[发明专利]用于化学机械研磨的声学发射监控和终点

说明书

化学机械研磨设备包括平台以支撑研磨垫，及原位(in‑situ)声学发射监控系统，该原位声学发射监控系统包括由该平台支撑的声学发射传感器、经配置以延伸穿过研磨垫的至少一部分的波导，及用以接收来自声学发射传感器的信号的处理器。原位声学发射监控系统经配置以检测由基板的变形所造成且通过波导传送的声学事件，且处理器经配置以基于该信号来判定研磨终点。

技术领域

本公开有关于化学机械研磨的原位(in-situ)监控。

背景技术

集成电路通常通过在硅晶片上依序沉积导电层、半导体层或绝缘层而形成于基板上。一个制造步骤涉及将填料层沉积于非平面表面上，并将该填料层平坦化。对于特定的应用而言，该填料层被平坦化直到图案层的顶表面暴露为止。举例而言，导电填料层可被沉积于图案化的绝缘层上，以填满该绝缘层中的沟槽或孔洞。经过平坦化后，保留于该绝缘层的凸起图案之间的金属层部分形成了通孔、插塞及导线，该等通孔、插塞及导线提供该基板上的薄膜电路之间的导电路径。对于例如氧化物研磨的其他应用而言，该填料层被平坦化直到预定的厚度存留于该非平面表面上为止。另外，该基板表面的平坦化通常是光刻所需的。

化学机械研磨(chemical mechanical polishing,CMP)为一种被接受的平坦化方法。此平坦化方法通常要求该基板安装于承载头或研磨头上。该基板的该暴露表面通常靠在转动的研磨垫上放置。该承载头将可控制的负载提供于该基板上以将该基板推靠至该研磨垫。研磨性的研磨液通常供应至该研磨垫的该表面。

CMP中的一个问题是判定研磨处理是否完成，即，基板层是否已被平坦化到所期望的平坦度或厚度，或何时已移除所期望的材料量。在浆料分布、研磨垫状况、研磨垫与基板之间的相对速度以及基板上的负载方面的变化可能造成材料移除速率的变化。这些变化，以及基板层的初始厚度的变化，造成了达到研磨终点所需要的时间的变化。因此，研磨终点通常无法仅以研磨时间的函数来判定。

在一些系统中，基板在研磨期间被原位(in-situ)监控，例如，通过监控电机旋转平台或承载头所需要的扭矩(torque)。研磨的声学监控也已经被提出。然而，现存的监控技术可能无法满足半导体器件制造商日益增加的需求。

发明内容

如上文所提到，化学机械研磨的声学监控已经被提出。通过将声学传感器放置成直接接触浆料或从研磨垫的其余部分机械地去耦(decoupled)的垫部分，信号衰减可被减少。此举可提供更准确的监控或终点检测。此声学传感器可用于其他研磨处理中的终点检测，例如，用以检测填料层的移除及下覆层的暴露。

在一个方面中，化学机械研磨设备包括平台以支撑研磨垫，及原位声学发射监控系统，该原位声学发射监控系统包括由该平台支撑的声学发射传感器、经配置以延伸穿过该研磨垫的至少一部分的波导，及用于接收来自声学发射传感器的信号的处理器。原位声学发射监控系统经配置以检测由基板的变形所造成且通过波导传送的声学事件，且该处理器经配置以基于该信号来判定研磨终点。

实现可包括以下中的一或更多者。声学发射传感器可具有125kHz及550kHz之间的操作频率。该处理器可经配置以在信号上执行傅立叶变换以产生频谱。该处理器可经配置以监控频谱，且如果频谱的频率分量强度跨过阈值，则触发研磨终点。

在一个方面中，化学机械研磨设备包括平台以支撑研磨垫，及原位声学监控系统，以产生信号。该原位声学监控系统包括声学发射传感器及波导，该声学发射传感器由该平台支撑，该波导经定位以将该声学发射传感器耦合至研磨垫中的槽中的浆料(slurry)。

实现可包括以下中的一或更多者。设备可包括研磨垫。该研磨垫可具有研磨层及研磨层的研磨表面中的多个浆料输送槽，且波导可延伸穿过研磨垫且进入该槽中。波导的尖端可定位在研磨表面下方。研磨垫可包括研磨层及背托层。波导可延伸穿过并接触背托层。孔可形成于背托层中，且波导可延伸穿过该孔。原位声学监控系统可包括多个平行波导。波导的位置可以是垂直可调整的。