专利名称：用于监控cmp抛光方法的方法和用于cmp抛光方法的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于监控CMP抛光方法的方法，和一种根据权利要求7的前序部分的用于执行CMP抛光方法的装置。
背景技术：
CMP抛光方法在半导体技术领域中、尤其是在制造诸如存储器芯片的集成电路时是基本的和重要的方法。CMP方法、即化学机械抛光是一种用于加工衬底表面的方法。例如在制造存储器芯片时采用CMP方法，以便平整或剥蚀衬底表面。在CMP方法中，向着要抛光的衬底的表面对旋转抛光面预加应力。通过抛光面和衬底之间的相对运动从衬底的表面剥蚀材料。在抛光期间可以在衬底和抛光面之间引入具有化学和机械磨蚀剂的抛光液，以便改善抛光过程。
精密的CMP抛光方法的一个重要参数是抛光过程的所规定的终点的识别，在该终点时衬底具有所希望的表面。
从DE 697 11 811 T2中公开了一种用于化学机械平整系统的终点探测器，其中通过抛光垫和衬底之间的接触面上的摩擦系数的突然变化来识别抛光过程的终点。随着摩擦系数的变化，对于所希望的抛光垫的速度而言所希望的扭矩也发生改变。因此可以通过监控扭矩变化来识别抛光过程的终点。
此外，从美国专利US 6,257,953 B1中公开了一种用于控制抛光方法的方法和装置。在该装置中，抛光布的保持器具有检测抛光布和晶片之间的力变化和/或扭矩变化的传感器，因此基于力变化和/或扭矩变化来执行对抛光方法的控制。
此外从Norm V.Gitis的文献“Tribology Issues in CMP”(Semiconductor Fabtech，第18版，第125-128页)中公开了，在CMP过程中设置一种测量装置，利用该测量装置来检测抛光布的表面特性。将该测量装置的测量信号用于起动抛光布的整理过程。此外，还将该测量装置的测量信号用于检测抛光布的磨损。
发明内容
本发明的任务在于提供用于控制CMP方法的改进的方法和改进的装置。
本发明的任务通过根据权利要求1的方法和通过根据权利要求7的装置来解决。
本发明方法和本发明装置的优点在于，将测量设备的测量信号用于识别晶片的材料特性的变化，其中利用该测量设备来检测抛光布的表面特性。试验已表明，测量设备的测量信号也可以被用于控制抛光方法本身。因此可以将由测量设备提供的、在现有技术中用于评价抛光布的表面特性的信号同时用于评价晶片的表面特性并且尤其用于控制抛光方法。
在从属权利要求中说明了本发明的其它有利的实施形式。
在一种有利的实施形式中，测量设备检测抛光布和测量设备之间的力作用。在另一种有利的实施形式中，代替力作用也可以检测抛光布和测量设备之间的摩擦作用，以便识别晶片表面的材料变化。抛光布和测量设备之间的力作用和/或摩擦作用的利用提供了可以实现简单检测的优点。为此可以采用提供可靠信号的扭矩传感器或力传感器。
在另一种有利的实施形式中，如果测量设备的测量信号变化了一个规定的值，则识别出晶片的表面特性的变化。因此可以可靠地识别晶片表面上的层的终点或晶片表面上的新层的开始。因而可以执行对CMP过程的精确控制。
在另一种有利的实施形式中，为测量信号和/或测量信号的变化存储对应于所规定的材料变化的参考值。因此可以通过简单的比较来识别晶片表面的材料变化。因此即使在衬底表面的材料成分极大不同的情况下也可以精确地识别材料变化。在另一种有利的实施形式中，将测量设备的测量信号用于控制CMP过程，并且尤其是用于CMP过程的终点识别，并用于CMP过程的终止。因此可以可靠地控制CMP过程。
以下借助附图来更详细地阐述本发明。
图1展示了用于执行CMP抛光方法的装置的示意图，图2展示了在抛光过程之前和抛光过程之后通过衬底的部分横截面，和图3展示了具有测量设备的测量信号的图。
具体实施例方式
图1以示意图的形式展示了用于执行CMP抛光方法的装置。该装置具有抛光布保持器1，其中抛光布2被固定在该抛光布保持器上。抛光布保持器1通过驱动轴3与驱动单元4相连接。通过驱动单元4在驱动轴3的纵向轴线上可旋转地支承抛光布保持器1。
