專利名稱：使用摩擦傳感器的拋光終點檢測系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及襯底的化學機械拋光。
背景技術：
集成電路通常通過在硅晶片上導體、半導體或絕緣體層的相繼沉積而形成在襯底上。一個制造步驟涉及將填料層沉積在非平面表面之上，并平面化填料層直到非平面表面暴露。例如，在淺溝槽隔離(STI)處理中，氧化物填料層可以沉積在圖案化的氮化物層上以填充氮化物層(和下面的硅)中的溝槽或孔。填料層接著被拋光直到氮化物層的突起圖案被暴露。在平面化之后，剩余的氧化物層的部分提供了在襯底上的電路之間的隔離。此外，需要平面化以將襯底表面平面化來用于光刻。
化學機械拋光(CMP)是一種已被接受的平面化方法。此平面化方法通常需要將襯底安裝在載具頭或拋光頭上。襯底的暴露表面被放置為抵靠諸如旋轉(zhuǎn)拋光盤墊或帶墊之類的拋光表面。拋光表面可以是“標準”墊或固定研磨墊。標準墊具有耐久粗糙表面，而固定研磨墊具有保持在容納介質(zhì)中的研磨顆粒。載具頭將可控的負載提供在襯底上以將其推靠拋光墊。包括至少一種化學反應劑的拋光漿液以及如果使用標準墊時的研磨顆粒被供應到拋光表面。
在CMP中的一個問題是判斷拋光處理是否完成，即，襯底層是否已經(jīng)被平面化到所期望的平面度或厚度，何時已經(jīng)移除了所期望的材料量，或者何時已經(jīng)暴露出下面的層。襯底層的初始厚度、漿液成分、拋光墊條件、拋光墊與襯底之間的相對速度、和襯底上負載的變化可以導致材料移除速率上的變化。這些變化導致了到達拋光終點所需時間的變化。于此，不能將拋光終點僅作為拋光時間的函數(shù)來判斷。
判斷拋光終點的一種方式是從拋光表面移除襯底并檢查襯底。例如，襯底可以被傳輸?shù)蕉攘颗_，在度量臺處利用例如輪廓測定儀或電阻率測量來測量襯底的厚度。如果不滿足所期望的規(guī)格，則襯底被重裝載到CMP設備中以進一步處理。這是一個消耗時間的過程，其降低了CMP設備的產(chǎn)能?？蛇x地，檢查可能顯示已經(jīng)移除了過多量的材料，使得襯底不可用。
最近，為了檢測拋光終點，已經(jīng)利用例如光學或電容傳感器進行襯底的原地監(jiān)控。其他提議的終點檢測技術已經(jīng)涉及摩擦、電機電流、漿液化學、聲學、導電性、和感生渦電流的測量。但是，取決于對沉積于襯底上的兩個襯底層之間導電性或反射性的改變的檢測的技術在兩個層具有類似導電性或反射性時是無效的。

發(fā)明內(nèi)容
總體上，在一個方面，本發(fā)明針對一種監(jiān)控正經(jīng)歷拋光的襯底的摩擦系數(shù)的設備。該設備包括可移動構件和傳感器，可移動構件具有接觸襯底的暴露表面的頂表面，所述傳感器基于可移動構件的橫向位移產(chǎn)生信號。所述構件響應于來自襯底的摩擦力而橫向位移，并包括具有比襯底的暴露表面的表面積小的表面積的頂表面。
該設備的實施方式包括以下特征中的一個或多個。諸如片簧或多個彈簧之類的回復材料可以耦合到可移動構件。可移動構件可以包括拋光墊片斷。拋光墊片斷可以包括兩層。可移動構件可以包括耦合在回復材料與拋光墊片斷之間的支撐片?；诳梢苿訕嫾臋M向位移產(chǎn)生信號的傳感器可以是應變計。多個應變計可以在最大應變點處附裝到所述片簧。基于可移動構件的橫向位移產(chǎn)生信號的傳感器可以是諸如激光干涉儀之類的光學傳感器或者壓電傳感器?？梢苿訕嫾捻敱砻婵梢耘c拋光墊的拋光表面基本共面?？梢苿訕嫾梢赃B接到壓板，例如可旋轉(zhuǎn)壓板?？梢苿訕嫾梢耘c壓板分開有間隙。柔性密封膜可以耦合到可移動構件，用于防止?jié){液傳輸通過間隙。柔性密封膜可以插入在回復材料與可移動構件之間。
總體上，在另一個方面，本發(fā)明針對一種監(jiān)控正經(jīng)歷拋光的襯底的摩擦系數(shù)的設備。該設備包括構件、回復材料和傳感器，所述構件具有接觸襯底的暴露表面的頂表面，所述回復材料將構件連接到結構體，所述傳感器基于回復材料的應變產(chǎn)生信號。所述頂表面具有比襯底的暴露表而的表面積小的表面積。
總體上，在另一個方面，本發(fā)明針對一種化學機械拋光設備。該設備包括支撐體、載具、電機和傳感器，所述支撐體用于拋光物件，所述載具將襯底保持抵靠拋光物件的拋光表面，所述電機耦合到拋光物件和載具中的至少一個來用于在其間產(chǎn)生相對運動，所述傳感器用于測量應變。所述傳感器包括可移動構件，所述構件具有接觸襯底的暴露表面的頂表面，所述構件響應于來自襯底的摩擦力而橫向位移，所述頂表面具有比襯底的暴露表面的表面積小的表面積，且所述傳感器包括基于所述可移動構件的橫向位移產(chǎn)生信號的傳感器。
本發(fā)明的實施方式可以包括以下特征中的一個或多個。當由支撐體保持拋光物件時，頂表面可以與拋光表面基本共面。
總體上，在另一個方面，提供了一種用于化學機械拋光設備的壓板。該壓板包括基板，所述基本具有用于容納應變傳感器的凹部，所述凹部具有比應變傳感器的橫截面面積大的橫截面面積，以允許應變傳感器的位移。還包括放置在凹部內(nèi)的應變傳感器，所述應變傳感器包括回復材料和至少一個裝置，，所述回復材料具有比拋光表面的橫截面面積小的橫截面面積，所述回復材料有時直接接觸襯底，或通過耦合到回復材料的其他材料接觸襯底，所述其他材料具有比拋光表面的橫截面面積小的橫截面而積，所述至少一個裝置用于測量在襯底與傳感器之間的相對運動方向上回復材料的應變。
在另一個方面，本發(fā)明針對一種用于拋光系統(tǒng)的物件。該物件包括柔性的、流體不可滲透的膜和拋光墊片，所述拋光墊片固定到膜的第一表面。膜的邊緣延伸超過拋光墊片的邊緣。
本發(fā)明的實施方式可以包括以下特征中的一個或多個。粘接劑可以位于膜的與第一表面相對的第二表面上和/或在圍繞拋光墊片的膜的第一表面上。可移除襯墊可以覆蓋粘接劑。拋光墊片可以包括覆蓋層和襯背層，且襯背層可以比覆蓋層更易壓縮。膜可以是硅酮或乳膠。
在一個方面，本發(fā)明描述了一種監(jiān)控正經(jīng)歷拋光的襯底的摩擦系數(shù)的系統(tǒng)。拋光墊組件包括拋光層和襯底接觸構件，所述拋光層包括拋光表面，所述襯底接觸構件柔性地耦合到拋光層，所述拋光層具有接觸襯底的暴露表面的頂表面。頂表面的至少一部分與所述拋光表面基本共面。設置了傳感器來測量襯底接觸構件的橫向位移。
實施方式可以包括以下特征中的一個或多個。拋光墊組件可以具有通過其的孔。襯底接觸構件可以定位在所述孔內(nèi)。傳感器可以包括應變計或壓力計。對準裝置可以耦合在襯底接觸構件與傳感器之間。拋光墊可以圍繞但不接觸襯底接觸構件。密封件可以在襯底接觸構件與拋光墊之間延伸。密封件包括柔性的、流體不可滲透材料。密封件可以由硅酮、乳膠或聚氨酯制成。密封件可以是O環(huán)，且O環(huán)可以利用粘接材料固定到襯底接觸構件和拋光墊。密封件可以延伸通過襯底接觸構件。襯底接觸構件和拋光層可以通過將襯底接觸構件與拋光墊解耦的彎褶而連接。彎褶可以通過在拋光墊的相對表面中的凹部形成。
在另一個方面，本發(fā)明描述了一種拋光系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括可移動壓板。拋光墊連接到可移動壓板，且拋光墊具有拋光表面并具有在其中的孔。襯底接觸構件包含在孔內(nèi)，并具有接觸襯底的暴露表面的頂表面。襯底接觸構件的頂表面與拋光表面基本共面。傳感器測量襯底接觸構件的橫向位移并基于襯底的橫向位移產(chǎn)生信號?？刂破鲝膫鞲衅鹘邮招盘枴?br> 實施方式可以包括以下特征中的一個或多個。傳感器可以是應變計或壓力計。對準裝置可以耦合在襯底接觸構件與傳感器之間。拋光墊具有接觸襯底的暴露表面的頂表面。拋光墊可以圍繞但不接觸襯底接觸構件。密封片可以在襯底接觸構件與拋光墊之間延伸。密封片可以由柔性的、流體不可滲透的材料制成。密封片可以由硅酮、乳膠或聚氨酯制成。密封片可以是O環(huán)。O環(huán)可以利用粘接材料固定到襯底接觸構件和拋光墊。密封件可以延伸通過襯底接觸構件。拋光墊可以具有接觸襯底的暴露表面的頂表面，且拋光墊可以由與襯底接觸構件相同的材料片制成。彎褶可以將襯底接觸構件與拋光墊機械地隔離。
