专利名称：抛光装置和抛光方法
技术领域：
本发明涉及抛光装置和抛光方法，更具体地说，涉及用于将诸如半导体晶片的基板抛光(研磨)至平镜面光洁度的抛光装置和抛光方法。
背景技术：
近年来，半导体器件已经变得更加集成化，并且半导体元件的结构已经变得更加复杂。此外，用于逻辑系统的多层互连结构中的层数已经增加。因此，半导体器件的表面上的不平整度被增加，以至于半导体器件的表面上的阶高趋向于变大。这是因为，在半导体器件的制造过程中，在半导体器件上形成薄膜，然后在半导体器件上进行微加工处理，例如形成图案或形成孔，并且重复这些加工处理以在半导体器件上形成随后的薄膜。
当半导体器件的表面上的不平整度的值增加时，下面的问题会出现。当在半导体器件上形成薄膜时，在具有台阶的部分所形成的薄膜的厚度相对较小。此外，断路可由互连结构的脱离连接而产生，或者短路可由互连层之间的绝缘不足而产生。结果，不能获得优质产品，并且产量趋向于降低。此外，即使半导体器件最初正常工作，在长时间的使用之后半导体器件的可靠性会降低。在光刻处理中的曝光时，如果照射表面是不平整的，那么曝光系统中的透镜单元无法局部聚焦。因此，如果半导体器件的表面的不平整度增加，那么在半导体器件其本身上形成精细图案就非常困难。
因此，在半导体器件的制造过程中，使半导体器件的表面平坦化变得越来越重要。最重要的平坦化技术之一是化学机械抛光(CMP)。在化学机械抛光中，通过使用抛光装置，同时将在其内包含磨粒，如二氧化硅(SiO2)的抛光液供应到抛光面，如抛光垫上，使得诸如半导体晶片的基板与抛光面滑动接触，以至于基板得到抛光。
这种类型的抛光装置包括抛光台，其具有由抛光垫所形成的抛光面，和基板保持装置，其被称为顶环或承载头，用于保持诸如半导体晶片的基板。当采用这种抛光装置来抛光半导体晶片时，通过基板保持装置，半导体晶片以预定压力被保持并压靠在抛光台上。此时，抛光台和基板保持装置相对于彼此运动以使得半导体晶片与抛光面滑动接触，以至于半导体晶片的表面被抛光成平镜面光洁度。
在抛光装置中，假定抛光速度恒定，抛光量就与完成抛光处理的抛光时间(处理时间)成比例。因此，下面方法被用于确定抛光时间。首先，在抛光处理之前测量一个基板的膜厚度。然后，通过抛光装置以预定时间段对基板进行抛光。在所述抛光处理之后测量半导体基板的膜厚度。然后基于所去除的膜厚度和抛光处理所用的时间段来计算抛光速度。接下来，基于所计算的抛光速度和期望的膜厚度来计算随后的基板的最佳抛光时间。因此，以所计算的最佳抛光时间抛光随后的基板。
因为抛光速度具有变化，所计算的抛光速度可仅仅适合于已抛光的基板。在这种情况下，如果如此计算得到的抛光速度被简单地用于为随后的基板计算最佳抛光时间，那么随后的基板的膜厚度可能会在抛光处理之后显著偏离期望值。因此，已经有人提出将关于已抛光基板的抛光量和抛光时间的数据存储在存储装置中，基于存储装置中的数据计算平均抛光速度，并且以基于所述平均抛光速度而计算得到的时间段来完成随后的抛光处理。采用这种基于过去数据来计算平均抛光速度的方法，有可能省去对各批次(lot)的基板进行麻烦的抛光速度测量并且减小测量值的差异。
但是，在抛光装置中，抛光速度很大程度上取决于抛光垫的表面状态、用于修整抛光垫的表面的垫修整器的状态、抛光液的成分和温度、沉积处理的温度和压力、由于材料差异而产生的膜特性的不一致性以及抛光温度的变化。因此，抛光速度并不必保持稳定在平均抛光速度上。
如上所述，近年来，化学机械抛光(CMP)已经被应用于使表面的不平整度平坦化，所述这些不平整度是在用来在半导体基板上制造半导体器件的处理中形成绝缘膜或互连金属膜的过程中而产生。在CMP中，待抛光的基板被压靠在由无纺布形成的抛光垫上。基板和抛光垫彼此相互运动，以使基板和抛光垫彼此相互滑动接触，同时在基板和抛光垫之间供应磨粒。于是，基板得到抛光。形成于抛光垫的表面中的同心凹槽或格状凹槽可将足够量的磨粒高效供应到基板的中心部分。
具有双层结构的抛光垫对减小由于纳微拓扑(nanotopology)的影响、即基板的表面的隆起的影响是很高效的，在所述双层结构中，相对较硬的聚氨酯泡沫层附着在相对较软的无纺布上。公知的是已经有一种具有双层式层状结构的抛光垫，例如Rodel公司制造的IC-1000/SUBA400。为了在CMP处理中清除附着在抛光垫的表面的抛光废物，进行垫修整以通过金刚石盘清除抛光垫的表面的一部分。因为所述垫修整的作用，所以形成于抛光垫的表面中的凹槽的深度和软层与硬层的之比根据抛光垫的磨损随着时间而改变，由此对抛光处理施加很大的影响。
采用传统的抛光方法，为了根据抛光垫随时间的变化而监测抛光速度和晶片内的抛光一致性的变化，每次抛光预定数量的其上形成有半导体器件的产品基板时，要抛光一质量控制(QC)基板(具有覆盖其整个表面的薄膜的基板)。抛光速度定义为当形成于基板上的膜在预定压力(例如，1.5psi)下被抛光时每单位时间所去除的膜的厚度。随后抛光的产品基板的处理时间通常由操作者基于所述QC基板的抛光结果进行调节。具体地说，操作者基于所述QC基板的抛光结果手工计算出最佳抛光时间。此外，迄今为止，已经有人企图在抛光装置中提供一种膜厚测量装置以基于测量结果优化处理时间。采用这种方法，需要一定的时间段进行反馈控制，以至于数个基板可在没有对处理时间进行优化的情况下被抛光。
发明内容
本发明旨在解决上述缺陷。因此，本发明的一个目的是提供一种基板抛光装置和基板抛光方法，从而可准确抛光基板以至于获得期望的膜厚度，可防止制造产量因为过度抛光而降低，并且可防止制造成本因为返工处理而增加。
本发明的第二目的是提供一种抛光方法和抛光装置，从而可适当控制因为形成于抛光垫的表面中的凹槽的深度、硬抛光垫的厚度、已修整抛光垫的表面状况或抛光垫的表面温度而变化的抛光速度和抛光特性，从而可防止因为过度抛光而返工，并且可减小产量降低的风险。
为了达到第一目的，根据本发明的第一方面，提供了一种抛光装置，该抛光装置具有抛光部分，其被构造成抛光基板，和测量部分，其被构造成测量形成于所述基板上的膜的厚度。该抛光装置还具有接口，其被构造成输入形成于待抛光的基板上的膜的期望厚度，和存储装置，其被构造成将关于过去的至少一个基板的抛光速度的数据存储在其中。该抛光装置包括运算单元，其可操作，以通过使用加权平均法、基于所述抛光速度数据和所述期望厚度来计算抛光速度和最佳抛光时间，其中所述加权平均法对关于最新抛光的基板的抛光速度数据进行加权处理。
因此，通过使用在计算之前对较新的抛光结果进行加权处理的加权平均法来计算最佳抛光时间。具体地说，在使用化学效应抛光基板的抛光装置中，抛光温度对于抛光速度具有很大影响。通过加权较新的数据，有可能以很高的准确度计算高温下的实际抛光速度。因为加权平均法使用平均的数据，所以可以计算抛光速度而不管数据的变化。因此，可以准确计算最佳抛光时间以防止过度抛光和因为返工处理而引起的制造成本增加。
