專利名稱：用于拋光墊窗口的抗反射層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)的拋光墊，尤其涉及具有在其中形成用于執(zhí)行光學(xué)端點(diǎn)檢測(cè)窗口的墊。
背景技術(shù)：
在集成電路和其它電子器件的制造中，在半導(dǎo)體晶片的表面上淀積或從半導(dǎo)體晶片的表面去除多層導(dǎo)體、半導(dǎo)體和介質(zhì)材料。可以通過多種淀積技術(shù)淀積導(dǎo)體、半導(dǎo)體和介質(zhì)材料薄層。在現(xiàn)代工藝中的常見淀積技術(shù)包括物理氣相淀積(PVD)(也通稱為濺射)，化學(xué)氣相淀積(CVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)和電化學(xué)電鍍(ECP)。
由于材料層順序淀積和去除，襯底的最上表面橫過它的表面變得不平坦并需要整平。整平表面，或“拋光”表面是這樣一種工藝從晶片的表面去除材料以形成通常均勻、平整的表面。整平對(duì)于去除不需要的表面形貌和表面缺陷(例如粗糙表面、聚結(jié)材料、晶格損傷、劃痕和污染的層或材料)是有用的。平整還用于通過去除用于填充裝置的多余的淀積材料在襯底上形成裝置并向隨后金屬化和處理級(jí)提供均勻的表面。
化學(xué)機(jī)械整平或化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)是用于整平襯底例如半導(dǎo)體晶片常見的技術(shù)。在常規(guī)CMP中，晶片載體或拋光頭安裝在載體裝置上并設(shè)置成與CMP設(shè)備中的拋光墊接觸。載體裝置向襯底提供可控制的壓力以把晶片壓在拋光墊上。通過外部驅(qū)動(dòng)力，墊相對(duì)于襯底任意地移動(dòng)(例如旋轉(zhuǎn))。與此同時(shí)，化學(xué)化合物(“漿”)或其它液體媒介流到襯底上和晶片與拋光墊之間。由此以選擇性地從襯底表面去除材料的方式通過墊表面和漿的化學(xué)和機(jī)械作用拋光了晶片表面。
當(dāng)整平晶片時(shí)面臨的一個(gè)問題是何時(shí)停止處理。為此目的，開發(fā)了多種整平端點(diǎn)檢測(cè)設(shè)計(jì)。一個(gè)這樣的設(shè)計(jì)包括晶片表面的光學(xué)原位測(cè)量并公開在美國(guó)專利No.5964643中，該專利在此引證作為參考。該光學(xué)技術(shù)包括提供具有對(duì)選擇波長(zhǎng)的光是透明的窗口的拋光墊。光束通過窗口直射到晶片表面，在此它反射并通過窗口返回到檢測(cè)器例如干涉儀。根據(jù)返回的信號(hào)，可以確定晶片表面的性質(zhì)例如其上的膜(例如氧化層)的厚度。
盡管可以使用許多類型材料作為拋光墊窗口，在實(shí)踐中窗口一般由與拋光墊相同的材料構(gòu)成，例如聚亞胺酯。例如，美國(guó)專利No.6280290公開了一種具有聚亞胺酯塞形成窗口的拋光墊。該墊具有孔并且窗口用粘結(jié)劑保持在孔中。
當(dāng)它們表面粗糙時(shí)，出現(xiàn)有關(guān)這種窗口的問題。例如，一般通過從聚亞胺酯塊切割一部分來(lái)形成聚亞胺酯窗口。不利地是該切割工藝在窗口的每側(cè)面上產(chǎn)生微溝槽。微溝槽的深度從大約10到大約100微米的范圍。在底表面上的微溝槽散射用于測(cè)量晶片表面形貌的光，由此減小了原位光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的信號(hào)強(qiáng)度。由于液體漿的存在和上表面接近晶片，在上表面上的微溝槽不會(huì)散射如下表面微溝槽散射的那么多的光。
因?yàn)橛上麓翱诒砻嫔⑸湓斐尚盘?hào)強(qiáng)度的損耗，測(cè)量結(jié)果變差，而且測(cè)量變化性成為問題。而且，由于拋光工藝期間出現(xiàn)了信號(hào)損耗的其它原因，在某些點(diǎn)需要更換墊或墊窗口。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)在CMP系統(tǒng)中使用的端點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)中的光散射問題，其在拋光墊中應(yīng)用了透明的窗口。
