CN112692717A - 基板研磨装置、膜厚映射制作方法及基板的研磨方法 - Google Patents

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CN112692717A CN202011061881.XA CN202011061881A CN112692717A CN 112692717 A CN112692717 A CN 112692717A CN 202011061881 A CN202011061881 A CN 202011061881A CN 112692717 A CN112692717 A CN 112692717A
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Abstract

本发明是基板研磨装置、膜厚映射制作方法及基板的研磨方法。使研磨处理中的膜厚测定高效化。基板研磨装置具备：研磨台，该研磨台构成为能够旋转，且设置有输出与膜厚相关的信号的传感器；研磨头，该研磨头与所述研磨台相对并构成为能够旋转，且能够在与所述研磨台相对的面安装基板；以及控制部，在所述传感器通过所述基板的被研磨面上时，所述控制部从所述传感器取得信号，基于所述信号的分布曲线来确定所述传感器相对于所述基板的轨道，基于所述信号来计算所述轨道上的各点处的所述基板的膜厚，基于针对所述传感器的多个轨道而计算出的各点的膜厚来制作膜厚映射。

Description

基板研磨装置、膜厚映射制作方法及基板的研磨方法
技术领域
本发明涉及基板研磨装置、膜厚映射制作方法及基板的研磨方法。
背景技术
作为半导体器件的制造装置之一，有CMP(Chemical Mechanical Polishing：化学机械研磨)装置。代表性的CMP装置具备安装有研磨垫的研磨台和安装有基板的研磨头。在代表性的CMP装置中，向研磨垫供给研磨液，在使研磨垫与基板接触的状态下使研磨台及研磨头中的至少一方旋转，由此对基板进行研磨。
在使用CMP装置的研磨工序中，在研磨基板后利用膜厚测定器测定膜厚，如果未成为所期望的膜厚或膜厚分布曲线，则实施再研磨。作为检测基板是否被研磨了期望量的技术，例如已知有专利文献1。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-222856号公报
通常，膜厚测定使用专用的测定装置(例如，与CPM装置并列设置的测定装置)来实施，测定花费时间，因此成为降低CMP工序中的生产效率的一个原因。因此，为了提高CMP工序的生产效率，要求使膜厚测定高效化。
发明内容
为了解决上述课题，公开了一种基板研磨装置，该基板研磨装置具备：研磨台，该研磨台构成为能够旋转，且设置有输出与膜厚相关的信号的传感器；研磨头，该研磨头与所述研磨台相对并构成为能够旋转，且能够在与所述研磨台相对的面安装基板；以及控制部，所述控制部在所述传感器在所述基板的被研磨面上通过时从所述传感器取得信号，所述控制部基于所述信号的分布曲线来确定所述传感器相对于所述基板的轨道，所述控制部基于所述信号来计算所述轨道上的各点处的所述基板的膜厚，所述控制部基于针对所述传感器的多个轨道而计算出的各点的膜厚来制作膜厚映射。
附图说明
图1A是一实施方式的基板研磨装置的概略结构图。
图1B是另一实施方式的基板研磨装置的概略结构图。
图1C是表示另一实施方式的基板研磨装置的图。
图2是一实施方式的基板研磨装置的主视图。
图3是表示从基板观察到的涡电流传感器的基板上的轨道的图。
图4是表示一实施方式的基板研磨装置的概略工作的流程图。
图5是表示一实施方式的在水研磨处理期间制作水研磨中膜厚映射的方法的流程图。
图6是表示一实施方式的在研磨处理期间制作研磨中膜厚映射的方法的流程图。
图7是表示传感器输出映射的一例的图。
图8是为了说明步骤506及508而表示传感器输出映射的图。
图9是为了说明而使用的表示研磨中信号的分布曲线的图。
图10是表示分布曲线A-A’、B-B’及C-C’的图。
图11是用于说明膜厚映射的平均化处理的图。
图12是表示平均化膜厚映射的一例的图。
图13是用于说明膜厚映射的插补处理的图。
图14是表示研磨速率的算出方法的一例的图。
图15是另一实施方式的基板研磨装置的主视图。
图16是用于说明表示基板上的凹陷的分布的映射的制作的图。
图17是表示基于研磨中信号来算出研磨进度的方法的一例的图。
图18是表示基于研磨中信号来算出研磨进度的方法的另一例的图。
符号说明
100A 基板研磨装置
100B 基板研磨装置
100C-1 基板研磨装置
100C–2 基板研磨装置
101 研磨腔室
101A 研磨腔室
101B 研磨腔室
110 研磨台
111 研磨垫
120 研磨头
121 基板
122 气囊
130 液体供给机构
140 控制部
141 存储设备
142 处理器
143 输入输出装置
150 膜厚测定器
700 传感器输出映射
900 研磨中信号的分布曲线
1102 裸芯片区
1104 膜厚映射中的各点
1200 平均化膜厚映射
1402 平均膜厚分布
1404 平均膜厚分布
1406 研磨速率的分布
1500 光学传感器
1620 膜厚映射
1640 膜厚映射
1660 凹陷映射
1702 初始状态的输出信号
1704 研磨中信号
1706 研磨结束状态的输出信号
1802 信号
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。
