抛光方法和抛光装置以及用于控制抛光装置的程序的制作方法

专利名称：抛光方法和抛光装置以及用于控制抛光装置的程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及抛光(研磨)方法、用于抛光和修平诸如半导体晶片的 衬底(工件)的表面的抛光装置以及用于控制该抛光装置的程序。
背景技术：
在半导体器件制造过程中，诸如半导体晶片的衬底的处理通常成批 进行。例如，当通过抛光装置抛光半导体晶片时，多个半导体晶片(一 批)放置在一盒子中，并且该盒子被装载于抛光装置中，以便进行各晶 片的抛光。半导体器件通常经由多个工序(加工步骤)制造。因此，与整个加 工管理相关，抛光装置在一段时间中未装载诸如半导体晶片的衬底。在 该时间段中，抛光装置进入为下一个抛光操作做准备的空转/空载运行(待 机运行)状态。在该空转时期中，向附着于抛光台上的抛光垫(抛光布) 供给纯水是一般惯例，以防止抛光垫的表面(抛光表面)变干。发明内容当其中容纳有衬底的盒子装载到抛光装置中时，诸如半导体晶片的衬底的抛光在空转后被重新开始(继续)。因为供给纯水和不进行抛光， 空转后的抛光垫的表面(抛光表面)的温度降低。如果在这种降低的温 度下进行抛光，抛光速度将很低。此外， 一些抛光浆料的物理特性是疏 水的。当使用这种疏水浆料时，必须在空转之后和重新开始抛光之前利用浆料润湿抛光垫。因此，在诸如半导体晶片的衬底的实际磨光之前， 利用抛光装置进行数个假晶片(非产品晶片)的抛光并同时向抛光装置 的抛光表面供给浆料是一般惯例，以使抛光垫表面达到所需的温度并且 利用浆料润湿抛光垫，因而使抛光垫达到适于抛光的最佳状态。然而，这种假晶片是可消耗的，并且在重新开始衬底的抛光之前，抛光装置的每个空转运行之后可能消耗大约5个假晶片。因此，假晶片的 成本是个问题。此外，必须为假晶片提供盒子并确保在抛光装置中装载 盒子的空间。这妨碍了抛光装置的占地面积的减少。设置在抛光装置中以保持诸如半导体晶片的衬底的顶圈是己知的， 该顶圈包括与衬底相对的多个独立压力室。通常每个压力室设有例如橡 胶的弹性体。该压力室可以通过将气体供给到该室内进行加压，以膨胀 和收縮弹性体，并因此压靠在衬底上。这种顶圈具有以下缺陷，即在顶 圈长期使用后，弹性体随着时间变化而硬化(恶化)，导致当通过向压 力室内部施加预定气体压力而对压力室加压时弹性体较小程度地膨胀和 收縮。抛光垫的表面(抛光表面)具有一定的光洁度，以用于诸如半导体 晶片的衬底的表面的抛光。然而，随着抛光垫的长期使用，该表面光洁 度降低，即使当对抛光垫的表面进行修整时，该一定的表面光洁度也可 能不会恢复。在耗尽之前，这种抛光垫需要用新的抛光垫进行替换。本发明鉴于背景技术中的上述情况而提出。因此，本发明的目的是 提供一种抛光方法、抛光装置和用于控制该抛光装置的程序，其可在重 新开始抛光之前使抛光表面达到适于抛光的最佳状态，而不需要使用假 晶片等，因此省去了假晶片等的成本。为了实现该目的，本发明提供一种抛光方法，其包括在抛光休止 时间段(时期)中进行待机运行；在待机运行完成之后，通过在向抛光表面供给抛光液体的同时修整抛光表面进行抛光准备过程；以及在抛光 准备过程完成之后开始工件的抛光。通过在待机运行完成之后在向抛光表面供给抛光液体的同时修整抛 光表面进行抛光准备过程，可以使抛光表面达到所需的温度并利用抛光 液体(浆料)润湿抛光表面，因此使抛光表面达到适于抛光的最佳状态， 而不需要使用假晶片等。这里，修整指进行用于抛光表面的修整和具有 抛光表面的抛光垫等的清洗的过程。修整过程通常在衬底抛光之后和下 一个衬底开始抛光之前通过在将修整器压靠在抛光表面上的同时使它们 彼此相对移动并向抛光表面供给纯水而进行。优选地，在待机运行期间将纯水供给到抛光表面。这可以在待机运行期间防止抛光表面的干燥。根据本发明的一优选方面，基于待机运行的总运行时间或待机运行 的总有效次数确定是否在待机运行完成之后进行抛光准备过程。这使得可以仅仅当需要时才进行抛光准备过程。优选地，在待机运行期间进行抛光表面的修整。通过在待机运行期间进行抛光表面的修整可以延长抛光表面的修整 时间。