TWI449595B - 研磨方法及研磨裝置 - Google Patents

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Description

研磨方法及研磨裝置
本發明係有關一種研磨方法(polishing method)及研磨裝置，係研磨半導體晶圓等基板之表面(被研磨面)並使其平坦化者。
例如，化學性機械研磨(CMP)係對1片半導體晶圓等基板之表面(被研磨面)分成複數段之研磨程序來進行研磨之複數段研磨。例如，以2段之研磨程序來研磨基板之表面時，段差解除特性雖低，但係採用研磨率高之研磨液(泥狀研磨劑，Slurry)進行第1段研磨，接著採用研磨率低但段差解除特性高之研磨液進行第2段研磨，特別在第1段獲取更多研磨量，而可縮短研磨時間。
以往欲對複數個半導體晶圓等之基板連續進行複數段研磨程序時，在研磨前、各段之研磨程序間、及研磨後測量各基板表面之膜厚等，將依據此測量取得之值予以反饋，對下一個基板或對任意片數後之基板表面之研磨條件，即研磨處理程式(制定推壓力分布及研磨時間等)作最適當之修正(更新)。
測量半導體晶圓等基板之表面狀態，通常係由稱為ITM(In－Line Thickness Monitor)之測量部進行。ITM一般係配置於實際進行研磨之研磨部外，而由ITM測量基板之表面狀態時、需將基板自研磨部取出並經洗淨使之乾燥。因此，在對複數個基板連續進行複數段研磨程序時，在各段之研磨程序間及在研磨後自研磨部取出基板，再經洗淨乾燥之狀態，由ITM測量基板之表面狀態。
每次由ITM測量半導體晶圓等基板之表面狀態時，每次需自研磨部取出基板且進行洗淨並使之乾燥，此一連串作業費時頗多。尤其是在對複數個基板進行複數段研磨程序時，在各段之研磨程序間亦係由ITM測量各基板之表面狀態、將此測量結果予以反饋，以適當地修正(更新)研磨處理程式，因此，測量基板之表面狀態所需之時間會使整體之研磨時間變長，而成為降低生產率之原因。
本發明係有鑑於上述課題而研創者，其目的在於提供一種研磨方法及研磨裝置，尤其是在各段之研磨程序間儘可能省略測量基板表面狀態而提高生產率，而且，改善研磨條件(研磨處理程式)可進行複數段研磨程序。
本發明之研磨方法係依序重複自保管有複數個被研磨物(要施加研磨之工件，或已施加研磨之工件)之匣盒(cassette)取出被研磨物，在表面進行複數段之研磨後返回匣盒之操作的研磨方法，並對自匣盒取出之被研磨物，以預先設定之研磨條件進行複數段之研磨與在各段之研磨前後分別測量被研磨物表面之第1研磨處理、及以依據上述測量結果加以修正之研磨條件進行預定段研磨之第2研磨處理的其中一個處理。
如此，對某一任意之被研磨物實施第1研磨處理而測量第2段研磨前後之被研磨物表面，依據此測量結果對隨後之任意被研磨物以加以修正之研磨條件(研磨處理程式)實施第2研磨處理之第2段研磨，藉此以最適當研磨條件進行第2研磨處理之第2段之研磨，而且無需在第1段研磨後由ITM測量被研磨物表面，即可連續進行第2段之研磨，由此可提升生產率。
較佳為求出在上述第2研磨處理前後之被研磨物之表面狀態，以修正第2研磨處理之於上述預定段之研磨條件。
由此，可將第2研磨處理之第2段之研磨條件，依據剛處理過之被處理基板所得之資訊，使其更適當。
本發明之其他研磨方法係依序重複自保管有複數個被研磨物之匣盒取出被研磨物，在表面進行複數段之研磨後返回匣盒之操作的研磨方法，並對自匣盒取出之被研磨物，以預先設定之研磨條件進行複數段之研磨與在各段之研磨前後分別測量被研磨物表面之第1研磨處理、及以依據上述測量結果修正之研磨條件進行各段中至少一種研磨之第2研磨處理的其中一個處理。
由此，能以最適當研磨條件且無須在第1段與第2段之研磨之間測量被研磨物表面，連續進行第2研磨處理之第1段或第2段之至少一方之研磨。
較佳為求出上述第2研磨處理前後之被研磨物之表面狀態，並修正第2研磨處理之上述各段中至少1個研磨條件。
由此，可根據剛處理之被研磨物所得之資訊，使第2研磨處理之第1段或第2段之至少一方之研磨條件更為適當。
於本發明之較佳態樣中，對自上述匣盒取出之第1片被研磨物進行上述第1研磨處理，對第2片以後取出之被研磨物進行上述第2研磨處理。
由此，將保管於匣盒之複數個被研磨物作為1批號，或將研磨對象之膜種相同之被研磨物的集合體作為1批號，而可提高生產率，並且能以批號為單位，對複數個被研磨物進行連續研磨處理。
於本發明之較佳態樣中，於由上述第2研磨處理所研磨之被研磨物中，依據追加研磨相關之資訊，對被研磨物決定上述第1研磨處理與上述第2研磨處理之任一處理。
由此，例如求出追加研磨(Re－work)之發生率，追加研磨之發生率比設定值高時，或研磨後之被研磨物之表面段差大時，進行第1研磨處理後重置(Reset)研磨條件，而可將追加研磨之發生率抑制在預定範圍內。
上述追加研磨相關之資訊，例如為進行追加研磨之被研磨物之片數、追加研磨率、被研磨面上之段差之最高部與最低部之差、各被研磨物之研磨量之平均或偏差、及研磨量之上限值或下限值之至少其一。
於上述第1之研磨處理及上述第2研磨處理之複數段之研磨，較佳為使被研磨物表面推壓且相對移動至具有研磨面之研磨墊(Pad)。
此時，較佳為依據上述研磨墊之消耗度及/或上述研磨墊之上述研磨面上之溫度，設定上述第1研磨處理與上述第2研磨處理之研磨條件。
如此，以考慮到研磨墊之消耗度及/或研磨墊之研磨面上之溫度來進行控制，則可更提高研磨精密度。
於本發明之較佳態樣中，依據使用於上述第1研磨處理及上述第2研磨處理之複數段研磨之消耗構件之消耗度，設定上述第1研磨處理及上述第2研磨處理之研磨條件。
本發明之另一研磨方法係研磨積層有複數個不同膜之被研磨物表面之研磨方法，準備具有對應上述不同膜之選擇率之研磨液，對於上述不同種類膜之各膜厚乘上對應於上述選擇率之係數而算出合成膜厚值，依據該合成膜厚值設定研磨條件，將上述研磨液提供至上述研磨面，同時將被研磨物表面推壓至該研磨面，使之相對移動而進行研磨。
由此，即使積層複數個不同膜，無論下層膜是否露出，皆以積層相同膜時同一之條件連續研磨不同膜，可在研磨量達成預定量時結束研磨。
於本發明之較佳態樣中，在研磨前預先運算被研磨物在研磨後之表面狀態，依據該運算求得之研磨後預測表面狀態來設定研磨條件。
本發明之研磨裝置係具備：研磨部，對被研磨物之表面進行複數段之研磨；測量部，測量被研磨物表面；及控制部，依據上述測量部所測量之被研磨物表面之測量結果而設定上述研磨部之研磨條件；其中，上述控制部係依據以預先設定之條件進行之預定段之研磨前後的被研磨物表面之測量結果，對第任意片數後之被研磨物表面修正該預定段之研磨條件。
本發明之另一研磨裝置係具備：研磨部，對被研磨物表面進行複數段之研磨；測量部，測量被研磨物表面；及控制部，依據上述測量部所測量之被研磨物表面之測量結果來設定上述研磨部之研磨條件；其中，上述控制部係依據以預先設定之條件所進行之各段之研磨前後的被研磨物表面之測量結果，對第任意片數後之被研磨物表面之至少一段修正研磨條件。
