化学机械抛光装置及其控制方法制造方法及图纸

在化学机械抛光装置及其控制方法中，根据待抛光层的抛光工艺制程制备有关终点检测部件的检测光量的待抛光层的初始厚度表。输入层的抛光工艺制程，并通过将光投射到半导体晶片上，使用终点检测部件检测由层反射的光量。抛光工艺之前参考有关检测光量的层的初始厚度表计算层的厚度作为检测到的光量。抛光到需要的厚度之前，由计算的厚度计算抛光时间。抛光待抛光的层的同时，通过减小计算的抛光时间来检测终点。然后，当检测到终点时，终止抛光工艺。通过仅将程序添加到常规的ＣＭＰ装置的控制器，可以精确地控制抛光终点，并且可以提高操作条件和效率。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉参考该申请根据35U.S.C.§119要求2002年3月21日申请的韩国专利申请No.2002-15392的优先权，其内容作为参考引入。现已采用化学机械抛光(CMP)用于平面化衬底。在CMP工艺中，衬底必须安装在托架顶部(carrier head)或抛光顶部(polishinghead)上。设置衬底的露出表面以便衬底对应于旋转的抛光垫。抛光垫可以是标准的垫或固定的磨料垫。虽然标准垫具有耐用的粗糙表面，但固定的磨料垫包括固定在容纳介质(containment media)中的磨料颗粒。托架顶部将可控的负荷，即压力施加到衬底以便将衬底压向抛光垫。当采用标准垫时，包括至少一种化学反应剂和磨料颗粒的抛光浆料被提供到抛光垫的表面。通过衬底的抛光速率、衬底的抛光面的最终结果(即，不存在小尺寸的粗糙度)、以及衬底抛光面的平坦度(即，不存在大尺寸粗糙度)可以测量CMP工艺的有效性。根据抛光垫和浆料的组合、托架顶部、衬底和抛光垫之间的相对速度以及压向衬底的力可以确定抛光速率、最终结果、以及衬底的平坦度。为了检查抛光工具和抛光工艺的有效性，在工具/工艺鉴定步骤中抛光具有一个或多个没有图形的晶片(所谓的“白板”晶片)。抛光这种晶片之后，在衬底抛光表面的几个点处测量剩余层的厚度。层的厚度变化提供了晶片表面均匀性的度量以及衬底的不同区域中相对的抛光速率。确定衬底层厚度和抛光均匀性的一种措施是从抛光装置移走衬底之后检查抛光的衬底。例如，将衬底转移到测量台，用偏振光椭圆率测量仪测量衬底层的厚度。不利的是，这种方法需要很多时间、高成本和昂贵的测量设备。CMP工艺的一个重点是确定抛光的工艺是否确实完成了，即，衬底上的层是否被平面化以具有了需要的平坦度或厚度。根据衬底上的层的初始厚度、浆料的组分、抛光垫的材料和条件、抛光垫和衬底之间的相对速度、以及将衬底按压向抛光垫的力可以改变衬底上的层的抛光速率。抛光速率的变化造成了达到抛光终点的时间变化。因此，抛光终点不能简单地确定为抛光时间的函数。检测抛光终点的一个措施是从抛光垫移走衬底，然后检查衬底。当衬底不能满足需要的规格时，衬底被重新装入CMP装置内用于进一步处理。此外，对衬底的检查显示出过量的层被除去，使衬底不能再使用。也就是，需要一种用于检测是否已原位获得了需要的平坦度或厚度的方法。现已开发了几种方法用于原位检测抛光终点。这些方法的大多数包括监控与衬底的表面条件相关的参数，然后检测参数突然改变时的抛光终点。例如，当抛光绝缘层或介质层以露出形成在绝缘层或介质层下的金属层时，当露出金属层时，衬底的摩擦系数和反射率突然改变。在抛光终点监控参数突然改变的理想系统中，这种抛光终点检测方法是可以接受的。然而，随着衬底进行抛光，在抛光垫和衬底之间的界面的抛光垫的条件和浆料的组分发生变化。这种变化模拟了达到抛光终点的条件，或者错误地表示下面金属层没有露出。此外，当仅进行平面化步骤时，或者当下层和覆盖层具有类似的物理性质时，这种终点检测方法不是很有效。U.S.专利No.6,190,234(属于Boguslaw Swedek等人)公开了用不同波长光束的终点检测方法。在以上提到的U.S.专利中，提供将不同波长的光束投射到半导体晶片的一对终点检测装置以便测量更精确和更可靠的完成抛光工艺的时间。根据以上提到的U.S.专利，抛光层的初始厚度可以计算为光束的一个峰值和另一个峰值之间厚度、光束之间的相差、以及通过具有单波长光束抛光层的反射率追踪的光束的一个峰值和另一个峰值周期的函数。然而，这种方法不是很精确，由此通过扣除从具有不同波长的光束的反射率追踪一个峰值和另一个峰值周期的紧密度可以精确地提供初始厚度。然而，由于以上提到的U.S.专利中公开的方法利用了两个终点检测装置用于计算精确的厚度，方法很难应用到常规的CMP装置。此外，根据U.S.专利，需要复杂的工艺程序用于控制两个终点检测装置，用于追踪反射率、以及进行计算，因此增加了抛光工艺的成本。为了解决以上提到的问题，需要提供包括单个终点检测装置的化学机械抛光装置，能够更精确地测量厚度，并且通过改变软件可以容易地用在常规的装置中，并提供一种控制方法。也需要提供一种控制以上化学机械抛光装置的方法。根据本专利技术的一个方面，提供一种控制化学机械抛光(CMP)装置的方法，用于抛光形成在半导体晶片下层上的要抛光的层。首先，根据待抛光层的抛光工艺制程，制备由终点检测装置检测的初始光量的“终点检测光量表”和待抛光层的对应的初始厚度。接下来，待抛光层的抛光工艺制程存储到存储装置内。然后，光投射到包括待抛光层的半导体晶片上，通过终点检测装置可以检测由待抛光层发射的初始光量。然后，在开始抛光工艺之前，抛光时间计算为将层从计算的初始厚度抛光到需要的最终厚度的时间。然后，通过CMP装置抛光层。在层被抛光的同时，剩余的抛光时间倒计时或缩短。当剩余抛光时间为零并且抛光工艺停止时，检测终点。根据本专利技术的另一个方面，提供一种化学机械抛光装置，用于抛光形成在半导体晶片上的下层上的待抛光的层。装置包括存储装置，用于根据待抛光层的抛光工艺制程存储由终点检测装置检测的初始光量的终点检测光量表以及待抛光层的对应初始厚度。装置还包括将待抛光层的抛光工艺制程输入到存储装置内的输入装置，以及通过将光投射到半导体晶片检测从待抛光的层反射回的光量的终点检测装置。装置还包括控制装置，用于由参考终点检测光量表得到的检测光量数据计算待抛光层的初始厚度，用于计算将要抛光的层从计算的初始厚度抛光到需要的最终厚度的抛光时间，用于在抛光待抛光层的同时通过倒计时计算的抛光时间检测终点，以及用于在检测终点的同时停止抛光层。有利的是，根据本专利技术的一个或多个方面的CMP装置包括一个终点检测器，并且通过使用一个端点检测器检测的光量数据计算待抛光层的初始厚度。此外，通过使用待抛光层的计算出的初始厚度计算抛光时间，CMP装置控制抛光工艺并自动地确定抛光终点。因此，通过仅将程序添加到常规的CMP装置的控制器，可以精确地控制抛光终点，并且可以提高操作条件和效率。附图说明图13示出了以数值显示初始厚度和抛光时间的屏幕的正面图。参考图1，CMP装置100包括其上设置抛光垫120的旋转工作台板110。当衬底10为具有8英寸(200mm)或12英寸直径的圆盘形时，旋转工作台板100和抛光垫120的直径分别为约20英寸或30英寸。旋转工作台板110连接到驱动电动机(未示出)，然后旋转。在大多数的抛光工艺中，通过驱动电动机以每分钟约30到300转的速度旋转旋转工作台板110，驱动电动机可以更低或更高的旋转速度旋转旋转工作台板110。抛光垫120通常包括接触工作台板110表面的基底层和抛光层。此外，抛光层通常比基底层硬。然而，一种抛光垫120仅有抛光层而没有基底层。抛光层可以由聚安酯发泡的开放式单元(open cell)或具有凹槽表面的聚安酯薄板组成。基底层可以由浸滤了氨基甲酸乙酯的压缩毛毡纤维。Rodel，Inc.，(Newark，Del.)提供了两层结构的抛光垫，抛光层由IC-1000和SUBA-4组成的基底层组成(IC-1000和SUBA-4为Rodel，Inc.，的产品名称)。通过浆料支架口或组合的浆料/清洗臂130，含有反应剂(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制化学机械抛光（ＣＭＰ）装置的方法，用于抛光形成在半导体晶片上的下层上的层，该方法包括：根据待抛光层的抛光工艺制程，制备由终点检测装置检测的初始光量的“终点检测光量表”和待抛光层的对应初始厚度；将待抛光层的抛光工艺制程输入到化 学机械抛光装置的存储装置内；将光投射到半导体晶片上；用终点检测装置检测由待抛光层反射的光量；由指示检测光量的检测信号根据终点检测光量表计算待抛光层的初始厚度；计算待抛光层从计算的初始厚度到需要的最终厚度的抛光时间；抛光待 抛光层；在抛光层被抛光的同时，通过倒计时计算的抛光时间检测终点；以及当检测到终点时，停止抛光层。

