化學/機械平面化端點檢測的原位監測法和設備的制作方法

專利名稱：化學/機械平面化端點檢測的原位監測法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及制造半導體器件或光學器件的方法和設備。本發明包括襯底圓片在化學/機械研磨過程中平面化端點的測定。
制造半導體集成電路或集成的光學電路總是需要光滑平坦的表面。需要平面化的表面涉及到半導體材料的表面之上或之中的、或先前插入層的表面之上的介電材料的區域或層次。絕緣層應該具有光滑表面的幾何圖形，因為粗糙的表面會給加工帶來很多問題。要使附在粗糙表面上的層成象和刻制圖形是很困難的，并且這種困難隨著層數增加而增加，因為附加的每一刻制圖形層都會使粗糙增加。這種介電區或層的幾何圖形也許是極不平坦而需要將表面拋光以便為下一處理步驟(例如在該表面上形成一導體層或圖形)提供一個光滑平坦的表面。不平整表面的幾何圖形可能是由于介電材料區比該表面的剩余部分高或由于下伏材料或正被加工的半導體器件的其它元件的不平整幾何圖形引起的。
例如，在VLSI(超大規模集成電路)的制造技術中，金屬連接線就形成在含器件電路組的半導體襯底上，并且用來使分立的器件在電氣上互相連接。這些金屬連接線通常用薄層絕緣材料與下一互連層相絕緣。為使不同互連高度層次的金屬線互連，要在絕緣層中形成一些孔以在層問提供電通路。
在本技術領域中最新的進展是使用研磨機和其它的平面化方法來為下一金屬層次提供平滑的絕緣體的幾何形狀。在這些方法中，重要的是測定拋光過程(例如不磨掉下伏材料而磨掉足夠數量的材料以提供一個光滑平坦的表面)的端點，因此需要一種準確的檢測端點的方法。
目前已有各種類型的研磨機用以磨薄半導體圓片的厚度。一般地說，這些研磨機都包含有頂板和底板(例如，一個磨光臺和一個圓片的托架或夾具)，在這兩平板之間使圓片與一平板之間注入拋光漿以拋光和沖洗掉圓片顆粒。這種研磨機的一個實例已在美國專利3,063,206中公開。
從傳統上來說，業已使用激光器和其它光學檢測裝置來測定刻蝕的端點。然而，這樣的光學系統很難用于研磨機中，因為在研磨機中圓片是面朝下對著正在運動中(如旋轉中)的磨光臺而被磨平，更具體地說，圓片藏在頂板的下面而使端點的光學檢測很困難。
用于測定研磨機中端點的一種典型的方法是測量第一個圓片平面化所需的時間量，然后用相同的時間對其余的圓片進行操作。在實踐中，由于操作人員必須檢查拋光后的每個圓片，所以這種方法很費時間。其原因是由于在單個圓片拋光期間拋光率可能變化，還因為在連續拋光許多圓片的過程中拋光率可能下降，因此要準確地控制不同圓片的電介質膜的拋光率極為困難。
為此，在半導體器件制造技術領域中一直需要一種方法和設備來準確和有效地檢測平面化研磨過程中的端點。
本發明提供一種方法和設備用以在制造半導體器件或光學器件過程中無損、準確和有效地檢測拋光/研磨平面化過程的端點。該方法包括放置一個待加工的襯底，以使一個電極結構物的表面朝著該襯底橫向面上的介電材料；在該襯底與該電極結構物之間放入一個電阻率約小于100,000歐姆厘米的導電液膜；以及測量該襯底和該電極結構物之間的電容。該設備包括至少一個電極結構物，該電極結構物具有一個平坦表面，該表面面向待拋光的、其上具有電介質層的加工工件的一個橫向面，該電極結構物包括一個測量電極、圍繞該測量電極的一個絕緣體、圍繞該絕緣體的一個保護電極以及圍繞該保護電極的另一絕緣體；供應導電液態媒質的裝置，由該液態媒質使該工件的側面與該電極結構物的平坦表面相接合；以及測量該導電部分與該電極結構物之間的電容的裝置。本發明適用于制造半導體器件和光學器件，因這些器件在某些加工階段上要求電介質表面平面化。不管涉及平面化與否，本發明還可在任何制造階段上用以測量電介質膜的厚度。


