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TWI644760B - 研磨裝置及研磨方法 - Google Patents

研磨裝置及研磨方法 Download PDF

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TWI644760B
TWI644760B TW104110198A TW104110198A TWI644760B TW I644760 B TWI644760 B TW I644760B TW 104110198 A TW104110198 A TW 104110198A TW 104110198 A TW104110198 A TW 104110198A TW I644760 B TWI644760 B TW I644760B
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TW
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retaining ring
substrate
polishing
measuring
polishing apparatus
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TW104110198A
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Inventor
並木計介
安田穂積
鍋谷治
福島誠
富樫真吾
山木暁
磯野慎太郎
Original Assignee
日商荏原製作所股份有限公司
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Publication date
Application filed by 日商荏原製作所股份有限公司 filed Critical 日商荏原製作所股份有限公司
Publication of TW201540422A publication Critical patent/TW201540422A/zh
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Abstract

本發明提供一種可抑制基板保持部件的保持環形狀的每個保持環的偏差和經時變化所帶來的研磨外形的重現性下降。該研磨裝置具有：研磨頭(1)，該研磨頭將基板(W)按壓到研磨墊(101)上並具有將被按壓到研磨墊(101)上的基板(W)包圍的擋環(3)；測定用傳感器(51)，該測定用傳感器對擋環(3)的表面形狀進行測定；以及控制部(500)，該控制部根據由測定用傳感器(51)測定的擋環(3)的表面形狀來決定基板(W)的研磨條件。

Description

研磨裝置及研磨方法
本發明涉及一種利用具有保持環的基板保持部件將基板按壓到研磨墊上並對基板進行研磨的研磨裝置及研磨方法。
在研磨裝置中，使基板保持在基板保持部件上並使其旋轉，將基板按壓到旋轉的研磨墊上而對基板的表面進行研磨。此時，為了防止基板脫離研磨位置，而在基板保持部件上設置將研磨中的基板包圍的保持環。保持環將被按壓到研磨墊上的基板包圍，並且其自身底面也被按壓到研磨墊。此時，保持環的底面相對於研磨墊的按壓力會影響到基板邊緣部的研磨外形(polishing profile)。
但是，即使是保持環相對於研磨墊的按壓力設定為規定值而對基板進行研磨的情況下，因保持環的底面的三維形狀，基板邊緣部有時不形成所期望的研磨外形。這被認為是這樣的緣故：即使將保持環的按壓力設為規定的壓力，在基板邊緣部的附近保持環相對於研磨墊的按壓力也因保持環的底面的三維形狀而有所不同，研磨墊的回彈狀態有所不同。
另外，由於每個保持環的底面的三維形狀因製造保持環時機械加工時的精度條件而產生偏差，因此，當將保持環更換為新的保持環時，有時無法重現更換前的研磨外形。對於保持環的內周面形狀，一般我們知 道，使用中的經時變化也會影響研磨外形，尤其會影響邊緣附近的研磨外形。
作為用於解決這種問題的方法，以往，採用了這樣的方法：通過實體機器下的模擬基板(dummy substrate)的研磨所進行的保持環的磨合(break in)，而使保持環的底面的三维形狀一致的方法；以及利用機械加工而將保持環的底面預先加工成磨合結束後的三维形狀的方法等。
專利文獻1：日本特開2006-128582號公報
專利文獻2：日本特開2001-060572號公報
專利文獻3：日本專利第4689367號公報
