专利名称：使用摩擦传感器的抛光终点检测系统和方法
技术领域：
本发明涉及衬底的化学机械抛光。
背景技术：
集成电路通常通过在硅晶片上导体、半导体或绝缘体层的相继沉积而形成在衬底上。一个制造步骤涉及将填料层沉积在非平面表面之上，并平面化填料层直到非平面表面暴露。例如，在浅沟槽隔离(STI)处理中，氧化物填料层可以沉积在图案化的氮化物层上以填充氮化物层(和下面的硅)中的沟槽或孔。填料层接着被抛光直到氮化物层的突起图案被暴露。在平面化之后，剩余的氧化物层的部分提供了在衬底上的电路之间的隔离。此外，需要平面化以将衬底表面平面化来用于光刻。
化学机械抛光(CMP)是一种已被接受的平面化方法。此平面化方法通常需要将衬底安装在载具头或抛光头上。衬底的暴露表面被放置为抵靠诸如旋转抛光盘垫或带垫之类的抛光表面。抛光表面可以是“标准”垫或固定研磨垫。标准垫具有耐久粗糙表面，而固定研磨垫具有保持在容纳介质中的研磨颗粒。载具头将可控的负载提供在衬底上以将其推靠抛光垫。包括至少一种化学反应剂的抛光浆液以及如果使用标准垫时的研磨颗粒被供应到抛光表面。
在CMP中的一个问题是判断抛光处理是否完成，即，衬底层是否已经被平面化到所期望的平面度或厚度，何时已经移除了所期望的材料量，或者何时已经暴露出下面的层。衬底层的初始厚度、浆液成分、抛光垫条件、抛光垫与衬底之间的相对速度、和衬底上负载的变化可以导致材料移除速率上的变化。这些变化导致了到达抛光终点所需时间的变化。于此，不能将抛光终点仅作为抛光时间的函数来判断。
判断抛光终点的一种方式是从抛光表面移除衬底并检查衬底。例如，衬底可以被传输到度量台，在度量台处利用例如轮廓测定仪或电阻率测量来测量衬底的厚度。如果不满足所期望的规格，则衬底被重装载到CMP设备中以进一步处理。这是一个消耗时间的过程，其降低了CMP设备的产能。可选地，检查可能显示已经移除了过多量的材料，使得衬底不可用。
最近，为了检测抛光终点，已经利用例如光学或电容传感器进行衬底的原地监控。其他提议的终点检测技术已经涉及摩擦、电机电流、浆液化学、声学、导电性、和感生涡电流的测量。但是，取决于对沉积于衬底上的两个衬底层之间导电性或反射性的改变的检测的技术在两个层具有类似导电性或反射性时是无效的。
发明内容
总体上，在一个方面，本发明针对一种监控正经历抛光的衬底的摩擦系数的设备。该设备包括可移动构件和传感器，可移动构件具有接触衬底的暴露表面的顶表面，所述传感器基于可移动构件的横向位移产生信号。所述构件响应于来自衬底的摩擦力而横向位移，并包括具有比衬底的暴露表面的表面积小的表面积的顶表面。
该设备的实施方式包括以下特征中的一个或多个。诸如片簧或多个弹簧之类的回复材料可以耦合到可移动构件。可移动构件可以包括抛光垫片断。抛光垫片断可以包括两层。可移动构件可以包括耦合在回复材料与抛光垫片断之间的支撑片。基于可移动构件的横向位移产生信号的传感器可以是应变计。多个应变计可以在最大应变点处附装到所述片簧。基于可移动构件的横向位移产生信号的传感器可以是诸如激光干涉仪之类的光学传感器或者压电传感器。可移动构件的顶表面可以与抛光垫的抛光表面基本共面。可移动构件可以连接到压板，例如可旋转压板。可移动构件可以与压板分开有间隙。柔性密封膜可以耦合到可移动构件，用于防止浆液传输通过间隙。柔性密封膜可以插入在回复材料与可移动构件之间。
总体上，在另一个方面，本发明针对一种监控正经历抛光的衬底的摩擦系数的设备。该设备包括构件、回复材料和传感器，所述构件具有接触衬底的暴露表面的顶表面，所述回复材料将构件连接到结构体，所述传感器基于回复材料的应变产生信号。所述顶表面具有比衬底的暴露表而的表面积小的表面积。
总体上，在另一个方面，本发明针对一种化学机械抛光设备。该设备包括支撑体、载具、电机和传感器，所述支撑体用于抛光物件，所述载具将衬底保持抵靠抛光物件的抛光表面，所述电机耦合到抛光物件和载具中的至少一个来用于在其间产生相对运动，所述传感器用于测量应变。所述传感器包括可移动构件，所述构件具有接触衬底的暴露表面的顶表面，所述构件响应于来自衬底的摩擦力而横向位移，所述顶表面具有比衬底的暴露表面的表面积小的表面积，且所述传感器包括基于所述可移动构件的横向位移产生信号的传感器。
本发明的实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。当由支撑体保持抛光物件时，顶表面可以与抛光表面基本共面。
总体上，在另一个方面，提供了一种用于化学机械抛光设备的压板。该压板包括基板，所述基本具有用于容纳应变传感器的凹部，所述凹部具有比应变传感器的横截面面积大的横截面面积，以允许应变传感器的位移。还包括放置在凹部内的应变传感器，所述应变传感器包括回复材料和至少一个装置，，所述回复材料具有比抛光表面的横截面面积小的横截面面积，所述回复材料有时直接接触衬底，或通过耦合到回复材料的其他材料接触衬底，所述其他材料具有比抛光表面的横截面面积小的横截面而积，所述至少一个装置用于测量在衬底与传感器之间的相对运动方向上回复材料的应变。
在另一个方面，本发明针对一种用于抛光系统的物件。该物件包括柔性的、流体不可渗透的膜和抛光垫片，所述抛光垫片固定到膜的第一表面。膜的边缘延伸超过抛光垫片的边缘。
本发明的实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。粘接剂可以位于膜的与第一表面相对的第二表面上和/或在围绕抛光垫片的膜的第一表面上。可移除衬垫可以覆盖粘接剂。抛光垫片可以包括覆盖层和衬背层，且衬背层可以比覆盖层更易压缩。膜可以是硅酮或乳胶。
在一个方面，本发明描述了一种监控正经历抛光的衬底的摩擦系数的系统。抛光垫组件包括抛光层和衬底接触构件，所述抛光层包括抛光表面，所述衬底接触构件柔性地耦合到抛光层，所述抛光层具有接触衬底的暴露表面的顶表面。顶表面的至少一部分与所述抛光表面基本共面。设置了传感器来测量衬底接触构件的横向位移。
实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。抛光垫组件可以具有通过其的孔。衬底接触构件可以定位在所述孔内。传感器可以包括应变计或压力计。对准装置可以耦合在衬底接触构件与传感器之间。抛光垫可以围绕但不接触衬底接触构件。密封件可以在衬底接触构件与抛光垫之间延伸。密封件包括柔性的、流体不可渗透材料。密封件可以由硅酮、乳胶或聚氨酯制成。密封件可以是O环，且O环可以利用粘接材料固定到衬底接触构件和抛光垫。密封件可以延伸通过衬底接触构件。衬底接触构件和抛光层可以通过将衬底接触构件与抛光垫解耦的弯褶而连接。弯褶可以通过在抛光垫的相对表面中的凹部形成。
在另一个方面，本发明描述了一种抛光系统。该系统包括可移动压板。抛光垫连接到可移动压板，且抛光垫具有抛光表面并具有在其中的孔。衬底接触构件包含在孔内，并具有接触衬底的暴露表面的顶表面。衬底接触构件的顶表面与抛光表面基本共面。传感器测量衬底接触构件的横向位移并基于衬底的横向位移产生信号。控制器从传感器接收信号。
实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。传感器可以是应变计或压力计。对准装置可以耦合在衬底接触构件与传感器之间。抛光垫具有接触衬底的暴露表面的顶表面。抛光垫可以围绕但不接触衬底接触构件。密封片可以在衬底接触构件与抛光垫之间延伸。密封片可以由柔性的、流体不可渗透的材料制成。密封片可以由硅酮、乳胶或聚氨酯制成。密封片可以是O环。O环可以利用粘接材料固定到衬底接触构件和抛光垫。密封件可以延伸通过衬底接触构件。抛光垫可以具有接触衬底的暴露表面的顶表面，且抛光垫可以由与衬底接触构件相同的材料片制成。弯褶可以将衬底接触构件与抛光垫机械地隔离。
