[发明专利]晶片研磨系统

说明书

本发明涉及借助于利用了多重波长光的相位差检测的晶片研磨系统，在位于研磨头的邻接的第一压力腔与第二压力腔下侧的第一基准位置和第二基准位置，接收光干涉信号，在位于第一基准位置与第二基准位置之间的连接位置也接收光干涉信号，合算邻接的位置之间的相位差，获得在第一基准位置与第二基准位置的晶片研磨层厚度偏差信息，从而即使在研磨工序中不算出晶片研磨层的厚度，也能够在研磨结束时间点均匀地控制晶片研磨层的厚度分布。

技术领域

本发明涉及借助于相位差检测的晶片研磨系统，详细而言，涉及一种在研磨工序中，即使没有完全算出研磨层的厚度，也通过控制光干涉信号的相位差(phasedifference)来实时准确地调节研磨层的厚度的晶片研磨系统。

背景技术

化学机械式研磨(CMP)装置是，为了在半导体元件制造过程中实现用于消除由在反复执行掩蔽、蚀刻及布线工序等的同时生成的晶片表面凸凹引起的晶胞区与周边电路区之间的高度差的广域平坦化，并且改善因电路形成用触点/布线膜的分离及高集成器件化而导致的晶片表面粗糙度等，而用于对晶片的表面进行精密研磨加工的装置。

在这种CMP装置中，承载头在研磨工序前后，以晶片的研磨面与研磨垫相向的状态，对所述晶片加压，以进行研磨工序，同时，一旦研磨工序结束，则将晶片直接或间接地真空吸附后，以把持的状态，移动到下一个工序。

图1a是化学机械式研磨装置1的概略图。如图1所示，化学机械式研磨装置1在旋转11d的研磨盘10的研磨垫11上通过承载头20对晶片W加压并实现研磨，同时，浆料从浆料供应部(图上未示出)供应至研磨垫11上并进行湿式研磨。而且，在此过程中，在调节器40进行旋转40d运动和回旋运动的同时，调节盘对研磨垫11进行表面改性，通过研磨垫11的细微槽，将浆料供应给晶片W。

另一方面，随着半导体元件的集成化，需要精密研磨晶片W的研磨层的厚度。为此，以往正如在大韩民国授权专利公报第10-542474号中所公开的，试图以如下方式检测研磨层厚度：在进行研磨工序的过程(S10)中，从发光部向晶片的研磨面照射光(S20)，光接收部接收从研磨层反射的反射光(S30)，追踪被接收的反射光的光干涉信号，间接地掌握研磨层的厚度变化(S40)。在图1a中，发光部和光接收部均标为附图标记“50”，既可以配置于贯通研磨垫和研磨盘的贯通孔，也可以配置于研磨盘上。

但是，在通过CVD工序等沉积于晶片W的透光性研磨层(例如，氧化物层)的厚度为通常的厚度(例如，程度)的情况下，通过观察从研磨面反射的干涉光的个数或变化趋势，可以掌握研磨结束时间点，但在沉积于晶片W的氧化物层的厚度为非正常的过厚的厚度(例如，至)的情况下，很难通过以上方式来掌握研磨层的厚度，也难以准确检测研磨结束时间点。

更具体而言，从晶片W的氧化物层反射的干涉光如图1b及图1c所示，以按各个波长上下移动的方式变化，随着氧化物层的厚度因氧化物层的研磨而变薄，各波长的波形间隔缩小。而且，光谱特定波长(例如，500nm的波长；λ1)相对于时间轴(sec)的波形如图1d所示。因此，在沉积于晶片W的氧化物层的厚度为通常厚度的情况下，例如可以预先确认氧化物层的厚度在第二个上侧峰值点A2达到目标厚度(大致)，使研磨在氧化物层的目标厚度下结束。

但是，在沉积于晶片W的氧化物层的厚度比通常厚度更厚的情况下(大致)，即使研磨晶片W直至达到预定的第二个上侧峰值点A2，晶片W的氧化物层的厚度也无法达到目标厚度。即，通常，在氧化物层的厚度更厚的情况下，尽管需要进行研磨，直至达到时间上超过预定次数的上侧峰值点A2的上侧峰值点A3，但是，以干涉波的峰值是否达到既定次数为基础来检测研磨结束时间点，只会按照沉积于晶片W的初期氧化物层厚度偏差带来误差。