專利名稱：用于確定導(dǎo)電層厚度的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請一般地涉及層厚度測量，并且更具體地，涉及導(dǎo)電層處理機(jī)床中的層厚度測量。
背景技術(shù)：
一般通過在晶片上形成諸如金屬和電介質(zhì)的各種材料，以便創(chuàng)建合成薄膜，并且 對這些層構(gòu)圖來制造集成電路。對形成在襯底上的層的厚度的進(jìn)行準(zhǔn)確測量通?？赡苁怯?用的。例如，最初可能在晶片上過沉積一個層，以便形成相對厚的層，并且采用平面化處理， 以便將該層減薄到所希望的厚度。知道層的厚度可以幫助控制平面化處理。確定層厚的方法包括原位(in situ)和異位(ex situ)技術(shù)。每種已知處理具有 對于各種應(yīng)用的特定優(yōu)點和缺點。

發(fā)明內(nèi)容
在某些實施例中，一種處理晶片的方法包括改變晶片上的導(dǎo)電層的厚度，和在改 變過程中，監(jiān)視導(dǎo)電層的厚度。監(jiān)視厚度包括將來自渦流傳感器的測量與導(dǎo)電層的厚度相 關(guān)聯(lián)。將該測量與厚度相關(guān)聯(lián)包括應(yīng)用一個模型，該模型包括(1)已知厚度的測量點之間 的多個函數(shù)，或(2)具有無限階項的分析函數(shù)。在某些實施例中，確定工件上的導(dǎo)電層的厚度的方法包括當(dāng)工件上的導(dǎo)電層處于 磁場中時測量磁通密度的改變，和使用通過將磁通密度改變與布置在磁場內(nèi)的導(dǎo)電層的厚 度相關(guān)聯(lián)形成的校準(zhǔn)曲線，計算導(dǎo)電層的厚度。校準(zhǔn)曲線將平滑函數(shù)插值擬合到多個校準(zhǔn) 點，或?qū)⒍鄠€校準(zhǔn)點與多個函數(shù)相聯(lián)系。在某些實施例中，一種校準(zhǔn)渦流傳感器的方法包括產(chǎn)生磁場，當(dāng)包括已知厚度的 導(dǎo)電層的多個晶片中的每一個通過磁場時，測量阻抗變元，形成將測量的阻抗變元擬合到 已知厚度的校準(zhǔn)曲線。該校準(zhǔn)曲線包括具有無限次項的分析函數(shù)或連續(xù)分段函數(shù)。在某些實施例中，一種確定工件上的導(dǎo)電層的厚度的方法包括當(dāng)工件上的導(dǎo)電層 處于磁場內(nèi)時，使用渦流傳感器測量值，和使用校準(zhǔn)曲線計算導(dǎo)電層的厚度，該校準(zhǔn)曲線將 厚度與測量的值相關(guān)聯(lián)。在從大約Ik人到大約20kl的范圍內(nèi)，計算的厚度是在5%誤差 以內(nèi)。在某些實施例中，一種用于確定厚度的裝置包括渦流傳感器，該渦流傳感器被校 準(zhǔn)以便當(dāng)工件上的導(dǎo)電層處于磁場內(nèi)時，測量磁通密度的改變；以及處理器，被配置以執(zhí)行 程序，以便將測量的磁通密度改變變換為導(dǎo)電層的計算的厚度。該程序包括擬合多個校準(zhǔn) 點的校準(zhǔn)曲線。該校準(zhǔn)曲線包括平滑函數(shù)插值或分段函數(shù)。出于概述本發(fā)明和實現(xiàn)的相對于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點的目的，此處描述了本發(fā)明的某 些目的和優(yōu)點。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本發(fā)明的任意特定實施例，可以不必實現(xiàn)所有這些目 的或優(yōu)點。因此，例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到可以用實現(xiàn)或優(yōu)化此處教導(dǎo)或建議的一個 優(yōu)點或一組優(yōu)點，而不必然實現(xiàn)可能在此處教導(dǎo)或建議的其它目的或優(yōu)點的方式實施或完成本發(fā)明。所有這些實施例旨在落在此處公開的本發(fā)明的范圍內(nèi)。根據(jù)下面參考附圖對優(yōu)選 實施例的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易明了這些和其它實施例，本發(fā)明不限于公開的 任何特定實施例。


下面參考優(yōu)選實施例的附圖描述此處公開的發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu) 點，這些優(yōu)選實施例旨在說明而不是限制本發(fā)明。圖1是軌道化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)床的示例實施例的示意平面圖；圖2A是可以在圖1的機(jī)床內(nèi)實現(xiàn)的拋光站的示例實施例的橫截面?zhèn)纫晥D；圖2B是可以在圖1的機(jī)床內(nèi)實現(xiàn)的拋光站的另一個示例實施例的橫截面?zhèn)纫?圖；圖3A是用于圖2A所示類型的拋光站內(nèi)的晶片、拋光墊和渦流傳感器的示意平面 圖；圖3B是用于圖2B所示類型的拋光站內(nèi)的晶片、拋光墊和渦流傳感器的示意平面 圖；圖4是計算的厚度與阻抗模的關(guān)系示例曲線圖；圖5是計算的厚度與阻抗變元θ的關(guān)系示例圖；圖6Α-6Ε是使用用于建模的各階多項式的模擬的厚度和實際厚度與阻抗變元θ 的關(guān)系示例曲線圖；圖7是實際厚度和模擬的厚度函數(shù)與阻抗變元θ的關(guān)系示例曲線圖；圖8是使用模擬的厚度函數(shù)的厚度測量誤差的示例曲線圖；圖9圖形地示出了線性分段連續(xù)插值；圖IOA是用于線性分段連續(xù)插值的實際厚度和模擬的厚度與阻抗變元θ的關(guān)系 示例曲線圖；圖IOB和IOC是用于多項式分段連續(xù)插值的實際厚度和模擬的厚度與阻抗變元θ 的關(guān)系示例曲線圖；圖11是使用多個模擬的厚度函數(shù)的厚度測量誤差的示例曲線圖；圖12Α和12Β是使用不同技術(shù)的終點調(diào)用時間的示例曲線圖；圖13Α是在轉(zhuǎn)變檢測之前的去除過程中的導(dǎo)電層厚度的示例曲線圖；圖13Β是轉(zhuǎn)變檢測之后剩余的導(dǎo)電層厚度的示例曲線圖；和圖14是使用不同技術(shù)的拋光之前和之后的示例導(dǎo)電層厚度分布圖。
具體實施例方式通過將層與拋光表面(例如，墊)和通常包含研磨顆粒的漿液接觸，化學(xué)機(jī)械拋光 (“CMP”)處理可以使得半導(dǎo)體襯底諸如晶片上的層變薄，并且去除凸起和缺陷。以所選 擇的速度、壓力、溫度等提供晶片和拋光表面之間的相對運動，可以控制所述速度、壓力、溫 度，以便產(chǎn)生具有所希望厚度的層。雖然相對于某些CMP機(jī)床和處理技術(shù)描述實施例，本領(lǐng) 域技術(shù)人員將會理解，此處公開的測量技術(shù)可應(yīng)用于獨立的或異位(ex situ)測量站，或其它類型的處理機(jī)床。圖1示出了以工作高效和空間高效的方式組合多個CMP系統(tǒng)22的CMP裝置20。 優(yōu)選地，CMP系統(tǒng)22排列在以業(yè)務(wù)通路走廊98間隔開的兩行內(nèi)。CMP裝置20包括前端模 塊24，前端模塊24包括清洗模塊76，清洗模塊76具有沿著在CMP系統(tǒng)22的行的端部并且 大體垂直于CMP系統(tǒng)22的行的直線排列的多個清洗站26。在這種CMP裝置20中，多個半 導(dǎo)體晶片可被在CMP系統(tǒng)22內(nèi)并行拋光，并且然后可被在清洗站26中并行清洗。雖然示 出了 4個CMP系統(tǒng)22和3個清洗站26，CMP裝置20可以包括更多或更少數(shù)目的CMP系統(tǒng) 22或清洗站26。前端模塊被配置為包括晶片緩存站28，晶片緩存站28能夠容納多個單獨晶片貯 存器30，諸如盒子或前端開口標(biāo)準(zhǔn)艙(FOUP)接收器。