CN1330360A - 景泰蓝结构的化学机械抛光中的终点检测 - Google Patents
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Abstract
景泰蓝结构的制造方法,其中金属氧化物层的顶表面与基底上形成的金属结构的顶表面共平面。至少在金属结构的顶表面上淀积氮化物层,在金属结构和氮化物层上淀积金属氧化物层。然后通过使用浆料的化学机械抛光(CMP)工艺,对金属氧化物层进行抛光,暴露金属结构顶表面上的氮化物层。对氮化物层的抛光使氨产生于浆料中。从浆料中提取气体的氨,根据提取氨的浓度产生信号。根据信号的变化终止CMP工艺。
Description
本发明涉及用于磁存储器件的读/写磁头的制造，特别是涉及对制造这种磁头所用的化学机械抛光(CMP)工艺中的工艺控制所做的改进。
在半导体工艺领域中，化学机械抛光(CMP)是一种广泛使用的技术，用于材料的平面化和从基底上的薄膜叠层控制性地去除材料层。在通常的CMP工艺中，通过在有浆料存在的条件下，按控制的压力量使晶片相对于抛光盘旋转(或者相对于晶片移动盘，或者移动两者)，从半导体晶片选择性地去除薄膜。图1展示了典型的CMP设备10，其中利用晶片载体11使工件100(例如其上淀积有包含一层或多层膜的硅晶片)保持面向下，并且使用安装在抛光台13上的抛光盘12进行抛光；工件与浆料14接触。通过电机16驱动轴15来旋转晶片载体11。在有浆料的情况下利用抛光盘抛光工件的整个表面。因此，从淀积在基底上的薄膜去除表面的凹凸不平，获得高度的平面化。CMP已经被用于从硅基底上的薄膜叠层去除和/或平面化各种材料，硅晶片包括多晶硅、氧化硅和氮化硅。
近年来，CMP已经用于读/写磁头制造中的景泰蓝工艺。这种工艺涉及氧化铝(Al2O3)膜的抛光。如图2A所示，在NiFe微结构21上淀积氧化铝层22；NiFe结构21淀积在底结构1上，底结构可以是基底或叠层膜。然后采用CMP对氧化铝层22进行平面化和去除，直至暴露出每一NiFe结构21的顶表面21a(参见图2B)。于是获得景泰蓝(cloisonné)图形，Al2O3层22的顶表面与NiFe结构21的顶表面是共平面的。
通常CMP工艺中，在薄膜或叠层膜要求的预定位置停止工艺是极为重要的(即当达到终点时)。薄膜的过抛光(去除太多)致使工件不能用于进一步处理，从而导致成品率降低。薄膜的欠抛光(去除太少)需要重复进行CMP工艺，这是冗长和昂贵的。欠抛光有时被忽视了，也导致成品率降低。在上述景泰蓝工艺中，特别重要的是对结构21的厚度保持严格的容限，同时保证去除足够的氧化铝层以便暴露表面21a。
在解决CMP终点检测问题的常规方式中，对每个工件测量要去除的层厚和抛光速率，以便确定需要的抛光时间。简单地实施CMP工艺这么长时间，然后停止。由于许多不同的因素影响着抛光速率，处理期间抛光速率本身可能变化，所以这种方式远不能令人满意。特别是，薄膜的抛光速率在接近界面时通常发生实质性变化；这使得预测需要的抛光时间这一过程进一步复杂化。
而且，如图2B所示，要求的景泰蓝结构具有极小的图形因子；即氧化铝层22的抛光必须持续到NiFe表面21a被暴露，但是暴露的NiFe总面积仅是Al2O3/NiFe界面总面积的2％左右。
因此CMP工艺对磁头的应用技术要求对例如Al2O3和NiFe材料有效的CMP终点检测技术。此外，期望原位实时检测CMP终点；即不依赖于外部测量例如由轴电机16提取的电流，也不依赖于由在先的层厚测量所做的外推。
本发明通过提供用于CMP去除金属氧化物膜的实时、灵敏、高分辨率的终点检测技术，使得CMP能够用于磁头制造。
在本发明的CMP终点检测方法中，在期望作为终点的氧化铝中(例如在图2A所示NiFe结构21的顶部上)嵌入氮化铝(AlN)膜作为终点显示标记。AlN与浆料的反应产生清晰的产物，即氨(NH3)，然后从浆料中提取氨并且用做显示CMP工艺终点的标记。
根据本发明的第一方案，提供一种景泰蓝结构(其中金属氧化物层的顶表面与基底上形成的金属结构的顶表面为共平面)的制造方法。至少在金属结构的顶表面上淀积氮化物层，在金属结构和氮化物层上淀积金属氧化物层。然后使用浆料和适当的抛光盘(使去除率和抛光均匀性最佳化，同时使划痕最小化)，通过化学机械抛光(CMP)对金属氧化物层进行抛光。去除氮化物层上的金属氧化物，于是暴露金属结构顶表面上的氮化物层。此时通过CMP工艺一起抛光金属氧化物层和氮化物层；对氮化物层的抛光将使氨产生于浆料中。然后从浆料中提取气体的氨，根据提取氨的浓度产生信号。根据信号的变化终止CMP工艺。在本发明的优选实施例中，金属氧化物是氧化铝，氮化物是氮化铝，在基底和金属结构上淀积氮化物层(终点显示标记)作为共形(conformal)层。
可以根据氨浓度信号的变化图形终止CMP工艺。信号的初始增加表示氮化物层被抛光，随后的降低表示随着氮化物层被从金属结构顶表面去除而最终消失。
