专利名称：研磨装置的管理方法
技术领域：
本发明涉及一种研磨装置的管理方法。
背景技术：
近年来，随着半导体装置的高集成化，在半导体制造工序中，通过高精度地研磨半导体元件使其平坦化的技术越来越重要。在平坦化技术中，CMP化学机械研磨(Chemical Mechanical Polish)技术为实现平坦化的最优方法，被应用在进行层间绝缘膜的平坦化及元件分离形成时在半导体衬底上留下的残留氧化膜的研磨等。在CMP中，通过并用机械研磨和化学作用，来对半导体衬底的表面进行研磨。由于CMP中的研磨状态非常依存于研磨布和半导体衬底的机械接触状态，因此为了将半导体衬底进行全面高精度的研磨，必须要对研磨时施加在半导体衬底的压力(研磨压力)进行控制。
以下，参照图9及
图10对进行研磨压力的控制的现有晶片研磨装置加以说明。
图9为剖面图，表示现有晶片研磨装置的结构。
图9所示的以往的晶片研磨装置，包括与被支持架100支持的轴承构件101连接的、旋转自由的拥有大约700kg的重量的上研磨台102；及与该上研磨台102面对面设置的、进行旋转驱动的下研磨台103。并且，在支持架100与轴承构件101之间，设置有为检测出施加在被研磨材的晶片104上的压力的压力检测器的测力器100A。并且，在上研磨台102的上面，设置有能够装下大约150kg的纯净水的液体填充槽105，该液体填充槽105与用来提供液体的液体提供器连接。这里，液体提供器包括安装在支持架100的多个固定喷管106；安装在液体填充槽105的、与该液体填充槽105一起转动的多个旋转喷管107；以及连接在该旋转喷管107的、一边转动从固定喷管106滴下的液体一边接住该液体的环状液体接受器108。
并且，在固定喷管107、与图中没有表示的液体提供源之间的配管中途，例如设置有由流量计109、及阀门110构成的流量调整器，且设置有连接在测力器100A的控制器。根据由测力器100A检测出的施加在晶片104上的研磨压力值，使液体提供器运转，来控制对液体填充槽105进行的液体的提供。
这样一来，在现有晶片研磨装置中，研磨压力的控制是通过控制给设置在上研磨台102上的液体填充槽105填充的液体的量来进行的。
图10表示现有的晶片研磨装置中的研磨压力的时间变化。
如图10所示，在研磨开始后的1分钟之内施加大约100kg(大约20g/cm2)的轻压力，然后，逐渐增加压力直到达到所规定的压力，例如650kg(大约120g/cm2)，将所规定的压力保持7分钟。此时，测力器100A不断地检测施加在晶片104上的压力，当查出检测出的压力低于所规定的压力时，控制流量计109及阀门110，不断地向设置在上研磨台102上的液体填充槽105提供相当于不足的压力的重量的液体量(例如，参照专利文献1)。
如上所述，现有的晶片研磨装置通过进行研磨压力的控制，来进行现有的晶片研磨装置的管理。
《专利文献1》日本专利文献09-183059号公报但是，由于在所述现有晶片研磨装置中，利用液体的量控制研磨压力，因此作为装置必须具备液体填充槽105。
并且，虽然在所述现有晶片研磨装置中，使用由测力器100A检测出的研磨中的压力值，来进行研磨压力的控制，但是在晶片之间产生研磨量的不均匀，难以高精度地将晶片研磨。
发明内容
如前述问题所鉴，本发明的目的在于提供一种管理研磨装置的方法，该方法能够降低在晶片之间产生的研磨量的不均匀、高精度地进行研磨。
