专利名称：具有光传感器的抛光垫的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体晶片处理，并且尤其涉及一次性抛光垫，其具有设于此垫内的传感器。
背景技术：
大部分的电子芯片是通过层叠不同材料在彼此的顶部而构成，使这些层设置在半导体晶片(通常为硅)上。当每一新层被加上时，一抛光或抛光步骤常被需要用来去除过多的层材料，以平面化此晶片(使其非常平坦)，或实现其它目的。此抛光过程常称为化学机械平坦化(CMP)。当需要多层为时，则可能需要许多CMP步骤。此外，芯片构成的过程通常需要将非常薄的材料层从晶片均匀地去除。为确保在每一个CMP步骤将正确的材料量去除，某些用以确定何时终止抛光的装置是必要的。
一种此类装置是使用一光传感器检测已有多少层物料被去除或检测何时已到达一新层。然而，使用一光传感器可能有困难，因为传感器被设置在非常靠近晶片表面处。此外，于CMP过程中使用的腐蚀性浆液可能破坏此传感器。尽管如此，许多现存的方法仍采用光传感器，以使其可对晶片作必要的量测。
许多安装视窗于一抛光垫中的设计见于白伦等的“形成一透明视窗于化学机械抛光装置的抛光垫中”，美国专利第5,893,796号(1999年4月13日)。待抛光的晶片位于抛光垫的顶部，抛光垫放在一坚硬的台板上，以在晶片的下表面进行抛光。该表面可在抛光处理时由位于坚硬台板下方的干涉仪监测。此干涉仪的激光束朝上，为了到达晶片的下表面，其需穿过此台板上的一孔，并继续向上穿过抛光垫。为了防止浆液累积在台板的孔上，一视窗被设置于此抛光垫中。不论此视窗如何形成，很明显的此干涉仪传感器总是位于台板下方，而绝非位于抛光垫中。
另一方法见于舒兹的“机械平坦化的方法和装置以及半导体晶片的终点检测”，美国专利第5,081,796号(1992年1月21日)。舒兹描述的方法为，于局部抛光后，将晶片移至使部分晶片突出于台板边缘的位置。此突出部分的磨损可通过干涉仪量测，以确定是否应继续此抛光处理。
设于抛光垫内的光学传感器可以高效率执行所需的层分析。通过提供在此垫磨损时可于此垫内上下移动的光学组件可以增加这些垫的抛光均匀度。
发明内容
以下所述的方法及装置提供设置在抛光垫内的传感器组件，以使无论此光学组件材料的相对硬度如何，此组件及垫一起提供晶片的均匀磨损。传感器端口或孔设于此垫的上层中，设于传感器端口下方的一较大的孔位于下垫层中。此光学组件设置一挠性凸缘，其尺寸和比例适合设在较大孔内，且此凸缘粘着于上垫上。此外，此光学组件的底部足够薄，以在光学组件的底部与此垫的底部之间留下一空间。因此，整个光学组件从抛光垫上层悬垂，允许光学组件在晶片及晶片载体通过光学组件和此垫在使用寿命期间变薄时随此垫的上表面浮动。
图1显示了一化学机械平坦化机器，其使用具有光传感器端口的抛光垫。
图2显示当置于一抛光垫中时毂盘及光学组件的元件的总体配置。
图3显示一光学传感器的组件。
图4显示设于一抛光垫内的光学组件，使光学组件可在抛光垫内上下移动。
具体实施例方式
图1是一化学机械系统1的俯视图，其具有一切于抛光垫3内的光学端口2。晶片4(或其它需乎坦化或抛光的工件)由抛光头5保持、并从平移臂6悬垂在抛光垫3上方。其它系统可使用保持几个晶片的几个抛光头、以及位于抛光垫的相对侧(左及右)的分开的平移臂。