根据本发明的另一方案，提供一种对采用CMP去除金属结构上的金属氧化物膜的终点进行检测的方法。终点显示膜首先设置在金属氧化物膜和金属结构之间，位于金属结构顶表面之上。在终点显示膜的CMP过程中，浆料和终点显示膜之间的化学反应产物产生于浆料中。从浆料中提取气体的化学反应产物，根据提取的反应产物浓度产生信号。信号变化表示金属氧化物CMP终点。
在CMP工艺的终点，金属氧化物膜的顶表面与金属结构的顶表面共平面，所以CMP工艺导致形成景泰蓝结构。可以根据信号的变化来终止CMP工艺。具体地，可以根据信号的降低终止CMP工艺，因为该降低表示从金属结构顶表面去除终点显示层几乎完成了。
应该注意，终点显示层可以位于氧化物膜内的任何位置，所以可以在膜的预定位置或者在预定的膜厚终止CMP工艺。
图1是典型的CMP工艺设备。
图2A和2B是用于氧化铝层的CMP膜去除工艺的示意图。
图3A-3C是用于氧化铝和氮化铝层的CMP膜去除工艺的示意图，其中氮化铝层的抛光提供了根据本发明的CMP终点信号。
图4是用于降低浆料中的预抛光氨浓度的氨洗涤器的剖面图。
图5展示了用于在抛光过程中从浆料提取氨的氨提取单元的细节。
图6展示了用于在抛光过程中从浆料提取氨的另一种氨提取单元的细节。
图7是根据本发明的终点检测系统的框图。
目前已经发现，使用含水和锻制二氧化硅、并且pH值约为10.5的浆料，在氮化硅(Si3N4)停止膜上具有氧化硅(SiO2)靶膜的基底上进行CMP时，到达氧化物/氮化物界面时发生化学反应，导致氨(NH3)的产生。具体地，当用锻制二氧化硅、水和氢氧化钾(KOH)的混合物浆料抛光氮化硅时，浆料的pH值约是10.5，发生以下反应：
因此当到达氧化物/氮化物界面时，作为气态反应产物，在浆料中产生氨。
在本发明的景泰蓝CMP工艺中，使用同样的浆料；特别是，pH值与上述氮化硅的CMP中同样高(约10.5)。
根据本发明，用氮化铝(AlN)膜31镀敷NiFe结构21和底膜/基底1。然后用Al2O3膜22过镀敷AlN膜31，如图3A所示。正如本领域技术人员所了解的，通过在Al2O3的反应溅射中添加氮承载气体，Al2O3淀积工艺可以改进为增加AlN膜。
在存在高pH值水溶液的条件下进行抛光的过程中，AlN膜反应产生氨。确信反应如下：
当对Al2O3膜22进行平坦化和局部去除处理，暴露覆盖NiFe结构部分的AlN膜31的顶表面31a时(图3B)，开始AlN膜的抛光。暴露的AlN促进与浆料中的水的反应产生氨。产生的氨溶解在浆料中，由于pH值相当高，所以主要是以NH3的形式而不是NH4 +的形式存在。因此，浆料中氨浓度的变化表示AlN膜31的暴露程度的变化。
当AlN膜被从NiFe结构21顶部清除时，暴露的AlN量急剧降低；仅有小部分31b暴露(图3C)。因此浆料中的氨浓度也降低，显示CMP工艺的期望终点。
应该注意，AlN层31与NiFe结构21是共形的；因此在CMP工艺过程中，随着Al2O3去除工艺暴露出NiFe顶表面21a上的AlN表面31a，首先到达Al2O3/AlN界面。换言之，氨发生膜自对准于其上要求终点的表面。
更普遍地，通过监视浆料中的氨浓度，可以检测覆盖含AlN膜的任何不含AlN膜的去除终点。
还应该注意，即使膜是同一类型，也能检测另一种膜之上的一种膜的去除终点，只要与浆料的反应产生的化学反应产物具有与两种膜不同的浓度即可。例如，氧化物层中的氮化物沾染物将与浆料反应形成氨。如果两个氧化物层具有不同的氮化物浓度，氨反应产物的浓度将不同。这种浓度差别可以检测并用于确定另一氧化物层之上的一层氧化物层的去除终点。
而且，将认识到无论AlN膜埋置在Al2O3层的什么位置，都能够用做终点显示。
为了实现在浆料中产生氨，作为适用于制造的终点检测方案的一部分，需要实时和原位的浆料收集和取样。收集和取样最好提供对氨具有高敏感性的快速响应。使与浆料中和周围空气中其它物质的界面效应最小化。
在用于抛光之前上述浆料一般包含氨。预抛光氨浓度可以高达5.0×10-5M。低图形因子(即与AlN和Al2O3的总面积相比暴露的AlN面积小)的Al2O3/AlN界面抛光可以产生的氨浓度在1.0×10-5M的数量级。因此，不能从浆料中的预抛光氨浓度的波动识别因工艺终点引起的氨浓度变化。因此，必须降低浆料的预抛光氨浓度，以便获得期望的敏感性。这可以通过使用氨洗涤器400来进行，如图4所示。洗涤器的主要部件是Liqui-Cel膜片接触器401(Hoechst-Celanese制造的4x28型)，含有CelgardTM微孔聚丙烯纤维402。这些纤维是疏水的，使水基溶液不能渗透纤维膜片，但是可使气体交换。来自储液器(未示出)的浆料在404进入接触器401，在纤维外侧上流过接触器401，在从406排出并再循环回到404之前，可使氨渗透到纤维内部。为了有助于去除浆料中的氨，使来自另一储液器(未示出)的pH值大约为3的HCl水溶液在纤维内侧上循环，在408进入，从410排出，然后再循环回到408。来自浆料的氨气与此HCl流交遇，由于pH值低，所以立即转变为NH4 +，有效地防止了NH3在洗涤器内部聚集。再循环HCl流和储液器可以是用于大量来自浆料的氨的水槽。浆料中的预抛光氨浓度于是可以降低到大约2.5×10-6M。