为了解决所述课题，本案发明者们进行了各种研究，其结果发现由于在现有晶片研磨装置中的研磨压力的控制，为没有考虑研磨待机时的压力值仅考虑了研磨中的压力值而进行的控制，而在研磨待机时压力值存在高低不同，因此造成在晶片之间产生研磨量的不均匀。故，本发明为依据所述发现的发明，具体地说，本发明所涉及的研磨装置的管理方法，为具备检测出施加在被研磨对象的晶片上的压力的压力检测器的研磨装置的管理方法，其包括将在等待研磨晶片的第1时间由压力检测器检测出的第1压力值、和在进行晶片研磨的第2时间由所述压力检测器检测出的第2压力值的差值计算出来，来作为在所述第2时间实际施加在晶片上的实际压力值的步骤；以及监测实际压力值的步骤。
根据本发明所涉及的研磨装置的管理方法，由于研磨时的实际压力值为用研磨时的第2压力值减去研磨待机时的第1压力值而求得的值，该研磨时的实际压力值考虑了研磨待机时压力值的不同，故拥有与研磨时的研磨速度较密切的相关关系(几乎成比例关系)，因此通过监测该实际压力值，能够管理研磨装置，使其能够降低在晶片之间产生的研磨量的不均匀、高精度地进行研磨。
在本发明所涉及的研磨装置的管理方法中，最好监测实际压力值的步骤包括根据实际压力值算出晶片的研磨速度，且监测算出的研磨速度的步骤。
这样一来，由于根据能够用实时监测的实际压力值算出研磨速度，因此能够用实时管理研磨速度。所以，能够管理研磨装置，能够使其降低在晶片之间产生的研磨量的不均匀，进行高精度地研磨。
在本发明所涉及的研磨装置的管理方法中，最好监测实际压力值的步骤包括根据研磨速度和第2时间算出晶片的研磨量，且监测用研磨晶片前的膜厚减去所算出的晶片的研磨量而求得的研磨晶片后的残留膜厚的值的步骤。
这样一来，由于可以利用能够用实时监测的研磨速度算出研磨量，因此能够不测定研磨后的残留膜厚的值，根据研磨速度和研磨时间算出该值，故，能够在研磨结束时获得研磨后的残留膜厚的值。
在本发明所涉及的研磨装置的管理方法中，最好监测实际压力值的步骤包括当实际压力值不在所希望的值的范围内时，检测出在该研磨装置发生异常的步骤。
这样一来，由于研磨速度与实际压力值有很密切的相关关系，因此通过利用实际压力值进行研磨速度的管理，能够检测出研磨装置的异常的发生。所以，能够管理研磨装置，能够使其减少在晶片之间产生的研磨量的不均匀，进行高精度地研磨。并且，由于利用能够用实时监测的实际压力值进行管理，因此能够在短时间内检测出异常，故能够大幅度地降低在解决发生异常时所需的时间。
在本发明所涉及的研磨装置的管理方法中，最好监测实际压力值的步骤包括当检测出异常时，发出警告的步骤。
这样一来，能够管理研磨装置，且能够大幅度地降低在解决发生异常时所需的时间，使其能够减少在晶片之间产生的研磨量的不均匀，进行高精度地研磨。
在本发明所涉及的研磨装置的管理方法中，最好监测实际压力值的步骤包括当检测出发生异常时，进行以测力器作为压力检测器的原点校正的步骤。
在本发明所涉及的研磨装置的管理方法中，最好监测实际压力值的步骤包括一旦发出警告，就停止研磨装置的步骤。
(发明的效果)根据本发明所涉及的研磨装置的管理方法，由于研磨时的实际压力值为从研磨时的第2压力值中减去研磨待机时的第1压力值而求得的值，该研磨时的实际压力值考虑了研磨待机时的压力值的不同，因此与研磨时的研磨速度具有很密切的相关关系(几乎成比例关系)，所以通过监测该实际压力值，能够管理研磨装置，使其能够减少在晶片之间产生的研磨量的不均匀，进行高精度地研磨。
附图的简单说明图1为表示在本发明的第1实施例所涉及的研磨装置的管理方法的说明中所使用的研磨装置的概要图。
图2为表示本发明的第1实施例所涉及的研磨装置的管理方法的流程图。
图3为表示在本发明的第1实施例中，在等待对晶片进行研磨时、和在进行研磨时的压力值的图。
图4(a)为压力值的平均值与研磨速度的关系图；图4(b)为实际压力值与研磨速度的关系图。
图5为实际压力值与研磨速度的关系图。
图6是为了决定PM的实施时期而进行倾向管理的图，为实际压力值的变化经过与时间的关系图。
