TW201819107A - 用於化學機械研磨的研磨墊厚度監測 - Google Patents

用於化學機械研磨的研磨墊厚度監測 Download PDF

Info

Publication number
TW201819107A
TW201819107A TW106128067A TW106128067A TW201819107A TW 201819107 A TW201819107 A TW 201819107A TW 106128067 A TW106128067 A TW 106128067A TW 106128067 A TW106128067 A TW 106128067A TW 201819107 A TW201819107 A TW 201819107A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
monitoring system
polishing pad
polishing
signal
substrate
Prior art date
Application number
TW106128067A
Other languages
English (en)
Inventor
及明 章
王志宏
國良 李
布萊恩J 布朗
文強 涂
威廉H 麥克克林塔克
魯偉
Original Assignee
美商應用材料股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 美商應用材料股份有限公司 filed Critical 美商應用材料股份有限公司
Publication of TW201819107A publication Critical patent/TW201819107A/zh

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/005Control means for lapping machines or devices
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11Lapping tools
    • B24B37/20Lapping pads for working plane surfaces
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/10Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation involving electrical means
    • B24B49/105Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation involving electrical means using eddy currents
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/12Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation involving optical means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B53/00Devices or means for dressing or conditioning abrasive surfaces
    • B24B53/017Devices or means for dressing, cleaning or otherwise conditioning lapping tools
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/02Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B7/06Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness
    • G01B7/10Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness using magnetic means, e.g. by measuring change of reluctance
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/30625With simultaneous mechanical treatment, e.g. mechanico-chemical polishing

Abstract

一種用於化學機械拋光的設備包括:壓板、承載頭、墊調節器、原位拋光墊厚度監測系統、及控制器,該壓板具有表面以支撐拋光墊,該承載頭用以將基板固持在拋光墊的拋光表面上,該墊調節器包括要壓在拋光表面上的導電體,該原位拋光墊厚度監測系統包括設置在壓板中的感測器以產生通過拋光墊的磁場,該控制器經配置以從監測系統接收信號並基於對應於感測器在墊調節器的導電體下方的時間的信號之一部分來產生拋光墊厚度量測。