图1A是一实施方式的基板研磨装置100A的概略结构图。本实施方式中的基板研磨装置100A是CMP装置。CMP装置100A具备研磨腔室101和控制部140。在前工序中处理后的基板121安装于研磨腔室101内的研磨台(未图示)并进行研磨。前工序包括在基板121上形成例如金属或氧化物的薄膜的工序、通过对薄膜进行蚀刻而在基板121上形成图案的工序。在研磨台设置有膜厚测定器150。膜厚测定器150在基板121的研磨中或基板121的研磨结束后，生成与基板121上的薄膜的厚度相关的信号并向控制部140发送。控制部140基于该信号制作表示基板121上的膜厚分布的膜厚映射。控制部140也可以基于膜厚映射，追加研磨基板121，或者使下次以后的研磨条件(例如，将基板121按压于研磨台的压力、保持研磨台及基板121的研磨头的转速、向基板121的被研磨面供给的浆料的供给量、基板121的被研磨面的温度等)最佳化。当达成所期望的研磨时，基板121在基板研磨装置100A所具备的清洗腔室(未图示)内被清洗及干燥之后，转移到后工序。后工序例如包括在基板121进一步形成追加的薄膜的工序、将基板121切断成多个芯片的工序等。
图1B是另一实施方式的基板研磨装置100B的概略结构图。基板研磨装置100B是CMP装置，具备两个研磨腔室101A及101B。基板121首先在研磨腔室101A中被研磨。来自设置于研磨腔室101A的膜厚测定器150的信号被发送到控制部140，制作膜厚映射。在研磨腔室101A中的研磨后，基板121被输送到研磨腔室101B。控制部140基于膜厚映射，在研磨腔室101B中追加研磨基板121。
图1C表示又一实施方式的基板研磨装置100C-1及100C-2。第一基板研磨装置100C-1是CMP装置。第二基板研磨装置100C-2可以是CMP装置，也可以是其他种类的研磨装置。基板121首先在CMP装置100C-1的研磨腔室101中被研磨。将来自设置于CMP装置100C-1的研磨腔室101的膜厚测定器150的信号发送到控制部140，制作膜厚映射。此外，控制部140也可以设置于基板研磨装置100C-1、100C-2中的任一个。在CMP装置100C-1中的研磨后，基板121被输送到第二基板研磨装置100C-2。控制部140基于膜厚映射，在第二基板研磨装置100C-2的研磨腔室101中追加研磨基板121。
图2是一实施方式的基板研磨装置100的主视图。图2所示的基板研磨装置100对应于图1A、1B及1C中的基板研磨装置100A、100B、100C-1、100C-2中的任一个。图2的基板研磨装置100是CMP装置。但是，基板研磨装置100不限于CMP装置。基板研磨装置100只要是使设置有涡电流传感器的研磨台旋转来研磨基板的装置即可。
CMP装置100具备研磨台110、研磨头120及液体供给机构130。CMP装置100还具备用于控制各构成要素的控制部140。控制部140例如可以具备存储设备141、处理器142及输入输出装置143。
在研磨台110的上表面以能够装卸的方式安装有研磨垫111。在此，研磨台110的“上表面”是指研磨台110中的与研磨头120相对的面的用语。因此，研磨台110的“上表面”并不限定于“位于铅垂上方向的面”。研磨头120以与研磨台110相对的方式设置。在研磨头120中的与研磨台110相对的面上以能够装卸的方式安装有基板121。液体供给机构130构成为将浆料等研磨液供给到研磨垫111。此外，液体供给机构130也可以构成为除了研磨液以外还供给清洗液或药液等。
CMP装置100能够利用未图示的上下移动机构使研磨头120下降而使基板121与研磨垫111接触。但是，上下移动机构也可以使研磨台110上下移动。研磨台110及研磨头120通过未图示的马达等而旋转。CMP装置100在基板121与研磨垫111接触的状态下使研磨台110及研磨头120双方旋转，由此对基板121进行研磨。
CMP装置100还可以具备分割为多个同心圆状的分区的气囊122。气囊122可以设置于研磨头120。作为追加或替代，气囊122也可以设置于研磨台110。气囊122是用于对基板121的每个区域调整基板121的研磨压力的部件。气囊122构成为体积因导入到内部的空气的压力而变化。此外，虽然是“气”囊这样的名称，但也可以将空气以外的流体、例如氮气、纯水导入气囊122。
在研磨台110的内部设置有涡电流传感器150。具体而言，涡电流传感器150设置于通过研磨中的基板121的中心的位置。涡电流传感器150相当于图1A、1B及1C中的膜厚测定器150。涡电流传感器150在基板121的表面的导电层中感应出涡电流。涡电流传感器150还根据由该涡电流产生的磁场引起的阻抗的变化来检测基板121的表面的导电层的厚度。
在此，涡电流传感器150输出的信号的大小也根据基板121的表面的导电层的厚度以外而变化。作为使涡电流传感器150输出的信号的大小增减的主要原因，例如可以列举在基板121上形成的配线的密度及宽度以及下层配线的有无等。因此，为了高精度地检测基板121上的膜厚，必须考虑使涡电流传感器150输出的信号的大小增减的主要原因。此外，此处的“下层配线”是指不在基板121的表面露出的配线。因此，在图2中，位于铅直下方向的配线成为下层配线。但是，根据基板121的朝向，“下层”配线未必一定位于铅垂下方向。另外，虽然是“配线”这样的名称，但配线的形状不限于线状。
使信号的大小增减的主要原因(如上所述，例如配线的密度及宽度以及下层配线的有无等)能够根据基板121的位置而变化。因此，为了使用涡电流传感器150高精度地检测基板121上的膜厚，必须确定涡电流传感器150测定了基板121的哪个位置。换言之，为了使用涡电流传感器150高精度地检测基板121上的膜厚，必须确定从基板121观察到的涡电流传感器150的轨道。
在此，在完全没有各部件的尺寸误差、组装误差及转速的误差等的情况下(以下，称为“理想状况的情况”)，并且，在研磨台110的转速与研磨头120的转速为规定的组合的情况下，从基板观察到的涡电流传感器150的轨道被限定为几种。作为一例，在研磨台110的转速为70rpm(70min-1)且研磨头120的转速为77rpm(77min-1)的情况下，从基板121观察到的涡电流传感器150的基板121上的轨道如图3所示。图3是从表面观察基板121的图，用箭头标记的实线表示涡电流传感器150的轨道。在该条件下，每当研磨台110旋转1周，涡电流传感器150的轨道旋转36度。换言之，从基板121观察到的涡电流传感器150的轨道的间隔θ为36度。因此，该情况下的轨道的条数为10条(360(度)/36(度/条)＝10(条))。此外，图3中标注的“1”～“10”的符号是表示涡电流传感器150的第一周的轨道～第十周的轨道的符号。