图7(a)及图7(b)为本发明的第2实施例所涉及的研磨装置的控制电路图。
图8(a)及图8(b)为表示在本发明的第2实施例中，在等待对晶片进行研磨时、和在进行研磨时的压力值的图。
图9为表示现有研磨装置的概要图。
图10为在现有研磨装置中，进行研磨时的研磨压力与时间的关系图。
(符号的说明)1-滚筒；2-研磨垫；3-研磨头；4-半导体衬底；5-研磨台；6-悬浮液喷管；7-测力器；10-伺服阀；11-主计算机；12-第1放大器；13-第2放大器；14-控制信号线；15-信号线；16-数据记录器；17-数据处理部；18-数据存储部；19-数据判断部；100-支持架；100A-测力器；101-轴承构件；102-上研磨台；103-下研磨台；104-晶片；105-液体填充槽；106-固定喷管；107-旋转喷管；108-环状液体接受器；109-阀门；110-流量计。
具体实施例方式
以下，参照附图对本发明的各个实施例加以说明。
(第1实施例)以下，参照图1～图6对本发明的第1实施例所涉及的研磨装置的管理方法加以说明。
首先，参照图1对在本发明的第1实施例所涉及的研磨装置的管理方法的说明中使用的研磨装置的一个例子加以说明。
如图1所示，由于滚筒1旋转，使研磨垫2一直朝前移动。被研磨头3支持的、拥有为被研磨对象的被研磨膜的半导体衬底(晶片)4，被固定成需研磨的面与研磨垫2面对面的状态。在夹着研磨垫2的半导体衬底4的相反一侧设置有研磨台5。一边由悬浮液喷管6提供作为研磨剂的悬浮液，一边对半导体衬底4进行研磨。并且，测力器(压力检测器)7检测出在等待对半导体衬底4进行研磨的期间(以下，称为第1时间)、以及在对半导体衬底4进行研磨的期间(以下，称为第2时间)施加在研磨头3和研磨台5之间的压力值。另外，等待研磨的第1时间通常为例如交换为研磨对象的半导体衬底4的时间等、研磨装置空运转的时间等。并且，进行研磨的第2时间通常为例如研磨一块半导体衬底4的时间等。
其次，参照图2对本发明的第1实施例所涉及的研磨装置的管理方法的概要加以说明。
如图2所示，首先，在步骤ST1中，检测出由测力器7测出的实际压力值。具体地说，测定了在第1时间由测力器7测出的压力值(以下，称为第1压力值)后，测定在第2时间由测力器7测出的压力值(以下，称为第2压力值)。并且，算出所测定的第1压力值和第2压力值的差值部分，该值为在第2时间对半导体衬底4实际施加的实际压力值。
其次，在步骤ST2中，算出研磨速度。也就是说，根据在步骤ST1中算出的实际压力值算出研磨速度。
其次，在步骤ST3中，算出残留膜的值。也就是说，利用研磨时间、和在步骤ST2中算出的研磨速度，算出半导体衬底4上的被研磨膜的残留膜厚的值。
这样一来，在本实施例所涉及的研磨装置的管理方法中，如以下所要详细说明的一样，通过算出实际压力值、研磨速度、或者残留膜厚的值，且监测这些值，能够管理研磨装置，使其能够防止在研磨每个半导体衬底4时所产生的研磨量的不均匀，高精度地进行研磨。
以下，对图2所示的所述各个步骤ST1～ST3加以详细的说明。
<步骤ST1(实际压力值的测定)>
如图3所示，在等待对半导体衬底4进行研磨的第1时间1a，施加第1压力值，图3具体地表示在第1时间1a施加的第1压力值的平均值D1。而且，在对半导体衬底4进行研磨的第2时间1b，施加第2压力值，图3具体地表示在第2时间1b施加的第2压力值的平均值D2。
这里，参照图4(a)，对在进行研磨的第2时间1b的第2压力值与研磨速度的关系加以说明。在图4(a)中，横轴表示在第2时间1b的第2压力值的平均值D2，纵轴表示在第2时间1b的研磨速度。
