專利名稱：實(shí)時(shí)拋光工藝監(jiān)視的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及拋光技術(shù)，且更特定而言，本發(fā)明涉及一種用于提供化學(xué)機(jī)械及其他拋光工藝的實(shí)時(shí)監(jiān)視的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
拋光工藝用于多種技術(shù)中且用于許多目的。對(duì)許多應(yīng)用而言，拋光為了美觀或機(jī)械目的，而拋光的微觀精確性并非關(guān)鍵性的。然而，在諸如處理電子材料及/或組件的一些應(yīng)用中，拋光工藝精確是重要的。舉例而言，不均勻或過(guò)度深的拋光可毀壞產(chǎn)品的某些部分或所有部分，該產(chǎn)品諸如支承一個(gè)或多個(gè)已完成的或中間的集成電路的晶片。另一方面，不夠深的拋光即使均勻亦可使產(chǎn)品為不適當(dāng)?shù)?。因此，?duì)許多應(yīng)用而言，拋光相當(dāng)精確有必要的。
許多先前技術(shù)方法可用于處理此問(wèn)題。舉例而言，執(zhí)行拋光工藝的異地(ex situ)監(jiān)視是已知的。此技術(shù)的實(shí)例涉及自拋光工藝周期性地移除正被拋光的零件，及使用測(cè)試以判定拋光工藝在此時(shí)的程度及品質(zhì)。一般地，使用此技術(shù)以預(yù)先開(kāi)發(fā)拋光協(xié)定，而非在實(shí)際生產(chǎn)期間檢查每一零件。此技術(shù)假定關(guān)于拋光工藝參數(shù)有很大程度的一致性并能夠控制。
此外，這樣的技術(shù)為昂貴的、緩慢的且可能并不精確。由于需要執(zhí)行多個(gè)實(shí)驗(yàn)及需要重復(fù)啟動(dòng)并停止拋光工藝，因此產(chǎn)生昂貴開(kāi)支及緩慢速度。此技術(shù)的不精確特性歸因于在該所關(guān)注的實(shí)際工藝期間(意即，在生產(chǎn)過(guò)程期間)常常無(wú)適當(dāng)?shù)臏y(cè)量或監(jiān)視發(fā)生的事實(shí)。因此，在無(wú)實(shí)時(shí)偵測(cè)并校正變化的任何能力的情況下，任何數(shù)目的因素的這些變化可影響拋光速率及/或品質(zhì)。
一種有時(shí)用于偵測(cè)正在進(jìn)行的拋光步驟的終點(diǎn)的技術(shù)涉及監(jiān)視晶片與拋光墊之間的摩擦力。當(dāng)摩擦力突然變化時(shí)，假定已移除了先前層，且已暴露具有不同摩擦系數(shù)的新層。然而，此程序假定所涉及的材料具有顯著不同的摩擦系數(shù)。此外，即使這些摩擦系數(shù)大體上彼此不同，偵測(cè)力中的小的變化仍常常具有挑戰(zhàn)性?？傮w看來(lái)，此技術(shù)缺乏實(shí)用性及精確性。
一種用于就地表面分析的更通用的技術(shù)涉及激光干涉測(cè)量法。使用此技術(shù)，一般將孔洞或窗口置于拋光墊中，且將激光輻射經(jīng)由該窗口導(dǎo)引至拋光表面上。收集并分析來(lái)自該拋光表面的激光輻射的反射以判定該上層的厚度。所反射的光一般將包含在反射前已穿透該表面的組份以及未穿透而自該表面反射的組份。這些組份之間的路徑差異在所收集的反射中產(chǎn)生振蕩(干涉)圖案，然后可處理其以追蹤該層的厚度。
盡管此技術(shù)在某種程度上有效，但是其具有許多缺點(diǎn)。舉例而言，因?yàn)樵摷夹g(shù)需要在拋光墊上制造孔洞，所以增加了泄漏及隨之發(fā)生的拋光工藝的中斷的可能性。此外，該技術(shù)僅可用于利用其所有組份分析整個(gè)層，而不能僅用于分析多個(gè)表面組成部分中的一個(gè)。此外，因?yàn)樵搲|常常旋轉(zhuǎn)或振蕩，所以僅有可能獲得間歇性的干涉測(cè)量記錄。這在接近拋光工藝結(jié)束時(shí)尤其麻煩，此時(shí)大約秒級(jí)的滯后可能是重要的。另外，拋光墊中的孔洞的存在可改變拋光操作的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。最后，干涉測(cè)量法測(cè)量在接近拋光步驟結(jié)束時(shí)可能變得不可靠，因?yàn)楸环治龅膶幼兊脽o(wú)限薄。
由于現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，較之在有效的就地監(jiān)視程序可用的情況下可獲得的產(chǎn)品的產(chǎn)生速率，有缺陷的產(chǎn)品的產(chǎn)生速率較高，從而導(dǎo)致較低良率及較高成本。此外，若有實(shí)用的就地工藝監(jiān)視系統(tǒng)可用，則新拋光程序的發(fā)展將更快且更有效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供一種用于就地監(jiān)視拋光工藝及其他移除工藝的新穎技術(shù)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，石英晶體納米天平嵌入晶片載體或其他固定設(shè)備中。在拋光工藝期間，自晶片或其他目標(biāo)表面移除的材料進(jìn)入周?chē)臐{料或溶液且沉積于該石英晶體納米天平的表面上。石英晶體納米天平的頻率對(duì)所增加的質(zhì)量做出反應(yīng)，從而產(chǎn)生經(jīng)移除的材料的量的指示?？商幚泶酥甘疽援a(chǎn)生瞬時(shí)移除速率以及終點(diǎn)偵測(cè)。