CN1530205A - 用于抛光垫窗口的抗反射层 - Google Patents
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Abstract
一种在化学机械整平(CMP)系统中使用的用于抛光垫窗口的抗散射层。发明尤其适用于具有粗糙下表面窗口的情况。以显著减小光散射的方式在窗口的粗糙下表面上形成抗散射层,同时使得晶片的光学原位测量经受CMP工艺。减小的光散射导致信号强度增加,其有利于更耐久的光学原位测量能力。
Description
技术领域
本发明涉及用于化学机械抛光(CMP)的抛光垫,尤其涉及具有在其中形成用于执行光学端点检测窗口的垫。
背景技术
在集成电路和其它电子器件的制造中,在半导体晶片的表面上淀积或从半导体晶片的表面去除多层导体、半导体和介质材料。可以通过多种淀积技术淀积导体、半导体和介质材料薄层。在现代工艺中的常见淀积技术包括物理气相淀积(PVD)(也通称为溅射),化学气相淀积(CVD)、等离子体增强化学气相淀积(PECVD)和电化学电镀(ECP)。
由于材料层顺序淀积和去除,衬底的最上表面横过它的表面变得不平坦并需要整平。整平表面,或“抛光”表面是这样一种工艺:从晶片的表面去除材料以形成通常均匀、平整的表面。整平对于去除不需要的表面形貌和表面缺陷(例如粗糙表面、聚结材料、晶格损伤、划痕和污染的层或材料)是有用的。平整还用于通过去除用于填充装置的多余的淀积材料在衬底上形成装置并向随后金属化和处理级提供均匀的表面。
化学机械整平或化学机械抛光(CMP)是用于整平衬底例如半导体晶片常见的技术。在常规CMP中,晶片载体或抛光头安装在载体装置上并设置成与CMP设备中的抛光垫接触。载体装置向衬底提供可控制的压力以把晶片压在抛光垫上。通过外部驱动力,垫相对于衬底任意地移动(例如旋转)。与此同时,化学化合物(“浆”)或其它液体媒介流到衬底上和晶片与抛光垫之间。由此以选择性地从衬底表面去除材料的方式通过垫表面和浆的化学和机械作用抛光了晶片表面。
当整平晶片时面临的一个问题是何时停止处理。为此目的,开发了多种整平端点检测设计。一个这样的设计包括晶片表面的光学原位测量并公开在美国专利No.5964643中,该专利在此引证作为参考。该光学技术包括提供具有对选择波长的光是透明的窗口的抛光垫。光束通过窗口直射到晶片表面,在此它反射并通过窗口返回到检测器例如干涉仪。根据返回的信号,可以确定晶片表面的性质例如其上的膜(例如氧化层)的厚度。
尽管可以使用许多类型材料作为抛光垫窗口,在实践中窗口一般由与抛光垫相同的材料构成,例如聚亚胺酯。例如,美国专利No.6280290公开了一种具有聚亚胺酯塞形成窗口的抛光垫。该垫具有孔并且窗口用粘结剂保持在孔中。
当它们表面粗糙时,出现有关这种窗口的问题。例如,一般通过从聚亚胺酯块切割一部分来形成聚亚胺酯窗口。不利地是该切割工艺在窗口的每侧面上产生微沟槽。微沟槽的深度从大约10到大约100微米的范围。在底表面上的微沟槽散射用于测量晶片表面形貌的光,由此减小了原位光学测量系统的信号强度。由于液体浆的存在和上表面接近晶片,在上表面上的微沟槽不会散射如下表面微沟槽散射的那么多的光。
因为由下窗口表面散射造成信号强度的损耗,测量结果变差,而且测量变化性成为问题。而且,由于抛光工艺期间出现了信号损耗的其它原因,在某些点需要更换垫或垫窗口。
发明内容
本发明针对在CMP系统中使用的端点检测系统中的光散射问题,其在抛光垫中应用了透明的窗口。
本发明的一个方案是包括具有在其中形成孔的抛光垫体的设备。在该孔中安装窗口,该窗口具有的下表面具有能够散射10%或更多入射到其上的光的表面粗糙度。在窗口的下表面上形成抗散射层以减小通过粗糙的下表面的光散射。
本发明的另一方案是在CMP系统中执行晶片原位(in-situ)光学测量的方法。该方法包括:提供具有窗口的抛光垫的CMP系统,该窗口具有粗糙的下表面,在该下表面上形成抗反射层,并通过抗反射层和窗口把第一束光直射到晶片。该方法还包括从晶片反射第一束光以形成通过窗口和抗反射层返回的第二束光。该方法还包括检测第二束光,把检测的第二束光转换为电信号并处理电信号以推导出晶片的一个或多个性质。