Description

用於化學機械拋光的拋光墊厚度的監測
本公開涉及用於化學機械拋光中的拋光墊的監測。
典型地,藉由在矽晶圓上順序沉積導電層、半導體層或絕緣層,來在基板上形成積體電路。各種製造處理需要對基板上的層進行平坦化。例如,一個製造步驟包括在圖案化絕緣層上沉積導電填料層以填充在絕緣層中的溝槽或孔洞。然後將填料層拋光,直到暴露出絕緣層的凸起圖案。在平坦化之後,保留在絕緣層的凸起圖案之間的導電填料層之部分形成通孔、插塞、及在基板上的薄膜電路之間提供導電路徑的線。
化學機械拋光(CMP)是一種接受的平坦化方法。此平坦化方法典型地需要將基板安裝在承載頭上。將基板的暴露表面放置在旋轉的拋光墊上。承載頭在基板上提供可控制負載以將其推向拋光墊。將拋光液體(像是具有磨料顆粒的漿料)供給到拋光墊的表面。
在CMP處理進行一定時間後,拋光墊的表面將由於從基板及/或拋光墊所移除的材料及/或漿料副產物的累積而變成硬質化。硬質化可能降低拋光速率或增加基板上的非均勻性。
典型地,通過用墊調節器進行調節處理,來將拋光墊維持在所期望的表面粗糙度(並避免硬質化)。使用墊調節器來移除拋光墊上的不想要的累積並將拋光墊的表面再產生期望的凹凸。典型的墊調節器包括通常嵌有金剛石磨料的磨料頭,其可以刮擦拋光墊表面以再紋理化墊。然而,調節處理也傾向於磨損拋光墊。因此,在經過一定數量的拋光和調節的循環之後,將需要更換拋光墊。
在一個態樣中,一種用於化學機械拋光的裝置包括:壓板、承載頭、墊調節器、原位拋光墊厚度監測系統、及控制器,該壓板具有表面以支撐拋光墊,該承載頭用以將基板固持在拋光墊的拋光表面上,該墊調節器包括要壓在拋光表面上的導電體,該原位拋光墊厚度監測系統包括設置在壓板中的感測器以產生通過拋光墊的磁場,該控制器經配置以從監測系統接收信號並基於對應於感測器在墊調節器的導電體下方的時間的信號之一部分來產生拋光墊厚度量測。
實現可包括一個或更多個以下特徵。
導電體包括導電片,且監測系統可以是渦流監測系統,在該渦流監測系統中,磁場在導電片中產生渦流。導電體可包括孔,且監測系統可以是感應式監測系統,在該感應式監測系統中,磁場在導電體中產生圍繞孔流動的電流。
控制器可經配置以將來自監測系統的信號與閾值進行比較,且僅使用滿足閾值的信號之部分。閾值可低於來自感測器通過導電體下方的信號強度,且高於來自感測器通過承載頭及/或基板下方的信號強度。
控制器可經配置以從信號強度的對數函數產生該拋光墊厚度量測。對數函數可表示為其中S為信號強度、L為拋光墊厚度、及A和B為常數。
感測器可包括:磁芯、圍繞該芯之一部分所纏繞的線圈、及用以驅動線圈的振盪器。感測器可具有小於約300kHz的諧振頻率。
原位拋光墊厚度監測系統可包括設置在壓板中的複數個感測器以產生通過拋光墊的磁場,且控制器可經配置以從感測器接收信號並基於對應於感測器在墊調節器的導電體下方的時間的信號之部分,來產生拋光墊厚度量測。複數個感測器可圍繞壓板的旋轉軸以相等的角度間隔分隔開。複數個感測器與壓板的旋轉軸可以是等距地分隔開。
裝置可包括原位基板監測系統以產生代表在基板上的層的厚度的信號。原位基板監測系統可以是光學監測系統。原位拋光墊監測系統可提供第一電磁感應式監測系統,且原位基板監測系統可提供第二電磁感應式監測系統。第一電磁感應式監測系統與第二電磁感應式監測系統可具有不同的諧振頻率。第一電磁感應式監測系統與第二電磁感應式監測系統的感測器可以位於壓板中的不同凹槽中。
控制器可經配置以將拋光墊厚度量測與閾值進行比較,並且若拋光墊厚度量測達到閾值,則向操作員產生警報。導電體可以是調節器頭的磨料調節盤之一部分。控制器可經配置以基於在拋光基板時所獲得的信號之一部分,來產生拋光墊厚度量測。
某些實現可包括以下優點中之一者或更多者。 可以偵測拋光墊的厚度,並且當拋光墊接近其可用壽命的盡頭時(而非不必要地),更換拋光墊。因此,拋光墊的壽命基本上可最大化,而同時降低基板的非均勻拋光的可能性。
一個或更多個實現的細節將在附圖和下面的描述中進行闡述。其他態樣,特徵和優點將從描述和附圖以及從申請專利範圍變得顯而易見。
