專利名稱：拋光設(shè)備和拋光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及襯底加工方法，并且特別是涉及用于拋光和平整化諸如半導(dǎo)體晶片的襯底的拋光設(shè)備和拋光方法。
背景技術(shù)：
一些用于拋光和平整化諸如半導(dǎo)體晶片的襯底(或基片)的拋光設(shè)備可以調(diào)節(jié)托架頭中的腔室壓力。這種拋光設(shè)備測量與襯底的薄膜厚度相關(guān)的物理量并根據(jù)該物理量計算薄膜厚度輪廓。然后，該拋光設(shè)備根據(jù)所計算的薄膜厚度輪廓和期望的薄膜厚度輪廓之間的比較調(diào)節(jié)托架頭中的腔室壓力。
但是，傳統(tǒng)的拋光設(shè)備不執(zhí)行其中托架頭中的腔室壓力在拋光期間連續(xù)調(diào)節(jié)的實時控制。當(dāng)然，實時控制有望獲得更接近期望厚度輪廓的拋光結(jié)果。當(dāng)實時控制應(yīng)用于傳統(tǒng)拋光設(shè)備中的壓力按比例調(diào)節(jié)方法時，晶片表面上的薄膜厚度或者大體上與該薄膜厚度成比例的數(shù)據(jù)需要被現(xiàn)場測量。因此，根據(jù)晶片上的薄膜類型或測量方法使實時控制在應(yīng)用方面受到相當(dāng)大的限制。
另外，如果期望的厚度輪廓時時改變的話，需要復(fù)雜的過程。如果期望的厚度輪廓對于拋光輪廓而言固定，尤其是在初始薄膜厚度與期望厚度輪廓存在很大不同的情況下，被控變量變得過多或不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述缺陷而提出。因此，本發(fā)明的一個目的在于提供一種實用的拋光設(shè)備和方法，其可以精確地控制拋光輪廓、拋光時間或襯底拋光速率。
另外，本發(fā)明的另一個目的在于提供一種實用的襯底加工方法，其可以精確地控制形成于襯底上的薄膜的輪廓、加工時間或加工速率。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種具有拋光臺和頂圈的拋光設(shè)備，所述拋光臺具有拋光表面，所述頂圈用于在控制施加于襯底上的至少一個區(qū)域的壓緊力的同時將該襯底壓靠在拋光表面上。該拋光設(shè)備具有傳感器、監(jiān)測單元和存儲裝置，所述傳感器用于監(jiān)測襯底上的至少一個測量點的襯底狀況，所述監(jiān)測單元用于對來自所述傳感器的信號執(zhí)行預(yù)定的運算處理，以產(chǎn)生監(jiān)測信號，所述存儲裝置用于存儲表示用于所述監(jiān)測信號的參考值和時間之間的關(guān)系的參考信號。該拋光設(shè)備包括控制器，該控制器用于將測量點的監(jiān)測信號與參考信號進行比較并且控制頂圈的壓緊力，從而使測量點的監(jiān)測信號趨同(converge)于所述參考信號。
頂圈可以被配置為獨立地控制施加于襯底上的多個區(qū)域的壓緊力。所述傳感器可以是可操作的，以監(jiān)測襯底上的多個測量點的襯底狀況。所述頂圈可以包括多個壓力室，以用于向襯底上的所述多個區(qū)域獨立地施加壓緊力。
控制器可以是可操作的，以計算拋光開始時多個測量點的監(jiān)測信號的平均值，并且相對于時間序列平移該參考信號，從而使得拋光開始時的參考信號等于所述平均值。
控制器可以是可操作的，以計算在拋光過程的期望時間點處所述多個測量點的監(jiān)測信號的平均值，并且相對于一時間序列在所述期望時間點后平移該參考信號，從而使得期望時間點處的參考信號等于所述平均值。
控制器可以是可操作的，以相對于時間序列平移該參考信號，從而使得拋光開始時的參考信號等于拋光開始時襯底上的預(yù)定測量點的監(jiān)測信號。
控制器可以是可操作的，以在拋光過程的期望時間點之后相對于時間序列平移該參考信號，從而使得期望時間點處的參考信號等于在期望時間點處襯底上的預(yù)定測量點的監(jiān)測信號。
控制器可以是可操作的，以在拋光開始時相對于時間序列平移該參考信號，從而使得拋光時間變?yōu)槠谕臅r間段。
控制器可以是可操作的，以計算等于拋光過程的期望時間點處的監(jiān)測信號的參考信號的時間點，并且計算從參考信號等于監(jiān)測信號的時間點到參考信號變?yōu)轭A(yù)定值的參考時間點的時間段。
參考信號可以為這樣的信號，其中形成于襯底上的薄膜類型、層狀結(jié)構(gòu)、互連結(jié)構(gòu)、拋光液的物理性能、拋光表面的溫度、襯底溫度、形成拋光表面的拋光工具的厚度中的至少一個被設(shè)定為參數(shù)。
另外，在使用了當(dāng)前拋光過程中所用的拋光表面的此前(或過去)拋光過程中所獲得的監(jiān)測信號或者在使用了已經(jīng)被替換的另一拋光表面的此前拋光過程的初始階段所獲得的監(jiān)測信號可以被用作該參考信號。
控制器可以是可操作的，以通過使用預(yù)測控制來控制頂圈的壓緊力。在這種情況下，控制器的控制周期可以在1秒至10秒的范圍內(nèi)。
監(jiān)測單元可以是可操作的，以排除襯底的周邊部分處的測量點的監(jiān)測信號。可選地，監(jiān)測單元可以是可操作的，以校正襯底的周邊部分處的測量點的監(jiān)測信號。
傳感器可以包括渦流傳感器、光學(xué)傳感器和微波傳感器中的至少一個。希望該傳感器是可操作的，以測量該襯底的表面上的薄膜厚度。
該拋光設(shè)備可以還包括致動器，以用于提供拋光臺和頂圈之間的相對運動。在這種情況下，傳感器可以設(shè)置在拋光臺內(nèi)。致動器可以包括用于旋轉(zhuǎn)拋光臺的電動機。
控制器可以是可操作的，以在拋光過程中間歇地中斷控制?？刂破骺梢允强刹僮鞯?，以在拋光結(jié)束之前完成控制并且將該時刻的拋光條件保持到拋光結(jié)束為止?？刂破骺梢允强刹僮鞯模詫⒁粋€襯底的拋光過程完成的時間點的拋光條件作為用于另一個襯底的拋光過程的初始拋光條件。控制器可以是可操作的，以根據(jù)監(jiān)測單元的信號檢測拋光終點。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種具有拋光臺和頂圈的拋光設(shè)備，所述拋光臺具有拋光表面，所述頂圈用于在獨立地控制施加于襯底上的多個區(qū)域的壓緊力的同時將該襯底壓靠在拋光表面上。該拋光設(shè)備具有傳感器、監(jiān)測單元和控制器，所述傳感器用于監(jiān)測襯底上的多個測量點的襯底狀況，所述監(jiān)測單元用于對來自所述傳感器的信號執(zhí)行預(yù)定的運算處理，以產(chǎn)生監(jiān)測信號，所述控制器用于根據(jù)所述監(jiān)測信號控制頂圈的壓緊力。控制器是可操作的，以在施加到所述多個區(qū)域的至少一個上的壓緊力超過預(yù)定范圍時按比例調(diào)節(jié)(縮放)施加到所述多個區(qū)域上的壓緊力或該壓緊力的變化量，從而使得當(dāng)施加到所述多個區(qū)域的至少一個上的壓緊力超過預(yù)定范圍時施加到所有區(qū)域上的壓緊力處于預(yù)定范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種具有拋光臺和頂圈的拋光設(shè)備，所述拋光臺具有拋光表面，所述頂圈用于在獨立地控制施加于襯底上的多個區(qū)域的壓緊力的同時將該襯底壓靠在拋光表面上。該拋光設(shè)備具有傳感器、監(jiān)測單元和控制器，所述傳感器用于監(jiān)測襯底上的多個測量點的襯底狀況，所述監(jiān)測單元用于對來自所述傳感器的信號執(zhí)行預(yù)定的運算處理，以產(chǎn)生監(jiān)測信號，所述控制器根據(jù)所述監(jiān)控信息具有極限值時的時間點控制所述頂圈的壓緊力。在這種情況下，非金屬薄膜可以形成于襯底的表面上。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種具有拋光臺和頂圈的拋光設(shè)備，所述拋光臺具有拋光表面，所述頂圈用于在獨立地控制施加于襯底上的多個區(qū)域的壓緊力的同時將該襯底壓靠在拋光表面上。該拋光設(shè)備具有傳感器、監(jiān)測單元和控制器，所述傳感器用于監(jiān)測襯底上的多個測量點的襯底狀況，所述監(jiān)測單元用于對來自所述傳感器的信號執(zhí)行預(yù)定的運算處理，以產(chǎn)生監(jiān)測信號，所述控制器用于根據(jù)所述監(jiān)控信息控制所述頂圈的壓緊力，從而調(diào)節(jié)在拋光襯底期間施加到所述多個區(qū)域上的壓緊力的靈敏度。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種拋光襯底的方法。在該方法中，由傳感器對襯底上的至少一個測量點的襯底狀況進行監(jiān)測。對來自所述傳感器的信號執(zhí)行預(yù)定的運算處理，以產(chǎn)生監(jiān)測信號。將所述測量點的監(jiān)測信號與表示用于該監(jiān)測信號的參考值和時間之間關(guān)系的參考信號進行比較。將所述襯底壓靠在拋光表面上，以拋光該襯底，同時控制施加于襯底上的至少一個區(qū)域的壓緊力，從而使得測量點的監(jiān)測信號趨同于參考信號。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供了一種加工襯底的方法。在該方法中，襯底上的至少一個測量點的襯底狀況由傳感器監(jiān)測。對來自所述傳感器的信號執(zhí)行預(yù)定的運算處理，以產(chǎn)生監(jiān)測信號。將所述測量點的監(jiān)測信號與表示用于該監(jiān)測信號的參考值和時間之間關(guān)系的參考信號進行比較。在控制襯底狀況從而使得測量點的監(jiān)測信號趨同于參考信號的同時在該襯底上形成薄膜。
根據(jù)本發(fā)明，可以精確地控制襯底的拋光輪廓、拋光時間和拋光速率。
從結(jié)合附圖進行的以下描述中，本發(fā)明的上述及其他目的、特征和優(yōu)將變得顯而易見，所述附圖以舉例的方式示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。


圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的一實施例的拋光設(shè)備的平面圖；圖2是示出了圖1所示拋光設(shè)備中的拋光單元的一部分的示意圖；圖3是示出了圖2所示拋光單元中的頂圈的豎直剖視圖；圖4是示出了圖2所示拋光單元中的頂圈的仰視圖；圖5是示出了圖2所示拋光單元中的拋光臺和半導(dǎo)體晶片之間關(guān)系的平面圖；圖6是示出了一軌跡線的平面圖，其中圖2所示拋光單元中的傳感器在該軌跡線上掃描半導(dǎo)體晶片；圖7是示出了一實例的平面圖，其中待監(jiān)測的測量點從圖6所示的半導(dǎo)體晶片上的測量點中選出；圖8是示出了當(dāng)拋光晶片的金屬薄膜時監(jiān)測信號變化的曲線圖；圖9是示出了根據(jù)本發(fā)明的拋光方法的監(jiān)測信號變化的曲線圖；圖10是示出了根據(jù)本發(fā)明確定參考信號過程的流程圖；圖11是示出了圖2所示傳感器的有效測量范圍的平面圖；圖12是示出了根據(jù)本發(fā)明的參考信號的一應(yīng)用實例的曲線圖；圖13是示出了根據(jù)本發(fā)明的參考信號的另一應(yīng)用實例的曲線圖；圖14是示出了根據(jù)本發(fā)明的參考信號的另一應(yīng)用實例的曲線圖；圖15是示出了根據(jù)本發(fā)明的參考信號的另一應(yīng)用實例的曲線圖；圖16是示出了根據(jù)本發(fā)明的拋光方法的監(jiān)測信號變化的曲線圖；圖17是示出了根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換參考信號和監(jiān)測信號的方法的一實例的曲線圖；