上述控制部最好具備記錄部，可儲存上述測量部所測量之被研磨物表面之測量結果。
於本發明之較佳態樣中，上述控制部係參照保管複數個被研磨物之匣盒所設的記錄該被研磨物相關之資訊的記錄媒體，核對該被研磨物表面之資訊是否儲存於上述記錄部。
由此，即使匣盒不同，只要欲研磨之膜質相同，則可視為同資料群，可對每一同膜質資料群個別管理來使用。
本發明之另一研磨裝置係具備：頂環(Top－ring)，保持表面積層複數種膜之被研磨物並將其推壓於研磨面；旋轉驅動部，使上述頂環與被研磨物相對地旋轉；第1測量部，測量上述旋轉驅動部之負載；第2測量部，以光學測量研磨後之被研磨物表面；及控制部，依據上述第1測量部與第2測量部之測量結果，設定第任意片數後之被研磨物表面之研磨條件。
於本發明之較佳態樣中，上述第2測量部係測量被研磨物表面之整面，上述頂環係將推壓於上述研磨面之被研磨物區劃為複數個區域，且具備調整手段，可調整對每一該區域推壓至研磨面之推壓力，而上述控制部係依據上述第2測量部所測量之結果，來調整上述頂環施加於上述每一區域之推壓力。
上述控制部亦可依據由上述第2測量部在上述被研磨物表面之任意複數個點的測量結果，來調整研磨條件之研磨率。
上述控制部亦可依據由上述第2測量部之在上述被研磨物表面之任意點中，為調整上述研磨率所用之點以外的任意複數個點之測量結果，來調整上述頂環施加於上述每一區域之推壓力。
由此，一點可使用於研磨率與施加於每一頂環區域的推壓力之調整(Profile Control)之雙方，同時修正其一點之研磨率與推壓力，可防止其一點研磨過剰、或研磨不足。
本發明之其他研磨裝置係具備：研磨部，研磨在表面積層複數個不同膜之被研磨物；研磨液提供噴嘴，提供對上述複數個不同膜具有選擇比之研磨液；控制部，設定上述研磨部之研磨條件；其中，上述控制部係算出上述不同膜之各膜厚乘以對應於上述選擇比之係數所得之合成膜厚值，依據該合成膜厚值設定被研磨物表面之研磨條件。
本發明之研磨裝置控制用程式，係用以控制依序重複自保管複數個被研磨物之匣盒取出被研磨物，且對被研磨物表面進行研磨後返回匣盒之操作之研磨裝置的程式，並由以預先設定之研磨條件進行之預定段之於研磨前後的被研磨物表面之測量結果，對自匣盒取出研磨件執行相對於第任意片數後之被研磨物表面的預定段之研磨條件的修正。
本發明之另一研磨裝置控制程式，係用以控制依序重複自保管複數個被研磨物之匣盒取出被研磨物，且對被研磨物表面進行複數段研磨後返回匣盒之操作之研磨裝置的程式，由以預先設定之研磨條件進行之於複數段之於研磨前後之被研磨物表面之測量結果，對自匣盒取出研磨件執行相對於第任意片數後之被研磨物表面的至少一段之研磨條件的修正。
本發明之又一研磨裝置控制用程式，係用以控制依序重複自保管複數個被研磨物之匣盒取出被研磨物，且對表面進行複數段之研磨後返回匣盒之操作之研磨裝置的程式，對上述研磨裝置執行：以預先設定之研磨條件對被研磨物分別進行複數段之研磨、與在各段之研磨前後的被研磨物表面之測量的第1研磨處理；及以依據上述測量結果所修正之研磨條件進行第2段以後之研磨的第2研磨處理；依據追加研磨相關之資訊，將研磨條件自上述第2研磨處理變更為上述第1研磨處理。
以下參照圖式說明本發明之實施形態。惟下例係以半導體晶圓等基板為被研磨物，將基板之表面(被研磨物)研磨成平坦之情形為例。
第1圖為本發明實施形態之研磨裝置之整體配置圖。如第1圖所示，研磨裝置係由在軌道200上移動之搬運機械人202，進行收納於匣盒204內之半導體晶圓等基板(被研磨物)的搬出搬入，同時將未研磨及已研磨之基板由裝載台206與搬運機械人208中繼，在匣盒204與旋轉式搬運機210之間往返。於是，將旋轉式搬運機210上之基板保持於後述之頂環1，同時使其位於研磨台100上，藉此使研磨裝置系統化，俾可對複片基板連續進行研磨處理。
研磨裝置復具備：洗淨機212、214，清淨並乾燥研磨後之基板；研磨台216，作基板表面第2段之研磨；修整器(Dresser)218、220，用以修整研磨台100、216；及水桶222，用以洗淨修整器218之用。再者，藉由切換複數個研磨液或複數個研磨條件(研磨處理程式)，即可由1台研磨台100進行2段研磨或2段以上之複數段研磨。
此外，研磨裝置亦可具備4台研磨台，並且使用可進行以2台研磨台為1組進行基板之2段研磨的運轉、或使用4台研磨台進行基板之4段研磨之運轉的研磨裝置。
此等研磨裝置，係具備作為測量部之ITM(In－1ine Thickness Machine)224，即測量在研磨前、複數段研磨程序之程序間，或在研磨後經洗淨及乾燥處理之基板表面的膜之膜厚等表面狀態。亦即，如第1圖所示，在軌道200之延長線上，配置有ITM(測量部)224，搬運機械人202在將研磨後之基板收納於匣盒204之前，或搬運機械人202自匣盒204取出研磨前之基板之後(In－line)，藉由以光學手段對基板表面入射而反射之光學訊號，測量半導體晶圓等基板表面之氧化膜等絕緣膜之膜厚、導電性膜之銅膜及阻障層等之研磨狀態。
此研磨裝置係構成為，基板研磨中及/或研磨後，除了佈線部等所需要之區域以外去除基板表面之導電性膜、或去除絕緣膜，並由監視此等感測訊號及測量值而檢測出，並決定複數段研磨程序之各段之研磨條件及研磨處理步驟之終點，可反覆進行適當之研磨處理。ITM224係可測量基板表面(被研磨物)整面之表面狀態，由此可調査基板預定部位之研磨結果及基板整體之研磨結果。
研磨裝置之研磨部係構成為，保持作為研磨對象之半導體晶圓等基板並推壓於研磨台上之研磨面，由此研磨基板表面使其平坦。如第2圖所示，在頂環1之下方，裝設有上面黏貼有研磨墊(研磨布)101之研磨台100。在研磨台100之上方裝設有研磨液提供噴嘴102，由此研磨液提供液噴嘴102對研磨台100上之研磨墊101上提供研磨液(泥狀研磨劑)Q。由此構成研磨部。
研磨液Q係使用具有選擇比(Selectivity)者。選擇比係指在基板表面形成複數個不同種類膜時，對各個膜在研磨時之去除速度比。例如在絕緣膜上積層金屬膜之基板係使用絕緣膜與金屬膜之選擇比(即去除速度比)大之研磨液，因而可解決絕緣膜過度磨削之問題。
在市面上可購得之研磨墊101有各式各樣者，例如Rottel公司之SUBA800、IC-1000、IC-1000/SUBA400(雙層布)，FujimiIncorp.製之Surfin xxx-5，Surfin000等。SUBA800、Surfin xxx-5、Surfin000為以聚氨酯使纖維硬化之不織布，IC-100為硬質之發泡聚氨酯(單層)。發泡聚氨酯係呈多孔質狀，在其表面有複數個微細凹部或孔。研磨墊101基本上為耗材，會在研磨基板表面的過程而磨耗。在實際之研磨程序時，研磨墊101到達預定厚度，或研磨速度降低時替換新的研磨墊101。
頂環1係經由萬向接頭部10連接於頂環驅動軸11，頂環驅動軸11係連結在固定於頂環頭110之頂環用氣缸111。藉由頂環用氣缸111使頂環驅動軸11上下移動，並使頂環1整體昇降，且將固定於頂環本體2下端之護環3推壓於研磨台100。頂環用氣缸111係經由調節器RE1連接於壓縮空氣源120，藉由調節器RE1可調整提供至頂環用氣缸111之加壓空氣之氣壓等流體壓力。由此可調整護環3推壓至研磨墊101之推壓力。
