专利名称：用于化学机械抛光的端点检测系统的制作方法
专利说明用于化学机械抛光的端点检测系统 1.发明领域本发明通常涉及半导体晶片的化学机械抛光(CMP)，尤其是涉及用于抛光的端点检测技术。
2.相关技术的描述在半导体器件的制造中，需要进行CMP操作，其包含抛光、软布抛光、及晶片清洗。通常，集成电路器件是由多层的结构形成。在衬底层，形成具有扩散区域的晶体管器件。而在其后的层中，则图案化内连的金属化线并电连接至该晶体管器件以限定期望的功能器件。如所周知，由如二氧化硅等介电材料将图案化的导电层与其它的导电层绝缘。在每层金属化层，需要平坦化金属或者相关的介电材料。若没有平坦化处理的话，则额外的金属化层的制造将由于表面形状的较大变化而实质上变得更困难。在其它的应用中，将金属化线的图案形成于该介电材料中，然后将进行金属CMP操作以移除过量的金属化，例如铜。
在已知的技术中，化学机械抛光系统通常采用带式、轨道式、或刷式站(brush station)，其中以带、抛光垫或刷子用来对晶片进行擦洗、软布抛光及抛光。而研浆则用以促进并增强CMP操作。最通常将研浆导入到移动的制备表面上，例如，带、抛光垫、刷子等，且不仅分布于被软布抛光、抛光或以其它方式由CMP处理制备的半导体晶片的表面，还分布于制备表面上。而该分布是通常由制备表面的移动、半导体晶片的移动及该半导体晶片与该制备表面之间产生的摩擦力的组合所完成。
图1A显示一受到制造处理的介电层102的剖面图，其通常用于构成金属镶嵌及双金属镶嵌互连的金属化线。该介电层102设有一扩散阻挡层104，其沉积在该介电层102的蚀刻图案化的表面之上。如所周知，该扩散阻挡层通常为氮化钛(TiN)、钽(Ta)、氮化钽(TaN)或氮化钽(TaN)与钽(Ta)的组合物。一旦已将该扩散阻挡层104沉积至期望厚度时，则铜层104将以填满该介电层102中的蚀刻图案的方式形成在该扩散阻挡层上。某些过度的扩散阻挡与金属化材料也不可避免地沉积于场区域之上。为了移除这些过多的材料及限定期望的互连金属化线与相关的通路(未图示)，故将进行化学机械平坦化(CMP)操作。
如上所述，将CMP操作设置成从该整个介电层102上移除上端的金属化材料。例如，如图1B所示，已将该铜层106与该扩散阻挡层104的过多部分移除。如通常的CMP操作中，该CMP操作必须持续至所有过多的金属化与扩散阻挡材料104皆被从该整个介电层102上移除为止。然而，为了确保该所有的扩散阻挡层104被从该整个介电层102上移除，在其CMP处理期间内便需要一种监控处理状态及晶片表面状态的方法。这一般称为端点检测。在多重步骤的CMP操作中，需要去确定多个端点(如，确保从该扩散阻挡层上移除Cu；并确保从该介电层上移除该扩散阻挡层)。因此，将使用端点检测技术以确保所有期望的过多的材料都被移除。然而，随目前端点检测技术而来的一般问题为必须使用某些程度的过度蚀刻以用来确保将所有的导电材料(如，金属化材料或扩散阻挡层104)从该整个介电层102上移除，以防止意外的金属化线之间的电连接。不当的端点检测或过度抛光的副作用为碟状部108产生在该金属化层上，而其预期会残留在该介电层102之内。该碟状效应基本上是移除比预期多的金属化材料，并在该金属化线上留下碟状的特征。碟状部已知对互连的金属化线的性能有负面地影响，且太多碟状部会造成期望的集成电路无法实现其预期效果。