在另一個方面，本發(fā)明描述了一種用于拋光系統(tǒng)的物件。拋光墊具有拋光表面。襯底接觸構件具有接觸襯底的暴露部分的頂表面。頂表面與拋光表面基本共面。密封件由柔性的并且流體不可滲透的材料形成，以將襯底接觸構件固定到拋光墊并允許襯底接觸構件相對于拋光墊橫向移動。
實施方式可以包括以下特征中的一個或多個。拋光墊可以具有兩層或更多層。密封件可以固定在拋光墊片的兩層之間。密封件可以延伸通過整個拋光墊片，或者可以僅部分地延伸到拋光墊片中。對準裝置的第一表面可以附裝到襯底接觸構件。密封構件還可以與對準裝置接觸。對準桿可以從對準裝置的第二表面延伸。襯底接觸構件的頂表面可以由與拋光墊相同的材料組成。襯底接觸構件的頂表面可以包括槽，所述槽將液體引導離開襯底接觸構件。密封件可以是O環(huán)。密封件可以包括硅酮、乳膠或聚氨酯。拋光墊和襯底接觸構件可以由一個連續(xù)的材料片體制成。
在另一個方面，本發(fā)明描述了一種監(jiān)控正經(jīng)歷拋光的襯底的摩擦系數(shù)的設備。可移動構件具有接觸襯底的暴露表面的頂表面。頂表面具有比襯底的暴露表面的表面積小的表面積。連接構件耦合到可移動構件。連接構件響應于來自襯底的摩擦力可沿著溝道橫向位移。傳感器基于連接構件沿著溝道的橫向位移產(chǎn)生信號。
實施方式可以包括以下的一個或多個?？梢苿訕嫾梢园⊕伖鈮|片斷?；谶B接構件的橫向位移產(chǎn)生信號的傳感器可以是應變計。可移動構件的頂表面可以與拋光墊的拋光表面基本共面。固定裝置可以耦合在拋光墊片斷與連接構件之間。固定裝置可以通過對準桿耦合到連接構件。柔性的、流體不可滲透的膜可以位于固定裝置與連接構件之間，使得拋光漿液不進入溝道或傳感器。膜可以是硅酮、乳膠或聚氨酯。
在另一個方面，本發(fā)明描述了一種組裝拋光墊的方法。將襯底接觸構件對準在模具中。模具具有凸起邊沿，使得襯底接觸構件與凸起邊沿的內(nèi)表面對準。將具有開口的拋光墊與凸起邊沿的外表面對準，使得開口與凸起邊沿的外表面對準。將密封材料放置在由襯底接觸構件、拋光墊和凸起邊沿形成的凹部內(nèi)。
實施方式可以包括以下特征中的一個或多個?？梢詫恃b置與襯底接觸構件對準，使得對準裝置的第一表面附裝到襯底接觸構件，且密封材料也接觸對準裝置。對準桿可以從對準裝置的第二表面延伸。襯底接觸構件的頂表面可以由與拋光墊相同的材料組成。襯底接觸構件的頂表面可以包括槽，所述槽將液體引導離開襯底接觸構件。密封材料可以是O環(huán)。密封材料可以是乳膠、硅酮或聚氨酯。
在另一個方面，本發(fā)明針對一種監(jiān)控襯底在拋光操作期間的摩擦系數(shù)的設備。該設備具有構件，所述構件與正經(jīng)歷拋光的襯底表面的區(qū)域配合。所述區(qū)域具有比襯底的表面積小的表面積，且所述構件相對于拋光表面橫向可移動。
實施方式可以包括以下特征中的一個或多個。該設備可以包括用于產(chǎn)生信號的裝置，所述信號指示了襯底對構件的橫向摩擦力。構件可以包括拋光墊的一部分，或者包括可移動地連接到壓板的主體。構件可以在基本單個方向上橫向可移動，或者可以在兩個垂直的方向上橫向可移動。
在另一個方面，本發(fā)明針對一種監(jiān)控襯底在拋光操作期間的摩擦系數(shù)的方法。該方法包括以下步驟將襯底的表面定位為與拋光表面接觸并同時與構件的頂表面接觸，所述構件相對于拋光表面橫向可移動，和產(chǎn)生指示襯底對構件的摩擦力的信號。
這些基本的和具體的方面可以使用系統(tǒng)、方法或設備，或者系統(tǒng)、方法和設備的任何組合來實施。而且，以上所述的各種特征的任何一個都可以與其他特征或者本發(fā)明的其他方面結合使用。
本發(fā)明可以實施以實現(xiàn)以下優(yōu)點中的一些、全部或沒有。結合本發(fā)明的化學機械拋光系統(tǒng)或設備可以在化學機械拋光期間提供精確的終點檢測以指示下層的暴露。此外，本發(fā)明可以在其中正被拋光的層是非導體的拋光處理期間提供終點檢測。此外，本發(fā)明可以在其中正被拋光的層和待暴露的層具有相似的光學屬性(例如反射性和折射系數(shù))的拋光處理期間提供終點控制。具體地，本發(fā)明可以在其中二氧化硅層被拋光以暴露氮化硅層的淺槽隔離(STI)拋光處理期間提供終點檢測。本發(fā)明還可以在其中正被拋光的層和待暴露的層具有相似的導電性的拋光處理中提供終點檢測。
本發(fā)明的一個或多個實施例的細節(jié)將在附圖和以下說明中闡明。從說明書和附圖，以及從權利要求中，本發(fā)明的其他特征、目的和優(yōu)點將變得清楚。


圖1是化學機械拋光設備的示意性分解立體圖。
圖2是包括摩擦傳感系統(tǒng)的化學機械拋光設備的部分剖視的示意性側視圖。
圖3是包括應變傳感器的化學機械拋光設備的示意性俯視圖。
圖4A-4B是應變傳感器的部分剖視的示意性側視圖。
圖4C-4E是具有應變傳感器的拋光墊的示意性側視圖。
圖5是應變測量裝置的示意性電路圖。
圖6A、6B、6D和6M是應變傳感器的示意性剖視圖。
圖6C是待安裝在拋光設備中的物件的示意性剖視圖。
圖6E示意性地圖示了將拋光墊與補片墊傳感器組裝的方法。
圖6F-6J是待安裝在拋光設備中的物件的示意性剖視圖。
圖6K-6L是具有屏蔽密封層的雙片拋光墊的示意性剖視圖。
圖7A-7C示意性圖示了使用應變傳感器檢測拋光終點的方法。
圖8A-8B是圖示了對于拋光處理的摩擦對時間的示例性軌跡的圖。
圖9圖示了用于實現(xiàn)使用應變傳感器的化學機械拋光的方法的流程圖。
圖10是應變計橋接和放大電路的實施方式的示意性電路圖。
圖11是應變傳感器的可選實施方式的部分剖視的示意性側視圖。
圖12是摩擦傳感器的可選實施方式的部分剖視的示意性側視圖。
圖13A是具有多個傳感器的拋光臺的示意性俯視圖。
圖13B是具有多個傳感器以測量正交方向上的摩擦的拋光臺的示意性俯視圖。
圖14是具有支撐柱的應變傳感器的示意性俯視圖。
在各個圖中相似標號表示相似元件。
具體實施例方式
參考圖1和2，可以通過CMP設備20拋光一個或多個襯底10。類似的拋光設備20的說明可以在美國專利No.5,738,574中找到，其全部公開通過引用被結合于此。拋光設備20包括機械基座21，機械基座21支撐一系列拋光臺22和傳輸臺23。傳輸臺23在載具頭與裝載設備之間傳輸襯底。
每個拋光臺包括其上放置諸如拋光墊30之類的拋光物件的旋轉(zhuǎn)壓板24。拋光墊30可以是具有硬質(zhì)耐久外表面的雙層拋光墊、單層硬質(zhì)墊、具有嵌入研磨顆粒的固定研磨墊、或相對軟的墊。每個拋光臺還可以包括墊調(diào)節(jié)設備28以維持拋光墊30的條件使得其將有效地拋光襯底10。
雙層拋光墊30通常具有鄰接壓板24的表面的襯背層32和具有拋光表面31的覆蓋層34，拋光表面31用于拋光襯底10。覆蓋層34通常硬于襯背層32。覆蓋層34可以由泡沫或模制聚氨酯組成，可能的話其可以具有例如中空微球體的填料和/或開槽表面。襯背層32可以由用氨基甲酸乙酯浸取的壓縮氈纖維組成。具有由IC-1000組成的覆蓋層和由SUBA-4組成的襯背層的雙層拋光墊可從特拉華州的紐華克市的Rodel有限公司獲取(IC-1000和SUBA-4是Rodel有限公司的產(chǎn)品名)。
可旋轉(zhuǎn)的多頭傳送臺60支撐四個載具頭70。通過傳送臺電機組件(未示出)，傳送臺通過中心柱62而繞傳送臺軸線64旋轉(zhuǎn)以使載具頭系統(tǒng)和附裝到其的襯底在拋光臺22與傳輸臺23之間軌道運行。載具頭系統(tǒng)中的三個接收并保持襯底，并通過將襯底壓靠拋光墊30來將其拋光。同時，載具頭系統(tǒng)中的一個從傳輸臺23接收襯底10，和將襯底10傳遞到傳輸臺23。
