專利名稱：平面研磨裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及平面研磨裝置，本發(fā)明特別是涉及對半導體硅片(后面稱為“硅片”)的表面平面，按照形成平整狀，并且形成鏡面的方式進行研磨的平面研磨裝置。
近年來，隨著半導體器件的高集成化的進行，電路的布線實現(xiàn)微細化，布線間的距離也變得更窄。下面通過

圖11所示的硅片的剖視圖，對其中的硅片的制造方法的1個實例進行描述。
在通過刻蝕等方式進行了槽加工的底層硅1的表面上，通過濺射等方式依次疊置阻擋金屬層2(比如，TaN)與布線材料層3(比如，Cu)(圖11(a)，之后按照僅僅在槽內(nèi)殘留有布線材料層3的方式，將該布線材料層3去除，由此殘留于槽內(nèi)的布線材料層3形成電路的布線，在硅片上形成較窄間距的布線(圖11(b))。此時，各布線的截面面積必須保持一致，以便不使電阻值產(chǎn)生大的差別，必須使深度保持一致，從而抑制布線部4的表面(研磨面)的塌邊的發(fā)生(杯狀變形)(參照圖12(a))。
去除上述的硅片表面上的阻擋金屬層2與布線材料層3的方法是采用研磨方式。在過去，這種方式的平面研磨裝置包括按照各自獨立的旋轉(zhuǎn)次數(shù)旋轉(zhuǎn)的壓磨板與研磨頭部，該研磨頭部對壓磨板施加一定的壓力，將硅片夾持于包含壓磨板上的漿液的研磨墊與研磨頭部之間，在保持該硅片的同時，在研磨墊與硅片之間設置漿液，按照一定時間進行研磨。
作為上述的平面研磨裝置的性能，不僅要求研磨后的硅片的高精度的平整度，而且由于下述原因，要求以高精度對研磨量本身進行控制，該原因指僅僅去除硅片表面上的阻擋金屬層2與布線材料層3，必須按照一定深度殘留下埋入有布線材料層3的槽。
其中，為了提高硅片的平整度，人們采用下述的方式，在該方式中，在研磨時保持半導體硅片的保持面，即研磨頭部的底端面，以及與半導體硅片相接觸的研磨墊的接觸面，進而壓磨板的研磨墊的貼附面具有高精度的平整度，或進行調(diào)整半導體硅片的研磨面上的壓力的分布的操作。
另外，作為實現(xiàn)上述的，調(diào)整研磨面上的壓力的分布的操作方式的一種，包括有圖13所示的研磨頭部的結(jié)構。在該結(jié)構中，在研磨頭部的內(nèi)部具有各自獨立的2個環(huán)狀空氣室，相對這些空氣室，在硅片保持面上開設有多個孔5。該結(jié)構用于防止在對硅片進行研磨時，因為研磨液難于進入硅片中心部，從而硅片的中心部的研磨量很小的情況。由于在研磨過程中，向中心部的空氣室中，供給高于外緣部的空氣室的壓力的壓縮空氣，這樣便防止上述的不利情況。
但是，即使在采用上述結(jié)構的研磨頭部，對硅片進行研磨，研磨后的硅片的平整度得到改善的情況下，仍無法對其研磨量進行控制，所疊置的布線材料3的厚度還會在硅片之間，以及前面的制造工序的批量之間，產(chǎn)生差異，如果根據(jù)情況，疊置較厚的布線材料層3，則具有下述問題，即當僅僅在一定條件下，研磨一定時間，布線材料層3或阻擋金屬層2在未去除的狀態(tài)下，殘留于硅片的表面上，從而在硅片的表面上未形成布線圖案。
另外，反之，如果不希望布線材料層3或阻擋金屬層2在未去除的狀態(tài)下，殘留于硅片的表面上，而進行長時間的研磨，則在將阻擋金屬層2去除之后，會連續(xù)地對底層硅1與布線部4的表面進行長時間研磨，其結(jié)果是，由相對硅，更加容易研磨掉的Cu形成的布線部4的表面產(chǎn)生塌邊(杯狀變形)，使各布線的電阻值產(chǎn)生差異(參照圖12(a))。
此外，即使在上述結(jié)構的研磨頭部，在一定條件下對硅片研磨一定時間的情況下，仍無法按照根據(jù)到目前所進行的某種的研磨結(jié)果，依據(jù)經(jīng)驗進行預測的方式，設定供向相應的空氣室的壓縮空氣的壓力的適合值，實際上，目前的研磨過程中的相對硅片的適應性值不可能按照實際時間確定，或不可能改變。為此，往往研磨后的硅片表面是不平整的，硅片的外緣部研磨成多眼狀，外緣部的布線槽的深度小于內(nèi)周部(減薄)，另外使各布線的電阻值產(chǎn)生差異(參照圖12(b))。
于是，本發(fā)明是為解決上述問題而提出的，本發(fā)明的目的在于提供一種按照形成平整狀，并且以所需研磨量對硅片進行研磨的平面研磨裝置。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及下述平面研磨裝置，該裝置包括頂面貼附有研磨墊的壓磨板，以及位于上方的研磨頭部，在上述壓磨板與上述研磨墊之間夾持研磨對象物件，在施加規(guī)定的壓力的同時，上述壓磨板與研磨頭部旋轉(zhuǎn)，在上述研磨墊與研磨對象物件之間設置漿液，對研磨對象物件進行研磨，該研磨頭部可對保持研磨對象物件的面噴射加壓流體，在上述研磨頭部的內(nèi)部劃分形成的多個同心的環(huán)狀區(qū)域中，開設有多個孔，可針對上述的每個區(qū)域，供給上述加壓流體，上述壓磨板包括貼附于壓磨板頂面的研磨墊和貫通的單個透光窗，透光型材料嵌入該透光窗，在上述壓磨板的底面，在該透光窗的周邊與壓磨板的旋轉(zhuǎn)中心處，安裝有反射鏡，在安裝于壓磨板的旋轉(zhuǎn)中心的底面的反射鏡的下方，設置有光源與光檢測器，其特征在于該裝置包括下述控制部，該控制部通過上述光檢測器接受下述光，該光指從上述光源發(fā)出的光，借助上述2個反射鏡，通過上述單個透光窗，投射到研磨對象物件上，形成由研磨對象物件產(chǎn)生的反射光，然后按照與上述相同的路徑返回的光，對應于該受光量，可針對上述的每個區(qū)域，分別改變上述加壓流體的壓力。