但是，對於以往的方法，有如下問題。首先，由於必須提高保持環的加工精度，因此成本就會上升。另外，當進行磨合時，裝置的運轉率就下降，也耗費模擬基板和漿料等的成本。此外，在半導體製造現場，有時根據產品的種類而改變研磨條件，但是，對於保持環的底面的三維形狀，嚴格來說，因處理種類和研磨條件而變化，因此，實際上難以嚴格控制形狀。
本發明鑒於上述問題而作出，其目的在於提供一種研磨裝置及研磨方法，其抑制基板保持部件的保持環的形狀因每個保持環的偏差和經時變化而引起的外形的重現性下降。
本發明的研磨裝置包括：基板保持部件，該基板保持部件將基板按壓到研磨墊，並具有將被按壓在所述研磨墊上的所述基板包圍的保 持環；測定單元，該測定單元對所述保持環的表面形狀進行測定；以及控制部，該控制部基於由所述測定單元測定的所述保持環的表面形狀，來決定所述基板的研磨條件。根據該結構，由於可對保持環的表面形狀進行測定並據此來決定基板的研磨條件，因此，可減少保持環的表面形狀的偏差和經時變化所帶來的影響。
上述的研磨裝置還可以具有基板交接單元，該基板交接單元用於將所述基板裝載到所述基板保持部件上、和/或將所述基板從所述基板保持部件上卸載，所述測定單元也可是，當在所述基板保持部件與所述基板交接單元之間交接所述基板時對所述保持環的表面形狀進行測定。根據該結構，由於在基板交接單元中對保持環的表面形狀進行測定，因此，每當更換一張或多張基板時就可測定保持環的表面形狀。
在上述的研磨裝置中，所述測定單元也可對所述保持環的底面形狀進行測定。根據該結構，可減少製造保持環時的機械加工時精度條件所產生的每各保持環的底面形狀的偏差對研磨外形造成的影響。
在上述的研磨裝置中，所述測定單元也可對所述保持環的底面直徑整體進行測定。
根據該結構，可測定保持環的底面徑向的整體形狀。
在上述的研磨裝置中，所述測定單元也可對所述保持環的底面徑向的內周側一半以上的部分的形狀進行測定。
根據該結構，可測定保持環的底面徑向的內周側一半的部分的形狀。
在上述的研磨裝置中，所述測定單元也可對所述保持環的內 周面形狀進行測定。根據該結構，可抑制基板因使用而處於保持環的內周面且形狀產生經時變化而對研磨外形造成的影響。
在上述的研磨裝置中，所述測定單元也可是超聲波傳感器、渦電流傳感器、光傳感器或接觸式傳感器中的任何一種。根據該結構，可較佳地測定保持環的表面形狀。
在上述的研磨裝置中，所述基板交接單元也可具有對所述保持環的底面一部分進行支撐的支撐部，所述測定單元也可對將底面一部分支撐於所述支撐部的所述保持環的表面形狀進行測定。根據該結構，可測定底面被保持於支撐部的狀態的保持環的表面形狀。
在上述的研磨裝置中，所述支撐部也可具有缺口部，所述測定單元也可配置於所述缺口部並對所述保持環的底面形狀進行測定。根據該結構，可測定底面被保持於支撐部的狀態下的保持環的底面形狀。
在上述的研磨裝置，所述測定單元也可對所述保持環的底面徑向的形狀進行測定。根據該結構，可測定保持環的底面徑向的形狀的偏差。
在上述的研磨裝置中，所述測定單元也可通過一邊沿所述保持環的徑向移動一邊進行測定，來測定所述保持環的徑向的形狀。根據該結構，能夠通過對小的傳感範圍進行掃描來測定保持環的底面徑向的形狀。
在上述的研磨裝置中，所述測定單元也可是沿所述保持環的徑向延伸的線性傳感器或區域傳感器。根據該結構，也可高速測定保持環的底面徑向的形狀。
在上述的研磨裝置中，複數個所述測定單元也可沿所述保持 環的徑向排列配置。根據該結構，也可高速測定保持環的底面徑向的形狀。
在上述的研磨裝置中，複數個所述測定單元也可沿所述保持環的周向排列配置。根據該結構，可測定保持環的底面周向的形狀。
在上述的研磨裝置中，所述控制部也可基於所述測定單元的測定結果而對所述保持環的傾斜進行修正。根據該結構，可修正保持於基板保持部件的保持環的傾斜。
上述的研磨裝置還可以具有將所述保持環的要測定的表面上的附著物予以去除的清潔單元。根據該結構，由於保持環的表面被清潔，因此，可獲得精度高的測定結果。
上述的研磨裝置還可以具有將所述測定單元上的附著物予以去除的清潔單元。根據該結構，由於傳感器被清潔，因此，可獲得精度高的測定結果。
上述的研磨裝置還可以具有：溫度檢測單元，該溫度檢測單元對所述保持環的要測定的表面溫度進行測定；以及冷卻單元，該冷卻單元基於所述溫度檢測單元所檢測出的溫度，而對所述保持環進行冷卻，以使所述保持環的要測定的表面溫度為恒定。根據該結構，由於保持環的溫度得到控制，因此，保持環的表面形狀的測定穩定。
上述的研磨裝置也可還具有校正用環，所述控制部也可基於所述測定單元對所述校正用環的表面形狀進行測定後的結果，而校正所述保持環的表面形狀的測定結果。根據該結構，可自動校正傳感器的檢測值。
在上述的研磨裝置中，所述校正用環的要測定的表面的平面度也可以是5μm以下。
根據該結構，可高精度地進行傳感器的校正。
在上述的研磨裝置中，所述基板保持部件也可以是能夠旋轉的，所述控制部也可以是，當在測定所述保持環的表面形狀時，通過控制所述基板保持部件的旋轉相位，從而使所述測定單元和所述保持環成為規定的位置關係。
