在化学机械抛光中为了处理状态和控制检测晶片表面特性转变的装置和方法制造方法及图纸

在化学机械抛光装置中，提供一个具有空腔的晶片承载板，该空腔用于容纳非常接近待抛光的晶片的传感器。由抛光垫和晶片的暴露表面之间的接触得到的能量仅传送非常短的距离给传感器，并由传感器感测，同时提供关于晶片的暴露表面特性和这些特性的转变的数据。相关方法提供将感测能量与表面特性以及转变关联的图表。该相关图表可提供用于处理控制的处理状态数据。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
1.专利
本专利技术通常涉及半导体制造，更加具体地涉及在化学机械抛光中为了处理状态和控制而检测晶片表面特性转变的装置和方法。2.相关技术的描述在半导体制造过程中，通过彼此层叠形成各种图案化的层将集成电路限制在半导体晶片上。这些彼此层叠布置的图案化层限定了晶片表面的形貌。在制造过程中该形貌变得不规则，例如不均匀(或者非均质的)。在随后的处理操作过程中，这些不规则会产生很多问题。尤其是例如在用于印刷具有小几何形状的光刻图案的操作中。如果表面形貌没有平坦化，这种形貌不规则的累积效应可能导致器件失灵和低的产量。平面化可用于使这些不规则平坦。已知的一种平面化类型是化学机械抛光(CMP)。一般地，CMP处理包括保持和旋转晶片，然后使旋转晶片靠在抛光垫上。在CMP操作中遇到的一个问题是在CMP处理过程中“状态”的确定。该状态可以是已经达到的期望的形貌平面度，或者是保持在晶片表面上的材料具有期望的厚度。这种状态的其它实例例如涉及处理材料的组成，例如某些材料已经从晶片上去除使得在期望图案中的某些材料仍然作为晶片暴露表面的一部分。另外，该状态可以是已经达到的另一处理点，例如上部沉积材料的清除。此外，该状态可以是在被处理材料的电阻的变化。每个这种状态涉及半导体晶片和晶片上的薄膜特性。这些特性包括例如形貌、厚度、材料的组成、反射率、电阻率和薄膜质量。现有的进行这种状态的确定的方法包括从处理设备去除半导体晶片以利于独立检查计量学。此外，如下所述，提供现场方法，该方法并使用激光干涉测量法或宽波段光谱反射测量法来监测晶片表面特性，而不从设备中去除晶片。还如下所述的，将振动传感器安装在承载晶片承载板的头部，使得在头部的传感器远离晶片布置。典型地，现场方法例如激光干涉测量法或光谱反射测量需要透过抛光垫、通常是透过一个特别插入的窗口观察晶片表面的能力。图1示意性地示出了一种用于测量晶片层102的厚度特性的先有现场装置。该晶片102由旋转的承载板104支撑。在CMP操作过程中将晶片102向存在浆料的抛光垫106按压，以平面化晶片12的表面107。该抛光垫106由台板108支撑。台板108中的窗口110和抛光垫106允许来自激光器112的光束观察晶片102的表面107。抛光垫106和台板108可以围绕如箭头14所示的轴线旋转，当抛光垫106和台板108旋转时，承载板104使晶片102围绕如箭头16所示的轴线旋转。欧洲专利Nos.EP0,738,561A1和EP0,824,995A1详细论述了一种激光干涉测量法。在CMP操作的现场监测中遇到的问题是晶片102的表面107和窗口110之间的间隙118中的环境易于导致光谱信号振动，由于动态环境和CMP处理的磨损性质以及由于处理副产物的沉积，典型地这些光谱信号振动会改变光学特性。来自晶片102和抛光垫106的浆料和废料以及由扰动引起的气泡也有助于由间隙118的环境导致的光学振动。例如，在CMP处理的开始，间隙108填充具有一定光学特性的浆料，并根据这种初始光学特性进行校准。然而，当将晶片102平面化时，浆料包含来自晶片102和抛光垫106的增加的百分比的废料。这种废料可改变间隙118中的浆料的光学特性，反过来这导致厚度特性的测量产生误差。当仅根据这些初始浆料或者在间隙118中的流体的光学特性校准与激光器112关联的端点检测器，以及当光学特性由于不同于厚度特性的其它原因改变时会产生误差。而可以将窗口110布置在抛光垫106中的不同高度，因此间隙118将总是存在，从而窗口110不会和晶片102接触。美国专利No.6,146,242描述了一种布置在抛光垫中的窗口下方的光学端点窗口。