每個載具頭70通過載具驅(qū)動軸74連接到載具頭旋轉(zhuǎn)電機76(通過移除四分之一蓋68而示出)，使得每個載具頭可以獨立地繞其自身軸線旋轉(zhuǎn)。此外，每個載具頭70可以獨立地在形成于傳送臺支撐板66中的徑向槽72中橫向振動。合適的載具頭70的說明可以在于2004年3月26日遞交的美國專利申請?zhí)朜o.10/810,784中找到，其整個公開通過引用被結合于此。在操作時，壓板24繞其中心軸線25旋轉(zhuǎn)，且載具頭繞其中心軸線71旋轉(zhuǎn)并橫向地傳輸越過拋光墊的表面。
漿液38可以通過漿液供應端口或組合的漿液/清洗臂39供應到拋光墊30。如果拋光墊30是標準墊，則漿液38可以包括研磨顆粒(例如，用于氧化物拋光的二氧化硅)。
現(xiàn)在參考圖2和3，凹部26形成在壓板24中，且孔33形成在拋光墊30中。凹部26和孔33定位為在拋光墊30與襯底10之間的相對運動期間的某些時間經(jīng)過襯底10的下方。例如，假定壓板34旋轉(zhuǎn)，凹部26將沿著路徑96越過襯底10，于是掃描越過襯底10。
監(jiān)控并檢測襯底的局部離散區(qū)域的摩擦系數(shù)上的改變的摩擦傳感系統(tǒng)部分地放置在凹部26內(nèi)。摩擦傳感系統(tǒng)包括應變傳感機構(應變傳感器)46和諸如計算機90之類的用于處理來自應變傳感器46的數(shù)據(jù)的處理裝置。
應變傳感器46包括襯底接觸構件58、回復材料和傳感器，襯底接觸構件58可以在受到來自襯底摩擦力時移動，回復材料將襯底接觸構件向后壓迫向中立位置，傳感器基于襯底接觸構件的位移產(chǎn)生信號。
應變傳感器46放置在凹部26內(nèi)并延伸通過拋光墊30中的孔33，使得襯底接觸構件58的頂表面45擱置為與拋光墊30的拋光表面31共而，其中襯底接觸構件58的橫截面面積小于襯底10。假定壓板24旋轉(zhuǎn)，應變傳感器46和襯底接觸構件58將沿著路徑96越過襯底10。這樣，襯底接觸構件58的表面45至少在一些時間(例如，周期性地在壓板24的每次旋轉(zhuǎn)時)接觸襯底10。
再次假定壓板24旋轉(zhuǎn)，應變傳感器46可以構造為使得襯底接觸構件58在由襯底接觸構件58經(jīng)過的圓形路徑的切向上可移動，而通常在與由襯底接觸構件58經(jīng)過的圓形路徑垂直的其他方向上不可移動。
圖4中示出了應變傳感器的一個實施方式。在此實施方式中，回復材料是安裝在基座42上的片簧48。片簧48可以由諸如不銹鋼之類的金屬材料形成。片簧48可以是具有窄側47的矩形固體。窄側47的厚度和片簧48的成分可以基于所期望的摩擦力來選擇，使得片簧48在應變傳感器46受到由于與襯底10接觸而引起的摩擦力時彈性彎曲(而不經(jīng)歷非彈性變形)。片簧48在凹部26內(nèi)被定向為使得片簧48的寬側49的表面與襯底10和應變傳感器46之間相對運動的方向垂直。基座42提供剛性支撐，用于將片簧48固定在凹部26內(nèi)并限制橫向移動。由相對運動導致的摩擦阻力使得片簧48以彎曲的形式經(jīng)歷應變。
具體地，可以在寬側49與經(jīng)過壓板的旋轉(zhuǎn)軸線25的半徑基本平行的狀態(tài)下將片簧48定向。這樣，片簧48可以沿著作為由襯底接觸構件58經(jīng)過的圓形路徑的切線方向的橫向彎曲，但沿著其他橫向(例如，平行于半徑)相對不可彎曲。
在襯底接觸構件58與壓板24之間的間隙43提供了用于襯底接觸構件58隨著片簧48的彎曲而移動的空間。間隙43在切向上的尺寸基于片簧48的彈簧常數(shù)和由襯底10施加在襯底接觸構件58上的摩擦力的預期量級。間隙43應該提供足夠的空間，或者使襯底接觸構件58在預期的拋光條件(例如，載具頭下壓力、壓板轉(zhuǎn)速和漿液成分)下以不接觸凹部26的側壁的狀態(tài)移動。
襯底接觸構件58可以附裝到片簧48的表面，使得襯底接觸構件58與拋光墊30共面。襯底接觸構件58可以是單片的或可以包括諸如支撐片57和拋光墊片斷59之類的其他部件，因而所得到的應變傳感器46的頂表面45與拋光墊共面。
通常，襯底接觸構件58的頂表面45由不會對拋光處理產(chǎn)生不利影響的材料形成，例如，該材料應該與拋光環(huán)境化學兼容，且足夠軟以避免刮擦或損傷襯底。例如，拋光墊(例如以上討論的包括襯背層32和覆蓋層34的雙部分拋光墊)的片斷59可以安裝到支撐片57上并放置在片簧48的頂部上，其中片斷59具有比襯底10小的橫截面面積。于是，安裝到襯底接觸構件58的拋光墊片斷59與安裝在壓板24上的拋光墊30共面。
通常，拋光墊片斷59的頂表面45由與用于拋光墊30的拋光表而31相同的材料形成。在一個實施方式中，頂表面45可以被設計為增強應變傳感器46的性能。例如，如圖4C所示，頂表面45可以具有槽圖案287或涂刷器式結構，其被設計為將漿液引導遠離拋光墊片斷59?？蛇x地，如圖4D所示，頂表面45可以具有具有刷毛288的刷狀結構，其被設計為與襯底保持接觸。
現(xiàn)在參考圖4E，為了避免當應變傳感器46的片簧48移動遠離平衡位置時的平面外偏移，頂表面45還可以以一定的角度成型。當片簧離開平衡位置時，頂表面45的某個部分保持與襯底接觸。這允許無論片簧是否遠離平衡位置，都可以在襯底的前表面上不產(chǎn)生不均勻壓力分布的情況下，應變傳感器測量由于與襯底接觸引起的摩擦力。
如上所指出的，頂表面45具有小于襯底10(并小于拋光表面31)的橫截面面積。例如，頂表面可以小于襯底表面積的5％，或小于1％。頂表面45可以具有約0.20cm2到10cm2的表面積，例如，頂表而45可以是邊長為0.5到3cm的正方形或具有類似直徑的圓。
襯底10與拋光墊30之間的相對運動使得應變傳感器46的襯底接觸構件58間歇地與襯底10進行物理接觸。該接觸在應變傳感器46上產(chǎn)生摩擦力，該摩擦力取決于應變傳感器46與襯底10之間的摩擦系數(shù)。襯底接觸構件58在摩擦力的作用下橫向(即，平行于襯底10和拋光墊30的表面)可位移，且此橫向位移導致片簧48上的應變。片簧48經(jīng)歷的應變量取決于由襯底10施加在應變傳感器46上的摩擦力。摩擦力部分地取決于襯底材料的性質(zhì)并還取決于襯底的平面化程度。從片簧48的初始形狀的百分比變形反映了應變的程度。可以通過監(jiān)控此變形來測量片簧48的應變。在一個實施方式中，片簧48可以被設計為使得變形與施加的摩擦力的關系至少對于將在拋光操作中所期望的力的范圍是線性的。
用于測量片簧48的應變或位移的裝置可以包括在凹部26內(nèi)。例如，應變或位移測量裝置可以基于對片簧48的位置的光學監(jiān)控、對片簧48的諸如導電性之類物理屬性的變化的檢測、或者通過附裝應變計來測量應變。在一個實施方式中，應變傳感器46包括粘附到片簧48的多個應變計50。應變計50可以通過引線56互連到在片簧48的相對側上的其他應變計50，并耦合到輸出系統(tǒng)(未示出)。
當襯底接觸片58與襯底10之間的摩擦力使得片簧48彎曲時，應變計50也將彎曲，在附裝點處經(jīng)歷與片簧48相同的應變。在片簧48的一個表面上的應變計50將延展，而在片簧48的相對表面上的應變計50將被壓縮。結果，應變計將產(chǎn)生與片簧48上的應變成比例的信號。
示例性應變計50包括一定長度的導線，并通過粘接劑被直接固定到待測其應變的目標物，在此情況下，目標物為片簧48。通過將導線以蜿蜒路徑布置在應變計50內(nèi)，導線的長度可以比應變計自身更長。在每個應變計50中導線長度的延展或壓縮將改變導線的導電屬性。隨著導向的長度延展，電阻增大。相反，當導線的長度壓縮時，電阻減小。
在應變傳感器46的一個實施方式中，使用了四個應變計50。兩個應變計50放置在片簧48的一個表面上，而另外兩個應變計50放置在片簧48的相對表面上。當片簧48彎曲時，兩個應變計50將呈現(xiàn)增大的電阻，而在片簧48的相對側上的另外兩個應變計50呈現(xiàn)減小的電阻。
