TW202335792A - 研磨裝置及研磨方法 - Google Patents

Abstract

本發明係關於研磨裝置及研磨方法。研磨裝置具備保持載台（4）、研磨頭（14）與控制裝置（1）。控制裝置（1）具備判定薄膜（F）是否已去除的判定部（1d）。判定部（1d）在旋轉扭矩值穩定維持於設定扭矩值時，認定薄膜（F）已去除。

Description

研磨裝置及研磨方法

本發明係關於研磨裝置及研磨方法。

已知將研磨帶按壓於基板（例如晶圓）之周緣部來研磨晶圓之周緣部的研磨裝置。這樣的研磨裝置係根據既定的研磨條件來研磨作為研磨對象之晶圓。 ［先前技術文獻］ ［專利文獻］

［專利文獻1］日本特開2006-066891號公報 ［專利文獻2］日本特開2013-103318號公報 ［專利文獻3］日本特開2017-124471號公報

［發明所欲解決之課題］

然而，作為研磨對象之晶圓中有時會存在不平整（例如膜厚不均勻、邊緣切割量不均勻），以預先決定的研磨條件研磨晶圓，有發生研磨不足或過度研磨之類的異常研磨之疑慮。

於是，本發明之目的在於提供一種可防止研磨不足及過度研磨的研磨裝置及研磨方法。 ［解決課題之手段］

一態樣中，提供一種研磨裝置，具備：保持載台，使在裸晶圓上形成有薄膜的基板旋轉；研磨頭，研磨前述基板的周緣部；及控制裝置，控制前述研磨頭的動作。前述控制裝置，具備：扭矩檢測部，實時監控在研磨前述基板的周緣部時的前述保持載台之旋轉扭矩值；記憶部，將研磨前述裸晶圓時的前述保持載台之旋轉扭矩值作為設定扭矩值並儲存；及判定部，判定前述薄膜是否已去除；前述判定部，在前述旋轉扭矩值穩定維持於前述設定扭矩值時，認定前述薄膜已去除。

一態樣中，前述基板的周緣部包含在前述基板之半徑方向上相較於前述基板的最外周面位於內側的邊緣部，前述記憶部預先儲存研磨前述裸晶圓之邊緣部時的設定邊緣扭矩值，前述判定部，在研磨前述基板之邊緣部時的前述旋轉扭矩值穩定維持於前述設定邊緣扭矩值時，確定前述基板之邊緣部上的薄膜已去除。 一態樣中，前述控制裝置具備設定部，沿著前述基板的半徑方向將前述基板的邊緣部分割成多個研磨區域，並針對前述多個研磨區域逐一設定研磨條件。 一態樣中，前述設定部，至少設定前述研磨頭在前述多個研磨區域之間的移動速度以作為前述研磨條件。

一態樣中，若前述判定部認定前述多個研磨區域中的至少一個研磨區域上的前述薄膜已去除，則前述控制裝置以排除經認定前述薄膜已去除之研磨區域而研磨其他研磨區域的方式控制前述研磨頭的動作。 一態樣中，前述設定部根據前述旋轉扭矩值與前述設定邊緣扭矩值之間的差值，變更前述研磨頭的移動速度。 一態樣中，前述控制裝置構成使前述研磨頭相對於前述基板在垂直方向上移動的態樣，前述判定部，在前述旋轉扭矩值穩定維持於前述設定扭矩值時，認定前述垂直方向上的前述薄膜已去除。

一態樣中，前述控制裝置構成使前述研磨頭相對於前述基板在平行方向上移動的態樣，前述控制裝置，在前述判定部認定前述垂直方向上的前述薄膜已去除後，使前述研磨頭在前述平行方向上移動。 一態樣中，前述基板的周緣部包含前述基板之最外周面的斜面部，前述記憶部預先儲存研磨前述裸晶圓之斜面部時的設定斜面扭矩值，前述判定部，在研磨前述基板之斜面部時的前述旋轉扭矩值穩定維持於前述設定斜面扭矩值時，認定前述基板之斜面部的薄膜已去除。 一態樣中，前述研磨裝置具備測量前述基板之斜面部的剖面形狀的剖面測量裝置，前述記憶部預先儲存由前述剖面測量裝置所測量之前述斜面部的剖面形狀與前述設定斜面扭矩值的相關關係，前述判定部根據前述相關關係來認定前述基板之斜面部的薄膜是否已去除。

一態樣中，提供一種研磨方法，其係一邊藉由保持載台使在裸晶圓上形成有薄膜的基板旋轉，一邊研磨前述基板之周緣部。研磨方法中，實時監控研磨前述基板之周緣部時的前述保持載台之旋轉扭矩值，並將前述旋轉扭矩值與研磨前述裸晶圓時的前述保持載台之設定扭矩值比較，在前述旋轉扭矩值穩定維持於前述設定扭矩值時，認定前述薄膜已去除。

一態樣中，將「研磨前述基板的周緣部所包含的相較於前述基板之最外周面位於前述基板之半徑方向內側的邊緣部時的設定邊緣扭矩值」與「研磨前述基板之邊緣部時的前述旋轉扭矩值」比較，在前述旋轉扭矩值穩定維持於前述設定邊緣扭矩值時，認定前述基板的邊緣部之薄膜已去除。 一態樣中，沿著前述基板的半徑方向將前述基板的邊緣部分割成多個研磨區域，並針對前述多個研磨區域逐一設定研磨條件。 一態樣中，至少設定前述研磨頭在前述多個研磨區域之間的移動速度以作為前述研磨條件。

