TW201910051A - 基板研磨裝置及方法 - Google Patents

基板研磨裝置及方法 Download PDF

Info

Publication number
TW201910051A
TW201910051A TW107125044A TW107125044A TW201910051A TW 201910051 A TW201910051 A TW 201910051A TW 107125044 A TW107125044 A TW 107125044A TW 107125044 A TW107125044 A TW 107125044A TW 201910051 A TW201910051 A TW 201910051A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
substrate
polishing
spectrum
generating unit
wafer
Prior art date
Application number
TW107125044A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI812630B (zh
Inventor
渡邉夕貴
八木圭太
Original Assignee
日商荏原製作所股份有限公司
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 日商荏原製作所股份有限公司 filed Critical 日商荏原製作所股份有限公司
Publication of TW201910051A publication Critical patent/TW201910051A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI812630B publication Critical patent/TWI812630B/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
    • 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
    • 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
    • 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
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B24B37/042—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces operating processes therefor
    • 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
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B24B37/07—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool
    • B24B37/10—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool for single side lapping
    • B24B37/105—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool for single side lapping the workpieces or work carriers being actively moved by a drive, e.g. in a combined rotary and translatory movement
    • B24B37/107—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool for single side lapping the workpieces or work carriers being actively moved by a drive, e.g. in a combined rotary and translatory movement in a rotary movement only, about an axis being stationary during lapping
    • 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
    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
    • 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
    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