另外，本發(fā)明還涉及下述的平面研磨裝置，該裝置包括頂面貼附有研磨墊的壓磨板，以及位于上方的研磨頭部，在上述壓磨板與上述研磨墊之間夾持研磨對象物件，在施加規(guī)定的壓力的同時，上述壓磨板與研磨頭部旋轉(zhuǎn)，在上述研磨墊與研磨對象物件之間設置漿液，對研磨對象物件進行研磨，該研磨頭部可對保持研磨對象物件的面噴射加壓流體，在上述研磨頭部的內(nèi)部劃分形成的多個同心的環(huán)狀區(qū)域中，開設有多個孔，可針對上述的每個區(qū)域，供給上述加壓流體，其特征在于在上述壓磨板上設置有貼附于壓磨板頂面的研磨墊和貫通的多個透光窗，在該多個透光窗中分別嵌入有透光型材料，在上述壓磨板的下方，設置有多個光學傳感器。
在這里，上述多個光學傳感器按照等間距，設置于下述范圍內(nèi)，在該范圍內(nèi)，在研磨對象物件的中心與形成其上設置有這些傳感器的的同心圓的線段的中點重合的場合，任何一個光學傳感器均不超出據(jù)研磨對象物件的區(qū)域，上述多個光學傳感器設置于下述線段上，該線段通過上述研磨頭部的旋轉(zhuǎn)中心，使上述壓磨板的同心圓在下方平行移動的線段。上述多個透光窗的個數(shù)與光學傳感器的相同，所有透光窗具有在所有的光學傳感器的正上方而與后者對齊的位置關系。
另外，上述裝置的特征在于通過光學傳感器接受下述光，該光為通過光學傳感器投射到研磨對象物件上，之后由研磨對象物件產(chǎn)生的反射光，對應于該受光量，可針對上述的每個區(qū)域，分別改變上述加壓流體的壓力，上述多個光學傳感器均存儲下述反射光量，該反射光量指在研磨過程中，隨著壓磨板的旋轉(zhuǎn)，多個透光窗從多個光學傳感器的正上方通過時而獲得的，由研磨對象物件產(chǎn)生的反射光量，形成下述平均值，該平均值指在研磨對象物件通過的過程中，從按照以其數(shù)值與上述多個透光窗的個數(shù)相同的次數(shù)，各光學傳感器所獲得的反射受光量中去除異常值的總和的平均值。
還有，本發(fā)明同時包括上述的2種結(jié)構和控制部，貼附于壓磨板頂面的研磨墊以及貫通的單個透光窗在下述線段上，設置于通過壓磨板的旋轉(zhuǎn)中心的位置，該線段指從其上設置有均設在壓磨板上的多個透光窗的壓磨板中的同心圓上的線段的中點，通過壓磨板的旋轉(zhuǎn)中心的線段。
其結(jié)果是，在研磨過程中，隨著上述壓磨板的旋轉(zhuǎn)，依次進行上述的2個控制，在壓磨板旋轉(zhuǎn)1圈的期間，共計2次地，可針對上述的每個區(qū)域，分別進行上述加壓流體的壓力控制。
本發(fā)明的平面研磨裝置為上述的結(jié)構，首先，在壓磨板上，具有研磨墊以及貫通的單個透光窗，在壓磨板的底面，在上述透光窗的周邊和壓磨板的旋轉(zhuǎn)中心，安裝有反射鏡，在安裝于該壓磨板的旋轉(zhuǎn)中心的底面的反射鏡的下方，設置有光源和光檢測器。
上述兩個反射鏡按照下述方式設置，該方式為它們安裝于壓磨板的底面，無論壓磨板是否旋轉(zhuǎn)，在平時，光源發(fā)出的光通過半透明反射鏡和2個反射鏡，穿過單個透光窗，另外在透光窗上具有反射物的場合，由該反射物反射的光可按照與前面所述的相同的路徑，沿反向返回，射入光檢測器。
即，在對硅片進行研磨的過程中，在隨著壓磨板的旋轉(zhuǎn)，透光窗從硅片的下方按照一定時間通過的期間，光檢測器可獲取硅片的研磨面產(chǎn)生的反射光。另外，透光型材料嵌入透光窗中，光通過該窗，但是由于漿液不相對透光窗泄漏，這樣不發(fā)生所泄漏的漿液污染反射鏡的反射面等的不利情況。
在這里，在透光窗隨著壓磨板的旋轉(zhuǎn)，從硅片的下方通過的期間，光檢測器可連續(xù)地獲取硅片的反射光。顯然，所獲取的位置還可為硅片上的，不同的幾個處于同心圓上的多個位置。
光檢測器的受光量對于每種硅片的研磨面的材料和疊置于其上的材料來說，是不同的，對應于該不同，光檢測器所產(chǎn)生的輸出電壓或輸出電流不同。即，可按照從硅片的一端到另一端連續(xù)的方式，可了解所研磨的硅片的研磨面的材料。此外，由于硅片在本身旋轉(zhuǎn)的同時，受到研磨，這樣在旋轉(zhuǎn)過程中，在其圓周速度相同的同心圓上，以相同的研磨速度對硅片進行研磨，研磨面的狀態(tài)(材料)對于每個同心圓來說，是不同的。
于是，如果相對根據(jù)事先光檢測器所接受的，從硅片的一端到另一端的反射量，在研磨頭部中劃分的多個同心的環(huán)狀區(qū)域，以各種的壓力，供給與研磨狀態(tài)相對應的加壓流體，則可按照形成平整狀，并且以所需研磨量的方式對研磨對象物件進行研磨。
此外，本發(fā)明的平面研磨裝置除了上述的光學控制機構以外，還同時具有下述的另外的光學控制機構。在研磨頭部的下方，在壓磨板的正下方，設置有多個光學傳感器，同時，這些傳感器按照等間距，設置于下述范圍，在該范圍，這些或任何一個光學傳感器均不超出硅片的區(qū)域，另外，該傳感器設置于通過研磨頭部的旋轉(zhuǎn)中心的，使壓磨板的同心圓在下方平行移動的線上。還有，在壓磨板上，具有研磨墊，以及貫通的光學傳感器和相同個數(shù)的透光窗，這些透光窗處于所有透光窗在所有的光學傳感器的正上方而與后者對齊的位置關系。
