TW201503997A - 膜厚測定裝置、膜厚測定方法、及具備膜厚測定裝置的研磨裝置 - Google Patents

膜厚測定裝置、膜厚測定方法、及具備膜厚測定裝置的研磨裝置 Download PDF

Info

Publication number
TW201503997A
TW201503997A TW103123573A TW103123573A TW201503997A TW 201503997 A TW201503997 A TW 201503997A TW 103123573 A TW103123573 A TW 103123573A TW 103123573 A TW103123573 A TW 103123573A TW 201503997 A TW201503997 A TW 201503997A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
film thickness
polishing
substrate
wafer
film
Prior art date
Application number
TW103123573A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI632988B (zh
Inventor
Toshikazu Nomura
Takeshi Iizumi
Katsuhide Watanabe
Yoichi Kobayashi
Original Assignee
Ebara Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ebara Corp filed Critical Ebara Corp
Publication of TW201503997A publication Critical patent/TW201503997A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI632988B publication Critical patent/TWI632988B/zh

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/005—Control means for lapping machines or devices
    • B24B37/013—Devices or means for detecting lapping completion
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0616—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating
    • G01B11/0625—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating with measurement of absorption or reflection
    • G01B11/0633—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating with measurement of absorption or reflection using one or more discrete wavelengths
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/005—Control means for lapping machines or devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/34—Accessories
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/12—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation involving optical means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/20—Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps
    • H01L22/26—Acting in response to an ongoing measurement without interruption of processing, e.g. endpoint detection, in-situ thickness measurement

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)

Abstract

本發明提供一種可使膜厚之測定精度提高的膜厚測定裝置及膜厚測定方法。 膜厚測定裝置具備：基板載台87，其係水平支撐基板W；沖洗水供給部90，其係在基板載台87上之基板W的整個表面供給沖洗水；膜厚測定頭84，其係在基板載台87上之基板W表面上的測定區域照射光，生成來自測定區域之反射光的光譜，從該光譜決定基板W之膜厚；及流體供給部130，其係在光之光程上形成氣體流，將該氣體流接觸於測定區域。

