专利名称：实时抛光工艺监视的制作方法
技术领域：
本发明总地涉及抛光技术，且更特定而言，本发明涉及一种用于提供化学机械及其他抛光工艺的实时监视的系统及方法。
背景技术：
抛光工艺用于多种技术中且用于许多目的。对许多应用而言，抛光为了美观或机械目的，而抛光的微观精确性并非关键性的。然而，在诸如处理电子材料及/或组件的一些应用中，抛光工艺精确是重要的。举例而言，不均匀或过度深的抛光可毁坏产品的某些部分或所有部分，该产品诸如支承一个或多个已完成的或中间的集成电路的晶片。另一方面，不够深的抛光即使均匀亦可使产品为不适当的。因此，对许多应用而言，抛光相当精确有必要的。
许多先前技术方法可用于处理此问题。举例而言，执行抛光工艺的异地(ex situ)监视是已知的。此技术的实例涉及自抛光工艺周期性地移除正被抛光的零件，及使用测试以判定抛光工艺在此时的程度及品质。一般地，使用此技术以预先开发抛光协定，而非在实际生产期间检查每一零件。此技术假定关于抛光工艺参数有很大程度的一致性并能够控制。
此外，这样的技术为昂贵的、缓慢的且可能并不精确。由于需要执行多个实验及需要重复启动并停止抛光工艺，因此产生昂贵开支及缓慢速度。此技术的不精确特性归因于在该所关注的实际工艺期间(意即，在生产过程期间)常常无适当的测量或监视发生的事实。因此，在无实时侦测并校正变化的任何能力的情况下，任何数目的因素的这些变化可影响抛光速率及/或品质。
一种有时用于侦测正在进行的抛光步骤的终点的技术涉及监视晶片与抛光垫之间的摩擦力。当摩擦力突然变化时，假定已移除了先前层，且已暴露具有不同摩擦系数的新层。然而，此程序假定所涉及的材料具有显著不同的摩擦系数。此外，即使这些摩擦系数大体上彼此不同，侦测力中的小的变化仍常常具有挑战性。总体看来，此技术缺乏实用性及精确性。
一种用于就地表面分析的更通用的技术涉及激光干涉测量法。使用此技术，一般将孔洞或窗口置于抛光垫中，且将激光辐射经由该窗口导引至抛光表面上。收集并分析来自该抛光表面的激光辐射的反射以判定该上层的厚度。所反射的光一般将包含在反射前已穿透该表面的组份以及未穿透而自该表面反射的组份。这些组份之间的路径差异在所收集的反射中产生振荡(干涉)图案，然后可处理其以追踪该层的厚度。
尽管此技术在某种程度上有效，但是其具有许多缺点。举例而言，因为该技术需要在抛光垫上制造孔洞，所以增加了泄漏及随之发生的抛光工艺的中断的可能性。此外，该技术仅可用于利用其所有组份分析整个层，而不能仅用于分析多个表面组成部分中的一个。此外，因为该垫常常旋转或振荡，所以仅有可能获得间歇性的干涉测量记录。这在接近抛光工艺结束时尤其麻烦，此时大约秒级的滞后可能是重要的。另外，抛光垫中的孔洞的存在可改变抛光操作的运转状态。最后，干涉测量法测量在接近抛光步骤结束时可能变得不可靠，因为被分析的层变得无限薄。
由于现有技术中的缺陷，较之在有效的就地监视程序可用的情况下可获得的产品的产生速率，有缺陷的产品的产生速率较高，从而导致较低良率及较高成本。此外，若有实用的就地工艺监视系统可用，则新抛光程序的发展将更快且更有效。
发明内容
本发明的实施例提供一种用于就地监视抛光工艺及其他移除工艺的新颖技术。在本发明的实施例中，石英晶体纳米天平嵌入晶片载体或其他固定设备中。在抛光工艺期间，自晶片或其他目标表面移除的材料进入周围的浆料或溶液且沉积于该石英晶体纳米天平的表面上。石英晶体纳米天平的频率对所增加的质量做出反应，从而产生经移除的材料的量的指示。可处理此指示以产生瞬时移除速率以及终点侦测。作为回应，可变更诸如溶液特征、下压力、流速等的抛光参数以调整该瞬时抛光速率。终点指示识别在该抛光工艺中的特定材料已大体完全自该晶片的表面移除的点。
