研磨裝置及研磨方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種對(duì)晶片等基板進(jìn)行研磨的研磨裝置及研磨方法，尤其涉及使用不同構(gòu)造的多種研磨頭而對(duì)基板進(jìn)行研磨的研磨裝置及研磨方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著半導(dǎo)體設(shè)備的高集成化、高密度化，回路的配線也越來越細(xì)微化，多層配線的層數(shù)也增加。若要實(shí)現(xiàn)回路的細(xì)微化和多層配線，則由于承襲下側(cè)層的表面凹凸而使臺(tái)階更大，因此，隨著配線層數(shù)增加，薄膜形成中對(duì)于臺(tái)階形狀的膜被覆性(階躍式覆蓋率:只尹、y7。力/《U、y P)變差。因此，為了進(jìn)行多層配線，必須改進(jìn)該階躍式覆蓋率，在適當(dāng)?shù)倪^程中進(jìn)行平坦化處理。另外，由于焦距隨光刻技術(shù)的細(xì)微化一起而變淺，因此，必須對(duì)半導(dǎo)體器件表面進(jìn)行平坦化處理以使半導(dǎo)體器件表面的凹凸臺(tái)階控制在焦距以下。
[0003]因此，在半導(dǎo)體設(shè)備的制造工序中，半導(dǎo)體設(shè)備表面的平坦化越來越重要。在該表面平坦化中最重要的技術(shù)是化學(xué)機(jī)械研磨(CMP:Chemical Mecanical Polishing)。該化學(xué)機(jī)械研磨是將含有二氧化硅(S12)等磨料的研磨液供給到研磨墊的研磨面上并使晶片與研磨面滑動(dòng)接觸而進(jìn)行研磨的。
[0004]CMP裝置是化學(xué)機(jī)械研磨晶片的研磨裝置。稱為該CMP裝置的研磨裝置，具有多個(gè)研磨臺(tái)及多個(gè)研磨頭，以對(duì)晶片進(jìn)行多層研磨。晶片依次被輸送到研磨臺(tái)上的研磨墊，在研磨墊上由各研磨頭依次進(jìn)行研磨。例如，作為第I層的研磨而進(jìn)行晶片的粗研磨，作為第2層的研磨而進(jìn)行晶片的精加工研磨。
[0005]對(duì)于研磨裝置，要求執(zhí)行與各種研磨處理對(duì)應(yīng)的研磨工法。為了應(yīng)對(duì)這種要求，作為上述的多個(gè)研磨頭而使用高性能的研磨頭。具體來說，研磨頭具有獨(dú)立對(duì)晶片的多個(gè)區(qū)域進(jìn)行按壓用的膜片、以及在晶片的周圍對(duì)研磨墊進(jìn)行按壓的擋環(huán)等。
[0006]但是，這種高性能的研磨頭的構(gòu)造復(fù)雜，包括昂貴的消耗部件(膜片、擋環(huán)等)。因此，維護(hù)保養(yǎng)成本及運(yùn)轉(zhuǎn)成本增加。另外，當(dāng)維護(hù)保養(yǎng)頻度增加時(shí)，裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)率就下降。
[0007]上述的研磨頭具有由膜片構(gòu)成的多個(gè)壓力室。這些壓力室內(nèi)的壓力可適當(dāng)變更，研磨頭可對(duì)晶片的多個(gè)區(qū)域施加不同的研磨壓力。因此，研磨頭可對(duì)每晶片的區(qū)域控制研磨率并對(duì)晶片進(jìn)行研磨。
[0008]但是，這種型式的研磨頭不能在比壓力室更細(xì)小的區(qū)域?qū)ρ心ヂ蔬M(jìn)行控制。若設(shè)置更多的壓力室，那么雖然可對(duì)晶片外形進(jìn)行更細(xì)的控制，但是能設(shè)在研磨頭上的壓力室的數(shù)量存在極限。另外，上述研磨頭在壓力室之間的邊界不能主動(dòng)控制晶片的研磨率，因此，在壓力室之間的邊界有時(shí)研磨率變低。
[0009]近年來，隨著半導(dǎo)體設(shè)備的高集成化發(fā)展，且為了提高半導(dǎo)體設(shè)備制造的生產(chǎn)率，而強(qiáng)烈要求提高研磨裝置的性能。若例舉研磨裝置所要求的性能，則有平坦化特性(階梯消除性能)、研磨率(也稱為去除速率)、研磨率分布的晶片面內(nèi)均勻性、研磨后晶片的低缺陷性和研磨裝置的處理量等。
[0010]大多情況下需要與上述性能相反的研磨條件。例如，為了提高平坦化特性，一般希望低壓的研磨，但為了提高研磨率和處理量，而希望高壓的研磨。另外，為了提高平坦化特性，而一般希望使用高硬度的研磨墊的研磨，但為了獲得低缺陷性，而往往希望低硬度的研磨墊。
