本公开内容涉及化学机械抛光的原位监测。
背景技术：
典型地通过在硅晶片上依序沉积导电层、半导体层或绝缘层而在基板上形成集成电路。一个制造步骤涉及在非平面表面上沉积填料层及平坦化该填料层。针对某些应用，平坦化填料层直至暴露出图案化层的顶部表面。导电填料层例如可沉积于图案化绝缘层上以填充绝缘层中的沟槽或孔。平坦化之后，绝缘层的突出图案之间保留的金属层的部分形成通孔、插塞和线以提供基板上的薄膜电路之间的传导路径。针对其他应用，例如氧化物抛光，平坦化填料层直至在非平面表面上留下预定厚度。此外，基板表面的平坦化通常需要光刻。
化学机械抛光(cmp)为一个被接受的平坦化方法。此平坦化方法典型地需要基板被装设于承载头或抛光头上。典型地放置基板的暴露表面以抵着旋转抛光垫。承载头在基板上提供可控制负载以推动基板抵着抛光垫。典型地将研磨抛光浆料供应至抛光垫表面。
cmp中的一个问题是：确定抛光工艺是否完成，即，基板层是否平坦化至所需平坦度或厚度，或何时已移除所需量的材料。浆料分布、抛光垫条件、抛光垫与基板之间的相对速度、及基板上的负载的变化可造成材料移除率的变化。这些变化以及基板层的初始厚度的变化造成达到抛光终点所需要的时间的变化。因此，抛光终点通常不能仅确定为抛光时间的函数。
在一些系统中，在抛光期间原位监测基板，例如，通过监测马达旋转平台(platen)或承载头所需的扭矩。还提出抛光的声音监测。然而，现存的监测技术无法满足半导体装置制造商日益增高的要求。
技术实现要素：
如上述，提出化学机械抛光的声音监测。通过同时提供传感器和抛光垫可相对于平台移动的部分，传感器可提取选择性地定位至该部分的振动行为。
在一个方面中，化学机械抛光设备包含：平台，该平台支撑抛光垫，该平台具有凹部；柔性膜，该柔性膜位于该凹部中；和原位振动监测系统，该原位振动监测系统产生信号。该原位声音监测系统包含由该柔性膜所支撑的振动传感器，且放置该振动传感器以耦接至该抛光垫的下侧。
实施方式可包含以下特征的一个或多个。
该抛光垫可具有抛光层和背层。该背层中可具有孔隙，且该振动传感器可直接接触该抛光层的下侧。该抛光垫可包含垫部分，该垫部分由材料耦接至该抛光垫的剩余部分，该材料软于该垫部分。该材料可完整地横向地环绕该垫部分。该抛光垫和该抛光层的该剩余部分可具有相同的材料成分。该抛光层可具有槽，且可将该材料放置于所述槽的底部处。
可加压该柔性膜下方的空间。该柔性膜可提供可充气气球。该柔性膜可延伸跨过该凹部以密封该柔性膜下方的该空间。泵可加压该空间且促使该振动传感器与该抛光垫接触。
控制器可经配置以接收来自该振动传感器的信号且检测抛光终点。该控制器可经配置以检测下方层的暴露。
实施方式可包含以下潜在优点的一个或多个。声音或振动传感器可具有较强的信号。可更可靠地检测下方层的暴露。可更可靠地停止抛光，且可改良晶片至晶片的均匀性。
在所附附图及下方描述中提出一个或多个实施方式的细节。基于描述及附图及基于权利要求书，其他方面、特征和优点将为明显的。
附图说明
图1表示抛光设备的实例的示意横截面视图。
图2表示接合抛光垫的一部分的振动监测传感器的示意横截面视图。
图3表示具有振动监测传感器的平台的示意顶部视图。
各个附图中相似的附图标记指示相似的元件。
具体实施方式
一般而言，在化学机械抛光中，可通过抛光垫及基板之间的连续粘上/滑走(stick/slip)的动作来达成材料移除工艺；此粘上/滑走的动作应产生独特的振动特性(例如，频率或振幅)，取决于处理条件及待抛光的材料而定。在一些半导体芯片制造工艺中，抛光上方层(例如金属、氧化硅或多晶硅)直至暴露下方层(例如，电介质，如氧化硅、氮化硅、或高介电常数电介质)。在暴露下方层时，抛光垫及基板之间的粘上/滑走的动作会改变，因而抛光垫中的振动(例如，振动的频率频谱)会改变。可通过检测振动的此改变来确定抛光终点。
在伸展及释放抛光垫作为持续粘上/滑走的动作中的部分时，可造成待监测的振动。这些振动不必与仅由基板抵着抛光垫的摩擦所产生的噪声相同(有时也称为声音信号)；振动可发生在与其他摩擦性噪声不同的频率范围中。