根據該結構，在保持環上形成有槽的情況下，也可測定無槽的部位、或有槽的部位的任意部位的表面形狀。
本發明的研磨方法包含如下步驟：研磨步驟，在該研磨步驟中，在利用保持環包圍基板並將該基板按壓到研磨墊的狀態下，使所述基板和所述研磨墊相對移動，由此對所述基板進行研磨；測定步驟，在該測定步驟中，對所述保持環的表面形狀進行測定；以及控制步驟，在該控制步驟中，基於由所述測定步驟測定的所述保持環的表面形狀，而決定所述研磨步驟中的研磨條件，所述研磨步驟根據由所述控制步驟決定的所述研磨條件而對所述基板進行研磨。根據該結構，由於測定保持環的表面形狀並據此來決定基板的研磨條件，因此，可減少保持環的表面形狀的偏差和經時變化所帶來的影響。
根據本發明，由於對保持環的表面形狀進行測定而基於此來決定基板的研磨條件，所以能夠減低保持環的表面形狀的偏差或經時變化所帶來的影響。
1‧‧‧研磨頭(基板保持裝置)
2‧‧‧研磨頭主體
3‧‧‧擋環
4‧‧‧彈性膜(膜片)
4a‧‧‧分隔壁
5‧‧‧中央室
6‧‧‧脈動室
7‧‧‧外室
8‧‧‧邊緣室
9‧‧‧擋環壓力室
11、12、13、14、15‧‧‧流路
21、22、23、24、26‧‧‧流路
25‧‧‧轉動式接頭
31‧‧‧真空源
32‧‧‧彈性膜(膜片)
33‧‧‧工作缸
35‧‧‧氣水分離槽
V1-1~V1-3、V2-1~V2-3、V3-1~V3-3、V4-1~V4-3、V5-1~V5-3‧‧‧閥
R1、R2、R3、R4、R5‧‧‧壓力調節器
P1、P2、P3、P4、P5‧‧‧壓力傳感器
F1、F2、F3、F4、F5‧‧‧流量傳感器
41‧‧‧空氣噴嘴
42‧‧‧溫度調節空氣噴嘴
51、52a~52c、53、54、55‧‧‧測定用傳感器
52‧‧‧溫度傳感器
551‧‧‧升降器
60‧‧‧基準環
100‧‧‧研磨台
101‧‧‧研磨墊
101a‧‧‧研磨面
102‧‧‧孔
110‧‧‧研磨頭臂
111‧‧‧研磨頭旋轉軸
112‧‧‧旋轉筒
113‧‧‧定時帶輪
114‧‧‧研磨頭用旋轉電動機
115‧‧‧定時帶
116‧‧‧定時帶輪
117‧‧‧研磨頭臂旋轉軸
124‧‧‧上下移動機構
126‧‧‧軸承
128‧‧‧橋部
129‧‧‧支撐台
130‧‧‧支柱
131‧‧‧真空源
132‧‧‧滾珠螺桿
132a‧‧‧螺紋軸
132b‧‧‧螺母
138‧‧‧AC伺服電動機
500‧‧‧控制部
圖1是表示本發明的實施方式的研磨裝置整體結構的概略圖。
圖2是本發明的實施方式的研磨頭的示意剖視圖。
圖3是示意地表示實施方式的研磨頭和推桿的俯視圖。
圖4是本發明的實施方式的圖3的A-A剖視圖。
圖5是本發明的實施方式的圖3的B-B剖視圖。
圖6是表示本發明的實施方式的測定單元的變形例的剖視圖。
圖7是表示本發明的實施方式的測定單元的變形例的剖視圖。
圖8是表示本發明的實施方式的測定單元的變形例的剖視圖。
圖9是表示本發明的實施方式的測定單元的變形例的剖視圖。
圖10是表示本發明的實施方式的設置於推桿的基準環的俯視圖。
圖11是本發明的實施方式的圖10的C-C剖視圖。
下面，參照附圖說明本發明的實施方式的研磨裝置。另外，下面說明的實施方式，表示實施本發明的情況的一例子，並不將本技術限定於下面說明的具體結構。對於本發明的實施，也可適當採用與實施方式相對應的具體結構。
圖1是表示本發明的實施方式的研磨裝置整體結構的概略圖。如圖1所示，研磨裝置具有：研磨台100；以及對研磨對象物即半導體晶片等基板W進行保持並將其按壓到研磨台100的研磨面的作為基板保持裝置的研磨頭1。研磨台100通過台軸100a而與配置在其下方的電動機(未圖示)連接。研磨台100通過電動機旋轉而繞台軸100a旋轉。
在研磨台100的上表面，貼附有作為研磨部件的研磨墊101。該研磨墊101的表面101a構成對基板W進行研磨的研磨面。在研磨台100的上 方設置有研磨液供給噴嘴70。研磨液(研磨漿料)Q從該研磨液供給噴嘴70供給到研磨台100的研磨墊101上。
另外，作為在市場上能買到的研磨墊有各種，例如，有尼特哈斯公司製(NITTA HAAS公司製)的SUBA800、IC-1000、IC-1000/SUBA400(雙層交叉)、日商福吉米股份有限公司製(FUJIMI INCORPORATED公司製)的瑟芬xxx-5(Surfin xxx-5)、瑟芬000等。SUBA800、瑟芬xxx-5、瑟芬000是用聚氨酯樹脂將纖維固化後的無紡布，IC-1000是硬質發泡聚氨基甲酸脂(單層)。發泡聚氨基甲酸脂為可滲透的(多孔質狀)，且其表面具有多個細微的凹坑或孔。