本發(fā)明的一個(gè)方案是包括具有在其中形成孔的拋光墊體的設(shè)備。在該孔中安裝窗口，該窗口具有的下表面具有能夠散射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層以減小通過粗糙的下表面的光散射。
本發(fā)明的另一方案是在CMP系統(tǒng)中執(zhí)行晶片原位(in-situ)光學(xué)測(cè)量的方法。該方法包括提供具有窗口的拋光墊的CMP系統(tǒng)，該窗口具有粗糙的下表面，在該下表面上形成抗反射層，并通過抗反射層和窗口把第一束光直射到晶片。該方法還包括從晶片反射第一束光以形成通過窗口和抗反射層返回的第二束光。該方法還包括檢測(cè)第二束光，把檢測(cè)的第二束光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并處理電信號(hào)以推導(dǎo)出晶片的一個(gè)或多個(gè)性質(zhì)。


圖1是CMP系統(tǒng)的近視剖面圖，示出了具有窗口的拋光墊，在窗口的下表面上形成有抗散射層，鄰近拋光墊上表面存在的晶片和原位光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)的基本元件。
具體實(shí)施例方式
在發(fā)明實(shí)施例的以下詳細(xì)說(shuō)明中，為附圖做的標(biāo)號(hào)形成附圖的一部分，并且其中由介紹實(shí)現(xiàn)發(fā)明的特定實(shí)施例的方式示出。足夠詳細(xì)地介紹了這些實(shí)施例以使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)明，而且應(yīng)當(dāng)理解可以應(yīng)用其它實(shí)施例并且不脫離本發(fā)明的范圍可以做出變化。因此以下的詳細(xì)介紹不是限定含義，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求來(lái)限定。
參照附圖1，示出了拋光墊10的近視剖面圖。拋光墊10具有包括上表面12和下表面14的體區(qū)11。拋光墊10可以是任意公知的拋光墊，例如氨基甲酸乙酯浸潤(rùn)氈、由Newark Delaware的Rodel公司出售的商品名稱為POLITEX的微多孔氨基甲酸乙酯墊、或填充和/或吹制的化合氨基甲酸乙酯例如還是由Rodel制造的IC系列和MH系列墊。
拋光墊10還包括在體11中的孔18，在孔18內(nèi)安裝窗口30。在一個(gè)示例實(shí)施例中，窗口30永久地安裝在孔中，而在另一個(gè)示例實(shí)施例中它可移動(dòng)地安裝在孔中。窗口30具有包括上表面32和下表面34的體區(qū)31。窗口30對(duì)在整平期間用于執(zhí)行晶片W光學(xué)原位測(cè)量波長(zhǎng)的光是透明的。示例波長(zhǎng)在某處的范圍從190到3500納米(nanometers)。
窗口30由任意材料(例如聚亞胺酯、丙烯酸、聚碳酸酯、尼龍、聚酯等聚合物)構(gòu)成，在它的一個(gè)或多個(gè)表面上具有粗糙部分40。在本發(fā)明的示例實(shí)施例中，當(dāng)執(zhí)行原位端點(diǎn)測(cè)量時(shí)，粗糙部分40能夠散射入射到其上顯著數(shù)量(例如10％或更多)的光。
在示例實(shí)施例中，粗糙部分40是由通過從大塊窗口材料切割下來(lái)用于形成窗口的設(shè)備(未示出)產(chǎn)生的。然而，粗糙部分40還可以由任意數(shù)量的其它原因產(chǎn)生，例如固有材料粗糙度，而非拋光窗口材料，不適合的拋光窗口材料等。
繼續(xù)參照附圖，窗口30包括在下表面34上形成的抗散射層50。層50在下表面34界面具有上表面52和與上表面相對(duì)的下表面。由整平期間對(duì)用于執(zhí)行晶片原位光學(xué)測(cè)量的光的一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)是透明的任意材料來(lái)形成抗散射層50。而且，在示例實(shí)施例中，層50具有與窗口30的反射率盡可能接近的反射率。在示例實(shí)施例中，窗口30由對(duì)波長(zhǎng)為670納米(為二極管激光波長(zhǎng))具有1.55反射率的聚亞胺酯構(gòu)成。而且在示例實(shí)施例中，層50是基本上對(duì)670納米波長(zhǎng)具有1.55相同反射率的聚亞胺酯(polyurethane)。在另一個(gè)示例實(shí)施例中，由與窗口30相同的材料形成層50。