頂環驅動軸11係經由鍵(key，未圖示)連結於旋轉筒112。旋轉筒112係在其外周部具備有定時皮帶輪113。在頂環頭110固定有作為旋轉驅動部之頂環用馬達114，而定時皮帶輪113係經由定時皮帶115連接於頂環用馬達114所設之定時皮帶輪116。因此，旋轉驅動頂環用馬達114係經由定時皮帶輪116、定時皮帶115、定時皮帶輪113，使旋轉筒112及頂環驅動軸11一體旋轉，且使頂環旋轉。頂環頭110係由固定支撑於框架(未圖示)之頂環頭軸117所支撑。
又，雖未圖示，但於頂環馬達114設有測量其轉矩之作為測量部的轉矩感測器。例如在研磨基板表面時，去除基板上之金屬膜而形成於金屬膜下之絕緣膜露出於研磨面時，因摩擦之變化而施加在頂環用馬達之轉矩亦變化。利用轉矩感測器(測量部)檢測此變化，因此可判定已去除金屬膜。此轉矩感測器亦可為實際測量馬達之轉矩者，亦可為測量馬達之電流者。又於此例中，係將轉矩感測器裝設於頂環用馬達114，但亦可將作為測量部之轉矩感測器裝設於用以使研磨台100旋轉之研磨台用馬達。
接著，以第3圖與第4圖詳細說明頂環1。第3圖為頂環1之縱剖面圖，第4圖為在第3圖所示之頂環1之底面圖。
如第3圖所示，頂環1係具備在內部具收容空間之圓筒狀頂環本體2、及固定於頂環本體2下端之護環3。頂環本體2係由例如金屬或陶瓷等高強度、高剛性之材料所形成。護環3則由例如高剛性之樹脂或陶瓷等所形成。
頂環本體2係具備：圓筒容器狀之外殼部2a；嵌合於外殼部2a之圓筒部內側之環狀加壓薄片支撑部2b；及嵌合於外殼部2a上面外周緣之環狀薄片部2c。固定於頂環本體2之外殼部2a下面之護環3下部係向內側突出。再者，亦可使護環3與頂環本體2一體成形。
在頂環2之外殼部2a中央部上方，配設有上述頂環驅動軸11，而頂環本體2與頂環驅動軸11係由萬向接頭部10所連結。此萬向接頭部10具備：能使頂環本體2與頂環驅動軸11互相傾斜移動之球面軸承機構；及將頂環驅動軸11之旋轉傳輸至頂環本體2之旋轉傳輸機構；容許頂環本體2相對於頂環驅動軸11之傾斜移動，同時將頂環驅動軸11之推壓力及旋轉力傳輸至頂環本體2。
球面軸承機構係由在形成於頂環驅動軸11之下面中央之球面狀凹部11a、形成於外殼部2a上面中央之球面狀凹部2a、及介裝在兩凹部11a、2d間之例如陶瓷之高硬度材料所構成的軸承球12所構成。旋轉傳輸機構係由固定於頂環驅動軸11之被驅動銷(未圖示)、及固定於外殼部2a之驅動銷(未圖示)所構成。即使在頂環本體2傾斜時，因驅動銷與被驅動銷可相對地朝上下方向移動，因此此等可使接觸點移位而扣合，旋轉傳輸機構能將頂環驅動軸11之旋轉轉矩確實地傳輸至頂環本體2。
頂環本體2及與在頂環本體2固定成一體之護環3之內部區劃之空間內，收容有：由頂環1所保持之與半導體晶圓等基板W抵接之彈性襯墊4、環狀夾具環5、及支撑彈性襯墊4之大略呈圓盤狀之夾板6。彈性襯墊4之外周部係夾入在夾具環5與固定在該夾具環5下端之夾板6之間，並覆蓋夾板6之下面。由此，在彈性襯墊4與夾板6之間形成空間。
夾具環5與頂環本體2之間張設有由彈性膜所成之加壓薄片7。加壓薄片7之一端夾入頂環本體2之外殼部2a與加壓薄片支撑部2b之間、另一端夾住在夾具環5之上端部5a與擋止部5b之間。由頂環本體2、夾板6、夾具環5、及加壓薄片7，將壓力室21形成在頂環本體2之內部。如第3圖所示，在壓力室21連通有軟管及連接器等所成之流體管路31，壓力室21係經由設於流體管路31內之調節器RE2連接於壓縮空氣源120。至於加壓薄片7係由例如乙丙烯橡膠(EPDM)、聚氨酯橡膠、矽橡膠等強度與耐久性佳之橡膠材所形成。
再者，加壓薄片7為橡膠等彈性體，將加壓薄片7夾入護環3與頂環本體2之間而固定時，由於彈性體之加壓薄片7之彈性變形以致在護環3之下面無法得良好平面。為防止此現象，在此例係使用另一構件之加壓薄片支撑部2b，將加壓薄片7夾入固定在頂環本體2與加壓薄片支撑部2b之間。
再者，如記載於在日本特願平8－50956號(特開平9－168964號公報)及特願平11－294503號，亦可使護環3相對於頂環本體2上下移動，或可單獨推壓護環3與頂環本體2之構造，在此情形時，未必採用上述加壓薄片7之固定方法。
在彈性襯墊4與夾板6之間形成之空間內部，設有抵接於彈性襯墊4之作為抵接構件的中心袋8(中心部抵接構件)及環軟管9(外側抵接構件)。於此例則如第3圖與第4圖所示，中心袋8係配置於夾板6之下面中心部，環軟管9係以圍繞此中心袋8之周圍的方式配置於中心袋8之外側。再者，彈性襯墊4、中心袋8、及環軟管9，係如同加壓薄片7，由例如由乙丙烯橡膠(EPDM)、聚氨酯橡膠、矽橡膠等強度與耐久性佳之橡膠材所形成。
形成於夾板6與彈性襯墊4間之空間，係由上述中央袋8與環軟管9劃分為複數個空間，由此，分別在中央袋8與環軟管9之間形成壓力室22，在環軟管9之外側形成壓力室23。
中央袋8係由抵接於彈性襯墊4上面之彈性膜81、及可裝卸自如地保持彈性膜之中央袋保持具82(保持部)所構成。在中央袋保持具具82形成螺栓孔82a，藉由將螺栓55旋入此螺栓孔82a，使中央袋8在夾板6下面中心部固定成可裝卸自如狀態。在中心袋8之內部，由彈性膜81與中心袋夾具82形成中心部壓力室24。
同樣地，環狀軟管9係由抵接於彈性襯墊4上面之彈性膜91、及可裝卸自如保持彈性膜91之環狀軟管保持具92(保持部)所構成。在環狀軟管夾具92形成螺栓孔92a，藉由將螺栓56旋入此螺栓孔92a，使環狀軟管9在夾板6下面中心部固定成可裝卸狀態。在環狀軟管9內部，由彈性膜91與環狀軟管保持具92形成中間部壓力室25。
在壓力室22、23、中心部壓力室24及中間部壓力室25分別連接有軟管、連接器等所成之流體路33、34、35、36，各壓力室22至25係分別經由裝設於各個流體路33至36內之調節器RE3、RE4、RE5、RE6，且連接於作為提供源之壓縮空氣源120。再者，上述流體路31、33至36係經由設於頂環驅動軸11上端部之旋轉接頭(未圖示)連接於各調節器RE2至RE6。
在上述夾板6上方之壓力室21及上述壓力室22至25，係經由連接於較壓力室之流體路31、35至36，提供加壓空氣等加壓流體、大氣壓或真空。如第2圖所示，可由配置於壓力室21至25之流體路31、33至36上之調節器RE2至RE6，分別調節提供至壓力室之加壓流體之壓力。由此，可將各壓力室21至25內部之壓力分別單獨控制或使之成為大氣壓及真空。
如此藉由調節器RE2至RE6使各壓力室21至25之內部壓力可單獨變化，經由彈性墊4將基板W推壓至研磨墊101之推壓力可依基板W之部分(區劃區域)來進行調整。再者，視情形亦可將真空室21至25連接於真空源121。