研磨頭1基本包括：將基板W按壓到研磨面101a的研磨頭主體2；以及將基板W的外周緣包圍以不使基板W從研磨頭1飛出的作為保持環的擋環(retainer ring)3。研磨頭1與研磨頭旋轉軸111連接。該研磨頭旋轉軸111利用上下移動機構124而相對於研磨頭臂110進行上下移動。研磨頭1的上下方向的定位是利用研磨頭旋轉軸111的上下移動而使研磨頭1整體相對於研磨頭臂110升降來進行的。在研磨頭旋轉軸111的上端安裝有轉動式接頭25。
使研磨頭旋轉軸111及研磨頭1上下移動的上下移動機構124具有：通過軸承126而將研磨頭旋轉軸111支撐成可旋轉的橋部128；安裝在橋部128上的滾珠螺桿132；由支柱130支撐的支撐台129；以及設在支撐台129上的AC伺服電動機138。對伺服電動機138進行支撐的支撐台129通過支柱130而固定於研磨頭臂110。
滾珠螺桿132具有：與伺服電動機138連接的螺紋軸132a；以 及與該螺紋軸132a螺合的螺母132b。研磨頭旋轉軸111與橋部128一體上下移動。因此，當對伺服電動機138進行驅動時，橋部128通過滾珠螺桿132而上下移動，由此，研磨頭旋轉軸111及研磨頭1進行上下移動。
另外，研磨頭旋轉軸111通過鍵(未圖示)而與旋轉筒112連接。旋轉筒112的外周部具有定時帶輪113。在研磨頭臂110上固定有研磨頭用旋轉電動機114，定時帶輪113通過定時帶115而與設在研磨頭用旋轉電動機114上的定時帶輪116連接。因此，通過對研磨頭用旋轉電動機114進行旋轉驅動，旋轉筒112及研磨頭旋轉軸111通過定時帶輪116、定時帶115及定時帶輪113而一體旋轉。
研磨頭臂110由研磨頭臂旋轉軸117支撐，研磨頭臂旋轉軸117可旋轉地支撐在框架(未圖示)上。研磨裝置具有：研磨頭用旋轉電動機114；伺服電動機138；以及對以研磨台旋轉電動機為代表的裝置內的各設備進行控制的控制部500。
接著，說明本發明的研磨裝置中的研磨頭1。圖2是對研磨對象物即基板W進行保持並將其按壓到研磨台100的研磨面的作為基板保持裝置的研磨頭1的示意剖視圖。在圖2中，僅圖示構成研磨頭1的主要結構要素。
如圖2所示，研磨頭1基本包括：將基板W按壓到研磨面101a的研磨頭主體(也稱為架體)2；以及直接按壓研磨面101a的作為保持部件的擋環3。研磨頭主體(架體)2由大致圓盤狀的部件構成，擋環3安裝在研磨頭主體2的外周部上。
研磨頭主體2由工程塑料(例如PEEK：聚醚醚酮)等樹脂形 成。在研磨頭主體2的下表面，安裝有與半導體晶片的背面抵接的彈性膜(膜片(membrane))4。彈性膜(膜片)4由乙烯丙烯橡膠(EPDM)、聚氨酯橡膠、矽膠等強度及耐久性優異的橡膠材料形成。彈性膜(膜片)4構成對半導體晶片等基板進行保持的基板保持面。
彈性膜(膜片)4具有同心狀的複數個分隔壁4a，通過這些分隔壁4a而在膜片4的上表面與研磨頭主體2的下表面之間形成有圓形狀的中央室5、環狀的脈動室6、環狀的外室7、以及環狀的邊緣室8。即，在研磨頭主體2的中心部形成有中央室5，從中心向外周方向依次同心狀地形成有脈動室6、外室7和邊緣室8。在研磨頭主體2內，分別形成有：與中央室5連通的流路11；與脈動室6連通的流路12；與外室7連通的流路13；以及與邊緣室8連通的流路14。
與中央室5連通的流路11、與外室7連通的流路13以及與邊緣室8連通的流路14，通過轉動式接頭25而分別與流路21、23、24連接。流路21、23、24分別通過閥V1-1、V3-1、V4-1及壓力調節器R1、R3、R4而與壓力調整部30連接。另外，流路21、23、24分別通過閥V1-2、V3-2、V4-2而與真空源31連接，並且通過閥V1-3、V3-3、V4-3而能夠與大氣連通。
另一方面，與脈動室6連通的流路12通過轉動式接頭25而與流路22連接。並且，流路22通過氣水分離槽35、閥V2-1及壓力調節器R2而與壓力調整部30連接。另外，流路22通過氣水分離槽35及閥V2-2而與真空源131連接，且通過閥V2-3而能夠與大氣連通。
另外，在擋環3的正上方也利用彈性膜(膜片)32形成有擋環 壓力室9。彈性膜(膜片)32收容在工作缸(cylinder)33內，工作缸33固定於研磨頭1的凸緣部。擋環壓力室9通過形成在研磨頭主體(架體)2內的流路15及轉動式接頭25而與流路26連接。流路26通過閥V5-1及壓力調節器R5而與壓力調整部30連接。另外，流路26通過閥V5-2而與真空源31連接，且通過閥V5-3而可與大氣連通。
壓力調節器R1、R2、R3、R4、R5分別具有對從壓力調整部30供給到中央室5、脈動室6、外室7、邊緣室8和擋環壓力室9的壓力流體的壓力進行調整的壓力調整功能。壓力調節器R1、R2、R3、R4、R5及各閥V1-1~V1-3、V2-1~V2-3、V3-1~V3-3、V4-1~V4-3、V5-1~V5-3，與控制部500(參照圖1)連接，它們的動作就被控制。另外，流路21、22、23、24、26分別設置有壓力傳感器P1、P2、P3、P4、P5及流量傳感器F1、F2、F3、F4、F5。