如上所述,調節處理也傾向於磨損拋光墊。拋光墊典型地具有凹槽以承載漿料,並且當墊被磨損時,這些凹槽變得更淺且拋光效果降低。因此,在經過設定數量的拋光和調節的循環之後,需要更換拋光墊。典型地,這將藉由在已經拋光了一定數量的基板之後(例如在500個基板之後)更換拋光墊來簡單地完成。不幸的是,墊磨損率未必是一致的,所以拋光墊可能會持續多於或少於設定數量,這可能會分別導致浪費的墊壽命或非均勻性拋光。
藉由原位量測拋光墊厚度,即當墊在壓板上時,只有在墊達到閾值厚度時才能更換墊。這可以基本上最大化墊壽命,而同時避免基板的非均勻拋光的風險。
圖1示出化學機械拋光裝置的拋光系統20的實例實例。拋光系統20包括可旋轉的盤形壓板24,拋光墊30位於該壓板上。壓板24可操作以圍繞軸25旋轉。例如,馬達22可轉動驅動軸28以旋轉壓板24。拋光墊30可以是具有外層34和較軟的背層32的雙層式拋光墊。
拋光系統20可包括供給端口或組合的供給沖洗臂39,以將拋光液38 (像是漿料)分配到拋光墊30上。
拋光系統20還可包括拋光墊調節器60以磨擦拋光墊30以將拋光墊30維持在一致的磨料狀態。拋光墊調節器60包括:基座、可在拋光墊30上橫向掃動的臂62、及藉由臂64而連接到基座的調節器頭64。調節器頭64使磨料表面(例如,由調節器頭64所固持的盤66的下表面)與拋光墊30接觸以調節它。磨料表面可以是可旋轉的,並且磨料表面對拋光墊的壓力可以是可控制的。
在一些實現中,將臂62樞轉地附接到基座並且來回掃動以使調節器頭64以振盪掃動運動的方式跨拋光墊30進行移動。調節器頭64的運動可與承載頭70的運動同步以防止碰撞。
可由在調節器頭64中或上方的垂直致動器68,來提供調節器頭64的垂直運動及在拋光墊30上的調節表面的壓力的控制,例如,經定位以對調節器頭64施加向下壓力的可加壓腔室。或者,可由在基座中的垂直致動器,來提供垂直運動和壓力控制,該垂直致動器抬起整個臂62和調節器頭64,或者由在臂62和基座之間的樞轉連接,來提供垂直運動和壓力控制,該樞轉連接允許臂62的可控制的傾斜角度及因此在拋光墊30上方的調節器頭64的高度。
調節盤66可提供導電體。例如,調節盤66可以是導電材料,例如,塗覆有磨料顆粒(例如金剛石砂粒)的金屬(像是不銹鋼、鎢、鋁、銅或鉑)。
承載頭70可操作以將基板10固持在拋光墊30上。承載頭70從支撐結構72 (例如,轉盤或軌道)懸掛,並且通過驅動軸74連接到承載頭旋轉馬達76,以使得承載頭可圍繞軸71旋轉。可選地,承載頭70可(例如)在轉盤或軌道72上的滑塊上或藉由轉盤本身的旋轉振盪,來橫向振盪。在操作中,壓板是圍繞其中心軸25旋轉,且承載頭是圍繞其中心軸71旋轉並跨拋光墊30的頂表面橫向平移。在有多個承載頭的情況下,每個承載頭70可具有對其拋光參數的獨立控制,例如,每個承載頭可獨立地控制施加到每個對應基板的壓力。
承載頭70可包括柔性膜80和複數個可加壓腔室82,柔性膜80具有基板安裝表面以接觸基板10的背面,複數個可加壓腔室82用以將不同壓力施加到在基板10上的不同區域(例如,不同徑向區域)。載體頭還可包括保持環84以固持基板。
在一些實現中,拋光系統20包括原位基板監測系統40,原位基板監測系統40產生代表正在拋光的基板10上的層的厚度的信號。例如,原位基板監測系統40可以是光學監測系統(例如光譜監測系統)或渦流監測系統。原位基板監測系統40可耦接到控制器90,控制器90可偵測拋光端點或調整拋光參數,以基於這些量測來減少拋光非均勻性。原位基板監測系統40的至少一些感測器部件(例如用於光學監測系統的光學端口或用於渦流監測系統的芯)可位於在壓板24中所形成的凹槽中。
拋光系統20包括原位拋光墊厚度監測系統100,原位拋光墊厚度監測系統100產生代表拋光墊厚度的信號。特別是,原位拋光墊厚度監測系統100可以是電磁感應式監測系統。電磁感應式監測系統可藉由在導電層中產生渦流或在導電環中產生電流來操作。在操作中,拋光系統20可使用監測系統100來確定是否需要更換拋光墊。