圖1是正在制造的、在半導體圓片上具有厚電介質層的一個半導體器件示意圖；圖2是具有平面化電介質層的圖1半導體器件的示意圖；圖3是正在制造的、在半導體圓片上具有復合厚度電介質層的一個半導體器件的示意圖；圖4是正在制造的、在半導體圓片的表面上具有不平的氧化物區的一個半導體器件的示意圖；圖5是具有平面化的氧化物和圓片表面的圖4半導體器件的示意圖；圖6是用于拋光/研磨1、3、4所示類型的圓片上的電介質層的和體現本發明電極結構物的設備的示意圖；圖7是裝配在拋光臺的一個截面內的圖6所示電極結構物的示意性頂視圖；圖8是圖6配置中呈現的分布電容和分布電阻的示意圖；圖9是包含有用以驅動測量電極和保護電極的電子系統的圖6配置的示意圖；圖10是圖9所示電子系統的詳圖；圖11是具有雙D形電極結構物的拋光臺的一個截面的示意圖，這是圖6和圖7所示的電極結構物的另一種形式，不管該半導體圓片相對的側面上的電介質厚度如何，該電極結構物能夠監測電介質層的厚度；圖12是圖11配置中分布電容的示意圖，說明具有電容C1的正被拋光的電介質層的厚度可以被測出，而與具有電容C4的圓片相對側面上的電介質的厚度無關；圖13是帶有設在拋光臺內雙D形電極結構物的拋光配置的示意性的頂視圖，圖中包括在拋光臺每轉一圈期間所需時間及與位置有關的電介質厚度的測量的示意圖；圖14是半導體圓片平面化電介質層端點檢測的另一實施例的示意圖；圖15是時間(以分為單位)與輸出電壓(以伏特為單位)的曲線圖，該圖示出材料的磨薄與時間的線性關系，并表明測量方法的性能。
圖1至圖5是半導體器件或光學器件制造過程中導電圓片的一般示意圖。圓片的材料至少可從硅、鍺、III-V族和II-VI族化合物半導體中選取。通常，導電圓片的材料具有約低于1兆歐厘米的電阻率。
圖1示出半導體器件1，該半導體器件1包括半導體圓片2、金屬導體3和諸如二氧化硅之類的厚電介質層4，該電介質層覆蓋在導體3和該半導體圓片剩余部分的表面5上。電介質層可由諸如四乙基原硅酸鹽(TEOS)之類的母體采用適當的方法形成，例如采用氧化物化學汽相淀積(CVD)法或采用氧化物等離子加強化學汽相淀積(PECVD)法。半導體圓片2可以預先處理過，并且已經含有被插入電路組的附加層。為了簡便起見，這些其它的特點在圖中未予表示。
圖2示出帶有已平面化到需要的預選厚度的電介質層4的圓片2。
圖3示出其內含有距離相近而密度較大的多個導體3的器件1的示意圖。由于電介質4的形成性質，而造成這種結構可能出現電介質層的凹坑(如圖1中下陷坑6那樣)，或甚至在導體之間產生空隙。為了防止空隙的產生，在兩導體間的容積首先填滿諸如旋涂玻璃(SOG)之類的更適用的材料層7。層7填充導體之間的空隙并覆蓋這些導體，呈現出比用厚CVD或PECVD淀積的同樣厚度的電介質層如等離子加強型的TEOS(DETEOS)有更光滑的表面。然后在層7上電介質層(PETEOS)一附加厚度并在研磨機中平面化，使之成為與圖2相似的預選厚度。在這種配置中，半導體圓片2通常含有插入電路組的預處理層。
圖4示出另一種類型，其中由薄的電介質區9隔開的熱生長的場氧化物島8是在圓片2的表面之內和表面之上的。這些島顯示一種不平的幾何形狀，這對刻圖的導電層和絕緣層的繼續順序形成是不適宜的。在這種情況下，不是在薄的電介區9的上面淀積一層額處的電介質層，而是使場氧化物本身平面化直到這些島的不平部分被除掉時為止。作為一個端點，人們可以選擇一個與圓片表面一樣高的平面化的氧化物表面，或在一薄的氧化物表面上選擇一個幾毫微米高的平面化氧化物表面。
圖5示出具有平面化氧化物表面的圓片2。
在平面化或拋光過程的開始，圖1中導電圓片2的至少一個側面覆蓋一層厚的電介質層4。當平面化過程繼續進行時，電介質層的厚度被減薄了。人們非常希望在拋光過程期間能夠在原位置上監測電介質層的剩余厚度，并在準確到達所需厚度(端點)時能夠停止拋光。這個問題通過使用本發明的電介質厚度測量的容性方法已經解決。在平面化/拋光過程期間通過以下文將要描述的方式測量電介質層的電容來監測該半導體圓片上的電介質層剩余部分的厚度。