在另一个方面，本发明描述了一种用于抛光系统的物件。抛光垫具有抛光表面。衬底接触构件具有接触衬底的暴露部分的顶表面。顶表面与抛光表面基本共面。密封件由柔性的并且流体不可渗透的材料形成，以将衬底接触构件固定到抛光垫并允许衬底接触构件相对于抛光垫横向移动。
实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。抛光垫可以具有两层或更多层。密封件可以固定在抛光垫片的两层之间。密封件可以延伸通过整个抛光垫片，或者可以仅部分地延伸到抛光垫片中。对准装置的第一表面可以附装到衬底接触构件。密封构件还可以与对准装置接触。对准杆可以从对准装置的第二表面延伸。衬底接触构件的顶表面可以由与抛光垫相同的材料组成。衬底接触构件的顶表面可以包括槽，所述槽将液体引导离开衬底接触构件。密封件可以是O环。密封件可以包括硅酮、乳胶或聚氨酯。抛光垫和衬底接触构件可以由一个连续的材料片体制成。
在另一个方面，本发明描述了一种监控正经历抛光的衬底的摩擦系数的设备。可移动构件具有接触衬底的暴露表面的顶表面。顶表面具有比衬底的暴露表面的表面积小的表面积。连接构件耦合到可移动构件。连接构件响应于来自衬底的摩擦力可沿着沟道横向位移。传感器基于连接构件沿着沟道的横向位移产生信号。
实施方式可以包括以下的一个或多个。可移动构件可以包括抛光垫片断。基于连接构件的横向位移产生信号的传感器可以是应变计。可移动构件的顶表面可以与抛光垫的抛光表面基本共面。固定装置可以耦合在抛光垫片断与连接构件之间。固定装置可以通过对准杆耦合到连接构件。柔性的、流体不可渗透的膜可以位于固定装置与连接构件之间，使得抛光浆液不进入沟道或传感器。膜可以是硅酮、乳胶或聚氨酯。
在另一个方面，本发明描述了一种组装抛光垫的方法。将衬底接触构件对准在模具中。模具具有凸起边沿，使得衬底接触构件与凸起边沿的内表面对准。将具有开口的抛光垫与凸起边沿的外表面对准，使得开口与凸起边沿的外表面对准。将密封材料放置在由衬底接触构件、抛光垫和凸起边沿形成的凹部内。
实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。可以将对准装置与衬底接触构件对准，使得对准装置的第一表面附装到衬底接触构件，且密封材料也接触对准装置。对准杆可以从对准装置的第二表面延伸。衬底接触构件的顶表面可以由与抛光垫相同的材料组成。衬底接触构件的顶表面可以包括槽，所述槽将液体引导离开衬底接触构件。密封材料可以是O环。密封材料可以是乳胶、硅酮或聚氨酯。
在另一个方面，本发明针对一种监控衬底在抛光操作期间的摩擦系数的设备。该设备具有构件，所述构件与正经历抛光的衬底表面的区域配合。所述区域具有比衬底的表面积小的表面积，且所述构件相对于抛光表面横向可移动。
实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。该设备可以包括用于产生信号的装置，所述信号指示了衬底对构件的横向摩擦力。构件可以包括抛光垫的一部分，或者包括可移动地连接到压板的主体。构件可以在基本单个方向上横向可移动，或者可以在两个垂直的方向上横向可移动。
在另一个方面，本发明针对一种监控衬底在抛光操作期间的摩擦系数的方法。该方法包括以下步骤将衬底的表面定位为与抛光表面接触并同时与构件的顶表面接触，所述构件相对于抛光表面横向可移动，和产生指示衬底对构件的摩擦力的信号。
这些基本的和具体的方面可以使用系统、方法或设备，或者系统、方法和设备的任何组合来实施。而且，以上所述的各种特征的任何一个都可以与其他特征或者本发明的其他方面结合使用。
本发明可以实施以实现以下优点中的一些、全部或没有。结合本发明的化学机械抛光系统或设备可以在化学机械抛光期间提供精确的终点检测以指示下层的暴露。此外，本发明可以在其中正被抛光的层是非导体的抛光处理期间提供终点检测。此外，本发明可以在其中正被抛光的层和待暴露的层具有相似的光学属性(例如反射性和折射系数)的抛光处理期间提供终点控制。具体地，本发明可以在其中二氧化硅层被抛光以暴露氮化硅层的浅槽隔离(STI)抛光处理期间提供终点检测。本发明还可以在其中正被抛光的层和待暴露的层具有相似的导电性的抛光处理中提供终点检测。
本发明的一个或多个实施例的细节将在附图和以下说明中阐明。从说明书和附图，以及从权利要求中，本发明的其他特征、目的和优点将变得清楚。
图1是化学机械抛光设备的示意性分解立体图。
图2是包括摩擦传感系统的化学机械抛光设备的部分剖视的示意性侧视图。
图3是包括应变传感器的化学机械抛光设备的示意性俯视图。
图4A-4B是应变传感器的部分剖视的示意性侧视图。
图4C-4E是具有应变传感器的抛光垫的示意性侧视图。
图5是应变测量装置的示意性电路图。
图6A、6B、6D和6M是应变传感器的示意性剖视图。
图6C是待安装在抛光设备中的物件的示意性剖视图。
图6E示意性地图示了将抛光垫与补片垫传感器组装的方法。
图6F-6J是待安装在抛光设备中的物件的示意性剖视图。
图6K-6L是具有屏蔽密封层的双片抛光垫的示意性剖视图。
图7A-7C示意性图示了使用应变传感器检测抛光终点的方法。
图8A-8B是图示了对于抛光处理的摩擦对时间的示例性轨迹的图。
图9图示了用于实现使用应变传感器的化学机械抛光的方法的流程图。
图10是应变计桥接和放大电路的实施方式的示意性电路图。
图11是应变传感器的可选实施方式的部分剖视的示意性侧视图。
图12是摩擦传感器的可选实施方式的部分剖视的示意性侧视图。
图13A是具有多个传感器的抛光台的示意性俯视图。
图13B是具有多个传感器以测量正交方向上的摩擦的抛光台的示意性俯视图。
图14是具有支撑柱的应变传感器的示意性俯视图。
在各个图中相似标号表示相似元件。
具体实施例方式
参考图1和2，可以通过CMP设备20抛光一个或多个衬底10。类似的抛光设备20的说明可以在美国专利No.5,738,574中找到，其全部公开通过引用被结合于此。抛光设备20包括机械基座21，机械基座21支撑一系列抛光台22和传输台23。传输台23在载具头与装载设备之间传输衬底。
每个抛光台包括其上放置诸如抛光垫30之类的抛光物件的旋转压板24。抛光垫30可以是具有硬质耐久外表面的双层抛光垫、单层硬质垫、具有嵌入研磨颗粒的固定研磨垫、或相对软的垫。每个抛光台还可以包括垫调节设备28以维持抛光垫30的条件使得其将有效地抛光衬底10。
双层抛光垫30通常具有邻接压板24的表面的衬背层32和具有抛光表面31的覆盖层34，抛光表面31用于抛光衬底10。覆盖层34通常硬于衬背层32。覆盖层34可以由泡沫或模制聚氨酯组成，可能的话其可以具有例如中空微球体的填料和/或开槽表面。衬背层32可以由用氨基甲酸乙酯浸取的压缩毡纤维组成。具有由IC-1000组成的覆盖层和由SUBA-4组成的衬背层的双层抛光垫可从特拉华州的纽华克市的Rodel有限公司获取(IC-1000和SUBA-4是Rodel有限公司的产品名)。