    • B24B37/205—Lapping pads for working plane surfaces provided with a window for inspecting the surface of the work being lapped
    • 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
    • B24B37/27—Work carriers
    • B24B37/30—Work carriers for single side lapping of plane surfaces
    • 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
    • B24B37/27—Work carriers
    • B24B37/30—Work carriers for single side lapping of plane surfaces
    • B24B37/32—Retaining rings
    • 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
    • B24B49/02—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 according to the instantaneous size and required size of the workpiece acted upon, the measuring or gauging being continuous or intermittent
    • B24B49/04—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 according to the instantaneous size and required size of the workpiece acted upon, the measuring or gauging being continuous or intermittent involving measurement of the workpiece at the place of grinding during grinding operation
    • 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
    • B24B7/00—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor
    • B24B7/20—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground
    • B24B7/22—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground for grinding inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain
    • B24B7/228—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground for grinding inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain for grinding thin, brittle parts, e.g. semiconductors, wafers
    • 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
    • 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
    • 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
    • G01B11/0683—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 measurement during deposition or removal of the layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)

Abstract

本發明提供一種基板研磨裝置，可適當控制按壓基板的膜的壓力並適當檢測基板研磨的終點。基板研磨裝置具備：頂環，用來將基板壓抵至研磨墊；按壓機構，獨立按壓基板的複數個區域；光譜產生部，以光照射基板的被研磨面並接受其反射光，同時算出對於該反射光的波長的反射率光譜；輪廓訊號產生部，輸入在基板上的複數個測量點的反射率光譜，產生基板的研磨輪廓；壓力控制部，根據研磨輪廓，控制按壓功能的複數個區域的基板按壓力；以及終點檢測部，不根據研磨輪廓以檢測基板研磨的終點。

Description

基板研磨裝置及方法
