具有电容式剪力传感器的抛光系统技术方案

一种化学机械抛光系统包括：压板，用以支撑抛光垫；承载头，用以保持基板并且使基板的下表面与抛光垫接触；和原位摩擦监测系统，包括摩擦传感器。摩擦传感器包括：垫部分，所述垫部分具有基板接触部分，基板接触部分具有与基板的下表面接触的上表面；和一对电容式传感器，位于基板接触部分的下方并且位于基板接触部分的相对侧上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有电容式剪力传感器的抛光系统相关申请的交叉引用本申请主张2018年8月31日提交的美国临时专利申请第62/726,122号的优先权，上述专利申请的公开内容通过引用的方式并入。
本公开内容涉及在基板的抛光期间原位监测摩擦。背景通常通过在硅晶片上顺序沉积导电、半导电或绝缘层而在基板上形成集成电路。一个制造步骤包括在非平面表面上方沉积填料层，和使填料层平面化，直到露出非平面表面。例如，导电层可沉积在图案化的介电层上。在平面化之后，介电层中的沟槽中的金属层的部分可提供导电线、过孔(via)、接触垫和类似物。另外，可能需要平面化以提供用于光刻的适当平坦的基板表面。化学机械抛光(CMP)是一种被接受的平面化方法。这种平面化方法通常需要将基板安装在承载头上。基板的暴露表面抵靠抛光表面(诸如旋转抛光垫)放置。承载头提供基板抵靠抛光垫的可控负载。通常包括研磨颗粒的抛光浆料被供应到抛光表面。CMP中的一个问题是当已经移除了所期望量的材料时，或者当下面的层已经暴露时，确定抛光处理是否完成，即，基板层是否已经被平面化到期望的平坦度或厚度。基板层的初始厚度、浆料成分、抛光垫条件、抛光垫与基板之间的相对速度和基板上的负载的变化可能引起材料移除速率的变化。这些变化造成达到抛光终点所需的时间变化。因此，不能仅仅根据抛光时间确定抛光终点。已经(例如利用光学传感器或涡流传感器)进行基板的原位监测，以便检测抛光终点。然而，当两层具有相似的传导性和反射率时，依赖于检测沉积在基板上的两个基板层之间的传导性或反射率的变化的技术可能是无效的。概述一般来说，在一个方面中，一种化学机械抛光系统包括：压板，用以支撑抛光垫；承载头，用以保持基板并且使基板的下表面与抛光垫接触；和原位摩擦监测系统，包括摩擦传感器。摩擦传感器包括：垫部分，所述垫部分具有基板接触部分，基板接触部分具有与基板的下表面接触的上表面；和一对电容式传感器，位于基板接触部分的下方并且位于基板接触部分的相对侧上。实现方案可包括以下特征中的一个或多个。原位摩擦监测系统可经配置以确定来自所述一对电容式传感器的第一个的第一信号和来自所述一对电容式传感器的第二个的第二信号之间随着时间的差异序列。控制器可经配置以基于差异序列确定抛光终点或由承载头施加的压力的变化的至少一个。摩擦传感器可包括：下主体，具有形成于下主体上的第一对电极；聚合物主体，具有形成于聚合物主体上并且与第一对电极对准的第二对电极；和一对间隙，在第一对电极与第二对电极之间，第一电极、间隙和第二电极的每个堆叠结构(stack)提供所述一对电容式传感器的一个电容式传感器。聚合物主体可包括主要主体和从主要主体延伸以接触下主体的复数个凸出物，并且在凸出物之间的凹槽可限定间隙。聚合物主体可为模塑的硅酮。下主体可为印刷电路板。垫部分可支撑在聚合物主体上。垫部分可包括下部，基板接触部分可从下部向上突出，并且下部可横向延伸超过基板接触部分的所有侧面。系统可包括抛光垫。垫部分可成一体地接合到抛光垫的抛光层的其余部分。垫部分可包括下部，基板接触部分可从下部向上突出，并且下部可横向延伸超过基板接触部分的所有侧面，以接合到抛光垫。摩擦传感器可固定到抛光垫上。摩擦传感器的底表面可与抛光垫的底表面共面或相对于抛光垫的底表面凹陷。垫部分的上表面可与抛光垫的抛光表面共面。基板接触部分和抛光垫的抛光层可为相同的材料。摩擦传感器可包括两对电容式传感器，每对电容式传感器位于基板接触部分的下方并且位于基板接触部分的相对侧上。原位摩擦监测系统可经配置以将总摩擦力确定为复数个差的平方和的平方根，复数个差包括来自两对电容式传感器的第一对电容式传感器的信号之间的第一差异和来自两对电容式传感器的第二对电容式传感器的信号之间的第二差异。在另一方面中，一种抛光垫包括：组件，由抛光垫的下部围绕；和上部，包括设置在组件上的垫部分和设置在下部上的抛光层的至少一部分。组件包括：下主体，具有形成于下主体上的第一对电极；聚合物主体，具有形成于聚合物主体上并且与第一对电极对准的第二对电极；和一对间隙，在第一对电极和第二对电极之间。在另一方面中，一种在抛光操作期间监测基板的摩擦系数的方法包括以下步骤：将基板的表面定位成与抛光表面接触并且同时与基板接触构件的顶表面接触，引起在基板与抛光表面之间的相对运动，相对运动向基板接触构件施加摩擦力，这增加第一电容式传感器上的压力并且减小第二电容式传感器上的压力；和基于在来自第一电容式传感器和第二电容式传感器的信号之间的差异而产生指示基板接触构件上的剪力的信号。在另一方面中，一种制造抛光垫的方法包括以下步骤：提供由抛光垫的下部围绕的组件；和通过增材制造工艺来制造抛光垫的上部，增材制造工艺包括将垫前驱物材料液滴喷射到组件和下部上。组件包括：下主体，具有形成于下主体上的第一对电极；聚合物主体，具有形成于聚合物主体上并且与第一对电极对准的第二对电极；和一对间隙，在第一对电极和第二对电极之间。实现方案可具有以下优点中的一些、全部或没有以下优点。可更准确地并且/或者当正被抛光的层和要暴露的层具有相似的光学或导电性质时，检测被抛光的层的平面化或任何下层的暴露。摩擦传感器可以是小的，并且可避免复杂的机械零件。摩擦传感器可与抛光垫整合，使得易于制造。在附图和以下的说明中阐述了一个或多个实施方式的细节。根据说明与附图和权利要求，其他的方面、特征和优点将是显而易见的。附图简要说明图1A是包括涡流监测系统的化学机械抛光站的部分横截面示意性侧视图。图1B是化学机械抛光站的示意性俯视图。图2是抛光垫的一部分中的摩擦传感器的示意性横截面侧视图。图3是图2的摩擦传感器和抛光垫的示意性俯视图。图2是沿图3中的线2-2的横截面。图4是图示在抛光期间监测的方法的流程图。在各图中类似的参考符号表示类似的元件。具体说明已经提出了化学机械抛光的基于摩擦的监测。例如，传感器包括柔性板(如，片簧(leafspring))，在所述柔性板上安装有一片抛光垫。传感器可测量柔性板上的应变，以产生来自基板的摩擦的信号代表。然而，这样的传感器可能是笨重的。例如，考虑到压板中可用的空间，板的竖直长度可能存在形状因素问题。而且，将传感器安装在抛光垫中可能很麻烦。然而，电容式传感器可占用较少的空间，可产生信号代表，从所述信号代表可确定摩擦方向，并且/或者电容式传感器可整合到抛光垫中以便于安装。此外，电容式传感器可提高摩擦力测量的精确度和准确度。用于传感器的触点可放置在抛光垫的底部，使得可容易地执行与其他电路的电连接。图1A和图1B图示抛光设备100的示例。抛光设备100包括可旋转的盘形压板120，抛光垫110位于压板120上。压板可操作以绕轴线125旋转。例如，马达121可转动驱动轴124，以旋转压板120。抛光垫110可为具有外抛光层112和较软背层114的双层抛光垫。抛光层112可形成为具有由槽118分开的复数个平台116(参见本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种化学机械抛光系统，包含：/n压板，用以支撑抛光垫；/n承载头，用以保持基板并且使所述基板的下表面与所述抛光垫接触；和/n原位摩擦监测系统，包括摩擦传感器，所述摩擦传感器包括/n垫部分，具有基板接触部分，所述基板接触部分具有与所述基板的所述下表面接触的上表面；和/n一对电容式传感器，位于所述基板接触部分的下方并且位于所述基板接触部分的相对侧上。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180831 US 62/726,1221.一种化学机械抛光系统，包含：
压板，用以支撑抛光垫；
承载头，用以保持基板并且使所述基板的下表面与所述抛光垫接触；和
原位摩擦监测系统，包括摩擦传感器，所述摩擦传感器包括
垫部分，具有基板接触部分，所述基板接触部分具有与所述基板的所述下表面接触的上表面；和
一对电容式传感器，位于所述基板接触部分的下方并且位于所述基板接触部分的相对侧上。


