研磨裝置以及研磨方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及對晶片等基板進(jìn)行研磨，使基板表面平坦化的研磨裝置以及研磨方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在半導(dǎo)體器件的制造工序中，對晶片表面上形成的膜的研磨過程中，通過對膜厚 信息進(jìn)行監(jiān)視，操縱施加于晶片背面各部的壓力，以控制殘存膜厚的分布。例如專利文獻(xiàn)1 和專利文獻(xiàn)2公開了這樣的技術(shù)。
[0003] 這樣的殘存膜厚分布的控制中，正確把握在晶片背面上施加的壓力的變化對研磨 速度的影響，具體地說，響應(yīng)的死區(qū)時間、響應(yīng)的延遲、過程增益（研磨速度與壓力之比）等 特性，根據(jù)該特性確定控制參數(shù)是很重要的。所謂控制參數(shù)，是指決定控制動作的條件值， 其中包含例如PID控制中的比例增益、積分增益、微分增益等。又，在模型預(yù)測控制中，控制 參數(shù)也包含預(yù)測用的模型內(nèi)的比例常數(shù)、響應(yīng)延遲等參數(shù)。向來，由于對一枚枚晶片產(chǎn)品的 使用上的限制和膜厚測定的困難，這些控制參數(shù)或使用過去根據(jù)經(jīng)驗確定的數(shù)值，或研磨 與產(chǎn)品晶片相同種類的樣品晶片推定控制參數(shù)的一部分。
[0004] 但是，即使是對多片晶片的背面施加相同的壓力，也因研磨墊（F )、保持環(huán) (y亍一于y ）等易耗材料的狀態(tài)和被研磨膜的材質(zhì)參差不齊等緣故，實際上也有晶 片間研磨速度（也稱為去除速率）不同的情況。而且，即使是對一枚晶片進(jìn)行研磨，也存在 由于表層的變質(zhì)（氧化等）、表面高低不平（凹凸等）的去除、或研磨后半程晶片溫度的上 升等原因，研磨過程中去除速率發(fā)生變化的情況。
[0005] 從而，用一定的控制參數(shù)進(jìn)行研磨控制時，各時刻的控制參數(shù)未必適合當(dāng)前的工 藝特性，有時候壓力變化等操縱量不合適，控制性能劣化。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)1 :日本特表2008 - 503356號公報
[0008] 專利文獻(xiàn)2 :國際公開2008/032753號說明書

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 發(fā)明所要解決的課題
[0010] 因此，本發(fā)明的目的在于，提供能夠與工藝特性的變化無關(guān)地實現(xiàn)良好的殘存膜 厚分布的控制的研磨裝置和研磨方法。
[0011] 用于解決課題的手段
[0012] 本發(fā)明的一種形態(tài)一種研磨裝置，其具備：支持研磨墊用的研磨臺；對所述基板 的背面的多個區(qū)域分別施加壓力，將所述基板的表面按壓在所述研磨墊上的頂環(huán)；
[0013] 取得隨著所述基板的膜的厚度變化的膜厚信號的膜厚傳感器；以及操縱所述壓力 的研磨控制部，所述研磨控制部，在所述基板的研磨過程中，計算所述基板的表面的多個區(qū) 域內(nèi)的殘存膜厚的指數(shù)，為了控制殘存膜厚的分布，根據(jù)所述指數(shù)對所述壓力進(jìn)行操縱，利 用所述基板的研磨過程中得到的研磨數(shù)據(jù)，對所述殘存膜厚的分布的控制中使用的控制參 數(shù)中的至少一個進(jìn)行更新。
[0014] 優(yōu)選的形態(tài)是，所述研磨控制部對在所述基板之后研磨的別的基板開始所述壓力 的操縱之前，對所述至少一個控制參數(shù)進(jìn)行更新。
[0015] 優(yōu)選的形態(tài)是，所述研磨控制部在所述基板的研磨過程中對所述至少一個控制參 數(shù)進(jìn)行更新。