作為回應(yīng)，可變更諸如溶液特征、下壓力、流速等的拋光參數(shù)以調(diào)整該瞬時(shí)拋光速率。終點(diǎn)指示識(shí)別在該拋光工藝中的特定材料已大體完全自該晶片的表面移除的點(diǎn)。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，可通過(guò)所施加的偏壓來(lái)控制該石英晶體納米天平上的沉積。以此方式，使用者可在可能的材料中選擇以進(jìn)行監(jiān)視。另外，在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，多個(gè)石英晶體納米天平嵌入晶片載體中，從而允許對(duì)不同材料的移除速率的連續(xù)及同時(shí)的監(jiān)視。實(shí)際上，使用本發(fā)明的許多實(shí)施例，有可能提供實(shí)時(shí)選擇的就地監(jiān)視。在本發(fā)明的實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)石英晶體納米天平位于遠(yuǎn)離晶片載體或其他工作零件處，諸如在漿料管道或貯存器中。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，該(多個(gè))石英晶體納米天平用于在拋光工藝期間偵測(cè)諸如劃傷的缺陷導(dǎo)致事件。在本發(fā)明的此實(shí)施例中，石英晶體納米天平與正經(jīng)拋光的表面聲學(xué)接觸。在缺陷導(dǎo)致事件期間，額外的聲學(xué)噪聲產(chǎn)生于晶片的表面處且傳輸至該石英晶體納米天平，從而常常提供可由敏感頻率監(jiān)視設(shè)備偵測(cè)到的額外的噪音頻率尖峰。偵測(cè)此效應(yīng)，且其用于發(fā)出發(fā)生了缺陷導(dǎo)致事件的信號(hào)。


由參看隨附諸圖進(jìn)行的說(shuō)明性實(shí)施例的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的額外特征及優(yōu)勢(shì)將顯而易見(jiàn)。
圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的處理系統(tǒng)的圖解說(shuō)明；圖2為根據(jù)本發(fā)明的替代實(shí)施例的處理系統(tǒng)的圖解說(shuō)明；圖3A為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的晶片安裝臺(tái)及晶體的俯視圖；圖3B為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的晶片安裝臺(tái)及晶體的透視側(cè)視圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的替代實(shí)施例的晶片安裝臺(tái)及晶體的透視側(cè)視圖；圖5A為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的晶片安裝臺(tái)、晶片及晶體的橫截面?zhèn)纫晥D；圖5B為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的晶片安裝臺(tái)、晶片及晶體的橫截面?zhèn)纫晥D，其中材料已自該晶片的表面移除；圖5C為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的晶片安裝臺(tái)、晶片及晶體的橫截面?zhèn)纫晥D，其中已自該晶片的表面移除的材料沉積于該晶體上；圖6說(shuō)明展示本發(fā)明的實(shí)施例的拋光時(shí)間與晶體頻率的關(guān)的模擬數(shù)據(jù)曲線；圖7說(shuō)明展示本發(fā)明的另一實(shí)施例的拋光時(shí)間與晶體頻率的關(guān)的模擬數(shù)據(jù)曲線；及圖8說(shuō)明展示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于監(jiān)視拋光工藝的程序的流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明關(guān)于就地監(jiān)視拋光工藝，且在本發(fā)明的實(shí)施例中包含一種用于利用納米天平執(zhí)行該監(jiān)視的新的系統(tǒng)及技術(shù)。大體而言，該納米天平用于實(shí)時(shí)監(jiān)視諸如拋光漿料的漿料或其他液體或半液體環(huán)境或流出物(run-off)。該納米天平的反應(yīng)指示材料正從所關(guān)注的零件移除的速率。亦設(shè)想到了其他應(yīng)用及配置，將從以下描述了解這些應(yīng)用及配置。
為方便讀者，將給出石英晶體納米天平技術(shù)的簡(jiǎn)要描述，盡管此材料為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所熟悉。石英晶體納米天平為使用逆壓電效應(yīng)以偵測(cè)晶體的質(zhì)量變化的壓電石英晶體。該石英晶體納米天平由石英薄片制成，常常在該薄片的每一側(cè)具有涂覆金電極。盡管有時(shí)使用其他頻率，但是該晶體最通用的固有頻率為5.000MHz及10.000MHz。