Description

膜厚測定裝置、膜厚測定方法、及具備膜厚測定裝置的研磨裝置
本發明係關於一種測定晶圓等基板之膜厚的膜厚測定裝置及膜厚測定方法、以及具備膜厚測定裝置的研磨裝置。
預期半導體元件在未來將更加微細化。為了實現此種微細構造，對於化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing：CMP)裝置為代表的研磨裝置要求更精密之程序控制及更高度之研磨性能。具體而言，係要求更正確之剩餘膜控制(亦即研磨終點檢測精度)及更加改善之研磨結果(瑕疵少及平坦的被研磨面)。此外，還要求更高之生產性(處理量)。
目前之研磨裝置為了提高研磨精度係進行稱為「再加工(Rework)」的再研磨。該再研磨係將研磨裝置研磨後之晶圓搬入外部的膜厚測定裝置，以膜厚測定裝置測定研磨後之晶圓膜厚，為了消除所測定之膜厚與目標膜厚的差而再研磨晶圓之工序。
參照第一圖說明過去晶圓之研磨方法的流程。研磨裝置一般而言區分成研磨部與洗淨部。晶圓首先搬送至研磨部。研磨部係藉由在研磨台上之研磨墊上供給研磨液(漿液(slurry))，同時使晶圓與研磨墊滑動接 觸來研磨晶圓(步驟1)。研磨後之晶圓其次搬送至洗淨部，在此處洗淨晶圓(步驟2)，再者，將洗淨後之晶圓乾燥(步驟3)。
如此處裡後之晶圓，其次，搬送至設於研磨裝置外部的膜厚測定裝置(步驟4)，在此處測定研磨後之晶圓的膜厚(步驟5)。將晶圓之膜厚與指定的目標膜厚比較(步驟6)，晶圓之膜厚尚未到達目標膜厚時，將晶圓再度搬入研磨裝置，再度進行研磨、洗淨、而後乾燥。但是，此種稱為再加工之再研磨雖可有效實現正確的膜厚，但是需要花費從晶圓最初研磨至再研磨之一定程度的時間，而導致生產性(處理量)降低。
若採用上述之研磨方法，可依據外部膜厚測定裝置之膜厚測定結果，調整後續晶圓的研磨條件(研磨時間、研磨壓力等)。但是，因為在調整後之研磨條件適用於晶圓研磨之前已經有數片晶圓的研磨結束，所以調整後之研磨條件並未反映在此等晶圓的研磨上。為了將調整後之研磨條件適用於其次晶圓的研磨，在之前的晶圓膜厚測定結束，研磨條件的調整完成之前，需要等待其次晶圓之研磨。但是，此種操作導致生產性(處理量)降低。
上述之膜厚測定裝置亦有時使用可在晶圓濕潤狀態下測定其膜厚之所謂濕型膜厚測定裝置。該濕型膜厚測定裝置係構成使其膜厚測定頭與晶圓之間介有純水的狀態下，測定晶圓之膜厚。使用此型膜厚測定裝置時，可在研磨晶圓之後測定潮濕狀態的晶圓膜厚。
但是，研磨液(漿液)及研磨屑混入存在於膜厚測定頭與晶圓之間的純水中，造成純水之潔淨度降低，結果導致膜厚測定之精度降低。
本發明係鑑於上述過去之問題而研創者，其目的為提供一種可使膜厚之測定精度提高的膜厚測定裝置及膜厚測定方法。此外，本發明之目的為提供一種具備此種膜厚測定裝置之研磨裝置。
為了達成上述目的，本發明一種樣態之膜厚測定裝置的特徵為具備：基板載台，其係水平支撐基板；沖洗水供給部，其係在前述基板載台上之基板的整個表面供給沖洗水(rinse water)；膜厚測定頭，其係在前述基板載台上之前述基板表面上的測定區域照射光，生成來自前述測定區域之反射光的光譜，從該光譜決定前述基板之膜厚；及流體供給部，其係在前述光之光程上形成氣體流，將該氣體流接觸於前述測定區域。
本發明其他樣態之膜厚測定裝置的特徵為具備：基板載台，其係水平支撐基板；沖洗水供給部，其係在前述基板載台上之基板的整個表面供給沖洗水；噴嘴，其係具有可接觸或接近前述基板表面之開口部；液體供給管線，其係在前述噴嘴內供給液體；及膜厚測定頭，其係通過前述噴嘴內之液體，在前述基板載台上之前述基板表面上的測定區域照射光，生成來自前述測定區域之反射光的光譜，從該光譜決定前述基板之膜厚。
本發明其他樣態之膜厚測定方法的特徵為：水平支撐基板，在前述基板之整個表面供給沖洗水，在前述基板表面上之測定區域照射光，同時在光之光程上形成氣體流，且將該氣體流接觸於前述測定區域， 生成來自前述測定區域之反射光的光譜，從前述光譜決定前述基板之膜厚。
本發明其他樣態之膜厚測定方法的特徵為：水平支撐基板，在前述基板之整個表面供給沖洗水，使噴嘴之開口部接觸或接近前述基板的表面，在前述噴嘴內供給液體，通過前述噴嘴內之液體，在前述基板表面上之測定區域照射光，生成來自前述測定區域之反射光的光譜，從前述光譜決定前述基板之膜厚。
本發明其他樣態之研磨裝置的特徵為具備：研磨部，其係研磨基板；洗淨部，其係洗淨前述基板並使其乾燥；及上述膜厚測定裝置。
根據本發明，供給至基板之測定區域的氣體或純水等流體，可局部除去形成於該測定區域上之沖洗水的膜。因此，膜厚測定頭不受沖洗水之影響而可測定正確之膜厚。
1‧‧‧機架
2‧‧‧裝載/卸載部
3‧‧‧研磨部
3A、3B、3C、3D‧‧‧研磨單元
4‧‧‧洗淨部
5‧‧‧動作控制部
6‧‧‧第一線性輸送機
7‧‧‧第二線性輸送機
10‧‧‧研磨墊
10a‧‧‧研磨面
11‧‧‧升降機
12‧‧‧搖擺輸送機
16‧‧‧頂環轉軸
17‧‧‧連結手段
18‧‧‧頂環馬達
19‧‧‧台馬達
20‧‧‧前裝載部
21‧‧‧行駛機構
22‧‧‧搬送機器人
30A、30B、30C、30D‧‧‧研磨台
31A、31B、31C、31D‧‧‧頂環
32A、32B、32C、32D‧‧‧研磨液供給機構
33A、33B、33C、33D‧‧‧修整器
34A、34B、34C、34D‧‧‧霧化器
30a‧‧‧台軸
40‧‧‧光學式膜厚感測器
42‧‧‧投光部
43‧‧‧受光部(光纖)
44‧‧‧分光光度計
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
56‧‧‧萬向接頭
57‧‧‧頂環本體
58‧‧‧固持環
60‧‧‧渦電流式膜厚感測器
61‧‧‧線圈
62‧‧‧隔膜
63‧‧‧夾緊板
64‧‧‧壓力調整部
70‧‧‧轉矩電流計測器
72‧‧‧暫置台
73‧‧‧一次洗淨機
74‧‧‧二次洗淨機
75‧‧‧乾燥機
77‧‧‧第一搬送機器人
78‧‧‧第二搬送機器人
79‧‧‧搬送機器人
80‧‧‧濕型膜厚測定裝置
84‧‧‧膜厚測定頭
85‧‧‧定向檢測器
87‧‧‧基板載台
90‧‧‧沖洗水供給部
92‧‧‧頭移動機構
100‧‧‧光源
101‧‧‧聚光透鏡、層間絕緣膜
102‧‧‧第一硬掩膜
103‧‧‧絕緣膜、第一分束器
104‧‧‧第二硬掩膜
105‧‧‧障壁膜、成像透鏡
106‧‧‧導電膜
107‧‧‧銅膜
108‧‧‧配線
110‧‧‧絕緣膜、分光光度計
111‧‧‧障壁膜
112‧‧‧鎢膜、數位相機
113‧‧‧配線
115‧‧‧第二分束器 給部)
116‧‧‧第一中繼透鏡
117‧‧‧第二中繼透鏡
120‧‧‧基底層、處理部
121‧‧‧金屬配線
122‧‧‧層間絕緣膜
123‧‧‧透明窗
130‧‧‧矽層、氣體噴射部(流體供給部)
131‧‧‧二氧化矽膜、氣體供給部(流體供給部)
132‧‧‧氮化矽膜
133‧‧‧絕緣膜、噴嘴
134‧‧‧氣體導入管線
140‧‧‧矽層、液體供給部(流體供
141‧‧‧多晶矽、噴嘴
142‧‧‧側壁、液體供給管線
143‧‧‧液體排出管線
144‧‧‧絕緣膜
145‧‧‧導入空間
146‧‧‧排出空間
148‧‧‧間隔壁
150‧‧‧堰堤
151‧‧‧密封部件
155‧‧‧液體噴射部
P1、P2、P3、P4‧‧‧壓力室
TP1~TP7‧‧‧第一~第七搬送位置
W‧‧‧晶圓
第一圖係說明過去晶圓之研磨方法的流程圖。
第二圖係顯示研磨方法之流程圖。
第三圖係顯示可執行第二圖所示之研磨方法的研磨裝置圖。
第四圖係概略顯示第一研磨單元之斜視圖。
第五圖係顯示第四圖所示之頂環(top ring)的剖面圖。
第六圖(a)及第六圖(b)係顯示濕型膜厚測定裝置的示意圖。
第七圖係顯示濕型膜厚測定裝置之膜厚測定頭的詳細示意圖。
第八圖係顯示鄰接於膜厚測定頭設有氣體噴射部之例圖。
第九圖係顯示濕型膜厚測定裝置之其他實施形態圖。
第十圖係第九圖所示之氣體供給部的俯視圖。
第十一圖係顯示具有將複數條氣體導入管線連接於噴嘴之構造的氣體供給部之俯視圖。
第十二圖係顯示濕型膜厚測定裝置之又其他實施形態圖。
第十三圖係第十二圖所示之噴嘴、純水供給管線、及純水排出管線的俯視圖。
第十四圖係顯示藉由圓筒狀之間隔壁將噴嘴的內部空間隔開成內側之導入空間與外側之排出空間的構造圖。
第十五圖係顯示省略純水排出管線及間隔壁之例圖。
第十六圖係顯示在晶圓表面的周緣部設有環狀堰堤之例的剖面圖。
第十七圖係顯示在晶圓表面的周緣部設有環狀堰堤之例的俯視圖。
第十八圖係堰堤及密封部件之放大圖。
第十九圖係顯示濕型膜厚測定裝置之又其他實施形態圖。
第二十圖係顯示晶圓之剖面構造的一例圖。
第二十一圖(a)及第二十一圖(b)係顯示第二十圖所示之晶圓的研磨方法之一例圖。
第二十二圖係用於說明第二十一圖(a)及第二十一圖(b)所示之晶圓的研磨方法之流程圖。
第二十三圖(a)、第二十三圖(b)、第二十三圖(c)、第二十三圖(d)係顯示第二十圖所示之晶圓的研磨方法之其他例圖。
第二十四圖係用於說明第二十三圖(a)、第二十三圖(b)、第二十三圖(c)、第二十三圖(d)所示之晶圓的研磨方法之流程圖。
第二十五圖(a)、第二十五圖(b)、第二十五圖(c)、第二十五圖(d)係顯示第二十圖所示之晶圓的研磨方法之又其他例圖。
第二十六圖係用於說明第二十五圖(a)、第二十五圖(b)、第二十五圖(c)、第二十五圖(d)所示之晶圓的研磨方法之流程圖。
第二十七圖係由鎢膜、障壁膜及絕緣膜構成之疊層構造的剖面圖。
第二十八圖(a)及第二十八圖(b)係顯示第二十七圖所示之晶圓的研磨方法之一例圖。
第二十九圖係用於說明第二十八圖(a)及第二十八圖(b)所示之晶圓的研磨方法之流程圖。
第三十圖係形成有層間絕緣膜(ILD：Inter Layer Dielectric)之晶圓的剖面圖。
第三十一圖(a)及第三十一圖(b)係顯示第三十圖所示之晶圓的研磨方法之一例圖。
第三十二圖係用於說明第三十一圖(a)及第三十一圖(b)所示之晶圓的研磨方法之流程圖。
第三十三圖係顯示STI(淺溝槽隔離)程序之晶圓的剖面圖。
第三十四圖(a)及第三十四圖(b)係顯示第三十三圖所示之晶圓的研磨方法之一例圖。
第三十五圖係用於說明第三十四圖(a)及第三十四圖(b)所示之晶圓的研磨方法之流程圖。
第三十六圖係在形成高介電係數金屬閘(High-k Metal Gate)過程中，形成適用CMP之疊層構造的晶圓剖面圖。
第三十七圖(a)、第三十七圖(b)、第三十七圖(c)、第三十七圖(d)係顯示第三十六圖所示之晶圓的研磨方法之一例圖。
第三十八圖係用於說明第三十七圖(a)、第三十七圖(b)、第三十七圖(c)、第三十七圖(d)所示之晶圓的研磨方法之流程圖。
第三十九圖係用於說明第三十七圖(a)、第三十七圖(b)、第三十七圖(c)、第三十七圖(d)所示之晶圓的另外研磨方法之流程圖。
第四十圖係顯示具備渦電流式膜厚感測器及光學式膜厚感測器之第一研磨單元的示意剖面圖。
第四十一圖係用於說明光學式膜厚感測器之原理的示意圖。
第四十二圖係顯示晶圓與研磨台之位置關係的前視圖。
第四十三圖係顯示藉由動作控制部所生成之光譜圖。
第四十四圖係說明從藉由動作控制部所生成之現在光譜與複數個基準光譜的比較決定現在膜厚之程序圖。
第四十五圖係顯示對應於膜厚差△α之2個光譜的示意圖。
第四十六圖係顯示用於說明渦電流式膜厚感測器之原理的電路圖。
第四十七圖係顯示藉由將與膜厚一起變化之X、Y標記在XY座標系上而描繪的曲線圖。
第四十八圖係顯示藉由使第四十七圖之曲線圖形逆時鐘旋轉90度，進一步使其平行移動之曲線圖。
第四十九圖係顯示依線圈與晶圓之距離而變化的XY座標之圓弧軌跡圖。
第五十圖係顯示隨研磨時間而變化之角度θ的曲線圖。
以下，參照圖式說明本發明之實施形態。
第二圖係顯示研磨方法之流程圖。如第二圖所示，將研磨後之晶圓在洗淨、乾燥之前，測定潮濕狀態之晶圓膜厚。所測定之膜厚尚未到達指定之目標值情況下，將晶圓返回研磨部再研磨。如此，由於可在晶圓洗淨及乾燥之前再研磨其晶圓，因此可縮短再研磨需要之時間。結果可使處理量提高。再者，可將依據膜厚測定結果所調整之研磨條件(研磨時間、研磨壓力等)適用於其次晶圓的研磨。因此可使處理量提高。
第三圖係顯示可執行上述研磨方法之研磨裝置圖。如第三圖所示，該研磨裝置具備概略矩形狀之機架1，機架1之內部藉由間隔壁1a、1b而劃分成裝載/卸載部2、研磨部3及洗淨部4。研磨裝置具有控制晶圓處理動作之動作控制部5。
裝載/卸載部2具備放置存放多數個晶圓(基板)之晶圓匣盒的前裝載部20。該裝載/卸載部2中，沿著前裝載部20之排列敷設有行駛機構21，在該行駛機構21上設置有可沿著晶圓匣盒之排列方向而移動的2台搬送機器人(裝載機)22。搬送機器人22藉由在行駛機構21上移動，可進入搭載於前裝載部20上之晶圓匣盒中。
研磨部3係進行晶圓研磨之區域，且具備第一研磨單元3A、第二研磨單元3B、第三研磨單元3C及第四研磨單元3D。如第三圖所示，第一研磨單元3A具備：安裝了具有研磨面之研磨墊10的第一研磨台30A；用於固持晶圓且將晶圓按壓於研磨台30A上之研磨墊10同時研磨的第一頂環31A；用於在研磨墊10上供給研磨液(例如漿液)或修整液(例如純水)之 第一研磨液供給機構32A；用於進行研磨墊10之研磨面的修整之第一修整器33A；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)形成霧狀而噴設於研磨面上的第一霧化器34A。
同樣地，第二研磨單元3B具備安裝了研磨墊10之第二研磨台30B、第二頂環31B、第二研磨液供給機構32B、第二修整器33B、及第二霧化器34B；第三研磨單元3C具備安裝了研磨墊10之第三研磨台30C、第三頂環31C、第三研磨液供給機構32C、第三修整器33C、及第三霧化器34C；第四研磨單元3D具備安裝了研磨墊10之第四研磨台30D、第四頂環31D、第四研磨液供給機構32D、第四修整器33D、及第四霧化器34D。
由於第一研磨單元3A、第二研磨單元3B、第三研磨單元3C及第四研磨單元3D彼此具有相同構成，因此，以下參照第四圖說明第一研磨單元3A。第四圖係示意顯示第一研磨單元之斜視圖。另外，第四圖中省略修整器33A及霧化器34A。
研磨台30A經由台軸30a而連結於配置在其下方之台馬達19，研磨台30A藉由該台馬達19而在箭頭顯示之方向旋轉。在該研磨台30A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。頂環31A連結於頂環轉軸16之下端。頂環31A構成藉由真空吸著可在其下面固持晶圓W。頂環轉軸16藉由無圖示之上下移動機構而上下移動。
在研磨台30A之內部配置有取得隨著晶圓W之膜厚而變化的膜厚信號之光學式膜厚感測器40及渦電流式膜厚感測器60。此等膜厚感測器40、60如記號A所示，與研磨台30A一體旋轉，而取得固持於頂環31A之晶圓W的膜厚信號。光學式膜厚感測器40及渦電流式膜厚感測器60連接 於第三圖所示之動作控制部5，且形成藉由此等膜厚感測器40、60所取得之膜厚信號傳送至動作控制部5。動作控制部5從膜厚信號生成直接或間接表示膜厚之膜厚指標值。
再者，設有計測使研磨台30A旋轉之台馬達19的輸入電流(亦即轉矩電流)之轉矩電流計測器70。藉由轉矩電流計測器70所計測之轉矩電流值傳送至動作控制部5，晶圓W研磨中藉由動作控制部5監視轉矩電流值。
晶圓W之研磨進行如下。使頂環31A及研磨台30A分別在箭頭顯示之方向旋轉，並從研磨液供給機構32A供給研磨液(漿液)至研磨墊10上。在該狀態下，於下面固持晶圓W之頂環31A將晶圓W按壓於研磨墊10的研磨面10a。晶圓W之表面藉由研磨液中所含之研磨粒的機械性作用與研磨液之化學性作用而研磨。研磨結束後，藉由修整器33A進行研磨面10a之修整(調整)，進一步從霧化器34A將高壓流體供給至研磨面10a，除去殘留於研磨面10a之研磨屑及研磨粒等。
頂環31A構成可將晶圓之複數個區域獨立而按壓於研磨墊。第五圖係顯示第四圖所示之頂環31A的剖面圖。頂環31A具備：經由萬向接頭56而連結於頂環轉軸16之頂環本體57；及配置於頂環本體57下部之固持環(retainer ring)58。