在本发明的实施例中，可通过所施加的偏压来控制该石英晶体纳米天平上的沉积。以此方式，使用者可在可能的材料中选择以进行监视。另外，在本发明的另一实施例中，多个石英晶体纳米天平嵌入晶片载体中，从而允许对不同材料的移除速率的连续及同时的监视。实际上，使用本发明的许多实施例，有可能提供实时选择的就地监视。在本发明的实施例中，一个或多个石英晶体纳米天平位于远离晶片载体或其他工作零件处，诸如在浆料管道或贮存器中。
在本发明的另一实施例中，该(多个)石英晶体纳米天平用于在抛光工艺期间侦测诸如划伤的缺陷导致事件。在本发明的此实施例中，石英晶体纳米天平与正经抛光的表面声学接触。在缺陷导致事件期间，额外的声学噪声产生于晶片的表面处且传输至该石英晶体纳米天平，从而常常提供可由敏感频率监视设备侦测到的额外的噪音频率尖峰。侦测此效应，且其用于发出发生了缺陷导致事件的信号。
由参看随附诸图进行的说明性实施例的以下详细描述，本发明的额外特征及优势将显而易见。
图1为根据本发明的实施例的处理系统的图解说明；图2为根据本发明的替代实施例的处理系统的图解说明；图3A为根据本发明的实施例的晶片安装台及晶体的俯视图；图3B为根据本发明的实施例的晶片安装台及晶体的透视侧视图；图4为根据本发明的替代实施例的晶片安装台及晶体的透视侧视图；图5A为根据本发明的实施例的晶片安装台、晶片及晶体的横截面侧视图；图5B为根据本发明的实施例的晶片安装台、晶片及晶体的横截面侧视图，其中材料已自该晶片的表面移除；图5C为根据本发明的实施例的晶片安装台、晶片及晶体的横截面侧视图，其中已自该晶片的表面移除的材料沉积于该晶体上；图6说明展示本发明的实施例的抛光时间与晶体频率的关的模拟数据曲线；图7说明展示本发明的另一实施例的抛光时间与晶体频率的关的模拟数据曲线；及图8说明展示根据本发明的实施例用于监视抛光工艺的程序的流程图。
具体实施例方式
本发明关于就地监视抛光工艺，且在本发明的实施例中包含一种用于利用纳米天平执行该监视的新的系统及技术。大体而言，该纳米天平用于实时监视诸如抛光浆料的浆料或其他液体或半液体环境或流出物(run-off)。该纳米天平的反应指示材料正从所关注的零件移除的速率。亦设想到了其他应用及配置，将从以下描述了解这些应用及配置。
为方便读者，将给出石英晶体纳米天平技术的简要描述，尽管此材料为本领域的普通技术人员所熟悉。石英晶体纳米天平为使用逆压电效应以侦测晶体的质量变化的压电石英晶体。该石英晶体纳米天平由石英薄片制成，常常在该薄片的每一侧具有涂覆金电极。尽管有时使用其他频率，但是该晶体最通用的固有频率为5.000MHz及10.000MHz。
此装置的频率的判定敏感性可精确到0.1赫兹，约对应于20mm2纳米天平电极的质量中的0.1毫微克(ng)变化。在运作中，质量变化导致晶体的同时发生的频率变化。更具体而言，当材料附着于晶体的表面时，其导致该晶体的共振频率下降，且该频率变化关于质量变化。为了更敏感的测量，此亦可不由绝对值监视而由增值(delta)监视。举例而言，在本发明的实施例中，追踪该晶体共振频率与未加偏压的参考晶体的共振频率之间的差异，且该差异用于更精确地判定原始晶体的质量变化。使用此技术，可侦测毫微克级的质量变化。商用监视器可用于监视石英晶体的频率/质量。
现在将参见附图更详细地描述本发明的实施例。参看图1，其展示根据本发明的实施例的处理系统101的图解说明。更详细的，系统101包含与工作组件105相邻的抛光工具103。如参看后面诸图所述的那样，组件105包含于其上安装有待抛光的诸如晶片的零件的承载体(例如，“头(head)”或“晶片载体”)，以及石英晶体。
