CN101193728A - 改进的具有精确边界点检测的化学机械抛光系统 - Google Patents

Abstract

一种用于抛光一工件的装置，该装置包括一个工件夹具(104)，其被构造成能够夹持该工件的结构形式；一个抛光元件(102)，其被构造成能够设置在工件的一表面附近以便通过该抛光元件的一正面抛光所述表面的结构形式；以及一个具有多个压力区(z1－z4)的压板(600)，该压板被构造成能够选择性地向所述抛光元件施加压力从而使抛光元件在选择的压力作用下接触该工件的表面的结构形式。在本发明的另一个实施例中，该装置还包括一个连接到该压板上的压力控制器(564)，该压力控制器被构造成能够选择性地调节压力区(z1－z4)的结构形式。

Description

改进的具有精确边界点检测的化学机械抛光系统

本申请是2002年12月17日提交的美国专利申请序列号10/321,150(NT-280-US)，2002年3月22日提交的美国专利申请序列号10/105,016(NT-250-US)，2002年7月15日提交的美国专利申请序列号10/197,090(NT-248-US)和2002年1月17日提交的美国专利申请序列号10/052,475(NT-238-US)的接续申请，在此可全文引作参考。

本申请要求享有2002年12月27日提交的美国临时专利申请序列号60/436,706(NT-278-P4)，2002年12月23日提交的美国临时专利申请序列号60/436,108(NT-278-P3)，2002年10月10日提交的美国临时专利申请序列号60/417,544(NT-278-P2)，2002年9月27日提交的美国临时专利申请序列号60/415,579(NT-278-P)，2002年7月19日提交的美国临时专利申请序列号60/397,110(NT-273-P)，2002年3月12日提交的美国临时专利申请序列号60/365,016(NT-249-P)的优先权，在此可全文引作参考。

技术领域

本申请涉及半导体集成电路的加工，尤其是涉及一种对导电层和绝缘层进行化学机械抛光的方法。

背景技术

传统的半导体设备通常包括：一个诸如硅基片的半导体基片；多个依次构成的电介质夹层，诸如二氧化硅；以及由导电材料制成的导电通道或者互连。近来，铜和铜合金由于其优越的电迁移和低电阻率特性的缘故作为互连材料已经受到极大的关注。互连通常是通过镀金属工艺向电介质夹层内蚀刻出的凹槽或者轮廓中填充铜而形成的。镀铜工艺的优选方法是电镀。在集成电路中，互连网络的多层相对于基片表面横向延伸。在依次构成的层中形成的互连能利用通道或者接点而电力相连。在一典型工艺中，首先在半导体基片上形成一个绝缘层。接着，进行形成图案和蚀刻的工艺以便在绝缘层中构成诸如沟槽和通道的轮廓。在将该表面用一个阻挡层及一个晶种层涂覆轮廓之后，电镀铜来填充轮廓。然而，除了填充轮廓之外，该电镀工艺还在基片的上表面上形成了一铜层。这些额外的铜称作覆盖层，而且该覆盖层应当在随后工艺步骤之前被去除掉。

图1A示出这样电镀基片9(诸如硅晶片)的一示例部分8。值得注意的是，基片9可以包括固体组件或者其它金属和半导体部分，为清楚起见而没有在图1A中示出。如图1A所示，在绝缘层14上形成诸如通道10和沟槽13的轮廓，其中该绝缘层14可为在基片9上形成的二氧化硅层。通道10、沟槽13以及绝缘层14的上表面15通过电镀的方法用沉积的铜层14来涂覆和填充。通常，在形成图案和蚀刻之后，绝缘层14首先涂覆一阻挡层18，该阻挡层通常为Ta或者Ta/TaN的复合层。阻挡层18覆盖通道、沟槽以及绝缘层的表面15以确保良好的粘附性，而且作为阻挡材料来避免铜扩散到半导体设备和绝缘层中。下面的一晶种层(没有示出，通常为铜层)在阻挡层上沉积下来。在随后的铜沉积过程中，晶种层构成一用于铜膜生长的导电材料基体。在电镀铜膜时，沉积的铜层16快速填充通道10而且以一种正形投影的方式覆盖更宽的沟槽13和上表面15。当继续进行沉积工艺以确保沟槽也被填充时，在基片9的表面上就形成一铜层或者覆盖层。通常，在镀铜之后，可使用各种材料去除方法，例如化学机械抛光(CMP)，蚀刻或者电蚀方法来去除不需要的覆盖层。

CMP法通常包括将一半导体晶片或者其它这样的基片压靠在一移动的抛光表面上，其中该抛光表面用抛光浆料润湿。该浆料可以是碱性、中性或者酸性，而且通常含有铝、二氧化铈、硅或其它硬质研磨陶瓷微粒。抛光表面通常是一平面垫，该平面垫由CMP领域公知的聚合体材料来制成。一些抛光垫含有研磨微粒(固定的研磨垫)。这些垫可以与不含有任何研磨颗粒的CMP溶液一起使用。抛光浆料或者溶液可被供给到垫的表面上或者如果垫是多孔的则会通过垫流到其表面上。在CMP加工过程中，一晶片托架夹持一待加工的晶片并使晶片表面放置在一CMP垫上，而且在抛光垫旋转的同时以可控制的压力将晶片压在该垫上。抛光垫也可以被构造成能够如一线性带一样沿横向运动的线性抛光带的结构形式。当研磨浆料被供给到抛光垫和晶片表面之间的接触面时，该方法通过使晶片相对抛光垫运动，使抛光垫相对晶片运动或者两者都运动来进行。

如图1B所示，首先，应用CMP法来使铜层的厚度减小至用于覆盖绝缘层14之上表面15的阻挡层18处。接着，将上表面上的阻挡层18去除以使铜和剩余的阻挡限制在通道10、12和沟槽13的范围内。但，在这些加工过程中，是否将铜层向下抛光至阻挡层或者将阻挡层向下抛光至绝缘层，因此，确定抛光边界点在工业中是一个重要的问题。

美国专利No.5,605,760公开了一种由固体均质聚合物薄片制成的抛光垫。该聚合物薄片是透明的以便能使特定波长范围内的光通过。该聚合物薄片的表面不含有任何研磨材料而且也不具有任何能吸收或者传输浆料微粒的固有能力。

最近，边界点检测系统已经在具有一个窗口或者多个窗口的旋转垫或者线性带系统中获得应用。在这种情况下，当垫或者带子移动时，其经过一个就地监控器，该监控器对晶片表面进行反射系数测量。反射方面的变化表明了抛光加工的边界点。但，在抛光垫上开设的窗口使抛光加工复杂化并打乱垫或者带子的均匀性。此外，这样的窗口还引起抛光副产品和浆料的积聚。

因此，当基片用CMP法进行抛光时，需要一种精确、有效地检测基片上边界点的方法和设备。

如图1B所示，首先，应用CMP法来使铜层的厚度减小至用于覆盖绝缘层14之上表面15的阻挡层18处。接着，将上表面上的阻挡层18去除以使铜和剩余的阻挡限制在通道10、12和沟槽13的范围内。但，在这些加工过程中，确定抛光的边界点，即已抛光铜层的厚度均匀减少在工业中是一个重要的问题。由于过度抛光能引起过多的凹陷、侵蚀和其它缺陷，所以，在加工的同时必须保持金属层的厚度均匀性，这样，就能使铜边界点之后的过度抛光被减至最小而且基片也不会被过度抛光。此外，对铜层和阻挡层的抛光不足可引起电力不足或其它缺陷。在抛光的过程中，不均一性可归因于不均匀的抛光加工或者基片的金属层厚度不均匀或者这两种情况。

抛光一基片的绝缘层是CMP的另一种应用。浅沟槽绝缘(STI)是一种通过在基片的表面上形成绝缘沟槽从而避免在相邻电路之间的电迁移的工艺。沟槽通常用氮化硅(Si3N4)和二氧化硅(SiO2)来填充。为了填充沟槽，首先在基片的表面上沉积一层氮化硅，随后是二氧化硅的覆盖层。过多的氮化硅和二氧化硅必须从基片的表面上去除掉，这样，在大部分的基片表面上留下一平滑的氮化硅层并且用氮化硅层和二氧化硅层来填充沟槽区域。通常，可用CMP法去除多于的二氧化硅和氮化硅。

图1C示出基片52(例如硅晶片)的一示例部分51的横截面视图，其中该基片用两层绝缘材料来覆盖。在基片52的表面上形成一个适于STI的沟槽53。下绝缘层54和上绝缘层55覆盖包括沟槽53在内的基片52的表面。下绝缘层54和上绝缘层55的成分可以是，例如分别为氮化硅和二氧化硅。值得注意的是，绝缘层54和55覆盖基片52的整个表面。为了完成STI加工，必须去除过多的绝缘材料。

图1D示出在绝缘层54和55已被抛光至所希望的程度，即已将过多的绝缘材料去除之后基片52的一典型部分51的横截面视图。绝缘层的抛光可以通过诸如CMP来进行。值得注意的是，一平滑的绝缘层(即氮化硅)54覆盖基片52的表面并且绝缘层54和55(即氮化硅和二氧化硅)填充沟槽53。

目前的STI技术存在的问题包括：由于厚度测量信号随着二氧化硅厚度的增加或者减少周期性地自身重复，所以难以通过光学干涉测量法进行二氧化硅厚度的测量。此外，厚度测量信号对环境因素，诸如湿度(水膜)和检测角度敏感。

现有技术中存在另一问题在于：传统的度量工具需要将基片从其支架头上拆卸下来以便进行边界点检测。

均匀的抛光加工将显著降低CMP成本同时增加生产能力。在晶片尺寸变大，例如300mm或更大时，由于晶片具有更大的表面积，所以厚度以均匀方式的平面型减小会变得更加困难。

因此，当利用CMP法抛光基片时，需要一种改进的用于监控和保持抛光层均匀性的方法和装置。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种在诸如CMP的材料去除加工中用于控制平面性的抛光方法和装置。本发明的一个实施例具有在这样一种材料去除加工中进行边界点检测的能力。本发明的另一个实施例提供了一种向工件的特定区域选择性地施加抛光压力的精确的边界点检测和压力控制技术。