在頂環本體57之下方配置有：抵接於晶圓W之柔軟的隔膜62；及固持隔膜62之夾緊板63。在隔膜62與夾緊板63之間設有4個壓力室(氣囊)P1、P2、P3、P4。壓力室P1、P2、P3、P4藉由隔膜62與夾緊板63而形成。中央之壓力室P1係圓形，而其他之壓力室P2、P3、P4係環狀。此等壓 力室P1、P2、P3、P4排列於同心上。
壓力室P1、P2、P3、P4中分別經由流體路徑F1、F2、F3、F4，並藉由壓力調整部64供給加壓空氣等之加壓流體，或是進行真空吸引。壓力室P1、P2、P3、P4之內部壓力可彼此獨立地變化，藉此，可獨立調整對晶圓W之4個區域，亦即對中央部、內側中間部、外側中間部及周緣部的按壓力。此外，藉由使整個頂環31A昇降，可以指定之按壓力將固持環58按壓於研磨墊10。
在夾緊板63與頂環本體57之間形成壓力室P5，在該壓力室P5中經由流體路徑F5，並藉由上述壓力調整部64供給加壓流體，或是進行真空吸引。藉此，整個夾緊板63及隔膜62可上下方向運動。晶圓W之周端部被固持環58包圍，避免在研磨中晶圓W從頂環31A飛出。在構成壓力室P3之隔膜62的部位形成有開口，藉由在壓力室P3中形成真空，晶圓W被頂環31A吸著固持。此外，藉由在該壓力室P3中供給氮氣或潔淨空氣等，可從頂環31A釋放晶圓W。
動作控制部5依據對應於各壓力室P1、P2、P3、P4之晶圓表面區域的膜厚指標值，來決定各壓力室P1、P2、P3、P4之內部壓力的目標值。動作控制部5傳送指令信號至上述壓力調整部64，控制壓力調整部64俾使壓力室P1、P2、P3、P4之內部壓力與上述目標值一致。如此，具有複數個壓力室之頂環31A，由於可依研磨之進展將晶圓表面上之各區域獨立地按壓於研磨墊10，因此可均勻研磨膜。
回到第三圖，鄰接於第一研磨單元3A及第二研磨單元3B配置有第一線性輸送機6。該第一線性輸送機6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，鄰接於第三研磨單元3C及第四研磨單元3D配置有第二線性輸送機7。該第二線性輸送機7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。
晶圓藉由第一線性輸送機6搬送至研磨單元3A、3B。第一研磨單元3A之頂環31A藉由其搖擺動作而在研磨台30A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進行向頂環31A交接晶圓。同樣地，第二研磨單元3B之頂環31B在研磨台30B之上方位置與第三搬送位置TP3之間移動，在第三搬送位置TP3進行向頂環31B交接晶圓。第三研磨單元3C之頂環31C在研磨台30C之上方位置與第六搬送位置TP6之間移動，在第六搬送位置TP6進行向頂環31C交接晶圓。第四研磨單元3D之頂環31D在研磨台30D之上方位置與第七搬送位置TP7之間移動，在第七搬送位置TP7進行向頂環31D交接晶圓。
鄰接於第一搬送位置TP1配置有用於從搬送機器人22接收晶圓之升降機11。晶圓經由該升降機11從搬送機器人22送交第一線性輸送機6。位於升降機11與搬送機器人22之間，在間隔壁1a中設有閘門(shutter)(無圖示)，搬送晶圓時打開閘門，可從搬送機器人22送交晶圓至升降機11。
在第一線性輸送機6、第二線性輸送機7與洗淨部4之間配置有搖擺輸送機12。從第一線性輸送機6向第二線性輸送機7搬送晶圓係藉由搖擺輸送機12進行。晶圓藉由第二線性輸送機7搬送至第三研磨單元3C及/或第四研磨單元3D。
在研磨部3與洗淨部4之間配置有濕型膜厚測定裝置80。更具 體而言，濕型膜厚測定裝置80鄰接於研磨部3之第四研磨單元3D而配置。在第二線性輸送機7與濕型膜厚測定裝置80之間配置有搬送機器人79。在研磨部3研磨後之晶圓藉由搬送機器人79從第二線性輸送機7搬送至濕型膜厚測定裝置80。因此，係藉由由第二線性輸送機7與搬送機器人79而構成之搬送機，在研磨部3與濕型膜厚測定裝置80之間搬送晶圓。亦可省略搬送機器人79，而由第二線性輸送機7直接搬送晶圓至濕型膜厚測定裝置80。此時，係藉由由第二線性輸送機7而構成之搬送機在研磨部3與濕型膜厚測定裝置80之間搬送晶圓。
濕型膜厚測定裝置80係可測定乾燥處理前之晶圓狀態的晶圓膜厚之濕型光學膜厚測定器。該濕型膜厚測定裝置80係以將作為測定對象之晶圓的被研磨面維持在潮濕狀態，同時測定晶圓膜厚之方式構成。
以下，說明濕型膜厚測定裝置80。第六圖(a)係顯示濕型膜厚測定裝置80之示意圖。濕型膜厚測定裝置80具有：水平支撐晶圓W之基板載台87；在晶圓W上供給沖洗水(通常為純水)，以沖洗水覆蓋其整個表面之沖洗水供給部90；及測定晶圓W之膜厚的膜厚測定頭84。被沖洗水覆蓋之晶圓W表面係研磨部3所研磨之面，且係作為測定對象之膜的露出面。
晶圓W藉由上述之搬送機器人79在膜朝上狀態下放置在基板載台87上。基板載台87構成藉由真空吸著而固持晶圓W之下面。在膜厚測定中藉由真空吸著力而固定晶圓W之位置。第六圖(b)係顯示基板載台87之其他例圖。如第六圖(b)所示，基板載台87亦可以可支撐晶圓W之周緣部的方式，而具備沿著晶圓W周緣部之環狀部件，或是沿著晶圓W周緣部而排列之複數個支撐部件。
在被基板載台87所支撐之晶圓W上方設有檢測晶圓W周方向之方向的定向檢測器85。該定向檢測器85藉由檢測形成於晶圓W之周緣部的凹槽或稱為定向平面之缺口，來檢測晶圓W之方向。基板載台87具有使晶圓W在其中心周圍旋轉的基板旋轉機構(無圖示)、及XY掃瞄機構(無圖示)，可隨意調整藉由定向檢測器85所檢測之晶圓W方向(周方向的位置)及晶圓W之位置。藉由基板載台87使晶圓W旋轉，同時藉由定向檢測器85檢測晶圓W之方向，而藉由基板載台87使晶圓W旋轉至晶圓W朝向指定方向為止。
於膜厚測定中，在晶圓W朝向指定方向之狀態下，晶圓W靜止在該基板載台87之上。將晶圓W放置在基板載台87上時，晶圓W成為水平狀態。膜厚測定頭84配置於基板載台87上之晶圓W的上方。膜厚測定頭84在晶圓W表面垂直照射光，並接收來自晶圓W之反射光，生成反射光之光譜，依據該光譜決定晶圓W之膜厚。膜厚測定頭84之膜厚測定原理與後述之光學式膜厚感測器40基本上相同。
膜厚測定頭84連結於頭移動機構92，膜厚測定頭84可在與晶圓W表面平行之水平面內隨意移動。頭移動機構92構成使膜厚測定頭84亦可在上下方向移動。膜厚測定頭84藉由頭移動機構92可在晶圓W之複數個測定點測定膜厚。膜厚測定中，由於晶圓W在靜止狀態，且水平放置，因此，膜厚測定頭84可以比測定旋轉之晶圓膜厚的光學式膜厚感測器40更高精度地測定膜厚。膜厚測定頭84與晶圓W之相對位置可藉由使膜厚測定頭84及/或基板載台87移動來調整。藉由如此構成，膜厚測定頭84可測定在晶圓表面上指定位置之測定點的膜厚。
第七圖係顯示濕型膜厚測定裝置80之膜厚測定頭84的詳細示意圖。如第七圖所示，膜厚測定頭84具備：發出多波長之光的光源100；聚集來自光源100之光的聚光透鏡101；將通過聚光透鏡101之光朝向晶圓W的第一分束器103；使來自第一分束器103之光集中在晶圓W上的成像透鏡105；測定來自晶圓W之反射光強度的分光光度計(分光器)110；取得晶圓W表面之圖像的數位相機112；及將來自晶圓W之反射光分成朝向分光光度計110與數位相機112之2條光線的第二分束器115。
在數位相機112與第二分束器115之間配置有第一中繼透鏡116，在分光光度計110與第二分束器115之間配置有第二中繼透鏡117。分光光度計(分光器)110係構成依波長分解反射光，並在整個指定之波長範圍測定各波長之反射光強度。膜厚測定頭84進一步具備處理部120，其係從分光光度計110獲得之反射光的強度資料(膜厚信號)生成光譜，並依據光譜決定膜厚。光譜表示各波長之反射光的強度。藉由濕型膜厚測定裝置80獲得之膜厚的測定值傳送至動作控制部5。
濕型膜厚測定裝置80進一步具有氣體噴射部(流體供給部)130，其係將氣體噴流噴灑在照射來自膜厚測定頭84之光的晶圓表面上之測定區域。該氣體噴射部130連接於無圖示之氣體供給源。供給至晶圓W表面之氣體，係使用氮氣或空氣。氣體噴射部130之前端朝向晶圓W，而在晶圓W上形成氣體之下降流。氣體之下降流在從膜厚測定頭84發出之光的光程上進行，局部除去形成於晶圓表面之測定區域上的沖洗水膜。換言之，雖晶圓W之大致全面被沖洗水覆蓋，而僅測定區域局部藉由氣體之噴流加以乾燥。
膜厚測定頭84在其下端具有使朝向晶圓W之光通過的光通過孔122。氣體噴射部130之前端配置於該光通過孔122的內部。因此，氣體形成與光重疊，並從膜厚測定頭84之下端朝向晶圓W的下降流。換言之，來自膜厚測定頭84之光通過氣體之下降流到達晶圓W表面上的測定區域，被晶圓W之表面反射，而後通過氣體之下降流返回膜厚測定頭84。
該氣體之下降流局部除去沖洗水之膜，接觸於晶圓W表面並向光程外側擴散。此種氣體下降流不致引起沖洗水向膜厚測定頭84彈回，而可僅使晶圓W之測定區域局部乾燥。因此，膜厚測定頭84不受研磨液(漿液)等造成沖洗水混濁之影響，也不受沖洗水對膜厚變化之影響，而可進行正確的膜厚測定。如第八圖所示，氣體噴射部130亦可鄰接於膜厚測定頭84，換言之亦可與膜厚測定頭84分開設置。
第九圖係顯示濕型膜厚測定裝置80之其他實施形態圖。不特別說明之構成與第六圖(a)所示的實施形態相同。該實施形態係濕型膜厚測定裝置80具有氣體供給部(流體供給部)131，其係供給氣體至照射來自膜厚測定頭84之光的晶圓表面上之測定區域。第十圖係第九圖所示之氣體供給部131的俯視圖。氣體供給部131具備：固定於膜厚測定頭84下端之噴嘴133；及連接於噴嘴133之氣體導入管線134。氣體導入管線134連接於無圖示之氣體供給源。氮氣、空氣等之氣體從氣體導入管線134導入噴嘴133內。
噴嘴133從封閉之周壁構成。該實施形態之噴嘴133具有圓筒狀，不過只要是具有封閉之周壁者，亦可為其他形狀。噴嘴133連結於光通過孔122。更具體而言，光通過孔122以透明窗123塞住，噴嘴133配置於透明窗123之下。該透明窗123容許光通過並防止液體侵入膜厚測定頭84內。 通過透明窗123之光係通過噴嘴133內而到達晶圓W表面。
膜厚之測定中，如第九圖所示，噴嘴133之開口部位於形成在晶圓W上之沖洗水膜內，且從晶圓W表面稍微離開。在該狀態下，氣體從氣體導入管線134導入噴嘴133內，在噴嘴133內形成下降流。氣體之下降流在光之光程上行進，而後，氣體通過噴嘴133與晶圓W表面之間的間隙而從噴嘴133排出。
光在形成於噴嘴133內之氣體的下降流中進行而到達晶圓W表面，在晶圓W表面反射，通過氣體之下降流中而返回膜厚測定頭84。從膜厚測定頭84下端朝向晶圓W表面流動之氣體與光重疊，藉由局部除去沖洗水以確保光之光程。如此，氣體之下降流可僅使晶圓W表面上之測定區域局部乾燥。由於透明窗123與填滿於噴嘴133內之氣體接觸，因此保持在乾燥狀態。此外，可藉由氣體之下降流防止沖洗水向透明窗123彈回。如第十一圖所示，亦可將複數個氣體導入管線134連接於噴嘴133。
第十二圖係顯示濕型膜厚測定裝置80之又其他實施形態圖。不特別說明之構成與第六圖(a)所示之實施形態相同。該實施形態係使用液體作為供給至晶圓W表面的流體。濕型膜厚測定裝置80具有液體供給部(流體供給部)140，其係在照射來自膜厚測定頭84之光的晶圓表面上之測定區域供給液體。液體宜使用純水。
液體供給部140具備：固定於膜厚測定頭84下端之噴嘴141；在噴嘴141之內部空間供給液體的液體供給管線142；及從噴嘴141之內部空間排出液體的液體排出管線143。液體排出管線143亦可連接於吸引液體之泵。噴嘴141連結於膜厚測定頭84之光通過孔122。更具體而言，光通過孔 122藉由透明窗123塞住，噴嘴141配置於該透明窗123之下。
第十三圖係第十二圖所示之噴嘴141、液體供給管線142、及液體排出管線143的俯視圖。噴嘴141從封閉之周壁構成。該實施形態之噴嘴141具有圓筒狀，不過只要是具有封閉之周壁者，亦可為其他形狀。如第十二圖所示，測定膜厚時，藉由噴嘴141之開口部接觸或接近晶圓W表面，而封閉噴嘴141之內部空間。使噴嘴141之開口部接觸於晶圓W表面時，亦可在噴嘴141之開口部的前端設緩衝材料。緩衝材料亦可使用與研磨墊相同的材料。
在噴嘴141內設有間隔壁148，其係將其內部空間隔開成連接於液體供給管線142之導入空間145、及連接於液體排出管線143之排出空間146。液體通過液體供給管線142流入導入空間145，在導入空間145內之光的光程上形成下降流。該下降流與光重疊並從膜厚測定頭84之下端朝向晶圓W進行。再者，液體通過間隔壁148之下端與晶圓W表面的間隙而流入排出空間146，而後通過液體排出管線143排出。
來自膜厚測定頭84之光通過噴嘴141內之液體到達晶圓W表面上的測定區域，在晶圓W表面反射，而後通過噴嘴141內之液體返回膜厚測定頭84。膜厚之測定中，由於噴嘴141之開口部藉由晶圓W表面封閉，因此沖洗水不致侵入噴嘴141之內部空間內。因此，藉由液體之流動確保位於內部空間內之光的光程，而實現正確之膜厚測定。
第十三圖所示之間隔壁148係將噴嘴141之內部空間概略直線性隔開導入空間145與排出空間146，不過如第十四圖所示，亦可藉由圓筒狀之間隔壁148將噴嘴141之內部空間隔開成內側的導入空間145與外側 的排出空間146。
如第十五圖所示，亦可省略液體排出管線143及間隔壁148。第十五圖所示之例與第十二圖所示的例相同之處為噴嘴141接觸於沖洗水之膜，不過噴嘴141之開口部不接觸於晶圓W表面，而從晶圓W表面稍微離開。第十五圖所示之例中，液體係填滿噴嘴141之內部空間，其後通過噴嘴141之開口部與晶圓W表面的間隙排出。
膜厚之測定中，噴嘴141內之液體液面水平宜一定。膜厚之測定中，亦可以液體填滿噴嘴141之內部空間。此時，從設於膜厚測定頭84下端之透明窗123至晶圓W表面存在液體(宜為純水)，液體接觸於透明窗123。為了避免液體之流動影響膜厚測定，膜厚之測定中，宜減緩液體之流動速度。膜厚之測定中液體亦可始終持續流動。在晶圓W上形成沖洗水之膜後，亦可使噴嘴141接觸或接近晶圓W表面，將液體供給至噴嘴141內，或是，亦可使噴嘴141接觸或接近晶圓W表面，將液體供給至噴嘴141內後，在晶圓W上形成沖洗水之膜。
上述第六圖(a)至第十五圖所示之實施形態中，為了使形成於晶圓W表面(上面)之沖洗水膜的厚度保持一定，如第十六圖及第十七圖所示，宜在晶圓W表面之周緣部設環狀的堰堤150。堰堤150之材料並無特別限定。為了防止沖洗水之洩漏及晶圓W的損傷，如第十八圖所示，宜在堰堤150與晶圓W之間設密封部件151。沖洗水從沖洗水供給部90供給至晶圓W上，溢流於堰堤150。藉由設此種堰堤150，在膜厚測定中可確實保持晶圓W表面之潮濕狀態，且可保持沖洗水膜之厚度不變。
第十九圖係顯示濕型膜厚測定裝置80之又其他實施形態 圖。未特別說明之構成與第六圖(a)所示之實施形態相同。該實施形態係將晶圓W在其測定對象之膜朝下的狀態下，藉由真空吸著而固持於基板載台87之下面。沖洗水供給部90及膜厚測定頭84配置於被基板載台87所固持之晶圓W的下方。沖洗水供給部90在晶圓W之下面供給沖洗水(通常為純水)，以沖洗水覆蓋其整個下面。
膜厚測定頭84中設有在照射光之晶圓W下面上的測定區域供給液體之噴流的液體噴射部(流體供給部)155。液體之噴流形成於光之光程上。形成於晶圓W下面之沖洗水膜的一部分替換成來自液體噴射部155之潔淨液體。藉由液體之噴流除去晶圓W表面的異物，而保持光程上潔淨。因此，實現正確之膜厚測定。液體宜使用純水。
亦可適宜組合第十九圖所示之實施形態與第六圖(a)至第十五圖所示的實施形態。例如，亦可在使噴嘴141接觸於形成在晶圓W下面之沖洗水膜的狀態下，以液體填滿噴嘴141內同時進行膜厚測定。此時，亦可以如吸水管之液體供給工具在噴嘴141內供給液體。
回到第三圖，在搖擺輸送機12之側方配置有設置於無圖示之框架的晶圓暫置台72。如第三圖所示，該暫置台72鄰接於第一線性輸送機6而配置，且位於第一線性輸送機6與洗淨部4之間。搖擺輸送機12在第四搬送位置TP4、第五搬送位置TP5及暫置台72之間移動。
