚度各個不同，所以各搖動區間之切削率的數值亦不同。但是，因為墊輪廓通常宜為平坦者，所以有時係調整成各搖動區間每個切削率的差異變小。此處，所謂提高修整器5之移動速度，係指縮短修整器5在研磨墊10上之滯留時間， 亦即降低研磨墊10之切削率，所謂降低修整器5之移動速度，係指延長修整器5在研磨墊10上之滯留時間，亦即提高研磨墊10之切削率。因此，藉由提高修整器5在某個搖動區間之移動速度，可降低在其搖動區間之切削率，藉由降低修整器5在某個搖動區間之移動速度，可提高在其搖動區間之切削率。採用上述方法可調節整個研磨墊之切削率輪廓。另外，本方法使用之切削率係在某個搖動區間削除研磨墊10之量除以「整個研磨墊之修整時間」的值，並非除以「各搖動區間之滯留時間」的值。
在修整監視裝置60中記憶有研磨墊10之目標輪廓(以下稱目 標墊輪廓)。目標墊輪廓表示研磨面10a沿著研磨墊10之半徑方向的目標高度分布。該目標墊輪廓經由無圖示之輸入裝置而輸入修整監視裝置60，並儲存於其內部之無圖示的記憶體中。修整監視裝置60從研磨面10a之高度測定值生成研磨墊10的現在輪廓(以下稱現在墊輪廓)，並計算現在墊輪廓與目標墊輪廓之差分，依據該差分修正修整器5在搖動區間Z1~Z5之移動速度。
各搖動區間Z1~Z5算出現在墊輪廓與目標墊輪廓之差分。因此，按照各搖動區間Z1~Z5算出之差分修正修整器5的移動速度。更具體而言，係以無差分之方式修正修整器5的移動速度。例如，在所測定之墊高度比此時的目標墊高度(目標研磨面高度)高之搖動區間，係降低修整器5之移動速度，在所測定之墊高度比此時的目標墊高度低之搖動區間，係提高修整器5之移動速度。在各搖動區間之目標墊高度係從目標墊輪廓獲得。如此，依據現在墊輪廓與目標墊輪廓之差分來修正修整器5的移動速度。
以下說明修正修整器5之移動速度的更具體例。以下之例係 算出現在切削率對目標切削率的比率，作為現在墊輪廓與目標墊輪廓之差分。修整監視裝置60從表面高度之測定值，就複數個搖動區間Z1~Z5分別算出研磨墊10之切削率，並就複數個搖動區間Z1~Z5分別計算算出之切削率對目標切削率的比率(以下稱切削率比)，而後，藉由將獲得之切削率比分別乘上修整器5在複數個搖動區間Z1~Z5的現在移動速度，來修正在研磨墊10上搖動時之修整器5的移動速度。
例如，在搖動區間Z1之目標切削率係100[μm/h]，算出之現在切削率係90[μm/h]時，在搖動區間Z1之切削率比係0.9(=90/100)。因此，修整監視裝置60藉由在搖動區間Z1之現在移動速度乘上0.9，來修正修整器5在搖動區間Z1的移動速度。現在移動速度乘上0.9時，修整器5之移動速度(搖動速度)降低。結果，修整器5在搖動區間Z1之滯留時間延長，切削率上升。如此，來修正修整器5之移動速度。同樣地，其他搖動區間Z2~Z5亦修正修整器5之移動速度，藉此調整修整器5在搖動範圍L內之移動速度分布。
上述目標切削率係就搖動區間Z1~Z5分別預設。例如，欲形成平坦之研磨面10a時，目標切削率亦可為所測定之切削率在整個研磨面10a的平均，此外，亦可從無圖示之輸入裝置預先輸入修整監視裝置60。
第五圖係顯示修正前之修整器移動速度分布與修正後之修整器移動速度分布圖。第五圖中，左側縱軸表示研磨墊10之切削率，右側縱軸表示修整器5之移動速度，橫軸表示研磨墊10之半徑方向的距離。實線圖形表示修正前之修整器移動速度，虛線圖形表示修正後之修整器移動速度。