一態樣中，若認定前述多個研磨區域之中的至少一個研磨區域上的前述薄膜已去除，則排除經認定前述薄膜已去除之研磨區域而研磨其他研磨區域。 一態樣中，根據前述旋轉扭矩值與前述設定邊緣扭矩值之間的差值，變更前述研磨頭的移動速度。 一態樣中，使前述研磨頭相對於前述基板在垂直方向上移動，在前述旋轉扭矩值穩定維持於前述設定扭矩值時，認定前述垂直方向上的前述薄膜已去除。

一態樣中，認定前述垂直方向上的前述薄膜已去除後，使前述研磨頭相對於前述基板在平行方向上移動。 一態樣中，比較「研磨前述基板的周緣部所包含的作為前述基板之最外周面的斜面部時的設定斜面扭矩值」與「研磨前述基板之斜面部時的前述旋轉扭矩值」，在前述旋轉扭矩值穩定維持於前述設定斜面扭矩值時，認定前述基板的斜面部之薄膜已去除。 一態樣中，根據測量前述基板之斜面部的剖面形狀的剖面測量裝置所測量之前述斜面部的剖面形狀與前述設定斜面扭矩值的相關關係，認定前述基板的斜面部之薄膜是否已去除。 ［發明之效果］

控制裝置根據保持載台的旋轉扭矩值及設定扭矩值認定薄膜是否已去除。因此，研磨裝置不會發生研磨不足或過度研磨之類的異常研磨而能夠以良好的精度研磨基板。

以下參照圖式說明本發明的實施型態。 圖1A及圖1B係顯示基板之周緣部的放大剖面圖。更具體而言，圖1A係所謂的平直（straight）型基板的剖面圖，圖1B係所謂的圓弧（round）型基板的剖面圖。

作為基板的例子，可列舉晶圓。基板的周緣部係定義為包含斜面部及邊緣部的區域。圖1A的晶圓W中，斜面部S係由上側傾斜部（上側斜面部）P、下側傾斜部（下側斜面部）Q及側部（apex部）R所構成之晶圓W的最外周面。

圖1B的晶圓W中，斜面部S係構成晶圓W之最外周面而具有彎曲剖面的部分。邊緣部T1係相較於斜面S位於半徑方向內側的環狀平坦部。邊緣部T1與斜面S連接。邊緣部T1亦稱為頂面邊緣部。

如圖1A及圖1B所示，晶圓W具有在裸晶圓B上形成有薄膜F的結構。本實施型態中，裸晶圓B為裸矽晶圓（Bare-Si）。以下說明的研磨裝置係構成去除晶圓W之周緣部（亦即邊緣部T1及斜面部S）上的薄膜F的態樣。以下說明研磨裝置的詳細結構。

圖2係顯示研磨裝置之一實施型態的示意圖。研磨裝置保持作為基板之一例的晶圓W，其具備以旋轉軸心CL為中心而使晶圓W旋轉的晶圓旋轉裝置（基板旋轉裝置）3與研磨晶圓W之周緣部的研磨單元10。本實施型態中設置1個研磨單元10，但亦可設置多個研磨單元10。

研磨裝置更具備控制晶圓旋轉裝置3及研磨單元10之動作的控制裝置1。控制裝置1與晶圓旋轉裝置3及研磨單元10電性連接。

控制裝置1具備儲存程式的記憶部1a與依據程式執行演算的處理部1b。處理部1b包含依據記憶部1a中所儲存之程式進行演算的CPU（中央處理裝置）或GPU（圖形處理單元）等。記憶部1a具備處理部1b可存取的主記憶裝置（例如隨機存取記憶體）與儲存資料及程式的輔助記憶裝置（例如硬碟驅動器或固態硬碟）。控制裝置1係由專用的電腦或通用的電腦所構成。

晶圓旋轉裝置3具備：保持載台4，具有用以保持晶圓W之底面的晶圓保持面（基板保持面）4a；及馬達8，以旋轉軸心CL為中心而使晶圓保持面4a旋轉。晶圓保持面4a上形成有溝4b，溝4b連通至真空線9。晶圓保持面4a上放置有晶圓W的狀態下，若溝4b之中形成真空，則晶圓W因為真空吸引而被保持於晶圓保持面4a。

研磨單元10具備：研磨頭14，以研磨帶12研磨晶圓W的周緣部；及研磨帶供給機構16，將研磨帶12供給至研磨頭14，並將其從研磨頭14回收。本實施型態中，研磨頭14配置於晶圓保持面4a上所保持之晶圓W的邊緣部T1之上方。

研磨帶供給機構16具備：捲出捲軸17，使研磨帶12捲出；及捲繞捲軸18，將研磨帶12捲繞。捲出捲軸17及捲繞捲軸18分別與張力馬達21、22連結。各張力馬達21、22對於捲出捲軸17及捲繞捲軸18施予既定的扭矩，藉此可對於研磨帶12施加既定的張力。