这能够实现抛光表面的充分修整，从而延长具有抛光表面的抛光 垫等的寿命。根据本发明的一优选方面，在待机运行期间，通过弹性体将工件压 靠在抛光表面上的顶圈的压力室被内部加压。在待机运行期间，通过对顶圈的压力室加压使弹性体强制收缩/膨胀。 这可防止弹性体随着时间的变化硬化(恶化)，因此防止弹性体收縮/膨 胀的不足。本发明还提供一种抛光装置，其包括具有抛光表面的抛光台；用 于保持工件并将工件压靠在抛光表面上的顶圈；用于修整抛光表面的修整器；用于向抛光表面供给抛光液体的抛光液体供给喷嘴；以及控制部 分，其用于控制抛光台、抛光液体供给喷嘴和修整器，以使得在完成了 抛光休止时间段中的待机运行之后，通过在向抛光表面供给抛光液体的 同时修整抛光表面进行抛光准备过程。根据本发明的一优选方面，控制部分基于待机运行的总运行时间或 待机运行的总有效次数确定是否进行抛光准备过程。本发明还提供一种控制抛光装置的程序，其控制抛光装置执行以下 运行在抛光休止时间段中进行待机运行；在待机运行完成之后，通过 在向抛光表面供给抛光液体的同时修整抛光表面进行抛光准备过程；以 及在抛光准备过程完成之后开始工件的抛光。根据本发明的一优选方面，所述用于控制抛光装置的程序基于待机 运行的总运行时间或待机运行的总有效次数确定是否在待机运行完成之 后进行抛光准备过程。根据本发明的一优选方面，所述用于控制抛光装置的程序基于抛光 表面的累积使用时间确定是否在待机运行期间进行抛光表面的修整。根据本发明的一优选方面，所述用于控制抛光装置的程序基于一弹 性体的累积使用时间确定是否在待机运行期间对通过所述弹性体将工件 压靠在抛光表面上的顶圈的压力室进行加压。根据本发明，代替假晶片等的传统抛光方式，通过在待机运行(空 转)后在向抛光表面供给抛光液体(浆料)的同时修整抛光表面进行抛 光准备过程，可以省去假晶片等的成本，而不需要进行设计变化、例如 为抛光装置添加新器件。


图l是根据本发明的一实施例的抛光装置的总体布局平面图；图2是图1所示的抛光装置的抛光部分的示意图; 图3是图2所示的抛光部分的顶圈的竖直剖面图; 图4是图3所示的顶圈的仰视图； 图5是该抛光装置的控制方框图；以及 图6是另一顶圈的部分切开的仰视图。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明的优选实施例。以下描述举例阐明了抛光 和修平作为工件的、诸如半导体晶片的衬底的表面(待抛光表面)的情 况。图l示出了根据本发明的一实施例的抛光装置的总体布局平面图。如图1所示，在该抛光装置中，储存在盒子204中的诸如半导体晶片的未抛 光衬底(工件)通过在移动轨道200上移动的传送机器人202依次从出盒 子204中取出并被放置在衬底台206上。衬底台206上的未抛光衬底通过传 送机器人208被传送到旋转传送机210上，而抛光过的衬底通过传送机器 人208从旋转传送机210传送到衬底台206上。衬底台206上的抛光过的衬 底通过传送机器人202返回到盒子204中。旋转传送机210上的未抛光衬底 通过下述顶圈1被保持并被移动到抛光台100上的一个位置处，以进行衬 底的抛光。该抛光装置由此被系统化，从而可以成批地连续抛光多个衬 底。该抛光装置包括用于在抛光后清洗和干燥衬底的清洗机212、 214; 用于进行衬底表面的第二级抛光的抛光台216;用于进行抛光台IOO、 216 的修整(打磨)的修整器(打磨器)218、 220;以及用于清洗修整器218 的水桶222。该抛光装置被设计成能够通过转换多种抛光液体或多种抛光 条件(抛光工艺)利用一个抛光台100进行两级或更多级抛光。该抛光装置可设有4个抛光台，因此可操作2个抛光台为一组的每一 组进行两级抛光或者操作4个抛光台进行四级抛光。该抛光装置设有ITM (内嵌式厚度监视器)224，以作为用于测量表 面状态例如抛光前、多级抛光过程中各工序之间或后续抛光、清洗和干 燥之后的衬底的表面膜的厚度的测量部分。尤其是，FTM(测量部分)224 设置在从移动轨道200延伸的直线上的位置处，如图1所示。