可旋转的多头传送台60支撑四个载具头70。通过传送台电机组件(未示出)，传送台通过中心柱62而绕传送台轴线64旋转以使载具头系统和附装到其的衬底在抛光台22与传输台23之间轨道运行。载具头系统中的三个接收并保持衬底，并通过将衬底压靠抛光垫30来将其抛光。同时，载具头系统中的一个从传输台23接收衬底10，和将衬底10传递到传输台23。
每个载具头70通过载具驱动轴74连接到载具头旋转电机76(通过移除四分之一盖68而示出)，使得每个载具头可以独立地绕其自身轴线旋转。此外，每个载具头70可以独立地在形成于传送台支撑板66中的径向槽72中横向振动。合适的载具头70的说明可以在于2004年3月26日递交的美国专利申请号No.10/810,784中找到，其整个公开通过引用被结合于此。在操作时，压板24绕其中心轴线25旋转，且载具头绕其中心轴线71旋转并横向地传输越过抛光垫的表面。
浆液38可以通过浆液供应端口或组合的浆液/清洗臂39供应到抛光垫30。如果抛光垫30是标准垫，则浆液38可以包括研磨颗粒(例如，用于氧化物抛光的二氧化硅)。
现在参考图2和3，凹部26形成在压板24中，且孔33形成在抛光垫30中。凹部26和孔33定位为在抛光垫30与衬底10之间的相对运动期间的某些时间经过衬底10的下方。例如，假定压板34旋转，凹部26将沿着路径96越过衬底10，于是扫描越过衬底10。
监控并检测衬底的局部离散区域的摩擦系数上的改变的摩擦传感系统部分地放置在凹部26内。摩擦传感系统包括应变传感机构(应变传感器)46和诸如计算机90之类的用于处理来自应变传感器46的数据的处理装置。
应变传感器46包括衬底接触构件58、回复材料和传感器，衬底接触构件58可以在受到来自衬底摩擦力时移动，回复材料将衬底接触构件向后压迫向中立位置，传感器基于衬底接触构件的位移产生信号。
应变传感器46放置在凹部26内并延伸通过抛光垫30中的孔33，使得衬底接触构件58的顶表面45搁置为与抛光垫30的抛光表面31共而，其中衬底接触构件58的横截面面积小于衬底10。假定压板24旋转，应变传感器46和衬底接触构件58将沿着路径96越过衬底10。这样，衬底接触构件58的表面45至少在一些时间(例如，周期性地在压板24的每次旋转时)接触衬底10。
再次假定压板24旋转，应变传感器46可以构造为使得衬底接触构件58在由衬底接触构件58经过的圆形路径的切向上可移动，而通常在与由衬底接触构件58经过的圆形路径垂直的其他方向上不可移动。
图4中示出了应变传感器的一个实施方式。在此实施方式中，回复材料是安装在基座42上的片簧48。片簧48可以由诸如不锈钢之类的金属材料形成。片簧48可以是具有窄侧47的矩形固体。窄侧47的厚度和片簧48的成分可以基于所期望的摩擦力来选择，使得片簧48在应变传感器46受到由于与衬底10接触而引起的摩擦力时弹性弯曲(而不经历非弹性变形)。片簧48在凹部26内被定向为使得片簧48的宽侧49的表面与衬底10和应变传感器46之间相对运动的方向垂直。基座42提供刚性支撑，用于将片簧48固定在凹部26内并限制横向移动。由相对运动导致的摩擦阻力使得片簧48以弯曲的形式经历应变。
具体地，可以在宽侧49与经过压板的旋转轴线25的半径基本平行的状态下将片簧48定向。这样，片簧48可以沿着作为由衬底接触构件58经过的圆形路径的切线方向的横向弯曲，但沿着其他横向(例如，平行于半径)相对不可弯曲。
在衬底接触构件58与压板24之间的间隙43提供了用于衬底接触构件58随着片簧48的弯曲而移动的空间。间隙43在切向上的尺寸基于片簧48的弹簧常数和由衬底10施加在衬底接触构件58上的摩擦力的预期量级。间隙43应该提供足够的空间，或者使衬底接触构件58在预期的抛光条件(例如，载具头下压力、压板转速和浆液成分)下以不接触凹部26的侧壁的状态移动。
衬底接触构件58可以附装到片簧48的表面，使得衬底接触构件58与抛光垫30共面。衬底接触构件58可以是单片的或可以包括诸如支撑片57和抛光垫片断59之类的其他部件，因而所得到的应变传感器46的顶表面45与抛光垫共面。
通常，衬底接触构件58的顶表面45由不会对抛光处理产生不利影响的材料形成，例如，该材料应该与抛光环境化学兼容，且足够软以避免刮擦或损伤衬底。例如，抛光垫(例如以上讨论的包括衬背层32和覆盖层34的双部分抛光垫)的片断59可以安装到支撑片57上并放置在片簧48的顶部上，其中片断59具有比衬底10小的横截面面积。于是，安装到衬底接触构件58的抛光垫片断59与安装在压板24上的抛光垫30共面。
通常，抛光垫片断59的顶表面45由与用于抛光垫30的抛光表而31相同的材料形成。在一个实施方式中，顶表面45可以被设计为增强应变传感器46的性能。例如，如图4C所示，顶表面45可以具有槽图案287或涂刷器式结构，其被设计为将浆液引导远离抛光垫片断59。可选地，如图4D所示，顶表面45可以具有具有刷毛288的刷状结构，其被设计为与衬底保持接触。
现在参考图4E，为了避免当应变传感器46的片簧48移动远离平衡位置时的平面外偏移，顶表面45还可以以一定的角度成型。当片簧离开平衡位置时，顶表面45的某个部分保持与衬底接触。这允许无论片簧是否远离平衡位置，都可以在衬底的前表面上不产生不均匀压力分布的情况下，应变传感器测量由于与衬底接触引起的摩擦力。
如上所指出的，顶表面45具有小于衬底10(并小于抛光表面31)的横截面面积。例如，顶表面可以小于衬底表面积的5％，或小于1％。顶表面45可以具有约0.20cm2到10cm2的表面积，例如，顶表而45可以是边长为0.5到3cm的正方形或具有类似直径的圆。
衬底10与抛光垫30之间的相对运动使得应变传感器46的衬底接触构件58间歇地与衬底10进行物理接触。该接触在应变传感器46上产生摩擦力，该摩擦力取决于应变传感器46与衬底10之间的摩擦系数。衬底接触构件58在摩擦力的作用下横向(即，平行于衬底10和抛光垫30的表面)可位移，且此横向位移导致片簧48上的应变。片簧48经历的应变量取决于由衬底10施加在应变传感器46上的摩擦力。摩擦力部分地取决于衬底材料的性质并还取决于衬底的平面化程度。从片簧48的初始形状的百分比变形反映了应变的程度。可以通过监控此变形来测量片簧48的应变。在一个实施方式中，片簧48可以被设计为使得变形与施加的摩擦力的关系至少对于将在抛光操作中所期望的力的范围是线性的。
用于测量片簧48的应变或位移的装置可以包括在凹部26内。例如，应变或位移测量装置可以基于对片簧48的位置的光学监控、对片簧48的诸如导电性之类物理属性的变化的检测、或者通过附装应变计来测量应变。在一个实施方式中，应变传感器46包括粘附到片簧48的多个应变计50。应变计50可以通过引线56互连到在片簧48的相对侧上的其他应变计50，并耦合到输出系统(未示出)。
当衬底接触片58与衬底10之间的摩擦力使得片簧48弯曲时，应变计50也将弯曲，在附装点处经历与片簧48相同的应变。在片簧48的一个表面上的应变计50将延展，而在片簧48的相对表面上的应变计50将被压缩。结果，应变计将产生与片簧48上的应变成比例的信号。
示例性应变计50包括一定长度的导线，并通过粘接剂被直接固定到待测其应变的目标物，在此情况下，目标物为片簧48。通过将导线以蜿蜒路径布置在应变计50内，导线的长度可以比应变计自身更长。在每个应变计50中导线长度的延展或压缩将改变导线的导电属性。随着导向的长度延展，电阻增大。相反，当导线的长度压缩时，电阻减小。
在应变传感器46的一个实施方式中，使用了四个应变计50。两个应变计50放置在片簧48的一个表面上，而另外两个应变计50放置在片簧48的相对表面上。当片簧48弯曲时，两个应变计50将呈现增大的电阻，而在片簧48的相对侧上的另外两个应变计50呈现减小的电阻。