盒子/FOUP接收器30被配置為接收 容納一個或多個工件的盒子/F0UP。前端或“干”機(jī)器人32 (被配置為處理干工件)位于前 端模塊內(nèi)，并且被用于將所選擇的晶片從所選擇的晶片貯存器30傳輸?shù)骄故终?4。定 位在CMP系統(tǒng)22的兩個行之間的傳遞或“濕”機(jī)器人36(被配置為處理濕工件)從倒手站 取回所選擇的晶片，并且將其傳遞到多個CMP系統(tǒng)22中所選擇的一個。在某些實施例中，傳 遞機(jī)器人36包括傳遞負(fù)載杯座(TLC)，其被配置為在拋光站CMP系統(tǒng)22之間傳輸工件或襯 底。在某些實施例中，每個CMP系統(tǒng)22被配置為獨立于其它CMP系統(tǒng)22操作，或可被配置 為執(zhí)行CMP處理的特定功能，諸如但不限于，使得不同的站進(jìn)行順序的非選擇性(快速)銅 去除、(較慢的)選擇性銅去除和阻擋層去除。在某些可替換的實施例中，兩個或多個CMP 系統(tǒng)22被配置為一起操作，例如，以便對某些工件順序地操作。漿液容器(未示出)可被外部地或內(nèi)部地相聯(lián)系，以便通過至少一個供給通道 (未示出)給CMP系統(tǒng)22提供CMP漿液?？梢允褂枚喾N不同的CMP漿液。CMP漿液可被通 過若干常規(guī)使用的方法中的任意一種提供給工件。例如，CMP漿液可被提供到經(jīng)墊拋光系 統(tǒng)的拋光壓盤。對于另一個例子，對于漿液被分配到工件表面上的系統(tǒng)，CMP漿液可被提供 給工件保持器。在第三個例子中，CMP漿液可被從位于系統(tǒng)104上的分配器提供到拋光墊 的頂面上。在某些實施例中，CMP漿液包括可被電鍍到工件上的電解液。選擇的晶片被在所選擇的CMP系統(tǒng)22上拋光。在完成拋光操作之后，晶片由傳遞 機(jī)器人36從所選擇的CMP系統(tǒng)22被傳遞到另一個CMP系統(tǒng)22以便進(jìn)一步處理，或被傳遞 到多個清洗站26中所選擇的一個清洗站以便進(jìn)行清洗。當(dāng)清洗操作完成時，前端機(jī)器人 32將現(xiàn)在經(jīng)過平面化并且經(jīng)過清洗的晶片傳遞到一個晶片貯存器30。如此處使用的，術(shù)語 “未處理的晶片”或“未處理的工件”指CMP操作之前的晶片或工件，并且術(shù)語“處理后的晶 片”或“處理后的工件”指CMP操作之后的晶片或工件。在某些實施例中，CMP裝置20包括 至少一個控制器130，控制器130與CMP系統(tǒng)22和/或清洗站26通信，并且被配置為操作 CMP系統(tǒng)22和/或清洗站26。圖2A示出了可被作為任意一個或全部CMP系統(tǒng)22結(jié)合在CMP裝置20內(nèi)的拋光 站200的示例實施例的橫截面?zhèn)纫晥D。拋光站200被配置為拋光工件202，工件202可以包 括曝光的導(dǎo)電層205和其它層(未示出)。拋光站200包括下部拋光模塊204和工件載體 206。下部拋光模塊204包括壓盤208和拋光墊210。壓盤208可以包括多個堆疊的多樣層。 壓盤208可以可選地被配置為用于若干目的，包括引入拋光墊210和工件202之間的相對 運動。對此而言，壓盤208被連接到電機(jī)組件228，電機(jī)組件228被配置為按照軌道移動壓盤208。其它系統(tǒng)可被配置為在各種方向上移動壓盤(例如，平移地、按照軌道地和/或旋 轉(zhuǎn)地)。壓盤208可被配置為提供用于向拋光墊210的頂面和/或其它設(shè)備傳送拋光漿液 或其它液體的管道。例如，如圖2A中所示，壓盤208包括開口 212a、212b，拋光液可被通過 這些開口分配到墊210的拋光面，雖然應(yīng)當(dāng)理解，拋光液可被通過機(jī)床或晶片載體組件206 等上的管道傳送到拋光墊210上。如上所述，拋光墊210被配置為當(dāng)工件202被推靠在墊210上時拋光工件202。拋 光墊210可以是常規(guī)用于拋光工件202的任意類型的設(shè)備，例如，可以從賓夕法尼亞州費城 的Rohm and Hass獲得的聚安酯拋光墊。拋光墊210具有預(yù)定的初始厚度，并且被可拆卸 地連接到壓盤208，從而拋光墊210可被用于多種拋光操作，并且一旦其厚度被確定為不再 令人滿意，則可被更換。在某些實施例中，拋光墊210包括子墊。工件載體206被配置為接收工件202，并且在拋光處理期間將工件202推靠在拋光 墊210上。載體206給工件202的背面施加類似真空的力，保持工件202，向著拋光墊210 運動，以便將工件202置于與拋光墊210接觸，解除所述類似真空的力，并且然后向著拋光 墊210給工件202施加一個力。在某些實施例中，載體206被配置為使得工件202運動(例 如，旋轉(zhuǎn)地、按照軌道、或平移地)。載體206包括主體220、被配置為在拋光過程中保持工 件202的保持環(huán)232、軟外殼(blader)或隔膜218以及用于給軟外殼218施加壓力的裝置。圖2A所示的載體206具有3個同心區(qū)域中心區(qū)域215、中間區(qū)域216和外圍區(qū) 域217。軟外殼218提供用于支撐工件202的表面。內(nèi)環(huán)210提供用于分隔區(qū)域215、216 的阻擋，并且外環(huán)211提供用于分隔區(qū)域216、217的阻擋。雖然圖2A示出了 3個區(qū)域215、 216、217，可以使用任意適合數(shù)目的區(qū)域。區(qū)域的數(shù)目越多，可以對工件表面205的平面化 執(zhí)行更多控制。在圖2A所示的工件載體206中，用于給軟外殼218施加壓力的裝置適用于 允許通過區(qū)域215、216、217偏置施加在晶片202背面的不同區(qū)域上的壓力。工件202背面 上接收更高(或更低)壓力的區(qū)域通常增加(或減小)從工件202的前表面205上的相應(yīng) 區(qū)域去除材料的速度。平面化處理中材料的去除速度在圍繞著工件202的中心的同心環(huán) 帶內(nèi)通常大體是一致的，但是載體206優(yōu)選地能夠在保持每個區(qū)域內(nèi)的一致壓力的同時， 在多個不同區(qū)域內(nèi)施加不同壓力。另外，載體206還能夠在工件202的背面上的不同區(qū)域 215、216、217上施加不同壓力?？梢苑謩e通過可控制的壓力調(diào)節(jié)器245、246、247，分別通過 通道235、236、237單獨傳遞在中心區(qū)域215、中間區(qū)域216和外圍區(qū)域217內(nèi)的壓力，每個 壓力調(diào)節(jié)器245、246、247被連接到泵226?？梢允褂眯D(zhuǎn)接頭(rotary union) 220將來自 泵226的壓力傳遞到壓力調(diào)節(jié)器245、246、247中的每一個，并且從而如果載體206旋轉(zhuǎn)，傳 遞到它們各自的區(qū)域215、216、217。因此，可以給每個同心區(qū)域215、216、217獨立地施加壓 力，以便創(chuàng)建按壓在工件202背面上的3個同心帶。因此每個區(qū)域215、216、217可以具有 不同壓力，但是因此每個同心帶在被按壓在工件202的背面上的該帶內(nèi)具有一致的壓力。當(dāng)載體工件載體206與工件202接觸時，軟外殼218提供類似真空的力，以便保持 工件202，并且被配置為在拋光處理期間在工件202的背側(cè)上提供受控的壓力。在某些實施 例中，軟外殼218包括多個可獨立控制的區(qū)域。每個區(qū)域可被連接到一個獨立的液體供給， 用于給該區(qū)域加壓，并且給工件202的背面施加壓力。在某些實施例中，CMP裝置20包括一組電極(未示出)，被配置為，例如，如共同所 有的美國專利No. 6，497，800中所描述的，電化學(xué)地電鍍或拋光工件202的導(dǎo)電層205。當(dāng)使用CMP裝置(例如，圖1)進(jìn)行電化學(xué)電鍍時，第一電極使得工件202相對于第二電極是陰 極，從而電解液溶劑內(nèi)的金屬分子被沉積在工件202表面上。