監測系統100可包括安裝在壓板中的凹槽26中的感測器102。感測器102可包括至少部分地定位在凹槽26中的磁芯104及圍繞芯104所纏繞的至少一個線圈106。驅動和感測電路系統108電性連接到線圈106。驅動和感測電路系統108產生可被發送到控制器90的信號。儘管是顯示在壓板24的外面,驅動和感測電路系統48中之一些或全部可以安裝在壓板24中。可使用旋轉耦合器29來將在可旋轉壓板中的部件(例如,線圈106)與在壓板外面的部件(例如,驅動和感測電路系統108)進行電性連接
可選地,凹槽36可形成在覆蓋凹槽26的拋光墊30的底部。可選地,芯104之一部分可突出到凹槽36中。假設拋光墊30是一種雙層式墊,可藉由移除背層32之一部分或藉由移除背層32和拋光層34之一部分來構造凹槽36。或者,拋光墊可缺少此類凹槽;在這種情況下,感測器的芯確實突出在壓板24的頂部上方。
芯104可包括從後部52平行延伸的兩個(見圖1)或三個(見圖3)插腳105。也可能僅具有一個插腳(而沒有後部)的實現。
原位拋光墊厚度監測系統100可僅包括一個感測器102(見圖1)。或者,參考圖2,原位拋光墊厚度監測系統100可包括安裝在壓板24中的複數個感測器102 (例如,三個、四個、或六個感測器)。可圍繞旋轉軸25以相等的角度間隔來定位感測器102。感測器102可與旋轉軸25等距定位,或者感測器102可處於與旋轉軸25不同的距離處。提供多個感測器102可增加資料的收集速率。控制器90可包括軟體的解多工功能,以選擇適當的信號(例如,選擇每個感測器在它行進在導電體下面時),或者可由硬體部件來提供解多工。
可將每個感測器102定位在與用於原位基板監測系統40的感測器分開的凹槽中。或者,可將一個感測器102定位在與用於原位基板監測系統40的感測器相同的凹槽中。
參考圖3,電路系統108對線圈106施加AC電流,其在芯104的兩的極105a和105b之間產生磁場120。在操作中,磁場120之一部分延伸穿過拋光墊30。如下所述,磁場120將間歇地延伸到導電體130中。
圖3示出驅動和感測電路系統108的實例。電路系統108包括與線圈106並聯連接的電容器110。線圈106和電容器110一起可形成LC諧振迴路。在操作中,電流產生器112(例如,基於邊緣振盪器電路的電流產生器)以由線圈106 (具有電感L)和電容器110 (具有電容C)所形成的LC迴路電路的諧振頻率來驅動系統。線圈106、芯104、及驅動和感測電路系統108的配置可具有約10kHz至100MHz (例如,10kHz至300kHz)的諧振頻率。
電流產生器62可經設計以將正弦振盪的峰值振幅維持在恆定值。具有振幅V0 的時間依賴電壓是利用整流器64來整流並提供給反饋電路106。反饋電路66決定出電流產生器112的驅動電流以將電壓V0 的幅度保持恆定。美國專利案第4,000,458號和第7,112,960號中進一步描述出邊緣振盪器電路和反饋電路。
將導電體130放置與拋光墊130的頂表面(即,拋光表面)接觸。因此,導電體130是位於拋光墊130遠離感測器102的一側。在一些實現中,導電體是調節盤66(見圖1)。在一些實現中,導電體130可具有穿過其中的一個或更多個孔,例如,主體可以是環。在一些實現中,導電體是沒有孔的實心片。這兩者都可以是調節盤66之一部分。
當壓板24旋轉時,感測器102在導電體130下方掃描。通過以特定頻率對來自電路系統108的信號進行取樣,電路系統108在跨導電體130的複數個位置處產生量測,例如,跨調節盤66。對於每個掃描,可選擇或組合在一個或更多個位置處的量測。
當磁場120到達導電體130時,磁場120可通過並產生電流(例如,若體130是環),及/或磁場產生渦流(例如,若體130是片)。這產生有效阻抗,從而增加電流產生器102所需的驅動電流,以使電壓V0 的振幅保持恆定。
有效阻抗的大小取決於在感測器102與導電體130(例如調節盤66)之間的距離。這距離取決於拋光墊30的厚度。因此,由電流產生器112所產生的驅動電流提供對拋光墊30的厚度的量測。
驅動和感測電路系統108的其它配置是可能的。例如,分開的驅動和感測線圈可纏繞芯,驅動線圈可以恆定頻率驅動,並且來自感測線圈的電流的振幅或相位(相對於驅動振盪器)可用於提供對拋光墊30的厚度的量測的信號。