如第五圖所示，修正修整器5之移動速度時，整個修整時間 發生變化。此種修整時間之變化，可能影響晶圓之研磨工序及搬送工序等其他工序。因此，修整監視裝置60係以修整器5之移動速度修正後的修整時間與修正前之修整時間相等的方式，將在搖動區間Z1~Z5所修正的移動速度乘上調整係數。例如，修正前之修整時間係10秒，修正後之修整時間係13秒時，修整監視裝置60算出用於消除其差分3秒的(亦即用於使修正後之修整時間為10秒)調整係數，將該調整係數分別乘上在搖動區間Z1~Z5所修正之移動速度。
上述調整係數係修正後之修整時間對修正前的修整時間之 比(以下稱為修整時間比)。上述之例由於修正前之修整時間係10秒，修正後之修整時間係13秒，因此修整時間比係1.3。因而，將修整時間比1.3乘上在搖動區間Z1~Z5所修正之移動速度。藉由使用此種調整係數來調整修整時間，不論修整器5之移動速度如何修正，均可將修整時間保持一定。
研磨墊10之修整會影響晶圓之研磨率(亦稱為除去率)。更 具體而言，在良好進行修整之墊區域，晶圓之研磨率高，在修整不足之墊區域，晶圓之研磨率低。依使用之研磨劑種類，亦有時顯示相反的現象。 總之，研磨墊10之切削率與晶圓的研磨率之間有相關連的關係。因此，藉由調整研磨墊10之切削率，可調整晶圓之研磨率。
修整監視裝置60亦可依據研磨後之晶圓的膜厚輪廓與目標膜厚輪廓之差分進一步修正修整器5的移動速度。以下舉出具體例來說明。如第一圖所示，研磨裝置具備膜厚感測器50。修整監視裝置60連接於膜厚感測器50，並從膜厚之測定值生成研磨後之晶圓的膜厚輪廓(亦即剩餘膜 厚輪廓)，進一步在晶圓半徑方向之各位置算出研磨率。
在修整監視裝置60中，就於晶圓半徑方向排列之複數個區域 記憶有目標研磨率。此等複數個區域係預先定義於晶圓表面上之區域，例如係晶圓之中心區域、中間區域、外周區域。目標研磨率經由無圖示之輸入裝置而預先輸入修整監視裝置60。修整監視裝置60也會在確認實際之研磨率後，變更目標研磨率。
修整監視裝置60從在晶圓半徑方向排列之複數個區域所算出的研磨率R、在上述複數個區域所預設之目標研磨率R_tar、及在對應於上述複數個區域之搖動區間的切削率C，計算修正係數=1/(1-K＊(R-R_tar)/C)
，並藉由將該修正係數分別乘上在上述搖動區間之修整器5的移動速度，來進一步修正移動速度。修正係數係使用上述公式，分別就搖動區間Z1~Z5而算出。此處，K係表示切削率與研磨率之關係的係數，且藉由實驗預先求出。K亦可為常數，此外亦可作為研磨率R之函數。
在晶圓中心區域之修正係數，乘上修整器5在對應於晶圓中心區域之搖動區間Z3的移動速度，在晶圓中間區域之修正係數，乘上修整器5在對應於晶圓中間區域之搖動區間Z2及Z4的移動速度，在晶圓外周區域之修正係數，乘上修整器5在對應於晶圓外周區域之搖動區間Z1及Z5的移動速度。對應於晶圓中心區域、中間區域、外周區域之搖動區間係預先從搖動區間Z1~Z5選擇。如此，藉由通過修整器5之移動速度調整研磨墊10的切削率，可控制晶圓之研磨率。
由於剩餘膜厚輪廓係在研磨晶圓後取得，因此，依據剩餘膜 厚輪廓對修整器5之移動速度的修正反映在其次晶圓之研磨。修整器5在包含已修正之移動速度的修整條件下修整研磨墊10，藉此，墊輪廓接近目標墊輪廓。後續之晶圓則藉由接近目標墊輪廓的研磨墊10來研磨。
修整監視裝置60亦可依據晶圓之初期膜厚輪廓與目標膜厚 輪廓之差分來修正修整器5的移動速度。修整監視裝置60中記憶有目標膜厚輪廓。該目標膜厚輪廓經由無圖示之輸入裝置而預先輸入修整監視裝置60。修整監視裝置60從初期膜厚輪廓與目標膜厚輪廓之差分算出目標研磨量的分布。目標研磨量係各晶圓區域之初期膜厚與目標膜厚的差分，且藉由從初期膜厚減去目標膜厚而求出。
