用于化学机械研磨的声学发射监控和终点制造技术

化学机械研磨设备包括平台以支撑研磨垫，及原位(in‑situ)声学发射监控系统，该原位声学发射监控系统包括由该平台支撑的声学发射传感器、经配置以延伸穿过研磨垫的至少一部分的波导，及用以接收来自声学发射传感器的信号的处理器。原位声学发射监控系统经配置以检测由基板的变形所造成且通过波导传送的声学事件，且处理器经配置以基于该信号来判定研磨终点。

Acoustic emission monitoring and end point for chemical mechanical grinding

Chemical mechanical polishing apparatus includes a platform to support the polishing pad, and in situ (in situ) acoustic emission monitoring system, the in situ acoustic emission monitoring system includes at least a portion of the waveguide is supported by acoustic emission sensor, the platform is configured to extend through the polishing pad, and for receiving signals from the acoustic emission sensor. Processor. The in situ acoustic emission monitoring system is configured to detect the acoustic events caused by the deformation of the substrate and transmitted through the waveguide, and the processor is configured to determine the grinding end point based on the signal.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于化学机械研磨的声学发射监控和终点
本公开有关于化学机械研磨的原位(in-situ)监控。
技术介绍
集成电路通常通过在硅晶片上依序沉积导电层、半导体层或绝缘层而形成于基板上。一个制造步骤涉及将填料层沉积于非平面表面上，并将该填料层平坦化。对于特定的应用而言，该填料层被平坦化直到图案层的顶表面暴露为止。举例而言，导电填料层可被沉积于图案化的绝缘层上，以填满该绝缘层中的沟槽或孔洞。经过平坦化后，保留于该绝缘层的凸起图案之间的金属层部分形成了通孔、插塞及导线，该等通孔、插塞及导线提供该基板上的薄膜电路之间的导电路径。对于例如氧化物研磨的其他应用而言，该填料层被平坦化直到预定的厚度存留于该非平面表面上为止。另外，该基板表面的平坦化通常是光刻所需的。化学机械研磨(chemicalmechanicalpolishing,CMP)为一种被接受的平坦化方法。此平坦化方法通常要求该基板安装于承载头或研磨头上。该基板的该暴露表面通常靠在转动的研磨垫上放置。该承载头将可控制的负载提供于该基板上以将该基板推靠至该研磨垫。研磨性的研磨液通常供应至该研磨垫的该表面。CMP中的一个问题是判定研磨处理是否完成，即，基板层是否已被平坦化到所期望的平坦度或厚度，或何时已移除所期望的材料量。在浆料分布、研磨垫状况、研磨垫与基板之间的相对速度以及基板上的负载方面的变化可能造成材料移除速率的变化。这些变化，以及基板层的初始厚度的变化，造成了达到研磨终点所需要的时间的变化。因此，研磨终点通常无法仅以研磨时间的函数来判定。在一些系统中，基板在研磨期间被原位(in-situ)监控，例如，通过监控电机旋转平台或承载头所需要的扭矩(torque)。研磨的声学监控也已经被提出。然而，现存的监控技术可能无法满足半导体器件制造商日益增加的需求。
技术实现思路
如上文所提到，化学机械研磨的声学监控已经被提出。通过将声学传感器放置成直接接触浆料或从研磨垫的其余部分机械地去耦(decoupled)的垫部分，信号衰减可被减少。此举可提供更准确的监控或终点检测。此声学传感器可用于其他研磨处理中的终点检测，例如，用以检测填料层的移除及下覆层的暴露。在一个方面中，化学机械研磨设备包括平台以支撑研磨垫，及原位声学发射监控系统，该原位声学发射监控系统包括由该平台支撑的声学发射传感器、经配置以延伸穿过该研磨垫的至少一部分的波导，及用于接收来自声学发射传感器的信号的处理器。原位声学发射监控系统经配置以检测由基板的变形所造成且通过波导传送的声学事件，且该处理器经配置以基于该信号来判定研磨终点。实现可包括以下中的一或更多者。声学发射传感器可具有125kHz及550kHz之间的操作频率。该处理器可经配置以在信号上执行傅立叶变换以产生频谱。该处理器可经配置以监控频谱，且如果频谱的频率分量强度跨过阈值，则触发研磨终点。在一个方面中，化学机械研磨设备包括平台以支撑研磨垫，及原位声学监控系统，以产生信号。该原位声学监控系统包括声学发射传感器及波导，该声学发射传感器由该平台支撑，该波导经定位以将该声学发射传感器耦合至研磨垫中的槽中的浆料(slurry)。实现可包括以下中的一或更多者。设备可包括研磨垫。该研磨垫可具有研磨层及研磨层的研磨表面中的多个浆料输送槽，且波导可延伸穿过研磨垫且进入该槽中。波导的尖端可定位在研磨表面下方。研磨垫可包括研磨层及背托层。波导可延伸穿过并接触背托层。孔可形成于背托层中，且波导可延伸穿过该孔。原位声学监控系统可包括多个平行波导。