研磨裝置的制造方法
【專利說明】研磨裝置
[0001]本發(fā)明為下述申請的分案申請，原申請信息如下:
[0002]申請日:2011年9月8日
[0003]申請?zhí)?201110324900.8
[0004]發(fā)明名稱:研磨裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0005]本發(fā)明涉及對晶片等基板進(jìn)行研磨的研磨裝置，特別涉及具備診斷研磨墊或修整器的狀態(tài)并確定其壽命的功能的研磨裝置。
【背景技術(shù)】
[0006]在半導(dǎo)體設(shè)備的制造工序中，基板表面的平坦化是非常重要的工序。表面的平坦化中所使用的代表性的技術(shù)為化學(xué)機(jī)械研磨(CMP，Chemical Mechanical Polishing:化學(xué)機(jī)械研磨)。在該化學(xué)機(jī)械研磨中，邊向研磨墊的研磨面上供給包含二氧化娃(Si02)等磨粒的研磨液，邊使基板與研磨面滑動接觸來對基板的表面進(jìn)行研磨。
[0007]使用CMP裝置進(jìn)行該化學(xué)機(jī)械研磨。CMP裝置具備在上表面貼附有研磨墊的研磨工作臺、和保持基板的頂環(huán)(top ring)。在基板的研磨中，使研磨工作臺和頂環(huán)分別圍繞其軸心旋轉(zhuǎn)，邊用頂環(huán)將基板推壓到研磨墊的研磨面上，邊使基板和研磨墊滑動接觸。將研磨液供給到研磨墊的研磨面上，在基板和研磨墊之間存在研磨液的狀態(tài)下，基板被研磨。利用堿的化學(xué)性研磨作用和磨粒的機(jī)械研磨作用的復(fù)合作用，基板的表面被平坦化。
[0008]在進(jìn)行基板的研磨時，磨粒或研磨肩付著在研磨墊的研磨面上，研磨性能下降。所以，為了使研磨墊的研磨面再生，用修整器進(jìn)行墊修整。修整器具有固定在其下表面的金剛石顆粒等的硬質(zhì)磨粒，通過用該修整器切削研磨墊的研磨面，使研磨墊的研磨面再生。
[0009]研磨墊由于通過墊修整而緩緩損耗。如果研磨墊損耗，則不能發(fā)揮理想的研磨性能，所以需要定期更換研磨墊。以往，一般根據(jù)已研磨的基板的枚數(shù)來確定研磨墊的更換。然而，已研磨的基板的枚數(shù)不一定能夠正確地反映研磨墊的壽命。因此，為了維持研磨性能，必須在應(yīng)有的壽命之前更換研磨墊。另外，這種頻繁的研磨墊的更換使CMP裝置的工作效率下降。
[0010]因此，為了避免研磨墊的頻繁更換，已開發(fā)出一種對研磨墊的表面位置(墊高度)進(jìn)行測量，根據(jù)該測量值來監(jiān)視研磨墊的損耗的研磨裝置(例如，參照日本國特開2002 -355748號公報)。根據(jù)這種研磨裝置，能夠根據(jù)測量到的研磨墊的表面位置，也就是研磨墊的損耗量，能夠判斷研磨墊的壽命。
[0011]然而，研磨墊的厚度和研磨墊的表面上所形成的槽的深度每個研磨墊都不同。因此，難以根據(jù)研磨墊的表面位置正確地確定研磨墊的壽命。
[0012]另外，修整器的磨粒也因墊修整而緩緩損耗。修整器的修整性能下降導(dǎo)致研磨墊的研磨性能下降，所以與研磨墊相同，也需要定期更換修整器。從而，研磨墊和修整器是研磨裝置的消耗品，近來，盡可能地削減這些消耗品的成本的要求增多。為了實(shí)現(xiàn)消耗品的成本削減，要求正確地確定研磨墊和修整器的更換時間，也就是它們的壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明是鑒于這種情況而完成，其第一目的在于提供一種研磨裝置，能夠正確地確定研磨墊的壽命，并能夠減少研磨墊的更換頻率。
[0014]另外，本發(fā)明的第二目的在于提供一種研磨裝置，能夠正確地確定修整器的壽命，并能夠減少修整器的更換頻率。
[0015]為了實(shí)現(xiàn)上述第一目的，本發(fā)明的第一方式是一種研磨裝置，其特征在于，具備:支撐研磨墊的研磨工作臺；將基板按壓在上述研磨墊的研磨面上的頂環(huán)；使上述研磨工作臺圍繞其軸心旋轉(zhuǎn)的工作臺旋轉(zhuǎn)電動機(jī)；使上述頂環(huán)圍繞其軸心旋轉(zhuǎn)的頂環(huán)旋轉(zhuǎn)電動機(jī)；對上述研磨墊的上述研磨面進(jìn)行修整的修整器；測量上述研磨墊的高度的墊高測量器；和診斷部，其監(jiān)視上述研磨墊的高度、上述工作臺旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩或電流、和上述頂環(huán)旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩或電流，上述診斷部根據(jù)上述研磨墊的高度計算上述研磨墊的損耗量，并根據(jù)上述研磨墊的損耗量、上述工作臺旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩或電流、和上述頂環(huán)旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩或電流，診斷上述研磨墊的上述研磨面的狀態(tài)。
