专利名称：在磨光垫上控制薄膜厚度和控制流体材料组成的设备和方法
发明
背景技术：
领域本发明通常涉及半导体制造，并且更准确地说涉及在化学机械平面化(CMP，chemical mechanical planarization)晶片(wafer)加工期间的过程控制。
背景技术：
在制造半导体装置中，需要进行化学机械平面化(CMP)操作，包括去除过量材料、抛光和后CMP晶片清理与干燥。一般地，集成电路装置是以多层结构形式制造的。在基片层，形成具有p型和n型掺杂区域的晶体管装置。在随后层中，相互连接的金属化线路被图案化并且电气连接到晶体管装置以限定期望的功能性装置。图案化的导电部件由介电材料绝缘，例如二氧化硅。因为形成更多的金属化层和相关的介电层，所以平面化绝缘材料的需求增加。没有平面化，由于表面形态的变化使得制造附加的金属化层变得基本上不可能。在其他应用中，在绝缘材料中形成金属化线路图案，然后进行金属CMP操作以去除过度的金属化。进一步的应用包括在金属化加工前使所沉积的介电薄膜平面化，如用于多金属绝缘的浅沟槽隔离的电介质。
一般地，CMP系统实现转盘、带、轨道或刷操作，其中带、垫或刷用来擦净、抛光和磨光晶片的一边或两边。一般地，垫本身是由聚氨酯材料或其他适合的材料制成并且可被硬台、支撑带例如不锈钢带支撑。在操作中，浆料液体被施加和散布于磨光垫表面或带的表面。当用浆料覆盖的带或垫旋转时，使晶片下降到垫的表面并且使其平面化。
成功的CMP操作的期望结果是在所加工晶片上剩下均一的平面表面。一般地在晶片上薄膜的去除速率被仔细地跟踪或监控。已经进行各种尝试以控制化学机械平面化系统的操作以求提供均一的去除速率。一个普遍的尝试是控制由晶片载体或其他工件固定装置所施加的向下的力，输送可变的压力到研磨磨光表面。不幸地，向下的力的变化可以在高补偿性向下的力所施加处的晶片部分导致所谓表面凹陷的局部退化和侵蚀表现。过度向下的力可引起附加的质量问题如薄膜分层、划痕或颗粒间边界损伤。聚焦于去除速率的均一性可有时被当前应用误导。也就是说，从最终用户的观点考虑，希望在半导体晶片表面上获得均一的后CMP层，其不一定是均一的去除速率的结果。例如，如果在平面化前晶片的表面的厚度不是均一的，当均一的去除速率被施加于所加工的晶片时，保持了非均一性。均一的去除速率施加于具有较大边缘厚度的基片将导致晶片具有较低中心厚度，类似于在平面化作用前晶片的状态。另外，在上述实例中，晶片中心的过度磨光可导致损失模具和较低的晶片产量。
在CMP操作期间有许多机会测量晶片上的装置部件。许多部件可通过捕获指示该部件的信号而被确定。当部件继续缩小尺寸，尤其是半导体制造中所用的薄膜厚度，指示部件的信号在某些位置变得不可监测。感应传感器可用于置换、接近和薄膜厚度测量。传感器凭借贴近被测物体的测量线圈的波动电磁场来感应样品中的电流。波动电磁场的产生是交流电通过线圈的结果。波动电磁场感生涡流，其产生其自身的场，与原始场重叠并且改变线圈电感。在平面化期间传感器如感应传感器的反馈可使得在CMP操作期间进行实时监控并且校正(如果需要)。
鉴于以上所述，需要一种技术以更准确地影响晶片表面上的去除速率变化，所述技术是在平面化操作期间控制磨光垫上差别性供给的流体的组成和量。
发明概述概括地说，本发明是一种设备，其提供对平面化的控制，在半导体晶片上产生特定的剩余薄膜厚度。应该理解的是可将本发明以多种方式实现，包括作为设备、系统、装置或方法。本发明的若干发明实施方案描述如下。
根据本发明的一个实施方案，提供一种用于化学机械平面化系统的设备。流体置换装置可被置于磨光垫上贴近的位置。流体置换装置被配置成从该磨光垫区域置换至少部分第一流体。流体输送装置可在该磨光垫区域用第二流体替换第一流体。替换第一流体的第二流体与第一流体不同。
根据本发明的另一个实施方案，提供一种用于加工半导体基片的系统。该系统包括磨光垫和可被置于磨光垫上贴近的位置、并被配置以接收晶片的晶片载体。可置于磨光垫上的第一流体协助由晶片载体固定的晶片的平面化。流体限制装置可使第一流体分布于整个磨光垫。流体置换装置可从磨光垫上的区域置换至少部分第一流体，所述流体置换装置可被置于流体限制装置和载体头部之间的磨光垫上贴近的位置。流体输送装置可在该磨光垫区域用第二流体替换第一流体，第二流体不同于第一流体。
根据本发明的又一个实施方案，提供一种控制存在于磨光垫表面上薄膜的性质的方法。该方法包括置换存在于磨光表面区域上的流体和在磨光表面区域用第二流体替换被置换的流体。该区域的替换发生在置换之后，以便第二流体占据先前由被置换的流体占据的区域。
根据本发明的另一个实施方案，提供一种控制存在于磨光垫表面上薄膜的性质的方法。该方法包括至少部分地置换存在于磨光表面区域上的流体和在磨光表面区域用第二流体替换被置换的流体。该区域的替换发生在置换之后以便第二流体占据至少部分先前由被置换的流体占据的区域。
根据本发明的又一个实施方案，提供一种用于化学机械平面化(CMP)系统的设备。可被置于磨光垫上贴近的位置的头部包括限定在头部中的输入端和输出端。输入端可在贴近的位置输送流体到磨光垫的表面上。邻近于输入端定向的输出端可去除至少部分被输送到磨光垫表面上的流体。
在另一个实施方案中，提供一种控制磨光垫表面上的薄膜的性质的方法。该方法包括在磨光垫上输送流体和从磨光垫表面上去除至少部分流体。该流体在磨光垫表面上贴近的位置被输送。至少部分该流体的去除被配置以发生在磨光垫表面上贴近的位置和邻近于流体的输送。
在另一个实施方案中，提供一种可控制化学机械磨光(CMP，chemical mechanical polishing)系统的设备。该设备包括传感器、计算机和头部。该头部可被置于磨光垫上贴近的位置。该头部包括限定在头部中的输入端，该输入端可在贴近的位置输送流体并且输送到磨光垫的表面上，和在头部中的输出端，该输出端邻近于输入端定向。该输出端可去除至少部分被输送到磨光垫表面上的流体。
根据又一个实施方案，提供一种用于化学机械平面化(CMP)系统的设备。该设备包括可被置于磨光垫上贴近的位置的头部。限定在头部中的输出端可被置于磨光垫上贴近的位置并且被配置以能够去除存在于磨光垫表面上的材料。限定在头部中的输入端可被置于磨光头部上贴近的位置，可输送流体到磨光垫表面以至少部分地替换所被配置以由输出端去除的材料，该输出端被置于头部之上邻近于输入端。
本发明优点众多。在晶片表面上引入薄膜厚度变化提供方法和设备之所需，所述方法和设备可差别性地改变磨光表面区段上的浆料、水及其他流体的浓度，以便在晶片表面材料上施加单独的区域平面化。通过置换存在于磨光表面上的流体和替换在置换区域中的流体，对施加于磨光表面的流体的精确区段控制可在晶片上增减材料的去除速率。与确保整个晶片表面的均一去除速率的传统尝试相反，能够进行独立区域平面化的目标是提供对目标剩余层厚度均一性的控制。
应理解的是以上的概述及其下的详细说明仅仅是示范性的和说明性的，并不像权利要求一样限制本发明。
附图，其并入并构成本说明书的一部分，说明本发明示范性的实施方案，并与说明书描述内容一起来说明本发明的原理。
图1是根据本发明的一个实施方案用于差别性闭合回路平面化控制的化学机械平面化(CMP)系统的截面图。
