用于在半导体晶片抛光时测量晶片特性的装置和方法

专利名称：用于在半导体晶片抛光时测量晶片特性的装置和方法
技术领域：
本发明涉及半导体晶片处理领域，并且尤其涉及置于用于化学机械抛 光中的一次性抛光衬垫内的传感器组件。抛光衬垫含有传感器组件，用于 在进行抛光操作时监控晶片特性，从而容许调节工艺。
背景技术：
在Birang等的1999年4月13日出版的美国专利5893796号和2000年 4月4日出版的后续专利6045439号中，公开了用于安装于抛光衬垫中的窗 口的若干设计。要抛光的晶片放在抛光衬垫顶上，而抛光衬垫搁在刚性压 板(platen)上，使得抛光发生在晶片的下表面上。干涉仪向上指引激光束， 并使得它到达晶片的下表面，它必需通过压板中的缝隙，并且然后继续向 上通过抛光衬垫。为了防止压板中的缝隙以上的灰浆的积累，在抛光衬垫 中设置窗口。不管窗口如何形成，其是无阻碍的，清楚的是干涉仪传感器 远远设置于压板之下并且绝不设置于抛光衬垫中。
在Tang的1999年9月7日出版的美国专利5949927号中，描述了用 于在抛光过程中监控抛光的表面的若干技术。在一个实施例中，Tang弓|用 了嵌入抛光衬垫中的光纤光学带。此带仅仅是光导体。光源和进行感测的 探测器设置于衬垫外部。Tang没有建议在抛光衬垫内包括光源和探测器。 在Tang的一些实施例中，使用光纤光学分离器在光纤中从旋转部件至静止 部件传输光。在另一些实施例中，在旋转部件上探测光信号，并且通过电 滑动环将得到的电信号传输至静止部件。Tang的专利中没有建议通过无线 电波、声学波、调制的光束、或通过磁感应发送电信号至静止部件。
在Schultz的1992年1月21日出版的美国专利5081796号中描述的另 一光学终点感测系统中，描述了一种方法，其中，在部分抛光后，将晶片 移动至晶片的部分突出于压板的边缘的位置。通过干涉法测量此突出部分 的磨损量，以确定是否应该继续抛光过程。
7在安装传感器于抛光衬垫中的较早的尝试中，在抛光衬垫中形成缝隙 并且通过粘合剂将光传感器粘合到缝隙内的位置中。然而，随后的测试表 明，为防止可以含有反应化学品的拋光灰浆进入光传感器并防止其穿过抛 光衬垫到达支撑台，使用粘合剂可能是不可靠的。
总之，虽然在用于在抛光过程中监控抛光的表面的领域中已知数种技
术，但是这些技术没有一种是完全令人满意的。Tang等描述的光纤光学束 是昂贵的并且潜在地易碎的；而如Birang等使用的在压板下设置干涉仪的 应用需要通过支撑抛光衬垫的压板形成缝隙。因此，本发明提供一种监控 系统，其是节约的并且鲁棒的，利用了某些部件的小型化中的最近的进展。 公开了置于抛光衬垫内的自包含传感器组件。将传感器组件设置成与控制 中心无线通信，简化了CMP设备上的安装。可以将传感器组件与衬垫一起 扔掉或将其取下并重新安装在随后的衬垫中。

发明内容
以下描述一种具有传感器组件的一次性抛光衬垫。抛光衬垫包含用于 在位监控被抛光的晶片表面的光学特性的传感器组件。也可以监控诸如力、 加速度、灰浆pH和温度的其它特性。除其它事情外，从光传感器得到的实 时数据使得能够确定工艺的终点，而无需将晶片取下进行离线测量。这大 大提高了抛光过程的效率。
待抛光的晶片是包括不同材料的层的复合结构。典型地，抛光最外层， 直到达到它与下层的界面。在该点即是所谓的抛光操作的终点达到了。抛 光衬垫和相伴的光学器件和电子器件能够探测从氧化物层至硅层的转变以 及从金属至氧化物或其它材料的转变。
描述的抛光的衬垫涉及通过在该衬垫内嵌入传感器组件和其它部件来 修改常规的抛光衬垫。未修改的抛光衬垫商业上广泛可得到，并且Newark, New Jersey的Rodel公司制造的IC 1000型是典型的未修改的衬垫。也可以 使用Thomas West公司制造的衬垫。