在電鍍過程中，可以使用拋光 墊210拋光沉積的導(dǎo)電材料。當(dāng)CMP裝置20被用于電化學(xué)拋光時，第一電極使得工件202 相對于第二電極是陽極，從而在電解液溶劑內(nèi)金屬分子被從工件202表面蝕刻掉。在拋光 過程中，拋光墊210可被用于在去除過程中平面化導(dǎo)電材料。壓盤208還包括渦流探針或傳感器214。渦流探針214產(chǎn)生磁場，當(dāng)導(dǎo)電物體(例 如，工件202上的導(dǎo)電金屬層205)被通過該磁場時，該磁場經(jīng)歷磁通密度的改變。磁通密 度的改變提供了可被繪制在阻抗面上的測量。如以等式1描述的，阻抗面上的數(shù)據(jù)點通常 被以(χ，y)坐標(biāo)表示ζ = x+i · y 等式 1其中χ是來自干阻的實部，并且y是受該層的電抗影響的虛部，電抗是電感和電容 的組合。該測量可被用于確定某些參數(shù)，諸如工件202的硬度或密度，導(dǎo)電層205的厚度， 并且用于識別導(dǎo)電層205中的缺陷。渦流探針214可被布置在拋光站200的任意適合部分內(nèi)。在某些實施例中，如圖 2A所示，渦流探針214布置在壓盤208的開口 212c內(nèi)。在某些替換實施例中，渦流探針214 布置為靠近并且緊鄰壓盤208。另外，雖然圖2A示出了單個渦流探針214，應(yīng)當(dāng)理解，多個 渦流探針214可被布置在多個位置，以便測量工件202的不同區(qū)域。探針214可被相對于 墊210安裝在不同位置(例如，與墊平齊、在墊之下、在子墊之下等)。圖2B示出了可被作為任意一個或全部CMP系統(tǒng)22結(jié)合在CMP裝置20內(nèi)的拋光 站250的另一個示例實施例的橫截面?zhèn)纫晥D。拋光站250被配置為拋光工件202，工件202 可以包括曝光的導(dǎo)電層205和其它層(未示出)。拋光站250包括下部拋光模塊254和例 如上面參考圖2A所述的工件載體206。下部拋光模塊254包括壓盤258和拋光墊260。壓 盤258可以可選地被配置為用于若干目的，包括引入拋光墊260和工件202之間的相對運 動。對此而言，壓盤258被連接到電機(jī)組件228，電機(jī)組件228被配置為旋轉(zhuǎn)壓盤258。在 某些實施例中，墊260和支撐墊260的壓盤258至少是工件202的直徑的兩倍。在某些操 作模式中，壓盤258繞著軸264旋轉(zhuǎn)，并且載體206繞著軸266旋轉(zhuǎn)，從而工件202具有繞 著墊260的圓形路徑軌跡。壓盤258可被配置為提供用于向拋光墊260的頂面和/或其它 設(shè)備傳送拋光漿液或其它液體的管道。例如，如圖2B所示，壓盤258包括開口 212a、212b， 拋光液可被通過這些開口分配到墊260的拋光面。作為另一個例子，漿液分配器262可被 布置在墊260之上。還可以使用其它液體傳送系統(tǒng)。圖3A示出了拋光站200的實施例的俯視圖，其中工件202被布置在拋光墊210上。 多個渦流傳感器300a、300b、300c、300d被定位在拋光墊210之下，并且一般地相對于拋光 墊210具有固定關(guān)系(例如，在圖2A的壓盤208內(nèi))。當(dāng)工件202和拋光墊210被彼此相 對運動時，傳感器300a、300b、300c、300d能夠在工件202上的不同位置檢測磁通密度的改 變。例如，在以實線表示的工件202的原始位置中，處于墊210的外圍的傳感器300a不產(chǎn) 生工件202的讀數(shù)，但是如果工件202被移動到虛線位置，傳感器300a基于工件202的邊 緣處的導(dǎo)電層205的厚度產(chǎn)生讀數(shù)。圖3B示出了拋光站200的另一個實施例的俯視圖，其中工件202被布置在拋光墊 260上。多個渦流傳感器300a、300b、300c定位在拋光墊260之下，并且一般地相對于拋光墊260具有固定關(guān)系(例如，在圖2B的壓盤258內(nèi))。當(dāng)工件202和拋光墊260彼此相對 運動時，傳感器300a、300b、300c能夠在工件202上的不同位置檢測磁通密度的改變。例如， 在以實線表示的工件202的原始位置中，傳感器300a、300b、300c都不產(chǎn)生工件202的讀 數(shù)，但是如果工件202被移動到虛線位置，所有傳感器300a、300b、300c基于導(dǎo)電層205的 厚度產(chǎn)生讀數(shù)。取決于下部拋光模塊254的旋轉(zhuǎn)速度，傳感器300a、300b、300C可能僅在拋 光時間的一小部分內(nèi)在工件202之下。在某些這種系統(tǒng)中，與圖3B所示的實施例(其中3 個傳感器可以連續(xù)產(chǎn)生數(shù)據(jù))相比，來自傳感器300a、300b、300c的數(shù)據(jù)可能是稀疏的，雖 然仍然可以使用適當(dāng)?shù)牟蓸铀俣?，以便確定工件202的導(dǎo)電層205的厚度。
為了將兩個阻抗坐標(biāo)-由渦流傳感器提供的變量χ，y-的單個值與導(dǎo)電層的厚度 相關(guān)聯(lián)，如以等式2描述的，可以使用阻抗的模。M = V*1+/等式 2因此，可以為給定的導(dǎo)電層厚度計算阻抗的模的單個值|z|。然而，由于在寬的厚 度范圍上厚度不是阻抗的模|z|的單調(diào)函數(shù)，而且厚度也不是阻抗的模的自然對數(shù)Inlz 的單調(diào)函數(shù)(即，對于任意給定的模Iz I，可能存在兩個或多個相應(yīng)的可能厚度)，不總是能 夠針對給定的阻抗模Izl計算單個厚度。圖4是4個渦流探針(例如，探針300a、300b、300C、300d)的計算厚度與阻抗的模 ζ的關(guān)系示例曲線圖。每條曲線具有這樣的部分，其中由于相關(guān)性的非單調(diào)屬性，可以從
阻抗的模Izl的單個測量計算出多個厚度。從而，基于阻抗的模Izl的測量計算厚度可能 具有挑戰(zhàn)性或是不可行的。例如，以探針4測量的大約1650的阻抗的模Izl可以產(chǎn)生大約 14.5k人的厚度或大約20k人的厚度，存在大約38%的差異。因此，阻抗的模|z| —般地不 能用于提供準(zhǔn)確的厚度數(shù)據(jù)，尤其是在大的厚度范圍上。厚度也不是干阻χ或電抗y的單調(diào)函數(shù)，并且因此僅使用這些變量中的一個可能 具有類似的準(zhǔn)確性問題。然而，下面的公開利用這樣的現(xiàn)實，即，厚度是ζ的變元(即，等式 3中表示的相位角Θ)的單調(diào)函數(shù)，并且因此可被用于將以渦流傳感器測量的阻抗值χ和y 與唯一的厚度值相關(guān)聯(lián)。e = tan-i|^j等式 3其中下標(biāo)b指示通常被稱為“平衡數(shù)據(jù)”的，在如下對傳感器進(jìn)行平衡之后，進(jìn)行 了零誤差校正的原始數(shù)據(jù)ζ = Re"Zm =Xfmf+^ymrZ0 = x0+i · y0Zb = xb+i · yb = (Xraw-X0) +1 · (yraw_y0)其中Z(l是在沒有任何校準(zhǔn)晶片的情況下從點Xtl和測量的阻抗，點Xtl和被從 測量的阻抗值Xraw和yraw中減去，以便得到平衡阻抗值Xb和yb。通過確定平衡值yb相對于 Xb的比的反正切，準(zhǔn)確地計算阻抗變元θ。使用兩個或多個點和線性或多項式曲線擬合的 校準(zhǔn)可以將測量的阻抗與已知的或測量的厚度相關(guān)聯(lián)。圖5是根據(jù)以4個渦流探針(例如，探針300a、300b、300C、300d)測量的阻抗計算 的計算厚度與“測量的”阻抗變元θ的關(guān)系示例曲線圖。在大的厚度值范圍上，所有探針測量表現(xiàn)出阻抗變元θ相對于厚度的單調(diào)改變。因此，可以建立厚度和阻抗變元θ之間 的一對一映射?？梢允褂迷撚成湫?zhǔn)傳感器，從而使得傳感器能夠工作在大的厚度范圍上。