组件105优选为由定位系统107控制的可精确定位的组件。定位系统107可控制组件105的横向位置与竖直位置两者及/或组件105的压力。在本发明的实施例中，抛光工具103及工作组件105存在于单元109内，其一般为至少在底部表面及侧表面上闭合的容器以能够容纳浆料或其他材料。
本领域普通技术人员应了解，单元109可进一步含有参考电极111、工作电极113及对立电极115。电极111、113、115的电位由稳压器117控制且/或监视。在抛光工艺中施加并控制电位以调整抛光速率，且参考电极111辅助精确控制电位。应了解本文所述的革新可用于就地监视已知的CMP及ECMP工艺以及其他材料移除工艺。QCM振荡器模块119连接至工作组件105处的石英晶体纳米天平。本领域普通技术人员应了解，该QCM振荡器模块119用于给该晶体供电且分析其共振频率。
最后，电脑及DAC(数字/模拟)模块121整合至系统101中。电脑及DAC模块121在本发明的实施例中用于许多目的，其包括(1)经由QCM振荡器模块119监视石英晶体纳米天平；(2)监视并控制定位系统107；(3)监视稳压器117；(4)经由锁定放大器123控制稳压器117。
简而言之(稍后将展开描述)，所说明的配置101允许精确监视并控制抛光工艺。具体而言，当材料在抛光期间自所关注的零件移除时，其沉积于该石英晶体纳米天平上，从而改变晶体频率。以此方式，可监视抛光速率。这使得可实时精确调整抛光速率且亦辅助识别工艺中的显著变化，诸如当完成特定层的移除时的变化。具体地，在本发明的实施例中将此实时工艺监视用作用于经由抛光状态的反馈来发出实时工艺控制以变更控制参数(例如，溶液特征、下压力等)的方法。
图2为根据本发明的替代实施例的替代配置的图解说明。具体地，系统201包含许多与图1的元件相同的元件。即，系统201包含与工作组件205相邻的抛光工具203及定位系统207。此外，系统201包含单元209以及稳压器217，该单元209含有参考电极211、工作电极213及对立电极215。QCM振荡器模块219如上所述连接且电脑及DAC(数字/模拟)模块221类似地整合至系统201中。
然而，关于石英晶体纳米天平的定位，图2中所展示的配置不同于图1中所展示的彼配置。具体地，组件205包含于其上安装有所关注的零件的承载体，但可结合或可不结合石英晶体纳米天平。相反，石英晶体纳米天平225位于远端位置，诸如在单元209的排流管线或贮存器227中。在此种状况下，尽管晶体225并非声学耦接至所关注的工作组件205或晶片等，但是其仍与浆料接触，且因此可仍接收抛光副产物。
在图3及图4中说明根据本发明的实施例的工作组件。具体地，图3A说明了根据本发明的实施例的工作组件300的示意性俯视图，其可结合图1中所展示的实施例(205)使用。工作组件300包含晶片载体301、待处理的晶片303及嵌入晶片载体301中的石英晶体纳米天平305。晶片303经由固持环固持于晶片载体301中。石英晶体纳米天平305嵌入晶片载体301的固持环部分中。在图3B中可更清楚地看到此特征，其以透视侧视图说明移除了晶片303的工作组件300。
现在参看图3B，晶片载体310包含用于固定晶片以进行处理的中央凹座311。环绕该凹座311的固持环313用于将晶片固定至晶片载体310以进行处理。根据本发明的实施例，石英晶体纳米天平315嵌入晶片载体310的固持环313中。在本发明的此实施例中，石英晶体315可与置放于中央凹座311中的晶片声学接触，对此将在下文中讨论。