在這里，在多個透光窗隨著壓磨板的旋轉(zhuǎn)，從硅片的下方通過的期間，各光學傳感器以與透光窗的個數(shù)的值相同的次數(shù)，接受硅片的研磨面產(chǎn)生的反射光。即，各光學傳感器從硅片的研磨面上的，某個相同的同心圓上，接受多次的反射光。另外，隨著光學傳感器的設置位置，上述的同心圓的尺寸是不同的，其結(jié)果是，硅片的研磨面上的多個同心圓分別多次地接受反射光。
此外，由于本發(fā)明的控制部存儲在先獲得的反射光量，針對各個光學傳感器，對其平均值進行控制，但是，此時，可去除所獲得的受光量中的異常值。即，形成硅片的研磨面中的某一同心圓產(chǎn)生的反射受光量，對從多次獲取的反射光中，去除異常值的受光量的總和的平均值進行控制。
按照上述方式，與采用最初描述的，設置于壓磨板上的單個透光窗與檢測器形成的光學控制機構的場合相同，此次，如果相對根據(jù)各光學傳感器的反射受光量，在研磨頭部劃分的多個同心的環(huán)狀區(qū)域，以相應的壓力，供給對應于研磨狀態(tài)的加壓流體，則可按照形成平整狀，以所需研磨量的方式對研磨對象物件進行研磨。
另外，除了上述的以外，本發(fā)明的控制部同時包括上述的2個光學控制機構，分別具有這些機構的，壓磨板上的單個透光窗與多個透光窗按照下述的位置關系設置。在下述線段上，在通過壓磨板的旋轉(zhuǎn)中心的位置，設置有貼附于壓磨板頂面的研磨墊以及貫通的單個透光窗，該線段指從其上設置有多個透光窗的壓磨板中的同心圓上的線段的中點，通過壓磨板的旋轉(zhuǎn)中心的線段。即，研磨上的單個透光窗與多個透光窗位于按照圍繞壓磨板的旋轉(zhuǎn)中心的方式，以180°相對的位置。
其結(jié)果是，從原理上說，在研磨過程中，隨著壓磨板的旋轉(zhuǎn)，依次進行上述的2個控制，在壓磨板旋轉(zhuǎn)1圈的期間，共計2次地，可相對在研磨頭部劃分的多個同心的環(huán)狀區(qū)域，針對上述的每個區(qū)域，設定加壓流體的壓力。顯然，實際上，上述加壓流體的壓力也不按照壓磨板每旋轉(zhuǎn)1次的方式進行設定，而是定期地進行設定。
下面對附圖進行簡單的說明。
圖1為表示本發(fā)明的基本構思的平面研磨裝置的結(jié)構圖；圖2(a)為通過局部剖面表示多個光學傳感器的布置的，研磨墊的平面圖；圖2(b)為多個光學傳感器分別從相應的透光窗獲得的受光量的圖形；圖3表示隨著研磨墊的旋轉(zhuǎn)，透光窗與硅片的研磨位置之間的關系的透視圖；圖4(a)為表示在單個透光窗從硅片下面通過的過程中，光檢測器所獲得的受光量的圖；圖4(b)為單個透光窗進入硅片下方時的，研磨墊的平面圖；圖5為以局部剖面表示本發(fā)明的研磨頭部的內(nèi)部結(jié)構的側(cè)面圖；圖6為表示本發(fā)明的研磨頭部的內(nèi)部結(jié)構的，沿A-A’線的橫向剖面圖；圖7為表示在多個光學傳感器的條件下獲得的受光量的平均值的圖形，以及以圖形表示作用于傳感器設置部分上的壓力的研磨頭部的局部剖面圖；圖8為表示隨硅片形成材料的不同而反射率不同的圖形；圖9為采用本發(fā)明的平面研磨裝置進行研磨的過程的硅片的剖面圖；圖10為以局部剖面表示本發(fā)明的另一實施例的，研磨頭部的底部旋轉(zhuǎn)部的內(nèi)部結(jié)構的側(cè)面圖；圖11為表示硅片的制造過程的硅片的剖視圖；圖12為表示不利情況的研磨面的狀態(tài)的，硅片的剖面圖；圖13為表示內(nèi)部具有環(huán)狀空氣室的已有的研磨頭部的側(cè)面圖和剖面圖。
下面根據(jù)附圖，對本發(fā)明的平面研磨裝置的優(yōu)選實施例進行具體描述。圖1為表示本發(fā)明的基本構思的平面研磨裝置的結(jié)構圖，其以剖面圖表示壓磨板11，研磨墊13，設置于壓磨板11上的，同時還穿過研磨墊13的單個透光窗WT與多個透光窗Wn，以及壓磨板主軸12的局部。
在設置于壓磨板11上的所有透光窗中，嵌入有石英板CD，在設置于研磨墊13上的所有透光窗中，嵌入有半透明的聚氨酯橡膠板CU，該聚氨酯橡膠板CU的頂面高度等于小于研磨墊的頂面高度，在研磨過程中，該聚氨酯橡膠板CU保持在不容易與硅片研磨面相接觸的位置關系。
首先，對從形成第1光學機構的光源28，至光檢測器29的光路進行描述，在壓磨板11的底面，在單個透光窗WT的周圍，安裝有反射鏡26，和在壓磨板1的旋轉(zhuǎn)中心，安裝有反射鏡27，在反射鏡27的下方，在壓磨板主軸12的內(nèi)部，固定設置有光源28，光檢測器29和半透明反射鏡30。這些部件按照下述方式設置，該方式為光源28發(fā)出的光借助半透明反射鏡30和兩個反射鏡26，27，通過單個透光窗WT，另外在透光窗上具有反射物的場合，由該反射物反射的光按照與上述相同的路徑，沿反向返回，從而可射入光檢測器29(此外，從圖1容易知道，不僅對光源28發(fā)出的光通過單個透光窗WT的光路進行繪制，還可同時對從反射物返回到光檢測器29的光路進行繪制，盡管在透光窗WT上沒有反射物。)。
此外，兩個反射鏡26，27按照下述方式設置，該方式為無論壓磨板11是否旋轉(zhuǎn)，當在透光窗WT上具有反射物時，在平時，光源28發(fā)出的光朝向半透明反射鏡30返回，在連接兩個反射鏡的光路上，在壓磨板主軸12上開設有適合的透光孔31，該透光孔31形成上述光路的局部。