然而，声音监测的潜在问题为振动的减振。特定而言，若抛光垫固定至平台(例如，由粘合剂)，此将趋于减缓抛光垫的振动。因此，拥有经配置以用于良好信号传输的抛光垫及拥有位于具有低衰减信号的位置的传感器将为有利的。
图1表示抛光设备100的实例。抛光设备100包含可旋转式盘形平台120，抛光垫110位于平台120上。可操作平台以绕着轴125旋转。例如，马达121(例如，dc感应马达)可转动驱动轴124以旋转平台120。
抛光垫110可为两层抛光垫，具有外抛光层112及较软的背层114。在一些实施方式中，在抛光垫110的抛光层112的顶部表面中形成多个浆料传输槽116(见图2)。槽116部分地但非完全地延伸穿过抛光层112的厚度。
抛光设备100可包含通口(port)130以分配抛光液体132(例如，研磨浆料)至抛光垫110上至该垫。抛光设备也可包含抛光垫调节器以研磨抛光垫110以维持抛光垫110于持续一致的研磨状态。
抛光设备100包含至少一个承载头140。可操作承载头140以维持基板10抵着抛光垫110。每一承载头140可具有独立控制的相关联于每一个别基板的抛光参数，例如压力。
承载头140可包含保持环142以保持基板10于柔性膜144下方。承载头140还包含由该膜限定的一个或多个可独立控制的可加压腔室，例如，三个腔室146a至146c，所述腔室可应用可独立控制的加压至柔性膜144上的相关联区域，因而应用至基板10上。尽管为了容易表示，图1中仅图示三个腔室，可有一个或两个腔室、或四个或更多个腔室，例如，五个腔室。
承载头140自支撑结构150(例如，转盘(carousel)或轨道)悬吊且由驱动轴152连接至承载头旋转马达154(例如，dc感应马达)，使得承载头可绕着轴155旋转。可选地，每一承载头140可横向地振荡，例如，在转盘150上的滑动件上，或通过圆盘传送带自身的旋转振荡，或通过沿着轨道滑动。在典型操作中，平台绕着其中央轴125旋转，且每一承载头绕着其中央轴155旋转且横向地平移跨过抛光垫的顶部表面。
尽管仅展示一个承载头140，但可提供更多承载头以维持额外的基板，使得可有效使用抛光垫110的表面面积。
控制器190(例如，可编程计算机)连接至马达121、154以控制平台120及承载头140的旋转速率。例如，每一马达可包含编码器以测量相关联驱动轴的旋转速率。反馈控制电路(可位于马达本身中、为控制器的部分、或独立电路中)接收来自编码器的测量的旋转速率且调整供应至马达的电流以确保驱动轴的旋转速率匹配控制器所接收的旋转速率。
抛光设备100包含至少一个原位垫振动监测系统160。原位垫振动监测系统160包含一个或多个振动传感器162。每一振动传感器162可安装于上方平台120上的一个或多个位置处。特定而言，原位声音监测系统可经配置以检测在基板10的材料经受变形时由应力能量所造成的声音发射。
可使用位置传感器(例如，连接至平台或旋转编码器的轮缘(rim)的光学断续器(opticalinterrupter))以感测平台120的角度位置。这允许在终点检测中仅使用在传感器162接近基板时所测量的部分信号，例如，在传感器162位于承载头或基板下方时。
在图1及2中所展示的实施方式中，振动传感器162放置于平台120中的凹部164中或上方，且与抛光垫110的下侧接触。在一些实施方式中，在背层114中形成孔隙118，且振动传感器162与抛光层112的下侧直接接触。
传感器162可由电路168经由旋转耦合(例如，水银滑环)连接至电源和/或其他信号处理电子部件166。信号处理电子部件166可依序连接至控制器190。可由内建内放大器来放大来自传感器162的信号。若必要，可接着进一步将来自传感器162的信号放大及滤波，且经由a/d端口数字化至例如电子器件166中的高速数据采集卡。可以1至3mhz记录来自传感器162的数据。
可由置于凹部164中的柔性及可充气膜170来支撑振动传感器162。在一些实施方式中，膜170在凹部164底部及振动传感器162之间形成气球状结构172。替代地，膜170可简单伸展跨过凹部164的部分以在膜170的顶部表面下方形成可加压空间。
