[发明专利]研磨装置以及研磨方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种研磨晶片等基板的研磨装置以及研磨方法。

背景技术

近年，随着半导体器件的高集成化、高密度化，电路的配线越发微细化，多层配线的层数也在增加。由于为了达到电路的微细化的同时实现多层配线，一边沿袭着下侧的层的表面凹凸一边使阶梯差变得更大，所以，随着配线层数增加，薄膜形成时对于阶梯差形状的膜覆盖性(台阶覆盖)变坏。因此，用于实现多层配线，必须改善该台阶覆盖，在适当过程中进行平坦化处理。另外，由于光刻的微细化的同时焦点深度变浅，所以，需要平坦化处理半导体器件表面以使半导体器件的表面的凹凸阶梯差收敛于焦点深度以下。

因此，在半导体器件的制造工序中，半导体器件表面的平坦化变得越来越重要。该表面的平坦化中最重要的技术是化学机械研磨(CMP：Chemical Mechanical Polishing)。该化学机械研磨是，将含有二氧化硅(SiO₂)等磨粒的研磨液向研磨垫的研磨面上供给的同时使晶片滑动接触研磨面进行研磨。

用于进行CMP的研磨装置包括支撑研磨垫的研磨台、用于保持晶片的被称为顶环或者研磨头等的基板保持装置。使用这样的研磨装置进行晶片研磨的情况下，通过基板保持装置保持晶片的同时，将该晶片相对研磨垫的研磨面以规定的压力按压。此时，通过使研磨台和基板保持装置相对运动来使晶片滑动接触研磨面，晶片的表面被研磨。

研磨中的晶片和研磨垫的研磨面之间的相对按压力在晶片的全部表面为不均匀的情况下，由于施加在晶片的各部分的按压力产生研磨不足或过度研磨。因此，为了使对于晶片的按压力均匀化，在基板保持装置的下部设有由弹性膜形成的压力室，通过向该压力室供给空气等流体从而借助弹性膜通过流体压力按压晶片。

所述研磨垫由于具有弹性，所以，对研磨中的晶片的边缘部(周缘部)施加的按压力变得不均匀，有可能引起只有晶片的边缘部被较多地研磨的、所谓的“塌边(日文：縁だれ)”的情况。为了防止这样的塌边，保持晶片的边缘部的保持环相对顶环主体(或者支架头主体)设置成能够上下运动，位于晶片的外周缘侧的研磨垫的研磨面被保持环按压。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2002－96261号公报

发明要解决的问题

近年，半导体器件的种类飞跃地增加，对于每个器件或每个CMP工序(氧化膜研磨或金属膜研磨等)调整晶片边缘部的研磨轮廓的必要性正逐渐变高。该理由的其中之一列举了，由于各CMP工序前实施的成膜工序因膜的种类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匀的膜厚分布，所以每个不同的初期膜厚分布所需要的研磨轮廓不同。

作为其他的理由，也列举了从成本等观点来看研磨装置中使用的研磨垫或研磨液等种类增加了很多。研磨垫或研磨液等消耗材不同时，则特别是晶片边缘部的研磨轮廓有较大的不同。在半导体器件制造中，由于晶片边缘部的研磨轮廓对产品的成品率有较大影响，因而精密地调整晶片边缘部的研磨轮廓非常重要。

如所述这样，一直以来，为了防止晶片边缘部的塌边，使用具有保持环的基板保持装置，该保持环按压位于晶片的外周缘侧的研磨垫的研磨面。通过该保持环压力的调整能够调整晶片边缘部的研磨速度。然而，变更保持环压力时，不仅晶片边缘部，在包括其他区域的比较广的范围中研磨速度产生变化。因此，该方法不适用于希望精密地控制在晶片边缘部的研磨轮廓的情况。

解决课题的手段

本发明发明人进行各种实验的结果，发现通过对保持晶片的边缘部的保持环局部地施加力，从而能够调整研磨轮廓，特别是能够精密地控制晶片边缘部的研磨轮廓。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种能够精密地控制晶片等基板的研磨轮廓、特别是边缘部的研磨轮廓的研磨装置以及研磨方法。

本发明的一个样态的研磨装置，使基板与研磨面滑动接触而研磨该基板，包括：基板保持装置，该基板保持装置具有将所述基板相对于所述研磨面按压的基板保持面、以及配置为包围所述基板且与所述研磨面接触的保持环；旋转机构，该旋转机构使所述基板保持面及所述保持环以所述基板保持装置的轴心为中心一体地旋转；以及至少一个局部负荷施加机构，该局部负荷施加机构在相对所述研磨面垂直的方向上向所述保持环的一部分施加局部负荷，所述保持环能够和所述基板保持面独立地倾斜运动，所述局部负荷施加机构不和所述基板保持装置一体地旋转。

本发明的优选的样态，所述基板保持装置还具有将所述保持环相对于所述研磨面按压的保持环按压机构。