本发明的一方面提供了一种用于抛光一工件的一表面和用于检测一CMP边界点的化学机械抛光(CMP)装置。该CMP装置包括一光学透明的元件，一工件夹具，一支撑板和一光学检测系统。该抛光元件可以是，例如一个抛光带、一个抛光垫或者其它类型的抛光元件。优选含有研磨微粒的抛光元件抛光工件的表面而且该抛光元件可沿一个或者多个方向(优选为线性方向，但是也可以沿其它方向，例如圆周方向)运动。工件夹具支撑着工件并且该夹具被构造成能够使工件压在抛光元件上的结构形式。工件夹具可以是，例如一个晶片托架或用于夹持晶片的其它结构。支承板适合于在工件被压靠在抛光元件上时支承抛光元件。支承板可以是，例如一个压板或者其它的支承结构。光学检测系统检测CMP边界点而且其位于抛光元件之下。该光学检测系统包括一光源和一检测器。光源通过支承板和抛光元件向工件的表面发出输出信号。检测器通过抛光元件和支撑板接收到来自工件表面的射入的反射信号。

本发明的另一方面提供了一种用于抛光一个工件的一个表面以及用于检测化学机械抛光(CMP)边界点的方法。根据该方法，将工件压在一光学透明的抛光元件上。该抛光元件由一个支承板支承。利用该抛光元件来抛光工件的表面。该抛光元件可沿一个或者多个线性方向运动。从一个光源发出的输出光学信号通过支承板和抛光元件到达工件的表面。光源位于抛光元件之下以便使抛光元件位于光源和工件的表面之间。一个检测器通过抛光元件和支撑板接收到来自工件表面的射入的反射光学信号。该检测器位于抛光元件之下。

本发明的另一方面提供了一种用于抛光一个或者多个工件以及用于检测化学机械抛光(CMP)边界点的方法。根据该方法，一光学透明的抛光元件设置在一供给区域和一接收区域之间。该抛光元件具有一第一端、一第二端、一抛光侧和一背侧。第一端最初与供给区脱开并连接到接收区上，而第二端保持与接收区相连。通过使抛光元件的一部分在一抛光区域内沿一个或者多个线性方向运动来抛光一第一工件。利用一光学检测系统能对该第一工件的一第一CMP边界点进行检测。光学检测系统通过抛光元件向第一工件发出输出信号并从该第一工件接收射入的反射信号。该抛光元件可设置在光学检测系统和第一工件之间。

本发明的另一方面提供了一种用于一个抛光工件的一个表面和用于检测一个CMP边界点的CMP装置。该CMP装置包括一个供给轴和一个接收轴，一个光学透明的抛光元件，一个加工区，一个用于沿一个或者多个线性方向移动抛光元件的一部分的装置，以及一个用于检测一CMP边界点的装置。该抛光元件具有两个边界点。将一端连接到供给轴上并且将另一端连接到接收轴。加工区使抛光元件的一部分处于两个边界点之间。用于检测CMP边界点的装置通过抛光元件向工件的表面发出光学信号并且接收到来自于该工件表面的反射光学信号。该抛光元件可设置在用于检测的装置和工件之间。

本发明的另一方面提供了一种用于抛光一个工件的一个表面以及用于检测一个CMP边界点的方法。根据该方法，在一加工区中，工件以其表面暴露于光学透明的抛光元件的一部分的方式被支承。通过沿双向线性方向移动该抛光元件的这部分来抛光晶片的表面。通过经由抛光元件向工件发出输出的光学信号并连续地检查相关射入的光学信号的密度来针对工件检测CMP边界点，其中射入的光学信号是从工件反射来并经由抛光元件接收到的信号。本发明前述这些方面的讨论仅仅是介绍性质的。这一部分不应作为是对限定本发明范围的附属权利要求的限定。

本发明的第二个实施例包括一个设有工件夹具的抛光台以及一个可变形的抛光元件。抛光元件通过一个压板夹靠在工件上，其中该压板用于向抛光元件的背面供给一流体。该压板包括多个用于供给流体的孔，并且还包括多个能够检测工件加工的边界点的传感器。这些孔成组聚集在一起以便产生多个压力区，而且通常将一个传感器与每一个压力区相连，但也可以连接到更多或者更少的压力区上。计算机收到传感器信号并控制流体流动以便使抛光工艺最优化。如果，工件某一位置达到边界点，计算机就会减少向该位置的流体流动同时保持向其它区域的流体流动。

在本发明的另一个优选实施例中，一个用于检测一多层半导体晶片的一加工边界点的传感装置包括一个用于向半导体晶片的一表面发射光的光源，一个颜色传感器，该传感器响应于入射光线用于检测来自半导体晶片表面的反射颜色并且产生一传感器信号，以及一判定电路，该判定电路被连接到颜色传感器上并被构造成能够至少部分根据传感器信号来判断是否已经达到晶片加工边界点的结构形式。

在本发明的另一个实施例中，一个用于检测一个半导体晶片的一个加工边界点的边界点检测系统包括一个传感装置，该传感装置被构造成能够检测与半导体晶片的表面有关的度量标准并在该度量标准的基础上产生一传感器信号的结构形式。该边界点检测系统还包括一个判定电路和一个可动结构，其中该判定电路连接于传感装置并被构造成能够至少部分根据传感器信号来判断是否已经达到晶片加工边界点的结构形式，而且该可动结构被连接到传感装置上以便确定传感装置的位置来检测度量标准。

在本发明的另一个示例实施例中，一种用于检测一个多层半导体晶片的加工边界点的方法包括：向半导体晶片的一表面发射光，响应于入射光线检测来自半导体晶片表面的反射颜色，并且根据该检测到的反射颜色产生一传感器信号，以及至少部分根据传感器信号来判断是否已经达到晶片加工的边界点。

在本发明的一方面中，流体控制器独立地控制流向压力区的流体。该方面的一个特征在于，本发明还能选择性地从压板的某些孔中排出流体来降低，甚至是负面影响该压力区。

在本发明的另一方面中，工件在加工的过程中保持旋转，压板孔被同心地设置并且每一个同心环代表一个压力区。

在本发明的另一方面中，流体控制器独立地控制向压板上同心环的流体。

在本发明的另一方面中，抛光元件是光学透明的。

在本发明的另一方面中，抛光元件包括窗口。

在本发明的另一方面中，传感器是光敏传感器。

在本发明的另一方面中，传感器是声敏厚度传感器。

在本发明的另一方面中，传感器是颜色传感器。

在本发明的另一方面中，传感器被连接到一可动结构上。

在本发明的另一方面中，传感器使用光导纤维线。

在本发明的另一方面中，工件基本上保持固定，但是在抛光加工过程中可以转动和平动。在本发明的一个优选方面中，平动小于压力区的面积。

本发明的优点包括能够优化工件的抛光，从而节约时间和费用。

附图说明

本发明的这些和其他特征、方面和优点将通过下面结合附图详细描述优选实施例的方式变得更加清楚明了，其中：

图1A示出将材料沉积到基片表面的示例基片的横截面视图；

图1B示出图1A中传统CMP方法的示例基片的横截面视图；

图1C示出将绝缘材料沉积到基片表面的示例基片的横截面视图；

图1D示出图1C中传统CMP方法的示例基片的横截面视图；

图2是一个用于加工诸如晶片的工件的示例CNU系统的横截面侧视图，其中CNU系统包括本发明优选实施例的示例边界点检测系统；

图3是图4中本发明用于边界点检测系统之CMP系统及控制系统的横截面的顶视图；

图4是包括图2中边界点检测系统的示例CMP系统的横截面侧视图；

图5A-C显示了工件表面的视图；

图6A显示了本发明一个实施例的工件加工系统；

图6B显示了本发明另一个实施例的工件加工系统；

图6C显示了本发明另一个实施例的工件加工系统；

图7A-7B显示了根据本发明一个实施例的图6A-6B中的压板；

图8是本发明一个实施例中传感器的分解视图；

图9A-B显示了通过本发明的方法获得的压力轮廓；

图10A-C显示了本发明对工件进行抛光的一个实施例；

图11显示了本发明对工件进行抛光的一个实施例，示出了根据工件轮廓而不同的力矢量；

图12显示了本发明一个实施例中具有减震缓冲层的压板；

图13A-B显示了通过从工件的背面施加压力来改变压力轮廓的实施例；

图14显示用于检测多层半导体晶片之加工边界点的颜色传感装置的一个实施例，其中的颜色传感装置包括一光源，一颜色传感器和一判定电路；

图15是用于检测多层半导体晶片之加工边界点方法的一个实施例的流程图；

图16A显示用于就地边界点检测的边界点检测装置的一个实施例的顶视图，其中该边界点检测装置包括一个可动结构和一个传感装置；

图16B显示了图16A中用于就地边界点检测的边界点检测装置的一个实施例的侧视图，其中该边界点检测装置包括一个可动结构和一个传感装置；

图17A显示了位于示例CMP装置中的边界点检测装置的一个实施例，其中CMP装置包括一个托架，一个抛光元件，边界点检测装置，以及一导轨，而且其中的CMP装置处于抛光模式；

图17B显示了位于示例CMP装置中的边界点检测装置的一个实施例，其中CMP装置包括一个托架，一个抛光元件，边界点检测装置，以及一导轨，而且其中的CMP装置处于非抛光模式；