此外，在现实中，CMP装置100不一定处于理想状况。另外，研磨台110的转速及研磨头120的转速未必始终恒定。根据研磨工艺，研磨台110的转速及研磨头120的转速有时也会在基板121的研磨中变更。因此，涡电流传感器150的轨道可以与图3所示的轨道不同。
另外，也可以在研磨台110的内部分散设置多个涡电流传感器150。多个涡电流传感器150在基板121上分别同时描绘不同的轨道。因此，通过同时利用来自这些多个涡电流传感器150的信号，能够缩短按照后述的方法制作膜厚映射所需的时间。
图4是表示一实施方式的基板研磨装置100的概略工作的流程图。
在步骤402中，进行研磨处理。具体而言，将基板121安装于研磨头120，从液体供给机构130供给浆料。在基板121由研磨头120按压于研磨台110的状态下，研磨台110和研磨头120双方旋转，基板121被研磨。在研磨中，基于涡电流传感器150的输出信号，制作“研磨中膜厚映射”。步骤402的研磨处理持续至满足规定的结束条件为止，例如持续至经过用于以期望量研磨作为研磨对象的膜的预先设定的研磨时间为止。若研磨处理结束，则进入到步骤404。
在步骤404中，进行水研磨处理。具体而言，从液体供给机构130供给水或纯水(以下简称为水)来代替浆料。一边从液体供给机构130供给水，一边继续进行研磨台110和研磨头120的旋转。利用水冲洗并去除浆料，对基板121的被研磨面进行清洗。通过除去浆料，在水研磨时，基板121实际上不被研磨，或者研磨速率与步骤402的研磨时相比大幅降低。在水研磨中，基于涡电流传感器150的输出信号，制作“水研磨中膜厚映射”。步骤404的水研磨处理例如持续使浆料充分地冲洗所需的预先设定的时间。若水研磨处理结束，则进入到步骤406。
在步骤406中，基于上述制作的膜厚映射，判定是否需要基板121的再研磨处理。例如，在基板121的整个面或基板121的至少一部分中，判定是否达成了所期望的膜厚或膜厚分布曲线。在没有达到所期望的膜厚或膜厚分布曲线的情况下，判定为需要再研磨处理，进入到步骤408。另一方面，在达成了所期望的膜厚或膜厚分布曲线的情况下，基板研磨装置100的工作结束。此外，在步骤406的实施中，也可以通过继续进行研磨台110和研磨头120的旋转及来自液体供给机构130的水或纯水的供给，来继续水研磨处理。另外，在步骤406的实施中，也可以使研磨头120暂时上升而从研磨台110脱离。
在步骤408中，算出再研磨条件。例如，基于膜厚映射来设定再研磨处理中的研磨的持续时间。另外，也可以基于膜厚映射，控制部140使气囊122的内部压力增减，提高膜厚较厚的区域(即研磨的进度低的区域)的研磨压力，降低膜厚较薄(即研磨的进度高的区域)的研磨压力。通过该控制，能够使基板121的研磨状态均匀化。按照这样算出的再研磨条件，再次实施步骤402的研磨处理。
图5是表示在一实施方式的水研磨处理(即步骤404)期间制作水研磨中膜厚映射的方法的流程图。图6是表示在一实施方式的研磨处理(即步骤402)期间制作研磨中膜厚映射的方法的流程图。首先，参照图5，对制作水研磨中膜厚映射(以下，也简称为膜厚映射)的方法进行说明。
在步骤502中，取得传感器输出映射作为三维数据。所取得的传感器输出映射可以存储于存储设备141。“传感器输出映射”是表示涡电流传感器150的输出信号相对于基板121的被研磨面的整个面的大小的映射。因此，传感器输出映射的数据点二维地位于基板121上。由于在各数据点记录有涡电流传感器150的输出信号，因此传感器输出映射成为三位数据(用于表示位置的二维及用于表示输出信号的大小的一维、共计三维)。
此外，如上所述，涡电流传感器150输出的信号的大小并不是仅由基板121的表面的导电层的厚度决定的，因此应该注意的是，传感器输出映射与表示基板121上的膜厚分布本身的膜厚映射不同。
在后述的步骤504中基板121被研磨之前，使用针对与在步骤504中被研磨的基板121相同种类且不同个体的基板121(以下，称为参照基板)的涡电流传感器150的输出信号而生成传感器输出映射。在此，“相同种类的基板”是指“在其上设置的配线图案至少在设计上相同的基板”。根据在使CMP装置100工作的状态、更具体而言使研磨台110及研磨头120旋转的情况下由涡电流传感器150输出的信号而生成传感器输出映射。
生成传感器输出映射时的、从基板121观察到的涡电流传感器150的轨道的间隔θ优选为能够充分地分辨涡电流传感器150的输出信号的凹凸的间隔。例如，优选的是，生成传感器输出映射时的研磨台110及研磨头120的转速被设定为，从基板121观察到的涡电流传感器150的轨道的间隔θ为10度以下。例如在从基板121观察到的涡电流传感器150的轨道的间隔θ正好为2度的情况下，轨道的条数为180条(360(度)/2(度/条)＝180(条))。涡电流传感器150通过基板121上的多个轨道，由此对基板121的大致整个面输出涡电流传感器150的信号。能够根据关于基板121的大致整个面的输出信号，生成并取得传感器输出映射。作为其他的设定，例如也可以将研磨台110的转速设为60rpm，将研磨头120的转速设为61rpm。在该情况下，θ约为6度。另外，已知在研磨基板121的过程中，基板121能够在研磨头120的内部或研磨头120的上方旋转。在可能发生该基板121的旋转现象的情况下，也可以在计算θ时考虑基板121的旋转现象。例如，也可以根据(研磨头120的转速)×(研磨头120的内径)/(基板121的外径)这样的式子来算出基板121的转速。另外，在生成及取得传感器输出映射时，也可以使用研磨台110及涡电流传感器150的转速的多个组合。
