專利名稱：將相異移除速度應(yīng)用到襯底表面的方法與裝置的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明通常涉及一種半導(dǎo)體制造，具體涉及一種在晶片處理中的同軸(in-line)度量衡(metrology)。
在半導(dǎo)體制造時(shí)，會(huì)有許多機(jī)會(huì)要測量處于處理操作情況下的襯底的特征值。許多特征值可由通過得到代表特征值的信號而確定。比如，可使用應(yīng)用激光干涉，光學(xué)發(fā)散等的各種終點(diǎn)確定法。然而，因?yàn)樘卣髦禃?huì)持續(xù)變小，特別是半導(dǎo)體制造中使用的薄膜厚度，從而代表特征值的信號在某些情況下可能會(huì)無法被檢測到。比如，渦流電流傳感器(eddy currentsensor，ECS)是用于位移、鄰近區(qū)域與薄膜厚度測量中。這些傳感器依賴于，利用靠近待測物體的測試線圈的電磁場變化來感應(yīng)樣本中的電流?？蓪⒔涣麟娏鹘?jīng)該線圈來產(chǎn)生電磁場變化。電磁場變化能感應(yīng)出干擾所施加的場及改變線圈電感值的渦流電流。
圖1是渦流電流傳感器操作的簡化原理圖。交流電流流經(jīng)靠近一導(dǎo)電物體102的線圈100。該線圈的電磁場在該導(dǎo)電物體102內(nèi)感應(yīng)出渦流電流104。該渦流電流的大小與相位接著影響該線圈上的負(fù)載。因此，線圈阻抗受到渦流電流影響。測量此影響量以感測該導(dǎo)電物體102的鄰近區(qū)域及該物體的厚度。距離106會(huì)影響線圈100上的渦流電流104的效應(yīng)；因而，如果移動(dòng)物體102，監(jiān)測線圈100上的渦流電流影響的該傳感器輸出信號將改變。
欲利用渦流電流傳感器來測量薄膜厚度的效果有限。因?yàn)樵摐u流電流傳感器所輸出的信號易受到薄膜厚度與襯底對傳感器距離的影響，有兩個(gè)未知數(shù)需要解決。圖2A顯示在化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)處理中，具有測量晶片厚度的渦流電流傳感器的晶片載體(carrier)的圖示。晶片載體108包括渦流電流傳感器110。在CMP處理中，載體108的載體薄膜112所支撐的晶片114會(huì)壓在墊116上以將晶片表面平坦化。墊116是被不銹鋼支架118所支撐。
圖2A架構(gòu)的缺點(diǎn)在于，只有0.020″厚的載體薄膜厚度可能會(huì)因樣本的不同而有高達(dá)0.006″的變化。處理?xiàng)l件，特別是晶片負(fù)載的膜壓縮，會(huì)影響傳感器-金屬層的距離。因此，載體薄膜與變化處理?xiàng)l件造成晶片與傳感器間的距離變化。因此，很難校正影響距離的所有變量，這些變量接著會(huì)影響傳感器的厚度測量值。此架構(gòu)的另一缺點(diǎn)是獨(dú)立于待測量導(dǎo)電材料的另一導(dǎo)電材料的存在所造成，一般稱為“第三主體(third body)效應(yīng)”。如果導(dǎo)電層厚度小于所謂的“表面(skin)”深度，則線圈電磁場將不會(huì)被完全吸收，且會(huì)部分穿透至圖2A的墊116的不銹鋼支架118。該電磁場會(huì)在該不銹鋼帶內(nèi)感應(yīng)出額外的渦流電流，因而對來自渦流電流傳感器的總信號產(chǎn)生貢獻(xiàn)。
此外，應(yīng)當(dāng)理解的是，因?yàn)樵搲|會(huì)隨著時(shí)間流逝而磨損或被腐蝕，而造成不銹鋼支架與渦流電流傳感器間距離的變化，這會(huì)影響總渦流電流傳感器信號的較佳分布。因此，當(dāng)持續(xù)處理晶片時(shí)，必需考量到磨損因素。因此，因?yàn)樽兞繒?huì)影響到厚度測量值，所以誤差量會(huì)相當(dāng)高且無法預(yù)測。甚至，專注于移除速度均勻性會(huì)誤導(dǎo)電流應(yīng)用。即，從終端使用者觀點(diǎn)來看，需要的是在半導(dǎo)體襯底的表面上具有均勻的最終層(這未必是均勻移除速度的結(jié)果)。比如，在平坦化前，受處理晶片的表面厚度不均勻，當(dāng)對該處理晶片應(yīng)用均勻移除速度時(shí)，該不均勻性仍會(huì)被保留下來。
圖2B是應(yīng)用均勻移除速度于硅襯底表面時(shí)的簡化剖面圖。可發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用至襯底109的均勻移除速度會(huì)導(dǎo)致襯底11的厚度不均勻，即襯底11的中心厚度小于襯底外部邊緣的厚度，這情況相似于襯底109開始平坦化處理前的情況。因此，襯底111的中心可能會(huì)被過度拋光，特別是在銅清除處理中。
此外，對包括半導(dǎo)體處理所需的低薄膜厚度非常靈敏的某些系統(tǒng)其感測信號可能會(huì)被第三主體干擾。比如，該信號可能會(huì)被該感測區(qū)域附近內(nèi)的其他導(dǎo)電物體的存在而影響。甚至，此影響效果可能不固定，但取決于金屬膜厚度，因而無法直接將信號轉(zhuǎn)換成厚度。
以上述觀點(diǎn)，需要提供一種能實(shí)現(xiàn)均勻厚度而非均勻移除速度的方法與裝置，以控制該晶片的標(biāo)的剩余層厚度的均勻性。此外，存在提供處理中半導(dǎo)體晶片的剩余厚度的即時(shí)相異閉合環(huán)路控制的需要。

發(fā)明內(nèi)容
廣泛來說，本發(fā)明在CMP處理期間對晶片運(yùn)用移除速度的相異控制以符合上述需求。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明可實(shí)施成數(shù)種方式，包括裝置，系統(tǒng)，器件或方法。下面將描述本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)系統(tǒng)。該CMP系統(tǒng)包括一晶片載體，放于一拋光墊上。該晶片載體在一平坦化處理期間支撐一晶片。該晶片載體包括檢測代表薄膜厚度的信號的傳感器。代表該薄膜厚度的信號包括第三主體效應(yīng)。也包括一般用途計(jì)算機(jī)，與該傳感器進(jìn)行通信。該一般用途計(jì)算機(jī)調(diào)整該傳感器所輸出的代表該薄膜厚度的該信號以基本去除該CMP系統(tǒng)所導(dǎo)致的第三主體效應(yīng)及襯底厚度成分。包括一漿料傳送系統(tǒng)，提供一基本均勻漿料層于該拋光墊上。該漿料傳送系統(tǒng)包括一流體限制裝置，具有第一側(cè)邊及第二側(cè)邊。該流體限制裝置在該第一側(cè)邊后方的該拋光墊上產(chǎn)生一漿料池。該流體限制裝置沿著該第二側(cè)邊前進(jìn)的該拋光墊上提供一基本均勻漿料層。
根據(jù)另一實(shí)施例，提供一種在化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)處理期間即時(shí)確定薄膜厚度的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一CMP模塊，具有一組傳感器，該組傳感器的各傳感器檢測在相關(guān)于該CMP模塊的導(dǎo)電主體存在下的晶片相關(guān)點(diǎn)的厚度。該CMP模塊包括一流體限制裝置，在拋光墊的區(qū)域上產(chǎn)生一基本均勻漿料層；以及一噴嘴，位于該流體限制裝置與晶片載體之間。該噴嘴供應(yīng)一流體至該拋光墊的該區(qū)域的部分。包括一般用途計(jì)算機(jī)，其與該組傳感器和該CMP模塊外部的組傳感器進(jìn)行通信。該一般用途計(jì)算機(jī)利用該CMP模塊外部的該組傳感器所提供數(shù)據(jù)來計(jì)算該晶片的該相關(guān)點(diǎn)的校正系數(shù)。該校正系數(shù)可調(diào)整代表厚度的該信號以取出代表該晶片的薄膜厚度的該信號的部分，其中該一般用途計(jì)算機(jī)還能啟動(dòng)該噴嘴以供應(yīng)該流體以調(diào)整在該晶片的相關(guān)點(diǎn)的區(qū)域移除速度。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一種半導(dǎo)體處理系統(tǒng)。該半導(dǎo)體處理系統(tǒng)包括一傳感器，檢測代表沉積于一襯底的表面上的薄膜厚度的信號。包括第一噴嘴，供應(yīng)一第一流體至一拋光墊的表面。包括一流體限制裝置，位于該第一噴嘴上游。該流體限制裝置均勻地分布該漿料于該拋光墊的表面上。包括一第二噴嘴，位于該流體限制裝置上游。該第二噴嘴供應(yīng)一第二流體至該均勻分布漿料上。
仍根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一種對上方沉積有一薄膜的襯底表面應(yīng)用相異移除速度的方法。該方法包括在一處理操作前，產(chǎn)生一晶片的厚度曲線圖。接著，將該晶片傳送至一處理站。其次，在處理?xiàng)l件下，檢測有關(guān)于該晶片上的點(diǎn)的厚度數(shù)據(jù)。其次，在處理中，產(chǎn)生該晶片上的該點(diǎn)的調(diào)整后厚度數(shù)據(jù)。接著，控制有關(guān)于該晶片上的該點(diǎn)位置的漿料分布以區(qū)域性控制該點(diǎn)的移除速度。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一種對一襯底表面應(yīng)用移除速度相異控制的方法。該方法在一處理操作之前產(chǎn)生一襯底的厚度曲線圖。接著，將該厚度曲線圖的座標(biāo)關(guān)聯(lián)于該處理操作所用的傳感器。其次，根據(jù)該厚度曲線圖的數(shù)據(jù)來調(diào)整有關(guān)于該傳感器的該襯底表面位置的移除速度。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種半導(dǎo)體處理模塊。該半導(dǎo)體處理模塊包括一拋光墊。包括一流體限制裝置。當(dāng)該拋光墊移動(dòng)以在該墊的頂表面上產(chǎn)生一基本均勻流體層時(shí)，該流體限制裝置限制沉積于該墊的該頂表面上的流體。包括流體傳送系統(tǒng)。該流體傳送系統(tǒng)選擇性干擾該基本均勻流體層的區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種相異閉合環(huán)路控制半導(dǎo)體晶片處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一信號發(fā)送系統(tǒng)，具有第一與第二感測器件。該第一感測器件監(jiān)測在處理?xiàng)l件下的薄膜厚度相關(guān)信號。該第二感測器件取出并測量受外部物體影響最小的薄膜厚度。包括一執(zhí)行系統(tǒng)，相異地校正一區(qū)域移除速度以得到所需的平坦規(guī)格。包括一控制器，其與該信號發(fā)送系統(tǒng)和該執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行通信。該控制器調(diào)整該第一感測器件的信號以通過該第二感測器件所得到的數(shù)據(jù)而基本上移除該執(zhí)行系統(tǒng)所導(dǎo)致的第三主體效應(yīng)與襯底厚度成分。