现在参考图5，应变计桥接电路52可以用于示意性地表示应变计50之间的互连。在应变计桥接电路52内，应变计50可以表示为四个具有相同基础电阻值R的电阻。如图5中的通常桥接电路所示，经历增大的电阻的应变计50由R+dR表示，而经历减小的电阻的应变计50由R-dR表示，其dR是由应变计50的变形引起的电阻改变。作为改变电阻的结果，电流电压的改变通常较小，并在一些实施方式中可以由放大器54放大以提供更强的结果输出信号。输出指示了作用在片簧48上的应变力。
再参考图2和5，应变计桥接电路52的放大输出被发送到计算机90用于处理。处理可以包括抛光垫片断59与衬底10之间摩擦系数的计算、在衬底10上具有径向位置的应变传感器46的相关测量、基于应变测量来分析化学机械抛光处理的进程、和将应变测量转换为图形信息。输出可以通过诸如监视器92之类的装置显示。
参考图2，如上所讨论的，形成在应变传感器46与压板24之间的间隙43允许了用于应变传感器46在来自衬底10的摩擦力下横向移动的空间。潜在地，浆液可以通过此间隙流动到凹部26中。排放道44可以延伸通过压板24以移除在抛光处理期间累积在凹部26中的浆液。排放道44可以单独地或者与以下参考图6A-6M讨论的弹性或柔性的流体不可渗透膜结合起作用。
现在参考图6A-6M，诸如硅酮或乳胶膜之类的弹性或柔性的流体不可渗透膜(例如，密封膜)可以用于密封应变传感器46与压板24之间的间隙。密封膜防止浆液经过间隙并进入凹部26。在图6A-6M中示出了一些示例性的密封实施方式。
如图6A所示，密封构件84形成衬底接触构件58的支撑片57的一部分，并通过一个或多个紧固件94连接到压板24。密封膜84跨过支撑片57和压板24之间的间隙。密封膜84可以形成包围支撑片57的环，或者密封膜84可以是集成到支撑片57中或放置在支撑片57的顶部上的固体片。紧固件94可以是诸如螺纹螺钉之类的紧固件，或者可以通过粘接材料来提供紧固。抛光垫片断59可以附装到支撑片57。抛光垫片断59不需要与粘接到压板24的抛光垫30相同。但是，为了衬底10的均匀抛光，在压板24和应变传感器46的一部分两者上使用具有相似特性的抛光表面是有利的。在一个实施方式中，抛光垫30可以与凹部26的边缘齐平。可选地，如图6A所示，抛光垫30可以从边缘凹入。
图6B图示了使用两个密封膜的系统的示例。第一密封膜88是通过紧固件98连接到压板24和支撑片57两者中的凹部的环。第二密封膜86是粘接在压板24的顶部上并跨越间隙和支撑片57两者的固体片。具体地，压板24的表面包括凹槽90以装配密封膜86，使得密封膜86搁置为与压板24的顶表面齐平。接着将抛光垫30安装在压板和密封膜结合体的顶部上。在双部分抛光垫的情况下，衬背垫34粘接到压板24和密封膜86的结合体。例如通过诸如压敏粘接剂(PSA)之类的粘接剂，密封膜86还粘接到支撑片57的顶表面并粘接到抛光垫片断59。
参考图6C，抛光垫片断59和第二密封膜86的结合体可以作为预组装的单元出售。具体地，抛光垫片断59可以用例如压敏粘接剂附装到柔性密封膜86(其例如是硅酮或乳胶膜)的中心，因此密封膜86的边缘延伸超过抛光垫片断的外边沿。此外，密封膜的上表面93的外缘和下表而92可以涂覆有粘接剂层94，且每个粘接剂层可以被衬垫95覆盖。
在安装期间，从膜86的下表面92移除衬垫95，且该单元被粘接到支撑片57的顶部并粘接到压板24的凹槽90。膜86的顶表面可以与压板24的顶表面基本共面。可以从膜的顶表面移除衬垫95，且抛光垫30可以固定到压板的顶表面，使得孔33绕抛光垫片断59装配，且膜的与孔相邻的边缘搁置在膜86的上表面93的边沿上。
图6D图示了其中应变传感器46安装在插入块100内的系统，插入块100座落在压板24的凹部26内。密封膜102可以接着安装在插入块100与衬底接触构件58之间，而不是将密封膜102连接到压板24。密封膜102可以用与图6A-6B所述相同的方式粘接或紧固在接触支撑片与插入片100之间。插入块100的使用可以允许模块化的块，其可以座落到压板24中而不用接着将密封膜102固定到压板24。在插入块100已经放置在凹部内之后，抛光垫30可以接着粘接到压板24并粘接到插入块100。
可选地，可以使用抛光物件，其中衬底接触构件和密封件被固定到抛光垫，使得垫、密封件和衬底接触构件可以作为单个部件从压板移除。图6E和6F图示了制造抛光垫的方法，其中密封件和衬底接触构件集成到抛光垫中。该方法包括通过将密封材料散布到模具315中来将衬底接触构件58密封到垫。模具315是扁平的，并由合适材料制成，使得密封材料310不会永久粘接到模具。在一个实施方式中，模具315的表面的一部分的特征在于凸起边沿319。边沿319包围了有边区域318。有边区域318与衬底接触构件具有相同形状，并被制成一定的尺寸以装配衬底接触构件。
衬底接触构件放置在模具315中以搁置在有边区域318中。抛光垫30可以接着布置在模具315中使得抛光垫中的孔307绕边沿318装配，且抛光垫30围绕衬底接触构件58。在一个实施方式中，抛光垫可以自身形成有适于稍后放置接触构件的孔。在另一个实施方式中，孔可以切入到抛光垫片中。有边区域318形成了衬底接触构件58与抛光垫30之间凹部的底部。
在一个实施方式中，具有向外延伸的突起307的对准卡具305可以附装到衬底接触构件58。对准卡具的与向外延伸的突起307相对的端部被固定到衬底接触构件的与接触衬底的表面相对的那侧。对准卡具305例如通过胶水或压敏粘接剂固定到衬底接触构件。在一个实施方式中，对准卡具可以具有唇缘311，其部分地或完全地包围衬底接触构件。向外延伸的突起可以成型为圆形或椭圆形杆、矩形或方形棒、或圆锥体。
如图6M所示，当垫安装在压板24上时，对准卡具305的突起307可以插入到对准插座309的接收凹部中。以此方式，对准卡具305和衬底接触构件58机械地耦合到应变传感器46，同时允许垫和接触构件58可以容易地作为单元安装和移除。对准插座309还帮助了衬底接触构件58和抛光垫30的安装，这是因为安装垫的操作者可以判断何时衬底接触构件被正确地定位在压板上。
然后，将密封材料310放置在衬底接触构件58与抛光垫30之间的间隙内。足够的密封材料310被放置在间隙内，使得密封材料在抛光垫30、衬底接触构件58、和对准杆305之间产生密封。密封材料足够柔性，因此衬底接触构件58可以响应于在抛光时衬底的摩擦系数而移动。合适的密封材料包括硅酮、乳胶或聚氨酯。
图6F示出了使用以上方法构造的抛光垫。密封材料310在衬底接触构件58、抛光垫30和对准卡具305之间进行完全密封。接触构件58的顶表面45可以与抛光垫30的顶表面31共面。作为模具的有边区域的结果，密封材料310略凹入到顶表面45和31下方。在实施方式中，通过例如固化液体垫材料，抛光垫可以形成为围绕衬底接触构件和密封件。
如图6M所示，当垫安装在压板24上时，对准卡具305的突起307可以插入到对准插座309的接收凹部中。以此方式，对准卡具305和衬底接触构件58被机械地耦合到应变传感器46，同时允许垫和接触构件58可以容易地作为单元安装和移除。对准插座309还便于衬底接触构件58和抛光垫30的安装，这是因为安装垫的操作者可以判断何时衬底接触构件被正确地定位在压板上。