[0016]為了實(shí)現(xiàn)上述第二目的，本發(fā)明的第二方式是一種研磨裝置，其特征在于，具備:支撐研磨墊的研磨工作臺；將基板按壓在上述研磨墊的研磨面上的頂環(huán)；使上述研磨工作臺圍繞其軸心旋轉(zhuǎn)的工作臺旋轉(zhuǎn)電動機(jī)；使上述頂環(huán)圍繞其軸心旋轉(zhuǎn)的頂環(huán)旋轉(zhuǎn)電動機(jī)；對上述研磨墊的上述研磨面進(jìn)行修整的修整器；測量上述研磨墊的高度的墊高測量器；和診斷部，監(jiān)視上述研磨墊的高度、上述工作臺旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩或電流、和上述頂環(huán)旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩或電流，上述診斷部根據(jù)上述研磨墊的高度計算上述研磨墊的損耗量，并根據(jù)上述研磨墊的損耗量和每一規(guī)定的研磨基板枚數(shù)的總修整時間，計算上述研磨墊的削減率，進(jìn)而根據(jù)上述研磨墊的削減率、上述工作臺旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩或電流、和上述頂環(huán)旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩或電流，診斷上述修整器的修整面的狀態(tài)。
[0017]在研磨墊損耗，其研磨性能下降時，如下文所述，在基板的研磨中，在使研磨工作臺旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)電流(轉(zhuǎn)矩)和使頂環(huán)旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)電流(轉(zhuǎn)矩)中出現(xiàn)特性變化。根據(jù)上述本發(fā)明的第一方式，在研磨墊的損耗量的基礎(chǔ)上，還能根據(jù)使研磨工作臺旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)電流和使頂環(huán)旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)電流，診斷研磨墊的研磨面的狀態(tài)，并根據(jù)該診斷結(jié)果，正確地確定研磨墊的壽命。
[0018]而且，修整器的修整性能下降時，與研磨墊損耗時相同，在基板的研磨中，在使研磨工作臺旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)電流(轉(zhuǎn)矩)和使頂環(huán)旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)電流(轉(zhuǎn)矩)中出現(xiàn)特性變化。根據(jù)上述本發(fā)明的第二方式，在研磨墊的削減率(每單位時間內(nèi)，由修整器對研磨墊的切削量)的基礎(chǔ)上，還能根據(jù)使研磨工作臺旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)電流和使頂環(huán)旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)電流，診斷修整器的修整面的狀態(tài)，并根據(jù)該診斷結(jié)果，正確地確定修整器的壽命。
【附圖說明】
[0019]圖1是表示本發(fā)明一實(shí)施方式中的研磨裝置的模式圖。
[0020]圖2是表示由位移傳感器測量到的研磨墊的高度的圖形。
[0021]圖3是表示研磨墊的損耗量和已研磨的基板枚數(shù)的關(guān)系的圖形。
[0022]圖4是表示研磨墊的損耗量和研磨墊的更換周期的圖形。
[0023]圖5是表示檢測使頂環(huán)和研磨工作臺旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)的電流的結(jié)構(gòu)的模式圖。
[0024]圖6A是表示研磨墊的損耗量在允許范圍內(nèi)時的頂環(huán)旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的電流和工作臺旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的電流的圖形。