如图4(a)所明确示出的，在第2时间1b的第2压力值的平均值D2，在4.3～4.5(PSi)的范围内，研磨速度分布在350～500(nm/min)的范围内。也就是说，第2压力值的平均值D2的差值为3σ，其大小较小，大约为0.11(PSi)，大部分研磨速度在450±50(nm/min)之间大幅度变动。因此，得知研磨速度并不依存于第2压力值的平均值D2。
故，本发明所涉及的本实施例，测定在第1时间1a的第1压力值(具体地说，第1压力值的平均值D1)后，测定在第2时间1b的第2压力值(具体地说，第2压力值的平均值D2)。然后，计算出所测定的第1压力值(具体地说，第1压力值的平均值D1)、和第2压力值(具体地说，第2压力值的平均值D2)的差值(D2-D1)，作为在第2时间1b对半导体衬底4实际施加的实际压力值D3。
这里，参照图4(b)对在第2时间1b的实际压力值D3与研磨速度的关系加以说明。在图4(b)中，横轴表示实际压力值D3，纵轴表示在第2时间1b的研磨速度。
从图4(b)明显得知研磨速度与实际压力值D3几乎成比例，如直线L1所示。由此得出通过监测实际施加在半导体衬底4上的实际压力值D3，能够监测在第2时间1b的研磨速度，如以下所要说明的。因此，能够管理研磨装置，使其能够防止研磨量的不均匀，高精度地进行研磨。
<步骤ST2(研磨速度的算出)>
图5为表示将所述图4(b)所示的实际压力值D3与研磨速度的关系图的分度改变的图。以下，对根据实际压力值D3求出研磨速度的方法加以具体地说明。
这里，对半导体衬底4进行的研磨，设为在固定的时间进行，同时根据研磨量的标准将所希望的研磨速度的范围5a设定为450±50(nm/min)。此时，如所述图4(b)所示，考虑到研磨速度与实际压力值D3的关系为直线L1所示的比例关系，为了用实际压力值D3监测研磨速度是否在范围5a内，将实际压力值D3的标准范围5b设定为3.45～4.20(PSi)的范围。这样一来，由于能够用在步骤ST1中测定的实际压力值D1监测研磨速度，因此能够用实时测定研磨速度。在此提一下，现有研磨速度的测定，通过测定研磨结束后的被研磨膜的膜厚，再测定与研磨前的膜厚的差值部分，来求得研磨速度。但是，根据本发明所涉及的研磨装置的管理方法，由于能够用实际压力值D3监测研磨速度，因此能够检测出在研磨中发生的研磨速度的异常。故，能够管理研磨装置，使其能够防止研磨量的不均匀，高精度地进行研磨。
并且，当检测出异常时，还能够发出警报进行警告使装置停止。并且，由于使用能够用实时监测的实际压力值管理研磨速度，因此能够在短时间检测出异常，能够大大地减少解决异常发生时所需要的时间。
这里，对当检测出异常时的处理加以说明。
具体地说，根据在步骤ST1中测定出的实际压力值D3的监测结果，进行初期维护(PM，Preventive Maintenance)。
图6为为了决定PM的实施时期而进行倾向管理的图。另外，在图6中，横轴表示时间(日期)，纵轴表示实际压力值D3。
如图6所示，期间6a及6b为预先规定的PM周期，在期间6a及6b中，实际压力值D3没有超过所规定的范围。但，在期间6c中，实际压力值D3超过了所规定的范围(3.45～4.20(PSi))，表示应该实施PM。而由于在期间6d中，显示出在比预先规定的PM周期(6a及6b)长的期间内，实际压力值D3都在规定的范围内，因此在期间6d中，能够在比预先规定的PM周期后实施PM的期间长的期间，不进行PM使装置不断地运转。象这样，通过监测实际压力值D3进行倾向管理，能够在最佳的时期实施PM。所以，由于能够提高装置的运转效率，因此能够提高生产性。
另外，在图6中，虽然用日期作为横轴进行管理，也可以不用日期管理，用小时为单位进行管理，并且使管理的时间越短，越能够降低不良的发生率。
<步骤ST3(残留膜的值的算出)>