研磨帶12係以研磨帶12之研磨面朝向晶圓W的方式被供給至研磨頭14。亦即，研磨帶12，從捲出捲軸17被供給至研磨頭14，而已在研磨中使用過的研磨帶12則被捲繞捲軸18回收。研磨帶12的單面構成固定有砥粒的研磨面。

研磨頭14固定於頭支撐構件25。頭支撐構件25與研磨頭移動機構26連結。此研磨頭移動機構26構成使研磨頭14及研磨帶12在晶圓保持面4a之半徑方向、亦即晶圓W之半徑方向上移動的態樣。

更具體而言，研磨頭移動機構26具備：滾珠螺桿機構28，與頭支撐構件25連結；及馬達29，使滾珠螺桿機構28運作。滾珠螺桿機構28具備：螺帽機構28a，固定於頭支撐構件25；螺軸28b，與螺帽機構28a螺合。螺軸28b可旋轉地被軸承30所支撐，且與馬達29連結。馬達29係使用伺服馬達或步進馬達。

研磨頭移動機構26與控制裝置1電性連接，研磨頭移動機構26的動作係由控制裝置1所控制。若控制裝置1對於研磨頭移動機構26發出指令而使馬達29及螺軸28b在一方向上旋轉，則螺帽機構28a及頭支撐構件25往外側移動，研磨頭14及研磨帶12在晶圓W的半徑方向（晶圓保持面4a的半徑方向）上往外側移動。

若控制裝置1對於研磨頭移動機構26發出指令而使馬達29及螺軸28b在反方向上旋轉，則螺帽機構28a及頭支撐構件25往內側移動，研磨頭14及研磨帶12在晶圓W的半徑方向（晶圓保持面4a的半徑方向）上往內側移動。

如圖2所示，研磨頭14具備：按壓構件35，將研磨帶12壓附於晶圓W的邊緣部T1；及汽缸37，使按壓構件35相對晶圓保持面4a垂直的方向（亦即，相對晶圓W之上表面垂直的方向）上移動。研磨頭14相對於晶圓保持面4a垂直配置。

研磨裝置構成去除晶圓W之薄膜F的態樣。然而，晶圓W上有時存在不平均（例如，薄膜F的厚度），若根據既定的研磨條件研磨所有的晶圓W，則有發生研磨不足或過度研磨之類的異常研磨的疑慮。於是，控制裝置1構成可正確地認定薄膜F（參照圖1A及圖1B）是否已去除的態樣。以下說明控制裝置1的構成。

如圖2所示，控制裝置1具備：扭矩檢測部1c，實時監控在研磨晶圓W之周緣部（本實施型態中為邊緣部T1）時的保持載台4的旋轉扭矩值（本實施型態中為旋轉邊緣扭矩值）；及判定部1d，判定薄膜F的去除。

圖3係顯示研磨裸晶圓時的旋轉扭矩值之變動的圖。圖4係顯示研磨形成於裸晶圓上之薄膜時的旋轉扭矩值之變動的圖。圖3及圖4中，橫軸表示晶圓W的處理時間，縱軸表示載台扭矩（亦即，保持載台4的旋轉扭矩）。

圖3所示的實施型態中，裸晶圓B上未形成薄膜F，因此即使研磨頭14研磨裸晶圓B，施加於馬達8的負載亦無變化。因此，保持載台4的旋轉扭矩值在裸晶圓B的研磨中固定。記憶部1a中，將研磨該裸晶圓B時的旋轉扭矩值作為保持載台4的設定扭矩值並儲存。本實施型態中，此旋轉扭矩值係研磨裸晶圓B之邊緣部T1時的值，亦可稱為設定邊緣扭矩值。設定扭矩值係用以認定薄膜F是否已去除的基準值。

形成於裸晶圓B上的薄膜F，係由比裸晶圓B更軟質的材料構成。因此，研磨頭14研磨薄膜F時施加於保持載台4的負載，小於研磨頭14研磨裸晶圓B時施加於保持載台4的負載。結果，開始研磨薄膜F時的保持載台4之旋轉扭矩值小於研磨裸晶圓B時的保持載台4之旋轉扭矩值。

若持續晶圓W的研磨，薄膜F逐漸地被去除，晶圓W的表面成為薄膜F及裸晶圓B混合存在的狀態。於是，如圖4所示，保持載台4的旋轉扭矩值逐漸增加，旋轉扭矩值最終達到設定扭矩值。如上所述，設定扭矩值相當於研磨裸晶圓B時的旋轉扭矩值，因此判定部1d比較當前的旋轉扭矩值與設定扭矩值，在旋轉扭矩值到達設定扭矩值時，可認定薄膜F已去除。

為了以更佳的精度認定薄膜F是否已去除，期望判定部1d，在旋轉扭矩值穩定維持於設定扭矩值時，認定薄膜F已去除。薄膜F與裸晶圓B混合存在的狀態下，旋轉扭矩值變動而變得不穩定。

於是，控制裝置1，在保持載台4的旋轉扭矩值到達設定扭矩值之後，持續研磨晶圓W直到旋轉扭矩值穩定為止。經過既定的處理時間後，判定部1d在旋轉扭矩值穩定時，認定薄膜F已去除。藉由這樣的構成，判定部1d可認定薄膜F已完全去除。既定的處理時間係決定為不會發生晶圓W之過度研磨的短時間。