为了通过监视抛光期间产生的氨浓度来检测CMP工艺的终点，必须从浆料提取氨。这可以采用氨提取单元200来完成，如图5所示。提取单元200具有其中形成有通道201的主体210(例如塑料块)。通道201通过进口连接器202与干燥、清洁(即无氨、氮氧化物和胺)的载体气体(例如调整过的空气)源连接。通道201还通过出口连接器203与检测单元(未示出)连接，检测单元接下去与真空泵(未示出)连接。单元底部由疏水透气膜片220覆盖。这样通道201包括具有沿其长度部分走向的透气膜片的气体流动通道。通道201中的载体气体压力保持低于大气压。提取单元与抛光盘12顶部的浆料14接触。溶解在浆料中的胺渗透透气膜片220，由于膜片上的压差而进入气流。提取单元和浆料之间的接触，以及浆料和抛光盘表面之间的接触，起到防止环境空气进入气流的作用。另一个膜片230放置在气流中，防止膜片220被损坏从而浆料进入通道201时浆料到达检测单元。带有被引入的氨反应产物的干燥载体气体通过节流装置240被抽出。
用于氨提取单元的另一种装置如图6所示。提取单元300可以由聚丙烯微孔空心纤维302构成，这种纤维由拆卸的Liqui-Cel接触器(Hoechst-Celanese制造的2.5x8型)来获得。纤维302可使气体从外部进入纤维内部，但液体不能进入。纤维302外部的浆料经过入口304抽入提取单元，经过出口306排出提取单元。清洁干燥的载体气体(例如调整过的空气)通过入口308抽入提取单元，经过纤维内部，从出口310排出，带走氨气分子。另外，浆料和载体气体可以分别沿疏水透气膜片的外侧和内侧抽出。在进入提取单元300之前，可以通过含有氨过滤器的干燥器(未示出)抽出载体气体。按大约30乇的减压抽出载体气体，有助于从浆料经过纤维把氨输送到气流。减压还提高了整体流动速度，从而缩短测量氨浓度变化的响应时间。
然后把含氨气体样品气流馈入用于监视气体中氨的存在的分析单元500。分析单元输出表示气流中存在氨的信号501，从而表示膜去除工艺的终点。
可以采用各种方法以高的灵敏度和快的响应时间检测气流中氨的存在。已由本发明人成功使用的这样一种方法涉及化学发光信号的检测。细节可见Li等的美国专利申请09/073604“Indirect endpointdetection by chemical reaction and chemiluminescence”，氨可以转变为不同的产物，例如氮氧化物，然后根据与臭氧的反应发射化学发光。具体地，采用催化反应转变氨，
通过NO产物与臭氧的反应产生化学发光物：
NO2 *→NO2＋hγ
采用光电倍增管检测发光。这种技术已经用于在每十亿一个子部分(sub-parts-per-billion)的水平检测氨，同时避免其他化学影响。
图7是上述各种单元的框图，用于检测埋置有AlN终点显示层的氧化铝CMP工艺的终点。接收来自分析单元500的信号501作为输入的控制器600，最好包括执行控制程序的计算机，监视CMP工艺并且确定工艺终点。当到达CMP工艺的终点时，计算机向抛光设备10发送控制信号601，终止膜去除工艺。控制器600还接收来自抛光设备10的启动信号，触发程序开始自动监视终点信号。信号调节单元610可以用于保证到达抛光设备10和控制器600的信号处于适当的电压电平。用于闭环工艺控制的终点信号的使用已有其他公开，在此不必详细讨论。
信号501的实际强度取决于几个因素，通常从一个工件到下一个工件是不一致的。特别是，氨产生量严格地取决于图形因子(到达Al2O3/AlN界面时暴露的AlN的相对面积)。因此，终点控制信号601不直接取决于氨浓度，而是取决于氨浓度的变化。如上所述，氨浓度的增大表示已经到达Al2O3/AlN界面(可见图3B)，随后氨浓度降低表示AlN的暴露表面31a已被清除，从而暴露NiFe结构21(可见图3C)。
虽然按具体实施例的方式介绍了本发明，但是从上述说明可知，各种变化、改进和变形对于本领域技术人员来说是显而易见的。因此，本发明应包含处于本发明和权利要求书的范围和本质内的所有这些变化、改进和变形。
Claims (14)
1.一种景泰蓝结构的制造方法，其中金属氧化物层的顶表面与基底上形成的金属结构的顶表面为共平面，该方法包括以下步骤：
至少在金属结构的顶表面上淀积氮化物层；
在金属结构和氮化物层上淀积金属氧化物层；
通过使用浆料的化学机械抛光工艺(CMP)对金属氧化物层进行抛光，去除氮化物层上的金属氧化物，从而暴露金属结构顶表面上的氮化物层；
通过CMP工艺抛光金属氧化物层和氮化物层，对氮化物层的抛光在浆料中产生氨；
从浆料中提取气体的氨；
根据在所述提取步骤提取的氨的浓度产生信号；
根据信号的改变终止CMP工艺。
2.根据权利要求1的方法，其中，金属氧化物是氧化铝，氮化物是氮化铝。
3.根据权利要求1的方法，其中，在基底和金属结构上淀积氮化物层作为共形层。