这样，传感器输出映射优选具有能够充分地分辨涡电流传感器150的输出信号的凹凸的分辨率(数据点数)。例如，根据基板121的大小及基板121上的配线的形状等，传感器输出映射的数据点数优选为100点×100点以上。更优选为1000点×1000点以上。但是，传感器输出映射的数据点也可以不是xy坐标而是由rθ坐标等其他坐标来表示。
为了生成传感器输出映射，需要使涡电流传感器150通过多个轨道。为了使涡电流传感器150通过多个轨道，研磨台110需要旋转多周。例如在θ正好为2度的情况下，研磨台110需要至少旋转180度。在研磨垫111存在研磨剂的情况下，在研磨台110旋转多周的期间基板121的研磨会进行。若在取得传感器输出映射时基板121的研磨在进行，则无法取得正确的传感器输出映射。因此，传感器输出映射的取得优选在基板121实际上不被研磨的条件下执行。
为了使基板121实际上不被研磨，需要除去研磨垫111上的研磨剂，将研磨垫111保持为清洁的状态。为了除去研磨垫111上的研磨剂而将研磨垫111保持为清洁的状态，在取得传感器输出映射的过程中，也可以从液体供给机构130向研磨垫111供给水(纯水)。在使用清洁的研磨垫111的情况下，且在研磨垫111自身不具有研磨能力的情况下，基板121实际上未被研磨。此外，严格来说，基板121与研磨垫111接触，因此即使在使用清洁的研磨垫111的情况下，也有可能发生基板121的研磨(磨损)。但是，认为清洁环境下的基板121的研磨量应少到能够忽略。
在研磨垫111中埋入有磨粒等研磨垫111自身具有研磨能力的情况下，即使将研磨垫111保持为清洁，也能够研磨基板121。在该情况下，可以在将安装于研磨台110的研磨垫111拆下并将不具有研磨能力的研磨垫111安装于研磨台110后，取得传感器输出映射。研磨垫111也可以在取得传感器输出映射后进一步更换(返回到原来的状态)。
图7表示通过上述说明的方法取得的传感器输出映射的一例700。如图7所示，传感器输出映射700具有周期性的凹凸。这是因为在传感器输出映射700的生成时所使用的基板121上形成有周期性图案。
在所取得的传感器输出映射(例如传感器输出映射700)所描绘的任意形状的线上，能够将涡电流传感器150所输出的信号的值(或涡电流传感器150应输出的信号的值)进行分布曲线化。即，能够根据所取得的传感器输出映射，算出任意的轨道上的分布曲线。
在步骤504中，在基板121被研磨的期间，取得研磨中信号的分布曲线作为二维数据。更详细而言，步骤504分为一边使安装有基板121的研磨头120和研磨台110旋转一边将基板121按压于研磨台110来研磨基板121的阶段、以及取得研磨中信号的分布曲线作为二维数据的阶段。在此，“研磨中信号”是指在通过研磨台110和研磨头120的旋转来研磨基板121的期间由涡电流传感器150输出的信号。在此，“分布曲线”是指绘制某一轨道上的涡电流传感器150的输出信号的大小的二维数据(用于表示轨道上的位置的一维及表示输出信号的大小的一维、合计二维)。在步骤502中取得传感器输出映射后，控制部140一边使CMP装置100工作来研磨基板121一边取得从涡电流传感器150输出的信号(研磨中信号)。研磨中信号的分布曲线优选具有能够充分地分辨涡电流传感器150的输出信号的凹凸的数据点数。虽然也取决于轨道的长度及基板121上的配线的形状等，但一个分布曲线上的数据点优选为10点以上。更优选的是，一个分布曲线上的数据点为100点以上。
在步骤506中，从传感器输出映射中提取具有与涡电流传感器150的研磨中信号的分布曲线最类似的分布曲线的轨道。另外，在步骤508中，将所述提取出的轨道确定为从基板121观察到的涡电流传感器150的轨道。控制部140从存储设备141等读取传感器输出映射，从传感器输出映射提取具有与涡电流传感器150的研磨中信号的分布曲线最类似的分布曲线的轨道。认为只要基板121的研磨不过度进行，即使基板121的研磨进展，从同一轨道得到的涡电流传感器150的信号也类似。因此，能够将提取出的轨道确定为从基板121观察到的涡电流传感器150的轨道。
涡电流传感器150的信号至少部分地依赖于基板121的表面的导电层的厚度。因此，涡电流传感器150的研磨中信号根据基板121的研磨的进展情况而增减。因此，取得传感器输出映射时的涡电流传感器150的信号的大小与涡电流传感器150的研磨中信号的大小有可能存在差异。因此，在步骤506中，也可以将取得传感器输出映射时的涡电流传感器150的信号的大小和取得研磨中信号时的涡电流传感器150的信号的大小这两者标准化。通过标准化，能够使用从传感器输出映射切出的分布曲线和研磨中信号的分布曲线的单纯的加法或减法。例如，通过取得涡电流传感器150的传感器输出映射的某轨道上的分布曲线与涡电流传感器150的研磨中信号的分布曲线的差分的总和，能够判断两分布曲线的类似度。例如，在差分的总和最少的情况下，判断为两个分布曲线最类似。作为其他方法，例如也可以通过对传感器输出映射的某轨道上的分布曲线的峰值形状、峰值位置或者峰值大小中的至少一个与涡电流传感器150的研磨中信号的分布曲线的峰值形状、峰值位置或峰值大小中的至少一个进行比较，从而判断类似度。此外，也可以使用用于判断分布曲线的类似度的公知的任意方法。
关于步骤506及步骤508，以传感器输出映射700为例进行进一步说明。作为例子，从图8的传感器输出映射700切出轨道A-A’、轨道B-B’以及轨道C-C’上的分布曲线。如后所述，各轨道间(各分布曲线间)的角度间隔θ可以为0.1度以下，所切出的分布曲线的条数可以为4条以上。而且，如后所述，各轨道的形状可以是曲线状。需要注意的是，图8所示的各轨道只不过是用于说明的例示。另外，在步骤504中，得到如图9所示的研磨中信号的分布曲线900。