其次，在步骤ST3，根据在步骤ST2中测定的研磨速度、和为研磨时间的第2时间1b，算出半导体衬底4中的被研磨膜的研磨量，然后，通过用在研磨前测定的被研磨膜的膜厚减去算出的研磨量，能够算出研磨后的膜厚。这样一来，在步骤ST3中，由于使用在步骤ST2中可用实时监测的研磨速度，能够算出研磨量，因此能够不进行测定而根据研磨速度和研磨时间算出研磨后的残留膜厚的值，故能够在研磨结束时获得研磨后的残留膜厚的值。
(第2实施例)以下，参照图7及图8对本发明的第2实施例所涉及的研磨装置的管理方法加以说明。
图7(a)及(b)示出了该研磨装置、及使用在本发明的第2实施例所涉及的研磨装置的管理方法中的控制电路。
首先，对图7(a)及(b)所示的研磨装置加以说明。
由于滚筒1转动，故研磨垫2一直朝前移动。被研磨头3支持的、拥有为被研磨对象的被研磨膜的半导体衬底(晶片)4，被固定成需研磨的面与研磨垫2面对面的状态。在夹着研磨垫2的半导体衬底4的相反一侧设置有研磨台5。一边由悬浮液喷管6提供作为研磨剂的悬浮液，一边进行半导体衬底4的研磨。并且，测力器(压力检测器)7检测出在等待对半导体衬底4进行研磨的期间、以及在对半导体衬底4进行研磨的期间施加在研磨头3和研磨台5之间的压力值。
其次，对由测力器7检测出的压力值进行控制的伺服阀10的驱动电路加以说明。
在第2放大器13中对表示由主计算机11输入的所规定的压力值的电压信号、及表示通过第1放大器12输入的由测力器7检测出的压力值的电压信号加以比较，将表示其差的电压信号输入伺服阀10。在伺服阀10中，进行使所规定的压力值、和由测力器7检测出的压力值的差为零的控制。
象这种反馈系的电路较易接受噪音的影响。也就是说，在图7(a)所示的电路中，由于从第1放大器12出来的控制信号线14与数据记录器16连接，因此一旦发生噪音等异常，进行压力值的监测的电路就受到很大的破坏，在研磨处理中发生故障。因此，如图7(b)所示，最好设置与从第1放大器12出来的控制信号线14(参照图7(a))不同的信号线15连接在数据记录器16来构成电路。
以下，参照图8(a)及(b)对这样做的理由加以说明。
图8(a)及(b)表示在等待对半导体衬底4进行研磨的期间(以下，标为等待研磨时A1、A2)、及对半导体衬底4进行研磨的期间(以下，标为处理研磨时B1、B2)的压力值的波形的时间变化。具体地说，图8(a)表示在使用控制信号线14的图7(a)所示的电路中监测压力值时的图，图8(b)表示在使用信号线15的图7(b)所示的电路中监测压力值时的图。
对图8(a)及图8(b)中的压力值进行比较，在处理研磨时B1中的压力值、及在处理研磨时B2中的压力值相同，均为范围4.3～4.4(PSi)内的值，而在等待研磨时A1中的压力值为1.0～3.0(PSi)，在等待研磨时A2中的压力值为范围0.4～0.5(PSi)内的值，由此得出，在等待研磨时A1中的压力值比在等待研磨时A2中的压力值大两倍以上。这是因为如图7(a)所示，由于使用了控制信号线14，产生了测定端的接触不良受到了噪音的影响之故。也就是说，由于为从图8(a)所示的处理研磨时B1中的压力值减去等待研磨时A1中的压力值的值的实际压力值，为用同样的方法得到的图8(b)所示的实际压力值的30～75％的压力值，因此很明显利用设置控制信号线14的电路进行压力值的监测，会招致研磨速度的下降，发生研磨异常。所以，由于在监测压力值等时，如图7(b)所示，将与从第1放大器12出来的控制信号线14不同的信号线15连接在数据记录器16上，因此即使在测定时发生接触不良的现象，也能够在对研磨处理没有影响的情况下监测压力值。
其次，对图7(b)中的反馈电路加以说明。