图18是在CMP装置中用于检测多层半导体晶片的加工边界点的方法的一实施例之流程图，其中CMP装置包括一个托架和一个抛光元件，而且将半导体晶片连接到托架上。

具体实施方式

如下所述，本发明提供了一种利用诸如CMP的材料去除方法进行就地边界点检测的方法和系统。下面参照附图进行说明，而且附图中相同的附图标记代表相同的部件。

A.边界点检测系统

图2示出了一示例性的化学机械抛光(CMP)装置100，该装置包括一个抛光元件102和一个托架104。抛光元件可以是一抛光带，一抛光垫或者其它类型的抛光元件。抛光元件102包括一上表面或者加工表面106和一底面108。抛光元件的底面108张紧地设置在诸如一压板的支承板109上。将抛光元件和托架设置成使工件的表面邻接抛光元件，即工件的表面可以非常接近或者接触抛光元件。在本实施例中，抛光元件102是一个光学透明抛光元件。使抛光液110在抛光元件102的加工表面106上流动，而且在一运动机构(没有示出)的作用下，抛光元件可在一组辊子112上以单向或者双向方式运动。在本实施例中，抛光元件可沿双向运动。抛光液110可以是铜抛光液或者一种研磨抛光浆料。抛光液110可以从晶片的一侧或者两侧被供给到抛光元件上，或者该抛光液还可以通过抛光元件(或者通过两者)被供给到晶片表面上。待加工的晶片114由托架104夹持，这样，就使晶片的前面116(下文中称为表面)完全暴露出来。托架104可以使晶片沿垂直方向上下运动并且使晶片114通过一轴118而转动。晶片114的表面116可以具有图1A所示的结构，即一铜层16(包括晶种层和沉积层)能被向下抛光至位于其下的阻挡层(如图1B所示)，同时根据本发明进行就地边界点检测。在本实施例中，覆盖层是铜(Cu)，阻挡层18是钽(Ta)。绝缘层14可以由二氧化硅(SiO2)或者低k电介质或者超低k电介质材料来制成。在本实施例中，将一边界点监控装置120(其优选包括一个光学发射器和检测器)放置在光学元件102之下。当将铜层向下抛光至位于绝缘层的上表面15之上的阻挡层18时(参见图1A-1B)，边界点监控装置120检测抛光边界点。一旦阻挡层被暴露并且由装置120检测出来，则就中断加工。在一个可选择的步骤中，如果希望，则可以继续进行加工直到阻挡层被抛光至位于其下面的氧化物层。如下所述，装置120可以被设置在压板109的一个凹槽中。本发明的装置120可以是用于监控反射率变化的光学监控装置。尽管铜可为所述材料的一个例子，但本申请还可以在其它材料的去除中使用，例如导体，诸如Ni，Pd，Pt，Au，Pb，Sn，Ag，及其合金，Ta，TaN，Ti和TiN以及绝缘体和半导体。在加工的过程中，晶片114转动而且该晶片的表面116接触抛光元件102的加工表面106，其中，该加工表面106移动同时抛光液110流到其上并弄湿晶片的表面116。

如图3的平面视图和图4的横截面视图所示，监控装置120设置在位于压板109的凹槽122中。如图4所示，凹槽122的顶部由一透明窗口124密封。在本实施例中，凹槽122的尺寸和形状被设置成能容纳监控装置的伸长主体沿凹槽122的运动。凹槽122的位置与晶片在抛光元件及其下的压板相关位置相互关联。在加工的过程中，在一运动机构(没有示出)的作用下，监控装置可以沿凹槽运动以扫描晶片的半径。作为这种扫描作用的结果，可以监控晶片边缘和晶片中心之间的各种位置。凹槽可以在超出晶片中心之外的范围内延伸，这样，通过监控装置在凹槽内滑动，能沿晶片的直径读取出宽光谱，从而在晶片转动时产生一扫描作用。该扫描过程可以连续地或者逐步地来完成。

在本实施例中，安装在监控装置上的镜子126能够使输出的光学信号128投射在晶片表面上。接着，该镜子126可使射入的反射光学信号130或者反射的光学信号到达监控装置120。在另一个可替换的实施例中，使用了具有不同结构的监控装置，例如柔软的微型纤维，这样可不使用镜子，并且可将信号从装置直接发射到铜表面上。装置检测边界点，即暴露出阻挡层18之时(参见图1B)，此时，反射信号130的强度改变了。如果为了去除阻挡层继续CMP加工，当绝缘层14的上表面暴露出来时(参见图1B)，反射信号的强度会再次改变。监控装置产生或者发出的光学信号可具有600-900微米的波长范围。输出的光信号可通过装置120的发射器(例如，具有遮光器的白光发射器或者LED或者激光)产生。根据本实施例，装置120的检测器可收到该反射的光信号。一个典型的检测器可以是一热电检测器。射入的光信号首先通过设置一带通滤光器来消除基本上所有的波长，但通过检测器能检测到一个波长。在本实施例中，输出及反射的信号有利于穿过光学透明的抛光元件。另一个变型实施例是使一系列并联监控装置位于从板的中心沿径向方向(星形)设置的凹槽内，而且为了监控在晶片表面上信号的改变，每一个监控装置都与晶片的中心相对应。此外，可替换的是，并联监控装置还可以分布在一个凹槽中。在这种情况下，监控装置可以收集来自转动晶片表面的中心、中间和边缘地区的数据。

在本发明的另一方面中，整个抛光元件是由透明材料制成并且不需要为边界点检测而设置额外的窗口。在本实施例中，抛光元件包括一个复合结构，该复合结构是通过在一透明的底层材料上形成一上部透明的研磨层来构成的。研磨层在加工的过程中接触工件，该研磨层包括分布在透明的结合混合料中的精细研磨微粒。本发明使用的一线性抛光元件的结构可以包括在透明的聚酯底层上堆积的一薄薄、例如5至100μm厚的透明研磨层，其中抛光元件的材料可从California州海达德市的Mipox公司获得到。研磨层可为5μm至100μm厚而底层可为0.5至2毫米厚。研磨层内研磨微粒的尺寸是在约0.2μm至0.5μm的范围内。用作微粒的材料可为硅、氧化铝或者二氧化铈。较小的透明抛光元件(本发明仍然可以使用的)也可以从Minnesota州的3M公司获得到。尽管在一些实施例中抛光元件可以包括研磨微粒，但，该抛光元件也可以由不含有研磨微粒的聚合物材料来制成。

如上所述，当研磨抛光材料去除晶片表面的材料以及当阻挡层或者氧化物层暴露出来时，发射光的强度会改变。在一个实施例中，使用的透明抛光元件具有约10μm厚的研磨层和0.5至1.0毫米厚的聚酯层。在该实施例中，研磨层具有0.2至0.5μm厚的尘雾状硅微粒。具有675毫微米波长的光束(输出光)经该抛光元件射出而且能监控到整个CMP加工过程中的强度变化。利用该抛光元件可观察到，在整个铜去除工艺中，反射光的强度保持为2的任意(标准化)强度值。但，阻挡层(Ta层)一暴露出来，该强度值就会降为1。此外，当将阻挡层从氧化物层的上面去除掉并且使氧化物层暴露出来时，反射光的强度降至0.5。

如图3所示，在优选的实施例中，监控装置120连接一台计算机132，该计算机可电力连接到一托架的控制器(没有示出)上，但，可以理解到，由于可以以多种方式来进行计算，所以具有处理器的计算机并不是必需的，取而代之的是可以使用分立电路或者集成逻辑电路，包括、但不限于ASICS和可编程序的门数组。当对在其下具有阻挡层的铜层进行操作时，一旦阻挡层暴露出来，监控装置的输出信号就会因反射率的变化而改变，并中止MP加工。

总之，本发明的边界点检测装置及其方法可用于一个或者多个工件来检测在每个工件上的一个或者多个边界点。例如，根据本发明一方面的一种CMP边界点检测方法可以具有用于一个工件(诸如晶片)的几个待检测的CMP边界点。这些CMP边界点可以具有各个抛光步骤和与其对应的各个抛光加工条件。例如，从晶片表面去除金属覆盖层可代表一第一CMP边界点，而且将位于晶片结构特征之外的阻挡层去除可代表一第二CMP边界点。信号强度的第一阈值或者大小可用于检测第一CMP边界点，这样，当由检测系统观察到的信号强度降低至或低于第一阈值或者大小时，可以检测到已经达到的第一CMP边界点。信号强度的其它阈值或者大小可用于检测其它的CMP边界点。例如，为了检测一第二CMP边界点，当由检测系统观察到的信号强度降低至或低于一比第一阈值或者大小要小的第二阈值或者大小时，可以检测到已经达到的第二CMP边界点。

可以理解，在前述的说明和附属的权利要求中，术语“工件表面”和“工件的表面”包括但不限于在加工之前工件的表面和在工件上形成的任何层的表面，该任何层包括绝缘体、氧化金属、氧化物、旋装的玻璃丝(spin-on glass)、陶瓷等。

B.精确的边界点检测系统

如下所述，本发明提供了一种在诸如CMP的材料去除加工工艺中使用的方法，该方法是一种厚度均匀性控制和边界点检测的就地方法。在该系统中，抛光元件可以是光学透明，或者使用诸如窗口透明部分的元件而部分光学透明。

图5A-C示出了一个工件表面的视图。图5A示出了在膜层16(例如沉积的铜层)之下的晶片9。晶片包括多个在晶片基片510a-510n中形成的电路，其中晶片基片510a-510n仅为图示的目的而示出，n为任意值。这些电路中的每一个都包括多个结构特征，这些结构特征通常是在一阻挡层上以沉积的导电薄膜来填充。CMP加工去除这些结构特征内的覆盖层并留下导电薄膜。但，注意到在使用诸如CMP的加工去除覆盖层时，整体表面厚度变化需要达到同等程度。由于表面变化，仅对膜层16进行一预定厚度的抛光加工可能过多地抛光某些区域并对其它区域未充分抛光。

图5B示出了晶片114上局部表面的变化，而且为便于说明已经进行放大。如上所述，由于表面变化，仅对膜层16进行一预定厚度的抛光加工可能过多地抛光某些区域并对其它区域未充分抛光。

图5C示出了具有希望抛光边界点的晶片，其中导电层处于结构特征内并且已经去除覆盖层。

在一个实施例中，本发明的厚度均匀性检测和控制系统通过利用其实时厚度测量性能及其对加工参数的控制可保持加工表面的厚度均匀性。根据从待加工的晶片表面中得到的实时厚度数据，厚度均匀性控制系统在CMP加工过程中改变抛光参数来对一膜层进行均匀抛光。结果，已抛光层的边界点在晶片表面上被同时达到，而不会对目标层进行过多抛光和未充分抛光。抛光参数可根据局部地改变抛光元件之下的压力而改变，从而使某些区域比其它区域抛光得快。