控制部140取得传感器输出映射700的各轨道上的分布曲线。在该例子中，如图8所示，轨道为三个。因此，在该例子中，如图10所示，取得三个传感器输出映射700的分布曲线(分布曲线A-A’、分布曲线B-B’以及分布曲线C-C’。此外，“分布曲线X-X’”是指“传感器输出映射700的轨道X-X’上的分布曲线”)。此外，图10的分布曲线并不是严格地再现图8的传感器输出映射700的分布曲线。图8和图10的不同点仅是为了便于说明而产生的。
控制部140使用用于类似度比较的任意方法，提取具有与研磨中信号的分布曲线900最类似的分布曲线的轨道。例如，控制部140在对研磨中信号的分布曲线900及分布曲线A-A’、分布曲线B-B’及分布曲线C-C’进行标准化之后，根据平均平方误差的大小来算出和/或判定类似度。在该例子中，设为分布曲线C-C’算出为与研磨中信号的分布曲线900最类似。控制部140将提取出的轨道C-C’确定为从基板121观察到的涡电流传感器150的轨道。
在对分布曲线的类似度进行比较时，优选的是，从传感器输出映射切出的分布曲线间的间隔尽可能小。在一实施方式中，分布曲线以从基板121观察到的涡电流传感器150的轨道的间隔θ成为0.1度以下的方式从传感器输出映射切出。因此，在不考虑后述的配线图案的对称性的情况下，将3600条(360(度)/0.1(度)＝3600(无量纲数))的分布曲线与涡电流传感器150的研磨中信号的分布曲线进行比较。
在基板121上的配线图案旋转对称的情况下，对称的轨道上的分布曲线实际上成为相同值。因此，在配线图案旋转对称的情况下，也可以根据对称性而减少比较的分布曲线的个数。例如在配线图案旋转对称2次的情况下，从传感器输出映射切出分布曲线的范围可以是180度的范围。同样地，如果旋转对称3次，则可以是120度的范围，如果旋转对称4次，则可以是90度的范围，如果旋转对称n次，则可以是360/n度的范围。
此外，从传感器输出映射切出分布曲线时的分布曲线间的间隔与取得传感器输出映射时的涡电流传感器150的轨道的间隔θ也可以不同。无论取得传感器输出映射时的涡电流传感器150的轨道如何，都能够从传感器输出映射切出任意轨道上的分布曲线。
另外，从传感器输出映射提取的轨道可以是曲线状。如图3所示，涡电流传感器150的实际的轨道能够成为曲线状。所提取的轨道的形状(曲率等)可以根据研磨台110及研磨头120的形状、位置关系及转速等来算出。
若如上述那样确定涡电流传感器150的轨道，则接着在步骤510中，决定该确定的轨道上的各点的膜厚。涡电流传感器150的轨道上的各点的膜厚t(x，y)例如能够基于基板121上的位置(x，y)处的初始膜厚ti(x，y)、终点膜厚tf(x，y)以及研磨进度α(x，y)，按照下式来决定。
t(x，y)＝ti(x，y)-{ti(x，y)-tf(x，y)}×α(x，y)
初始膜厚ti(x，y)表示研磨基板121前的初始状态(此外，在基板121，在初始状态下，也可能存在由形成于基板121上的配线等形成的膜厚的面内分布)的膜厚。终点膜厚tf(x，y)表示将基板121研磨至成为目标膜厚及膜厚分布后的状态下的膜厚。初始膜厚ti(x，y)及终点膜厚tf(x，y)例如可以分别作为初始膜厚映射、终点膜厚映射而存储于存储设备141。与上述的传感器输出映射同样地，初始膜厚映射及终点膜厚映射可以在步骤504中基板121被研磨之前，通过针对与在步骤504中被研磨的基板121相同种类且不同个体的基板121即参照基板的膜厚测定而生成。用于生成初始膜厚映射及终点膜厚映射的膜厚测定例如优选使用光学式的膜厚测定器。通过使用光学式的膜厚测定器，能够以比较高的空间分辨率得到基板121上的各点的初始膜厚及终点膜厚。
研磨进度α(x，y)是表示基板121(在步骤504中实际被研磨的基板121)的研磨进展了何种程度的指标。例如，研磨进度α(x，y)可以定义为，在研磨基板121前的初始状态下取值0(零)，在通过研磨而达到目标膜厚的研磨结束状态下取值1，在初始状态与研磨结束状态之间的状态下取0与1之间的值即随着接近研磨结束状态而增大的值。研磨进度α(x，y)能够基于在步骤504中取得的研磨中信号来算出。
图17是表示基于研磨中信号来算出研磨进度α(x，y)的方法的一例的图。图17的横轴表示基板121上的位置(例如，在步骤508中确定的涡电流传感器150的轨道上的位置)，纵轴表示涡电流传感器150的输出信号的大小。在图17中表示在步骤504中基板121被研磨的期间取得的研磨中信号1704。在图17中还表示了从与初始状态对应的基板121(与在步骤504中研磨的基板121相同种类且不同个体的基板121即参照基板)得到的涡电流传感器150的输出信号1702、和从与研磨结束状态对应的基板121(与在步骤504中研磨的基板121相同种类且不同个体的基板121即参照基板以与步骤504相同的研磨条件研磨至目标膜厚而得到的基板)得到的涡电流传感器150的输出信号1706。此外，初始状态的输出信号1702和研磨结束状态的输出信号1706可以预先作为传感器输出映射而存储于存储设备141。
参照图17，例如，在基板121上的位置(x，y)，研磨中信号1704具有值V，初始状态的输出信号1702具有值Vi，研磨结束状态的输出信号1706具有值Vf。此时，基板121上的位置(x，y)处的研磨进度例如能够如下算出。
α(x，y)＝(Vi-V)/(Vi-Vf)
图18是表示基于研磨中信号算出研磨进度α(x，y)的方法的另一例的图。图18的横轴及纵轴与图17相同。但是，图18的横轴将图17的横轴放大而绘制。图18表示代表图17中的研磨中信号1704、初始状态的输出信号1702、以及研磨结束状态的输出信号1706的一个信号1802(即，图18的信号1802与信号1702、1704及1706中的任意一个对应)。