本發明是關於一種基板處理裝置及方法，處理半導體晶圓等的基板表面。
對於半導體晶圓等的基板，即用來以以CMP(Chemical Mechanical Polishing)研磨基板表面的基板研磨裝置已廣為人知。像這種基板研磨裝置，具備用來測量研磨中的基板的膜厚的膜厚測量器。
已知以光學式膜厚測量器來做為膜厚測量器。在此光學式膜厚測量器中，對基板表面照射測量光，接受自基板反射的測量光來取得光譜。因為反射光的光譜是對應基板膜厚來變化，所以膜厚測量器可從取得的反射光光譜估計基板膜厚。
具備像這樣的膜厚測量器的基板研磨裝置，從用膜厚測量器所獲得的基板膜厚的資訊，取得在基板面內的複數個區域的膜厚分佈(輪廓)。然後根據該輪廓，藉由控制按壓基板的膜的壓力，控制輪廓使基板面內成均勻。
隨著半導體裝置的高積體化、高密度化，電路配線逐漸細微化，多層配線的層數也增加，在製造工序的半導體裝置表面的平坦化、被研磨層與基底層的界面的檢測精確度變得越來越重要。因此，希望適當控制基板研磨結束的時機。
在以往進行膜的壓力控制的基板研磨裝置中，被構成為根據用來控制膜的壓力的輪廓訊號來估計基板膜厚，判斷基板研磨結束。但是， 根據輪廓訊號的膜厚估計，因為在與基底層的界面附近輪廓飽和，所以界面的檢測精確度變差。此外，輪廓訊號因基底層的影響而偏離，所以膜厚評估的精確度不穩定。
另一方面，在欲將反射光的光譜的時間響應訊號做為輸入訊號，來判定基板研磨結束的情況下，無法高精確度地檢測在基板的被研磨面的膜厚分布，適當控制膜壓力變得困難。
本發明有鑑於上述情事，其目的在於提供一種基板研磨裝置及方法，可適當控制按壓基板的膜的壓力，同時適當檢測基板研磨的終點。
本發明的一態樣的基板研磨裝置，具備：頂環，用來將基板壓抵至研磨墊；按壓機構，獨立按壓基板的複數個區域；光譜產生部，以光照射基板的被研磨面並接受其反射光，同時算出對於該反射光的波長的反射率光譜；輪廓訊號產生部，輸入在基板上的複數個測量點的反射率光譜，產生基板的研磨輪廓；壓力控制部，根據研磨輪廓，控制按壓功能的複數個區域的基板按壓力；以及終點檢測部，不根據研磨輪廓以檢測基板研磨的終點。
在此基板研磨裝置中，終點檢測部檢測與基板表面的基底層的界面或基板表面上的高低差被消除的時間點。輪廓訊號產生部係記憶光譜群，該光譜群包含對應不同膜厚的複數個參考光譜，輪廓訊號產生部選擇與來自光譜產生部的反射率光譜形狀最接近的前述參考光譜，將對應該參考光譜的膜厚做為研磨中的晶圓膜厚來估計為較佳。
或者是，在輪廓訊號產生部中，對於來自光譜產生部的反射率光譜進行傅立葉變換處理，來決定由晶圓厚度與對應的頻率成分的強度所組成的光譜，從已決定光譜的峰值估計晶圓的膜厚為較佳。或是，輪廓產生部抽取極值點，該極值點表示來自光譜產生部的反射率光譜取得極大值或極小值的波長，輪廓產生部根據隨著基板研磨的極值點的變化量，來估計晶圓的膜厚為較佳。
在此基板研磨裝置中，在終點檢測部，輸入有來自光譜產生部的反射率光譜為較佳。又，在終點檢測部，藉由在來自光譜產生部的反 射率光譜中，算出將特定二波長做為基準的指標，同時檢測在該指標的時間變化的極大值，來算出研磨量為較佳。或者是，在終點檢測部中，將來自光譜產生部的反射率光譜的時間變化積分，來算出光譜累積變化量，在該光譜累積變化量達到特定值時間點，判斷研磨結束為較佳。
關於本發明的一形態的基板研磨方法，是以研磨墊研磨基板表面的方法，基板的複數個區域能被按壓機構獨立按壓，其特徵在於具有下列步驟：以光照射基板的被研磨面並接受其反射光，同時算出對於該反射光的波長的反射率光譜；輸入在基板上的複數個測量點的反射率光譜，產生基板的研磨輪廓；根據研磨輪廓，控制按壓功能的複數個區域的基板的按壓力；以及不根據研磨輪廓，檢測基板研磨的終點的終點檢測步驟。
根據本發明，因為獨立於基板的研磨輪廓進行終點檢測，所以可適當控制按壓基板的膜的壓力，同時適當檢測基板研磨的終點。
10‧‧‧研磨裝置
11‧‧‧研磨墊
11a‧‧‧研磨面
12‧‧‧研磨控制部
13‧‧‧研磨台
13a‧‧‧台軸
14‧‧‧研磨液供給噴嘴
15‧‧‧研磨頭
16‧‧‧研磨頭軸
17‧‧‧台馬達
20‧‧‧搬運器
21‧‧‧彈性膜
21a‧‧‧分隔壁
22‧‧‧固定環
25‧‧‧上下移動機構
30‧‧‧光學測量器
31‧‧‧光感測器
32‧‧‧處理部
33‧‧‧連接手段
34‧‧‧研磨頭馬達
41‧‧‧投光部
42、46‧‧‧光纖
43‧‧‧分光器
45‧‧‧光源
50A‧‧‧第一孔
50B‧‧‧第二孔
51‧‧‧通孔
53‧‧‧液體供給路
54‧‧‧液體排出路
55‧‧‧液體供給源
60‧‧‧光譜產生部
61‧‧‧輪廓訊號處理部
62‧‧‧壓力控制部
63‧‧‧終點檢測訊號產生部
64‧‧‧終點檢測部
D1、D2、D3、D4、D5‧‧‧壓力室
G1、G2、G3、G4、G5‧‧‧流體管線
U1、U2、U3、U4、U5‧‧‧真空管線
W‧‧‧晶圓
第一圖概略表示關於本發明的實施形態的基板研磨裝置的結構圖。
第二圖表示研磨頭的結構的剖面圖。
第三圖表示基板研磨裝置所具備的光學測量器的結構的剖面圖。
第四圖表示晶圓與研磨台的位置關係的平面圖。
第五圖表示處理部的結構的方塊圖。
第六圖表示來自晶圓的反射光的光譜的說明圖。
以下，參照圖式來說明關於本發明的一實施形態的基板處理裝置。又，相同或相當的構成要素賦予相同符號並省略重複說明。