根据本发明的第二方面，提供了一种抛光装置，该抛光装置具有抛光部分，其被构造成抛光基板，和测量部分，其被构造成测量形成于所述基板上的膜的厚度。该抛光装置还具有接口，其被构造成输入形成于待抛光的基板上的膜的期望厚度，和存储装置，其被构造成将关于过去的至少一个基板的抛光速度的数据存储在其中。该抛光装置包括运算单元，其可操作，以基于所述期望厚度以及所述抛光速度数据的变化范围来计算抛光速度和包含一定裕度以至于不会过度抛光随后的基板的最佳抛光时间。
于是，基于所述抛光速度数据的变化范围来计算包含一定裕度以至于不会过度抛光随后的基板的最佳抛光时间。因此，可以防止直接引起产量降低和返工的过度抛光。
根据本发明的第三方面，提供了一种抛光装置，该抛光装置具有抛光部分，其被构造成抛光基板，和测量部分，其被构造成测量形成于所述基板上的膜的厚度。该抛光装置还具有接口，其被构造成输入形成于待抛光的基板上的膜的期望厚度，和存储装置，其被构造成将关于过去的至少一个基板的抛光速度的数据存储在其中。该抛光装置包括运算单元，其可操作，以基于所述抛光速度数据和所述期望厚度来计算抛光速度和最佳抛光时间。该抛光装置还包括接收器，其被构造成接收形成有已知厚度的膜的校准基板，和传输部分，其被构成将所述校准基板从所述接收器传输到所述测量部分。
于是，校准基板被保持在抛光装置中并且以预定频率传输到所述测量部分以校准所述测量部分。因此，可以轻松而稳定地保持所述测量部分的准确度，膜厚度的测量是基于所述测量部分。
根据本发明的第四方面，提供了一种抛光装置，该抛光装置具有抛光部分，其被构造成抛光具有包含上层和下层的多个层叠式膜的基板，和测量部分，其被构造成测量形成于所述基板上的膜的厚度。该抛光装置还具有接口，其被构造成输入形成于待抛光的基板上的膜的期望厚度。该抛光装置包括运算单元，其可操作，以基于所述期望厚度和所述上层与下层的抛光速度之比或者基于所述测量部分的信号来计算用于所述多个层叠式膜中的至少一个的抛光速度和最佳抛光时间。
根据本发明的第五方面，提供了一种基板抛光方法。在该抛光方法中，测量形成于所述基板上的膜的厚度。输入形成于待抛光的基板上的膜的期望厚度。将关于过去的至少一个基板的抛光速度的数据存储在存储装置中。通过使用加权平均法、基于所述抛光速度数据和所述期望厚度来计算抛光速度和最佳抛光时间，其中所述加权平均法对关于最新抛光的基板的抛光速度数据进行加权处理。以最佳抛光时间抛光随后的基板。
可借助于形成有已知厚度的基板，以预定频率校准所述测量。
根据本发明的第六方面，提供了一种基板抛光方法。在该抛光方法中，测量形成于所述基板上的膜的厚度。输入形成于待抛光的基板上的膜的期望厚度。将关于过去的至少一个基板的抛光速度的数据存储在存储装置中。基于所述期望厚度以及所述抛光速度数据的变化范围来计算抛光速度和包含一定裕度以至于不会过度抛光随后的基板的最佳抛光时间。以所述最佳抛光时间抛光所述随后的基板。
在基于一批次中的第一基板的抛光结果而计算最佳抛光时间之后，可以最佳抛光时间抛光所述批次中的随后的基板。
为了达到第二目的，提供了一种抛光方法和抛光装置，从而可在半导体基板的抛光过程中防止因为过度抛光而引起的产量降低和因为返工而引起的制造成本增加，并且可优化抛光半导体基板的抛光时间以至于获得期望的膜厚度。
根据本发明的第七方面，提供了一种抛光装置，该抛光装置具有抛光部分，其被构造成将基板压靠在抛光面上，以使所述基板与所述抛光面滑动接触以抛光所述基板。该抛光装置还具有第一测量装置，其被构造成测量形成于所述基板上的膜的厚度，和第二测量装置，其被构造成监测以下参数中的至少一个，即形成于抛光面的表面中的凹槽的深度、抛光面的表面粗糙度、抛光面的表面温度和抛光面的厚度。该抛光装置包括控制器，其可操作，以基于抛光速度变化与所述至少一个参数之间的相关关系、所述至少一个参数的监测值和抛光前与后的膜厚度的测量值来计算基板的最佳抛光时间。抛光速度定义为每单位时间所去除的膜的厚度，并且抛光时间定义以预定抛光速度抛光基板所需的时间段。
在所述相关关系中所述抛光速度变化可定义为直至新的抛光面替换之前抛光速度的变化。所述第一测量装置可包括光学传感器、涡电流传感器和光声传感器中的至少一种。这些传感器可设置在抛光垫的下方或者抛光垫的内侧。所述抛光部分可具有用于修整抛光面的修整器，并且所述第二测量装置可包括一种测量装置，该测量装置具有用于将光施加到所述修整器的部件的表面的光源和用于检测从所述修整器的所述部件的表面反射的光以监测所述抛光面的厚度的探测器。
所述第二测量装置可包括探测器，其借助于激光来检测所述抛光面的磨损量，和减法器，其用于将所述抛光面的凹槽的初始深度减去所述抛光面的磨损量以计算所述抛光面的凹槽的深度。该抛光装置可包括第三测量装置，其用于测量已抛光的基板上的至少两个点以检测已抛光的基板的不平整度，和报警装置，其可操作，以在不平整度的数值高于预定值时发出警报。该抛光装置可包括清洁液供应装置，其被构造成将已经调节了温度的清洁液供应到所述抛光面的表面上。所述抛光表面由抛光垫或或固定磨料形成。
根据本发明的第八方面，提供了一种基板抛光方法。该方法包括监测以下参数中的至少一个，即形成于抛光面的表面中的凹槽的深度、抛光面的表面粗糙度、抛光面的表面温度和抛光面的厚度。基于抛光速度与所述至少一个参数之间的相关关系来计算基板的最佳抛光时间。所述基板被压靠在所述抛光面上，以使所述基板与所述抛光面滑动接触，从而以所述最佳抛光时间抛光所述基板。
抛光速度定义为当基板在预定压力下压紧并且同时被抛光时每单位时间所去除基板上的膜的厚度。基于待抛光的基板与已抛光的基板的膜厚度的之差和基于抛光时间计算抛光速度。此外，设置在抛光台中的现场膜厚测量装置，即基本上设置在抛光台中的膜厚测量装置计算每单位时间的抛光速度。抛光时间定义为以预定抛光速度抛光基板所需的时间段。
直到新的抛光面替换之前的抛光速度与所述至少一个参数之间的关系可记录下来，以获得所述抛光速度与所述至少一个参数之间的相关关系。此外，可产生表示所述至少一个参数和所述抛光速度之间相关关系的多项式或阶梯函数的近似公式(approximation formula)，并且所述至少一个参数的监测值可代入所述近似公式。在这种情况下，随着用于所记录的关系的新抛光面的数量增加，可获得更可靠的相关关系。