传感器组件感测被抛光表面的光学特性。典型地，表面的光学特性是 其反射率。然而，也能够感测表面的其它光学特性，包括其偏振、其吸收 率、以及其光荧光(如果有的话)。用于感测此多种特性的技术在光学领域是公知的，并且典型地，它们和增加偏振片或光谱滤光器至光学系统无差 别。为此原因，在下述讨论中，使用更通用的术语"光学特性"。
一种传感器组件包括光源，并且探测器置于抛光衬垫中的盲孔内，使 得面向被抛光的表面。来自光源的光被从被抛光的表面或从表面附近的膜 反射，并且探测器探测反射的光。探测器产生与反射回探测器上的光的强 度或其它性质相关的电信号。
探测器产生的电信号发送至传感器组件内的控制系统。传感器组件然
后从传感器控制系统至与设置于传感器组件外的CMP设备控制系统无线通 信的无线接收器无线地发送晶片数据。
可以由数种技术提供用于操作传感器组件的电力。在传感器组件的一 个实施例中，从设置于传感器组件内的电池得到电力。在另一实施例中， 太阳能电池或光伏阵列安装于传感器组件内并且由安装于机器的部分上的 光源照明。在另一实施例中，电导体在穿过安装在抛光机器的相邻的不旋 转部分上的永久磁铁的磁场的旋转抛光衬垫中，构成磁发电机。
通过数种技术中的任一种从传感器组件至抛光机器的相邻静止部分发 送表示包括被抛光的表面的光学特性的晶片数据的电信号。在一个实施例 中，待发送的晶片数据通过无线电频率或通过声学链接无线地发送。在另 一实施例中，数据用于频率调制诸如红外光的光束，该光束由与不旋转结 构相邻设置的探测器接收。
在传感器顶部和晶片下侧之间应当存在光路。信号发送可以始于传感 器组件或通过也置于衬垫内并连接至该传感器组件的相邻的独立的发送 器。


图1示出了使用嵌入有具有光传感器的传感器组件的抛光衬垫来抛光 经晶片的化学机械平面化机器的顶视图2是示出如设置在抛光衬垫中的传感器组件的元件的总体布置的透 视图中的分解视图3是传感器组件的前顶透视图4是传感器组件的框图；图5是示出具有无棱镜光传感器的传感器组件的侧立面图； 图6示例薄盘形状的传感器组件； 图7示例巻轴形状的传感器组件；
图8示出具有包括调制器的发送器的传感器组件，调制器将表示描绘 光学特性的处理的信号的频率调制的电流施加于发光二极管或激光二极 管；
图9示出具有无线电发送器的传感器组件25; 图10示出具有产生声波的发送器的传感器组件25; 图11示出使用传感器组件的安装于CMP系统中的整个抛光衬垫的详 细视图12示出安装在CMP系统中的具有传感器组件和中心轴的抛光衬垫 的详细视图13是具有中心轴的传感器组件的框图14示例选择波长的光入射到置于晶片前侧的薄材料层上时该光的行
为；
图15是在从晶片去除第一材料层时探测的光的强度随时间的图示。
具体实施例方式
图1是传感器端口 2切入抛光衬垫3中的化学机械平面化系统1的俯 视图。晶片4 (或需要平面化或抛光的其它工件)由抛光头5固定并从平移 臂6悬于抛光衬垫3以上。其它系统可以使用固定数个晶片的数个抛光头， 和在抛光衬垫的相对侧(左和右)上的分开的平移臂。
将抛光过程中使用的灰浆通过灰浆注入管7注入至抛光衬垫的表面上。 具有与用于CMP系统1的CMP数据收集和控制系统10电连通的无线收发 器9的悬臂8悬于衬垫3以上。
传感器端口随抛光衬垫旋转，抛光衬垫本身在工艺驱动台或压板18上 按箭头12的方向旋转。抛光头绕它们各自的轴13按箭头14的方向旋转。 抛光头本身通过平移机构15在抛光衬垫的表面上来回平移，如箭头16所 示。从而，在抛光头在旋转并平移时，传感器端口 2通过抛光头下面，在 抛光衬垫/压板组件的每个旋转扫过越过晶片表面的复杂的路径。随衬垫旋转，传感器端口2保持相同的径向线17。然而，随衬垫3旋转，径向线在 圆环路径上平移。