图1C显示已有技术的带式CMP系统，其中将抛光垫150设置成绕着滚筒151旋转。如在一般的带式CMP系统中，将抛光平台154设在该抛光垫150之下，以如图1D所示使用承载件152提供将晶片施加在其上的表面。进行端点检测的一种方法为使用光学检测器160，其中施加光使其穿过抛光平台154、穿过该抛光垫150并照射在被抛光的晶片100的表面上。为了实现光学端点检测，将抛光垫槽150a形成在该抛光垫150中。在某些实施例中，该抛光垫150可包含策略地设置于该抛光垫150的不同位置上的多个的抛光垫槽150a。通常，将该多个抛光垫槽150a设置成足够小，以将对抛光操作产生的影响减到最小。除了该抛光垫槽150a之外，将抛光平台槽154a限定在该抛光平台154中。在抛光期间内，将该抛光平台槽154a设置成允许光束穿过该抛光平台154、穿过该抛光垫150并照射在该晶片100的期望表面上。
通过使用光学检测器160，可确定从晶片表面移除的特定膜的程度。将该检测技术设置成通过检查由光学检测器160所接收的干涉图形而测量该膜的厚度。虽然该光学端点检测是适用于某些应用，但该光学端点检测并不适用在期望对半导体晶片100的不同地带或区域进行端点检测的情况下。为了检查该晶片100的不同区域，不仅必须限定数个抛光平台槽154a，还必须定义数个抛光垫槽150a。而当在该抛光垫150与该抛光平台154上限定的槽越多时，则对在该晶片100上进行的抛光将会有越大的不利影响。即，由于形成在该抛光垫150中的槽的数目，则不仅使该抛光平台154的设计变得复杂，且该抛光垫150的表面将变样。
此外，将已知的抛光平台154设置成策略地施加特定程度的背压至该抛光垫150上，以从该晶片100上精确地移除所述层。而当将更多抛光平台槽154a限定在该抛光平台154之中时，将更难以设计并实施地将压力施加到该抛光平台154上。因此，光学端点检测功能是通常难以整合到带式CMP系统中且也产生在不影响该CMP系统的精确抛光晶片层的功能下，如何完整地检测遍布晶片的不同区域或地带的端点的问题。
图2A显示示范的半导体芯片201在其上端的层已受到一铜CMP处理后的局部剖面图。使用标准的掺杂、光刻、及蚀刻技术后，将P型晶体管及N型晶体管形成于P型硅衬底200之内。如图所示，每一个晶体管设有栅极、源极、及漏极，而它们则形成于适当的沟道之内。交替的P型晶体管与N型晶体管的图形产生互补金属氧化物半导体(CMOS)器件。
将第一介电层202形成为覆盖于该晶体管与衬底200之上。使用已知的光刻、蚀刻及沉积技术以产生钨插塞210及铜线212。该钨插塞210在该铜线212与该晶体管上的工作部件之间提供电连接。将第二介电层204形成于该第一介电层202与铜线212之上。使用已知的光刻、蚀刻及沉积技术以便在该第二介电层204中产生铜通路220及铜线214。该铜通路220在该第二层中的铜线214与该第一层中的铜线212或钨插塞210之间提供电连接。
然后，该晶片通常受到铜CMP处理以平坦化如图1A至图1D所示的晶片表面，而留下一近似平坦的表面(具有可能的碟状部，这里未示出，但已如图1B所揭示)。在该铜CMP处理之后，将该晶片置于晶片清洗系统中清洗。
图2B显示晶片在已受到如图1C及图1D所说明的光学端点检测作用后的局部剖面图。如图所示，在检测处理期间内，在顶层的铜线214已受到光腐蚀。据信该光腐蚀是部分由于光学检测器所发射且到达P/N结的光子所引起，其可以像太阳能蓄电池般起作用。遗憾地，该用于光学检测的通常正常的光线的数量可造成灾难性的腐蚀影响。
在该剖面的例子中，该铜线、铜通路或钨插塞都电连接于该P/N结的不同部分。而施加于该晶片表面的该研浆化学制品及/或化学溶液则可包含电解质，当电子e-及空穴h+迁移过P/N结时，则其具有闭合电路的效果。在该结中的光产生的电子/空穴对由电场所分开。该导入的载流子在该结的两侧之间感应一电位差。该电位差随着光线强度而增加。因此，在连接于该结的P侧的电极上，铜被腐蚀。而产生的可溶解的离子物质可扩散到其它电极，而在其上产生还原。注意，一般对任何金属的腐蚀公式为，且一般对任何金属的还原公式为。对于更多光腐蚀效应的信息，可参考由A.Beverina等人所著的，于夏威夷州檀香山所举行的第196届ECS会议(1999年10月)中出版的文章“在Cu内连线的清洗期间内的光腐蚀效应”。