渦流測量可被基于相位角或變元θ與測量的或已知的厚度相關(guān)聯(lián)，但是插值或 外插需要校準(zhǔn)測量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。對于典型的工程校準(zhǔn)，對數(shù)據(jù)的最常用的曲線擬合是 線性和多項式曲線擬合。然而，由于在校準(zhǔn)點之間可能存在大誤差量，尤其是在低的和高的 厚度時，它們不能被可靠地用于在大厚度范圍上擬合阻抗的模?？梢酝ㄟ^使用更高階多項 式(例如，多至5次冪)使得相關(guān)性更緊密，但是作為擬合每個校準(zhǔn)點的結(jié)果，更高階多項 式還引發(fā)更大的誤差。在某些系統(tǒng)中，誤差量對于具有相對小厚度范圍(例如，在大約IkA 到大約IOkA之間)的層是可接受的，但是當(dāng)厚度范圍被擴(kuò)展時(例如，小于大約500人和 大于大約20kA)，由于校準(zhǔn)曲線的不良擬合，誤差可以是大約15%或更大。圖6A-6E中示出了對已知的或其它測量的厚度數(shù)據(jù)點的多項式校準(zhǔn)曲線擬合的 不佳相關(guān)性。圖6A示出了對被以圓圈表示的一組校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的二次多項式校準(zhǔn)曲線擬合。該 曲線在大部分厚度下不能很好地擬合數(shù)據(jù)點，并且在低厚度(例如，大約4k人)時具有極 端誤差。使用該曲線插值或外插的計算厚度僅在大約22%內(nèi)是準(zhǔn)確的，即使在表示實際測 量的厚度的數(shù)據(jù)點處也是如此，并且在計算的厚度值理想地應(yīng)當(dāng)最準(zhǔn)確的低厚度(即，低 于大約時最差。圖6B示出了對以圓圈表示的相同組校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的三次多項式校準(zhǔn)曲 線擬合。使用該曲線插值或外插的計算的厚度僅在大約9%內(nèi)是準(zhǔn)確的，即使在實際測量的 厚度處也是如此，并且同樣在計算的厚度理想地應(yīng)當(dāng)最準(zhǔn)確的低厚度(即，低于大約5kA )時最差。圖6C示出了對以圓圈表示的相同組校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的四次多項式校準(zhǔn)曲線擬合。使 用該曲線插值或外插的計算的厚度在實際測量的厚度處的準(zhǔn)確性在大約4%內(nèi)，但是在計 算的厚度理想地應(yīng)當(dāng)最準(zhǔn)確的某些低厚度(即，低于大約5k人)處，不準(zhǔn)確性大于9%。圖 6D示出了對以圓圈表示的相同組校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的四次多項式校準(zhǔn)曲線擬合。使用該曲線插值 或外插的計算的厚度對于校準(zhǔn)點是準(zhǔn)確的，但是在計算的厚度理想地應(yīng)當(dāng)最準(zhǔn)確的低厚度 (即，低于大約5k人)處開始與實際數(shù)據(jù)非常不同。圖6E示出了對以圓圈表示的相同組校 準(zhǔn)數(shù)據(jù)的五次多項式校準(zhǔn)曲線擬合。使用該曲線插值或外插的計算的厚度對于校準(zhǔn)點是準(zhǔn) 確的，但是在希望計算的厚度應(yīng)當(dāng)最準(zhǔn)確的低厚度(即，低于大約5k人)處開始變得與實 際數(shù)據(jù)設(shè)置更為不同，甚至在某些相位角(阻抗的變元)測量處預(yù)測出負(fù)的厚度值。因此， 低次多項式甚至不能擬合校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，并且高次多項式不能準(zhǔn)確地將校準(zhǔn)數(shù)據(jù)擬合到一條合 理的曲線。因此一般多項式，并且尤其是高次多項式不是產(chǎn)生基于渦流測量準(zhǔn)確模擬厚度 的校準(zhǔn)曲線的解決方案。另外，多項式的階不利地受到使用的校準(zhǔn)晶片的數(shù)目的限制(即，需要至少4個校 準(zhǔn)晶片和一個無晶片或零晶片讀數(shù)，以便獲得預(yù)測五次多項式)。增加校準(zhǔn)晶片的數(shù)目使得 能夠進(jìn)行校準(zhǔn)曲線到更多數(shù)目的點的擬合，但是更為費時，從而減少了 CMP裝置20可用于 處理生產(chǎn)的工件的時間量。另外，由于多項式將擬合每個校準(zhǔn)點，但是如圖6E所示，對于不 靠近這些實際數(shù)據(jù)點的插值或外插極其不準(zhǔn)確，大量校準(zhǔn)晶片和高次多項式的組合實際上 可能產(chǎn)生大誤差。平滑函數(shù)插倌本公開利用這樣的現(xiàn)實，即，校準(zhǔn)點和校準(zhǔn)曲線擬合之間的距離的最小化可以針對遠(yuǎn)離用于產(chǎn)生校準(zhǔn)曲線的實際數(shù)據(jù)點的插值或外插產(chǎn)生更小的誤差。適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)系統(tǒng)被 以等式4-6表示 = Σ&“，力 等式 4
Jgj· (aj，Θ) =aj.hj(e) 等式5
θ卜1hj{e)=·等式 6其中t是厚度，其中j是保持項數(shù)位置的下標(biāo)變量，其中g(shù)“…，θ )是任意函數(shù)， 其中常數(shù)a」可被與函數(shù)Iij ( θ )分離出來，并且其中函數(shù)hj ( θ )可以是任意類型的具有無 限次項的分析函數(shù)(例如，如等式6的例子中表示的，三角的、雙曲線的、對數(shù)的、逆三角的、 逆雙曲線、逆對數(shù)的、它們的組合等)。這排除了具有有限次項(即，項的數(shù)目基于多項式 的階次)的純粹的多項式函數(shù)。在某些實施例中，函數(shù)θ )可以包括多項式與具有無限 次項的分析函數(shù)的組合(例如，雙曲線和四次多項式的組合)。該函數(shù)是雙曲正弦(例如， hj(e) = sinh (j, θ))的實施例一般可以提供對渦流校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的良好曲線擬合(例如，厚 度與阻抗變元θ的關(guān)系)，這是由于這種函數(shù)無限可微，并且從而可以準(zhǔn)確捕捉下降和/或 上升?！榈仁?選擇了函數(shù)hj θ )，可以計算常數(shù)aj的值。對于i個晶片的已知厚 度ti;可以使用渦流傳感器測量針對每個晶片i上的已知厚度、測量阻抗變元Θ”另外， 對于已知的阻抗變元θ i和對…的每個值的估計，如等式7表示的，可以為每個晶片i計算 參考厚度t J “，終)等式 7
J計算的參考厚度V和實際厚度、之間的差異是由于為常數(shù)…使用不正確的值產(chǎn) 生的誤差，其被以等式8表示Cfi = ,等式 8每個晶片i的計算的參考厚度tj的誤差的平方和被以等式9中的D2表示D' =Sd/ =Σ -[E0J .一]等式 9可以通過取q項的偏導(dǎo)數(shù)最小化該誤差。如等式10所示，當(dāng)下標(biāo)j與下標(biāo)q相同 時，偏導(dǎo)數(shù)為0:!=O 等式 10
daI當(dāng)下標(biāo)j與下標(biāo)q不同時，偏導(dǎo)數(shù)不為0并且被用于填充一個矩陣。 =~··Σ -^[Σ^hM),
.明J=Σ-2^(Σ >·α>,))
a (Λ (da \-￡- Σ ；,咖=Σ ^“喲㈨卜 Σ hMWM