放置於暫置台72之晶圓，藉由洗淨部4之第一搬送機器人77而搬送至洗淨部4。如第三圖所示，洗淨部4具備以洗淨液洗淨研磨後之晶圓的一次洗淨機73及二次洗淨機74、與將洗淨後之晶圓乾燥的乾燥機75。第一搬送機器人77係以將晶圓從暫置台72搬送至一次洗淨機73，進一步從 一次洗淨機73搬送至二次洗淨機74的方式動作。在二次洗淨機74與乾燥機75之間配置有第二搬送機器人78。該第二搬送機器人78係以將晶圓從二次洗淨機74搬送至乾燥機75的方式動作。
乾燥後之晶圓藉由搬送機器人22從乾燥機75取出，並返回晶圓匣盒。如此，對晶圓進行包含研磨、膜厚測定、洗淨及乾燥的一連串處理。
上述之實施例係在各研磨單元3A-3D間交接晶圓時，晶圓從頂環脫離，並經由線性輸送機6、7搬送至其他研磨單元，不過在研磨單元間交接晶圓之機構不限定於上述之例。例如，另外實施形態，亦可在固持晶圓之狀態下，藉由頂環(研磨頭)直接移動至其他研磨單元來搬送晶圓。該實施形態之濕型膜厚測定裝置80亦可配置於研磨台與研磨台之間、或是研磨台與上述搬送位置(TP1、TP2、TP3、TP4、TP5、TP6、或TP7)之間。被研磨單元3A、3B、3C、3D中之任何一個研磨的晶圓，藉由頂環(研磨頭)搬送至濕型膜厚測定裝置80，在藉由頂環(研磨頭)固持晶圓之狀態下，以濕型膜厚測定裝置80測定膜厚。膜厚之測定值未達到目標值時，頂環不將晶圓送交其次之研磨單元，而再度將晶圓按壓於研磨墊來研磨。當膜厚之測定值到達目標值時，頂環將晶圓送交其次之研磨單元。
其次，說明使用上述之研磨裝置研磨晶圓的方法。第二十圖係顯示研磨之晶圓的剖面構造之一例圖。該晶圓係在由二氧化矽(SiO2)或低介電係數(Low-k)材料構成之層間絕緣膜101上，形成有由二氧化矽等之氧化膜構成的第一硬掩膜102。再者，於第一硬掩膜102上形成有由金屬構成之第二硬掩膜104。並以覆蓋形成於層間絕緣膜101之溝渠及第二硬掩膜104的 方式形成由金屬構成之障壁膜105。層間絕緣膜101及第一硬掩膜102構成絕緣膜103，第二硬掩膜104及障壁膜105構成導電膜106。多層構造之其他例亦有並無第一硬掩膜102及第二硬掩膜104者，不過無圖示。此時，導電膜106由障壁膜105構成，絕緣膜103由層間絕緣膜101構成。
形成障壁膜105之後，藉由對晶圓實施銅鍍覆，使銅填充於溝渠內，並且使作為金屬膜之銅膜107堆積於障壁膜105上。其後，藉由研磨裝置除去不需要之銅膜107、障壁膜105、第二硬掩膜104及第一硬掩膜102，而在溝渠內保留銅。該溝渠內之銅係銅膜107之一部分，其構成半導體元件之配線108。如第二十圖之虛線所示，在絕緣膜103形成指定之厚度的時刻，亦即在配線108形成指定之高度的時刻結束研磨。
第二十一圖(a)及第二十一圖(b)係顯示第二十圖所示之晶圓的研磨方法之一例圖。上述多層構造之晶圓以第一研磨單元3A及第二研磨單元3B實施兩階段研磨，同時相同構成之另外晶圓以第三研磨單元3C及第四研磨單元3D實施兩階段研磨。如第二十一圖(a)所示，兩段研磨中之第一段係除去不需要之銅膜107至障壁膜105露出的工序，如第二十一圖(b)所示，第二段係除去障壁膜105、第二硬掩膜104及第一硬掩膜102，進一步研磨層間絕緣膜101至絕緣膜103之厚度達到指定的目標值(亦即至配線108形成指定之目標高度)的工序。兩段研磨之第一段係由第一研磨單元3A及第三研磨單元3C進行，第二段係由第二研磨單元3B及第四研磨單元3D進行。如此，以研磨單元3A、3B及研磨單元3C、3D同時分別研磨2片晶圓。
絕緣膜103之研磨，係藉由光學式膜厚感測器40取得絕緣膜103之膜厚信號。動作控制部5從膜厚信號生成直接或間接表示絕緣膜103之 膜厚的膜厚指標值，該膜厚指標值達到指定之臨限值時(亦即絕緣膜103之膜厚達到指定的目標值時)停止研磨絕緣膜103。動作控制部5亦可從絕緣膜103之除去量決定絕緣膜103的研磨終點。亦即動作控制部5亦可從膜厚信號生成直接或間接表示絕緣膜103之除去量的除去指標值，來取代膜厚指標值，在該除去指標值達到指定之臨限值時(亦即絕緣膜103之除去量達到指定的目標值時)停止研磨絕緣膜103。即使此種情況，仍可研磨絕緣膜103至其厚度達到指定之目標值。
第二十二圖係用於說明第二十一圖(a)及第二十一圖(b)所示之晶圓的研磨方法之流程圖。步驟1係在第一研磨台30A或第三研磨台30C上之研磨墊10上供給研磨液，同時研磨銅膜(金屬膜)107至構成導電膜106之障壁膜105露出為止。該步驟1對應於第二十一圖(a)所示之第一研磨工序。步驟2係在第二研磨台30B或第四研磨台30D上之研磨墊10上供給研磨液，同時研磨導電膜106至絕緣膜103露出為止，進一步研磨絕緣膜103至其厚度達到指定的目標值。更具體而言，係除去障壁膜105、第二硬掩膜104及第一硬掩膜102，進一步研磨層間絕緣膜101。該步驟2對應於第二十一圖(b)所示之第二研磨工序。
步驟3係取代研磨液，而將純水供給至第二研磨台30B或第四研磨台30D上之研磨墊10上，同時水研磨晶圓。藉由該水研磨而從晶圓除去研磨液及研磨屑。步驟4係將研磨後之晶圓在晶圓表面濕潤狀態下搬送至濕型膜厚測定裝置80。
步驟5係藉由濕型膜厚測定裝置80測定研磨後之絕緣膜103的厚度。膜厚之測定結果傳送至動作控制部5，步驟6係藉由動作控制部5比 較所測定之現在膜厚與膜厚的指定目標值。在測定膜厚尚未達到目標值情況下，步驟7係藉由動作控制部5從測定膜厚與目標值之差，算出為了達成目標值所需的追加研磨時間。追加研磨時間可從絕緣膜103之現在膜厚與目標值之差、以及研磨率算出。而後，將晶圓再度轉移至第二研磨台30B或第四研磨台30D上的研磨墊10，並在研磨墊10上供給研磨液，同時以算出之追加研磨時間程度再研磨。當測定膜厚達到目標值情況下，晶圓被搬送至洗淨部4，步驟8係洗淨晶圓進一步使其乾燥。另外，再研磨後之步驟4、5的膜厚測定及步驟6之目標膜厚值的比較可省略。
以濕型膜厚測定裝置80測定晶圓期間、及/或再研磨期間，在研磨單元等中，後續之晶圓會發生等待處理時間。此種情況下，為了防止晶圓表面乾燥及腐蝕等瑕疵的增加，亦可藉由敷設於晶圓搬送路徑，例如敷設於第一線性輸送機6、第二線性輸送機7、搖擺輸送機12等之噴霧器(Spray)(無圖示)，將純水或具有洗淨效果或防腐蝕效果等之藥劑間歇地噴灑在固持於頂環的晶圓上，或是停止在線性輸送機之各搬送位置的晶圓上。此外，亦可以動作控制部5計算因發生再研磨導致後續晶圓開始研磨時間的延遲，來調整後續晶圓之研磨時間或開始研磨之時序。再者，亦可預先設定用於容許再研磨之後續晶圓的等待處理時間，來控制對研磨裝置投入晶圓的時序。此種實施再研磨時對後續晶圓的動作，亦可適用於爾後說明之實施例。
濕型膜厚測定裝置80在晶圓上之希望的複數個測定點測定膜厚，動作控制部5從膜厚測定值生成晶圓之研磨輪廓。研磨輪廓表示膜之剖面形狀。動作控制部5係以依據所生成之研磨輪廓調整頂環31A之研磨壓 力，亦即第五圖所示之壓力室P1、P2、P3、P4內的壓力之方式構成。例如，晶圓邊緣部之膜厚比其他區域大情況下，提高對應於邊緣部之壓力室P4的壓力。
可從藉由濕型膜厚測定裝置80取得之膜厚測定結果，調整研磨時間、研磨壓力、研磨台之旋轉速度等的研磨條件。例如，以研磨時間管理各研磨工序之終點時，各研磨工序在經過預先設定之研磨時間的時刻結束。此時，可依據膜厚測定結果，將設定研磨時間調整成為了達成目標膜厚的最佳研磨時間。再者，可將各壓力室P1、P2、P3、P4內之設定壓力(設定研磨壓力)調整成使絕緣膜103之厚度均勻的最佳壓力。如此調整後之研磨條件可適用於晶圓之再研磨，此外，亦可適用於後續晶圓之研磨。因此，後續之晶圓係以最佳研磨壓力及最佳研磨時間來研磨。再者，亦可調整研磨絕緣膜103時之膜厚指標值或除去指標值的臨限值。膜厚指標值或除去指標值達到臨限值後，亦可進一步以指定之時間程度研磨(過度研磨)晶圓。此時，亦可依據膜厚測定結果來調整過度研磨之上述指定時間。
根據本發明，因為膜厚測定及再研磨係在晶圓洗淨及乾燥之前進行，所以可縮短開始再研磨前所需之時間。因此可使處理量提高。此外，由於係在晶圓研磨之後隨即進行膜厚測定，來調整研磨條件，因此可將其調整後之研磨條件立刻適用於其次晶圓之研磨，因此無須等待其次晶圓之處理，而可使處理量提高，並且藉由對後續之晶圓適用最佳的研磨條件，可使研磨之精度提高。
上述之實施形態係以動作控制部5儲存藉由濕型膜厚測定裝置80取得之膜厚測定結果，判斷是否需要追加研磨，算出追加研磨時間， 進一步調整研磨時間、研磨壓力、研磨台之旋轉速度等研磨條件的方式構成。動作控制部5亦可將膜厚測定結果、是否需要追加研磨之判斷結果、追加研磨時間、調整後之研磨條件等的處理資訊，傳送至設定於研磨裝置外部之主電腦。再者，濕型膜厚測定裝置80亦可將膜厚之測定值傳送至主電腦，藉由主電腦執行是否需要追加研磨之判斷及追加研磨時間的算出，並從主電腦傳送其判斷結果及算出之追加研磨時間至研磨裝置。
其次，說明本發明之研磨方法的其他例。本例係使用4個研磨台30A、30B、30C、30D來研磨第二十圖所示之晶圓。具體而言，如第二十三圖(a)所示，第一研磨工序係以第一研磨單元3A研磨銅膜107至其厚度達到指定之目標值。銅膜107之研磨係藉由渦電流式膜厚感測器60取得銅膜107之膜厚信號。動作控制部5從膜厚信號生成直接或間接表示銅膜107之膜厚的膜厚指標值，依據該膜厚指標值監視銅膜107之研磨，當膜厚指標值達到指定之臨限值時(亦即銅膜107之厚度達到指定的目標值時)停止銅膜107之研磨。
經第一研磨單元3A研磨後之晶圓被搬送至第二研磨單元3B，在此進行第二研磨工序。如第二十三圖(b)所示，第二研磨工序係研磨剩餘之銅膜107至銅膜107之下的障壁膜105露出為止。在除去銅膜107而障壁膜105露出的時刻，係藉由動作控制部5依據膜厚指標值來檢測。例如，銅膜107之除去點可從膜厚指標值達到指定之臨限值的點來決定。使用銅膜107之研磨率高、而障壁膜105之研磨率低的研磨液時，在除去銅膜107而障壁膜105露出時，不再繼續進行研磨。此時膜厚指標值不再變化。因此，亦可將膜厚指標值不再變化之點決定為已除去銅膜107之點。
經第二研磨單元3B研磨後之晶圓被搬送至第三研磨單元3C，在此進行第三研磨工序。如第二十三圖(c)所示，第三研磨工序係除去構成導電膜106之障壁膜105及第二硬掩膜104。具體而言，係研磨導電膜106至導電膜106下之絕緣膜103露出(至第一硬掩膜102露出)。導電膜106之研磨係藉由渦電流式膜厚感測器60取得導電膜106之膜厚信號。動作控制部5從膜厚信號生成導電膜106之膜厚指標值，依據該膜厚指標值監視導電膜106之研磨，當膜厚指標值達到指定之臨限值時，或是膜厚指標值不再變化時(亦即除去導電膜106之第二硬掩膜104而第一硬掩膜102露出時)停止晶圓之研磨。
研磨後之晶圓從第三研磨單元3C搬送至第四研磨單元3D，在此進行第四研磨工序。如第二十三圖(d)所示，第四研磨工序係研磨由第一硬掩膜102及層間絕緣膜101構成之絕緣膜103。絕緣膜103之研磨包含除去第一硬掩膜102、及研磨層間絕緣膜101。研磨絕緣膜103至其厚度達到指定之目標值。
絕緣膜103之研磨係藉由光學式膜厚感測器40取得絕緣膜103的膜厚信號。動作控制部5從膜厚信號生成絕緣膜103之膜厚指標值或除去指標值，當該膜厚指標值或除去指標值達到指定之臨限值時(亦即絕緣膜103之膜厚或除去量達到指定的目標值時)停止絕緣膜103之研磨。
第二十四圖係用於說明第二十三圖(a)至第二十三圖(d)所示之晶圓的研磨方法之流程圖。步驟1係在第一研磨台30A上之研磨墊10上供給研磨液，同時研磨銅膜(金屬膜)107至其厚度達到指定之目標值。該步驟1對應於第二十三圖(a)所示之第一研磨工序。步驟2係在第二研磨台30B 上之研磨墊10上供給研磨液，同時研磨銅膜(金屬膜)107至構成導電膜106之障壁膜105露出為止。該步驟2對應於第二十三圖(b)所示之第二研磨工序。
步驟3係在第三研磨台30C上之研磨墊10上供給研磨液，並研磨構成導電膜106之障壁膜105及第二硬掩膜104。該導電膜106之研磨進行至絕緣膜103露出為止。該步驟3對應於第二十三圖(c)所示之第三研磨工序。步驟4係在第四研磨台30D上之研磨墊10上供給研磨液，同時研磨絕緣膜103至其厚度達到指定之目標值。該步驟4對應於第二十三圖(d)所示之第四研磨工序。
步驟5係取代研磨液，而將純水供給至第四研磨台30D上之研磨墊10上，同時水研磨晶圓。藉由該水研磨而從晶圓除去研磨液及研磨屑。步驟6係將研磨後之晶圓搬送至濕型膜厚測定裝置80。
步驟7係藉由濕型膜厚測定裝置80測定研磨後之絕緣膜103的厚度。膜厚之測定結果傳送至動作控制部5，步驟8係藉由動作控制部5比較所測定之現在膜厚與膜厚的指定目標值。在測定膜厚尚未達到目標值情況下，步驟9為藉由動作控制部5從測定膜厚與目標值之差算出為了達成目標值所需的追加研磨時間。而後，晶圓再度被轉移至第四研磨台30D上之研磨墊10，在研磨墊10上供給研磨液，並再研磨算出之追加研磨時間程度。當測定膜厚達到目標值情況下，晶圓被搬送至洗淨部4，步驟10係洗淨晶圓，進一步使其乾燥。另外，可省略再研磨後之步驟6、7的膜厚測定及步驟8的與目標膜厚值之比較。
第三研磨工序宜使用具有可提高導電膜106之研磨率，且降低絕緣膜103之研磨率的研磨粒及/或化學成分之所謂高選擇比的研磨液。使 用此種研磨液時，在絕緣膜103露出後晶圓實質上不進行研磨。因此，動作控制部5可更正確地檢測導電膜106之研磨終點(絕緣膜103之露出點)。
在第三研磨工序使用高選擇比之研磨液時，亦可依據使研磨台30C旋轉之台馬達19(參照第四圖)的轉矩電流來檢測導電膜106之研磨終點(絕緣膜103之露出點)。晶圓研磨中，因為晶圓表面與研磨墊10之研磨面滑動接觸，所以在晶圓與研磨墊10之間產生摩擦力。該摩擦力依形成晶圓露出面之膜的種類、及研磨液之種類而變化。
台馬達19控制研磨台30C以預設之一定速度旋轉。因此，作用於晶圓與研磨墊10之間的摩擦力變化時，流入台馬達19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30C賦予大的轉矩而增加轉矩電流，摩擦力變小時，為了減少賦予研磨台30C之轉矩而降低轉矩電流。因此，動作控制部5可從台馬達19之轉矩電流的變化檢測導電膜106之研磨終點(絕緣膜103之露出點)。轉矩電流係藉由第四圖所示之轉矩電流計測器70來計測。
其次，進一步說明本發明之研磨方法的又其他例。本例仍係使用4個研磨台30A、30B、30C、30D研磨第二十圖所示之晶圓。具體而言，由於第二十五圖(a)及第二十五圖(b)所示之金屬膜的第一研磨工序及第二研磨工序，與第二十三圖(a)及第二十三圖(b)所示之第一研磨工序及第二研磨工序相同，因此省略其重複之說明。
在第二研磨單元3B所研磨之晶圓搬送至第三研磨單元3C，在此進行第三研磨工序，如第二十五圖(c)所示，第三研磨工序係研磨導電膜106至絕緣膜103露出為止，進一步研磨露出之絕緣膜103。更具體而言， 係除去構成導電膜106之障壁膜105及第二硬掩膜104，進一步研磨導電膜106下之絕緣膜103。絕緣膜103研磨至其厚度達到指定之第一目標值。絕緣膜103之厚度亦可從絕緣膜103之除去量來決定。第三研磨工序對絕緣膜103之研磨包含除去第一硬掩膜102及研磨層間絕緣膜101，或是僅研磨第一硬掩膜102。第二十五圖(c)顯示在研磨導電膜106後，研磨第一硬掩膜102，而不研磨層間絕緣膜101之例。
在第三研磨工序研磨導電膜106中，係藉由渦電流式膜厚感測器60取得導電膜106之膜厚信號。動作控制部5從膜厚信號生成導電膜106之膜厚指標值，依據該膜厚指標值監視導電膜106之研磨，檢測膜厚指標值達到指定之臨限值時，或是膜厚指標值不再變化之點(亦即除去導電膜106而絕緣膜103露出之點)。第三研磨工序係連續研磨導電膜106與絕緣膜103。絕緣膜103之研磨係藉由光學式膜厚感測器40取得絕緣膜103之膜厚信號。動作控制部5從膜厚信號生成絕緣膜103之膜厚指標值或除去指標值，該膜厚指標值或除去指標值達到指定之第一臨限值時(亦即絕緣膜103之膜厚達到指定之第一目標值時)停止絕緣膜103之研磨。
在第三研磨單元3C所研磨之晶圓搬送至濕型膜厚測定裝置80，在此測定晶圓之膜厚。膜厚測定後，晶圓搬送至第四研磨單元3D，在此進行第四研磨工序。如第二十五圖(d)所示，第四研磨工序係研磨絕緣膜103。絕緣膜103被研磨至其厚度達到指定的第二目標值。絕緣膜103之研磨包含除去第一硬掩膜102及研磨層間絕緣膜101，或是僅研磨層間絕緣膜101。第二十五圖(d)顯示除去第一硬掩膜102，繼續研磨層間絕緣膜101之例。