本发明的上述实施例的突出特征为调整石英晶体纳米天平的反应以对特定材料做出反应的能力。具体地，在本发明的实施例中，将电压偏压施加至该石英晶体纳米天平以通过例如减少在电极表面处的离子来刺激质量沉积。不同的偏压可导致不同的反应。举例而言，x伏特的偏压将允许在该石英晶体纳米天平的表面上沉积铜，而y伏特的偏压将允许在该石英晶体纳米天平上沉积钽。此外，所施加的偏压可在抛光操作期间动态变化以获得特定材料的瞬时移除速率。
用于监视多种材料的移除速率的前述机制允许检查瞬时移除速率，但是不允许测量特定材料的总移除量，因为该石英晶体纳米天平有时经调整来对不同材料做出反应。在本发明的实施例中，通过将多个石英晶体纳米天平结合晶片载体(或浆料废物贮存器或管道)中来提供对多种材料的移除速率的同时连续监视。图4中以透视侧视图中说明该布置。具体地，向晶片载体410的固持环413结合第一石英晶体纳米天平415a以及第二石英晶体纳米天平415b两者。诸如藉由图1的QCM振荡器模块119来独立向石英晶体纳米天平415a与415b两者加偏压并监视这两者。应了解，多种替代配置为可能的，其包括但不限于除一个或多个远端晶体(例如，如图2所示)外还具有一个或多个嵌入的晶体。
在本发明的实施例中，具有不同偏压的晶体之间的所观测到的沉积差异可用于更精确地判定所要的沉积速率。举例而言，假定材料x将沉积于施加了-0.5V或更小的偏压的晶体表面上，而材料y将沉积于施加了-1V或更小的偏压的晶体表面上。在抛光包含材料x及材料y的表面期间，两种经移除的材料的一部分将经由普通流动及/或扩散很快位于与这些晶体相邻处。若施加稍微较-1V更负的偏压，则在晶体处的沉积速率(反映晶片处的移除速率)将反映两种材料的速率。
为了将一小部分所观测到的速率归因于所关注的材料，例如材料y，知道材料x的单独沉积速率则是有用的。在如图4中所展示的多晶体装置中，此可通过施加不同偏压至不同晶体，且从在一个晶体处所观测到的速率减去在另一个晶体处所观测到的速率来完成该操作。在前述实例中，加有-1.02V偏压的晶体将对两种材料做出反应，而加有-0.99V偏压的晶体将仅对材料x做出反应。因此，在第一晶体(加有-1.02V偏压)处所观测到的速率可减少第二晶体(加有-0.99V偏压)所计算的沉积量以得到材料y的沉积速率(且因此，抛光速率)的更真实的指示。在仅具有单一晶体的装置中，则可替代使用分时方式。
材料的沉积速率常常依赖于偏压，且因此材料x在-0.99V晶体上的沉积速率将稍微小于可归因于材料x的在-1.02V晶体上沉积的部分。然而此差异将极小。另外，可预先校准沉积速率与偏压电压的依存关系。
关于前述示例的材料，可替代地使用一种分时技术，在第一时间间隔期间向晶体加-0.99V偏压且其反映材料x的沉积速率。在第二时间间隔期间，向该晶体加-1.02V偏压且其反映材料x及材料y的组合沉积速率。然而，然后可通过从组合速率减去材料x的已知速率来获得材料y的沉积速率。
详细描述在根据本发明的多种实施例工艺监视技术之前，将给出多种类型的监视程序的简要概括。三种主要类型的监视包括(1)瞬时移除速率监视；(2)缺陷监视；(3)终点监视。将参看图5A-图5C描述每一者的前提及相关机制。
图5A为根据本发明实施例的工作组件510的横截面侧视图。如上所述，工作组件510包含用于固定晶片511的固持环513。该固持环513进一步包含用于固定石英晶体纳米天平515的凹座517。尽管对于本发明的大多数实施例而言任何传统的粘着剂或紧固件为适当的，但是石英晶体纳米天平515可经由声学耦接粘着剂紧固于适当位置。另外，用于固定石英晶体纳米天平515的凹座517可充分凹进，使得石英晶体纳米天平515的表面不会延伸至工作组件510的上表面。以此方式，对晶片511起作用的抛光机制不会直接影响石英晶体纳米天平515。