在本发明的一方面中，通过利用检测到的实时边界点数据可保持加工表面的均匀性。根据从进行加工的晶片表面中得到的实时数据，厚度均匀性控制系统在CMP加工过程中改变抛光参数以便均匀地抛光一膜层。

尽管铜可为所述材料的一个例子，但本发明还可以用于去除其它的材料，例如导体，诸如Ni，Pd，Pt，Au，Pb，Sn，Ag，及其合金，Ta，TaN，Ti和TiN，以及绝缘体和半导体。

图6A示出了具有一厚度均匀性控制装置560的示例化学机械抛光(CMP)装置550。CMP装置可以包括一个研磨抛光元件102和一个托架104。抛光元件102包括一上表面或者加工表面106和一底面108。将抛光元件的底面108张紧地放置在诸如压板的支承板600上。可优选的是，抛光元件为一个复合结构，该复合结构是通过在一透明的底层材料上形成一上部透明研磨层来构成的。研磨层在加工的过程中接触工件，该研磨层包括分布在透明的结合混合料中的精细研磨微粒。本发明使用的一示例性线性抛光元件的结构可以包括在透明的聚酯底层上堆积的一薄薄、例如5μm至100μm厚的透明研磨层，其中抛光元件的材料可从California州海达德市的Mipox公司获得到。研磨层可为5μm至100μm厚而底层可为0.5至2毫米厚。研磨层内研磨微粒的尺寸在约0.2至0.5μm的范围内。

如图6B(也可参考图7A-7B)所示，为了在加工过程中在抛光元件之下产生一流体压力，压板包括多个孔620a-620n。如果使用含有磨粒的CMP浆料或者抛光液时，抛光元件102可以用非研磨的抛光元件来替换。将孔620a-620n与流体供给装置562所供给的流体相连通。在本实施例中，抛光元件102是一个光学透明的抛光元件，但也可以是一个其中具有窗口的抛光元件或者由光学透明部分组成的抛光元件。在本发明的一方面中，流体供给装置562包括旋转流量计，该流量计控制向压板的流体流动。例如，流向压板每个区的流体可被控制在0至5cfm范围内。可替换的是，流体流动可通过商业上可获得的电子质量流量控制器来控制和测量。这样的电子质量流量控制器是由软件控制并且是自动的。示例性的质量流量控制器可从SMC和Celerity获得到。

选择的抛光元件应具有足够的柔韧性以满足施加压力的需要并将一相关的局部压力传递至晶片表面上。一示例性的实施例使用了一柔性的聚合物抛光元件，该元件能将压力适当地传递到局部区域。如果抛光元件不够柔韧，例如用一钢带加强，则压力将被传递到一大区域上而且系统可以连续地抛光晶片并不希望抛光的区域。

抛光液112在抛光元件102的加工表面106上流动，而且在一运动机构(没有示出)的作用下，抛光元件可在一组辊子113上以单向或者双向方式运动。在本实施例中，抛光元件可沿双向运动。抛光液112可以是铜抛光液或者一种研磨抛光浆料。抛光液112可以从晶片的一侧或者两侧被供给到抛光元件上，或者该抛光液还可以通过抛光元件被供给到晶片表面上或者通过这两种方式来供给。待加工的晶片114由托架104夹持，这样，就使晶片的前面116(下文中称为表面)完全被暴露出来。托架104可以使晶片沿垂直方向上下运动并且使晶片114通过一轴118而转动。晶片114的表面116最初可以具有图5A所示的结构，即将一铜层16(包括晶种层和沉积层)向下抛光至一边界点(如图5C所示)，同时就地进行本发明的随后厚度均匀性检测和控制过程。此时，还可以进行一阻挡层去除步骤的加工以使位于绝缘层的上表面15上的阻挡层被抛光掉直至暴露出绝缘层14或者到达阻挡层边界点。在本实施例中，覆盖层是铜(Cu)，阻挡层18是钽(Ta)，以及绝缘层14是二氧化硅(SiO2)。

均匀性控制装置包括一个用于向压板600输送流体(例如空气)的流体供给装置562。均匀性控制装置还包括一个计算机控制器564，该计算机控制器设有CPU、存储器、监控器、键盘和其它常用元件。该计算机564通过一传感器控制器566与一系列的传感器630a-630n相连，其中n是一任意的传感器标识符(图6B和图7A-B中也示出了传感器630a-630d)。传感器630a-630n紧邻压板内的流体孔620a-620n而设置在压板内。在本实施例中，压板的孔可优选的是以一定的方式分组的，例如以一圆周的方式分布的每组孔(参见图6B和7A-B)。示例性的传感器可包括厚度传感器和边界点检测传感器。如下所述，将每组孔(作为压力区)连接到流体供给装置上，其中该流体供给装置传输由计算机控制器564所控制得流体压力。流体供给装置能对于每个彼此独立的压力区改变流体压力(作为流体流量)。

在本发明的一方面中，传感器630a-630n是边界点传感器，其包括位于抛光元件之下的一光学发射器和检测器。当将铜层向下抛光至位于绝缘层的上表面15之上的阻挡层18时(参见图1A-1B)，边界点传感器将检测出抛光边界点。

如上所述，本发明能针对压板的不同区域来控制局部压力从而增加或者降低晶片上的局部抛光率。因此，本发明一关键之处在于通过使压板形成不同的压力区能够提供不同的抛光率。该系统抛光的灵敏性通过严密地控制每个压力区上的流体或者气压强度能得以提高。反之，通过建立用于压力区的精确控制压力大小，能更好地控制晶片上的局部抛光率。

如图6B和6C所示，在本发明的一个优选实施例中，具有预定压力大小的这样离散压力区可以通过从压板的上部去除多余空气来获得。如下详细描述的一样，通过允许向大气或真空源进行可控泄漏，本发明对流过相邻压力区的吹出的多余空气进行调节，即调节相邻区域之间的串扰，并引起相邻区域内气压强度的变化。如图6B所示，在一个实施例中，系统1000设有漏气阀。在本实施例中为清楚起见没有示出计算机控制器和传感器装置。该系统主要包括压板600，用于夹持待加工晶片的晶片托架104，以及抛光带102或者抛光垫。如上所述，抛光带102包括一上表面或者加工表面106和一底面108。晶片114的前面116面对抛光带102的上表面106。鉴于上面已对抛光带和抛光液进行了详细说明，因此此处省略对其重复性说明。

与6A相比，图6B更详细地示出了压板600。如图6B所示，压板600包括围绕基块612的一上表面610。将上表面分成多个同心的压力区，即第一区z1，第二区z2，第三区z3和第四区z4。这些同心区还如图7A-7B所示。区z1-z4包括孔620a-620n。如图6B所示，每个区包括两个或者多个孔。例如，第一区z1包括孔620a，等等。传感器630a-630n还被设置在每个区中。为清楚起见，图6B没有包括计算机控制器和传感器装置以及与该装置之间的连接(参见图6A)。此外，表面610内的每个区以如图6B所示的方式对应一个气室614a-614d。例如，第一区z1内的孔620a输送流经气室614a的空气，第二区z2内的孔620b输送流经气室614b的空气，等等。气室614a-614d由圆形同心的凹槽构成，并将每个凹槽经由各自的空气管线616a-616d连接到空气供给装置562上。将每个空气管线616a-616d通过一个或者多个空气出口618a-618d连接到相应的气室上。此外，通过使用连接器，例如T-连接器将每个空气管线616a-616d分别连接到压力控制装置622a-622d上。在本实施例中，压力控制装置是连接到空气管线616a-616d上的气阀622a-622d。就这方面而言，每个阀都连接压力区之一，例如，第一阀622用于第一区z1而第二阀622B用于第二区z2，等等。

阀622a-622d包括排气口624a-624d。排气口624a-624d可连接到外侧大气或者真空(没有示出)以便从系统1000中排出空气。在本实施例中，通过这些阀622a-622d，就可从排气口624a-624d排出空气来调节空气量从而调节压力区上的正压。当阀622a-622d接通时，它们将流经空气管线616a-616d的一定比例空气排出。就这方面而言，阀622a-622d可用于在区域内产生一正压、一负压或者零压力。通过真空连接，在压力区上能产生一负压或者零压力。

然而，当来自相邻区中的多于空气流过一压力区并引起该区空气压力的升高时，阀的最重要功能是排出空气以调节一与该阀相连的压力区内的压力大小。在本实施例中，空气供给装置能够向每个压力区供给同样的气流比，并且能在抛光带102的作用下改变对每个压力区的流量比以建立一具有预定气压轮廓的空气区。

如图6C的另一个实施例所示，压板600包括优选位于各区之间的流体排放孔1400以便从板的上面排出多余流体。通过经流体排放孔使流体排到大气或者真空源中，本发明克服了多于流体将从相邻压力区中流过的问题，因此，也使相邻压力区间的串扰最小化。反之，这又在压板上产生了大体上独立的压力区，并有助于在每个压力区中产生不同的压力大小。如图6C所示，在一个实施例中，将流体排放孔1400a-1400d设置在同心的压力区z1、z2、z3和z4之间，其中，这些压力区设有流体孔620a-620d和传感器630a-630d。在每个区之间，在一个或者多于一个的圆形通道上形成了多个排放孔。每个圆形通道可以具有多个排放孔1400a-1400d中至少一个线路。例如，多个位于压力区z1和z2之间的排放孔1400a可以沿着一个圆形通道形成或者沿着含有这些排放孔在内的两个同心圆形通道形成。尽管在本实施例中排放孔是沿着圆形通道并且在压力区之间形成的，但它们可以以任何方式(例如径向)来分布，而且都落入到本发明的范围之内。在本实施例中，排放孔为圆筒形或者圆形；但，它们也可以是矩形或者其它的几何形状或者为圆形的切口。在CMP加工过程中，诸如空气的流体通过每个区域内的流体孔620a-620n喷射到抛光带102之下，同时夹持晶片的托架104降低到抛光带上。当抛光带102在压板600上运动时，流过孔620a-620n的流体在抛光带102之下施加压力。在压力区之间的排放孔使流出压力区z1-z4的多余流体排出并且避免压力区之间的串扰。在该加工过程中，晶片114可以被平移至少为排放孔直径的约两倍，从而使排放孔的可能的局部效果最终得到平衡。每个排放孔可以通向大气压力或者可以连接到一真空系统(没有示出)。如图6C所示，在本实施例中，每个流体排放孔1400a-1400d都分别连接至大气压力。每个流体排放孔1400a-1400d都独立地通向外部压力并分别向大气排出多余流体。但，排放孔1400a的最重要功能是独立地调节每个压力区内的压力大小。例如，通过向z1输送高流量的流体并通过排放孔1400a排出流过第一区z1的多余流体，可以使第一区内的压力大小高于相邻的压力区z2，这样也不会影响z2区的压力。在本实施例中，空气供给装置还能够向每个压力区供给相同流体的流量比以及相对每个压力区改变流量比以便在每个流体内建立一特定的压力大小。在抛光带102的作用下，这将产生一预定的气压轮廓。