j) J W J J因此等式10可被縮減為-2^M約)+2(軍錢)等式4-10的系統(tǒng)導(dǎo)致等式11-14 [A]{a} =  等式 11其中[A]是列矩陣，其中{a}是常數(shù)…的方矩陣，并且其中是的方矩陣。列 矩陣[A]中的每項可被表示為烏=^> 辦)等式12厚度、對于每個…^hj(Qi)是已知的，從而方陣{b)中的每項可被表達(dá)為 =冬 (約等式13結(jié)果是等式14，其沒有下標(biāo)i Aqj · Bj = bq 等式 14有利地，這允許為具有任意項數(shù)的函數(shù)θ )使用任意數(shù)目i的校準(zhǔn)晶片。雖然 更多的校準(zhǔn)晶片可以產(chǎn)生更準(zhǔn)確的函數(shù)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)h」(θ ) = sinh (j · θ)時，大約5個 晶片(外加一個無晶片(例如，“零”)測量)足以在大的導(dǎo)電層厚度范圍上以5%之內(nèi)的誤 差確定厚度。在某些實施例中，可以使用少于20個晶片，少于10個晶片，少于8個晶片，少 于6個晶片，少于4個晶片等執(zhí)行校準(zhǔn)。如果形成的矩陣的縮放性不好，可以使用等式15針對縮放和規(guī)格化預(yù)處理矩陣。t^YiaI-hAe)
J(韻.(㈱等式 I5其中如等式16表示的，歹是測量阻抗變元Qi的平均，并且其中夯 =ar…⑷
Yeiρ=_Ι__等式 I6
,max然而，應(yīng)當(dāng)理解hj ( θ )的計算的值不應(yīng)為0，否則規(guī)格化將不利地被ο除，導(dǎo)致不確定的結(jié)果。由于允許縮放否則將會發(fā)散的項，使用測量阻抗變元Qi的平均歹預(yù)處理矩 陣可以使得該模型對于大厚度范圍更為健壯。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，此處描述的方法可被結(jié)合在計算機(jī)代碼內(nèi)(例如，在 MATLAB 代碼內(nèi))，以便自動確定函數(shù)gj^v Θ)的系數(shù)aj。再次參考圖2，渦流傳感 器214可以與至少一個控制器130通信，控制器130可以包括處理器，該處理器被配置為執(zhí) 行根據(jù)此處描述的平滑函數(shù)插值方法，將由渦流傳感器214測量的參數(shù)(例如，磁通密度的 改變、阻抗變元θ )變換為導(dǎo)電層205的厚度的程序。圖7示出了函數(shù)hj(e) = sinh(j · θ)校準(zhǔn)曲線與同樣以圓圈表示的在圖6A-6E 使用的相同校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的比較情況。在實際測量的厚度處，使用阻抗變元θ的計算的厚度被 在大約2%以內(nèi)關(guān)聯(lián)，并且在中間(插值)厚度，準(zhǔn)確到大約2%以內(nèi)，在計算的厚度值理想 地應(yīng)當(dāng)最準(zhǔn)確的小厚度和大厚度(即，在大約1.8k人和大約20k人)處包括小的誤差量。 在某些實施例中，校準(zhǔn)有利地在大約零厚度處是穩(wěn)定的。在某些這種實施例中，可以通過使 用在校準(zhǔn)中在已知的零厚度(例如，沒有校準(zhǔn)晶片和校準(zhǔn)晶片沒有導(dǎo)電層)上測量的阻抗 測量，改進(jìn)在大約零厚度處的準(zhǔn)確性。圖8示出了使用多個渦流探針的導(dǎo)電層厚度測量誤差的量，使用雙曲線分析函數(shù) 在具有從大約1.8k人到大約21k人的已知厚度的晶片上對所述渦流探針進(jìn)行了校準(zhǔn)?；?于其在工件202上的位置(例如，第一探針或傳感器300a可以具有大于第二探針或傳感器 300b的誤差，這是由于傳感器300a可能離開工件202，或僅測量邊緣，而傳感器300b —般 地測量工件202的中心區(qū)域)，或由于固有的探針差異，某些探針可能具有不同量的誤差。 根據(jù)上面討論的方法，渦流測量被轉(zhuǎn)變?yōu)槊總€校準(zhǔn)晶片的阻抗變元θ，該數(shù)據(jù)被使用變元 θ i的平均值歹規(guī)格化，并且組裝一個矩陣以便確定常數(shù)…。然后使用相同的渦流傳感器測 量多個晶片的阻抗變元θ，并且把實際厚度與計算的厚度進(jìn)行比較。根據(jù)在測量范圍內(nèi)的 所有厚度處來自所有探針的渦流校準(zhǔn)測量所確定的sinh(j · θ )計算的厚度的誤差是小于 大約5%，在最差表現(xiàn)的探針(探針1)上具有最大標(biāo)準(zhǔn)偏差1.7%。分段連續(xù)插倌如上所述，實施例利用這樣的現(xiàn)實，S卩，校準(zhǔn)點和校準(zhǔn)曲線擬合之間的距離的最小 化可以為沿曲線的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)點之外的點(插值的或外插的)產(chǎn)生較小的誤差。通過在校準(zhǔn) 點和校準(zhǔn)曲線之間使用多個函數(shù)，校準(zhǔn)點之間的距離實際上可被減小到0(即，校準(zhǔn)點處的 0%誤差)。同時，由于它們提供校準(zhǔn)區(qū)域內(nèi)的所有點處的厚度校準(zhǔn)值，多個函數(shù)形成“分段 連續(xù)插值”。因此，可以選擇某些函數(shù)，從而使得超出校準(zhǔn)區(qū)域的外插也是準(zhǔn)確的。圖9示出了采用5個校準(zhǔn)點1、2、3、4、5的連續(xù)線性分段插值的應(yīng)用，這5個點被 基于在已知導(dǎo)電層厚度t處從測量的渦流傳感器值得出的阻抗變元θ (或θ m，其中下標(biāo)m 指示測量的阻抗變元)繪出?？梢允褂脙蓚€等式，兩個未知矩陣，求解每個點之間(即，點 1和2之間、點2和3之間、點3和4之間和點4和5之間)的直線的斜率和截距。在使用校準(zhǔn)的渦流傳感器測量具有未知厚度的導(dǎo)電層的阻抗θ 后，所使用的 連續(xù)插值部分是測量阻抗θ m落在其上的部分。例如，如果測量阻抗9 ]是θ a，則點a落在 點2和3之間，并且可以使用等式16確定導(dǎo)電層的厚度ta t0 =h-約)等式 16
其中t2是點2的厚度，t3是點3的厚度，θ 2是點2的阻抗，θ 3是點3的阻抗。應(yīng) 當(dāng)理解，如果點a落在點3和4之間，則等式17將是適合的等式 17其中t4是點4的厚度并且θ 4是點4的阻抗。測量誤差是校準(zhǔn)點之間的距離的乘 積。因此，為了提高特定厚度范圍(例如，小和/或大厚度)內(nèi)的準(zhǔn)確性，可以使用更多校 準(zhǔn)晶片。如果測量的阻抗θ m不落在兩個校準(zhǔn)點之間，可以基于最低的校準(zhǔn)點(例如，圖9 中的點1)或最高校準(zhǔn)點(例如，圖9中的點5)，使用等式18和19進(jìn)行外插Qm =>
f ^nin-fl ι mm Λ -.r. ^ -工+,-^l ·(◎- )等式 18
-ffCtl Jθ >θ^=>應(yīng)用于圖9，沒=是91(80，點1處的阻抗)，丨=是、(80，點1處的厚度)， =+1是 t2，Cf+1是Θ 2，Cx是Θ 5 (即，點5處的阻抗)，Ct是t5 ( S卩，點5處的厚度)，Cx-1是t4并且 ^7_1是θ4。在對已知零厚度(例如，沒有校準(zhǔn)晶片或校準(zhǔn)晶片沒有導(dǎo)電層)進(jìn)行阻抗測量 的實施例中，線性分段連續(xù)校準(zhǔn)曲線優(yōu)選地對于大約0厚度是準(zhǔn)確的，而不用使用外插。圖IOA示出了，如針對圖5Α-5Ε和7所描述的，對以圓圈表示的相同組的校準(zhǔn)數(shù)據(jù) 線性分段連續(xù)插值校準(zhǔn)曲線擬合。該校準(zhǔn)曲線在每個點處完美地擬合實際數(shù)據(jù)(即，0%誤 差)，并且在校準(zhǔn)點之間和外插處也是準(zhǔn)確的。雖然在數(shù)學(xué)上可能更為復(fù)雜，可以為每個分段部分使用除了直線之外的函數(shù)。例 如，可以在點的子集中使用多項式、三角、雙曲線、對數(shù)等函數(shù)。在某些實施例中，這些函數(shù) 不重疊(例如，如針對圖IOA的線性分段連續(xù)插值所示)，并且在圖9中可以創(chuàng)建少至兩個 的函數(shù)(S卩，使用點1、2、3的第一個函數(shù)；和使用點3、4、5的第二個函數(shù))。