抛光面的表面粗糙度可由以下参数中的至少一个表示，即最大尖峰高度(Rb)、最大谷深(Rv)、最大高度(Rz)、平均高度(Rc)、轮廓的总高度(Rt)、算术平均粗糙度(Ra)、均方根高度(Rq)、不对称度(Rsk)、峰度(Rku)、平均宽度(RSm)、均方根斜率(RΔq)、材料比率(Rmr(c))、轮廓剖面高度差(Rδc)、相对材料比率(Rmr)和十点平均粗糙度(Rzjis)。此外，可通过接触式表面粗糙度测量装置或非接触式表面粗糙度测量装置测量所述抛光面的表面粗糙度。
结合以实例说明本发明优选实施例的附图，阅读以下说明将可以理解本发明的上述以及其它目的、特征和优势。
图1是显示根据本发明第一实施例的抛光装置的整体结构的俯视图；图2是显示图1所示抛光装置中的抛光单元的一部分的剖视图；图3是显示图1所示抛光装置的控制系统的框图；图4是显示使用加权平均法的运算单元的框图；图5A和图5B是显示双层膜的膜厚度变化的剖视图；图6A至图6C是显示另一种双层膜的膜厚度变化的剖视图；图7A和图7B是显示另一种双层膜的膜厚度变化的剖视图；图8是显示根据本发明第二实施例的抛光装置的整体结构的俯视图；图9是显示图8所示抛光装置中的抛光单元的一部分的剖视图；图10是显示图8所示抛光装置的控制系统的框图；图11A至图11D是显示表示各参数和抛光速度之间定性关系的近似公式的曲线图；图12是图8所示抛光装置中的垫厚测量装置的另一种结构的剖视图；图13A是显示传统抛光装置中的已抛光基板的膜厚度的图；和图13B是显示根据本发明的抛光装置中的已抛光基板的膜厚度的图。
具体实施例方式
下面将参考图1至图13B说明根据本发明实施例的抛光装置。在各附图中，相同或相应的部件由相同或相应的附图标记表示，并且随后将不重复说明。
图1是显示根据本发明第一实施例的抛光装置的整体结构的俯视图。如图1中所示，抛光装置具有四个装载/卸载台1，每个用于接收盒体2，所述盒体2容纳(或存有)多个诸如半导体晶片的基板。抛光装置还具有传输机器人(机械手)3，其设置在轨道4上，以至于所述传输机器人3可沿轨道4运动以触及在各个装载/卸载台1上的对应的盒体2。抛光装置还具有设置在相对于装载/卸载台1的轨道4的相反一侧上的两个清洁单元5和6，以及在传输机器人3可以触及的位置上设置在两个清洁单元5和6之间的基板台7。这些清洁单元5和6被用于在抛光处理后清洁和干燥基板。清洁单元5和6设置在传输机器人3的手部可以触及的位置上。
抛光装置包括传输机器人8和传输机器人9，其中所述传输机器人8设置在所述传输机器人8的手部可触及清洁单元5和基板台7的位置上，所述传输机器人9设置在所述传输机器人9的手部可触及清洁单元6和基板台7的位置上。抛光装置还包括设置在位于清洁单元5附近位置上的清洁单元10和设置在位于清洁单元6附近位置上的清洁单元11。清洁单元10可以被传输机器人8的手部触及，并且清洁单元11可以被传输机器人9的手部触及。这些清洁单元10和11被用于在抛光处理之后清洁和干燥的基板。
抛光装置具有两个抛光单元20和20。如图1中所示，每个所述抛光单元20和20具有抛光台21、抛光台22、顶环(基板保持装置)23、抛光液供应喷嘴24、修整器25、修整器26和清洁槽27，其中所述抛光台21具有位于其上的抛光面，所述抛光台22具有位于其上的抛光面，所述顶环23用于保持待抛光的基板并且将其压靠在抛光台21和22上的抛光面上以抛光所述基板，所述抛光液供应喷嘴24用于将抛光液供应到抛光台21上，所述修整器25用于修整抛光台21的抛光面，所述修整器26用于修整抛光台22，并且所述清洁槽27用于清洁修整器25。因此，抛光装置被设计成连续抛光大量基板，并且因此可操作以使用两个抛光台进行双台位抛光处理。抛光液供应喷嘴24将用于抛光处理的抛光液和用于修整处理的修整液(例如水)供应到抛光台21上。
如图1中所示，抛光装置还包括设置在抛光单元20与传输机器人8和9之间的旋转输送机12。旋转输送机12具有以相等角度间隔安放基板的四个台位，并且同时可保持位于其上的多个基板。
传输机器人3用于从盒体2中取出一个基板并且将基板返回到盒体2中。抛光之前或抛光之后的基板经由基板台7和传输机器人8和9在盒体2和旋转输送机12之间传输。安放在旋转输送机12上的基板通过顶环23被保持并且移动到抛光台21上方。
抛光装置具有用于测量诸如半导体晶片的基板、例如在抛光处理之后已经清洁和干燥的基板的膜厚度的在线膜厚测量装置30。膜厚测量装置30在传输机器人3将已抛光的基板返回到盒体2之前或在传输机器人3在抛光处理之前从盒体2中取出一基板之后进行测量。此外，每个抛光单元20具有设置在抛光台21内用于在抛光处理中测量诸如半导体晶片的基板的膜厚度的现场膜厚测量装置60(见图2)。膜厚测量装置30和60可以利用以下信号中任一种或其适当组合，即来自传感器线圈的涡电流信号、通过光学装置发射到基板的表面并且由其反射的光的光学信号、基板的表面的温度信号和微波反射信号。因此，膜厚测量装置30和60测量形成在诸如半导体晶片的基板上的诸如Cu膜的导电膜或者诸如氧化膜的绝缘膜的膜厚度。
这些膜厚测量装置30和60的测量结果被传送到控制器80(见图2)并且被用于修改抛光装置的工作状态(配方)。各个膜厚测量装置30和60测量厚或薄膜，例如金属膜或诸如氧化膜的非金属膜的膜厚度，并且检测膜厚度的相对波动。于是，来自膜厚测量装置30和60的输出被单独或组合使用，以与相应的抛光处理中的某些状况，例如抛光台21和顶环23的旋转速度或者顶环23的压力协作而检测抛光处理中的各种状况，例如抛光处理的终点。这些膜厚测量装置30和60被构造成测量沿基板径向划分的区域中的膜的厚度。基于在基板的各个区域中的膜厚度的测量结果而调节由顶环23施加在基板的相应区域上的压力。于是，抛光装置适合于在抛光过程中和/或抛光之后监测膜厚测量装置30和60的输出信号和测量结果，以检测是否导电膜在并非是诸如互连的必要部分之外的任何部分被去除或者是否绝缘膜被去除，由此判断CMP处理的终点。因此，抛光装置可重复合适的抛光过程。
图2是显示图1所示抛光单元20的一部分的剖视图。抛光装置的顶环(基板保持装置)23用于保持待抛光的、诸如半导体晶片的基板，并且用于将基板分别压靠在抛光台21和22上的抛光面上。如图2中所示，具有一个附着在其的顶面上的抛光垫(抛光布)28的抛光台21被设置在顶环23的下方。抛光液供应喷嘴24设置在抛光台21的上方用于将抛光液Q供应到抛光台21上的抛光垫28上。
在市场上可购得各种不同的抛光垫。例如，其中一些为Rodel公司制造的SUBA800、IC-1000和IC-1000/SUBA400(双层布)和Fujimi公司制造的Surfin xxx-5和Surfin 000。SUBA800、Surfinxxx-5和Surfin 000是由聚氨酯树脂粘合的无纺布，并且IC-1000由硬质聚氨酯泡沫(单层)制成。聚氨酯泡沫为多孔的并且具有形成于其表面的大量微小凹陷或孔。