圖18是示出了具有光學(xué)傳感器的拋光單元的示意圖；圖19是示出了具有微波傳感器的拋光單元的示意圖；圖20是示出了圖19所示的微波傳感器的示意圖；圖21是根據(jù)本發(fā)明的參考信號的一應(yīng)用實例的圖形表示；圖22是根據(jù)本發(fā)明的控制運算方法的圖形表示；圖23是根據(jù)本發(fā)明的預(yù)測控制的示意圖說明；圖24是示出了用于根據(jù)本發(fā)明的預(yù)測控制的模糊規(guī)則的一實例的表格；圖25是示出了用于根據(jù)本發(fā)明的預(yù)測控制的模糊規(guī)則的另一實例的表格；圖26是示出了圖24和25中的因變量的隸屬函數(shù)的概念性曲線圖；圖27是示出了圖24和25中的結(jié)果變量的隸屬函數(shù)的概念性曲線圖；圖28是根據(jù)本發(fā)明的壓緊力的按比例調(diào)節(jié)方法的圖形表示；圖29是根據(jù)本發(fā)明的壓緊力的按比例調(diào)節(jié)方法的圖形表示；圖30A和30B是示出了根據(jù)本發(fā)明的拋光方法的模擬結(jié)果的曲線圖；圖31是示出了一實例的示意圖，其中根據(jù)本發(fā)明的拋光方法應(yīng)用于具有多個階段的拋光過程；圖32是示出了適用于本發(fā)明的電鍍設(shè)備的一實例的豎直剖視圖；圖33是圖32所示電鍍設(shè)備中的陽極的平面圖；圖34是示出了適用于本發(fā)明的CVD裝置的一實例的豎直剖視圖；以及圖35是示出了適用于本發(fā)明的另一CVD裝置的實例的豎直剖面圖。
具體實施例方式
下面將參照圖1-35描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的拋光設(shè)備。在圖1-35中，相同或相應(yīng)的部件由相同或相應(yīng)的參考數(shù)字表示并且在下面不再重復(fù)描述。
圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的一實施例的拋光設(shè)備的平面圖。如圖1所示，該拋光設(shè)備具有四個裝載/卸載臺2，其上放置有用于儲存大量半導(dǎo)體晶片的晶片盒1。沿裝載/卸載臺2的陣列設(shè)置有移動機構(gòu)3。具有兩只手的第一傳送機器人4設(shè)置在移動機構(gòu)3上。第一傳送機器人4的手可觸及裝載/卸載臺2上的各晶片盒1。
兩個清潔及干燥單元5和6設(shè)置在與晶片盒1相對的第一傳送機器人4的移動機構(gòu)3的相對側(cè)。第一傳送機器人4的手也可觸及清潔及干燥單元5和6。每個清潔及干燥單元5和6具有旋轉(zhuǎn)干燥功能，以使晶片高速旋轉(zhuǎn)，從而干燥該晶片。晶片站11設(shè)置在兩個清潔及干燥單元5和6之間，所述晶片站具有四個用于半導(dǎo)體晶片的擺放臺7、8、9和10。第一傳送機器人4的手可觸及該晶片站11。
第二傳送機器人12設(shè)置在可觸及清潔及干燥單元5和三個擺放臺7、9和10的位置處，所述第二傳送機器人12具有兩只手。第三傳送機器人13設(shè)置在可觸及清潔及干燥單元6和三個擺放臺8、9和10的位置處，所述第三傳送機器人具有兩只手。擺放臺7用于在第一傳送機器人4和第二傳送機器人12之間傳送半導(dǎo)體晶片。擺放臺8用于在第一傳送機器人4和第三傳送機器人13之間傳送半導(dǎo)體晶片。擺放臺9用于從第二傳送機器人12向第三傳送機器人13傳送半導(dǎo)體晶片。擺放臺10用于從第三傳送機器人13向第二傳送機器人12傳送半導(dǎo)體晶片。擺放臺9位于擺放臺10上方。
用于清潔被拋光晶片的清潔單元14鄰近清潔及干燥單元5設(shè)置在第二傳送機器人12的手可觸及的位置處。用于清潔被拋光晶片的清潔單元15鄰近清潔及干燥單元6設(shè)置在第三傳送機器人13的手可觸及的位置處。
如圖1所示，該拋光設(shè)備具有兩個拋光單元16和17。每個拋光單元16和17具有兩個拋光臺和一個頂圈，所述頂圈用于保持晶片并將該晶片壓靠在拋光臺上以拋光該晶片。特別是，拋光單元16包括第一拋光臺18、第二拋光臺19、頂圈20、用于向第一拋光臺18供給拋光液的拋光液供給噴嘴21、用于磨光第一拋光臺18的打磨機22和用于磨光第二拋光臺19的打磨機23。另外，拋光單元17包括第一拋光臺24、第二拋光臺25、頂圈26、用于向第一拋光臺24供給拋光液的拋光液供給噴嘴27、用于磨光第一拋光臺24的打磨機28和用于磨光第二拋光臺25的打磨機29。
用于翻轉(zhuǎn)半導(dǎo)體晶片的翻轉(zhuǎn)機30設(shè)置在拋光單元16中的第二傳送機器人12的手可觸及的位置處。第二傳送機器人12將半導(dǎo)體晶片傳送到翻轉(zhuǎn)機30。類似地，用于翻轉(zhuǎn)半導(dǎo)體晶片的翻轉(zhuǎn)機31設(shè)置在拋光單元17中的第三傳送機器人13的手可觸及的位置處。第三傳送機器人13將半導(dǎo)體晶片傳送到翻轉(zhuǎn)機31。
用于在翻轉(zhuǎn)機30、31和頂圈20、26之間傳送晶片的旋轉(zhuǎn)輸送機32設(shè)置在翻轉(zhuǎn)機30、31和頂圈20、26的下面。旋轉(zhuǎn)輸送機32具有四個以等間距布置的平臺，其上放置有晶片。因此，多個晶片可以同時安裝在旋轉(zhuǎn)輸送機32上。當(dāng)晶片傳送到翻轉(zhuǎn)機30或31并且由翻轉(zhuǎn)機30或31夾住的所述晶片的中心與旋轉(zhuǎn)輸送機32中的平臺中心對準(zhǔn)時，設(shè)置在旋轉(zhuǎn)輸送機32下方的升降機33或34升起，以將晶片傳送到旋轉(zhuǎn)輸送機32上。
傳送到頂圈20或26的晶片由頂圈20或26的真空抽吸機構(gòu)所吸引。所述晶片在其由真空抽吸機構(gòu)吸引的同時被傳送到拋光臺18或24。隨后，該晶片由拋光表面、例如附裝到拋光臺18或24上的拋光墊或砂輪拋光。第二拋光臺19和25中的每一個設(shè)置在頂圈20或26可觸及的位置處。因此，在晶片由第一拋光臺18或24拋光之后，該晶片可以由第二拋光臺19或25拋光。拋光后的晶片沿如上所述相同的路徑返回至翻轉(zhuǎn)機30或31。
返回到翻轉(zhuǎn)機30或31的晶片由第二傳送機器人12或第三傳送機器人13傳送至清潔單元14或15并在其內(nèi)部被清潔。在清潔單元14或15內(nèi)部被清潔的晶片由第二傳送機器人12或第三傳送機器人13傳送至清潔單元5或6并在其內(nèi)部被干燥。在清潔單元5或6內(nèi)部被清潔的晶片由第二傳送機器人12或第三機器人13放置在擺放臺7或8上并且通過第一傳送機器人返回到位于裝載/卸載臺2上的晶片盒1中。
現(xiàn)在，將對上述拋光單元進行詳細描述。由于拋光單元16和拋光單元17具有相同的結(jié)構(gòu)，因此下文將只對拋光單元16的結(jié)構(gòu)進行描述。下列說明也適用于拋光單元17。
圖2是示出了圖1所示拋光單元16的一部分的示意圖。如圖2所示，具有上表面的拋光臺18設(shè)置在頂圈20的下面，拋光墊40附裝到所述上表面上。拋光液供給噴嘴21設(shè)置在拋光臺18的上方。拋光液Q從拋光液供給噴嘴21供給至拋光臺18上的拋光墊40。拋光臺18聯(lián)接到電動機(未示出)上，所述電動機充當(dāng)驅(qū)動機構(gòu)，以用于提供拋光臺18和頂圈20之間的相對運動。因此，拋光臺18被配置為是可轉(zhuǎn)動的。
市場上銷售的各種拋光墊均可使用。例如，其中的一些為由Rodel Inc.制造的SUBA800，IC-1000、IC-1000/SUBA400(雙層布)以及由FujimiInc制造的Surfin xxx-5和Surfin 000。SUBA800、Surfin xxx-5和Surfin000為由聚氨酯樹脂粘結(jié)的非織造織物，IC-1000由硬聚氨酯泡沫(單層)制成。聚氨酯泡沫是多孔的并且具有大量形成在其表面中的細小凹槽或孔。
頂圈20經(jīng)由萬向接頭41連接到頂圈軸42上，并且頂圈軸42聯(lián)接到固定于頂圈頭43上的頂圈氣缸44上。頂圈20具有大致盤狀的頂圈主體60和設(shè)置在該頂圈主體60的外周部分處的擋圈61。頂圈主體60聯(lián)接至頂圈軸42的下端。
頂圈氣缸44經(jīng)由調(diào)節(jié)器RE1連接到壓力調(diào)整裝置45。壓力調(diào)整裝置45用于調(diào)節(jié)由例如來自壓縮空氣源或由泵等抽吸的壓縮空氣的加壓流體供給的壓力。將供給至頂圈氣缸44的加壓空氣的氣壓由壓力調(diào)整裝置45經(jīng)由調(diào)節(jié)器RE1進行調(diào)節(jié)。頂圈氣缸44沿垂直方向移動頂圈軸42，以使整個頂圈20升高或降低并在預(yù)定壓緊力的作用下將附裝在頂圈主體60上的擋圈61壓靠在拋光臺18上。
頂圈軸42通過鍵(未示出)聯(lián)接到旋轉(zhuǎn)套筒46上。旋轉(zhuǎn)套筒46具有設(shè)置在其外周部分處的定時滑輪47。頂圈電動機48固定到頂圈頭43上，所述頂圈電動機充當(dāng)驅(qū)動機構(gòu)，以提供拋光臺18和頂圈20之間的相對運動。定時滑輪47經(jīng)由定時帶49連接至安裝在頂圈電動機48上的定時滑輪50。因此，當(dāng)頂圈電動機48被激勵旋轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)套筒46和頂圈軸42通過定時滑輪50、定時帶49和定時滑輪47彼此協(xié)調(diào)地旋轉(zhuǎn)，從而使頂圈20旋轉(zhuǎn)。頂圈頭43支撐在頂圈頭軸51上，所述頂圈頭軸可旋轉(zhuǎn)地支撐在框架(未示出)上。
如圖2所示，用于監(jiān)測(檢測)包括正被拋光的半導(dǎo)體晶片的薄膜厚度在內(nèi)的襯底狀況的傳感器52嵌入到拋光臺18中。傳感器52與監(jiān)測單元53和控制器54相連。傳感器52的輸出信號被傳輸?shù)奖O(jiān)測單元53，在此處對傳感器52的輸出信號進行必要的轉(zhuǎn)換和操作(算術(shù)運算處理)，以產(chǎn)生監(jiān)測信號。監(jiān)測單元53具有控制器53a，以用于根據(jù)所述監(jiān)測信號進行控制運算?？刂破?3a根據(jù)監(jiān)測信號確定頂圈20壓緊晶片的作用力(壓緊力)并將該壓緊力發(fā)送給控制器54。例如，使用渦流傳感器作為傳感器52。設(shè)置在監(jiān)測單元53的外部的控制器54向壓力調(diào)整裝置45發(fā)送命令，以改變由頂圈20施加的壓緊力。監(jiān)測單元53中的控制器53a和控制器54可以集成在一起，以形成單個控制器。
圖3是示出了圖2所示頂圈20的豎直剖面圖，圖4是示出了圖2所示頂圈20的仰視圖。如圖3所示，頂圈20具有在其中限定出接受空間的圓柱形外殼形式的頂圈主體60和固定到該頂圈主體60的下端的擋圈61。擋圈61具有徑向向內(nèi)凸出的下部。頂圈主體60由具有高強度和剛度的材料、例如金屬或陶瓷制成。擋圈61由高剛性樹脂、陶瓷等材料制成。擋圈61可以與頂圈主體60一體形成。
頂圈軸42設(shè)置在頂圈主體60的中心部分上方，并且頂圈主體60通過萬向接頭41聯(lián)接到頂圈軸42上。萬向接頭41具有球面軸承機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)，頂圈主體60和頂圈軸42通過所述球面軸承機構(gòu)可彼此相對傾斜，所述旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)用于將頂圈軸42的轉(zhuǎn)動傳遞給頂圈主體60。球面軸承機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)將壓緊力和旋轉(zhuǎn)力從頂圈軸42傳遞給頂圈主體60，同時允許頂圈主體60和頂圈軸42彼此相對傾斜。
球面軸承機構(gòu)包括限定于頂圈軸的下表面中心處的半球形凹槽42a，限定于頂圈主體60的上表面中心處的半球形凹槽60a和由諸如陶瓷的高硬度材料制成并插入到凹槽42a和60a之間的軸承滾珠62。同時，旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)包括固定到頂圈軸42上的驅(qū)動銷(未示出)和固定到頂圈主體60上的從動銷(未示出)。即使頂圈主體60相對于頂圈軸42傾斜，由于驅(qū)動銷和傳動銷可彼此相對地沿垂直方向移動，從而使得驅(qū)動銷和從動銷在接觸點移動的情況下保持彼此接合。因此，旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)可靠地將頂圈軸42的旋轉(zhuǎn)扭矩傳遞給頂圈主體60。
頂圈主體60和擋圈61具有限定于其中的空間，所述空間在其中容納有彈性墊63、環(huán)形保持環(huán)64和夾盤65，所述彈性墊63與由頂圈20固定的半導(dǎo)體晶片W形成接觸，所述夾盤65大體上為盤狀，以用于支撐彈性墊63。彈性墊63具有夾持在保持環(huán)64和夾盤65之間的徑向外緣，并且徑向向內(nèi)延伸，以覆蓋夾盤65的下表面。因此，在彈性墊63和夾盤65之間限定出一空間。