如图2中所示，抛光衬垫3具有圆形形状，并且可以设置有中心圆环 缝隙23。在抛光衬垫中形成盲孔或通孔24以形成传感器端口2，并且孔向 上开放，以朝向被抛光的形成传感器端口的表面。传感器组件25设置在盲 孔24中并且置于抛光衬垫3中。传感器组件可以可释放地联接至衬垫。可 释放地联接可以定义为不使用加工调整为耦合的和未耦合的。在抛光过程 中，抛光衬垫3绕中心竖直轴线27旋转。
图3详细示出自包含传感器组件25，而图4示出传感器组件的框图。 传感器组件25部件包括光源28、探测器29、反射表面30 (其可以是棱镜、 反射镜、或其它反射光学部件)、具有数据采集芯片和信号处理器的传感器 控制系统31、电源32、无线发送器33以及无线接收器34。电源向光源28 和控制系统供电，并优选地包括电池。然而，电源32也可以包括电容器、 磁感应系统、压力生成的功率系统或光生成的功率系统。在一些可选电源 中，可以将能量从嵌入台子或在台子表面附近的源传输至传感器组件。传 感器组件也可以设置有多种其它传感器35，包括用于进行pH测量的pH传 感器、用于进行温度测量的热偶、用于进行力测量的压力变换器、用于进 行加速度测量的加速计、以及用于进行涡流测量的涡流探针。可以使用微 电机系统(MEMS)技术、微光电系统(MOEMS)和基于电极的技术制造 传感器。
能够将传感器组件设置成没有诸如光源28、探测器29、以及反射表面 30，而仅具有单个专用传感器35的部件。专用传感器可以包括用于进行pH 测量的pH传感器、用于进行温度测量的热偶、用于进行力测量的压力变换 器、用于进行加速度测量的加速计、或及用于进行涡流测量的涡流探针。
无线发送器和接收器可以使用任何合适的无线协议，但是为在传感器 控制系统与CMP数据收集和控制系统之间发送和接收数据信号36的目的， 优选地使用无线电频率。对无线电频率，可选地，能够向传感器组件供应 红外(IR)发送器和接收器用于发送和接收IR范围中的数据。传感器组件 可以是无源系统、半无源系统或有源系统。在无源传感器组件中，由输入 无线电频率信号在传感器组件内的天线中感应的微小电流提供足够的功
ii率，用于传感器组件中的控制系统中的集成电路(ic)通电和发送响应。
无源系统通过背散射来自CMP设备控制系统的RF信号发信号。这意味着 传感器组件中的天线设计为收集来自输入信号的功率并且还发送输出数据 信号。无源系统的响应包含反映晶片特性的数据信号。
除了增加电池外，半无源传感器组件25非常类似于无源传感器组件。 电池容许传感器组件不断地通电。这消除了将天线设计成收集来自输入信 号的功率的需要。因此能够针对发送数据信号而最优化天线。
如图3中示例的，有源传感器组件25具有它们自己的内部电源32，并 生成输出数据信号，电源32用于给传感器控制系统31、传感器35供电。 因为有源传感器组件25含有自身的电源，它能够比无源传感器组件25具 有更长的范围和更大的存储器、以及存储由CMP设备控制系统输送的附加 信息的能力。为了节约电力消耗，可以将有源传感器组件编程成以固定间 隔操作。
由传感器组件发送的数据信号可由CMP设备数据收集和控制系统的外 部电路使用，CMP设备数据收集和控制系统连接至无线发送器和接收器用 于诸如监控抛光操作的进展或确定是否已达到抛光过程的终点的目的。数 据信号能够包含数字字节的字值或能够是可以由CMP设备控制系统解释的 频率输出中的简单改变。通过传感器组件中的传感器控制系统经由数据信 号发送的数据可以包括对应于如下数据的数据来自晶片表面的光的反射 和颜色、表面光洁度或平滑度、加速度、振动、力或压力、温度、灰浆pH、 台子速度、台子跑出(run-mrt)、表示金属膜厚度的涡流、电阻、衬垫磨损、 衬垫状态、衬垫中/上的湿度、剩余平均膜厚、剩余膜特征高度探测的均匀 性、定位环磨损、调节盘压力、晶片位置以及灰浆中的粒子。传感器控制 系统在合适的时间进行测量，识别并存储数据感测过程中晶片的位置并发 送数据至衬垫外部的接收器。可以连续地、无源地或在CMP设备控制系统 的请求下进行数据传输。当传感器组件仅设置有发送器时，可以从传感器 组件向CMP设备控制系统单向地执行数据传输。当传感器组件设置有发送 器和接收器吋，也能够在传感器组件和CMP设备控制系统之间双向地执行 数据传输。数据由CMP数据收集和控制系统使用，以实时地调节抛光时的 抛光参数或确定抛光是否完成。通过响应于收集的数据调节背压可以促进