在抛光工艺期间，自晶片511的表面移除的材料进入周围的浆料或溶液。图5B中示意性地说明此状态。具体地，金属离子519展示为已通过抛光工艺从晶片511的表面分离且位于浆料或溶液中。亦有可能促使较大实体聚集于该晶体的表面上，使得例如可监视溶解的高表面电荷胶状颗粒。若促使非导电材料在溶液中形成带电的胶状颗粒，则亦有可能监视该非导电材料的移除速率。在抛光期间可移除的材料包括但不限于铜、钽、镍、钨、铁、层间介电质及浅沟槽介电质，金属性材料在移除时为离子形式。应了解，为了提高可视性，将离子519展示为比按规定比例绘制的离子大得多。
图5C示意性地说明在随后时间点的系统状态。在此时间点，一些金属离子519已迁移至石英晶体纳米天平515的附近且经由物理、电化学或其他机制中的一种沉积于其表面上。此特定组群由参考数字521指示。由于材料521在石英晶体纳米天平515的表面上的沉积，晶体515的共振频率以本领域普通技术人员已充分了解的方式改变。
监视此频率变化以测定所沉积的材料的量。在给定周期期间所沉积的材料的量一般与在大致相同时间从晶片511的表面移除的材料的量成正比。注意，该晶体的反应一般在晶片511表面处的对应的移除事件的数毫秒内。因此，该晶体的频率变化可用于实时追踪材料从晶片511的移除速率。
此效应的额外应用为侦测针对特定材料的抛光工艺的终点。举例而言，若铜正从晶片511移除且晶体515对铜做出反应(例如，偏压适合于铜的沉积)，则当铜自晶片511移除时晶体频率将表现除累进的变化，随后当已移除所有铜时则表现出频率的稳定水平。
图6的模拟曲线601说明此相互关系。具体地，水平轴表示以任意单位表示的流逝的抛光时间，而竖直轴则表示亦以任意单位表示的晶体频率，其经偏移而从零开始。可看到，在工艺开始与时间Tf之间，晶体频率以线性增加方式变化。此指示在该晶体上的聚集为恒定速率，且因此为恒定速率。
在时间Tf处，晶体频率的变化速率下降至零，从而导致平的频率曲线。此指示无该晶体经加偏压所针对的种类聚集于晶体上，且因此指示自该晶片或其他处理表面无此种类的移除。因此，时间Tf表示针对所关注的材料的抛光工艺的终点。
应了解，该图仅为例示性且所观测到的移除速率可能并不恒定。本发明亦包括且确实非常适合于估计非恒定速率。举例而言，在确定的材料例如铜的抛光期间，存在具有较低抛光速率的初始周期。追踪关于此周期的移除速率、终点等是有用的，且所述机制亦可有利地用于这些目的。
注意，该石英晶体纳米天平的实际频率反应可能需要校准以显示图6中所展示的特征。举例而言，当频率反应的变化归因于两种种类，不能选出其中一种(例如，其在晶体上的沉积不能由施加偏压来控制)时，可在数学上移除来自该种类的影响以仅展示归因于另一种类的影响。或者，不将终点表示为稳定水平，可通过观察晶体时间/频率数据的二次导数中的尖峰或相当大的变化来侦测终点。这样的尖峰将指示聚集速率已突然变化。
尽管可以晶片载体中或远离晶片载体的晶体来执行用于终点侦测及速率监视的上述技术，但是优选以与该晶片声学接触的晶体来执行缺陷侦测技术。在例如图3A-5C中所展示的布置中，晶体与晶片之间的声学连接经由晶片载体。另外，晶体可以声学传导粘着剂粘附至晶片载体。在本发明的此实施例中，当在抛光工艺期间发生异常大的磨损时，诸如由于浆料中的粒度不均，该晶体将由此引起的声学干扰侦测为其频率中的瞬间扰动。