夾盤65可以由金屬制成。然而，在使用渦流傳感器作為傳感器52以測量形成在半導(dǎo)體晶片W上的薄膜厚度的情況下，夾盤65應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地由例如氟樹脂(例如聚四氟乙烯)的非磁性材料或例如SiC(碳化硅)陶瓷、Al2O3(氧化鋁)陶瓷的絕緣材料等制成。
包括彈性膜的加壓板66在保持環(huán)64和頂圈主體60之間延伸。頂圈主體60、夾盤65、保持環(huán)64和加壓板66共同限定出頂圈主體60中的壓力室71。如圖3所示，包括管和連接器的流體通道81與壓力室71連通，所述壓力室通過設(shè)置在流體通道81中的調(diào)節(jié)器RE2(參見圖2)與壓力調(diào)整裝置45相連。加壓板66由高強度且耐久的橡膠材料、例如乙丙橡膠(EPDM)、聚氨酯橡膠或硅橡膠制成。
中心袋90和與彈性墊63形成接觸的環(huán)管91安裝在限定于彈性墊63和夾盤65之間的空間內(nèi)。在本實施例中，如圖3和4所示，中心袋90居中地設(shè)置在夾盤65的下表面上，并且環(huán)管91設(shè)置在中心袋90的徑向外側(cè)并與其呈環(huán)繞關(guān)系。如同加壓板66一樣，彈性墊63、中心袋90和環(huán)管91中的每一個由高強度且耐久的橡膠材料、例如乙丙橡膠(EPDM)、聚氨酯橡膠或硅橡膠制成。
限定于夾盤65和彈性墊63之間的空間由中心袋90和環(huán)管91分成多個空間。因此，壓力室72限定于中心袋90和環(huán)管91之間，并且壓力室73限定于環(huán)管91的徑向外側(cè)。
中心袋90包括與彈性墊63的上表面形成接觸的彈性膜90a和可拆卸地將彈性膜90a保持在適當(dāng)位置上的中心袋支架90b。中心袋90在內(nèi)部具有由彈性膜90a和中心袋支架90b界定的中心壓力室74。類似地，環(huán)管91包括與彈性墊63的上表面形成接觸的彈性膜91a和用于可拆卸地將彈性膜91a保持在適當(dāng)位置處的環(huán)管支架91b。環(huán)管91在內(nèi)部具有由彈性膜91a和環(huán)管支架91b限定的中間壓力室75。
包括管和連接器的流體通道82、83、84和85分別與壓力室72、73、74和75連通。壓力室72-75經(jīng)由分別連接到流體通道82-85的各調(diào)節(jié)器RE3-RE6與壓力調(diào)整裝置45相連。流體通道81-85通過安裝于頂圈軸42的頂端上的回轉(zhuǎn)接頭(未示出)與各自的調(diào)節(jié)器RE2-RE6相連。
夾盤65上方的壓力室71和壓力室72-75經(jīng)由與各壓力室相連的流體通道81-85被供給諸如壓縮空氣的加壓流體或被排空。如圖2所示，與壓力室71-75的流體通道81-85相連的的調(diào)節(jié)器RE2-RE6可以分別調(diào)節(jié)將供給至各壓力室的加壓流體的壓力。因此，可以獨立地控制壓力室71-75中的壓力或者獨立地將大氣或真空引入壓力室71-75。這樣，壓力室71-75中的壓力利用調(diào)節(jié)器RE2-RE6獨立變化，因此經(jīng)由彈性墊63將半導(dǎo)體晶片W壓靠在拋光墊40上的壓緊力可以在半導(dǎo)體晶片W的局部區(qū)域(分開區(qū)域)內(nèi)進行調(diào)節(jié)。在一些應(yīng)用中，壓力室71-75可以與真空源55(參見圖2)相連。
在這種情況下，供給至壓力室72-25的流體可以在溫度方面獨立地控制。利用該配置，可以從待拋光表面的背面直接控制襯底、諸如半導(dǎo)體晶片的溫度。特別地，當(dāng)每個壓力室在溫度方面獨立地控制時，化學(xué)反應(yīng)的速率可以在CMP的化學(xué)拋光過程中進行控制。
如圖4所示，彈性墊63具有多個開口92。內(nèi)部抽吸部分93從夾盤65向下突出，從而穿過位于中心袋90和環(huán)管91之間的各開口92露出。外部抽吸部分94從夾盤65向下突出，從而穿過位于環(huán)管91的徑向外側(cè)的各開口92露出。在該實施例中，彈性墊63具有8個開口92，并且抽吸部分93和94通過這些開口92露出。
抽吸部分61和62具有分別與流體通道86和87連通的連通孔93a和94a。如圖2所示，抽吸部分93和94通過流體通道86和87和閥VI和V2與真空源55、例如真空泵相連。當(dāng)抽吸部分93和94的連通孔93a和94a與真空源55相連時，連通孔93a和94a的下開口端處的負壓增大，以將半導(dǎo)體晶片W吸引到抽吸部分93和94的下端。
如圖3所示，當(dāng)半導(dǎo)體晶片W正在拋光時，抽吸部分93和94定位在彈性墊63的下表面上方，因此不從彈性墊63的下表面伸出。當(dāng)吸引半導(dǎo)體晶片W時，抽吸部分93和94的下端面大體上與彈性墊63的下表面位于同一平面上。
因為在彈性墊63的外圓周表面和擋圈61的內(nèi)圓周表面之間存在小間隙G，保持環(huán)64、夾盤65和附裝在夾盤65上的彈性墊63可以相對于頂圈主體60和擋圈61豎直移動，從而相對于頂圈主體60和擋圈61具有浮動結(jié)構(gòu)。保持環(huán)64具有多個從保持環(huán)64的下部的外圓周邊緣徑向向外伸出的突出部64a。包括保持環(huán)64的構(gòu)件的下行運動通過突出部64a與擋圈61的徑向向內(nèi)凸出部分的上表面相接合而限制在預(yù)定范圍內(nèi)。
流體通道88限定于頂圈主體60的外圓周邊緣中。清洗液(純水)通過流體通道88供給到彈性墊63的外圓周表面和擋圈61的內(nèi)圓周表面之間的間隙G中。
在由此構(gòu)造的拋光設(shè)備中，當(dāng)半導(dǎo)體晶片W將被頂圈20保持時，抽吸部分93和94的連通孔93a和94a經(jīng)由流體通道86和87與真空源55相連。因此，半導(dǎo)體晶片W在真空條件下通過連通孔93a和94a的抽吸作用被吸引到抽吸部分93和94的下端。當(dāng)半導(dǎo)體晶片W吸引到頂圈20上時，整個頂圈20移動到拋光表面(拋光墊40)上方的位置。半導(dǎo)體晶片W的外圓周邊緣由擋圈61保持，從而使得半導(dǎo)體晶片W不與頂圈20分開。
為了拋光半導(dǎo)體晶片，由抽吸部分93和94對半導(dǎo)體晶片W的吸引力解除，并且半導(dǎo)體晶片W固定在頂圈20的下表面上。同時，頂圈氣缸44被致動，以在預(yù)定壓力下將固定到頂圈20下端的擋圈61壓靠到拋光臺18上的拋光墊40上。在這種狀態(tài)下，加壓流體分別被供給至處于各自壓力下的壓力室，從而將半導(dǎo)體晶片W壓靠在拋光臺18上的拋光表面上。拋光液供給噴嘴21將拋光液Q供給到拋光墊40上，這樣拋光液Q保持在拋光墊40上。因此，半導(dǎo)體晶片W利用存在于半導(dǎo)體晶片W的待拋光(下)表面和拋光墊40之間的拋光液Q拋光。
位于壓力室72和73下面的半導(dǎo)體晶片W的局部區(qū)域在供給至壓力室72和73的加壓流體的壓力下壓靠在拋光表面上。位于中心壓力室74下方的半導(dǎo)體晶片W的局部區(qū)域通過中心袋90的彈性膜90a和彈性墊63在供給至中心壓力室74的加壓流體的壓力下壓靠到拋光表面上。位于壓力室75下方的半導(dǎo)體晶片W的局部區(qū)域通過環(huán)管91的彈性膜91a和彈性墊63在供給至壓力室75的加壓流體的壓力下壓靠到拋光表面上。
因此，可以通過控制供給至各壓力室72-75的壓力而沿徑向方向獨立地調(diào)節(jié)作用在半導(dǎo)體晶片W的各局部區(qū)域上的拋光壓力(壓緊力)。特別地，控制器54(參見圖2)根據(jù)傳感器52的輸出獨立地調(diào)節(jié)經(jīng)由各調(diào)節(jié)器RE3-RE6供給至壓力室72-75的加壓流體的壓力，從而調(diào)節(jié)將半導(dǎo)體晶片W的局部區(qū)域壓靠在拋光臺18上的拋光墊40上的壓緊力。當(dāng)作用在半導(dǎo)體晶片W的各局部區(qū)域上的拋光壓力獨立地調(diào)節(jié)至期望值時，半導(dǎo)體晶片W被壓靠到正在旋轉(zhuǎn)的拋光臺18的上表面上的拋光墊40上。類似地，供給至頂圈氣缸44的加壓流體的壓力可以通過調(diào)節(jié)器RE1調(diào)節(jié)，以改變擋圈61壓緊拋光墊40的壓緊力。
因此，當(dāng)半導(dǎo)體晶片W正在拋光時，擋圈壓緊拋光墊40的壓緊力以及使半導(dǎo)體晶片W壓靠拋光墊40的壓緊力可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)，從而以期望的壓力分布向中心區(qū)域(圖4中的C1)、中心區(qū)域和中間區(qū)域之間的區(qū)域(C2)、外部區(qū)域(C3)、半導(dǎo)體晶片W的周邊區(qū)域(C4)以及定位在半導(dǎo)體晶片W的外面的擋圈61的外周部分施加拋光壓力。
定位在壓力室72和73下方的半導(dǎo)體晶片W的部分包括兩個區(qū)域。它們之一由加壓流體經(jīng)由彈性墊64壓緊。它們中的另一個、例如圍繞開口92的區(qū)域由加壓流體直接壓緊。這兩個區(qū)域可以在相同的壓緊力或者各自希望的壓力下壓緊。因為彈性墊63保持為與圍繞開口92的半導(dǎo)體晶片W的反面緊密接觸，因此壓力室72和73中的加壓流體很難泄漏到壓力室72和73的外面。
當(dāng)半導(dǎo)體晶片W的拋光完成時，半導(dǎo)體晶片W以與如上所述相同的方式在真空下吸引到抽吸部分93和94的下端上。此時，進入壓力室72-75將半導(dǎo)體晶片W壓靠在拋光表面上的加壓流體的供應(yīng)停止，并且壓力室72-75向大氣中排空。因此，抽吸部分93和94的下端與半導(dǎo)體晶片W形成接觸。壓力室71向大氣中排空或者抽空，以在其內(nèi)部形成負壓。如果壓力室71保持為高壓，隨后半導(dǎo)體晶片W僅在與抽吸部分93和94形成接觸的區(qū)域處牢牢壓靠在拋光表面上。因此，必須立即減小壓力室71中的壓力。因此，如圖3所示，為了立即減小壓力室71中壓力，可以設(shè)置從壓力室71穿過頂圈主體60的泄壓端口67。在這種情況下，當(dāng)壓力室71假壓時，必須將加壓流體經(jīng)流體通道81連續(xù)地供給至壓力室71中。泄壓端口67具有止回閥，用于在壓力室71中形成負壓時防止外部空氣流入壓力室71。
在吸引半導(dǎo)體晶片W之后，整個頂圈20移動到半導(dǎo)體晶片將被傳送的位置處，隨后，流體(例如，壓縮空氣或氮氣和純水的混合物)經(jīng)由抽吸部分93和94的連通孔93a和94a噴射到半導(dǎo)體晶片W上，以從頂圈20釋放半導(dǎo)體晶片W。
圖5是示出了圖2所示拋光單元16中的拋光臺18和半導(dǎo)體晶片W之間關(guān)系的平面圖。如圖5所示，傳感器52設(shè)置在穿過半導(dǎo)體晶片W的中心CW的位置處，所述半導(dǎo)體晶片W在拋光期間由頂圈20保持。參考符號CT表示拋光臺18的旋轉(zhuǎn)中心。例如，在傳感器52在半導(dǎo)體晶片W下方通過的同時，傳感器52可以根據(jù)半導(dǎo)體晶片W的例如Cu層的導(dǎo)電薄膜的薄膜厚度或者通行軌道(掃描線)上的薄膜厚度的變化連續(xù)地檢測增大或減小量。
圖6示出了軌跡線，其中傳感器52在該軌跡線上掃描半導(dǎo)體晶片W。特別地，每當(dāng)拋光臺18旋轉(zhuǎn)一圈，傳感器52掃描晶片表面(待拋光表面)。當(dāng)拋光臺18旋轉(zhuǎn)時，傳感器遵循在晶片W的中心CW(頂圈軸42的中心)附近通過的軌道并且掃描晶片W的表面。由于頂圈20的旋轉(zhuǎn)速度通常不同于拋光臺18的旋轉(zhuǎn)速度，因此傳感器52的軌道在晶片W上根據(jù)拋光臺18的旋轉(zhuǎn)而變化，如圖6中的掃描線SL1、SL2、SL3……所示。然而，如上所述，由于傳感器52位于穿過晶片W的中心CW的位置處，因此傳感器52的軌道在每圈內(nèi)穿過晶片W的中心CW。在本實施例中，利用傳感器52進行的測量定時如此調(diào)整，以使得晶片W的中心CW在每圈中始終由傳感器52測量。
另外，已知下列事實，即，被拋光晶片W的表面輪廓通常相對于與晶片W的表面垂直的軸線軸對稱并且延伸穿過晶片W的中心CW。因此，如圖6所示，當(dāng)?shù)趍個掃描線SLm上的第n個測量點由MPm-n表示時，晶片W的薄膜厚度的過渡可以通過追蹤各掃描線上的第n個測量點MP1-n，MP2-n，……，MPm-n的監(jiān)測信號而在第n個測量點的徑向位置處進行監(jiān)測。