第一圖概略表示關於本發明的實施形態的基板研磨裝置的結構圖。如第一圖所示，研磨裝置10具備：研磨台13，安裝有具有研磨面11a的研磨墊11；研磨頭15，用來保持做為基板一例的晶圓W，且按壓於 研磨台13上的研磨墊11並研磨；研磨液供給噴嘴14，用來供給研磨液(例如漿體)至研磨頭11；以及研磨控制部12，控制晶圓W的研磨。
研磨台13經由台軸13a連接於配置在其下方的台馬達17，藉由此台馬達17，研磨台13在箭頭所示方向旋轉。在此研磨台13的上表面，貼附有研磨墊11，研磨墊11的上面構成研磨晶圓W的研磨面11a。研磨頭15連接於研磨頭軸16的下端。研磨頭軸16藉由圖未顯示的上下移動機構上下移動。
晶圓W的研磨如下進行。分別使研磨頭15及研磨台13在箭頭所示方向旋轉，從研磨液供給噴嘴14供給研磨液(漿體)至研磨墊11上。在此狀態下，研磨頭15將晶圓W壓抵於研磨頭11的研磨面11a。晶圓W的表面是藉由包含在研磨液的研磨粒的機械作用與研磨液的化學作用而被研磨
第二圖表示研磨頭15的結構的剖面圖。研磨頭15具備：圓板狀的搬運器20；圓形的柔軟彈性膜21，在搬運器20下形成複數個壓力室(氣囊)D1、D2、D3、D4；以及固定環22，壓抵研磨墊11。壓力室D1、D2、D3、D4形成於彈性膜21與搬運器20的下面之間。
彈性膜21具有複數個環狀分隔壁21a，壓力室D1、D2、D3、D4是被這些分隔壁21a彼此分隔。中央的壓力室D1為圓形，其他的壓力室D2、D3、D4為環狀。這些壓力室D1、D2、D3、D4配列成同心圓狀。在本實施形態中，雖然研磨頭15具備四個壓力室，但本發明並不受限於此，也可以具備一至三個壓力室，或者也可以具備五個以上的壓力室。
壓力室D1、D2、D3、D4連接於流體管線G1、G2、G3、G4，壓力調整的加壓流體(例如加壓空氣等加壓氣體)通過流體管線G1、G2、G3、G4供給至壓力室D1、D2、D3、D4內。流體管線G1、G2、G3、G4連接有真空管線U1、U2、U3、U4，藉由真空管線U1、U2、U3、U4在壓力室D1、D2、D3、D4形成負壓。
壓力室D1、D2、D3、D4的內部壓力藉由後述的處理部32及研磨控制部12，可彼此獨力變化，藉此，可獨立調整晶圓W的對應的4個區域，即對於中央部、內側中間部、外側中間部以及周緣部的研磨壓力。
在固定環22與搬運器20之間，配置有環狀的彈性膜21。在此彈性膜21的內部形成有環狀的壓力室D5。此壓力室D5連接於流體管線G5，壓力調整後的加壓流體(例如加壓空氣)通過流體管線G5供給至壓力室D5內。又，流體管線G5連接有真空管線U5，藉由真空管線U5在壓力室D5形成負壓。
由於隨著壓力室D5內的壓力變化，彈性膜21與整個固定環22一起在上下方向移動，所以壓力室D5內的壓力施加至固定環22，固定環22被構成為獨立於彈性膜21可直接按壓研磨墊11。在晶圓W研磨中，固定環22在晶圓W周圍壓抵研磨墊11，彈性膜21對於研磨墊11壓抵晶圓W。
搬運器20被固定於頭軸16的下端，頭軸16被連接於上下移動機構25。上下移動機構25被構成為使頭軸16及研磨頭15上昇或下降，進一步使研磨頭15位於特定高度。做為此研磨頭的定位機構來運作的上下移動機構25，使用伺服馬達與滾珠螺桿機構的組合。
上下移動機構25使研磨頭15位於特定高度，在此狀態下，加壓流體被供給至壓力室D1~D5。彈性膜21受到壓力室D1~D4內的壓力，對研磨頭11壓抵晶圓W，固定環22受到壓力室D5內的壓力來壓抵研磨墊11。在此狀態下，研磨晶圓W。
研磨裝置10具備取得晶圓W膜厚的光學測量器30。此光學測量器30具備：光感測器31，取得隨著晶圓W膜厚而變化的光學訊號；以及處理部32，用來從光學訊號決定晶圓W的膜厚分佈，同時判斷晶圓W的研磨結束。光感測器31配置於研磨台13的內部，處理部32連接於研磨控制部12。光感測器31如記號A所示地與研磨台13一體旋轉，取得保持在研磨墊15的晶圓W的光學訊號。光感測器31連接於處理部32，被光感測器31取得的光學訊號被送到處理部32。
第三圖表示具備光學測量器30的研磨裝置的概略剖面圖。研磨頭軸16被構成為可經由帶等連接手段33連接於研磨頭馬達34來旋轉。由於此研磨頭軸16的旋轉，研磨頭15在箭頭所示方向旋轉。
光學測量器30具備光感測器31與處理部32。光感測器31 被構成為以光照射晶圓W表面，接受來自晶圓W的反射光，根據波長分解其反射光。光感測器31具備：投光部41，以光照射晶圓W的被研磨面；光纖42，做為接受從晶圓W返回的反射光；分光器43，根據波長分解來自晶圓W的反射光，遍及特定波長範圍來測量反射光的強度。
在研磨台13，形成有在上面開口的第一孔50A及第二孔50B。又，在研磨墊11，形成有對應這些孔50A、50B位置的通孔51。孔50A、50B與通孔51連通，通孔51在研磨面11a開口。第一孔50A經由液體供給路53及旋轉接頭(圖未顯示)連接於液體供給源55，第二孔50B連接於液體排出路54。
投光部41具備：光源45，發出多波長的光；以及光纖46，連接於光源45。光纖46是將光源45所發出的光導引至晶圓W表面的光傳送部。光纖46、42的前端位於第一孔50A內，位於晶圓W的被研磨面的附近。光纖46、42的各前端向著保持在研磨頭15的晶圓W來配置。每當研磨台13旋轉，光被照射至晶圓W的複數個區域。較佳地，光纖46、42的各前端被配置成通過保持在研磨頭15的晶圓W中心。