图2是根据本发明的一个实施方案的差别性控制回路化学机械平面化(CMP)系统的顶视图，显示单个具有若干输入端和输出端的头部。
图3是根据本发明的一个实施方案的差别性控制回路化学机械平面化(CMP)系统的顶视图，显示可在臂上滑动的头部。
图4是根据本发明的一个实施方案的差别性控制回路化学机械平面化(CMP)系统的顶视图，显示可被延伸臂移动的头部。
图5A是根据本发明的一个实施方案的另一结构的侧视图。
图5B是根据本发明的一个实施方案的用于旋转式系统的本发明的顶视图。
图6是根据本发明的一个实施方案的控制磨光垫表面上的薄膜性质的方法的流程图。
图7是根据本发明的一个实施方案用于提供通过从磨光垫去除浆料而差别性控制施加于基片表面的去除速率的方法的流程图。
图8是根据第二控制方法可提供实时差别性闭合回路控制的化学机械平面化(CMP)系统的示意图。
图9是根据本发明的一个实施方案的用于差别性闭合回路平面化控制的可选择化学机械平面化(CMP)系统的示意图。
图10a提供根据本发明的用于差别性闭合回路平面化控制的化学机械平面化(CMP)系统的另一实施方案。
图10b提供根据本发明的用于差别性闭合回路平面化控制的化学机械平面化(CMP)系统的可选择实施方案。
图11a是根据本发明的一个实施方案的化学机械平面化(CMP)系统的顶视图，显示具有若干流体置换装置和流体输送端口的头部。
图11b提供一图形，其图解说明本发明CMP系统所用的控制方法。
图12是根据本发明的一个实施方案的化学机械平面化(CMP)系统的顶视图，显示可被延伸臂移动的头部。
图13是根据本发明的一个实施方案的化学机械平面化(CMP)系统的顶视图，显示具有流体置换装置和流体输送端口的可在臂上滑动的头部。
图14a是根据本发明的一个实施方案的呈旋转式的本发明的可选择结构的侧视图。
图14b是根据本发明的一个实施方案的用于旋转式系统的本发明的顶视图。
图15是通过在磨光表面上置换和替换流体而控制磨光垫表面上的薄膜性质的方法的流程图。
图16是根据本发明的一个实施方案的通过在磨光垫表面上置换和替换流体而提供差别性控制施加于基片表面的去除速率的化学机械平面化系统的操作方法的流程图。
发明详述本发明的几个示范性的实施方案现将参考附图而详细描述。在下文描述中，阐述许多细节以便提供对本发明的彻底理解。然而，应当理解的是，对于本领域技术人员来说，可以实施本发明而无需部分或全部的这些细节。在其他情况中，没有历述众所周知的加工操作以免不必要地使本发明模糊不清。
上述描述提供了几个实施方案，其设计用来在化学机械平面化系统中通过精确控制施加于磨光表面的流体而控制晶片层表面的材料平面化。概括地说，第一方法(A)使用去除存在于磨光表面上的贴近的位置的流体和用可选择的流体替换该流体以便控制由载体头部施加于磨光表面上的基片上特定区域的平面化。第二方法(B)使用置换存在于磨光表面上的流体和替换在被置换的区域中的流体，其可增减由载体固定的基片上受影响的平面化量。
A.去除和替换图1是根据本发明的一个实施方案可提供实时差别性闭合回路控制的化学机械平面化(CMP)系统100的示意图。由晶片载体135固定的晶片130靠着磨光垫101旋转。流体输送装置103输送第一流体102到磨光垫101。第一流体102一般包含用于晶片130化学机械平面化的浆料，其由影响去除晶片表面上材料的化学和物理研磨剂组成。磨光垫101上的浆料可结合已驻于磨光垫101上的其他微粒、研磨剂、材料残余物、垫残余物、去离子水和异丙醇，所有这些结合起来形成遍布于磨光垫101表面的薄膜。磨光垫101中的凹槽106和微孔108沿晶片载体135的方向120运送第一流体102。应该理解的是任何适用技术都可用来输送流体到磨光垫101如泵、气压等。
流体限制装置104，还称为坝，位于输送装置的下游，被强制靠于磨光垫101以均匀地在磨光垫101表面上分配第一流体102。均匀分布要求浆料均一地沿磨光垫101的宽度分配，产生均一的而沿晶片方向前进的薄膜。输送装置103因此不必是一种要求精确分配第一流体102到磨光垫101的装置。流体流动限制装置104压靠于磨光垫101，产生流体限制装置104上游的第一流体102的池。对本领域技术人员显而易见的是，流体限制装置104可由其他合适的技术夹紧或固定到在磨光垫101上延伸的臂上。在磨光垫101上延伸的臂可在垂直和水平方向受控以便相对于磨光垫101控制角度和间隙。在一个实施方案中，流体限制装置104由和磨光垫101相同的材料即聚氨酯组成。然而应该理解的是，流体限制装置104可由任何适合CMP操作并且可产生第一流体102的池同时在下游提供均匀分布的材料构成。
仍参考图1，头部115位于流体限制装置104和晶片载体135之间。头部115在磨光垫101上的位置可为约0.1mm-约1mm并且将被最优化以提供最佳执行反应。精确的最佳位置将取决于第一流体102分配速率、它的粘度、润湿系数、及其它在用第二流体118替换第一流体102中限定头部115效率的参数。头部115有至少一个可输送第二流体118的输入端117和至少一个可经由真空及其他加压技术去除第一流体102和部分第二流体118的输出端119。输送第二流体118包括在磨光垫101的表面上在期望位置均匀分布。第二流体118可为无研磨剂化学惰性液体、去离子水及其他与方法无关的流体中的一种。邻近于磨光垫101的表面在头部115的输入端117之一和输出端119之一之间的间隙116使得第二流体118稀释并且经由输出端119去除第一流体102。第一流体102的稀释减缓，并且在去除第一流体102的极限情况下，防止由CMP系统造成的晶片130的平面化。在去除第一流体102期间，原先的浆料与薄膜其他组分如微粒、材料残余物和垫残余物、部分第二流体118即去离子水一起沿晶片载体135的方向120前进。当第二流体118被施加于磨光垫101时，晶片130表面的平面化有效地减少或着没有平面化。
如上所述，当磨光垫101沿方向120朝应用范围移动时，其带着第一流体102，其可为包含材料如浆料、微粒、材料残余物和垫残余物的薄膜。在一个实施方案中，在加入可为无研磨剂化学惰性液体、去离子水及其他与方法无关的流体中的一种的第二流体118前，部分去除保持在磨光垫101上的材料(第一流体102)。部分第二流体118可通过间隙116和在头部115中的输出端119与第一流体102一起被去除。用这样的方式，第二流体118通过提供第一流体102的稀释和提升作用可协助于从磨光垫101表面去除第一流体102。在另一个实施方案，在通过输入端117施用第二流体118前，通过在头部115中的输出端119去除全部保持在磨光垫101上的材料(第一流体102)。就完全去除或近似完全去除第一流体102和用第二流体118替换来说，第二流体118(与方法无关的流体)沿应用范围方向120前进，在晶片130的指定部分中提供有效减少地材料去除或者无材料去除。