接著，說明如此構成之頂環1在研磨時之動作。在研磨時，使基板W保持在頂環1之下面，同時使連結於頂環驅動軸11之頂環用氣缸111動作，以預定推壓力將固定於頂環1下端之護環3推壓於研磨台100之研磨墊101。在此狀態下分別對壓力室22、23、中心部壓力室24及中間部壓力室25提供預定壓力之加壓流體，將基板W推壓於研磨台100之研磨墊101。於是，從研磨液提供噴嘴102使研磨液Q流動，藉此研磨液Q保持在研磨墊101，在基板W被研磨面(下面)與研磨墊101之間有在有研磨液Q之狀態下，進行基板W之下面的研磨。
於此，基板W位於壓力室22、23下方之部分係分別受提供至壓力室22、23之加壓流體之壓力而推壓至研磨面。而且，位於基板W之中心部壓力室24下方的部分係經由中心袋8之彈性膜81及彈性襯墊4，由提供至中心部壓力室24之加壓流體之壓力被推壓至研磨面。位於基板W之中間部壓力室25下方之部分，係經由環軟管9之彈性膜91及彈性墊4，利用提供至中間部壓力室25之加壓流體之壓力被推壓至研磨面。
因此，施加在基板W之研磨壓力係可藉由分別控制提供至各壓力室22至25之加壓流體的壓力，得以依沿著基板W之半徑方向之各部分進行調整。亦即，由後述之控制器(控制部)400藉由調節器RE3至RE6分別單獨調整提供至各壓力室22至25之加壓流體之壓力，依基板W之部分來調整將基板W推壓至研磨台100上之研磨墊101之推壓力。如此，在依基板W之部分將研磨壓力調整為所希望值之狀態下，基板W被推壓至旋轉中之研磨台100上面之研磨墊101。同樣地，藉由由調節器RE1，來調整提供至頂環用氣缸111之加壓流體之壓力，可變更護環3推壓研磨墊101之推壓力。
如此，在研磨中適當地調整護環3推壓研磨墊101之推壓力、及將基板W推壓至研磨墊101之推壓力，可將基板W之中心部(第4圖之C1)、中心部至中間部(C2)、外側部(C3)、及周緣部(C4)，甚至到基板W外側之護環3之外周部之各部分之研磨壓力分布設定為所希望之值。
再者，位於基板W之壓力室22、23下方的部分，有經由彈性襯墊4自流體施加推壓力之部分、及如開口部41之部位將加壓流體之壓力本身直接施加於基板W之部分，但是施加於此等部分之推壓力可為同一壓力，亦可分別以任意壓力推壓。而且，在研磨時，因彈性襯墊4係在開口部41之周圍密著於基板W之背面，故壓力室22、23內部之加壓流體幾乎不會漏出外部。
如此，將基板W劃分為同心4個圓及圓環部分(C1至C4)，可以單獨之推壓力推壓個別部分(區域)。研磨率係取決於基板W對研磨面之推壓力，但如上所述可控制各部分之推壓力，因此可單獨控制基板W之4部分(C1至C4)之研磨率。因此，即使基板W表面應研磨之薄膜之膜厚為半徑方向之分布，亦可避免基板整面研磨不足或過度研磨。
亦即，即使基板W表面應研磨之膜因基板W之半徑方向之位置而造成膜厚不同時，藉由使上述各壓力室22至25中位於基板W表面之膜厚較厚部分上方之壓力室的壓力比其他壓力室之壓力更高，或使位於基板W表面之膜厚較薄部分上方之壓力室之壓力比其他壓力室之壓力更低，即可使膜厚較厚部分之對研磨面之推壓力比對膜厚較薄部分之研磨面之推壓力大，可將該部分之研磨率選擇性提高。由此，可不取決於成膜時之膜厚分布，對基板W整面進行適當之研磨。
在此，基板W之周邊部產生之滾邊(rolled edge)，可藉由控制護環3之推壓力來防止。此外，如在基板W周邊部中欲研磨之膜的膜厚有太大變化時，將護環3之推壓力刻意加大，或刻意變小，即可抑制基板W周邊部之研磨率。再者，對上述各壓力室22至25提供加壓流體時，夾板6將受到上方向之力，因此於此例中係對壓力室21經由流體路31提供壓力流體，可防止夾板6因來自各壓力室22至25之力而往上方提起。
如上所述，適當調整頂環用氣缸111對護環3之研磨墊101之推壓力、及由提供至各壓力室21至25之加壓空氣對基板W之各部分之研磨墊101推壓之推壓力，而進行基板W之研磨。
如以上之說明，藉由單獨控制壓力室22、23、中央袋8內部之壓力室24、及環狀軟管9內部之壓力室25之壓力，即可控制對基板推壓之推壓力。且依據此例，藉由變更中央袋8及環狀軟管9之位置或大小等，即可簡單地變更推壓力之範圍。
亦即，形成於基板表面之膜之膜厚分布會因成膜方法或成膜裝置之種類而變化，依據此例，僅交換中央袋8與中央袋保持具82、或環狀軟管9與環狀軟管保持具92，即可變更基板施加推壓力之壓力室之位置或大小。因此配合應研磨之膜的膜厚分布，僅交換一部分頂環1，即可容易且低成本地變更應控制推壓力之位置與範圍。換言之，應研磨之基板之表面的應研磨之膜的膜厚分布有變化時，亦可容易且低成本地對應。再者，變更中央袋8或環狀軟管9之形狀及位置時，結果相當於改變夾住在中央袋8與環狀軟管9之壓力室22及圍繞環狀軟管9之壓力室23之大小。
在此研磨裝置之研磨對象之基板上，例如成膜有用以形成配線之銅鍍敷膜，同時使阻障層成膜以作為其基底材料。如在此研磨裝置之研磨對象之基板最上層成膜有氧化矽等絕緣膜時，可用光學式感測器或微波感測器檢測該絕緣膜之膜厚。光學式感測器之光源有鹵素燈，氙閃光燈，LED或雷射光源等。
以下詳細說明本發明之研磨裝置之控制器400實施之研磨方法。
如第5圖所示控制器400係依據來自操作面板等人機介面401之輸入、或進行各種資料處理之主電腦402之輸入，以目標研磨率(研磨量)研磨基板W，俾成為所希望形狀之目標輪郭(Profile)。資料庫404(參照第6圖等)內事先保存有作為基板之研磨對象之對應機種的研磨處理程式，控制器400係自設在匣盒204之條碼等記錄媒體，取得匣盒204所保管之形成於基板W表面之膜種類的資訊，自資料庫404讀取所對應之研磨條件(研磨處理程式)，自動作成對應按基板W之區域C1至C4之研磨處理程式。
經此研磨處理程式完成研磨處理步驟之基板係經由洗淨、乾燥步驟搬送至ITM224，測量研磨後之基板表面之膜厚、段差之高低差等之表面狀態。對應在此所得之測量結果，進行修正(更新)研磨條件(研磨處理程式)之反饋處理，由此在最適當條件下反覆進行基板W之研磨處理。
通常於研磨處理步驟中，開始處理時，自匣盒204依序取出基板W進行研磨。但是開始研磨處理步驟時，例如自長時間停止研磨處理步驟之狀態下再開始研磨處理步驟時，在研磨匣盒內之第1片基板時，或在研磨墊101、修整器(Dresser)、研磨液、頂環內之護環、襯墊薄膜、隔膜(Membrane)等耗材換成新品時，或在其他需修正研磨處理程式時等，在開始研磨處理步驟時僅使第1片基板通過以進行研磨，接著之第2片以後之基板係至第1片基板之研磨完成後經ITM測量之前使基板不會連續通過。此等中斷該基板之操作運行稱為選通(Gating)。
以下參照第6圖說明以選通進行研磨處理步驟之一例。首先依據來自操作面板等人機介面401之輸入、或進行各種資料處理之主電腦402對控制器400之輸入實施選通(開啟選通)。於是選通後，主電腦402係依據程式進行如下之研磨處理步驟而向研磨裝置內之各部發出指令。