用于抛光处理的浆液经由浆液注入管7喷注到抛光垫的表面。悬臂8连接到悬于电子组件毂盘10上方的非旋转毂盘(hub)9。电子组件的毂盘10通过绞锁、掣子、扣环、螺钉、螺纹段、或任何可移除的匹配结构可拆卸地安装到抛光垫3上。毂盘10在安装此垫的位置处安装到位于此垫内的导电组件上。导电组件可为单一触点、或安装到一细导电带11上的多个触点，导电带又称作挠性电路或带状电缆。导电带11将位于光学端口2内并埋于此垫3中的光传感器机构电连接至电子组件毂盘10的电子器件。导电带11也可包括单独电线或一细电缆。
视窗随抛光垫旋转，抛光垫本身则沿着箭头12的方向在一处理驱动桌或台板18上旋转。抛光头沿着箭头14的方向绕各自的轴13旋转。抛光头本身通过平移轴15如箭头16所示在抛光垫的表面上方来回平移。因此，光学端口2在抛光头旋转及平移时通过抛光头下方，在抛光垫/台板组件的每次旋转时横过晶片表面巡行一复杂路径。
光学视窗2及导电组件在此垫旋转时一直保持在同一径向线17上。然而，当垫3绕毂盘9旋转时径向线以圆形路径平移。导电带11沿径向线17平铺并随其移动。
如图2所示，抛光垫3为圆形并具有一中心圆孔23。孔2形成于抛光垫中，且此孔向上开口以面向被抛光的表面。一光传感器24置于孔2中，由光传感器24延伸至中心圆孔23的导电带11被埋设于抛光垫3内。孔可为延伸穿过整个垫的视窗或端口，或孔可为一盲孔。
当抛光垫3被使用时，一电子毂盘由上插入中心圆孔23，并通过将位于抛光垫3下方的基座26拧到毂盘10的螺纹部而固定于此。抛光垫3因此被箝制于部分毂盘与部分基座26之间。在抛光处理过程中，抛光垫3、毂盘10及基座26一同绕一中心垂直轴线28旋转。抛光垫也可设置一扣环，通过将毂盘扣合在扣环中而使毂盘固定于抛光垫。
抛光机器的非旋转毂盘9设于邻近毂盘10的上方。非旋转毂盘9在操作悬臂8时是固定不动。
图3详细地显示光传感器24。光传感器24包括光源35、检测器36、反射表面37(可以是棱镜、反射镜、设于传感器材料中的空隙的边界、或其它反射性光学元件)、及导体带11，导体带11包括层叠在一起的多个大致平行的导体，其目的是给光源35供电、并传导检测器36的电输出信号至中心圆孔23。优选地，光源35及检测器36是相配成对。一般而言，光源35是发光二极管，而检测器36是光电二极管。由光源35射出的光束的中心轴线开始为水平方向，但一旦到达反射表面37，光被重新定向向上以射向被抛光的表面并由被抛光的表面反射。反射光也由反射表面37重新定向，以使反射光射至检测器36，检测器36产生与射于其上的光强度有关的电信号。选择如图3所示的配置以使传感器的高度最小化。
光学组件及导体带11的端部是以一薄盘或膜盒38的形式被包覆，其大小可贴切第置入图2的孔2内。导体带11内包括三种导体供电导体39、信号导体40、及一或多个返回或接地导体41。在图3和4的配置中，分别具有隔板孔43的隔板42可用于减少到达检测器36的非反射光的量。隔板42可被加设于光源以及光检测器。
图4显示设于抛光垫3内的光学组件24，使光学组件可在抛光垫内上下移动(沿轴线44)。光学组件24包括光传感器45、及传感器设置于其中的传感器壳体、膜盒、或圆盘46。光传感器可替代地包括用以监测抛光进度的任何装置(或在抛光期间用以检测晶片或其它工件的性能的装置)，例如热传感器、pH传感器、超音波传感器、无线电频率传感器、阻抗传感器、或电场或电流传感器。传感器壳体或膜盒包括热塑性树脂或其它的弹性透明材料，具有顶表面、底表面和厚度。
光学组件设置一延伸部(可为环状)或凸缘47，其大小和比例适合设置在一切于抛光垫3的下层49中的孔48内(此垫下层49中的孔大于上层50的孔)。凸缘47以胶水球51连接至上垫层50，或以任何其他适当方式连接。因此，光学组件24从此垫3的上层50悬垂。光学组件的顶侧可设置一斜面边缘以进一步防止磨损晶片4(以虚线显示)、并提供一平滑表面以放置晶片。光学组件24及凸缘47是足够薄，以在光学组件的底部与此垫3的底层49的底表面53之间留下一空间。