【技术特征摘要】
KR 2002-3-21 15392/20021.一种控制化学机械抛光(CMP)装置的方法，用于抛光形成在半导体晶片上的下层上的层，该方法包括根据待抛光层的抛光工艺制程，制备由终点检测装置检测的初始光量的“终点检测光量表”和待抛光层的对应初始厚度；将待抛光层的抛光工艺制程输入到化学机械抛光装置的存储装置内；将光投射到半导体晶片上；用终点检测装置检测由待抛光层反射的光量；由指示检测光量的检测信号根据终点检测光量表计算待抛光层的初始厚度；计算待抛光层从计算的初始厚度到需要的最终厚度的抛光时间；抛光待抛光层；在抛光层被抛光的同时，通过倒计时计算的抛光时间检测终点；以及当检测到终点时，停止抛光层。2.根据权利要求1的方法，其中终点检测光量表包括待抛光层的淀积工艺和CMP抛光工艺的历史数据。3.根据权利要求1的方法，还包括通过在停止抛光工艺之后反馈完成抛光工艺的测量数据来更新终点检测光量表的数据的步骤。4.根据权利要求3的方法，还包括在抛光层之前显示所计算的初始厚度和计算的抛光时间的数值。5.一种化学机械抛光装置，用于抛光形成在半导体晶片上的下层上的层，该装置包括根据待抛光层的抛光工艺制程存储由终点检测装置检测的初始光量的终点检测光量表以及待抛光层的对应初始厚度的存储装置；将待抛光层的抛光工艺制程输入到存储装置内的输入装置；通过将光投射到半导体晶片检测从待抛光的层反射回来的光量的终点检测装置；以及控制装置，用于由参考终点检测光量表...

【专利技术属性】
技术研发人员：金劲佑，梁裕信，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]