根據本實施型態，控制裝置1構成根據保持載台4之旋轉扭矩值及設定扭矩值來認定薄膜F是否已去除的態樣。因此，研磨裝置可在不發生研磨不足或過度研磨之類的異常研磨的情況下以最佳的研磨量研磨基板。

圖5係顯示分割成多個研磨區域的晶圓之邊緣部的圖。如圖5所示，控制裝置1亦可具備設定部1e，其沿著晶圓W的半徑方向將晶圓W的邊緣部T1分割成多個研磨區域，並針對多個研磨區域逐一設定研磨條件（參照圖2）。

圖5所示的實施型態中，設定部1e將邊緣部T1分割成5個研磨區域（參照圖5的第1位置至第5位置）。然而，研磨區域的數量不限於本實施型態，亦可將邊緣部T1分割成至少2個研磨區域。本實施型態中，第1位置配置於晶圓W之中心側，第5位置配置於晶圓W的最外周面側。

如圖5所示，控制裝置1，首先使研磨頭移動機構26運作，使位於(研磨)頭退避位置的研磨頭14移動至既定的研磨位置（研磨開始位置）。若研磨頭14移動至研磨位置，則控制裝置1使汽缸37運作，使按壓構件35與研磨帶12一起下降。

控制裝置1，藉由按壓構件35的下降而使研磨帶12接觸晶圓W的表面（亦即薄膜F）。控制裝置1構成使研磨頭14相對於晶圓W表面在垂直方向上移動的態樣。如圖5所示，藉由設定在第1位置的停滯時間，研磨頭14去除第1位置（亦即研磨開始位置）上的薄膜F。

圖6係顯示由研磨頭所去除的第1位置上之薄膜的圖。圖7係顯示研磨第1位置上的薄膜時的旋轉扭矩值之變動的圖。圖7中，橫軸表示晶圓W的處理時間，縱軸表示載台扭矩。如圖7所示，隨著第1位置上的薄膜F之研磨進行，保持載台4的旋轉扭矩值逐漸增加，旋轉扭矩值最終到達設定扭矩值。判定部1d，在旋轉扭矩值穩定維持於設定扭矩值時，認定垂直方向上的薄膜F已去除，而認定研磨頭14到達裸晶圓B。

第1位置上的薄膜F被去除之後，控制裝置1使研磨頭移動機構26運作，使研磨頭14從第2位置移動至第5位置。如上所述，控制裝置1的設定部1e構成針對多個研磨區域逐一設定研磨條件的態樣。更具體而言，設定部1e至少設定研磨頭14在多個研磨區域之間的移動速度以作為研磨條件。其他研磨條件可列舉例如：汽缸37的按壓力、研磨帶12對於研磨頭14的供給速度。

圖5所示的實施型態中，設定部1e使研磨頭14以第1速度從第1位置移動至第2位置，使研磨頭14以第2速度從第2位置移動至第3位置。再者，設定部1e使研磨頭14以第3速度從第3位置移動至第4位置，使研磨頭14以第4速度從第4位置移動至第5位置。

設定部1e亦可根據薄膜F的厚度決定第1速度至第4速度的各速度。記憶部1a儲存薄膜F之厚度的相關資料。因此，設定部1e可根據記憶部1a中儲存的薄膜F之資料來決定第1速度至第4速度的各速度。

一實施型態中，薄膜F的厚度亦可藉由組裝至研磨裝置中的膜厚測量器（圖中未顯示）或配置於研磨裝置的外部的膜厚測量器（圖中未顯示）來測量。其他實施型態中，薄膜F的厚度亦可根據具有與作為研磨對象之晶圓W相同結構的晶圓之膜厚資訊來決定。再者，另一實施型態中，薄膜F的厚度亦可根據以往研磨具有與晶圓W相同結構之晶圓時的實驗結果來決定。

薄膜F的去除量與研磨頭14的移動速度相依。研磨頭14的移動速度慢的情況，薄膜F的去除量變大。相反地，研磨頭14的移動速度快的情況，薄膜F的去除量變小。因此，設定部1e亦可在薄膜F之厚度較厚的研磨區域中使研磨頭14的移動速度變慢，而在薄膜F之厚度較薄的研磨區域中使研磨頭14的移動速度變快。藉由這樣的構成，可縮短用以去除薄膜F所需的研磨時間，結果可提升研磨裝置的產量。

一實施型態中，控制裝置1中，亦可在使研磨頭14移動至第5位置後，結束晶圓W的研磨。此情況中，控制裝置1，在第5位置使汽缸37運作而使按壓構件35上升（參照圖5的加壓OFF）。之後，控制裝置1使研磨頭14移動至頭退避位置，結束晶圓W的研磨。

圖8A及圖8B係顯示研磨頭的移動速度過快的情況中的薄膜之去除狀態的圖。如圖8A所示，控制裝置1使按壓構件35下降，去除第1位置上的薄膜F。之後，控制裝置1使研磨頭移動機構26運作，使研磨頭14從第1位置移動至第5位置。