此裝置的頻率的判定敏感性可精確到0.1赫茲，約對(duì)應(yīng)于20mm2納米天平電極的質(zhì)量中的0.1毫微克(ng)變化。在運(yùn)作中，質(zhì)量變化導(dǎo)致晶體的同時(shí)發(fā)生的頻率變化。更具體而言，當(dāng)材料附著于晶體的表面時(shí)，其導(dǎo)致該晶體的共振頻率下降，且該頻率變化關(guān)于質(zhì)量變化。為了更敏感的測(cè)量，此亦可不由絕對(duì)值監(jiān)視而由增值(delta)監(jiān)視。舉例而言，在本發(fā)明的實(shí)施例中，追蹤該晶體共振頻率與未加偏壓的參考晶體的共振頻率之間的差異，且該差異用于更精確地判定原始晶體的質(zhì)量變化。使用此技術(shù)，可偵測(cè)毫微克級(jí)的質(zhì)量變化。商用監(jiān)視器可用于監(jiān)視石英晶體的頻率/質(zhì)量。
現(xiàn)在將參見(jiàn)附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施例。參看圖1，其展示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的處理系統(tǒng)101的圖解說(shuō)明。更詳細(xì)的，系統(tǒng)101包含與工作組件105相鄰的拋光工具103。如參看后面諸圖所述的那樣，組件105包含于其上安裝有待拋光的諸如晶片的零件的承載體(例如，“頭(head)”或“晶片載體”)，以及石英晶體。
組件105優(yōu)選為由定位系統(tǒng)107控制的可精確定位的組件。定位系統(tǒng)107可控制組件105的橫向位置與豎直位置兩者及/或組件105的壓力。在本發(fā)明的實(shí)施例中，拋光工具103及工作組件105存在于單元109內(nèi)，其一般為至少在底部表面及側(cè)表面上閉合的容器以能夠容納漿料或其他材料。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)了解，單元109可進(jìn)一步含有參考電極111、工作電極113及對(duì)立電極115。電極111、113、115的電位由穩(wěn)壓器117控制且/或監(jiān)視。在拋光工藝中施加并控制電位以調(diào)整拋光速率，且參考電極111輔助精確控制電位。應(yīng)了解本文所述的革新可用于就地監(jiān)視已知的CMP及ECMP工藝以及其他材料移除工藝。QCM振蕩器模塊119連接至工作組件105處的石英晶體納米天平。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)了解，該QCM振蕩器模塊119用于給該晶體供電且分析其共振頻率。
最后，電腦及DAC(數(shù)字/模擬)模塊121整合至系統(tǒng)101中。電腦及DAC模塊121在本發(fā)明的實(shí)施例中用于許多目的，其包括(1)經(jīng)由QCM振蕩器模塊119監(jiān)視石英晶體納米天平；(2)監(jiān)視并控制定位系統(tǒng)107；(3)監(jiān)視穩(wěn)壓器117；(4)經(jīng)由鎖定放大器123控制穩(wěn)壓器117。
簡(jiǎn)而言之(稍后將展開(kāi)描述)，所說(shuō)明的配置101允許精確監(jiān)視并控制拋光工藝。具體而言，當(dāng)材料在拋光期間自所關(guān)注的零件移除時(shí)，其沉積于該石英晶體納米天平上，從而改變晶體頻率。以此方式，可監(jiān)視拋光速率。這使得可實(shí)時(shí)精確調(diào)整拋光速率且亦輔助識(shí)別工藝中的顯著變化，諸如當(dāng)完成特定層的移除時(shí)的變化。具體地，在本發(fā)明的實(shí)施例中將此實(shí)時(shí)工藝監(jiān)視用作用于經(jīng)由拋光狀態(tài)的反饋來(lái)發(fā)出實(shí)時(shí)工藝控制以變更控制參數(shù)(例如，溶液特征、下壓力等)的方法。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的替代實(shí)施例的替代配置的圖解說(shuō)明。具體地，系統(tǒng)201包含許多與圖1的元件相同的元件。即，系統(tǒng)201包含與工作組件205相鄰的拋光工具203及定位系統(tǒng)207。此外，系統(tǒng)201包含單元209以及穩(wěn)壓器217，該單元209含有參考電極211、工作電極213及對(duì)立電極215。QCM振蕩器模塊219如上所述連接且電腦及DAC(數(shù)字/模擬)模塊221類似地整合至系統(tǒng)201中。
然而，關(guān)于石英晶體納米天平的定位，圖2中所展示的配置不同于圖1中所展示的彼配置。具體地，組件205包含于其上安裝有所關(guān)注的零件的承載體，但可結(jié)合或可不結(jié)合石英晶體納米天平。相反，石英晶體納米天平225位于遠(yuǎn)端位置，諸如在單元209的排流管線或貯存器227中。在此種狀況下，盡管晶體225并非聲學(xué)耦接至所關(guān)注的工作組件205或晶片等，但是其仍與漿料接觸，且因此可仍接收拋光副產(chǎn)物。
在圖3及圖4中說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的工作組件。具體地，圖3A說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的工作組件300的示意性俯視圖，其可結(jié)合圖1中所展示的實(shí)施例(205)使用。工作組件300包含晶片載體301、待處理的晶片303及嵌入晶片載體301中的石英晶體納米天平305。晶片303經(jīng)由固持環(huán)固持于晶片載體301中。石英晶體納米天平305嵌入晶片載體301的固持環(huán)部分中。在圖3B中可更清楚地看到此特征，其以透視側(cè)視圖說(shuō)明移除了晶片303的工作組件300。