凸缘47可以各种方式设于光学组件24上。例如，凸缘可与光学组件24一体模制而成。此外，薄而有挠性的圆筒或薄膜可设于光学组件的底部上，或一或多个延伸部可安装到光学组件侧部。凸缘可绕光学组件的周边局部延伸或可绕光学组件的整个周边延伸。
一般而言，传感器壳体可被设计为具有一上膜盒段及一下膜盒段的膜盒。下膜盒段通常大于上膜盒段，以使下膜盒段可悬垂于抛光垫中的上孔段的悬唇。然而，在另一实施例中，下膜盒段可与上膜盒段相同大小或比上膜盒段小，其中一小垫或弹簧被用于保持膜盒与抛光垫的顶表面共平面，或使用其它可偏移此膜盒或将其连接至此垫的装置。
填隙件或分隔件54可设置于胶水球51与光学组件的上部(可为一上圆筒)之间，并且还设置在凸缘与上垫层之间。填隙件防止胶水进入光学组件的上部与填隙件之间的空间。因此，光学组件可更容易在抛光垫内上下移动，且此垫最靠近光学组件上部的区域可独立于光学组件的上部变形或偏离。
垫可包括用于化学机械平坦化、研磨、或抛光的任何抛光垫。垫也可包括具有多层的垫或单层垫。例如，垫可包括一Rodel IC 1000垫，其具有一下层49、一上层50、及一粘附层55。上层可包括胺基甲酸乙酯，而下层可包括具有不同硬度的胺基甲酸乙酯。上层及下层通过粘附层55连结。在IC 1000中，上层的硬度约50至55 Shore D。用于此垫的光学组件壳体包括透明、弹性材料(例如Dow Chemical公司的Pellethane2101TM的热塑性材料)其硬度约90 Shore A(大约45 Shore D)。因此，光学组件比上垫稍软。
无论层数为何，一孔被设于垫中，从顶表面延伸至底表面以容纳光学组件。孔可包括一上孔段及一下孔段。下孔段可大于上孔段以容纳凸缘(或下膜盒段)于下孔段内。光学组件的上部(或上膜盒段)设于上孔段内。光学组件的下段(或下膜盒)悬垂于一悬唇。上孔段限定在下孔段上方的悬唇。
在另一实施例中，光学组件24可设于光学端口2内，而一小弹性垫或一弹簧可设于光学组件的底部上。在任何情况下，弹性垫或弹簧可安装到抛光垫上、可以胶水或粘着剂安装到光学组件上、或可同时安装到抛光垫及光学组件上。通常，弹性垫或弹簧的底部将与抛光垫的底表面齐平。弹性垫可包括一材质为胺基甲酸乙酯或其它具有足够弹性以使光学组件上下移动(沿轴线44)的垫。弹簧可包括具有使光学组件上下移动的弹性系数的任何弹簧。在任何情况下，弹性垫或弹簧可与或不与凸缘、胶水、填隙件、或分隔件一起使用。此外，弹性垫或弹簧可在抛光垫仅有一孔时使用，相对于设置一较大孔在下垫中。
使用时抛光垫抛光晶片，而光学组件监测平坦化进度。然而，由于光学组件可随此上垫上下移动，光学组件顶部56将保持与此垫的上表面57齐平(共平面)，即使此垫材料比光学组件材料更快被磨损、或一晶片载体横跨此垫移动且当它移动时使此垫变形及被压缩。因此，晶片将遍及整个表面被均匀地抛光，不论光学组件和抛光垫的相对磨损率为何。
图4也显示一可在设于光学组件上方的晶片上执行光学量测的光传感器的特征。光传感器可包括各种光学光源(例如二极管、激光、灯，及其它光源)及检测器(例如光电二极管、摄像机、电荷耦合器件、或其它用以检测光的装置)。在一实施例中，一发光二极管58向反射镜59发射光。反射镜可包括一分离的反射镜。然而，光学组件可模制成在光学组件内留有一空隙。此空隙与光学组件之间的边界为自然反射，因此提供一适当的反射镜与发光二极管一起使用，无须在空隙内提供一分离的反射镜。在任何情况下，光被反射到晶片。光由晶片表面反射，并且反射光被与发光二极管相邻设置的第二二极管检测。当反射光的特性达到表示抛光终点的要求值时，抛光停止。