如圖8A及圖8B所示，研磨頭14的移動速度太快的情況，研磨帶12騎到薄膜F上，導致研磨頭14無法去除薄膜F。於是，控制裝置1亦可根據由扭矩檢測部1c檢測到的當前旋轉扭矩值而對於研磨頭移動機構26的動作進行回饋控制。更具體而言，控制裝置1，在因為研磨頭14往晶圓W的半徑方向上移動而旋轉扭矩值變得低於設定扭矩值的情況，亦可在旋轉扭矩值到達設定扭矩值之前使研磨頭14的移動速度變慢。

圖9A及圖9B係顯示研磨頭的移動速度為適當速度之情況中的薄膜之去除狀態的圖。控制裝置1變更研磨頭14的移動速度以縮小旋轉扭矩值與設定扭矩值之間的差值。藉由這樣的構成，控制裝置1可持續地以最佳的移動速度使研磨頭14移動，結果，如圖9A及圖9B所示，研磨頭14可確實地去除薄膜F。如此，控制裝置1（更具體為設定部1e）亦可根據旋轉扭矩值與設定扭矩值之間的差值來變更研磨頭14的移動速度。

上述實施型態中，控制裝置1使研磨頭14移動至第5位置後，結束晶圓W的研磨，但在一實施型態中，控制裝置1亦可使研磨頭14移動至第5位置後，再次使研磨頭14移動至第1位置以重複晶圓W的研磨。換言之，控制裝置1亦可使研磨頭移動機構26運作而使研磨頭14來回移動。

此情況中，控制裝置1亦可在研磨帶12按壓於晶圓W的狀態下使研磨頭14從第5位置移動至第1位置。控制裝置1亦可在使研磨帶12從晶圓W離開的狀態下，使研磨頭14從第5位置移動至第1位置。

控制裝置1，在使研磨頭14來回移動的情況中，亦可以比作為基準的移動速度（亦即基準速度）更快的速度使研磨頭14移動。基準速度係可在最短時間內去除晶圓W之薄膜F的速度，其係根據先前累積的晶圓W之研磨資料決定。記憶部1a中儲存了與基準速度相關的研磨資料。

藉由以比基準速度更快的速度使研磨頭14來回移動，研磨頭14可在多次的期間將薄膜F逐漸去除。因此，扭矩檢測部1c可以高精度檢測旋轉扭矩值的些微變化。結果，判定部1d可以更高的精度認定薄膜F是否已去除。

圖10係顯示因應膜厚之變化的旋轉扭矩值的圖。圖10中，橫軸表示處理時間，縱軸表示載台扭矩。如圖10所示，若研磨頭14研磨薄膜F，則旋轉扭矩值成為小於設定扭矩值的值。相反地，若研磨頭14研磨裸晶圓B（亦即晶圓W中不存在薄膜F的部分），則旋轉扭矩值到達設定扭矩值。

如此，判定部1d可藉由扭矩檢測部1c所檢測到的旋轉扭矩值的大小來判定薄膜F的有無，因此控制裝置1可根據該判定結果自動變更晶圓W之研磨中的研磨條件。

更具體而言，若判定部1d認定多個研磨區域中的至少一個研磨區域中的薄膜F已去除，則控制裝置1以排除經認定薄膜F已去除的研磨區域而對於其他研磨區域進行研磨的方式控制研磨頭14的動作。藉由這樣的構成，控制裝置1可防止研磨頭14對於不存在薄膜F的部分進行過度研磨。

一實施型態中，控制裝置1，亦可在確定薄膜F已去除的研磨區域中提升研磨頭14的移動速度，而在其他研磨區域中降低研磨頭14的移動速度。一實施型態中，若研磨頭14到達經認定薄膜F已去除的研磨區域，則控制裝置1亦可使研磨頭14的按壓構件35上升。

在使研磨頭14來回移動的情況中，控制裝置1亦可在僅以既定的次數使研磨頭14從第1位置移動至第5位置後，以避開特定位置之研磨的方式使研磨頭移動機構26運作。例如，控制裝置1亦可僅使研磨頭14在第1位置至第5位置之間來回移動三次，在第4次以後則使研磨頭14在第1位置至第2位置之間來回移動。換言之，控制裝置1，在第4次以後省略了在第3位置至第5位置之間研磨晶圓W。

一實施型態中，控制裝置1亦可藉由具備用以使晶圓W進行精加工研磨之研磨帶的研磨頭（圖中未顯示）預先從第1位置研磨至第5位置。藉由此研磨，判定部1d可根據由扭矩檢測部1c檢測到的旋轉扭矩值判定晶圓W上有無薄膜F。因此，控制裝置1亦可根據判定部1d所判定之晶圓W的狀態來自動決定研磨條件。

圖11及圖12係顯示使研磨頭傾斜的頭傾斜機構的圖。如圖11及圖12所示，研磨裝置亦可具備使研磨頭14相對晶圓W表面傾斜的頭傾斜機構40。頭傾斜機構40具備：手臂Ar，固定於研磨頭14；及馬達Mt，使手臂Ar僅以既定角度繞著旋轉軸Ct旋轉。圖中雖未顯示，但在本實施型態中，研磨裝置亦具備研磨頭移動機構26。