顶环23通过万向接头41与顶环驱动轴40相连，并且顶环驱动轴40与固定至顶环头43的顶环气缸42相连。顶环气缸42操作以竖直移动顶环驱动轴40，由此整体提升和放下顶环23，并且将固定在顶环本体45的下端部的保持圈44压靠在抛光台21上。顶环气缸42经由调节器RE1与压缩气源46相连，其中调节器RE1可以调节供应到顶环气缸42的压缩空气等的压力。于是，可以调节压力以通过保持圈44压紧抛光垫28。
顶环驱动轴40通过键(未示出)与旋转套筒47相连。旋转套筒47具有固定设置在其外围部分上的同步带轮48。顶环电机49被固定至顶环头43，并且同步带轮48经由同步带51与安装在顶环电机49上的同步带轮50相连。因此，当顶环电机49加电旋转时，旋转套筒47和顶环驱动轴40经由同步带轮50、同步带51和同步带轮48彼此一致旋转，由此旋转顶环23。顶环头43被支承在固定支承在框架(未示出)上的顶环主轴52上。
为了抛光诸如半导体晶片W的基板，顶环23的抽吸部分对半导体晶片W的吸引被释放，并且半导体晶片W被保持在顶环23的下表面上。同时，与顶环驱动轴40相连的顶环气缸42被致动以在预定压力下将固定在顶环23的下端部的保持圈44压靠在抛光台21上的抛光面上。在这种情况下，具有压力的流体在各自的压力下分别被供应到形成于顶环23的下表面上的压力室53和54、中心压力室和中间压力室中，由此将半导体晶片W压靠在抛光台21上的抛光面上。抛光液供应喷嘴24预先将抛光液Q供应到抛光垫28上，以至于抛光液Q在抛光垫28上得到保持。于是，半导体晶片W借助于抛光液Q被抛光垫28抛光，而抛光液Q处于半导体晶片W的抛光的(下)表面和抛光垫28之间。
在本实施例中，待抛光的半导体晶片具有镀铜膜，其沉积在形成于SiO2膜中的用于产生互连结构的沟槽中，和阻挡层，其沉积在所述镀铜膜下方作为底层材料。当绝缘膜，例如SiO2膜被沉积为半导体晶片的顶层时，可以通过光学传感器或微波传感器检测绝缘膜的膜厚度。这种光学传感器可以使用卤素灯、氙气闪光灯、LED、激光光源等的光源。为了在半导体晶片的不需要部分(互连结构以外的部分)去除膜，例如绝缘膜或导电膜，通过各种传感器检测膜的存在。例如，涡电流传感器可以用作图2中所示膜厚测量装置60，以检测被抛光的膜的厚度，并且在线膜厚测量装置30也测量膜厚度。控制器80基于膜厚测量装置30和60的测量结果控制半导体晶片W的表面的抛光处理。
图3是显示图1所示抛光装置的控制系统的框图。如图3中所示，抛光装置301具有抛光部分302、修整部分303、清洁部分304、装载/卸载部分305和传输部分306，其中所述抛光部分302包括用于抛光基板的抛光台21和顶环23，所述修整部分303包括用于修整抛光台21的抛光面的修整器25，所述清洁部分304包括清洁单元5、6、10和11，所述装载/卸载部分305用于装载和卸载盒体2中的半导体晶片，所述传输部分306包括传输机器人3、8和9和旋转输送机12。基板在装载/卸载部分305取出并且由传输部分306传输到抛光部分302或者清洁部分304。
抛光装置301还具有包括膜厚测量装置30和60的膜厚测量部分307和包括控制器80的控制部分308。抛光前和后基板的膜厚度和抛光时间存储在控制部分308的存储装置(存储区域)308a中。控制部分308包括用于运算单元308b，其基于基板上已抛光的膜的量和抛光时间计算抛光速度并且将计算的抛光速度存储在存储装置308a中。于是，在抛光装置301中，已去除膜的厚度和抛光时间在每次抛光处理之后被存储在存储装置308a中，并且抛光速度由运算单元308b计算并且存储在存储装置308a中。抛光装置301包括用于输入和输出在操作者和抛光装置301之间传送的各种不同的数据的接口310。
运算单元308b能够通过使用加权平均法计算抛光速度。图4显示了运算单元308b的一个实例。在图4所示实例中，关于过去已抛光基板的抛光速度数据X1、X2、X3、X4、X5…存储在存储装置308a中。这里，X1表示关于最新基板的抛光速度数据，X2表示第二新基板的抛光速度数据。于是，抛光数据按照处理的次序排列。权系数“a”、“b”、“c”、“d”和“e”存储在权数据存储装置308c中。合适的数据经由接口310作为权系数输入。权系数“a”为最大值，并且权系数“b”小于权系数“a”。权系数“c”小于权系数“b”，权系数“d”小于权系数“c”。权系数“e”为最小值。例如a＝4、b＝2、c＝1、d＝0.5并且e＝0.25。于是，为较新的已抛光基板设定较大的权系数。
如图4中所示，采用加权平均法的如下公式存储在运算单元308b中。
X0=aX1+bX2+cX3+dX4+eX5a+b+c+d+e]]>下面将说明加权平均法的一个实例。假定抛光速度相对急剧地变化。例如，当五个基板进行抛光时，假定一种情况，其中第一晶片的抛光速度为100nm/min，第二晶片的抛光速度为105nm/min，第三晶片的抛光速度为110nm/min，第四晶片的抛光速度为115nm/min，第五晶片的抛光速度为120nm/min。
计算得到的算术平均抛光速度为
100+105+110+115+1205=110[nm/min]]]>计算得到的加权平均抛光速度为a×100+b×105+c×110+d×115+e×120a+b+c+d+e]]>如上所述，为了给较新的结果赋予较大的重要性，于是为较新的已抛光基板设定较大的权系数。因此，使用加权平均法计算得到的平均抛光速度为0.25×100+0.5×105+1×110+2×115+4×1200.25+0.5+1+2+4=115.8[nm/min]]]>于是，加权平均法对于就在计算之前的数据有很好的响应性。
为了提高响应性，存在基于就在计算之前的最新基板计算抛光速度的方法。采用这种方法，抛光速度可如下计算。
对于第一晶片为100nm/min对于第二晶片为90nm/min对于第三晶片为110nm/min对于第四晶片为100nm/min对于第五晶片为90nm/min对于第六晶片为110nm/min在该实例中，抛光速度具有±10％范围内的变化。
在期望的抛光量为500nm的情况下，如果只使用最新基板的抛光结果，那么计算得到的抛光时间如下表1中所示。
表1于是，如果抛光速度在短期内变化，那么实际抛光量与最佳抛光量之差可增加。