在图18中，设定包含基板121上的位置(x，y)的规定范围的区域Z。例如，区域Z可以是在步骤508中确定的涡电流传感器150所在的一个轨道上的局部区域。在该区域Z中，计算由表示信号1802的曲线和横轴包围的部分的面积。例如，对于研磨中信号1704计算出的该部分的面积为S，对于初始状态的输出信号1702计算出的该部分的面积为Si，对于研磨结束状态的输出信号1706计算出的该部分的面积为Sf。此时，基板121上的位置(x，y)处的研磨进度例如能够如下算出。
α(x，y)＝(Si-S)/(Si-Sf)
在上述方法中，基于在区域Z中表示信号1802的曲线的下方的部分的面积的比例计算来算出研磨进度α(x，y)，但作为又一方法，也可以基于区域Z中的信号1802的峰值的比例计算来算出研磨进度α(x，y)。
接着，在步骤512中，通过将在上述的步骤510中决定的某轨道上的各点的膜厚的数据与已经算出的一个或多个其他轨道上的各点的膜厚的数据结合，从而制作或更新膜厚映射。然后，在下一步骤514中，判定是否满足规定的研磨结束条件(例如，是否进行了预先设定的研磨时间的研磨，或者基板121的规定的区域或每个区域的膜厚的平均值是否处于规定的范围等)，如果还未满足该规定的研磨结束条件，则再次重复从步骤504开始的处理。
为了具体说明步骤512的处理，为了方便，再次参照图3。在图3中，从轨道1描绘有轨道10的10条轨道。例如，在某个时间点之前，已经从步骤504反复进行2次步骤512的处理，其结果是，算出轨道1和轨道2的两个轨道上的各点的膜厚的数据，将它们存储于存储设备141。这些膜厚的数据形成基板121整体中的与上述两个轨道对应的部分区域的膜厚映射。并且，通过步骤510的第三次的执行，得到轨道3上的各点的膜厚的数据。控制部140在步骤512中，在与轨道1和轨道2对应的部分区域的膜厚映射中附加轨道3上的各点的膜厚的数据，将其结果作为新的膜厚映射存储于存储设备141。新的膜厚映射包括轨道1、轨道2及轨道3的三个轨道上的各点的膜厚的数据。这样，通过反复进行多次从步骤504到步骤512的处理，以膜厚映射网罗基板121的更大的区域或基板121的整体的方式进行扩充/更新。
当在步骤514的判定中满足规定的研磨结束条件时，接着在步骤516中，进行针对如上述那样制作的膜厚映射的平均化处理和插补处理。图11是用于说明膜厚映射的平均化处理的图。如上所述，基板121在后工序中被切断而单片化为芯片(即裸芯片)。在基板121上配置有被划分化的多个裸芯片区域1102。虽然也取决于裸芯片区域1102的形状、大小，但在一个裸芯片区域1102中，可能存在膜厚映射中的多个点1104。膜厚映射中的各点1104具有与基板121上的该点对应的位置处的、在上述的步骤510中算出的膜厚的数据。此外，各点1104的膜厚的数据也可以根据该点1104中的已知的配线图案等进行校正。控制部140通过对存在于各裸芯片区域1102内的多个点1104处的膜厚的数据进行平均，算出该裸芯片区域1102的膜厚的代表值，使用这样算出的各裸芯片区域1102的膜厚的代表值，制作平均化膜厚映射。图12表示平均化膜厚映射的一例1200。如从图12看到的那样，平均化膜厚映射1200以按照每个裸芯片区域1102具有恒定的膜厚的方式表现。
图13是用于说明步骤516中的膜厚映射的插补处理的图。如上所述，在涡电流传感器150的轨道上的各点算出膜厚，根据这些各点的膜厚的数据构成膜厚映射。因此，对于涡电流传感器150的轨道未通过的基板121上的区域，在膜厚映射中不存在膜厚的数据。步骤516的插补处理是使用膜厚映射所保持的数据对这样的数据进行插补的处理。
在此，假设CMP装置100的多个气囊122相对于基板121以同心圆状设置。在该情况下，基板121的研磨压力在各同心圆内成为恒定，因此期待研磨后的基板121遍及同心圆的周向地成为同样的研磨状态。因此，在步骤516的插补处理中，通过增大周向上的插补的相关强度，能够高精度地进行插补。
例如，如图13所示，设为接近某个裸芯片区域1102-1而存在四个裸芯片区域1102-2、1102-3、1102-4及1102-5。裸芯片区域1102-2及1102-3相对于裸芯片区域1102-1在基板121的周向上接近，裸芯片区域1102-4及1102-5相对于裸芯片区域1102-1在基板121的半径方向上接近。裸芯片区域1102-1不具有膜厚的数据。另一方面，裸芯片区域1102-2、1102-3、1102-4及1102-5具有膜厚的数据，将各自的膜厚值(即，将各裸芯片区域内的多个点中的膜厚平均后的上述代表值)分别设为T2、T3、T4、T5。
控制部140通过对接近裸芯片区域1102-1的四个裸芯片区域的膜厚值T2、T3、T4以及T5进行插补，算出裸芯片区域1102-1的平均膜厚T1。如上所述，为了增大基板121的周向上的插补的相关强度，例如能够使用以下的插补式。其中，u＞v、u+v＝1/2，比u/v表示基板121的周方向相对于基板121的半径方向以u/v倍的相关性进行插补。
T1＝u(T2+T3)+v(T4+T5)
如以上那样，按照图5的流程图执行各步骤，由此完成水研磨处理中的膜厚映射。
接着，参照图6的流程图，对在研磨处理(即图4的流程图中的步骤402)期间制作研磨中膜厚映射的方法进行说明。以下，研磨中膜厚映射仅记载为膜厚映射。在图6的流程图中，步骤622及624以外的步骤与图5的流程图中的各步骤相同。
如前所述，在水研磨处理中，研磨速率极低，因此实际上基板121的研磨几乎不进行。因此，在水研磨处理中制作膜厚映射的情况下，如关于图5的步骤512所说明的那样，能够通过将已经算出的膜厚映射(例如与轨道1和轨道2对应的部分的膜厚映射)与新的轨道(例如轨道3)的膜厚的数据直接结合来更新膜厚映射。但是，在图4的步骤402中的研磨处理中，由于以与水研磨时相比格外大的研磨速率对基板121进行研磨，因此若单纯地结合已经算出的膜厚映射和新的轨道的膜厚的数据，则将研磨进行一定量进行后的膜厚的数据与研磨进行前的膜厚映射结合，无法得到准确的膜厚映射。为了避免这样的情况，在研磨处理中制作膜厚映射的图6的流程图的方法追加进行步骤622及624的处理。