研磨頭14固定於手臂Ar的一端，手臂Ar構成繞著與晶圓W之切線方向平行的旋轉軸Ct自由旋轉的態樣。手臂Ar的另一端透過滑輪p1、p2及皮帶b1與馬達Mt連結。馬達Mt僅以既定角度順時針及逆時針旋轉，藉此使手臂Ar僅以既定角度繞著旋轉軸Ct1旋轉。

控制裝置1與頭傾斜機構40電性連接，構成控制頭傾斜機構40之動作的態樣。研磨頭14構成藉由頭傾斜機構40研磨晶圓W之最外周面的斜面部S的態樣。

圖13A及圖13B係顯示晶圓之剖面形狀的例子的圖。如圖13A及圖13B所示，晶圓的剖面形狀大致分為2種，但晶圓的尺寸規格廣泛，存在各種形狀。

圖14A及圖14B係顯示研磨裸晶圓之斜面部時的旋轉扭矩值變化之例子的圖。如圖14A及圖14B所示，斜面部中，根據晶圓的剖面形狀、壓附研磨頭14的角度及按壓力等要件，得到顯示出各種傾向的旋轉扭矩值之波形。

於是，記憶部1a將研磨具有不同剖面形狀之裸晶圓B時的旋轉扭矩值作為保持載台4的設定扭矩值並儲存。本實施型態中，該旋轉扭矩值係研磨裸晶圓B之斜面部S時的值，因此亦可稱為設定斜面扭矩值。設定扭矩值係用以認定薄膜F是否已去除的值，其係旋轉扭矩值在既定的處理時間內維持穩定時的值。換言之，設定扭矩值相當於旋轉扭矩值的變化量超過既定變化幅度而變小時的值。

控制裝置1，使頭傾斜機構40運作而僅以既定角度使研磨頭14旋轉。若研磨頭14研磨晶圓W的斜面部S，則扭矩檢測部1c檢測晶圓W的斜面部S中的保持載台4的旋轉扭矩值（本實施型態中為旋轉斜面扭矩值）。判定部1d，在扭矩檢測部1c檢測到的旋轉扭矩值穩定維持於設定扭矩值時，認定晶圓W之斜面部S的薄膜F已去除。

圖15係顯示對於晶圓之斜面部的剖面形狀進行測量的剖面測量裝置之一例的圖。如圖15所示，研磨裝置亦可具備對於晶圓W之斜面部S的剖面形狀進行測量的剖面測量裝置50，亦可將配置於研磨裝置外部的剖面測量裝置（圖中未顯示）所測量之剖面形狀的資料載入研磨裝置。

剖面測量裝置50與控制裝置1電性連接。記憶部1a之中儲存了由剖面測量裝置50所測量之晶圓W的斜面部S之剖面形狀與和斜面部S之剖面形狀對應的設定扭矩值的相關關係。判定部1d構成根據此相關關係來認定斜面部S之薄膜F是否已去除的態樣。

更具體而言，控制裝置1可根據記憶部1a之中儲存的相關關係，從剖面測量裝置50所拍攝的斜面部S的剖面形狀來決定作為研磨對象之晶圓W的斜面部S的設定扭矩值。藉由這樣的構成，判定部1d可判定由扭矩檢測部1c檢測到的當前旋轉扭矩值是否到達設定扭矩值。與上述實施型態相同，期望係判定部1d在旋轉扭矩值穩定維持於設定扭矩值時認定薄膜F已去除。

在本實施型態中，控制裝置1可使研磨頭14的傾斜動作僅進行1次，或亦可使其重複進行多次。如此，控制裝置1亦可僅以任意次數使頭傾斜機構40運作。

上述實施型態中說明了認定薄膜F是否已去除的控制裝置1之構成，但記憶部1a中亦可儲存認定薄膜F是否已去除的程式。此程式包含下述指令：實時監控研磨晶圓W之周緣部時保持載台4的旋轉扭矩值，並將旋轉扭矩值與研磨裸晶圓B時保持載台4之設定扭矩值進行比較，在旋轉扭矩值穩定維持於設定扭矩值時，認定薄膜F已去除。

程式亦可包含下述指令：在旋轉邊緣扭矩值穩定維持於記憶部1a中儲存之設定邊緣扭矩值時，認定晶圓W的邊緣部T1上的薄膜F已去除。再者，程式亦可包含下述指令：沿著晶圓W的半徑方向將晶圓W的邊緣部T1分割成多個研磨區域，針對多個研磨區域逐一設定研磨條件。

此情況中，程式亦可包含「至少設定研磨頭在多個研磨區域之間的移動速度以作為研磨條件」的指令，亦可包含「根據旋轉邊緣扭矩值與設定邊緣扭矩值之間的差值來改變研磨頭14之移動速度」的指令。

程式亦可包含下述指令：若由判定部1d認定多個研磨區域之中的至少一個研磨區域中的薄膜F已去除，則排除薄膜F已去除的研磨區域而研磨其他研磨區域。

程式亦可包含下述指令：使研磨頭14相對於晶圓W在垂直方向上移動，在旋轉扭矩值穩定維持於設定扭矩值時，認定垂直方向上的薄膜F已去除，而認定研磨頭14到達裸晶圓B。此情況中，程式亦可包含下述指令：由判定部1d認定研磨頭14到達裸晶圓B後，使研磨頭14相對於晶圓W在平行方向上移動。