在传送机器 人202将抛光后的衬底放置到盒子204中之前或传送机器人202将抛光前 的衬底从盒子204中取出之后，ITM 224利用向衬底表面发射光并接收反 射光的光信号的光学装置来测量诸如氧化膜的绝缘膜的厚度，或诸如半 导体晶片的衬底的导电膜例如铜膜或阻挡层的抛光状态。该抛光装置的抛光部分保持诸如半导体晶片的衬底、抛光物体并将 衬底压靠在抛光台上方的抛光表面上，由此平坦地抛光衬底的表面。如 图2所示，在顶圈1下方设置有抛光台100，其上附着有具有抛光表面101a (上表面)的抛光垫(抛光布)101。在抛光台100的上方设置有将抛光 液体(浆料)Q供给到抛光台100上的抛光垫101的抛光液体供给喷嘴102。 由此构成了抛光部分。另外，在抛光台100的上方设置有将纯水供给到抛 光台100上的抛光垫101的纯水供给喷嘴104。各种商业上可购得的抛光垫可用作抛光垫101。实例包括由罗代尔 (Rodel)公司制造的SUBA800、 IC-1000和IC-1000/SUBA400 (双层布) 以及由福吉米(Fujimi)公司制造的Surfinxxx-5和Surfm000。 SUBA800、 Surfin xxx-5和Surfin OOO是分别包括固定有聚氨基甲酸酯树脂的纤维的无 纺布，并且IC-1000是硬质发泡聚氨基甲酸酯(单层)。发泡聚氨基甲酸 酯是多孔的，其在表面中具有大量细小凹槽或孔。抛光垫101基本上是消 耗部件，并在其抛光衬底的表面时逐渐磨损。在实际抛光过程中，当抛 光垫IOI已经达到预定厚度或者抛光速度变低时，用一个新的抛光垫对抛光垫101进行替换。顶圈1通过万向接头部分10与顶圈驱动轴11相连，并且该顶圈驱动轴 11与紧固到顶圈头部110的顶圈气缸111连接。顶圈驱动轴ll通过顶圈气 缸lll竖直移动，因此上下移动整个顶圈1并将固定到顶圈本体2的下端的 挡圈3压靠到抛光台100上。顶圈气缸111通过调节器RE1与压縮空气源120 相连。供给到顶圈气缸111的加压气体的压力可通过调节器REI调节，由 此抛光垫101上的挡圈3的压力可以调节。顶圈驱动轴ll通过键(未示出)安装到设有正时(同步)滚轮113的 旋转缸筒112上。设有正时滚轮116的作为旋转驱动部分的顶圈马达114紧 固到顶圈头部110上。正时滚轮113通过正时(同步)皮带115与正时滚轮 116相连。因此，通过旋转驱动顶圈马达114，旋转缸筒112和顶圈驱动轴 11通过正时滚轮116、正时皮带115和正时滚轮113整体转动，由此顶圈l 转动。顶圈头部110由紧固到一框架(未示出)上的顶圈头部轴117支撑。虽然没有描述，顶圈马达114设有转矩传感器，以作为用于测量马达 114的转矩的测量部分。例如，当处于衬底表面抛光期间时，衬底上的金 属膜被去除，并且形成于金属膜下方的绝缘膜露出，由于衬底表面和抛 光表面之间的摩擦力的变化，顶圈马达114的转矩改变。可通过检测随转 矩传感器(测量部分)产生的变化来确定金属膜的去除。转矩传感器可 以为实际测量马达转矩的传感器或者测量马达电流的传感器。尽管在该 实施例中转矩传感器设置在顶圈马达114中，也可以在用于旋转抛光台 IOO的抛光台马达中设置作为测量部分的转矩传感器。修整器218设置在可枢转的修整器头部130的自由端。与顶圈1类似， 修整器218通过气缸(未示出)的致动竖直移动并通过马达和正时滚轮(未 示出)转动。现在参考图3和4更详细地描述顶圈1。图3是顶圈1的竖直剖面图，图4是图3中所示的顶圈1的仰视图。如图3所示，顶圈1包括顶圈本体2和固定到顶圈本体2的下端的挡圈 3，其中该顶圈本体2呈其中具有内部空间的圆筒形容器形状。顶圈本体2 例如由具有高强度和高刚度的材料、如金属或陶瓷形成。挡圈3例如由具 有高刚度的树脂或陶瓷形成。顶圈本体2包括具有圆筒形容器形状的外壳部分2a、装配在外壳部分 2a的圆筒形部分中的环形压片支撑部分2b和装配在外壳部分2a的上表面 的圆周部分中的环形密封部分2c。固定到顶圈本体2的外壳部分2a的下表 面上的挡圈3的下部向内突出。挡圈3可与顶圈本体2—体形成。上述顶圈驱动轴ll设置在顶圈本体2的外壳部分2a的中心的上方。顶 圈本体2和顶圈驱动轴11通过万向接头部分10相接。