在圖6中，為了簡化起見，測量點的數(shù)目在一次掃描中為15個。然而，測量點的數(shù)目不局限于所示實例并且可以根據(jù)測量周期和拋光臺18的旋轉(zhuǎn)速度具有不同的值。當(dāng)使用渦流傳感器作為傳感器52時，通常在一個掃描線上具有至少100個測量點。當(dāng)具有許多測量點時，所述測量點中的任一個大約與晶片W的中心CW相一致。因此，不需要上述用于晶片W的中心CW的定時調(diào)節(jié)。
圖7是示出了一實例的平面圖，其中將被監(jiān)測單元53監(jiān)測的測量點從圖6所示的半導(dǎo)體晶片W上的測量點中選出。在圖7所示的實例中，監(jiān)測單元53監(jiān)測定位于區(qū)域C1、C2、C3和C4的中心和分界線附近的測量點MPm-1、MPm-2、MPm-3、MPm-4、MPm-5、MPm-6、MPm-8、MPm-10、MPm-11、MPm-12、MPm-13、MPm-14和MPm-15，所述區(qū)域如結(jié)合圖4所描述的那樣在壓緊力方面獨立地控制。不同于圖6所示的實例，在測量點MPm-i和MPm-(i+1)之間可以設(shè)置另一個測量點。待監(jiān)測測量點的選擇不局限于圖7所示的實例?？紤]到控制而待監(jiān)測的點可以任意選擇為在待拋光晶片W的表面上待監(jiān)測的測量點。
監(jiān)測單元53對選定測量點的輸出信號(感測信號)進行預(yù)定的(算術(shù))運算處理，從而產(chǎn)生監(jiān)測信號并將其供給至控制器53a(參見圖2)，所述輸出信號由傳感器52輸出?？刂破?3a根據(jù)所提供監(jiān)測信號和隨后描述的參考信號確定頂圈20中的壓力室74、72、75和73的壓力設(shè)定值并將該壓力設(shè)定值發(fā)送至控制器54(參見圖2)，所述壓力設(shè)定值對應(yīng)于晶片W的區(qū)域C1、C2、C3和C4。因此，為晶片W的區(qū)域C1、C2、C3和C4對壓緊力進行調(diào)節(jié)。
為了去除噪音的不良影響以獲得平滑數(shù)據(jù)，相鄰測量點的監(jiān)測信號可以取平均值。可選地，晶片W的表面可以根據(jù)從晶片W的中心CW開始的半徑同心地分成多個區(qū)域。各區(qū)域中測量點處的監(jiān)測信號的平均值或代表值可以被計算并用作新的控制用監(jiān)測信號。這種配置在多個傳感器沿拋光臺18的徑向布置的情況下或者在頂圈20在拋光期間圍繞頂圈頭軸51擺動的情況下是有效的。
圖8是示出了當(dāng)晶片W的金屬薄膜被拋光同時對晶片W的區(qū)域C1、C2、C3和C4的壓緊力保持在恒定值時監(jiān)測信號變化的曲線圖。圖8示出了對應(yīng)于測量點MPm-1和MPm-15(晶片邊緣部分)的監(jiān)測信號MSA、對應(yīng)于測量點MPm-5和MPm-11(晶片中間部分)的監(jiān)測信號MSB和對應(yīng)于測量點MPm-8(晶片中心)的監(jiān)測信號MSC。
在圖8所示的實例中，各監(jiān)測信號在拋光初始階段略有減小。然后，減小的梯度變大。各監(jiān)測信號在拋光終點(去除金屬薄膜)時變?yōu)榇笾潞愣?。假定初始薄膜厚度在晶片W的局部點處不同，即使該局部點以相同的拋光速率拋光，如圖8所示，拋光終點的監(jiān)測信號值和定時也會根據(jù)測量點而不同。在該實施例中，準(zhǔn)備了表示監(jiān)測信號參考值和時間之間關(guān)系的預(yù)定參考信號，并且監(jiān)測信號被控制，以便使之趨同于所述參考信號。
圖9是示出了當(dāng)使用上述控制方法拋光晶片W時監(jiān)測信號變化的曲線圖。在拋光期間，晶片W的區(qū)域C1、C2、C3和C4的壓緊力被如此控制，以使得局部點的監(jiān)測信號MSA、MSB和MSC和其他未示出點的監(jiān)測信號趨同(或逼近)于參考信號RS。因此，局部點的監(jiān)測信號MSA、MSB和MSC大致趨同于同一變化曲線，并且拋光終點在所有局部點處彼此一致。因此，可以實現(xiàn)相對于晶片W的徑向具有薄膜厚度高均勻性(以下稱作晶片內(nèi)均勻性)的拋光加工，而不管諸如拋光墊40的裝置的狀態(tài)如何。
拋光速率根據(jù)待拋光薄膜的物理性能、拋光液(漿液)類型、拋光墊40的厚度、拋光墊40或晶片W的溫度、待拋光薄膜的層狀結(jié)構(gòu)或互連結(jié)構(gòu)等等而改變。相應(yīng)地，參考信號也根據(jù)上述情況而變化?？刂破?4或監(jiān)測單元53包括參考信號的數(shù)據(jù)庫，所述參考信號對應(yīng)于待拋光薄膜的物理性能、拋光液(漿液)類型、拋光墊40的厚度、拋光墊40或晶片W的溫度、待拋光薄膜的層狀結(jié)構(gòu)或互連結(jié)構(gòu)等。當(dāng)操作者輸入適于待拋光晶片的條件時，最佳的參考信號被讀取?；蛘?，當(dāng)晶片W具有相同規(guī)格時，例如拋光臺18和頂圈20的旋轉(zhuǎn)速度、拋光液和拋光墊40的類型等的拋光條件大體不變。因此，具有相同規(guī)格的樣本晶片可以被拋光，以獲得參考信號。
圖10是示出了確定參考信號的方法的實例的流程圖。在圖10所示實例中，參考信號的確定在開始晶片W的拋光過程之前進行。首先，具有期望規(guī)格的頂圈20、打磨機22、拋光墊40、拋光液等在設(shè)備的初始設(shè)置中進行設(shè)定。借助傳感器52的測量定時如上所述進行調(diào)節(jié)(步驟1)。
然后，根據(jù)經(jīng)驗等因素生成臨時制程，其中用于待拋光晶片W的拋光條件被確定(步驟2)。在該臨時制程中，對區(qū)域C1、C2、C3和C4的壓緊力、擋圈61的壓力以及拋光臺18和頂圈20的旋轉(zhuǎn)速度保持不變。晶片W根據(jù)該臨時制程拋光，以獲得如圖8所示的監(jiān)測信號(步驟3)。
判斷晶片W的拋光速率或拋光時間是否適當(dāng)(步驟4)。如果拋光速率或拋光時間與期望值存在很大差別的話，便對該臨時制程進行更改，并重復(fù)拋光過程。當(dāng)晶片W在期望時間周期內(nèi)拋光時，從可重復(fù)性、噪音等方面判斷監(jiān)測信號是否適當(dāng)(步驟5)。如果監(jiān)測信號適當(dāng)?shù)脑?，提取適當(dāng)點的信號產(chǎn)生參考信號。參考信號記錄在諸如硬盤的存儲裝置(未示出)中(步驟6)。如果監(jiān)測信號存在問題，拋光過程在問題原因解決之后重試。
此時，如果待拋光襯底表面上的薄膜厚度相同的話，理想的是，傳感器52的輸出信號大致恒定，而不管傳感器52和晶片W之間的距離如何。或者，理想地是確定運算處理，以根據(jù)傳感器52的輸出信號計算監(jiān)測信號，從而使得該監(jiān)測信號大致恒定，而不管傳感器52和晶片W之間的距離如何。然而，當(dāng)傳感器52的輸出信號和監(jiān)測信號根據(jù)傳感器52和晶片W之間的距離、即拋光墊40的磨損而改變到影響不能忽略的程度時，參考信號可以設(shè)置如下。在拋光墊已經(jīng)更換之后立即或不久，設(shè)定具有相同規(guī)格的晶片上的適當(dāng)點的監(jiān)測信號作為參考信號，所述晶片在具有相同規(guī)格的拋光墊替換之后立即或不久被拋光。當(dāng)拋光墊更換之后拋光了預(yù)定數(shù)目的晶片時，將利用正在使用的同一拋光墊剛剛拋光或稍早些拋光的晶片上的適當(dāng)點的監(jiān)測信號設(shè)定為參考信號。
關(guān)于用于獲得作為參考信號的監(jiān)測信號的晶片上的點，希望采用施加于其上的壓緊力的變化量較小的點，這是因為在控制時可以減少無用的被控變量。
圖11是示出了各個測量點處的傳感器的有效測量范圍的平面圖。例如，在渦流傳感器的情況下，晶片上的有效測量范圍由所述傳感器中的線圈尺寸、有效范圍的展開角以及從傳感器52到晶片W的距離確定。由圖11中小圓圈100所示范圍內(nèi)的信息在各測量點處獲得。因此，當(dāng)晶片W的外周邊附近將被測量時，傳感器的有效測量范圍的一部分位于待拋光晶片W的表面之外(參見圖11中的測量點MPm-1和MPm-15)。例如，如圖12所示，對應(yīng)于晶片邊緣部分處的測量點MPm-1和MPm-15的監(jiān)測信號MSA1小于其他點的監(jiān)測信號MSB和MSC。因此，待拋光薄膜的薄膜厚度被低估。相對于隨后描述的其他類型的傳感器，類似的現(xiàn)象在一些條件下出現(xiàn)。
在這種情況下，不能獲得精確監(jiān)測信號的位置處的測量點在控制時被排除在外。在圖11所示實例中，位于晶片W的邊緣部分處的測量點MPm-1和MPm-15在控制時被排除在外。特別地，這些測量點的監(jiān)測信號從控制系統(tǒng)中排除。盡管不能保證晶片W的外周邊處的薄膜厚度的均勻性，但是晶片W的其余區(qū)域中的薄膜厚度的均勻性可以得到提高。
可替換地，在這種情況下，晶片邊緣部分的監(jiān)測信號可以通過下列等式(1)修正。
y(r，yraw)＝c(r，yraw)g(yraw-y0)+y0…(1)在等式(1)中，y(r，yraw)表示修正的監(jiān)測信號值，r表示從晶片的中心CW到測量點的距離，yraw表示待修正的監(jiān)測信號，c(r，yraw)表示修正系數(shù)，y0表示當(dāng)薄膜厚度為0時的監(jiān)測信號值。修正系數(shù)c(r，yraw)根據(jù)對半徑r和待轉(zhuǎn)換的監(jiān)測信號yraw的代表值利用實驗方法計算出來的多個修正系數(shù)由內(nèi)插法確定。因此，該監(jiān)測信號被修正，如圖12中以MSA2所示。因此，即使在晶片的邊緣部分處不能獲得精確的監(jiān)測信號，包括該晶片邊緣部分在內(nèi)的晶片內(nèi)均勻性也可以得到提高。
除了具有上述結(jié)構(gòu)的傳感器之外，例如，考慮到由于溫度引起的拋光速率的變化，可以提供非接觸式溫度計，以在拋光布與晶片形成滑動接觸之后立即測量拋光布的點的溫度。
圖13是示出了參考信號的一應(yīng)用實例的曲線圖。在圖13中，在拋光過程或控制過程開始時，參考信號RS1沿時間序列平移，以產(chǎn)生新的參考信號RS2，從而使得直到拋光結(jié)束為止拋光時間具有期望值。如果在拋光過程或控制過程開始時，參考信號RS1直到拋光結(jié)束為止具有期望的拋光時間，則平移量可以為0。
然后，參考信號RS2相對于時間序列固定。其他未示出點的監(jiān)測信號MSA、MSB和MSC被控制，從而趨同于參考信號RS2。這樣，晶片內(nèi)的均勻性可以提高，而不管初始薄膜厚度輪廓如何。同時，即使晶片在初始薄膜厚度方面具有變化，或者即使該設(shè)備在例如拋光墊的條件方面具有變化，直到拋光結(jié)束為止的時間段有望為預(yù)定值。因此，如果拋光時間可以恒定不變，晶片可以在可預(yù)期的大致恒定周期內(nèi)在拋光設(shè)備中被傳送。因此，由于傳送不會由于具有較長的拋光時間的晶片而延遲，生產(chǎn)量可以提高。
圖14是示出了參考信號的另一應(yīng)用實例的曲線圖。在圖14中，參考信號RS3沿時間序列平移，以產(chǎn)生新的參考信號RS4，從而使得局部點處的監(jiān)測信號的平均值av等于參考信號。可以采用任何方法獲得監(jiān)測信號值的平均值，只要可以獲得表示拋光晶片的過程的值即可。例如，可以采用計算算術(shù)平均值或加權(quán)平均值的方法、獲得中間值的方法或者以某一方式轉(zhuǎn)換監(jiān)測信號并對被轉(zhuǎn)換值求平均值的方法。
然后，參考信號RS4相對于時間序列固定不變。其他未示出點的監(jiān)測信號MSA、MSB和MSC被控制，從而趨同于參考信號RS4。這樣，不同于圖13中所示實例，不需要過多改變被控變量，例如施加到晶片W的區(qū)域C1-C4上的壓緊力。因此，可以期望穩(wěn)定的拋光。另外，在拋光過程或控制過程之后的拋光時間預(yù)期等于具有相同薄膜厚度的晶片被拋光以產(chǎn)生參考信號時的拋光時間。晶片內(nèi)的均勻性可以提高，而不管初始薄膜厚度輪廓如何。同時，可以獲得平均拋光速率，而不管諸如拋光墊的設(shè)備的狀況如何。
