改进的具有精确边界点检测的化学机械抛光系统技术方案

一种用于抛光一工件的装置，该装置包括一个工件夹具（１０４），其被构造成能够夹持该工件的结构形式；一个抛光元件（１０２），其被构造成能够设置在工件的一表面附近以便通过该抛光元件的一正面抛光所述表面的结构形式；以及一个具有多个压力区（ｚ１－ｚ４）的压板（６００），该压板被构造成能够选择性地向所述抛光元件施加压力从而使抛光元件在选择的压力作用下接触该工件的表面的结构形式。在本发明专利技术的另一个实施例中，该装置还包括一个连接到该压板上的压力控制器（５６４），该压力控制器被构造成能够选择性地调节压力区（ｚ１－ｚ４）的结构形式。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及半导体集成电路的加工，尤其是涉及一种对导电层和绝 缘层进行化学机械抛光的方法.
技术介绍
传统的半导体设备通常包括 一个诸如硅基片的半导体基片；多个 依次构成的电介质夹层，诸如二氧化硅；以及由导电材料制成的导电通 道或者互连.近来，铜和铜合金由于其优越的电迁移和低电阻率特性的 缘故作为互连材料已经受到极大的关注.互连通常是通过镀金属工艺向 电介质夹层内蚀刻出的凹槽或者轮廓中填充铜而形成的.镀铜工艺的优 选方法是电镀.在集成电路中，互连网络的多层相对于基片表面横向延伸.在依次构成的层中形成的互连能利用通道或者接点而电力相连.在 一典型工艺中，首先在半导体基片上形成一个绝缘层.接着，进行形成 图案和蚀刻的工艺以便在绝缘层中构成诸如沟槽和通道的轮廓.在将该 表面用一个阻挡层及一个晶种层涂覆轮廓之后，电镀铜来填充轮廓.然 而，除了填充轮廓之外，该电镀工艺还在基片的上表面上形成了 一铜层. 这些额外的铜称作覆盖层，而且该覆盖层应当在随后工艺步骤之前被去 除掉.图U示出这样电镀基片9 (诸如硅晶片)的一示例部分8.值得注意 的是，基片9可以包括固体组件或者其它金属和半导体部分，为清楚起 见而没有在图IA中示出.如图1A所示，在绝缘层14上形成诸如通道10和 沟槽13的轮廓，其中该绝缘层14可为在基片9上形成的二氧化硅层.通 道IO、沟槽13以及绝缘层14的上表面15通过电镀的方法用沉积的铜层14 来涂覆和填充.通常，在形成图案和蚀刻之后，绝缘层14首先涂覆一阻 挡层18，该阻挡层通常为Ta或者Ta/TaN的复合层.阻挡层18覆盖通道、 沟槽以及绝缘层的表面15以确保良好的粘附性，而且作为阻挡材料来避 免铜扩散到半导体设备和绝缘层中.下面的一晶种层(没有示出，通常 为铜层)在阻挡层上沉积下来.在随后的铜沉积过程中，晶种层构成一 用于铜膜生长的导电材料基体.在电镀铜膜时，沉积的铜层16快速填充 通道10而且以一种正形投影的方式覆盖更宽的沟槽13和上表面15.当继 续进行沉积工艺以确保沟槽也被填充时，在基片9的表面上就形成一铜 层或者覆盖层.通常，在镀铜之后，可使用各种材料去除方法，例如化 学机械抛光(CMP)，蚀刻或者电蚀方法来去除不需要的覆盖层.CMP法通常包括将一半导体晶片或者其它这样的基片压靠在一移动 的抛光表面上，其中该抛光表面用抛光浆料润湿.该浆料可以是碱性、 中性或者酸性，而且通常含有铝、二氧化铈、硅或其它硬质研磨陶瓷微 粒.抛光表面通常是一平面垫，该平面垫由CMP领域公知的聚合体材料 来制成. 一些抛光垫含有研磨微粒(固定的研磨垫).这些垫可以与不 含有任何研磨颗粒的CMP溶液一起使用.抛光浆料或者溶液可被供给到 垫的表面上或者如果垫是多孔的则会通过垫流到其表面上.在CMP加工过程中， 一晶片托架夹持一待加工的晶片并使晶片表面放置在一CMP垫 上，而且在抛光垫旋转的同时以可控制的压力将晶片压在该垫上.抛光 垫也可以被构造成能够如一线性带一样沿横向运动的线性抛光带的结 构形式.当研磨浆料被供给到抛光垫和晶片表面之间的接触面时，该方 法通过使晶片相对抛光垫运动，使抛光垫相对晶片运动或者两者都运动 来进行.