图7说明在划伤事件期间频率数据的模拟曲线。水平轴表示时间，而竖直轴表示晶体频率。该划伤事件开始于时间Tb而结束于时间Te。较之频率为平滑的曲线的周围部分，在划伤期间的晶体频率为杂乱且不规则的。因此，在晶体频率中突然偏差的存在可用于侦测该缺陷导致事件的发生。
图8以流程图形式说明根据本发明的实施例的监视抛光工艺的方法。应了解，所说明的方法仅为使用本文所述的革新的一种方式，且亦可使用其他监视方法。所说明的方法涉及用以侦测缺陷、识别工艺终点并评估瞬时移除速率的监视。尽管亦可使用远端纳米天平执行除缺陷监视外的所有监视，但在该方法中所使用的装置包含晶片、晶片载体及整体式石英晶体纳米天平。
在流程图800的步骤801，开始该抛光工艺。这通常包含降低由抛光工具固定的晶片或其他待抛光的物品，以一预定下压力与抛光垫接触。另外，可开始该垫及/或晶片载体的旋转及/或往复运动。在步骤803，获得石英晶体纳米天平的共振频率，且在步骤805计算并显示移除速率。如上所述，该移除速率基于该频率变化，即，自先前时间周期的频率变化。在步骤806，可自动地抑或手动地变更该抛光工艺参数以改变该移除速率，若需要的话。
另外，在步骤807，计算该移除速率的一次导数。在步骤809判定在该一次导数的平均值中是否发生相当大的变化。平均值的使用是为了排除噪声的影响。举例而言，可在前五个时间间隔中计算该一次导数的平均值，或可利用无论如何较少数目的时间间隔。若该判定发现该一次导数的平均值中已发生相当大的变化，则在步骤811，显示终点记录，向使用者发出该抛光工艺已到达终点的信号。在步骤811之后，该程序进展至步骤813。若替代地判定该一次导数的平均值中未发生相当大的变化，则该程序自步骤809直接进展至步骤813。
在步骤813，该程序判定随着时间的过去是否存在频率的过量变率。这可通过识别在频率测量结果与当前平均值的偏差的急剧增加来判定，而不管该平均值本身是否变化。增加的程度则基于使用者偏好，但是数量级的增加一般足够指示诸如划伤的缺陷导致事件的发生。若判定随着时间的过去存在频率的过量变率，则该程序进展至步骤815，其中显示缺陷记录且该程序返回至步骤803。否则，该程序直接进展至步骤803。
应了解，本文中已描述了新的及有用的工艺监视方法及装置。鉴于本发明的原理可应用的许多可能的实施例，因此应认可本文关于附图所述的实施例仅是说明性的而不应被视为对本发明的范围的限制。举例而言，本领域普通技术人员将认可所展示的精确配置及形状为示例性的且因此可在配置及细节上变更所说明的实施例而不偏离本发明的精神。
因此，本文所述的本发明涵盖在权利要求及其等同特征的范围内的所有
权利要求
1.一种用于监视抛光工艺的方法，其包含以下步骤(a)关于单元内的目标表面执行抛光工艺，由此目标材料自所述目标表面被移除；(b)在抛光工艺期间，将经移除的目标材料的至少一部分收集于所述单元内的共振体的表面上，所述共振体具有共振频率，由此变更所述共振体的共振频率；及(c)在监视程序期间判定所述共振频率的值。
2.如权利要求1的方法，其进一步包含判定所述共振体的共振频率的变化速率已基本变化，及发出基本上所有的所述目标材料已自所述目标表面移除的信号。
3.如权利要求1的方法，其中将经移除的目标材料的至少一部分收集于所述共振体的表面上的步骤就地执行。
4.如权利要求1的方法，其中所述共振体为石英晶体纳米天平。
5.如权利要求4的方法，其中所述目标材料为金属，且经移除的材料为金属离子形式。
6.如权利要求1的方法，其进一步包含提供用于监视第二目标材料的移除的第二共振体。