現(xiàn)在參考圖5，應變計橋接電路52可以用于示意性地表示應變計50之間的互連。在應變計橋接電路52內(nèi)，應變計50可以表示為四個具有相同基礎電阻值R的電阻。如圖5中的通常橋接電路所示，經(jīng)歷增大的電阻的應變計50由R+dR表示，而經(jīng)歷減小的電阻的應變計50由R-dR表示，其dR是由應變計50的變形引起的電阻改變。作為改變電阻的結果，電流電壓的改變通常較小，并在一些實施方式中可以由放大器54放大以提供更強的結果輸出信號。輸出指示了作用在片簧48上的應變力。
再參考圖2和5，應變計橋接電路52的放大輸出被發(fā)送到計算機90用于處理。處理可以包括拋光墊片斷59與襯底10之間摩擦系數(shù)的計算、在襯底10上具有徑向位置的應變傳感器46的相關測量、基于應變測量來分析化學機械拋光處理的進程、和將應變測量轉(zhuǎn)換為圖形信息。輸出可以通過諸如監(jiān)視器92之類的裝置顯示。
參考圖2，如上所討論的，形成在應變傳感器46與壓板24之間的間隙43允許了用于應變傳感器46在來自襯底10的摩擦力下橫向移動的空間。潛在地，漿液可以通過此間隙流動到凹部26中。排放道44可以延伸通過壓板24以移除在拋光處理期間累積在凹部26中的漿液。排放道44可以單獨地或者與以下參考圖6A-6M討論的彈性或柔性的流體不可滲透膜結合起作用。
現(xiàn)在參考圖6A-6M，諸如硅酮或乳膠膜之類的彈性或柔性的流體不可滲透膜(例如，密封膜)可以用于密封應變傳感器46與壓板24之間的間隙。密封膜防止?jié){液經(jīng)過間隙并進入凹部26。在圖6A-6M中示出了一些示例性的密封實施方式。
如圖6A所示，密封構件84形成襯底接觸構件58的支撐片57的一部分，并通過一個或多個緊固件94連接到壓板24。密封膜84跨過支撐片57和壓板24之間的間隙。密封膜84可以形成包圍支撐片57的環(huán)，或者密封膜84可以是集成到支撐片57中或放置在支撐片57的頂部上的固體片。緊固件94可以是諸如螺紋螺釘之類的緊固件，或者可以通過粘接材料來提供緊固。拋光墊片斷59可以附裝到支撐片57。拋光墊片斷59不需要與粘接到壓板24的拋光墊30相同。但是，為了襯底10的均勻拋光，在壓板24和應變傳感器46的一部分兩者上使用具有相似特性的拋光表面是有利的。在一個實施方式中，拋光墊30可以與凹部26的邊緣齊平?？蛇x地，如圖6A所示，拋光墊30可以從邊緣凹入。
圖6B圖示了使用兩個密封膜的系統(tǒng)的示例。第一密封膜88是通過緊固件98連接到壓板24和支撐片57兩者中的凹部的環(huán)。第二密封膜86是粘接在壓板24的頂部上并跨越間隙和支撐片57兩者的固體片。具體地，壓板24的表面包括凹槽90以裝配密封膜86，使得密封膜86擱置為與壓板24的頂表面齊平。接著將拋光墊30安裝在壓板和密封膜結合體的頂部上。在雙部分拋光墊的情況下，襯背墊34粘接到壓板24和密封膜86的結合體。例如通過諸如壓敏粘接劑(PSA)之類的粘接劑，密封膜86還粘接到支撐片57的頂表面并粘接到拋光墊片斷59。
參考圖6C，拋光墊片斷59和第二密封膜86的結合體可以作為預組裝的單元出售。具體地，拋光墊片斷59可以用例如壓敏粘接劑附裝到柔性密封膜86(其例如是硅酮或乳膠膜)的中心，因此密封膜86的邊緣延伸超過拋光墊片斷的外邊沿。此外，密封膜的上表面93的外緣和下表而92可以涂覆有粘接劑層94，且每個粘接劑層可以被襯墊95覆蓋。
在安裝期間，從膜86的下表面92移除襯墊95，且該單元被粘接到支撐片57的頂部并粘接到壓板24的凹槽90。膜86的頂表面可以與壓板24的頂表面基本共面?？梢詮哪さ捻敱砻嬉瞥r墊95，且拋光墊30可以固定到壓板的頂表面，使得孔33繞拋光墊片斷59裝配，且膜的與孔相鄰的邊緣擱置在膜86的上表面93的邊沿上。
圖6D圖示了其中應變傳感器46安裝在插入塊100內(nèi)的系統(tǒng)，插入塊100座落在壓板24的凹部26內(nèi)。密封膜102可以接著安裝在插入塊100與襯底接觸構件58之間，而不是將密封膜102連接到壓板24。密封膜102可以用與圖6A-6B所述相同的方式粘接或緊固在接觸支撐片與插入片100之間。插入塊100的使用可以允許模塊化的塊，其可以座落到壓板24中而不用接著將密封膜102固定到壓板24。在插入塊100已經(jīng)放置在凹部內(nèi)之后，拋光墊30可以接著粘接到壓板24并粘接到插入塊100。
可選地，可以使用拋光物件，其中襯底接觸構件和密封件被固定到拋光墊，使得墊、密封件和襯底接觸構件可以作為單個部件從壓板移除。圖6E和6F圖示了制造拋光墊的方法，其中密封件和襯底接觸構件集成到拋光墊中。該方法包括通過將密封材料散布到模具315中來將襯底接觸構件58密封到墊。模具315是扁平的，并由合適材料制成，使得密封材料310不會永久粘接到模具。在一個實施方式中，模具315的表面的一部分的特征在于凸起邊沿319。邊沿319包圍了有邊區(qū)域318。有邊區(qū)域318與襯底接觸構件具有相同形狀，并被制成一定的尺寸以裝配襯底接觸構件。
襯底接觸構件放置在模具315中以擱置在有邊區(qū)域318中。拋光墊30可以接著布置在模具315中使得拋光墊中的孔307繞邊沿318裝配，且拋光墊30圍繞襯底接觸構件58。在一個實施方式中，拋光墊可以自身形成有適于稍后放置接觸構件的孔。在另一個實施方式中，孔可以切入到拋光墊片中。有邊區(qū)域318形成了襯底接觸構件58與拋光墊30之間凹部的底部。
在一個實施方式中，具有向外延伸的突起307的對準卡具305可以附裝到襯底接觸構件58。對準卡具的與向外延伸的突起307相對的端部被固定到襯底接觸構件的與接觸襯底的表面相對的那側。對準卡具305例如通過膠水或壓敏粘接劑固定到襯底接觸構件。在一個實施方式中，對準卡具可以具有唇緣311，其部分地或完全地包圍襯底接觸構件。向外延伸的突起可以成型為圓形或橢圓形桿、矩形或方形棒、或圓錐體。
如圖6M所示，當墊安裝在壓板24上時，對準卡具305的突起307可以插入到對準插座309的接收凹部中。以此方式，對準卡具305和襯底接觸構件58機械地耦合到應變傳感器46，同時允許墊和接觸構件58可以容易地作為單元安裝和移除。對準插座309還幫助了襯底接觸構件58和拋光墊30的安裝，這是因為安裝墊的操作者可以判斷何時襯底接觸構件被正確地定位在壓板上。
然后，將密封材料310放置在襯底接觸構件58與拋光墊30之間的間隙內(nèi)。足夠的密封材料310被放置在間隙內(nèi)，使得密封材料在拋光墊30、襯底接觸構件58、和對準桿305之間產(chǎn)生密封。密封材料足夠柔性，因此襯底接觸構件58可以響應于在拋光時襯底的摩擦系數(shù)而移動。合適的密封材料包括硅酮、乳膠或聚氨酯。
圖6F示出了使用以上方法構造的拋光墊。密封材料310在襯底接觸構件58、拋光墊30和對準卡具305之間進行完全密封。接觸構件58的頂表面45可以與拋光墊30的頂表面31共面。作為模具的有邊區(qū)域的結果，密封材料310略凹入到頂表面45和31下方。在實施方式中，通過例如固化液體墊材料，拋光墊可以形成為圍繞襯底接觸構件和密封件。
如圖6M所示，當墊安裝在壓板24上時，對準卡具305的突起307可以插入到對準插座309的接收凹部中。以此方式，對準卡具305和襯底接觸構件58被機械地耦合到應變傳感器46，同時允許墊和接觸構件58可以容易地作為單元安裝和移除。對準插座309還便于襯底接觸構件58和拋光墊30的安裝，這是因為安裝墊的操作者可以判斷何時襯底接觸構件被正確地定位在壓板上。
圖6G和6H示出了結合有密封墊層的拋光墊。拋光墊30和襯底接觸構件58每個包括至少兩個層，頂層259和副墊224。在襯底接觸構件58與拋光墊30之間形成間隙。此間隙允許補片墊在拋光操作期間響應于摩擦力而自由移動。位于頂層259與副墊224之間的密封墊層284防止液體通過間隙區(qū)域。圖6G示出了一個實施方式，其中密封墊層284延伸過基本整個拋光墊30。圖6H示出了可選實施方式，其中密封墊層僅延伸過拋光墊30的一部分，具體地，墊的與孔307緊鄰的部分。在兩個實施方式中，密封墊層僅在補片區(qū)域中暴露。密封墊層由柔性和液體不可滲透材料制成，例如硅酮、乳膠或聚氨酯。