采用加权平均法，有可能获得对持续很长时间的抛光速度变化，例如连续增加的变化的很高响应性，并且有可能同时实现可灵活吸收短期变化的鲁棒控制(robust control)。特别地，抛光速度和温度之间的关系由阿累尼乌斯方程(Arrhenius equation)表示k＝A×exp(-Ea/RT)其中k是反应速度、A是常数、R是气体常数、Ea是活化能，并且T是绝对温度。
于是，抛光温度的增加可引起抛光速度的异常增加。通过加权平均法计算的平均抛光速度可高效地有助于最佳抛光时间的准确计算。
现在将说明一种在基板分批次进行处理时所使用的方法。在这种情况下，控制部分308基于过去抛光速度的变化范围来计算包含一定裕度(余隙或公差)以至于不会过度抛光随后基板的最佳抛光时间。尤其，当多个基板在一批次中进行处理时，基于初始膜厚度、期望膜厚度和过去抛光速度的变化范围来计算包含一定裕度以至于不会过度抛光基板的最佳抛光时间。然后，该批中的至少第一基板以计算的最佳抛光时间进行抛光。
例如，过去抛光速度的变化范围意味着至少几个过去批次内或之间的抛光速度的变化。还存在一个基板的表面内的变化。但是，基于基板的表面上的多个点处测量结果的平均值来计算抛光速度。当基于过去数据计算随后的基板的抛光速度时，裕度用于防止随后的基板被过度抛光。
例如，第一基板的裕度可通过下面任一方法进行计算，即(抛光量)/(平均抛光速度×120％)、(抛光量)/(过去的最大抛光速度)或(抛光量×80％)/(平均抛光速度)。
在实际操作中，尤其是在以下情况中，一批次中的第一基板应该仔细抛光。
1)抛光垫或修整器被替换的情况下2)可消耗的构件，例如顶环被替换的情况下3)抛光装置在前一批次和后一批次之间中断(闲置)的情况下在这些情况下，抛光垫的温度可变化以至于引起抛光速度的变化。
抛光装置具有用于接收具有已知膜厚度的校准基板的接收器(未示出)。膜厚测量装置30和60以预定频率通过使用校准基板被校准，例如，一周一次或一天一次。因为膜厚测量装置30和60需要以很高的准确度进行膜厚度的测量，所以就需要定期检查和校准膜厚测量装置30和60。
当膜厚测量装置30和60包括具有典型为卤素钨灯的光源的光干涉式膜厚测量单元或分光型爱立信膜厚测量单元(spectroscopic Ericsson film thickness unit)时，光量随着灯接近其寿命终点而降低。因此，当光量降低时，就需要校准以通过延长测量过程中的曝光时间(累积时间)来保持测量准确度(信噪比)。传统上，这种麻烦的检查和校准主要由操作者进行。如上所述，本实施例中的抛光装置具有位于其内的校准基板以响应来自控制部分308的指令而进行校准。因此，基板的膜厚度可以很高的准确度轻松地进行测量。
现在将说明一种用于由TaN膜的上层和SiO2膜的下层构成的双层膜的抛光处理。在该实例中，控制部分308可基于上层和下层的抛光速度之比或者基于来自设置在抛光装置中的膜厚测量装置60的信号，而计算多个层叠薄膜中的至少一个膜的抛光速度或者层叠薄膜中各个膜的抛光速度。基于计算的抛光速度而优化抛光时间。
例如，如图5A中所示，双层膜由具有50nm厚度的SiO2膜的下层和具有20nm厚度的TaN膜的上层构成。然后，如图5B中所示，通过60秒的抛光处理来去除20nm的TaN膜和10nm的SiO2膜。在这种情况下，如果SiO2膜和TaN膜的抛光速度不知道，那么就很难计算最佳抛光时间以将SiO2膜的膜厚度减小至35nm。
当SiO2膜和TaN膜的抛光速度之比为2∶1时，SiO2膜的抛光速度可以按下面方式计算x÷2(TaN)1(SiO2)+yt[nm/sec]]]>其中x[nm]是去除的TaN膜的厚度，y[nm]是去除的SiO2膜的厚度，t[sec]是抛光时间。
在以上实例中，去除的TaN膜的厚度x是20nm。去除的SiO2膜的厚度是50减去40nm，抛光时间t是60秒。因此，SiO2膜的抛光速度可以按下面方式计算20÷2(TaN)1(SiO2)+(50-40)60=0.33[nm/sec]]]>于是，抛光SiO2膜以至于获得35nm膜厚度所需要的附加的抛光时间计算得到为(40-35)/0.33＝15秒。
下面将说明一个实例，其中TaN膜的终点由能够在抛光过程中测量基板的膜厚度的现场膜厚测量装置60，例如涡电流传感器或光学传感器进行检测。如图6A中所示，双层膜由具有50nm厚度的SiO2膜的下层和具有20nm厚度的TaN膜的上层构成。假定现场膜厚测量装置60检测在30秒的抛光处理之后的阻挡金属(TaN膜)的终点，如图6B中所示。于是，在30秒的抛光处理之后，TaN膜的抛光的完成由现场膜厚测量装置60检测。因此，TaN膜的抛光速度计算为(20nm/30sec)＝0.66nm/sec。此时，SiO2膜具有50nm的厚度。因为这两种膜的抛光速度之比为2∶1，所以SiO2膜的抛光速度计算为0.33nm/sec。因此，当基板进一步被抛光30秒时，SiO2膜可获得期望的膜厚度，如图6C中所示。
此外，如果TaN膜的抛光时间可根据抛光的终点而获得，那么最佳抛光时间可以得到计算，而不必使用“选择比”(抛光速度之比)。例如，当现场膜厚测量装置60的终点检测表明花费了30秒以去除20nm的TaN膜和60秒以抛光并去除20nm的TaN膜与10nm的SiO2膜时，因为花费了(60减去30)秒将SiO2膜从50nm抛光至40nm，所以SiO2膜的抛光速度计算为(50-40)/(60-30)＝0.33nm/sec。因此，如果SiO2膜的期望膜厚度为35nm，那么附加的抛光时间计算为(40-35)/0.33＝15秒。
此外，如图7A和图7B所示，在以SiN膜用作掩模的硅基板中形成蚀刻凹槽并且在包含所述蚀刻凹槽的基板的表面上沉积SiO2膜的情况下，如果检测到SiN膜上的抛光SiO2膜的终点，那么就可以基于SiO2膜与SiN膜的抛光速度之比和膜厚测量装置60的输出来计算SiN膜的期望膜厚度所需的抛光时间。于是，如图7B中所示，可以形成一种(浅槽隔离)结构，其具有嵌入在形成于硅基体内的凹槽内的SiO2膜以及满足膜厚度的准确控制条件下的平坦化表面。
如上所述，根据本发明，形成于基板上的膜的抛光速度得到准确计算以至于实现膜的厚度的准确控制。
图8是显示根据本发明的第二实施例的抛光装置的整体结构的俯视图。如图8中所示，抛光装置401具有装载/卸载部分402、抛光部分403、控制器404、清洁部分405、在线膜厚测量装置410和传输部分，其中所述传输部分包括两个直线输送机406和407、传输单元408和传输机器人409。抛光部分403包括四个抛光单元420。每个抛光单元420包括抛光台421，顶环422，设置在所述抛光台421中的现场膜厚测量装置423，和修整器424。在线膜厚测量装置410基本上位于抛光台421的外侧。