接著，作為第2光學機構，多個光學傳感器Sn設置于壓磨板11的正下方，如圖2(a)所示，這些光學傳感器Sn位于通過研磨頭部14(硅片)的旋轉(zhuǎn)中心的壓磨板11的同心圓上，同時任何一個光學傳感器Sn還按照等間距設置于不超出硅片區(qū)域的范圍內(nèi)。此外，傳感器的個數(shù)為5個，兩端的S1與S5位于硅片的外緣部，緊靠它們的內(nèi)側(cè)的S2與S4位于硅片的中程部分，而S3位于硅片的中心部。
還有，設置于壓磨板11上的多個透光窗Wn設在與上述的光學傳感器Sn相同的同心圓上，并且按照等間距設置，這些透光窗處于所有的透光窗在上述所有的光學傳感器Sn的正上方而與后者對齊的關系位置。圖3(C)表示該對齊的狀態(tài)，在多個透光窗Wn處于圖3(b)、(c)、(d)的狀態(tài)時，相應的光學傳感器Sn接受來自硅片研磨面的反射光。在這里，返回到圖1，光學傳感器Sn保持有本身的投光與受光兩個功能，在本身投光后，接受由硅片研磨面反射的光。
但是，如圖2(a)，圖3，圖4(b)所示，就第1光學機構所采用的單個透光窗WT，與第2光學機構所采用的多個透光窗Wn之間的位置關系來說，其上設置有這些透光窗的同心圓的尺寸稍有差別。這是因為由于安裝于壓磨板11的底面的反射鏡26隨著壓磨板11的旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)動，這樣便避免其與設置于壓磨板11下方的光學傳感器Sn相沖突，如果比如，為了避免兩者的沖突，將光學傳感器Sn設置更下方，光學傳感器Sn可接受光，則即使在按照用于兩個光學機構的方式而設置的透光窗位于同一同心圓上的情況下，也沒有關系。
此外，如圖2(a)，圖3，圖4(b)所示，按照用于兩個光學機構的方式而設置的透光窗按照圍繞壓磨板11的旋轉(zhuǎn)中心的方式，設置于壓磨板11上的，180度相對的位置。另外，隨著兩個光學機構中的光檢測器29和光學傳感器所獲得的受光量而產(chǎn)生輸出電壓或輸出電流通過控制部進行存儲與處理。
另外，就通過兩個光學機構中的光檢測器29和光學傳感器接受光的計時來說，還可在壓磨板11上安裝計時發(fā)生用傳感器，將該傳感器的輸入信號作為觸發(fā)信號，此外也可將壓磨板主軸旋轉(zhuǎn)馬達的編碼信號作為觸發(fā)信號?；?，為了使壓磨板11底面的反射率大大低于硅片研磨面的反射率，這樣還在平時接受光的同時，對受光量設定某個極限值，當超過該極限值時，實現(xiàn)觸發(fā)，形成來自硅片研磨面的反射光。
下面通過圖5，6對其中一個研磨頭部14進行描述。圖5為以局部剖面表示本發(fā)明的研磨頭部的內(nèi)部結(jié)構的側(cè)面圖，圖6為沿圖5中的A-A’剖面的橫向剖面的俯視圖。在硅片保持面上開設有多個孔18，19，20，這些孔18，19，20分別設置于下述位置，該位置對應于硅片的中心部，中程部分，外緣部中的，相應的同心的環(huán)狀區(qū)域。在這里，在中心部開設的多個孔18與研磨頭部14內(nèi)部的中心部用空氣室CB0連通，在中程部分開設的多個孔19與中程部分用空氣室CB1連通，另外在外緣部開設的多個孔20與研磨頭部14內(nèi)部的外緣部用空氣室CB2連通。如圖1所示，分別從相應的空氣流路0～2，向上述各自獨立的空氣室CB0～CB2，供給具有P0～P2壓力的空氣。
因此，相對夾持于壓磨板11與研磨頭部14之間的，待研磨硅片10，加有作用于硅片10的中心部上的具有F0(按照=P0×CB0設計的孔18的總截面面積)的壓力，作用于硅片的中程部分上的，具有F1(按照=P1×CB1設計的孔19的總截面面積)的壓力，另外作用于硅片10的中心部上的，具有F2(按照=P2×CB2設計的孔20的總截面面積)的壓力。在這里，前面描述的第2光學機構所采用的，光學傳感器S3位于作用有具有F0的壓力的下方，S2與S4位于作用有具有F1的壓力的下方，另外，S1與S5位于作用有具有F2的壓力的下方。
如圖1所示，對于所提供的高壓空氣來說，其通過設置于相應的空氣流路中的，可以電動方式調(diào)節(jié)空氣壓力的精密調(diào)節(jié)器R0，R1，R2，供向上述相應的空氣室。另外，上述精密調(diào)節(jié)器R0，R1，R2可通過上述控制部40，對這些空氣壓力進行設定。同時，可根據(jù)對應于上述的2個光學機構，光檢測器29和光學傳感器Sn中的受光量而產(chǎn)生的輸出電壓，或輸出電流，設定空氣壓力。
另外，上述光檢測器29和光學傳感器Sn的受光量，即硅片研磨面的反射光量隨研磨面的表面材料而不同。形成疊置于硅片最外面上的布線材料層3的，主要的材料Cu的反射光呈橙色，其產(chǎn)生的反射光量較大。一個內(nèi)層中的阻擋金屬層2主要由材料TaN形成，研磨面呈灰色，其反射光量小于布線材料層3。此外，如果為作為底層的硅，則研磨面一般呈紫色，其產(chǎn)生的反射光量更小。圖8以圖形表示其樣式。