7.如权利要求5的方法，其中所述石英晶体纳米天平为镀金的，且其中将经移除的目标材料的至少一部分收集于所述共振体的表面上的步骤进一步包含相对于参考电极施加负电压至所述石英晶体纳米天平。
8.如权利要求6的方法，其中将经移除的目标材料的至少一部分收集于所述共振体的表面上的步骤进一步包含将经移除的目标材料的至少一部分收集于所述第二共振体的表面上。
9.一种计算机可读介质，其上具有用于执行侦测化学机械抛光工艺的终点的方法的计算机可执行指令，所述方法包含以下步骤(a)在所述化学机械抛光工艺期间，周期性地检查共振体的共振频率以判定所述频率的变化速率，其中所述化学机械抛光工艺使从目标表面移除的材料沉积于所述共振体的表面上，且其中所述共振体的共振频率相关于沉积于所述共振体的表面上的经移除的材料的量；(b)侦测所述共振体的频率的变化速率的变化；及(c)若所述频率的变化速率的变化超出预定临限值，则发出侦测到所述化学机械抛光工艺的终点的信号。
10.如权利要求9的计算机可读介质，其中所述共振体为石英晶体纳米天平。
11.如权利要求10的计算机可读介质，其中从目标表面移除的材料选自由铜、钽、钨、镍及铁组成的组，且其中所述经移除的材料一旦经移除则为离子形式。
12.一种用于执行化学机械抛光工艺的装置，其包含(a)单元，用于执行化学机械抛光工艺；(b)目标表面，安装于所述单元内；(c)共振晶体，安装于所述单元内，其中所述共振晶体定位及配置以在所述化学机械抛光工艺期间将从所述目标表面移除的材料的至少一部分收集于其表面上，由此所述共振晶体的共振频率被改变；及(d)监视器，用于收集包含所述共振晶体的共振频率的多个周期样本的数据且用于基于所收集的数据侦测所述化学机械抛光工艺的终点。
13.如权利要求12的装置，其中所述监视器进一步适合于提供终点输出信号。
14.如权利要求13的装置，其进一步包含自动控制器，所述自动控制器用于控制所述化学机械抛光工艺，且用于响应于所述终点输出信号而自动停止所述化学机械抛光工艺。
15.一种用于在抛光工艺期间侦测缺陷的方法，包含以下步骤(a)关于单元内的目标表面执行抛光工艺，由此目标材料从所述目标表面移除；(b)在所述目标表面与具有共振频率的共振体之间提供声学接触；(c)在所述抛光工艺期间，监视所述共振体的共振频率；及(d)基于所述共振体的共振频率的特征判定缺陷事件已发生。
16.如权利要求15的方法，其中所述共振体为石英晶体纳米天平。
17.如权利要求16的方法，其中所述目标材料为金属性材料。
18.如权利要求16的方法，其中所述目标材料为非金属性材料。
19.一种计算机可读介质，其上具有用于执行在抛光工艺期间侦测划伤的方法的计算机可执行指令，所述方法包含以下步骤(a)在所述抛光工艺期间，周期性地检查共振体的共振频率，所述共振体声学耦接至目标表面以判定所述频率的变率；(b)侦测所述共振体的频率中的基本增加的变率；及(c)若所述共振体的频率中的变率的增加超出预定临限值，则发出在所述抛光工艺期间已发生划伤的信号。
20.如权利要求19的计算机可读介质，其中所述共振体为石英晶体纳米天平。
21.如权利要求20的计算机可读介质，其中自所述目标表面移除的材料选自由铜、钽、镍、钨、铁、层间介电质及浅沟槽介电质组成的组。
22.一种用于执行抛光工艺的装置，其包含(a)单元，用于执行所述抛光工艺；(b)目标表面，安装于所述单元内；(c)共振晶体，安装于所述单元内；及(d)监视器，用于收集包含所述共振晶体的共振频率的多个周期样本的数据，且用于基于所收集的数据在所述抛光工艺期间侦测异常。