現(xiàn)在參看圖3B，晶片載體310包含用于固定晶片以進(jìn)行處理的中央凹座311。環(huán)繞該凹座311的固持環(huán)313用于將晶片固定至晶片載體310以進(jìn)行處理。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，石英晶體納米天平315嵌入晶片載體310的固持環(huán)313中。在本發(fā)明的此實(shí)施例中，石英晶體315可與置放于中央凹座311中的晶片聲學(xué)接觸，對(duì)此將在下文中討論。
本發(fā)明的上述實(shí)施例的突出特征為調(diào)整石英晶體納米天平的反應(yīng)以對(duì)特定材料做出反應(yīng)的能力。具體地，在本發(fā)明的實(shí)施例中，將電壓偏壓施加至該石英晶體納米天平以通過(guò)例如減少在電極表面處的離子來(lái)刺激質(zhì)量沉積。不同的偏壓可導(dǎo)致不同的反應(yīng)。舉例而言，x伏特的偏壓將允許在該石英晶體納米天平的表面上沉積銅，而y伏特的偏壓將允許在該石英晶體納米天平上沉積鉭。此外，所施加的偏壓可在拋光操作期間動(dòng)態(tài)變化以獲得特定材料的瞬時(shí)移除速率。
用于監(jiān)視多種材料的移除速率的前述機(jī)制允許檢查瞬時(shí)移除速率，但是不允許測(cè)量特定材料的總移除量，因?yàn)樵撌⒕w納米天平有時(shí)經(jīng)調(diào)整來(lái)對(duì)不同材料做出反應(yīng)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，通過(guò)將多個(gè)石英晶體納米天平結(jié)合晶片載體(或漿料廢物貯存器或管道)中來(lái)提供對(duì)多種材料的移除速率的同時(shí)連續(xù)監(jiān)視。圖4中以透視側(cè)視圖中說(shuō)明該布置。具體地，向晶片載體410的固持環(huán)413結(jié)合第一石英晶體納米天平415a以及第二石英晶體納米天平415b兩者。諸如藉由圖1的QCM振蕩器模塊119來(lái)獨(dú)立向石英晶體納米天平415a與415b兩者加偏壓并監(jiān)視這兩者。應(yīng)了解，多種替代配置為可能的，其包括但不限于除一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)端晶體(例如，如圖2所示)外還具有一個(gè)或多個(gè)嵌入的晶體。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，具有不同偏壓的晶體之間的所觀測(cè)到的沉積差異可用于更精確地判定所要的沉積速率。舉例而言，假定材料x(chóng)將沉積于施加了-0.5V或更小的偏壓的晶體表面上，而材料y將沉積于施加了-1V或更小的偏壓的晶體表面上。在拋光包含材料x(chóng)及材料y的表面期間，兩種經(jīng)移除的材料的一部分將經(jīng)由普通流動(dòng)及/或擴(kuò)散很快位于與這些晶體相鄰處。若施加稍微較-1V更負(fù)的偏壓，則在晶體處的沉積速率(反映晶片處的移除速率)將反映兩種材料的速率。
為了將一小部分所觀測(cè)到的速率歸因于所關(guān)注的材料，例如材料y，知道材料x(chóng)的單獨(dú)沉積速率則是有用的。在如圖4中所展示的多晶體裝置中，此可通過(guò)施加不同偏壓至不同晶體，且從在一個(gè)晶體處所觀測(cè)到的速率減去在另一個(gè)晶體處所觀測(cè)到的速率來(lái)完成該操作。在前述實(shí)例中，加有-1.02V偏壓的晶體將對(duì)兩種材料做出反應(yīng)，而加有-0.99V偏壓的晶體將僅對(duì)材料x(chóng)做出反應(yīng)。因此，在第一晶體(加有-1.02V偏壓)處所觀測(cè)到的速率可減少第二晶體(加有-0.99V偏壓)所計(jì)算的沉積量以得到材料y的沉積速率(且因此，拋光速率)的更真實(shí)的指示。在僅具有單一晶體的裝置中，則可替代使用分時(shí)方式。
材料的沉積速率常常依賴于偏壓，且因此材料x(chóng)在-0.99V晶體上的沉積速率將稍微小于可歸因于材料x(chóng)的在-1.02V晶體上沉積的部分。然而此差異將極小。另外，可預(yù)先校準(zhǔn)沉積速率與偏壓電壓的依存關(guān)系。
關(guān)于前述示例的材料，可替代地使用一種分時(shí)技術(shù)，在第一時(shí)間間隔期間向晶體加-0.99V偏壓且其反映材料x(chóng)的沉積速率。在第二時(shí)間間隔期間，向該晶體加-1.02V偏壓且其反映材料x(chóng)及材料y的組合沉積速率。然而，然后可通過(guò)從組合速率減去材料x(chóng)的已知速率來(lái)獲得材料y的沉積速率。
詳細(xì)描述在根據(jù)本發(fā)明的多種實(shí)施例工藝監(jiān)視技術(shù)之前，將給出多種類型的監(jiān)視程序的簡(jiǎn)要概括。三種主要類型的監(jiān)視包括(1)瞬時(shí)移除速率監(jiān)視；(2)缺陷監(jiān)視；(3)終點(diǎn)監(jiān)視。將參看圖5A-圖5C描述每一者的前提及相關(guān)機(jī)制。
