[发明专利]用于化学机械抛光的声学监控和传感器

说明书

化学机械抛光装置包括：工作台，该工作台用于支撑抛光垫；承载头，该承载头用于将基板的表面固持抵靠在抛光垫上；电机，该电机用于生成工作台与承载头之间的相对运动，以便抛光基板上的上覆层；原位声学监控系统；以及控制器。在一些实现中，原位声学监控系统包括：声学信号发生器，该声学信号发生器用于发射声学信号；以及声学信号传感器，该声学信号传感器接收从基板的表面反射的声学信号。控制器被配置为基于来自原位声学监控系统的测量结果来检测由于对基板的抛光而导致的下卧层的暴露。

技术领域

本公开涉及对化学机械抛光的原位监控。

背景技术

集成电路通常通过在硅晶片上顺序沉积导电层、半导体层或绝缘层而形成于基板上。一个制造步骤涉及在非平坦表面上沉积填料层并使该填料层平坦化。对于某些应用，填料层被平坦化，直到经图案化的层的顶表面被暴露。例如，导电填料层可被沉积在经图案化的绝缘层上以填充该绝缘层中的沟槽或孔洞。在平坦化之后，金属层保留在绝缘层的凸起图案之间的部分形成通孔、插塞和线路，这些通孔、插塞和线路在基板上的薄膜电路之间提供导电路径。对于其他应用(诸如氧化物抛光)，填料层被平坦化，直到在非平坦表面之上保留预定的厚度。此外，基板表面的平坦化对于光刻通常是必需的。

化学机械抛光(CMP)是一种公认的平坦化方法。这种平坦化方法通常需要将基板安装在承载头或抛光头上。基板的暴露表面通常抵靠旋转的抛光垫放置。承载头提供基板上的可控负载，从而将基板推至抵靠抛光垫。研磨抛光浆料通常被供应至抛光垫的表面。

CMP中的一个问题是确定抛光过程是否完成，即，基板层是否已经被平坦化到期望平坦度或厚度，或者何时已经去除期望的材料量。浆料分布、抛光垫条件、抛光垫与基板之间的相对速度、以及基板上的负载的变化可能引起材料去除速率的变化。这些变化以及基板层的初始厚度的变化引起到达抛光终点所需的时间的变化。因此，抛光终点通常不能仅仅因变于抛光时间而确定。

在一些系统中，基板在抛光期间被原位监控，例如，通过监控电机旋转工作台或承载头所需的扭矩来监控。还提出了对抛光的声学监控。

发明内容

在一个方面，一种化学机械抛光装置包括：工作台，该工作台用于支撑抛光垫；承载头，该承载头用于将基板的表面固持抵靠在抛光垫上；电机，该电机用于生成工作台与承载头之间的相对运动，以便抛光基板上的上覆层；原位声学监控系统，该原位声学监控系统包括声学信号发生器和声学信号传感器，该声学信号发生器用于发射声学信号，该声学信号传感器接收从基板的表面反射的声学信号；以及控制器，该控制器被配置为基于来自原位声学监控系统的测量结果来检测由于对基板的抛光而导致的下卧层的暴露。

在另一个方面，一种化学机械抛光装置包括：工作台，该工作台用于支撑抛光垫；承载头，该承载头用于将基板的表面固持抵靠在抛光垫上；电机，该电机用于生成工作台与承载头之间的相对运动，以便抛光基板上的上覆层；原位声学监控系统，该原位声学监控系统包括声学信号传感器，该声学信号传感器接收由基板的应力能生成的声学信号；以及控制器，该控制器被配置为基于来自原位声学监控系统的测量结果、基于所述信号与先前的由测试基板的应力能生成的声学信号的测量结果的比较来检测由于对基板的抛光而导致的下卧层的暴露。

在另一个方面，一种化学机械抛光装置包括：工作台；抛光垫，该抛光垫被支撑在工作台上，且具有穿过其中的孔；液体源，该液体源用于将液体递送到孔中；承载头，该承载头用于将基板的表面固持抵靠在抛光垫上；电机，该电机用于生成工作台与承载头之间的相对运动，以便抛光基板上的上覆层；以及原位声学监控系统，该原位声学监控系统包括声学信号传感器，该声学信号传感器被支撑在工作台上并且被定位在孔下方以从基板接收传播通过孔中的液体的声学信号。