万向接头部分10包括 允许顶圈本体2和顶圈驱动轴11彼此相对倾斜的球面轴承机构和将顶圈 驱动轴11的转动传递到顶圈本体2的转动传递机构。因此，在允许顶圈本 体2相对于顶圈驱动轴11倾斜的同时，万向接头部分10将顶圈驱动轴11的 压力和转矩传递到顶圈本体2。球面轴承机构由形成于顶圈驱动轴ll的下表面的中心处的球形凹槽 lla、形成于外壳部分2a的上表面的中心处的球形凹槽2d和插入于凹槽 lla、 2d之间并由诸如陶瓷的高硬度材料制成的轴承滚珠12组成。转动传 递机构由固定到顶圈驱动轴ll上的驱动销(未示出)和固定到外壳部分 2a上的从动销(未示出)组成。驱动销和从动销可彼此相竖直移动。因 此，即使在顶圈本体2倾斜时，所述销仍在偏移的接触点处彼此啮合。因 此转动传递机构可靠地将顶圈驱动轴11的转动转矩传递到顶圈本体2。在由顶圈本体2和整体固定到顶圈本体2上的挡圈3限定的内部空间 中，装有由顶圈1保持并与诸如半导体晶片的衬底W接触的弹性垫4、环 形保持环5和支撑弹性垫4的大体盘形卡盘6。在其圆周部分处，弹性垫4夹持在保持环5和固定到保持环5的下端的卡盘6之间，并且覆盖卡盘6的 下表面。因此在弹性垫4和卡盘6之间形成一空间。由弹性膜组成的压片7在保持环5和顶圈本体2之间伸展。压片7被固 定，其一端夹在外壳部分2a和顶圈本体2的压片支撑部分2b之间，另一端 夹在保持环5的上端部分5a和止动部分5b之间。在顶圈本体2的内部，一 压力室21由顶圈本体2、卡盘6、保持环5和压片7形成。如图3所示，例如 由管道和连接器组成的流体通道31与压力室21连通。压力室21通过设置 在流体通道31中的调节器RE2与压縮空气源120相连。压片7例如由具有极 佳强度和耐久性的橡胶材料形成，这些橡胶材料例如为乙丙橡胶 (EPDM)、聚氨酯橡胶或硅橡胶。在压片7由诸如橡胶的弹性材料形成并通过将其夹在挡圈3和顶圈本 体2之间进行固定的情况下，由于弹性压片7的弹性变形，不能在挡圈3的 下表面中获得理想的平面。鉴于此情况，根据该实施例，分别设置压片 支撑部分2b，从而将压片7夹持并固定到外壳部分2a和顶圈本体2的压片 支撑部分2b之间。如在日本专利申请No. H8-50956 (未审公开No. H9-168964)或日本 专利申请No. Hll-294503中所公开的那样，也可以使挡圈3相对于顶圈本 体2竖直移动或使挡圈3可独立于顶圈本体2挤压。在这种情况下，可以不 必对压片7采用上述固定方法。作为与弹性垫4接触的接触元件的中心袋8 (中心接触元件)和环形 管9 (外部接触元件)设置在形成于弹性垫4和卡盘6之间的空间中。如图 3和4所示，在该实施例中，中心袋8设置在卡盘6的下表面的中心处，环 形管9设置在中心袋8的外侧，以使其围绕中心袋8。与压片7类似，弹性 垫4、中心袋8和环形管9例如由具有极佳的强度和耐久性的橡胶材料形 成，该橡胶材料例如为乙丙橡胶(EPDM)、聚氨酯橡胶或硅橡胶。形成于卡盘6和弹性垫4之间的空间被中心袋8和环形管9分成下述 室形成于中心袋8和环形管9之间的压力室22和形成于环形管9的外部的 压力室23。中心袋8由与弹性垫4的上表面接触的弹性膜81和可拆卸地保持弹性 膜81的中心袋保持件82 (保持部分)组成。中心袋保持件82具有螺纹孔 82a，通过将螺钉55旋入螺纹孔82a使中心袋8可拆卸地安装到卡盘6的下 表面的中心处。中心袋8的内部具有由弹性膜81和中心袋保持件82限定的 中心压力室24。类似地，环形管9由与弹性垫4的上表面接触的弹性膜91和可拆卸地 保持弹性膜91的环形管保持件92 (保持部分)组成。环形管保持件92具 有螺纹孔92a，通过将螺钉56旋入螺纹孔92a中使环形管9可拆卸地安装到 卡盘6的下表面上。环形管9的内部具有由弹性膜91和环形管保持件92限 定的中间压力室25。每一个由例如管和连接器组成的流体通道33、 34、 35、 36分别与压 力室22， 23、中心压力室24和中间压力室25连通。压力室22-25通过分别 设置在流体通道33-36中的调节器RE3、 RE4、 RE5、 RE6与作为供给源的 压縮空气源120相连。流体通道31、 33-36通过设置在顶圈驱动轴11的上端 的旋转接头(未示出)与相应的调节器RE2-RE6相连。