第二十六圖係用於說明第二十五圖(a)至第二十五圖(d)所示 之晶圓的研磨方法之流程圖。步驟1係在第一研磨台30A上之研磨墊10上供給研磨液，同時研磨銅膜(金屬膜)107至其厚度達到指定之目標值。該步驟1對應於第二十五圖(a)所示之第一研磨工序。步驟2係在第二研磨台30B上之研磨墊10上供給研磨液，同時研磨銅膜(金屬膜)107至構成導電膜106之障壁膜105露出為止。該步驟2對應於第二十五圖(b)所示之第二研磨工序。
步驟3係在第三研磨台30C上之研磨墊10上供給研磨液，同時研磨構成導電膜106之障壁膜105及第二硬掩膜104，進一步研磨其下之絕緣膜103至其厚度達到指定的第一目標值。該步驟3對應於第二十五圖(c)所示之第三研磨工序。步驟4係取代研磨液，而將純水供給至第三研磨台30C上之研磨墊10上，同時水研磨晶圓。藉由該水研磨從晶圓除去研磨液及研磨屑。步驟5係將研磨後之晶圓搬送至濕型膜厚測定裝置80。
步驟6係藉由濕型膜厚測定裝置80測定研磨後之絕緣膜103的厚度。膜厚測定結果傳送至動作控制部5，步驟7係藉由動作控制部5比較所測定之現在膜厚與膜厚之最後目標值的指定之第二目標值。測定膜厚尚未達到第二目標值情況下，步驟8係藉由動作控制部5從測定膜厚與第二目標值之差算出為了達成第二目標值所需的追加研磨時間。追加研磨時間可從絕緣膜103之現在膜厚與第二目標值之差、及研磨率算出。而後，步驟9係將晶圓轉移至第四研磨台30D上之研磨墊10，在研磨墊10上供給研磨液，同時以算出之追加研磨時間程度再研磨晶圓。該步驟9對應於第二十五圖(d)所示之第四研磨工序。另外，亦可將晶圓搬送至第三研磨台30C上之研磨墊10，以第三研磨台30C上之研磨墊10進行再研磨。
步驟10係取代研磨液，而將純水供給至第四研磨台30D上之 研磨墊10上同時水研磨晶圓。其後，晶圓之處理流程回到步驟5。測定膜厚已達到目標值情況下，晶圓被搬送至洗淨部4，步驟11係洗淨晶圓，進一步使其乾燥。
藉由以步驟8算出之追加研磨時間程度研磨晶圓，可期待晶圓之膜厚達到目標值。因此，亦可在步驟9及步驟10之後，不回到步驟5再度測定膜厚，而直接進行步驟11，將晶圓洗淨進一步乾燥後，結束晶圓處理。如此省略再研磨後之膜厚測定，亦可適用於之前說明的實施例及爾後說明的實施例。
參照第二十五圖(a)至第二十五圖(c)、及第二十六圖說明之本實施例，係研磨膜至膜厚達到其最終目標值的第二目標值之前的第一目標值，藉由濕型膜厚測定裝置80測定研磨後之晶圓膜厚，算出為了消除所測定的現在膜厚與第二目標值之差所需的追加研磨時間，而後，以追加研磨時間程度再研磨晶圓者。如此刻意在最終目標值之前停止研磨來測定膜厚，其後再研磨之本實施例，亦可適用於之前說明的實施例及爾後說明的實施例。
本發明之研磨方法亦可適用於具有其他疊層構造之晶圓。第二十七圖係由鎢膜、障壁膜及絕緣膜構成之疊層構造的剖面圖。該晶圓形成有障壁膜111，其係作為導電膜以覆蓋絕緣膜110及形成於該絕緣膜110之溝渠。絕緣膜110由二氧化矽(SiO2)或低介電係數(Low-k)材料等形成，障壁膜111由鈦(Ti)或氮化鈦(TiN)等金屬形成。再者，以覆蓋障壁膜111之方式形成作為金屬膜之鎢膜112，溝渠以鎢膜112加以填充。如第二十七圖之虛線所示，除去不需要之鎢膜112及障壁膜111，研磨絕緣膜110至達到指定厚 度。溝渠內之鎢係鎢膜112之一部分，且其構成半導體元件之配線113。
第二十八圖(a)及第二十八圖(b)係顯示第二十七圖所示之晶圓的研磨方法之一例圖。上述多層構造之晶圓以第一研磨單元3A及第二研磨單元3B實施兩階段研磨，同時相同構成之另外晶圓以第三研磨單元3C及第四研磨單元3D實施兩階段研磨。如第二十八圖(a)所示，兩段研磨中之第一段係除去鎢膜112及障壁膜111至絕緣膜110露出的工序，如第二十八圖(b)所示，第二段係研磨絕緣膜110至絕緣膜110之厚度達到指定的目標值(亦即，至溝渠內之配線113形成指定的目標高度)之工序。兩段研磨之第一段係由第一研磨單元3A及第三研磨單元3C進行，第二段由第二研磨單元3B及第四研磨單元3D進行。
第二十九圖係用於說明第二十八圖(a)及第二十八圖(b)所示之晶圓的研磨方法之流程圖。步驟1係在第一研磨台30A或第三研磨台30C上之研磨墊10上供給研磨液，同時研磨鎢膜(金屬膜)112及障壁膜111至絕緣膜110露出為止。該步驟1對應於第二十八圖(a)所示之第一研磨工序。步驟2係在第二研磨台30B或第四研磨台30D上之研磨墊10上供給研磨液，同時研磨絕緣膜110至其厚度達到指定的目標值。該步驟2對應於第二十八圖(b)所示之第二研磨工序。
絕緣膜110之研磨係藉由光學式膜厚感測器40取得絕緣膜110之膜厚信號。動作控制部5從膜厚信號生成絕緣膜110之膜厚指標值或除去指標值，該膜厚指標值或除去指標值達到指定之臨限值時(亦即絕緣膜110之膜厚或除去量達到指定的目標值時)停止絕緣膜110之研磨。
步驟3係取代研磨液，而將純水供給至第二研磨台30B或第 四研磨台30D上的研磨墊10上，同時水研磨晶圓。藉由該水研磨從晶圓除去研磨液及研磨屑。步驟4係將研磨後之晶圓搬送至濕型膜厚測定裝置80。
步驟5係藉由濕型膜厚測定裝置80測定研磨後之絕緣膜110的厚度。膜厚之測定結果傳送至動作控制部5，步驟6係藉由動作控制部5比較所測定之現在膜厚與膜厚的指定目標值。測定膜厚尚未達到目標值情況下，步驟7係藉由動作控制部5從測定膜厚與目標值之差算出為了達成目標值所需的追加研磨時間。而後，晶圓再度轉移至第二研磨台30B或第四研磨台30D上的研磨墊10，在研磨墊10上供給研磨液，同時以算出之追加研磨時間程度再研磨。測定膜厚已達到目標值情況下，晶圓搬送至洗淨部4，步驟8係洗淨晶圓，進一步加以乾燥。另外，可省略再研磨後之步驟4、5的膜厚測定及步驟6的目標膜厚值之比較。
其次，進一步說明研磨具有又其他疊層構造的晶圓之例。第三十圖係形成了層間絕緣膜(ILD)之晶圓的剖面圖。該晶圓在基底層120上形成金屬配線121，進一步以覆蓋金屬配線121之方式，藉由化學氣相沉積(CVD)形成有層間絕緣膜122。
第三十一圖(a)及第三十一圖(b)係顯示第三十圖所示之晶圓的研磨方法之一例圖。上述多層構造之晶圓以第一研磨單元3A及第二研磨單元3B實施兩階段研磨，同時相同構成之另外晶圓以第三研磨單元3C及第四研磨單元3D實施兩階段研磨。如第三十一圖(a)所示，兩段研磨中之第一段係除去形成於層間絕緣膜122表面之階部(或凸部)，而將其表面形成平坦之工序，如第三十一圖(b)所示，第二段係稍微研磨層間絕緣膜122，而除去形成於其表面之損傷的工序。兩段研磨之第一段由第一研磨單元3A及第 三研磨單元3C進行，第二段由第二研磨單元3B及第四研磨單元3D進行。
第三十二圖係用於說明第三十一圖(a)及第三十一圖(b)所示之晶圓的研磨方法之流程圖。步驟1係在第一研磨台30A或第三研磨台30C上之研磨墊10上供給研磨液，同時研磨層間絕緣膜122至除去形成於層間絕緣膜122表面之階部(或凸部)。該步驟1對應於第三十一圖(a)所示之第一研磨工序。步驟2係在第二研磨台30B或第四研磨台30D上之研磨墊10上供給研磨液，同時研磨層間絕緣膜122至層間絕緣膜122之厚度達到指定的目標值。該步驟2對應於第三十一圖(b)所示之第二研磨工序。
層間絕緣膜122之研磨係藉由光學式膜厚感測器40取得層間絕緣膜122之膜厚信號。動作控制部5從膜厚信號生成層間絕緣膜122之膜厚指標值或除去指標值，該膜厚指標值或除去指標值達到指定之臨限值時(亦即層間絕緣膜122之膜厚或除去量達到指定的目標值時)停止層間絕緣膜122之研磨。
步驟3係取代研磨液，而將純水供給至第二研磨台30B或第四研磨台30D上之研磨墊10上，同時水研磨晶圓。藉由該水研磨從晶圓除去研磨液及研磨屑。步驟4係將研磨後之晶圓搬送至濕型膜厚測定裝置80。
步驟5係藉由濕型膜厚測定裝置80測定研磨後之層間絕緣膜122的厚度。膜厚之測定結果傳送至動作控制部5，步驟6係藉由動作控制部5比較所測定之現在膜厚與膜厚之指定的目標值。測定膜厚尚未達到目標值情況下，步驟7係藉由動作控制部5從測定膜厚與目標值之差算出為了達成目標值所需的追加研磨時間。而後，將晶圓再度轉移至第二研磨台30B或第四研磨台30D上的研磨墊10，在研磨墊10上供給研磨液，同時以算出之追加 研磨時間程度再研磨。測定膜厚已達到目標值情況下，將晶圓搬送至洗淨部4，步驟8係洗淨晶圓，進一步加以乾燥。另外，可省略再研磨後之步驟4、5的膜厚測定及步驟6之與目標膜厚值的比較。
第三十三圖係顯示STI(shallow trench isolation：淺溝槽隔離)程序之晶圓的剖面圖。第三十三圖所示之晶圓係在矽層130上形成二氧化矽膜131，在其上形成由Si3N4構成之氮化矽膜132，進一步在其上藉由高密度電漿CVD等形成由二氧化矽構成之元件分離絕緣膜133(以下簡稱為絕緣膜133)。在矽層130、二氧化矽膜131、及氮化矽膜132中形成有STI溝，絕緣膜133之一部分埋入STI溝中。
第三十四圖(a)及第三十四圖(b)係顯示第三十三圖所示之晶圓的研磨方法之一例圖。上述多層構造之晶圓係以第一研磨單元3A及第二研磨單元3B實施兩階段研磨，同時相同構成之另外晶圓係以第三研磨單元3C及第四研磨單元3D實施兩階段研磨。如第三十四圖(a)所示，兩段研磨中之第一段係除去不需要之絕緣膜133而使氮化矽膜132露出的工序，如第三十四圖(b)所示，第二段係研磨絕緣膜133及氮化矽膜132，而除去形成於其表面之損傷，並且最後調整絕緣膜133之膜厚的工序。兩段研磨之第一段係由第一研磨單元3A及第三研磨單元3C進行，第二段係由第二研磨單元3B及第四研磨單元3D進行。
第三十五圖係用於說明第三十四圖(a)及第三十四圖(b)所示之晶圓的研磨方法之流程圖。步驟1係在第一研磨台30A或第三研磨台30C上之研磨墊10上供給研磨液，同時研磨絕緣膜133至氮化矽膜132露出為止。該步驟1對應於第三十四圖(a)所示之第一研磨工序。步驟2係在第二研 磨台30B或第四研磨台30D上之研磨墊10上供給研磨液，同時研磨絕緣膜133及氮化矽膜132至絕緣膜133之厚度達到指定的目標值。該步驟2對應於第三十四圖(b)所示之第二研磨工序。
步驟3係取代研磨液，而將純水供給至第二研磨台30B或第四研磨台30D上的研磨墊10上，同時水研磨晶圓。藉由該水研磨從晶圓除去研磨液及研磨屑。步驟4係將研磨後之晶圓搬送至濕型膜厚測定裝置80。
步驟5係藉由濕型膜厚測定裝置80測定研磨後之絕緣膜133的厚度。膜厚之測定結果傳送至動作控制部5，步驟6係藉由動作控制部5比較所測定之現在膜厚與膜厚的指定之目標值。測定膜厚尚未達到目標值情況下，步驟7係藉由動作控制部5從測定膜厚與目標值之差算出為了達成目標值所需的追加研磨時間。而後，將晶圓再度轉移至第二研磨台30B或第四研磨台30D上的研磨墊10，在研磨墊10上供給研磨液，同時以算出之追加研磨時間程度再研磨。測定膜厚已達到目標值情況下，將晶圓搬送至洗淨部4，步驟8係洗淨晶圓，進一步加以乾燥。另外，可省略再研磨後之步驟4、5的膜厚測定及步驟6的與目標膜厚值之比較。
其次，進一步說明研磨具有又其他疊層構造的晶圓之例。第三十六圖係在形成高介電係數金屬閘(High-k Metal Gate)過程中，形成適用CMP之疊層構造的晶圓剖面圖。如第三十六圖所示，在矽層140上形成多晶矽141，並以覆蓋多晶矽141之方式形成有由氮化矽(Si3N4)構成的側壁142。進一步在側壁142上形成有絕緣膜144。
如第三十七圖(a)至第三十七圖(d)所示，該晶圓係以四階段研磨。亦即，如第三十七圖(a)所示，第一研磨工序係研磨絕緣膜144至其厚 度達到指定之第一目標值的工序，如第三十七圖(b)所示，第二研磨工序係研磨絕緣膜144至側壁142露出，且絕緣膜144之厚度達到指定的第二目標值之工序，如第三十七圖(c)所示，第三研磨工序係研磨絕緣膜144及側壁142至多晶矽141露出，且絕緣膜144之厚度達到指定之第三目標值的工序，如第三十七圖(d)所示，第四研磨工序係研磨絕緣膜144、多晶矽141、及側壁142至絕緣膜144達到指定之第四目標值的工序。
第一研磨工序係由第一研磨單元3A進行，第二研磨工序係由第二研磨單元3B進行，第三研磨工序係由第三研磨單元3C進行，第四研磨工序係由第四研磨單元3D進行。各研磨工序中，藉由光學式膜厚感測器40取得絕緣膜144之膜厚信號。亦可取代光學式膜厚感測器40而使用設定時間或轉矩電流計測器70來決定研磨終點。動作控制部5係從膜厚信號生成絕緣膜144之膜厚指標值或除去指標值，該膜厚指標值或除去指標值達到指定之臨限值時(亦即絕緣膜144之膜厚或除去量達到指定的目標值時)停止絕緣膜144之研磨。
第三十八圖係用於說明第三十七圖(a)至第三十七圖(d)所示之晶圓的研磨方法之流程圖。步驟1係在第一研磨台30A上之研磨墊10上供給研磨液，同時研磨絕緣膜144至絕緣膜144之厚度達到指定的第一目標值。該步驟1對應於第三十七圖(a)所示之第一研磨工序。步驟2係在第二研磨台30B上之研磨墊10上供給研磨液，同時研磨絕緣膜144至側壁142露出，且絕緣膜144之厚度達到指定的第二目標值。該步驟2對應於第三十七圖(b)所示之第二研磨工序。
步驟3係取代研磨液，而將純水供給至第二研磨台30B上之 研磨墊10上，同時水研磨晶圓。藉由該水研磨從晶圓除去研磨液及研磨屑。步驟4係將研磨後之晶圓搬送至濕型膜厚測定裝置80。
步驟5係藉由濕型膜厚測定裝置80測定研磨後之絕緣膜144的厚度。膜厚之測定結果傳送至動作控制部5，步驟6係藉由動作控制部5比較所測定之現在膜厚與膜厚的指定之第二目標值。測定膜厚尚未達到第二目標值情況下，步驟7係藉由動作控制部5從測定膜厚與第二目標值之差算出為了達成第二目標值所需的追加研磨時間。而後，將晶圓再度轉移至第一研磨台30A或第二研磨台30B上的研磨墊10，在研磨墊10上供給研磨液，同時以算出之追加研磨時間程度再研磨。另外，可省略再研磨後之步驟4、5的膜厚測定及步驟6的與目標膜厚值之比較。是否為了再研磨而搬送經圓至第一研磨台30A或第二研磨台30B的其中之一的判斷基準，可依側壁142是否露出？或是絕緣膜144之現在膜厚與膜厚指定之第二目標值的差是否在預定的範圍內？測定膜厚已達到目標值情況下，將晶圓搬送至第三研磨台30C上之研磨墊10上。
步驟8係在第三研磨台30C上之研磨墊10上供給研磨液，同時研磨絕緣膜144及側壁142至絕緣膜144之厚度達到指定的第三目標值。該步驟8對應於第三十七圖(c)所示之第三研磨工序。步驟9係在第四研磨台30D上之研磨墊10上供給研磨液，同時研磨絕緣膜144、多晶矽141及側壁142至絕緣膜144之厚度達到指定的第四目標值。該步驟9對應於第三十七圖(d)所示之第四研磨工序。
步驟10係取代研磨液，而將純水供給至第四研磨台30D上的研磨墊10上，同時水研磨晶圓。藉由該水研磨從晶圓除去研磨液及研磨屑。 步驟11係將研磨後之晶圓搬送至濕型膜厚測定裝置80。
步驟12係藉由濕型膜厚測定裝置80測定研磨後之絕緣膜144的厚度。膜厚之測定結果傳送至動作控制部5，步驟13係藉由動作控制部5比較所測定之現在膜厚與膜厚指定的第四目標值。測定膜厚尚未達到第四目標值情況下，步驟14係藉由動作控制部5從測定膜厚與第四目標值之差算出為了達成第四目標值所需的追加研磨時間。而後，將晶圓再度轉移至第三研磨台30C或第四研磨台30D上的研磨墊10，在研磨墊10上供給研磨液，同時以算出之追加研磨時間程度再研磨。另外，可省略再研磨後之步驟11、12的膜厚測定及步驟13的與目標膜厚值之比較。是否為了再研磨而搬送晶圓至第三研磨台30C或第四研磨台30D的其中之一的判斷基準，可依多晶矽141是否露出？或是絕緣膜144之現在膜厚與膜厚指定之第四目標值的差是否在預定的範圍內？測定膜厚已達到第四目標值情況下，將晶圓搬送至洗淨部4，步驟15係洗淨晶圓，並加以乾燥。