图7A-7B示出表面610的平面视图，图中示出了含有孔620a-620n和传感器630a-630n的区z1-z4。在本实施例中，示例性的传感器630a-630n可为光学边界点传感器，优选包括一光学发射器和检测器，并且与工件相比，将该传感器设置在位于抛光元件之下的压板中。例如，传感器630a-630n可以位于区z1-z4中或者位于这些区附近，其中区z1-z4代表由流体供给装置562可选择控制其流体压力的压力区。尽管在本实施例中所使用的示例性光学传感器位于压板中，但是还可以使用设置在系统中任何适当位置上的任何类型的传感器，它们都落入到本发明的范围之内。如图7B所示，每个区可以包括多个同心圆，而且还可预料到在某些情况下，一个区中可以没有一个传感器。传感器装置566接收到原始的传感器信号(例如反射光)并且产生将输入到计算机564的电子传感器信号(参见图6A)，该电子传感信号以上述方式控制流体供给装置562。

本发明的边界点传感器可以是用于监控抛光层反射率变化的光学监控装置。参考图8，每一个传感器630x包括一发射纤维632x和一接收纤维634x，其中发射纤维发出一束将在工件114上发生反射的光(见附图标记710)，接收纤维将接收到该反射光。例如，当将铜层向下抛光至位于绝缘层的上表面15之上的阻挡层18时(参见图1A-1B)，边界点传感器通过反射光的变化检测出抛光边界点。于是，输出和输入信号通过光学透明元件102来传输。在CMP边界点检测中这样传感器的应用已公开在2002年1月17日提交的美国专利申请No.10/052,475中。

CMP是一种粗略地基于方程：抛光率＝常数×速度×压力来对一表面进行抛光的方法。

本发明利用了通过控制局部压力来增加或者降低局部抛光率的性能。因此，本发明一关键之处在于能够在不同的压力区中实现不同的抛光率。

图9A示例性地显示了利用压力区z1和z2建立压力轮廓的一个操作过程。可以理解到使用两个区仅是为了示例的目的。与图9A类似的压力轮廓也可以通过压力区z1，z2，z3和z4来构成。图9A所示的压力轮廓能通过使第一区z1具有一高空气压力P1并使周围的第二区z2具有一较低的空气压力而建立起来。在操作中，这可通过首先在第一区z1内使来自于空气供给装置的一第一预定量的空气流过该第一区z1来建立压力P1。在压力P1的建立过程中，可调节第一阀622a，使得从第一管线616a能排出一小部分的第一气流。第二区z2内压力P2的建立可以是，例如通过使第一预定量的气流流过第二空气管线616b同时经排出口624b排出一部分的第一预定气流来使压力降低至P2而实现。在此，从第一区向第二区流过的任何气流都可以使第二区内的压力增至一P3压力。根据本发明，第二区z2内压力大小的增加是通过使第一预定量的气流经由第二阀排出更多的空气来实现的。作为这种排出的结果，射入到第二区上的第一气流量的降低发生了而且第二区z2内的压力大小恢复到P2的压力大小。同样的工艺还可通过对每个区施加不同的气流来获得。在这种情况下，压力大小可通过排出预定量的气流来再次获得调节。

图9B示例性地显示了还是利用压力区z1和z2建立压力轮廓的另一个操作过程。与图9B类似的压力轮廓也可以通过利用压力区z1，z2，z3和z4来形成。图9B所示的压力轮廓能通过使第一区z1具有一低空气压力P1并使周围的第二区z2具有一较高的空气压力而建立起来。在操作中，这可通过首先在第二区z2内使来自于空气供给装置562的一第一预定量的空气流过该第二区z2来建立起压力P2。在压力P2的建立过程中，使第二阀622b断开或者接通以便排出一小部分的第一气流。第一区z1内压力P1的建立可以是，例如通过使第一预定量的气流流过第一空气管线616a同时经排出口624a排出一预定部分的第一预定气流来使压力降低至P1而实现。在这种情况下，从第二区z2向第一区z1流过的任何气流都可以使第一区z1内的压力增至一P3压力。与前面的情况相同，第一区z1内压力大小的增加可通过使第一预定量的气流经由第一阀622a排出了更多的空气来实现。作为排出的结果，射入到第一区z1上的第一气流量的降低出现了而且第一区内的压力大小恢复到P1的压力大小。同样的工艺还可通过对每个区施加不同的气流来获得。在这种情况下，压力大小可通过排出预定量的气流来再次获得调节。结合图9A和9B说明的这些工艺过程还可以进行动态地控制。例如，阀可以由来自位于图6B所示每个压力区z1-z4内的压力传感器的输入来控制或者调节。当一个区内的压力由于来自相邻区域的气流而增加时，该阀就会排出预定量的空气以调节区域内的气压。阀的排气能通过一个接收来自传感器之压力输入的控制器来控制。

当对具有阻挡层在其下方的铜层进行操作时，一旦阻挡层暴露出来，从边界点传感器发出的信号就会由于反射率的变化而变化。如图10A-10C所示，在图示的加工中，晶片的一个区域需要比另一个区域进行更多的抛光，或者一个区域向下变薄得快于另一个区域，因此该区域就比另一个区域更快地到达铜边界点。边界点传感器一检测出铜边界点，该区域内的气压就会降低以便减慢或者不再对该区域进行抛光。可替换的是，在还没有达到边界点的其它区域内的气压还可以增加。在去除速度不同的情况下，已抛光区域内的铜基本上不再被抛光而其它的区域可继续被抛光。因此，本发明根据有关边界点的情况不同而施加到各压力区上的气压是不同的。

图10B-10C显示了精确边界点检测的一个实施例。如图10B所示，工件表面以标记920a表示。在进行一段时间抛光之后，表面减小至标记920b所示，而且靠近传感器630c的区域附近的那层非常薄。再进行一段时间抛光之后，当将表面向下抛光至标记920c(920c-1和920c-2)所示时，传感器630c将检测到表面内的变化而且控制器560将减小对该区的压力(流体流动率)。因此，该区将经受很少的抛光，而其它区将继续以初始的速率进行抛光。当然，还可预料到如果需要，对某些未完工的区域可增加流体流动。当所有的区域都进行抛光(所有的传感器都显示已达到边界点)之后，就完成了该加工过程。

尽管上面已对各种实施例进行了详述的描述，但显然，本领域普通技术人员可对这些实施例进行各种修改都不偏离本发明的教导和优点。

C.实施例的变型

在本发明的一方面中，可使用声敏传感器来代替上述的光学传感器。在这种情况下，在晶片加工时，传感器630a-630n实时地检测抛光层的厚度，并通过传感器装置566将该信息输入到计算机中。接着，计算机564对输入的厚度数据进行计算，如果检测到去除层内的非平面性，通过改变一个或者多个抛光参数，例如抛光元件之下的气压或者浆料成分来选择性地重新调节晶片上材料去除的速率，从而在整个晶片表面上获得厚度的均匀性。

在本发明的另一方面中，图11显示了根据工件的轮廓以不同压力矢量910a至910d对一工件进行抛光。较长的箭头代表较大的力。如果一工件区需要更多抛光，计算机控制器就指示流体供给装置向该区供给较高的压力。同样，当一区域不需要再抛光时，计算机控制器就指示流体供给装置向该区供给很小的压力。

在本发明的另一方面中，将一热交换器串联到压板的流体供给装置中，这样，就使得输送到压板上的流体的温度可控制并且能保持在一预调的温度上。为了能向该热交换器提供反馈以便保持抛光元件的预定温度，压板还包括一温度传感器。

D.具有缓冲层的压板

在上述利用一个抛光元件的CMP加工过程中，存在几个可以损坏抛光元件或者晶片表面或者二者的因素。就晶片表面而言，使待抛光的工件表面和抛光元件表面之间任何非平行性接触都可能损坏工件表面。在CMP加工之前，压板的表面和待抛光的工件表面应该对准以便它们大体上平行。明显偏差于这种平行性将导致工件的一部分更靠近压板的表面，同时使工件表面的另一部分远离压板的表面。这样的更靠近压板表面的表面部分，或者所谓的工件上的突出部分将会被过度抛光或者碰撞压板的表面，从而造成工件表面和抛光元件的损坏。在压板和工件表面之间的这样不对准(即非平面性)在对包含基片的低k材料进行抛光的过程中尤其有害。由于低k电介质材料的脆性结构，所以在对这种低k基片进行抛光的过程中与压板的任何碰撞都可能完全损坏该低k材料的结构。

就抛光元件而言，任何夹在固定的研磨抛光元件和压板之间的大微粒都可能擦伤或者损坏薄的、固定的研磨抛光元件。此外，边界点窗口应该光滑地对准压板表面。任何明显的偏移窗口端都可能构成压板表面上的一突起并且擦伤抛光元件或者损坏工件。

这样的问题可通过在压板中使用一减震介质来解决。在一个实施例中，减震介质为在抛光元件和压板表面之间的吸震缓冲层。本发明所述的实施例可包括压板、抛光元件(设有或者没有固定研磨剂)和抛光液(设有或者没有浆料)。