遗憾地，如图2B所示，此种类型的光腐蚀置换了铜线并破坏预期铜部件的实际形状。在覆盖P型晶体管的晶片表面的某些位置上，光腐蚀效应将产生被腐蚀的铜线224或完全被溶解的铜线226。换言之，光腐蚀将完全地腐蚀铜线而使铜线不再存在。另一方面，在覆盖N型晶体管的区域上，光腐蚀效应将造成铜沉积222的形成。该扭曲的形状(包含铜线的腐蚀物)将造成使整个芯片无法操作的器件缺陷。有缺陷的器件意味着必须报废该整个芯片，因此，降低了产量且大量地增加制造的成本。然而，该效应通常在整个晶片上产生，因此破坏晶片上的许多芯片。这当然增加制造的成本。
如上所述，因而需要一种供CMP用的端点检测系统，其不用光学检测器，且可精确地进行端点检测以预防碟状部且避免进行过度抛光的需求。一般地说，本发明通过提供待使用于衬底表面层的化学机械抛光的端点检测系统及方法而满足上述需求。应当了解，本发明可以各种方式实施，包括工艺、设备、系统、装置或方法。举例而言，本发明不仅可用于直线带式抛光垫系统、转动式抛光垫系统中，且可用于轨道式抛光垫系统中。以下将说明本发明的数个创造性实施例。
在一实施例中，公开一种化学机械抛光系统。该化学机械抛光系统包含一抛光垫，设置成为从一第一点直线地移动到一第二点；也包括一承载件，且其设置成为将待抛光的衬底保持在抛光垫上。该承载件设置成在该第一点与该第二点之间的一抛光位置上将该衬底施加到该抛光垫上。一第一传感器，位于该第一点上并被定向为能感测该抛光垫的IN温度，及一第二传感器，位于该第二点上并被定向为能感测该抛光垫的OUT温度。该IN和OUT温度的感测用于产生一温度差，当该温度差改变时，表明了从衬底上去除了期望的层。
在另一实施例中，公开了用于化学机械抛光的端点监控方法。该方法包含设置一抛光垫带，将该抛光垫带设置成为直线地移动，和在一抛光位置上施加一晶片到该抛光垫带，以能从该晶片移除一第一层的材料。该方法还包括在一IN位置上检测该抛光垫带的一第一温度，而该IN位置是直线地在该抛光位置之前，且在一OUT位置上检测该抛光垫带的一第二温度，而该OUT位置是直线地在该抛光位置之后。然后计算该第二温度与该第一温度之间的温度差。然后监控在该温度差的改变，这样该温度差的改变表示该第一层从该晶片的移除。其中，该第一层可以是在晶片上制造的任何层，例如介质层，铜层，扩散阻挡层等。
在另一实施例中，公开从晶片表面上移除材料的端点监控方法。该方法包含(a)设置一抛光垫，将其设置成为直线地移动；(b)在一抛光位置上施加一晶片到该抛光垫，以能从该晶片移除一层材料；(c)在一第一位置上检测该抛光垫的一第一温度，而该第一位置是在该抛光位置之前；(d)在一第二位置上检测该抛光垫的一第二温度，而该第二位置是在该抛光位置之后；及(e)计算该第二温度与该第一温度之间的一温度差。
在另一实施例中，公开了端点检测方法。该方法包含(a)设置一抛光垫；(b)在一抛光位置上施加一晶片到该抛光垫，以能从该晶片移除材料的一第一层；(c)在一I N位置上检测该抛光垫的第一温度，而该IN位置是在该抛光位置之前；(d)在一OUT位置上检测该抛光垫的一第二温度，而该OUT位置是在该抛光位置之后；(e)计算该第二温度与该第一温度之间的一温度差；及(f)监控在该温度差上的改变，该改变是代表该第一层从该晶片的移除。其中，该抛光垫是一带式抛光垫、一平台式抛光垫、一转动式抛光垫及一轨道式抛光垫等之一。
本发明的其他目的及优点可由通过举例说明本发明原理的随后结合附图的详细说明更加明白。参考附图，通过以下的详细描述，将更容易理解本发明，其中相同的标号代表相同的结构元件。