图6G和6H示出了结合有密封垫层的抛光垫。抛光垫30和衬底接触构件58每个包括至少两个层，顶层259和副垫224。在衬底接触构件58与抛光垫30之间形成间隙。此间隙允许补片垫在抛光操作期间响应于摩擦力而自由移动。位于顶层259与副垫224之间的密封垫层284防止液体通过间隙区域。图6G示出了一个实施方式，其中密封垫层284延伸过基本整个抛光垫30。图6H示出了可选实施方式，其中密封垫层仅延伸过抛光垫30的一部分，具体地，垫的与孔307紧邻的部分。在两个实施方式中，密封垫层仅在补片区域中暴露。密封垫层由柔性和液体不可渗透材料制成，例如硅酮、乳胶或聚氨酯。
图6L示出了使用屏蔽密封层的双片垫，其中屏蔽结合到抛光垫中。在此实施方式中，抛光垫30本身形成有孔来容纳衬底接触构件。在抛光垫的形成处理期间，屏蔽290插入在顶层259和副垫224之间。屏蔽可以仅延伸通过抛光垫的一部分，例如如图6L所示，或者延伸通过整个抛光垫(未示出)。屏蔽用作密封层，并由柔性的并对液体不可渗透的材料制成，例如硅酮、乳胶或聚氨酯。抛光垫以如上所述的方式附装到压板24。然后使用合适的方式，例如压敏粘接剂，将衬底接触构件58固定到屏蔽290。
在一个实施方式中，衬底接触构件58可以具有附装到其的对准杆292，在该情况下对准杆插入通过屏蔽290中的孔，使得对准杆延伸通过屏蔽，且可以如上所述将衬底接触构件58固定。
图6I示出了结合有O环286的抛光垫，O环286代替密封垫层来密封抛光垫30与衬底接触构件58之间的空间。O环可以通过粘接材料或通过由抛光垫30和衬底接触构件58施加在O环上的压缩力来固定到抛光垫30和衬底接触构件58。
图6J示出了其中衬底接触构件形成为抛光层的一体部分的抛光垫。抛光垫30可以包括两层，顶层259和副垫224，不过该构思也可应用于单层垫。在一个实施方式中，通过铣削抛光垫30以在衬底接触构件所期望的区域中产生一系列槽口274、276，将衬底接触构件58形成在抛光垫内。槽口274、276定位为使得抛光垫在槽口区域内的部分是衬底接触构件。槽口形成弯褶273，其将衬底接触构件58与抛光垫30机械解耦，允许衬底接触构件在抛光操作期间响应于摩擦力而充分地移动，从而允许摩擦系数的检测。因为副垫224并非对液体不可渗透，所以槽口274不应该延伸超出顶层259到副垫224中。在可选实施方式中，具有形成了衬底接触构件的弯褶的顶层预先形成于模具中，使得在模制处理期间产生槽口。在任一个实施方式中，因为抛光垫和衬底接触构件由对液体不可渗透的连续材料块制成而不具有任何使抛光浆液经过的开口，所以不需要额外的密封材料。
图6K示出了使用屏蔽密封层的双片垫，其中屏蔽附装到衬底接触构件。屏蔽290附装到衬底接触构件58。屏蔽用作密封层，并由柔性的并对液体不可渗透的材料制成，例如硅酮、乳胶或聚氨酯。在一个实施方式中，补片连接到对准杆292。屏蔽290延伸超出衬底接触构件58的边缘，并搁置在压板24上。通过例如机械处理，凹部355可以形成在压板24中以容纳屏蔽290而不引起抛光垫30的变形。具有孔来容纳衬底接触构件的抛光垫30可以接着放置在压板24上，从而固定屏蔽290。在可选实施方式中，通过例如其与屏蔽接触时将液体垫材料固化，可以绕衬底接触构件58形成抛光垫30。
参考图7A，衬底10可以包括硅晶片12以及一个或多个沉积层14和16。沉积层可以是半导体、导体、或绝缘体层。在层已经沉积之后，可以使用例如光刻技术刻蚀图案。后续的层可以沉积在图案化的层之上。如图7A-7C所示，衬底10可以被抛光以减小沉积层16的厚度，直到图案化层14被暴露且层14和16的顶表面共面。
不同的衬底层在沉积层与应变传感器46之间具有不同的摩擦系数。此摩擦系数的不同意味着不同的沉积层将产生不同量的摩擦力，并因此在片簧48中产生不同量的应变。如果摩擦系数增大，则片簧48的变形将增大。类似地，如果摩擦系数减小，则片簧48的变形将减小。当沉积层16被向下抛光以暴露图案化层14时，应变将改变来反映沉积层14与抛光垫30的材料之间不同的摩擦系数。因此，诸如计算机90之类的计算装置可以用于通过监控由应变测量装置检测的应变的改变以及因此摩擦的改变来判断抛光终点。
现在参考图8A和8B，示出了两个示例性曲线图，其图示了在抛光处理期间在不同点处的检测摩擦的可能变化。图8A是在假想的化学机械抛光处理期间的摩擦对时间曲线图，其中对于沉积层14的摩擦系数小于对于沉积层16的摩擦系数。类似地，图8B是在假想的化学机械抛光处理期间的摩擦对时间曲线图，其中对于沉积层14的摩擦系数大于对于沉积层16的摩擦系数。
参考图7A，在抛光处理的开始，层16的表面可能不是平面的，而是可以具有由沉积处理导致的峰和谷。对于相同材料，非平面表面比平而表面引起更大的摩擦。于是，如图8A所示，初始非平面表面由曲线图开始处较大的摩擦来表示。
转到图7B，沉积层16已经被平面化，但层14还未被暴露。在图8A中，此状态由摩擦从较高水平到较低水平的改变来图示，该改变作为此减小的摩擦的结果。
最后，在图7C中，抛光处理已经将沉积层16的厚度减小到暴露沉积层14。在此示例中，沉积层14比沉积层16具有更小的摩擦系数。结果，在图8A中，曲线图示出了摩擦再次减小。摩擦的水平对应于抛光处理的终点。结果，在整个抛光处理中摩擦减小。
现在参考图8B，初始的非平面表面由曲线图开始处较大的摩擦来表示，且沉积层16的平面化由平面层16的摩擦从较高水平到较低水平的改变来图示，该改变作为此减小的摩擦的结果。
在此示例中，沉积层14具有比沉积层16更大的摩擦系数。于是，当抛光处理已经将沉积层16的厚度减小到暴露沉积层14时，在图8B中，曲线图示出了摩擦已经增大。摩擦的水平对应于抛光处理的终点。结果，摩擦从平面化点增大到终点条件。
如上所提及的，图8A和8B是示例曲线图，且摩擦力的相对改变取决于沉积层所使用的材料和沉积层16的初始粗糙程度。具体终点摩擦值可以通过实验来确定。
现在参考图2和9，计算机90可以用于控制抛光台22。计算机90可以从应变计50接收输入并将结果显示在监视器92上。此外，计算机程序可以被设计为控制化学机械抛光处理的启动和结束。如图9所示，用于化学机械抛光的计算机程序的实施方式开始于启动在衬底10上的化学机械抛光处理(步骤910)。在抛光处理期间，计算机90从应变计50接收输入(步骤920)。可以连续地、周期地、或其两者的某种结合接收来自应变计50的输入。计算机90接收应变输入信号来判断由应变计50经历的应变(步骤930)。计算机90接着监控对于应变改变的信号(步骤940)。当应变改变指示了所期望的抛光终点时，计算机90结束抛光处理(步骤950)。在一个实施方式中，计算机90检测应变数据的斜率的改变来判断抛光终点。计算机90也可以监控应变信号平滑度来判断抛光终点。可选地，为了判断终点的发生，计算机90基于所使用的沉积层来查阅包含预判断终点应变值的数据库。
此外，如美国专利No.6,159,073所述的用于光学测量，计算机90可以将来自应变传感器46的测量值按照半径范围来分类。该测量值可以接着用于由载具头70所施加的压力的实时闭环控制。例如，如果计算机90检测到衬底边缘处的半径区域中摩擦正在改变，这可以指示首先在衬底边缘处正暴露其下层。作为响应，计算机90可以使得载具头70在衬底的边缘处比中心处施加更小的压力。