附图说明
图1是CMP系统的近视剖面图,示出了具有窗口的抛光垫,在窗口的下表面上形成有抗散射层,邻近抛光垫上表面存在的晶片和原位光学检测系统的基本元件。
具体实施方式
在发明实施例的以下详细说明中,为附图做的标号形成附图的一部分,并且其中由介绍实现发明的特定实施例的方式示出。足够详细地介绍了这些实施例以使本领域普通技术人员能够实现发明,而且应当理解可以应用其它实施例并且不脱离本发明的范围可以做出变化。因此以下的详细介绍不是限定含义,本发明的范围仅由所附权利要求来限定。
参照附图1,示出了抛光垫10的近视剖面图。抛光垫10具有包括上表面12和下表面14的体区11。抛光垫10可以是任意公知的抛光垫,例如氨基甲酸乙酯浸润毡、由Newark Delaware的Rodel公司出售的商品名称为POLITEX的微多孔氨基甲酸乙酯垫、或填充和/或吹制的化合氨基甲酸乙酯例如还是由Rodel制造的IC系列和MH系列垫。
抛光垫10还包括在体11中的孔18,在孔18内安装窗口30。在一个示例实施例中,窗口30永久地安装在孔中,而在另一个示例实施例中它可移动地安装在孔中。窗口30具有包括上表面32和下表面34的体区31。窗口30对在整平期间用于执行晶片W光学原位测量波长的光是透明的。示例波长在某处的范围从190到3500纳米(nanometers)。
窗口30由任意材料(例如聚亚胺酯、丙烯酸、聚碳酸酯、尼龙、聚酯等聚合物)构成,在它的一个或多个表面上具有粗糙部分40。在本发明的示例实施例中,当执行原位端点测量时,粗糙部分40能够散射入射到其上显著数量(例如10%或更多)的光。
在示例实施例中,粗糙部分40是由通过从大块窗口材料切割下来用于形成窗口的设备(未示出)产生的。然而,粗糙部分40还可以由任意数量的其它原因产生,例如固有材料粗糙度,而非抛光窗口材料,不适合的抛光窗口材料等。
继续参照附图,窗口30包括在下表面34上形成的抗散射层50。层50在下表面34界面具有上表面52和与上表面相对的下表面。由整平期间对用于执行晶片原位光学测量的光的一个或多个波长是透明的任意材料来形成抗散射层50。而且,在示例实施例中,层50具有与窗口30的反射率尽可能接近的反射率。在示例实施例中,窗口30由对波长为670纳米(为二极管激光波长)具有1.55反射率的聚亚胺酯构成。而且在示例实施例中,层50是基本上对670纳米波长具有1.55相同反射率的聚亚胺酯(polyurethane)。在另一个示例实施例中,由与窗口30相同的材料形成层50。
在示例实施例中,层50包括透明耐溶解漆,例如由丙烯酸、聚亚胺酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯(PVC)或其他透明可溶聚合物构成。另一个示例实施例,层50包括辐照固化涂层,例如紫外(UV)固化丙烯酸或聚亚胺酯。在另一个示例实施例中,结合两种或更多组分涂层例如环氧树脂、聚亚胺酯和/或丙烯酸。在另一个示例实施例中,使用暴露于大气而固化的单组分空气固化透明涂层例如湿气固化聚亚胺酯、氧聚合搪瓷等涂层来形成层50。同样,在另一个示例实施例中,可以使用热熔涂层例如热熔膜和粉末涂层。总之,用来充分减小下表面34表面粗糙度的任何透明涂层适合用作层50。
通过适合于被使用材料的任一种公知技术在下表面34上形成层50,例如喷涂(旋涂)、浸蘸、刷涂、熔化等。优选层50与下表面34上的粗糙部分共形以使散射最小,而层50还要足够厚以具有充分平坦的下表面54。在示例实施例中,通过抛光把下表面54变平。在另一个示例实施例中,依靠用于形成层的技术下表面54自然地形成适度平的表面。例如,熔化部分聚亚安酯到窗口上并让熔化的材料流动将填充粗糙部分40,同时还流到相反表面上形成平坦下表面54。
注意到下表面不需要完全平坦是非常重要的。例如,下表面54可以具有缓慢变化的表面弯曲部分,该弯曲部分不散射光而仅仅以微小的角度反射光。这是因为抗散射层50被设计成消除光散射,其是在光学原位监测系统中信号损失的主要原因。
操作方法