例如加压空气的加压流体或大气压力或真空被供给到位于卡盘6的 上方的上述压力室21中，并经由与压力室连通的流体通道31、 33-36供给 到压力室22-25中。如图2所示，供给到压力室21-25中的加压流体的压力 可以通过设置在压力室21-25的流体通道31、 33-36中的调节器RE2-RE6进 行调节。因此压力室21-25中的压力可独立控制或使其达到大气压力或真 空。因此，通过调节器RE2-RE6使压力室21-25中的压力可独立变化，可以调整衬底W上的弹性垫4的压力，并由此独立于衬底W的分区部分(分 区区域)调整抛光垫4上的衬底W的压力。在一些情况下，压力室21-25 可与真空源121相连。现在描述当抛光时具有上述结构的顶圈l的操作。当进行衬底W的抛 光时，衬底W保持在顶圈1的下表面上，同时与顶圈驱动轴ll相连的顶圈 气缸lll被致动，以通过预定压力将固定到顶圈1的下端的挡圈3压靠在抛 光台100的抛光垫101的抛光表面101a上。处于预定压力的加压流体被分 别供给到压力室22， 23、中心压力室24和中间压力室25，以将衬底W压 靠在抛光台100的抛光垫101的抛光表面101a上。抛光液体Q从抛光液体供 给喷嘴102供给到抛光垫101上，并且抛光液体Q保持在抛光垫101上。因 此，在衬底W的待抛光表面(下表面)和抛光垫101的抛光表面101a之间 存在抛光液体Q的情况下进行衬底W的下表面的抛光。通过分别供给到压力室22、 23的加压流体的压力将位于压力室22、 23的下方的衬底W的部分压靠在抛光表面101a上。位于中心压力室24的 下方的衬底W的部分通过供给到中心压力室24的加压流体的压力经由中 心袋8的弹性膜81和弹性垫4压靠在抛光表面101a上。位于中间压力室25 的下方的衬底W的部分通过供给到中间压力室25的加压流体的压力经由 环形管9的弹性膜91和弹性垫4压靠在抛光表面101a上。因此，通过控制分别供给到压力室22-25的加压流体的压力，可分别 为沿径向方向分区的衬底W的分区部分调整施加到衬底W上的抛光压 力。尤其是，控制部分(控制器)400通过调节器RE3-RE6独立地控制分 别供给到压力室22-25的加压流体的压力，因此，独立地为衬底W的分区 部分调整抛光台100的抛光垫101上的衬底W的压力。因此，可通过调节 为衬底W的每个分区部分的期望值的抛光压力将衬底W压靠在位于转动 抛光台100的上表面上的抛光垫101上。类似地，供给到顶圈气缸lll的加压流体的压力可以通过调节器RE1来调节，以改变抛光垫101上的挡圈3的 压力。因此，通过在抛光期间适当地调整抛光垫101上的挡圈3的压力和抛 光垫101上的衬底W的压力，可在衬底W的中心部分(图4中所示的部分 Cl)、中间部分的中心(C2)、中间部分(C3)和圆周部分(C4)和位 于衬底W的外部的挡圈3的上方获得所需的抛光压力分布。在位于压力室22、 23的下方的衬底W的部分中，存在从加压流体经 由弹性垫4施加压力的部分和加压流体的压力直接施加的部分，例如与开 口41对应的部分。施加到这些部分的压力可以彼此相同或不同。在抛光 期间围绕开口41的弹性垫4紧紧附着于衬底W的后表面上。因此，压力室 22、 23中的加压流体几乎不会泄漏。因此，衬底W可被分成4个同心的圆形和环形部分(Cl-C4)，并且 这些部分(区域)可通过独立的压力施压。抛光速度取决于抛光表面上 的衬底W的压力，并且如上所述，衬底W的每个分区部分的压力均可独 立控制。这样，可以独立控制衬底W的4个部分(Cl-C4)的抛光速度。 因此，即使在衬底W的待抛光表面膜的厚度上存在径向变化时，也可在 整个衬底表面上避免抛光不足或过度抛光。尤其是，即使在衬底W的待抛光表面膜的厚度沿衬底W的径向方向 变化时，可通过使位于具有相对大的薄膜厚度的衬底W的部分的上方的 压力室22-25中的那些压力室的压力高于其他压力室的压力，或通过使位 于具有相对小的薄膜厚度的衬底W的部分的上方的压力室的压力低于其 他压力室的压力，以使抛光表面上的具有相对大的薄膜厚度的衬底W的 部分的压力高于抛光表面上的具有相对小的薄膜厚度的衬底W的部分的 压力。