應(yīng)當(dāng)理解的是，前述的一般描述和下面的詳細(xì)描述是示例性的并且僅僅是示例性的，其目的并不在于限制本發(fā)明。


在此包含的并且構(gòu)成說明書部分的附圖是用于解釋本發(fā)明的示例性實(shí)施例，并且與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。
圖1是渦流電流傳感器操作的簡化原理圖。
圖2A顯示在化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)處理中，具有測量晶片厚度的渦流電流傳感器的晶片載體(carrier)的圖示。
圖2B是應(yīng)用均勻移除速度于硅襯底表面時(shí)的結(jié)果的簡化剖面圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的測量輸入晶片厚度的耦合傳感器的架構(gòu)簡圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖3中的耦合渦流電流傳感器的信號圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的測量輸入晶片或薄膜厚度的耦合傳感器的另一種架構(gòu)簡圖。
圖6A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的測量輸入晶片厚度的耦合傳感器的又一種架構(gòu)簡圖。
圖6B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的應(yīng)用渦流電流傳感器組于圖式側(cè)邊以檢測薄膜厚度的平均信號的穩(wěn)定性。
圖7A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的耦合至下游CMP處理厚度傳感器的輸入厚度傳感器的架構(gòu)簡圖。
圖7B是耦合至下游CMP處理厚度傳感器的輸入厚度傳感器的另一種架構(gòu)簡圖。
圖8A與8B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的薄膜厚度渦流電流傳感器的輸出信號與標(biāo)準(zhǔn)電阻率薄膜厚度測量裝置的輸出信號間的關(guān)聯(lián)圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的測量銅薄膜厚度的渦流電流傳感器的校正曲線圖。
圖10是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在對襯底上的銅薄膜進(jìn)行CMP操作期間的兩渦流電流傳感器的輸出信號圖。
圖11A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的測量拋光帶溫度的紅外(IR)傳感器信號對時(shí)間的關(guān)系圖。
圖11B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的晶片溫度的紅外信號對時(shí)間的關(guān)系圖。
圖12是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的CMP處理的30秒時(shí)序T1-T9的圖示，其示出該晶片載體中的渦流電流傳感器所測量的銅薄膜的移除。
圖13是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的CMP系統(tǒng)的高階架構(gòu)圖。
圖14是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有集成傳感器組的晶片對準(zhǔn)器的剖面簡圖。
圖15是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有多個(gè)傳感器組的傳感器陣列的詳細(xì)側(cè)視圖。
圖16是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖15中的具有多個(gè)傳感器組的傳感器陣列的頂視圖。
圖17A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的能提供CMP操作的即時(shí)相異閉合環(huán)路控制的系統(tǒng)簡圖。
圖17B是圖17A的該CMP系統(tǒng)的另一實(shí)施例。
圖17C是圖17A的該CMP系統(tǒng)的又一實(shí)施例。
圖18是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的CMP系統(tǒng)的控制器的簡圖。
圖19是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的流體限制裝置與構(gòu)建漿料池的簡圖。
圖20是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的相異移除速度影響結(jié)果圖。
圖21是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的流體限制裝置操作后的將化學(xué)劑(比如去離子水)分布至拋光墊表面的效果圖。
圖22A與22B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的CMP操作期間的加入漿料至拋光墊的各區(qū)域的視圖。
圖23是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的即時(shí)監(jiān)測襯底上的薄膜厚度的方法流程圖。
圖24是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的提供應(yīng)用至襯底表面的移除速度相異控制的方法流程圖。
具體實(shí)例方式請參考附圖來描述本發(fā)明實(shí)施例。在下列描述中，提供多個(gè)特點(diǎn)以通盤了解本發(fā)明。然而，對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明也可在不具備部分或全部特點(diǎn)的情況下實(shí)施。在其他實(shí)施例中，將不詳細(xì)描述已知的處理操作以免使得本發(fā)明變得模糊不清。圖1，2A與2B已在前面的“發(fā)明背景”中討論了。
在半導(dǎo)體制造中，渦流電流傳感器(ECS)能非接觸式測量全部厚度的金屬薄膜厚度。已知，在一般負(fù)載機(jī)器速度下，ECS能提供晶片移動(dòng)的快速響應(yīng)。因而，能“在空中”測量厚度而不會(huì)影響處理產(chǎn)量。甚至，在組架構(gòu)中，可利用測量晶片的移動(dòng)來從有限數(shù)量傳感器中產(chǎn)生厚度曲線圖。比如，晶片對準(zhǔn)器(aligner)提供旋轉(zhuǎn)方向與線性徑向方向的移動(dòng)。因此，當(dāng)晶片處于自動(dòng)晶片處理機(jī)制下，一組傳感器可得到晶片厚度曲線圖。在一實(shí)施例中，可產(chǎn)生各晶片的厚度曲線圖，使得下游處理的方法可針對厚度曲線圖而得到最佳化。
附圖提供傳感器或傳感器組的架構(gòu)，其能測量處于理想條件(比如，非處理?xiàng)l件)下的晶片的薄膜厚度相關(guān)信號。此厚度可被儲(chǔ)存和/或傳送至處理金屬薄膜的下游處理。即，厚度可應(yīng)用至下游處理的相似厚度測量裝置。有關(guān)于下游處理的傳感器可利用此厚度校正，以使得該處理?xiàng)l件的未知數(shù)或變量無關(guān)。應(yīng)當(dāng)理解的是，一組傳感器意指兩或三個(gè)傳感器的組合以定義新的度量特性。在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器組合成一組以去除對距離的靈敏度。也可提供此傳感器架構(gòu)所得的數(shù)據(jù)樣本結(jié)果。在此所用的傳感器陣列包括2或多組傳感器，以覆蓋(即測繪)晶片的較大范圍。此外，位于晶片同一側(cè)上的三個(gè)傳感器也可視為一個(gè)陣列。
當(dāng)將傳感器組集成于預(yù)定站臺(station)時(shí)，可測繪晶片厚度并存儲(chǔ)在下游處理。此外，當(dāng)將晶片從處理室移除時(shí)，也可掃描已處理晶片的厚度以提供質(zhì)量控制反饋至該處理結(jié)果。因此，可根據(jù)該反饋而調(diào)整操作方式。當(dāng)然，可提供先前處理結(jié)果給后續(xù)處理。