在晶圓W研磨中，從液體供給源55，做為透明液體的水(較佳為純水)經由液體供給路53供給至第一孔50A，充滿晶圓W的下面與光纖46、42的前端之間的空間。水再流到第二孔50B，通過液體排出路54排出。研磨液與水一起排出，藉此確保光路。在液體供給路53，設有與研磨台13的旋轉同步運作的閥(圖未顯示)。此閥運作成在晶圓W不位於通孔51上時，停止水的流動或減少水的流量。
兩條光纖46、42彼此並列配置，各前端相對於晶圓W表面垂直配置，光纖46將光垂直照射晶圓W表面。
在晶圓W研磨中，從投光部41照射光至晶圓W，光纖(受光部)42接受來自晶圓W的反射光。分光器43遍及特定波長範圍測量在各波長下的反射光強度，將獲得的光強度資料送到處理部32。此光強度資料是反映晶圓W膜厚的光學訊號，由反射光強度及對應的波長所構成。
第四圖表示晶圓W與研磨台13的位置關係的平面圖。投光部41及受光部42面對晶圓W表面配置。研磨台13每旋轉一次，投光部 41將光照射至包含晶圓W中心的複數個區域(第四圖的複數個黑圓點)。
晶圓W具有下層膜與形成於其上的上層膜(例如矽層或絕緣層)。照射至晶圓W的光，在介質(例如水)與上層膜的界面，以及上層膜與下層膜的界面反射，在這些界面反射的光波彼此干涉。此光波的干涉模式對應上層膜的厚度(即光路長)而變化。因此，從來自晶圓W的反射光產生的光譜依據上層膜的厚度而變化。分光器43根據波長分解反射光，測量各波長的反射光強度。
第五圖表示處理部32的結構的一例的方塊圖，處理部32具備：光譜產生部60，從來自晶圓W的反射光產生反射率光譜；輪廓訊號處理部61；壓力控制部62；終點檢測訊號產生部63；以及終點檢測部64。
光譜產生部60從分光器43獲得的反射光的強度資料(光學訊號)來產生光譜。以下，來自被研磨的晶圓W的反射光所產生的光譜稱為測量光譜(反射率光譜)。此測量光譜勢將表示光的波長與強度的關係做為線圖(即分光波形)來表示。光的強度也可以做為反射率或相對反射率等相對值來表示。
第六圖表示由光譜產生部60所產生的測量光譜的圖，橫軸表示光的波長，縱軸表示根據來自晶圓W反射的光的強度算出的相對反射率。在此，相對反射率是指表示光的反射強度的一個指標，具體來說是光的強度與特定基準強度的比。在各波長，藉由光的強度(實測強度)除以基準強度，從實測強度除去裝置的光學系統或光源固有強度的偏移等不需要的雜訊，藉此可獲得僅反映膜厚資訊的測量光譜。
基準強度可為例如在水存在下對未形成膜的矽晶圓(裸晶圓)水研磨時所獲得的光強度。在實際的研磨，實測強度減掉暗等級(在光被遮蔽的條件下獲得的背景強度)求得校正實測強度，，再以基準強度減掉上述暗等級來求得校正基準強度，然後校正實測強度除以校正基準強度，求得相對反射率。具體來說，相對反射率R(λ)可以下式獲得。
R(λ)=(E(λ)-D(λ))/(B(λ)-D(λ))
在此，λ是波長，E(λ)是從晶圓反射的波長λ下的光強度，B(λ)是波長λ下的基準強度，D(λ)是遮蔽光的狀態下所取得的波長λ下的背 景強度(暗等級)。
在處理部32接受來自光譜產生部60的光譜訊號(反射率光譜)，產生用來控制壓力室D1~D5內的壓力的壓力控制資訊，與用來藉由以研磨終點檢測結束基板研磨的研磨結束資訊，將這些資訊送到研磨控制部12。
輪廓訊號處理部61接受來自光譜產生部60的光譜訊號(反射率光譜)，算出晶圓W的徑方向的複數個區域的輪廓(晶圓W的徑方向的膜厚分佈)，做為輪廓訊號輸出。在壓力控制部62，根據從輪廓訊號處理部61接收的輪廓訊號，輸出用來調整各壓力室D1~D5的壓力，使彈性膜23對晶圓W的按壓力變均等。此外，輪廓訊號處理部61與壓力控制部62也可以構成為一體。
在此，做為算出晶圓W的輪廓的方法，可使用例如參照光譜(Fitting Error)法、FFT(Fast Fourier Transform)法或峰谷(Peak Valley)法。
參照光譜法是準備複數個光譜群，該些光譜群包含對應不同膜厚的複數個參照光譜。選擇一光譜群，該光譜群包含與來自光譜產生部60的光譜訊號(反射率光譜)形狀最接近的參照光譜。然後，在晶圓研磨中，產生用來測量膜厚的測量光譜，從已選擇的光譜群中，選擇形狀最接近的參照光譜，將對應該參照光譜的膜厚做為研磨中的晶圓膜厚來估計。在晶圓W的徑方向的複數個點，取得藉由此方法所估計的膜厚資訊，來取得輪廓。
在FFT法，對於來自光譜產生部60的光譜訊號(反射率光譜)進行FFT(高速傅立葉變換)來抽取頻率成分及其強度，將獲得的頻率成分用特定關係式(表示被研磨層厚度的函數，從實測結果等求得)變換成被研磨層的厚度。藉此，產生表示被研磨層的厚度與頻率成分的強度的關係的頻率光譜。在對於從頻率成分變換的被研磨層厚度的光譜的高峰強度超過閾值的情況下，將對應該高峰強度的頻率成分(被研磨層的厚度)估計為研磨中的晶圓膜厚。在晶圓W的徑方向的複數個點，取得藉由此方法所估計的膜厚資訊，來取得輪廓。
在峰谷(Peak Valley)法中，對於來自光譜產生部60的光譜訊號(反射率光譜)，提取成為表示極值(極大值或極小值)的極值點的波長。由於隨著被研磨層的膜厚減少，成為極值點的波長偏移至短波長側，所以藉由監視隨著晶圓研磨的極值點，可以估計被研磨層的膜厚。然後，藉由在晶圓的徑方向的複數個點，監視成為極值點的波長，可取得輪廓。