圖6L示出了使用屏蔽密封層的雙片墊，其中屏蔽結合到拋光墊中。在此實施方式中，拋光墊30本身形成有孔來容納襯底接觸構件。在拋光墊的形成處理期間，屏蔽290插入在頂層259和副墊224之間。屏蔽可以僅延伸通過拋光墊的一部分，例如如圖6L所示，或者延伸通過整個拋光墊(未示出)。屏蔽用作密封層，并由柔性的并對液體不可滲透的材料制成，例如硅酮、乳膠或聚氨酯。拋光墊以如上所述的方式附裝到壓板24。然后使用合適的方式，例如壓敏粘接劑，將襯底接觸構件58固定到屏蔽290。
在一個實施方式中，襯底接觸構件58可以具有附裝到其的對準桿292，在該情況下對準桿插入通過屏蔽290中的孔，使得對準桿延伸通過屏蔽，且可以如上所述將襯底接觸構件58固定。
圖6I示出了結合有O環(huán)286的拋光墊，O環(huán)286代替密封墊層來密封拋光墊30與襯底接觸構件58之間的空間。O環(huán)可以通過粘接材料或通過由拋光墊30和襯底接觸構件58施加在O環(huán)上的壓縮力來固定到拋光墊30和襯底接觸構件58。
圖6J示出了其中襯底接觸構件形成為拋光層的一體部分的拋光墊。拋光墊30可以包括兩層，頂層259和副墊224，不過該構思也可應用于單層墊。在一個實施方式中，通過銑削拋光墊30以在襯底接觸構件所期望的區(qū)域中產(chǎn)生一系列槽口274、276，將襯底接觸構件58形成在拋光墊內(nèi)。槽口274、276定位為使得拋光墊在槽口區(qū)域內(nèi)的部分是襯底接觸構件。槽口形成彎褶273，其將襯底接觸構件58與拋光墊30機械解耦，允許襯底接觸構件在拋光操作期間響應于摩擦力而充分地移動，從而允許摩擦系數(shù)的檢測。因為副墊224并非對液體不可滲透，所以槽口274不應該延伸超出頂層259到副墊224中。在可選實施方式中，具有形成了襯底接觸構件的彎褶的頂層預先形成于模具中，使得在模制處理期間產(chǎn)生槽口。在任一個實施方式中，因為拋光墊和襯底接觸構件由對液體不可滲透的連續(xù)材料塊制成而不具有任何使拋光漿液經(jīng)過的開口，所以不需要額外的密封材料。
圖6K示出了使用屏蔽密封層的雙片墊，其中屏蔽附裝到襯底接觸構件。屏蔽290附裝到襯底接觸構件58。屏蔽用作密封層，并由柔性的并對液體不可滲透的材料制成，例如硅酮、乳膠或聚氨酯。在一個實施方式中，補片連接到對準桿292。屏蔽290延伸超出襯底接觸構件58的邊緣，并擱置在壓板24上。通過例如機械處理，凹部355可以形成在壓板24中以容納屏蔽290而不引起拋光墊30的變形。具有孔來容納襯底接觸構件的拋光墊30可以接著放置在壓板24上，從而固定屏蔽290。在可選實施方式中，通過例如其與屏蔽接觸時將液體墊材料固化，可以繞襯底接觸構件58形成拋光墊30。
參考圖7A，襯底10可以包括硅晶片12以及一個或多個沉積層14和16。沉積層可以是半導體、導體、或絕緣體層。在層已經(jīng)沉積之后，可以使用例如光刻技術刻蝕圖案。后續(xù)的層可以沉積在圖案化的層之上。如圖7A-7C所示，襯底10可以被拋光以減小沉積層16的厚度，直到圖案化層14被暴露且層14和16的頂表面共面。
不同的襯底層在沉積層與應變傳感器46之間具有不同的摩擦系數(shù)。此摩擦系數(shù)的不同意味著不同的沉積層將產(chǎn)生不同量的摩擦力，并因此在片簧48中產(chǎn)生不同量的應變。如果摩擦系數(shù)增大，則片簧48的變形將增大。類似地，如果摩擦系數(shù)減小，則片簧48的變形將減小。當沉積層16被向下拋光以暴露圖案化層14時，應變將改變來反映沉積層14與拋光墊30的材料之間不同的摩擦系數(shù)。因此，諸如計算機90之類的計算裝置可以用于通過監(jiān)控由應變測量裝置檢測的應變的改變以及因此摩擦的改變來判斷拋光終點。
現(xiàn)在參考圖8A和8B，示出了兩個示例性曲線圖，其圖示了在拋光處理期間在不同點處的檢測摩擦的可能變化。圖8A是在假想的化學機械拋光處理期間的摩擦對時間曲線圖，其中對于沉積層14的摩擦系數(shù)小于對于沉積層16的摩擦系數(shù)。類似地，圖8B是在假想的化學機械拋光處理期間的摩擦對時間曲線圖，其中對于沉積層14的摩擦系數(shù)大于對于沉積層16的摩擦系數(shù)。
參考圖7A，在拋光處理的開始，層16的表面可能不是平面的，而是可以具有由沉積處理導致的峰和谷。對于相同材料，非平面表面比平而表面引起更大的摩擦。于是，如圖8A所示，初始非平面表面由曲線圖開始處較大的摩擦來表示。
轉(zhuǎn)到圖7B，沉積層16已經(jīng)被平面化，但層14還未被暴露。在圖8A中，此狀態(tài)由摩擦從較高水平到較低水平的改變來圖示，該改變作為此減小的摩擦的結果。
最后，在圖7C中，拋光處理已經(jīng)將沉積層16的厚度減小到暴露沉積層14。在此示例中，沉積層14比沉積層16具有更小的摩擦系數(shù)。結果，在圖8A中，曲線圖示出了摩擦再次減小。摩擦的水平對應于拋光處理的終點。結果，在整個拋光處理中摩擦減小。
現(xiàn)在參考圖8B，初始的非平面表面由曲線圖開始處較大的摩擦來表示，且沉積層16的平面化由平面層16的摩擦從較高水平到較低水平的改變來圖示，該改變作為此減小的摩擦的結果。
在此示例中，沉積層14具有比沉積層16更大的摩擦系數(shù)。于是，當拋光處理已經(jīng)將沉積層16的厚度減小到暴露沉積層14時，在圖8B中，曲線圖示出了摩擦已經(jīng)增大。摩擦的水平對應于拋光處理的終點。結果，摩擦從平面化點增大到終點條件。
如上所提及的，圖8A和8B是示例曲線圖，且摩擦力的相對改變?nèi)Q于沉積層所使用的材料和沉積層16的初始粗糙程度。具體終點摩擦值可以通過實驗來確定。
現(xiàn)在參考圖2和9，計算機90可以用于控制拋光臺22。計算機90可以從應變計50接收輸入并將結果顯示在監(jiān)視器92上。此外，計算機程序可以被設計為控制化學機械拋光處理的啟動和結束。如圖9所示，用于化學機械拋光的計算機程序的實施方式開始于啟動在襯底10上的化學機械拋光處理(步驟910)。在拋光處理期間，計算機90從應變計50接收輸入(步驟920)。可以連續(xù)地、周期地、或其兩者的某種結合接收來自應變計50的輸入。計算機90接收應變輸入信號來判斷由應變計50經(jīng)歷的應變(步驟930)。計算機90接著監(jiān)控對于應變改變的信號(步驟940)。當應變改變指示了所期望的拋光終點時，計算機90結束拋光處理(步驟950)。在一個實施方式中，計算機90檢測應變數(shù)據(jù)的斜率的改變來判斷拋光終點。計算機90也可以監(jiān)控應變信號平滑度來判斷拋光終點?？蛇x地，為了判斷終點的發(fā)生，計算機90基于所使用的沉積層來查閱包含預判斷終點應變值的數(shù)據(jù)庫。
此外，如美國專利No.6,159,073所述的用于光學測量，計算機90可以將來自應變傳感器46的測量值按照半徑范圍來分類。該測量值可以接著用于由載具頭70所施加的壓力的實時閉環(huán)控制。例如，如果計算機90檢測到襯底邊緣處的半徑區(qū)域中摩擦正在改變，這可以指示首先在襯底邊緣處正暴露其下層。作為響應，計算機90可以使得載具頭70在襯底的邊緣處比中心處施加更小的壓力。
圖10中示出了示意性的將應變計50和放大器54結合的電路。在此示例中，應變計50表示為電阻R51-R54，每個電阻具有350ohm的無應變電阻。應變計50連接在一起，使得R51和R52在片簧經(jīng)歷應變時增大電阻而應變計R53和R54在片簧經(jīng)歷應變時減小電阻?？邕^應變計的電壓將取決于應變量而變化。輸出電壓被如圖10所示的放大電路所使用以將增益提供到來自應變計50的輸出電壓。增益量部分地取決于電阻RG的值。例如，對于圖10所示的電路，500ohm和50ohm之間的電阻值可以產(chǎn)生100和1000之間的近似增益。放大器的輸出可以接著被傳輸?shù)接嬎銠C用于處理。