圖15是示出了參考信號的另一應(yīng)用實例的曲線圖。在圖15中，參考信號RS5在預(yù)定時段內(nèi)沿時間序列平移，以使得局部點處的監(jiān)測信號平均值等于參考信號。例如，參考信號RS5被平移，以等于監(jiān)測信號的平均值av1、av2和av3，從而分別產(chǎn)生新的參考信號RS6、RS7和RS8。然后，施加到晶片的區(qū)域C1-C4的壓緊力得到控制，從而趨同于通過時時平移產(chǎn)生的參考信號。這樣，在施加到晶片的區(qū)域C1-C4上的初始壓緊力大致處于合理范圍內(nèi)的情況下，如果對特定區(qū)域上的壓緊力在特定時間點傾向于增大的話，對另一個區(qū)域的壓緊力傾向于減小。因此，本實施例不具有調(diào)節(jié)拋光時間或拋光速率的功能，但是可以在被控變量變化不大的情況下實現(xiàn)穩(wěn)定拋光。另外，可以實現(xiàn)良好的晶片內(nèi)均勻性，而不管初始薄膜厚度輪廓如何。
在圖14和15中，參考信號RS5在拋光過程開始時或在預(yù)定時段內(nèi)平移從而等于監(jiān)測信號的平均值。然而，參考信號可以根據(jù)不同于監(jiān)測信號平均值的任何值進行平移。例如，參考信號可以根據(jù)晶片上的預(yù)定點的監(jiān)測信號進行平移。特別地，參考信號可以在拋光過程開始時進行平移，從而等于此時預(yù)定點的監(jiān)測信號。參考信號可以在拋光過程中進行平移，從而等于此時預(yù)定點的監(jiān)測信號。
在上述實例中，監(jiān)測信號不直接表示待拋光晶片的表面的薄膜厚度。當(dāng)然，可以利用表示待拋光晶片的表面的薄膜厚度的信號作為監(jiān)測信號。在這種情況下，圖16示出了監(jiān)測信號的時間變化量。在這種情況下，晶片上局部點的監(jiān)測信號MSA、MSB和MSC以及晶片上其他未示出點的監(jiān)測信號與這些點處的薄膜厚度成比例。如圖16所示，監(jiān)測信號值MSA、MSB、MSC等和參考信號RS9總體上根據(jù)拋光時間大致線性減小。因此，有利地是，可以根據(jù)當(dāng)前信號值和時間變化梯度(微分)在預(yù)定時間段之后計算預(yù)計值。因此，可以根據(jù)線性計算很容易地獲得良好的可控性。
圖17是示出了根據(jù)參考信號RS10和直線L將晶片上某一點的監(jiān)測信號MS1轉(zhuǎn)換為新的監(jiān)測信號MS2的方法的曲線圖。直線L穿過參考信號RS10的拋光終點并且梯度為-1。例如，如圖17所示，當(dāng)提供時間t1處的監(jiān)測信號MS1的值v1時，在參考信號RS10上計算出具有相同值的點P。然后，直到參考信號RS10的拋光終點為止的剩余時間T從點P的時間開始計算。如從圖17中可以看出的那樣，剩余時間T可以通過參考直線L算出。新的監(jiān)測信號MS2上的時間t1處的信號值v2根據(jù)計算出的時間T設(shè)定。例如，信號值v2被設(shè)定為v2＝T?；蛘撸盘栔祐2可以從參考信號上的拋光起點到拋光終點以時間TO進行歸一化，從而使得v2＝T/TO。此時，直線L在時間0處的值為1，并具有-1/TO的梯度。
當(dāng)類似的處理應(yīng)用于參考信號RS10時，上述直線L可以被看作被轉(zhuǎn)換的新參考信號。該新參考信號(直線L)表示在參考信號RS10上從每個點到拋光終點的剩余時間，并因此成為相對于時間序列為線性關(guān)系的單調(diào)遞減函數(shù)。因此，控制算術(shù)運算變得很方便。
另外，在大多數(shù)情況下，轉(zhuǎn)換后的新監(jiān)測信號MS2大致與待拋光晶片的表面的薄膜厚度成比例，并因此線性變化。相應(yīng)地，即使待拋光晶片的表面的薄膜厚度值由于拋光液、晶片表面上的互連圖案、底層影響等原因不能被測量，也可以通過線性計算實現(xiàn)良好的控制性能。在圖17所示的實例中，參考信號RS10上的拋光終點被作為參考時間。然而，參考信號RS10上的參考時間不局限于拋光終點。例如，可以使用參考信號RS10具有預(yù)定值的時間作為參考時間。因此，可以按需要設(shè)定參考時間。轉(zhuǎn)換后的新監(jiān)測信號值在監(jiān)測信號值不根據(jù)拋光時間改變的時間間隔內(nèi)變得不確定。
上述實例主要在傳感器52包括渦流傳感器的情況下進行了描述。然而，傳感器52可以包括任何傳感器，只要其可以檢測晶片的狀況即可。例如，可以使用光學(xué)傳感器、微波傳感器或基于其他工作原理的傳感器作為傳感器52。
圖18是示出了具有光學(xué)傳感器的拋光單元的示意圖。如圖18所示，該拋光單元具有嵌入于其中的傳感單元152，以用于測量諸如形成于待拋光半導(dǎo)體晶片W的表面上的絕緣薄膜或金屬薄膜的薄膜厚度或色彩的特征值，從而在拋光期間監(jiān)測拋光狀況。傳感單元152用于在拋光期間實時連續(xù)地監(jiān)測晶片W的表面的拋光狀態(tài)(例如，剩余薄膜的厚度或狀況)。
允許來自傳感單元152的光通過的光傳導(dǎo)元件160安裝在拋光墊40中。光傳導(dǎo)元件160由具有高透光度的材料、例如非發(fā)泡聚氨酯(non-foamed polyurethane)制成?；蛘?，在拋光墊40中可以設(shè)置通孔。當(dāng)所述通孔被半導(dǎo)體晶片W覆蓋時，從該通孔的下部可以供給透明液體，從而形成光傳導(dǎo)元件160。光傳導(dǎo)元件160可以設(shè)置在拋光臺18上穿過由頂圈20固定的半導(dǎo)體晶片W的表面的任何位置處。然而，希望將光傳導(dǎo)元件160設(shè)置在穿過如上所述的半導(dǎo)體晶片W的中心的位置處。
如圖18所示，傳感單元152具有光源161、作為光發(fā)射部分的光發(fā)射光纖162、作為光接收部分的光接收光纖163、分光鏡單元164、控制器165以及電源166，所述光發(fā)射部分用于從光源161向待拋光半導(dǎo)體晶片W的表面發(fā)射光線，所述光接收部分用于接收來自待拋光表面的發(fā)射光，所述分光鏡單元包括發(fā)散由光接收光纖163接收到的光的分光鏡和用于存儲由分光鏡發(fā)散的光作為電信號的多個光接收元件，所述控制器用于控制光源161的開關(guān)或開始讀取分光鏡單元164中的光接收元件的定時，所述電源用于向控制器165提供電能。光源161和分光鏡單元164通過控制器165被供給電能。
光發(fā)射光纖162的光發(fā)射端和光接收光纖163的光接收端被配置為大體上垂直于待拋光半導(dǎo)體晶片W的表面。另外，考慮到用于更換拋光墊40的工作性和由光接收光纖163接收的數(shù)值，光發(fā)射光纖162和光接收光纖163被設(shè)置為不從拋光臺18的拋光表面向上伸出。例如，具有128個元件的光導(dǎo)二極管陣列可以用作分光鏡單元164中的光接收元件。
分光鏡單元164通過電纜167與控制器165相連。來自分光鏡單元164中的光接收元件的信息通過電纜167傳送至控制器165，其中根據(jù)發(fā)送信息產(chǎn)生被接收光的光譜數(shù)據(jù)。特別地，在本實施例中，控制器165形成光譜數(shù)據(jù)發(fā)生器，以用于讀取儲存在光接收元件中的電數(shù)據(jù)和生成被接收光的光譜數(shù)據(jù)。電纜168從控制器165通過拋光臺18延伸到上述監(jiān)測單元。因此，由控制器165中的光譜數(shù)據(jù)發(fā)生器產(chǎn)生的光譜數(shù)據(jù)通過電纜168傳送至監(jiān)測單元53(參見圖2)。
監(jiān)測單元53根據(jù)從控制器165接收的光譜數(shù)據(jù)計算特征值，例如晶片W的表面的薄膜厚度或色彩，并將該特征值作為監(jiān)測信號提供給上述控制器53a(參見圖2)。
如圖18所示，接近傳感器170安裝在拋光臺18的周邊部分的下表面上。傳感器目標(biāo)171設(shè)置在拋光臺18之外，從而對應(yīng)于該接近傳感器170。接近傳感器170是可操作的，以在拋光臺18每旋轉(zhuǎn)一圈時檢測傳感器目標(biāo)171并因此檢測拋光臺18的旋轉(zhuǎn)角。
圖19是示出了具有微波傳感器的拋光單元的示意圖。如圖19所示，拋光單元中的拋光臺18具有嵌入于其中的天線252，以用于向待拋光半導(dǎo)體晶片W的表面施加微波。天線252設(shè)置為面向由頂圈20保持的半導(dǎo)體晶片W的中心部分并且通過波導(dǎo)管253與傳感器主體254相連。期望波導(dǎo)管253較短。天線252和傳感器主體254可以集成在一起。
圖20是示出了圖19中的天線252和傳感器主體254的示意圖。傳感器主體254具有微波源255、分離器256、檢測器257和監(jiān)測單元258，所述微波源用于產(chǎn)生微波并將該微波供給至天線252，所述分離器用于將微波源255產(chǎn)生的微波(入射波)和從半導(dǎo)體晶片W的表面反射的微波(反射波)分開，所述檢測器用于接收由分離器256分離出的反射波并檢測該反射波的振幅和相位，所述監(jiān)測單元用于根據(jù)由檢測器257檢測到的反射波的振幅和相位分析半導(dǎo)體晶片W的結(jié)構(gòu)?？蛇m宜地使用定向耦合器作為分離器256。
天線252通過波導(dǎo)管253與分離器256相連。微波源255與分離器256相連。由微波源255產(chǎn)生的微波通過分離器256和波導(dǎo)管253供給至天線252。微波從天線252施加于半導(dǎo)體晶片W，從而穿過(穿透)拋光墊40并且到達半導(dǎo)體晶片W。來自半導(dǎo)體晶片W的反射波再次穿過拋光墊40并隨后由天線252接收。
反射波從天線252通過波導(dǎo)管253發(fā)送至分離器256，所述分離器使入射波與反射波分離。分離器256與檢測器257相連。由檢測器256分離的反射波傳送至檢測器257。檢測器257檢測發(fā)射波的振幅和相位。反射波的振幅檢測為電功率(dbm或W)或電壓(V)值。反射波的相位由集成在檢測器257中的相位測量裝置(未示出)檢測。沒有相位測量裝置的檢測器只能檢測發(fā)射波的振幅?；蛘?，可以利用相位測量裝置僅僅檢測發(fā)射波的相位。
在監(jiān)測單元258中，沉積在半導(dǎo)體晶片W上的金屬薄膜或非金屬薄膜的薄膜厚度根據(jù)由檢測器257檢測的發(fā)射波的振幅和相位進行分析。監(jiān)測單元258與控制器54相連。在監(jiān)測單元258中獲得的薄膜厚度值作為監(jiān)測信號發(fā)送至控制器54。
圖21是曲線圖，示出了當(dāng)利用上述光學(xué)傳感器測量例如氧化膜的光透射薄膜時監(jiān)測信號的變化。在這種情況下，監(jiān)測信號相對于時間序列以正弦波形式變化。因此，即使提供了監(jiān)測信號值，參考信號的對應(yīng)點不能唯一確定。然而，初始薄膜厚度通常具有有限的范圍。因此，當(dāng)利用信號的極限值或信號的增減在參考信號的時間序列中限定時間間隔時，可以確定哪個時間間隔與初始薄膜厚度相對應(yīng)。因此，監(jiān)測信號值可以對應(yīng)于參考信號。
例如，在圖21中，在參考信號RS11的相對最大值之間分別界定了兩個時間間隔。在一個相對最大值處的薄膜的薄膜厚度和在隨后的相對最大值處的薄膜的薄膜厚度之間的差值Δd由Δd＝λ/2n表示，其中，λ為光的波長，n為薄膜的折射率。如果初始薄膜厚度在介于兩個間隔之間、例如在間隔VIII和間隔IX之間或在間隔IX和間隔X之間的范圍內(nèi)的話，可以確定參考信號RS11上的哪個位置與初始薄膜厚度相對應(yīng)。
在初始薄膜厚度如此確定之后，監(jiān)測信號MS3被控制，從而趨同于參考信號RS11。因此，可以控制晶片上的剩余薄膜量。另外，通過以與圖17所述相同的方法使用直線L可以使監(jiān)測信號MS3轉(zhuǎn)換為新監(jiān)測信號MS4，其大致線性遞減。因此，可以容易地獲得良好的可控性。
在圖17的初始間隔和圖21中的相對最大值和相對最小值周圍，參考信號具有接近0的梯度，并且由于噪音等影響變得相對不穩(wěn)定。因此，與監(jiān)測信號值相對應(yīng)的點不能在參考信號上精確地計算。在這種情況下，希望設(shè)置未定的新監(jiān)測信號，在間隔期間停止控制，并連續(xù)地使用被控變量，例如壓緊力的最后值。因為參考信號可以根據(jù)上述方法在所有間隔內(nèi)轉(zhuǎn)換，其中控制將停止的間隔限于其中新監(jiān)測信號不確定的間隔及其附近。因此，即使在如圖21所示的監(jiān)測信號根據(jù)拋光時間增減的情況下，當(dāng)操作定時正確設(shè)定時也可以獲得良好的控制性能。