图9是显示图8所示抛光单元420的一部分的剖视图。各其它抛光单元420都具有相同的结构。抛光单元420具有(可转动的)抛光台421、顶环单元426、现场膜厚测量装置423和衬垫状态测量装置427，其中所述抛光台421包括位于其上的抛光面(抛光垫)425，所述顶环单元426包括用于保持待抛光的基板W并将其压靠在抛光垫425上的顶环422，所述现场膜厚测量装置423用于测量形成于基板W上的膜的厚度，而所述衬垫状态测量装置427用于测量抛光垫425的粗糙度和温度以及形成于抛光垫425中的凹槽的深度。抛光单元420包括修整单元428、通道429、连通管道430、抛光液供应通道431、清洁液供应通道432和垫厚测量装置433，其中所述修整单元428用于更新(修整)抛光垫425，所述通道429设置在抛光台421内用于将调节温度的流体C传导到抛光垫425下方的部分，所述连通管道430与通道429相连用来借助于抛光台421的旋转轴421a而循环流体C，所述抛光液供应通道431用于将抛光液供应到抛光垫425上，所述清洁液供应通道432用于将清洁液供应到抛光垫425上。
修整单元428具有用于修整抛光垫425的修整器424，用于摆动抛光垫425上的修整424的修整器摇臂434，和将修整器424和修整器摇臂434彼此相互机械连接的修整器轴435。修整器轴435被旋转以至于旋转修整器424。修整器轴435将修整器424压靠在抛光垫425上，以使修整器424与抛光垫425滑动接触。
图10是显示图8所示抛光装置的控制系统的框图。如图10中所示，抛光装置401包括抛光部分403、修整部分450、清洁部分405、装载/卸载部分402、控制部分451、传输部分452和膜厚测量部分453，其中所述抛光部分403包括用于抛光基板的抛光台421和顶环422，所述修整部分450包括用于修整抛光台421上的抛光垫425的修整单元428，所述清洁部分405用于清洁和干燥已抛光的基板，所述控制部分451包括控制器404，所述传输部分452包括直线输送机406和407、传输单元408和传输机器人409，而膜厚测量部分453包括测量装置410、427和433。
通过传输机器人409，基板从装载/卸载部分402中的盒体(未示出)中被取出并且传输到在线膜厚测量装置410。在线膜厚测量装置410测量抛光之前的基板的膜厚度。在线膜厚测量装置410完成测量之后，基板被传输到抛光部分403。当现场膜厚测量装置设置在抛光部分403中的抛光台421中时，在抛光过程中由现场膜厚测量装置来测量基板的膜厚度。抛光之后，基板在清洁部分405中接受清洁处理和干燥处理。然后，优选的是，基板被传输机器人409传输至在线膜厚测量装置410，以至于基板的膜厚度在抛光之后得到测量。
在操作过程中，膜厚测量部分453将关于抛光之前、之中和之后基板的膜厚度的数据传送至控制部分451。这些数据可存储在控制部分451的存储装置451a中。控制部分451具有用于计算最佳抛光时间的运算单元451b。例如，当膜厚测量装置包括光学传感器时，运算单元451b基于抛光膜的量和抛光时间、利用第一实施例中所述的加权平均法来计算抛光速度。计算的抛光速度存储在存储装置451a中。因此，每次利用抛光装置401抛光基板时，所去除的膜的厚度和抛光时间被存储在存储装置451a中，并且抛光速度由运算单元451b进行计算。计算的抛光速度又被存储在存储装置451a中。此外，各种数据通过操作者和控制器404之间的接口454被输入和输出。例如，操作者借助于接口454输入待抛光的膜的期望厚度。期望的膜厚度被存储在控制部分451的存储装置451a中。
如上所述，抛光装置401的控制部分451包括存储装置451a和运算单元451b。存储装置451a以时间次序存储关于以下参数的变化的数据，即直到新的抛光垫替换之前的抛光速度、抛光垫的粗糙度和温度、形成于抛光垫的表面中的凹槽深度和抛光垫的厚度。控制部分451基于上述数据在存储装置451a中生成数据库。抛光速度定义为当形成于基板上的膜在预定压力(例如，1.5psi)下抛光时，每单位时间内所去除的膜的厚度。抛光速度基于实际抛光时间以及抛光之前的基板的膜厚度与抛光之后的基板的膜厚度之差而被计算。此外，每单位时间的抛光速度可以通过使用设置在抛光台421中的现场膜厚测量装置423而进行计算。
现在将说明一种计算待抛光的基板的最佳抛光时间的方法。首先，在基板被传输到抛光部分403之前，测量基板的膜厚度。形成于抛光垫425的表面上的凹槽的深度、抛光垫425的表面的粗糙度和温度以及抛光垫425的厚度通过设置在抛光部分403中的各对应传感器而被测量。测量值被传送到运算单元451b。在运算单451b中，从存储在存储装置451a中的数据库获得最接近测量值的数据。于是，获得近似的抛光速度。然后，基于近似的抛光速度计算最佳的抛光时间。
此外，当膜厚测量装置423设置在抛光台421中时，可以采用如下方法。首先，基于以下参数的测量值来计算抛光速度，即形成于抛光垫425的表面内的凹槽的深度、抛光垫425的表面的粗糙度和温度以及抛光垫425的厚度。在基板进入与抛光垫425的接触时由膜厚测量装置423测量基板上的膜的厚度之后，运算单元451b可基于所述抛光速度和所述膜厚度之间的关系来计算最佳的抛光时间。
作为参数之一的抛光垫425的表面的温度可通过在抛光处理之间从清洁液供应通道432(见图9)供应已经调节了温度的清洁液，例如纯水而被设定在期望的值上。此外，抛光垫的表面的温度可通过包括温度调节通道和连通管道的温度调节装置而被设定在期望的值上。温度调节装置可在抛光处理中或各抛光处理之间以期望的时间安排来实现温度调节。
图11A至图11D是显示表示各对应的参数和抛光速度之间定性关系的近似公式的曲线图。各对应的参数(形成于抛光垫的表面中的凹槽的深度、抛光垫的表面的粗糙度和温度以及抛光垫的厚度)和抛光速度之间的关系在五维空间上通过包含这些参数的变量的函数被表示出来。各对应的参数和抛光速度之间的关系可以通过多项式或阶跃函数的近似公式表示。如图11A至图11D中所示，这些参数具有与抛光速度的定性关系。图11A是显示形成于抛光垫的表面中的凹槽的深度和抛光速度之间的近似关系的曲线图。图11B是显示抛光垫的表面的表面粗糙度和抛光速度之间的近似关系的曲线图。图11C是显示抛光垫的表面的温度和抛光速度之间的近似关系的曲线图。图11D是显示抛光垫的厚度和抛光速度之间的近似关系的曲线图。
于是，在本实施例中的抛光装置具有抛光部分，其被构造成将基板压靠在抛光垫上，以使基板与抛光垫滑动接触以抛光基板；第一测量装置，其被构造成测量形成于基板上的膜的厚度；和第二测量装置，其被构造成监测以下参数中的至少一个，即形成于抛光垫的表面中的凹槽的深度、抛光垫的表面的粗糙度、抛光垫的表面的温度和抛光垫的厚度。该抛光装置包括控制器，其可操作，以基于抛光速度和参数的变化、参数的测量值和抛光前与后膜的厚度的测量值它们之间的相关关系来计算基板的最佳抛光时间。