因此，具有相对大的薄膜厚度的衬底W的部分的抛光速度可以有 选择地提高。这使得可以在其形成时，不论表面薄膜的厚度分布如何，均可在整个表面上不过度抛光或抛光不足地抛光衬底W的表面。可能存在于衬底W的边缘部分处的边缘过度抛光现象可以通过控制挡圈3的压力来防止。另外，当在衬底W的边缘部分中的待抛光膜的厚度 具有大的变化时，可以通过有意地使挡圈3的压力升高或降低来控制衬底 W的边缘部分的抛光速度。当加压流体供给到压力室22-25时，卡盘6承受 向上的力。根据该实施例，加压流体通过流体通道31供给到压力室21中， 以防止卡盘6通过由压力室22-25施加的力而上升。因此，如上所述，在利用供给到压力室22-25的加压空气通过顶圈气 缸111和抛光垫101上的衬底W的分区部分的压力适当地调整抛光垫101 上的挡圈3的压力的同时，进行衬底W的抛光。如上文所述，可以通过独立地控制压力室22， 23、中心袋8中的压力 室24和环形管9中的压力室25中的压力来控制衬底上的压力。此外，根据 该实施例，通可以过改变中心袋8或环形管9的位置、尺寸等很容易地改 变用于进行压力控制的衬底的特定区域。尤其是，形成于衬底表面上的薄膜的厚度分布可以根据薄膜形成方 法、所用的薄膜形成设备的类型等进行改变。根据该实施例，可以通过 改变中心袋8和中心袋保持件82或者环形管9和环形管保持件92来简单地 改变用于将压力施加到衬底上的压力室的位置和尺寸。因此，可以通过 仅仅改变顶圈l的一部分，根据待抛光膜的厚度分布以很低的成本很容易 地改变进行压力控制的衬底区域。这使得能够以很低的成本很容易地处 理衬底待抛光表面膜的厚度分布方面的变化。应当注意，改变中心袋8或 环形管9的形状和位置也应当有必要改变位于中心袋8和环形管9之间的 压力室22的尺寸和围绕环形管9的压力室23的尺寸。在衬底上形成有通过该抛光装置抛光的抛光物体，例如用于形成互 接的镀铜膜和位于镀膜下方的阻挡层。当例如由二氧化硅构成的绝缘膜被形成为通过该抛光装置抛光的抛光物体的衬底的最顶层时，可以利用 光学传感器或微波传感器检测该绝缘膜的厚度。卤素灯、氙闪光灯、发光二极管(LED)或激光源可用作光学传感器的光源。抛光垫101的抛光表面(前表面)101a具有一定的光洁度(roughness)， 从而可以抛光诸如半导体晶片的衬底的表面。然而，随着抛光的进行， 抛光垫101的抛光表面101a的光洁度降低，因而抛光性能降低。因此，在 抛光操作之间，即在一个衬底抛光之后和下一个衬底抛光之前进行抛光 垫101的抛光表面101a的修整。修整被实施，以进行抛光垫101的抛光表 面101a的修整和抛光垫101的清洗。尤其是，处于撤回位置的修整器218在抛光台100的上方水平移动到 预定位置。然后，降低修整器218，以使得将修整器218的下表面(修整 表面)以预定压力压靠在抛光垫101的抛光表面101a上。同时，在从纯水 供给喷嘴104将纯水供给到抛光垫101的同时，修整器218和抛光台100转 动，因此通过抛光垫101的抛光表面101a的修整器218进行修整。修整完 成之后，修整器218和抛光台100的转动以及来自纯水供给喷嘴104的纯水 供应停止，修整器218抬起，然后返回到撤回位置。通过该抛光装置成批地进行抛光。因此，放置在装载于抛光装置的 盒子204中的所有衬底W的抛光完成之后，盒子204从抛光装置中取出并 被传递到下一个加工装置。然后，新的盒子204被装载于抛光装置中，并 继续(或恢复)放置在新盒子204中的衬底W的抛光。在从前一次抛光完 成到下一次抛光继续期间，抛光装置进入为下一次抛光做准备的待机运 行(空转)状态。在该实施例中，如图5所示，控制部分400基于来自输入部分401、例 如操作面板的输入和来自执行各种数据处理的主机402的输入按照以下 方式控制抛光装置当抛光装置已经进入待机运行状态时，纯水从纯水供给喷嘴104供给 到抛光垫IOI，同时转动抛光台IOO，由此防止抛光垫101干燥。当在待机 运行之后将盒子204装载于该抛光装置中时，通过该抛光装置中的控制部 分400，在开始抛光液体(浆料)Q从抛光液体供给喷嘴102的供给的同时， 停止纯水从纯水供给喷嘴104的供给，与此同时，在将修整器218压靠到 抛光垫101的抛光表面101a上的同时，修整器218和抛光台100转动。