4.根据权利要求1的方法，还包括在所述抛光步骤之前从浆料去除氨的步骤。
5.根据权利要求1的方法，其中，根据信号的降低终止CMP工艺，所述降低表示从金属结构顶表面去除氮化物层，暴露所述表面。
6.根据权利要求1的方法，其中，所述产生步骤还包括：
把在所述提取步骤提取的氨转变为不同的化学产物；
使化学产物产生化学发光；
检测化学发光，提供所述信号。
7.一种覆盖基底的金属氧化物膜的去除终点的检测方法，通过使用浆料用化学机械抛光(CMP)工艺进行去除，该方法包括以下步骤：
在金属氧化物膜和基底之间设置终点显示膜；
在CMP过程中，在浆料和终点显示膜之间的浆料中产生化学反应产物；
从浆料中提取气体的化学反应产物；
根据在所述提取步骤中提取的反应产物浓度产生信号，
其中，信号变化表示金属氧化物膜的去除终点。
8.根据权利要求7的方法，其中，在CMP工艺的终点，金属氧化物膜的顶表面与金属结构的顶表面共平面，以使CMP工艺形成景泰蓝结构。
9.根据权利要求7的方法，还包括根据信号变化终止CMP工艺的步骤。
10.根据权利要求9的方法，其中，根据信号的降低终止CMP工艺，所述降低表示终点表示层的去除。
11.根据权利要求7的方法，其中，终点表示膜包括金属氮化物。
12.根据权利要求11的方法，其中，金属氧化物是氧化铝，氮化物是氮化铝，化学反应产物是氨。
13.根据权利要求12的方法，其中，利用CMP工艺使金属氧化物膜的顶表面与金属结构的顶表面共平面，该方法还包括根据信号的降低终止CMP工艺的步骤，所述降低表示从金属结构的顶表面去除了氮化铝。
14.根据权利要求7的方法，其中，所述产生信号的步骤还包括：
把在所述提取步骤提取的反应产物转变为不同的化学产物；
使化学产物发射化学发光；
检测化学发光，提供所述信号。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1302522C (zh) * | 2002-05-15 | 2007-02-28 | 旺宏电子股份有限公司 | 一种化学机械抛光装置的终点侦测系统 |
| CN102909649A (zh) * | 2011-08-05 | 2013-02-06 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 化学机械抛光设备、化学机械抛光终点检测装置和方法 |
| CN102935618A (zh) * | 2011-08-15 | 2013-02-20 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 研磨液、过抛和终点检测方法及装置、抛光设备 |
| CN105336641A (zh) * | 2014-06-20 | 2016-02-17 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | Cmp终点探测系统的加权校准方法 |
| CN109848839A (zh) * | 2017-11-30 | 2019-06-07 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 平坦化工艺控制的实施方法及集成电路制造系统 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| KR100515721B1 (ko) * | 2002-07-11 | 2005-09-16 | 주식회사 하이닉스반도체 | 화학적 기계적 연마 공정의 연마 종료 시점 검출 방법 |
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Family Cites Families (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3502711A (en) * | 1966-10-17 | 1970-03-24 | Exxon Research Engineering Co | Purification of dimethylterephthalate |
| AU624388B2 (en) | 1989-06-27 | 1992-06-11 | High Accolade Limited | Building panel |
| US5213655A (en) | 1990-05-16 | 1993-05-25 | International Business Machines Corporation | Device and method for detecting an end point in polishing operation |
| US5242532A (en) * | 1992-03-20 | 1993-09-07 | Vlsi Technology, Inc. | Dual mode plasma etching system and method of plasma endpoint detection |