图1A及1B显示受到在构成金属镶嵌雕刻及双金属镶嵌雕刻互连的金属化线与构造中常用的制造处理的介电层横剖面图。
图1C及1D显示已知的带式CMP系统，其中将抛光垫设置成绕着滚筒旋转并使用光学端点检测系统。
图2A显示在顶层已受到铜CMP处理后的已知半导体芯片的横剖面图。
图2B显示图2A的已知半导体芯片在晶片受到过由于如光学端点检测所引起的光助型腐蚀后的横剖面图。
图3A显示依据本发明的实施例的CMP系统，其包含端点检测系统。
图3B显示抛光垫的一部分的顶视图，该抛光垫是直线地移动。
图3C揭示将晶片施加到抛光垫的承载件的侧视图。
图3D为图3C的更详细视图。
图4A显示依据本发明的实施例的介电层、扩散阻挡层及铜层的横剖面图，而每一个铜层及每一个扩散阻挡层设置成为在包含端点检测的CMP操作期间将被移除。
图4B及4C表示依据本发明的实施例的温度差相对时间的曲线图。
图5A揭示本发明的另一实施例的顶视图，其中将多个传感器1至10与一对基准传感器R配置在环绕且接近于承载件之处(因此，依应用的状况而使用任意对数的传感器)。
图5B揭示依据本发明的一实施例的表格，其具有用于晶片的每一区域的目标温度差。
图6揭示如图5A所示的传感器1至传感器10的示意图。本发明是公开一种供化学机械抛光(CMP)用的端点检测系统及该系统的制造方法。在以下说明中，为了提供对本发明的彻底理解，因此将提出许多具体的细节。然而，对本领域的技术人员应该理解在不需某些或所有具体的细节的情况下可以实施本发明。在其它情况下，将不详细地说明熟知的处理操作以避免混淆本发明。
图3A显示依据本发明的一实施例的CMP系统300，其包含一端点检测系统。将该端点检测系统设置成包含设置在靠近于承载件308的位置附近的传感器310a及310b。如所周知，将该承载件308设置成夹持住晶片301且将晶片301施加到抛光垫304的表面。将该抛光垫304设置成在抛光垫绕着滚筒302a及302b运动方向305上移动。通常提供研浆306给该抛光垫304，以协助该晶片301的化学机械抛光。在此实施例中，该CMP系统300也包含连接于轨道320的调整头316。将该调整头设置成以在现场或不在现场的方式擦除该抛光垫304的表面。如所周知，将该抛光垫304的调整设置成为再调整该抛光垫304的表面，以改善抛光操作的性能。
当该承载件308使该晶片301在该抛光垫304的表面上旋转时，传感器310a及310b设置成固定于该抛光垫304的位置的上方。因此，该传感器310a及310b将不随着该承载件308而旋转，而是将保持在该抛光平台322上方的相同接近的位置处。该传感器310a及310b是优选为温度传感器，其在CMP操作期间内感测该抛光垫304温度。然后将感测的温度设置成感测信号309a及309b，其相通于端点信号处理器312。如图所示，该承载件308也设有承载件定位器308a，其设置成用以沿方向314在抛光垫304上方降低及升高该承载件308以及相连的晶片301。
图3B显示抛光垫304的一部分的顶视图，该抛光垫正在运动方向305移动。如图所示，由该承载件定位器308a将该承载件308降低至该抛光垫304上。而如图3C及图3D所示，也将这些传感器310a及310b朝向该抛光垫304降低。如上所述，这些传感器310a及310b并不随着该承载件308而旋转，而是保持在该抛光垫304上方相同的相对位置处。因此，将这些传感器310a及310b设置成为固定，但可在垂直方向上朝向及远离该抛光垫304地随着该承载件308同步移动。因此，当将该承载件308朝向该抛光垫304降低时，这些传感器310a及310b也将朝向该抛光垫304的表面降低。在另一实施例中，该承载件308可独立于这些传感器310a及310b移动。