圖6示出一個設備，總標號為10，用以化學/機械拋光一個典型的導電(例如半導體)圓片2，圓片上覆蓋諸如二氧化硅或PETEOS之類絕緣材料的電介質層4。圖中所示的圓片在其兩側面上都有電介質層，在一側面上的電介質層厚，另一側面上的薄。最好的是，該圓片只在待拋光的側面上有一層厚的電介質層。
該設備包括一個拋光臺(或工作臺)11和一個圓片載體或支持物(或夾具)12。拋光臺和圓片載體兩者都可以是由諸如金屬陶瓷或金屬如不銹鋼、鋁之類的導電材料制成的，或以合適的圖形將諸如鋁、鉻或鈦之類的金屬定積在絕緣材料上，或由諸如石英、陶瓷、塑料或搪瓷或塑料涂敷的金屬之類的某些非導電材料制成的。拋光臺和圓片載體的材料的一個重要要求是該材料不應給正被拋光的工件(即圓片)帶來雜質。如圖所示按照本發明待加工的半導體圓片2被定位在拋光臺11和圓片載體12之間。拋光臺11包括依附于該拋光臺的一個拋光襯墊13。圓片載體12包括一個插入襯墊15和一個絕緣邊緣環16，該環用以防止該圓片在拋光過程期間不致在該圓片載體下面滑出去。插入襯墊15最好用軟性材料制作，以避免由于工作的載體12的重量和施加在該圓片載體12上的力(由箭頭17表示，用以保持該圓片與拋光襯墊13的表面正向接觸)不致損壞該圓片。插入襯墊15和拋光襯墊13都是市售購買到的具有所需直徑的襯墊。50密耳厚的襯墊通常都用海綿狀的材料，并且都備有粘接性的襯背以使其粘接在所要固定的表面上并能除去和更換磨損的襯墊。這種襯墊是從羅德爾公司(Rodel，Inc.451 Belleview Road，DiamondState Industrial Park，Newark，Deleware，19713，U.S.A.)買到的。另外，不帶連續粘性塑料襯背的海綿狀襯墊可以借助適當的導電粘接劑固定到拋光臺上。
在這個最佳實施例中，拋光臺11繞其中心軸18旋轉。圓片載體12還繞它自己的中心軸19旋轉，除了相對于拋光臺的受限制的振蕩運動(見雙頭箭所示)以外，該載體相對于該拋光臺的軸18是固定的。在工作運行中，拋光臺11圍繞其中心軸18以第一預定的轉速(RPM)旋轉，以給正在平面化的電介質層一個繼續推進的拋光表面。當圓片支持物12圍繞自身的中心軸19以第二預定的RPM旋轉，以給正在平面化的電介質層一個繼續推進的拋光表面。當圓片支持物12圍繞自身的中心軸19以第一預定的RPM旋轉時，該圓片沿著該拋光臺的一個環狀拋光區而被拋光。
通過將其上帶有電介質層4的半導體2放置在由插入襯墊15和邊緣環16在圓片載體12中形成的腔體內而進行該拋光過程。在拋光期間，在拋光臺11圍繞其中心軸旋轉時，通過供應嘴21連續地向拋光襯墊13供給含水的漿液20。正如拋光臺和圓片載體的材料的選擇情況一樣，該漿液應該是不含雜質的并且除了拋光作用以外還應對正被拋光的導電圓片是無破壞性的一種漿液。在最佳實施例中所使用的漿液是市售購買的，納歐科化學公司(Nalco chemical Company，6216 West 66th place，Chicago，Illinois，60638，U.S.A.)提供的弱堿性(pH8.3-8.7)膠態二氧化硅漿液，型號為NALCO 2360，含有用去離子水1∶1稀釋的約為50-70毫微米的顆粒。其它的拋光漿液都是市售購買的，其它的稀釋物也可使用。
在拋光繼續進行的同時，人們希望在原位置監測剩余電介質層的厚度和測定拋光過程的所需的端點。根據本發明，這可在拋光期間通過容性測量圓片2上電介質層4的厚度來實現。在這個程序中，當拋光溶液本身用作為電介質外表面上的一層導電層時，在半導體圓片(或薄片)上的高達幾微米厚的電介質層包括一個平行板電容器中的絕緣層。然而，必須提及以下四種條件或問題以有效地用上述設備進行這種監測1.在拋光期間，導電的拋光漿液要有效地完全地包圍該圓片(由此趨向于短路該電容)；2.該漿液本身不應有任何明顯的寄生電容效應；3.該測量只應對正經受拋光的側面的電介質厚度敏感；4.該測量輸出值與厚度的關系應是線性的。