图12示出了具有吸震缓冲层1300的压板600，其中将吸震缓冲层安装在压板表面610之上。缓冲层1300可以由柔软的聚合物材料，诸如聚亚安酯或者任何能承受CMP加工的化学环境的这类材料来构成。缓冲层1300可设有第一孔1320a-1320n和第二孔1330a-1330n，其中第一孔具有相同结构的流体孔620a-620n，而第二孔具有相同结构的传感器630a-630n。在本实施例中，孔1320a-1320n的尺寸可大于流体孔620a-620n的尺寸。在CMP加工过程中，孔1320a-1320n可使一诸如空气的流体射入到抛光元件102之下，同时将夹持晶片114的托架104降低至抛光元件上。接着，可优选的是，该抛光元件可沿双向线性方向在含有缓冲层的压板上移动。当然，该抛光元件也可以沿其它方向(例如圆周方向)移动。

当抛光元件102在缓冲层1300上移动时，通过孔1300向抛光元件102的下方施加流体压力。缓冲层使流体可通过并且沿整个压板表面分布，从而提供了额外的安全保证以避免压板的硬表面、抛光元件和晶片表面之间意外接触。本发明尤其适用于对脆性低k和超低k材料的CMP加工。柔软的缓冲层吸收了晶片的瞬时震动并且对低k材料的损坏减至最小。

除前面的实施例之外，本发明还提供了一种用于低k电介质基片的改进的CMP法。与现有的抛光元件相比，尽管固定的研磨抛光元件可以提供较少的凹陷和侵蚀，但固定研磨抛光元件上的硬表面在用于具有低k电介质的基片时可能产生更高的缺陷或者局部分层。如上所述，在铜金属层内使用的低k电介质通常非常脆并且粘附性很差。控制基片和抛光元件之间的摩擦系数对于避免CMP的不同步骤过程中低k电介质分层是重要的。与铜内低k电介质/低k集成的强度和CMP减小的损害有关的技术难题可通过使用本发明的方法来减小甚至是消除。

利用固定研磨抛光材料的现有技术可以使用没有浆料的抛光液。但，在本发明的一方面中，一示例性基片的铜层可利用固定研磨抛光元件来去除，同时将含有预定量浆料的抛光液输送到固定研磨抛光元件中。这些加入的微粒润滑抛光元件表面并降低了已抛光基片表面上的横向力。示例性微粒包括，但不限于铝、二氧化铈、硅或者其它金属氧化物或者聚合物树脂珠。抛光液内微粒的含量通常可为0.1至40％(重量百分比)，优选为0.5至5％重量百分比。抛光液的制备可通过将铝或者硅微粒加入到诸如CPS-11溶液(可从3M购买到)的铜抛光液中来获得。

E.多层抛光

在另一个实施例中，铜和阻挡层的去除可通过在集成CMP工具中，基于单独的CMP站中而使用的单独抛光元件来进行。在第一CMP站中，在第一加工步骤中，基片的铜层通过使用固定研磨抛光和一含有微粒的抛光液而被去除。抛光加工过程可通过使用在上述实施例中的减震阻挡层1300(如图12所示)来完成。在加工过程中，使用与图12所示相类似的一个系统，降低晶片使其放置在固定研磨抛光元件上并且将含有润滑微粒的抛光液输入到抛光元件中。如上所述，固定的研磨抛光元件可在缓冲层1300上移动，同时将一液体压力供给到抛光元件的下面。一旦将铜层向下去除至位于低k电介质的表面上的阻挡层时(参见图1B)，阻挡层去除加工就在一第二CMP站内进行。在此步骤中，图12所示的CMP站可与一聚合物/非固定研磨抛光元件一起使用。该抛光元件可由柔软的聚合物材料，诸如聚亚安酯来制成。在本实施例中，在阻挡层去除的过程中，将一选择性抛光液输入到聚合物抛光元件中以利于阻挡材料的去除，同时如上所示使抛光元件移动并且使一流体压力供给到抛光元件的下面。该加工工艺使作用在低k电介质上并导致分层的压力减至最小，同时也使突起和擦伤减至最小。

在另一个实施例中，铜和阻挡层的去除可在相同的CMP站内进行。第一步骤是在阻挡层去除之前进行铜层的去除。根据该加工工艺，在第一步骤中，将大量铜向下去除至位于固定研磨抛光元件之上的阻挡层。在此步骤中，抛光液可以或者可以不合有微粒。在第二步骤中，使用固定研磨抛光元件和具有微粒的抛光液的组合以便从阻挡层的表面上去除剩余的铜层，同时对工件施加一向下的力，例如一比较低的向下的力。在这些步骤之后，在另一个CMP站中，在一个柔软的聚合物抛光元件上进行阻挡层去除加工同时将Ta选择性抛光液输送到抛光元件上，并且对工件施加一较低的向下力。

F.托架压力变化

图13A-B示出了通过从晶片114的背面施加压力来改变压力轮廓的实施例。在本实施例中，利用把晶片固定在适当位置上的托架104，将压力梯度施加到晶片114上。一个能变形或者可膨胀薄膜1210的形状与托架相对应，通常为圆形的形状，而且将该薄膜紧邻地连接到一凸起表面区域的内圆周表面上。可膨胀薄膜1210在加工的过程中提供了柔顺的晶片支承。可膨胀薄膜1210由一薄的柔顺材料制成，诸如弹性体，最好是Viton(商标)。将该薄膜优选利用胶水和紧固件或者夹紧机构的组合连接到托架104上。这种连接结构当薄膜1210膨胀时就会将其固定并密封在适当的位置上。

尽管上述实施例只说明了一种可膨胀薄膜，但可替换的是，该薄膜可由一种能变形但不一定能膨胀的柔顺材料来制成。如果薄膜不能膨胀，就可使用一种海绵状材料来把晶片压靠在抛光元件上。

参照图13A，将薄膜1210分成多个区1210a-1210e，所述区的数量可为任意值。将流体输入到这些区并且从这些区排放出去以便向工件施加一压力梯度。如下所述，流体管线1224a-1224e内的流体用于使可膨胀薄膜1210膨胀并且在整个加工进行的过程中保持这种膨胀状态。在加工过程中，由薄膜施加的压力优选在0.1至10psi的范围之内。

晶片在加工的过程中可以通过几种方式之一而固定在适当的位置上。一种方式是通过使用图13B所示的挡板1212a-1212b。这样的挡板1212a优选可将晶片夹持在一固定的位置上同时不会妨碍将进行加工的表面。用于把晶片夹持在一位置上的另一项技术是利用晶片和薄膜之间的真空，此技术已在美国专利申请No.10/043,656中公开，在此可引作参考。在操作过程中，当把晶片114放置薄膜1210上之后，把一备用元件充气直至底层接触薄膜1210。接着，抽空一托架的凹槽以便对晶片114施加真空吸力。当向凹槽施以真空时，气阱之间的连接区或者凹处成为低压空间，并使相邻薄膜部分倒入到这些凹处中。反过来，这在晶片的背面上产生了多个低压空间。该低压空间可用作吸盘并能提供足够的吸力，以便在加工过程中将晶片夹持住。

区域1210a-1210e在抛光时通过各个压力管线1224a-1224e连接到压力控制器1220上。这些管线使压力控制器能在晶片的背面上产生可变的压力梯度，这样，就使位于晶片正面之上的薄膜的均匀去除率在加工过程中能由晶片背面上的不同压力来控制。例如，在晶片的中心施加较高压力而在晶片的边缘施加较小的压力，与晶片边缘处的机械分量相比，将显著地增加晶片中心处加工的机械分量，从而增加中心区域的材料去除率。

图13B还示出了一个压板1600，该压板可与上面所述的压板600相类似，或者也可以是一个用于将抛光元件固定在其上的扁平表面。在本发明的这方面中，晶片和抛光元件之间的相对运动可通过移动抛光元件、托架或者这两者来获得。在任何情况下，都将基片表面监控传感器630a-630n安装在压板上，并且通过抛光元件或者通过抛光元件上的一个窗口监控晶片。与图6A相同，压板1600上的传感器都被连接到一个传感器装置566和计算机控制器564上。计算机控制器控制压力控制器1220并向加工系统提供反馈以便控制施加到工件的每个区上的压力，以及使工件的加工最优化。如上结合流程图10C所述，该方法可用于在工件的不同区域中以不同的次数选择边界点。

G.具有颜色传感器的传感装置

在一个实施例中，用于多层晶片之边界点检测的传感器是一个颜色传感器。在本申请中，术语“颜色”表示从表面发出或者反射的不同性质光中至少之一。反射光具有多色属性，例如多种波长。图14显示用于检测多层半导体晶片之加工边界点的颜色传感装置1405的一个实施例，其中的颜色传感装置包括一光源1410，一颜色传感器1420和一判定电路1430。术语“传感结构”可与术语“传感装置”交替地使用。如下所述，颜色传感器可以是单一波长的传感器或者是多种波长的传感器(多波长传感器)。颜色传感装置可用于，例如，关于浅沟槽绝缘(STI)的化学机械抛光(CMP)工艺。上面已结合图1C和1D对示例性STI CMP工艺进行了说明。

在优选实施例中，光源向半导体晶片的一个表面发出入射光线。可优选的是，将颜色传感器连接到光源上并检测响应于该入射光线而来自于半导体晶片之表面的反射光，其中该反射光被称作一种反射颜色。在这种情况下，颜色传感器是单一波长的传感器。颜色传感器被构造成能够响应于反射颜色而产生一传感器信号的结构形式。判定电路与颜色传感器相连并被构造成能够至少部分地基于传感器信号来判断晶片加工边界点是否已经达到的结构形式。

在本发明的一方面中，光源和颜色传感器都设置在晶片的附近。在另一方面中，光源与一光导纤维相连。在这种情况下，光源包括光导纤维的输出端。同样地，颜色传感器可以被连接到一光导纤维上以检测反射颜色。在这种情况下，颜色传感器包括光导纤维。

如上所述，作为单一波长传感器的替代，颜色传感器还可以是多波长传感器。光源可以发出多光谱的入射光线，而且颜色传感器可以检测多光谱的反射。多光谱意味着具有至少两种波长。在本发明的一方面中，颜色传感器被构造成能够检测波长在400-800nm范围内的光的结构形式。在另一方面中，光源发出白色的入射光线，而且颜色传感器检测一红-绿-蓝(RGB)反射。