如图1B所示，首先，应用CMP法来使铜层的厚度减小至用于覆盖绝 缘层14之上表面15的阻挡层18处.接着，将上表面上的阻挡层18去除以 使铜和剩余的阻挡限制在通道IO、 12和沟槽13的范围内.但，在这些加 工过程中，是否将铜层向下抛光至阻挡层或者将阻挡层向下抛光至绝缘 层，因此，确定抛光边界点在工业中是一个重要的问题.美国专利No. 5, 605， 760公开了 一种由固体均质聚合物薄片制成的抛光垫.该聚合物薄片是透明的以便能使特定波长范围内的光通过.该 聚合物薄片的表面不含有任何研磨材料而且也不具有任何能吸收或者传输浆料微粒的固有能力.最近，边界点检测系统已经在具有一个窗口或者多个窗口的旋转垫 或者线性带系统中获得应用.在这种情况下，当垫或者带子移动时，其 经过一个就地监控器，该监控器对晶片表面进行反射系数测量.反射方 面的变化表明了抛光加工的边界点.但，在抛光垫上开设的窗口使抛光 加工复杂化并打乱垫或者带子的均匀性.此外，这样的窗口还引起抛光 副产品和浆料的积聚., 因此，当基片用CMP法进行抛光时，需要一种精确、有效地检测基 片上边界点的方法和设备.如图1B所示，首先，应用CMP法来使铜层的厚度减小至用于覆盖绝 缘层14之上表面15的阻挡层18处.接着，将上表面上的阻挡层18去除以 使铜和剩余的阻挡限制在通道IO、 12和沟槽13的范围内.但，在这些加 工过程中，确定抛光的边界点，即已抛光铜层的厚度均匀减少在工业中 是一个重要的问题.由于过度抛光能引起过多的凹陷、侵蚀和其它缺陷， 所以，在加工的同时必须保持金属层的厚度均匀性，这样，就能使铜边界点之后的过度抛光被减至最小而且基片也不会被过度抛光.此外，对 铜层和阻挡层的抛光不足可引起电力不足或其它缺陷.在抛光的过程 中，不均一性可归因于不均匀的抛光加工或者基片的金属层厚度不均匀 或者这两种情况.抛光一基片的绝缘层是CMP的另一种应用.浅沟槽绝缘(STI)是一 种通过在基片的表面上形成绝缘沟槽从而避免在相邻电路之间的电迁 移的工艺.沟槽通常用氮化硅(Si3N4)和二氧化硅(Si02)来填充. 为了填充沟槽，首先在基片的表面上沉积一层氮化硅，随后是二氧化硅 的覆盖层.过多的氮化硅和二氧化硅必须从基片的表面上去除掉，这样， 在大部分的基片表面上留下一平滑的氮化硅层并且用氮化硅层和二氧 化硅层来填充沟槽区域.通常，可用CMP法去除多于的二氧化硅和氮化 硅.图1C示出基片52 (例如硅晶片)的一示例部分51的横截面视图，其 中该基片用两层绝缘材料来覆盖.在基片52的表面上形成一个适于STI 的沟槽53.下绝缘层54和上绝缘层55覆盖包括沟槽53在内的基片52的表 面.下绝缘层54和上绝缘层55的成分可以是，例如分别为氮化硅和二氧 化硅，值得注意的是，绝缘层54和55覆盖基片52的整个表面.为了完成 STI加工，必须去除过多的绝缘材料.图1D示出在绝缘层54和55已被抛光至所希望的程度，即已将过多的 绝缘材料去除之后基片52的一典型部分51的横截面视图.绝缘层的抛光 可以通过诸如CMP来进行.值得注意的是， 一平滑的绝缘层(即氮化硅) 54覆盖基片52的表面并且绝缘层54和55 (即氮化硅和二氧化硅)填充沟 槽53.目前的STI技术存在的问题包括由于厚度测量信号随着二氧化硅 厚度的增加或者减少周期性地自身重复，所以难以通过光学干涉测量法 进行二氧化硅厚度的测量.此外，厚度测量信号对环境因素，诸如湿度(水膜)和检测角度敏感.现有技术中存在另一问题在于传统的度量工具需要将基片从其支 架头上拆卸下来以便进行边界点检测.均匀的抛光加工将显著降低CMP成本同时增加生产能力.在晶片尺 寸变大，例如300mm或更大时，由于晶片具有更大的表面积，所以厚度 以均匀方式的平面型减小会变得更加困难.因此，当利用CMP法抛光基片时，需要一种改进的用于监控和保持 抛光层均匀性的方法和装置.