12薄的晶片的均匀性控制。通过调节晶片之间的抛光参数还能够促进批间控 制。
光源28和探测器29是匹配对。通常，光源28是发光二极管，而探测 器29是光电二极管。由光源28发射的光束的中心轴线初始水平地定向， 但是到达反射表面30时被重新定向，以便撞击被抛光的表面并从其反射。 反射的光也被反射表面30重新定向，以便从晶片反射的光落到传感器29 上，其产生与落于其上的光的强度相关的电信号。选择图3中所示的布置 以最小化传感器的高度。可以省去反射表面30并且替代地可以使用图5中 侧视图中示出的布置。探测器用于确定从晶片表面反射的光的强度和颜色。
如图6中所示，传感器组件的传感器部件封装在薄盘40或橡胶圆盘形 式的外壳中，薄盘或橡胶圆盘做成贴身装配于图2的盲孔24内的大小。如 图7中所示例，传感器部件还可以封装在巻轴形状41外壳中或其它多种形 状外壳中，外壳做成将传感器组件稳固于衬垫的大小和尺寸，防止抛光时 传感器组件移动并容许传感器组件如图4中所示地获得晶片数据。可以使 用挡板来减小到达探测器29的散射的或环境光的量。外壳可以包含模制玻 璃或诸如聚氨酯的聚合物。外壳可以如图7中所示地延伸通过整个衬垫。 外壳还可以如图6中所示的嵌入不延伸通过整个衬垫的盲孔中。外壳由适 于传输传感器组件使用的光波长的材料制造，该光波长可以包括红外光、 可见光或紫外光。
可以使用我们的美国专利6986701中公开的技术制造传感器组件，通 过引用并入了该专利的全部。例如，可以在抛光衬垫中产生缝隙或孔。缝 隙必需足够大以容纳传感器组件的部件或封装在外壳中的传感器组件。部 件可以设置于圆盘或橡胶圆盘中，以便可以将其容易地置于缝隙中。与抛 光衬垫的上表面和下表面相邻的缝隙的部分可以从通孔向外径向地延伸短 的距离。这利用衬垫的边界形成巻轴形状的空隙。在另一制造方法中，传 感器组件部件可以置于衬垫的缝隙中并且是利用聚合物过模制的 (overmolded)。
在抛光衬垫中形成缝隙后，将传感器组件或其部件插入它们各自的地 方，在这些地方，传感器组件或其部件由包含聚氨酯的间隔物或由上层和 下层的部分支撑并固定就位。其后，将组件设置于包括平的、无刺表面的夹具中。使无刺表面与上衬垫表面和下衬垫表面接触并压到一起。然后注 入液体聚氨酯以形成外壳。其它制造和装配技术包括在抛光衬垫中形成缝 隙或孔，将自包含传感器组件置于孔内并用粘合材料将自包含传感器组件 耦合于孔中。还可以如下地组装衬垫在抛光衬垫中形成缝隙或孔，将制 作为容纳自包含传感器组件的大小和尺寸的卡环置于孔中，以及用粘合材 料对制作为衬垫大小的卡环进行耦合。
当使用传感器组件时，由导体56从探测器向控制系统中的数据采集和 信号处理电路传送由探测器产生的并且与光学特性相关的电信号，控制系 统响应于电信号产生表示光学特性的处理的数据信号。处理的信号由导体
57输送至发送器。发送器于是无线地输送数据信号至连接至CMP数据收集 和控制系统的接收器。从而，传感器组件和CMP数据收集和控制系统彼此 无线地通信。
CMP数据收集和控制系统能够使用来自数据信号的数据以调整CMP 工艺。能够基于数据信号调整由CMP系统施加于晶片的力、灰浆的量、灰 浆的温度、施加灰浆的压力以及旋转的速度。例如，如果数据信号指示灰 浆的温度超过了、正在以可接受的阈值以外的速率抛光晶片或者通过抛光 去除的材料的量已经达到了目标去除厚度，则能够通过CMP数据收集和控 制系统来减小由平移臂施加于晶片的压力。