23.如权利要求22的装置，其中所述目标表面与所述共振晶体经声学耦接。
24.如权利要求22的装置，其中所述目标表面与所述共振晶体经声学去耦。
25.如权利要求22的装置，其中所述监视器进一步适合于提供异常输出信号。
26.如权利要求25的装置，其进一步包含自动控制器，所述自动控制器用于控制所述抛光工艺，且用于响应于所述异常输出信号而自动停止所述抛光工艺。
27.一种用于在抛光工艺期间测量材料移除的实时速率的方法，包含以下步骤(a)关于单元内的目标表面执行抛光工艺，由此目标材料自所述目标表面移除；(b)在所述抛光工艺期间，将经移除的目标材料的至少一部分收集于所述单元内的共振体的表面上，所述共振体具有共振频率，由此变更所述共振体的共振频率；及(c)基于所述共振体的共振频率的变化速率判定自所述目标表面移除材料的实时速率。
28.如权利要求27的方法，其中所述共振体为石英晶体纳米天平。
29.如权利要求28的方法，其中所述目标材料选自由铜、钽、镍、钨、铁、层间介电质及浅沟槽介电质组成的组。
30.如权利要求29的方法，其中所述石英晶体纳米天平为镀金的，且其中将经移除的目标材料的至少一部分收集于所述共振体的表面上的步骤进一步包含相对于参考电极的电位施加负电位至所述石英晶体纳米天平。
31.一种计算机可读介质，其上具有用于执行在抛光工艺期间测量材料移除的实时速率的方法的计算机可执行指令，所述方法包含以下步骤(a)在所述抛光工艺期间，周期性地检查共振体的共振频率以判定所述频率的变化速率，其中所述抛光工艺使自目标表面移除的材料沉积于所述共振体的表面上，且其中所述共振体的共振频率相关于沉积于所述共振体的表面上的经移除的材料的量；(b)侦测所述共振体的频率的变化速率；及(c)基于所述频率的变化速率判定在所述抛光工艺期间自所述目标表面移除材料的实时速率。
32.如权利要求31的计算机可读介质，其中所述共振体为石英晶体纳米天平。
33.如权利要求32的计算机可读介质，其中自所述目标表面移除的材料选自由铜、钽、钨、镍及铁组成的组，且其中经移除的材料一旦经移除就为离子形式。
34.一种用于在抛光工艺期间测量材料移除的实时速率的装置，包括(a)共振晶体，安装于抛光单元内，所述抛光单元中具有在抛光期间材料将从其移除的目标表面，其中所述共振晶体定位及配置以在所述抛光工艺期间将自所述目标表面移除的材料的至少一部分收集于其表面上，由此所述共振晶体的共振频率被改变；及(b)监视器，其用于收集包含所述共振晶体的共振频率的多个周期样本的数据，且用于基于所收集的数据判定材料自所述目标表面移除的实时速率。
35.如权利要求34的装置，其中所述监视器进一步适合于提供识别材料移除的经判定的速率的输出信号。
36.如权利要求35的装置，其进一步包含自动控制器，所述自动控制器用于控制所述抛光工艺，且用于响应于所述输出信号自动变更所述抛光工艺的至少一个参数。
全文摘要
一种用于就地监视抛光工艺及其他材料移除工艺的技术使用嵌入晶片载体中的石英晶体纳米天平(225)。自晶片移除的材料沉积于该晶体的表面上。由此引起的该晶体的频率漂移指示了经移除的材料的量，从而允许判定瞬时移除速率以及工艺终点。该石英晶体纳米天平(225)上的沉积可由所施加的偏压控制。可使用多个石英晶体纳米天平。在本发明的另一实施例中，该石英晶体纳米天平用于在抛光工艺期间侦测诸如划伤的缺陷导致事件。
文档编号B24B49/10GK1968785SQ200580019482
公开日2007年5月23日 申请日期2005年6月10日 优先权日2004年6月14日
发明者张剑, 伊恩·怀利 申请人:卡伯特微电子公司