亦即，如第6圖所示，例如自匣盒取出第1片之基板係先搬送至ITM224，在此測量研磨前之於初期狀態之基板表面膜厚等之表面狀態。接著，依據預先設定之研磨條件(研磨處理程式)對基板係進行第1段研磨。完成第1段研磨之基板經洗淨、乾燥後再搬送至ITM224，在此測量第1段研磨後之基板表面之膜厚等之表面狀態。隨後依據預先設定之研磨處理程式，對基板表面進行第2段之研磨。完成第2段研磨之基板，經洗淨、乾燥後再搬送至ITM224，在此測量經第2段研磨後之基板表面之膜厚等表面狀態，然後返回匣盒。由此完成第1片基板之研磨處理步驟而解除選通(選通off)。
接著，自匣盒取出第2片基板，首先第2片基板搬送至ITM224，在此測量於研磨前之初期狀態基板表面膜厚等之表面狀態。然後依據預先設定之研磨處理程式對基板表面進行第1段研磨，接著依據研磨處理程式進行對基板之第2段研磨。亦即，完成第1段之基板無須搬送至ITM224並測量其表面狀態。於是，完成第2段研磨之基板係經洗淨、乾燥後再搬送至ITM224，在此測量第2段研磨後之基板表面膜厚等之表面狀態後返回至匣盒。由此，完成第2片基板之研磨處理步驟。
對第2片基板之第2段研磨處理程式(研磨條件)係由ITM224所測量，且依據對第1片基板之第2段之研磨前後之膜厚等之表面狀態的測量結果、亦即依據表面狀態之測量結果經反饋而適當地修正(更新)。
自匣盒取出第3片以後之基板(第n片之基板)係先搬送至ITM224，在此測量研磨前之初期狀態基板表面膜厚等之表面狀態。然後依據預先設定之研磨處理程式對基板表面進行第1段研磨，接著依據研磨處理程式進行對基板之第2段研磨。亦即，完成第1段之基板無須搬送至ITM224並測量其表面狀態。於是，完成第2段研磨之基板係經洗淨、乾燥後再搬送至ITM224，在此測量第2段研磨後之基板表面膜厚等之表面狀態後返回至匣盒。由此，完成第3片以後之基板處理步驟。
對第3片以後之基板之第2段研磨處理程式(研磨條件)係由ITM224所測量，依據對前一片基板之初期狀態與第2段之研磨完成後之膜厚度等之表面狀態之測量結果、亦即表面狀態之測量結果，經反饋而適當地修正(更新)。
此例為將在第1段研磨之研磨條件(研磨處理程式)固定，以同一研磨處理程式對所有基板進行第1段之研磨，依據對剛才之基板之測量結果，僅對第2段之研磨條件進行最適當的修正(更新)。再者，亦可將第1片基板之研磨前之在初期狀態之基板表面之膜厚等之表面狀態之測量值保持固定，不測量第2片以後之基板之初期狀態，而直接使用其值。又於此例係在說明第2段之研磨，但是對3段研磨，4段研磨等複數段研磨亦可進行如上述同樣之操作。此時，亦可將複數段研磨之預定(預先設定)段之研磨條件適用於上述第2段之研磨條件。又，不限於第2段以後之研磨條件，亦可將上述第2段之研磨條件適用於第1段之研磨條件。此情形在以下之例亦相同。
如此，對於自匣盒取出之第2片以後之基板，無需利用ITM等測量第1段之研磨完成後之基板表面之膜厚度等之表面狀態，將第2段之研磨連續進行於第1段之研磨，省略ITM之測量而提高生產率，而且，能依據先前之測量結果修正(更新)第2段之研磨條件，即可使第2段之研磨能以最適當研磨條件進行。
在此例中，控制器400係進行如下之控制。亦即，在研磨裝置內儲存有：表示研磨時間與研磨量之關係的資料、研磨墊之消耗程度、需追加研磨(Re－work)之基板片數、研磨墊表面溫度與修整器之消耗度等累積研磨相關資料之資料庫404。於此，追加研磨係指研磨結束後，由ITM224測量基板表面之結果，判斷為未去除研磨對象之膜而再度進行研磨之步驟。修正複數段研磨之各段研磨處理程式時，可利用此資料庫404內之資料。
例如研磨墊101之消耗度係與由研磨墊101所研磨之基板W之片數成正比。資料庫內儲存有對換新研磨墊101後所研磨之基板之片數進行計數之資料，依據此資料修正研磨處理程式等與經修整器修整之頻度與時間。又，亦可對研磨面實際照射光線或超音波等測量實際消耗度。
上述資料庫係由計數追加研磨之基板片數而求得追加研磨之發生率，追加研磨之發生率比預先自機械．介面401等所設定之設定值高時，執行選通(Gating on)，再如上述對第1片基板所進行之研磨處理步驟。
又，除了追加研磨發生率之外，實施選通之參數，可利用追加研磨數、研磨後基板之被研磨面之段差形狀之高低差、研磨後之各基板之研磨量平均值或偏差、或預先輸入之研磨量之上限值或下限值等。
以下表示採用選通之追加研磨步驟。追加研磨係反覆進行至完全去除研磨對象膜、或去除預定厚度為止。具體而言，對1片基板(晶圓)進行1次追加研磨隨後，利用ITM測量表面，如判定去除不完全時，則再次進行追加研磨。
本發明係為了降低重複之追加研磨次數而進行如下之追加研磨處理。亦即，對第1片基板實施選通(選通on)，依據預先設定之研磨條件(研磨處理程式)進行追加研磨。於是追加研磨之基板經洗淨、乾燥，搬送至ITM224測量研磨後之在基板表面之膜厚等表面狀態，如去除狀態能滿足設定值時則返回匣盒，去除狀態未能滿足設定值時，則再進行追加研磨。當去除狀態滿足設定值時，則結束第1片基板之追加處理步驟而解除選通。
對第2片以後之基板，依據基板表面狀態(膜厚等)及第1片研磨結果，修正研磨處理程式，以進行追加研磨。追加研磨後，經洗淨、乾燥而搬送至ITM224測量研磨後之基板表面之膜厚等表面狀態。此時之研磨條件係反饋至以下第3片之研磨處理程式。
第7圖為採用選通之研磨處理步驟之另一例。此例為上述第6圖所示例擇一進行，而與第6圖不同點如下所述。亦即，於此例中，例如對自匣盒取出之第1片基板，如同前例執行選通。於是自匣盒取出之第2片基板係先搬送至ITM224，測量研磨前於初期狀態之基板表面之膜厚等表面狀態。接著，依據研磨條件(研磨處理程式)，對基板表面連續進行第1段研磨與第2段研磨。於是結束第2段研磨之基板係經洗淨、乾燥後再搬送至ITM224，在此測量第2段研磨後之基板表面之膜厚等之表面狀態而返回至匣盒。
對自匣盒取出之第2片基板之第1段或第2段之研磨之至少一方之研磨處理程式(研磨條件)，係由ITM224進行測量，對第1片基板之第2段之於研磨前後之膜厚等表面狀態之測量結果被反饋而更新(修正)。
自匣盒取出之第3片以後之基板係先搬送至ITM224，在此測量研磨前初期狀態之基板表面之膜厚等表面狀態，依據研磨處理程式對基板表面連續進行第1段與第2段之研磨。於是結束第2段研磨之基板係經洗淨、乾燥後再搬送至ITM224，在此測量第2段之研磨後基板表面之膜厚等表面狀態而返回至匣盒。
對自匣盒取出之第3片以後之基板之第1段或第2段之研磨之至少一方之研磨處理程式(研磨條件)，係由ITM224測量，且對先前之基板之初期狀態及於第2段之研磨結束後之膜厚等表面狀態之測量結果予以反饋且進行更新(修正)。
例如，追加研磨之發生率比設定值高時，將施以反饋之對象由如第6圖所示之僅第2段之研磨，轉移至第7圖所示第1段之研磨或第1段與第2段之研磨雙方，藉由變更施以反饋方法，亦可降低追加研磨之發生率。
對於此例中之第2片以後之基板有無取得研磨前之膜厚度等資料、有無再選通、施以反饋之方法的指定等判斷等，亦有可能由操作者之判斷而進行，但是主要還是由記錄於主電腦402內之程式自主性進行上述判斷。