图8至图10示出了可以用于从传感器组件25至抛光机器传输数据信 号和从抛光机器至传感器组件传输电力的其它多种技术。
图8示出了具有包括调制器58的发送器55的传感器组件，调制器将 表示描绘光学特性的处理的信号的频率调制的电流施加于发光二极管或激 光二极管59。发光二极管发射光波60，光波60被透镜61聚焦到置于传感 器组件25以下的压板18中的光电二极管探测器62上。探测器62将光波 60转换成电信号，电信号在接收器63中被解调以在CMP控制系统10上产 生表示光学特性的电信号。初始电力源是电池64或其它能源，其施加功率 至功率分配电路65，功率分配电路65依次分配电力给信号处理电路并分配 给发送器电路。图9中，传感器组件25具有为无线电发送器的发送器，该 发送器具有发送无线电波71的天线70。无线电波71被天线72截获并由接 收器73解调，以在终端产生表示光学特性的电信号。电力由磁发电机生成，磁发电机包含设置于CMP系统1的不旋转部分 中的永磁体74和感应器75，其中当感应器75旋转经过永磁体74时，永磁 体74的磁场感应出电流。感应的电流由功率电路76整流和滤波，并且然 后由功率分配电路77分配。
在图10中，传感器组件25具有包括功率放大器83的发送器，功率放 大器83驱动产生声波85的扩音器84。声波85由设置于抛光机器的压板中 的麦克风86获得。麦克风86产生施加于接收器87的电信号，接收器87 依次在CMP控制系统IO上产生表示光学特性的电信号。
通过太阳能电池或响应于由设置于压板中的光源90施加于太阳能面板 88的光89的太阳能面板88在传感器组件中生成电力。如果需要，通过转 换器91将太阳能面板88的电输出转换成合适的电压，并将电输出施加于 功率分配电路77。
图11示出使用传感器组件25的安装于CMP系统中的整个抛光衬垫3 的详细视图。所示的抛光衬垫是工业中可得到的典型的抛光衬垫，诸如 Rodel公司生产的IC 1000型。该型包括由0.007英寸厚的粘合剂层面对面 粘合的两个0.45英寸厚的泡沫聚氨酯层。衬垫包括上衬垫层102、下衬垫 层103、粘合剂层104以及传感器组件25，先前的图中已经描述。衬垫放 置在压板18上并联接至压板18。传感器组件插入例如卡环105中。在长期 使用后，衬垫将被消耗并且可以被去除并扔掉。可以将新的衬垫设置在压 板上，并且传感器组件可以插入新衬垫的卡环中。
如图11中所示例，传感器组件设置成与CMP设备控制系统无线通信。 包含数据的数据信号在传感器组件和CMP设备控制系统之间传输，该包含 的数据诸如是来自晶片表面的光的反射和颜色、压板的加速度、压板的 振动、CMP设备施加于晶片的力或压力、灰浆的温度、灰浆pH、台子速度、 台子跑出、表示金属膜厚度的涡流、电阻、衬垫磨损、衬垫状态、衬垫中/ 上的湿度、剩余平均膜厚、剩余膜特征高度探测的均匀性、定位环磨损、 调节盘压力、晶片位置以及灰浆中的粒子。
图12示例设置成与中心旋转轴电连通的传感器组件，图13示出具有 中心轴的传感器组件的框图。在此实施例中，中心轴109包含电源32、传 感器控制系统31以及无线发送器33和接收器34。具有传感器35的传感器组件设置成通过置于衬垫3的中心内的带电缆111与中心轴电连通。