控制器90(例如,通用可編程數位計算機)從原位拋光墊厚度監測系統100接收信號,並且可經配置以從信號產生拋光墊30的厚度的量測。如上所述,由於調節處理,拋光墊的厚度隨時間而變化,例如,在拋光數十個或數百個基板的過程上。因此,對多個基板,來自原位拋光墊厚度監測系統100的所選擇或組合的量測提供出指示拋光墊30的厚度變化的隨時間變化的序列值。
當拋光墊30的厚度的量測滿足閾值時,控制器90可向拋光系統20的操作員產生拋光墊30需要更換的警報。或者或額外地,可將拋光墊的厚度的量測饋送到原位基板監測系統40,例如,由原位基板監測系統40使用以調整來自基板10的信號。
因為感測器102與壓板24一起旋轉,所以即使在感測器102不在導電體130的下面時,感測器102也可產生資料。圖4示出在壓板24的兩次迴轉的過程中來自感測器102的「原始」信號150。壓板的單次迴轉是由時間段R指示。
感測器102可經配置以使得導電體130越靠近(而因此拋光墊30越薄),信號強度越強。如圖4所示,感測器102最初可能位於承載頭70和基板10下方。因為基板上的金屬層較薄,所以它僅產生由區域152所指示的弱信號。相反地,當感測器102是在導電體130下方時,感測器102產生由區域154所指示的強信號。在這些時間之間,感測器102產生由區域156所指示的甚至更低的信號。
可使用數種技術來濾掉來自感測器102的沒對應到導電體130的信號之部分。拋光系統20可包括位置感測器,以感測感測器102是何時在導電體120的下方。例如,可將光中斷器安裝在固定位置,並且可將標記附接到壓板24的周邊。選擇標記的附接點和長度以使得它表示感測器102正在基板導電體130的下方掃描。作為另一實例,拋光系統20可包括編碼器以決定壓板24的角位置,並且使用這信息來決定感測器102是何時在導電體130下方掃描。在任一情況下,控制器90可從感測器102不在導電體130下方的週期排除信號之部分。
或者或額外地,控制器可簡單地將信號150與閾值T(見圖4)進行比較,並且排除不滿足閾值T的信號之部分(例如,低於閾值T)。
由於調節器頭64跨拋光墊30的掃動,感測器102可能不會俐落地通過導電體130的中心之下。例如,感測器102可能僅沿導電體的邊緣穿過。在這種情況下,因為導電性較差的材料的存在,所以信號強度將會降低(例如,如信號150的區域158所示),而將不會是拋光墊30的厚度的可靠指示。排除不滿足閾值T的信號之部分的優點是,控制器90還可排除沿導電體130的邊緣穿過而由感測器102所引起的這些不可靠的量測。
在一些實現中,對於每個掃描,可平均未排除的信號150之部分以產生針對掃描的平均信號強度。
來自感測器102的信號強度不需要與拋光層的厚度線性相關。事實上,信號強度應該是拋光層厚度的指數函數。為建立信號強度與拋光墊厚度的關係,可將已知厚度的拋光墊(例如,如由輪廓儀或相似者所量測)放置在壓板上並且量測信號強度。 圖5示出已知厚度的各種拋光墊的信號強度的量測162的散點圖160。
然後,厚度的指數函數164可適合資料。例如,函數可以是以下形式其中S為信號強度、L為拋光墊厚度、及A和B為經調整以將函數適合資料的常數。
針對後面用於拋光的拋光墊,控制器90可使用這函數來從信號強度計算拋光墊厚度。更具體來說,控制器可經配置以從信號強度的均等對數函數(例如,如下的函數)產生對拋光墊厚度的量測。然而,可使用其他函數(例如,二階或更高階的多項式函數或折線)。
在拋光系統20包括原位基板監測系統40的情況下,原位拋光墊監測系統100可以是第一電磁感應式監測系統(例如,第一渦流監測系統),並且基板監測系統40可以是第二電磁感應式監測系統(例如,第二渦流監測系統)。然而,由於是監測不同元件,將以不同的諧振頻率來構造第一電磁感應式監測系統和第二電磁感應式監測系統。
儘管上述描述已專注在使用調節盤作為原位拋光墊監測系統的導電體,但可由另一種導電結構(例如,用於原位拋光墊監測系統專用的導電盤)來提供導電體。在這種情況下,專用的導電盤不需要跨拋光墊橫向掃動,且不需要具有磨料下表面。