2.如权利要求1所述的系统，其中所述原位摩擦监测系统经配置以确定来自所述一对电容式传感器的第一个的第一信号与来自所述一对电容式传感器的第二个的第二信号之间随着时间的差异序列。


3.如权利要求2所述的系统，包含控制器，所述控制器经配置以基于所述差异序列确定以下项中的至少一项：抛光终点或由所述承载头施加的压力的变化。


4.如权利要求1所述的系统，其中所述摩擦传感器包含：下主体，所述下主体具有形成于所述下主体上的第一对电极；聚合物主体，具有形成于所述聚合物主体上并且与所述第一对电极对准的第二对电极；和一对间隙，在所述第一对电极与所述第二对电极之间，第一电极、间隙和第二电极的每个堆叠结构提供所述一对电容式传感器中的一个电容式传感器。


5.如权利要求4所述的系统，其中所述聚合物主体包含主要主体和从所述主要主体延伸以接触所述下主体的复数个凸出物，在这些凸出物之间的多个凹槽限定这些间隙。


6.如权利要求4所述的系统，其中所述聚合物主体包含模塑的硅酮。


7.如权利要求4所述的系统，其中所述下主体包含印刷电路板。


8.如权利要求4所述的系统，其中在所述聚合物主体上支撑所述垫部分。


9.如权利要求1所述的系统，其中所述垫部分包括下部，其中所述基板接触部分从所述下部向上突出，并且其中所述下部横向延伸超过所述基板接触部分的所有侧面。


10.如权利要求1所述的系统，包含所述抛光垫。


11.如权利要求10所述的系统，其中所述垫部分成一体地接合到所述抛光垫的抛光层的其余部分。


12.如权利要求10所述的系统，其中所述垫部分包括下部，其中并且所述基板接触部分从所述下部向上突出，并且其中所述下部横向延伸超过所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼古拉斯·韦斯威尔，周志忠，多米尼克·J·本维奴，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US