图14示例选择波长的光114入射到置于晶片前侧的薄材料层上时该光 的行为。晶片4被大大的放大，以示出设立于晶片的前侧115上的两个最 外层。第一最外层116覆盖第二层117。每层可以具有约30微米或更小的 厚度，通常在约IO微米和约1000埃(约1/10微米)之间，并且多个附加 层可以置于第一和第二层下面。在抛光过程中，将第一层抛光以部分或全 部地去除该层。为了确定第一层去了多少，从光源28发射选择的波长的光 114，并且将其以相对于传感器组件的轴线固定的角度指向于晶片的前侧。 光源和光探测器均置于传感器组件内，并且传感器组件可以完全置于抛光 衬垫内。从晶片反射的光强传送关于抛光时去除的材料的量的信息。(选择 光的波长，使得光的部分将传输通过薄的材料层。对于许多层材料，诸如 硅、二氧化硅、铜及其它材料，选择的波长在约300纳米(蓝光)或更小 至约1500nm或更小(红外光)的范围。入射和反射角固定于约0度和70 度之间，优选地约5度，角度是在橡胶圆盘的轴线和光源之间测得的。)
当将光114指向晶片的前侧时，光的部分118从晶片的表面反射，并 且光的部分119通过表面并通过第一层116材料。光的部分119从第二层 117的表面反射并通过第一层116透射。在到达探测器之前，部分118和部 分119组合到一起。因为部分119比部分118行进了更大的距离，从第一层 116的表面反射的光(部分118)和从第二层117的表面发射的光(部分119) 可以异相。取决于部分118和119的相对相位，两个部分彼此相长或相消 地干涉，由此使得探测的光分别变得较强或较弱。
因为去除了第一层116，部分119相对于部分118行进的距离改变了， 由此改变了它们的相位关系。结果，随着第一层的去除，探测的光的强度 改变。因为随着层的去除，两个光线之间的相移在0和90度之间重复地变 化，所以探测的光的强度近似正弦地变化。
图15是当从晶片去除第一层材料时，探测的光的强度随时间的图示。 (反射的光的强度是层厚的函数并且随层厚正弦地变化。层厚随抛光时间 变化。)当光部分118和光部分119彼此完全相长干涉时，探测的光的强度 位于峰124处。当光部分118和光部分119彼此完全相消干涉时，探测的 光的强度位于谷125处。为了测量抛光时去除的材料的量，必需校准该曲线。为了校准正弦曲 线，首先通过谱反射、椭圆光度法或用于测量绝对厚度的其它技术测量外 层的绝对厚度。(可以利用多个经销商提供的设备执行这些技术。该设备相 对笨重、昂贵或精密，并且抛光过程的灰浆和其它方面影响折射率和层厚 的精确测量。从而，用于测量层厚的这些其它技术实际上不在抛光时用于
抛光衬垫内或不用于大量生产)。接下来，利用传感器组件25测量反射的 光信号的强度。然后抛光测试晶片的外层直到测量或观察到正弦曲线的一 个或多个波长。从而，如果反射的光的初始强度在峰或谷处，则抛光晶片， 直到测量到第二个或随后的峰或谷。如果反射的光信号的初始强度在正弦 曲线的其它点，则抛光晶片，直到测量到相同的强度两次或更多次。然后 停止抛光过程并且再次测量外层的绝对厚度。
层厚的两个测量结果之间的差异是层厚度中的初始改变。层厚度中的 初始改变也由沿正弦曲线的一个波长表示，但是仅在相同种类的晶片(或 外晶片层)上使用相同抛光工艺并且使用相同入射光波长时。可以计数沿 曲线的多个波长，在此情况下，层厚度中的整个改变为测得的波长数乘以 层厚度中的初始改变。
为方便，可以通过计数抛光过程中测得的峰的数目或谷的数目来容易 地计数沿正弦曲线的波长。因为峰或谷可以视作正弦曲线上的节点，此测 量层厚度的过程可以称作节点计数。(术语节点计数指计数沿正弦反射曲线 的波长的过程，但不限于仅计数峰和谷。)
例如，晶片的外层为10000埃(l微米)厚，使用椭圆光度法测量的。 使用特定工艺抛光层，直到测量到正弦曲线上的一个波长。抛光后，层为 8000埃厚，使用椭圆光度法测量的。从而，正弦曲线上的峰之间的距离(一 个波长)对应于等于2000埃的层厚度的改变。如果最终期望的层的厚度为 4000埃，则抛光层，直到计数到总共3个波长(表示去除了 6000埃的材料)， 在该点，抛光过程达到其终点。
