[发明专利]研磨方法和研磨装置

说明书

技术领域

本发明涉及研磨方法及研磨装置，其通过将衬底的表面按压在研磨垫的研磨面上并使衬底的表面与研磨面彼此相对运动来研磨诸如半导体晶片的衬底的表面(待研磨面)。

背景技术

已知一种化学机械研磨(CMP：Chemical Mechanical Polishing)装置，其通过如下方法将诸如半导体晶片的衬底的待研磨面研磨成平坦面，所述方法包括：一边将被研磨头(衬底保持机构)保持的衬底的表面按压在贴附于研磨台的上表面的研磨垫的研磨面上，一边使研磨台和研磨头旋转以使衬底的表面与研磨面彼此相对运动，并向研磨面供给研磨液。

在CMP技术中，已知随着研磨的进行，研磨垫的温度会随时间变化，并且该研磨垫的温度变化会影响研磨速率、研磨后的研磨轮廓(profile)等。

因此，提出有各种方法，包括：将研磨垫的表面温度控制在不高于大约50℃的温度、例如44℃以减少变形(参照日本特开2001-308040号公报)的方法；以及监视研磨布的表面温度并根据研磨布的表面温度的变化来控制供给到研磨布的第二化学药品的量(参照日本特开2007-115886号公报)。

本申请人提出有如下方法：利用流体吹出机构向研磨面吹出气体、例如压缩空气，并根据研磨面的温度分布的测量结果来控制该流体吹出机构，以使得研磨面成为规定的温度分布(参照日本特开2007-181910号公报)。

然而，想要以足够的研磨速率来研磨衬底表面(待研磨面)并获得所希望的研磨轮廓而不会在研磨后的衬底表面上残留未研磨部分通常是很难的。例如，当为了获得足够的研磨速率而一边将研磨垫的温度控制成恒定温度一边对形成于衬底表面上的铜膜进行研磨时，该铜膜不会被完全研磨除去。因此，相当大量的未研磨铜膜会以分散的状态残留在研磨后的衬底表面上。

发明内容

本发明正是鉴于上述情况而作发出的。因此，本发明的目的在于提供一种研磨方法和研磨装置，其能够以足够的研磨速率对衬底的表面(待研磨面)进行研磨，并且能够防止未研磨部分残留在研磨后的衬底的表面上，从而能够获得所希望的研磨轮廓。

为了实现上述目的，本发明提供一种研磨方法，用于一边通过向研磨垫喷射气体来控制所述研磨垫的温度一边通过所述研磨垫对待研磨面进行研磨。所述研磨方法包括：一边对所述气体的流量或喷射方向进行PID控制一边在研磨期间监视所述待研磨面的研磨状态；并且当达到被研磨膜的预定膜厚时，改变所述研磨垫的控制温度。

所述待研磨面的所述研磨状态例如是被研磨膜的膜厚。本发明的一个优选方面是，控制所述研磨垫的温度，使得在达到被研磨膜的预定膜厚之前，例如在达到所述待研磨面的表面层差被除去的膜厚之前，能够达到最大研磨速率；并且在达到预定膜厚之后，控制所述研磨垫的温度，以使所述待研磨面的表面层差、缺陷数量或者未研磨金属的量能够最少。这能够在不使研磨速率过分下降的情况下，防止未研磨部分以分散状态残留在研磨后的衬底的表面上。

优选的是，在达到所述预定膜厚之前，采用干燥气体作为所述气体；在达到所述预定膜厚之后，采用水雾作为所述气体。

可以通过从冷却喷嘴向所述研磨垫喷射作为干燥气体的压缩空气来将所述干燥气体供给到所述研磨垫，或者通过使冷却风扇旋转向所述研磨垫吹送作为干燥气体的空气来将所述干燥气体供给到所述研磨垫。采用水雾以控制所述研磨垫的温度能够提高冷却所述研磨垫的效果。

优选的是，在达到所述预定膜厚之前以第一研磨压力进行研磨；在达到所述预定膜厚之后，以低于所述第一研磨压力的第二研磨压力进行研磨。

这种研磨方式能够在达到预定膜厚之前的研磨期间提高研磨速率。

可以利用涡流传感器、光学传感器或者扭矩电流传感器在研磨期间对所述待研磨面进行监视。

本发明提供另一种研磨方法，用于一边通过向研磨垫喷射气体来控制所述研磨垫的温度一边通过所述研磨垫对待研磨面进行研磨。所述研磨方法包括：第一研磨步骤，根据所述研磨垫的弹性模量与所述研磨垫的温度之间的相关性数据、所述研磨垫的弹性模量与研磨速率之间的相关性数据、或者所述研磨垫的弹性模量与平面度、缺陷数量和未研磨金属量中的至少一个之间的相关性数据，一边将所述研磨垫的温度控制成与能够得到最大研磨速率的所述研磨垫的弹性模量相对应的温度，一边对所述待研磨面进行研磨；和第二研磨步骤，一边根据所述相关性数据将所述研磨垫的温度控制成与能够得到所希望的平面度的所述研磨垫的弹性模量相对应的温度，一边对所述待研磨面进行研磨。