供給到中央室5、脈動室6、外室7、邊緣室8和擋環壓力室9的流體的壓力是通過壓力調整部30及壓力調節器R1、R2、R3、R4、R5而分別獨立調整的。根據這種構造，可對每個半導體晶片的區域調整將基板W按壓到研磨墊101的按壓力，且可調整擋環3按壓研磨墊101的按壓力。
下面，說明如圖1及圖2所示那樣構成的研磨裝置進行的一系列的研磨處理工序。研磨頭1從推桿(pusher)150(參照圖3等)接受基板W並利用真空吸附進行保持。在彈性膜(膜片)4上設有用於真空吸附基板W的複數個孔(未圖示)，且這些孔與真空源連通。利用真空吸附而保持有基板W的研磨頭1，下降至預先設定的頂環的研磨時設定位置。
在該研磨時設定位置，擋環3與研磨墊101的表面(研磨 面)101a接觸，但在研磨前，由於用研磨頭1對基板W進行吸附保持，因此，在基板W的下表面(被研磨面)與研磨墊101的表面(研磨面)101a之間有稍許的間隙(例如約1mm)。此時，研磨台100及研磨頭1都被旋轉驅動。在該狀態下，將壓力流體供給到各壓力室並使處於基板背面側的彈性膜(膜片)4膨脹，使基板W的下表面(被研磨面)與研磨墊101的表面(研磨面)抵接，使研磨台100與研磨頭1相對運動，由此開始研磨基板W。
並且，通過控制部500的控制來調整供給到各壓力室5、6、7、8、9的流體壓力，從而對每個基板的區域調整將基板W按壓到研磨墊101的按壓力，且調整擋環3按壓研磨墊101的按壓力，基板的表面研磨至規定的狀態(例如規定的膜厚)。在研磨墊101上的晶片處理工序結束後，將基板W吸附在研磨頭1上，使研磨頭1上升，並使其移動到推桿150(參照圖3等)，使基板W脫離。
圖3是示意地表示研磨頭1和推桿150的俯視圖，圖4是圖3中的A-A剖視圖，圖5是圖3中的B-B剖視圖。圖4及圖5中省略了基板W的圖示，但是，圖4表示為了在研磨頭1與推桿150之間交接基板W而使推桿150上升後的狀態，圖5表示使推桿150下降後的狀態。推桿150用於將基板W裝載到研磨頭1上、並用於從研磨頭1上將基板W卸載。另外，將基板W裝載到研磨頭1上的推桿和從研磨頭1上將基板W卸載的推桿，也可構成為各自的推桿。
如圖3及圖4所示，推桿150具有：研磨頭導向件151，該研磨頭導向件151具有可與研磨頭1的外周面嵌合的支撐部152以在與研磨頭1之間進行定心；推桿承載台153，該推桿承載台153用於在研磨頭1與推桿150 之間交接基板時支撐基板；使推桿承載台153上下移動用的氣缸(未圖示)；以及使推桿承載台153和研磨頭導向件151上下移動用的氣缸(未圖示)。
當在研磨頭1與推桿150之間交接基板W時，在研磨頭1向推桿150上方移動後，推桿150的推桿承載台153與研磨頭導向件151就上升，研磨頭導向件151的支撐部152與擋環3的外周面嵌合併進行研磨頭1與推桿150的定心。此時，支撐部152將擋環3的底面上推，與此同時將擋環加壓室9形成為真空，由此擋環3就快速上升。
推桿150的上升結束時，由於擋環3的底面被按壓到支撐部152的上表面並被上推到膜片4的下表面的上方，因此基板W與膜片4之間成為被露出的狀態。在圖4所示的例子中，擋環3的底面比膜片4下表面位於1mm上方。然後，停止研磨頭1對基板W的真空吸附，進行基板釋放動作。另外，也可取代推桿150上升，使研磨頭1下降而移動到所需的位置關係。
在上述的研磨中，要嚴格控制基板W的邊緣附近的研磨墊101的回彈狀態，則需要管理由擋環壓力室9施加在擋環3上的壓力(下面稱為「擋環壓力」，也表述為「RRP」)和擋環3表面的三維形狀這二方。因此，本實施方式的研磨裝置形成為對擋環3表面的三維形狀進行測定用的結構，且如圖3~圖5所示，推桿150具有：作為測定單元的測定用傳感器51；作為溫度檢測單元的溫度傳感器52；作為測定用傳感器51的清潔單元的空氣噴嘴41；以及兼作擋環3的清潔單元和冷卻單元的溫度調節空氣噴嘴42。
測定用傳感器51對擋環3的表面形狀具體來說是底面形狀進行測定。如圖3所示，研磨頭導向件151的支撐部152在周向上具有缺口，由此，支撐部152被分割為四部分。測定用傳感器51配置在該缺口的位置，從 下方對擋環3的底面形狀進行測定，以避免與支撐部152的干涉。測定用傳感器51是非接觸式的測距傳感器，測定從測定用傳感器51至擋環3底面的距離。
測定用傳感器51通過使測定位置沿擋環3的徑向移動，而測定擋環3的直徑整體。因此，測定用傳感器51可利用未圖示的驅動機構而沿擋環3的徑向移動，以使測定位置從擋環3的底面內側邊緣向外側邊緣地沿徑向移動。通過由測定用傳感器51測定從測定用傳感器51至擋環3的表面複數個點的距離，從而獲得擋環3的表面的三維形狀。測定用傳感器51具體來說是光(雷射光)傳感器，但是，作為非接觸式的測距傳感器，除了光傳感器外，也可採用渦電流傳感器和超聲波傳感器等。另外，測定用傳感器51也可是千分錶等接觸式傳感器。