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种在诸如CMP的材料去除加工中用于 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于抛光一工件的装置，该装置包括：一个工件夹具，其被构造成能够夹持该工件的结构形式；一个抛光元件，其被构造成能够设置在工件的一表面附近以便通过该抛光元件的一正面抛光该工件表面的结构形式；以及一个具有多个压力区的压 板，该压板被构造成能够选择性地向所述抛光元件施加压力从而使抛光元件在选择的压力作用下接触该工件表面的结构形式。

【技术特征摘要】
US 2002-1-17 10/052,475;US 2002-3-12 60/365,016;US1.一种用于抛光一工件的装置，该装置包括一个工件夹具，其被构造成能够夹持该工件的结构形式；一个抛光元件，其被构造成能够设置在工件的一表面附近以便通过该抛光元件的一正面抛光该工件表面的结构形式；以及一个具有多个压力区的压板，该压板被构造成能够选择性地向所述抛光元件施加压力从而使抛光元件在选择的压力作用下接触该工件表面的结构形式。2. 根据权利要求l所述的装置，还包括一个与所述压板相连的压力控制器，该压力控制器被构造成能够选 择性地调节所述压力区的结构形式.3. 根据权利要求2所述的装置，还包括一个传感器，该传感器与至少一个压力区相联，而且被构造成能够 检测工件表面的性质并响应于该性质产生一传感器信号的结构形式；以 及其中所述压力控制器被构造成能够使压力区至少部分根据各个传 感器信号而选择性地向所述抛光元件施加压力的结构形式.4. 根据权利要求3所述的装置，其特征在于 所述的抛光元件是一个光学透明的抛光元件并且可沿一个或者多个方向移动；以及所述的传感器响应于一个可在工件表面进行反射的光源.5. 根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述的光学透明抛光元件包括一复合结构.6. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述的抛光元件被构造成能够沿双向移动的结构形式.7. 根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述的压力控制器 能够向一压力区施加负压力和正压力.8. 根据权利要求3所述的装置，还包括多个位于压力区之间的排放孔，该排放孔使压力区之间的流体流排出.9. 根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述的排放孔与大 气相通.10. 根据权利要求l所述的装置，其特征在于，所述的抛光元件被 构造成能够通过双向移动抛光工件的结构形式.11. 根据权利要求l所述的装置，其特征在于，流到多个压力区中 的流体通过使用含有一旋转流量计和含有质量流量控制器的组之一受 到控制.12. 根据权矛决求l所述的装置，还包括一柔软的阻挡层，该阻挡层位于所述压板之上以便在工件表面和压 板表面之间产生一衬垫.13. 根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述压力区在所述 阻挡层上是连续的.14. 根据权利要求l所述的装置，其特征在于，所述压板包括与压力区相联的流体供给孔，所述的压力区能够向所 述抛光元件的背面提供流体，所述流体供给孔以多组方式设置，每组都 包括一 不同数量的孔，而且在至少两个相邻孔之间的 一压力差使工件表 面的相应的不同区域上产生一不同的抛光率.15. 根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述的抛光元件是 一柔性抛光元件.16. 根据权利要求14所述的装置，其特征在于，可对从下述组中选 择出的不同尺寸的工件进行抛光一具有200mm直径的工件； 一具有3 0 Omm直径的工件； 一具有400mm直径的工件；以及 一具有500mm直径的工件.17. 根据权利要求l所述的装置，其特征在于， 所述抛光元件被构造成能够相对所述压板移动的结构形式；以及 所述压板具有多个用于产生压力区的流体供给孔，而且所述流体供给孔被构造成能够向抛光元件的背面供给流体以便向所述抛光元件选 择性地施加压力的结构形式.18. 根据权利要求17所述的装置，其特征在于， 所述压板具有多个位于所述压力区附近的放泄孔，而且所述放泄孔被构造成能够选择性地降低压力区内的压力的结构形式.19. 根据权利要求17所述的装置，还包括一个与所述压板相连接的压力控制器，该压力控制器被构造成能够 选择性地调节所述压力区的结构形式；一个传感器，该传感器与多个压力区中的每一个相联，而且被构造 成能够检测工件表面的性质并响应于该性质产生一传感器信号的结构 形式；以及其中所述压力控制器被构造成能够使压力区至少部分根据响应的 传感器信号而选择性地向所述抛光元件施加压力的结构形式.20. 根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述压力控制器能够向一压力区施加负压力和正压力.21. 根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述的抛光元件被构造成能够沿双向移动的结构形式.22. 根据权利要求19所述的装置，还包括多个压力控制装置，该压 力控制装置被连接到多个孔和压力控制器之间以便控制流体的压力.23. —种用于检测一半导体晶片的一加工边界点的边界点检测系 统，该边界点检测系统包括一个传感结构，其被构造成能够检测出与半导体晶片的一表面相关 的度量标准并根据该度量标准产生一传感器信号的结构形式；以及一判定电路，该判定电路连接于传感结构并被构造成能够至少部...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雨春，伯纳德M弗雷，布伦特M巴索尔，霍马扬塔里，道格拉斯扬，布雷特E迈克格拉特，穆克施德赛，艾弗莱恩维拉兹奎兹，
申请(专利权)人：ASM纳托尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]