研磨装置

技术领域

本发明涉及一种研磨装置。

背景技术

在半导体器件的制造工序中，器件表面的平坦化技术变得越来越重要。该平坦化技术中，最重要的技术是化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing或CMP)。该化学机械研磨(以下，称作CMP)使用研磨装置一边向研磨垫供给包含二氧化硅(SiO

在半导体器件的制造中，CMP(Chemical Mechanical Polishing)装置在研磨基板的表面的工序中使用。CMP装置用研磨头保持基板并使基板旋转，进而将基板按压于旋转的研磨台上的研磨垫，从而对基板的表面进行研磨。在基板的研磨中，向研磨垫供给研磨液(浆料)，基板的表面通过研磨液的化学性作用和研磨液所含的磨粒的机械性作用而被平坦化。

基于研磨液的化学性作用具有按照阿伦尼乌斯方程的温度依存性。因此，基板的研磨率依存于基板的表面温度。因此，为了提高控制研磨率的精度，基板的表面温度是重要的因素之一。因此，研究了监视(测定)研磨中的基板的表面温度的方法。作为监视基板的表面温度的方法，从抑制对基板的表面的影响，并避免检测部的磨耗的观点出发，优选使用不直接与基板接触的非接触式的非接触式传感器。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2020-110859号公报

发明所要解决的技术问题

例如，在专利文献1中，通过由红外放射温度计检测从基板放射的红外线来测定基板的表面温度。但是，红外线因其波长范围而可能不透过研磨液被遮蔽。更具体而言，当红外放射温度计的检测路径上存在研磨液时，存在红外线受到研磨液的遮蔽而难以测定的情况。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种能够抑制研磨液导致的遮蔽并且测定基板的表面温度的研磨装置。

用于解决技术问题的技术手段

在一方式中，提供一种研磨装置，具备：研磨台，该研磨台将研磨垫支承为能够旋转；研磨头，该研磨头将基板保持为能够旋转，并将所述基板向所述研磨垫按压；微波检测传感器，该微波检测传感器埋入所述研磨台内，通过检测微波来生成微波检测数据；以及控制装置，该控制装置基于所述微波检测数据决定所述基板的表面温度。

在一方式中，所述控制装置基于所述微波检测数据生成温度分布信息，该温度分布信息表示沿着与所述基板的表面垂直的方向的所述基板的温度分布，所述控制装置将所述温度分布信息中的最高的温度决定为所述基板的表面温度。

在一方式中，所述控制装置基于所述微波检测数据生成温度分布信息，该温度分布信息表示沿着与所述基板的表面垂直的方向的所述基板的温度分布，所述控制装置将所述温度分布的平均温度决定为所述基板的表面温度。

在一方式中，所述控制装置基于沿着所述基板的半径方向的多个微波检测数据和所述研磨台的旋转速度及所述研磨头的旋转速度生成温度分布信息，该温度分布信息表示所述基板的半径方向上的所述基板的温度分布，所述控制装置决定所述基板的半径方向上的温度分布。

在一方式中，所述研磨装置具备垫温度调整装置，该垫温度调整装置调整所述研磨垫的表面温度，所述控制装置基于决定出的所述基板的表面温度来操作所述垫温度调整装置，从而调整所述研磨垫的表面温度，以使所述基板的表面温度达到目标温度。

在一方式中，所述微波检测传感器具备CCD传感器，该CCD传感器能够检测从所述基板放射的微波。

发明的效果

根据本发明的一方式的研磨装置，将具有能够透过研磨液的波长的微波作为检测对象，而检测从基板产生的微波，由此能够抑制研磨液导致的遮蔽并且测定基板的表面温度。

附图说明

图1是研磨装置的一实施方式的立体图。

图2是图1所示的研磨装置的剖视图。

图3是表示基于控制装置的基板的温度测定范围的图。

图4是表示微波检测传感器的旋转轨迹的图。

图5的(a)和图5的(b)是表示温度调整装置的图。

符号说明

1研磨垫

1a研磨面

2研磨台

3研磨头

4研磨液供给机构

5台轴

6台电机

7头轴杆

8头臂

10浆料供给喷嘴

11喷嘴转动轴

24修整装置

26修整器

27修整器臂

28修整器转动轴

40雾化器

49支承轴

51微波检测传感器

100控制装置

101获取部

102转换部

130垫温度调整装置

132吹出喷嘴

具体实施方式

以下，参照附图，对实施方式进行说明。此外，在以下说明的附图中，对相同或等同的构成要素标注相同的符号，并省略重复的说明。

图1是研磨装置的一实施方式的立体图。如图1所示，研磨装置(CMP装置)具备：支承研磨垫1的研磨台2、将作为研磨对象的晶片等基板W按压于研磨垫1的研磨头3、以及用于向研磨垫1供给研磨液(浆料)的研磨液供给机构4。

研磨台2经由台轴5与配置于其下方的台电机6连结，并通过台电机6的驱动而向箭头所示的方向旋转。研磨垫1粘着于研磨台2的上表面，研磨垫1的上表面构成了研磨基板W的研磨面1a。