晶片载体135可结合至少一个传感器140，其被配置以探测晶片的材料性质和CMP操作的进展。在一个实施方案中，传感器可探测指示薄膜厚度的信号。就导电薄膜来说，多个传感器140可为感应传感器，其被配置以探测由感应电流发出的磁场所产生的信号。通常，指示薄膜厚度的信号包括第三体效应。感应传感器使得在通常用于半导体制造中的全部厚度范围内无接触测量薄的导电(例如金属)薄膜厚度，一般地约0-15000埃。已经确定的是，感应传感器对于以典型的载荷自动机器速度移动的晶片来说可提供足够快速的反应。因此，有可能在加工期间进行厚度测量而没有影响加工处理量。而且，晶片的移动可被利用，以由有限数量的在簇结构中的传感器产生薄膜厚度分布图。例如，晶片校准器提供在旋转方向和直线半径方向上的移动而以一致的方式定位晶片。因此本发明中，一簇传感器可在该晶片进行常见自动晶片处理工艺的同时，或在CMP期间被旋转的同时捕获晶片的薄膜厚度分布图。当晶片130被旋转时，对于晶片130可产生薄膜厚度分布图，使得为了期望的厚度分布图，头部115可使浆料置换最优化。
仍参考图1，计算机150，还称为控制器，协调CMP系统100的各种控制活动。计算机150可与多个传感器140、头部115、流体限制装置104和流体输送装置103通讯142。计算机150可被配置以调节来自传感器140的指示薄膜厚度的信号以基本上去除CMP系统引入的第三体效应和基片厚度分量(component)。按照调节的信号值，可产生第二流体118、流体限制装置104和流体输送装置103的控制信号。传感器140的薄膜厚度的反馈给计算机150提供信息，其是通过给头部115下达命令而调节去除速率所需的。如果由任何一个传感器140所产生的信号指示去除速率过高，即，与传感器140中的某一个相对应的晶片130的特定区域厚度较低，那么第二流体118(是离子水或者一些其他适合的置换化学品)可通过在头部115上的输入端117之一分配以调节平面化程度和减少晶片130上对应点所受的去除速率。类似地，当在部分晶片130上已经获得期望厚度时，头部115(作为执行和校正系统)用第二流体118替换第一流体102以在受作用的范围内防止进一步的平面化。如这里所用的，在本发明中执行和校正系统接收来自计算机150的命令并且执行操作如流体输送和去除。当浆料在磨光垫101表面上指定位置去除时，加工应用的校正和调整是由头部115提供。
图2提供如上所述CMP系统的顶视图。应该理解的是晶片130的旋转速度以及磨光垫101的线速度造成一种情况，其中指向晶片130中心的流体由于晶片130的旋转速度而被推开至侧面。在该情况下，例如，其中浆料存在于磨光垫101上，由于在中心处可获得较少量的浆料，晶片130中心受到较低的去除速率。流体限制装置104下游的头部115通过在多个由传感器140指定的位置去除浆料和用水替换而对部分晶片130的表面施加差别性去除速率。另外晶片的旋转提供在晶片载体135下定向的流体的可选择通路122。当施加于旋转晶片时，在直线带上输送的流体的通路将实现圆形应用。可提供第二流体的输入端117还可根据晶片130预期的旋转沿方向121被置于位置上。
就直线带CMP系统来说，应该理解的是带可沿直线方向120朝晶片130移动同时晶片130绕其轴旋转。因此，在顶端部分(另外被称为晶片130的高相对速度部分130a)中磨光垫101和晶片130运动是相反的。当旋转的晶片130和磨光垫101沿相同的相对方向移动时，如底端部分所示，是低相对速度部分136b。由于在磨光垫101的高相对速度部分130a产生的较大量的着色铜加工副产品和碎片的沉积，结果，磨光垫101往往受污于经受较高相对速度的区域。因而，流体限制装置104和第一流体102的池的一个功能是收集和更均一地分配碎片而不是使碎片在磨光垫101的同一普遍范围内再循环。通过促进更均一的磨耗型态，碎片均匀分布可延长磨光垫101的使用期限。
如图2所示，本领域技术人员应该理解的是流体可被输出端119去除而第二流体118可被输送并且输送在一个或多个位置。输入端117和输出端119的位置可被配置在头部115上，使得能够隔离磨光垫101表面上的特定区域，以便控制施加于晶片130的去除速率。因为头部115的输入端117之一和输出端119之一之间的邻近磨光垫101表面的间隙116使得第二流体118稀释并且通过输出端119去除第一流体102，因此可以说输入端117和输出端119成对地连接在一起。输入端117和输出端119对的激活可独立地由计算机150(如上述图1所述)控制，以便计算机150可在磨光垫101的指定部分中分离去除第一流体102。头部115可包含多个输入端117和输出端119，如图所示，横跨磨光垫101的宽度。头部115可由臂114固定，该臂114延伸跨越以上述图1所述方式操作的磨光垫101的宽度。臂114可由磨光垫101之上的设备支撑或者可通过延伸到磨光垫101以外由系统上其他结构所支撑。
图3提供配置在臂114上的头部115的可选择结构。头部115可沿臂114直线移动，如图3中所述，该臂114延伸跨越磨光垫101的宽度。头部115的位置能够在输入端117和输出端119下隔离磨光垫101表面上的特定区域，以便控制施加于晶片130的去除速率。多个头部115′可任选提高应用范围的覆盖面，即将在晶片130表面下通过的磨光垫101的范围。头部115和多个头部115′可沿臂114一致或独立地直线移动，该臂114延伸跨越磨光垫101的宽度。以上图1所述的计算机150可提供头部115或多个头部115′移动的协调，以便适当地配备磨光垫101用于差别性地控制平面化操作。
或者，如图4所示，臂114可移动头部115到由传感器140指定的位置。臂114可具有若干关节113并且可由任何适用技术如步进马达、伺服马达等控制，以便将浆料、去离子水或其它的适合的流体引于流体限制装置104下游的磨光垫101的表面上，以求控制施加于晶片130的去除速率。另外多个臂114′可移动多个头部115′到由计算机150(如图1所述)指定的位置以用于磨光垫101的制备。
图5A是如以上图1所述的CMP系统的可选择结构的侧视图。晶片载体135可被配置在旋转平台中的磨光垫的上方。包含输入端117和输出端119的头部115使得第二流体118稀释并且从磨光垫101上的薄膜去除第一流体102。
图5B是旋转式结构的CMP系统的顶视图，其在磨光垫上进行薄膜的去除和替换。臂114在晶片载体135上游的旋转磨光表面上支撑头部115。流体输送装置103和流体限制装置104在头部115的上游。
图6是根据本发明的一个实施方案的控制磨光垫上薄膜的性质的方法的流程图。该方法在操作404中由在磨光垫表面上贴近的位置输送流体至磨光垫上而开始。操作408中，在邻近于流体输送的磨光垫表面上贴近的位置从磨光垫表面上至少部分流体被去除。去除来自磨光垫表面上薄膜的流体可有助于控制薄膜的性质。该薄膜可包括浆料、一定量的去离子水、一定量的化学品、异丙醇、微粒、研磨剂、材料残余物和垫残余物。磨光垫上薄膜的组成对于晶片表面上进行的平面化具有直接作用。从薄膜去除浆料减缓在磨光垫表面上的贴近的位置的材料去除。
图7是根据本发明的一个实施方案的流程图，说明提供差别性控制施加于晶片表面的去除速率的操作方法。当为了在操作504中使一种或多种薄膜被去除而提供晶片时，该方法开始。在加工操作前可产生基片的厚度图。当扫描晶片表面以获得厚度数据而无外部感应物体或第三体时，可产生厚度图。这里，校准器及其他中转站可用来扫描晶片表面以便产生如上所述的厚度图。仅当晶片和扫描机构用来产生厚度图时，第三体即导电物体在这里不存在。识别厚度数据的基片分量和厚度数据的薄膜分量。这里，由扫描晶片表面产生的信号被细分为基片分量和薄膜分量。例如，感应信号可被分解为两个分量。应该理解的是由此分量数据，可产生校准系数，所述校准系数可被随后施加于厚度的下游测量，即嵌入于晶片载体的传感器，以便更确切地确定厚度。