在一實(shí)施例中，提供一種CMP系統(tǒng)，其包括晶片剩余厚度的相異閉合環(huán)路控制。該系統(tǒng)包括位于拋光墊上方的晶片載體。該晶片載體在平坦處理中要支撐晶片。該晶片載體包括檢測代表薄膜厚度的信號的傳感器。代表薄膜厚度的信號包括第三主體效應(yīng)。也包括與該傳感器進(jìn)行通信的一般用途計(jì)算機(jī)。該一般用途計(jì)算機(jī)是調(diào)整該傳感器所輸出的代表薄膜厚度的信號以基本上去除該CMP系統(tǒng)所導(dǎo)致的第三主體效應(yīng)以及襯底厚度成分。該襯底厚度成分是在沒有會(huì)干擾該信號(比如，渦流電流信號)的第三主體的處理操作前確定的。還提供漿料(slurry)傳送系統(tǒng)，其提供基本均勻漿料層至該拋光墊。該漿料傳送系統(tǒng)包括具有第一側(cè)與第二側(cè)的流體限制裝置。當(dāng)墊移動(dòng)時(shí)，該流體限制裝置限制該墊上的漿料流動(dòng)以在該第一側(cè)后方的該拋光墊上建立一漿料池。流體限制裝置還在該第二側(cè)后方的該拋光墊上提供基本均勻的漿料層。該流體限制裝置的下游是在該均勻漿料層內(nèi)建立漿料缺少區(qū)域或漿料增加區(qū)域的機(jī)構(gòu)以相異地控制移除速度。
圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的測量輸入晶片厚度的耦合傳感器的架構(gòu)簡圖。頂端傳感器130與底部傳感器132提供代表晶片138厚度的信號。在一實(shí)施例中，傳感器130與132是渦流電流傳感器。晶片138包括襯底142與金屬層140。頂端傳感器的軸134是偏離于底部傳感器132的軸136。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，利用偏離皆為渦流電流傳感器的頂端傳感器130與底部傳感器132，傳感器130與132所產(chǎn)生的電磁場將不會(huì)彼此干擾，即不會(huì)彼此抑制。當(dāng)頻率相同且軸134對準(zhǔn)軸136時(shí)，某些情況下會(huì)出現(xiàn)信號抑制，然而，如下面所述，可調(diào)整以避免信號抑制。控制器144與傳感器132與130進(jìn)行通信。在一實(shí)施例中，控制器144接收傳感器132與134的信號，并確定晶片138的厚度。應(yīng)當(dāng)理解的是，控制器144將傳感器130與132的信號平均以得到代表晶片厚度的信號。甚至，提供頂端傳感器130與底部傳感器132，可抵消頂端傳感器與晶片138的上表面間的距離146的變化或者底部傳感器與晶片138的下表面間的距離148的變化。即，當(dāng)傳感器固定時(shí)，可平均讀數(shù)以抵消上述兩種距離的變化，使得信號為厚度的函數(shù)而非厚度與鄰近區(qū)域的函數(shù)。在另一實(shí)施例中，該控制器144將所計(jì)算出的厚度傳送至下游工具，比如CMP工具，使得下游處理可根據(jù)晶片厚度將處理設(shè)定值最佳化，比如所施加的向下作用力以及傳送帶速度。
圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖3中的耦合渦流電流傳感器的信號圖。圖式150顯示出ECS輸出信號(V)與時(shí)間的關(guān)系圖。線152代表從晶片下方的傳感器(比如，圖3的底部傳感器132)所輸出的信號。線154代表從晶片上方的傳感器(比如，圖3的頂端傳感器130)所輸出的信號。粗線156代表線152與154的平均。對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，線156提供一穩(wěn)定信號。即，通過組合頂端傳感器的輸出信號與底部傳感器的輸出信號，可消除信號對傳感器距離的關(guān)聯(lián)性。比如，當(dāng)圖3的晶片138移動(dòng)至較靠近頂端傳感器130時(shí)，信號會(huì)變大。區(qū)域158代表晶片移動(dòng)至較靠近頂端傳感器。因此，在區(qū)域158內(nèi)，線152所代表的頂端傳感器輸出信號強(qiáng)度會(huì)增加。同時(shí)，晶片移動(dòng)至較遠(yuǎn)離底部傳感器。因而，在區(qū)域158內(nèi)的線154所代表的底部傳感器輸出信號強(qiáng)度會(huì)減弱，相似于頂端傳感器輸出信號強(qiáng)度會(huì)增加。因此，頂端與底部信號強(qiáng)度的平均值會(huì)保持穩(wěn)定。因?yàn)樾盘枏?qiáng)度是線性相關(guān)于傳感器對物體的距離，由物體朝向第一固定傳感器移動(dòng)所造成的信號強(qiáng)度變化可由物體遠(yuǎn)離第二固定傳感器移動(dòng)所造成的信號強(qiáng)度的逆向變化而抵消。實(shí)際上，可消除信號強(qiáng)度對距離的靈敏度，而且利用薄膜厚度進(jìn)行校正的平均值信號提供了無關(guān)于薄膜測量能力的距離。
因此，通過組合傳感器或有一傳感器操作于工作條件下(比如，嵌入于CMP工具的晶片載體內(nèi)的傳感器)的傳感器組，可校正操作于工作條件下的該傳感器以正確地提供有關(guān)于移除速度與處理終點(diǎn)的信息。即，提供薄膜厚度或晶片厚度的正確測量，使得處理?xiàng)l件下所造成的不正確性可通過校正而補(bǔ)償。甚至，該傳感器組可當(dāng)成批次(run-to-run)處理控制，其中晶片的厚度曲線圖是被第一傳感器或傳感器組所測繪且該曲線圖是下載至該處理工具的控制器以制定移除薄膜厚度正確量的處理，比如CMP處理。
圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的測量輸入晶片或薄膜厚度的耦合傳感器的另一種架構(gòu)簡圖。在此，頂端傳感器130與底部傳感器132共享相同垂直軸160。為消除頂端與底部傳感器間的信號干擾或抑制，可對各傳感器應(yīng)用不同的頻率。此外，也可應(yīng)用相位移，使得此兩傳感器的相位不同。即，一傳感器將該信號的波形翻轉(zhuǎn)180度以消除信號抑制。因?yàn)槿缟纤觯懦俗兞?距離，所以信號強(qiáng)度是厚度的函數(shù)。以數(shù)學(xué)式表示為S＝k(THK)，其中S是信號強(qiáng)度，k是靈敏度系數(shù)，而THK是厚度。對上述等式來說，信號強(qiáng)度與靈敏度系數(shù)是已知的，在一實(shí)施例中，可通過校正曲線而確定厚度。所確定的厚度是輸入至在半導(dǎo)體處理中處理金屬薄膜的下游處理工具，比如，參考圖8與9的CMP工具。
圖6A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的測量輸入晶片厚度的耦合傳感器的又一種架構(gòu)簡圖。在此實(shí)施例中，傳感器組是確定晶片138沿著頂端傳感器130的軸162的厚度。底部傳感器132a與132b的位置使得各傳感器對軸162的距離是相同的。因此，通過將傳感器132a與132b的輸出信號平均化，可確定信號以及沿著軸162的厚度。在此，頂端與底部傳感器之間的信號干擾或抑制不再重要，因?yàn)榈撞總鞲衅?32a與132b偏離于頂端傳感器130的軸。區(qū)域164、166、168、170與172代表當(dāng)晶片通過頂端傳感器130與底部傳感器132a與132b所定義空間時(shí)的晶片138的移動(dòng)。這些區(qū)域的意思將參考圖6B而詳細(xì)描述。
圖6B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的應(yīng)用渦流電流傳感器組于圖式側(cè)邊以檢測薄膜厚度的平均信號的穩(wěn)定性。在此架構(gòu)下，ECS組包括頂端傳感器130與兩個(gè)底部傳感器132a與132b。晶片138通過頂端傳感器130而在兩個(gè)底部傳感器132a與132b之間。圖式171顯示出ECS讀數(shù)(V)與時(shí)間(ms)。線169代表傳感器132a的讀數(shù)，而線173代表傳感器132b的讀數(shù)。線175代表頂端傳感器130的讀數(shù)。在一實(shí)施例中，將傳感器132a與132b的讀數(shù)平均化。該平均化后的結(jié)果接著再與傳感器130的信號平均。最后所得的平均信號由線177表示。圖式171顯示當(dāng)晶片138通過該傳感器組的晶片位置。比如，晶片138進(jìn)入到傳感器組，且由區(qū)域164代表。應(yīng)當(dāng)理解的是，11v的ECS讀數(shù)代表有關(guān)于厚度0的起始點(diǎn)，因?yàn)樵诖宋礈y量到晶片。當(dāng)晶片邊緣通過傳感器組時(shí)，信號會(huì)變得穩(wěn)定。接著，晶片持續(xù)沿著中點(diǎn)行進(jìn)路徑前進(jìn)，如區(qū)域166表示?？煽闯?，線177所代表的平均讀數(shù)相當(dāng)穩(wěn)定。
接著，晶片往上移動(dòng)0.020英寸。頂端傳感器130的信號強(qiáng)度(即，測量信號與0厚度的參考信號間的差值)變強(qiáng)，底部傳感器132a與132b的信號強(qiáng)度變?nèi)?。然而，線177所代表的平均值仍相當(dāng)穩(wěn)定。接著將晶片從中點(diǎn)路徑往下移動(dòng)0.020英寸。因此，頂端傳感器130的信號強(qiáng)度變?nèi)?，而底部傳感?32a與132b的信號強(qiáng)度變強(qiáng)。如上所述，頂端傳感器信號與底部傳感器信號的平均值實(shí)際上沒變，即相對穩(wěn)定。因此，如上所述，該傳感器組輸出無關(guān)于晶片與傳感器間距的穩(wěn)定且無關(guān)距離的信號，因?yàn)轫敹藗鞲衅餍盘柵c底部傳感器信號的平均值補(bǔ)償了晶片移動(dòng)的變化，或者甚至補(bǔ)償了晶片封裝時(shí)的信號變化。晶片138接著移動(dòng)至該傳感器組外部，如有信號變化的區(qū)域172所示，因?yàn)閭鞲衅鳈z測到晶片邊緣遠(yuǎn)離。圖6A的區(qū)域164-172代表相似于圖6B的移動(dòng)方式。圖6A的移動(dòng)圖式也可產(chǎn)生如圖6B的穩(wěn)定平均信號。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，這些傳感器可架構(gòu)成包括一個(gè)底部傳感器與一個(gè)頂端傳感器，一個(gè)底部傳感器與二個(gè)頂端傳感器，或者能補(bǔ)償晶片移動(dòng)的其他架構(gòu)，以維持讀數(shù)穩(wěn)定。