與這些條件有關的問題是按下面所述方式來解決的第一個問題，在拋光過程期間，由一個導體(如含水漿液)包圍整個圓片，這個條件意味著任何電容測量在測量過程期間往往會被短路。這個困難可根據本發明使用一個電極結構物25來加以克服，該電極結構物25設在拋光臺11內沿拋光路徑在拋光臺的橫向設置，如圖6和圖7所示。該電極結構物包括一個測量電極26、一個保護電極27和一對絕緣體28、29。朝該圓片的電極結構物25的表面是與該拋光臺剩余部分相同的平面。測量電極26和保護電極27都與以某一頻率振蕩的電壓源相連接，而拋光臺的其余部分接地30。測量電極26完全由絕緣體28、保護電極27和絕緣體29連續地包圍住，借此使它與拋光臺的包圍地平面在電氣上隔開。如果由一層電介質膜涂覆的一個導體例如一個電介質涂覆的硅圓片放在這種結構物(如在漿液拋光中)的頂上，那它就具有圖6所示的情況。在這里，該半導體(如硅)圓片通常用每平方英寸幾磅的壓力在海綿狀的拋光襯墊13上向下壓，該拋光襯墊13由液漿供應嘴21供給的含水拋光漿20連續地浸漬。在典型的工作中，拋光襯墊13和該圓片本身兩者相互獨立地旋轉，至少該圓片水平地振蕩以得出非均勻的拋光作用。在這個實施例中，該電極結構物25裝配在拋光臺11內，其電氣連接是在點31和32處(圖9)由一合適的導電裝置例如由電滑環(圖中未畫出)分別與測量電極26和保護電極27相連接(也可能以高代價使用更復雜的旋轉變壓器)。當然，這是指在電極結構物在圓片下掃過時，只是周期性地進行測量。為了增加拋光臺每掃一次的測量次數，可在拋光臺11的拋光路徑中設置一個以上的電極結構物25，以便在拋光臺轉一圈期間可以進行幾次測量。其它的配置是可能有的，如下文將會討論的。
第二個問題是水的介電常數高的問題，水是拋光溶液20在電氣上的主要成分。在這方面必須注意到電介質豫弛時間τD由下式定義τD=Kρ4π----(1)]]>式中K是水的介電常數(～80)，ρ是拋光漿溶液的電阻率。對于比1/τD大的工作頻率而言，兩電極間的拋光漿表現得象一個(有損耗的)電容器。對于比1/τD低的工作頻率而言，拋光漿形成一個電阻。鑒于這個理由，除了其它的測量考慮以外，使用低工作交變電壓頻率有利。下文所述的系統以～500赫茲工作，并且能以高達約5000赫茲的頻率工作，在這樣的頻率時該拋光漿基本上呈電阻性。
在圖6給定的方式和低工作頻率的條件下，很清楚，漿液浸漬的拋光襯墊起的作用如同一個電阻。這個襯墊通常由幾密耳厚的塑料粘接襯背的連續層(圖中未畫出)固定到拋光臺上。因比對于直接與電極結構物電接觸的漿液而言，必須至少在電極結構物的區域內將塑料粘結襯背穿孔。于是，為使拋光漿與測量電極和保護電極作到真正的電阻性接觸，在粘接襯背內需要有孔。在本實施例中，孔14直接穿過該襯墊和塑料粘接襯背而產生，產生的方法是在～0.63厘米(～0.25英寸)中心處將襯墊直接穿過襯背，孔的直徑為～0.18厘米(～70密耳)。這些具體的尺寸并不是嚴格的，其它的尺寸也可以選取。該襯墊也不必全都穿孔。主要的條件是在含水漿液與金屬臺之間提供一條通路。為此，孔可以只穿過該粘接襯背而形成。此外，不需要使孔遍布該襯墊的整個面積。使這些孔僅在該電極結構區內和至少在正包圍該電極結構物的拋光臺的區內就足夠了。拋光襯墊12還可以用不合雜質的導電粘接劑固定到該拋光臺上，以消除對孔14的需求。
對于穿孔的襯墊13和以低頻電壓工作的圖6和圖7的系統而言，電氣情況如圖8所示。圖中C1、C2、C3都是通過拋光臺面對著的圓片側面上厚電介質的電容，而C4是圓片相對面(背面)上電介質層的電容(通常更大些)。電阻R1和R2是漿液涂覆的拋光襯墊的橫向(環狀)電阻膜的數值。目的是測量單個電容C1的數值，然后提供電介質層4的厚度測量。因為這時假定C4＞＞C1，以簡化對該測量的描述，而這個限制將在后面取消。