研磨头3固定于头轴杆7的下端。研磨头3构成为能够在其下表面通过真空吸附来保持基板W。更具体而言，研磨头3将基板W的表面(器件面)保持为向下。与该表面相反一侧的面是基板W的背面，研磨头3吸附保持基板W的背面。

头轴杆7与设置于头臂8内的未图示的旋转机构连结。研磨头3通过该旋转机构的驱动而经由头轴杆7被驱动旋转。

研磨装置还具备用于修整研磨垫1的修整装置24。修整装置24具备：与研磨垫1的研磨面1a滑动接触的修整器26、支承修整器26的修整器臂27、使修整器臂27转动的修整器转动轴28。

修整器26随着修整器臂27的转动而在研磨面1a上摆动。修整器26的下表面构成修整面，该修整面由金刚石粒子等很多磨粒构成。修整器26一边在研磨面1a上摆动一边旋转，通过稍微削除研磨垫1来修整研磨面1a。在研磨垫1的修整中，从纯水供给喷嘴25向研磨垫1的研磨面1a上供给纯水。

研磨装置还具备雾化器40，该雾化器40向研磨垫1的研磨面1a喷射雾状的清洗流体来清洗研磨面1a。清洗流体是至少包含清洗液(通常为纯水)的流体。更具体而言，清洗流体由清洗液和气体(例如，氮气等非活性气体)的混合流体构成，或者仅由清洗液构成。

雾化器40沿着研磨垫1(或研磨台2)的半径方向延伸，由支承轴49支承。该支承轴49位于研磨台2的外侧。雾化器40位于研磨垫1的研磨面1a的上方。雾化器40通过向研磨面1a喷射高压的清洗流体而从研磨垫1的研磨面1a去除研磨屑和研磨液所含的磨粒。

研磨液供给机构4具备用于向研磨垫1上供给研磨液的浆料供给喷嘴10和固定有浆料供给喷嘴10的喷嘴转动轴11。浆料供给喷嘴10构成为能够以喷嘴转动轴11为中心转动。

基板W被研磨头3保持为能够旋转。研磨头3将基板W向研磨垫1按压，通过研磨垫1与基板W之间的滑动来进行基板W的研磨。在基板W的研磨时，研磨液(浆料)从浆料供给喷嘴10向研磨垫1上供给。

研磨装置具有在基板W的研磨中以不接触基板W的方式直接测定基板W的表面温度(即，器件面侧的温度)的结构。以下，参照附图，对这样的结构进行说明。

图2是图1所示的研磨装置的剖视图。在图2中，省略了研磨装置的主要的要素以外的图示。如图2所示，研磨装置具备埋入研磨台2内的微波检测传感器51和与微波检测传感器51电连接的控制装置100。

控制装置100由至少一台计算机构成。控制装置100构成为，基于从微波检测传感器51发送的微波检测数据来决定基板W的表面温度。更具体而言，控制装置100具备：获取从微波检测传感器51发送的微波检测数据的获取部101、以及将由获取部101获取到的微波检测数据转换为基板W的表面温度的转换部102。

微波检测传感器51埋入研磨台2内。在图1和图2所示的实施方式中，研磨装置具备单个微波检测传感器51，但也可以具备多个微波检测传感器51。在一实施方式中，微波检测传感器51也可以具有覆盖其检测部的偏光板(未图示)。通过这样的结构，能够切断来自无用的方向的多余的微波。

微波检测传感器51检测(接收)从基板W放射的微波(更具体而言，微波的强度和频率)，生成微波检测数据，并向控制装置100发送相当于微波检测数据的信号。这里，微波表示具有300MHz～300GHz(波长1m～1mm)的频率的电磁波。

当研磨台2旋转时，设置于研磨台2内的微波检测传感器51和研磨台2一起旋转。当微波检测传感器51以研磨台2为中心旋转时，检测在研磨中的基板W上通过并从基板W放射的微波。

微波检测传感器51以任意的检测周期接收基板W的微波。例如，在研磨台2旋转一次的期间，可以决定短的检测周期，以在基板W的表面上检测多个微波，也可以决定长的检测周期，以在基板W的表面上检测一个微波。

微波检测传感器51可以是能够切换检测的频率和波长，也可以是能够检测从基板W放射的微波的CCD传感器。波长频域可以是特定的频率，也可以采用大范围的波长频域。

埋入研磨台2内的微波检测传感器51配置在研磨垫1的正下方。在微波检测传感器51与基板W之间存在有研磨垫1，但从基板W放射的微波通过研磨垫1而到达微波检测传感器51。此时，微波的一部分被遮蔽，但其他部分被微波检测传感器51接收。因此，不在微波检测传感器51与基板W之间设置供微波透过的部件，微波检测传感器51就能够检测从基板W放射的微波的强度和频率。