此外，如圖5所示，研磨頭部14在很大程度上劃分為頂部固定部16以及底部旋轉(zhuǎn)部15。該頂部固定部16的周圍設置有向上述各空氣室，供給空氣的空氣導入口17，嵌入其圓筒狀的內(nèi)部的底部旋轉(zhuǎn)部15的內(nèi)部，具有從上述空氣導入孔17，連通到相應的空氣室的空氣管25。同時，雖然在圖中未示出，但是與設置于上方的旋轉(zhuǎn)馬達連接的底部旋轉(zhuǎn)部15形成在上述圓筒狀的滑動配合部具有O型密封環(huán)的結(jié)構，以便可在不產(chǎn)生振動的情況下實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，并且從上述空氣導入口17延伸至的各空氣室的空氣流路不會在旋轉(zhuǎn)研磨過程中，中途切斷。此外，頂部固定部16按照下述方式構成，該方式為其可與嵌入其內(nèi)部的上述底部旋轉(zhuǎn)部15一起，上下運動。
另外，其頂面貼附有研磨墊13的壓磨板11與壓磨板主軸12形成一體，通過使在圖中未示出的，與馬達連接的壓磨板主軸12旋轉(zhuǎn)，該主軸12轉(zhuǎn)動，同時其具有下述軸承等的結(jié)構，該軸承可極力抑制旋轉(zhuǎn)過程中的頂面振動，可實現(xiàn)精密研磨。
實施例1下面通過圖9，對下述方法進行描述，該方法指在按照形成平整狀，以一定研磨量的方式對硅片進行研磨時，對應于硅片的研磨面的研磨狀態(tài)(在隨著研磨的進行，硅片外緣部呈錐狀產(chǎn)生杯狀變形的場合)的，相對研磨墊部，作用于硅片中心部，中程部和外緣部上的壓力分別基本設定為F0～F2。
首先，在研磨初期狀態(tài)的圖9(a)中，在施加處于F0=F1=F2的關系的均勻的壓力的同時，對硅片各部分進行研磨。此時，光檢測器29與所有的光學傳感器Sn所接受的均為疊置于硅片最外面上的布線材料層3的反射光。
如果繼續(xù)進行研磨，如圖9(b)所示，硅片外緣部呈錐狀產(chǎn)生塌邊，在該外緣部，將疊置于硅片最外面上的布線材料層3去除，整個阻擋金屬層2露出，但是在中心部，殘留有整個布線材料層3，在中程部分，全部阻擋金屬層2開始露出。此時，在圖3(a)和圖4(b)所示的狀態(tài)，即，在單個透光窗WT從硅片下方通過的期間，第1光學機構接受來自硅片研磨面的反射光。如圖4(a)所示，形成下述平滑的曲線，其中受光量在殘留有反射率較高的布線材料層3的中心部，為最大，在露出有阻擋金屬層2的外緣部較低。即，可按照從硅片的一端到另一端保持連續(xù)的方式，了解進行研磨的硅片的研磨面的反射強度。
此時，如圖3(b)～(d)所示，在第2光學機構中，在多個透光窗Wn依次從硅片下方通過的期間，通過各光學傳感器Sn，測定各透光窗的反射量。其檢測結(jié)果的圖形為圖2(b)。由于傳感器S3設置于硅片的中心部，S2與S4設置硅片的中程部分，S1與S5設置于硅片的外緣部，這樣各傳感器所接受的反射量與由前面的第1光學機構所獲得的相同，在中心部最高，在外緣部較低。另外，在圖2(b)中，記錄有3個異常值。但是，由于通過控制部40，針對每個傳感器，使除了異常值以外的受光量的平均值為相應的傳感器的受光量，這樣受光量為圖7所示的圖形。即，可知道，在硅片外緣部，呈錐狀產(chǎn)生塌邊。
接著，如圖9(c)所示，按照F0＞F1＞F2的方式對作用于硅片中的各部分上的壓力F0，F(xiàn)1，F(xiàn)2進行設定，同時連續(xù)研磨，以便使硅片的中心部的研磨程度大于外緣部，由此硅片外緣部的研磨滯后，對中心部的布線材料層3進行研磨，在硅片的外緣部和中心部兩者的研磨面上，以混合的方式形成有布線材料層3與阻擋金屬層2。圖7表示此時作用各部分上的壓力的圖形。
在最后的精加工中，如圖9(d)所示，作用于硅片的中心部，中程部分和外緣部上的壓力F0，F(xiàn)1，F(xiàn)2返回到F0=F1=F2的關系，連續(xù)研磨一定時間，將殘留于硅片研磨面上的阻擋金屬層2完全去除。于是，硅片研磨面處于下述狀態(tài)，在該狀態(tài)，在底層硅1中，局部地殘留有形成布線圖案的布線材料層3。此時，整個硅片研磨面具有前面所述的結(jié)構材料特有的反射強度，雖然這一點未通過附圖進行描述。另外，在此過程中，由于在圖9(c)的時刻，在硅片的研磨面為平整狀之后，對其研磨一定時間，這樣可當適當?shù)卦O定研磨時間時，還可使硅片內(nèi)部的布線圖案的深度保持均勻，另外僅僅容易研磨的布線部4的表面不產(chǎn)生塌邊(杯狀變形，參照圖12(a))。
上面對在對硅片進行研磨時的，壓力F0～F1的基本設定的方式進行了描述，但是在這里，還附帶說一下使壓力F0～F1變化的計時。按照在第1實施例中所描述的方式，在壓磨板旋轉(zhuǎn)1圈期間，共計2次地，通過2個光學機構了解硅片的研磨面的構成材料，由此可對壓力F0～F2進行控制，但是即使在僅僅按照此方式，不頻繁(比如，壓磨板旋轉(zhuǎn)次數(shù)為60rpm的場合，1秒／1圈)控制的情況下，還往往考慮可形成足夠的平整度，并且可研磨規(guī)定量的場合。在此場合，也可采用下述的方法。
在硅片的整個研磨面為布線材料的期間，使壓力形成F0=F1=F2的關系，連續(xù)地進行研磨。接著，即使在研磨面的一部分變?yōu)樽钃踅饘賹拥那闆r下，此狀態(tài)的壓力處于F0=F1=F2的關系，再連續(xù)研磨一定時間。在經(jīng)過一定時間后，如果整個研磨面變?yōu)樽钃踅饘賹?，之后在壓力處于F0=F1=F2的關系的狀態(tài)下，再次進行研磨。另外，再經(jīng)過一定時間后，如果研磨面的狀態(tài)不發(fā)生變化，此時作為阻擋金屬層的部分為硅片的中心部，則將壓力設定為F0＜F1＜F2的關系，又研磨一定時間。