此外，上述輪廓的算出方法，也可以使用任一者，也可以組合複數個(例如輸出個方法的算出值的平均值)來進行。
終點檢測訊號產生部63接受來自光譜產生部60的光譜訊號(反射率光譜)，輸出用來監視晶圓W研磨狀況的訊號(終點檢測訊號)。終點檢測部64接受來自終點檢測訊號產生部63的終點檢測訊號，在該訊號特性變化時(例如基板表面的與基底層的界面被檢測，或是檢測到基板表面上的高低差被消除時)，產生用來結束被研磨層的研磨的訊號(研磨結束訊號)，輸出到研磨控制部12。又，終點檢測訊號產生部63與終點檢測部64也可以構成為一體。
在此，可使用光譜指數法(Spectrum Index)、研磨指數法(Polishing Index)，做為用來產生用來監視晶圓W的研磨狀況的訊號(終點檢測訊號)的方法。此外，這些產生方法可以使用任一者，若組合複數個方法(例如以全部的(或任一)方法檢測到研磨結束時，產生研磨結束訊號)也可以。
在光譜指數(Spectrum Index)法中，也可以接受來自光譜產生部60的光譜訊號(反射率光譜)，算出以特定兩點(兩波長)為基準的指標，藉由檢測該指標的時間變化的極大值來算出研磨量，或是檢測在該指標的時間變化的特徵點(閾值、急遽減少、增加等)，來檢測有無被研磨層(即是否結束研磨)。在此，做為特性質的指標為例如對於波長λ 1及λ 2，以下式算出指標Indexλ 1,λ 2。
Aλ k=∫ R(λ)Wλ k(λ)d λ
Indexλ 1,λ 2=Aλ 1/(Aλ 1+Aλ 2)
在此，R(λ)表示相對反射率，W λ k(λ)表示具有以波長λ k為中心(即表示在波長λ k的最大值)的加權函數。
在研磨指數(Polishing Index)法中，接受來自光譜產生部60的光譜訊號(反射率光譜)，算出每一特定時間的光譜變化量，藉由該光譜變化量沿著研磨時間積分，算出光譜累積變化量。光譜的累積變化量隨著晶圓的研磨單調增加，另一方面膜厚單調減少，所以可判斷光譜累積變化量達到特定目標值的時間點為研磨結束。
在上述實施形態，雖然根據來自光譜產生部60的光譜訊號來判斷晶圓研磨結束，但本發明並不受限於此。也可以構成為根據反射光的光譜調整壓力室D1~D5的壓力，並根據光譜以外的特性量判斷晶圓研磨結束。
例如，在具備導電成膜的晶圓附近配置感應線圈，供給固定頻率的交流電流，使渦電流形成於導電性膜，計測包含從該感應線圈的兩端子所看到的導電成膜的阻抗。使計測到的阻抗分離成電阻成分、電抗成分、相位及振幅來輸出，藉由檢測該變化來估計導電成膜的厚度，可判斷研磨是否結束(渦電流(Resistance Eddy Current Monitor)法)。
或者是，在被研磨層的研磨結束，研磨到達異材質時，研磨摩擦力變動，藉此，頂環的驅動馬達的驅動力(即輸入該驅動馬達的電力)變動。因此，藉由監視輸入該驅動馬達的電力變動，可判斷研磨是否結束(研磨台電流(Table Current Monitor)法)。
如此，因為將從反射光的光譜算出的膜厚的輪廓訊號，僅使用於以彈性膜進行的壓力室的內壓控制，同時根據個別獨立於輪廓訊號的訊號，來判斷基板研磨是否結束，所以可保持在基板面內的研磨壓力均等，並使在研磨結束時的被研磨面的界面檢測精確度提昇。
上述實施形態是以本發明所屬技術領域中具有通常知識者可實施本發明為目的而記載者。若為所屬領域中具有通常知識者當然可完成上述實施形態的各種變形例，本發明的技術思想也可以適用於其他實施形態。本發明並非受限於記載的實施形態，是根據申請專利範圍所定義的技術思想的最廣範圍解釋。

Claims (9)

  1. 一種基板研磨裝置，其具備：頂環，用來將基板壓抵至研磨墊；按壓機構，獨立按壓前述基板的複數個區域；光譜產生部，以光照射前述基板的被研磨面並接受其反射光，同時算出對於該反射光的波長的反射率光譜；輪廓訊號產生部，輸入在前述基板上的複數個測量點的前述反射率光譜，產生前述基板的研磨輪廓；壓力控制部，根據前述研磨輪廓，控制前述按壓功能的前述複數個區域的前述基板的按壓力；以及終點檢測部，不根據前述研磨輪廓以檢測前述基板研磨的終點。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的基板研磨裝置，其中前述終點檢測部檢測與基板表面的基底層的界面或基板表面上的高低差被消除的時間點。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的基板研磨裝置，其中前述輪廓訊號產生部係記憶光譜群，該光譜群包含對應不同膜厚的複數個參考光譜，前述輪廓訊號產生部選擇與來自前述光譜產生部的反射率光譜形狀最接近的前述參考光譜，將對應該參考光譜的膜厚做為研磨中的晶圓膜厚來估計。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的基板研磨裝置，其中前述輪廓訊號產生部對於來自前述光譜產生部的反射率光譜進行傅立葉變換處理，來決定由晶圓厚度與對應的頻率成分的強度所組成的光譜，從前述已決定光譜的峰值估計晶圓的膜厚。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的基板研磨裝置，其中前述輪廓產生部抽取極值點，該極值點表示來自前述光譜產生部的反射率光譜取得極大值或極小值的波長，前述輪廓產生部根據隨著前述基板研磨的前述極值點的變化量，來估計晶圓的膜厚。