修整監視裝置60依據目標研磨量之分布修正上述已修正的 修整器5之移動速度。具體而言，在對應於目標研磨量多之晶圓區域的搖動區間，係降低修整器5之移動速度，在對應於目標研磨量少之晶圓區域的搖動區間，係增加修整器5的移動速度。如此，藉由通過修整器5之移動速度調整研磨墊10的切削率，可控制晶圓之研磨量分布。
初期膜厚測定係藉由與膜厚感測器50不同之膜厚測定機在 晶圓研磨前執行。第六圖係顯示具備從研磨工作臺9離開而設之膜厚測定機55的研磨裝置之圖。該膜厚測定機55可使用渦電流感測器、光學式感測器等非接觸型的膜厚測定機。晶圓首先被搬入膜厚測定機55，在此，於沿著晶圓半徑方向之複數個位置測定初期膜厚。初期膜厚之測定值傳送至修整監視裝置60，並從初期膜厚之測定值生成初期膜厚輪廓。而後，如上述地，修整監視裝置60依據目標研磨量之分布修正上述已修正之修整器5的移動速度。
修整器5在包含已修正之移動速度的修整條件下修整研磨墊 10，藉此，墊輪廓接近目標墊輪廓。晶圓藉由無圖示之搬送機構從膜厚測定機55搬送至上方環形轉盤20。晶圓在研磨墊10上研磨，藉此，研磨輪廓接近目標研磨輪廓。研磨後之晶圓的膜厚亦可藉由膜厚感測器50來測定，此外，亦可藉由膜厚測定機55來測定。測定初期膜厚之膜厚測定機有的是設於研磨裝置內，亦有的是設於研磨裝置外。例如，亦可將在研磨工序之前階段由設於處理裝置(例如成膜裝置)的膜厚測定機提供之測定資訊傳送至修整監視裝置60。
其次，參照第七圖說明具備膜厚測定機55及第一圖所示之研 磨裝置的基板處理裝置之詳細構成。基板處理裝置係可對晶圓進行研磨、洗淨、乾燥之一連串工序的裝置。如第七圖所示，基板處理裝置具備概略矩形狀之機殼61，機殼61之內部藉由分隔壁61a,61b劃分成裝載/卸載部70、研磨部80及洗淨部90。基板處理裝置具有控制晶圓處理動作之動作控制部100。修整監視裝置60內藏於動作控制部100。
裝載/卸載部70具備前裝載部71，其係搭載存放多數個晶圓 (基板)的晶圓匣盒。該裝載/卸載部70上，沿著前裝載部71之排列敷設有行駛機構72，該行駛機構72上設置有可沿著晶圓匣盒之排列方向而移動的搬送機械手臂(transfer robot)(裝載機)73。搬送機械手臂73藉由在行駛機構72上移動，可在搭載於前裝載部71之晶圓匣盒中存取。
研磨部80係進行晶圓研磨之區域，且具備第一研磨裝置 80A、第二研磨裝置80B、第三研磨裝置80C、第四研磨裝置80D。第一研磨裝置80A具備安裝了具有研磨面之研磨墊10的第一研磨工作臺9A、用於保 持晶圓且將晶圓擠壓於研磨工作臺9A上之研磨墊10並研磨的第一上方環形轉盤20A、用於在研磨墊10上供給研磨液(例如泥漿)或修整液(例如純水)的第一研磨液供給噴嘴4A、用於進行研磨墊10之研磨面的修整之第一修整單元2A、以及將液體(例如純水)與氣體(例如氮氣)之混合流體或液體(例如純水)形成霧狀而噴射於研磨面的第一霧化器8A。
同樣地，第二研磨裝置80B具備安裝有研磨墊10之第二研磨 工作臺9B、第二上方環形轉盤20B、第二研磨液供給噴嘴4B、第二修整單元2B及第二霧化器8B；第三研磨裝置80C具備安裝有研磨墊10之第三研磨工作臺9C、第三上方環形轉盤20C、第三研磨液供給噴嘴4C、第三修整單元2C及第三霧化器8C；第四研磨裝置80D具備安裝有研磨墊10之第四研磨工作臺9D、第四上方環形轉盤20D、第四研磨液供給噴嘴4D、第四修整單元2D及第四霧化器8D。