膜170下方或内部的可加压空间可将传感器162偏压以与抛光垫110接触。另一方面，柔性膜(例如，气球状结构)允许传感器162有效地在三个轴上(两个平行于抛光垫表面且一个垂直于抛光垫表面)自平台120解耦。这允许传感器162在操作时不会被平台120的结构影响阻碍。
此外，参考图2和3，抛光垫110接触传感器162的部分180可由较软材料182与抛光垫的剩余部分振动隔绝。这允许附接至传感器162的垫部分180以相对于抛光垫110的剩余部分平移。因此，传感器162可在操作时不被来自抛光垫110的剩余部分的结构刚性阻碍(例如，抛光垫至平台的附接)。较软材料182可完整环绕部分180。垫部分180可为圆形、矩形等。垫部分180与抛光层112的剩余部分为相同材料。
尽管图2表示较软材料182置于槽116底部，此为非必要；较软材料182可位于抛光层112的全厚度的区域中，且也可延伸穿过背层114(例如，见图1)。
振动传感器162可位于平台120的中央处，例如，旋转轴125处、平台120边缘处、或中点处(例如，针对20英寸直径的平台，距旋转轴5英寸)。
返回参看图1，在抛光垫的部分180在基板10下方旋转时，部分180及基板10之间的粘上/滑走的动作造成某些振动特性。然而，因为部分180及传感器162自由独立于抛光垫110及平台120的其他部分，因此传感器可选择性地提取来自垫部分180的振动行为。
在一些实施方式中，可将气体引导进入凹部164。例如，可自压力源180(例如，泵或气体供应线)引导气体(例如，空气或氮气)经由管道182(由平台120中的管线和/或通路所提供)进入凹部164。出口184可将凹部164连接至外部环境且允许气体自凹部164逸出。气流可加压凹部164以减少浆料泄漏进入凹部164和/或泄漏进入凹部164的净化浆料经由出口184离开，从而减少对传感器162的污染的电子部件或其他部件的损坏的可能性。
来自传感器162的信号(例如，在放大、初步滤波及数字化之后)可经受数据处理(例如，在控制器190中)以用于终点检测或反馈或前馈控制。
在一些实施方式中，执行信号的频率分析。例如，可对信号执行快速傅立叶变换(fft)以产生频谱。可监测特定的频带，且若频带中的强度超过阈值，这可指示下方层的暴露，可使用以触发终点。替代地，若在选择的频率范围中局部最大值或最小值的宽度超过阈值，这可指示下方层的暴露，可使用以触发终点。
作为另一实例，可对信号执行小波包转换(wpt)以将信号分解为低频分量及高频分量。若必要，分解可经迭代以将信号破解为较小分量。可监测频率分量的其中一个的强度，若该成分中的强度超过阈值，这可指示下方层的暴露，可使用以触发终点。
可例如在实验性确定阈值之后抛光装置基板。在抛光站台抛光装置基板且自原位振动监测系统收集振动信号。
监测信号以检测下方层的暴露。例如，可监测特定频率范围，且可监测强度且与阈值比较。
抛光终点的检测触发抛光停止，但抛光可在终点触发之后持续进行达预定的时间量。替代地或额外地，可前馈所收集的数据和/或终点检测时间以在后续处理操作中控制基板处理，例如，在后续站台抛光，或可反馈以控制同一抛光站台对后续基板的处理。
可在数字电子电路或计算机软件、固件、或硬件中实施方式本说明书中所述的实施方式及所有功能操作，包含本说明书中所公开的结构构件及其结构等同物或上述的组合。可将此处所述的实施方式实施为一个或多个非暂时性计算机程序产品，即，有形体现于机器可读存储装置中的一个或多个计算机程序，以用于数据处理设备(例如，可编程处理器、计算机、或多个处理器或计算机)的执行或控制数据处理设备的操作。
计算机程序(也公知为程序、软件、软件应用、或代码)可被写成任何形式的编程语言，包含编译或解译语言，且可以任何形式部署，包含独立程序或作为模块、部件、子例程、或适于使用于计算环境中的其他单元。计算机程序不必对应文件。程序可存储于维持其他程序或数据的文件的一部分中、专用于提到的程序的单一文件中、或在多个协同文件中(例如，存储一个或多个模块、子程序、或部分代码的文件)。计算机程序可被部署为执行在在一个计算机上或在多个计算机上，这些计算机位于一个站点或或分散在多个站点且由通信网络互连。