或者，施加到晶片局部點(區(qū)域)上的壓緊力可以根據(jù)在反復(fù)增減的控制信號中出現(xiàn)相對最大值或相對最小值的時間點而確定。特別地，對于每個目標(biāo)點來說，測量目標(biāo)點的監(jiān)測信號達到相對最大值或相對最小值的時間點。施加到與到達時間早于其他點的到達時間的點相對應(yīng)的局部區(qū)域上的壓緊力較小，而施加到與到達時間晚于其他點的到達時間的點相對應(yīng)的局部區(qū)域上的壓緊力較大。即使用于同一薄膜厚度的監(jiān)測信號由于晶片表面上的圖案的影響而改變，也可以獲得良好的控制性能。在這種情況下，監(jiān)測信號達到相對最大值或相對最小值的時間點是遲還是早可以根據(jù)參考信號到達相對最大值或相對最小值的時間點來判斷。然而，壓緊力可以在不設(shè)定參考信號的情況下根據(jù)一時間點的相對關(guān)系進行調(diào)節(jié)，在該時間點處，局部點的監(jiān)測信號到達相對最大值或相對最小值。因此，可以提高晶片內(nèi)的均勻性。
圖22是根據(jù)本發(fā)明的控制運算方法的圖示說明。參考圖17和21描述的監(jiān)測信號的轉(zhuǎn)換方法被應(yīng)用于圖22。位于拋光開始之后的時刻t處的新參考信號ys(t)由下列等式(2)表示。
ys(t)＝T0-t…(2)在等式(2)中，T0表示在參考信號上從拋光開始到拋光結(jié)束的時間段。
另外，T0與參考信號相關(guān)，所述參考信號已經(jīng)根據(jù)在該實施例中的上述三種方法的前兩個中的任意一個(參見圖13和14)沿時間序列平移?；蛘?，如果參考信號已經(jīng)根據(jù)圖15所示的方法沿時間序列發(fā)生平移，等式右側(cè)將為此時局部點處的監(jiān)測信號的平均值。在所有情況下，此時，在從時刻t已經(jīng)過了預(yù)定時間t0之后的預(yù)測值yp(t，t0)由下列等式(3)表示。
yp(t，to)＝y(tǒng)(t)+to·{y(t)-y(t-Δtm)}/Δtm…(3)在等式(3)中，y(t)表示時刻t處的監(jiān)測信號，并且Δtm表示預(yù)定時間段，以用于計算與時間變化相關(guān)的梯度。
此時，在從時刻t過去了時間t0之后的監(jiān)測信號的預(yù)測值與參考信號的偏差D(t，t0)由下列等式(4)表示。
D(t，t0)＝-{yp(t，t0)-ys(t+t0)}/t0…(4)當(dāng)由等式(4)表示的偏差D為正值時，監(jiān)測信號具有超前于參考信號的趨勢。負偏差表示監(jiān)測信號具有落后于參考信號的趨勢。
如圖22所示，如果監(jiān)測信號的預(yù)測值總是等于時間段(周期)Δt的時刻t處的參考信號，則監(jiān)測信號將預(yù)計漸近地趨同于參考信號。例如，如圖23所示，D3被定義為晶片的區(qū)域C3的偏差，所述晶片具有施加了壓緊力u3的背面，并且D2和D4分別被定義為晶片的區(qū)域C2和C4的偏差，所述區(qū)域C2和C4接近區(qū)域C3。壓緊力u3的變化量Δu3確定如下。圖24示出了模糊規(guī)則的實例，以確定壓緊力u3的變化量Δu3。除了圖24中示出的模糊規(guī)則之外，圖25示出了考慮到剛剛與晶片滑動接觸之后的拋光墊的局部點的溫度Tp的模糊規(guī)則實例。在圖24和25中，“S”表示低，“B”表示高。另外，“PB”表示極大地增大，“PS”表示略微增大，“ZR”表示固定不變，“NS”表示略微減小，“NB”表示極大地減小。
如圖24的模糊規(guī)則所示，當(dāng)相應(yīng)區(qū)域C3的偏差D3較小或者壓緊力u3較小時，壓緊力的變化量Δu3較大。另外，當(dāng)相鄰區(qū)域C2和C4的偏差D2和D4較小時，調(diào)節(jié)變化量Δu3，以使其增大。對于施加到其他獨立區(qū)域上的壓緊力、這些區(qū)域的偏差和壓緊力的變化量可以按類似的方式確定模糊規(guī)則。因此，壓緊力可以被控制而不存在過大或過小值，這樣所有的偏差趨同于0。
在大多數(shù)情況下，當(dāng)拋光墊具有較高溫度時，拋光速率增大，從而使得拋光墊的溫度趨于增高。因此，在圖25所示的實例中，當(dāng)拋光墊的溫度Tp較低時，壓緊力u3的變化量Δu3設(shè)置得較大。當(dāng)拋光墊的溫度Tp較高時，壓緊力u3的變化量Δu3設(shè)置得較小。
圖26是示出了圖24和25中的因變量(D2-D4，u3，Tp等)的隸屬函數(shù)的曲線圖。圖27是示出了結(jié)果變量(Δu3等)的隸屬函數(shù)的曲線圖。通過改變圖26中的因變量軸線上的點S1和S2，可以改變變量的高低標(biāo)準(zhǔn)。另外，通過改變圖27中結(jié)果變量軸線上的系數(shù)S3，可以調(diào)節(jié)被控變量Δu3(當(dāng)因變量彼此相等時，被控變量的值)的靈敏度。
應(yīng)用于本發(fā)明的模糊規(guī)則不限于圖24和25中所示的實例。模糊規(guī)則可以根據(jù)系統(tǒng)特性按需要進行確定。另外，因變量和結(jié)果變量可以按需要進行確定。可以按需要選擇各種推理方法，例如邏輯乘方法、蘊涵法、集結(jié)法、逆模糊化方法。
在上述實例中，采用了預(yù)測模糊控制，其中偏差的預(yù)測值推理得出。從傳感器捕捉晶片表面信息的時刻到實際壓緊力完全由新值替換以改變拋光條件從而使得傳感器的輸出值完全改變的時刻需要許多步驟。例如，需要許多步驟，其中包括從傳感器向監(jiān)測單元傳送輸出信號、轉(zhuǎn)換成監(jiān)測信號并使該監(jiān)測信號平滑化、計算壓緊力、輸送到控制器54、向壓力調(diào)整裝置45提供命令(參見圖2)，以及操作壓緊機構(gòu)(壓力室)。因此，在信號波完全反映出被控變量的變化之前需要1或2秒至大約10秒。因此，預(yù)測控制有效地執(zhí)行有效控制并且降低了響應(yīng)滯后的影響。
例如，除了上述模糊控制以外，可以使用定義了適當(dāng)數(shù)學(xué)模型的預(yù)測模型控制作為預(yù)測控制方法。當(dāng)進行包括上述響應(yīng)滯后在內(nèi)的建模時，控制性能可預(yù)計得到進一步改進。在這種系統(tǒng)中，當(dāng)控制周期(控制期間)很短時，在控制信號完全反映被控變量的改變之前，后續(xù)操作可能被無意義地執(zhí)行。另外，可能導(dǎo)致被控變量不需要的改變和信號不必要的變化。拋光時間通常從大約幾十秒到大約幾百秒。因此，如果控制周期過長的話，將會在實現(xiàn)期望的晶片內(nèi)均勻性之前到達拋光終點。因此，期望控制周期在1秒至10秒的范圍內(nèi)。
當(dāng)使用預(yù)測模型控制作為預(yù)測控制方法時，在每個控制周期內(nèi)的下列條件下，施加到局部區(qū)域上的壓緊力被確定為本步驟中的被控變量。
J＝‖YR-YP‖2+λ2‖ΔUQ‖2→最小值第一項對應(yīng)于從下一步驟到第P個步驟的參考軌跡YR和預(yù)測響應(yīng)RP之間的差值。第二項對應(yīng)于從當(dāng)前步驟到第Q個步驟的被控變量的變化量(增量)。當(dāng)?shù)诙椫械南禂?shù)λ2很大時，用于被控變量的增量的權(quán)變大，以減小被控變量的變化。相反，當(dāng)系數(shù)λ2很小時，被控變量變化變大。特別地，1/λ2可以被看作被控變量的靈敏度。
圖28和29是當(dāng)晶片的局部區(qū)域處的壓緊力的變化量由控制運算進行計算并且局部區(qū)域處的壓緊力中的任意一個(＝當(dāng)前值+變化量)超過預(yù)定上下限時執(zhí)行的按比例調(diào)節(jié)的圖示說明。
因為關(guān)注根據(jù)本發(fā)明控制的晶片的晶片內(nèi)均勻性，如果僅將壓緊力超過上下限的區(qū)域處的壓緊力簡單調(diào)節(jié)到位于上下限范圍內(nèi)的話，所述區(qū)域中的平衡喪失，從而不能獲得良好的控制性能。因此，在圖28所示的實例中，為壓緊力設(shè)定一參考值。變化量被調(diào)節(jié)，以使得各個區(qū)域處的壓緊力(＝當(dāng)前值+變化量)和參考值(由圖28中的箭頭表示)之間的差值比例在按比例調(diào)節(jié)之后保持不變。參考值可以是上下限的平均值或預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)值。這種按比例調(diào)節(jié)能夠使局部區(qū)域處的壓緊力的分布大體上等于由控制運算所計算的理想分布。
在圖29所示的實例中，根據(jù)與當(dāng)前壓緊力的偏離對變化量進行調(diào)節(jié)，從而使得各區(qū)域(由圖29中的箭頭表示)處的變化量比例在按比例調(diào)節(jié)之后保持不變。假如所述控制迄今為止被大致良好地執(zhí)行的話，通過由此按比例調(diào)節(jié)壓緊力的變化量可以實現(xiàn)良好的控制。在圖28和29中，區(qū)域C1-C4中的上限和下限相等。然而，上限和下限可以在各自的區(qū)域中設(shè)定為不同值。
已經(jīng)描述了一種按比例調(diào)節(jié)方法，其中為各自區(qū)域中的壓緊力設(shè)定上下限。然而，即使為相鄰區(qū)域處的壓緊力設(shè)定上限或者為各區(qū)域處的壓緊力的變化量(增量)設(shè)定上下限，壓緊力也可以按照與如上所述相同的方式進行按比例調(diào)節(jié)(縮放)。另外，當(dāng)為壓緊力的變化量設(shè)定上下限時，被控變量的靈敏度S3或1/λ2每當(dāng)對壓緊力變化量的控制算術(shù)值超過上限或下限時可以調(diào)節(jié)至較小，以使得控制運算反復(fù)進行，直到變化量進入極限值范圍內(nèi)為止。
圖30A和30B示出了當(dāng)晶片的壓緊力按照上述控制方法控制時的模擬結(jié)果。在圖30A中，監(jiān)測信號被歸一化，從而具有初始值(最大值)1和終值(最小值)0。在圖30A和30B所示的實例中，局部點的監(jiān)測信號值在拋光開始之后大約50秒進行趨同，并且晶片各區(qū)域處的壓緊力接近恒定值。另外，壓緊力在拋光開始之后大約80秒完全趨同。監(jiān)測信號變?yōu)?，以在拋光開始之后大約95秒顯示拋光終點并隨后具有恒定值。
因此，當(dāng)控制由此令人滿意地執(zhí)行時，局部區(qū)域的壓緊力預(yù)計趨同于恒定值。因此，可以為監(jiān)測信號設(shè)置一閾值。利用拋光終點之前的預(yù)定時間點的閾值使控制停止，從而使得各區(qū)域的壓緊力保持不變。因此，穩(wěn)定拋光得以確保，并且接近拋光終點的壓緊力沒有變化，例如表面凹陷的問題可以被消除。
另外，各區(qū)域處的壓緊力的值在拋光之后儲存于存儲裝置中。被存儲的壓緊力值可以在具有相同規(guī)格的晶片拋光時使用。因此，可以在初始拋光期間施加正常的壓緊力，并且在拋光期間可以避免壓緊力的不必要的變化。特別地，當(dāng)晶片在拋光之前具有高晶片內(nèi)均勻性時，可以實現(xiàn)非常穩(wěn)定的拋光，同時壓緊力在拋光期間很難改變。
或者，當(dāng)晶片內(nèi)均勻性最初很高時，這種控制特性可用于確定初始拋光條件。傳統(tǒng)上，工藝工程師重復(fù)晶片的拋光并利用獨立的測量裝置進行薄膜厚度分布的測量，通過反復(fù)試驗確定諸如施加到晶片局部區(qū)域和擋圈上的壓緊力的拋光條件，并生成制程(recipe)。因此，需要許多工序，并且為了試驗還需要大量晶片。當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的拋光方法應(yīng)用于這種工藝初始化時，即使例如壓緊力的拋光條件出于安全考慮不能在拋光產(chǎn)品晶片期間動態(tài)改變，也可以迅速確定拋光條件。因此，可以減小工藝工程師的負擔(dān)，并可以節(jié)約用于試驗的晶片。
當(dāng)產(chǎn)品晶片被拋光時，監(jiān)測信號可以根據(jù)由如上所述的同一傳感器獲得的感測信號而產(chǎn)生，這樣，可以根據(jù)該監(jiān)測信號檢測終點。監(jiān)測信號可以包括在上述控制中使用的監(jiān)測信號或者可以由其他轉(zhuǎn)換方法產(chǎn)生。如圖30A所示實施例中那樣，各區(qū)域的監(jiān)測信號在拋光終點附近具有大致相同的值，并且晶片內(nèi)均勻性在拋光終點附近很高。因此，即使過度拋光時間很短，也可以確保沒有金屬薄膜的拋光殘余物。因此，可以避免諸如由拋光過度引起的凹陷或侵蝕的問題。類似地，在光透射層間電介質(zhì)的情況下，在晶片內(nèi)均勻性提高的同時，拋光過程可以在預(yù)定薄膜厚度處精確地停止。另外，由于不需要新硬件，本發(fā)明是經(jīng)濟的。