[0016] 優(yōu)選的形態(tài)是，所述至少一個控制參數(shù)是模型預(yù)測控制的工藝模型中包含的控制 參數(shù)，所述研磨控制部對所述至少一個控制參數(shù)進(jìn)行更新，以使所述指數(shù)的預(yù)測值與實測 值的均方誤差為最小。
[0017] 優(yōu)選的形態(tài)是，所述至少一個控制參數(shù)是所述指數(shù)的變化速度與所述壓力之比。
[0018] 優(yōu)選的形態(tài)是，所述研磨控制部根據(jù)所述指數(shù)及所述壓力的值對所述至少一個控 制參數(shù)進(jìn)行更新。
[0019] 優(yōu)選的形態(tài)是，所述膜厚傳感器是渦流傳感器。
[0020] 優(yōu)選的形態(tài)是，所述膜厚傳感器是光學(xué)式傳感器。
[0021] 本發(fā)明的另一種形態(tài)是一種研磨方法，其使支持研磨墊的研磨臺旋轉(zhuǎn)，對基板的 背面的多個區(qū)域分別施加壓力，將所述基板的表面按壓在所述研磨墊上，對所述基板進(jìn)行 研磨，取得隨著所述基板的膜的厚度變化的膜厚信號，在所述基板的研磨過程中，計算所述 基板的表面的多個區(qū)域內(nèi)的殘存膜厚的指數(shù)，為了控制殘存膜厚的分布，根據(jù)所述指數(shù)對 所述壓力進(jìn)行操縱，利用所述基板的研磨過程中得到的研磨數(shù)據(jù)，對所述殘存膜厚的分布 的控制中使用的控制參數(shù)中的至少一個進(jìn)行更新。
[0022] 優(yōu)選的形態(tài)是，對在所述基板之后研磨的別的基板開始所述壓力的操縱之前，對 所述至少一個控制參數(shù)進(jìn)行更新。
[0023] 優(yōu)選的形態(tài)是，在所述基板的研磨過程中對所述至少一個控制參數(shù)進(jìn)行更新。
[0024] 優(yōu)選的形態(tài)是，所述至少一個控制參數(shù)是模型預(yù)測控制的工藝模型中包含的控制 參數(shù)，對所述至少一個控制參數(shù)進(jìn)行更新，以使所述指數(shù)的預(yù)測值與實測值的均方誤差為 最小。
[0025] 優(yōu)選的形態(tài)是，所述至少一個控制參數(shù)是所述指數(shù)的變化速度與所述壓力之比。
[0026] 優(yōu)選的形態(tài)是，根據(jù)所述指數(shù)及所述壓力的值對所述至少一個控制參數(shù)進(jìn)行更 新。
[0027] 發(fā)明效果
[0028] 如果采用本發(fā)明，能夠與易耗品的劣化造成的研磨特性的變化、一枚晶片在研磨 過程中研磨特性的變化無關(guān)地實現(xiàn)良好的殘存膜厚分布控制。又，即使是在研磨特性比較 穩(wěn)定的情況下，也能夠更正確地掌握研磨特性，提高控制性能。
【附圖說明】
[0029] 圖1是表示對作為基板之一例的晶片進(jìn)行研磨用的研磨裝置的示意圖。
[0030] 圖2是表示頂環(huán)的剖面圖。
[0031] 圖3是表示晶片的表面（被研磨面）被分為I個區(qū)域的例子的示意圖。
[0032] 圖4是表示模型預(yù)測控制的參照軌道的坐標(biāo)圖。
[0033] 圖5的（a)，（b)是表示首先用與實際狀態(tài)不同的預(yù)測模型的參數(shù)對一枚晶片進(jìn)行 研磨，用該研磨數(shù)據(jù)確定工藝模型，更新參數(shù)，將更新了的參數(shù)使用于其他晶片的研磨控制 的情況下的模擬結(jié)果的圖。
[0034] 圖6是表示利用在先的晶片的研磨數(shù)據(jù)，確定預(yù)測控制用模型的工序的流程圖。
[0035] 圖7是表示利用研磨過程中的晶片的研磨數(shù)據(jù)，確定預(yù)測控制用模型的工序的流 程圖。
[0036] 圖8的（a)，（b)是表示一邊進(jìn)行膜厚分布控制，一邊對氧化膜的無圖形晶片（7'' 7 y 7卜々X /、）進(jìn)行研磨時的結(jié)果的圖。