第三十九圖係用於說明第三十七圖(a)至第三十七圖(d)所示之晶圓的另外研磨方法之流程圖。步驟1係在第一研磨台30A上之研磨墊10上供給研磨液，同時研磨絕緣膜144至絕緣膜144之厚度達到指定的第一目標值。該步驟1對應於第三十七圖(a)所示之第一研磨工序。步驟2係取代研磨液，而將純水供給至第一研磨台30A上的研磨墊10上，同時水研磨晶圓。步驟3係將晶圓搬送至濕型膜厚測定裝置80，在此測定絕緣膜144之厚度。再者，步驟4係藉由動作控制部5算出為了使測定之現在膜厚達到指定的第二目標值所需之追加研磨時間。
步驟5係將晶圓搬送至第二研磨台30B上的研磨墊10上，在 研磨墊10上供給研磨液，同時以步驟3所算出之追加研磨時間程度研磨絕緣膜144。該步驟5對應於第三十七圖(b)所示之第二研磨工序。步驟6係取代研磨液，而將純水供給至第二研磨台30B上之研磨墊10上，同時水研磨晶圓。
步驟7係將晶圓再度搬送至濕型膜厚測定裝置80，在此藉由濕型膜厚測定裝置80測定絕緣膜144之厚度。膜厚之測定結果傳送至動作控制部5，步驟8係藉由動作控制部5比較所測定之現在膜厚與膜厚的指定之第二目標值。測定膜厚尚未達到第二目標值情況下，步驟9係藉由動作控制部5從測定膜厚與第二目標值之差算出為了達成第二目標值所需的追加研磨時間。而後，將晶圓再度轉移至第二研磨台30B上的研磨墊10，在研磨墊10上供給研磨液，同時以算出之追加研磨時間程度再研磨。測定膜厚已達到目標值情況下，將晶圓搬送至第三研磨台30C上的研磨墊10上。另外，上述之步驟5係藉由以步驟4算出之追加研磨時間程度研磨晶圓，可期待晶圓之膜厚達到指定的第二目標值。因此，可省略步驟7之膜厚測定及步驟8的與目標膜厚值之比較。
步驟10係在第三研磨台30C上之研磨墊10上供給研磨液，同時研磨絕緣膜144及側壁142至絕緣膜144之厚度達到指定的第三目標值。該步驟10對應於第三十七圖(c)所示之第三研磨工序。步驟11係取代研磨液，而將純水供給至第三研磨台30C上之研磨墊10上，同時水研磨晶圓。步驟12係將晶圓搬送至濕型膜厚測定裝置80，在此測定絕緣膜144之厚度。再者，步驟13係藉由動作控制部5算出為了使所測定之現在膜厚達到指定的第四目標值所需之追加研磨時間。
步驟14係將晶圓搬送至第四研磨台30D上之研磨墊10上，在 研磨墊10上供給研磨液，同時以步驟13算出之追加研磨時間程度研磨絕緣膜144、側壁142及多晶矽141。該步驟14對應於第三十七圖(d)所示之第四研磨工序。步驟15係取代研磨液，而將純水供給至第四研磨台30D上之研磨墊10上，同時水研磨晶圓。
步驟16係將晶圓搬送至濕型膜厚測定裝置80，在此測定絕緣膜144之厚度。膜厚之測定結果傳送至動作控制部5，步驟17係藉由動作控制部5比較所測定之現在膜厚與膜厚的指定之第四目標值。測定膜厚尚未達到第四目標值情況下，步驟18係藉由動作控制部5從測定膜厚與第四目標值之差算出為了達成第四目標值所需的追加研磨時間。而後，將晶圓再度轉移至第四研磨台30D上之研磨墊10，在研磨墊10上供給研磨液，同時以算出之追加研磨時間程度再研磨。測定膜厚已達到目標值情況下，將晶圓搬送至洗淨部4，步驟19係洗淨晶圓並加以乾燥。另外，上述之步驟14係藉由以步驟13算出之追加研磨時間程度研磨晶圓，可期待晶圓之膜厚達到指定之第四目標值。因此，可省略步驟16之膜厚測定及步驟17的與目標膜厚值之比較。
上述各種實施形態之膜厚測定及再研磨係在晶圓洗淨及乾燥前進行。因此，可縮短再研磨所需要的時間，可使處理量提高。此外，由於係在晶圓研磨後隨即進行膜厚測定，因此可將膜厚測定結果調整後之研磨條件立刻適用於其次晶圓的研磨，無須等待其次晶圓之處理，而可使處理量提高，並且藉由對後續之晶圓適用最佳的研磨條件，可使研磨精度提高。
研磨終點檢測時使用光學式膜厚感測器40情況下，亦可使用 濕型膜厚測定裝置80測定之膜厚測定值實施光學式膜厚感測器40的校正。實施光學式膜厚感測器40校正後，因為從光學式膜厚感測器40之膜厚信號獲得之膜厚指標值或除去指標值，係與濕型膜厚測定裝置80之膜厚測定值相關，所以，即使省略藉由濕型膜厚測定裝置80測定膜厚，仍可保持研磨精度。
具體而言，以光學式膜厚感測器40測定膜之厚度，同時研磨晶圓，當從光學式膜厚感測器40獲得之現在膜厚的測定值達到指定值時停止晶圓之研磨，將研磨後之晶圓在洗淨及乾燥之前搬送至濕型膜厚測定裝置80，藉由濕型膜厚測定裝置80測定膜之現在厚度，從光學式膜厚感測器40獲得之現在膜厚的測定值與從濕型膜厚測定裝置80獲得之現在膜厚的測定值之比較，校正光學式膜厚感測器40，研磨具有與晶圓相同構成之後續的晶圓，此時，藉由以校正後之光學式膜厚感測器40測定後續晶圓的膜厚度，當從光學式膜厚感測器40獲得之膜厚度已達到指定之目標值時停止後續晶圓之研磨，即可實現精度高之研磨。根據該研磨方法，係使用測定精度高之濕型膜厚測定裝置80的膜厚測定值來校正光學式膜厚感測器40。因此，提高後續晶圓研磨中之即時(In-situ)膜厚測定的精度。結果可免除晶圓之再研磨。再者，可將依據膜厚測定結果而調整之研磨條件(研磨時間、研磨壓力等)適用於其次晶圓之研磨。因此，可使處理量提高。
其次，說明渦電流式膜厚感測器60及光學式膜厚感測器40。第四十圖係顯示具備渦電流式膜厚感測器及光學式膜厚感測器之第一研磨單元3A的示意剖面圖。另外，由於研磨單元3B~3D亦具有與第四十圖所示之第一研磨單元3A同樣的構成，因此省略其重複之說明。
光學式膜厚感測器40及渦電流式膜厚感測器60埋設於研磨台30A中，並與研磨台30A及研磨墊10一體旋轉。頂環轉軸16經由皮帶等連結手段17連結於頂環馬達18而旋轉。藉由該頂環轉軸16之旋轉，頂環31A可在箭頭指示之方向旋轉。
光學式膜厚感測器40係構成在晶圓W之表面照射光，接收來自晶圓W之反射光，並按照波長分解其反射光。光學式膜厚感測器40具備：投光部42，其係在晶圓W之被研磨面照射光；光纖43，其係作為接收從晶圓W返回之反射光的受光部；及分光光度計(分光器)44，其係按照波長分解來自晶圓W之反射光，在指定之波長範圍測定反射光強度。
研磨台30A中形成有在其上面開口之第一孔50A及第二孔50B。此外，於研磨墊10中，在對應於此等孔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10a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中，且位於晶圓W之被研磨面附近。光纖48及光纖43之各前端與固持於頂環31A之晶圓W相對而配置。每當研磨台30A旋轉時，即在晶圓W之複數個區域照射光。光纖48及光纖43之各前端宜與固持於頂環31A之晶圓W的中心相對而配置。
晶圓W研磨中，從液體供給源55經由液體供給路徑53供給作為透明液體之水(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。水係進一步流入第二孔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。液體供給路徑53上設有與研磨台30A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，或是減少水之流量的方式動作。
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在晶圓W之表面大致垂直地照射光。
晶圓W研磨中，從投光部42照射光於晶圓W，並藉由光纖(受光部)43接收來自晶圓W之反射光。分光光度計44在指定之波長範圍測定反射光之各波長的強度，將獲得之光強度資料傳送至動作控制部5。該光強度資料係反映晶圓W之膜厚的膜厚信號，且隨膜厚而變化。動作控制部5從光強度資料生成表示各波長之光強度的光譜，進一步從光譜生成顯示晶圓W之膜厚的膜厚指標值。
第四十一圖係用於說明光學式膜厚感測器40之原理的示意圖，第四十二圖係顯示晶圓W與研磨台30A之位置關係的前視圖。第四十一圖所示之例係晶圓W具有下層膜、及形成於其上之上層膜。投光部42及受光部43與晶圓W之表面相對而配置。投光部42於研磨台30A每旋轉1次，在包含晶圓W中心之複數個區域照射光。
照射於晶圓W之光，在媒介(第四十一圖之例係水)與上層膜之界面、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。該光波之干擾方式隨上層膜之厚度(亦即光程長)而變化。因而，從來自晶圓W之反射光生成的光譜隨上層膜之厚度而變化。分光光度計(分光器)44按波長分解反射光，且依各波長測定反射光之強度。動作控制部5 從分光光度計44獲得之反射光的強度資料(膜厚信號)生成光譜。該光譜係以顯示光波長與強度之關係的線圖(亦即分光波形)來表示。光之強度亦可以反射率或相對反射率等之相對值來表示。
第四十三圖係顯示藉由動作控制部5所生成之光譜圖。第四十三圖中，橫軸表示反射光之波長，縱軸表示從反射光之強度導出的相對反射率。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基準強度之比。基準強度預先依各波長取得。各波長中，藉由反射光強度(實測強度)除以對應之基準強度，並從實測強度除去裝置之光學系統或光源固有之強度變動等不需要的因素，藉此可獲得僅反映晶圓W之膜厚資訊的光譜。
指定之基準強度，例如可為在水存在下研磨未形成膜之矽晶圓(裸晶圓)時獲得的反射光強度。實際之研磨係從實測強度減去黑位準(在遮斷光條件下獲得之背景強度)，求出修正實測強度，進一步從基準強度減去上述黑位準，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而求出相對反射率。具體而言，相對反射率R(λ)可使用以下公式(1)求出。
此處，λ係波長，E(λ)係波長λ之來自晶圓的反射光強度，B(λ)係波長λ之基準強度，D(λ)係波長λ之黑位準(遮斷光條件下所測定之光強度)。
如第四十四圖所示，動作控制部5藉由比較研磨中所生成之光譜與複數個參照光譜，決定最接近所生成之光譜的基準光譜，並將該決 定之基準光譜相關的膜厚決定為現在膜厚。複數個基準光譜係藉由研磨與研磨對象之晶圓同種的晶圓而預先取得者，各基準光譜與取得其基準光譜時之膜厚相關。亦即，各基準光譜係不同膜厚時取得者，且複數個基準光譜對應於複數個不同膜厚。因此，藉由特定最接近現在光譜之基準光譜，可推測現在之膜厚。該推測膜厚值即是上述之膜厚指標值。
光學式膜厚感測器40適合決定具有使光透過之性質的絕緣膜之膜厚。動作控制部5亦可從藉由光學式膜厚感測器40所取得之膜厚指標值(光強度資料)決定膜的除去量。具體而言，從初期膜厚指標值(初期光強度資料)按照上述方法求出初期的推測膜厚值，藉由從該初期之推測膜厚值減去現在的推測膜厚值可求出除去量。
膜之除去量亦可取代上述方法，而從隨膜厚變化之光譜的變化量來決定。第四十五圖係顯示對應於膜厚差△α之2個光譜的示意圖。此處之α係膜厚，且研磨時，膜厚α隨時間而減少(△α>0)。如第四十五圖所示，光譜隨膜厚之變化而沿著波長軸移動。在不同時間取得之2個光譜間的變化量，相當於藉由此等光譜所包圍之區域(以陰影線顯示)。因此，藉由計算上述區域之面積，可決定膜之除去量。膜之除去量U從以下的公式(2)求出。
此處，λ係光之波長，λ1、λ2係決定作為監視對象之光譜的波長範圍之下限值及上限值，Rc係現在取得之相對反射率，Rp係前次取得之相對反射率。
按照上述公式(2)算出之光譜的變化量係顯示膜之除去量的 除去指標值。
其次，說明渦電流式膜厚感測器60。渦電流式膜厚感測器60係以在線圈中流入高頻交流電流，在導電膜中感應渦電流，從該渦電流之磁場產生的阻抗變化來檢測導電膜之厚度的方式構成。第四十六圖係顯示用於說明渦電流式膜厚感測器60之原理的電路圖。高頻之交流電流I1從交流電源S(電壓E[V])流入渦電流式膜厚感測器60之線圈61時，線圈61所感應之磁力線通過導電膜中。藉此，在感測器側電路與導電膜側電路之間發生相互電感，渦電流I2流入導電膜。該渦電流I2產生磁力線，而使感測器側電路之阻抗變化。渦電流式膜厚感測器60從該感測器側電路之阻抗的變化檢測導電膜之膜厚。
第四十六圖所示之感測器側電路與導電膜側電路中，以下各個公式成立。
R1I1+L1dI1/dt+MdI2/dt=E (3)
R2I2+L2dI2/dt+MdI1/dt=0 (4)
此處，M係相互電感，R1係包含渦電流式膜厚感測器60之線圈61的感測器側電路之等價電阻，L1係包含線圈61之感測器側電路的自感。R2係感應渦電流之導電膜的等價電阻，L2係流入渦電流之導電膜的自感。
此處，設定In=Anejωt(正弦波)時，上述公式(3)、(4)表示如下。
(R1+jωL1)I1+jωMI2=E (5)
(R2+jωL2)I2+jωMI1=0 (6)
從此等公式(5)、(6)導出以下公式。
I1=E(R2+jωL2)/{(R1+jωL1)(R2+jωL2)+ω2M2} =E/{(R1+jωL1)+ω2M2/(R2+jωL2)} (7)
因此，感測器側電路之阻抗Φ由以下公式表示。
Φ=E/I1={R1+ω2M2 R2/(R2 2+ω2L2 2)}+jω{L1-ω2 L2M2/(R2 2+ω2L2 2)} (8)
此處，Φ之實部(電阻成分)、虛部(感應電抗成分)分別設為X、Y時，上述公式(8)形成如下。
Φ=X+jωY (9)
渦電流式膜厚感測器60輸出包含該渦電流式膜厚感測器60之線圈61的電路之阻抗的電阻成分X及感應電抗成分Y。此等電阻成分X及感應電抗成分Y係反映膜厚之膜厚信號，且隨晶圓之膜厚變化。
第四十七圖係顯示藉由將與膜厚一起變化之X、Y標記在XY座標系上而描繪的曲線圖。點T∞之座標係膜厚無限大時，亦即R2為0時之X、Y，點T0之座標係基板之導電率可忽略時，於膜厚係0時，亦即R2為無限大時的X、Y。從X、Y之值定位之點Tn隨著膜厚減少，而描繪圓弧狀軌跡，並朝向點T0前進。另外，第四十七圖所示之記號k係結合係數，且其次之關係公式成立。
M=k(L1L2)1/2 (10)
第四十八圖係顯示藉由使第四十七圖之曲線圖形逆時鐘旋轉90度，進一步使其平行移動之曲線圖。如第四十八圖所示，隨著膜厚減少，從X、Y之值定位的點Tn描繪圓弧狀軌跡並朝向點T0前進。
線圈61與晶圓W間之距離G，依介於此等之間的研磨墊10之厚度而變化。結果如第四十九圖所示，座標X、Y之圓弧軌跡依相當於使用 之研磨墊10厚度的距離G(G1~G3)而變動。從第四十九圖瞭解，不論線圈61與晶圓W間之距離G為何，以直線(以下稱為預備測定直線)連結每個膜厚之座標X、Y時，可取得其預備測定直線交叉之交點(基準點)P。該預備測定直線rn(n：1,2,3...)對指定之基準線(第四十九圖中之水平線)H，以依膜厚之仰角(夾角)θ傾斜。因此，該角度θ可稱為顯示晶圓W之膜厚的膜厚指標值。
動作控制部5藉由參照顯示角度θ與膜厚之關係的相關資料，可從研磨中獲得之角度θ來決定膜厚。該相關資料係藉由研磨與研磨對象之晶圓同種的晶圓，並測定對應於各角度θ之膜厚而預先獲得者。第五十圖係顯示隨研磨時間而變化之角度θ的曲線圖。縱軸表示角度θ，橫軸表示研磨時間。如該曲線圖所示，角度θ隨研磨時間增加，並在某個時刻保持一定。因此，動作控制部5在研磨中計算角度θ，可從其角度θ取得現在之膜厚。
上述之光學式膜厚感測器40及渦電流式膜厚感測器60，可使用日本特開2004-154928號公報及日本特開2009-99842號公報等記載之習知的光學感測器及渦電流感測器。
如第四圖所示，第一研磨單元3A除了上述的光學式膜厚感測器40及渦電流式膜厚感測器60之外，進一步具備轉矩電流計測器70，其係計測使研磨台30A旋轉之台馬達19的輸入電流(亦即轉矩電流)。藉由該轉矩電流計測器70所計測之轉矩電流值傳送至動作控制部5，晶圓研磨中藉由動作控制部5監視轉矩電流值。另外，亦可不設轉矩電流計測器70，而使用從驅動台馬達19之變頻器(inverter)(無圖示)輸出的電流值。
上述實施形態係以具有本發明所屬技術領域之一般知識者 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可適用於其他實施形態。因此，本發明不限定於記載之實施形態，而應按照藉由申請專利範圍所定義之技術性思想作最廣範圍的解釋。
80‧‧‧濕型膜厚測定裝置
84‧‧‧膜厚測定頭
85‧‧‧定向檢測器
87‧‧‧基板載台
90‧‧‧沖洗水供給部
92‧‧‧頭移動機構
122‧‧‧光通過孔
130‧‧‧矽層、氣體噴射部(流體供給部)
W‧‧‧晶圓