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的基板研磨裝置，其中在前述終點檢測部，輸入有來自前述光譜產生部的前述反射率光譜。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的基板研磨裝置，其中前述終點檢測部藉由在來自前述光譜產生部的前述反射率光譜中，算出將特定二波長做為基準的指標，同時檢測在該指標的時間變化的極大值，來算出研磨量。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的基板研磨裝置，其中前述終點檢測部將來自前述光譜產生部的前述反射率光譜的時間變化積分，來算出光譜累積變化量，在該光譜累積變化量達到特定值時間點，判斷研磨結束。
  9. 一種基板研磨方法，是以研磨墊研磨基板表面的方法，前述基板的複數個區域能被按壓機構獨立按壓，其具有下列步驟：以光照射前述基板的被研磨面並接受其反射光，同時算出對於該反射光的波長的反射率光譜；輸入在前述基板上的複數個測量點的前述反射率光譜，產生前述基板的研磨輪廓；根據前述研磨輪廓，控制前述按壓功能的前述複數個區域的前述基板的按壓力；以及不根據前述研磨輪廓，檢測前述基板研磨的終點的終點檢測步驟。
TW107125044A 2017-08-08 2018-07-20 基板研磨裝置及方法 TWI812630B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017153238A JP7023063B2 (ja) 2017-08-08 2017-08-08 基板研磨装置及び方法
JP2017-153238 2017-08-08

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201910051A true TW201910051A (zh) 2019-03-16
TWI812630B TWI812630B (zh) 2023-08-21

Family

ID=65274499

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW107125044A TWI812630B (zh) 2017-08-08 2018-07-20 基板研磨裝置及方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20190047117A1 (zh)
JP (1) JP7023063B2 (zh)
KR (1) KR102558725B1 (zh)
CN (1) CN109382755B (zh)
SG (1) SG10201806665PA (zh)
TW (1) TWI812630B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7221736B2 (ja) * 2019-03-04 2023-02-14 株式会社荏原製作所 研磨方法および研磨装置
JP7339811B2 (ja) * 2019-08-27 2023-09-06 株式会社荏原製作所 リテーナリングに局所荷重を伝達するローラーの異常検出方法および研磨装置
JP7403998B2 (ja) * 2019-08-29 2023-12-25 株式会社荏原製作所 研磨装置および研磨方法
JP2021091033A (ja) * 2019-12-10 2021-06-17 キオクシア株式会社 研磨装置、研磨ヘッド、研磨方法、及び半導体装置の製造方法
WO2021262521A1 (en) * 2020-06-26 2021-12-30 Applied Materials, Inc. Deformable substrate chuck
CN114029790B (zh) * 2021-11-25 2023-04-07 北京晶亦精微科技股份有限公司 一种晶圆研磨方法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3360610B2 (ja) 1998-05-21 2002-12-24 株式会社ニコン 検出方法及び検出装置及び研磨装置
WO2000067951A1 (en) * 1999-05-10 2000-11-16 Speedfam-Ipec Corporation Optical endpoint detection during chemical mechanical planarization
JP3259225B2 (ja) * 1999-12-27 2002-02-25 株式会社ニコン 研磨状況モニタ方法及びその装置、研磨装置、プロセスウエハ、半導体デバイス製造方法、並びに半導体デバイス
US6806948B2 (en) * 2002-03-29 2004-10-19 Lam Research Corporation System and method of broad band optical end point detection for film change indication