在步骤622中，基于与多个轨道对应的膜厚的数据来算出基板121的研磨速率。图14是表示研磨速率的算出方法的一例的图。在图14中表示了轨道1至轨道6(例如，参照已出现的图3)的膜厚分布。假设首先取得轨道1的膜厚数据，然后依次取得轨道2、3、4、5、6的各膜厚数据。由于在取得轨道1至轨道6的膜厚数据的期间基板121的研磨逐渐进行，因此各轨道的平均膜厚按照轨道1、2、3、4、5、6的顺序变薄。在取得相邻的两个轨道(例如轨道1和轨道2)的膜厚数据的期间，研磨台110旋转1周。
控制部140首先算出包括最新的轨道6的连续的三个轨道(即轨道4、5及6)的平均膜厚分布1402、以及之前的连续的三个轨道(即轨道1、2及3)的平均膜厚分布1404。接着，控制部140取得两个平均膜厚分布1402及1404的差分，将其除以两者之间的研磨台110的转速(在本例中为旋转3周)，由此算出研磨台110旋转1周的期间的研磨量(即研磨速率)的分布1406。此外，图14所示的三个曲线图的横轴表示基板121的半径方向的位置。通过根据三个轨道的平均膜厚分布算出研磨速率，能够高精度地求出研磨速率。当然，也可以根据两个或四个以上的轨道的平均膜厚分布来算出研磨速率。另外，也可以不使用平均膜厚分布，而是根据某一个轨道的膜厚分布与其他一个轨道的膜厚分布的差来算出研磨速率。
接着，在步骤624中，使用在上述步骤622中求出的基板121的研磨速率，修正已经算出的各轨道上的膜厚数据(即，到该时间点为止所生成的膜厚映射)。然后，在上述步骤512中，将该修正后的膜厚数据(或膜厚映射)与在步骤510中决定的某轨道的膜厚数据结合。
例如，在某一时刻，得到与基板121的整个面对应的膜厚映射。控制部140在步骤624中从该膜厚映射中减去在步骤622中求出的研磨速率的分布1406所示的研磨量。研磨速率的分布1406为基板121的半径方向的分布，因此从膜厚映射减去的量在基板121的周向上为相同量。也就是说，从膜厚映射的减去呈同心圆状地进行。进行减去后的膜厚映射是反映了从取得了减去前的膜厚映射的时刻起到当前时刻为止基板121的研磨已进行这一情况的修正后的膜厚映射。因此，通过在下一步骤512中将该修正后的膜厚映射和在当前的步骤510中算出的轨道的膜厚数据结合，能够准确地更新膜厚映射。
此外，这样考虑基板121的研磨速率而更新的膜厚映射与前述的水研磨的情况同样地，在步骤516中进行平均化及插补处理，由此，能够得到对每个裸芯片区域1102具有平均膜厚的平均化膜厚映射(例如图12所示那样的平均化膜厚映射1200)。
如以上那样，按照图6的流程图执行各步骤，由此完成研磨处理中的膜厚映射。
图15是另一实施方式的基板研磨装置100的主视图。本实施方式的基板研磨装置100除了图2所示的结构以外还具备光学传感器1500。如图所示，光学传感器1500设置于研磨台110。光学传感器1500只要是能够测定基板121的位置即可，可以设置在研磨台110的任意的位置。
光学传感器1500将照射光照射到基板121的被研磨面，测定由基板121的被研磨面反射的反射光的光学特性。光学传感器1500例如测定基板121的光学光谱。如上所述，基板121的被研磨面被划分为多个裸芯片区域1102。各裸芯片区域1102分别具有固有的膜构造及配线图案，因此，从各裸芯片区域1102的各部位反射的光分别具有特征性的光谱。因此，通过使用由光学传感器1500测定的来自基板121的光学光谱，能够与前述的图5及图6的流程图所示的方法同样地制作基板121的研磨中及水研磨中的膜厚映射。
在图15的实施方式中，基板研磨装置100具备涡电流传感器150和光学传感器1500这双方。因此，基板研磨装置100能够制作基于来自涡电流传感器150的信号的基板121的膜厚映射和基于来自光学传感器1500的信号的基板121的膜厚映射这双方。如上所述，涡电流传感器150检测由于在基板121的表面的导电层中感应涡电流而产生的阻抗变化。因此，基于来自涡电流传感器150的信号制作的膜厚映射表示基板121上的导电层、即金属层的厚度的分布。另一方面，基于来自光学传感器1500的信号而生成的膜厚映射表示基板121上的氧化膜的厚度的分布。
图16表示通过利用涡电流传感器150而得到的膜厚映射的一例1620和通过利用光学传感器1500而得到的膜厚映射的一例1640。在各膜厚映射1620、1640中，针对每个裸芯片区域1102对膜厚进行平均化。基于该两个膜厚映射1620、1640，例如能够通过从涡电流传感器150的膜厚映射1620中按每个裸芯片区域1102减去光学传感器1500的膜厚映射1640，制作表示基板121上的凹陷量的分布的凹陷映射1660。也可以基于凹陷映射1660，判定是否实现了所期望的凹陷量，在未达到所期望的凹陷量的情况下，进行再研磨处理。另外，也可以基于凹陷映射1660，使下次以后的研磨条件(例如，将基板121按压于研磨台的压力、保持研磨台及基板121的研磨头的转速、向基板121的被研磨面供给的浆料的供给量、基板121的被研磨面的温度等)最佳化。
基板研磨装置100的控制部140也可以基于如上述那样制作出的膜厚映射或凹陷映射来决定前工序的处理条件，或者决定后工序的处理条件，或者进行用于成品率管理等质量管理的数据处理。
以上，对几个本发明的实施方式进行了说明。但是，上述的实施方式是为了容易理解本发明的实施方式，并不限定本发明。本发明能够在不脱离其主旨的情况下进行变更、改良，并且在本发明中当然包含其等价物。另外，在能够解决上述课题的至少一部分的范围、或者起到效果的至少一部分的范围内，能够进行权利要求书及说明书所记载的各构成要素的任意的组合、或者省略。

Claims (17)