圖5A為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的工作組件510的橫截面?zhèn)纫晥D。如上所述，工作組件510包含用于固定晶片511的固持環(huán)513。該固持環(huán)513進(jìn)一步包含用于固定石英晶體納米天平515的凹座517。盡管對(duì)于本發(fā)明的大多數(shù)實(shí)施例而言任何傳統(tǒng)的粘著劑或緊固件為適當(dāng)?shù)?，但是石英晶體納米天平515可經(jīng)由聲學(xué)耦接粘著劑緊固于適當(dāng)位置。另外，用于固定石英晶體納米天平515的凹座517可充分凹進(jìn)，使得石英晶體納米天平515的表面不會(huì)延伸至工作組件510的上表面。以此方式，對(duì)晶片511起作用的拋光機(jī)制不會(huì)直接影響石英晶體納米天平515。
在拋光工藝期間，自晶片511的表面移除的材料進(jìn)入周?chē)臐{料或溶液。圖5B中示意性地說(shuō)明此狀態(tài)。具體地，金屬離子519展示為已通過(guò)拋光工藝從晶片511的表面分離且位于漿料或溶液中。亦有可能促使較大實(shí)體聚集于該晶體的表面上，使得例如可監(jiān)視溶解的高表面電荷膠狀顆粒。若促使非導(dǎo)電材料在溶液中形成帶電的膠狀顆粒，則亦有可能監(jiān)視該非導(dǎo)電材料的移除速率。在拋光期間可移除的材料包括但不限于銅、鉭、鎳、鎢、鐵、層間介電質(zhì)及淺溝槽介電質(zhì)，金屬性材料在移除時(shí)為離子形式。應(yīng)了解，為了提高可視性，將離子519展示為比按規(guī)定比例繪制的離子大得多。
圖5C示意性地說(shuō)明在隨后時(shí)間點(diǎn)的系統(tǒng)狀態(tài)。在此時(shí)間點(diǎn)，一些金屬離子519已遷移至石英晶體納米天平515的附近且經(jīng)由物理、電化學(xué)或其他機(jī)制中的一種沉積于其表面上。此特定組群由參考數(shù)字521指示。由于材料521在石英晶體納米天平515的表面上的沉積，晶體515的共振頻率以本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已充分了解的方式改變。
監(jiān)視此頻率變化以測(cè)定所沉積的材料的量。在給定周期期間所沉積的材料的量一般與在大致相同時(shí)間從晶片511的表面移除的材料的量成正比。注意，該晶體的反應(yīng)一般在晶片511表面處的對(duì)應(yīng)的移除事件的數(shù)毫秒內(nèi)。因此，該晶體的頻率變化可用于實(shí)時(shí)追蹤材料從晶片511的移除速率。
此效應(yīng)的額外應(yīng)用為偵測(cè)針對(duì)特定材料的拋光工藝的終點(diǎn)。舉例而言，若銅正從晶片511移除且晶體515對(duì)銅做出反應(yīng)(例如，偏壓適合于銅的沉積)，則當(dāng)銅自晶片511移除時(shí)晶體頻率將表現(xiàn)除累進(jìn)的變化，隨后當(dāng)已移除所有銅時(shí)則表現(xiàn)出頻率的穩(wěn)定水平。
圖6的模擬曲線601說(shuō)明此相互關(guān)系。具體地，水平軸表示以任意單位表示的流逝的拋光時(shí)間，而豎直軸則表示亦以任意單位表示的晶體頻率，其經(jīng)偏移而從零開(kāi)始?？煽吹?，在工藝開(kāi)始與時(shí)間Tf之間，晶體頻率以線性增加方式變化。此指示在該晶體上的聚集為恒定速率，且因此為恒定速率。
在時(shí)間Tf處，晶體頻率的變化速率下降至零，從而導(dǎo)致平的頻率曲線。此指示無(wú)該晶體經(jīng)加偏壓所針對(duì)的種類聚集于晶體上，且因此指示自該晶片或其他處理表面無(wú)此種類的移除。因此，時(shí)間Tf表示針對(duì)所關(guān)注的材料的拋光工藝的終點(diǎn)。
應(yīng)了解，該圖僅為例示性且所觀測(cè)到的移除速率可能并不恒定。本發(fā)明亦包括且確實(shí)非常適合于估計(jì)非恒定速率。舉例而言，在確定的材料例如銅的拋光期間，存在具有較低拋光速率的初始周期。追蹤關(guān)于此周期的移除速率、終點(diǎn)等是有用的，且所述機(jī)制亦可有利地用于這些目的。
注意，該石英晶體納米天平的實(shí)際頻率反應(yīng)可能需要校準(zhǔn)以顯示圖6中所展示的特征。舉例而言，當(dāng)頻率反應(yīng)的變化歸因于兩種種類，不能選出其中一種(例如，其在晶體上的沉積不能由施加偏壓來(lái)控制)時(shí)，可在數(shù)學(xué)上移除來(lái)自該種類的影響以僅展示歸因于另一種類的影響?；蛘撸粚⒔K點(diǎn)表示為穩(wěn)定水平，可通過(guò)觀察晶體時(shí)間/頻率數(shù)據(jù)的二次導(dǎo)數(shù)中的尖峰或相當(dāng)大的變化來(lái)偵測(cè)終點(diǎn)。這樣的尖峰將指示聚集速率已突然變化。
盡管可以晶片載體中或遠(yuǎn)離晶片載體的晶體來(lái)執(zhí)行用于終點(diǎn)偵測(cè)及速率監(jiān)視的上述技術(shù)，但是優(yōu)選以與該晶片聲學(xué)接觸的晶體來(lái)執(zhí)行缺陷偵測(cè)技術(shù)。在例如圖3A-5C中所展示的布置中，晶體與晶片之間的聲學(xué)連接經(jīng)由晶片載體。另外，晶體可以聲學(xué)傳導(dǎo)粘著劑粘附至晶片載體。在本發(fā)明的此實(shí)施例中，當(dāng)在拋光工藝期間發(fā)生異常大的磨損時(shí)，諸如由于漿料中的粒度不均，該晶體將由此引起的聲學(xué)干擾偵測(cè)為其頻率中的瞬間擾動(dòng)。