[0037] 圖9是表示晶片的研磨過程中，在預(yù)測控制用模型中將殘存膜指數(shù)的減少速度與 壓力之比維持于一定值的情況和改變該比的情況下的，研磨后的晶片的面內(nèi)膜厚范圍的結(jié) 果的坐標(biāo)圖。
【具體實施方式】
[0038] 下面參照附圖對本發(fā)明的實施形態(tài)進(jìn)行說明。
[0039] 圖1是表示作為基板之一例的晶片的研磨用的研磨裝置的示意圖。如圖1所示， 研磨裝置具備支持晶片W并使其旋轉(zhuǎn)的頂環(huán)（基板支持部）1、支持研磨墊2的研磨臺3、將 研磨液（漿液）提供給研磨墊2的研磨液供給噴嘴5、以及取得隨晶片W的厚度而改變的膜 厚信號的膜厚傳感器7。研磨墊2的上表面構(gòu)成對晶片W進(jìn)行研磨的研磨面2a。
[0040] 頂環(huán)1連結(jié)于頂環(huán)軸10的下端。頂環(huán)軸10的上端連結(jié)于頂環(huán)臂16內(nèi)設(shè)置的旋 轉(zhuǎn)裝置。該旋轉(zhuǎn)裝置構(gòu)成為通過頂環(huán)軸10使頂環(huán)1向箭頭所示方向旋轉(zhuǎn)。頂環(huán)1構(gòu)成為 能夠利用真空吸附將晶片W支持于其下表面。膜厚傳感器7設(shè)置于研磨臺3內(nèi)，與研磨臺 3 -起旋轉(zhuǎn)。膜厚傳感器7構(gòu)成為研磨臺3每旋轉(zhuǎn)一次都取得包含晶片W的中心部的多個 區(qū)域的膜厚信號。作為膜厚傳感器7的例子，有光學(xué)式傳感器和渦流傳感器。
[0041] 晶片W如下所述研磨。頂環(huán)1和研磨臺3如箭頭所示，向相同方向旋轉(zhuǎn)，從研磨液 供給噴嘴5向研磨墊2上提供研磨液。在這種狀態(tài)下，頂環(huán)1將晶片W按壓在研磨墊2的 研磨面2a上。晶片W的表面在包含于研磨液中的磨粒的機(jī)械作用和研磨液的化學(xué)作用下 研磨。這樣的研磨裝置以CMP(化學(xué)機(jī)械研磨）裝置著稱。
[0042] 晶片W的研磨過程中，膜厚傳感器7與研磨臺3 -起旋轉(zhuǎn)，橫越晶片W的表面同時 取得膜厚信號。該膜厚信號是直接或間接表示晶片W的膜厚的指標(biāo)值，隨著晶片W的膜厚 的減少而改變。膜厚傳感器7被連接于研磨控制部9,將膜厚信號傳送到研磨控制部9。研 磨控制部9在由膜厚信號表示的晶片W的膜厚達(dá)到規(guī)定的目標(biāo)值時結(jié)束晶片W的研磨。
[0043] 下面對頂環(huán)1進(jìn)行說明。圖2是表示頂環(huán)1的剖面圖。頂環(huán)1具備通過自由接頭 19連結(jié)于頂環(huán)軸10的頂環(huán)主體21、以及配置于頂環(huán)主體21下方的保持環(huán)（y亍一于y y 夕）22。
[0044] 在頂環(huán)主體21的下方，配置與晶片W的背面（應(yīng)該研磨的表面的相反側(cè)的面）抵 接的柔軟的隔膜（Membrane) 24、以及保持隔膜24的夾板（于々7 ? U -卜）25。在 隔膜24與夾板25之間，設(shè)置4個壓力室CU C2、C3、C4。壓力室CU C2、C3、C4由隔膜24 與夾板25形成。中央的壓力室Cl為圓形、其他壓力室C2、C3、C4為環(huán)狀。這些壓力室C1、 C2、C3、C4排列為同心圓狀。
[0045] 對壓力室C1、C2、C3、C4分別通過氣體輸送管線F1、F2、F3、F4從氣體供給源30提 供加壓空氣等加壓氣體。又在氣體輸送管線F1、F2、F3、F4上連接真空管線V1、V2、V3、V4， 利用真空管線VI、V2、V3、V4使壓力室CU C2、C3、C4處于負(fù)壓狀態(tài)。壓力室CU C2、C3、C4 的內(nèi)部壓力可分別獨(dú)立改變，借助于此，可以獨(dú)立調(diào)整對晶片W所對應(yīng)的4個區(qū)域、即中央 部、內(nèi)側(cè)中間部、外側(cè)中間部、以及周邊部施加的研磨壓力。
[0046] 在夾板25與頂環(huán)主體21之間形成壓力室C