在本发明的一个优选实施例中，将这些传感器310a及310b设置成感测该抛光垫304所发出的温度。在抛光期间内，由于晶片是以固定摩擦力与该抛光垫304接触，故随着该抛光垫304离开该传感器310a及传感器310b的固定的位置的时间变化，抛光垫的温度会改变。通常，该热量将被该晶片、该抛光垫材料、溢出的研浆及处理的副产品所吸收。因此这产生可感测的温度上的差异。因此，就传感器310a而言，其感测的温度将为温度“进”(Tin)，而在感测310b处感测的温度将为温度“出”(Tout)。然后由Tout减去Tin而可测量温度差(ΔT)。将该温度差显示为如图3B表格311的方程式。
图3C揭示该承载件308将该晶片301施加到该抛光垫304的侧视图。如图所示，该承载件308将由定位环308b所夹持的该晶片301靠在该抛光平台322上的该抛光垫304上。当该抛光垫304在运动方向305上移动时，传感器310a将检测作为传送至端点信号处理器312的感测信号309a的温度Tin。也将传感器310b设置成为接收温度Tout，并将该感测的温度作为感测信号309b提供至端点信号处理器312。在一实施例中，这些传感器310a及310b优选是定位在接近于该抛光垫304处，以能足够精确地感测该温度并提供至该端点信号处理器312。举例而言，当该承载件308将该晶片301施加到该抛光垫304的表面时，这些传感器最好是可调整的，以使其距该抛光垫304的表面在约1毫米到约250毫米之间的距离内。在一优选实施例中，将如图3D所示的传感器310a置于距该抛光垫304的表面约5毫米处。
在此优选实施例中，当该抛光垫在该抛光垫运动方向305上直线地移动时，这些传感器310a及310b最好是设置成为感测该抛光垫304的温度的红外线传感器。一示范的红外线温度传感器为伊利诺州维农丘市的科尔帕马仪器公司所出售的型号为39670-10的红外线温度传感器。在另一实施例中，这些传感器310a及310b则并不须紧邻该承载件308。例如，这些传感器可与该承载件308分开为约1/8英寸到约5英寸之间的距离，且最佳地位于在距该承载件308的侧面约1/4英寸处。因为当将该承载件308设置成为使该晶片301靠在该抛光垫304的表面同时旋转时，这些传感器310相对于抛光垫固定，所以最好将该间隔设置成不会使这些传感器310干涉该承载件308的旋转。
图4A所示为介电层102、扩散阻挡层104、及铜层106的剖面图。该扩散阻挡层104与该铜层106的厚度会在各晶片之间与各特定的被抛光的整个晶片表面区域之间有差异。然而，在抛光操作期间内，将花费相似的时间量以从该晶片301上移除期望量的材料。例如，相对于抛光操作开始时的时间T0，将花费大约至时间T2的时间量以移除该扩散阻挡层104，花费至时间T1以向下移除该铜层106至该扩散阻挡层104止。
为了揭示的目的，图4B提供一温度差与时间的对应图400。该温度差相对时间的曲线图400揭示在这些传感器310a及310b之间的该抛光垫304表面上的温度差的改变。例如，在时间T0时，由于抛光操作尚未开始，该温度差状态402a将是零。一旦在该铜材料上开始抛光操作，该温度差402b将向上移动至温度差ΔTA。而当摩擦的应力是由将该晶片301施加至该抛光垫304所吸收时，则由于该抛光垫304的温度增加，该温度差相对于未工作(OFF)位置而言为一增量。
该温度差ΔTA也基于所抛光的材料类型而增加至一特定程度。一旦将该铜层106从图4A的整个构造移除后，该CMP操作将持续进行到该扩散阻挡层104上。当开始抛光该扩散阻挡层材料时，该温度差将从402b移动至402c。将该温度差402c以ΔTB表示。而由于实际上该扩散阻挡层104是一比该铜层106更为坚硬的材料，因此这时温度差的增大。而一旦将该扩散阻挡层104从该整个介电层102上移除后，则将开始抛光更多的介电材料，因而导致在时间T2时，产生该温度差上的另一变动。