在抛光处理之后的膜厚测量中，如果检测到抛光不足，那么所剩的膜厚度被传送到运算单元451b以修改用作参数的抛光速度和存储在存储装置451a中的数据库中的抛光速度。因此，包含各对应参数的近似公式也被修改。如果检测到抛光过度，则抛光速度也以上述相同方式被修改。当基于由设置在抛光台421中的现场膜厚测量装置423所测得的膜厚度的数据而计算得到的每单位时间的抛光速度不同于用作参数的抛光速度时，运算单元451b和存储装置451a以上述相同方式彼此相互协作以修改数据。
在本实施例的抛光装置中，用于测量形成于基板上的膜的厚度的膜厚测量装置可包括设置在抛光垫的下方或者抛光单元的内侧的光学传感器、涡电流传感器或光声传感器。用于测量抛光垫425的厚度的垫厚测量装置433可包括光源和探测器，其中在修整器424正在修整抛光垫425的表面时，所述光源将激光施加到修整器424的固定部分的表面上，所述探测器用于检测从修整器424的固定部分的表面上反射的激光，如图9中所示。
图12是显示垫厚测量装置的另一种结构的剖视图。如图12中所示，与修整器424相连的修整器轴435经由齿轮机构534与旋转电机535相连，以至于绕修整器轴435的轴线被旋转。修整器轴435还与设置在气缸537中的可竖直移动的活塞536相连，以至于如箭头539所示被提升和放下。垫厚测量装置433a基本上被安放位于气缸537的正上方。垫厚测量装置433a包括光源和探测器，其中所述光源用于将光施加到可竖直移动的活塞536的上表面上，所述探测器用于检测从所述可竖直移动的活塞536的上表面上反射的光。于是，可通过垫厚测量装置433a来测量抛光垫的厚度。特别地，垫厚测量装置433a包括探测器和减法器，其中所述探测器借助于激光来检测抛光垫的磨损量，所述减法器用于将抛光垫的凹槽的初始深度减去抛光垫的磨损量以计算抛光垫的凹槽的深度。
图12中所示的抛光装置包括具有与修整单元428相似结构的顶环单元426。特别地，与顶环422相连的顶环轴509经由齿轮机构544与旋转电机545相连，以至于绕顶环轴509的轴线被旋转。顶环轴509还与设置在气缸547中的可竖直移动的活塞548相连，以至于如箭头549所示被提升和放下。
例如，抛光垫的凹槽的深度的测量值D1代入如图11A中所示的抛光速度和抛光垫的凹槽的深度之间的相关函数F(D)。例如，根据该代入，当前抛光速度计算为与新抛光垫的抛光速度相差-5nm/min。抛光垫的表面粗糙度的测量值R1代入如图11B中所示的抛光速度和抛光垫的表面粗糙度之间的相关函数F(R)。根据该代入，当前抛光速度计算为与新抛光垫的抛光速度相差-10nm/min。抛光垫的表面温度的测量值T1代入如图11C中所示的抛光速度和抛光垫的表面温度之间的相关函数F(T)。根据该代入，当前抛光速度计算为与稳定温度的抛光速度相差+2nm/min。根据这些结果，抛光装置的当前抛光速度可计算为与标准抛光速度相差-5-10+2＝-3nm/min。标准抛光速度定义为当新抛光垫和新修整器以某一稳定温度(例如25℃)使用时的抛光速度。
图13A和图13B是显示已抛光基板的膜厚度的图。在图13A和图13B中，水平轴表示接收已抛光的基板的盒体的号码(批次号)。由批次号表示的各基板沿水平轴线从左至右依次被抛光。图13A显示了传统抛光装置的情况，而图13B显示了根据本发明的抛光装置的情况。如图13A中所示，采用传统抛光装置，因为在线膜厚测量装置的反馈对于修改已经晚了，所以批次号1至5的基板的膜厚度相对较大程度地偏离期望的膜厚度。在图13B中，批次号1至5的基板膜厚度通过借助于近似公式的预测受到控制，因此接近期望的膜厚度。特别地，在图13B中，考虑到-3nm/min的抛光速度，最初的五个基板可被处理具有很高的准确度。
抛光装置可包括测量装置，其用于测量已抛光的基板上的至少两个点以检测已抛光的基板的不平整度；和报警装置，其在不平整度的数值高于预定值时发出警报。抛光垫的表面的粗糙度可由以下参数中的至少一个表示，即最大峰高(Rb)、最大谷深(Rv)、最大高度(Rz)、平均高度(Rc)、轮廓的总高度(Rt)、算术平均粗糙度(Ra)、均方根高度(Rq)、不对称度(Rsk)、峰度(Rku)、平均宽度(RSm)、均方根斜率(RΔq)、材料比率(Rmr(c))、轮廓剖面高度差(Rδc)、相对材料比率(Rmr)和十点平均粗糙度(Rzjis)。此外，可通过接触式表面粗糙度测量装置或非接触式表面粗糙度测量装置来测量抛光面的表面粗糙度。
根据本发明，可以准确获得CMP装置的状态。因此，没有必要使用QC基板。此外，可以准确获得包括抛光垫的表面中的凹槽的深度、硬抛光垫的厚度、已修整抛光垫的状况、抛光垫的表面的温度等的主要抛光状态。因此，可显著降低过度抛光基板的风险。根据本发明，导致抛光速度或抛光特征的变化的以下参数被连续监测以至于适当地控制抛光速度或抛光特征，即抛光垫的表面中的凹槽的深度、硬抛光垫的厚度、已修整的抛光垫的状况和抛光垫的表面的温度。于是，可以降低因为过度抛光而返工或产量降低的风险。
尽管已经详细显示和说明了本发明的特别优选的实施例，但是应理解的是，在不脱离权利要求书的范围的前提下，可对其进行各种变化和改型。
工业实用性本发明适合于使用在用来将诸如半导体晶片的基板抛光成平镜光洁度的抛光装置和抛光方法中。
权利要求
1.一种抛光装置，包括抛光部分，其被构造成用于抛光基板；测量部分，其被构造成测量形成于所述基板上的膜的厚度；接口，其被构造成输入形成于待抛光的基板上的膜的期望厚度；存储装置，其被构造成将关于过去的至少一个基板的抛光速度的数据存储在其内；和运算单元，其可操作，以通过使用加权平均法、基于所述抛光速度数据和所述期望厚度来计算抛光速度和最佳抛光时间，其中所述加权平均法对关于最新抛光的基板的抛光速度数据进行加权处理。
2.一种抛光装置，包括抛光部分，其被构造成用于抛光基板；测量部分，其被构造成测量形成于所述基板上的膜的厚度；接口，其被构造成输入形成于待抛光的基板上的膜的期望厚度；存储装置，其被构造成将关于过去的至少一个基板的抛光速度的数据存储在其内；和运算单元，其可操作，以基于所述期望厚度以及所述抛光速度数据的变化范围来计算抛光速度和包含一定裕度以至于不会过度抛光随后的基板的最佳抛光时间。