應變傳感器46可以被集成到各種拋光系統(tǒng)中。在拋光處理期間，襯底10和拋光物件相對于彼此移動。假定應變傳感器46隨著拋光物件移動，則拋光物件支撐體(例如，壓板24)、或載具頭70、或兩者都可以移動來提供應變傳感器46與襯底10之間的相對運動。可選地，應變傳感器不需要隨著拋光物件移動。在此情況下，應變傳感器可以保持固定，且載具頭70可以移動以提供應變傳感器46與襯底之間的相對運動。拋光物件可以是固定到壓板的圓形(或其他形狀)墊、在供應輥與收取輥之間延伸的帶、或連續(xù)帶(continuous belt)。拋光物件可以固定在壓板上，在拋光操作之間在壓板上方遞增地前進，或在拋光期間在壓板上方被連續(xù)地驅(qū)動。拋光物件可以是標準(例如，具有或不具有填料的聚氨酯)粗糙墊、軟墊、或固定研磨墊。合適的開口可以產(chǎn)生在上述拋光墊30的任何一個中，并定位在壓板24上使得在化學機械拋光處理期間，應變傳感器46可以物理地接觸襯底10，應變傳感器46具有橫截面面積小于襯底10的接觸表面45。供應到拋光物件的漿液38可以包括研磨劑或不含研磨劑。
在一個實施方式中，拋光墊片斷59在不存在支撐片57的情況下直接連接到片簧48。此外，在不具有支撐片57的實施方式中，密封膜84、86、88和102可以直接附裝到片簧48。
在另一個可選實施方式中，回復材料自身提供襯底接觸構件58。例如，回復材料可以是由不會刮擦襯底的材料(例如軟聚氨酯)形成的可彎曲片(與片簧具有基本相同形狀)。此可彎曲片可以從凹部26延伸使得其具有比襯底10小的橫截面面積的頂表面與拋光表面31共面。此外，除了片簧之外，回復材料可以是方形或圓形金屬桿。
回復材料可以是任何與由外力引起的變形向反地施加力的材料，例如彈性或可壓縮構件?；貜筒牧峡梢詫⒁r底接觸構件58(可選地經(jīng)由中間卡具，如圖6C所示)連接到拋光物件支撐體。例如，如圖11所示，應變傳感器46可以包括多個彈簧，其作為將襯底接觸構件58連接到壓板24的回復材料，其允許構件在由于與襯底10接觸引起的摩擦力下橫向移動?？梢岳缤ㄟ^激光干涉儀112、或通過電容或渦流傳感器、或通過其他位移測量傳感器來光學地監(jiān)控襯底接觸構件58的位移，該位移指示了由附裝彈簧所經(jīng)歷的應變。可選地，光束120可以從光源122導向以反射離開襯底接觸構件58的側部并導向到位置敏感光檢測器124上。襯底接觸構件58的位移使得光束入射檢測器124的位置改變，于是提供了指示構件58的橫向位移和摩擦系數(shù)的信號。假定應變傳感器46不與拋光物件一起移動，則回復材料可以將襯底接觸構件58連接到固定卡具，例如支撐壓板的機械基座21。
在圖12所示的另一個可選實施方式中，摩擦傳感系統(tǒng)包括構造為在來自襯底的摩擦力下橫向滑動而非彎曲的應變傳感器。在此實施方式中，摩擦傳感器246包括在受到來自襯底10的摩擦力時可以移動的襯底接觸構件58、連接到襯底接觸構件58的基本剛性的滑動桿248、將滑動桿248和襯底接觸構件58向后朝向中立位置壓迫的彈簧249、和基于襯底接觸構件58和滑動桿248的位移產(chǎn)生信號的壓力傳感器250。
桿248可滑動地附裝到基座254，基座254可以固定到壓板或可以是壓板的一部分?；瑒訔U248將襯底接觸構件58的位移傳遞到壓力傳感器250?；瑒訔U248的運動可以受基座254中溝道252的限制，因此滑動桿248被限制為沿著與襯底和摩擦傳感器246之間相對運動的方向平行的軸線移動。
在襯底接觸構件58上的摩擦力將引起襯底接觸構件58和滑動桿248兩者的橫向位移。這使得滑動桿248向壓力傳感器250施加壓力，當襯底接觸構件58受到更大的摩擦力時將施加更大的壓力。壓力傳感器可以耦合到輸出系統(tǒng)(未示出)。
彈簧249安裝到滑動桿248。彈簧249可以由諸如不銹鋼之類的金屬材料形成。彈簧249的成分可以基于所期望的摩擦力來選擇，使得當摩擦傳感器246受到由于與襯底接觸引起的摩擦力時，彈簧彈性地壓縮和延伸(在不經(jīng)歷非彈性變形的情況下)。彈簧249被定向為使得回復力平行于襯底與摩擦傳感器246之間相對運動的方向。這樣，彈簧249將逆著滑動桿248和襯底接觸構件58的位移方向施加回復力。
襯底接觸構件58附裝到滑動桿248，使得襯底接觸構件58與拋光墊30共面。襯底接觸構件58可以是單片或者包括諸如支撐片和拋光墊片斷之類的其他部件，因此所得的摩擦傳感器246的頂表面與拋光墊30共面。此實施方式的優(yōu)點在于襯底接觸構件總是保持平行于拋光墊的表而和襯底，并因此襯底接觸構件的整個表面保持與襯底接觸。這允許由襯底施加在襯底接觸構件上的摩擦力的更精確判斷。
壓力傳感器250的輸出被發(fā)送到計算機90用于處理。處理可以包括襯底接觸構件58與襯底10之間摩擦系數(shù)的計算、來自摩擦傳感器246的與襯底10上的徑向位置相關的測量、基于壓力測量值來分析化學機械拋光處理的進程、基于所測量的壓力的改變來控制拋光設備、和將壓力測量值轉(zhuǎn)換為圖形信息?？梢酝ㄟ^諸如監(jiān)視器92之類的裝置顯示輸出。
在可以與如上討論的各種實施方式結合的另一個實施例中，摩擦傳感系統(tǒng)包括多個傳感器。例如，如圖13A所示，該系統(tǒng)可以包括多個傳感器，其布置在距壓板的旋轉(zhuǎn)軸線基本相同的距離處，但以繞壓板的旋轉(zhuǎn)軸線以相等的角度間隔布置。作為另一個示例，如圖13B所示，該系統(tǒng)可以包括布置在緊密的附近但具有不同(例如垂直)的方位的傳感器(例如，測量其襯底接觸構件位移的一個傳感器平行于通過壓板的旋轉(zhuǎn)軸線25的半徑，而測量其襯底接觸構件位移的另一個傳感器垂直于通過壓板的旋轉(zhuǎn)軸線25的半徑)。以此構造，該系統(tǒng)可以產(chǎn)生指示總摩擦力的測量值，例如，作為在兩個垂直方向上測量的應變的平方和的平方根。
作為另一個示例，襯底接觸構件可以在平行于和垂直于經(jīng)過壓板的旋轉(zhuǎn)軸線25的半徑的兩個方向上可橫向移動，且摩擦傳感系統(tǒng)可以包括測量構件沿著兩個方向的位移的傳感器。例如，參考圖14，代替片簧，應變傳感器可以包括具有矩形橫截面的柔性支撐柱170。第一組應變傳感器50可以位于支撐柱170的一對相對面上以測量支撐柱在一個方向上的撓曲，而第二組應變傳感器50b可以位另一對相對面上以測量支撐柱在垂直方向上的撓曲。每組應變傳感器可以如參考圖4A-5所討論地連接，從而產(chǎn)生在兩個垂直方向上摩擦力的測量值。以此構造，該系統(tǒng)可以產(chǎn)生指示襯底接觸構件上總摩擦力的測量值，例如，作為在兩個垂直方向上測量的應變的平方和的平方根。
在任何實施方式中，計算機90可以執(zhí)行對所接收的原始應變數(shù)據(jù)的處理步驟以將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為摩擦值。計算機90可以利用應變計50的應變與施加在襯底接觸構件58上的摩擦力之間的關系來計算摩擦系數(shù)。接著可以基于摩擦系數(shù)進行終點判斷。
拋光操作可以是移除導體、絕緣體或半導體層以暴露相同類型(即，導體、絕緣體或半導體)的另一層的拋光操作?？蛇x地，拋光操作可以是移除導體、絕緣體或半導體層以暴露不同類型的另一層的拋光操作。在任一種情況下，拋光操作都可以是移除層以暴露具有類似反射率的另一層(例如，兩個絕緣體層)的拋光操作。例如，被拋光的層可以是氮化物，而被暴露的層可以是氧化物，或相反，或者兩個層可以都是氧化物。拋光操作可以是淺溝槽隔離(STI)、層間電介質(zhì)(ILD)、金屬間電介質(zhì)(IMD)和前金屬電介質(zhì)(PMD)、聚合硅或絕緣體上硅(SOI)處理中的步驟。