图10中示出了示意性的将应变计50和放大器54结合的电路。在此示例中，应变计50表示为电阻R51-R54，每个电阻具有350ohm的无应变电阻。应变计50连接在一起，使得R51和R52在片簧经历应变时增大电阻而应变计R53和R54在片簧经历应变时减小电阻。跨过应变计的电压将取决于应变量而变化。输出电压被如图10所示的放大电路所使用以将增益提供到来自应变计50的输出电压。增益量部分地取决于电阻RG的值。例如，对于图10所示的电路，500ohm和50ohm之间的电阻值可以产生100和1000之间的近似增益。放大器的输出可以接着被传输到计算机用于处理。
应变传感器46可以被集成到各种抛光系统中。在抛光处理期间，衬底10和抛光物件相对于彼此移动。假定应变传感器46随着抛光物件移动，则抛光物件支撑体(例如，压板24)、或载具头70、或两者都可以移动来提供应变传感器46与衬底10之间的相对运动。可选地，应变传感器不需要随着抛光物件移动。在此情况下，应变传感器可以保持固定，且载具头70可以移动以提供应变传感器46与衬底之间的相对运动。抛光物件可以是固定到压板的圆形(或其他形状)垫、在供应辊与收取辊之间延伸的带、或连续带(continuous belt)。抛光物件可以固定在压板上，在抛光操作之间在压板上方递增地前进，或在抛光期间在压板上方被连续地驱动。抛光物件可以是标准(例如，具有或不具有填料的聚氨酯)粗糙垫、软垫、或固定研磨垫。合适的开口可以产生在上述抛光垫30的任何一个中，并定位在压板24上使得在化学机械抛光处理期间，应变传感器46可以物理地接触衬底10，应变传感器46具有横截面面积小于衬底10的接触表面45。供应到抛光物件的浆液38可以包括研磨剂或不含研磨剂。
在一个实施方式中，抛光垫片断59在不存在支撑片57的情况下直接连接到片簧48。此外，在不具有支撑片57的实施方式中，密封膜84、86、88和102可以直接附装到片簧48。
在另一个可选实施方式中，回复材料自身提供衬底接触构件58。例如，回复材料可以是由不会刮擦衬底的材料(例如软聚氨酯)形成的可弯曲片(与片簧具有基本相同形状)。此可弯曲片可以从凹部26延伸使得其具有比衬底10小的横截面面积的顶表面与抛光表面31共面。此外，除了片簧之外，回复材料可以是方形或圆形金属杆。
回复材料可以是任何与由外力引起的变形向反地施加力的材料，例如弹性或可压缩构件。回复材料可以将衬底接触构件58(可选地经由中间卡具，如图6C所示)连接到抛光物件支撑体。例如，如图11所示，应变传感器46可以包括多个弹簧，其作为将衬底接触构件58连接到压板24的回复材料，其允许构件在由于与衬底10接触引起的摩擦力下横向移动。可以例如通过激光干涉仪112、或通过电容或涡流传感器、或通过其他位移测量传感器来光学地监控衬底接触构件58的位移，该位移指示了由附装弹簧所经历的应变。可选地，光束120可以从光源122导向以反射离开衬底接触构件58的侧部并导向到位置敏感光检测器124上。衬底接触构件58的位移使得光束入射检测器124的位置改变，于是提供了指示构件58的横向位移和摩擦系数的信号。假定应变传感器46不与抛光物件一起移动，则回复材料可以将衬底接触构件58连接到固定卡具，例如支撑压板的机械基座21。
在图12所示的另一个可选实施方式中，摩擦传感系统包括构造为在来自衬底的摩擦力下横向滑动而非弯曲的应变传感器。在此实施方式中，摩擦传感器246包括在受到来自衬底10的摩擦力时可以移动的衬底接触构件58、连接到衬底接触构件58的基本刚性的滑动杆248、将滑动杆248和衬底接触构件58向后朝向中立位置压迫的弹簧249、和基于衬底接触构件58和滑动杆248的位移产生信号的压力传感器250。
杆248可滑动地附装到基座254，基座254可以固定到压板或可以是压板的一部分。滑动杆248将衬底接触构件58的位移传递到压力传感器250。滑动杆248的运动可以受基座254中沟道252的限制，因此滑动杆248被限制为沿着与衬底和摩擦传感器246之间相对运动的方向平行的轴线移动。
在衬底接触构件58上的摩擦力将引起衬底接触构件58和滑动杆248两者的横向位移。这使得滑动杆248向压力传感器250施加压力，当衬底接触构件58受到更大的摩擦力时将施加更大的压力。压力传感器可以耦合到输出系统(未示出)。
弹簧249安装到滑动杆248。弹簧249可以由诸如不锈钢之类的金属材料形成。弹簧249的成分可以基于所期望的摩擦力来选择，使得当摩擦传感器246受到由于与衬底接触引起的摩擦力时，弹簧弹性地压缩和延伸(在不经历非弹性变形的情况下)。弹簧249被定向为使得回复力平行于衬底与摩擦传感器246之间相对运动的方向。这样，弹簧249将逆着滑动杆248和衬底接触构件58的位移方向施加回复力。
衬底接触构件58附装到滑动杆248，使得衬底接触构件58与抛光垫30共面。衬底接触构件58可以是单片或者包括诸如支撑片和抛光垫片断之类的其他部件，因此所得的摩擦传感器246的顶表面与抛光垫30共面。此实施方式的优点在于衬底接触构件总是保持平行于抛光垫的表而和衬底，并因此衬底接触构件的整个表面保持与衬底接触。这允许由衬底施加在衬底接触构件上的摩擦力的更精确判断。
压力传感器250的输出被发送到计算机90用于处理。处理可以包括衬底接触构件58与衬底10之间摩擦系数的计算、来自摩擦传感器246的与衬底10上的径向位置相关的测量、基于压力测量值来分析化学机械抛光处理的进程、基于所测量的压力的改变来控制抛光设备、和将压力测量值转换为图形信息。可以通过诸如监视器92之类的装置显示输出。
在可以与如上讨论的各种实施方式结合的另一个实施例中，摩擦传感系统包括多个传感器。例如，如图13A所示，该系统可以包括多个传感器，其布置在距压板的旋转轴线基本相同的距离处，但以绕压板的旋转轴线以相等的角度间隔布置。作为另一个示例，如图13B所示，该系统可以包括布置在紧密的附近但具有不同(例如垂直)的方位的传感器(例如，测量其衬底接触构件位移的一个传感器平行于通过压板的旋转轴线25的半径，而测量其衬底接触构件位移的另一个传感器垂直于通过压板的旋转轴线25的半径)。以此构造，该系统可以产生指示总摩擦力的测量值，例如，作为在两个垂直方向上测量的应变的平方和的平方根。
作为另一个示例，衬底接触构件可以在平行于和垂直于经过压板的旋转轴线25的半径的两个方向上可横向移动，且摩擦传感系统可以包括测量构件沿着两个方向的位移的传感器。例如，参考图14，代替片簧，应变传感器可以包括具有矩形横截面的柔性支撑柱170。第一组应变传感器50可以位于支撑柱170的一对相对面上以测量支撑柱在一个方向上的挠曲，而第二组应变传感器50b可以位另一对相对面上以测量支撑柱在垂直方向上的挠曲。每组应变传感器可以如参考图4A-5所讨论地连接，从而产生在两个垂直方向上摩擦力的测量值。以此构造，该系统可以产生指示衬底接触构件上总摩擦力的测量值，例如，作为在两个垂直方向上测量的应变的平方和的平方根。
在任何实施方式中，计算机90可以执行对所接收的原始应变数据的处理步骤以将数据转换为摩擦值。计算机90可以利用应变计50的应变与施加在衬底接触构件58上的摩擦力之间的关系来计算摩擦系数。接着可以基于摩擦系数进行终点判断。
抛光操作可以是移除导体、绝缘体或半导体层以暴露相同类型(即，导体、绝缘体或半导体)的另一层的抛光操作。可选地，抛光操作可以是移除导体、绝缘体或半导体层以暴露不同类型的另一层的抛光操作。在任一种情况下，抛光操作都可以是移除层以暴露具有类似反射率的另一层(例如，两个绝缘体层)的抛光操作。例如，被抛光的层可以是氮化物，而被暴露的层可以是氧化物，或相反，或者两个层可以都是氧化物。抛光操作可以是浅沟槽隔离(STI)、层间电介质(ILD)、金属间电介质(IMD)和前金属电介质(PMD)、聚合硅或绝缘体上硅(SOI)处理中的步骤。