晶片形式的、例如硅晶片形式的衬底5位于抛光布2上。衬底5被固定在衬底保持器6上，该衬底保持器6通过第二驱动轴7同样与驱动单元4处于连接中。用这样的方式来构造驱动单元4，使得衬底保持器6不仅可以围绕第二驱动轴7的中心轴线旋转，而且可以平行于抛光布2的表面移动。此外，可以使抛光布保持器1和衬底保持器6彼此相对地处于预应力下。因此可以调节抛光布和衬底之间的摩擦力，并且因此影响剥蚀过程的速度。
此外，设置有具有接触盘9、传感器10、分析单元11和数据存储器12的测量设备8。传感器10和接触盘9被固定在第二驱动单元13上，利用该第二驱动单元13可以在朝着抛光布2上的方向上移动接触盘9和传感器10。分析单元11通过信号线14与传感器10相连接。此外，分析单元11通过数据线15与数据存储器12相连接。在一种优选的实施形式中，分析单元11通过控制线16与驱动单元4处于连接中。此外，设置有用于将抛光液输送到抛光布2的表面上的输送管路17。
以下阐述根据图2的CMP抛光装置的工作方式。在CMP过程开始时，通过驱动单元4将衬底5以衬底表面18放到抛光布表面19上。在此情况下，可以优选地调节衬底5相对于抛光布2的所希望的预应力。此外通过输送管路17将抛光液涂覆到抛光布表面19上。抛光液可以包含有利地影响抛光过程的化学添加剂和/或机械颗粒。
随后使抛光布保持器1处于旋转运动，该旋转运动是按照驱动轴3的中心轴线取向的。此外使衬底保持器6按照第二驱动轴7的中心轴线处于旋转运动。附加地使衬底保持器6处于摆动运动，在该摆动运动中，衬底5在抛光布2的中点和边缘区之间来回运动。
此外，通过第二驱动单元13用所规定的力将接触盘9压向抛光布表面19。还通过在所示出的实施例中被构造为力传感器和/或扭矩传感器的传感器10来检测在接触盘9和抛光布表面19之间起作用的力和/或起作用的扭矩，并且通过传感器线14转送到分析单元11上。传感器10优选地检测接触盘9和抛光布表面19之间的摩擦力。
根据所选择的实施形式，不需要在整个CMP抛光方法期间将接触盘9放在抛光布表面19上，而在一种优选的实施形式中，如果在规定的时间间隔中使接触盘9与抛光布表面19接触，则就已足够了。
分析单元11将由传感器10传送到分析单元11上的测量信号与所规定的参考值进行比较。所规定的参考值被存放在数据存储器12中，并且例如相当于预先规定的衬底表面的摩擦值和/或扭矩值，即相当于衬底表面的预先规定的材料成分和/或CMP过程的预先规定的终点，在这些终点时CMP过程已生成所希望的衬底表面并且终止CMP过程。在另一种优选的实施形式中，不是将摩擦值和/或扭矩值作为参考值来存放，而是将这些摩擦值和/或扭矩值的时间变化作为参考值来存放。
在CMP过程期间，分析单元11优选地连续地将由传感器10提供的测量信号与所存储的参考值进行比较。如果该比较得出传感器10的测量信号相当于所存储的参考值，则由分析单元11识别出衬底表面18的相应的材料成分。现在将对衬底表面的预先规定的材料成分的识别优选地用于控制CMP过程。例如CMP过程的控制可以在于，改变CMP过程的参数、例如抛光液的成分、衬底5相对于抛光布2的预应力、和/或衬底保持器6的运动、和/或抛光布保持器1的运动。
在一种优选的实施形式中，其中由传感器10提供的测量信号对应于CMP过程的终点，由分析单元11通过给驱动单元4的控制信号来终止CMP过程。为此，驱动单元4终止对驱动轴3和第二驱动轴7的控制，并且此外将衬底5从抛光布2取走，使得可以用新的衬底来更换衬底5。
图2a展示了在CMP抛光方法之前的衬底5。衬底5具有分级的表面，在该表面下构造具有多晶硅柱20的结构，其中分别用氮化物层21来覆盖这些多晶硅柱20。整个结构用硅酸盐玻璃22来注满。对于该实施例，当在CMP剥蚀过程中到达多晶硅柱20的表面时，针对接触盘9和抛光布表面19之间的摩擦值在数据存储器12中存放传感器10的测量信号的最终参考值。