因此， 进行包括抛光垫101的抛光表面101a的修整的抛光准备过程(预抛光修整 过程)。抛光准备过程的时间例如经由设置在控制部分400中的输入部分 401通过操作者输入。在抛光准备过程完成之后，依次地将衬底W从盒子 204中取出，并开始衬底W的抛光。因此，在待机运行完成之后和衬底W的抛光开始之前，通过在将抛 光液体Q供给到抛光表面101a的同时修整抛光垫101的抛光表面101a进行 准备过程，可以使抛光表面101a达到所需的温度并利用抛光液体Q润湿抛 光垫IOI，从而使抛光表面101a达到适于抛光的最佳状态，而不需使用假 晶片等。这可以省去假晶片等的成本，而不需要进行设计变化、例如为 抛光装置添加新器件。还可以通过未示出的辐射温度计测量抛光表面 101a的表面温度/分布，将测量结果与所需的表面温度/分布进行比较并控 制上述抛光准备过程(预抛光修整过程)，从而使抛光表面101a达到所 需的表面温度/分布。在该实施例中，控制部分400被设定为基于待机运行的总运行时间或 待机运行的总有效次数确定是否在待机运行完成之后进行抛光准备过 程。每次待机运行完成之后不是必须进行抛光准备过程。通过基于待机 运行的总运行时间或待机运行的总有效次数确定是否进行抛光准备过 程，使得可以仅仅在需要时进行抛光准备过程。还可基于抛光表面101a 的表面温度/分布的上述测量结果确定是否进行抛光准备过程。存储在控制部分400中的程序基于从输入部分401输入的参数设定与 待机运行(空转运行)、抛光准备过程(预抛光修整过程)和衬底抛光 过程有关的运行条件并运行抛光装置。运行也可被设定为在待机运行期间修整抛光垫101的抛光表面101a。 尤其是，在待机运行期间，修整器218压靠在抛光表面101a上，同时转动 修整器218和抛光台100，并将纯水从纯水供给喷嘴104供给到抛光垫101。随着抛光的进行，抛光垫101的抛光表面101a的光洁度降低，并且抛 光性能降低。因此，为了恢复抛光垫100的抛光表面101a的光洁度，如上 所述，在抛光操作之间，通过在使修整器218和抛光表面101a彼此相对转 动的同时使修整器218与抛光表面101a接触进行抛光表面101a的修整。然 而，在抛光垫101被长时间使用的情况下，通过预定时间的修整过程可能 不能实现抛光表面101a的充分修整，因此不能获得足够的光洁度。在这 种情况下，即使在耗尽该抛光垫101之前，也有必要用新的抛光垫替换抛 光垫IOI。根据该实施例，通过在待机运行期间接触于纯水进行抛光垫IO] 的抛光表面101a的附加修整，可以获得抛光表面101a的充分修整，因此 延长抛光垫101的寿命。运行还可被设定为在待机运行期间向顶圈1的气密封闭压力室24、 25 的内部施加气体压力，因而加压压力室24、 25。覆盖其他压力室22、 23 的弹性垫4在预定位置具有开口41。因此，由于压力室22、 23不是被气密 密封，不可能通过在待机运行期间向这些室22、 23施加气体压力来加压 压力室22、 23。弹性膜81、 91和弹性垫4随着时间的变化逐渐硬化(恶化)，其中该 弹性膜81、 91和弹性垫4由诸如橡胶的弹性材料形成并在通过向压力室 24、 25施加气体压力来加压顶圈1的压力室24、 25时膨胀/收縮。因此，在 抛光多批衬底的情况下，即使当抛光在后批次的衬底时将与在前批次的衬底抛光时施加到压力室24、 25的相同气体压力施加到室24、 25时，由 于己经硬化的弹性膜81、 91和弹性垫4的膨胀/收縮不足，对于后面批次的 衬底而言可能不能在衬底上获得所需压力。根据该实施例，可以通过在 抛光准备过程期间向顶圈1的气密封闭室24、 25施加气体压力来防止弹性 膜81、 91和弹性垫4硬化。抛光装置的控制部分400能够在待机运行期间设定上述运行。基于经 由输入部分401输入的参数，控制部分400中的程序确定待机运行期间抛 光装置的工作条件。在抛光垫101使用一段时间之后，在待机运行期间修 整抛光垫101的抛光表面101a往往变得必要。