此过程可以用于连续地测量层厚度中的较小改变。沿正弦曲线的波长 的分数等于抛光的层的厚度中的对应分数改变。接续上述范例，1/2波长(由 箭头"X"示出的峰-峰距离)表示等于IOOO埃的层厚度的改变。从而，如 果再次抛光晶片并且测量到沿正弦曲线的另一半个波长，则最终层厚度将
17为3000埃。因为能够计数波长的分数，节点计数可以对层厚度中的非常小 的改变进行在位测量。
在曲线波长随抛光时间改变的地方和不同波长表示不同的去除的材料 量的地方，可能需要在沿曲线的许多点或对多个波长校准正弦曲线。从而， 如图15中所示，当沿箭头"X"的距离不等于沿箭头"Y"的距离时，则 可能需要校准正弦曲线的更多地方。另外，可以沿正弦曲线在任何数量的 点测量层的绝对厚度，以提高校准曲线的精度。在正弦曲线有噪声(由图 15中所示的正弦曲线中的变化表示)时，这可能是需要的。
根据以上方法，设置处理器和软件以将反射的光的强度中的改变与层 厚度中的改变关联。可以设置显示器以显示抛光过程的进展。可以设置诸 如计算机硬件或软件的控制系统，以修改抛光过程或减慢、停止或另外响 应于层厚度的改变而改变抛光的速率。从而，CMP控制系统可以在接近过 程的终点时使得抛光减慢，并且当到达终点时使得停止抛光。(控制系统能 够响应于层厚度随时间的改变而控制抛光过程的任何方面。)
可以生成正弦反射曲线的库以节省生产时的时间。对于特定晶片上的 特定过程，每条曲线将是相同的。从而，当利用已经为其建立了校准曲线 的已知过程抛光己知类型的晶片时，可以省略校准步骤。另外，通过针对 在整个抛光过程中计数的每个波长测量去除的每层的绝对厚度，可以进一 步改善每个反射曲线。从而，校准曲线将在整个抛光过程中是精确的(不 考虑折射率、层材料中或处理参数中的改变)。
从而，虽然参照装置和方法的研发环境描述了装置和方法的优选实施 例，它们仅是本发明的原理的示例。可以不脱离本发明的精神和所附权利 要求的范围设计其它的实施例和配置。
权利要求
1、一种用于在抛光晶片时测量所述晶片的特性中的改变的系统，所述系统包括适于抛光所述晶片的抛光衬垫；置于所述衬垫内的光源；置于所述衬垫内的光探测器；置于所述衬垫内的无线发送器；以及置于所述衬垫内的传感器控制系统，所述传感器控制系统连接至所述光源、所述光探测器和所述无线发送器。
2、 如权利要求l所述的系统，还包括置于所述衬垫内并连接至所述传 感器控制系统的无线接收器。
3、 如权利要求1所述的系统，还包括连接至所述传感器控制系统的电源。
4、 如权利要求l所述的系统，还包括置于所述衬垫内并连接至所述传 感器控制系统的力变换器。
5、 如权利要求1所述的系统，还包括置于所述衬垫内并连接至所述传 感器控制系统的加速计。
6、 如权利要求l所述的系统，还包括置于所述衬垫内并连接至所述传 感器控制系统的pH传感器。
7、 如权利要求l所述的系统，还包括置于所述衬垫内并连接至所述传 感器控制系统的热偶。
8、 如权利要求1所述的系统，还包括与所述传感器控制系统无线通信的CMP控制系统，所述CMP控制系统连接至CMP设备并且当测量到预定 波长的光时，能够控制所述CMP设备的抛光速率。
9、 一种用于在抛光晶片时测量所述晶片的特性中的改变的系统，所述 系统包括适于抛光层的抛光衬垫；以及置于所述抛光衬垫内的传感器组件，所述传感器组件包括 外壳；置于所述外壳内的传感器控制系统； 置于所述外壳内并连接至所述控制系统的光源； 置于所述外壳内并连接至所述传感器控制系统的光探测器；以及 置于所述外壳内并连接至所述传感器控制系统的无线发送器。
10、 如权利要求9所述的系统，其中，所述传感器组件可拆装地耦合 至所述衬垫。
11、 如权利要求9所述的系统，还包括置于所述外壳内并连接至所述传 感器控制系统的无线接收器。
12、 如权利要求9所述的系统，还包括连接至所述传感器组件的电源。
13、 如权利要求9所述的系统，其中，所述外壳是圆盘形状。
14、 如权利要求9所述的系统，其中，所述外壳是巻轴形状。