继续参照附图,下面介绍用于实行具有被测量表面62的晶片W的原位光学测量的本发明的操作。在操作中,由光源71产生第一光束70并直射到晶片表面62。第一光束70具有由窗口30和抗散射层50透过的波长。
穿过抗散射层50、窗口下表面34、窗口体部分31、窗口上表面32和在窗口上表面和晶片表面之间的间隙66,第一光束70到达晶片表面62。由浆液68(未示出)占有间隙G,在实际操作中其用作折射率匹配流体来减小在窗口上表面32上粗糙部分40的光散射。从晶片表面62反射第一光束70-或更准确地说是它的一部分。这里示意示出了晶片表面62。实际上,由于不同膜(例如氧化物涂层)晶片表面62表现出晶片上存在的表面形貌或一个或多个界面。
从晶片表面反射第一光束70形成沿第一光束70的入射方向直射回的第二光束。在示例实施例中,由于其上存在一层或多层膜晶片表面62包括多个界面,由于多次反射,反射的光束72包括干扰信息。
根据从晶片表面62的反射,第二光束72横越间隙G(包括其中存在的浆液)并穿过窗口上表面32、窗口体31、窗口下表面34,最后通过抗反射层50。值得注意的是因为自晶片表面62的逆反射自每个界面的反射包括在晶片上的反射是双重的。换句话说,除了实际晶片表面自身光通过每个界面两次。结果是相对于最初的光束显著损失了能量,其转化为减小的信号强度。
根据存在的抗散射层50,检测器80检测光束72。在示例实施例中,使用光束分束器(未示出)分离第一和第二光束70和72。接着,检测器80把被检测的光转换为电信号81,接着由计算机82处理电信号81以提取与晶片60性质(例如膜厚度、表面平面性、表面平坦度等)有关的信息。
因为窗口30包括抗散射层50,大大地减小了由在窗口下表面34上的粗糙部分40的散射引起的光损失。这导致比其它可能情况要大的信号强度。本发明人对具有上述类型粗糙表面的抛光垫窗口进行了实验。本发明人分别用和不用抗散射层50对第二光束72中的信号进行了测量,发现当应用本发明的抗散射层50时信号强度有了3×改善。
信号强度的这种改善导致晶片表面参数原位光学测量的显著改善。特别是改善了可靠性和测量准确性。而且,因为较强的信号使得信号损失的其它原因不怎么显著,延长了垫的寿命。换句话说,减小自粗糙下窗口表面34的散射使得散射的其它原因-例如在抛光期间窗口上表面增加的粗糙度和由整平处理残余物量的增加-变得更大而无需更换垫或窗口。
已经介绍并说明了发明的多个实施例。但是,介绍和说明仅是为了举例。在本发明的范围内其它的实施例和执行是可能的,其对本领域普通技术人员来说是显而易见的。因此,发明不限于这里介绍的特定细节、代表实施例和说明的实例。因此,除了按照所附权利要求和它们等同的需要外,本发明不受限制。
Claims (8)
1.一种设备,包括:
具有在其中形成一孔的抛光垫体;
在该孔中安装的窗口,该窗口的下表面具有能够散射入射到其上的光的表面粗糙度;和
在窗口的下表面上形成的抗散射层,以通过粗糙的下表面减小光的散射。
2.如权利要求1的设备,其特征在于:表面粗糙度能够散射10%或更多入射到其上的光。
3.如权利要求1的设备,其特征在于:抗散射层包括透明耐溶解漆。
4.如权利要求1的设备,其特征在于:抗散射层包括辐照固化透明材料。
5.如权利要求1的设备,其特征在于:窗口由一第一材料构成,且抗散射层也由该第一材料构成。
6.一种用于化学机械整平(CMP)系统抛光垫的窗口,包括:
具有上和下表面的窗口体,该下表面具有足够散射10%或更多入射到其上的光的表面粗糙度;和
在窗口的下表面上形成的抗散射层,以减小通过粗糙的下表面的光散射。
7.一种在化学机械整平(CMP)系统中执行晶片原位光学测量的方法,包括:
提供具有窗口的抛光垫的CMP系统,该窗口具有粗糙的下表面,在该下表面上形成抗散射层;
通过抗散射层和窗口把一第一束光直射到晶片;和
从晶片反射第一束光以形成通过窗口和抗散射层返回的第二束光。
8.如权利要求7的方法,还包括:
检测第二束光;
把检测的第二束光转换为电信号;和
处理电信号以推导出晶片的一个或多个性质。
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