研磨装置和研磨方法与流程

本发明涉及对晶片等基板进行研磨的研磨装置和研磨方法。

背景技术：

近年来，伴随着半导体器件的高集成化/高密度化，电路的布线越来越微细化，多层布线的层数也增加。如果要想实现电路的微细化的同时实现多层布线，则阶梯差沿着下侧的层的表面凹凸而变大，因此随着布线层数的增加，薄膜形成中的相对于阶梯差形状的膜覆盖性(阶梯覆盖)变差。因此，为了进行多层布线，必须改善该阶梯覆盖，应当在过程中进行平坦化处理。并且，由于在光刻的微细化的同时焦点深度变浅，因此需要对半导体器件表面进行平坦化处理，以使得半导体器件的表面的凹凸阶梯差收敛在焦点深度以下。

因此，在半导体器件的制造工序中，半导体器件表面的平坦化技术越来越重要。该平坦化技术中的最重要的技术是化学机械研磨(chemicalmechanicalpolishing)。在该化学机械研磨(以下，称为cmp)中，将包含二氧化硅(sio2)等磨粒在内的研磨液供给到研磨垫上并且使晶片等基板与研磨面滑动接触而进行研磨。

用于进行cmp的研磨装置具有：对具有研磨面的研磨垫进行支承的研磨台；以及用于对晶片进行保持的被称为顶环或者研磨头等的基板保持部。在使用这样的研磨装置来进行晶片的研磨的情况下，通过顶环对晶片进行保持，并且以规定的压力将该晶片按压于研磨面。通过进一步使研磨台和顶环相对运动而使晶片与研磨面滑动接触，而将晶片的表面研磨成平坦且镜面。

在这样的研磨装置中，当研磨中的晶片与研磨垫的研磨面之间的相对的按压力在晶片的整个面上不均匀的情况下，根据施加给晶片的各部分的按压力会产生研磨不足、过度研磨。为了使对晶片的按压力均匀化，而在顶环的下部设置有由弹性膜(膜片)形成的压力室，通过向该压力室供给空气等气体，从而通过气体的压力经由膜片而将晶片按压于研磨垫的研磨面并进行研磨。

在研磨工序结束后，使研磨面上的晶片真空吸附于顶环，使顶环与晶片一同上升，然后移动到搬送台的上方位置，并使晶片从膜片脱离。关于晶片的脱离，一边向压力室供给气体，一边向晶片与膜片之间的间隙喷射释放喷液。

专利文献1：日本特开2014-11432号公报

在使晶片从膜片脱离时，有时由于膜片的劣化而会引起膜片大幅伸长。当膜片过度伸长时，有时释放喷液无法到达晶片与膜片的接触部位，而使晶片无法从膜片脱离。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供如下的研磨装置和研磨方法：在基板脱离动作失败的情况下，执行使基板脱离动作再次执行的重试动作，还能够使用户了解重试动作的频率或倾向。

用于解决课题的手段

为了达成上述的目的，本发明的一个方式提供一种研磨装置，其特征在于，具有：研磨台，该研磨台用于支承研磨垫；基板保持部，该基板保持部具有由弹性膜构成的基板保持面和压力室，由该基板保持面对基板进行保持并通过所述压力室内的压力将所述基板按压于所述研磨垫；流体喷射系统，为了使所述基板从所述基板保持面脱离，该流体喷射系统向所述基板与所述弹性膜之间的间隙喷射流体；动作控制部，在所述基板的脱离失败的情况下，该动作控制部使所述流体喷射系统执行再次喷射所述流体的重试动作；以及监视装置，该监视装置存储所述重试动作的历史信息。

本发明的优选的方式的特征在于，所述监视装置具有显示所述历史信息的显示器。

本发明的优选的方式的特征在于，该研磨装置还具有：搬送台，该搬送台能够承接从所述基板保持面脱离的所述基板；以及基板检测传感器，该基板检测传感器配置于所述搬送台上。

本发明的优选的方式的特征在于，所述历史信息包含对所述基板进行的所述重试动作的次数。

本发明的优选的方式的特征在于，所述历史信息还包含进行了所述重试动作的所述基板的识别号和所述流体的喷射的设定时间。

本发明的优选的方式的特征在于，在对所述基板进行的所述重试动作的次数为阈值以上的情况下，所述监视装置存储所述重试动作的历史信息。

本发明的其他方式提供一种研磨方法，其特征在于，使支承研磨垫的研磨台旋转，通过由弹性膜构成的基板保持面对基板进行保持，通过由所述弹性膜构成的压力室内的压力将所述基板按压于所述研磨垫而研磨该基板，为了使研磨后的所述基板从所述基板保持面脱离，而向所述基板与所述弹性膜之间的间隙喷射流体，在所述基板的脱离失败的情况下，执行再次喷射所述流体的重试动作，存储所述重试动作的历史信息。