于是，如果經(jīng)過一定時間后的整個研磨面變化為金屬阻擋層，則可使壓力返回到F0=F1=F2的關系，繼續(xù)進行研磨。反之，如果研磨面的狀態(tài)尚未發(fā)生變化，則在壓力設定為F0＜F1＜F2的關系的狀態(tài)下，或在設定為相對這3個壓力之間，具有較大差別的F0＜＜F1＜＜F2的關系下，進行研磨。反復進行該操作，當硅片的整個研磨面變?yōu)樽钃踅饘賹訒r，使上述壓力返回到F0=F1=F2的關系，繼續(xù)進行研磨。
此外，上述的“一定時間”不是嚴格確定的，但是在硅片的研磨的場合，其適當值比如，在5～10秒的范圍內(nèi)。即，在允許的范圍內(nèi)，在每個一定時間，了解研磨面的構成材料，根據(jù)該情況，使相應壓力F0，F(xiàn)1，F(xiàn)2變化，另外根據(jù)情況而不使它們變化，可按照形成充分的平整度，以及所需研磨值對硅片進行研磨。
到此，對采用本發(fā)明的平面研磨裝置的研磨方法進行了描述，但是，最好對貼附有研磨墊的壓磨板的表面定期地(比如，1次／1個硅片的研磨之后)的進行清洗或更換。這樣做的主要原因是防止下述情況，該情況指在形成從光學傳感器投射到硅片的研磨面上的光，該硅片的研磨面產(chǎn)生的反射光的光路的，嵌入研磨墊的聚氨酯橡膠板上，附著漿液。此外，還可這樣考慮，即使在壓磨板的底面呈比如，無光的黑色，將反射光的光量控制在較低值，在該壓磨板的反射光的光量，與硅片的研磨面產(chǎn)生的反射光的光量之間形成明顯的差別。
實施例2接著，通過圖10，對采用具有不同結(jié)構的底部旋轉(zhuǎn)部15的平面研磨裝置的實例進行描述。圖10為以局部剖面表示的底部旋轉(zhuǎn)部15的側(cè)面圖。其采用下述方式，即通過氣囊55，將未固定于外框52上的浮動部50朝向下方壓靠，與第1實施例中所描述的相同，在浮動部50上，設置有多個空氣室。下面對其結(jié)構和性能進行描述。
簡要地說，外框52的底側(cè)呈圓筒狀凹入，其中依次接納有氣囊55與浮動部50。在該浮動部50的周圍，設置有多個銷51，外框52具有供這些銷51插入的松動配合孔。如圖10所示，在將浮動部50嵌入外框52的內(nèi)部時，浮動部50處于下述狀態(tài)，在該狀態(tài)，其可沿外周方向和上下方向稍稍移動，另外其底面還可沿任意方向稍稍傾斜。于是，如果外框52沿上下移動，或旋轉(zhuǎn)，則銷51掛于松動配合孔中，浮動部50也沿上下移動或作旋轉(zhuǎn)動作。另外，浮動部50為金屬或陶瓷等剛性較高的材料，其底面為平齊狀，將硅片10夾持于該底面與研磨墊之間，對硅片10進行研磨。
另外，延伸到空氣室的浮動部50內(nèi)部的空氣管通過柔性管53，與外框52內(nèi)部的空氣管連接，其具體的結(jié)構在圖中省略，具有P0～P2的壓力的高壓空氣分別供向空氣室CB0～CB1。在這里，如上所述，柔性管53保持足夠的柔性，以便在浮動部50嵌入外框52內(nèi)時，該浮動部50沿外周方向和上下方向稍稍移動，或其底面沿任意方向稍稍傾斜。
此外，其原始形狀呈頂面敞開的圓筒狀的氣囊55的頂部開口端按照折疊方式沿整個周邊延伸，在外框52中的呈圓筒狀凹入的底面上，緊密貼合有密封安裝板57。另外，通過將多個螺釘58緊固，使氣囊55處于緊密貼合狀態(tài)，如果供給高壓空氣PA，則高壓空氣PA在未泄漏的情況下，充滿于密封室56中。這樣，氣囊55的底面與浮動部50的頂面實現(xiàn)面接觸，在平時，對接觸面前面施加一定的壓力。
于是，如果采用本結(jié)構的底部旋轉(zhuǎn)部15，則浮動部50的底面平時容易與研磨墊保持吻合，與此同時，該底面在夾持硅片10的同時進行旋轉(zhuǎn)，可對硅片10進行研磨。為了將原始的硅片10研磨成平整狀，當比如，引用圖1時，理想的情況是，研磨頭部14的底面(硅片10的抵壓面)與壓磨板11的頂面保持平行。但是，下述情況是極難實現(xiàn)的，該情況指將它們保持平行，之后裝配成研磨裝置，即使在允許的范圍內(nèi)進行裝配的情況下，如果在研磨過程中，研磨墊13稍稍形成波浪狀，則下述情況是接近不可能的，該情況指研磨頭部14的底面與研磨墊13的頂面保持平行的關系。本結(jié)構將上述問題解決。
此外，在圖10所示的底部旋轉(zhuǎn)部15中，不僅設置有上述的氣囊，而且象在第1實施例中具體描述的那樣，在浮動部50的內(nèi)部，在相應的同心的環(huán)狀區(qū)域，設置多個空氣室CB0～CB1，相對這些空氣室，在浮動部50的底面分別開設多個孔18～20。另外，從相應的空氣流路，分別向上述空氣室CB0～CB1，供給具有P0～P2的壓力的空氣。另外，這些空氣按照與第1實施例具體描述相同的方式，根據(jù)本研磨裝置所具有的2個光學結(jié)構以及由它們所獲得的數(shù)據(jù)，形成適當?shù)膲毫?，供給相應的空氣室，雖然這一點在圖中未示出。
即，如果采用具有本結(jié)構的底部旋轉(zhuǎn)部15的平面研磨裝置，由于在浮動部50的底面平時與研磨墊的頂面吻合的同時，對硅片10進行研磨，并且在研磨過程中，隨著壓磨板的旋轉(zhuǎn)，依次進行2個光學機構的2個控制，在壓磨板旋轉(zhuǎn)1圈期間，共計2次地，相對在研磨頭部中劃分的多個同心的環(huán)狀區(qū)域，分別針對上述每個的區(qū)域，設定加壓流體的壓力，這樣可進行平整度更高的硅片10的研磨，另外可更加精確地對研磨量進行控制。