第一研磨裝置80A、第二研磨裝置80B、第三研磨裝置80C 及第四研磨裝置80D彼此具有同一構成，且分別與第一圖所示之研磨裝置的構成相同。亦即，第七圖所示之上方環形轉盤20A~20D、修整單元2A~2D、研磨工作臺9A~9D、研磨液供給噴嘴4A~4D分別對應於第一圖所示之上方環形轉盤20、修整單元2、研磨工作臺9、研磨液供給噴嘴4。另外，第一圖中省略了霧化器。
如第七圖所示，鄰接於第一研磨裝置80A及第二研磨裝置 80B而配置有第一線性輸送機81。該第一線性輸送機81係在4個搬送位置(第一搬送位置TP1、第二搬送位置TP2、第三搬送位置TP3、第四搬送位置TP4)之間搬送晶圓的機構。此外，鄰接於第三研磨裝置80C及第四研磨裝置80D 而配置有第二線性輸送機82。該第二線性輸送機82係在3個搬送位置(第五搬送位置TP5、第六搬送位置TP6、第七搬送位置TP7)之間搬送晶圓的機構。
鄰接於第一搬送位置TP1配置有用於從搬送機械手臂73接 收晶圓的升降機84。晶圓經由該升降機84從搬送機械手臂73送交第一線性輸送機81。位於升降機84與搬送機械手臂73之間的閘門(shutter)(無圖示)設於分隔壁61a，晶圓搬送時打開閘門，而將晶圓從搬送機械手臂73送交升降機84。
膜厚測定機55鄰接於裝載/卸載部70而配置。晶圓藉由搬送 機械手臂73從晶圓匣盒取出，而搬入膜厚測定機55。膜厚測定機55在沿著晶圓半徑方向之複數個位置測定初期膜厚。初期膜厚測定後，晶圓藉由搬送機械手臂73送交升降機84，進一步從升降機84送交第一線性輸送機81，而後，藉由第一線性輸送機81搬送至研磨裝置80A,80B。第一研磨裝置80A之上方環形轉盤20A藉由其搖擺動作而在研磨工作臺9A之上方位置與第二搬送位置TP2之間移動。因此，係在第二搬送位置TP2進行向上方環形轉盤20A交接晶圓。
同樣地，第二研磨裝置80B之上方環形轉盤20B在研磨工作 臺9B的上方位置與第三搬送位置TP3之間移動，並在第三搬送位置TP3進行向上方環形轉盤20B交接晶圓。第三研磨裝置80C之上方環形轉盤20C在研磨工作臺9C的上方位置與第六搬送位置TP6之間移動，並在第六搬送位置TP6進行向上方環形轉盤20C交接晶圓。第四研磨裝置80D之上方環形轉盤20D在研磨工作臺9D的上方位置與第七搬送位置TP7之間移動，並在第七搬 送位置TP7進行向上方環形轉盤20D交接晶圓。
在第一線性輸送機81、第二線性輸送機82與洗淨部90之間配 置有搖擺輸送機85。從第一線性輸送機81向第二線性輸送機82交接晶圓係藉由搖擺輸送機85進行。晶圓藉由第二線性輸送機82搬送至第三研磨裝置80C及/或第四研磨裝置80D。
在搖擺輸送機85之側方配置有設置於無圖示之框架上的晶 圓之暫置臺86。如第七圖所示，該暫置臺86鄰接於第一線性輸送機81而配置，且位於第一線性輸送機81與洗淨部90之間。搖擺輸送機85在第四搬送位置TP4、第五搬送位置TP5及暫置臺86之間搬送晶圓。
放置於暫置臺86上之晶圓，藉由洗淨部90的第一搬送機械手 臂91搬送至洗淨部90。如第七圖所示，洗淨部90具備以洗淨液洗淨研磨後之晶圓的一次洗淨模組92及二次洗淨模組93、以及乾燥洗淨後之晶圓的乾燥模組95。第一搬送機械手臂91係以將晶圓從暫置臺86搬送至一次洗淨模組92，進一步從一次洗淨模組92搬送至二次洗淨模組93的方式動作。在二次洗淨模組93與乾燥模組95之間配置有第二搬送機械手臂96，該第二搬送機械手臂96係以將晶圓從二次洗淨模組93搬送至乾燥模組95的方式動作。
乾燥後之晶圓藉由搬送機械手臂73從乾燥模組95取出，並搬 入膜厚測定機55。膜厚測定機55在沿著晶圓半徑方向之複數個位置測定研磨後的膜厚。通常係在與初期膜厚測定時相同位置進行測定。