然后该方法进行操作506，晶片被转移到加工站。在一个实施方案中，加工站是CMP系统。当然，任何适合的自动机器、机械或手工操作可用来转移晶片到加工站。该方法然后移到操作508，晶片载体上的传感器确定与晶片上离散点对应的薄膜厚度，并且探测第三体的存在。这里，如上所述参考图1-4，嵌入于晶片载体的一个或多个传感器可用来探测厚度数据。在一个实施方案中，感应传感器被用来进行这种探测，然而可使用散射计、光谱反射计、热监控、应力监控及其他传感器。
接着在操作510中，调节与晶片上的点对应的厚度数据以基本上去除基片分量和第三体效应。即，用在没有外部感应物体或第三体的情况下所确定的校准系数来分离与上述晶片上薄膜有关的厚度数据。厚度图的坐标与加工操作中所用的传感器(例如，如上所述的感应传感器)相联系。厚度图上的点可与嵌入在晶片载体中的传感器相联系，以便平面化加工可控制在与嵌入在晶片载体中的传感器相关的区域中。计算机，亦称控制器，如上述图1所述可提供构成这个联系所必需的计算。在操作512中，当浆料被施加于垫上时，晶片表面的平面化在操作514中开始。离散位置处的薄膜厚度是如上所述基于传感器516的反馈由计算机计算。每个操作521继续平面化加工直到在操作518中在特定位置获得期望的厚度。如果在特定位置获得期望的厚度，在操作522中查询全部传感器位置。如果期望的厚度在部分而不是全部位置获得，头部从具有期望的厚度或过度的去除速率的区域去除浆料并且如上述图1-4所述在操作525中替换第二化学惰性无研磨剂流体。然后在操作512中该方法继续将浆料施加到磨光垫，但是由计算机指定已获得期望厚度的范围使用第二流体替换浆料。继续操作512直到在操作522中所有位置的传感器显示已经获得期望厚度。当在晶片上期望厚度已经在所有位置获得时，平面化加工完成，并且在操作530中从磨光垫移走晶片。
总之，图1-7中所述的CMP系统可被配置以通过去除和替换抛光介质上的流体而差别性地控制施加于晶片区域的去除速率。通过使用产生池的流体限制装置，均一的浆料层被限定于限制装置的下游。作为执行和控制系统操作的头部，通过在指定的相应于晶片载体上传感器位置的位置去除研磨剂而提供过程控制，以便获得具有均一薄膜厚度的基片。由流体限制装置提供的均一的浆料层在已获得期望薄膜厚度的范围内被去除。多个传感器使得可以通过最初在非工艺操作条件下以及在平面化加工期间确定晶片上薄膜的厚度而确定终点和相关的去除速率。而且，上述的实施方案可被应用于旋转或轨道型CMP系统以及依赖带式抛光介质的直线CMP系统。
B.置换和替换图8是根据第二控制方法可提供实时差别性闭合回路控制的化学机械平面化(CMP)系统200的示意图。由晶片载体135固定的晶片130靠着磨光垫101旋转。流体输送装置103输送第一流体102到磨光垫101。第一流体102一般包含用于晶片130化学机械平面化的浆料，其由影响去除晶片表面上材料的化学和物理研磨剂组成。磨光垫101上的浆料可结合已驻于磨光垫101上的其他微粒、研磨剂、材料残余物、垫残余物、去离子水和异丙醇，所有这些结合起来形成遍布于磨光垫101表面的薄膜。磨光垫101中的凹槽106和微孔108沿晶片载体135的方向120运送第一流体102。应该理解的是任何适用技术都可用来输送流体到磨光垫101如泵、气压等。
流体限制装置104，还称为坝，位于输送装置的下游，被强制靠于磨光垫101以均匀地在磨光垫101表面上分配第一流体102。均匀分布要求浆料均一地沿磨光垫101的宽度分配，产生均一的而沿晶片方向进行的薄膜。输送装置103因此不必是一种要求精确分配第一流体102到磨光垫101的装置。流体流动限制装置104压靠于磨光垫101，产生流体限制装置104上游的第一流体102的池。对本领域技术人员显而易见的是，流体限制装置104可由其他合适的技术夹紧或固定到在磨光垫101上延伸的臂。在磨光垫101上延伸的臂可在垂直和水平方向受控以便相对于磨光垫101控制角度和间隙。在一个实施方案中，流体限制装置104由和磨光垫101相同材料的即聚氨酯组成。然而应该理解的是，流体限制装置104可由任何适合CMP操作并且可产生第一流体102的池同时在下游提供均匀分布的材料构成。
继续参考图8，流体置换装置210位于流体限制装置104和晶片载体135之间。流体置换装置210可被置于磨光垫101以上约0.1mm-约25mm并且将被最优化以提供存在于流体限制装置104下游的磨光垫101上的流体的最佳受控置换。精确的最佳位置将取决于第一流体102分配速率、它的粘度、润湿系数、接近流体置换装置210的磨光垫101进速。其他的参数也可影响流体置换装置210的能力在流体限制装置104和晶片载体135之间在贴近的位置提供置换流体212来有效清理凹槽106、微孔108和第一流体102的磨光垫101表面。置换流体212可为干净的干燥空气(CDA)、氮气(N2)或其他适合的气体，其可提供存在于磨光垫101上的第一流体102的置换。由置换流体212从磨光垫101上的区域置换第一流体102所必需的一定量的流体压力可通过流体置换装置210释放。可使用喷嘴或其他适合的方法以便提供约5-约40磅/平方英寸(PSI)的流体压力。流体置换装置210可偏离磨光垫101一个角度θ，其可为约10度-高达约90度。垂直或正交于磨光垫101的线可确定用于测量θ角的合适参照物。施加置换流体212的θ角可被最优化以便提供来自磨光垫101的第一流体102的最佳置换。
仍旧参考图8，在流体置换装置210的正操作期间，由于通过置换流体212的置换，直接邻近于和低于流体置换装置210的磨光垫101的范围基本上没有流体。因为磨光垫101沿方向120前进，所以没有流体的范围将沿方向120朝晶片载体135前进。在没有流体的范围以上和流体置换装置210的下游，流体输送装置230可用第二流体102a替换第一流体102。不同于由流体限制装置104上游的流体输送装置103提供的第一流体102，第二流体102a可为去离子水、浆料和研磨剂含量可变的浆料中的一种或组合。第二流体102a可通过不同的端口或喷嘴而被输送，如234、236和238所示。
在某些情况下，流体置换装置210未必完全置换全部存在于磨光垫101上的薄膜和流体。当在某区域中非常薄的薄膜剩余在凹槽106和微孔108中时，薄膜的影响将通过由流体输送装置230供给的第二流体102a的实质替换而最小化。剩余在表面上的或在磨光垫101凹槽106和微孔108中的薄膜可非均一地分布于整个磨光垫101，通过相对大量的第二流体102a(用来替换第一流体102)也使影响最小化。在极限情况下，在磨光垫101的期望的区段中，所有第一流体102可被第二流体102a置换和替换。