3.一种抛光装置，包括抛光部分，其被构造成用于抛光基板；测量部分，其被构造成测量形成于所述基板上的膜的厚度；接口，其被构造成输入形成于待抛光的基板上的膜的期望厚度；存储装置，其被构造成将关于过去的至少一个基板的抛光速度的数据存储在其内；运算单元，其可操作，以基于所述抛光速度数据和所述期望厚度来计算抛光速度和最佳抛光时间；接收器，其被构造成接收校准基板，所述校准基板上形成有已知厚度的膜；和传输部分，其被构造成将所述校准基板从所述接收器传输到所述测量部分。
4.一种抛光装置，包括抛光部分，其被构造成用于抛光基板，其中所述基板具有包含上层和下层的多个层叠式膜；测量部分，其被构造成测量形成于所述基板上的膜的厚度；接口，其被构造成输入形成于待抛光的基板上的膜的期望厚度；和运算单元，其可操作，以基于所述期望厚度和用于所述上层与用于所述下层的抛光速度之比或者基于所述测量部分的信号来计算用于所述多个层叠式膜中的至少一个的抛光速度和最佳抛光时间。
5.一种抛光方法，包括测量形成于基板上的膜的厚度；输入形成于待抛光的基板上的膜的期望厚度；将关于过去的至少一个基板的抛光速度的数据存储在存储装置中；通过使用加权平均法、基于所述抛光速度数据和所述期望厚度来计算抛光速度和最佳抛光时间，其中所述加权平均法对关于最新抛光的基板的抛光速度数据进行加权处理；和以所述最佳抛光时间来抛光随后的基板。
6.根据权利要求5所述的抛光方法，还包括以预定频率利用校准基板来校准所述测量，其中所述校准基板上形成有已知厚度的膜。
7.一种抛光方法，包括测量形成于基板上的膜的厚度；输入形成于待抛光的基板上的膜的期望厚度；将关于过去的至少一个基板的抛光速度的数据存储在存储装置中；基于所述期望厚度以及所述抛光速度数据的变化范围来计算抛光速度和包含一定裕度以至于不会过度抛光随后的基板的最佳抛光时间；和以所述最佳抛光时间来抛光所述随后的基板。
8.根据权利要求7所述的抛光方法，其特征在于，在基于一批次内的第一基板的抛光结果来计算所述最佳抛光时间之后，以所述最佳抛光时间来抛光位于所述批次内的随后的基板。
9.一种抛光装置，包括抛光部分，其被构造成将基板压靠在抛光面上，以使所述基板与所述抛光面滑动接触以抛光所述基板；第一测量装置，其被构造成测量形成于所述基板上的膜的厚度；第二测量装置，其被构造成监测以下参数中的至少一个，即形成于所述抛光面的表面中的凹槽的深度、所述抛光面的表面粗糙度、所述抛光面的表面温度和所述抛光面的厚度；和控制器，其可操作，以基于抛光速度变化与所述至少一个参数之间的相关关系、所述至少一个参数的监测值和抛光前与后的膜的厚度的测量值来计算所述基板的最佳抛光时间。
10.根据权利要求9所述的抛光装置，其特征在于，所述相关关系中的所述抛光速度变化定义为直至新的抛光面替换之前抛光速度的变化。
11.根据权利要求9所述的抛光装置，其特征在于，所述第一测量装置包括光学传感器、涡电流传感器和光声传感器中的至少一个。
12.根据权利要求9所述的抛光装置，其特征在于，所述抛光部分具有用于修整所述抛光面的修整器，其中，所述第二测量装置包括这样一种测量装置，所述测量装置具有用于将光施加到所述修整器的部件的表面的光源，和用于检测从所述修整器的所述部件的表面反射的光以监测所述抛光面的厚度的探测器。
13.根据权利要求9所述的抛光装置，其特征在于，所述第二测量装置包括探测器，其借助于激光来检测所述抛光面的磨损量；和减法器，其用于将所述抛光面的所述凹槽的初始深度减去所述抛光面的磨损量以计算所述抛光面的所述凹槽的深度。
14.根据权利要求9所述的抛光装置，还包括第三测量装置，其用于测量已抛光的基板上的至少两个点以检测已抛光的基板的不平整度；和报警装置，其可操作，以在不平整度的数值高于预定值时发出警报。
15.根据权利要求9所述的抛光装置，还包括清洁液供应装置，其被构造成将已经调节了温度的清洁液供应到所述抛光面的表面上。
16.根据权利要求15所述的抛光装置，其特征在于，所述抛光面由抛光垫或固定磨料形成。
17.一种抛光方法，包括监测以下参数中的至少一个，即形成于抛光面的表面中的凹槽的深度、抛光面的表面粗糙度、抛光面的表面温度和抛光面的厚度；基于抛光速度与所述至少一个参数之间的相关关系来计算基板的最佳抛光时间；和将所述基板压靠在所述抛光面上，以使所述基板与所述抛光面滑动接触，从而以所述最佳抛光时间来抛光所述基板。
18.根据权利要求17所述的抛光方法，还包括将直至新的抛光面替换之前的抛光速度与所述至少一个参数之间的关系记录下来，以获得抛光速度和所述至少一个参数之间的相关关系。
19.根据权利要求18所述的抛光方法，其特征在于，所述记录包括产生表示所述至少一个参数与所述抛光速度之间的相关关系的多项式或阶梯函数的近似公式；其中，所述计算包括用所述至少一个参数的监测值代入所述近似公式。
20.根据权利要求17所述的抛光方法，其特征在于，所述抛光面的表面粗糙度由以下参数中的至少一个表示，即最大峰高(Rb)、最大谷深(Rv)、最大高度(Rz)、平均高度(Rc)、轮廓的总高度(Rt)、算术平均粗糙度(Ra)、均方根高度(Rq)、不对称度(Rsk)、峰度(Rku)、平均宽度(RSm)、均方根斜率(RAq)、材料比率(Rmr(c))、轮廓剖面高度差(Rδc)、相对材料比率(Rmr)和十点平均粗糙度(Rzjis)。
21.根据权利要求20所述的抛光方法，其特征在于，通过接触式表面粗糙度测量装置或非接触式表面粗糙度测量装置来测量所述抛光面的表面粗糙度。
22.根据权利要求17所述的抛光方法，还包括通过设置在具有所述抛光面的抛光台中的膜厚测量装置来测量形成于所述基板上的膜的厚度；和基于所述测量的测量值的变化来调整所述抛光速度。
23.根据权利要求17所述的抛光方法，还包括在所述压靠动作之后测量形成于所述基板上的膜的厚度，以检测抛光过度或抛光不足；和基于通过所述测量而检测的抛光过度或抛光不足来修改所述抛光速度。
全文摘要
一种抛光装置具有抛光部分(302)，其被构造成抛光基板，和测量部分(307)，其被构造成测量形成于所述基板上的膜的厚度。所述抛光装置还具有接口(310)，其被构造成输入形成于待抛光的基板上的膜的期望厚度，和存储装置(308a)，其被构造成将关于过去的至少一个基板的抛光速度的数据存储在其中。所述抛光装置包括运算单元(308b)，其可操作，以通过使用加权平均法、基于所述抛光速度数据和所述期望厚度来计算抛光速度和最佳抛光时间，其中所述加权平均法对关于最新抛光的基板的抛光速度数据进行加权处理。
文档编号B24B37/013GK1813340SQ200480018290
公开日2006年8月2日 申请日期2004年7月1日 优先权日2003年7月2日
发明者佐佐木达也, 山田青史, 胜间田好文, 清水展, 津野成亮, 三谷隆 申请人:株式会社荏原制作所