測定結束的晶圓藉由搬送機械手臂73從膜厚測定機55取出而返回晶圓匣盒。如此，對晶圓進行包含研磨、洗淨及乾燥的一連串處理。
以上說明如第二圖所示，係說明修整器以修整器迴旋軸J點 為中心而搖動的情況，不過亦可將本發明適用於修整器進行直線往返運動之情況，或是進行其他任意運動之情況。再者，以上之說明係說明調節修整器之移動速度來調節切削率的情況，不過，亦可將本發明適用於修正修整器之負荷或旋轉速度來調整切削率的情況。此外，以上說明如第一圖所示，係說明研磨部材(研磨墊)進行旋轉運動之情況，不過亦可將本發明適用於研磨部材以無限軌道之方式運動的情況。

Claims (18)

  1. 一種使用於基板研磨裝置的研磨部材輪廓調整方法，其特徵為：使修整器在前述研磨部材上搖動來修整該研磨部材，分別在沿著前述修整器之搖動方向而預設於前述研磨部材上的複數個搖動區間測定前述研磨部材之表面高度，計算從前述表面高度之測定值獲得的現在輪廓與前述研磨部材之目標輪廓的差分，以消除前述差分之方式，修正前述修整器在前述複數個搖動區間之移動速度。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中計算前述現在輪廓與前述目標輪廓之差分的工序，係從前述表面高度之測定值，就前述複數個搖動區間算出前述研磨部材之切削率，計算前述算出之切削率與就前述複數個搖動區間分別預設之目標切削率的差分之工序。
  3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中修正前述修整器之移動速度的工序，係按照前述算出之切削率與前述目標切削率之差分，來修正前述研磨部材上之前述修整器在前述複數個搖動區間的移動速度之工序。
  4. 如申請專利範圍第2項之方法，其中計算前述算出之切削率與前述目標切削率的差分之工序，係計算切削率比亦即計算前述算出之切削率對前述目標切削率之比率之工序，且修正前述修整器之移動速度的工序，係前述研磨部材上之前述修 整器在前述複數個搖動區間的移動速度分別乘上前述切削率比的工序。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中進一步包含以下的工序：算出修正前述修整器之移動速度後的前述研磨部材之修整時間，將用於消除修正前述修整器之移動速度前的前述研磨部材之修整時間、與前述修正後之修整時間的差分之調整係數，乘上前述已修正之移動速度。
  6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中前述調整係數係前述修正後之修整時間對前述修正前的修整時間之比。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中測定藉由前述研磨部材所研磨之前述基板的膜厚，依據從前述膜厚之測定值獲得的剩餘膜厚輪廓與目標膜厚輪廓之差分，進一步修正前述已修正之移動速度。
  8. 如申請專利範圍第7項之方法，其中進一步修正前述已修正之移動速度的工序，係從前述膜厚之測定值算出在前述基板之半徑方向排列的複數個區域的前述基板之研磨率，就前述複數個區域準備預設之目標研磨率，算出前述研磨部材在對應於前述複數個區域之前述搖動區間的切削率，從前述研磨率、前述目標研磨率及前述切削率計算修正係數，將前述修正係數乘上在前述搖動區間的前述已修正的移動速度之 工序。