[0011]日本特開2010-50436號(hào)公報(bào)公開了一種具有多個(gè)研磨頭的研磨裝置。在使用這種研磨裝置進(jìn)行多層研磨的情況下，由于使用因粗研磨、精加工研磨等研磨目的的不同而不同的研磨液和研磨墊，因此，基本的研磨率分布有所不同。因此，為改善晶片面內(nèi)的研磨率的均勻性而必須的研磨頭的控制特性，也因粗研磨和精加工研磨而有所不同。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]發(fā)明所要解決的課題
[0013]因此，本發(fā)明的第I目的是，提供一種低成本的可對(duì)晶片等基板執(zhí)行多層研磨的研磨裝置。
[0014]另外，本發(fā)明的第2目的是，提供一種可更精密控制晶片等基板的外形的研磨裝置及研磨方法。
[0015]此外，本發(fā)明的第3目的是，提供一種具有在不同的研磨條件下可執(zhí)行最佳的多層研磨的多種研磨頭的研磨裝置。
[0016]用于解決課題的手段
[0017]本發(fā)明的一方式是一種研磨裝置，其特征在于，具有:用于分別支撐研磨墊的多個(gè)研磨臺(tái)；將基板按壓到所述研磨墊的多個(gè)研磨頭；以及輸送裝置，該輸送裝置將所述基板輸送到所述多個(gè)研磨頭中的至少兩個(gè)研磨頭，所述多個(gè)研磨頭具有彼此不同的構(gòu)造。
[0018]優(yōu)選方式的特征在于，所述多個(gè)研磨頭包含:將均勻的壓力施加于所述基板的至少一個(gè)等壓型研磨頭；以及能夠?qū)⒉煌膲毫κ┘佑谒龌宓闹辽僖粋€(gè)多室型研磨頭。
[0019]優(yōu)選方式的特征在于，所述至少一個(gè)等壓型研磨頭是剛體研磨頭及單室研磨頭中的至少一個(gè)，所述剛體研磨頭具有:具有圓形的平坦面的剛體；貼附在所述平坦面上、將所述基板按壓到研磨墊上的圓形的基板保持件；以及以非接觸方式將所述基板保持于所述研磨墊的導(dǎo)環(huán)，所述單室研磨頭具有:架體；配置在所述架體的下方的板；在所述板的下方形成單一的壓力室的圓形的彈性膜；以及以包圍所述基板的方式將所述基板固定于所述架體、且對(duì)研磨墊進(jìn)行按壓的擋環(huán)。
[0020]優(yōu)選方式的特征在于，所述至少一個(gè)多室型研磨頭是第I多室研磨頭及第2多室研磨頭中的至少一個(gè)，所述第I多室研磨頭具有:架體；配置在所述架體的下方的板；在所述板的下方形成多個(gè)壓力室的圓形的彈性膜；以及以包圍所述基板的方式將所述基板固定于所述架體、且對(duì)研磨墊進(jìn)行按壓的擋環(huán)，所述第2多室研磨頭具有:架體；在所述架體的下方形成多個(gè)壓力室的圓形的彈性膜；以包圍所述基板的方式配置、且對(duì)研磨墊進(jìn)行按壓的擋環(huán)；以及設(shè)在所述擋環(huán)與所述架體之間、且在內(nèi)部形成有環(huán)狀的壓力室的環(huán)狀的彈性膜。
[0021]另一方式是研磨裝置，其特征在于，具有:用于分別支撐研磨墊的多個(gè)研磨臺(tái)；第I研磨頭，該第I研磨頭具有產(chǎn)生用于將基板按壓到研磨墊的壓力的多個(gè)壓力室；以及第2研磨頭，該第2研磨頭具有產(chǎn)生用于將所述基板按壓到研磨墊的壓力的多個(gè)壓力室，所述第2研磨頭的所述多個(gè)壓力室的配置，不同于所述第I研磨頭的所述多個(gè)壓力室的配置。
[0022]優(yōu)選方式的特征在于，所述第2研磨頭的所述多個(gè)壓力室配置在與所述第I研磨頭的所述多個(gè)壓力室之間的邊界的位置對(duì)應(yīng)的位置。
[0023]優(yōu)選方式的特征在于，所述第2研磨頭的所述多個(gè)壓力室中的至少兩個(gè)壓力室配置在與所述第I研磨頭的所述多個(gè)壓力室中的任一壓力室對(duì)應(yīng)的位置。
[0024]另一方式是研磨方法，其特征在于，用具有多個(gè)壓力室的第I研磨頭將基板按壓到研磨墊上而對(duì)所述基板進(jìn)行研磨，然后，用第2研磨頭將所述基板按壓到研磨墊上而對(duì)所述基板進(jìn)行研磨，所述第2研磨頭具有配置與所述第I研磨頭的所述多個(gè)壓力室不同的多個(gè)壓力室。
[0025]采用上述的本發(fā)明，使用構(gòu)造不同的多個(gè)研磨頭，即，使用初始成本及維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)不同的研磨頭。當(dāng)使用構(gòu)造不同的多個(gè)研磨頭時(shí)，可降低維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)高的研磨頭的使用頻度。因此，可降低研磨裝置整體的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)。