本发明的优选的方式的特征在于，该研磨方法还包含显示所述历史信息的工序。

本发明的优选的方式的特征在于，所述历史信息包含对所述基板进行的所述重试动作的次数。

本发明的优选的方式的特征在于，所述历史信息还包含进行了所述重试动作的所述基板的识别号和所述流体的喷射的设定时间。

本发明的优选的方式的特征在于，在对于所述基板进行的所述重试动作的次数为阈值以上的情况下，存储所述重试动作的历史信息。

发明效果

根据本发明，由于重试动作的历史信息被存储于监视装置，因此用户能够根据所存储的历史信息来了解重试动作的频率或倾向。此外，用户能够根据重试动作的频率或倾向而适当地判断膜片的更换时期。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的研磨装置的整体结构的概略图。

图2是对作为研磨对象物的晶片进行保持且将其向研磨台上的研磨垫按压的顶环的示意性的剖视图。

图3是表示移动到搬送台的上方位置的顶环的图。

图4是用于说明晶片脱离动作的流程图。

图5是监视重试动作的流程图。

符号说明

1基板保持部(顶环)

2顶环主体

3挡圈

4弹性膜(膜片)

4a间隔壁

4b基板保持面

4h孔

5中心室

6波纹室

7外室

8边缘室

9挡圈加压室

10研磨台

10a台轴

20研磨垫

20a研磨面

30加压流体供给源

31、87真空源

35气水分离槽

50控制系统

51动作控制部

52监视装置

53输入装置

54显示器

55存储装置

62研磨液供给喷嘴

65顶环轴

66旋转筒

67同步带轮

68顶环马达

69同步带

70同步带轮

80顶环头部轴

81上下运动机构

82转动接头

83轴承

84桥部件

85支承台

86支柱

88滚珠丝杠

88a丝杠轴

88b螺母

90伺服马达

92搬送台

93流体喷射系统

95流体

96晶片检测传感器(基板检测传感器)

具体实施方式

以下，关于本发明的实施方式，参照附图进行详细说明。图1是表示本发明的一个实施方式的研磨装置的整体结构的概略图。如图1所示，研磨装置具有：研磨台10；以及顶环(基板保持部)1，该顶环(基板保持部)1对作为研磨对象物的晶片等基板进行保持且将晶片向研磨台10上的研磨垫20按压。

研磨台10经由台轴10a与配置于其下方的马达(未图示)连结，能够绕该台轴10a旋转。在研磨台10的上表面粘贴有研磨垫20，研磨垫20的表面20a构成研磨晶片w的研磨面。在研磨台10的上方设置有研磨液供给喷嘴62，通过该研磨液供给喷嘴62向研磨台10上的研磨垫20上供给研磨液q。

顶环1基本上由顶环主体2和挡圈3构成，该顶环主体2向研磨面20a按压晶片w，该挡圈3对晶片w进行保持，以使晶片w不会从顶环1飞出。

顶环1与顶环轴65连接，该顶环轴65经由上下运动机构81而相对于顶环头部64上下运动。通过该顶环轴65的上下运动而使顶环1整体相对于顶环头部64升降并进行定位。在顶环轴65的上端安装有转动接头82。

使顶环轴65和顶环1上下运动的上下运动机构81具有：桥部件84，该桥部件84经由轴承83将顶环轴65支承为能够旋转；滚珠丝杠88，该滚珠丝杠88被安装于桥部件84；支承台85，该支承台85被支柱86支承；以及伺服马达90，该伺服马达90被设置在支承台85上。支承伺服马达90的支承台85经由支柱86而被固定于顶环头部64。

滚珠丝杠88具有与伺服马达90连结的丝杠轴88a以及与该丝杠轴88a螺合的螺母88b。顶环轴65与桥部件84一体地上下运动。因此，当对伺服马达90进行驱动时，桥部件84经由滚珠丝杠88而上下运动，由此顶环轴65和顶环1上下运动。

并且，顶环轴65经由键(未图示)而与旋转筒66连结。该旋转筒66在其外周部具有同步带轮67。在顶环头部64固定有顶环马达68，上述同步带轮67经由同步带69与设置于顶环马达68的同步带轮70连接。因此，通过使顶环马达68旋转驱动，从而借助同步带轮70、同步带69以及同步带轮67使旋转筒66和顶环轴65一体旋转，使顶环1旋转。顶环头部64由顶环头部轴80支承，该顶环头部轴80以能够旋转的方式支承于框体(未图示)。研磨装置具有动作控制部51，该动作控制部51对以顶环马达68、伺服马达90为代表的装置内的各设备进行控制。