本發(fā)明可以利用數(shù)字電子電路，或利用計算機硬件、固件、軟件、或者其組合來實施。本發(fā)明的設備可以以有形嵌入在機器可讀存儲器中的、用于通過可編程處理器執(zhí)行的計算機程序產(chǎn)品的方式來實施；且本發(fā)明的方法步驟可以通過執(zhí)行指令程序以由操作輸入數(shù)據(jù)并產(chǎn)生輸出來實現(xiàn)本發(fā)明功能的可編程處理器來實現(xiàn)。本發(fā)明可以以一個或多個計算機程序的方式來有利地實施，所述一個或多個程序可在可編程系統(tǒng)上執(zhí)行，可編程系統(tǒng)包括至少一個可編程處理器、至少一個輸入裝置和至少一個輸出裝置，其中所述至少一個可編程處理器耦合到數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)以從其接收數(shù)據(jù)和指令并將數(shù)據(jù)和指令傳輸?shù)狡?。每個計算機程序可以以高級程序化的或面向?qū)ο蟮木幊陶Z言的方式實施，或者如果期望，以匯編或機器語言的方式實施；在任何情況下，該語言可以是編譯或解釋語言。作為示例，合適的處理器包括通用和專用微處理器兩者。通常處理器將從只讀存儲器和/或隨機訪問存儲器接收指令和數(shù)據(jù)。計算機的核心元件是用于執(zhí)行指令的處理器以及存儲器。通常，計算機將包括一個或多個大容量存儲裝置用于存儲數(shù)據(jù)文件；這樣的存儲裝置包括諸如內(nèi)置硬盤和可移動盤之類的磁盤；磁光盤；和光盤。適于有形地將計算機程序指令和數(shù)據(jù)嵌入的存儲裝置包括所有形式的非易失性存儲器，其例如包括諸如EPROM、EEPROM和閃存裝置之類的半導體存儲器裝置；諸如內(nèi)置硬盤和可移動盤之類的磁盤；磁光盤；和CD-ROM盤。任何前述部分都可以通過ASIC(專用集成電路)實施或結合在ASIC中。
已經(jīng)根據(jù)具體實施方式
描述了本發(fā)明。其他實施方式落在所附權利要求的范圍內(nèi)。
本申請要求于2003年10月31日遞交的美國臨時申請?zhí)朜o.60/516,349和于2004年7月22日遞交的美國臨時申請?zhí)朜o.60/590,471的優(yōu)先權。
權利要求
1.一種監(jiān)控正經(jīng)歷拋光的襯底的摩擦系數(shù)的設備，包括可移動構件，所述可移動構件具有接觸襯底的暴露表面的頂表面，所述可移動構件響應于來自所述襯底的摩擦力而橫向位移，所述頂表面具有比所述襯底的所述暴露表面的表面積小的表面積；和傳感器，所述傳感器基于所述可移動構件的橫向位移產(chǎn)生信號。
2.如權利要求1所述的設備，還包括耦合到所述可移動構件的回復材料。
3.如權利要求2所述的設備，其中所述回復材料包括片簧。
4.如權利要求2所述的設備，其中所述回復材料包括多個彈簧。
5.如權利要求2所述的設備，其中所述可移動構件包括拋光墊片斷。
6.如權利要求5所述的設備，其中所述拋光墊片斷包括兩層。
7.如權利要求2所述的設備，其中所述可移動構件還包括耦合在所述回復材料與所述拋光墊片斷之間的支撐片。
8.如權利要求3所述的設備，其中基于所述可移動構件的橫向位移產(chǎn)生信號的所述傳感器是應變計。
9.如權利要求8所述的設備，其中多個應變計在最大應變點處附裝到所述片簧。
10.如權利要求1所述的設備，其中基于所述可移動構件的橫向位移產(chǎn)生信號的所述傳感器是光學傳感器。
11.如權利要求10所述的設備，其中所述光學傳感器是激光干涉儀。
12.如權利要求1所述的設備，其中基于所述可移動構件的橫向位移產(chǎn)生信號的所述傳感器是壓電傳感器。
13.如權利要求1所述的設備，其中所述頂表面與拋光墊的拋光表面基本共面。
14.如權利要求1所述的設備，其中所述可移動構件連接到壓板。
15.如權利要求14所述的設備，其中所述可移動構件與所述壓板分開有間隙。
16.如權利要求15所述的設備，還包括耦合到所述可移動構件的柔性密封膜，其用于防止?jié){液傳輸通過所述間隙。
17.如權利要求16所述的設備，還包括耦合到所述可移動構件的回復材料，且其中所述柔性密封膜插入在所述回復材料與所述可移動構件之間。
18.如權利要求14所述的設備，其中所述壓板可旋轉(zhuǎn)。
19.一種監(jiān)控正經(jīng)歷拋光的襯底的摩擦系數(shù)的設備，包括構件，所述構件具有接觸所述襯底的暴露表面的頂表面，所述頂表面具有比所述襯底的所述暴露表面的表面積小的表面積；回復材料，所述回復材料將所述構件連接到結構體；和傳感器，所述傳感器基于所述回復材料的應變產(chǎn)生信號。
20.一種化學機械拋光設備，包括支撐體，所述支撐體用于拋光物件；載具，所述載具將襯底保持抵靠所述拋光物件的拋光表面；電機，所述電機耦合到所述拋光物件和所述載具中的至少一個，用于在其間產(chǎn)生相對運動；和用于測量應變的傳感器，所述傳感器包括可移動構件，所述構件具有接觸襯底的暴露表面的頂表面，所述構件響應于來自所述襯底的摩擦力而橫向位移，所述頂表面具有比所述襯底的所述暴露表面的表面積小的表面積，且所述傳感器包括基于所述可移動構件的橫向位移產(chǎn)生信號的傳感器。
21.如權利要求20所述的設備，其中當由所述支撐體保持所述拋光物件時，所述頂表面與所述拋光表面基本共面。
22.一種用于化學機械拋光設備的壓板，包括基板，所述基板具有用于容納應變傳感器的凹部，所述凹部具有比所述應變傳感器的橫截面面積大的橫截面面積，以允許所述應變傳感器的位移；和放置在所述凹部內(nèi)的所述應變傳感器，所述應變傳感器包括回復材料和至少一個裝置，所述回復材料具有比所述拋光表面的橫截面面積小的橫截面面積，所述回復材料有時直接接觸襯底，或通過耦合到所述回復材料的其他材料接觸襯底，所述其他材料具有比所述拋光表面的橫截面面積小的橫截面面積，所述至少一個裝置用于測量在所述襯底與測量應變的所述傳感器之間的相對運動方向上的所述回復材料應變的至少一個裝置。
23.一種用于拋光系統(tǒng)的物件，包括柔性的、流體不可滲透的膜；和拋光墊片，所述拋光墊片固定到所述膜的第一表面，所述膜的邊緣延伸超過所述拋光墊片的邊緣。
24.如權利要求23所述的物件，還包括在所述膜的與所述第一表面相對的第二表面上的粘接劑。
25.如權利要求24所述的物件，還包括覆蓋所述粘接劑的可移除襯墊。
26.如權利要求22所述的物件，還包括在圍繞所述拋光墊片的所述膜的所述第一表面上的粘接劑。
27.如權利要求26所述的物件，還包括覆蓋所述粘接劑的可移除襯墊。
28.如權利要求22所述的物件，其中所述拋光墊片包括覆蓋層和襯背層。
29.如權利要求28所述的物件，其中所述襯背層比所述覆蓋層更易壓縮。
30.如權利要求22所述的物件，其中所述膜是硅酮或乳膠。
31.一種監(jiān)控正經(jīng)歷拋光的襯底的摩擦系數(shù)的系統(tǒng)，包括拋光墊組件，包括拋光層，所述拋光層包括拋光表面；和襯底接觸構件，所述襯底接觸構件柔性地耦合到所述拋光層，所述拋光層具有接觸襯底的暴露表面的頂表面，其中所述頂表面的至少一部分與所述拋光表面基本共面；和傳感器，所述傳感器測量所述襯底接觸構件的橫向位移。
32.如權利要求31所述的系統(tǒng)，其中所述拋光墊組件具有通過其的孔。
33.如權利要求32所述的系統(tǒng)，其中所述襯底接觸構件定位在所述孔內(nèi)。
34.如權利要求31所述的系統(tǒng)，其中所述傳感器包括應變計。
35.如權利要求31所述的系統(tǒng)，其中所述傳感器包括壓力計。
36.如權利要求31所述的系統(tǒng)，還包括耦合在所述襯底接觸構件與所述傳感器之間的對準裝置。
37.如權利要求31所述的系統(tǒng)，其中所述拋光墊圍繞但不接觸所述襯底接觸構件。
38.如權利要求37所述的系統(tǒng)，還包括在所述襯底接觸構件與所述拋光墊之間延伸的密封件，其中所述密封件包括柔性的、流體不可滲透材料。
39.如權利要求38所述的系統(tǒng)，其中所述密封件由硅酮、乳膠或聚氨酯制成。
40.如權利要求38所述的系統(tǒng)，其中所述密封件是O環(huán)。