原位拋光墊厚度監測系統可用於各種拋光系統。拋光墊或承載頭或兩者都可移動,以在拋光表面和基板之間提供相對運動。拋光墊可以是固定到壓板、在供應輥和捲取輥之間延伸的帶、或連續帶的圓形(或某種其他形狀的) 墊。可將拋光墊固定在壓板上、在拋光操作之間在壓板上遞增地前進、或在拋光期間在壓板上連續地驅動。可將墊在拋光期間固定到壓板,或在拋光期間在壓板和拋光墊之間可以有流體軸承。拋光墊可以是標準的(例如,具有或不具有填料的聚氨酯)粗糙墊、軟墊、或固定磨料墊。
此外,儘管前面描述是專注在拋光期間的監測,但可在拋光基板之前或之後(例如,在將基板傳送到拋光系統時)來獲得對拋光墊的量測。
本發明的實施例及本說明書中所描述的所有功能性操作可實現在數位電子電路系統中、或在計算機軟體、韌體、或硬體中,包括在本說明書中所公開的結構性裝置及其結構性均等物,或它們的組合。本發明的實施例可實現為一個或更多個計算機程式產品,即,有形地實施在資訊載體中(例如,在非暫態機器可讀取儲存媒體中或在傳播信號中)的一個或更多個計算機程式,以供資料處理裝置執行或控制資料處理裝置的操作,資料處理裝置例如是可編程處理器、計算機、或多個處理器或計算機。計算機程式(也稱為程式、軟體、軟體應用程序或代碼)可以任何形式的編程語言(包括編譯或解譯語言)來編寫,並且可以任何形式(包括為獨立程式或模組、部件、子程序、或適用於計算環境的其他單元)來配置。計算機程式不一定對應於檔案。可將程式儲存在保存其他程式或資料的檔案之一部分中、在專用於所討論的程式的單一檔案中、或在多個協調檔案中(例如,儲存一個或多個模組、子程式或代碼之部分的檔案)。可將計算機程式配置以在一個計算機上或多個計算機上執行,該多個計算機位於一個站點或分散跨多個站點並由通信網絡互連。
本說明書中所描述的處理和邏輯流程可由執行一個或更多個計算機程式的一個或更多個可編程處理器來執行,以通過對輸入資料進行操作及產生輸出,來執行功能。處理和邏輯流程也可由專用邏輯電路系統(例如,FPGA(場可編程閘陣列)或ASIC(特殊應用積體電路)來執行,且裝置也可實現為專用邏輯電路系統。
已描述出本發明的數個實施例。然而,應當理解的是,在不脫離本發明的精神和範圍的情況下,可進行不同的修改。因此,其它實施例是在所附的申請專利範圍的範圍內。
所請求的是所附的申請專利範圍。
10‧‧‧基板
20‧‧‧拋光系統
22‧‧‧馬達
24‧‧‧壓板
25‧‧‧軸
26‧‧‧凹槽
28‧‧‧驅動軸
29‧‧‧耦合器
30‧‧‧拋光墊
32‧‧‧背層
34‧‧‧外層
36‧‧‧凹槽
38‧‧‧拋光液
39‧‧‧臂
40‧‧‧基板監測系統
48‧‧‧驅動和感測電路系統
50‧‧‧插腳
52‧‧‧後部
60‧‧‧拋光墊調節器
62‧‧‧臂
64‧‧‧調節器頭
66‧‧‧盤
68‧‧‧致動器
70‧‧‧承載頭
71‧‧‧軸
72‧‧‧支撐結構
74‧‧‧驅動軸
76‧‧‧承載頭旋轉馬達
80‧‧‧柔性膜
82‧‧‧腔室
86‧‧‧保持環
90‧‧‧控制器
100‧‧‧監測系統
102‧‧‧感測器
104‧‧‧芯
105a‧‧‧極
105b‧‧‧極
106‧‧‧線圈
108‧‧‧驅動和感測電路系統
110‧‧‧電容器
112‧‧‧電流產生器
114‧‧‧整流器
116‧‧‧反饋電路
120‧‧‧磁場
130‧‧‧體
150‧‧‧信號
152‧‧‧區域
154‧‧‧區域
156‧‧‧區域
158‧‧‧區域
160‧‧‧散點圖
162‧‧‧量測
164‧‧‧指數函數
圖1是化學機械拋光系統的示意性側視圖(部分橫截面),其包括經配置以偵測墊層厚度的渦流監測系統。
圖2是化學機械拋光系統的示意性頂視圖。
圖3是用於電磁感應式監測系統的驅動系統的示意性電路圖。
圖4是來自感測器的信號強度對壓板的多次旋轉的說明性圖。
圖5是不同拋光墊厚度的信號強度值的說明性散點圖。
在各種附圖中的相似參考符號表示相似元件。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