如上所述，藉由考慮基板表面周邊之環境及條件之變化等進行控制，與僅反饋基板之表面狀態而改善研磨處理程式之控制手段相比較，可進行較高精密度之研磨操作。於僅反饋基板表面狀態而改善研磨處理程式之控制手段，係僅進行反映研磨結果之控制，相對於此，對於基板之表面狀態的反饋考慮考慮基板表面周邊環境及條件之變化等之控制手段，因將相對於研磨後之基板表面之曲線的原因與結果兩方作為參數，因此可良好地進行研磨操作。此控制方法係以稱之為APC(Advanced Process Control)或EES(Equipment Engineering system)之控制手法為基礎者。
再者，於上述例中ITM224係使用光學式者。因此，設於基板表面之作為研磨對象膜為金屬時，即使投光在基板表面膜，因光呈全反射而無法測量。因此可適用之研磨對象膜為絕緣膜等非金屬膜。又，於上述例係說明2段研磨，當然3段以上之複數段研磨亦可適用。此時施以反饋之段的組合雖會增加(例如在第1、2、3、4段施以反饋，僅在第3段施以反饋等)，但以研磨結果之經過歴程、研磨對象之膜類、研磨液之種類等作為參數，適當選擇施以反饋之方法。
第9A圖至第9C圖及第10圖之研磨對象膜為金屬膜時適用本發明之其他例。於此例如第10圖所示，在形成於基板上之絕緣膜300內部之包含通孔(Via－hole)302及槽溝(Trench)304之該絕緣膜300之表面設置阻障層306，在阻障層表面研磨形成有銅或鎢等所構成之配線材料308之基板表面，將在絕緣膜300表面之多餘金屬膜，亦即去除阻障層306及配線材料308，由埋設於通孔302及槽溝304內之配線材料308形成配線。
首先如第9A圖所示，對例如自匣盒204取出之第1片基板執行選通。亦即將以研磨裝置之頂環保持自匣盒204取出之第1片基板，使頂環1旋轉之同時將該頂環1所保持之基板推壓至研磨台100之研磨墊101，同時對研磨墊101由研磨液提供噴嘴102提供研磨液，以預先設定之研磨處理程式(研磨條件)對基板表面進行第1段之研磨。於此第1段研磨，主要為研磨去除多餘之金屬膜(阻障層306及配線材料308)。此時，由頂環用馬達114之轉矩感測器(測量部)檢測第1段研磨之終點。亦即，由轉矩感測器檢測絕緣膜300之表面露出時結束第1段研磨。
結束第1段研磨之基板經洗淨、乾燥後，搬送至ITM224，由此ITM224測量結束第1段研磨之基板膜厚等表面狀態。接著，對此基板進行第2段研磨。此第2段研磨可在進行第1段研磨之研磨台100進行，也可在其他研磨台216進行。於第2段研磨，主要為研磨形成於阻障層306下之絕緣膜300。在此，第2段研磨之目的並非為完全去除絕緣膜300，而是僅去除預定厚度T之絕緣膜300。此步驟稱為修補(Touch up)，其目的為去除因第1段研磨引起絕緣膜300表面產生之傷痕。此傷痕主要因在第1段研磨使用之研磨液(研磨劑)所引起者，在作精修時係變更研磨劑之種類來進行研磨。
結束第2段研磨之基板經洗淨、乾燥後，搬送至ITM224，由此ITM224測量結束第2段研磨之基板之膜厚等表面狀態。然後返回匣盒，由此結束對第1片基板之研磨處理步驟而解除選通。
在此第1段研磨時提供至研磨台100之研磨液，係使用選擇比高之研磨液為佳，亦即使用對金屬膜(配線材料308及阻障層306)之研磨率比相對絕緣膜300之研磨率高之研磨液。由此，由研磨液所具有之選擇比，將去除金屬膜後之研磨率大幅減低，不致於削減設置在金屬膜下之絕緣膜300而可結束第1段之研磨。
對自匣盒取出之第2片基板，如第9B圖所示，連續進行第1段與第2段之研磨(修補)，結束第2段之基板經洗淨、乾燥後搬送至ITM224，由ITM224測量結束第2段研磨之基板之膜厚等表面狀態。然後使基板返回匣盒，由此結束對第2片基板之研磨處理步驟。
此時，相對第2片基板之第1段研磨之研磨處理程式係與相對第1片基板之第1段研磨之研磨處理程式相同，而第2段之研磨處理程式係經由ITM224所測量，將相對第1片基板之第2段研磨前後之膜厚等表面狀態之測量結果予以反饋並進行更新(修正)。
對於自匣盒取出之第3片以後之基板(第n片基板)，如第9C圖所示，連續進行第1段研磨與第2段研磨(修補)，將結束第2段之基板經洗淨、乾燥後搬送至ITM224，由此ITM224測量此結束第2段研磨之基板之膜厚等表面狀態。然後使基板返回至匣盒，由此結束對第3片以後之基板之研磨處理步驟。
此時，對第3片基板之第1段研磨之研磨處理程式，係與相對第1片基板之第1段研磨之研磨處理程式相同，而第2段之研磨處理程式係經由ITM224所測量，且將相對先前之基板之在第2段研磨後之膜厚等表面狀態之測量結果予以反饋並進行更新(修正)。
再者，與上述第7圖所示之例大致相同，更新(修正)第1段研磨或第2段研磨之一方亦可。
再者，於上例中，係將去除多餘金屬膜(阻障層306與配線材料308)時設為第1段結束，但如第11A至11C圖及第12圖所示，將完全去除金屬膜之前設為第1段研磨結束，而連續進行第1段研磨與第2段研磨亦可。此時，亦可於第2段之研磨去除金屬膜，但如第13圖所示，由轉矩感測器檢測己去除金屬膜(阻障層)後，亦即轉矩感測器檢測到轉矩急速減少後才進行絕緣膜之研磨(修補)。在此，研磨條件(研磨處理程式)之更新(修正)係僅對金屬膜去除後之修補相關之研磨步驟進行。例如，雖由轉矩感測器檢測金屬膜己去除後進行絕緣膜之去除，但可僅將此絕緣膜研磨之研磨時間作為反饋之對象。
由於進行如此2段研磨，例如使用2台研磨台100、216分別1段1段進行研磨時，可使各個研磨台100、216之研磨時間相同。由此，無需等待一方研磨台之研磨結束，而可提高生產率。
又，於上例中係分別在第1段研磨使用轉矩感測器，在第2段研磨使用光學式感測器，除此之外，也可在研磨台裝載渦流感測器。此等3種之任一感測器均可適用於任意段數之研磨。
在上述資料庫404內，儲存有表示研磨時間與研磨量之關係之資料。第14圖為研磨時間與研磨量之關係曲線圖。第15A圖為研磨時間與研磨量之關係之時間處理模式例，第15B圖為研磨時間與研磨量之關係之近似模式例。依據此等資料可逐次更新求得研磨率之算法。亦即，隨研磨之基板片數資料量會增加，依據蓄積於資料庫內之研磨量與研磨時間之關係之資料，可算出研磨率相關之近似式。由此，隨著資料量之增加，近似式之形態會變化而成為精密度更高者。
於實際之研磨處理步驟中，在施以反饋時，在每一預定時間間隔更新近似式，而能以此為基礎變更研磨率。
再者，蓄積研磨量與研磨時間之關係的資料係依研磨對象之膜種、圖案之構造、或膜厚度而個別管理。換言之，即使匣盒不同，只要膜厚等相同則可作為相同資料群蓄積於資料庫。由此，例如自設於匣盒之記錄媒體取得研磨對象之基板之膜種、膜厚等資訊時，如該資訊與儲存於資料庫者一致時，在研磨前無需由ITM測量基板之初期膜厚，亦可由資料庫算出作為預測表面狀態之研磨前資料。又，研磨處理程式亦可由資料庫叫出。
如上所述，結束研磨處理步驟之基板係搬送至ITM224，在此測量基板之膜厚等表面狀態。依據所得資料，如第4圖所示，進行更新(修正)對應基板W之各區域C1至C4的研磨條件(研磨處理程式)的反饋處理。於此例中，係針對研磨率與曲線控制之2種進行研磨處理程式之更新。研磨率係指單位時間之研磨量，曲線控制係指對應基板W之各區域C1至C4之研磨處理程式(在此主要為推壓力)之設定。