判定电路被构造成能够至少部分地基于传感器信号来判断晶片加工边界点是否已经达到的结构形式。判定电路可以包括一比较仪，该比较仪把来自于半导体晶片的反射颜色和阈值反射颜色进行比较。该阈值反射颜色可以是，例如来自于已达到其加工边界点的样品半导体晶片的反射颜色。在这种情况下，对加工边界点是否已达到的判定是以来自于比较仪的反射颜色比较数据为基础的。反射颜色比较数据可以是，例如，反射波长的一种比较。在本发明的另一方面中，判定电路利用算法来判断晶片加工边界点是否已经达到。

阈值反射颜色可通过检测一已知材料的反射颜色而被初始化。一方面，阈值反射颜色是以来自于样品半导体晶片之二氧化硅(SiO2)层的反射为基础的。在另一方面中，阈值反射颜色是以来自于样品半导体晶片之氮化硅(Si3N4)层的反射为基础的。在另一方面中，晶片的上层是铜并且下层是阻挡层，其中阻挡层是，例如钽(Ta)或者氮化钽(TaN)或者钽/氮化钽(Ta/TaN)。在这种情况下，阈值反射颜色是以来自于已抛光到阻挡层的样品半导体晶片的反射为基础的。可替换的是，阈值反射颜色是以来自于样品半导体晶片之铜层的反射为基础的。在另一个可替换型式中，阈值反射颜色是以来自于样品半导体晶片之绝缘层的反射为基础的。

在另一方面中，半导体晶片的一层是亲水的而另一层是疏水的(亲水意指易于保持水分，而疏水意指不易保持水分)。例如，晶片的上层由亲水的二氧化硅组成，而晶片的下层由疏水的氮化硅组成。由于二氧化硅是亲水的，所以通常在其表面上形成一薄薄水膜。但，当用STI CMP法将晶片向下抛光至氮化硅层时，通常在该氮化物表面上有很少或者没有水分。氮化硅表面上缺少水分便于对加工边界点进行一致性测量。

如上面结合附图14所述，传感装置可以和STI CMP一起使用。当进行STI CMP的半导体晶片从二氧化硅层55抛光到氮化硅/二氧化硅界面(参见图1C和1D)时，反射颜色从淡绿(通常4-5kA)改变到黄或者紫。在本实施例中，氮化硅/二氧化硅界面代表加工边界点。因此，再参考图14，颜色传感装置通过监控反射颜色从淡绿改变到黄或者紫之时能检测出STI CMP加工已经成功地达到加工边界点。前述的STI CMP技术是示例性的而且也可以采用其它的技术。

颜色传感器可容许在检测角度和检测距离方面变化，其中检测距离是从颜色传感器到半导体晶片之表面的距离。颜色传感器以能检测到一最适宜光学信号的检测距离的方式来设置。例如，检测距离可为2-10mm。

传感装置可以以一预定频率对半导体晶片进行边界点检测。例如，传感装置可以测试每隔50个的晶片以便确定晶片抛光工艺的精度。

图15是用于检测多层半导体晶片之加工边界点的方法，例如利用颜色传感装置1405的一个实施例的流程图。在步骤1510中，入射光线射到一半导体晶片的一个表面上。在步骤1520中，响应于入射光线从半导体晶片的表面上检测出反射颜色。在步骤1530中，在反射颜色的检测基础上产生传感器信号。在步骤1540中，至少部分地根据传感器信号来作出晶片加工边界点是否已经达到的判断。

颜色传感器的使用可以减小或者消除与其它类型的光电传感器相关的问题，例如有效的区分能力和不能补偿目标距离的波动。本发明可使用的一示例性颜色传感器可从新泽西州Woodcliff Lake的Keyence公司获得。

H.用于就地边界点检测的可动结构

为了能进行就地边界点检测，可将一传感装置连接到一可动结构上。将传感装置连接到可动结构上的结果是，可在一半导体晶片上进行边界点检测而不需从其加工设备，即托架104(参见图2)上把半导体晶片拆卸下来。在一个实施例中，一个边界点检测系统包括一传感装置，该传感装置被构造成能够检测出与半导体晶片的表面有关的度量标准并且根据该度量标准产生传感器信号的结构形式。该系统还包括一个与该传感装置相连接的判定电路，该判定电路被构造成能够至少部分地基于传感器信号来判断晶片加工边界点是否已经达到的结构形式。此外，该系统还包括一个与该传感装置相连接的可动结构以确定传感装置的位置从而检测度量标准。

传感装置可以包括，例如如上图14所示的光源1410和颜色传感器1420。在这种情况下，光源和颜色传感器被连接到可动结构上以便从半导体晶片的表面上检测到反射颜色。另一方面，光源和颜色传感器被连接到可动结构上从而扫描半导体晶片的表面。在另一方面中，可动结构确定颜色传感器的位置以便检测到反射颜色。传感装置还可以包括判定电路。可替换的是，该传感装置还可以是与上述图14所示的传感装置1405不同类型的传感装置。

图16A显示用于就地边界点检测的边界点检测装置的一个实施例的顶视图，其中该边界点检测装置包括一个可动结构1620和一个传感装置1630。可动结构被连接到传感装置上并且能够使该传感装置设置在多个位置上。例如，该可动结构可将传感装置设置在一工作位置(检测位置)上或者一待用位置(非检测位置)上。传感装置利用上面所述的技术，例如反射颜色检测来检测一晶片的加工边界点。还可以使用其它的边界点检测技术。传感装置可以包括一个光电传感器，诸如图14所示的颜色传感器。再参考图16A，传感装置可与一个判定电路相连接以便至少部分地根据由传感装置产生的数据来判断晶片加工边界点是否已经达到。图16B显示了用于就地边界点检测的边界点检测装置1610的一个实施例的侧视图，其中该边界点检测装置包括一个可动结构1620和一个传感装置1630。

图17A示出了位于一示例性CMP装置1700中的边界点检测装置1710，其中CMP装置包括托架104，抛光元件102，边界点检测装置1610，以及一导轨1730，其中CMP装置处于抛光模式。导轨为边界点检测装置提供了移动的通道从而进行就地边界点检测。如上所述，图17A示出了处于抛光模式的CMP装置，托架位于向下的位置上而晶片114的底面116与抛光元件102的抛光表面相接触。当CMP装置处于图17A所示的抛光模式时，边界点检测装置处于一待用位置上，即该边界点检测装置并没有处于传感装置对晶片的底面进行边界点检测的位置上。

图17B示出了位于一示例性CMP装置1700中的边界点检测装置1610，其中CMP装置包括托架104，抛光元件102，边界点检测装置1610，和导轨1730，而且其中CMP装置1700处于非抛光模式下。如上所述，图17B示出了处于非抛光模式下的CMP装置，托架位于升高的位置上而晶片的底面不与抛光元件的抛光表面相接触。在托架位于升高的位置上之时，边界点检测装置在托架下沿着导轨移动并且使传感装置位于晶片的底面之下，从而使边界点检测装置处于一待用位置上。当传感装置位于晶片的底面之下时，该传感装置可对半导体晶片进行边界点检测。例如，传感装置可以检测来自晶片表面的反射颜色。值得注意的是，为了进行边界点检测并需要将晶片从托架上拆卸下来。

如果传感装置确定已经达到边界点，则可将晶片从托架上拆卸下来并输送到随后的加工站上。在这种情况下，可动结构可将半导体晶片移动到随后的加工站上。

可动结构可以是任何类型的元件，该元件适合于确定用于就地边界点检测之传感装置的位置，例如梭子、臂状物或其它类型的元件。在一种情况下，可动结构是一个清洁梭子，该梭子在达到加工边界点之后用于将晶片移动到一清洁腔(没有示出)中。在这种情况下，清洁梭子适合于用作可动结构来确定传感装置的位置。当边界点检测装置处于一工作位置时，如果传感装置确定边界点已经达到，则将晶片拆卸到清洁梭子(即可动结构)上并送到清洁腔中进行清洗。可以理解的是，轨道并不是本发明所必需的。例如，如果可动结构是一臂状物，就不再需要轨道。

如果传感装置确定还没有达到边界点，则边界点检测装置被从托架之下移开(恢复到一待用位置)，并且托架被降低，使得晶片的表面恢复与抛光元件的抛光表面相接触以便进一步抛光。抛光晶片并把边界点检测装置移动到检测晶片加工边界点的位置上的这样一个循环可以继续直至达到了边界点。

在本发明的另一方面中，如图17A和17B中由轴118上的圆形箭头所示，轴118和托架使晶片旋转。在这种情况下，由于晶片旋转，所以边界点检测装置通过沿晶片的一半径以直线轨迹移动能扫描晶片的整个表面。可替换的是，如果晶片不旋转，则边界点检测装置可以设置一个马达来使边界点检测装置旋转从而能扫描整个晶片表面。边界点检测装置可改用多个传感装置来扫描整个晶片表面。

图18是在一CMP装置中用于检测多层半导体晶片的加工边界点的方法的一实施例之流程图，其中示例性CMP装置1600包括一个托架和一个抛光元件，而且将半导体晶片连接到托架上。在步骤1810中，停止进行半导体晶片的抛光。在步骤1820中，通过升高托架使半导体晶片脱离与抛光元件的接触。在步骤1830中，使一传感装置在半导体晶片的一底面之下移动。在步骤1840中，从传感装置向半导体晶片的底面发出入射光线。在步骤1850中，传感装置响应于入射光线从半导体晶片的底面上检测到反射颜色。在步骤1860中，至少部分根据该反射颜色作出是否继续对半导体晶片进行抛光的判定。在这种情况下，如果检测到了一所希望的反射颜色，该方法还包括中断对半导体晶片的抛光并使半导体晶片移动到另一个加工站的步骤。

I.结论

本发明的优点包括能够对一选定的边界点进行最佳工件抛光的能力。在本发明的一方面中，上述技术可以被用于抛光各种尺寸的晶片。例如，该技术可用于抛光具有200mm，300mm，400mm，500mm的直径或者其它直径的晶片。在本发明的一方面中，晶片的不同尺寸可以利用相同的压板来抛光。