顶环1能够在其下表面保持晶片w。顶环头部64构成为能够以顶环头部轴80为中心回转，通过顶环头部64的回转而使在下表面保持着晶片w的顶环1从晶片w的接受位置向研磨台10的上方移动。晶片w的研磨像下述那样进行。使顶环1和研磨台10分别旋转，从设置于研磨台10的上方的研磨液供给喷嘴62向研磨垫20上供给研磨液q。在该状态下，使顶环1下降而将晶片w按压于研磨垫20的研磨面20a。晶片w与研磨垫20的研磨面20a滑动接触，由此研磨晶片w的表面。

接着，对本发明的研磨装置中的顶环进行说明。图2是对作为研磨对象物的晶片w进行保持并将其向研磨台10上的研磨垫20按压的顶环1的示意性的剖视图。在图2中仅图示构成顶环1的主要结构要素。

如图2所示，顶环1基本上由膜片(弹性膜)4、顶环主体(也称为载体)2以及挡圈3构成，该膜片4向研磨垫20按压晶片w，顶环主体(也称为载体)2对膜片4进行保持，该挡圈3直接按压研磨垫20。顶环主体2由大致圆盘状的部件构成，挡圈3安装于顶环主体2的外周部。顶环主体2由工程塑料(例如，peek)等树脂形成。在顶环主体2的下表面上安装有与晶片w的背面抵接的膜片4。膜片4由乙丙橡胶(epdm)、聚氨酯橡胶、硅橡胶等强度和耐久性优异的橡胶材料形成。

膜片4具有同心状的多个间隔壁4a，通过这些间隔壁4a而在膜片4的上表面与顶环主体2的下表面之间形成有多个压力室(即圆形状的中心室5、环状的波纹室6、环状的外室7以及环状的边缘室8)。在顶环主体2的中心部形成有中心室5，从中心朝向外周方向依次地呈同心状形成有波纹室6、外室7以及边缘室8。

晶片w保持于由膜片4构成的基板保持面4b。膜片4在与波纹室6对应的位置上具有用于吸附晶片的多个孔4h。在本实施例中，孔4h设置于波纹室6的位置，但也可以设置于波纹室6以外的位置。在顶环主体2内分别形成有与中心室5连通的流路11、与波纹室6连通的流路12、与外室7连通的流路13以及与边缘室8连通的流路14。并且，流路11、13、14经由转动接头82分别与流路21、23、24连接。并且，流路21、23、24分别经由阀v1-1、v3-1、v4-1和压力调节器r1、r3、r4与加压气体供给源30连接。并且，流路21、23、24能够分别经由阀v1-2、v3-2、v4-2与真空源31连接，并且经由阀v1-3、v3-3、v4-3与大气连通。

与波纹室6连通的流路12经由转动接头82与流路22连接。并且，流路22经由气水分离槽35、阀v2-1和压力调节器r2与加压气体供给源30连接。并且，流路22能够经由气水分离槽35和阀v2-2与真空源87连接，并且经由阀v2-3与大气连通。

在挡圈3的正上方配置有由弹性膜形成的环状的挡圈加压室9，挡圈加压室9经由形成在顶环主体2内的流路15和转动接头82而与流路26连接。并且，流路26经由阀v5-1和压力调节器r5而与加压气体供给源30连接。并且，流路26能够经由阀v5-2与真空源31连接，并且经由阀v5-3与大气连通。压力调节器r1、r2、r3、r4、r5分别具有对从加压气体供给源30供给到中心室5、波纹室6、外室7、边缘室8以及挡圈加压室9的气体(空气或者氮气等)的压力进行调整的压力调整功能。压力调节器r1、r2、r3、r4、r5和各阀v1-1～v1-3、v2-1～v2-3、v3-1～v3-3、v4-1～v4-3、v5-1～v5-3与动作控制部51(参照图1)连接，而对它们的动作进行控制。并且，在流路21、22、23、24、26分别设置有压力传感器p1、p2、p3、p4、p5和流量传感器f1、f2、f3、f4、f5。

通过由膜片4构成的多个压力室5、6、7、8内的压力将晶片w按压于研磨垫20，由此研磨晶片w的表面。多个压力室(即中心室5、波纹室6、外室7、边缘室8以及挡圈加压室9)内的压力由压力传感器p1、p2、p3、p4、p5分别测定，供给到中心室5、波纹室6、外室7、边缘室8以及挡圈加压室9的加压气体的流量由流量传感器f1、f2、f3、f4、f5分别测定。