以往，研磨率與曲線控制兩者之修正係依據基板上任意點之膜厚等資料進行。在此，研磨率之修正係依據基板上之複數個測量點之膜厚平均值而進行，曲線控制之修正係依據基板區域(C1至C4之任一個)之膜厚而進行。於是，研磨率與曲線控制兩者會有採取同一測量點之情形。在此，針對研磨率、或曲線控制，會再作成對某一點經修正過之研磨處理程式。結果，會有對其一點可能作成過剩研磨、或研磨不足之情形。
因此，於此例中，控制器400係在預先自ITM取得資料時，對於基板上之測量點，為了避免重複而將用以算出研磨率之點、與用以算出曲線控制之點分開。例如，曲線控制僅限制在基板區域C4之部分進行時，如第16圖所示，首先將ITM測量對象之點P1顯示於區域C1至C4全域，分別由此自區域C1至C3選出測量值為基準值之點P2，自區域C4選出測量值為比較值之點P3，研磨率不使用位於區域C4之成為比較值之點P3之測量值，而使用位於區域C1至C3內之成為基準值之於P2之測量值之平均值。在此，將比較值相對基準值比較值之差分稱為幅度(Range)，製作以此幅度為軸之表格，即可進行曲線控制。而且，可用最大值、最小值，最頻值等為基準值來取代平均值。
再者，於此雖完全排除研磨率與曲線控制之兩者採取同一測量點之情形，但即使採取測量點時亦為少數，如為在運算上不致影響之程度者，則亦可採取研磨率與曲線控制兩者共通之測量點。此係在測量點少時，為確保資料點數較為有利。
如上所述，在研磨基板表面積層之複數個膜時，係使用具選擇比之研磨液。一般而言，為進行更適當之研磨作業需管理研磨時間，但此研磨液之選擇比難以算出研磨時間。如第17圖所示，如第18圖所示，考量至SiN膜312之中途之目標(研磨目標)為止研磨矽基板310上依序疊層SiN膜312與氧化膜314。此時，實際研磨之結果係如第19圖所示之殘留氧化膜314時，與如第20圖之完全去除氧化膜314時，其研磨條件(研磨處理程式)之修正處理不同。
亦即，如第19圖所示，殘留氧化膜3l4時，考慮到研磨液之選擇比，並考慮氧化膜：SiN膜之研磨率而必須修正研磨處理程式。對此，如第20圖所示，完全去除氧化膜314時，可僅考慮SiN膜312之研磨率而修正研磨處理程式。因此，在修正研磨處理程式時，依據膜厚測量之結果需要由作業者判斷氧化膜314是否完全去除。但是一般而言此判斷作業困難且費時。
因此，在此例係預先算出反映研磨液選擇比之合成膜厚值。例如使用選擇比為氧化膜：SiN＝5：1之研磨液進行氧化膜與SiN膜之研磨時，如第21圖所示，將SiN之膜厚設定為實際膜厚之5倍，將此厚度加算於氧化膜之膜厚之值設為合成膜厚值。
如此算出合成膜厚值，雖膜厚不同亦可利用削除相同膜之相同條件進行研磨，因此無需如上述進行煩雜之分配，只要將進行上述運算處理之程式安裝於主電腦，即可自動修正研磨處理程式。
具體而言，如作為預先研磨對象之基板表面之膜厚、積層構造、各膜之膜厚、且所用研磨液之選擇比為己知，則有可能算出上述合成膜厚值。於是，一旦取得之此等資料記錄於資料庫而蓄積，藉此可算出自主性合成膜厚值之膜種會增加，並且藉由蓄積依據此等合成膜厚值之研磨結果，即可提高合成之精密度。此外，使用無選擇比之研磨液時，以選擇比1：1進行處理而產生合成膜厚值。如此，無需經過因有無選擇比而切換程式之操作條件等煩雜處理，即可進行研磨處理。
再者，在自動化之工廠，如同研磨(CMP)之APC步驟結束後進行膜厚測量而判定合否之情形，前步驟、後步驟之裝置亦具有同樣之測量．判定合否，來迎接步驟之結束。因此將此結果納入研磨裝置，亦即從主電腦讀出前步驟之最終膜厚值(Remain)，如作為研磨裝置之初期膜厚利用，則可省略初期膜厚之測量時間而提高生產率，而且，因能得全數初期膜厚，藉此可提高CLC(閉環路控制)之精密度，或在不能使用ITM之步驟亦有可能提供CLC之優點。
例如，在研磨前步驟之成膜裝置中，將測量成膜狀態之膜厚測量裝置之資料，作為在研磨裝置之研磨對象基板之研磨前膜厚資料來使用，或將研磨裝置在研磨後之基板相關的膜厚測量裝置之資料，使用作為後步驟之裝置之處埋前資料等。
依據本發明之研磨方法及研磨裝置，可儘量省略由ITM等測量部特別對各段之研磨程序間之基板等被研磨物之表面狀態進行測量而提高生產率，而且可改善研磨條件(研磨處理程式)以進行複數段研磨程序。
1．．．頂環
2．．．頂環本體
2a．．．外殼部
2b．．．環狀加壓薄片支撐部
2c．．．環狀薄片部
2d、11a．．．凹部
3．．．護環
4．．．彈性墊
5．．．環狀夾具環
5a．．．上端部
5b．．．擋止部
6．．．夾板
7‧‧‧加壓薄片
8‧‧‧中心袋
9‧‧‧環軟管
10‧‧‧萬向接頭部
11‧‧‧頂環驅動軸
12‧‧‧軸承球
21、22、23‧‧‧壓力室
24‧‧‧中心部壓力室
25‧‧‧中間部壓力室
31至36‧‧‧流體路
41‧‧‧開口部
55‧‧‧螺栓
81、91‧‧‧彈性膜
82‧‧‧中央袋保持具
82a、92a‧‧‧螺栓孔
100、216‧‧‧研磨台
101‧‧‧研磨墊
102‧‧‧研磨液提供噴嘴
110‧‧‧頂環頭
111‧‧‧氣缸
112‧‧‧旋轉筒
113‧‧‧定時皮帶輪
114‧‧‧頂環用馬達
115‧‧‧定時皮帶
116‧‧‧定時皮帶輪
117‧‧‧頂環頭軸
120‧‧‧壓縮空氣源
121‧‧‧真空源
200‧‧‧軌道
202、208‧‧‧搬運機械人
204‧‧‧匣盒
206‧‧‧裝載台
210‧‧‧旋轉式搬運機
212、214‧‧‧洗淨機
218、220‧‧‧修整器
222‧‧‧水桶
224‧‧‧ITM
300‧‧‧絕緣膜
302‧‧‧孔
304‧‧‧槽溝
306‧‧‧阻障層
308‧‧‧配線材料
310‧‧‧矽基板
312‧‧‧SiN膜
314‧‧‧氧化膜
400‧‧‧控制器
401‧‧‧人機介面
402‧‧‧主電腦
404．．．資料庫
C1至C4．．．區域
P1至P3．．．點
Q．．．研磨液
RE3至RE6．．．調節器
W．．．基板
第1圖係實施形態相關之研磨裝置的整體配置圖。
第2圖係研磨裝置之研磨部的概要圖。
第3圖係研磨裝置之頂環的縱剖面圖。
第4圖係研磨裝置之頂環的底面圖。
第5圖係研磨裝置之控制方塊圖。
第6圖係採用選通(Gating)之研磨處理步驟之一例圖。
第7圖係採用選通之追加研磨處理步驟之一例圖。
第8A至8C圖係採用選通之研磨處理步驟之其他例圖。
第9A至9C圖係採用選通之其他研磨處理步驟之一例圖。
第10圖係第9A至9C圖所示之研磨步驟之研磨狀態的說明圖。
第11A至11C圖係採用選通之其他研磨處理步驟之一例圖。
第12圖係於第11A至11C圖所示之研磨步驟之研磨狀態的說明圖。
第13圖係於第11A至11C圖及第12圖所示之研磨步驟之研磨對象與時間之關係圖。
第14圖係研磨時間與研磨量之關係之一例之曲線圖。
第15A圖係研磨時間與研磨量之關係之處理時間模式之例圖，第15B圖為研磨時間與研磨量之關係之近似模式之例圖。