Claims (20)

  1. 一種用於化學機械拋光的裝置,包括: 一壓板,該壓板具有一表面以支撐一拋光墊;一承載頭,該承載頭用以將一基板固持在該拋光墊的一拋光表面上;一墊調節器,該墊調節器包括要壓在該拋光表面上的一導電體;一原位拋光墊厚度監測系統,該原位拋光墊厚度監測系統包括設置在該壓板中的一感測器以產生通過該拋光墊的一磁場;及一控制器,該控制器經配置以從該監測系統接收一信號,並基於對應於該感測器在該墊調節器的該導電體下方的一時間的該信號之一部分,來產生一拋光墊厚度量測。
  2. 如請求項1所述之裝置,其中該導電體包括一導電片,且該監測系統包括一渦流監測系統,在該渦流監測系統中,該磁場在該導電片中產生一渦流。
  3. 如請求項1所述之裝置,其中該導電體包括一孔,且該監測系統包括一感應式監測系統,在該感應式監測系統中,該磁場在該導電體中產生圍繞該孔流動的一電流。
  4. 如請求項1所述之裝置,其中該控制器經配置以將來自該監測系統的該信號與一閾值進行比較,且僅使用滿足該閾值的該信號之部分。
  5. 如請求項4所述之裝置,其中該閾值低於來自該感測器通過該導電體下方的一信號強度,且高於來自該感測器通過該承載頭及/或該基板下方的一信號強度。
  6. 如請求項1所述之裝置,其中該控制器經配置以從信號強度的一對數函數產生該拋光墊厚度量測。
  7. 如請求項5所述之裝置,其中該對數函數包括:其中S為該信號強度、L為拋光墊厚度、及A和B為常數。
  8. 如請求項1所述之裝置,其中該感測器包括:一磁芯、圍繞該芯之一部分所纏繞的一線圈、及用以驅動該線圈的一振盪器。
  9. 如請求項8所述之裝置,其中該感測器具有小於約300kHz的一諧振頻率。
  10. 如請求項1所述之裝置,其中該原位拋光墊厚度監測系統包括設置在該壓板中的複數個感測器以產生通過該拋光墊的磁場,且該控制器經配置以從該等感測器接收信號並基於對應於該等感測器在該墊調節器的該導電體下方的時間的該等信號之部分,來產生一拋光墊厚度量測。
  11. 如請求項10所述之裝置,其中該複數個感測器圍繞該壓板的一旋轉軸以相等的角度間隔分隔開。
  12. 如請求項10所述之裝置,其中該複數個感測器與該壓板的一旋轉軸是等距地分隔開。
  13. 如請求項1所述之裝置,包括原位基板監測系統以產生代表在該基板上的一層的厚度的一信號。
  14. 如請求項13所述之裝置,其中該原位基板監測系統包括一光學監測系統。
  15. 如請求項13所述之裝置,其中該原位拋光墊監測系統包括一第一電磁感應式監測系統,且該原位基板監測系統包括一第二電磁感應式監測系統。
  16. 如請求項15所述之裝置,其中該第一電磁感應式監測系統與該第二電磁感應式監測系統具有不同的諧振頻率。
  17. 如請求項15所述之裝置,其中該第一電磁感應式監測系統與該第二電磁感應式監測系統的感測器位於該壓板中的不同凹槽中。
  18. 如請求項1所述之裝置,其中該控制器經配置以將該拋光墊厚度量測與一閾值進行比較,並且若該拋光墊厚度量測達到一閾值,則向一操作員產生一警報。
  19. 如請求項1所述之裝置,其中該導電體包括調節器頭的一磨料調節盤。
  20. 如請求項1所述之裝置,其中該控制器經配置以基於在拋光該基板時所獲得的該信號之一部分,來產生一拋光墊厚度量測。
TW106128067A 2016-08-26 2017-08-18 用於化學機械研磨的研磨墊厚度監測 TW201819107A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662380332P 2016-08-26 2016-08-26
US62/380,332 2016-08-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201819107A true TW201819107A (zh) 2018-06-01

