[發(fā)明專利]研磨裝置以及研磨方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310216923.6
• 申請日: 2013-05-31
• 公開（公告）號(hào): CN103447939B
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 福島誠;安田穗積;並木計(jì)介;鍋谷治;富樫真吾;山木曉
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會(huì)社荏原制作所
• 主分類號(hào): B24B37/04
• 分類號(hào): B24B37/04;B24B37/30;B24B37/34
• 代理公司: 上海市華誠律師事務(wù)所31210
• 代理人: 梅高強(qiáng),劉煜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種研磨晶片等基板的研磨裝置以及研磨方法。

背景技術(shù)

近年，隨著半導(dǎo)體器件的高集成化、高密度化，電路的配線越發(fā)微細(xì)化，多層配線的層數(shù)也在增加。由于為了達(dá)到電路的微細(xì)化的同時(shí)實(shí)現(xiàn)多層配線，一邊沿襲著下側(cè)的層的表面凹凸一邊使階梯差變得更大，所以，隨著配線層數(shù)增加，薄膜形成時(shí)對于階梯差形狀的膜覆蓋性(臺(tái)階覆蓋)變壞。因此，用于實(shí)現(xiàn)多層配線，必須改善該臺(tái)階覆蓋，在適當(dāng)過程中進(jìn)行平坦化處理。另外，由于光刻的微細(xì)化的同時(shí)焦點(diǎn)深度變淺，所以，需要平坦化處理半導(dǎo)體器件表面以使半導(dǎo)體器件的表面的凹凸階梯差收斂于焦點(diǎn)深度以下。

因此，在半導(dǎo)體器件的制造工序中，半導(dǎo)體器件表面的平坦化變得越來越重要。該表面的平坦化中最重要的技術(shù)是化學(xué)機(jī)械研磨(CMP：Chemical Mechanical Polishing)。該化學(xué)機(jī)械研磨是，將含有二氧化硅(SiO₂)等磨粒的研磨液向研磨墊的研磨面上供給的同時(shí)使晶片滑動(dòng)接觸研磨面進(jìn)行研磨。

用于進(jìn)行CMP的研磨裝置包括支撐研磨墊的研磨臺(tái)、用于保持晶片的被稱為頂環(huán)或者研磨頭等的基板保持裝置。使用這樣的研磨裝置進(jìn)行晶片研磨的情況下，通過基板保持裝置保持晶片的同時(shí)，將該晶片相對研磨墊的研磨面以規(guī)定的壓力按壓。此時(shí)，通過使研磨臺(tái)和基板保持裝置相對運(yùn)動(dòng)來使晶片滑動(dòng)接觸研磨面，晶片的表面被研磨。

研磨中的晶片和研磨墊的研磨面之間的相對按壓力在晶片的全部表面為不均勻的情況下，由于施加在晶片的各部分的按壓力產(chǎn)生研磨不足或過度研磨。因此，為了使對于晶片的按壓力均勻化，在基板保持裝置的下部設(shè)有由彈性膜形成的壓力室，通過向該壓力室供給空氣等流體從而借助彈性膜通過流體壓力按壓晶片。

所述研磨墊由于具有彈性，所以，對研磨中的晶片的邊緣部(周緣部)施加的按壓力變得不均勻，有可能引起只有晶片的邊緣部被較多地研磨的、所謂的“塌邊(日文：縁だれ)”的情況。為了防止這樣的塌邊，保持晶片的邊緣部的保持環(huán)相對頂環(huán)主體(或者支架頭主體)設(shè)置成能夠上下運(yùn)動(dòng)，位于晶片的外周緣側(cè)的研磨墊的研磨面被保持環(huán)按壓。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2002－96261號(hào)公報(bào)

發(fā)明要解決的問題

近年，半導(dǎo)體器件的種類飛躍地增加，對于每個(gè)器件或每個(gè)CMP工序(氧化膜研磨或金屬膜研磨等)調(diào)整晶片邊緣部的研磨輪廓的必要性正逐漸變高。該理由的其中之一列舉了，由于各CMP工序前實(shí)施的成膜工序因膜的種類而不同故而晶片的初期膜厚分布不同。由于通常在CMP后需要在晶片全部表面上做成均勻的膜厚分布，所以每個(gè)不同的初期膜厚分布所需要的研磨輪廓不同。

作為其他的理由，也列舉了從成本等觀點(diǎn)來看研磨裝置中使用的研磨墊或研磨液等種類增加了很多。研磨墊或研磨液等消耗材不同時(shí)，則特別是晶片邊緣部的研磨輪廓有較大的不同。在半導(dǎo)體器件制造中，由于晶片邊緣部的研磨輪廓對產(chǎn)品的成品率有較大影響，因而精密地調(diào)整晶片邊緣部的研磨輪廓非常重要。

如所述這樣，一直以來，為了防止晶片邊緣部的塌邊，使用具有保持環(huán)的基板保持裝置，該保持環(huán)按壓位于晶片的外周緣側(cè)的研磨墊的研磨面。通過該保持環(huán)壓力的調(diào)整能夠調(diào)整晶片邊緣部的研磨速度。然而，變更保持環(huán)壓力時(shí)，不僅晶片邊緣部，在包括其他區(qū)域的比較廣的范圍中研磨速度產(chǎn)生變化。因此，該方法不適用于希望精密地控制在晶片邊緣部的研磨輪廓的情況。

解決課題的手段

本發(fā)明發(fā)明人進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)通過對保持晶片的邊緣部的保持環(huán)局部地施加力，從而能夠調(diào)整研磨輪廓，特別是能夠精密地控制晶片邊緣部的研磨輪廓。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠精密地控制晶片等基板的研磨輪廓、特別是邊緣部的研磨輪廓的研磨裝置以及研磨方法。

本發(fā)明的一個(gè)樣態(tài)的研磨裝置，使基板與研磨面滑動(dòng)接觸而研磨該基板，包括：基板保持裝置，該基板保持裝置具有將所述基板相對于所述研磨面按壓的基板保持面、以及配置為包圍所述基板且與所述研磨面接觸的保持環(huán)；旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，該旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使所述基板保持面及所述保持環(huán)以所述基板保持裝置的軸心為中心一體地旋轉(zhuǎn)；以及至少一個(gè)局部負(fù)荷施加機(jī)構(gòu)，該局部負(fù)荷施加機(jī)構(gòu)在相對所述研磨面垂直的方向上向所述保持環(huán)的一部分施加局部負(fù)荷，所述保持環(huán)能夠和所述基板保持面獨(dú)立地傾斜運(yùn)動(dòng)，所述局部負(fù)荷施加機(jī)構(gòu)不和所述基板保持裝置一體地旋轉(zhuǎn)。

本發(fā)明的優(yōu)選的樣態(tài)，所述基板保持裝置還具有將所述保持環(huán)相對于所述研磨面按壓的保持環(huán)按壓機(jī)構(gòu)。