圖7A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的耦合至下游CMP處理厚度傳感器的輸入厚度傳感器的架構(gòu)簡圖。在此，輸入厚度傳感器130a確定晶片和/或晶片138的襯底142上的薄膜140的厚度。代表厚度的信號是傳送至控制器144。接著，控制器144將該信號輸入至嵌入于CMP處理的晶片載體174內(nèi)的傳感器130b。在一實(shí)施例中，傳感器130a與130b是ECS。在另一實(shí)施例中，傳感器130a與130b是IR傳感器。應(yīng)當(dāng)理解的是，通過提供可測量晶片138厚度的傳感器130b，可進(jìn)行校正以基本上消除傳感器與晶片間距離的靈敏度。傳感器130b與晶片138間的距離變化可能由處于工作條件下的施壓的載體薄膜176所造成，或只是載體薄膜厚度的內(nèi)部變化所造成，距離變化可為+/-3mm。因此，拋光墊178的頂端與不銹鋼支架180間的距離影響傳感器130b的輸出信號。再次，代表輸入晶片138厚度的信號可用于校正傳感器130b以基本消除會(huì)影響拋光墊178頂端與不銹鋼支架180間距的拋光墊公差與墊磨損所造成的變化。
圖7B是耦合至下游CMP處理厚度傳感器的輸入厚度傳感器的另一種架構(gòu)簡圖。在圖7B中，包括頂端傳感器130a與底部傳感器132a與132b的傳感器組是與控制器144進(jìn)行通信。在此，適當(dāng)?shù)膫鞲衅鹘M，比如圖6A與6B的傳感器組，是確定晶片138或晶片的薄膜140的厚度。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，圖3和5的傳感器組也是可確定晶片138厚度的適當(dāng)傳感器組。在一實(shí)施例中，控制器144平均底部傳感器132a與132b的輸出信號以確定通過晶片、沿著頂端傳感器130a的軸的晶片138厚度的厚度信號。底部傳感器的平均信號接著與頂端傳感器130a的輸出信號平均化以確定晶片138或薄膜140的厚度。該厚度接著傳送至嵌入式傳感器130b。如參考圖7A所述，可對傳感器130b進(jìn)行自動(dòng)校正以消除傳感器與晶片138間的距離靈敏度與拋光墊178頂端與不銹鋼支架180間的距離靈敏度。即，可即時(shí)地自動(dòng)校正以調(diào)整因?yàn)閴|磨損或因?yàn)镃MP載體對平板機(jī)械位置所引起的其他機(jī)械偏離所導(dǎo)致的傳感器鄰近區(qū)域內(nèi)的ECS輸出值變化。
圖7B的傳感器130b位于間隔壁(spacer)175上。間隔壁175對準(zhǔn)于晶片載體174的底表面。間隔壁175包括任意非導(dǎo)電材料。在一實(shí)施例中，間隔壁175是聚合物。在另一實(shí)施例中，間隔壁175的厚度約1mm～1.5mm。應(yīng)當(dāng)理解的是，間隔壁175提供傳感器130b的空白區(qū)域(window)以收發(fā)代表晶片或晶片上薄膜厚度及鄰近區(qū)域的信號。
雖然圖7A與7B的實(shí)施例顯示前CMP(pre-CMP)處理的傳感器或傳感器組，但傳感器或傳感器組也可位于后CMP(post-CMP)處理以提供改進(jìn)批次處理控制的信息。雖然輸入厚度允許特殊方式來下載至處理工具站以補(bǔ)償任何輸入薄膜厚度，但后CMP厚度允許在后CMP厚度均勻性測量中的所檢測到處理變量的校準(zhǔn)。即，后CMP厚度均勻性測量當(dāng)成對傳感器130b的反饋，使傳感器130b進(jìn)一步微調(diào)校準(zhǔn)設(shè)定以得到正確終點(diǎn)。在一實(shí)施例中，控制器144提供后CMP傳感器組內(nèi)的傳感器130b的反饋信號。在另一實(shí)施例中，ECS為普遍可得到的ECS，比如SUNX有限公司所得的GP-A模擬位移傳感器系列。在另一實(shí)施例中，可放置多個(gè)傳感器于圖7A與7B的晶片載體內(nèi)。這些傳感器可鏈接在一起以檢測晶片鄰近區(qū)域與金屬薄膜厚度。比如，電容傳感器可包括于晶片載體內(nèi)以確定晶片與ECS傳感器間的距離。因?yàn)殡娙輦鞲衅魇擎溄又罞CS，因此可提供距離至該ECS。
圖8A與8B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的薄膜厚度渦流電流傳感器的輸出信號與標(biāo)準(zhǔn)電阻率薄膜厚度測量裝置的輸出信號間的關(guān)聯(lián)圖。圖8A的線190代表從一般阻抗傳感器方式得到的信號。線192代表在晶片中心點(diǎn)的不同位置點(diǎn)有第三金屬主體(比如，CMP工具的拋光墊或輸送帶的不銹鋼支架，晶片載體，空氣運(yùn)輸臺(air bearing platen)等)存在的ECS的輸出信號。線194a代表沒有第三金屬主體存在下的ECS的輸出信號。因此，ECS緊密相關(guān)于阻抗測量的標(biāo)準(zhǔn)4點(diǎn)方式的輸出信號。此外，偏差百分比在+/-5％之內(nèi)，如三角形196所示，各三角形對應(yīng)于在各三角形上方的這些線上的各點(diǎn)間的差異。
相似地，圖8B顯示關(guān)聯(lián)于一般阻抗傳感器方式的輸出信號的ECS測量。在此，線190b代表從一般阻抗傳感器方式的輸出信號，而線194b代表沒有第三金屬主體存在下的ECS的輸出信號。應(yīng)當(dāng)理解的是，圖8A中所測量的晶片不同于圖8B中所測量的晶片。再次，ECS信號194b緊密關(guān)聯(lián)于RS75信號。即，信號之間的偏差百分比通常在+/-5％之內(nèi)，如三角形196所示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，這些線的各終點(diǎn)對應(yīng)于薄膜的邊緣(即晶片邊緣)，故而視為沒有意義。
圖9是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的測量銅薄膜厚度的渦流電流傳感器的校正曲線圖。線198代表銅膜厚度以及沒有第三金屬主體下的該厚度的相關(guān)ECS電壓讀數(shù)。線200代表銅膜厚度以及在有第三金屬主體下的該厚度的相關(guān)ECS電壓讀數(shù)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，該校正曲線可應(yīng)用于圖3、5、6A、6B、7A與7B的這些傳感器。此外，可針對任何導(dǎo)電膜層產(chǎn)生校正曲線，這是因?yàn)殂~只是為了描述目的而非用于限制。
圖10是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在對襯底上的銅薄膜進(jìn)行CMP操作期間的兩渦流電流傳感器的輸出信號圖。線210代表在CMP操作下，晶片前緣的ECS信號對時(shí)間的關(guān)系。線212代表在CMP操作下，晶片后緣的ECS信號對時(shí)間的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解的是，線214與216間所定義出的區(qū)域移去了晶片形狀，而在線216后的區(qū)域從晶片去除剩余的銅。點(diǎn)210-1代表晶片前緣的終點(diǎn)，即清除剩余的銅。點(diǎn)212-1代表晶片后緣的終點(diǎn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，嵌入于晶片載體內(nèi)的ECS的輸出信息可得到確定移除速度的連續(xù)數(shù)據(jù)。此外，可觀察前緣與后緣間的移除速度變化。傳感器嵌入于晶片載體內(nèi)，該傳感器提供關(guān)于待測量晶片厚度或晶片上薄膜厚度的連續(xù)即時(shí)數(shù)據(jù)。即，一旦提供離散測量的拋光帶或墊旋轉(zhuǎn)每一圈時(shí)，沒有傳感器進(jìn)行快速測量的空窗期。在此所描述的實(shí)施例提供連續(xù)測量與厚度監(jiān)視。
圖11A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的測量拋光帶溫度的紅外線傳感器信號對時(shí)間的關(guān)系圖。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，紅外(IR)信號可穿透硅襯底，因而，IR信號可檢測正被拋光墊表面平坦化的該晶片的薄膜溫度。圖11A的線代表在該帶上的不同位置的IR信號監(jiān)測，比如相對于操作者的該帶的中心、前方及后方。
圖11B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的晶片溫度的紅外信號對時(shí)間的關(guān)系圖。在此，監(jiān)視晶片溫度以在CMP處理中監(jiān)視溫度變化。對圖11A與11B的各實(shí)施例，線218與220分別在相關(guān)處理的終點(diǎn)相交于圖式的響應(yīng)線。即，在終點(diǎn)時(shí)，帶溫度與晶片溫度開始下降，該終點(diǎn)是曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在一實(shí)施例中，在處理期間，晶片溫度改變約20℃而帶溫度改變約10℃。
圖12是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的CMP處理的30秒時(shí)序T1-T9的圖示，其示出該晶片載體中的渦流電流傳感器所測量的銅薄膜的移除。各時(shí)序T1-T9將ECS信號(V)顯示于y軸上而將時(shí)間間隔(S)顯示于x軸上。時(shí)序T1顯示處理的開始，而時(shí)序T2顯示移除銅膜的開始。即，在時(shí)序T2內(nèi)移除了479埃()的材料。時(shí)序T3-T8顯示約30秒時(shí)序以及在該時(shí)序內(nèi)的材料移除量。時(shí)序T9顯示終點(diǎn)條件的出現(xiàn)。