本发明可以利用数字电子电路，或利用计算机硬件、固件、软件、或者其组合来实施。本发明的设备可以以有形嵌入在机器可读存储器中的、用于通过可编程处理器执行的计算机程序产品的方式来实施；且本发明的方法步骤可以通过执行指令程序以由操作输入数据并产生输出来实现本发明功能的可编程处理器来实现。本发明可以以一个或多个计算机程序的方式来有利地实施，所述一个或多个程序可在可编程系统上执行，可编程系统包括至少一个可编程处理器、至少一个输入装置和至少一个输出装置，其中所述至少一个可编程处理器耦合到数据存储系统以从其接收数据和指令并将数据和指令传输到其。每个计算机程序可以以高级程序化的或面向对象的编程语言的方式实施，或者如果期望，以汇编或机器语言的方式实施；在任何情况下，该语言可以是编译或解释语言。作为示例，合适的处理器包括通用和专用微处理器两者。通常处理器将从只读存储器和/或随机访问存储器接收指令和数据。计算机的核心元件是用于执行指令的处理器以及存储器。通常，计算机将包括一个或多个大容量存储装置用于存储数据文件；这样的存储装置包括诸如内置硬盘和可移动盘之类的磁盘；磁光盘；和光盘。适于有形地将计算机程序指令和数据嵌入的存储装置包括所有形式的非易失性存储器，其例如包括诸如EPROM、EEPROM和闪存装置之类的半导体存储器装置；诸如内置硬盘和可移动盘之类的磁盘；磁光盘；和CD-ROM盘。任何前述部分都可以通过ASIC(专用集成电路)实施或结合在ASIC中。
已经根据具体实施方式
描述了本发明。其他实施方式落在所附权利要求的范围内。
本申请要求于2003年10月31日递交的美国临时申请号No.60/516,349和于2004年7月22日递交的美国临时申请号No.60/590,471的优先权。
权利要求
1.一种监控正经历抛光的衬底的摩擦系数的设备，包括可移动构件，所述可移动构件具有接触衬底的暴露表面的顶表面，所述可移动构件响应于来自所述衬底的摩擦力而横向位移，所述顶表面具有比所述衬底的所述暴露表面的表面积小的表面积；和传感器，所述传感器基于所述可移动构件的横向位移产生信号。
2.如权利要求1所述的设备，还包括耦合到所述可移动构件的回复材料。
3.如权利要求2所述的设备，其中所述回复材料包括片簧。
4.如权利要求2所述的设备，其中所述回复材料包括多个弹簧。
5.如权利要求2所述的设备，其中所述可移动构件包括抛光垫片断。
6.如权利要求5所述的设备，其中所述抛光垫片断包括两层。
7.如权利要求2所述的设备，其中所述可移动构件还包括耦合在所述回复材料与所述抛光垫片断之间的支撑片。
8.如权利要求3所述的设备，其中基于所述可移动构件的横向位移产生信号的所述传感器是应变计。
9.如权利要求8所述的设备，其中多个应变计在最大应变点处附装到所述片簧。
10.如权利要求1所述的设备，其中基于所述可移动构件的横向位移产生信号的所述传感器是光学传感器。
11.如权利要求10所述的设备，其中所述光学传感器是激光干涉仪。
12.如权利要求1所述的设备，其中基于所述可移动构件的横向位移产生信号的所述传感器是压电传感器。
13.如权利要求1所述的设备，其中所述顶表面与抛光垫的抛光表面基本共面。
14.如权利要求1所述的设备，其中所述可移动构件连接到压板。
15.如权利要求14所述的设备，其中所述可移动构件与所述压板分开有间隙。
16.如权利要求15所述的设备，还包括耦合到所述可移动构件的柔性密封膜，其用于防止浆液传输通过所述间隙。
17.如权利要求16所述的设备，还包括耦合到所述可移动构件的回复材料，且其中所述柔性密封膜插入在所述回复材料与所述可移动构件之间。
18.如权利要求14所述的设备，其中所述压板可旋转。
19.一种监控正经历抛光的衬底的摩擦系数的设备，包括构件，所述构件具有接触所述衬底的暴露表面的顶表面，所述顶表面具有比所述衬底的所述暴露表面的表面积小的表面积；回复材料，所述回复材料将所述构件连接到结构体；和传感器，所述传感器基于所述回复材料的应变产生信号。
20.一种化学机械抛光设备，包括支撑体，所述支撑体用于抛光物件；载具，所述载具将衬底保持抵靠所述抛光物件的抛光表面；电机，所述电机耦合到所述抛光物件和所述载具中的至少一个，用于在其间产生相对运动；和用于测量应变的传感器，所述传感器包括可移动构件，所述构件具有接触衬底的暴露表面的顶表面，所述构件响应于来自所述衬底的摩擦力而横向位移，所述顶表面具有比所述衬底的所述暴露表面的表面积小的表面积，且所述传感器包括基于所述可移动构件的横向位移产生信号的传感器。
21.如权利要求20所述的设备，其中当由所述支撑体保持所述抛光物件时，所述顶表面与所述抛光表面基本共面。
22.一种用于化学机械抛光设备的压板，包括基板，所述基板具有用于容纳应变传感器的凹部，所述凹部具有比所述应变传感器的横截面面积大的横截面面积，以允许所述应变传感器的位移；和放置在所述凹部内的所述应变传感器，所述应变传感器包括回复材料和至少一个装置，所述回复材料具有比所述抛光表面的横截面面积小的横截面面积，所述回复材料有时直接接触衬底，或通过耦合到所述回复材料的其他材料接触衬底，所述其他材料具有比所述抛光表面的横截面面积小的横截面面积，所述至少一个装置用于测量在所述衬底与测量应变的所述传感器之间的相对运动方向上的所述回复材料应变的至少一个装置。
23.一种用于抛光系统的物件，包括柔性的、流体不可渗透的膜；和抛光垫片，所述抛光垫片固定到所述膜的第一表面，所述膜的边缘延伸超过所述抛光垫片的边缘。
24.如权利要求23所述的物件，还包括在所述膜的与所述第一表面相对的第二表面上的粘接剂。
25.如权利要求24所述的物件，还包括覆盖所述粘接剂的可移除衬垫。
26.如权利要求22所述的物件，还包括在围绕所述抛光垫片的所述膜的所述第一表面上的粘接剂。
27.如权利要求26所述的物件，还包括覆盖所述粘接剂的可移除衬垫。
28.如权利要求22所述的物件，其中所述抛光垫片包括覆盖层和衬背层。
29.如权利要求28所述的物件，其中所述衬背层比所述覆盖层更易压缩。
30.如权利要求22所述的物件，其中所述膜是硅酮或乳胶。
31.一种监控正经历抛光的衬底的摩擦系数的系统，包括抛光垫组件，包括抛光层，所述抛光层包括抛光表面；和衬底接触构件，所述衬底接触构件柔性地耦合到所述抛光层，所述抛光层具有接触衬底的暴露表面的顶表面，其中所述顶表面的至少一部分与所述抛光表面基本共面；和传感器，所述传感器测量所述衬底接触构件的横向位移。
32.如权利要求31所述的系统，其中所述抛光垫组件具有通过其的孔。
33.如权利要求32所述的系统，其中所述衬底接触构件定位在所述孔内。
34.如权利要求31所述的系统，其中所述传感器包括应变计。
35.如权利要求31所述的系统，其中所述传感器包括压力计。
36.如权利要求31所述的系统，还包括耦合在所述衬底接触构件与所述传感器之间的对准装置。
37.如权利要求31所述的系统，其中所述抛光垫围绕但不接触所述衬底接触构件。
38.如权利要求37所述的系统，还包括在所述衬底接触构件与所述抛光垫之间延伸的密封件，其中所述密封件包括柔性的、流体不可渗透材料。
39.如权利要求38所述的系统，其中所述密封件由硅酮、乳胶或聚氨酯制成。
40.如权利要求38所述的系统，其中所述密封件是O环。