此时，将在ΔTC产生的该温度差402d。因此将ΔTB与ΔTC之间的变动定义为目标端点温度差变化404。该目标端点温度差变化404将大约在时间T2产生。为了确定停止该抛光操作以确保适当地将该扩散阻挡层104从该介电层102上移除的适当时间，最好是就402c与402d之间的转变作一检查。
如图4C所示，将该目标端点温度差变化404放大显示，其中在数点P1、P2、P3、P4、P5、P6及P7上作测试。这些点跨越该温度差ΔTB与ΔTC。如图所示，时间T2实际上跨越时间T2(P1)与时间T2(P7)之间。而为了确保最佳及最精确的端点，则必须确定在时间T2内何时停止。P1至P7等不同点最好是通过抛光数片具有相同材料及层厚度的测试晶片加以分析。通过检测被抛光不同时间长度的不同层以及相关的层厚度，则可确定出应停止该抛光操作的精确时间。例如，在点P5405时停止该抛光操作，而不是在 点P0P407时，该点确定为过度抛光的时间。当无法确定何时已实际地将该扩散阻挡层或其它正被抛光的层从该基层上(如，介电层)移除时，已知技术则通常使用该过度抛光的技术。
然而，通过检查时间差402c与时间差402d之间的转变，便可在制程视窗内确定停止该抛光操作的适当时间(因此检测出精确或几乎精确的端点)，而避免前述的碟状部的问题及避免其它会产生在敏感的互连的金属化线或部件的过度抛光的损坏。
图5A揭示本发明的另一实施例的顶视图，其中将多个传感器1至10与一对基准传感器R配置在接近于该承载件308的周围。然而，应当理解，也可使用任意对数的传感器。在此实施例中，在被抛光的晶片上将这些传感器分为五个区域。当该抛光垫在方向305上转动时，将可确定传感器9与传感器10、传感器5与传感器6、传感器1与传感器2、传感器3与传感器4、及传感器7与传感器8之间的温度差。而这些温度差ΔT1至ΔT5的每一个则分别地限定出区域1至区域5。就这些区域的每一个区域而言，存在用以确定端点的决定性的目标温度差。
通过校准测试，便可确定每一区域的目标温度差可如图5B所示变化。例如，区域1与区域5可具有15的目标温度差，区域2与区域4可具有约20的目标温度差，及区域3可具有约35的温度差。而通过检查每一区域中的温度差，便可确定如图5A中所示的被抛光晶片的不同区域是否已到达适当端点。因此，图3至图4的实施例同样地应用于图5A及图5B的实施例。然而，通过分析晶片表面的不同区域，便可更精确地确定在给定晶片的不同区域上的端点。当然，要采用大约多少传感器将取决于期望监控的多少区域数。
图6揭示图5A显示的这些传感器1至传感器10的示意图。将这些传感器1至传感器10(如，图3C的传感器301a及310b)配置在接近于该抛光垫，但不会如该承载件308一样地旋转的固定位置上。当抛光操作进行中时，则通过确定在该抛光垫304的不同位置的温度便可确定在该抛光垫304的不同相对位置上的温度差ΔT1至ΔT5。然后将感测的信号309发送至该端点信号处理器312。
将该端点信号处理器312设置成为包含多通道式数字卡462(或数字电路)。将多通道式数字卡462设置成为采样每一信号并提供适当的输出463至CMP控制计算机464。然后该CMP控制计算机464处理接收自该多通道式数字卡462的信号并将这些信号通过信号465而提供至图像显示器466。该图像显示器466包含图形用户界面(GUI)，其将图形化地显示该被抛光晶片的不同区域并在每一特定的区域到达适当的端点时，将显示之。如果一个区域的端点比另一区域的端点先到达时，则为了增进CMP操作的均一性及因而使遍及该晶片的端点以均一的方式(即约在相同的时间点)到达，是可施加适当背压于晶片或改变在那些抛光是缓慢地进行的给定位置上的该抛光垫的背压。