圖13是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的CMP系統(tǒng)的高階架構(gòu)圖。如下面所描述，傳感器組或傳感器組陣列可包含在CMP處理系統(tǒng)的前端以提供晶片厚度曲線圖，因?yàn)楹穸惹€圖是傳送至處理模塊或從處理模塊輸出。負(fù)載端口模塊230a、230b與230c包含待處理晶片和/或已處理晶片。機(jī)械手臂240接近負(fù)載端口模塊230a-230c以將這些晶片傳送至另一站，比如干燥緩沖區(qū)域(dry buffer)208或?qū)?zhǔn)器234。機(jī)械手臂236將晶片送至CMP處理模塊或從CMP處理模塊接收晶片。區(qū)域232代表旋轉(zhuǎn)，沖洗與烘干(spin-rinse-dry，SRD)模塊。在一實(shí)施例中，應(yīng)當(dāng)理解的是，適當(dāng)傳感器組，比如圖7A與7B討論的傳感器組，可集成至圖13的前端系統(tǒng)內(nèi)。比如，傳感器組或甚至是傳感器組陣列可與對準(zhǔn)器234集成。因此，當(dāng)對準(zhǔn)器234旋轉(zhuǎn)晶片時(shí)，傳感器組可檢測到厚度曲線圖。因此，不需要額外空間，即不會(huì)影響到系統(tǒng)的覆蓋區(qū)域，且不需要為了得到信息而改變晶片路徑。雖然針對CMP工具而討論傳感器組，但應(yīng)當(dāng)理解的是傳感器組可與處理金屬薄膜及使用晶片對準(zhǔn)器的任意工具包含在一起。甚至，可包含單一傳感器組于此實(shí)施例，或可包含傳感器陣列以涵蓋較大區(qū)域，以得到更完整的晶片厚度曲線圖。
圖14是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有集成傳感器的晶片對準(zhǔn)器的剖面簡圖。晶片對準(zhǔn)器234包括用于旋轉(zhuǎn)晶片138的主軸244。在一實(shí)施例中，晶片138是利用施加至該晶片底表面的吸引力而固定至主軸244。頂端傳感器陣列242a與底部傳感器陣列242b各包括多個(gè)傳感器組。各陣列的傳感器組是檢測代表晶片138上的金屬膜厚度。適當(dāng)?shù)膫鞲衅鹘M是參考圖6B與7B的ECS組。頂端傳感器陣列242a固定至對準(zhǔn)器234的頂端，而底部傳感器陣列固定至對準(zhǔn)器的底部。應(yīng)當(dāng)理解的是，雖然頂端傳感器陣列242a與底部傳感器陣列242b是偏離于晶片中心，然而，傳感器陣列與構(gòu)成傳感器陣列的傳感器組可位于晶片上的任意適當(dāng)位置。在一實(shí)施例中，頂端傳感器陣列242a與底部傳感器陣列242b內(nèi)的傳感器組是偏離于頂端與底部傳感器組，比如，參考圖3、6A與6B。在另一實(shí)施例中，頂端傳感器陣列242a內(nèi)的傳感器組的頂端傳感器的軸心是與對應(yīng)的底部傳感器的軸心相同，如圖5所討論。
圖14的陣列的各傳感器組是與控制器144進(jìn)行通信。如上所述，控制器144將傳感器組的輸出信號平均化以確定晶片厚度。在一實(shí)施例中，多個(gè)傳感器是包括于各頂端傳感器陣列242a與底部傳感器陣列242b內(nèi)。因此，在對準(zhǔn)處理中旋轉(zhuǎn)晶片138時(shí)，傳感器陣列可通過包括于傳感器陣列內(nèi)的傳感器組而測繪晶片的厚度曲線圖。在一實(shí)施例中，控制器144是一計(jì)算機(jī)，其可控制要被送入的晶片138的處理操作。在此，該計(jì)算機(jī)可存儲(chǔ)厚度曲線圖并調(diào)整當(dāng)該晶片138正在經(jīng)歷處理操作時(shí)的處理操作的方式。即，當(dāng)傳感器陣列的傳感器組放置于處理系統(tǒng)的前端時(shí)，其可允許已處理各晶片的制備。比如，CMP的處理變量，比如壓力、帶速度等，可針對特定晶片而調(diào)整。即，各處理可針對特定晶片而形成。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，控制器144可與控制處理的另一控制器或計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信且輸入該厚度曲線圖至該控制器或計(jì)算機(jī)。
圖15是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有多個(gè)傳感器組的傳感器陣列的詳細(xì)側(cè)視圖。在此，頂端傳感器陣列242a包括頂端傳感器242a-1、242a-2與242a-3。底部傳感器陣列242b包括底部傳感器242b-1、242b-2與242b-3。在一實(shí)施例中，各傳感器是ECS。在圖15的實(shí)施例中，頂端ECS偏離于一組傳感器的對應(yīng)的底部ECS。然而，如上所述，通過在頂端與底部ECS間加入相位移或使用不同頻率，頂端與底部ECS可共享同一軸心。
圖16是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖15中的具有多個(gè)傳感器組的傳感器陣列的頂視圖。在此，可發(fā)現(xiàn)頂端傳感器陣列242a包括頂端傳感器242a-1～242a-3。底部傳感器陣列242b包括底部傳感器242b-1～242b-3以及242c-1～242c-3。因此，傳感器陣列的傳感器組可架構(gòu)成如圖6B與7B的描述。當(dāng)晶片138以箭頭250的方向旋轉(zhuǎn)于對準(zhǔn)器內(nèi)時(shí)，通過檢測代表厚度的信號，這些傳感器產(chǎn)生晶片138的厚度曲線圖。此外，當(dāng)晶片送至對準(zhǔn)器內(nèi)，晶片線性移動(dòng)于箭頭252方向上時(shí)，這些傳感器可監(jiān)測晶片厚度。應(yīng)當(dāng)理解的是，傳感器陣列可具有任何適當(dāng)樣式的任意數(shù)量傳感器組以測繪厚度曲線圖。此外，傳感器不需要在晶片上均勻放置。在一實(shí)施例中，頂端與底部傳感器(即傳感器組)的不對稱放置可提供晶片138的厚度曲線圖的更詳細(xì)測繪。
圖17A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的能提供CMP操作的即時(shí)相異閉合環(huán)路控制的系統(tǒng)簡圖。當(dāng)從支撐晶片138的晶片載體施加向下力時(shí)，晶片138靠著拋光墊272旋轉(zhuǎn)。流體限制裝置262，也可稱為障礙物(dam)，也對拋光墊272施加作用力。流體限制裝置262的邊緣壓著拋光墊272，拋光墊272在流體限制裝置的上游產(chǎn)生漿料池264。噴嘴266將漿料送至拋光墊272。漿料供應(yīng)268供應(yīng)要送至拋光墊272的漿料。比如，漿料供應(yīng)268可包括漿料儲(chǔ)存槽以及輸送漿料的適當(dāng)泵。噴嘴260將下游的流體送至流體限制裝置262。流體供應(yīng)270將流體供應(yīng)至噴嘴260。在此，該流體可包括漿料，去離子水或CMP處理的其他適當(dāng)化學(xué)劑。在一實(shí)施例中，流體供應(yīng)270可包括泵或其他適當(dāng)輸送機(jī)構(gòu)，比如加壓裝置。因此，在CMP過程中，在噴嘴260與流體限制裝置262上游的噴嘴266的位置能相異地控制晶片138的移除速度。流體限制裝置262在其下游產(chǎn)生均勻漿料分布。即，通過測量流體限制裝置262下游的漿料池264的漿料量，可在拋光墊272上形成均勻漿料層。應(yīng)當(dāng)理解的是，任意適當(dāng)裝置可用于從流體供應(yīng)270輸送流體至噴嘴260，比如泵，空氣加壓器等。相似地，可用任何適當(dāng)裝置以將漿料從漿料供應(yīng)268輸送至噴嘴266。甚至，因?yàn)榱黧w限制裝置262在拋光墊272上形成均勻漿料層，不需要能夠精準(zhǔn)分布漿料于拋光墊的儀器即可將漿料輸送至噴嘴266。比如，當(dāng)流體被收集在漿料池264接著利用流體限制裝置262而均勻分布時(shí)，蠕動(dòng)(peristaltic)泵可用于將漿料輸送至噴嘴266。
在一實(shí)施例中，流體限制裝置262可允許更多的漿料通過線265所顯示的軌道，其使得新的漿料能到達(dá)晶片138的中心。應(yīng)當(dāng)理解的是，晶片138的旋轉(zhuǎn)速度以及拋光墊272的線性速度使得指向晶片138中心的流體會(huì)因?yàn)榫D(zhuǎn)速度而往側(cè)邊移動(dòng)。在此情況下，比如，在漿料滴至拋光墊時(shí)，晶片138的中心遭遇較低移除速度，因?yàn)榫?38的中心接觸到較少量漿料。在一實(shí)施例中，噴嘴260可從流體限制裝置262下游供應(yīng)額外漿料，以對晶片138的表面產(chǎn)生相異移除速度。在此架構(gòu)下，噴嘴260可沿著橫跨拋光墊272寬度的機(jī)械手臂移動(dòng)，如圖19所示。該機(jī)械手臂可由任何適當(dāng)裝置控制，比如步進(jìn)馬達(dá)，伺服馬達(dá)等，以將漿料、去離子水或其他適當(dāng)流體指向于流體限制裝置262下游的拋光墊272，以對晶片138產(chǎn)生移除速度。對于線帶的CMP系統(tǒng)而言，該帶在朝向晶片138的線性方向移動(dòng)，而晶片138繞軸旋轉(zhuǎn)。因此，在晶片138的旋轉(zhuǎn)中，晶片138的頂端部分138a的相對速度大于晶片138的底部部分138b的相對速度。因此，在較高相對速度的區(qū)域內(nèi)，墊272會(huì)沾上較多的流體，因?yàn)樵趲?72的上半部有較多的碎片。因此，流體限制裝置262的功能是收集碎片并能比墊272的一般區(qū)域內(nèi)的碎片回收更均勻地分布碎片，因而延長了墊的使用周期并且產(chǎn)生更均勻磨損樣式。
流體限制裝置262(在此也可稱為漿料限制裝置或流體限制裝置)的另一優(yōu)點(diǎn)是可避免漿料分布的離散模式所導(dǎo)致的不可逆的墊表面變化。即，利用流體限制裝置262可避免條紋效應(yīng)。對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，條紋效應(yīng)是由不均勻分布所導(dǎo)致，即由造成相異區(qū)域溫度、摩擦系數(shù)、不同化學(xué)劑、磨損作用等的流體輸送系統(tǒng)所導(dǎo)致的高量漿料區(qū)域與低量漿料區(qū)域。在此，分布漿料的方法沒有影響，這是因?yàn)橛辛黧w限制裝置262的存在。即，流體限制裝置262控制送至晶片的漿料量，而不需控制供應(yīng)漿料的供應(yīng)泵或供應(yīng)機(jī)構(gòu)的泵送速度。因此，對這些實(shí)施例而言，可利用每分鐘30立方厘米(cc)或更低的漿料供應(yīng)率來將漿料消耗減至最低。如同下面的詳細(xì)說明，在流體限制裝置262之后但在墊272接合晶片138之前，通過漿料薄膜區(qū)域出現(xiàn)或漿料薄膜區(qū)域增加，對于各處理監(jiān)視系統(tǒng)需要控制區(qū)域移除速度。此外，更進(jìn)一步控制流體限制裝置262對拋光墊272的線性方向間的相對角度、流體流動(dòng)限制裝置與拋光墊間的間隙以及流體限制裝置相對于拋光墊的接合曲率可對移除速度的影響提供更多的彈性以及選擇性。甚至，流體限制裝置262可包括下述的多個(gè)部分。