[0025]圖6B是表示研磨墊的損耗量超過允許范圍內(nèi)時的頂環(huán)旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的電流和工作臺旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的電流的圖形。
[0026]圖7A是表示研磨墊的損耗量在允許范圍內(nèi)時的已研磨的基板的實(shí)際膜厚和預(yù)定的目標(biāo)膜厚的差異的圖形。
[0027]圖7B是表示研磨墊的損耗量超過允許范圍內(nèi)時的已研磨的基板的實(shí)際膜厚和預(yù)定的目標(biāo)膜厚的差異的圖形。
[0028]圖8是表示確定研磨墊的壽命的方法的流程圖。
[0029]圖9是表示研磨墊的高度和研磨墊的高度的移動平均值的變化的圖形。
[0030]圖10是說明研磨率的評價的流程圖。
[0031]圖11是表示研磨率的評價的其他例的流程圖。
[0032]圖12是表示研磨率的評價的另一其他例的流程圖。
[0033]圖13是表示圖8所示的確定研磨墊壽命的方法的變形例的流程圖。
[0034]圖14是表示圖8所示的確定研磨墊壽命的方法的其他變形例的流程圖。
[0035]圖15是表示圖10所示的說明研磨率的評價的流程圖的變形例的流程圖。
[0036]圖16是表示確定修整器的壽命的方法的流程圖。
[0037]圖17是表示研磨墊的高度和削減率(cut rate)的變化的圖形。
[0038]圖18是表示圖16所示的確定修整器的壽命的方法的變形例的流程圖。
[0039]圖19是表示具備獨(dú)立地按壓基板的多個區(qū)域的多個氣囊的頂環(huán)的一例的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]圖1是表示本發(fā)明一實(shí)施方式中的研磨裝置的模式圖。如圖1所示，研磨裝置具備研磨工作臺12、連接在支軸14的上端的頂環(huán)擺臂16、安裝在頂環(huán)擺臂16的自由端上的頂環(huán)軸18、連接在頂環(huán)軸18的下端的大致圓盤狀的頂環(huán)20、以及處理各種數(shù)據(jù)的診斷部47。雖然圖未示，但診斷部47具有存儲數(shù)據(jù)的存儲部、處理該數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理部。雖然在圖1中未圖示，但頂環(huán)軸18經(jīng)由同步傳送帶等連接裝置與頂環(huán)旋轉(zhuǎn)電動機(jī)連接并被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。通過該頂環(huán)軸18的旋轉(zhuǎn)，頂環(huán)20可沿箭頭所示方向圍繞頂環(huán)軸18旋轉(zhuǎn)。
[0041]研磨工作臺12經(jīng)由工作臺軸12a與配置在其下方的工作臺旋轉(zhuǎn)電動機(jī)70連接，通過該工作臺旋轉(zhuǎn)電動機(jī)70，研磨工作臺12圍繞工作臺軸12a沿箭頭方向被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。在該研磨工作臺12的上表面貼附有研磨墊22，研磨墊22的上表面22a構(gòu)成對半導(dǎo)體晶片等基板進(jìn)行研磨的研磨面。
[0042]頂環(huán)軸18通過上下運(yùn)動機(jī)構(gòu)24而相對于頂環(huán)擺臂16上下運(yùn)動，通過該頂環(huán)軸18的上下運(yùn)動，頂環(huán)20相對于頂環(huán)擺臂16上下運(yùn)動。并且，在頂環(huán)軸18的上端安裝有旋轉(zhuǎn)接頭25。
[0043]頂環(huán)20構(gòu)成為能夠在其下表面保持半導(dǎo)體晶片等基板。頂環(huán)擺臂16構(gòu)成為以支軸14為中心能夠旋轉(zhuǎn)，在下表面保持基板的頂環(huán)20通過頂環(huán)擺臂16的旋轉(zhuǎn)而從基板的接收位置向研磨工作臺12的上方移動。然后，使頂環(huán)20下降并將基板按壓在研磨墊22的上表面(研磨面)22a上。在基板的研磨中，分別使頂環(huán)20和研磨工作臺12旋轉(zhuǎn)，從設(shè)置在研磨工作臺12上方的研磨液供給噴嘴(未圖示)向研磨墊22上供給研磨液。從而，使基板與研磨墊22的研磨面22a滑動接觸，對基板的表面進(jìn)行研磨。
[0044]使頂環(huán)軸18和頂環(huán)20升降的升降機(jī)構(gòu)24具備經(jīng)由軸承26而可旋轉(zhuǎn)地支撐頂環(huán)軸18的橋28、安裝在橋28上的滾珠絲杠32、由支柱30支撐的支撐臺29、設(shè)置在支撐臺29上的AC伺服電動機(jī)38。支撐伺服電動機(jī)38的支撐臺29經(jīng)由支柱30與頂環(huán)擺臂16連接。
[0045]滾珠絲杠