Claims (18)

  1. 一種膜厚測定裝置，其特徵為具備：基板載台，其係水平支撐基板；沖洗水供給部，其係在前述基板載台上之基板的整個表面供給沖洗水；膜厚測定頭，其係在前述基板載台上之前述基板表面上的測定區域照射光，生成來自前述測定區域之反射光的光譜，從該光譜決定前述基板之膜厚；及流體供給部，其係在前述光之光程上形成氣體流，將該氣體流接觸於前述測定區域。
  2. 如申請專利範圍第1項之膜厚測定裝置，其中前述流體供給部係在前述光之光程上形成氣體之噴流，將該氣體之噴流接觸於前述測定區域的氣體噴射部。
  3. 如申請專利範圍第1項之膜厚測定裝置，其中前述流體供給部具備：噴嘴，其係具有可接觸或接近前述基板表面之開口部；及氣體導入管線，其係在前述噴嘴內導入氣體，並在該噴嘴內形成前述氣體流。
  4. 一種膜厚測定裝置，其特徵為具備：基板載台，其係水平支撐基板；沖洗水供給部，其係在前述基板載台上之基板的整個表面供給沖洗水；噴嘴，其係具有可接觸或接近前述基板表面之開口部；液體供給管線，其係在前述噴嘴內供給液體；及 膜厚測定頭，其係通過前述噴嘴內之液體，在前述基板載台上之前述基板表面上的測定區域照射光，生成來自前述測定區域之反射光的光譜，從該光譜決定前述基板之膜厚。
  5. 如申請專利範圍第4項之膜厚測定裝置，其中進一步具備液體排出管線，其係排出供給至前述噴嘴內之前述液體。
  6. 一種膜厚測定方法，其特徵為：水平支撐基板，在前述基板之整個表面供給沖洗水，在前述基板表面上之測定區域照射光，同時在光之光程上形成氣體流，且將該氣體流接觸於前述測定區域，生成來自前述測定區域之反射光的光譜，從前述光譜決定前述基板之膜厚。
  7. 如申請專利範圍第6項之膜厚測定方法，其中將前述氣體流接觸前述測定區域的工序，係藉由將前述氣體之噴流接觸前述測定區域，局部除去形成於前述基板表面上之前述沖洗水膜的工序。
  8. 如申請專利範圍第6項之膜厚測定方法，其中進一步包含使噴嘴接觸於形成在前述基板表面上之前述沖洗水膜的工序，在前述光之光程上形成氣體流的工序，係藉由在前述噴嘴內供給氣體，而在前述光之光程上形成氣體流的工序。
  9. 一種膜厚測定方法，其特徵為：水平支撐基板，在前述基板之整個表面供給沖洗水， 使噴嘴之開口部接觸或接近前述基板的表面，在前述噴嘴內供給液體，通過前述噴嘴內之液體，在前述基板表面上之測定區域照射光，生成來自前述測定區域之反射光的光譜，從前述光譜決定前述基板之膜厚。
  10. 如申請專利範圍第9項之膜厚測定方法，其中在前述基板表面上之測定區域照射光的期間，減慢前述噴嘴內之液體的流動速度。
  11. 一種研磨裝置，其特徵為具備：研磨部，其係研磨基板；洗淨部，其係洗淨前述基板並使其乾燥；及膜厚測定裝置，其係測定前述基板之膜厚，前述膜厚測定裝置具備：基板載台，其係水平支撐基板；沖洗水供給部，其係在前述基板載台上之基板的整個表面供給沖洗水；膜厚測定頭，其係在前述基板載台上之前述基板表面上的測定區域照射光，生成來自前述測定區域之反射光的光譜，從該光譜決定前述基板之膜厚；及流體供給部，其係在前述光之光程上形成氣體流，並將該氣體流接觸於前述測定區域。
  12. 如申請專利範圍第11項之研磨裝置，其中進一步具備動作控制部，其係從前述基板上的複數個測定點所取得之前述基板的膜厚，作成前述 基板之研磨輪廓。
  13. 如申請專利範圍第11項之研磨裝置，其中進一步具備動作控制部，其係從前述基板的膜厚與目標值之差算出前述基板的追加研磨時間。
  14. 如申請專利範圍第11項之研磨裝置，其中進一步具備動作控制部，其係依據藉由前述膜厚測定頭所取得之前述基板的膜厚，調整後續基板之研磨條件。
  15. 一種研磨裝置，其特徵為具備：研磨部，其係研磨基板；洗淨部，其係洗淨前述基板並使其乾燥；及膜厚測定裝置，其係測定前述基板之膜厚，前述膜厚測定裝置具備：基板載台，其係水平支撐基板；沖洗水供給部，其係在前述基板載台上之基板的整個表面供給沖洗水；噴嘴，其係具有可接觸或接近前述基板表面之開口部；液體供給管線，其係在前述噴嘴內供給液體；及膜厚測定頭，其係通過前述噴嘴內之液體，在前述基板載台上之前述基板表面上的測定區域照射光，生成來自前述測定區域之反射光的光譜，從該光譜決定前述基板之膜厚。
  16. 如申請專利範圍第15項之研磨裝置，其中進一步具備動作控制部，其係從前述基板上的複數個測定點所取得之前述基板的膜厚，作成前述基板之研磨輪廓。
  17. 如申請專利範圍第15項之研磨裝置，其中進一步具備動作控制部，其係從前述基板的膜厚與目標值之差算出前述基板的追加研磨時間。
  18. 如申請專利範圍第15項之研磨裝置，其中進一步具備動作控制部，其係從藉由前述膜厚測定頭所取得之前述基板的膜厚，調整後續基板之研磨條件。
TW103123573A 2013-07-12 2014-07-09 膜厚測定裝置、膜厚測定方法、及具備膜厚測定裝置的研磨裝置 TWI632988B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013-147089 2013-07-12
JP2013147089A JP6145342B2 (ja) 2013-07-12 2013-07-12 膜厚測定装置、膜厚測定方法、および膜厚測定装置を備えた研磨装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201503997A true TW201503997A (zh) 2015-02-01
TWI632988B TWI632988B (zh) 2018-08-21