圖17B是圖17A的該CMP系統(tǒng)的另一實(shí)施例。在此，流體限制裝置262的方向垂直于拋光墊272的線性方向。此外，在墊的特定部分接合于晶片138之前，噴嘴260-1～260-3能在拋光墊272上產(chǎn)生漿料缺少區(qū)域或?qū)|272的特定部分增加漿料。如圖17A所示，噴嘴260-1～260-3可移動(dòng)于墊272的平行面和/或墊272的垂直面。在另一實(shí)施例中，支撐晶片138的晶片載體，即圖7A與7B的晶片載體174，包括對準(zhǔn)于至少一噴嘴260-1～260-3的傳感器。因此，即時(shí)檢測信號的讀數(shù)可用于產(chǎn)生區(qū)域性漿料缺少區(qū)域或區(qū)域性漿料增加區(qū)域，以控制晶片138上的特定部分的移除速度。即，對于厚度小于晶片138的其他區(qū)域的晶片138的特定區(qū)域，利用噴嘴(260-1～260-3)噴灑去離子水以產(chǎn)生漿料缺少區(qū)域，可減少厚度較薄區(qū)域的移除速度。應(yīng)當(dāng)理解的是，漿料缺少區(qū)域可由增加去離子水或相容于CMP處理的其他流體而產(chǎn)生。由噴嘴260-1～260-3噴出的流體能將在相關(guān)噴嘴下方的拋光墊272的區(qū)域內(nèi)替代部分或全部漿料。因此，當(dāng)晶片138碰到漿料缺少區(qū)域時(shí)，相關(guān)移除速度會(huì)降低。應(yīng)當(dāng)理解的是，在產(chǎn)生漿料增加區(qū)域之處，接觸到漿料增加區(qū)域的晶片區(qū)域的相關(guān)移除速會(huì)增加。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，流體供應(yīng)270可包括泵或其他適當(dāng)輸送機(jī)構(gòu)。此外，當(dāng)處理懸浮液(比如漿料)時(shí)，由流體供應(yīng)270至噴嘴260-1～260-3間的流體供應(yīng)線可循環(huán)回收未使用的漿料以維持懸浮液。在一個(gè)實(shí)施例中，漿料可以通過蠕動(dòng)式泵傳送到噴嘴266。在此，蠕動(dòng)式泵的蠕動(dòng)架構(gòu)不會(huì)影響平坦化處理，這是因?yàn)榱黧w限制裝置262控制了分布于拋光墊272上的漿料量，而不論泵送速度如何。對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，流體限制裝置262可由其他適當(dāng)裝置夾緊或固定至拋光墊272上方的機(jī)械手臂。拋光墊272上方的該機(jī)械手臂可控制在垂直和/或水平位置以影響拋光墊272的相對角度與間隙。在一實(shí)施例中，流體限制裝置包括構(gòu)成拋光墊272的相同材料，即聚氨酯(polyurethane)。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，流體限制裝置262可由相容于CMP處理的材料構(gòu)成，該材料可產(chǎn)生漿料池264以提供漿料池264的漿料下游的均勻分布。
圖17C是圖17A的該CMP系統(tǒng)的又一實(shí)施例。在此，流體限制裝置262對拋光墊272有小角度。即，流體限制裝置262的頂端部分比流體限制裝置262的底部部分更靠近拋光墊272的后端。此外，如所示的，流體限制裝置262橫跨拋光墊272的全部長度。應(yīng)當(dāng)理解的是，在此實(shí)施例中，由漿料池264輸出的漿料可滴落在拋光墊272的側(cè)邊上。在一實(shí)施例中，滴落在拋光墊272側(cè)邊上的過量漿料可被回收。傳感器130-1～130-3包括于晶片載體138內(nèi)。如上所述，各傳感器130-1～130-3對準(zhǔn)于一噴嘴。比如，各傳感器130-1～130-3分別對準(zhǔn)于噴嘴260-1～260-3。如圖17A所示，檢測晶片中心厚度的傳感器可稍微偏離于貫穿晶片中心的軌道線以計(jì)算處理時(shí)的晶片旋轉(zhuǎn)速度。在一實(shí)施例中，傳感器130-1～130-3可為ECS。在另一實(shí)施例中，流體限制裝置262可包括多個(gè)區(qū)域，各區(qū)域可獨(dú)立控制。比如，施加到各區(qū)域的向下壓力可用于定義拋光墊272上的不同漿料厚度層。接著，這些不同漿料厚度層可對正被平坦化的相關(guān)晶片施加不同移除速度。
圖18是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的CMP系統(tǒng)的控制器的簡圖。一般用途計(jì)算機(jī)144，也可稱為控制器，控制CMP系統(tǒng)的各種控制操作。測繪儀271與一般用途計(jì)算機(jī)144進(jìn)行通信。測繪儀271包括對準(zhǔn)站，比如參考圖14～16的對準(zhǔn)器。在一實(shí)施例中，測繪儀271是在晶片平坦化之前掃描晶片138的表面以產(chǎn)生該晶片的厚度曲線圖。如上所述，該厚度曲線圖可通過使用ECS陣列而產(chǎn)生。厚度曲線圖的相關(guān)信號接著傳送至一般用途計(jì)算機(jī)144以儲(chǔ)存于，比如硬盤或其他儲(chǔ)存媒介。應(yīng)當(dāng)理解的是，在一實(shí)施例中，此系統(tǒng)視為包括三個(gè)器件。比如，此三個(gè)器件包括信號發(fā)送系統(tǒng)，包括如ECS的感測器件；執(zhí)行系統(tǒng)，包括具有流體限制裝置的CMP單元；以及如上所述的控制器。
晶片載體174支撐晶片138于拋光墊272上游。如圖7A、7B與17C所示，晶片載體174包括一或多個(gè)傳感器以檢測正在平坦化的晶片138上的薄膜厚度。甚至，由測繪儀271所產(chǎn)生的厚度曲線圖中所用的關(guān)聯(lián)系數(shù)可應(yīng)用至傳感器130所檢測到的信號以基本上消除傳感器130所檢測到的襯底器件與任意第三主體效應(yīng)。比如，在傳感器130是ECS的實(shí)例中，其他導(dǎo)電表面會(huì)影響到傳感器130所檢測到的信號。其他導(dǎo)電主體包括拋光墊272的不銹鋼支架以及處于傳感器130檢測范圍內(nèi)的CMP系統(tǒng)相關(guān)的其他常用導(dǎo)電材料。傳感器130所產(chǎn)生的校正后信號被傳送至一般用途計(jì)算機(jī)144。另外，傳感器130所產(chǎn)生的信號可傳送至一般用途計(jì)算機(jī)144，接著關(guān)聯(lián)系數(shù)可應(yīng)用至新的信號數(shù)據(jù)。
根據(jù)調(diào)整后信號的值，可產(chǎn)生去離子水或其他化學(xué)劑模塊270、障礙物控制模塊267及漿料供應(yīng)模塊268的控制信號。因此，如果傳感器130的輸出信號表示移除速度太慢，即晶片138的相關(guān)位置的厚度相當(dāng)厚，則一般用途計(jì)算機(jī)144輸出一信號至去離子水或其他化學(xué)劑模塊270，這將會(huì)導(dǎo)致噴嘴260供應(yīng)漿料給拋光墊272以增加有關(guān)于傳感器130的晶片138的相關(guān)區(qū)域的移除速度。同樣地，如果傳感器130產(chǎn)生的信號表示移除速度太快，即對應(yīng)于傳感器130的晶片138的區(qū)域其厚度小，則噴嘴260供應(yīng)去離子水或其他適當(dāng)化學(xué)劑以降低晶片138的相關(guān)點(diǎn)處的移除速度。
雖然圖18顯示單一傳感器130與單一噴嘴260，也可使用一個(gè)傳感器對應(yīng)一個(gè)噴嘴的多個(gè)傳感器架構(gòu)以在晶片138與拋光墊272間的局部界面區(qū)域相異地控制移除速度。甚至，一般用途計(jì)算機(jī)144可發(fā)出一信號至?xí)绊懥黧w限制裝置262相對于拋光墊272的曲率下壓力或角度的障礙物控制模塊267。因此，流體限制裝置262下游的拋光墊272上的漿料厚度可通過障礙物控制模塊267而控制。一般用途計(jì)算機(jī)144也可送出信號至漿料供應(yīng)模塊268以增加或減少對拋光墊272的漿料供應(yīng)。因而，對拋光墊272的漿料供應(yīng)以及流體限制裝置262的控制可影響漿料池264的結(jié)構(gòu)。
圖19是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的流體限制裝置與漿料池建立的簡圖。在此，漿料傳送線269供應(yīng)漿料至一噴嘴或接通于多個(gè)噴嘴的歧管(manifold)以供應(yīng)漿料至拋光墊272。流體限制裝置262固定至機(jī)械手臂261。在一實(shí)施例中，固定流體限制裝置262使得該流體限制裝置可輕易連結(jié)機(jī)械手臂261和與該機(jī)械手臂261分離，比如夾緊至該機(jī)械手臂261。如上所述，機(jī)械手臂261可相對于拋光墊272做水平及垂直移動(dòng)以影響流體限制裝置262的角度與曲率度。比如，通過調(diào)節(jié)向下壓力，可調(diào)整流體限制裝置與拋光墊272頂表面間的夾角。此外，在拋光墊的平行面上將該機(jī)械手臂繞軸旋轉(zhuǎn)，可調(diào)整流體限制裝置與流動(dòng)方向間的角度。