在一个实施方案中，端口或喷嘴可被配置以通过238输送浆料或研磨剂含量可变的浆料、通过236输送浆料和通过234输送去离子水。选择去离子水、浆料和研磨剂含量可变的浆料来调节由CMP系统所赋予的平面化程度。来自流体输送装置230的第二流体102a分配于晶片载体135上游的直接邻近流体输送装置230并且在其以下的范围内的磨光垫101上。当磨光垫101沿方向120朝晶片载体前进时第二流体102a将占据凹槽106和微孔108。以这样的方式第二流体102a基本上是在磨光垫101的材料中，以致甚至当晶片载体135旋转时在凹槽106和微孔108内的部分将正好在晶片载体135下前进。在磨光垫101上的部分第二流体102a，即，在磨光垫101表面上的和在微孔108和凹槽106外的过量流体，当磨光垫101沿方向120前进时通过晶片载体135的移动可被部分置换。
置换流体装置210和流体输送装置230影响磨光垫101的区段。如果由流体输送装置230提供的第二流体102a由去离子水组成，去离子水将填充凹槽106、微孔108和磨光垫101表面。当包含去离子水的区段在晶片载体135下前进时，在受影响的晶片130表面区域上得到极小的平面化以及在极限情况下无平面化。在该范围的另一端，如果由流体输送装置230提供的第二流体102a包含高浓度的浆料和研磨剂，此流体将沿方向120朝晶片载体135前进并且在由晶片载体135压靠于磨光垫101的晶片表面130上赋予较高的材料去除速率(还被称为平面化速率)。
如图8所示，晶片载体135可结合至少一个传感器140，其被配置以探测晶片的材料性质和CMP操作的进展。可由传感器140探测的材料性质包括薄膜厚度、传导率、表面粗糙度和表面形态高度变化。其他适合的传感器可用来确定CMP操作的进展如那些描述于未决的美国专利申请US10/672019中的传感器，而机械和热应力监控传感器描述在未决的美国专利申请US10/671978中，其引入这里作为参考。
在一个实施方案中，传感器可探测指示薄膜厚度的信号。就导电薄膜来说，多个传感器140可为感应传感器，其被配置以探测由感应电流发出的磁场所产生的信号。通常，指示薄膜厚度的信号包括第三体效应。感应传感器使得在通常用于半导体制造中的全部厚度范围内无接触测量薄的导电(例如金属)薄膜厚度，一般地约0-15000埃。已经确定的是，感应传感器对于以典型的载荷自动机器速度移动的晶片来说可提供足够快速的反应。因此，有可能在加工期间进行厚度测量而没有影响加工处理量。而且，晶片的移动可被利用，以由有限数量的在簇结构中的传感器产生薄膜厚度分布图。例如，晶片校准器提供在旋转方向和直线半径方向上的移动而以一致的方式定位晶片。
因此本发明中，一簇传感器可在该晶片进行常见自动晶片处理工艺的同时，或在CMP期间被旋转的同时捕获晶片的薄膜厚度分布图。当晶片130被旋转时，对于晶片130可产生薄膜厚度分布图，使得为了期望厚度的分布，流体置换装置210和流体输送装置230可使在磨光垫101上特定区段中的流体最优化。
仍参考图8，计算机150，还称为控制器，协调CMP系统200的各种控制活动。计算机150可与多个传感器140、流体限制装置104、流体输送装置103、流体置换装置210和流体输送装置230通讯。计算机150可被配置以调节来自传感器140的指示薄膜厚度的信号以基本上去除CMP系统引入的第三体效应和基片厚度分量。按照调节的信号值，可产生流体限制装置104、流体输送装置103、流体置换装置210和流体输送装置230的控制信号。来自传感器140的薄膜厚度的反馈给计算机150提供信息，其是通过给流体置换装置210和流体输送装置230下达命令而调节去除速率所需的。计算机150可指引第二流体102a的流动以便通过238输送浆料或可变的研磨剂浆料，通过236输送浆料和通过234输送去离子水。选择去离子水、浆料和研磨剂含量可变的浆料或组合来调节由CMP系统所赋予的平面化程度。
图9是如上所述CMP系统200的剖视图，其提供输送第二流体102a的流体输送装置230的可选择实施方案。如所示，流体输送装置230可为具有几个流体输入端的单个喷嘴。端口234、236和238可分别提供去离子水、浆料和研磨剂含量可变的浆料。一系列阀232可控制来自喷嘴的第二流体102a的输送。一系列阀232可协助产生去离子水和浆料的某些混合物。响应传感器140反馈的计算机150可指引流体置换装置210和流体输送装置230以便最优化的晶片130表面的平面化，如上图8中所述。对控制从端口234、236和238选择第二流体102a的一系列阀232的控制也可以由计算机150指引。
图10a是用于CMP系统200的流体置换装置210和流体输送装置230的又一个实施方案。在此实施方案中，流体置换装置210和流体输送装置230是可置换和替换磨光垫101上的流体的头部220的一部分。头部220起执行和校正系统(其接收来自计算机150的命令)的作用，并且执行操作如流体置换和替换。头部220可具有几个通道，其被配置以协助在晶片载体135前置换和替换在磨光垫101上的流体。或者，头部220可具有流体置换装置210和流体输送装置230，其以适当方式连接，以保证置换和替换影响磨光垫101应用范围的区域。
头部220可被置于磨光垫101以上约0.1mm-约25mm并且将被最优化以提供对存在于流体限制装置104下游的磨光垫101上的流体的最佳受控置换。精确的最佳位置将取决于第一流体102分配速率、它的粘度、润湿系数、接近流体置换装置210的磨光垫101进速。其他的参数也可限定流体置换装置210的能力在流体限制装置104和晶片载体135之间在贴近的位置提供置换流体212来有效清理凹槽106、微孔108和第一流体102的磨光垫101表面。在头部220的结构中，流体置换装置210被结合为通道，其位于流体限制装置104下游最近处并且位于晶片载体135上游最远处。被结合作为头部220一部分的流体置换装置210以θ角度提供置换流体212，该角度可为约10度-高达约90度。垂直或正交于磨光垫101的线可确定用于测量θ角的合适参照物。施加置换流体212的θ角可被最优化以便提供来自磨光垫101的第一流体102的最佳置换。置换流体212可利用喷嘴或其他工艺通过流体置换装置210而被释放以便提供约5-约40磅/平方英寸(PSI)的流体压力。
参考图10a，头部220被配置以包括按上述图8和9中的流体输送装置230的方式用于输送第二流体102a的端口238和234。端口238和234可被配置以分别输送浆料或研磨剂含量可变的浆料和去离子水。由头部220置换和替换流体影响流体限制装置104和晶片载体135之间的磨光垫101的区段(还称为部分)。响应传感器140反馈的计算机150可指引流体置换装置210和流体输送装置230以便最优化受所述区段影响的晶片130表面的平面化，如上图8中所述。
图10b提供没有流体输送装置103和流体限制装置104的CMP系统。如图10b所示，具有流体置换装置210与端口238和234的头部220本身可在由CMP系统晶片平面化的部分应用范围中提供流体组合物。用于连接流体置换装置210的流体输送装置230的其他结构如那些图8-9中描述的那些也是适合的。当磨光垫沿方向120移动时，在磨光垫101应用范围内受头部220影响的流体的置换与替换足够完成晶片130相应位置的平面化。