可由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器来实现本说明书中所述处理和逻辑流程，以通过在输入数据上操作及产生输出来实现功能。也可由专用逻辑电路(例如，fpga(现场可编程门阵列)或asic(专用集成电路))来实现处理和逻辑流程，且也可将设备实施成专用逻辑电路。
用语“数据处理设备”涵盖所有设备、装置、及机器以用于处理数据，例如包含可编程处理器、计算机、或多个处理器或计算机。除了硬件外，设备可包含产生用于提到的计算机程序的执行环境的代码，例如，构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统、或上述的其中一个或多个的组合的代码。适于计算机程序执行的处理器包含(例如)通用及专用微处理器两者，及任何类型的数字计算机的任何一个或多个处理器。
适于存储计算机程序指令及数据的计算机可读介质包含所有形式的非易失性存储器、介质及存储器装置，例如包含半导体存储器装置，例如，eprom、eeprom、及闪存装置；磁盘，例如，内部硬盘或可移动磁盘；磁光盘；及cdrom及dvd-rom磁盘。处理器及存储器可辅以或并入专用逻辑电路。
上述抛光设备和方法可应用于多种抛光系统中。抛光垫、或承载头、或上述两者可移动以提供抛光表面及晶片之间的相对运动。例如，平台可沿轨道运行而非旋转。抛光垫可为固定至平台的圆形(或一些其他形状)垫。终点检测系统的一些方面可应用至线性抛光系统(例如，抛光垫为连续的或线性移动的卷对卷带(reel-to-reelbelt))。抛光层可为标准的(例如，具有或不具有滤材的聚氨酯)抛光材料、软材料、或固定研磨材料。使用相对定位的用语；应理解抛光表面及晶片可维持于垂直定向或一些其他定向中。
尽管本说明书含有许多特定细节，但是这些细节不应被诠释为限制于所要求保护的范围，而是作为可特定于特定发明的特定实施方式的特征的描述。在一些实施方式中，方法可应用至上覆和下方材料的其他组合，及应用至来自其他类别的原位监测系统(例如，光学监测或涡流监测系统)的信号。
1.一种化学机械抛光设备，包括：
平台，所述平台支撑抛光垫，所述平台具有凹部；
柔性膜，所述柔性膜位于所述凹部中；和
原位振动监测系统，所述原位振动监测系统产生信号，所述原位声音监测系统包含由所述柔性膜所支撑的振动传感器，且放置所述振动传感器以耦接至所述抛光垫的下侧。
2.如权利要求1所述的设备，包括所述抛光垫，所述抛光垫具有抛光层和背层。
3.如权利要求2所述的设备，包括所述背层中的孔隙，且其中所述振动传感器直接接触所述抛光层的下侧。
4.如权利要求2所述的设备，其中所述抛光垫包括垫部分，所述垫部分由材料耦接至所述抛光垫的剩余部分，所述材料软于所述垫部分。
5.如权利要求4所述的设备，其中所述材料完整地横向地环绕所述垫部分。
6.如权利要求4所述的设备，其中所述抛光垫的所述部分和所述抛光垫的所述剩余部分具有相同的材料成分。
7.如权利要求4所述的设备，其中所述抛光层具有槽，且将所述材料放置于所述槽的底部处。
8.如权利要求1所述的设备，其中可加压所述柔性膜下方的空间。
9.如权利要求8所述的设备，其中所述柔性膜提供可充气气球。
10.如权利要求8所述的设备，其中所述柔性膜延伸跨过所述凹部以密封所述柔性膜下方的所述空间。
11.如权利要求8所述的设备，包括泵以加压所述空间且促使所述振动传感器与所述抛光垫接触。
12.如权利要求1所述的设备，包括控制器，所述控制器经配置以接收来自所述振动传感器的信号且检测抛光终点。
13.如权利要求1所述的设备，其中所述控制器经配置以检测下方层的暴露。
14.一种抛光方法，包括以下步骤：
引导基板与抛光垫接触；
产生所述基板与所述抛光垫之间的相对运动；
通过加压所述振动传感器下方的腔室，促使振动传感器与所述抛光垫的下侧接触；和
使用所述传感器声音地监测所述基板。
15.如权利要求14所述的方法，包括以下步骤：基于来自所述传感器的信号，检测下方层的暴露。
技术总结