在示例實(shí)施例中，層50包括透明耐溶解漆，例如由丙烯酸、聚亞胺酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯(PVC)或其他透明可溶聚合物構(gòu)成。另一個(gè)示例實(shí)施例，層50包括輻照固化涂層，例如紫外(UV)固化丙烯酸或聚亞胺酯。在另一個(gè)示例實(shí)施例中，結(jié)合兩種或更多組分涂層例如環(huán)氧樹脂、聚亞胺酯和/或丙烯酸。在另一個(gè)示例實(shí)施例中，使用暴露于大氣而固化的單組分空氣固化透明涂層例如濕氣固化聚亞胺酯、氧聚合搪瓷等涂層來(lái)形成層50。同樣，在另一個(gè)示例實(shí)施例中，可以使用熱熔涂層例如熱熔膜和粉末涂層?？傊脕?lái)充分減小下表面34表面粗糙度的任何透明涂層適合用作層50。
通過適合于被使用材料的任一種公知技術(shù)在下表面34上形成層50，例如噴涂(旋涂)、浸蘸、刷涂、熔化等。優(yōu)選層50與下表面34上的粗糙部分共形以使散射最小，而層50還要足夠厚以具有充分平坦的下表面54。在示例實(shí)施例中，通過拋光把下表面54變平。在另一個(gè)示例實(shí)施例中，依靠用于形成層的技術(shù)下表面54自然地形成適度平的表面。例如，熔化部分聚亞安酯到窗口上并讓熔化的材料流動(dòng)將填充粗糙部分40，同時(shí)還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可以具有緩慢變化的表面彎曲部分，該彎曲部分不散射光而僅僅以微小的角度反射光。這是因?yàn)榭股⑸鋵?0被設(shè)計(jì)成消除光散射，其是在光學(xué)原位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中信號(hào)損失的主要原因。
操作方法繼續(xù)參照附圖，下面介紹用于實(shí)行具有被測(cè)量表面62的晶片W的原位光學(xué)測(cè)量的本發(fā)明的操作。在操作中，由光源71產(chǎn)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和抗散射層50透過的波長(zhǎng)。
穿過抗散射層50、窗口下表面34、窗口體部分31、窗口上表面32和在窗口上表面和晶片表面之間的間隙66，第一光束70到達(dá)晶片表面62。由漿液68(未示出)占有間隙G，在實(shí)際操作中其用作折射率匹配流體來(lái)減小在窗口上表面32上粗糙部分40的光散射。從晶片表面62反射第一光束70-或更準(zhǔn)確地說(shuō)是它的一部分。這里示意示出了晶片表面62。實(shí)際上，由于不同膜(例如氧化物涂層)晶片表面62表現(xiàn)出晶片上存在的表面形貌或一個(gè)或多個(gè)界面。
從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。在示例實(shí)施例中，由于其上存在一層或多層膜晶片表面62包括多個(gè)界面，由于多次反射，反射的光束72包括干擾信息。
根據(jù)從晶片表面62的反射，第二光束72橫越間隙G(包括其中存在的漿液)并穿過窗口上表面32、窗口體31、窗口下表面34，最后通過抗反射層50。值得注意的是因?yàn)樽跃砻?2的逆反射自每個(gè)界面的反射包括在晶片上的反射是雙重的。換句話說(shuō)，除了實(shí)際晶片表面自身光通過每個(gè)界面兩次。結(jié)果是相對(duì)于最初的光束顯著損失了能量，其轉(zhuǎn)化為減小的信號(hào)強(qiáng)度。
根據(jù)存在的抗散射層50，檢測(cè)器80檢測(cè)光束72。在示例實(shí)施例中，使用光束分束器(未示出)分離第一和第二光束70和72。接著，檢測(cè)器80把被檢測(cè)的光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)81，接著由計(jì)算機(jī)82處理電信號(hào)81以提取與晶片60性質(zhì)(例如膜厚度、表面平面性、表面平坦度等)有關(guān)的信息。
因?yàn)榇翱?0包括抗散射層50，大大地減小了由在窗口下表面34上的粗糙部分40的散射引起的光損失。這導(dǎo)致比其它可能情況要大的信號(hào)強(qiáng)度。本發(fā)明人對(duì)具有上述類型粗糙表面的拋光墊窗口進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。本發(fā)明人分別用和不用抗散射層50對(duì)第二光束72中的信號(hào)進(jìn)行了測(cè)量，發(fā)現(xiàn)當(dāng)應(yīng)用本發(fā)明的抗散射層50時(shí)信號(hào)強(qiáng)度有了3×改善。