此外，在到目前的實施例中，可分別相對研磨過程中的硅片，設定壓力的環(huán)狀區(qū)域，構成硅片的中心部，中程部分以及外緣部這3個部分，但是可進一步增加該區(qū)域，針對每個區(qū)域設置光學傳感器，高壓空氣的精密調(diào)節(jié)器，由此可針對更加細分的區(qū)域，設定壓力。
還有，構成第2光學結(jié)構的光學傳感器的數(shù)量為5個，但是并不對嵌入研磨墊中的透光窗中的聚氨酯板部分提供研磨，如果上述光學傳感器的數(shù)量過多，會有導致研磨能力降低的擔心，雖然是這樣，然而如果進一步增加光學傳感器的數(shù)量，另外還同時增加在研磨頭部中劃分的多個同心的環(huán)狀區(qū)域，則可實現(xiàn)更加細分的加壓控制。
另外，上述實施例是采用高壓空氣，來產(chǎn)生壓力的，但是所采用的高壓流體不限于高壓空氣，不限于高壓N2氣體或者氣體，也可高壓液體。然而，在所采用的高壓流體選擇高壓液體的場合，在保持下述的性能方面多少有一些困難，但是，不僅可通過相對研磨過程的硅片，可別設定壓力的環(huán)狀區(qū)域的硅片保持面上開設的多個孔來施加壓力，而且還可通過采用電磁閥等，將高壓空氣的供給流路切換到真空流路，形成真空吸引孔，將硅片吸引到研磨頭部上，保持在硅片上傳送的性能，雖然這一點未在圖中示出。
另外隨便說一下，本實施例為僅僅具有1個研磨頭部的系統(tǒng)，但是還可設置具有相同結(jié)構的多個研磨頭部。在此場合，在新設置有研磨頭部的壓磨板的下方，可設置作為第1光學機構的多個光學傳感器，僅僅通過新設定這些傳感器接受反射光的計時，便可按照原樣采用本實施例所用的多個透光窗，無需在壓磨板上新設置透光窗。
如果按照描述方式采用本發(fā)明的平面研磨裝置，由于在對疊置有數(shù)種材料的研磨對象物件進行研磨時，采用2種光學機構，在該研磨過程中，在壓磨板旋轉(zhuǎn)1圈期間，可共計2次地，針對研磨對象物件中的多個環(huán)狀區(qū)域，了解殘留于研磨對象物件的研磨面上的材料，另外可針對該多個環(huán)狀區(qū)域中的每個，設定研磨墊按壓研磨對象物的力，這樣可快速地對應于研磨面的材料變化進行研磨，可按照非錐狀而形成平整面，并且以所需研磨量對研磨面進行研摩。這樣在以低速使壓磨板旋轉(zhuǎn)而進行研磨的場合，會獲得更好的效果。
此外，如果硅片的尺寸較大，則上述的效果更加顯著，即使在相對較大尺寸的硅片的情況下，仍可按照形成平整狀，以及所需研磨量對研磨面進行研磨，設置于研磨后的硅片表面上的布線圖案的槽的深度保持一致，可實現(xiàn)各布線的電阻為恒定的高品質(zhì)的研磨對象物件的研磨。因此，相對今后的較大尺寸的硅片，有助于大大提供優(yōu)良出品率。
還有，由于2種光學機構中的1種以針對研磨面的同一部分的信息，作為除去在提取多次信息過程中的異常值的平均值，這樣可掌握更加準確的研磨面的狀態(tài)。這樣還可使較大尺寸的硅片的優(yōu)良出品率提高。
權利要求
1．一種平面研磨裝置，其包括頂面貼附有研磨墊(13)的壓磨板(11)，以及位于上方的研磨頭部(14)，在上述壓磨板(11)與上述研磨墊(13)之間夾持研磨對象物件(10)，在施加規(guī)定的壓力的同時，上述壓磨板(11)與研磨頭部(14)旋轉(zhuǎn)，在上述研磨墊(13)與研磨對象物件(10)之間設置漿液，對研磨對象物件(10)進行研磨，該研磨頭部(14)可對保持研磨對象物件(10)的面噴射加壓流體，在上述研磨頭部(14)的內(nèi)部劃分形成的多個同心的環(huán)狀區(qū)域(CB0，CB1，CB2)中，開設有多個孔(18，19，20)，可針對上述的每個區(qū)域(CB0，CB1，CB2)，供給上述加壓流體，上述壓磨板(11)包括穿過研磨墊(13)的單個透光窗(WT)，透光型材料(CD，CU)嵌入該透光窗(WT)，在上述壓磨板(11)的底面，在該透光窗(WT)的周邊與壓磨板(11)的旋轉(zhuǎn)中心處，安裝有反射鏡(26，27)，在安裝于壓磨板(11)的旋轉(zhuǎn)中心的底面的反射鏡(27)的下方，設置有光源(28)與光檢測器(29)，其特征在于其包括下述控制部(40)，該控制部通過上述光檢測器(29)接受下述光，該光指從上述光源(28)發(fā)出的光，借助上述2個反射鏡(26，27)，通過上述單個透光窗(WT)，投射到研磨對象物件(10)上，形成由研磨對象物件產(chǎn)生的反射光，然后按照與上述相同的路徑返回的光，對應于該受光量，可針對上述的每個區(qū)域(CB0，CB1，CB2)，分別改變上述加壓流體的壓力。
2．根據(jù)權利要求1所述的平面研磨裝置，其特征在于在下述期間，上述控制部(40)可對應于連續(xù)地接受研磨對象物件(10)產(chǎn)生的光的光檢測器(29)的受光量，針對上述的每個區(qū)域(CB0，CB1，CB2)，對上述加壓流體進行控制，該期間指在研磨過程中，在單個透光窗(WT)隨著壓磨板(11)的旋轉(zhuǎn)，從研磨對象物件(10)的下方通過的期間。