圖IOB示出了對以圓圈表示的相同組校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的二次多項式分段連續(xù)插值校準(zhǔn) 曲線擬合。該校準(zhǔn)曲線在每個點處完美擬合實際數(shù)據(jù)，并且在這些點之間和外插處也是準(zhǔn) 確的。圖IOC示出了對以圓圈表示的相同組校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的重疊二次多項式分段連續(xù)插值 校準(zhǔn)曲線擬合。在某些實施例中，函數(shù)至少部分重疊(例如，相對于圖9，使用點1、2、3的第 一個函數(shù)；使用點2、3、4的第二個函數(shù)；和使用點3、4、5的第三個函數(shù))。在某些這種實施 例中，點a的阻抗θ a將落在第一個函數(shù)或第二個函數(shù)內(nèi)，并且向用戶給出多個選擇，包括 但不限于僅使用根據(jù)第一個函數(shù)計算的ta(例如，如果ea接近θ2)；僅使用根據(jù)第二個 函數(shù)計算的ta(例如，如果接近θ2)；使用根據(jù)第一個函數(shù)計算的、和根據(jù)第二個函數(shù) 計算的ta的平均；使用基于點a與最近的校準(zhǔn)點之間的距離計算的ta的加權(quán)平均；和使用 根據(jù)θ 3具有較小斜率處的函數(shù)計算的ta。如圖IOC所示，重疊部分彼此足夠靠近，從而選 擇不正確的函數(shù)不會產(chǎn)生大誤差量。
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因此，分段連續(xù)插值利用搜索算法尋找測量阻抗θ 1]]落在其上的適當(dāng)函數(shù)，并且然 后使用該函數(shù)插入測量阻抗θ m的值中，以便計算導(dǎo)電層的厚度tm。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理 解，此處描述的方法可被結(jié)合在計算機(jī)代碼內(nèi)(例如，結(jié)合在MATLAB 代碼內(nèi))，以便 自動確定函數(shù)的值，并且使用適當(dāng)函數(shù)計算導(dǎo)電層的厚度。再次參考圖2，渦流傳感器214 可以與至少一個控制器130通信，控制器130可以包括處理器，該處理器被配置為執(zhí)行根據(jù) 此處描述的連續(xù)分段插值方法，將由渦流傳感器214測量的參數(shù)(例如，磁通密度的改變、 阻抗變元θ )變換為導(dǎo)電層205的厚度的程序。圖11是四種校準(zhǔn)技術(shù)在從大約1.8k人到大約21k人的厚度范圍的測量誤差量的 比較平滑函數(shù)插值，其中函數(shù)θ ) = sinh (j · θ)；線性分段連續(xù)插值；校準(zhǔn)曲線是四 次多項式(即，C1 θ 4+C2 θ 3+c3 θ 2+C4 θ +C5，其中C1X2X3^C4和C5是系數(shù))的插值，和平滑函 數(shù)插值，其中函數(shù)是ln[sinh(j · θ)]。雖然四次多項式的示出的誤差大約為8%， 雖然這可能是最好情況，并且誤差一般至少為15%并且甚至大于20%。雙曲正弦和線性分 段插值產(chǎn)生最少量的誤差，每種函數(shù)在整個厚度范圍上具有少于大約5%的誤差。實際上， 線性分段連續(xù)插值實現(xiàn)少于2. 6%的誤差以及大約0. 9%的標(biāo)準(zhǔn)偏差，而不需要在某些厚 度區(qū)域內(nèi)的特殊調(diào)整(例如，在范圍的低端和高端增加更多校準(zhǔn)晶片)。通過此處描述的平滑函數(shù)插值和連續(xù)分段插值校準(zhǔn)方法，來自渦流傳感器214的 厚度測量的高準(zhǔn)確性可以使得傳感器214的校準(zhǔn)對于CMP裝置20的維護(hù)改變(例如，改變 拋光墊210、改變壓盤208等)是健壯的。因此，在例行維護(hù)之后不需要重復(fù)校準(zhǔn)，這排除 了硬件重新設(shè)計和渦流傳感器的改變。消除例行維護(hù)之后的校準(zhǔn)可以增加機(jī)床的生產(chǎn)時間 (“能工作時間”)，從而增加生產(chǎn)率并且減少制造產(chǎn)品工件的成本。如上所述，由于初始校 準(zhǔn)中使用的校準(zhǔn)晶片的減少，可以進(jìn)一步延長正常運行時間。終點和轉(zhuǎn)變調(diào)用檢測再次參考圖1和2，在某些實施例中，導(dǎo)電層205的監(jiān)視厚度可被用于拋光裝置 (例如，CMP裝置20)內(nèi)的終點檢測(endpoint)和/或轉(zhuǎn)變調(diào)用(transition call)檢測。 在拋光的終點檢測中，該裝置被用于拋光工件202的導(dǎo)電層205，直到導(dǎo)電層205大體被去 除為止(例如，被從鑲嵌結(jié)構(gòu)(damascene structure)之間的場區(qū)(field region)去除)。 在此點，拋光處理可以被停止、繼續(xù)某個時間量等。由于在小厚度時不足夠準(zhǔn)確(例如，如 圖5A-5E所示的)，以前的渦流探針校準(zhǔn)技術(shù)使得它們不適合于終點檢測。結(jié)果，通?；?輸入的導(dǎo)電層厚度和拋光速度給拋光定時，如果晶片具有不同的輸入導(dǎo)電層厚度或拋光速 度，這可能導(dǎo)致過拋光或欠拋光。然而，在包括大約Ik人以下的厚度的厚度范圍上具有小于 5%的準(zhǔn)確性的校準(zhǔn)技術(shù)可以提供具有下至大約200到500人的準(zhǔn)確性的終端檢測。在用于拋光的轉(zhuǎn)變調(diào)用檢測中，該裝置被用于以第一處理方法，例如，具有一種激 進(jìn)的拋光速度，拋光大量工件202的導(dǎo)電層205，直到導(dǎo)電層205非常薄(例如，到約3kA 和5k人之間)。在此點，拋光處理可被切換到對剩余導(dǎo)電層進(jìn)行拋光的第二拋光方法，例 如，具有不太激進(jìn)的拋光速度(例如，直到剩余的導(dǎo)電層被大體去除為止)。由于在小厚度 時不準(zhǔn)確(例如，如圖5A-5E所示的)，以前的渦流探針校準(zhǔn)技術(shù)使得它們不適合于轉(zhuǎn)變調(diào) 用檢測。然而，由于通常在小于大約3.5K人的厚度進(jìn)行轉(zhuǎn)變調(diào)用，在包括大約3.5k人以下 (例如，到大約;3kl、Ik人等)的厚度的厚度范圍上具有小于5%的準(zhǔn)確性的校準(zhǔn)技術(shù)可以提供適合的終點檢測。使用準(zhǔn)確校準(zhǔn)的渦流傳感器的終點和轉(zhuǎn)變調(diào)用檢測還可被擴(kuò)展到其它處理，例 如，導(dǎo)電層電鍍。在用于電鍍的終點檢測中，該裝置被用于對工件202的導(dǎo)電層205進(jìn)行 電鍍，直到導(dǎo)電層205處于或接近所希望的厚度。在此點，電鍍處理可被停止、可被繼續(xù)某 個時間量等。在用于電鍍的轉(zhuǎn)變調(diào)用檢測中，該裝置可被用于以例如被配置為填充小開口 (例如，鑲嵌用于晶片金屬化的溝槽或接觸通孔)的第一處理方法，對工件202的導(dǎo)電層 205進(jìn)行電鍍，直到導(dǎo)電層205處于或接近所希望的初始厚度。在讀到指示厚度足以填充小 開口的轉(zhuǎn)變調(diào)用之后，可以用例如被配置為填充寬特征的第二處理方法進(jìn)行電鍍的其余部 分，而不需給予顛倒(bottom up)填充時那么大的關(guān)注。對轉(zhuǎn)變點的檢測允許改變處理參數(shù)(例如，壓力、溫度、電流、漿液流、振蕩/旋轉(zhuǎn) 速度等)，以便高效地去除或電鍍導(dǎo)電層205，而不會對工件202上的層進(jìn)行過拋光或過沉 積，過拋光或過沉積可能引發(fā)諸如表面凹陷(dishing)的缺陷，或由于較長的處理時間、更 多的材料使用或更長的下游處理時間，可能增加成本。在某些實施例中，在轉(zhuǎn)變檢測之后， 可以改變用于監(jiān)視厚度的渦流傳感器校準(zhǔn)(例如，改變?yōu)樾『穸然虼蠛穸鹊母鼫?zhǔn)確的校 準(zhǔn))。