1.一种基板研磨装置，具备：研磨台，该研磨台构成为能够旋转，且设置有输出与膜厚相关的信号的传感器；研磨头，该研磨头与所述研磨台相对并构成为能够旋转，且能够在与所述研磨台相对的面安装基板；以及控制部，该基板研磨装置的特征在于，
所述控制部在所述传感器在所述基板的被研磨面上通过时从所述传感器取得信号，
所述控制部基于所述信号的分布曲线来确定所述传感器相对于所述基板的轨道，
所述控制部基于所述信号来计算所述轨道上的各点处的所述基板的膜厚，
所述控制部基于针对所述传感器的多个轨道而计算出的各点的膜厚来制作膜厚映射。
2.根据权利要求1所述的基板研磨装置，其特征在于，
所述传感器是一个以上的涡电流传感器。
3.根据权利要求1所述的基板研磨装置，其特征在于，
所述传感器是一个以上的光学传感器。
4.根据权利要求1所述的基板研磨装置，其特征在于，
所述传感器是一个以上的涡电流传感器和一个以上的光学传感器。
5.根据权利要求1所述的基板研磨装置，其特征在于，
在研磨所述基板后的水研磨中，所述控制部从所述传感器取得所述信号。
6.根据权利要求1所述的基板研磨装置，其特征在于，
在所述基板的研磨中，所述控制部从所述传感器取得所述信号。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的基板研磨装置，其特征在于，
所述控制部还在与所述传感器的第一轨道对应的第一步骤中，计算所述基板的研磨速率分布曲线，
所述控制部基于所述研磨速率分布曲线，计算从第二步骤到所述第一步骤为止的所述基板的研磨量，该第二步骤与所述传感器的第二轨道对应且在所述第一步骤之前，
所述控制部从所述第二步骤中的所述膜厚映射减去所述研磨量，在减去后的膜厚映射中追加所述第一步骤中的所述第一轨道的膜厚的数据，由此更新所述膜厚映射。
8.根据权利要求4所述的基板研磨装置，其特征在于，
所述控制部还基于使用来自所述涡电流传感器的信号制作出的第一膜厚映射和使用来自所述光学传感器的信号制作出的所述第二膜厚映射的比较，制作表示所述基板的凹陷量的分布的凹陷映射。
9.根据权利要求1所述的基板研磨装置，其特征在于，
所述控制部还基于所述膜厚映射，判定是否达成了所期望的膜厚或所期望的膜厚分布曲线，
在未达到所述所期望的膜厚或所述所期望的膜厚分布曲线的情况下，所述控制部进行控制，以使用所述研磨台及所述研磨头、或者所述基板研磨装置所具备的第二研磨台及第二研磨头、或者与所述基板研磨装置不同的其他基板研磨装置所具备的第三研磨台及第三研磨头来对所述基板进行再研磨。
10.根据权利要求8所述的基板研磨装置，其特征在于，
所述控制部还基于所述凹陷映射，判定是否达成了所期望的凹陷量，
在未达到所述所期望的凹陷量的情况下，所述控制部进行控制，以使用所述研磨台及所述研磨头、或者所述基板研磨装置所具备的第二研磨台及第二研磨头、或者与所述基板研磨装置不同的其他基板研磨装置所具备的第三研磨台及第三研磨头来对所述基板进行再研磨。
11.根据权利要求8所述的基板研磨装置，其特征在于，
所述控制部还基于所述膜厚映射或所述凹陷映射，决定前工序的处理条件，或者决定后工序的处理条件，或者进行用于质量管理的数据处理。
12.根据权利要求8所述的基板研磨装置，其特征在于，
所述控制部还基于所述膜厚映射或所述凹陷映射来使研磨条件最佳化。
13.根据权利要求1所述的基板研磨装置，其特征在于，
还具备能够调整所述基板的研磨压力的气囊，
所述控制部还基于所述膜厚映射来控制所述气囊的内部压力。
14.一种基板研磨装置，具备：研磨台，该研磨台构成为能够旋转，且设置有涡电流传感器；研磨头，该研磨头与所述研磨台相对并构成为能够旋转，且能够在与所述研磨台相对的面安装基板；以及控制部，该基板研磨装置的特征在于，
所述控制部在所述涡电流传感器在所述基板的被研磨面上通过时从所述涡电流传感器取得信号，
所述控制部基于所述信号计算所述基板的研磨进度，
所述控制部基于所述研磨进度和参照基板的初始膜厚及终点膜厚，计算所述基板的各点处的膜厚。
15.根据权利要求14所述的基板研磨装置，其特征在于，
所述控制部基于在所述基板的研磨中取得的来自所述涡电流传感器的信号、针对初始状态的参照基板的来自所述涡电流传感器的信号、以及针对研磨结束状态的参照基板的来自所述涡电流传感器的信号的比较，计算所述研磨进度。
16.一种膜厚映射制作方法，是制作基板研磨装置中的基板的膜厚映射的方法，该基板研磨装置具备：研磨台，该研磨台构成为能够旋转，且设置有输出与膜厚相关的信号的传感器；以及研磨头，该研磨头与所述研磨台相对并构成为能够旋转，且能够在与所述研磨台相对的面安装所述基板，该膜厚映射制作方法的特征在于，包括如下步骤：
在所述传感器在所述基板的被研磨面上通过时，从所述传感器取得信号的步骤；
基于所述信号的分布曲线来确定所述传感器相对于所述基板的轨道的步骤；
基于所述信号来计算所述轨道上各点处的所述基板的膜厚的步骤；以及
基于针对所述传感器的多个轨道而计算出的各点的膜厚来制作膜厚映射的步骤。
17.一种研磨方法，是基板研磨装置中的基板的研磨方法，该基板研磨装置具备：研磨台，该研磨台构成为能够旋转，且设置有输出与膜厚相关的信号的传感器；以及研磨头，该研磨头与所述研磨台相对并构成为能够旋转，且能够在与所述研磨台相对的面安装所述基板，该研磨方法的特征在于，包括如下步骤：
使所述研磨台旋转的步骤；
使保持有所述基板的所述研磨头旋转的步骤；
将所述基板按压于所述研磨台而对所述基板进行研磨的步骤；
在所述传感器在所述基板的被研磨面上通过时，从所述传感器取得信号的步骤；
基于所述信号的分布曲线来确定所述传感器相对于所述基板的轨道的步骤；
基于所述信号来计算所述轨道上的各点处的所述基板的膜厚的步骤；以及
基于针对所述传感器的多个轨道而计算出的各点的膜厚来制作膜厚映射的步骤。
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