程式亦可包含下述指令：在旋轉斜面扭矩值穩定維持於記憶部1a所儲存之設定斜面扭矩值時，認定斜面部S上的薄膜F已去除。此情況中，程式亦可包含下述指令：根據記憶部1a中儲存的斜面部S之剖面形狀與設定斜面扭矩值的相關關係，認定斜面部S上的薄膜F已去除。此情況中，程式亦可包含下述指令：根據記憶部1a中儲存的由剖面測量裝置50所測量之斜面部S的剖面形狀與設定斜面扭矩值的相關關係，認定斜面部S上的薄膜F是否已去除。

上述實施型態中，研磨裝置具備去除形成於裸晶圓B的上表面之薄膜F的研磨頭14，但研磨頭14亦可構成去除形成於裸晶圓B的下表面之薄膜F的態樣。一實施型態中，研磨裝置亦可具備配置於晶圓W上方的研磨頭14與配置於晶圓W下方的研磨頭（圖中未顯示）。藉由這樣的構成，研磨裝置可將形成於裸晶圓B的上表面及下表面的薄膜F去除。

上述實施型態之記載目的係使本發明所屬技術領域中具有通常知識者能夠實施本發明。若為本領域從業者，當然可完成上述實施型態的各種變形例，本發明的技術思想亦可適用於其他實施型態。因此，本發明不限於所記載之實施型態，其應被解釋為依照申請專利範圍所定義之技術思想的最大範圍。 ［產業上的可利用性］

本發明可利用於研磨裝置及研磨方法。

1:控制裝置 1a:記憶部 1b:處理部 1c:扭矩檢測部 1d:判定部 1e:設定部 3:晶圓旋轉裝置 4:保持載台 4a:晶圓保持面 4b:溝 8:馬達 9:真空線 10:研磨單元 12:研磨帶 14:研磨頭 16:研磨帶供給機構 17:捲出捲軸 18:捲繞捲軸 21、22:張力馬達 25:頭支撐構件 26:研磨頭移動機構 28:滾珠螺桿機構 28a:螺帽機構 28b:螺軸 29:馬達 30:軸承 35:按壓構件 37:汽缸 40:頭傾斜機構 50:剖面測量裝置 Ar:手臂 B:裸晶圓 b1:皮帶 CL:旋轉軸心 Ct1:旋轉軸 F:薄膜 Mt:馬達 P:上側傾斜部（上側斜面部） p1:滑輪 p2:滑輪 Q:下側傾斜部（下側斜面部） R:側部（apex部） S:斜面部 W:晶圓 T1:邊緣部

圖1A係顯示基板之周緣部的放大剖面圖。 圖1B係顯示基板之周緣部的放大剖面圖。 圖2係顯示研磨裝置之一實施型態的示意圖。 圖3係顯示研磨裸晶圓時的旋轉扭矩值之變動的圖。 圖4係顯示研磨形成於裸晶圓上之薄膜時的旋轉扭矩值之變動的圖。 圖5係顯示分割成多個研磨區域的晶圓之邊緣部的圖。 圖6係顯示已由研磨頭去除的第1位置上之薄膜的圖。 圖7係顯示研磨第1位置上之薄膜時的旋轉扭矩值之變動的圖。 圖8A係顯示研磨頭之移動速度過快的情況中薄膜之去除狀態的圖。 圖8B係顯示研磨頭之移動速度過快的情況中薄膜之去除狀態的圖。 圖9A係顯示研磨頭之移動速度為適當速度的情況中薄膜之去除狀態的圖。 圖9B係顯示研磨頭之移動速度為適當速度的情況中薄膜之去除狀態的圖。 圖10係顯示因應薄膜厚而變動之旋轉扭矩值的圖。 圖11係顯示使研磨頭傾斜的頭傾斜機構的圖。 圖12係顯示使研磨頭傾斜的頭傾斜機構的圖。 圖13A係顯示晶圓剖面形狀之例子的圖。 圖13B係顯示晶圓剖面形狀之例子的圖。 圖14A係顯示研磨裸晶圓之斜面部時的旋轉扭矩值變動之例子的圖。 圖14B係顯示研磨裸晶圓之斜面部時的旋轉扭矩值變動之例子的圖。 圖15係顯示測量晶圓之斜面部的剖面形狀的剖面測量裝置之一例的圖。

Claims (20)