应当明白的是，本发明的端点监控功能具有以下益处，即允许在晶片上进行更精确的CMP操作，并可在被抛光晶片的选定区域上作归零校正，以确定是否已将期望材料移除而留下清洁而无恙的下层表面。也应该注意，本发明的监控功能的实施例也设置成对晶片为非破坏性的，而该晶片是对如上所述的光助型腐蚀敏感。此外，本发明的实施例并不需要通过抛光垫槽而修改CMP抛光垫或需要将在抛光垫之下的抛光平台或转动台中钻出槽状部。因此，该监控功能，不但是不会干涉晶片的精确抛光的被动监控，还能提供非常精确的端点指示用以精确地停止抛光。
在通过几个优选的实施例来描述本发明的同时，本领域的技术人员通过阅读上面的说明和研究附图应当理解本发明的各种的变化、增加、改变和其等同物。举例而言，端点检测技术将可用于任何抛光工作台(如带式、平台式、转动式、轨道式等等)，且不仅适用于如200mm、300mm及更大尺寸的任意尺寸的晶片或衬底，还适用于其它尺寸及形状。因此，本发明包括在本发明的真正精神和范围内所有这样的变化、增加、改变和等同物。
权利要求
1.一种化学机械抛光系统，其包含一抛光垫，设置成为从一第一点直线地移动到一第二点；一承载件，用以夹持住将在该抛光垫上被抛光的一衬底，该承载件用以在该第一点与该第二点之间的一抛光位置上将该衬底施加到该抛光垫上；一第一传感器，位于该第一点上并被定向成能感测该抛光垫的一IN温度；及一第二传感器，位于该第二点上并被定向成能感测该抛光垫的一OUT温度。
2.如权利要求1所述的化学机械抛光系统，其中在该衬底的抛光期间内，监控该OUT温度与该IN温度之间的温度差。
3.如权利要求2所述的化学机械抛光系统，其中温度差的改变表示自该衬底抛光掉的材料的改变。
4.如权利要求1所述的化学机械抛光系统，还包含一端点信号处理器，将该端点信号处理器设置成为接收来自该第一传感器及该第二传感器中的每一个的感测信号。
5.如权利要求4所述的化学机械抛光系统，其中将该接收的信号加以处理以便在该衬底抛光期间内监控该OUT温度与该IN温度之间的温度差。
6.如权利要求4所述的化学机械抛光系统，其中温度差的改变表示自该衬底抛光掉的材料的改变。
7.如权利要求1所述的化学机械抛光系统，其中该第一传感器及该第二传感器皆为红外线传感器。
8.如权利要求1所述的化学机械抛光系统，其中将该第一传感器及该第二传感器是配置在距抛光垫约1mm与约250mm之间的一分开的距离上。
9.如权利要求4所述的化学机械抛光系统，其中该端点信号处理器还包含一多通道数字电路，将该多通道数字电路设置成为处理来自该第一传感器及该第二传感器的感测信号。
10.如权利要求9所述的化学机械抛光系统，还包含一图形用户界面(GUI)显示器，其连接于该端点处理器，该GUI显示器用以显示端点监控状况。
11.如权利要求1所述的化学机械抛光系统，还包含一传感器对的阵列，该传感器对的阵列包含该第一传感器及该第二传感器，将该传感器对阵列中的每一对传感器被配置成能感测与待抛光衬底的两个或多个区域相关的温度差。
12.如权利要求1所述的化学机械抛光系统，其中该衬底为半导体晶片及数据储存盘片中之一者。
13.在化学机械抛光期间内的晶片表面处理状态的监控方法，其包含以下步骤提供一抛光垫带，将其设置成为直线地移动；在一抛光位置上施加一晶片到该抛光垫带，以从该晶片移除一第一层的材料；在一IN位置上感测该抛光垫带的一第一温度，该IN位置是直线地处在该抛光位置之前；在一OUT位置上感测该抛光垫带的一第二温度，该OUT位置是直线地处在该抛光位置之后；计算该第二温度与该第一温度之间的温度差；及监控温度差的改变，该改变是代表从该晶片上移除该第一层的一移除量。