根據(jù)本發(fā)明的拋光方法適用于包括多個階段的拋光過程。圖31是示出了一系統(tǒng)流程的框圖，其中一個晶片經(jīng)受包括N個階段在內(nèi)的拋光過程。不同于拋光操作的操作、例如拋光表面的打磨可以包括在每個階段中。另外，拋光條件(拋光臺和頂圈的旋轉(zhuǎn)速度、拋光液、通過頂圈的壓緊力等)可以在各階段中獨立設(shè)定。另外，根據(jù)本發(fā)明的拋光方法可以應(yīng)用于拋光過程中的所有階段?；蛘撸鶕?jù)本發(fā)明的拋光方法可以僅應(yīng)用于必需的階段。
監(jiān)測單元53中的控制器53a通常處于停止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)拋光準(zhǔn)備在待拋光的晶片裝載到頂圈中并移動到拋光臺上方之后完成時，控制器54發(fā)出致動命令，從而使得控制器53a從例如硬盤的存儲裝置讀取例如晶片的控制參數(shù)或參考信號的必要信息并使停止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換為待用狀態(tài)。
當(dāng)拋光的第一階段開始時，控制器54向監(jiān)測單元53發(fā)送初始化命令?？刂破?3a向(算術(shù))運算程序傳送拋光第一階段所必需的信息，在運算程序中初始化存儲器，并將待用狀態(tài)轉(zhuǎn)換為運行狀態(tài)。
然后，運算程序在監(jiān)測單元53的控制器53a中以預(yù)定的定時運行，從而對監(jiān)測信號MS進行運算處理，所述監(jiān)測信號由監(jiān)測部分53b根據(jù)傳感器的輸出信號產(chǎn)生，從而計算晶片的壓緊力等。計算出的壓緊力經(jīng)由控制器54向調(diào)節(jié)頂圈壓緊力的壓力調(diào)整裝置45傳送。然后，當(dāng)拋光第一階段結(jié)束時，控制器54向監(jiān)測單元53發(fā)送中斷命令，控制器53a將運行狀態(tài)轉(zhuǎn)換為待用狀態(tài)。如上所述，不僅用于終點檢測的監(jiān)測或計算，而且控制算術(shù)運算均在監(jiān)測單元53中執(zhí)行。因此，其中向CMP裝置傳送的數(shù)據(jù)值很小的系統(tǒng)可以在不增加任何硬件的情況下配置。
然后，在應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的拋光方法的各階段中，從運行狀態(tài)到待用狀態(tài)的類似過程反復(fù)進行。然后，當(dāng)最后一個拋光階段結(jié)束時，控制器54向監(jiān)測單元53發(fā)送完成命令，控制器53a將待用狀態(tài)轉(zhuǎn)換為停止?fàn)顟B(tài)。在上述實例中，頂圈的壓緊力得到控制。除了頂圈的壓緊力外，擋圈的壓緊力也可以得到控制。
在上述實例中已經(jīng)描述了拋光設(shè)備的實例。然而，本發(fā)明也適用于其他襯底加工設(shè)備。例如，本發(fā)明可以應(yīng)用于電鍍設(shè)備或化學(xué)汽相沉積(CVD)設(shè)備。
圖32是示出了本發(fā)明適用的電鍍設(shè)備的一實例的剖視圖，圖33是示出了圖32所示電鍍設(shè)備中的陽極的平面圖。如圖32和33所示，該電鍍設(shè)備具有擺臂300、經(jīng)由滾珠軸承302與擺臂300的自由端相連的殼體304以及設(shè)置為蓋住殼體304的下端處的開口的浸漬元件306。浸漬元件306由具有保水能力的材料制成。
殼體304具有位于該殼體304的下部處的向內(nèi)凸出部分304a。浸漬元件306具有位于該浸漬元件306的上部處的凸緣部分306a。浸漬元件306的凸緣部分306a與殼體304的向內(nèi)凸出部分304a相接合，同時隔離件308位于凸緣部分306a的上表面上。這樣，浸漬元件306保持在殼體304中。因此，電鍍液腔室310形成于殼體304中。
擺臂300被配置為可經(jīng)過豎直運動電動機312和滾珠絲桿314沿垂直方向移動，所述豎直運動電動機包括伺服電動機。這種豎直運動機構(gòu)可以包括氣動致動器。晶片W由晶片支架316保持，這樣密封件318和陰極320與晶片W的外周部分形成接觸。
浸漬元件306由諸如氧化鋁、碳化硅(SiC)、莫來石(mullite)、氧化鋯、氧化鈦或堇青石(cordierite)的多孔陶瓷，諸如聚丙烯或聚乙烯的燒坯或者這些材料的組合物的硬質(zhì)多孔元件、機織織物或非織造織物制成。例如，優(yōu)選地采用具有孔隙直徑為30-200μm的氧化鋁陶瓷或者具有孔隙直徑為30μm或以下的碳化硅。理想地，浸漬元件306具有20-95％的孔隙率，大約1-20mm，優(yōu)選地約為5-20mm、更優(yōu)選地約為8-15mm的厚度。例如，浸漬元件306由氧化鋁制多孔陶瓷板制成，其具有30％的孔隙率孔以及100μm的平均孔徑。浸漬元件306浸漬有電鍍液，從而使得其導(dǎo)電性低于電鍍液的導(dǎo)電性。特別地，盡管多孔陶瓷板本身為絕緣件，但是電鍍液復(fù)雜或迷宮式地導(dǎo)入多孔陶瓷板，從而在厚度方向具有相當(dāng)長的路徑。因此，浸漬元件306被配置為導(dǎo)電性低于電鍍液的導(dǎo)電性。
因此，浸漬元件306設(shè)置在電鍍液腔室310中，從而使得由浸漬元件306提供高電阻。例如籽晶層的晶片表面的表面電阻(或薄層電阻)降低至可忽略的程度，從而使得由晶片表面的表面電阻引起的晶片上的電流密度差減小，以提高鍍膜的晶片內(nèi)均勻性。
電鍍液引入管322設(shè)置在電鍍液腔室310中，并且陽極324附裝到電鍍液引入管322的下表面上。電鍍液引入管322具有與電鍍液供給源(未示出)相連的電鍍液引入端口322a。外殼304具有設(shè)置在外殼304的上表面上的電鍍液排出口304b。
電鍍液引入管322具有歧管結(jié)構(gòu)，從而向待電鍍表面均勻地供給電鍍液。特別地，大量細管(未示出)連接到沿縱向方向的預(yù)定位置上，從而與電鍍液引入管322的內(nèi)部連通。陽極324和浸漬元件306具有形成在對應(yīng)于所述細管位置處的小孔。細管通過小孔向下延伸到浸漬元件306的下表面或其附近。
由電鍍液引入管322導(dǎo)入的電鍍液穿過細管并且到達浸漬元件306的下部。因此，電鍍液穿過浸漬元件306的內(nèi)部。另外，電鍍液腔室310充滿電鍍液，從而將陽極324浸沒在電鍍液中。另外，電鍍液可以通過電鍍液排出口304b抽出。陽極324可以包括大量豎直穿透陽極324的通孔，從而使得導(dǎo)入電鍍液腔室310的電鍍液流經(jīng)通孔進入浸漬元件306。
陽極324通常由含有0.03-0.05％磷的銅制成，以防止產(chǎn)生殘渣。在該實施例中，例如，使用包括不溶電極的不溶陽極作為陽極324，所述不溶電極具有鍍有鉑等材料的金屬或者例如鉑或鈦的不溶金屬。由于使用不溶陽極作為陽極324，避免了陽極324由于溶解原因?qū)е碌男螤罡淖?。因此，可以連續(xù)保持恒定的放電狀態(tài)而不用更換陽極324。
如圖33所示，陽極324在該實例中包括同心分開的四個陽極324a-324d。環(huán)狀絕緣件326a-326c插入到分開陽極324a-324d的相鄰分開表面之間。特別地，陽極324包括位于陽極324的中心區(qū)域處的實心圓板形式的第一分開陽極324a、圍繞所述第一分開陽極324a的環(huán)狀第二分開陽極324b、圍繞所述第二分開陽極324b的環(huán)狀第三分開陽極324c和圍繞第三分開陽極324c的第四分開陽極324d。環(huán)狀絕緣件326a-326c分別插入到第一分開陽極324a和第二分開陽極324b之間、第二分開陽極324b和第三分開陽極324c之間、以及第三分開陽極324c和第四分開陽極324d之間。所述分開陽極324a-324d以及環(huán)狀絕緣件326a-326c設(shè)置在同一平面上。
如圖32所示，陰極320與電鍍電源328的陽極電連接，并且陽極324與電鍍電源328的陰極電連接。整流器330與電鍍電源328相連。整流器330可以按需要改變流動電流的方向并按需要調(diào)節(jié)在第一分開陽極324a和待電鍍晶片表面之間、第二分開陽極324b和待電鍍晶片表面之間、第三分開陽極324c和待電鍍晶片表面之間、以及第四分開陽極324d和待電鍍晶片表面供給之間的各電壓或電流。
例如，在初始電鍍過程中調(diào)節(jié)電流密度，從而使得陽極324中心部分的電流密度高于陽極324的外周部分的電流密度(第四分開陽極324d＜第三分開陽極324c＜第二分開陽極324b＜第一分開陽極324a＝。因此，電鍍電流還流過晶片W的中心部分。另外，在將電鍍液容納于其中的浸漬元件306內(nèi)產(chǎn)生高電阻，從而使得晶片表面的表面電阻降低到可忽略的程度。即使晶片具有較高的表面電阻，這些作用也可以共同降低由晶片表面的表面電阻引起的晶片上電流密度差。因此，具有均勻厚度的鍍膜可以可靠地形成。
如圖32所示，浸漬元件306包括設(shè)置在對應(yīng)于分開陽極324a-324d的位置處的傳感器352，以用于測量晶片表面上的薄膜厚度。包括渦流傳感器或光學(xué)傳感器的各種傳感器可用作傳感器352。晶片表面上的薄膜厚度由傳感器352測量。施加到分開陽極324a-324d上的電壓被控制，從而使得薄膜厚度趨同于上述參考信號。
圖34是示出了本發(fā)明適用的CVD設(shè)備的實例的豎直剖面圖。如圖34所示，該CVD設(shè)備具有沉積室400、設(shè)置在沉積室400的上部的氣體噴頭402和設(shè)置在沉積室400的內(nèi)部的加熱板404。加熱板404在其內(nèi)部容納加熱器406和溫度傳感器408，所述溫度傳感器用于測量晶片放置部分正下方部分的溫度。
沉積室400包括傳送端口400a和排出端口400b，所述傳送端口用于將晶片W傳送到沉積室400中并傳送來自沉積室400的晶片W，所述排出端口用于排放來自沉積室400的內(nèi)部的空氣。傳送端口400a具有門410，從而使沉積室400的內(nèi)部經(jīng)由排出端口400b保持在13.33Pa(0.1托)或以下。
氣體噴頭402具有板狀噴嘴板402b，其包括大量噴氣孔402a、用于引入例如原料氣體或原子團的生產(chǎn)氣體的氣體引入端口402c和用于氣體更換的排氣端口402d。
高頻電壓(例如，13.5MHz或60MHz)可以由高頻電源412施加在加熱板404和氣體噴頭402之間。因此，等離子可以在加熱板404和氣體噴頭402之間的空間生成并用于清潔附著物質(zhì)。
在由此構(gòu)造的氣體噴頭402中，導(dǎo)入頭部腔室402e中的生產(chǎn)氣體從噴嘴板402b中的大量噴氣孔402a朝向晶片W噴出。擴散元件402f安裝在噴嘴板402b的下表面上，所述擴散元件用于調(diào)整從噴氣孔402a噴出的生產(chǎn)氣體的流動。每個擴散元件都具有足夠長的長度使得從噴氣孔402a噴出的生產(chǎn)氣體在離開擴散元件402f之后立即變?yōu)榫鶆蛄鲃硬⒌竭_晶片W的表面。擴散元件402f連接到致動器(未示出)上以按要求調(diào)節(jié)擴散元件402f的角度。
用于測量晶片表面上的薄膜厚度的傳感器452附裝到擴散元件402f的尖端。這些傳感器452可以包括各種傳感器，包括渦流傳感器和光學(xué)傳感器。晶片表面上的薄膜厚度由傳感器452測量。各擴散元件402f的角度和生產(chǎn)氣體的流速受到控制，從而使得薄膜厚度趨同于上述參考信號。
圖35是示出了本發(fā)明適用的CVD設(shè)備中的氣體噴頭500的豎直剖面圖。如圖35所示，該氣體噴頭500具有兩個噴氣嘴主體501和502。兩個噴氣嘴主體501和502在放置于基座504上的晶片W的上方如箭頭C所示往復(fù)運動，所述基座設(shè)置在沉積室(未示出)中。每個噴氣嘴主體501和502均具有形成在其底部的大量噴氣孔。預(yù)定的生產(chǎn)氣體G被供給至噴氣嘴主體501和502，以從噴氣孔將該生產(chǎn)氣體噴射到晶片W的表面。
沉積室的內(nèi)部保持在低壓下(例如，13.33Pa(0.1托)或以下)。氫或氫原子團被供給至噴氣嘴主體501，并且用于Cu有機金屬材料的氣體被供給至噴氣嘴主體502。兩個噴氣嘴主體501和502一體地往復(fù)移動或者以不同的速度往復(fù)移動。另外，當(dāng)上半個往復(fù)運動完成時，供給氣體被切換。特別地，用于Cu有機金屬材料的氣體被供給至噴氣嘴主體501，并且氫或氫原子團被供給至噴氣嘴主體502。然后，后半個往復(fù)運動開始。這些操作重復(fù)進行(或可以只進行一次)。因此，Cu薄膜形成于晶片W的上表面上。