1. 一種研磨裝置，具備： 保持載台，使在裸晶圓上形成有薄膜的基板旋轉； 研磨頭，研磨前述基板的周緣部；及 控制裝置，控制前述研磨頭的動作； 前述控制裝置具備： 扭矩檢測部，實時監控研磨前述基板之周緣部時前述保持載台的旋轉扭矩值； 記憶部，將研磨前述裸晶圓時的前述保持載台之旋轉扭矩值作為設定扭矩值並儲存；及 判定部，判定前述薄膜是否已去除； 前述判定部在前述旋轉扭矩值穩定維持於前述設定扭矩值時，認定前述薄膜已去除。
2. 如請求項1之研磨裝置，其中： 前述基板的周緣部包含相較於前述基板的最外周面位於前述基板之半徑方向內側的邊緣部； 前述記憶部中儲存有研磨前述裸晶圓之邊緣部時的設定邊緣扭矩值； 前述判定部，在研磨前述基板之邊緣部時的前述旋轉扭矩值穩定維持於前述設定邊緣扭矩值時，認定前述基板之邊緣部上的薄膜已去除。
3. 如請求項2之研磨裝置，其中前述控制裝置具備設定部，其沿著前述基板的半徑方向將前述基板的邊緣部分割成多個研磨區域，並針對前述多個研磨區域逐一設定研磨條件。
4. 如請求項3之研磨裝置，其中前述設定部至少設定前述研磨頭在前述多個研磨區域之間的移動速度以作為前述研磨條件。
5. 如請求項3或4之研磨裝置，其中前述控制裝置，在前述判定部認定前述多個研磨區域之中的至少一個研磨區域中的前述薄膜已去除時，控制前述研磨頭的動作使其研磨經認定前述薄膜已去除的研磨區域以外的其他研磨區域。
6. 如請求項2之研磨裝置，其中前述設定部，根據前述旋轉扭矩值與前述設定邊緣扭矩值之間的差值來變更前述研磨頭的移動速度。
7. 如請求項1之研磨裝置，其中： 前述控制裝置構成使前述研磨頭相對於前述基板在垂直方向上移動的態樣； 前述判定部，在前述旋轉扭矩值穩定維持於前述設定扭矩值時，認定前述垂直方向上的前述薄膜已去除。
8. 如請求項7之研磨裝置，其中： 前述控制裝置構成使前述研磨頭相對於前述基板在平行方向上移動的態樣； 前述控制裝置，在前述判定部認定前述垂直方向上的前述薄膜已去除之後，使前述研磨頭在前述平行方向上移動。
9. 如請求項1之研磨裝置，其中： 前述基板的周緣部包含作為前述基板之最外周面的斜面部； 前述記憶部之中儲存有研磨前述裸晶圓之斜面部時的設定斜面扭矩值， 前述判定部，在研磨前述基板之斜面部時的前述旋轉扭矩值穩定維持於前述設定斜面扭矩值時，認定前述基板之斜面部上的薄膜已去除。
10. 如請求項9之研磨裝置，其中： 前述研磨裝置具備對於前述基板的斜面部的剖面形狀進行測量的剖面測量裝置； 前述記憶部中儲存有前述剖面測量裝置所測量之前述斜面部的剖面形狀與前述設定斜面扭矩值的相關關係， 前述判定部根據前述相關關係來認定前述基板之斜面部上的薄膜是否已去除。
11. 一種研磨方法，其係一邊藉由保持載台使在裸晶圓上形成有薄膜的基板旋轉，一邊研磨前述基板之周緣部，前述研磨方法包括下列步驟： 實時監控研磨前述基板之周緣部時的前述保持載台之旋轉扭矩值， 將前述旋轉扭矩值與研磨前述裸晶圓時的前述保持載台之設定扭矩值進行比較， 在前述旋轉扭矩值穩定維持於前述設定扭矩值時，認定前述薄膜已去除。
12. 如請求項11之研磨方法，其中： 將研磨前述基板的周緣部所包含的相對於前述基板的最外周面位於前述基板之半徑方向內側的邊緣部時的設定邊緣扭矩值與研磨前述基板之邊緣部時的前述旋轉扭矩值進行比較， 在前述旋轉扭矩值穩定維持於前述設定邊緣扭矩值時，認定前述基板的邊緣部上的薄膜已去除。
13. 如請求項12之研磨方法，其中沿著前述基板之半徑方向將前述基板的邊緣部分割成多個研磨區域，針對前述多個研磨區域逐一設定研磨條件。
14. 如請求項13之研磨方法，其中至少設定前述研磨頭在前述多個研磨區域之間的移動速度以作為前述研磨條件。
15. 如請求項13或14之研磨方法，其中在認定前述多個研磨區域之中的至少一個研磨區域上的前述薄膜已去除時，則研磨經認定前述薄膜已去除的研磨區域以外的其他研磨區域。
16. 如請求項12之研磨方法，其中根據前述旋轉扭矩值與前述設定邊緣扭矩值之間的差值，變更前述研磨頭的移動速度。
17. 如請求項11之研磨方法，其中： 使前述研磨頭相對於前述基板在垂直方向上移動， 在前述旋轉扭矩值穩定維持於前述設定扭矩值時，認定前述垂直方向上的前述薄膜已去除。
18. 如請求項17之研磨方法，其中認定前述垂直方向上的前述薄膜已去除之後，使前述研磨頭相對於前述基板在平行方向上移動。
19. 如請求項11之研磨方法，其中： 將研磨前述基板的周緣部所包含的作為前述基板之最外周面的斜面部時的設定斜面扭矩值與研磨前述基板之斜面部時的前述旋轉扭矩值進行比較， 在前述旋轉扭矩值穩定維持於前述設定斜面扭矩值時，認定前述基板的斜面部上的薄膜已去除。
20. 如請求項19之研磨方法，其中根據測量前述基板的斜面部之剖面形狀的剖面測量裝置所測量之前述斜面部的剖面形狀與前述設定斜面扭矩值的相關關係，認定前述基板之斜面部上的薄膜是否已去除。

Images