在像图2所示那样构成的顶环1中，如上所述，在顶环主体2的中心部形成有中心室5，从中心朝向外周方向依次地呈同心状形成有波纹室6、外室7以及边缘室8，能够通过加压气体供给源30和压力调节器r1、r2、r3、r4、r5分别独立地调整向这些中心室5、波纹室6、外室7、边缘室8以及挡圈加压室9供给的气体的压力。通过这样的构造，能够按照每个晶片的区域来调整将晶片w按压于研磨垫20的按压力，并且能够调整挡圈3按压研磨垫20的按压力。

接着，关于像图1和图2所示那样构成的研磨装置所进行的一系列的研磨处理工序进行说明。

顶环1在基板交接位置接收晶片w，通过真空吸附进行保持。晶片w的真空吸附是通过由真空源87在多个孔4h内形成真空而进行的。保持着晶片w的顶环1下降到预先设定的顶环1的研磨设定位置。在该研磨设定位置上，挡圈3与研磨垫20的研磨面20a接触，但在研磨前，由于顶环1对晶片w进行保持，因此在晶片w的下表面(被研磨面)与研磨垫20的研磨面20a之间具有微小的间隙(例如，约1mm)。此时，研磨台10和顶环1都被旋转驱动。在该状态下，使位于晶片w的背面侧的膜片4鼓起，使晶片w的下表面与研磨垫20的研磨面20a抵接，使研磨垫20和晶片w相对运动，由此研磨晶片w的表面。

在晶片w的研磨结束之后，研磨垫20上的晶片w通过真空吸引而被保持于膜片4的基板保持面4b，通过顶环1而被移动到搬送台92(后述)的上方位置。并且，晶片w从顶环1脱离到搬送台92上。

图3是表示移动到搬送台92的上方位置的顶环1的图。搬送台92与研磨台10相邻地配置。在使晶片w脱离时，向压力室5、6、7、8供给氮气(n2)等气体，使膜片4鼓起。搬送台92构成为能够承接从顶环1脱离的晶片w。

如图3所示，研磨装置具有流体喷射系统93，该流体喷射系统93为了使晶片w从膜片4的基板保持面4b脱离，而向晶片w与膜片4之间的间隙喷射流体95。该流体喷射系统93具有：喷射流体95的释放喷嘴93a；与释放喷嘴93a连接的流体供给管路93b；安装于流体供给管路93b的释放阀93c；以及对释放阀93c的动作进行控制的阀控制部93d。也可以设置多个释放喷嘴93a。流体95例如是由纯水等液体和氮气(n2)等气体组成的混合流体。流体95从释放喷嘴93a被喷射到晶片w与膜片4之间的间隙，使晶片w从顶环1脱离。

在搬送台92的上表面配置有能够检测晶片的多个晶片检测传感器(基板检测传感器)96。也可以仅设置1个晶片检测传感器，但为了提高晶片检测精度，优选设置多个晶片检测传感器。在本实施方式中，设置有3个晶片检测传感器96。作为晶片检测传感器96，可以使用各种类型的传感器。例如，晶片检测传感器96可以是接触型传感器、或者也可以是非接触型传感器。

控制系统50具有对研磨装置的各结构要素的动作进行控制的动作控制部51。动作控制部51例如是可编程逻辑控制器(plc)。动作控制部51与以顶环马达68和伺服马达90为代表的装置内的各设备连接。动作控制部51还与压力调节器r1、r2、r3、r4、r5和各阀v1-1～v1-3、v2-1～v2-3、v3-1～v3-3、v4-1～v4-3、v5-1～v5-3连接。

晶片检测传感器96与动作控制部51连接。动作控制部51还与流体喷射系统93的阀控制部93d连接，流体喷射系统93的动作由动作控制部51控制。

当晶片w从顶环1脱离时，晶片w由搬送台92承接。当晶片检测传感器96对搬送台92上的晶片w进行检测时，晶片检测传感器96将晶片检测信号发送给动作控制部51。该晶片检测信号(或者基板检测信号)是表示在搬送台92上存在晶片w的信号。当动作控制部51接受该晶片检测信号时，动作控制部51使搬送台92移动。

如上所述，有时由于膜片4的劣化而引起膜片4大幅伸长。结果为，流体95的喷流有时无法使晶片w从膜片4脱离。因此，动作控制部51构成为在晶片w的脱离失败的情况下，使流体喷射系统93执行再次喷射流体95的重试动作。