| DE69419642T2 (de) | 1993-03-22 | 2000-02-17 | Onstream Inc | Herstellungsverfahren eines Dünnfilmmagnetkopfes und danach hergestellter Magnetkopf |
| JPH06318583A (ja) * | 1993-04-30 | 1994-11-15 | Oki Electric Ind Co Ltd | ウエハ表面の平坦化方法及びその方法に用いる化学的機械研磨装置 |
| US5795495A (en) | 1994-04-25 | 1998-08-18 | Micron Technology, Inc. | Method of chemical mechanical polishing for dielectric layers |
| JPH0864561A (ja) * | 1994-08-23 | 1996-03-08 | Nippon Steel Corp | 化学的機械的研磨法における終点検出方法及び化学的機械的研磨装置 |
| US5492594A (en) | 1994-09-26 | 1996-02-20 | International Business Machines Corp. | Chemical-mechanical polishing tool with end point measurement station |
| US5595526A (en) | 1994-11-30 | 1997-01-21 | Intel Corporation | Method and apparatus for endpoint detection in a chemical/mechanical process for polishing a substrate |
| JPH08162431A (ja) * | 1994-11-30 | 1996-06-21 | Nkk Corp | 半導体装置の平坦化方法 |
| US5770948A (en) | 1996-03-19 | 1998-06-23 | International Business Machines Corporation | Rotary signal coupling for chemical mechanical polishing endpoint detection with a strasbaugh tool |
| US5663637A (en) | 1996-03-19 | 1997-09-02 | International Business Machines Corporation | Rotary signal coupling for chemical mechanical polishing endpoint detection with a westech tool |
| KR100202192B1 (ko) * | 1996-10-01 | 1999-06-15 | 문정환 | 반도체 장치의 평탄화 방법 |
| US5836805A (en) * | 1996-12-18 | 1998-11-17 | Lucent Technologies Inc. | Method of forming planarized layers in an integrated circuit |
| JPH10242089A (ja) * | 1997-02-24 | 1998-09-11 | Mitsubishi Electric Corp | 研磨終点検知方法、研磨装置及び半導体装置 |
| KR19990008774A (ko) * | 1997-07-03 | 1999-02-05 | 윤종용 | pH센서를 이용하여 화학기계적 연마의 종점을 자동으로 검출하는 방법 |
| US6180422B1 (en) * | 1998-05-06 | 2001-01-30 | International Business Machines Corporation | Endpoint detection by chemical reaction |
| US6066564A (en) | 1998-05-06 | 2000-05-23 | International Business Machines Corporation | Indirect endpoint detection by chemical reaction |
| US6126848A (en) | 1998-05-06 | 2000-10-03 | International Business Machines Corporation | Indirect endpoint detection by chemical reaction and chemiluminescence |
