[发明专利]基片的抛光方法及其抛光装置

说明书

本发明通常涉及到一种探测终点的方法。更具体地，本发明涉及到一种采用化学机械抛光工艺(CMP)抛光金属薄膜的方法及其所用抛光装置。

在制造半导体器件的过程中，要进行对半导体基片(晶片)上形成的金属薄膜抛光的工艺步骤。为了最佳地进行抛光，有必要准确地检测抛光终点以终止抛光。作为第一类探测抛光终点的现有技术，在日本待审查的专利公开说明书(特开)No.平6-120183(1994)公开了一种采用旋转底盘的技术。图5是表示第一项现有技术结构的图解示意图。在所公开的技术中，带有一开口24a的抛光垫24安装在旋转底盘23的表面上，底盘23将待抛光的晶片21固定在托架22上。晶片21借助托架22被推向抛光垫24的表面上。在这种条件下，托架22和底盘23被驱动旋转，同时来自供料25的作为磨料的浆液提供到抛光垫24的表面以完成对晶片表面的CMP抛光。在此时，于抛光垫24的开口24a中的浆液离子穿过在底盘侧面和晶片侧面上的布线层而处于导电状态。因此，由于从电源26供应电能，通过安培计27测量其上的电流。因为检测到的电流值随着剩余在晶片表面的薄膜厚度而变化，所以通过监视检测电流可以检测到抛光终点。

另一种方法，第二类探测抛光终点的现有技术已经在日本待审查的专利公开说明书No.平6-2106095(1994)公开。图6表示实施第二项现有技术的构造。在抛光晶片31时，托架32被驱动旋转的旋转速度由电机35的转速指示计36测量。托架32的旋转速度由控制单元27控制以便在整个抛光操作中保持恒定。当抛光是在前述条件下进行时，根据平整晶片表面的进展，产生于托架32上的转矩变小。此转矩由用作抛光阻尼测量装置的转矩仪38测量。将检测到的极限条件下的转矩作为抛光终点。在图6中，标号33代表由电机33a驱动旋转且携带在此表面上的抛光垫的底盘，标号34代表浆液供应源。

另外，还提出了通过光学检测待抛光晶片的薄膜厚度或其上的表面条件来检测抛光终点的技术。这第三类现有技术已经在日本待审查的专利公开说明书No.平7-283178(1995)中公开。在所公开的技术中，将一种能量射线(如红外线)从待抛光晶片的前方表面提供到表面侧的背面。通过检测穿过晶片后能量的变化来检测薄膜厚度以及由此检测抛光的终止点。在此技术中，当红外线穿过晶片时，在原子和结合的原子中产生特定波长的吸收。因此，通过监视能量吸收值，可以检测到抛光终点。

在另一种方法中，第四类现有技术已经在日本待审查的专利公开说明书No.平8-17768(1996)中公开，此技术提出在抛光过程中以一定时间间隔定时地围绕光学传感器移动待抛光的晶片，并且通过光学方法测量待抛光的晶片或薄膜以检测终点。

在第一类现有技术中，连续抛光晶片过程中的电流对于任何种类的晶片并不恒定地维持在一确定的范围。因此，它需要每次进行设定，这使抛光操作麻烦。这种问题对于检测转矩变化的第二类现有技术同样存在。其原因在于，在第一类现有技术中，不能将指定量和指定浓度的浆液供应到抛光垫的开口中，且由于晶片表面的图形差异和抛光垫的差异会引起电流值的波动。在第二类现有技术中，即使为更新抛光垫表面而进行磨光，但仍会引起转矩的变化(切换)，因为疲劳一直在抛光垫表面产生。

另一方面，在前述的第三类现有技术中，检测层厚度是基于相对于特定薄膜的组成。然而，难于高精度地探测待抛光的目标膜层的化学组成。因此，难于高精度检测层厚度。其原因在于在多层和高集成化晶片表面结构中难于检测仅仅一层的化学组成。另一方面，依据检测到的不同材料的层厚度，有必要重新设定。还有，在第四类现有技术中，测量晶片必须在中断抛光操作下完成，除了抛光周期外还需要另外的测量周期，这样降低了生产率。其原因在于支撑晶片的托架必须从抛光垫上方的位置移动到光学传感器上方的位置处。

本发明的一个目的是提供一种检测抛光基片终点的方法，该方法能够高精度检测抛光终点以实现准确抛光，以及所用的装置。

根据本发明的一个方面，完成抛光基片的抛光方法是将基片固定在托架上，通过托架将基片推向抛光垫以抛光基片表面，其中，在抛光基片过程中检测基片的弯曲状态以检测抛光终点。

在优选的结构中，检测基片的弯曲是通过测量介于基片背面部分和托架之间的距离。在这种情况下，介于基片背面部分和托架之间的距离是从光反射到基片背面的时间信息中推算的。

根据本发明的另一个方面，用于基片的抛光装置包括：

与表面上的抛光垫一起形成并被驱动旋转的底盘；

在底盘上方旋动并相对底盘表面往复式地移动和固定待抛光基片的托架；