Family

ID=52251239

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103123573A TWI632988B (zh) 2013-07-12 2014-07-09 膜厚測定裝置、膜厚測定方法、及具備膜厚測定裝置的研磨裝置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20150017880A1 (zh)
JP (1) JP6145342B2 (zh)
KR (1) KR102049269B1 (zh)
CN (1) CN104275640A (zh)
SG (1) SG10201403995WA (zh)
TW (1) TWI632988B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI726134B (zh) * 2016-09-02 2021-05-01 日商迪思科股份有限公司 磨削裝置
TWI729152B (zh) * 2016-07-13 2021-06-01 日商荏原製作所股份有限公司 膜厚測定裝置、研磨裝置、膜厚測定方法、及研磨方法

Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9157730B2 (en) 2012-10-26 2015-10-13 Applied Materials, Inc. PECVD process
KR101558548B1 (ko) * 2014-04-22 2015-10-13 한국지질자원연구원 자동 박편 연마 장치
DE102015202470B4 (de) * 2015-02-12 2018-11-15 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren und Vorrichtung zur hochgenauen optischen Messung an Objekten mit anhaftenden fluidischen Schichten
JP6606879B2 (ja) * 2015-06-15 2019-11-20 富士電機株式会社 窒化物半導体装置の製造方法
US11557048B2 (en) 2015-11-16 2023-01-17 Applied Materials, Inc. Thickness measurement of substrate using color metrology
US10565701B2 (en) * 2015-11-16 2020-02-18 Applied Materials, Inc. Color imaging for CMP monitoring
JP6795337B2 (ja) * 2016-06-29 2020-12-02 株式会社荏原製作所 膜厚信号処理装置、研磨装置、膜厚信号処理方法、及び、研磨方法
KR102608200B1 (ko) * 2017-01-13 2023-11-30 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 인-시튜 모니터링으로부터의 측정들의 비저항 기반 조정
CN106881328B (zh) * 2017-02-09 2020-11-03 东旭光电科技股份有限公司 玻璃生产线和玻璃生产方法
CN107228629B (zh) * 2017-07-17 2023-06-30 青岛理工大学 高副接触变滑滚比油膜厚度和摩擦力同时测量模拟装置
JP6948868B2 (ja) * 2017-07-24 2021-10-13 株式会社荏原製作所 研磨装置および研磨方法
JP7081919B2 (ja) * 2017-12-26 2022-06-07 株式会社ディスコ 加工装置
JP6713015B2 (ja) * 2018-04-13 2020-06-24 株式会社大気社 自動研磨システム
KR102583017B1 (ko) * 2018-09-13 2023-09-26 주식회사 케이씨텍 기판 처리 장치
US11100628B2 (en) 2019-02-07 2021-08-24 Applied Materials, Inc. Thickness measurement of substrate using color metrology
CN113613837B (zh) * 2019-04-05 2023-09-22 胜高股份有限公司 研磨头、研磨装置及半导体晶圆的制造方法
FR3094907B1 (fr) * 2019-04-11 2022-07-15 Gebe2 Productique Procédé d’abrasion
JP7224254B2 (ja) * 2019-07-17 2023-02-17 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置、情報処理装置、及び基板処理方法
CN110695849B (zh) * 2019-10-23 2020-09-15 清华大学 一种晶圆厚度测量装置和磨削机台
CN110774165B (zh) * 2019-10-24 2021-04-23 苏师大半导体材料与设备研究院(邳州)有限公司 一种半导体材料晶片的抛光方法
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
TWI765192B (zh) * 2019-11-19 2022-05-21 大量科技股份有限公司 化學機械研磨裝置之研磨墊檢測方法與研磨墊檢測裝置
JP2021141255A (ja) 2020-03-06 2021-09-16 キオクシア株式会社 半導体製造装置および半導体装置の製造方法
JP7365282B2 (ja) * 2020-03-26 2023-10-19 株式会社荏原製作所 研磨ヘッドシステムおよび研磨装置
CN111775044A (zh) * 2020-07-02 2020-10-16 长江存储科技有限责任公司 抛光垫修整装置和抛光垫修整方法
CN112086352B (zh) * 2020-08-06 2024-02-20 北京晶亦精微科技股份有限公司 一种利用Locos生长氧化隔离层以及制备IGBT芯片的工艺
CN112964184B (zh) * 2021-04-12 2022-07-01 西华大学 一种基于表面摩阻实验的油膜厚度测量装置及测量方法
CN114473844B (zh) * 2021-12-31 2023-09-29 华海清科股份有限公司 一种膜厚测量装置
CN115763430B (zh) * 2022-10-28 2024-01-16 惠科股份有限公司 显示面板及其膜层厚度量测方法、测试结构
CN117140236B (zh) * 2023-10-25 2024-01-26 苏州博宏源机械制造有限公司 一种晶圆厚度在线测量装置及方法
CN117506703B (zh) * 2023-12-01 2024-05-10 苏州博宏源机械制造有限公司 测量装置及抛光系统

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5937047A (ja) * 1982-08-26 1984-02-29 Toshiba Corp ダイヤフラム加工装置
JP2974441B2 (ja) * 1991-04-15 1999-11-10 昭和アルミニウム株式会社 研磨、洗浄乾燥及び外観検査を必要とするワークの製造装置
US5637029A (en) * 1993-11-22 1997-06-10 Lehane; William B. Method and apparatus for shot blasting materials
US5657123A (en) * 1994-09-16 1997-08-12 Mitsubishi Materials Corp. Film thickness measuring apparatus, film thickness measuring method and wafer polishing system measuring a film thickness in conjunction with a liquid tank
US5999264A (en) * 1997-06-26 1999-12-07 Mitutoyo Corporation On-the-fly optical interference measurement device, machining device provided with the measurement device, and machine tool suited to on-the-fly optical measurement
JP3192396B2 (ja) * 1997-11-07 2001-07-23 日本ピラー工業株式会社 流体用ロータリジョイント
JPH11204472A (ja) * 1998-01-12 1999-07-30 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 基板研磨装置用光学測定装置
US6319093B1 (en) * 2001-02-06 2001-11-20 International Business Machines Corporation Chemical-mechanical polishing system and method for integrated spin dry-film thickness measurement
US6579149B2 (en) * 2001-02-06 2003-06-17 International Business Machines Corporation Support and alignment device for enabling chemical mechanical polishing rinse and film measurements
JP3878016B2 (ja) * 2001-12-28 2007-02-07 株式会社荏原製作所 基板研磨装置
US6827633B2 (en) * 2001-12-28 2004-12-07 Ebara Corporation Polishing method
JP3995579B2 (ja) * 2002-10-18 2007-10-24 大日本スクリーン製造株式会社 膜厚測定装置および反射率測定装置
US6967715B2 (en) * 2002-12-06 2005-11-22 International Business Machines Corporation Method and apparatus for optical film measurements in a controlled environment
US20040242121A1 (en) * 2003-05-16 2004-12-02 Kazuto Hirokawa Substrate polishing apparatus
JP4216209B2 (ja) * 2004-03-04 2009-01-28 大日本スクリーン製造株式会社 膜厚測定方法および装置
ITBO20070504A1 (it) * 2007-07-20 2009-01-21 Marposs Spa Apparecchiatura e metodo per il controllo dello spessore di un elemento in lavorazione
JP2009050944A (ja) * 2007-08-24 2009-03-12 Disco Abrasive Syst Ltd 基板の厚さ測定方法および基板の加工装置
JP2009111238A (ja) * 2007-10-31 2009-05-21 Marubun Corp 半導体ウエハ研削装置
JP5495493B2 (ja) * 2008-02-07 2014-05-21 株式会社東京精密 膜厚測定装置、及び膜厚測定方法
KR101004435B1 (ko) * 2008-11-28 2010-12-28 세메스 주식회사 기판 연마 장치 및 이를 이용한 기판 연마 방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI729152B (zh) * 2016-07-13 2021-06-01 日商荏原製作所股份有限公司 膜厚測定裝置、研磨裝置、膜厚測定方法、及研磨方法
TWI726134B (zh) * 2016-09-02 2021-05-01 日商迪思科股份有限公司 磨削裝置

Also Published As

Publication number Publication date
SG10201403995WA (en) 2015-02-27
KR20150007963A (ko) 2015-01-21
CN104275640A (zh) 2015-01-14
KR102049269B1 (ko) 2019-11-28
US20150017880A1 (en) 2015-01-15
JP6145342B2 (ja) 2017-06-07
JP2015016540A (ja) 2015-01-29
TWI632988B (zh) 2018-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI632988B (zh) 膜厚測定裝置、膜厚測定方法、及具備膜厚測定裝置的研磨裝置
TWI567813B (zh) Grinding method
TW201403697A (zh) 研磨方法
TWI675721B (zh) 研磨裝置及研磨狀態監視方法
KR101011051B1 (ko) 스펙트럼들의 라이브러리를 생성하기 위한 방법과 장치 및높은 수율 측정 시스템
CN104813449B (zh) 多平台多头的研磨架构
US9132523B2 (en) Chemical mechanical polish process control for improvement in within-wafer thickness uniformity
US20140206259A1 (en) Reflectivity measurements during polishing using a camera
JP6215602B2 (ja) 研磨装置および研磨状態監視方法
JP2013222856A (ja) 研磨装置および研磨方法
JP6195754B2 (ja) 研磨装置および研磨状態監視方法
JP6374169B2 (ja) 研磨方法および研磨装置
US20140030826A1 (en) Polishing method
JP5160954B2 (ja) 研磨方法