图2a中所示出的衬底5被固定在衬底保持器6上，并且根据上述方法经受CMP抛光方法。在此情况下，连续地通过测量设备8来检测接触盘9和抛光布2之间的有效连接。将由传感器10所检测的测量信号转送到分析单元11上。分析单元11将由传感器10所传送的测量信号与存储在数据存储器12中的最终参考值进行比较。如果比较得出由传感器10所传送的测量信号相当于最终参考值，则终止CMP抛光过程。在所示出的实施例中，将摩擦力作为最终参考值存储在数据存储器12中，当如图2b所示出的那样，剥蚀衬底5直至多晶硅柱20的表面时，在抛光布2和接触盘9之间出现该摩擦力。在此情况下，在数据存储器12中存放在从氮化物层21过渡到多晶硅柱20时所出现的绝对摩擦值和摩擦值的时间导数。因此利用所述方法基于测量信号和/或测量信号的时间变化的比较来识别，根据图2b利用抛光方法剥蚀了衬底5。
图3展示了传感器10的在CMP过程期间所检测到的测量信号的图，在该CMP过程中剥蚀了图2a的衬底5直至图2b中所示出的层厚。
在图3中的图中，在时间t上绘出了由传感器10所检测的摩擦信号。此外，并行地在时间上绘出了表示抛光液的化学成分的化学传感器信号(EP信号)。该化学传感器信号利用相应的化学传感器来检测，并且当完全剥蚀了氮化物层21并开始剥蚀多晶硅柱20时，该化学传感器信号显示出上升。在第零个时刻T0起动CMP方法。此时传感器10的测量信号首先急剧上升，以便然后随着时间的过去近似渐近地下降到中间值。随后在直至第一时刻T1的所规定的持续时间内近似地保持该中间值，直至出现摩擦信号的重新急剧的下降为止。该重新急剧的下降表明在抛光方法中从氮化物层21向多晶硅柱20的转变。因此可以用以下方式来识别根据图2b的多晶硅柱20的到达，即在达到中间值之后表示摩擦信号的测量信号重新具有所规定的时间上的下降，其中在数据存储器12中不仅存储中间值而且存储摩擦信号的时间变化，用于比较和识别所分配的根据图2b的表面情况。
代替图3中明确地示出的摩擦信号，也可以检测扭矩信号。本发明方法和本发明装置能够被用于极大不同种类的衬底，以便在CMP过程中识别衬底表面上的规定的材料变化。为此在数据存储器中存储例如通过实验确定的相应的比较值。
权利要求
1.用于监控CMP抛光方法的方法，其中衬底(5)被固定在保持器(6)中，其中抛光布(2)被固定在盘(1)上，其中所述抛光布(2)的表面(19)与所述衬底(5)的表面(18)处于有效连接中，其中使所述抛光布(2)和所述衬底(5)彼此相对地运动，使得从所述衬底(5)的表面剥蚀材料，其中设置有与所述抛光布(2)的表面处于有效连接中的测量设备(8)，其中所述测量设备(8)生成依赖于所述抛光布(2)的表面特性的测量信号，其特征在于，将所述测量信号用于识别在所述CMP抛光方法期间所述衬底(5)的表面的材料变化。
2.按权利要求1的方法，其特征在于，所述测量设备(8)检测所述抛光布(2)和所述测量设备(8)之间的力作用。
3.按权利要求1或2的方法，其特征在于，所述测量设备(8)检测所述抛光布(2)和所述测量设备(8)之间的摩擦作用。
4.按权利要求1至3之一的方法，其特征在于，将所述测量信号的所规定的变化识别为所述衬底(5)的表面材料的变化。
5.按权利要求1至4之一的方法，其特征在于，将所述测量信号和/或所述测量信号的变化与参考值进行比较，并且依赖于所述比较来识别所述衬底(5)的表面的材料变化。
6.按权利要求1至5之一的方法，其特征在于，将所述测量信号和/或所述测量信号的变化与对应于CMP过程的终点的参考值进行比较，并且在所述测量信号和/或所述测量信号的变化与所述参考信号一致时，识别出所述CMP过程的终点并且终止所述CMP过程。
7.用于执行CMP抛光方法的装置，具有用于保持衬底(5)的衬底保持器(6)，具有用于保持抛光布(2)的抛光布保持器(1)，具有驱动装置(4)，利用该驱动装置可以使所述衬底保持器(6)和所述抛光布保持器(1)彼此相对地运动，其中用这样的方式来构造所述衬底保持器(6)和所述抛光布保持器(1)，使得可使所述抛光布(2)与所述衬底(5)的表面有效连接，其中设置有测量设备(8)，可使该测量设备与所述抛光布(2)有效连接，其中所述测量设备(8)具有传感器(10)，利用该传感器可检测所述抛光布(2)的表面特性，其中利用所述测量设备(8)可以生成依赖于所述抛光布(2)的表面特性的测量信号，其特征在于，设置有与所述传感器(10)相连接的分析单元(11)，所述分析单元(11)与数据存储器(12)相连接，在所述数据存储器(12)中存放有所述传感器(10)的测量信号的、被分配给所述衬底(5)的表面特性的参考值，可以将所述测量信号输送给所述分析单元(11)，并且所述分析单元(11)被构造用于通过所述测量信号和参考值之间的比较来识别所述衬底(5)的表面特性和/或表面变化。