第16圖係顯示作為基板(半導體晶圓)之為ITM之測量對象之點、測量值為基準值之點、及測量值為比較值之點的圖。
第17圖係積層複數個膜之作為研磨對象之其他基板之概要圖。
第18圖係放大第17圖之要部之示意圖。
第19圖係將第18圖所示之膜研磨後上層膜殘留之狀態圖。
第20圖係將第18圖所示之膜研磨後將上層膜完全去除之狀態圖。
第21A及21B圖係實際膜厚值與合成膜厚值之關係圖。
100、216．．．研磨台
102．．．研磨液提供噴嘴
200．．．軌道
202、208．．．搬運機械人
204．．．匣盒
206．．．裝載台
210．．．旋轉式搬運機
212、214．．．洗淨機
218、220．．．修整器
222．．．水桶
224．．．ITM

Claims (10)

  1. 一種研磨方法，係依序重複自保管複數個被研磨物之匣盒取出被研磨物，且在對其表面進行複數段之研磨而使該表面平坦化後，將研磨後之被研磨物返回匣盒之操作者，其中：對自匣盒取出之第1片被研磨物進行第1研磨處理，該第1研磨處理包含：(a)研磨開始前之被研磨物之表面狀態的測量、(b)在以預先設定之使被研磨物表面平坦化的研磨條件進行之複數段研磨與各段研磨間的被研磨物之表面狀態的測量、及(c)研磨完成後的被研磨物之表面狀態的測量；對自匣盒取出之第2片以後之被研磨物進行第2研磨處理，該第2研磨處理包含：(d)研磨開始前之被研磨物之表面狀態的測量、(e)以使被研磨物表面平坦化的研磨條件進行之被研磨物表面的連續複數段研磨、及(f)研磨完成後的被研磨物之表面狀態的測量；對自匣盒取出之第2片被研磨物的連續複數段之研磨中的至少1段研磨之研磨條件，係為以在對自匣盒取出之第1片被研磨物的第1研磨處理中所進行之被研磨物的表面狀態之測量結果為依據而修正之研磨條件；對自匣盒取出之第3片以後之被研磨物的連續複數段之研磨中的至少1段研磨之研磨條件，係為以在對瞬前之被研磨物的第2研磨處理中所進行之被研磨物的表面狀態之測量結果為依據而修正之研磨條件。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之研磨方法，其中，係以上述第2研磨處理中之(f)研磨完成後的被研磨物之表面狀態的測量之測量結果為依據，來決定是否將被研磨物表面進行追加研磨，並以進行過追加研磨之被研磨物的片數或追加研磨率為依據，來決定要對被研磨物進行上述第1研磨處理與上述第2研磨處理的哪一個處理。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之研磨方法，其中，上述第1研磨處理及上述第2研磨處理之複數段研磨，係將被研磨物推壓至具研磨面之研磨墊且使其相對移動而進行。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之研磨方法，其中，依據上述研磨墊之消耗度及/或上述研磨墊之上述研磨面上之溫度，設定上述第1研磨處理及上述第2研磨處理之研磨條件。
  5. 一種研磨裝置，係具備：匣盒，係保管複數個被研磨物；研磨部，係對從上述匣盒取出之被研磨物之表面進行使該表面平坦化的複數段之研磨；測量部，係測量被研磨物之表面狀態；及控制部，係控制上述研磨部及上述測量部；其中，上述控制部係控制上述研磨部及上述測量部，以對於從匣盒取出之第1片被研磨物進行第1研磨處理；該第1研磨處理包含：(a)研磨開始前之被研磨物之表面狀態的測量、(b)在以預先設定之使被研磨物表面平坦 化的研磨條件進行之複數段研磨與各段研磨間的被研磨物之表面狀態的測量、及(c)研磨完成後的被研磨物之表面狀態的測量；上述控制部係控制上述研磨部及上述測量部，以對於從匣盒取出之第2片以後的被研磨物進行第2研磨處理，該第2研磨處理包含：(d)研磨開始前之被研磨物之表面狀態的測量、(e)以使被研磨物表面平坦化的研磨條件進行之被研磨物表面的連續複數段研磨、及(f)研磨完成後的被研磨物之表面狀態的測量；對自匣盒取出之第2片被研磨物的連續複數段之研磨中的至少1段研磨之研磨條件，係為以在對自匣盒取出之第1片被研磨物的第1研磨處理中所進行之被研磨物的表面狀態之測量結果為依據而修正之研磨條件；對自匣盒取出之第3片以後之被研磨物的連續複數段之研磨中的至少1段研磨之研磨條件，係為以在對瞬前之被研磨物的第2研磨處理中所進行之被研磨物的表面狀態之測量結果為依據而修正之研磨條件。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之研磨裝置，其中，上述控制部係具有記錄部，該記錄部係用以儲存上述測量部所測量之被研磨物之表面狀態之測量結果。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之研磨裝置，其中，上述控制部係參照保管複數個被研磨物之匣盒所設之記錄該被研磨物相關之資訊之記錄媒體，並核對該被研磨物表面之資訊是否儲存於上述記錄部。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之研磨裝置，其中，上述控制部係依據由上述測量部在上述被研磨物表面之任意複數個點之測量結果來調整研磨條件之研磨率。
  9. 一種研磨裝置用控制程式，係用以控制依序重複自保管複數個被研磨物之匣盒取出被研磨物，且在對被研磨物表面進行複數段之研磨而使該表面平坦化後，使研磨後的被研磨物返回匣盒之操作的研磨裝置者，其中：對自匣盒取出之第1片被研磨物執行第1研磨處理，該第1研磨處理包含：(a)研磨開始前之被研磨物之表面狀態的測量、(b)在以預先設定之使被研磨物表面平坦化的研磨條件進行之複數段研磨與各段研磨間的被研磨物之表面狀態的測量、及(c)研磨完成後的被研磨物之表面狀態的測量；對自匣盒取出之第2片以後之被研磨物執行第2研磨處理，該第2研磨處理包含：(d)研磨開始前之被研磨物之表面狀態的測量、(e)以使被研磨物表面平坦化的研磨條件進行之被研磨物表面的連續複數段研磨、及(f)研磨完成後的被研磨物之表面狀態的測量；對自匣盒取出之第2片被研磨物的連續複數段之研磨中的至少1段研磨之研磨條件，係為以在對自匣盒取出之第1片被研磨物的第1研磨處理中所進行之被研磨物的表面狀態之測量結果為依據而修正之研磨條件；對自匣盒取出之第3片以後之被研磨物的連續複數段之研磨中的至少1段研磨之研磨條件，係為以在對瞬 前之被研磨物的第2研磨處理中所進行之被研磨物的表面狀態之測量結果為依據而修正之研磨條件。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之研磨裝置用控制程式，其中，係以上述第2研磨處理中之(f)研磨完成後的被研磨物之表面狀態的測量之測量結果為依據，來決定是否將被研磨物表面進行追加研磨，並以進行過追加研磨之被研磨物的片數或追加研磨率為依據，來執行使研磨條件從上述第2研磨處理變更為上述第1研磨處理的程序。
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