  9. 如申請專利範圍第7項之方法，其中取得前述基板之初期膜厚輪廓與目標膜厚輪廓，從前述初期膜厚輪廓與前述目標膜厚輪廓之差分，算出目標研磨量之分布，依據前述目標研磨量之分布，進一步修正前述已修正之移動速度。
  10. 一種研磨裝置，係研磨基板，其特徵為具備：研磨工作臺，其係支撐研磨部材；上方環形轉盤，其係將基板按壓於前述研磨部材；修整器，其係藉由在前述研磨部材上搖動來修整前述研磨部材；修整監視裝置，其係調整前述研磨部材之輪廓；及表面高度測定機，其係分別在沿著前述修整器之搖動方向預設於前述研磨部材上的複數個搖動區間測定前述研磨部材之表面高度；前述修整監視裝置計算從前述表面高度之測定值獲得的現在輪廓與前述研磨部材之目標輪廓的差分，以消除前述差分之方式，修正前述修整器在前述複數個搖動區間之移動速度。
  11. 如申請專利範圍第10項之研磨裝置，其中藉由前述修整監視裝置執行之計算前述現在輪廓與前述目標輪廓的差分之工序，係從前述表面高度之測定值，就前述複數個搖動區間算出前述研磨部材的切削率，計算前述算出之切削率與就前述複數個搖動區間分別預設的目標 切削率之差分的工序。
  12. 如申請專利範圍第11項之研磨裝置，其中藉由前述修整監視裝置執行之修正前述修整器的移動速度之工序，係按照前述算出之切削率與前述目標切削率之差分，來修正前述研磨部材上之前述修整器在前述複數個搖動區間的移動速度之工序。
  13. 如申請專利範圍第11項之研磨裝置，其中藉由前述修整監視裝置執行之計算前述算出的切削率與前述目標切削率的差分之工序，係計算切削率比亦即計算前述算出之切削率對前述目標切削率之比率之工序，且藉由前述修整監視裝置執行之修正前述修整器的移動速度之工序，係前述研磨部材上之前述修整器在前述複數個搖動區間的移動速度分別乘上前述切削率比的工序。
  14. 如申請專利範圍第10項之研磨裝置，其中前述修整監視裝置進一步進行算出修正前述修整器之移動速度後的前述研磨部材之修整時間，將用於消除修正前述修整器之移動速度前的前述研磨部材之修整時間與前述修正後之修整時間的差分之調整係數，乘上前述已修正之移動速度的工序。
  15. 如申請專利範圍第14項之研磨裝置，其中前述調整係數係前述修正後之修整時間對前述修正前的修整時間之比。
  16. 如申請專利範圍第10項之研磨裝置，其中前述研磨裝置進一步具備膜厚測定機，其係測定藉由前述研磨部材所研磨之前述基板的膜厚，前述修整監視裝置依據從前述膜厚之測定值獲得的剩餘膜厚輪廓與目標膜厚輪廓之差分，進一步修正前述已修正之移動速度。
  17. 如申請專利範圍第16項之研磨裝置，其中藉由前述修整監視裝置所執行之進一步修正前述已修正的移動速度之工序，係從前述膜厚之測定值算出在前述基板之半徑方向排列的複數個區域的前述基板之研磨率，就前述複數個區域準備預設之目標研磨率，算出前述研磨部材在對應於前述複數個區域之前述搖動區間的切削率，從前述研磨率、前述目標研磨率及前述切削率計算修正係數，將前述修正係數乘上在前述搖動區間的前述已修正的移動速度之工序。
  18. 如申請專利範圍第16項之研磨裝置，其中前述修整監視裝置取得前述基板之初期膜厚輪廓與目標膜厚輪廓，從前述初期膜厚輪廓與前述目標膜厚輪廓之差分，算出目標研磨量之分布，依據前述目標研磨量之分布進一步修正前述已修正之移動速度。
TW103105602A 2013-02-25 2014-02-20 使用於研磨裝置之研磨部材輪廓調整方法、及研磨裝置 TWI554361B (zh)

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