图11a提供以上图8-10中所述的CMP系统200的顶视图。应该理解的是晶片130的旋转速度以及磨光垫101的线速度造成一种情况，其中指向晶片130中心的流体由于晶片130的旋转速度而被推开至侧面。在该情况下，例如，其中浆料存在于磨光垫101上，由于在中心处可获得较少量的浆料，晶片130中心受到较低的去除速率。晶片130的旋转提供在晶片载体135下定向的过量流体的可选择通路122。如以上图8中所述，磨光垫101凹槽106和微孔108中的第一流体102或第二流体102a基本上直线地或沿方向120(台式)前进而形成第二流体102a的通路122b。在磨光垫101上的流体材料可在通路122a中按照晶片载体135的旋转而被移位。第二流体102a基本上是在磨光垫101的材料中，以致甚至当晶片载体135旋转时在凹槽106和微孔108内的部分将在晶片载体135下沿通路122b前进。当施加于旋转晶片时，在直线带上输送的流体的通路将实现圆形应用。就旋转式CMP系统(在以下图14a和14b中讨论)来说，在磨光垫101的凹槽106和微孔108中的流体的方向120将影响非直线型的通路。在磨光垫101上的部分第二流体102a，即，在磨光垫101表面上并且在微孔108和凹槽106外的过量流体，当磨光垫101沿方向120前进时通过晶片载体135的移动可被部分置换。
仍旧参考图11a，提供第二流体102a的图8-9中的流体输送装置以及端口238和234还可被置于根据晶片130沿方向121的预期旋转的位置。就直线带CMP系统来说，应该理解的是带可沿直线方向120朝晶片130移动同时晶片130绕其轴旋转。磨光垫101的高相对速度部分130a处在磨光垫101和晶片130的运动是相反的地方，如图11a的顶端部分所示。低相对速度部分130b所经受的是在同一相对方向上的晶片130旋转和磨光垫101移动。由于在带的上半部产生的较大量的碎片和加工副产品，结果，磨光垫101往往受污于经受较高相对速度的区域。因而，流体限制装置104和第一流体102的池的一个功能是收集和更均一地分配碎片而不是使碎片在磨光垫101的同一普遍范围内再循环。通过促进更均一的磨耗型态，碎片均匀分布可延长磨光垫101的使用期限，因而增加多重晶片的加工稳定性。
如上所述的传感器140可排列在晶片130上，如传感器141-147所示。虽然图例提供了七个传感器，但是为了实时控制，提供晶片材料性质的任何适合数目的传感器都可用于为计算机提供反馈。在传感器141-147阵列中的各个传感器140被配置以探测晶片130的材料性质，如上所述。传感器141-147与横跨磨光垫101应用范围的多个头部220相关连。所述应用范围由多个横跨磨光垫101范围的区域限定，当磨光垫101沿方向120朝排列在晶片130上的传感器141-147前进时，所述区域将前进到正好在晶片130下方的位置。
如图11a所示，具有多个流体置换装置210和被配置以分别输送浆料或研磨剂含量可变的浆料和去离子水的端口238和234的头部220可被配置以覆盖应用范围。流体限制装置104下游的头部220通过在多个由传感器141-147指定的位置置换第一流体102并用第二流体102a替换而对部分晶片130的表面施加差别性去除速率。头部220可在根据晶片130沿方向121预期旋转的位置提供第二流体。
头部220可由臂114或其它适合结构支撑，用来在磨光垫101应用范围上放置头部220。本领域技术人员应该理解的是流体置换和替换可在一个或多个位置进行。可配置头部220的位置以便能够在磨光垫101表面上隔离特定区段以便控制施加于晶片130的去除速率。包含多个置换和替换装置的单个头部可用于覆盖应用范围。或者，多个头部220可阵列于应用范围，其中每一个头部都可进行受控的直线运动，以便影响应用范围的期望部分。通过控制流体置换装置210和部分1的端口238和234头部220的部分1影响由传感器141监控的晶片130的区域。类似地头部220的部分5影响与传感器145有关的应用范围部分。如果由任何一个传感器141-147产生的信号显示去除速率过高，即，与传感器141-147中的一个对应的晶片130特定区域中的厚度较低，那么，流体置换装置210可由计算机指引(如上图10a中所述)以置换第一流体102并且端口234可输送去离子水、或端口238可输送研磨剂含量可变的浆料以便调节平面化程度和减少晶片130上的相应点所受到的去除速率。类似地，当在部分晶片130上已经获得期望厚度时，起执行和校正系统作用的头部220用来自端口234的去离子水置换第一流体102并用其替换第一流体102，防止在受作用的范围内进一步的平面化。
在图11b中提供一图形，其图解说明一个示范性的CMP系统200所用的控制方法。在X轴上提供来自晶片载体135的传感器阵列，显示为传感器141-147。如上图11a中所述，传感器141-147提供相对于磨光操作的反馈，还被称为相对去除速率，与应用范围的区段相关联。磨光操作的相对去除速率在Y轴上提供。目标去除速率显示为中值，正数1、2和3表示X轴上的传感器所受到的去除速率相对增加。与传感器141相关联的为-1的去除速率值表示所测值小于该特定传感器的目标值。如果去除速率值低于目标值，那么以上图8-9中所述的流体置换装置210将置换磨光垫101上的第一流体102并且流体输送装置230将用浆料替换第一流体102。类似地，可添加研磨剂含量可变的浆料以增加传感器141所受的相对去除速率。
在可选择实施方案中，如图10a中所述的头部220结构，磨光垫101上的被置换的第一流体102将被由浆料或研磨剂含量可变的浆料组成的第二流体102a替换以便增加传感器141所测的相对去除速率。若传感器，如传感器144显示比目标值高的去除速率，置换第一流体102并用去离子水替换将驱使传感器144所受的相对去除速率朝目标值的方向下降。与横跨应用范围的各个区段有关的流体置换装置201和流体输送装置230可独立或动态地工作，以便最优化相对去除速率来影响CMP系统所磨光的材料的目标厚度。
图12是图8-11中所述的CMP系统的可选择实施方案。臂114提供对于头部220的支撑，所述头部220包含流体置换装置210以及被配置以分别输送浆料或研磨剂含量可变的浆料和去离子水的端口238和234。臂114可移动头部220到由传感器141-147指定的位置。臂114可具有若干关节113并且可由任何适用技术如步进马达、伺服马达等控制，以便在流体限制装置104下游的磨光垫101的表面上置换和用第二流体102a替换第一流体102，以求控制施加于晶片130的去除速率。另外多个臂114′可移动多个头部115′到由计算机150指定的位置以便提供置换和替换包括如图11中所述的磨光垫101应用范围上的薄膜在内的流体。被配置以支撑流体置换装置210以及担负往磨光垫101输送替换流体的端口238和234的多个臂114′，如上所述，可被CMP系统使用以差别性地控制去除速率来确保晶片130表面上剩余的材料的目标厚度。