圖7說(shuō)明在劃傷事件期間頻率數(shù)據(jù)的模擬曲線。水平軸表示時(shí)間，而豎直軸表示晶體頻率。該劃傷事件開(kāi)始于時(shí)間Tb而結(jié)束于時(shí)間Te。較之頻率為平滑的曲線的周?chē)糠郑趧潅陂g的晶體頻率為雜亂且不規(guī)則的。因此，在晶體頻率中突然偏差的存在可用于偵測(cè)該缺陷導(dǎo)致事件的發(fā)生。
圖8以流程圖形式說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的監(jiān)視拋光工藝的方法。應(yīng)了解，所說(shuō)明的方法僅為使用本文所述的革新的一種方式，且亦可使用其他監(jiān)視方法。所說(shuō)明的方法涉及用以偵測(cè)缺陷、識(shí)別工藝終點(diǎn)并評(píng)估瞬時(shí)移除速率的監(jiān)視。盡管亦可使用遠(yuǎn)端納米天平執(zhí)行除缺陷監(jiān)視外的所有監(jiān)視，但在該方法中所使用的裝置包含晶片、晶片載體及整體式石英晶體納米天平。
在流程圖800的步驟801，開(kāi)始該拋光工藝。這通常包含降低由拋光工具固定的晶片或其他待拋光的物品，以一預(yù)定下壓力與拋光墊接觸。另外，可開(kāi)始該墊及/或晶片載體的旋轉(zhuǎn)及/或往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在步驟803，獲得石英晶體納米天平的共振頻率，且在步驟805計(jì)算并顯示移除速率。如上所述，該移除速率基于該頻率變化，即，自先前時(shí)間周期的頻率變化。在步驟806，可自動(dòng)地抑或手動(dòng)地變更該拋光工藝參數(shù)以改變?cè)撘瞥俾?，若需要的話?br> 另外，在步驟807，計(jì)算該移除速率的一次導(dǎo)數(shù)。在步驟809判定在該一次導(dǎo)數(shù)的平均值中是否發(fā)生相當(dāng)大的變化。平均值的使用是為了排除噪聲的影響。舉例而言，可在前五個(gè)時(shí)間間隔中計(jì)算該一次導(dǎo)數(shù)的平均值，或可利用無(wú)論如何較少數(shù)目的時(shí)間間隔。若該判定發(fā)現(xiàn)該一次導(dǎo)數(shù)的平均值中已發(fā)生相當(dāng)大的變化，則在步驟811，顯示終點(diǎn)記錄，向使用者發(fā)出該拋光工藝已到達(dá)終點(diǎn)的信號(hào)。在步驟811之后，該程序進(jìn)展至步驟813。若替代地判定該一次導(dǎo)數(shù)的平均值中未發(fā)生相當(dāng)大的變化，則該程序自步驟809直接進(jìn)展至步驟813。
在步驟813，該程序判定隨著時(shí)間的過(guò)去是否存在頻率的過(guò)量變率。這可通過(guò)識(shí)別在頻率測(cè)量結(jié)果與當(dāng)前平均值的偏差的急劇增加來(lái)判定，而不管該平均值本身是否變化。增加的程度則基于使用者偏好，但是數(shù)量級(jí)的增加一般足夠指示諸如劃傷的缺陷導(dǎo)致事件的發(fā)生。若判定隨著時(shí)間的過(guò)去存在頻率的過(guò)量變率，則該程序進(jìn)展至步驟815，其中顯示缺陷記錄且該程序返回至步驟803。否則，該程序直接進(jìn)展至步驟803。
應(yīng)了解，本文中已描述了新的及有用的工藝監(jiān)視方法及裝置。鑒于本發(fā)明的原理可應(yīng)用的許多可能的實(shí)施例，因此應(yīng)認(rèn)可本文關(guān)于附圖所述的實(shí)施例僅是說(shuō)明性的而不應(yīng)被視為對(duì)本發(fā)明的范圍的限制。舉例而言，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)可所展示的精確配置及形狀為示例性的且因此可在配置及細(xì)節(jié)上變更所說(shuō)明的實(shí)施例而不偏離本發(fā)明的精神。
因此，本文所述的本發(fā)明涵蓋在權(quán)利要求及其等同特征的范圍內(nèi)的所有
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)視拋光工藝的方法，其包含以下步驟(a)關(guān)于單元內(nèi)的目標(biāo)表面執(zhí)行拋光工藝，由此目標(biāo)材料自所述目標(biāo)表面被移除；(b)在拋光工藝期間，將經(jīng)移除的目標(biāo)材料的至少一部分收集于所述單元內(nèi)的共振體的表面上，所述共振體具有共振頻率，由此變更所述共振體的共振頻率；及(c)在監(jiān)視程序期間判定所述共振頻率的值。
2.如權(quán)利要求1的方法，其進(jìn)一步包含判定所述共振體的共振頻率的變化速率已基本變化，及發(fā)出基本上所有的所述目標(biāo)材料已自所述目標(biāo)表面移除的信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中將經(jīng)移除的目標(biāo)材料的至少一部分收集于所述共振體的表面上的步驟就地執(zhí)行。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中所述共振體為石英晶體納米天平。
5.如權(quán)利要求4的方法，其中所述目標(biāo)材料為金屬，且經(jīng)移除的材料為金屬離子形式。
6.如權(quán)利要求1的方法，其進(jìn)一步包含提供用于監(jiān)視第二目標(biāo)材料的移除的第二共振體。