41.如權利要求40所述的系統(tǒng)，其中所述O環(huán)利用粘接材料固定到所述襯底接觸構件和所述拋光墊。
42.如權利要求48所述的系統(tǒng)，其中所述密封件延伸通過所述襯底接觸構件。
43.如權利要求31所述的系統(tǒng)，其中所述襯底接觸構件和所述拋光層通過將所述襯底接觸構件與所述拋光墊解耦的彎褶而連接。
44.如權利要求43所述的系統(tǒng)，其中所述彎褶通過在所述拋光墊的相對表面中的凹部形成。
45.一種拋光系統(tǒng)，包括可移動壓板；拋光墊，所述拋光墊連接到所述可移動壓板，所述拋光墊具有拋光表面并具有在其中的孔；襯底接觸構件，所述襯底接觸構件包含在所述孔內(nèi)，所述襯底接觸構件具有接觸所述襯底的暴露表面的頂表面，其中所述頂表面與所述拋光表面基本共面；傳感器，所述傳感器測量所述襯底接觸構件的橫向位移并基于所述襯底的所述橫向位移產(chǎn)生信號；和控制器，所述控制器從所述傳感器接收所述信號。
46.如權利要求45所述的系統(tǒng)，其中所述傳感器是應變計。
47.如權利要求45所述的系統(tǒng)，其中所述傳感器是壓力計。
48.如權利要求45所述的系統(tǒng)，還包括耦合在所述襯底接觸構件與所述傳感器之間的對準裝置。
49.如權利要求45所述的系統(tǒng)，還包括拋光墊，所述拋光墊具有接觸所述襯底的所述暴露表面的頂表面，其中所述拋光墊圍繞但不接觸所述襯底接觸構件。
50.如權利要求49所述的系統(tǒng)，還包括在所述襯底接觸構件與所述拋光墊之間延伸的密封片，其中所述密封片由柔性的、流體不可滲透的材料制成。
51.如權利要求50所述的系統(tǒng)，其中所述密封片由硅酮、乳膠或聚氨酯制成。
52.如權利要求50所述的系統(tǒng)，其中所述密封片是O環(huán)。
53.如權利要求52所述的系統(tǒng)，其中所述O環(huán)利用粘接材料固定到所述襯底接觸構件和所述拋光墊。
54.如權利要求50所述的系統(tǒng)，其中所述密封件延伸通過所述襯底接觸構件。
55.如權利要求45所述的系統(tǒng)，還包括所述拋光墊，其具有接觸所述襯底的所述暴露表面的頂表面，其中所述拋光墊由與所述襯底接觸構件相同的材料片制成；和彎褶，使得所述彎褶將所述襯底接觸構件與所述拋光墊機械地隔離。
56.一種用于拋光系統(tǒng)的物件，包括拋光墊，所述拋光墊具有拋光表面；襯底接觸構件，所述襯底接觸構件具有接觸襯底的暴露部分的頂表面，其中所述頂表面與所述拋光表面基本共面；和密封件，所述密封件由柔性的并且流體不可滲透的材料形成，所述密封件將所述襯底接觸構件固定到所述拋光墊并允許所述襯底接觸構件相對于所述拋光墊橫向移動。
57.如權利要求56所述的物件，其中所述拋光墊具有兩層或更多層。
58.如權利要求57所述的物件，其中所述密封件固定在所述拋光墊片的兩層之間。
59.如權利要求58所述的物件，其中所述密封件延伸通過整個所述拋光墊片。
60.如權利要求58所述的物件，其中所述密封件僅部分地延伸到所述拋光墊片中。
61.如權利要求56所述的物件，還包括對準裝置，其中所述對準裝置的第一表面附裝到所述襯底接觸構件。
62.如權利要求61的物件，其中所述密封構件還與所述對準裝置接觸。
63.如權利要求61的物件，其中對準桿從所述對準裝置的第二表面延伸。
64.如權利要求56所述的物件，其中所述襯底接觸構件的所述頂表面由與所述拋光墊相同的材料組成。
65.如權利要求56所述的物件，其中所述襯底接觸構件的所述頂表面包括槽，所述槽將液體引導離開所述襯底接觸構件。
66.如權利要求56所述的物件，其中所述密封件是O環(huán)。
67.如權利要求56所述的物件，其中所述密封件包括硅酮、乳膠或聚氨酯。
68.如權利要求56所述的物件，其中所述拋光墊和所述襯底接觸構件由一個連續(xù)的材料片制成。
69.一種監(jiān)控正經(jīng)歷拋光的襯底的摩擦系數(shù)的設備，包括可移動構件，所述可移動構件具有接觸襯底的暴露表面的頂表面，所述頂表面具有比所述襯底的所述暴露表面的表面積小的表面積；連接構件，所述連接構件耦合到所述可移動構件，所述連接構件響應于來自所述襯底的摩擦力可沿著溝道橫向位移；和傳感器，所述傳感器基于所述連接構件沿著所述溝道的橫向位移產(chǎn)生信號。
70.如權利要求69所述的設備，其中所述可移動構件包括拋光墊片斷。
71.如權利要求69所述的設備，其中基于所述連接構件的橫向位移產(chǎn)生信號的所述傳感器是應變計。
72.如權利要求69所述的設備，其中所述可移動構件的頂表面與拋光墊的拋光表面基本共面。
73.如權利要求70所述的設備，還包括耦合在所述拋光墊片斷與所述連接構件之間的固定裝置。
74.如權利要求73所述的設備，其中所述固定裝置通過對準桿耦合到所述連接構件。
75.如權利要求73所述的設備，還包括柔性的、流體不可滲透的膜，其中所述膜位于所述固定裝置與所述連接構件之間，使得拋光漿液不進入所述溝道或所述傳感器。
76.如權利要求75所述的設備，其中所述膜是硅酮、乳膠或聚氨酯。
77.一種組裝拋光墊的方法，包括以下步驟將襯底接觸構件對準在模具中，其中所述模具具有凸起邊沿，使得所述襯底接觸構件與所述凸起邊沿的內(nèi)表面對準；將具有開口的拋光墊與所述凸起邊沿的外表面對準，使得所述開口與所述凸起邊沿的所述外表面對準；和將密封材料放置在由所述襯底接觸構件、所述拋光墊和所述凸起邊沿形成的凹部內(nèi)。
78.如權利要求77所述的方法，還包括如下步驟將對準裝置與所述襯底接觸構件對準，使得所述對準裝置的第一表面附裝到所述襯底接觸構件，且所述密封材料也接觸所述對準裝置。
79.如權利要求78所述的方法，其中對準桿從所述對準裝置的第二表面延伸。
80.如權利要求77所述的方法，其中所述襯底接觸構件的頂表面由與所述拋光墊相同的材料組成。
81.如權利要求77所述的方法，其中所述襯底接觸構件的所述頂表面包括槽，所述槽將液體引導離開所述襯底接觸構件。
82.如權利要求77所述的方法，其中所述密封材料是O環(huán)。
83.如權利要求77所述的方法，其中所述密封材料是乳膠、硅酮或聚氨酯。
84.一種監(jiān)控襯底在拋光操作期間的摩擦系數(shù)的設備，包括構件，所述構件與正經(jīng)歷拋光的襯底表面的區(qū)域接合，所述區(qū)域具有比所述襯底的表面積小的表面積，所述構件相對于拋光表面橫向可移動。
85.如權利要求84所述的設備，還包括用于產(chǎn)生信號的裝置，所述信號指示了所述襯底對所述構件的橫向摩擦力。
86.如權利要求84所述的設備，其中所述構件包括拋光墊的一部分。
87.如權利要求84所述的設備，其中所述構件包括可移動地連接到壓板的主體。
88.如權利要求84所述的設備，其中所述構件在基本單個方向上橫向可移動。
89.如權利要求84所述的設備，其中所述構件在兩個垂直的方向上橫向可移動。
90.一種監(jiān)控襯底在拋光操作期間的摩擦系數(shù)的方法，包括以下步驟將襯底的表面定位為與拋光表面接觸并同時與構件的頂表面接觸，所述構件相對于所述拋光表面橫向可移動；和產(chǎn)生指示所述襯底對所述構件的摩擦力的信號。
全文摘要
描述了監(jiān)控正經(jīng)歷拋光的襯底的摩擦系數(shù)的系統(tǒng)方法和設備。拋光墊組件包括具有拋光表面的拋光層和柔性耦合到拋光層的襯底接觸構件，襯底接觸構件具有接觸襯底的暴露表面的頂表面。頂表面的至少一部分與拋光表面基本共面。設置傳感器易測量襯底接觸構件的橫向位移。一些實施例可以在化學機械拋光期間提供精確的終點檢測來指示下層的暴露。
文檔編號B24B49/16GK1871504SQ200480031574
公開日2006年11月29日 申請日期2004年10月28日 優(yōu)先權日2003年10月31日
發(fā)明者格布里爾·羅里米爾·米勒, 曼歐徹爾·比郎, 尼歐司·約翰遜, 博古斯勞·A·司維德克, 多米尼克·J·本文格努 申請人:應用材料公司