3．一種平面研磨裝置，其包括頂面貼附有研磨墊(13)的壓磨板(11)，以及位于上方的研磨頭部(14)，在上述壓磨板(11)與上述研磨墊(13)之間夾持研磨對象物件(10)，在施加規(guī)定的壓力的同時，上述壓磨板(11)與研磨頭部(14)旋轉(zhuǎn)，在上述研磨墊(13)與研磨對象物件(10)之間設置漿液，對研磨對象物件(10)進行研磨，該研磨頭部(14)可對保持研磨對象物件(10)的面噴射加壓流體，在上述研磨頭部(14)的內(nèi)部劃分形成的多個同心的環(huán)狀區(qū)域(CB0，CB1，CB2)中，開設有多個孔(18，19，20)，可針對上述的每個區(qū)域(CB0，CB1，CB2)，供給上述加壓流體，其特征在于在上述壓磨板(11)上設置有均穿過研磨墊(11)的多個透光窗(Wn)，在該多個透光窗(Wn)中分別嵌入有透光型材料(CD，CU)，在上述壓磨板的下方，設置有多個光學傳感器(Sn)。
4．根據(jù)權利要求3所述的平面研磨裝置，其特征在于上述多個光學傳感器(Sn)設置于下述線段上，該線段通過上述研磨頭部(14)的旋轉(zhuǎn)中心，使下述圓在下方平行移動的線段，該圓的中心位于上述壓磨板(11)的旋轉(zhuǎn)中心，上述多個透光窗(Wn)的個數(shù)與光學傳感器(Sn)的相同，所有透光窗(Wn)具有在所有的光學傳感器(Sn)的正上方而與后者對齊的位置關系。
5．根據(jù)權利要求4所述的平面研磨裝置，其特征在于上述多個光學傳感器(Sn)按照等間距，設置于下述范圍內(nèi)，在該范圍內(nèi)，在研磨對象物件(10)的中心與上述線段的中點重合的場合，任何一個光學傳感器(Sn)均不超出據(jù)研磨對象物件(10)的區(qū)域。
6．根據(jù)權利要求5所述的平面研磨裝置，其特征在于其包括下述控制部(40)，該控制部通過光學傳感器(Sn)接受下述光，該光為通過光學傳感器(Sn)投射到研磨對象物件(10)上，之后由研磨對象物件(10)產(chǎn)生的反射光，對應于該受光量，可針對上述的每個區(qū)域(CB0，CB1，CB2)，分別改變上述加壓流體的壓力。
7．根據(jù)權利要求6所述的平面研磨裝置，其特征在于上述多個光學傳感器(Sn)均存儲下述反射光量，該反射光量指在研磨過程中，隨著壓磨板(11)的旋轉(zhuǎn)，多個透光窗(Wn)從多個光學傳感器(Sn)的正上方通過時而獲得的，由研磨對象物件(10)產(chǎn)生的反射光量，將下述平均值用于控制部(40)的控制，該平均值指在研磨對象物件(10)通過的過程中，從按照以其數(shù)值與上述多個透光窗(Wn)的個數(shù)相同的次數(shù)，各光學傳感器(Sn)所獲得的反射受光量中去除異常值的總和的平均值。
8．根據(jù)權利要求5所述的平面研磨裝置，其特征在于在壓磨板(11)上，在其上設置有多個透光窗(Wn)的上述線段的中點與壓磨板(11)的旋轉(zhuǎn)中心之間的連線上，在越過該旋轉(zhuǎn)中心的位置，設置有穿過該研磨墊(13)的單個透光窗(WT)，在壓磨板(11)的底面，在單個透光窗(WT)的周邊與壓磨板(11)的旋轉(zhuǎn)中心，安裝有反射鏡(26，27)，在安裝于該壓磨板(11)的旋轉(zhuǎn)中心的底面的反射鏡(27)的下方，設置有光源(28)與光檢測器(29)。
9．根據(jù)權利要求8所述的平面研磨裝置，其特征在于其包括第1控制部(40)，該控制部通過光學傳感器(Sn)接受下述光，該光為通過光學傳感器(Sn)投射到研磨對象物件(10)上，之后由研磨對象物件(10)產(chǎn)生的反射光，對應于該受光量，可針對上述的每個區(qū)域(CB0，CB1，CB2)，分別改變上述加壓流體的壓力；第2控制部(40)，該控制部在下述期間，對應于連續(xù)地接受研磨對象物件(10)產(chǎn)生的光的光檢測器(29)的受光量，可針對上述的每個區(qū)域(CB0，CB1，CB2)，對上述加壓流體的壓力進行控制，該期間指在研磨過程中，上述單個透光窗(WT)隨著壓磨板(11)的旋轉(zhuǎn)，從研磨對象物件(10)的下方通過的期間；相對多個光學傳感器(Sn)，具有第1控制部(40)，相對光檢測器(29)，具有第2控制部(40)，在研磨過程中，隨著壓磨板(11)的旋轉(zhuǎn)，依次進行上述的2個控制，在壓磨板(11)旋轉(zhuǎn)1圈的期間，共計2次地，可針對上述的每個區(qū)域(CB0，CB1，CB2)，分別進行上述加壓流體的壓力控制。
全文摘要
一種平面研磨裝置,在對疊置有數(shù)種材料的硅片10進行研磨時,通過設置于壓磨板11上的單個透光窗WT,在平時借助光檢測器29檢測硅片10的研磨面產(chǎn)生的反射光量,此外,在多個透光窗Wn從硅片10的下面通過的過程中,分別通過多個光學傳感器Sn檢測上述反射光量。根據(jù)這些反射光量,對在研磨頭部14的內(nèi)部,針對每個環(huán)狀區(qū)域設置的多個加壓室的壓力進行控制,針對每個環(huán)狀區(qū)域,在適當?shù)卦O定壓力的同時,對硅片10進行研磨。
文檔編號B24B37/013GK1279506SQ00109568
公開日2001年1月10日 申請日期2000年7月5日 優(yōu)先權日1999年7月5日
發(fā)明者佐藤右一, 吉野喜一, 古山尚宏, 永元信裕, 三橋真成 申請人:日本電氣株式會社