7.如權(quán)利要求5的方法，其中所述石英晶體納米天平為鍍金的，且其中將經(jīng)移除的目標(biāo)材料的至少一部分收集于所述共振體的表面上的步驟進(jìn)一步包含相對(duì)于參考電極施加負(fù)電壓至所述石英晶體納米天平。
8.如權(quán)利要求6的方法，其中將經(jīng)移除的目標(biāo)材料的至少一部分收集于所述共振體的表面上的步驟進(jìn)一步包含將經(jīng)移除的目標(biāo)材料的至少一部分收集于所述第二共振體的表面上。
9.一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其上具有用于執(zhí)行偵測(cè)化學(xué)機(jī)械拋光工藝的終點(diǎn)的方法的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，所述方法包含以下步驟(a)在所述化學(xué)機(jī)械拋光工藝期間，周期性地檢查共振體的共振頻率以判定所述頻率的變化速率，其中所述化學(xué)機(jī)械拋光工藝使從目標(biāo)表面移除的材料沉積于所述共振體的表面上，且其中所述共振體的共振頻率相關(guān)于沉積于所述共振體的表面上的經(jīng)移除的材料的量；(b)偵測(cè)所述共振體的頻率的變化速率的變化；及(c)若所述頻率的變化速率的變化超出預(yù)定臨限值，則發(fā)出偵測(cè)到所述化學(xué)機(jī)械拋光工藝的終點(diǎn)的信號(hào)。
10.如權(quán)利要求9的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述共振體為石英晶體納米天平。
11.如權(quán)利要求10的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中從目標(biāo)表面移除的材料選自由銅、鉭、鎢、鎳及鐵組成的組，且其中所述經(jīng)移除的材料一旦經(jīng)移除則為離子形式。
12.一種用于執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光工藝的裝置，其包含(a)單元，用于執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光工藝；(b)目標(biāo)表面，安裝于所述單元內(nèi)；(c)共振晶體，安裝于所述單元內(nèi)，其中所述共振晶體定位及配置以在所述化學(xué)機(jī)械拋光工藝期間將從所述目標(biāo)表面移除的材料的至少一部分收集于其表面上，由此所述共振晶體的共振頻率被改變；及(d)監(jiān)視器，用于收集包含所述共振晶體的共振頻率的多個(gè)周期樣本的數(shù)據(jù)且用于基于所收集的數(shù)據(jù)偵測(cè)所述化學(xué)機(jī)械拋光工藝的終點(diǎn)。
13.如權(quán)利要求12的裝置，其中所述監(jiān)視器進(jìn)一步適合于提供終點(diǎn)輸出信號(hào)。
14.如權(quán)利要求13的裝置，其進(jìn)一步包含自動(dòng)控制器，所述自動(dòng)控制器用于控制所述化學(xué)機(jī)械拋光工藝，且用于響應(yīng)于所述終點(diǎn)輸出信號(hào)而自動(dòng)停止所述化學(xué)機(jī)械拋光工藝。
15.一種用于在拋光工藝期間偵測(cè)缺陷的方法，包含以下步驟(a)關(guān)于單元內(nèi)的目標(biāo)表面執(zhí)行拋光工藝，由此目標(biāo)材料從所述目標(biāo)表面移除；(b)在所述目標(biāo)表面與具有共振頻率的共振體之間提供聲學(xué)接觸；(c)在所述拋光工藝期間，監(jiān)視所述共振體的共振頻率；及(d)基于所述共振體的共振頻率的特征判定缺陷事件已發(fā)生。
16.如權(quán)利要求15的方法，其中所述共振體為石英晶體納米天平。
17.如權(quán)利要求16的方法，其中所述目標(biāo)材料為金屬性材料。
18.如權(quán)利要求16的方法，其中所述目標(biāo)材料為非金屬性材料。
19.一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其上具有用于執(zhí)行在拋光工藝期間偵測(cè)劃傷的方法的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，所述方法包含以下步驟(a)在所述拋光工藝期間，周期性地檢查共振體的共振頻率，所述共振體聲學(xué)耦接至目標(biāo)表面以判定所述頻率的變率；(b)偵測(cè)所述共振體的頻率中的基本增加的變率；及(c)若所述共振體的頻率中的變率的增加超出預(yù)定臨限值，則發(fā)出在所述拋光工藝期間已發(fā)生劃傷的信號(hào)。
20.如權(quán)利要求19的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述共振體為石英晶體納米天平。
21.如權(quán)利要求20的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中自所述目標(biāo)表面移除的材料選自由銅、鉭、鎳、鎢、鐵、層間介電質(zhì)及淺溝槽介電質(zhì)組成的組。
22.一種用于執(zhí)行拋光工藝的裝置，其包含(a)單元，用于執(zhí)行所述拋光工藝；(b)目標(biāo)表面，安裝于所述單元內(nèi)；(c)共振晶體，安裝于所述單元內(nèi)；及(d)監(jiān)視器，用于收集包含所述共振晶體的共振頻率的多個(gè)周期樣本的數(shù)據(jù)，且用于基于所收集的數(shù)據(jù)在所述拋光工藝期間偵測(cè)異常。
