[发明专利]具有电容式剪力传感器的抛光系统

说明书

一种化学机械抛光系统包括：压板，用以支撑抛光垫；承载头，用以保持基板并且使基板的下表面与抛光垫接触；和原位摩擦监测系统，包括摩擦传感器。摩擦传感器包括：垫部分，所述垫部分具有基板接触部分，基板接触部分具有与基板的下表面接触的上表面；和一对电容式传感器，位于基板接触部分的下方并且位于基板接触部分的相对侧上。

相关申请的交叉引用

本申请主张2018年8月31日提交的美国临时专利申请第62/726,122号的优先权，上述专利申请的公开内容通过引用的方式并入。

技术领域

本公开内容涉及在基板的抛光期间原位监测摩擦。

背景

通常通过在硅晶片上顺序沉积导电、半导电或绝缘层而在基板上形成集成电路。一个制造步骤包括在非平面表面上方沉积填料层，和使填料层平面化，直到露出非平面表面。例如，导电层可沉积在图案化的介电层上。在平面化之后，介电层中的沟槽中的金属层的部分可提供导电线、过孔(via)、接触垫和类似物。另外，可能需要平面化以提供用于光刻的适当平坦的基板表面。

化学机械抛光(CMP)是一种被接受的平面化方法。这种平面化方法通常需要将基板安装在承载头上。基板的暴露表面抵靠抛光表面(诸如旋转抛光垫)放置。承载头提供基板抵靠抛光垫的可控负载。通常包括研磨颗粒的抛光浆料被供应到抛光表面。

CMP中的一个问题是当已经移除了所期望量的材料时，或者当下面的层已经暴露时，确定抛光处理是否完成，即，基板层是否已经被平面化到期望的平坦度或厚度。基板层的初始厚度、浆料成分、抛光垫条件、抛光垫与基板之间的相对速度和基板上的负载的变化可能引起材料移除速率的变化。这些变化造成达到抛光终点所需的时间变化。因此，不能仅仅根据抛光时间确定抛光终点。

已经(例如利用光学传感器或涡流传感器)进行基板的原位监测，以便检测抛光终点。然而，当两层具有相似的传导性和反射率时，依赖于检测沉积在基板上的两个基板层之间的传导性或反射率的变化的技术可能是无效的。

概述

一般来说，在一个方面中，一种化学机械抛光系统包括：压板，用以支撑抛光垫；承载头，用以保持基板并且使基板的下表面与抛光垫接触；和原位摩擦监测系统，包括摩擦传感器。摩擦传感器包括：垫部分，所述垫部分具有基板接触部分，基板接触部分具有与基板的下表面接触的上表面；和一对电容式传感器，位于基板接触部分的下方并且位于基板接触部分的相对侧上。

实现方案可包括以下特征中的一个或多个。

原位摩擦监测系统可经配置以确定来自所述一对电容式传感器的第一个的第一信号和来自所述一对电容式传感器的第二个的第二信号之间随着时间的差异序列。控制器可经配置以基于差异序列确定抛光终点或由承载头施加的压力的变化的至少一个。

摩擦传感器可包括：下主体，具有形成于下主体上的第一对电极；聚合物主体，具有形成于聚合物主体上并且与第一对电极对准的第二对电极；和一对间隙，在第一对电极与第二对电极之间，第一电极、间隙和第二电极的每个堆叠结构(stack)提供所述一对电容式传感器的一个电容式传感器。聚合物主体可包括主要主体和从主要主体延伸以接触下主体的复数个凸出物，并且在凸出物之间的凹槽可限定间隙。聚合物主体可为模塑的硅酮。下主体可为印刷电路板。垫部分可支撑在聚合物主体上。

垫部分可包括下部，基板接触部分可从下部向上突出，并且下部可横向延伸超过基板接触部分的所有侧面。

系统可包括抛光垫。垫部分可成一体地接合到抛光垫的抛光层的其余部分。垫部分可包括下部，基板接触部分可从下部向上突出，并且下部可横向延伸超过基板接触部分的所有侧面，以接合到抛光垫。摩擦传感器可固定到抛光垫上。摩擦传感器的底表面可与抛光垫的底表面共面或相对于抛光垫的底表面凹陷。垫部分的上表面可与抛光垫的抛光表面共面。基板接触部分和抛光垫的抛光层可为相同的材料。