信號(hào)強(qiáng)度的這種改善導(dǎo)致晶片表面參數(shù)原位光學(xué)測(cè)量的顯著改善。特別是改善了可靠性和測(cè)量準(zhǔn)確性。而且，因?yàn)檩^強(qiáng)的信號(hào)使得信號(hào)損失的其它原因不怎么顯著，延長(zhǎng)了墊的壽命。換句話說(shuō)，減小自粗糙下窗口表面34的散射使得散射的其它原因-例如在拋光期間窗口上表面增加的粗糙度和由整平處理殘余物量的增加-變得更大而無(wú)需更換墊或窗口。
已經(jīng)介紹并說(shuō)明了發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例。但是，介紹和說(shuō)明僅是為了舉例。在本發(fā)明的范圍內(nèi)其它的實(shí)施例和執(zhí)行是可能的，其對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見的。因此，發(fā)明不限于這里介紹的特定細(xì)節(jié)、代表實(shí)施例和說(shuō)明的實(shí)例。因此，除了按照所附權(quán)利要求和它們等同的需要外，本發(fā)明不受限制。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，包括具有在其中形成一孔的拋光墊體；在該孔中安裝的窗口，該窗口的下表面具有能夠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層，以通過粗糙的下表面減小光的散射。
2.如權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于表面粗糙度能夠散射10％或更多入射到其上的光。
3.如權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于抗散射層包括透明耐溶解漆。
4.如權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于抗散射層包括輻照固化透明材料。
5.如權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于窗口由一第一材料構(gòu)成，且抗散射層也由該第一材料構(gòu)成。
6.一種用于化學(xué)機(jī)械整平(CMP)系統(tǒng)拋光墊的窗口，包括具有上和下表面的窗口體，該下表面具有足夠散射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層，以減小通過粗糙的下表面的光散射。
7.一種在化學(xué)機(jī)械整平(CMP)系統(tǒng)中執(zhí)行晶片原位光學(xué)測(cè)量的方法，包括提供具有窗口的拋光墊的CMP系統(tǒng)，該窗口具有粗糙的下表面，在該下表面上形成抗散射層；通過抗散射層和窗口把一第一束光直射到晶片；和從晶片反射第一束光以形成通過窗口和抗散射層返回的第二束光。
8.如權(quán)利要求7的方法，還包括檢測(cè)第二束光；把檢測(cè)的第二束光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；和處理電信號(hào)以推導(dǎo)出晶片的一個(gè)或多個(gè)性質(zhì)。
全文摘要
一種在化學(xué)機(jī)械整平(CMP)系統(tǒng)中使用的用于拋光墊窗口的抗散射層。發(fā)明尤其適用于具有粗糙下表面窗口的情況。以顯著減小光散射的方式在窗口的粗糙下表面上形成抗散射層，同時(shí)使得晶片的光學(xué)原位測(cè)量經(jīng)受CMP工藝。減小的光散射導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度增加，其有利于更耐久的光學(xué)原位測(cè)量能力。
文檔編號(hào)B24D7/12GK1530205SQ200410028320
公開日2004年9月22日 申請(qǐng)日期2004年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月3日
發(fā)明者約翰·V·H·羅伯茨, 約翰 V H 羅伯茨 申請(qǐng)人:羅德爾控股公司