数据记录器16，将通过信号线15输入的、表示由测力器7检测出的实际压力值的数据自动地传送到数据存储部17。然后，在数据处理部18中，进行有关实际压力值的统计处理。之后，在数据判断部19中，通过将进行统计处理的数据、和表示预先设定的实际压力值的标准值的数据进行对照，来进行正常或者异常的判断，且将该判断结果传送到主计算机11。另外，虽然也能够用既存的装置结构实现实际压力值是否正常的判断功能，但这样做的话，由于判断功能、计算处理、及设定值的指示等均由主计算机11进行，有可能会产生装置的各个动作中的误动作、设定值的指示的误动作、或者判断出错的现象，并且难以实现迅速的判断。因此，在本实施例中，认为有必要设置专门用于判断功能的数据处理部18、数据存储部17及数据的判断部19，设置图7(b)所示的结构的电路。
具体地说，若用在所述图3中所示的例子进行说明的话，在数据判断部19中，通过将预先设定的实际压力值D3的标准值(3.45～4.20(PSi))与从数据处理部18获得的实际压力值D3进行对照，检测出所获得的实际压力值D3是否正常。其次，将数据判断部19中的判断结果传送到主计算机11。并且，为了反映该判断结果，将其反馈到测定器7。
如上所述，通过用实时检测出随时间变化的实际压力值，并将恰当的实际压力值反馈，由于能够对实际压力值进行严密地控制，因此能够使被研磨膜的膜厚保持一定。所以，能够防止研磨量的不均匀，实现高精度的研磨。
权利要求
1.一种研磨装置的管理方法，其包括检测施加在为被研磨对象的晶片上的压力的压力检测器，其特征在于包括将在等待研磨所述晶片的第1时间由所述压力检测器检测出的第1压力值、和在进行所述晶片研磨的第2时间由所述压力检测器检测出的第2压力值的差值计算出来，作为在所述第2时间实际施加在所述晶片上的实际压力值的步骤；以及监测所述实际压力值的步骤。
2.根据权利要求第1项所述的研磨装置的管理方法，其特征在于所述监测实际压力值的步骤，包括根据所述实际压力值算出所述晶片的研磨速度，且监测算出的所述研磨速度的步骤。
3.根据权利要求第2项所述的研磨装置的管理方法，其特征在于所述监测实际压力值的步骤，包括根据所述研磨速度和所述第2时间算出所述晶片的研磨量，且监测用研磨所述晶片前的膜厚减去所算出的所述晶片的研磨量而求得的研磨所述晶片后的残留膜厚的值的步骤。
4.根据权利要求第1项所述的研磨装置的管理方法，其特征在于所述监测实际压力值的步骤，包括当所述实际压力值不在所希望的值的范围内时，检测出在该研磨装置发生了异常的步骤。
5.根据权利要求第4项所述的研磨装置的管理方法，其特征在于所述监测实际压力值的步骤，包括当检测出发生所述异常时，发出警告的步骤。
6.根据权利要求第4项所述的研磨装置的管理方法，其特征在于所述监测实际压力值的步骤，包括当检测出发生所述异常时，以测力器作为所述压力检测器，进行原点校正的步骤。
7.根据权利要求第5项所述的研磨装置的管理方法，其特征在于所述监测实际压力值的步骤，包括一旦发出所述警告，就停止该研磨装置的步骤。
全文摘要
本发明公开了一种研磨装置的管理方法。本发明的目的在于提供一种管理研磨装置的方法，使其能够减少在晶片之间产生的研磨量的不均匀，进行高精度地研磨。具备检测施加在为被研磨对象的晶片上的压力的压力检测器的研磨装置的管理方法，包括将在等待晶片的研磨的第1时间由压力检测器检测出的第1压力值、和在进行晶片的研磨的第2时间由压力检测器检测出的第2压力值的差值计算出来，作为在第2时间实际施加在晶片上的实际压力值的步骤；以及监测实际压力值的步骤。
文档编号B24B49/16GK1577759SQ200410063679
公开日2005年2月9日 申请日期2004年7月14日 优先权日2003年7月15日
发明者宫坂幸太郎, 今井伸一 申请人:松下电器产业株式会社