而且，特定的波长频域中的微波不会受到研磨液的遮蔽的影响，因此微波检测传感器51不论是否存在研磨液，都能够检测从基板W放射的微波的强度和频率。

图3是表示基于控制装置的基板的温度测定范围的图。如图3所示，通过研磨台2的旋转，当微波检测传感器51和基板W在一直线上排列时，微波检测传感器51检查沿着与基板W的表面垂直的方向的微波。控制装置100(更具体而言，获取部101)基于从微波检测传感器51发送的信号(即，微波检测数据)来获取沿着与基板W的表面垂直的方向的温度分布信息(参照图3的曲线图)。

在图3的曲线图中，横轴表示温度，纵轴表示微波的测定范围。图3中的测定范围是微波检测传感器51与基板W之间的范围，微波的测定范围包含研磨垫1的微波和基板W的微波。因此，微波检测数据不仅包含从基板W放射的微波的强度和频率，还包含从研磨垫1放射的微波的强度和频率。

因此，在本实施方式中，控制装置100(更具体而言，转换部102)基于获取到的分布信息所含的微波检测数据来生成温度分布信息，该温度分布信息表示沿着与基板W的表面垂直的方向的温度分布。控制装置100可以将温度分布信息中的最高的温度决定为基板W的表面温度。控制装置100在其内部(例如，存储部)存储表示微波检测数据与基板的表面温度的相关关系的相关数据。因此，转换部102基于相关数据导出基板W的表面温度。

在一实施方式中，控制装置100也可以获取沿着与基板W的表面垂直的方向的微波检测数据，生成沿着与基板W的表面垂直的方向的温度分布信息，并将生成的温度分布的平均温度决定为基板W的表面温度。在本实施方式中，控制装置100也基于相关数据来导出基板W的表面温度。

图4是表示微波检测传感器的旋转轨迹的图。如图4所示，当微波检测传感器51和研磨台2一起旋转时，微波检测传感器51形成通过基板W的旋转轨迹(参照图4的虚线)，并检测沿着基板W的半径方向的多个微波。优选的是，控制装置100以微波检测传感器51通过基板W的中心的方式使研磨台2、研磨头3等构成要素动作。

控制装置100基于沿着基板W的半径方向的多个微波检测数据(参照图4所示的黑点)和研磨台2的旋转速度及研磨头3的旋转速度来获取基板W的半径方向上的多个温度分布信息。

在一实施方式中，研磨装置也可以具备旋转速度检测器(例如，旋转编码器)，该旋转速度检测器与旋转机构连结，检测研磨头3的旋转速度，控制装置100基于旋转速度检测器来获取研磨头3的旋转速度。同样地，控制装置100与台电机6电连接，基于从台电机6发送的信号来获取研磨台2的旋转速度。

控制装置100基于获取到的分布信息来生成温度分布信息，而决定基板W的半径方向上的温度分布，该温度分布信息表示基板W的半径方向上的温度分布。在本实施方式中，微波检测传感器51在基板W的多个检测点检测微波，因此控制装置100能够制作基板W的半径方向上的表面温度的映射。

图5的(a)和图5的(b)是表示温度调整装置的图。如图5的(a)和图5的(b)所示，研磨装置具备调整研磨垫1的表面温度的垫温度调整装置130。在本实施方式中，垫温度调整装置130具备朝向研磨垫1的研磨面1a吹出流体(在本实施方式中，气体)的多个吹出喷嘴132。这些多个吹出喷嘴132构成为，沿着研磨头3与研磨头3相邻，而向研磨面1a上的不同位置吹出流体。

虽然未图示，垫温度调整装置130具备：气体供给源，该气体供给源供给加压气体、氮气等气体；压力调整装置，该压力调整装置单独地调整从各吹出喷嘴132吹出的气体的流量；以及加热器、冷却器等温度调整装置，该温度调整装置单独地调整从各吹出喷嘴132吹出的气体的温度。垫温度调整装置130与控制装置100电连接，控制装置100构成为，控制这些压力调整装置和温度调整装置的动作。

控制装置100基于决定出的基板W的表面温度来操作垫温度调整装置130，而调整研磨垫1的表面温度，以使基板W的表面温度到达目标温度。通过调整研磨垫1的表面温度，控制装置100能够调整基板W的表面温度。

在一实施方式中，控制装置100也可以监视决定出的基板W的半径方向上的温度分布，并对垫温度调整装置130进行反馈控制。通过这样的结构，控制装置100能够控制基板W的表面温度，以使基板W的半径方向上的温度分布成为所期望的温度分布。

在图5的(a)和图5的(b)所示的实施方式中，垫温度调整装置130是不与研磨垫1接触而调整研磨垫1的温度的非接触型的温度调整装置，但在一实施方式中，垫温度调整装置130也可以是与研磨垫1接触而调整研磨垫1的温度的接触型的温度调整装置。

上述的实施方式是以具有本发明所属的技术领域内的通常知识的人能够实施本发明为目的而记载的。上述实施方式的各种变形例只要是本领域技术人员则当然能够实现，本发明的技术的思想也能够应用于其他实施方式。因此，本发明不限于所记载的实施方式，而应当解释为遵从了由专利请求的范围所定义的技术构思的最大范围。