Family

ID=61241392

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW106128067A TW201819107A (zh) 2016-08-26 2017-08-18 用於化學機械研磨的研磨墊厚度監測

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20180056476A1 (zh)
JP (1) JP2019528186A (zh)
KR (1) KR20190037342A (zh)
CN (1) CN109715342A (zh)
TW (1) TW201819107A (zh)
WO (1) WO2018039537A1 (zh)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9669514B2 (en) * 2015-05-29 2017-06-06 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd System and method for polishing substrate
JP6732382B2 (ja) * 2016-10-12 2020-07-29 株式会社ディスコ 加工装置及び被加工物の加工方法
TWI816620B (zh) 2017-04-21 2023-09-21 美商應用材料股份有限公司 使用神經網路來監測的拋光裝置
KR20200121908A (ko) 2018-03-13 2020-10-26 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 화학적 기계적 연마 동안 진동들의 모니터링
CN117140341A (zh) * 2018-03-14 2023-12-01 应用材料公司 垫调节器的切割速率监控
TWI825075B (zh) 2018-04-03 2023-12-11 美商應用材料股份有限公司 針對墊子厚度使用機器學習及補償的拋光裝置、拋光系統、方法及電腦儲存媒體
TWI828706B (zh) 2018-06-20 2024-01-11 美商應用材料股份有限公司 用於原位電磁感應監控的基板摻雜補償的方法、電腦程式產品及研磨系統
JP7179586B2 (ja) 2018-11-08 2022-11-29 株式会社荏原製作所 渦電流検出装置及び研磨装置
US11623320B2 (en) * 2019-08-21 2023-04-11 Applied Materials, Inc. Polishing head with membrane position control
US11791224B2 (en) 2020-05-14 2023-10-17 Applied Materials, Inc. Technique for training neural network for use in in-situ monitoring during polishing and polishing system
KR20220114089A (ko) 2020-06-24 2022-08-17 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 연마 패드 마모 보상을 이용한 기판 층 두께의 결정
IT202000015790A1 (it) * 2020-06-30 2021-12-30 St Microelectronics Srl Metodo e sistema per valutare il consumo fisico di un pad di politura di un apparecchio cmp, e apparecchio cmp
US11794305B2 (en) 2020-09-28 2023-10-24 Applied Materials, Inc. Platen surface modification and high-performance pad conditioning to improve CMP performance
US11794302B2 (en) 2020-12-15 2023-10-24 Applied Materials, Inc. Compensation for slurry composition in in-situ electromagnetic inductive monitoring
US20230286107A1 (en) * 2022-03-09 2023-09-14 Applied Materials, Inc. Eddy current monitoring to detect vibration in polishing
CN115319634B (zh) * 2022-10-14 2023-03-07 杭州众硅电子科技有限公司 一种涡流终点检测装置及方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5836805A (en) * 1996-12-18 1998-11-17 Lucent Technologies Inc. Method of forming planarized layers in an integrated circuit
US6966816B2 (en) * 2001-05-02 2005-11-22 Applied Materials, Inc. Integrated endpoint detection system with optical and eddy current monitoring
EP1270148A1 (en) * 2001-06-22 2003-01-02 Infineon Technologies SC300 GmbH & Co. KG Arrangement and method for conditioning a polishing pad
US7153185B1 (en) * 2003-08-18 2006-12-26 Applied Materials, Inc. Substrate edge detection
US20050173259A1 (en) * 2004-02-06 2005-08-11 Applied Materials, Inc. Endpoint system for electro-chemical mechanical polishing
UA80755C2 (en) * 2005-11-07 2007-10-25 Volodymyr Ivanovych Redko Method of noncontact measurement of resistance by eddy-current sensors and a device for the realization of the method
US7840305B2 (en) * 2006-06-28 2010-11-23 3M Innovative Properties Company Abrasive articles, CMP monitoring system and method
JP5017038B2 (ja) * 2007-09-26 2012-09-05 株式会社日立製作所 渦流検査装置及び渦流検査方法
US8043870B2 (en) * 2008-05-08 2011-10-25 Applied Materials, Inc. CMP pad thickness and profile monitoring system
US20110189856A1 (en) * 2010-01-29 2011-08-04 Kun Xu High Sensitivity Real Time Profile Control Eddy Current Monitoring System
US9281253B2 (en) * 2013-10-29 2016-03-08 Applied Materials, Inc. Determination of gain for eddy current sensor
US9662762B2 (en) * 2014-07-18 2017-05-30 Applied Materials, Inc. Modifying substrate thickness profiles
KR20160052193A (ko) * 2014-11-04 2016-05-12 주식회사 케이씨텍 화학 기계적 연마 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 연마층 두께의 측정 방법

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018039537A1 (en) 2018-03-01
JP2019528186A (ja) 2019-10-10
US20180056476A1 (en) 2018-03-01
KR20190037342A (ko) 2019-04-05
CN109715342A (zh) 2019-05-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW201819107A (zh) 用於化學機械研磨的研磨墊厚度監測
JP6297301B2 (ja) 細長い領域のモニタリングを用いるインシトゥモニタシステム
TWI648780B (zh) 用於高靈敏性之渦電流(rtpc)感測器的中間導電率應用
JP7050152B2 (ja) 研磨パッド摩耗率のモニタリングのための予測フィルタ
JP7287977B2 (ja) パッドコンディショナカット速度監視
KR20150037859A (ko) 리테이닝 링 두께 모니터링 및 압력 제어
JP2013518440A (ja) 高感度実時間形状制御渦電流モニタシステム
KR20190043173A (ko) 트렌치 깊이의 전자기 유도 모니터링에 기반한 과다연마
KR20190045373A (ko) 필터링에 대한 보상을 이용한 종료점 검출
TWI837735B (zh) 用於偵測拋光中振動的渦電流監測的方法、電腦程式產品以及系統
KR102598487B1 (ko) 웨이퍼 상의 정확한 센서 위치 결정을 위한 채터링 보정
US20230286107A1 (en) Eddy current monitoring to detect vibration in polishing