圖20是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的相異移除速度影響結(jié)果圖。圖20在Y軸上顯示銅厚度而在X軸上顯示時(shí)間。銅厚度代表沉積于襯底上的銅膜厚度。剩余的銅厚度可通過在前面實(shí)施例中所描述的ECS檢測的信號而確定。在此，線274-1與276-1代表保持固定的移除速度。因此，在任一時(shí)間點(diǎn)，剩余銅厚度是相異(不同)的。然而，利用上述實(shí)施例以對正被平坦化的晶片的特定區(qū)域運(yùn)用移除速度的相異控制，線274-1與276-1是分別轉(zhuǎn)換成線274-2與276-2，其會(huì)收斂成線278。即，線274-2與276-2收斂于線278所示的標(biāo)的移除速度。應(yīng)當(dāng)理解的是，線278所示的移除速度可為應(yīng)用至相關(guān)于晶片載體內(nèi)的一個(gè)傳感器的晶片區(qū)域處的移除速度，而線274-2與276-2所代表的移除速度則相關(guān)于其他單個(gè)傳感器。比如，參考圖17C的傳感器可各相關(guān)于線274-2、276-2與278的三條線中的一條。施加至襯底表面的相異移除速度能夠在平坦化處理中更均勻地控制沉積于襯底上的剩余膜厚度。如圖20所示，在約2500埃后，應(yīng)用至信號274-2、276-2與278所代表的不同區(qū)域的移除速度會(huì)全部相同。因此，在剩余層厚度介于0～2500埃之間的任一時(shí)間點(diǎn)停止處理可導(dǎo)致襯底表面上的更均勻膜厚度層。
圖21是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的流體限制裝置操作后的將化學(xué)劑(比如去離子水)分布至拋光墊表面的效果圖。在此，線280代表移除速度與正被平坦化晶片的中心區(qū)域間距的跡線。相似地，線282代表橫跨正被平坦化晶片表面的移除速度的曲線。線280是將去離子水分布至襯底邊緣區(qū)域而得到的，而線282是將去離子水或相似取代劑分布至正被平坦化晶片的中心區(qū)域而得到的。因此，去離子水或相似取代劑產(chǎn)生移除速度較低的漿料缺少區(qū)域。比如，相對于線280，在晶片的邊緣區(qū)域的移除速度低于線282。然而，中心區(qū)域的線282所代表的移除速度低于相關(guān)區(qū)域的線280所代表的移除速度。即，取代劑在有關(guān)于正被平坦化晶片的中心區(qū)域的該拋光墊產(chǎn)生漿料缺少區(qū)域。應(yīng)當(dāng)理解的是，晶片的中心區(qū)域與邊緣區(qū)域的緊密控制是通過此實(shí)施例而實(shí)現(xiàn)。如上所述，為在晶片中心實(shí)現(xiàn)較低移除速度，因?yàn)榫D(zhuǎn)速度的關(guān)系，產(chǎn)生漿料缺少區(qū)域的噴嘴要稍微偏離于晶片中心。
圖22A與22B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的CMP操作期間的加入漿料至拋光墊的各區(qū)域的視圖。圖22A顯示將漿料加入至相對于正被平坦化晶片的中心區(qū)域的拋光墊的中心區(qū)域。線284顯示當(dāng)流體限制裝置分布漿料于拋光墊上而不在下游加入任何漿料時(shí)的移除速度對晶片中心間距的跡線。線286代表在流體限制裝置后加入漿料至拋光墊上的位置而最后會(huì)接觸至正被平坦化的晶片中心區(qū)域的所得結(jié)果。在此，位于流體限制裝置下游的噴嘴增加了流體限制裝置所產(chǎn)生的均勻漿料層部分。因此，加入至中心區(qū)域的額外漿料會(huì)增加移除速度，如線286所示。
圖22B顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，加入漿料至拋光墊的中心區(qū)域或拋光墊的邊緣區(qū)域所得的線跡線。線290代表加入漿料至拋光墊的中心區(qū)域所得的移除速度的跡線；而線288代表加入漿料至拋光墊的邊緣區(qū)域所得的移除速度的跡線。比如，參考圖17B，噴嘴260-1與260-3將漿料供應(yīng)至邊緣區(qū)域，而噴嘴260-2將去離子水供應(yīng)至中心區(qū)域。由圖22B可看出，相對于線288，將漿料供應(yīng)至邊緣區(qū)域會(huì)增加線290的移除速度。同時(shí)，相對于在邊緣區(qū)域的線290，線288代表將漿料供應(yīng)至邊緣區(qū)域會(huì)增加移除速度。對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，雖然該此實(shí)施例在晶片載體內(nèi)包括1或3個(gè)傳感器與相關(guān)噴嘴，但也可包括任意適當(dāng)數(shù)量的傳感器與相關(guān)噴嘴。
圖23是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的即時(shí)監(jiān)測襯底上的薄膜厚度的方法流程圖。該方法開始于步驟300，掃描晶片表面以得到在沒有第三主體情況下的厚度數(shù)據(jù)。在此，可用對準(zhǔn)器或其他傳送站掃描晶片表面以得到厚度曲線圖，如上所述。在此沒有第三主體，即導(dǎo)電表面，因?yàn)橹挥芯c掃描機(jī)構(gòu)用于產(chǎn)生厚度曲線圖。該方法接著進(jìn)行步驟302，辨別厚度數(shù)據(jù)的襯底成分與厚度數(shù)據(jù)的薄膜成分。在此，掃描晶片表面所得的信號是細(xì)分成襯底成分與薄膜成分。比如，渦流電流信號可分成兩個(gè)成分。應(yīng)當(dāng)理解的是，利用此成分?jǐn)?shù)據(jù)，可產(chǎn)生校正系數(shù)，校正系數(shù)接著可用于厚度的下游測量裝置，即嵌入于晶片載體內(nèi)的傳感器，以更精確地確定厚度。該方法接著進(jìn)行步驟304，晶片傳送至處理站。在一實(shí)施例中，該處理站是CMP系統(tǒng)。當(dāng)然，可用適當(dāng)機(jī)械裝置來將晶片傳送至處理站。該方法接著進(jìn)行步驟306，在有第三主體的情況下，檢測晶片上某一點(diǎn)的厚度數(shù)據(jù)。在此，參考圖7A與7B，嵌入于晶片載體內(nèi)的傳感器可用于檢測厚度數(shù)據(jù)。在一實(shí)施例中，ECS可用于此檢測。該方法接著進(jìn)行步驟308，調(diào)整有關(guān)于晶片上該點(diǎn)的厚度數(shù)據(jù)以消除襯底成分與第三主體效應(yīng)。即，在沒有第三主體下所確定的校正系數(shù)是用于取出相對于晶片上薄膜的厚度數(shù)據(jù)。在下面的詳細(xì)描述中，所取出的厚度數(shù)據(jù)接著用于相異地控制平坦化處理以在晶片表面上提供更均勻的平坦化處理。
圖24是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的提供應(yīng)用至襯底表面的移除速度相異控制的方法流程圖。該方法開始于步驟310，在開始處理之前，先產(chǎn)生襯底的厚度曲線圖。該厚度曲線圖可參考圖23而產(chǎn)生。該方法接著進(jìn)行步驟312，將厚度曲線圖的座標(biāo)與處理操作中所用的傳感器相關(guān)聯(lián)。在此，厚度曲線圖上的某一點(diǎn)可相關(guān)于嵌入于晶片載體內(nèi)的傳感器，使得能在相關(guān)于嵌入晶片載體內(nèi)的傳感器的該區(qū)域內(nèi)控制平坦化處理。上述的一般用途計(jì)算機(jī)，或控制器，可提供形成此關(guān)聯(lián)性所必需的計(jì)算。該方法接著進(jìn)行步驟314，根據(jù)厚度曲線圖的數(shù)據(jù)來調(diào)整應(yīng)用至有關(guān)于該傳感器的襯底表面某一位置的移除速度。在此，如參考圖17A～22B所述，利用在障礙物(比如流體限制裝置)下游的拋光墊表面上產(chǎn)生漿料缺少區(qū)域或漿料增加區(qū)域以調(diào)整移除速度。
總的來說，本發(fā)明可施加相異移除速度至其上沉積有薄膜的晶片表面。因此，可根據(jù)時(shí)間來確定半導(dǎo)體處理(比如CMP處理)的終點(diǎn)。即，可運(yùn)用相異移除速度以形成具有均勻薄膜厚度的襯底。因此，在某一段時(shí)間后或檢測到某一厚度后，可發(fā)出已達(dá)到處理終點(diǎn)的信號來終止此處理。利用開始時(shí)確定處于非處理?xiàng)l件下的晶片上的薄膜厚度，傳感器組可用于確定終點(diǎn)及相關(guān)移除或沉積速度。所確定出的厚度是輸入至有關(guān)于該處理?xiàng)l件的第二傳感器以校正該傳感器，以基本消除會(huì)在厚度測量下造成誤差的處理變量(第三主體效應(yīng))。比如，在檢測區(qū)域內(nèi)，在非處理?xiàng)l件下(比如，沒有第三主體)所確定的校正系數(shù)可應(yīng)用至第二傳感器的信號以消除處理模塊所造成的第三主體效應(yīng)。此外，產(chǎn)生晶片厚度曲線圖，厚度曲線圖分成薄膜厚度成分與襯底成分，以取出薄膜厚度成分。如上所述，厚度曲線圖可在非處理?xiàng)l件下確定。
應(yīng)當(dāng)理解的是，雖然實(shí)施例以CMP處理來描述，傳感器組或包括傳感器組的陣列并不限于CMP處理。比如，傳感器可用于在襯底上移除或沉積薄膜或?qū)拥娜我话雽?dǎo)體處理，比如蝕刻，沉積與光刻膠剝離處理等。甚至，上述實(shí)施例可應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)型或繞軌道CMP系統(tǒng)以及帶型CMP系統(tǒng)。
此外，本發(fā)明可測繪晶片厚度曲線圖，使得可利用該信息針對輸入的晶片厚度進(jìn)行處理而最佳化處理變量。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，在完成處理后，可立即監(jiān)測晶片厚度。比如，在上述的CMP處理后，當(dāng)晶片送回至負(fù)載模塊時(shí)，可監(jiān)測晶片厚度。處理后的監(jiān)測可提供反饋以進(jìn)一步最佳化處理參數(shù)。另外，處理后的監(jiān)測可用于曝光晶片的下一處理，其中晶片厚度曲線圖是有用的信息。