23.如權(quán)利要求22的裝置，其中所述目標(biāo)表面與所述共振晶體經(jīng)聲學(xué)耦接。
24.如權(quán)利要求22的裝置，其中所述目標(biāo)表面與所述共振晶體經(jīng)聲學(xué)去耦。
25.如權(quán)利要求22的裝置，其中所述監(jiān)視器進(jìn)一步適合于提供異常輸出信號(hào)。
26.如權(quán)利要求25的裝置，其進(jìn)一步包含自動(dòng)控制器，所述自動(dòng)控制器用于控制所述拋光工藝，且用于響應(yīng)于所述異常輸出信號(hào)而自動(dòng)停止所述拋光工藝。
27.一種用于在拋光工藝期間測(cè)量材料移除的實(shí)時(shí)速率的方法，包含以下步驟(a)關(guān)于單元內(nèi)的目標(biāo)表面執(zhí)行拋光工藝，由此目標(biāo)材料自所述目標(biāo)表面移除；(b)在所述拋光工藝期間，將經(jīng)移除的目標(biāo)材料的至少一部分收集于所述單元內(nèi)的共振體的表面上，所述共振體具有共振頻率，由此變更所述共振體的共振頻率；及(c)基于所述共振體的共振頻率的變化速率判定自所述目標(biāo)表面移除材料的實(shí)時(shí)速率。
28.如權(quán)利要求27的方法，其中所述共振體為石英晶體納米天平。
29.如權(quán)利要求28的方法，其中所述目標(biāo)材料選自由銅、鉭、鎳、鎢、鐵、層間介電質(zhì)及淺溝槽介電質(zhì)組成的組。
30.如權(quán)利要求29的方法，其中所述石英晶體納米天平為鍍金的，且其中將經(jīng)移除的目標(biāo)材料的至少一部分收集于所述共振體的表面上的步驟進(jìn)一步包含相對(duì)于參考電極的電位施加負(fù)電位至所述石英晶體納米天平。
31.一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其上具有用于執(zhí)行在拋光工藝期間測(cè)量材料移除的實(shí)時(shí)速率的方法的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，所述方法包含以下步驟(a)在所述拋光工藝期間，周期性地檢查共振體的共振頻率以判定所述頻率的變化速率，其中所述拋光工藝使自目標(biāo)表面移除的材料沉積于所述共振體的表面上，且其中所述共振體的共振頻率相關(guān)于沉積于所述共振體的表面上的經(jīng)移除的材料的量；(b)偵測(cè)所述共振體的頻率的變化速率；及(c)基于所述頻率的變化速率判定在所述拋光工藝期間自所述目標(biāo)表面移除材料的實(shí)時(shí)速率。
32.如權(quán)利要求31的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述共振體為石英晶體納米天平。
33.如權(quán)利要求32的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中自所述目標(biāo)表面移除的材料選自由銅、鉭、鎢、鎳及鐵組成的組，且其中經(jīng)移除的材料一旦經(jīng)移除就為離子形式。
34.一種用于在拋光工藝期間測(cè)量材料移除的實(shí)時(shí)速率的裝置，包括(a)共振晶體，安裝于拋光單元內(nèi)，所述拋光單元中具有在拋光期間材料將從其移除的目標(biāo)表面，其中所述共振晶體定位及配置以在所述拋光工藝期間將自所述目標(biāo)表面移除的材料的至少一部分收集于其表面上，由此所述共振晶體的共振頻率被改變；及(b)監(jiān)視器，其用于收集包含所述共振晶體的共振頻率的多個(gè)周期樣本的數(shù)據(jù)，且用于基于所收集的數(shù)據(jù)判定材料自所述目標(biāo)表面移除的實(shí)時(shí)速率。
35.如權(quán)利要求34的裝置，其中所述監(jiān)視器進(jìn)一步適合于提供識(shí)別材料移除的經(jīng)判定的速率的輸出信號(hào)。
36.如權(quán)利要求35的裝置，其進(jìn)一步包含自動(dòng)控制器，所述自動(dòng)控制器用于控制所述拋光工藝，且用于響應(yīng)于所述輸出信號(hào)自動(dòng)變更所述拋光工藝的至少一個(gè)參數(shù)。
全文摘要
一種用于就地監(jiān)視拋光工藝及其他材料移除工藝的技術(shù)使用嵌入晶片載體中的石英晶體納米天平(225)。自晶片移除的材料沉積于該晶體的表面上。由此引起的該晶體的頻率漂移指示了經(jīng)移除的材料的量，從而允許判定瞬時(shí)移除速率以及工藝終點(diǎn)。該石英晶體納米天平(225)上的沉積可由所施加的偏壓控制?？墒褂枚鄠€(gè)石英晶體納米天平。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，該石英晶體納米天平用于在拋光工藝期間偵測(cè)諸如劃傷的缺陷導(dǎo)致事件。
文檔編號(hào)B24B49/10GK1968785SQ200580019482
公開(kāi)日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2005年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月14日
發(fā)明者張劍, 伊恩·懷利 申請(qǐng)人:卡伯特微電子公司