空氣噴嘴41將加壓空氣吹向(噴射到)測定用傳感器51，以去除附著在測定用傳感器51表面上的附著物(漿料、水滴和水膜等)。具體來說，當測定用傳感器51如上所述處於沿著擋環3徑向移動之前的初始位置時，空氣噴嘴41將加壓空氣吹向該測定用傳感器51的能量送出口，由此利用風壓而從能量送出口去除附著物。這裡，當測定用傳感器51是光(雷射光)傳感器時，所謂的能量送出口是指雷射光的射出口。
由測定用傳感器51測定的擋環3的底面的三維形狀的資訊，被發送到控制部500。控制部500根據從測定用傳感器51發送來的測定結果，來決定以後的對基板W的RRP，並對基板W進行研磨。即，控制部500利用規定的算法而將所測定的擋環3的底面的三維形狀的資訊轉換為RRP，根據如此得到的RRP設定值而對以後的基板W的研磨控制RRP。控制部500 進行如下這樣的控制：例如，在擋環3的底面形成為內周側比外周側突出的形狀的情況下，由於RRP有容易有效的傾向，因此，將RRP設定得稍低，相反，在形成為外周側比內周側突出的形狀的情況下，由於RRP難以有效，因此將RRP設定得高。
如圖5所示，溫度傳感器52在推桿150下降後使用，是對擋環3的要測定的表面即底面的溫度進行測定的非接觸式的傳感器。如圖5所示，溫度調節空氣噴嘴42也在推桿150下降後使用，將加壓空氣吹向(噴射到)擋環3的底面，以將附著在擋環3的要測定的表面即底面上的附著物(漿料、水滴和水膜等)予以去除。如此，去除附著物的溫度調節空氣噴嘴42的功能相當於清潔單元。利用該空氣的噴射，擋環3的底面得到冷卻。對擋環3進行冷卻的溫度調節空氣噴嘴42的功能相對於冷卻單元。
由溫度傳感器52測定的擋環3的底面的溫度資訊被發送到控制部500。控制部500根據從溫度傳感器52發送來的測定結果，而控制溫度調節空氣噴嘴42的空氣噴射時間。控制部500具體來說，利用反饋控制，而持續進行溫度調節空氣噴嘴42的空氣噴射，直至由溫度傳感器52測定的擋環3的底面的溫度下降到規定溫度以下，當擋環3的底面的溫度為規定的溫度以下時，溫度調節空氣噴嘴42就停止噴射空氣。
之所以這樣地將擋環3保持為規定的溫度，是因為，擋環3通常使用樹脂，而樹脂的線膨脹係數大，故擋環3的形狀容易受到溫度的影響。為了減少或消除這種溫度影響所帶來的表面形狀的變化，如上所述，由溫度調節空氣噴嘴42吹出空氣，以使測定表面形狀時的溫度為恒定或規定溫度以下。
如上所述，根據本實施方式的研磨裝置，無論擋環3的初始(出廠時)的底面的三維形狀是任何形狀，還是在各種研磨條件下進行研磨而使底面的三維形狀產生各種變化，對於基板W的邊緣部，都可獲得恒定的研磨外形。
圖6是表示測定單元的變形例的剖視圖，與圖4對應。如圖6所示，在本變形例中，三個測定用傳感器52a~52c沿擋環3的徑向排列。各測定用傳感器52a~52c的結構是與測定用傳感器51相同的結構。各測定用傳感器52a~52c的位置被固定。根據本變形例，無需使測定用傳感器52a~52c移動，因此也不需要相應的驅動機構。即使不使各測定用傳感器52a~52c動作，通過比較三點的測距的結果，從而可獲知擋環3的底面形狀，其它結構與上述實施方式相同。
各測定用傳感器52a~52c也可沿擋環3的徑向移動。當三個測定用傳感器52a~52c分別可沿徑向移動時，可將擋環3的底面的三維形狀的測定予以高速化。如此，根據本變形例，由於在擋環3的徑向上設有複數個測定用傳感器52a~52c，因此，可省略為了求出擋環3的底面的三維形狀而使各測定用傳感器、擋環3的測定用傳感器驅動用的驅動機構。
圖7是表示測定單元的變形例的剖視圖，且與圖4對應。如圖7所示，在本變形例中，作為測定用傳感器53，採用了同時對至直線狀排列的複數個點的距離進行測定的線性傳感器。該線性傳感器也可以是同時對至配置成二維狀的複數個點的距離進行測定的區域傳感器。測定用傳感器53所測定的範圍是從擋環3的底面的內側邊緣至外側邊緣。
根據本變形例，不需要使測定用傳感器53移動，也不需要相 應的驅動機構，測定用傳感器53的位置被固定。即使不使測定用傳感器53動作，也可根據配置成直線狀或二維狀的複數個點的測距結果，而獲知擋環3的底面形狀。其它結構與上述實施方式相同。根據本變形例，由於在擋環3的徑向上設有具有測定範圍的測定用傳感器53，因此，不需要為了求出擋環3的底面的三維形狀而使一個測定用傳感器沿徑向移動，也不需要設置複數個測定用傳感器。
圖8是表示測定單元的變形例的剖視圖，且與圖4對應。如圖8所示，在本變形例中，測定用傳感器54對擋環3的內周面的三維形狀進行測定。因此，測定用傳感器54配置在推桿150之中，測定視野設定為朝外且朝斜上方。