8.按权利要求7的装置，其特征在于，所述传感器(10)检测所述抛光布和所述测量设备(8)之间的摩擦值，并且所述分析单元(11)根据所述摩擦值和存放在所述数据存储器中的相应的参考值来识别所述衬底(5)的表面特性和/或表面变化。
9.按权利要求7或8之一的装置，其特征在于，所述测量设备(8)检测所述抛光布(2)和所述测量设备(8)之间的摩擦的变化作为测量信号，并且所述分析单元(11)被构造用于根据所述摩擦的变化和存放在所述数据存储器中的相应的参考值来识别所述衬底(5)的表面特性和/或表面变化。
10.按权利要求7至9之一的装置，其特征在于，在所述数据存储器(12)中存放有所述测量信号的参考值，这些参考值对应于CMP过程的终点，所述分析单元(11)与所述衬底保持器和抛光布保持器(6，1)的驱动装置(4)相连接，并且所述分析单元(11)被构造用于基于所述测量信号和所述参考值之间的比较来识别所述CMP过程的终点并且终止所述CMP过程。
11.用于监控CMP抛光方法的方法，其中衬底(5)被固定在保持器(6)中，其中抛光布(2)被固定在盘(1)上，其中所述抛光布(2)的表面(19)与所述衬底(5)的表面(18)处于有效连接中，其中使所述抛光布(2)和所述衬底(5)彼此相对地运动，使得从所述衬底(5)的表面剥蚀材料，其中设置有与所述抛光布(2)的表面处于有效连接中的测量设备(8)，其中所述测量设备(8)生成依赖于所述抛光布(2)的表面特性的测量信号，其中将所述测量信号用于识别在所述CMP抛光方法期间所述衬底(5)的表面的材料变化，其特征在于，所述测量设备(8)检测所述抛光布(2)和所述测量设备(8)之间的力作用或摩擦作用。
12.用于执行CMP抛光方法的装置，具有用于保持衬底(5)的衬底保持器(6)，具有用于保持抛光布(2)的抛光布保持器(1)，具有驱动装置(4)，利用该驱动装置可以使所述衬底保持器(6)和所述抛光布保持器(1)彼此相对地运动，其中用这样的方式来构造所述衬底保持器(6)和所述抛光布保持器(1)，使得可使所述抛光布(2)与所述衬底(5)的表面有效连接，其中设置有测量设备(8)，可使该测量设备与所述抛光布(2)有效连接，其中所述测量设备(8)具有传感器(10)，利用该传感器可检测所述抛光布(2)的表面特性，其中利用所述测量设备(8)可以生成依赖于所述抛光布(2)的表面特性的测量信号，其特征在于，设置有与所述传感器(10)相连接的分析单元(11)，所述分析单元(11)与数据存储器(12)相连接，在所述数据存储器(12)中存放有所述传感器(10)的测量信号的、被分配给所述衬底(5)的表面特性的参考值，可以将所述测量信号输送给所述分析单元(11)，并且所述分析单元(11)被构造用于通过所述测量信号和参考值之间的比较来识别所述衬底(5)的表面特性和/或表面变化，所述传感器(10)检测所述抛光布和所述测量设备(8)之间的摩擦值作为测量信号，并且所述分析单元(11)根据所述摩擦值和存放在所述数据存储器中的相应的参考值来识别所述衬底(5)的表面特性和/或表面变化。
全文摘要
本发明涉及一种用于监控CMP抛光方法的方法，其中衬底被固定在保持器中，其中抛光布被固定在盘上，其中抛光布的表面与衬底的表面处于有效连接中，其中使抛光布和衬底彼此相对地运动，使得从衬底的表面剥蚀材料。设置有与抛光布的表面处于有效连接中的测量设备，其中测量设备检测抛光布的表面特性并生成依赖于抛光布的表面特性的测量信号。为了识别在CMP抛光方法期间衬底表面的材料变化，将测量信号与相应的参考值进行比较。
文档编号B24B49/00GK1781666SQ20051012895
公开日2006年6月7日 申请日期2005年12月2日 优先权日2004年12月2日
发明者C·鲁多尔夫, H·德鲁默, A·勒布曼, C·塔尔多夫 申请人:因芬尼昂技术股份公司