波导的位置可以是垂直可调整的。在另一个方面中，化学机械研磨设备包括平台以支撑研磨垫，及原位声学监控系统以产生信号。原位声学监控系统包括声学传感器、研磨垫材料的主体、及波导，该声学传感器由平台支撑，该研磨垫材料的主体从研磨垫机械地去耦，该波导将声学传感器耦合至研磨垫材料的主体。实现可包括以下中的一或更多者。该设备可包括研磨垫。研磨垫材料可以是与研磨垫中的研磨层相同的材料。主体可通过缝隙而与研磨垫分离。密封件可防止浆料通过缝隙泄漏。波导的位置可以是垂直可调整的。冲洗系统可将流体引导到波导的尖端下方的凹槽中。在另一个方面中，化学机械研磨设备包括平台以支撑研磨垫，及垫绳支撑件(padcordsupport)，该垫绳支撑件经配置以将研磨材料的绳保持在研磨垫中的孔中。实现可包括以下中的一或更多者。垫绳支撑件可包括馈送卷轴及回收卷轴，且垫绳支撑件经配置以将垫绳从馈送卷轴导引至回收卷轴。原位声学监控系统可产生信号。原位声学监控系统可包括声学传感器，及波导，该声学传感器由平台支撑，该波导将声学传感器耦合到垫绳下方的区域。冲洗系统可将流体导引到波导与垫绳之间的区域中。波导的尖端可具有开槽以接收垫绳。该绳可通过缝隙而与研磨垫分离。在另一个方面中，化学机械研磨设备包括平台以支撑研磨垫、原位声学监控系统、及控制器，该原位声学监控系统包括多个声学传感器，该多个声学传感器由该平台支撑在多个不同位置处，该控制器经配置以从多个声学传感器接收信号，并从所述信号判定声学事件在基板上的位置。实现可包括以下中的一或更多者。控制器可经配置以判定信号中的声学事件之间的时间差，并基于该时间差判定位置。原位监控系统可包括至少三个声学传感器，且控制器可经配置以三角测量(triangulate)声学事件的位置。声学事件在信号中可由突发类型的发射来表示。控制器可经配置以判定事件离该基板的中心的径向距离。控制器可经配置以在信号上执行快速傅立叶变换(FFT)或小波包转换(WPT)。多个声学传感器可定位在离平台的旋转轴的不同径向距离处。多个声学传感器可定位在平台的旋转轴周围的不同角度位置处。在另一个方面中，非瞬时计算机可读介质上已存有指令，所述指令在由处理器执行时，造成该处理器执行上述设备的操作。实现可包括以下潜在优点中的一或更多者。声学传感器可具有更强的信号。下覆层的暴露可被更可靠地检测到。研磨可更可靠地停止，且晶片至晶片的一致性可被改善。一或更多个实施例的细节在以下附图及描述中阐述。其他方面、特征及优点将显见于描述及附图，以及权利要求。附图说明图1描绘研磨设备的示例的示意剖面图。图2描绘声学监控传感器的示意剖面图，该声学监控传感器具有探针，该探针延伸到研磨垫中的槽中。图3描绘声学监控传感器的示意剖面图，该声学监控传感器具有多个探针。图4描绘声学监控传感器的示意剖面图，该声学监控传感器具有探针，该探针延伸到垫区段中。图5描绘声学监控传感器的示意剖面图，该声学监控传感器具有可移动的绳。图6描绘来自声学监控传感器的探针的示意剖面图。图7描绘平台的示意顶视图，该平台具有多个声学监控传感器。图8描绘来自多个声学监控传感器的信号。图9为描绘控制研磨的方法的流程图。各附图中的相同参考符号代表相同的元素。具体实施方式在一些半导体芯片制造处理中，上覆层(例如金属、氧化硅或多晶硅)被研磨直到下覆层(例如，电介质，诸如氧化硅、氮化硅或高K电介质)暴露为止。对于一些应用而言，当下覆层暴露时，来自基板的声学发射将改变。研磨终点可通过检测声学信号中的此改变来判定。要被监控的声学发射可能在基板材料发生变形的时候由应力能量所造成，且所产生的声学频谱与基板的材料特性相关。可注意到，此声学效果并非与基板靠在研磨垫上摩擦所产本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化学机械研磨设备，包括：平台，用以支撑研磨垫；及原位声学监控系统，用以产生信号，所述原位声学监控系统包括声学发射传感器及波导，所述声学发射传感器由所述平台支撑，所述波导经定位以将所述声学发射传感器耦合至所述研磨垫中的槽中的浆料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.05 US 14/639,8591.一种化学机械研磨设备，包括：平台，用以支撑研磨垫；及原位声学监控系统，用以产生信号，所述原位声学监控系统包括声学发射传感器及波导，所述声学发射传感器由所述平台支撑，所述波导经定位以将所述声学发射传感器耦合至所述研磨垫中的槽中的浆料。2.如权利要求1所述的设备，包括所述研磨垫，所述研磨垫具有研磨层及所述研磨层的研磨表面中的多个浆料输送槽，且其中所述波导延伸穿过所述研磨垫并进入所述槽中。3.如权利要求2所述的设备，其中所述波导的尖端被定位在所述研磨表面的下方。4.一种化学机械研磨设备，包括：平台，用以支撑研磨垫；及原位声学监控系统，用以产生信号，所述原位声学监控系统包括声学传感器、研磨垫材料的主体，及波导，所述声学传感器由所述平台支撑，所述研磨垫材料的主体从所述研磨垫机械地去耦，且所述波导将所述声学传感器耦合至所述研磨垫材料的主体。5.如权利要求4所述的设备，包括所述研磨垫，且其中所述研磨垫材料是与所述研磨垫中的研磨层相同的材料。6.如权利要求4所述的设备，包括所述研磨垫，且其中所述主体通过缝隙而与所述研磨垫分离，所述设备还包括密封件，以防止浆料通过所述缝隙泄漏。7.一种化学机械研磨设备，包括：平台，用以支撑研磨垫；及垫绳支撑件，所述垫绳支撑...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·唐，D·M·石川，B·切里安，J·吴，T·H·奥斯特赫尔德，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国,US