控制系统50具有监视重试动作的监视装置52。监视装置52与动作控制部51连接。监视装置52也可以配置在与动作控制部51分离的部位。例如，监视装置52也可以经由有线通信、无线通信、或者网络而与动作控制部51连接。作为监视装置52，也可以使用通用个人计算机。

监视装置52具有：输入装置53，该输入装置53用于输入与研磨装置的结构要素的动作、特别是流体喷射系统93的动作相关的各种设定值；存储装置55，该存储装置55存储流体喷射系统93的重试动作的历史信息；以及显示器54，该显示器54显示存储于存储装置55中的历史信息。上述的各种设定值包含流体喷射系统93的流体喷射的设定时间、重试动作的次数的上限值。经由输入装置53而输入监视装置52的设定值被发送给动作控制部51。动作控制部51根据设定值使流体喷射系统93进行动作。

图4是用于说明晶片脱离动作的流程图。在膜片4鼓起的状态下，流体喷射系统93开始进行流体95向晶片w与膜片4之间的间隙的喷射(步骤1)。流体喷射系统93的流体喷射在设定时间的期间内进行(步骤2)。该设定时间由用户任意地决定，经由输入装置53被输入监视装置52。例如，流体喷射的设定时间是5秒～10秒。

在经过了设定时间之后，动作控制部51判断晶片检测传感器96是否检测到晶片w(步骤3)。当晶片检测传感器96检测到晶片w时，晶片检测信号被发送给动作控制部51。因此，动作控制部51接收到晶片检测信号意味着完成了晶片w的脱离。在晶片w的脱离失败的情况下，即在进行了上述设定时间的流体喷射且晶片检测传感器96未检测到晶片w的情况下，动作控制部51使流体喷射系统93执行再次喷射流体95的重试动作。

在即使进行重试动作晶片w还未脱离的情况下，重复进行重试动作。动作控制部51构成为计数对晶片w进行的重试动作的次数。经由输入装置53向监视装置52输入重试动作的次数的上限值。该上限值由用户任意决定。上限值也可以是1。在该情况下，重试动作仅进行1次。也可以在重试动作的次数达到上限值且晶片检测传感器96未检测到晶片w的情况下，动作控制部51发出警报信号。

图5是监视重试动作的流程图。当晶片w的脱离完成时(步骤1)，动作控制部51判断重试动作的次数是否为阈值以上(步骤2)。该阈值由用户任意决定。在一个实施方式中，阈值是1。阈值经由输入装置53被输入到监视装置52，进一步被发送给动作控制部51。在重试动作的次数为阈值以上的情况下，动作控制部51向监视装置52发送与重试动作相关的重试数据(步骤3)。该重试数据至少包含晶片w的识别号、对该晶片w进行的重试动作的次数以及流体喷射的设定时间。晶片w的识别号是指为了特定晶片w而分配给该晶片w的编号。

当监视装置52接受重试数据时，监视装置52创建重试动作的历史信息(步骤4)，由存储装置55存储重试动作的历史信息。重试动作的历史信息至少包含对晶片w进行的重试动作的次数。重试动作的历史信息还可以包含晶片w的识别号和流体喷射的设定时间。监视装置52的显示器54显示重试动作的历史信息(步骤5)。

在步骤2中，在重试动作的次数小于阈值的情况下，动作控制部51不将重试数据发送给监视装置52。在该情况下，未创建重试动作的历史信息，不存储于存储装置55。

显示在显示器54上的重试动作的历史信息的一例如下所述。

“c1w01；retry＝1；releasetime＝10.0[s]”

这里，“c1w01”表示晶片w的识别号，“retry＝1”表示由流体喷射系统93执行的重试动作的次数是1次，“releasetime＝10.0[s]”表示流体喷射系统93的流体喷射的设定时间是10.0秒。

由于重试动作的历史信息被存储于监视装置52的存储装置55，因此能够简单地合计重试动作的次数和流体喷射的时间。用户能够根据存储在存储装置55中的重试动作的历史信息而了解重试动作的频率、倾向。因此，用户能够适当地判断膜片4的更换时期。动作控制部51也可以在重试动作的次数为阈值以上的情况下自动地进行异常通告。

上述的实施方式的记载目的为使本领域的技术人员能够实施本发明。本领域的技术人员当然能够实施上述实施方式的各种变形例，本发明的技术的思想也能够应用于其他的实施方式。因此，本发明不限于所记载的实施方式，能够解释为基于权利要求的范围所定义的技术思想的最大范围。