这种现场监测还具有其它局限。典型地，当晶片102和台板108相对各自的轴线旋转时，台板108中的窗口110的位置仅仅周期性地重叠晶片102。结果，台板108中的窗口110具有光闸的作用，使得激光器112不能一直照明晶片102。此外，该光闸动作仅仅允许对光学器件周期性的响应，该光学器件可接收从晶片102反射的激光。考虑到这些CMP操作的现场监测的局限，已经进行了多种尝试，以便在CMP操作过程中感测振动。然而，参考图1B，由于已经将典型的振动传感器130远离晶片136和抛光垫138之间的分界面134安装在头部132，因此在晶片-抛光垫的分界面134和传感器130之间形成一个明显的机械结构。这种结构可包括晶片承载板140和将该承载板140与旋转驱动器144连接的连接器142。晶片承载板140和连接器142会干涉来自分界面134的振动(见箭头146)传输。因此，当与根据晶片特性在晶片-抛光垫的分界面134(在该分界面处可进行远程布置的CMP处理)上的振动146比较时，由这种结构的物理特征引起的振动(见箭头148)更容易由传感器130接收。因此，当处理振动146传递到远程布置的传感器130时容易被衰减。此外，这种振动146比由结构的物理特征引起的振动148微弱，因此相对处理振动146具有低的信噪比系数。结果，远程传感器130容易输出不能准确表示在晶片一抛光垫的分界面134处的晶片特性的信号，因此不能准确表明CMP处理的状态。因此，使用这种不准确输出信号的CMP处理的控制也容易是不准确的。这些现有的现场监测的局限以及现有的振动感测的局限例如已经在状态转变的检测或者转变方面产生了多种问题，这些是重要的，并且在晶片的CMP处理过程中，在抛光垫/晶片相互作用的分界面和晶片表面处会产生晶片表面的表面特性中的特征变化或薄膜的特征变化。那么我们需要的是一种方法和装置，用于检测晶片和薄膜特性中的转变。这种需要是为了检测这种转变并避免透过抛光垫观察晶片的光学系统的局限。因此，需要的是在这种用于系统和检查方法的抛光中可以一直观察抛光表面的特性和/或抛光垫/晶片分界面相关的参数特性，从而可以检测任何产生的转变。此外，需要的是在CMP处理状态和控制方法及装置中，在最接近晶片的地方感测晶片表面的特性，更加优选地是在晶片承载板而不是像现有的远程振动传感器那样远程地感测。相关的需要是提供一种改进的感测参数变化的方式，该参数变化可反映在晶片/抛光垫分界面和/或在晶片表面处发生的特性变化。这种改进的方式应该避免在感测这种振动之前使基于处理的振动衰减，和基于结构的物理特征的振动相比应该导致处理振动的强烈吸收，应该在分辨率方面有所增加，还应该提高相对于处理振动的信噪比系数。此外，需要的是为了增加被感测的晶片区域的数量，以便感测在晶片表面的不同区域中不同特性的变化，例如与使用大多数常规现场传感器感测的相对小的晶片表面区域相比。
技术实现思路
广义地说，本专利技术可满足这些需要，通过提供多种装置和方法，用于在化学机械抛光中对CMP处理状态和控制检测在晶片表面或晶片/抛光垫相互作用的分界面中的晶片特性的转变，例如电子的、形貌的和组成的转变。这些装置和方法避免了常规光学系统的局限，例如该常规光学系统可透过在抛光垫中受限制尺寸的窗口观察晶片。这些方法和装置还满足一种需要，在这种用于系统和方法的抛光中为了检测任何产生的转变，可一直观察抛光表面的特性和/或与抛光垫/晶片分界面相关的参数特性。这些方法和装置还满足一种用于CMP处理状态和控制方法和装置的需要，其中在最接近晶片的位置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测晶片表面特性的系统，该系统包括：一晶片承载头，其具有一晶片固定表面和至少一个在其内部远离晶片固定表面延伸的小孔；容纳于该小孔中的传感器，用于响应传输经过晶片固定表面并传输到小孔中的能量。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：R基斯特勒，DJ赫姆克尔，Y戈特基斯，A欧查兹，B莫雷尔，DV威廉斯，
申请(专利权)人：兰姆研究有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]