如上所述，當推桿150的上升結束、基板W在膜片4與推桿承載台153之間被交接時，擋環壓力室9形成為真空，基板W與膜片4成為露出到擋環3的底面下方的狀態，但是，在如此交接基板W後，如圖8所示，為了測定擋環3的內周面的形狀，在擋環3被支撐在研磨頭導向件151的支撐部152上的狀態下，擋環壓力室9被加壓。由此，膜片4被向上方提起，擋環3的內周面相對於測定用傳感器54而露出。
測定用傳感器54是對從擋環3的內周面的中段位置至下端進行測定的線性傳感器。測定用傳感器54也可以是具有沿擋環3周向擴大的測定範圍的區域傳感器。測定傳感器54的測定結果被發送到控制部500。另外，測定用傳感器54也可與上述的測定用傳感器51、52a~52c和53一起使用。
對測定擋環3內周面形狀的意義進行說明。擋環3的內周面，根據研磨條件而利用與基板W的邊緣部接觸而形成槽。研磨中，基板W的邊 緣嵌在該槽內，由此，RRP的一部分就作用於基板W的邊緣，有時基板W的邊緣部被過研磨。在本變形例中，在擋環3的內周面通過傳感器54對作為這種基板W的邊緣部的過研磨的原因的槽進行測定的情況下，控制部500對將RRP設定得低等研磨條件進行變更。另外，當該槽的深度超過一定值時，即使變更研磨條件，基板的研磨形狀不僅不恢復，而且研磨中基板有可能滑出，因此，控制部500發出警報或聯鎖(interlock)而催促更換擋環3。
圖9是表示對擋環3的內周面進行測定的測定單元的另一變形例的剖視圖。在圖8的例子中，測定用傳感器54的位置被固定，從下方對擋環3內周面形狀進行測定，但在本變形例中，測定用傳感器55安裝在升降器(elevating lift)551的頂端，通過升降器551上下移動，而如上述那樣對露出的擋環3的內周面的形狀進行測定。
當交接基板W時，通過升降器551下降，且測定用傳感器55下降至至少比推桿承載台153低的位置，由此就不會干涉基板W在膜片4與推桿承載台153之間的交接。其它結構與圖8的例子相同。
下面，說明上述說明了的測定用傳感器51、52a~52c、53、54、55的自動校正。圖10是表示設置在推桿150上的基準環的俯視圖，圖11是圖10中的C-C剖視圖。測定用傳感器在某週期由作為校正用環的基準環60來自動校正。在圖10及圖11的例子中，表示採用了測定用傳感器51的方式。
基準環60是這樣的構造：以避開研磨頭1的回旋路徑的方式被固定，在研磨頭處於推桿150以外的位置，例如處於研磨墊101上時等，可移動至研磨頭導向件151的支撐部152。基準環60呈環形，且與擋環3相 同，其邊緣部被保持在研磨頭導向件151的四個支撐部152上。基準環60的至少要測定的表面的平面度最好是5μm以下。
測定基準環60所得到的結果被發送到控制部500。控制部500以測定基準環60所得到的結果為基準值而對以後的測定用傳感器51的測定結果進行校正。由此，即使測定用傳感器51因使用而產生經時變化，也可對其進行修正，對擋環3的表面形狀進行高精度的測定。
如上所述，根據本實施方式及其變形例，由於以將基板W按壓在研磨墊101上、且利用擋環3將被按壓在研磨墊101上的基板W予以包圍的狀態，並且利用測定用傳感器51等對擋環的表面形狀進行測定，且控制部500根據所測定的擋環3的表面形狀而決定基板W的研磨條件，因此，可根據擋環3的表面形狀而由控制部500來計算最佳的研磨條件，進行以後的基板研磨。因此，可降低因擋環3的表面形狀的偏差和經時變化而給基板W的研磨帶來的影響。
另外，在上述的實施方式及其變形例中，對於擋環3的徑向上的複數個點，測定了距測定用傳感器的距離，但是，也可利用驅動的傳感器、複數個傳感器或同時對複數個點進行計測的傳感器來測定圓周方向的複數個點。如此，可通過測定周向上的複數個點對它們進行統計性處理(例如平均化)，並設為各個直徑上的表面形狀(距測定用傳感器的距離)的測定值，由此，可將圓周方向上的測定值的偏差予以平均化。
另外，也可通過用沿圓周方向配置的至少三個傳感器對擋環3的底面的三個部位以上進行測距，從而測定擋環3相對於傳感器的傾斜。控制部500根據該測定，可修正擋環3的底面的距離的分佈。
另外，在擋環3的底面，有時形成使研磨時所供給的漿料等通過用的槽。該槽從擋環3的底面的內側邊緣至外側邊緣地形成。為了能夠對測定用傳感器的無槽部位的表面形狀進行測定，控制部500也可控制擋環3的旋轉相位。此外，在利用測定傳感器主動測定有該槽部位的表面形狀的情況下，控制部500也可將擋環3的旋轉相位控制成使槽處於測定用傳感器的測定範圍。
另外，控制部500也可使擋環3旋轉並使旋轉相位變化並進行複數次測定，來代替如上所述沿擋環3的周向設置複數個測定用傳感器。
另外，在上述的實施方式及其變形例中，對擋環3的底面的直徑整體進行測定，但也可僅將底面的徑向一部分作為測定範圍進行測定。對於測定範圍，例如也可僅測定擋環3的內周側部分。在這種該情況下，測定範圍的徑向寬度也可以是擋環3的底面的徑向寬度的一半以上。也考慮到圓周方向上的偏差，在圓周方向上測定至少兩個部位以上。