用于測量晶片表面上的薄膜厚度的傳感器552附裝到噴氣嘴主體501和502上。這些傳感器552可以包括各種的傳感器，包括渦流傳感器和光學(xué)傳感器。噴氣嘴主體501和502兩者均可以不具有傳感器，并且噴氣嘴主體501和502中的任意一個可以具有傳感器。當(dāng)噴氣嘴主體501和502在晶片上往復(fù)運動時，薄膜厚度信息可以沿晶片W的徑向方向獲得。從噴氣嘴主體501和502供給的氣體G的數(shù)量被控制，從而使得薄膜厚度趨同于上述參考信號。例如，當(dāng)根據(jù)參考信號將在晶片W的整個表面上實現(xiàn)均勻薄膜厚度時，氣體流速與噴氣嘴主體501和502的往復(fù)運動同步地被控制。
盡管已經(jīng)對本發(fā)明的特定優(yōu)選實施例進行了詳細描述，但是本發(fā)明不局限于上述實施例。應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以進行各種變型和改進。
工業(yè)實用性本發(fā)明適于在用于拋光和平整化例如半導(dǎo)體晶片的襯底的拋光設(shè)備中使用。
權(quán)利要求
1.一種拋光設(shè)備，包括具有拋光表面的拋光臺；頂圈，其用于在控制施加到襯底上的至少一個區(qū)域上的壓緊力的同時將襯底壓靠在所述拋光表面上；傳感器，其用于監(jiān)測襯底上的至少一個測量點的襯底狀況；監(jiān)測單元，其用于對來自所述傳感器的信號執(zhí)行預(yù)定的運算處理，以產(chǎn)生監(jiān)測信號；存儲裝置，其用于存儲參考信號，所述參考信號表示用于監(jiān)測信號的參考值和時間之間的關(guān)系；以及控制器，其用于使測量點的監(jiān)測信號與參考信號進行比較并且控制所述頂圈的壓緊力，以使得測量點的監(jiān)測信號趨同于參考信號。
2.如權(quán)利要求1所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述頂圈被配置為獨立地控制施加到襯底上的多個區(qū)域上的壓緊力，所述傳感器是可操作的，以監(jiān)測襯底上的多個測量點的襯底狀況。
3.如權(quán)利要求2所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述頂圈包括多個壓力室，以用于向襯底上的所述多個區(qū)域獨立地施加壓緊力。
4.如權(quán)利要求2或3所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述控制器是可操作的，以計算拋光開始時所述多個測量點的監(jiān)測信號的平均值，并且相對于時間序列平移該參考信號，以使得拋光開始時的參考信號等于所述平均值。
5.如權(quán)利要求2或3所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述控制器是可操作的，以計算拋光過程的期望時間點處的所述多個測量點的監(jiān)測信號的平均值，并且在所述期望時間點后相對于時間序列平移該參考信號，以使得所述期望時間點處的參考信號等于所述平均值。
6.如權(quán)利要求1-3中任意一項所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述控制器是可操作的，以相對于時間序列平移該參考信號，從而使得拋光開始時的參考信號等于拋光開始時襯底上的預(yù)定測量點的監(jiān)測信號。
7.如權(quán)利要求1-3中任意一項所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述控制器是可操作的，以在拋光過程的期望時間點后相對于時間序列平移該參考信號，從而使得所述期望時間點處的參考信號等于該期望時間點處該襯底上的預(yù)定測量點的監(jiān)測信號。
8.如權(quán)利要求1-3中任意一項所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述控制器是可操作的，以在拋光開始時相對于時間序列平移該參考信號，從而使得拋光時間變?yōu)槠谕臅r間段。
9.如權(quán)利要求1-3中任意一項所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述控制器是可操作的，以計算等于拋光過程的期望時間點處的監(jiān)測信號的參考信號的時間點，并且計算從參考信號等于監(jiān)測信號的時間點到參考信號變?yōu)轭A(yù)定值的參考時間點的時間段。
10.如權(quán)利要求1-3中任意一項所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述參考信號為這樣的信號，其中形成于襯底上的薄膜類型、層狀結(jié)構(gòu)、互連結(jié)構(gòu)、拋光液的物理性能、所述拋光表面的溫度、襯底溫度、形成所述拋光表面的拋光工具的厚度中的至少一個被設(shè)定為參數(shù)。
11.如權(quán)利要求1-3中任意一項所述的拋光設(shè)備，其特征在于，在使用了當(dāng)前拋光過程中所用的拋光表面的此前拋光過程中所獲得的監(jiān)測信號或者在使用了已經(jīng)被替換的另一拋光表面的此前拋光過程的初始階段所獲得的監(jiān)測信號被用作該參考信號。
12.如權(quán)利要求1-3中任意一項所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述控制器是可操作的，以通過利用預(yù)測控制對所述頂圈的壓緊力進行控制。
13.如權(quán)利要求12所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述控制器的控制周期在1秒至10秒的范圍內(nèi)。
14.如權(quán)利要求1-3中任意一項所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述監(jiān)測單元是可操作的，以排除襯底的周邊部分處的測量點的監(jiān)測信號。
15.如權(quán)利要求1-3中任意一項所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述監(jiān)測單元是可操作的，以修正襯底的周邊部分處的測量點的監(jiān)測信號。
16.如權(quán)利要求1-3中任意一項所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述傳感器包括渦流傳感器、光學(xué)傳感器和微波傳感器中的至少一個。
17.如權(quán)利要求1-3中任意一項所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述傳感器是可操作的，以測量襯底的表面上的薄膜厚度。
18.如權(quán)利要求1-3中任意一項所述的拋光設(shè)備，其特征在于，還包括用于提供所述拋光臺和所述頂圈之間的相對運動的致動器，其中所述傳感器設(shè)置在所述拋光臺中。
19.如權(quán)利要求18所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述致動器包括用于旋轉(zhuǎn)所述拋光臺的電動機。
20.如權(quán)利要求1-3中任意一項所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述控制器是可操作的，以在拋光過程中間歇地中斷所述控制。
21.如權(quán)利要求1-3中任意一項所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述控制器是可操作的，以在拋光結(jié)束之前完成控制并保持此時的拋光條件，直到拋光結(jié)束為止。
22.如權(quán)利要求1-3中任意一項所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述控制器是可操作的，以利用一個襯底的拋光過程結(jié)束時的時間點處的拋光條件作為另一個襯底的拋光過程的初始拋光條件。
23.如權(quán)利要求1-3中任意一項所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述控制器是可操作的，以根據(jù)所述監(jiān)測單元的信號檢測拋光終點。
24.一種拋光設(shè)備，包括具有拋光表面的拋光臺；頂圈，其用于在獨立地控制施加到襯底上的多個區(qū)域上的壓緊力的同時將襯底壓靠在所述拋光表面上；傳感器，其用于監(jiān)測襯底上的多個測量點的襯底狀況；監(jiān)測單元，其用于對來自所述傳感器的信號執(zhí)行預(yù)定的運算處理，以產(chǎn)生監(jiān)測信號；以及控制器，其用于根據(jù)該監(jiān)測信號控制所述頂圈的壓緊力，其中所述控制器是可操作的，以在施加到所述多個區(qū)域的至少一個上的壓緊力超出預(yù)定范圍時按比例調(diào)節(jié)施加到所述多個區(qū)域上的壓緊力或該壓緊力的變化量，從而使得施加到所有區(qū)域上的壓緊力處于預(yù)定范圍內(nèi)。
25.一種拋光設(shè)備，包括具有拋光表面的拋光臺；頂圈，其用于在獨立地控制施加到襯底上的多個區(qū)域上的壓緊力的同時將襯底壓靠在所述拋光表面上；傳感器，其用于監(jiān)測襯底上的多個測量點的襯底狀況；監(jiān)測單元，其用于對來自所述傳感器的信號執(zhí)行預(yù)定的運算處理，以產(chǎn)生監(jiān)測信號；以及控制器，其用于根據(jù)監(jiān)測信號具有極限值時的時間點控制所述頂圈的壓緊力。
26.如權(quán)利要求25所述的拋光設(shè)備，其特征在于，非金屬薄膜被形成于該襯底的表面上。
27.一種拋光設(shè)備，包括具有拋光表面的拋光臺；頂圈，其用于在獨立地控制施加到襯底上的多個區(qū)域上的壓緊力的同時將襯底壓靠在所述拋光表面上；傳感器，其用于監(jiān)測襯底上的多個測量點的襯底狀況；監(jiān)測單元，其用于對來自所述傳感器的信號執(zhí)行預(yù)定的運算處理，以產(chǎn)生監(jiān)測信號；以及控制器，其用于根據(jù)所述監(jiān)測信號控制所述頂圈的壓緊力，從而在拋光該襯底期間調(diào)節(jié)施加到所述多個區(qū)域上的壓緊力的靈敏度。
28.一種拋光方法，包括通過傳感器監(jiān)測襯底上的至少一個測量點的襯底狀況；對來自該傳感器的信號執(zhí)行預(yù)定的運算處理，以產(chǎn)生監(jiān)測信號；將該測量點的監(jiān)測信號與參考信號進行比較，所述參考信號表示用于監(jiān)測信號的參考值和時間之間的關(guān)系；以及將所述襯底壓靠在拋光表面上，以拋光該襯底，同時控制施加到襯底上的至少一個區(qū)域上的壓緊力，從而使得該測量點的監(jiān)測信號趨同于該參考信號。
29.一種加工方法，包括通過傳感器監(jiān)測襯底上的至少一個測量點的襯底狀況；對來自該傳感器的信號執(zhí)行預(yù)定的運算處理，以產(chǎn)生監(jiān)測信號；將該測量點的監(jiān)測信號與參考信號進行比較，所述參考信號表示用于監(jiān)測信號的參考值和時間之間的關(guān)系；以及在控制該襯底的襯底狀況以使該測量點的監(jiān)測信號趨同于該參考信號的同時在該襯底上形成薄膜。
全文摘要
一種拋光設(shè)備，其具有拋光臺(18)和頂圈(20)，所述拋光臺具有拋光表面(40)，所述頂圈用于在獨立地控制施加于襯底上的多個區(qū)域(C1－C4)上的壓緊力的同時將襯底壓靠在拋光表面(40)上。該拋光設(shè)備具有傳感器(52)、監(jiān)測單元(53)和控制器(54)，所述傳感器(52)用于監(jiān)測襯底上的多個測量點的襯底狀況，所述監(jiān)測單元(53)用于對來自傳感器(52)的信號執(zhí)行預(yù)定的運算處理，以產(chǎn)生監(jiān)測信號，所述控制器(54)用于將測量點的監(jiān)測信號與參考信號進行比較，并且控制頂圈(20)的壓緊力，從而使得測量點的監(jiān)測信號趨同于參考信號。
文檔編號B24B49/10GK1972780SQ20058002037
公開日2007年5月30日 申請日期2005年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月21日
發(fā)明者小林洋一, 廣尾康正, 大橋剛 申請人:株式會社荏原制作所