US7226339B2 (en) * 2005-08-22 2007-06-05 Applied Materials, Inc. Spectrum based endpointing for chemical mechanical polishing
US7409260B2 (en) * 2005-08-22 2008-08-05 Applied Materials, Inc. Substrate thickness measuring during polishing
JP5167010B2 (ja) 2008-07-23 2013-03-21 株式会社荏原製作所 研磨終点検知方法および研磨装置
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
US8751033B2 (en) * 2008-11-14 2014-06-10 Applied Materials, Inc. Adaptive tracking spectrum features for endpoint detection
JP5583946B2 (ja) * 2009-10-06 2014-09-03 株式会社荏原製作所 研磨終点検知方法および研磨終点検知装置
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
JP5612945B2 (ja) * 2010-07-23 2014-10-22 株式会社荏原製作所 基板の研磨の進捗を監視する方法および研磨装置
JP5980476B2 (ja) * 2010-12-27 2016-08-31 株式会社荏原製作所 ポリッシング装置およびポリッシング方法
US8747189B2 (en) * 2011-04-26 2014-06-10 Applied Materials, Inc. Method of controlling polishing
US8563335B1 (en) * 2012-04-23 2013-10-22 Applied Materials, Inc. Method of controlling polishing using in-situ optical monitoring and fourier transform
JP6046933B2 (ja) * 2012-07-10 2016-12-21 株式会社荏原製作所 研磨方法
US9248544B2 (en) * 2012-07-18 2016-02-02 Applied Materials, Inc. Endpoint detection during polishing using integrated differential intensity
US9490186B2 (en) * 2013-11-27 2016-11-08 Applied Materials, Inc. Limiting adjustment of polishing rates during substrate polishing
KR102131090B1 (ko) * 2014-04-22 2020-07-07 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 연마 방법 및 연마 장치

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019030934A (ja) 2019-02-28
TWI812630B (zh) 2023-08-21
KR20190016442A (ko) 2019-02-18
CN109382755A (zh) 2019-02-26
US20190047117A1 (en) 2019-02-14
KR102558725B1 (ko) 2023-07-24
CN109382755B (zh) 2022-05-03
JP7023063B2 (ja) 2022-02-21
SG10201806665PA (en) 2019-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW201910051A (zh) 基板研磨裝置及方法
US10207390B2 (en) Processing end point detection method, polishing method, and polishing apparatus
US10256104B2 (en) Film thickness measuring method, film thickness measuring apparatus, polishing method, and polishing apparatus
TWI669758B (zh) 研磨方法
US20120164917A1 (en) Polishing apparatus and polishing method
TW201544250A (zh) 研磨方法及研磨裝置
TWI793138B (zh) 基板研磨裝置及方法
KR20130115142A (ko) 연마 장치 및 연마 방법
TWI788383B (zh) 研磨裝置及研磨方法