图13提供配置在臂114上的头部220的可选择结构。头部220可沿臂114直线移动，如图13中所述，该臂114延伸跨越磨光垫101的宽度。头部220的位置能够在流体置换装置210以及被配置以分别输送浆料或研磨剂含量可变的浆料和去离子水的端口238和234下隔离磨光垫101表面上的特定区域，以便控制施加于晶片130的去除速率。可任选多个头部220′以提高应用范围的覆盖面，即将在晶片130表面下通过的磨光垫101的范围。头部220和多个头部220′可沿臂114一致或独立地直线移动，该臂114延伸跨越磨光垫101的宽度。以上图8所述的计算机150可提供头部220或多个头部220′移动的协调，以便适当地配备磨光垫101用于差别性地控制平面化操作。
图14a是以上图8-10和图11a-11b所述的CMP系统的可选择结构的侧视图。晶片载体135可被配置以将晶片130置于旋转平台上的磨光垫101的上。头部220用来置换和替换存在于磨光垫101上的流体以控制晶片130表面上材料的相对去除速率。
图14B是旋转式结构的CMP系统的顶视图，其使用置换和替换组成磨光垫101上的薄膜的流体。臂114在晶片载体135的上游和在流体输送装置103和流体限制装置104的下游支撑在旋转磨光垫101上的头部220。如以上图中所述，头部220包含流体置换装置210(其提供在磨光垫101上置换第一流体102)以及端口238和234(其提供用第二流体102a替换第一流体102)。
图15是一幅流程图，其提供控制磨光垫上的薄膜的性质的方法。该方法在操作704中由置换存在于磨光表面区域上的流体而开始。磨光垫上和磨光垫中的薄膜的流体材料组成可取决于磨光操作而变化。被置换的流体(其构成磨光垫区域上和磨光垫区域中的薄膜)可包括浆料、一定量的去离子水、化学品、异丙醇、微粒、研磨剂、材料残余物和垫残余物。在操作708中，在磨光表面区域用第二流体替换被置换的流体。第二流体可为浆料、研磨剂含量可变的浆料、浆料和去离子水中的一种或组合。作为磨光垫表面上和磨光垫中的薄膜的第二流体通过作用于位于下游的晶片区域而有助于磨光操作。置换和替换流体的方法可被应用于所有类型的CMP设备，由于其控制有助于平面化加工的薄膜材料组成，因此不局限于直线或旋转系统。
图16是一幅根据本发明的一个实施方案的流程图，其说明控制磨光表面上的薄膜的性质的操作方法。当为了在操作804中使一种或多种薄膜被去除而提供晶片时，该方法开始。在加工操作前可产生基片的厚度图。当扫描晶片表面以获得厚度数据而无外部感应物体或第三体时，可产生厚度图。这里，校准器及其他中转站可用来扫描晶片表面以便产生如上所述的厚度图。仅当晶片和扫描机构用来产生厚度图时，第三体即导电物体在这里不存在。识别厚度数据的基片分量和厚度数据的薄膜分量。这里，由扫描晶片表面产生的信号被细分为基片分量和薄膜分量。例如，感应信号可被分解为两个分量。应该理解的是由此分量数据，可产生校准系数，该校准系数可被随后用于厚度的下游测量，即嵌入于晶片载体的传感器，以便更确切地确定厚度。
然后该方法进行操作806，晶片被转移到加工站。在一个实施方案中，加工站是CMP系统。当然，任何适合的自动机器、机械或手工操作都可用来转移晶片到加工站。该方法然后移到操作808，晶片载体上的传感器确定与晶片上离散点相应的薄膜厚度，并且探测外部感应物体或第三体的存在。这里，如上所述参考图8-13嵌入于晶片载体的一个或多个传感器可用来探测厚度数据。在一个实施方案中，感应传感器被用来进行这种探测，然而可使用散射计、光谱反射计、热监控、应力监控及其他传感器。
接着在操作810中，调节与晶片上的点对应的厚度数据以基本上去除基片分量和第三体效应。即，用在没有第三体的情况下所确定的校准系数来分离与上述晶片上薄膜有关的厚度数据。厚度图的坐标与加工操作中所用的传感器(例如，如上所述的感应传感器)相联系。厚度图上的点可与嵌入在晶片载体中的传感器相联系，以便平面化加工可控制在与嵌入在晶片载体中的传感器相关的区域中。计算机，亦称控制器，如上述图8所述可提供构成这个联系所必需的计算。在操作812中，当浆料被施加于垫上时，晶片表面的平面化在操作814中开始。离散位置处的薄膜厚度是由接收传感器816的反馈的计算机计算，如上所述，所述传感器从晶片上被平面化的区段监控薄膜的影响。每个操作821继续平面化加工直到在操作818中在特定位置获得期望的厚度。如果在特定位置获得期望的厚度，在操作822中查询全部传感器位置。
如果期望的厚度在部分而不是全部位置获得，流体置换装置和流体输送装置置换和替换磨光垫上组成薄膜的流体以便在操作825中在期望的磨光垫应用范围的区段内影响相对去除速率，如上述图8-14中所述。置换和替换区段的阵列被配置于磨光垫表面的应用范围。计算机可基于与受薄膜性质影响的范围相关联的传感器的反馈在所述区段调节所述置换和替换。如果系统未装备计算机或如果要求手动控制，所述置换和替换区段可通过基于预平面化分析和或晶片测绘的手工或其他机械技术进行定位和调节。可完成系统的预校准以便传感器的反馈在置换和替换操作的定位和实时控制中不再是如此重要或关键的。
为了实现通过磨光垫表面被磨光的材料的目标厚度，基于传感器的反馈，计算机在区段中以差别性速率设置置换和替换的调节度。在具有期望厚度或过度去除速率的区段中，流体置换装置置换主要由来自磨光垫的浆料组成的第一流体并且用第二化学惰性非研磨剂流体即去离子水替换第一流体。或者，去除速率可在期望的范围内在操作825中通过置换第一流体并且用浆料或研磨剂含量可变的浆料替换而增加。
然后在操作812中该方法继续将浆料施加到磨光垫，虽然由计算机指定已获得期望厚度的范围具有替换浆料的由去离子水组成的第二流体。继续操作812直到在操作822中所有位置的传感器都显示已经获得期望厚度。当在晶片上所有位置已经获得期望厚度时，平面化加工完成，并且在操作830中从磨光垫移走晶片。
总之，本发明实施方案提供一种CMP系统，其可被配置以差别性地控制所施加于晶片区域的去除速率。与均一去除速率相反，差别性控制使得能够获得均一的厚度。通过使用产生池的流体限制装置，均一的浆料层被限定于限制装置的下游。通过在磨光垫中和磨光垫上所指定的位置置换由浆料、微粒、研磨剂、异丙醇和水中的一种或其组合组成的第一流体，流体置换装置提供了过程控制。可包括一个或多个流体输送端口的流体输送装置可用去离子水、浆料或研磨剂含量可变的浆料在磨光垫的区段中替换被置换的第一流体。流体置换装置和流体输送装置置换和替换磨光垫上组成薄膜的流体，以在磨光垫应用范围的期望区段中影响相对去除速率。在晶片载体上的可探测被磨光的晶片材料性质的传感器为流体置换装置和流体输送装置提供反馈，以调节平面化程度和减少晶片上相应点处所受到的去除速率。当在部分晶片上已经获得期望的厚度时，可为头部一部分的流体置换装置和流体输送装置置换第一流体并且用去离子水替换第一流体，以在受作用的范围内防止进一步的平面化或显著减少平面化。
在对晶片均一地探测到期望厚度后，平面化操作完成并且可发出信号以停止操作。如上所述的多个传感器使得通过最初在非工艺操作条件下以及在平面化加工期间确定晶片上薄膜的厚度而确定终点和相关的去除速率。上述的实施方案可被应用于旋转或轨道型CMP系统以及依赖带式抛光介质的直线CMP系统。
在本文中依据几个示范性的实施方案已描述了本发明。经研究本发明的说明书和实际操作，本发明的其他实施方案对于本领域技术人员来讲是显而易见的。上述具体实旋方案和优选特征应被认定为是示范性的，本发明由所附权利要求限定。