可以理解到，在上面的说明和附属权利要求中，术语“晶片表面”和“晶片的表面”包括，但不限于在加工之前的晶片的表面以及位于晶片上的任何层的表面，该任何层包括绝缘体、氧化金属、氧化物、玻璃丝、陶瓷等。术语“晶片”、“半导体晶片”和“基片”可互换地使用。

可以理解到，上述本发明的各方面和各实施例可以以任何适合的方式被结合在一起使用。例如，传感装置1405和/或可动结构1620可与上述对晶片提供厚度均匀性的精确边界点检测系统和/或托架压力变化系统一起结合使用。前述的结合仅仅是示例性的。还可以构思出其它的结合和实施例。

还可以理解到，尽管只对诸如化学机械抛光的特定晶片加工进行了说明，但本发明还可以应用晶片加工的其它加工方法，诸如电化学机械沉积(ECMD)方法。

尽管已经对优选实施例和最佳模式进行了说明，但对上述实施例进行的各种修改和变型都落入到本发明附属权利要求书限定的主题和精神范围内。

Claims (48)

1.一种用于抛光一工件的装置，该装置包括：

一个工件夹具，其被构造成能够夹持该工件的结构形式；

一个抛光元件，其被构造成能够设置在工件的一表面附近以便通过该抛光元件的一正面抛光该工件表面的结构形式；以及

一个具有多个压力区的压板，该压板被构造成能够选择性地向所述抛光元件施加压力从而使抛光元件在选择的压力作用下接触该工件表面的结构形式。

2.根据权利要求1所述的装置，还包括：

一个与所述压板相连的压力控制器，该压力控制器被构造成能够选择性地调节所述压力区的结构形式。

3.根据权利要求2所述的装置，还包括：

一个传感器，该传感器与至少一个压力区相联，而且被构造成能够检测工件表面的性质并响应于该性质产生一传感器信号的结构形式；以及

其中所述压力控制器被构造成能够使压力区至少部分根据各个传感器信号而选择性地向所述抛光元件施加压力的结构形式。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：

所述的抛光元件是一个光学透明的抛光元件并且可沿一个或者多个方向移动；以及

所述的传感器响应于一个可在工件表面进行反射的光源。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述的光学透明抛光元件包括一复合结构。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述的抛光元件被构造成能够沿双向移动的结构形式。

7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述的压力控制器能够向一压力区施加负压力和正压力。

8.根据权利要求3所述的装置，还包括多个位于压力区之间的排放孔，该排放孔使压力区之间的流体流排出。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述的排放孔与大气相通。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的抛光元件被构造成能够通过双向移动抛光工件的结构形式。

11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，流到多个压力区中的流体通过使用含有一旋转流量计和含有质量流量控制器的组之一受到控制。

12.根据权利要求1所述的装置，还包括：

一柔软的阻挡层，该阻挡层位于所述压板之上以便在工件表面和压板表面之间产生一衬垫。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述压力区在所述阻挡层上是连续的。

14.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述压板包括与压力区相联的流体供给孔，所述的压力区能够向所述抛光元件的背面提供流体，所述流体供给孔以多组方式设置，每组都包括一不同数量的孔，而且在至少两个相邻孔之间的一压力差使工件表面的相应的不同区域上产生一不同的抛光率。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述的抛光元件是一柔性抛光元件。

16.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，可对从下述组中选择出的不同尺寸的工件进行抛光：

一具有200mm直径的工件；

一具有300mm直径的工件；

一具有400mm直径的工件；以及

一具有500mm直径的工件。

17.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述抛光元件被构造成能够相对所述压板移动的结构形式；以及

所述压板具有多个用于产生压力区的流体供给孔，而且所述流体供给孔被构造成能够向抛光元件的背面供给流体以便向所述抛光元件选择性地施加压力的结构形式。

18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，

所述压板具有多个位于所述压力区附近的放泄孔，而且所述放泄孔被构造成能够选择性地降低压力区内的压力的结构形式。

19.根据权利要求17所述的装置，还包括：

一个与所述压板相连接的压力控制器，该压力控制器被构造成能够选择性地调节所述压力区的结构形式；

一个传感器，该传感器与多个压力区中的每一个相联，而且被构造成能够检测工件表面的性质并响应于该性质产生一传感器信号的结构形式；以及

其中所述压力控制器被构造成能够使压力区至少部分根据响应的传感器信号而选择性地向所述抛光元件施加压力的结构形式。

20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述压力控制器能够向一压力区施加负压力和正压力。

21.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述的抛光元件被构造成能够沿双向移动的结构形式。

22.根据权利要求19所述的装置，还包括多个压力控制装置，该压力控制装置被连接到多个孔和压力控制器之间以便控制流体的压力。

23.一种用于检测一半导体晶片的一加工边界点的边界点检测系统，该边界点检测系统包括：

一个传感结构，其被构造成能够检测出与半导体晶片的一表面相关的度量标准并根据该度量标准产生一传感器信号的结构形式；以及

一判定电路，该判定电路连接于传感结构并被构造成能够至少部分根据传感器信号来判断是否已经达到晶片加工边界点的结构形式。

24.根据权利要求23所述的边界点检测系统，其特征在于，所述的传感结构包括一个光源和一个颜色传感器，所述的光源被构造成能够向半导体晶片的一表面发出入射光线的结构形式，而且所述的颜色传感器被构造成能够响应于该入射光线从半导体晶片的所述表面检测到一反射颜色并产生一传感器信号的结构形式。

25.根据权利要求24所述的边界点检测系统，其特征在于，所述的判定电路还包括一比较仪，该比较仪把来自于半导体晶片的反射颜色和一阈值反射颜色进行比较，而且根据从比较仪获得的反射颜色比较数据判断是否已经达到晶片加工边界点。

26.根据权利要求24所述的边界点检测系统，还包括：

一个可动结构，该可动结构被连接到所述光源和颜色传感器上以便确定颜色传感器的位置来检测反射颜色；以及

一个连接到颜色传感器上的比较仪，该比较仪把传感器信号和一基于阈值反射颜色的信号进行比较，以及

一个连接到比较仪上的判定电路，该判定电路被构造成能够至少部分根据由比较仪产生的反射颜色数据来判断是否已经达到晶片加工边界点的结构形式。

27.一种用于抛光一工件的方法，该方法包括以下步骤：

把工件夹持在一工件夹具中；

确定与一抛光元件相邻的工件的一表面的位置以便通过抛光元件的一前面抛光该工件表面；以及

向位于一压板之多个压力区内的抛光元件选择性地施加压力，从而使该抛光元件在选择压力的作用下接触工件。

28.根据权利要求27所述的方法，还包括选择性地调节压力区的步骤。

29.根据权利要求28所述的方法，还包括以下步骤：

在多个压力区内的每一个中检测一工件表面的性质；

产生响应于所述检测步骤的一传感器信号；以及

根据所述传感器信号中的至少一部分向所述抛光元件选择性地施加压力。

30.根据权利要求29所述的方法，还包括通过抛光元件的双向移动抛光工件的步骤。

31.根据权利要求29所述的方法，其中选择性地施加压力的步骤还包括向压力区施加一负压力和一正压力。

32.根据权利要求29所述的方法，还包括使压力区之间的流体流排出的步骤。

33.根据权利要求32所述的方法，其中的排放步骤还包括将流体流释放到大气中的步骤。

34.根据权利要求32所述的方法，还包括在抛光过程中传送工件的步骤。

35.根据权利要求27所述的方法，还包括通过抛光元件的双向移动抛光工件的步骤。

36.根据权利要求27所述的方法，还包括利用一阻挡层从抛光元件的后面减小压力作用的步骤。

37.根据权利要求36所述的方法，其特征在于，所述压力区在阻挡层上是连续的。

38.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，所述选择性施加步骤包括通过多个与压板内所述区相联的流体供给孔向抛光元件的背面供给流体从而在工件表面的相应的不同区域上产生不同的抛光率的步骤。

39.根据权利要求38所述的方法，还包括利用压板抛光不同尺寸的工件的步骤。

40.根据权利要求27所述的方法，还包括以下步骤：

使抛光元件相对于压板移动；以及

通过多个与压板内所述区相联的流体供给孔向抛光元件的背面供给流体从而在工件表面的相应的不同区域上产生不同的抛光率。

41.根据权利要求40所述的方法，还包括通过多个位于所述压力区附近的放泄孔排出流体而选择性地降低压力区的压力的步骤。

42.根据权利要求40所述的方法，还包括以下步骤：

选择性地调节所述压力区；

检测工件表面的性质以及一压力区；

响应于该检测步骤产生至少一个传感器信号；以及

使压力区至少部分根据至少一个传感器信号而向所述抛光元件选择性地施加压力。

43.根据权利要求42所述的方法，还包括向所述压力区施加负压力和正压力的步骤。

44.根据权利要求42所述的方法，还包括通过抛光元件的双向移动抛光工件的步骤。

45.一种根据权利要求27所述的方法制造的集成电路。

46.一种用于检测一多层半导体晶片的一加工边界点的方法，该方法包括：

向半导体晶片的一表面发出入射光线；

响应于该入射光线从半导体晶片的表面检测一反射颜色；

根据检测到的反射颜色产生一传感器信号；以及

至少部分地根据该传感器信号确定是否已经达到晶片加工边界点。

47.根据权利要求46所述的方法，其特征在于，该方法用在一化学机械抛光(CMP)装置中，其中该装置包括一托架和一抛光元件，并且将半导体晶片连接到托架上，而且该方法还包括以下步骤：

停止对半导体晶片的抛光；

通过升高搬运器头移开半导体晶片并使其脱离与抛光元件的接触；

使一传感装置在半导体晶片的一底面之下进行移动；

从该传感装置向半导体晶片的一底面发出入射光线；

由传感装置响应于该入射光线从半导体晶片的底面检测出反射颜色；以及

至少部分地根据该反射颜色确定是否继续半导体晶片的抛光。

48.一种根据权利要求46所述的方法制造的集成电路。

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