由於對保持環的表面形狀進行測定而基於此來決定基板的研磨條件，所以具有能夠減低保持環的表面形狀的偏差或經時變化所帶來的影響的效果，本發明作為通過具有保持環的基板保持部件將基板按壓到研磨墊而對基板進行研磨的研磨裝置是有用的。

Claims (13)

  1. 一種研磨裝置，其具有：基板保持部件，該基板保持部件將基板按壓到研磨墊，並具有將被按壓在所述研磨墊上的所述基板包圍的保持環；測定單元，該測定單元對所述保持環的表面形狀進行測定；以及控制部，該控制部基於由所述測定單元測定的所述保持環的表面形狀，來決定所述基板的研磨條件；其中，所述測定單元對所述保持環的內周面的形狀進行測定。
  2. 一種研磨裝置，其具有：基板保持部件，該基板保持部件將基板按壓到研磨墊，並具有將被按壓在所述研磨墊上的所述基板包圍的保持環；測定單元，該測定單元對所述保持環的表面形狀進行測定；以及控制部，該控制部基於由所述測定單元測定的所述保持環的表面形狀，來決定所述基板的研磨條件；其中，複數個所述測定單元沿所述保持環的周向排列配置。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的研磨裝置，其中，所述控制部根據所述測定單元的測定結果來修正所述保持環的傾斜。
  4. 如申請專利範圍第1~3項中任一項所述的研磨裝置，其中，所述研磨裝置還具有基板交接單元，該基板交接單元用於將所述基板裝載到所述基板保持部件上、和/或將所述基板從所述基板保持部件上卸載，在所述基板保持部件與所述基板交接單元之間交接所述基板時，所述測定單元對所述保持環的表面形狀進行測定。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的研磨裝置，其中，所述測定單元是超聲波傳感器、渦電流傳感器、光傳感器或接觸式傳感器中的任一種傳感器。
  6. 申請專利範圍第1項所述的研磨裝置，其中，所述研磨裝置還具有將所述保持環的要測定的表面上的附著物予以去除的清潔單元。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的研磨裝置，其中，所述研磨裝置還具有將所述測定單元上的附著物予以去除的清潔單元。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的研磨裝置，其中，所述研磨裝置還具有：溫度測定單元，該溫度測定單元對所述保持環的要測定的表面的溫度進行檢測；以及冷卻單元，該冷卻單元根據所述溫度測定單元所檢測出的溫度對所述保持環進行冷卻，以使所述保持環的要測定的表面溫度為恒定。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的研磨裝置，其中，所述研磨裝置還具有校正用環，所述控制部根據所述測定單元對所述校正用環的表面形狀進行測定後的結果，來校正所述保持環的表面形狀的測定結果。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的研磨裝置，其中，所述校正用環的要測定的表面的平面度為5μm以下。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的研磨裝置，其中，所述基板保持部件能夠旋轉， 當測定所述保持環的表面形狀時，所述控制部通過控制所述基板保持部件的旋轉相位，而使所述測定單元與所述保持環成為規定的位置關係。
  12. 一種研磨方法，其特徵在於，包含如下步驟：研磨步驟，在研磨步驟中，在利用保持環包圍基板並將該基板按壓到研磨墊的狀態下，使所述基板和所述研磨墊相對移動，由此對所述基板進行研磨；測定步驟，在該測定步驟中，對所述保持環的表面形狀進行測定；以及控制步驟，在該控制步驟中，基於由所述測定步驟測定的所述保持環的表面形狀，來決定所述研磨步驟中的研磨條件，其中，所述研磨步驟根據由所述控制步驟決定的所述研磨條件而對所述基板進行研磨，且所述測定步驟係對所述保持環的內周面的形狀進行測定。
  13. 一種研磨方法，其特徵在於，包含如下步驟：研磨步驟，在研磨步驟中，在利用保持環包圍基板並將該基板按壓到研磨墊的狀態下，使所述基板和所述研磨墊相對移動，由此對所述基板進行研磨；測定步驟，在該測定步驟中，對所述保持環的表面形狀進行測定；以及控制步驟，在該控制步驟中，基於由所述測定步驟測定的所述保持環的表面形狀，來決定所述研磨步驟中的研磨條件，其中，所述研磨步驟根據由所述控制步驟決定的所述研磨條件而對所 述基板進行研磨，且應用於所述測定步驟中的複數個測定單元係沿所述保持環的周向排列配置。
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