在某些實施例中，拋光站200包括光學(xué)傳感器(未示出)，其被配置為確定某些參 數(shù)，諸如工件202上的導(dǎo)電或不導(dǎo)電層205的厚度。例如，當(dāng)層205被大體去除時，光學(xué)傳 感器可以容易地檢測工件反射率或顏色的改變(例如，通過拋光墊210內(nèi)的窗口)。這種 傳感器可被有利地用于補充渦流傳感器。例如，當(dāng)光學(xué)傳感器和渦流傳感器兩者都指示層 的厚度已被減小到所希望的值時，終點可被確定。光學(xué)傳感器還可被用作對渦流傳感器的 “檢查”。然而，如下面解釋的，光學(xué)傳感器只是可能不利地增加成本和復(fù)雜性。圖12A示出了被以沉積銅遮蓋層覆蓋的11個晶片的試驗拋光終點檢測時間。終 點檢測時間是從拋光處理開始到厚度接近所希望的值(例如，在大約200和500人之間)時 的時間。在圖12A所示的試驗中，使用如此處描述的那樣校準(zhǔn)的渦流傳感器和光學(xué)傳感器 兩者在每個遮蓋晶片上檢測終點。圖12A示出使用渦流傳感器(交叉陰影)的終點檢測時 間大體類似于使用光學(xué)傳感器(實心)的終點檢測時間，這說明正確校準(zhǔn)的渦流傳感器可 被用于以至少與光學(xué)傳感器相同的準(zhǔn)確性準(zhǔn)確地確定何時停止拋光晶片。圖12B示出了其上沉積有一層銅的9個具有圖案的晶片的試驗拋光終點檢測時 間。使用如此處描述的那樣校準(zhǔn)的渦流傳感器和光學(xué)傳感器兩者在每個具有圖案的晶片上 檢測終點。圖12B示出，即使在具有圖案的晶片上，使用渦流傳感器(交叉陰影)的終點 檢測時間也大體類似于使用光學(xué)傳感器(實心)的終點檢測時間，這說明正確校準(zhǔn)的渦流 傳感器可被用于以至少與光學(xué)傳感器相同的準(zhǔn)確性準(zhǔn)確地確定何時停止拋光具有圖案的 晶片。圖12B中的終點時間是雙峰的，這是由于聚集在80秒周圍的組檢測到在標(biāo)準(zhǔn)特征圖 案上的IOk人的銅的終點，并且聚集在40秒周圍的組檢測到一個在不同標(biāo)準(zhǔn)特征圖案上的 各.5k人的銅的終點。與使用光學(xué)傳感器(大約2. 1秒的標(biāo)準(zhǔn)偏差)相比，使用校準(zhǔn)的渦流 傳感器(大約0. 8秒的標(biāo)準(zhǔn)偏差)對具有標(biāo)準(zhǔn)特征圖案的晶片的終點檢測更為一致。校準(zhǔn)的渦流傳感器對于終點檢測的準(zhǔn)確性有利地允許從CMP裝置中忽略光學(xué)傳 感器。例如，由于傳感器和相關(guān)子系統(tǒng)(例如，包括用于光學(xué)傳感器的窗口以便觀看工件的 拋光墊)的費用，及通過減小CMP裝置的復(fù)雜性(例如，通過減少連接到旋轉(zhuǎn)部件的導(dǎo)線的數(shù)目)，消除光學(xué)傳感器可以顯著減少CMP裝置的成本。圖13A和13B示出了銅拋光1000個晶片的試驗結(jié)果。使用根據(jù)此處描述的方法 校準(zhǔn)的渦流傳感器確定從大約的導(dǎo)電層厚度到大約的厚度的大量拋光中的轉(zhuǎn) 變調(diào)用。圖13B示出轉(zhuǎn)變確定之后剩余的銅是一致的，具有大約的晶片到晶片范圍。 圖13Α示出去除的銅的數(shù)量改變了大約729人，這可以歸因于不同測試晶片上的不同輸入 導(dǎo)電層厚度。因此，不論導(dǎo)電層的輸入厚度如何，校準(zhǔn)的渦流傳感器能夠準(zhǔn)確地測量厚度， 并且在預(yù)定的厚度處停止拋光處理。這種一致性對于進(jìn)一步統(tǒng)一處理晶片(例如，通過切 換到具有較不激進(jìn)的拋光速度的第二個方法)是有利的。連續(xù)閉環(huán)控制如上所述，此處描述的平滑函數(shù)插值和連續(xù)分段插值渦流傳感器校準(zhǔn)方法在大的 厚度值范圍(例如，至少在大約小于IkA和大約20kA之間)上是準(zhǔn)確的(例如，在5%誤 差內(nèi))。這種準(zhǔn)確性允許拋光和電鍍處理的閉環(huán)控制(“CLC”)。在閉環(huán)控制中，可以在處 理過程中使用測量的厚度(借助于對阻抗的渦流測量)調(diào)整一個或多個處理參數(shù)。例如， 如果正被拋光的工件202上的導(dǎo)電層205的平均厚度太大，CLC系統(tǒng)可以增加工件202 (和 /或后續(xù)工件)和拋光墊210之間的相對運動的速度(例如，通過增加工件載體206的軌 道或旋轉(zhuǎn)速度)。改變很多種處理參數(shù)是可能的，包括但不限于，處理方法、通/斷狀態(tài)、壓 力、溫度、液(例如，漿液)流、運動(例如，振蕩或旋轉(zhuǎn))速度和電流。在某些實施例中，每個傳感器300a、300b、300c、300d(圖3A和3B)對應(yīng)于其中可 以基于厚度測量改變一個或多個參數(shù)的處理區(qū)域。該區(qū)域的形狀可以對應(yīng)于工件202和傳 感器300a、300b、300C、300d之間的運動(例如，圓弧的、環(huán)形的、線性的等)。作為例子，在 工件載體206 (圖2)中，軟外殼可以具有相應(yīng)的區(qū)域，從而可以僅為正被處理的工件的一部 分改變頭部壓力。因此，如果傳感器300b確定厚度相對于由傳感器300a、300c、300d確定 的厚度太大，則可以增加對應(yīng)于傳感器300b的區(qū)域內(nèi)的頭部壓力，從而工件202在該區(qū)域 內(nèi)的部分具有與拋光墊210的更多接觸，從而增加拋光速度。如本領(lǐng)域技術(shù)人員考慮本公 開將會理解的，可以被在不同區(qū)域內(nèi)不同地改變的參數(shù)的例子包括，但不限于，壓力、溫度、 液(例如，漿液(slurry))流、運動(例如，振蕩或旋轉(zhuǎn))速度和電流。圖14示出了對來自兩個晶片的導(dǎo)電層的拋光試驗曲線圖。兩個晶片都從具有大 約16k人厚度的導(dǎo)電層開始，并且被拋光到大約3kl的目標(biāo)厚度。不使用CLC拋光第一 個晶片(空心圓)(即，處理參數(shù)在拋光處理中是恒定的)。不保留輸入輪廓(即，邊上的 厚度變得比晶片其余部分中的大部分上的厚度小得多)，并且I-Sigma變化是大約457人 (3.57%)。針對6個區(qū)域使用CLC拋光第二個晶片(實心菱形)，其中基于監(jiān)視厚度在每 個區(qū)域內(nèi)改變壓力。有利地保留輸入輪廓(即，晶片邊緣上的厚度差更接近地匹配輸入晶 片邊緣上的厚度差)，并且1-sigma變化是大約275λ (2. 15%).因此，使用CLC拋光的第 二個晶片具有更好的均勻性，并且能更好地保持所希望的晶片內(nèi)厚度輪廓。應(yīng)當(dāng)理解，此處描述的方法不限于任意特定處理或機(jī)床，而是可被用于關(guān)于導(dǎo) 電層厚度的知識可能有用的任意機(jī)床或處理。適合的機(jī)床的例子是XCEDAtmCMP機(jī)床 和SABRE Electrofi 11 機(jī)床，這兩者都可從加利福尼亞州圣何塞市的NovelIus Systems公司獲得。此處描述的渦流傳感器校準(zhǔn)方法還可被用作一般數(shù)學(xué)平臺，以便校準(zhǔn)希望在寬的導(dǎo)電層厚度范圍上進(jìn)行校準(zhǔn)的系統(tǒng)。例如，可以使用渦流傳感器在原處或異處確 定導(dǎo)電層處理前后的導(dǎo)電層厚度。 雖然已經(jīng)在某些優(yōu)選實施例和例子的上下文中公開了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng) 當(dāng)理解，本發(fā)明延及特別公開的實施例之外的其它替換實施例和/或?qū)Ρ景l(fā)明以及其明顯 的修改和其等同物的使用。另外，雖然示出并且詳細(xì)描述了本發(fā)明的若干變型，基于本公 開，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易明了落在本發(fā)明的范圍內(nèi)的其它修改。還構(gòu)想可以做出這些實 施例的特定特征和方面的各種組合或子組合，并且仍然落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。應(yīng)當(dāng)理解，公 開的實施例的各種特征和方面可以彼此組合或替換，以便形成公開的發(fā)明的不同模式。因 此，此處公開的本發(fā)明的范圍旨在不受上述具體公開的實施例的限制，而是應(yīng)當(dāng)僅以對下 面的權(quán)利要求的完全解讀確定。