41.如权利要求40所述的系统，其中所述O环利用粘接材料固定到所述衬底接触构件和所述抛光垫。
42.如权利要求48所述的系统，其中所述密封件延伸通过所述衬底接触构件。
43.如权利要求31所述的系统，其中所述衬底接触构件和所述抛光层通过将所述衬底接触构件与所述抛光垫解耦的弯褶而连接。
44.如权利要求43所述的系统，其中所述弯褶通过在所述抛光垫的相对表面中的凹部形成。
45.一种抛光系统，包括可移动压板；抛光垫，所述抛光垫连接到所述可移动压板，所述抛光垫具有抛光表面并具有在其中的孔；衬底接触构件，所述衬底接触构件包含在所述孔内，所述衬底接触构件具有接触所述衬底的暴露表面的顶表面，其中所述顶表面与所述抛光表面基本共面；传感器，所述传感器测量所述衬底接触构件的横向位移并基于所述衬底的所述横向位移产生信号；和控制器，所述控制器从所述传感器接收所述信号。
46.如权利要求45所述的系统，其中所述传感器是应变计。
47.如权利要求45所述的系统，其中所述传感器是压力计。
48.如权利要求45所述的系统，还包括耦合在所述衬底接触构件与所述传感器之间的对准装置。
49.如权利要求45所述的系统，还包括抛光垫，所述抛光垫具有接触所述衬底的所述暴露表面的顶表面，其中所述抛光垫围绕但不接触所述衬底接触构件。
50.如权利要求49所述的系统，还包括在所述衬底接触构件与所述抛光垫之间延伸的密封片，其中所述密封片由柔性的、流体不可渗透的材料制成。
51.如权利要求50所述的系统，其中所述密封片由硅酮、乳胶或聚氨酯制成。
52.如权利要求50所述的系统，其中所述密封片是O环。
53.如权利要求52所述的系统，其中所述O环利用粘接材料固定到所述衬底接触构件和所述抛光垫。
54.如权利要求50所述的系统，其中所述密封件延伸通过所述衬底接触构件。
55.如权利要求45所述的系统，还包括所述抛光垫，其具有接触所述衬底的所述暴露表面的顶表面，其中所述抛光垫由与所述衬底接触构件相同的材料片制成；和弯褶，使得所述弯褶将所述衬底接触构件与所述抛光垫机械地隔离。
56.一种用于抛光系统的物件，包括抛光垫，所述抛光垫具有抛光表面；衬底接触构件，所述衬底接触构件具有接触衬底的暴露部分的顶表面，其中所述顶表面与所述抛光表面基本共面；和密封件，所述密封件由柔性的并且流体不可渗透的材料形成，所述密封件将所述衬底接触构件固定到所述抛光垫并允许所述衬底接触构件相对于所述抛光垫横向移动。
57.如权利要求56所述的物件，其中所述抛光垫具有两层或更多层。
58.如权利要求57所述的物件，其中所述密封件固定在所述抛光垫片的两层之间。
59.如权利要求58所述的物件，其中所述密封件延伸通过整个所述抛光垫片。
60.如权利要求58所述的物件，其中所述密封件仅部分地延伸到所述抛光垫片中。
61.如权利要求56所述的物件，还包括对准装置，其中所述对准装置的第一表面附装到所述衬底接触构件。
62.如权利要求61的物件，其中所述密封构件还与所述对准装置接触。
63.如权利要求61的物件，其中对准杆从所述对准装置的第二表面延伸。
64.如权利要求56所述的物件，其中所述衬底接触构件的所述顶表面由与所述抛光垫相同的材料组成。
65.如权利要求56所述的物件，其中所述衬底接触构件的所述顶表面包括槽，所述槽将液体引导离开所述衬底接触构件。
66.如权利要求56所述的物件，其中所述密封件是O环。
67.如权利要求56所述的物件，其中所述密封件包括硅酮、乳胶或聚氨酯。
68.如权利要求56所述的物件，其中所述抛光垫和所述衬底接触构件由一个连续的材料片制成。
69.一种监控正经历抛光的衬底的摩擦系数的设备，包括可移动构件，所述可移动构件具有接触衬底的暴露表面的顶表面，所述顶表面具有比所述衬底的所述暴露表面的表面积小的表面积；连接构件，所述连接构件耦合到所述可移动构件，所述连接构件响应于来自所述衬底的摩擦力可沿着沟道横向位移；和传感器，所述传感器基于所述连接构件沿着所述沟道的横向位移产生信号。
70.如权利要求69所述的设备，其中所述可移动构件包括抛光垫片断。
71.如权利要求69所述的设备，其中基于所述连接构件的横向位移产生信号的所述传感器是应变计。
72.如权利要求69所述的设备，其中所述可移动构件的顶表面与抛光垫的抛光表面基本共面。
73.如权利要求70所述的设备，还包括耦合在所述抛光垫片断与所述连接构件之间的固定装置。
74.如权利要求73所述的设备，其中所述固定装置通过对准杆耦合到所述连接构件。
75.如权利要求73所述的设备，还包括柔性的、流体不可渗透的膜，其中所述膜位于所述固定装置与所述连接构件之间，使得抛光浆液不进入所述沟道或所述传感器。
76.如权利要求75所述的设备，其中所述膜是硅酮、乳胶或聚氨酯。
77.一种组装抛光垫的方法，包括以下步骤将衬底接触构件对准在模具中，其中所述模具具有凸起边沿，使得所述衬底接触构件与所述凸起边沿的内表面对准；将具有开口的抛光垫与所述凸起边沿的外表面对准，使得所述开口与所述凸起边沿的所述外表面对准；和将密封材料放置在由所述衬底接触构件、所述抛光垫和所述凸起边沿形成的凹部内。
78.如权利要求77所述的方法，还包括如下步骤将对准装置与所述衬底接触构件对准，使得所述对准装置的第一表面附装到所述衬底接触构件，且所述密封材料也接触所述对准装置。
79.如权利要求78所述的方法，其中对准杆从所述对准装置的第二表面延伸。
80.如权利要求77所述的方法，其中所述衬底接触构件的顶表面由与所述抛光垫相同的材料组成。
81.如权利要求77所述的方法，其中所述衬底接触构件的所述顶表面包括槽，所述槽将液体引导离开所述衬底接触构件。
82.如权利要求77所述的方法，其中所述密封材料是O环。
83.如权利要求77所述的方法，其中所述密封材料是乳胶、硅酮或聚氨酯。
84.一种监控衬底在抛光操作期间的摩擦系数的设备，包括构件，所述构件与正经历抛光的衬底表面的区域接合，所述区域具有比所述衬底的表面积小的表面积，所述构件相对于抛光表面横向可移动。
85.如权利要求84所述的设备，还包括用于产生信号的装置，所述信号指示了所述衬底对所述构件的横向摩擦力。
86.如权利要求84所述的设备，其中所述构件包括抛光垫的一部分。
87.如权利要求84所述的设备，其中所述构件包括可移动地连接到压板的主体。
88.如权利要求84所述的设备，其中所述构件在基本单个方向上横向可移动。
89.如权利要求84所述的设备，其中所述构件在两个垂直的方向上横向可移动。
90.一种监控衬底在抛光操作期间的摩擦系数的方法，包括以下步骤将衬底的表面定位为与抛光表面接触并同时与构件的顶表面接触，所述构件相对于所述抛光表面横向可移动；和产生指示所述衬底对所述构件的摩擦力的信号。
全文摘要
描述了监控正经历抛光的衬底的摩擦系数的系统方法和设备。抛光垫组件包括具有抛光表面的抛光层和柔性耦合到抛光层的衬底接触构件，衬底接触构件具有接触衬底的暴露表面的顶表面。顶表面的至少一部分与抛光表面基本共面。设置传感器易测量衬底接触构件的横向位移。一些实施例可以在化学机械抛光期间提供精确的终点检测来指示下层的暴露。
文档编号B24B49/16GK1871504SQ200480031574
公开日2006年11月29日 申请日期2004年10月28日 优先权日2003年10月31日
发明者格布里尔·罗里米尔·米勒, 曼欧彻尔·比郎, 尼欧司·约翰逊, 博古斯劳·A·司维德克, 多米尼克·J·本文格努 申请人:应用材料公司