| US6194230B1 (en) * | 1998-05-06 | 2001-02-27 | International Business Machines Corporation | Endpoint detection by chemical reaction and light scattering |
| US6071818A (en) * | 1998-06-30 | 2000-06-06 | Lsi Logic Corporation | Endpoint detection method and apparatus which utilize an endpoint polishing layer of catalyst material |
| US6021679A (en) | 1998-08-04 | 2000-02-08 | International Business Machines Corporation | Probe for slurry gas sampling |
| US6077147A (en) * | 1999-06-19 | 2000-06-20 | United Microelectronics Corporation | Chemical-mechanical polishing station with end-point monitoring device |
-
2000
- 2000-06-28 US US09/605,729 patent/US6291351B1/en not_active Expired - Fee Related
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- 2001-06-28 GB GB0115775A patent/GB2365808A/en not_active Withdrawn
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1302522C (zh) * | 2002-05-15 | 2007-02-28 | 旺宏电子股份有限公司 | 一种化学机械抛光装置的终点侦测系统 |
| CN102909649A (zh) * | 2011-08-05 | 2013-02-06 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 化学机械抛光设备、化学机械抛光终点检测装置和方法 |
| CN102909649B (zh) * | 2011-08-05 | 2016-04-20 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 化学机械抛光设备、化学机械抛光终点检测装置和方法 |
| CN102935618A (zh) * | 2011-08-15 | 2013-02-20 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 研磨液、过抛和终点检测方法及装置、抛光设备 |
| CN102935618B (zh) * | 2011-08-15 | 2016-05-25 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 研磨液、过抛和终点检测方法及装置、抛光设备 |
| CN105336641A (zh) * | 2014-06-20 | 2016-02-17 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | Cmp终点探测系统的加权校准方法 |
| CN105336641B (zh) * | 2014-06-20 | 2018-02-02 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | Cmp终点探测系统的加权校准方法 |
| CN109848839A (zh) * | 2017-11-30 | 2019-06-07 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 平坦化工艺控制的实施方法及集成电路制造系统 |
| US12009221B2 (en) | 2017-11-30 | 2024-06-11 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Performing planarization process controls in semiconductor fabrication |
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