權(quán)利要求
一種處理晶片的方法，該方法包括改變晶片上的導(dǎo)電層的厚度；和在改變過程中，監(jiān)視導(dǎo)電層的厚度，其中監(jiān)視厚度包括將來自渦流傳感器的測量與導(dǎo)電層的厚度相關(guān)聯(lián)，其中將測量與厚度相關(guān)聯(lián)包括應(yīng)用模型，所述模型包括(1)已知厚度的測量點之間的多個函數(shù)，或(2)具有無限次項的分析函數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中改變包括對導(dǎo)電層進(jìn)行拋光。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中改變包括對導(dǎo)電層進(jìn)行電鍍。
4.如權(quán)利要求1-3中任意一個所述的方法，其中所述測量包括磁場內(nèi)的磁通密度的改變。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中將測量和厚度相關(guān)聯(lián)包括計算阻抗的變元。
6.如權(quán)利要求1-5中任意一個所述的方法，其中應(yīng)用所述模型在從大約Iki到大約 20kA的范圍上的準(zhǔn)確性在5%誤差之內(nèi)。
7.如權(quán)利要求1-6中任意一個所述的方法，其中所述分析函數(shù)包括雙曲正弦(sinh)。
8.如權(quán)利要求1-7中任意一個所述的方法，還包括 當(dāng)監(jiān)視厚度近似為預(yù)定值時，指示轉(zhuǎn)變點；和在指示轉(zhuǎn)變點之后繼續(xù)改變導(dǎo)電層的厚度。
9.如權(quán)利要求1-8中任意一個所述的方法，還包括當(dāng)監(jiān)視厚度近似為預(yù)定值時指示終點ο
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述預(yù)定值小于大約500人。
11.如權(quán)利要求1-10中任意一個所述的方法，還包括通過使用監(jiān)視厚度調(diào)整機(jī)床參數(shù)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中調(diào)整機(jī)床參數(shù)包括閉環(huán)控制。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中監(jiān)視厚度包括使用多個渦流傳感器，以便分別監(jiān) 視多個不同區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)電層的厚度。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括使用監(jiān)視厚度，與其它所述區(qū)域相分離地調(diào)整 所述區(qū)域之一內(nèi)的機(jī)床參數(shù)。
15.一種確定工件上的導(dǎo)電層的厚度的方法，該方法包括 當(dāng)工件上的導(dǎo)電層處于磁場中時，測量磁通密度的改變；和使用通過將磁通密度改變與布置在磁場內(nèi)的導(dǎo)電層的厚度相關(guān)聯(lián)而形成的校準(zhǔn)曲線， 計算導(dǎo)電層的厚度，其中校準(zhǔn)曲線將平滑函數(shù)插值擬合到多個校準(zhǔn)點，或?qū)⒍鄠€校準(zhǔn)點與 多個函數(shù)相聯(lián)系。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中將磁通密度改變與厚度相關(guān)聯(lián)包括計算阻抗的變兀。
17.如權(quán)利要求15或16所述的方法，其中計算厚度在從大約Ikl到大約20k人的導(dǎo) 電層厚度范圍上的準(zhǔn)確性在5%誤差之內(nèi)。
18.如權(quán)利要求15-17中任意一個所述的方法，其中校準(zhǔn)曲線包括從由三角函數(shù)、雙 曲線函數(shù)、對數(shù)函數(shù)和其組合組成的組中選擇的函數(shù)。
19.如權(quán)利要求15-18中任意一個所述的方法，其中校準(zhǔn)曲線包括雙曲正弦(sinh)。
20.如權(quán)利要求15-18中任意一個所述的方法，其中校準(zhǔn)曲線包括校準(zhǔn)點之間的多條直線。
21.—種校準(zhǔn)渦流傳感器的方法，該方法包括 產(chǎn)生磁場；當(dāng)包括具有已知厚度的導(dǎo)電層的多個晶片中的每一個通過磁場時，測量阻抗變元；和 形成將測量的阻抗變元擬合到已知厚度的校準(zhǔn)曲線，該校準(zhǔn)曲線包括具有無限次項的 分析函數(shù)或連續(xù)分段函數(shù)。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述多個晶片少于6個晶片。
23.一種確定工件上的導(dǎo)電層的厚度的方法，該方法包括 當(dāng)工件上的導(dǎo)電層處于磁場內(nèi)時，使用渦流傳感器測量值；和使用校準(zhǔn)曲線計算導(dǎo)電層的厚度，該校準(zhǔn)曲線將厚度與測量的值相關(guān)聯(lián)，在從大約 Ik人到大約20k人的范圍內(nèi)，計算的厚度在5 %誤差以內(nèi)。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述校準(zhǔn)曲線具有相對于由渦流傳感器測量的值 單調(diào)下降的厚度。
25.一種用于確定厚度的裝置，該裝置包括渦流傳感器，該渦流傳感器被校準(zhǔn)以便當(dāng)工件上的導(dǎo)電層處于磁場內(nèi)時，測量磁通密 度的改變；以及處理器，被配置以執(zhí)行程序，以便將測量的磁通密度改變變換為導(dǎo)電層的計算的厚度， 其中該程序包括擬合多個校準(zhǔn)點的校準(zhǔn)曲線，該校準(zhǔn)曲線包括平滑函數(shù)插值或分段函數(shù)。
全文摘要
提供了校準(zhǔn)渦流傳感器(214)的方法和裝置(20，200，250)。形成將磁場內(nèi)的導(dǎo)電層(205)的厚度和以渦流傳感器(214)測量的值，或從這種測量得出的值，諸如，阻抗變元相關(guān)聯(lián)的校準(zhǔn)曲線。校準(zhǔn)曲線可以是具有無限項數(shù)的分析函數(shù)，諸如三角、雙曲線和對數(shù)函數(shù)，或連續(xù)的多個函數(shù)，諸如直線。這些曲線可以減少用于校準(zhǔn)傳感器(214)中的晶片的數(shù)目，同時提供較大厚度范圍上的較高準(zhǔn)確度。高準(zhǔn)確度允許忽略光學(xué)傳感器，并且允許使用渦流傳感器(214)進(jìn)行終點檢測、轉(zhuǎn)變調(diào)用檢測和閉環(huán)控制，其中基于一個或多個處理區(qū)域內(nèi)測量的磁通密度的改變，改變處理參數(shù)。
文檔編號H01L21/66GK101978486SQ200980109949
公開日2011年2月16日 申請日期2009年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月17日
發(fā)明者P·弗蘭岑, S·K·拉希里 申請人:諾發(fā)系統(tǒng)股份有限公司