14.如权利要求13所述的用于化学机械抛光期间内的晶片表面处理状态的监控方法，还包含以下步骤产生一温度差表格，该温度差表格包含多个温度差，其中每一温度差是与待从该晶片抛光去除掉的材料种类有关。
15.如权利要求14所述的用于化学机械抛光期间内的晶片表面处理状态的监控方法，其中在温度差的改变还表示由第一种类的材料构成的该第一层至第二种类的材料构成的另一层的去除量上的改变。
16.如权利要求15所述的用于化学机械抛光期间内的晶片表面处理状态的监控方法，其中该第一种类的材料为一金属化材料且该第二种类的材料为一阻挡材料。
17.如权利要求15所述的用于化学机械抛光期间内的晶片表面处理状态的监控方法，其中该第一种类的材料为一扩散阻挡材料而该第二种类的材料为一介电材料。
18.如权利要求13所述的用于化学机械抛光期间内的晶片表面处理状态的监控方法，其中所述感测包含红外线温度感测。
19.如权利要求13所述的用于化学机械抛光期间内的晶片表面处理状态的监控方法，还包含感测多个附加的成对位置，每一个附加的成对位置包含在抛光位置之前的一第一点，及在抛光位置之后的一第二点。
20.如权利要求19所述的用于化学机械抛光期间内的晶片表面处理状态的监控方法，其中将每一个附加的成对位置设置成为在晶片的相关的多个区域上提供端点检测。
21.用以切换至另一晶片制备阶段或完成一化学机械平坦化处理的晶片表面处理状态的监控方法，包含以下步骤设置一抛光垫，将其设置成为直线地移动；在一抛光位置上施加一晶片到该抛光垫，以能从该晶片移除一层的材料；在一第一位置上感测该抛光垫的一第一温度，该第一位置是在该抛光位置之前；在一第二位置上感测该抛光垫的一第二温度，该第二位置是在该抛光位置之后；及计算该第二温度与该第一温度之间的温度差。
22.如权利要求21所述的用以切换至另一晶片制备阶段或完成一化学机械平坦化处理的晶片表面处理状态的监控方法，还包含以下步骤监控温度差的改变，该改变代表从该晶片上移除该层的移除量。
23.如权利要求22所述的用以切换到另一晶片制备阶段或完成一化学机械平坦化处理的晶片表面处理状态的监控方法，其中温度差上的改变还表示第一种类的材料制成的该第一层至第二种类的材料制成的另一层的移除量上的改变。
24.一种端点检测方法，包含以下步骤设置一抛光垫；在一抛光位置上施加一晶片到该抛光垫，以能从该晶片移除一第一层的材料；在一IN位置上感测该抛光垫的一第一温度，该IN位置是在该抛光位置之前；在一OUT位置上感测该抛光垫的一第二温度，该OUT位置是在该抛光位置之后；计算该第二温度与该第一温度之间的一温度差；及监控该温度差的改变，该改变代表从该晶片移除该第一层的移除量。
25.如权利要求24所述的端点检测方法，其中该抛光垫是一带式抛光垫、一平台式抛光垫、一转动式抛光垫及一轨道式抛光垫之一。
全文摘要
本发明公开了一种化学机械抛光系统及其方法。该化学机械抛光系统包含一抛光垫，将其设置成为从第一点移动至第二点。也包含一承载件，且将其设置成为夹持住待抛光的衬底而至该抛光垫上。将该承载件设置成在位于该第一点与该第二点之间的抛光位置上将该衬底施加到该抛光垫。第一传感器位于该第一点并定向成能感测该抛光垫的IN温度，且第二传感器位于该第二点上并定向成能感测该抛光垫的OUT温度。将该IN及OUT温度的检测设置成为产生温度差，从而允许在通过化学机械平坦化处理晶片时，监控处理状态及晶片表面状态用以切换处理步骤。
文档编号H01L21/304GK1520348SQ01823405
公开日2004年8月11日 申请日期2001年6月26日 优先权日2001年6月26日
发明者K·A·米克海利希, K A 米克海利希, M·拉夫金, 蚪, Y·戈特基斯, 鼗 申请人:兰姆研究有限公司