权利要求
1.一种用于化学机械平面化系统的设备，其包括流体置换装置，其可被置于磨光垫上贴近的位置，该流体置换装置被配置以从磨光垫区域置换至少部分第一流体；和流体输送装置，其可在所述磨光垫区域用第二流体替换第一流体，第二流体不同于第一流体。
2.权利要求1的设备，其中流体置换装置提供空气、干净的干燥空气和氮气中的一种以从磨光垫区域置换第一流体。
3.权利要求1的设备，其中流体置换装置在磨光垫上贴近的位置为约0.1mm-约25mm。
4.权利要求1的设备，其中流体置换装置可提供约5-约40磅/平方英寸(PSI)的流体压力。
5.权利要求1的设备，其中流体置换装置偏离磨光垫约10度-约90度的角度。
6.权利要求1的设备，其中第一流体可为浆料、去离子水、异丙醇、微粒、研磨剂、材料残余物和垫残余物中的一种或其组合。
7.权利要求1的设备，其中由流体输送装置输送的流体可为去离子水、浆料和研磨剂含量可变的浆料中的一种或其组合。
8.权利要求7的设备，其中选择去离子水、浆料和研磨剂含量可变的浆料中的一种或其组合来调节CMP系统实施的平面化程度。
9.一种加工半导体基片的系统，其包括磨光垫；晶片载体，该晶片载体可被置于磨光垫上贴近的位置，该晶片载体被配置以接收晶片；第一流体，可置于磨光垫上，该流体有助于由晶片载体固定的晶片的平面化；流体限制装置，可受控使第一流体分布于整个磨光垫；流体置换装置，可被置于流体限制装置和载体头部之间的磨光垫上贴近的位置，该流体置换装置可从磨光垫上的区域置换至少部分第一流体；和流体输送装置，其可在所述磨光垫区域用第二流体替换第一流体，第二流体不同于第一流体。
10.权利要求9的系统，其中第一流体可为浆料、去离子水、异丙醇、微粒、研磨剂、材料残余物和垫残余物中的一种或其组合。
11.权利要求9的系统，其中流体置换装置提供空气、干净的干燥空气和氮气中的一种以从磨光垫区域置换第一流体。
12.权利要求9的系统，其中流体置换装置在磨光垫上贴近的位置为约0.1mm-约25mm。
13.权利要求9的系统，其中流体置换装置可提供约5-约40磅/平方英寸(PSI)的流体压力。
14.权利要求9的系统，其中流体置换装置偏离磨光垫约10度-90度的角度。
15.权利要求9的系统，其中由流体输送装置输送的流体可为去离子水、浆料和研磨剂含量可变的浆料中的一种或其组合。
16.权利要求15的系统，其中选择去离子水、浆料和研磨剂含量可变的浆料中的一种来调节CMP系统实施的平面化程度。
17.权利要求16的系统，其中置换流体装置和流体输送装置影响磨光表面的区段。
18.权利要求17的系统，其还包括由至少两个所述区段限定的多个区段以横跨磨光表面的应用范围。
19.一种控制存在于磨光垫表面上薄膜性质的方法，其包括置换存在于磨光表面区域上的流体；在所述磨光表面区域用第二流体替换被置换的流体，该区域的替换发生在置换之后，以便第二流体占据先前由被置换的流体占据的区域。
20.权力要求19的控制存在于磨光垫表面上薄膜性质的方法，其中置换和替换被配置以控制薄膜的性质，其用来改变平面化程度。
21.权力要求19的控制存在于磨光垫表面上的薄膜的性质的方法，其中第二流体是去离子水、浆料和研磨剂含量可变的浆料中的一种或其组合。
22.权利要求20的控制存在于磨光垫表面上的薄膜的性质的方法，其中该置换和替换覆盖磨光垫表面的区段。
23.权利要求22的控制存在于磨光垫表面上薄膜性质的方法，其还包括从所述区段监控薄膜对被平面化的晶片的影响；接收来自与受影响的基片平面化相关的传感器的相对于所述区段的反馈；和基于从与受薄膜性质影响的范围相关的传感器接收的反馈在所述区段调节所述置换和替换。
24.用于化学机械平面化(CMP)系统的设备，包括；头部，其可被置于磨光垫上贴近的位置，该头部包括，限定在头部中的输入端，该输入端可在贴近的位置输送流体并且输送到磨光垫的表面上；和在头部中的输出端，该输出端邻近于输入端定向，该输出端可去除至少部分被输送到磨光垫表面上的流体。
25.权利要求24的设备，其中该头部是可移动的。
26.权利要求24的设备，其中该头部可包含多个附加的输入端和输出端。
27.权利要求24的设备，其中可配置多个头部以横跨应用范围。
28.权利要求24的设备，其中头部在磨光垫上贴近的位置为约0.1mm-约1mm。
29.权利要求24的设备，其中流体可为无研磨剂化学惰性液体、去离子水和与方法无关的流体中的一种。
30.权利要求24的设备，其中输出端可去除存在于磨光垫上的材料。
31.权利要求30的设备，其中在磨光垫上可被输出端去除的材料可为浆料、去离子水、异丙醇、微粒、研磨剂、材料残余物和垫残余物中的一种或其组合。
32.权利要求24的设备，其还包括计算机。
33.权利要求32的设备，其中计算机可与位于CMP系统上的传感器通讯。
34.权利要求33的设备，其中传感器可探测基片材料性质，所述性质包括薄膜厚度、传导率、表面粗糙度和表面形态高度变化。
35.控制磨光垫表面上的薄膜的性质的方法，包括在磨光垫上输送流体，该输送在磨光垫表面上贴近的位置；和从磨光垫表面上去除至少部分所述流体，该去除被配置以发生在磨光垫表面上贴近的位置并且邻近于流体的输送。
36.权利要求35的控制磨光垫表面上的薄膜的性质的方法，其中所述输送和去除被配置以有助于控制磨光垫表面上的薄膜的性质。
37.权利要求36的控制磨光垫表面上的薄膜的性质的方法，其中薄膜包括浆料、一定量的去离子水、一定量的化学品、异丙醇、微粒、研磨剂、材料残余物和垫残余物中的一种或多种。
38.权利要求35的方法，其中从薄膜去除浆料调节可由磨光垫表面赋予的平面化程度。
39.可控制化学机械磨光(CMP)系统的设备，包括传感器；计算机；和头部，其可被置于磨光垫上贴近的位置，该头部包括限定在头部中的输入端，该输入端可在贴近的位置输送流体并且输送到磨光垫的表面上；和在头部中的输出端，该输出端邻近于输入端定向，该输出端可去除至少部分输送到磨光垫表面上的流体。
40.权利要求39的设备，其中计算机可与位于CMP系统上的传感器通讯。
41.权利要求39的设备，其中传感器可探测被加工的晶片表面的材料性质。
42.权利要求41的设备，其中材料性质包括薄膜厚度、传导率、表面粗糙度和表面形态高度变化。
全文摘要
提供一种用于化学机械平面化系统(100)的设备。该设备包括流体置换装置和流体输送装置。流体置换装置可被置于磨光垫(101)上贴近的位置，该流体置换装置被配置以从该磨光垫(101)区域置换至少部分第一流体。流体输送装置(103)可在所述磨光垫区域用第二流体替换被置换的第一流体，第二流体不同于第一流体。还提供一种控制存在于磨光垫(101)表面上的薄膜的性质的方法。进一步提供一种设备，其可在磨光垫上输送流体，其中，输送是在磨光垫表面上贴近的位置。该设备应进一步可从磨光垫表面上去除至少部分所述流体。该去除被配置以发生在磨光垫表面上贴近的位置并且邻近于流体的输送。
文档编号B24B57/02GK1839015SQ200480023728
公开日2006年9月27日 申请日期2004年6月17日 优先权日2003年6月18日
发明者Y·戈特基斯, D·林 申请人:兰姆研究有限公司