此外，如上所述，在本發(fā)明實(shí)施例中，ECS組集成于對準(zhǔn)器內(nèi)。應(yīng)當(dāng)理解的是，產(chǎn)生完全或部分晶片旋轉(zhuǎn)的任何工具可連同傳感器組來有效產(chǎn)生厚度曲線圖。此外，可應(yīng)用傳感器組于晶片路徑上，使得機(jī)械手臂讓晶片在傳感器組或傳感器陣列之間通過。接著，從晶片在傳感器組間的線性徑向移動(dòng)來檢測厚度曲線圖。因此，可在一般機(jī)械負(fù)載/卸載速度下，于空中進(jìn)行測量。即，不會(huì)影響到系統(tǒng)產(chǎn)量。在一實(shí)施例中，在渦流電路傳感器的檢測區(qū)域內(nèi)，通過置換鐵磁或者順磁鐵芯，可增加ECS靈敏度。即，通過鐵磁或者順磁鐵芯增強(qiáng)了磁場，接著增強(qiáng)了傳感器所接測到的信號。這樣，通過增強(qiáng)磁場增加了傳感器的靈敏度和信噪比。應(yīng)當(dāng)注意的是，在一個(gè)實(shí)施例中，磁場是通過與傳感器分離的器件即外部源而被增強(qiáng)的。增加的靈敏度允許傳感器檢測先前不能檢測的信號。因此，任意放置在磁場增強(qiáng)源和傳感器之間的檢測空間處的基于阻抗的導(dǎo)電物體的性質(zhì)都可以被量化。此外，可以參考上面的實(shí)施例來增強(qiáng)信號，使得先前不能被檢測的信號可以被測量。例如，通過結(jié)合磁場增強(qiáng)源所使用的渦流電流傳感器可以測量厚度小于2500埃的薄膜厚度。
在一個(gè)實(shí)施例中，磁場增強(qiáng)源是鐵磁或者順磁鐵芯。在另一實(shí)施例中，第二傳感器是磁場增強(qiáng)源。當(dāng)?shù)诙鞲衅魇谴艌鲈鰪?qiáng)源時(shí)，施加相位移，使得該兩個(gè)傳感器異相。這里，第二傳感器所產(chǎn)生的磁場的相位與第一傳感器的磁場的相位相差180°，使得不產(chǎn)生抑制效應(yīng)。即，一個(gè)傳感器翻轉(zhuǎn)信號的波形180°以消除信號的抑制。雖然上述的實(shí)施例特指了用于測量薄膜厚度的渦流電流傳感器，但應(yīng)當(dāng)理解的是任意基于阻抗的性質(zhì)都可以被測量。此外，在此所描述的本發(fā)明可以被包含在大量的半導(dǎo)體處理工具中，諸如CMP，等離子體刻蝕，層沉積和其他需要表征襯底層厚度的處理。在這些處理工具中，很容易包括磁場/渦流電路增強(qiáng)源。例如，關(guān)于刻蝕和沉積工具，襯底支架即夾盤可以由具有磁場增強(qiáng)性質(zhì)的材料組成或者可以包括具有這些性質(zhì)的插件。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，該夾盤可以是靜電夾盤，真空夾盤，機(jī)械夾盤等。
然而，如上所述，可以擴(kuò)展本發(fā)明以確定任意適當(dāng)?shù)幕谧杩沟膶?dǎo)電物體的性質(zhì)。即，除了確定襯底上的薄膜厚度或者是襯底本身的厚度之外，此處所述的實(shí)施例可以用于確定摻雜濃度，識別薄膜堆疊的成分，金屬薄膜的完整性，表面粗糙度，雜質(zhì)分布，顆粒尺寸分布等。實(shí)際上，磁場/渦流電流增強(qiáng)源能夠確定在傳感器檢測空間中的導(dǎo)電物體的許多基于阻抗的性質(zhì)。雖然，在這里所描述的一些實(shí)施例是針對于半導(dǎo)體的制作應(yīng)用，但是本實(shí)施例不限于這些應(yīng)用。任意需要基于阻抗性質(zhì)提供的信息都可以利用在此所述的靈敏度增強(qiáng)實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)。
在此所述的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，使用坡莫合金(permalloy)作為磁場增強(qiáng)源。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，坡莫合金通常指的是包含鎳和鐵(成分維NixFey)的具有高導(dǎo)磁率的合金組。在一個(gè)實(shí)施例中，鐵和鎳占了坡莫合金成分的大約40％至大約80％。在另一實(shí)施例中，坡莫合金包含了少量的其他元素，諸如鉬，銅，鉻和鎢。
上述實(shí)施例還提供一種CMP系統(tǒng)，可對晶片的不同區(qū)域來相異地控制移除速度。相比于均勻移除速度，相異控制能得到均勻厚度。通過利用產(chǎn)生池的流體限制裝置，可定義均勻的漿料層。此均勻漿料層接著如上所述被干擾以對晶片表面產(chǎn)生相異移除速度。
雖然本發(fā)明對多個(gè)示例性實(shí)施例進(jìn)行了描述，但并非用以限定本發(fā)明，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本發(fā)明的其他實(shí)施例都是顯而易見的。在這里所述的實(shí)施例和優(yōu)選特征只是示例性的，本發(fā)明的保護(hù)范圍僅有后附的權(quán)利要求書所限定。
權(quán)利要求
1.一種對施加到襯底表面的移除速度提供不同控制的方法，包括在處理操作前，產(chǎn)生襯底的厚度曲線圖；將厚度曲線圖的坐標(biāo)與在處理操作中使用的傳感器相關(guān)聯(lián)；以及根據(jù)厚度曲線圖所提供的數(shù)據(jù)調(diào)整與傳感器相關(guān)聯(lián)的襯底表面位置處的移除速度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在該處理操作期間，監(jiān)測該位置的厚度；以及從代表該位置厚度的信號中去除導(dǎo)體主體所造成的不準(zhǔn)確性。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中根據(jù)該厚度曲線圖的數(shù)據(jù)來調(diào)整有關(guān)于該傳感器的該襯底表面位置處的移除速度的方法步驟包括提供一基本均勻的漿料層于一拋光墊上；以及干擾對應(yīng)于該位置的該基本均勻的漿料層的區(qū)域。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中根據(jù)該厚度曲線圖所提供的數(shù)據(jù)來調(diào)整有關(guān)于該傳感器的該襯底表面位置處的移除速度的方法步驟包括在拋光墊的表面上產(chǎn)生漿料增加區(qū)域和漿料缺少區(qū)域。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括校正來自該傳感器的信號以取出對應(yīng)于該襯底表面上所沉積的薄膜厚度的信號成分。
6.一種半導(dǎo)體處理模塊，包括拋光墊；流體限制裝置，當(dāng)該拋光墊移動(dòng)以在該墊的頂表面上產(chǎn)生一基本均勻流體層時(shí)，阻止沉積于該拋光墊的項(xiàng)表面上的流體；以及流體傳送系統(tǒng)，選擇性干擾該基本均勻流體層的區(qū)域。
7.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體處理模塊，還包括傳感器，與該流體傳送系統(tǒng)進(jìn)行通信，該傳感器能夠觸發(fā)該流體傳送系統(tǒng)根據(jù)該傳感器所檢測的晶片厚度來干擾該區(qū)域。
8.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體處理模塊，其中該傳感器是渦流電流傳感器。
9.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體處理模塊，其中該流體傳送系統(tǒng)通過增加漿料至該拋光墊或增加取代劑至該拋光墊以干擾該區(qū)域。
10.一種相異閉合環(huán)路控制半導(dǎo)體晶片處理系統(tǒng)，包括信號發(fā)送系統(tǒng)，具有第一與第二感測器件，該第一感測器件監(jiān)測在處理?xiàng)l件下的薄膜厚度相關(guān)信號，該第二感測器件取出并測量受到外部物體影響最小的薄膜厚度；執(zhí)行系統(tǒng)，對局部移除速度進(jìn)行相異校正以得到所需的平坦規(guī)格；以及控制器，與該信號發(fā)送系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行通信，該控制器調(diào)整該第一感測器件的信號以通過該第二感測器件所得到的數(shù)據(jù)而基本上移除該執(zhí)行系統(tǒng)所導(dǎo)致的第三主體效應(yīng)與襯底厚度成分。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中該第一感測器件與該第二感測器件是渦流電流傳感器。
12.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中該執(zhí)行系統(tǒng)包括流體限制裝置，當(dāng)該拋光墊移動(dòng)以在一拋光墊的頂表面上產(chǎn)生一基本均勻流體層時(shí)，阻止沉積于該拋光墊的頂表面上的流體；以及流體傳送系統(tǒng)，選擇性干擾該基本均勻流體層的區(qū)域。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中該控制器能夠根據(jù)該第一感測器件的該調(diào)整后信號而觸發(fā)該流體傳送系統(tǒng)以干擾該區(qū)域。
14.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中該執(zhí)行系統(tǒng)是帶式的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)系統(tǒng)。
15.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中該第一感測器件是嵌入在執(zhí)行系統(tǒng)的晶片載體中。
全文摘要
提供一種半導(dǎo)體處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括傳感器，檢測代表沉積于襯底表面上的薄膜厚度的信號。第一噴嘴，供應(yīng)第一流體至拋光墊的表面。流體限制裝置，位于該第一噴嘴上游。該流體限制裝置均勻地分布該漿料于該拋光墊的該表面上。第二噴嘴，位于該流體限制裝置上游。該第二噴嘴供應(yīng)第二流體至該均勻分布的漿料上。本發(fā)明還提供一種CMP系統(tǒng)及將相異移除速度應(yīng)用至襯底表面的方法。
文檔編號H01L21/304GK1666321SQ03815381
公開日2005年9月7日 申請日期2003年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月28日
發(fā)明者Y·戈特基斯, R·基斯特勒, A·奧查茲, D·亨克, N·J·布賴特 申請人:蘭姆研究有限公司