15、 如权利要求9所述的系统，其中，所述传感器组件还包括置于所 述外壳内并连接至所述传感器控制系统的力变换器。
16、 如权利要求9所述的系统，其中，所述传感器组件还包括置于所 述外壳内并连接至所述传感器控制系统的加速计。
17、 如权利要求9所述的系统，其中，所述传感器组件还包括置于所 述外壳内并连接至所述传感器控制系统的pH传感器。
18、 如权利要求9所述的系统，其中，所述传感器组件还包括置于所 述外壳内并连接至所述传感器控制系统的热偶。
19、 如权利要求9所述的系统，还包括与所述传感器组件无线通信并 连接至CMP设备的CMP控制系统，在测量到预定波长的光时，所述CMP 控制系统能够控制所述CMP设备的抛光速率。
20、 如权利要求9所述的系统，其中，所述传感器组件的特征在于从 所述衬垫朝向外的外表面，所述外表面基本与所述抛光衬垫的外表面齐平。
21、 一种用于CMP抛光衬垫中的传感器，所述系统包括 光学地透明的外壳； 置于所述外壳内的传感器控制系统；置于所述外壳内并连接至所述控制系统的光源 ， 置于所述外壳内并连接至所述控制系统的光探测器；以及 置于所述外壳内并连接至所述控制系统的无线发送器； 其中，所述外壳能够可释放地耦合至CMP抛光衬垫。
22、 如权利要求21所述的传感器组件，还包括置于所述外壳内并连接 至所述传感器控制系统的无线接收器。
23、 如权利要求21所述的传感器组件，还包括连接至所述传感器组件 的电源。
24、 如权利要求21所述的传感器组件，其中，所述外壳是圆盘形状。
25、 如权利要求21所述的传感器组件，其中，所述外壳是巻轴形状。
26、 如权利要求21所述的传感器组件，还包括置于所述外壳内并连接 至所述控制系统的力变换器。
27、 如权利要求21所述的传感器组件，还包括置于所述外壳内并连接 至所述传感器控制系统的加速计。
28、 如权利要求21所述的传感器组件，还包括置于所述外壳内并连接 至所述传感器控制系统的pH传感器。
29、 如权利要求21所述的传感器组件，其中，还包括置于所述外壳内 并连接至所述传感器控制系统的热偶。
30、 如权利要求12所述的传感器组件，其中，所述电源包括电池。
31、 一种使用CMP工艺来抛光晶片的方法，包括设置CMP系统，所述CMP系统具有CMP设备控制系统、连接至所述 CMP设备控制系统的无线接收器及抛光衬垫；将传感器组件置于所述抛光衬垫内，所述传感器组件包括光传感器和 无线发送器；将数据信号从所述传感器组件无线发送至所述CMP设备控制系统；以及基于所述数据信号调整所述CMP工艺。
32、 如权利要求31所述的方法，其中，所述传感器组件还包括圆盘形 状的外壳。
33、 如权利要求31所述的方法，其中，所述传感器组件还包括巻轴形 状的外壳。
34、 如权利要求31所述的方法，其中，所述传感器组件还包括力变换器。
35、 如权利要求31所述的方法，其中，所述传感器组件还包括加速计。
36、 如权利要求31所述的方法，其中，所述传感器组件还包括pH传 感器。
37、 如权利要求31所述的方法，其中，所述传感器组件还包括热偶。
38、 如权利要求31所述的方法，其中，所述传感器组件还包括电源。
39、 如权利要求31所述的方法，其中，所述数据信号包括表示所述晶 片的光学特性的数据。
全文摘要
一种在抛光置于晶片(4)上的材料层时测量所述层的厚度改变的系统(10)和方法。光(28)从置于抛光衬垫(3)内的内置光传感器(25)指向晶片(4)表面，并且数据信号无线地发送(34)至控制系统(31)。
文档编号B44C1/22GK101495325SQ200780015069
公开日2009年7月29日 申请日期2007年3月29日 优先权日2006年3月29日
发明者R·D·贝纳西 申请人:斯特拉斯保