[0026]采用上述的本發(fā)明，使用具有配置不同的壓力室的第I研磨頭和第2研磨頭。兩個(gè)研磨頭可將基板的不同的多個(gè)區(qū)域按壓到研磨墊。即，當(dāng)使用具有配置不同的壓力室的兩個(gè)研磨頭時(shí)，可獲得與實(shí)質(zhì)上增加一個(gè)研磨頭內(nèi)的壓力室數(shù)量的情況相同的效果。因此，可更精密地控制基板的外形。
[0027]本發(fā)明的另一方式是一種對(duì)基板進(jìn)行研磨的研磨裝置，其特征在于，具有:第I研磨頭，該第I研磨頭將基板按壓到第I研磨面而對(duì)該基板的表面進(jìn)行研磨；以及第2研磨頭，該第2研磨頭將基板按壓到第2研磨面而對(duì)該基板的表面進(jìn)行研磨，所述第I研磨頭具有承受流體的壓力而將基板按壓到所述第I研磨面的第I彈性膜，所述第2研磨頭具有承受流體的壓力而將基板按壓到所述第2研磨面的第2彈性膜，所述第2彈性膜具有不同于所述第I彈性膜的結(jié)構(gòu)。
[0028]本發(fā)明的優(yōu)選方式的特征在于，所述第2研磨頭構(gòu)成為，對(duì)由所述第I研磨頭研磨后的基板進(jìn)一步進(jìn)彳丁研磨。
[0029]本發(fā)明的優(yōu)選方式的特征在于，所述第2彈性膜的硬度不同于所述第I彈性膜的硬度。
[0030]本發(fā)明的優(yōu)選方式的特征在于，所述第2彈性膜的周壁的形狀不同于所述第I彈性膜的周壁的形狀。
[0031]本發(fā)明的優(yōu)選方式的特征在于，所述第2彈性膜的與基板接觸的抵接部的厚度不同于所述第I彈性膜的與基板接觸的抵接部的厚度。
[0032]本發(fā)明的優(yōu)選方式的特征在于，所述第2彈性膜的基板按壓面的面積不同于所述第I彈性膜的基板按壓面的面積。
[0033]本發(fā)明的優(yōu)選方式的特征在于，所述第2彈性膜的與基板接觸的抵接部的邊緣部的形狀不同于所述第I彈性膜的與基板接觸的抵接部的邊緣部的形狀。
[0034]本發(fā)明的優(yōu)選方式的特征在于，還具有:將基板按壓到第3研磨面而對(duì)該基板的表面進(jìn)行研磨的第3研磨頭；以及將基板按壓到第4研磨面而對(duì)該基板的表面進(jìn)行研磨的第4研磨頭，所述第3研磨頭具有承受流體的壓力而將基板按壓到所述第3研磨面的第3彈性膜，所述第4研磨頭具有承受流體的壓力而將基板按壓到所述第4研磨面的第4彈性膜，所述第I彈性膜和所述第3彈性膜具有相同的結(jié)構(gòu)，所述第2彈性膜和所述第4彈性膜具有相同的結(jié)構(gòu)。
[0035]本發(fā)明的另一方式是一種對(duì)基板進(jìn)行研磨的研磨裝置，其特征在于，具有:將基板按壓到第I研磨面而對(duì)該基板的表面進(jìn)行研磨的第I研磨頭；以及將基板按壓到第2研磨面而對(duì)該基板的表面進(jìn)行研磨的第2研磨頭，所述第I研磨頭具有以包圍基板的方式配置的對(duì)所述第I研磨面進(jìn)行按壓的第I擋環(huán)，所述第2研磨頭具有以包圍基板的方式配置的對(duì)所述第2研磨面進(jìn)行按壓的第2擋環(huán)，所述第2擋環(huán)具有不同于所述第I擋環(huán)的結(jié)構(gòu)。
[0036]本發(fā)明的優(yōu)選方式的特征在于，所述第2研磨頭構(gòu)成為，對(duì)由所述第I研磨頭研磨的基板進(jìn)一步進(jìn)行研磨。
[0037]本發(fā)明的優(yōu)選方式的特征在于，所述第I擋環(huán)具有從其內(nèi)周面延伸至外周面的多個(gè)第I槽，所述第2擋環(huán)具有從其內(nèi)周面延伸至外周面的多個(gè)第2槽，所述多個(gè)第2槽的數(shù)量不同于所述多個(gè)第I槽的數(shù)量。
[0038]本發(fā)明的優(yōu)選方式的特征在于，所述第I擋環(huán)具有從其內(nèi)周面延伸至外周面的多個(gè)第I槽，所述第2擋環(huán)具有從其內(nèi)周面延伸至外周面的多個(gè)第2槽，所述多個(gè)第2槽的形狀不同于所述多個(gè)第I槽的形狀。
[0039]本發(fā)明的優(yōu)選方式的特征在于，所述第I擋環(huán)及上述第2擋環(huán)中的一方具有從其內(nèi)周面延伸至外周面的槽，所述第I擋環(huán)及所述第2擋環(huán)中的另