因此，可以基于抛光垫IOI 的总使用时间确定是否进行抛光垫101的抛光表面101a的修整。在对压力 室24、 25加压时膨胀/收縮的弹性膜81、 91和弹性垫4使用一段时间之后， 在待机运行期间加压顶圈1的压力室24、 25往往变得必要。因此，可以基 于弹性膜81、 91和弹性垫4的总使用时间确定压力室24、 25的加压条件。图6示出了另一顶圈500的仰视图。顶圈500具有四个同心压力室中 心区域压力室501;波纹区域压力室502;外部区域压力室503;以及边缘 区域压力室504。压力室501-504被弹性垫(弹性体)506整体覆盖。用于 吸附衬底的开口508设置在覆盖中心区域压力室501和外部区域压力室 503的弹性垫506中的预定位置处。根据这种顶圈500，波纹区域压力室502和边缘区域压力室504被气密 封闭，并且这些室502、 504通过在待机运行期间向其施加气体压力被加 压。工业实用性本发明可用于抛光或修平诸如半导体晶片的衬底的表面。
权利要求
1.一种抛光方法，其包括在抛光休止时间段中进行待机运行；在待机运行完成之后，通过在向抛光表面供给抛光液体的同时修整抛光表面进行抛光准备过程；以及在抛光准备过程完成之后开始工件的抛光。
2. 根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，在待机运行期间 将纯水供给到抛光表面。
3. 根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，基于待机运行的 总运行时间或待机运行的总有效次数确定是否在待机运行完成之后进行 抛光准备过程。
4. 根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，在待机运行期间 进行抛光表面的修整。
5. 根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，在待机运行期间 对通过弹性体将工件压靠在抛光表面上的顶圈的压力室进行内部加压。
6. —种抛光装置，其包括 具有抛光表面的抛光台；用于保持工件并将工件压靠在抛光表面上的顶圈； 用于修整抛光表面的修整器；用于将抛光液体供给到抛光表面的抛光液体供给喷嘴；以及 控制部分，其用于控制抛光台、抛光液体供给喷嘴和修整器，以使得在完成了抛光休止时间段中的待机运行之后，通过在向抛光表面供给抛光液体的同时修整抛光表面进行抛光准备过程。
7. 根据权利要求6所述的抛光装置，其特征在于，控制部分基于待 机运行的总运行时间或待机运行的总有效次数确定是否进行抛光准备过程。
8. —种用于控制抛光装置的程序，其控制抛光装置执行以下运行在抛光休止时间段中进行待机运行；在待机运行完成之后，通过在向抛光表面供给抛光液体的同时修整 抛光表面进行抛光准备过程；以及在抛光准备过程完成之后开始工件的抛光。
9. 根据权利要求8所述的用于控制抛光装置的程序，其特征在于， 基于待机运行的总运行时间或待机运行的总有效次数确定是否在待机运 行完成之后进行抛光准备过程。
10. 根据权利要求8所述的用于控制抛光装置的程序，其特征在于， 基于抛光表面的累积使用时间确定是否在待机运行期间进行抛光表面的 修整。
11. 根据权利要求8所述的用于控制抛光装置的程序，其特征在于， 基于一弹性体的累积使用时间确定是否在待机运行期间对通过所述弹性 体将工件压靠在抛光表面上的顶圈的压力室进行加压。
全文摘要
一种抛光方法，其可在重新开始抛光之前使抛光表面达到适于抛光的最佳状态，而不需要使用假晶片等，因此省去了假晶片等的成本。该抛光方法包括在抛光休止时间段中进行待机运行；在待机运行完成之后，通过在向抛光表面供给抛光液体的同时修整抛光表面进行抛光准备过程；以及在抛光准备过程完成之后开始工件的抛光。可基于待机运行的总运行时间或待机运行的总有效次数确定是否在待机运行完成之后进行抛光准备过程。
文档编号B24B37/00GK101262981SQ20068003360
公开日2008年9月10日 申请日期2006年9月12日 优先权日2005年9月16日
发明者山口都章, 鸟越恒男 申请人:株式会社荏原制作所