尽管参照其被开发的环境描述了此装置及方法的优选实施例，他们仅是本发明原理的举例说明。在不脱离本发明的精神及权利要求范围的情况下，可以设想其它实施例及结构。
权利要求
1.一种用于晶片或其它工件的化学机械平坦化的抛光垫，所述抛光垫包括此抛光垫特征在于具有顶表面、底表面和厚度，所述抛光垫具有一设置在其中的孔，所述孔大体上从顶表面完全延伸至底表面；及设置在孔中的膜盒，所述膜盒装有用于在抛光过程中检测晶片或其它工件的性能的装置；所述膜盒具有大体上与所述抛光垫的顶表面共平面的顶表面、和小于所述抛光垫厚度的厚度。
2.如权利要求1的抛光垫，其特征在于所述孔具有上孔段和下孔段，并且下段大于上孔段；以及所述膜盒的特征在于具有上膜盒段和下膜盒段，所述上膜盒段的大小尺寸适合装设在所述孔的上段中，所述下膜盒段的大小尺寸适合装设在所述孔的下段中。
3.如权利要求1的抛光垫，其特征在于所述上孔段限定在所述下孔段上方的悬唇，所述膜盒通过将所述下膜盒段悬吊到所述悬唇上而固定到所述抛光垫上。
4.如权利要求2的抛光垫，其特征在于所述上孔段限定在所述下孔段上方的悬唇，所述膜盒通过将所述下膜盒段悬吊到所述悬唇上而固定到所述抛光垫上。
5.一种用于抛光晶片的装置，所述装置包括抛光垫；设置在所述抛光垫内的传感器组件；其中，所述传感器组件还设置在所述抛光垫内使得所述传感器组件可在所述抛光垫内上下移动。
6.一种抛光垫，包括上垫层和下垫层；设置在所述上和下垫层中的孔内的光学组件，所述光学组件具有凸缘，其中，所述凸缘设置在所述下垫层中的圆形空隙内，并通过胶水球从所述上垫层悬垂，使得所述光学组件可在所述抛光垫内上下移动。
7.如权利要求5的抛光垫，其特征在于，还包括设置在所述凸缘上的填隙件。
8.如权利要求6的抛光垫，其特征在于，所述光学组件的顶部具有斜面边缘。
9.如权利要求7项的抛光垫，其特征在于，所述光学组件的顶部具有斜面边缘。
10.一种抛光垫，包括上垫层和下垫层，其中，一孔穿过所述上和下垫层设置，所述孔具有设置在所述上垫层中的上孔段和设置在所述下垫层中的下孔段，所述下孔段大于所述上孔段；以及设置在所述孔内的传感器组件，所述传感器组件包括设置在传感器壳体内的传感器，所述传感器壳体具有顶部段和底部段，其中，延伸部设置在所述传感器壳体的底部段上；其中，所述延伸部设置在所述下孔段中，并且所述延伸部从所述上垫层悬垂。
11.如权利要求10的抛光垫，其特征在于，所述延伸部包括设置在所述光学组件的底部段上的挠性膜。
12.如权利要求10的抛光垫，其特征在于，所述光学组件的厚度和所述延伸部的厚度足够小，以使所述传感器组件可在所述下孔段内上下移动。
13.如权利要求10的抛光垫，其特征在于，所述传感器包括光学传感器。
14.如权利要求12的抛光垫，其特征在于，所述传感器包括光学传感器。
全文摘要
一种抛光垫(3)具有不会引起晶片工件过度磨损的光学组件(25)。光学组件(25)设置在垫(3)内，以使其可响应施加到光学组件(25)的力而移动。
文档编号H01L21/304GK1662344SQ03814472
公开日2005年8月31日 申请日期2003年5月12日 优先权日2002年5月14日
发明者格雷格·巴伯 申请人:斯特拉斯保