一個重要的實際問題，就是除此之外應該注意到，C1值度量與測量電極的面積一樣，而不需要的并聯漏電阻R1和R2度量與測量電極的周長一樣。因此，尤其在低的測量頻率下，使用與實際面積一樣大的測量電極26的面積是有利的。R1的作用還可以通過從測量電極26將其自舉來減小。自舉意味著將某一電壓加在保護電極27上，正如現在在測量電極26上進行測量一樣。因此沒有電流(到第一級精確度)流過R1，亦即，其作用在測量C1時已去除(當然，有一個電流經過R2到地，但這個電流并不送進測量過程，并且在任何情況下如果包圍電極結構物25的拋光臺11的區是不導電的話，這個電流就可以被消除)。
第三個問題是要獨立地接觸圓片的兩個側面是不方便。第四個問題是傳統的電容測量提供一種互易關系(亦即，在電介質電膜變薄時，被測的交變電流變大)，這兩個問題可由圖9所示的系統來解決。
在圖9的系統中，測量電極26由來自振蕩器35的交變電壓驅動。由此得出的流到測量電極的位移電流必須經過振蕩器35本身流到地，并且在點36處測量其幅度，在幅度伺服機構38處與參考值相比較。由此得出的任何差值在幅度控制39處用來控制振蕩器35的幅度，以保持位移電流自身不變。其結果是，驅動測量電極的驅動電壓的幅度總是準確的正比于硅片上電介質層的厚度。保護電極27由增益為1的跟隨放大器(A1)40從測量電極26被自舉。
這個方案在圖10中表示得更詳細。測量電極26由射極跟隨晶體管的交變電壓來驅動，而保護電極27由放大器(A1)40的交變電壓來驅動，以準確地跟隨測量電極電壓。由于恒定電流發生器晶體管(Q2)的集電極42對晶體管(Q1)的發射極41呈現很高阻抗，因此流到測量電極的所有位移電流必須流入晶體管(Q1)的集電極43。于是，晶體管(Q1)的集電極電流中的交流分量只包括所需信號電流。這個信號由放大器(A2)38放大，由乘法器(M1)44和低通濾波器45同步整流。在減法器(S1)46中將上面得出的信號電流與恒定值參考電流(Io)相比較，由此得出的差值驅動由電容器48和運算放大器(A3)49組成的誤差積分器47。該積分器的輸出又構成乘法器(M2)51的一個輸入。乘法器(M2)51的另一輸入由振范器52經過π/2移相器得到的。其結果是，對測量電極26的驅動恒定地加以控制到這樣的一個數值亦即使其位移電流是恒定值。因此，來自放大器(A3)49的該積分器的輸出準確地正比于電介質的厚度。
如果該測量用一個圓片并且其一個面(上表面)是裸露的，則上述配置是有效的。在該圓片的背面也涂覆一層電介質層的情況下，圖8中C4的作用使情況變得復雜。這是由于當它通過C1被驅動時襯底2的電位是變化的緣故。如果該圓片的電位不變，則顯然無位移電流流過C4，因此C4值本身是沒有關系的。達到這一點的一種方便的途徑就是對稱地驅動該襯底以使其電位不變化，這可通過使用如圖11所示的兩個相同的電極結構物110就能實現。這種雙D形電極以相反相位來驅動，和圖12所示。如前所述，每個電極結構物都包括一個測量電極111、一個保護電極112和絕緣體113、114。測量電極111由它自己的保護電極112包圍著。因此，唯一能觀察到的流到每個D電極結構物的測量電極111的電流是流過各個以串聯聯接的C1的那些電流。這個兩個電流相加(一個已反相180°)并且用于與圖9或圖10基本相同的一個電子系統中。該系統與硅片背面上有無絕緣(電介質)層無關。與厚度有關的輸出電壓再次與電介質層厚度成線性關系。
此外，在預選的時間段內進行電介質層厚度的測量是有利的。為此，要將每個雙D電極結構物的直徑制作得比半導體圓片的直徑小些。由于雙D電極結構物在圍繞著拋光臺的中心軸沿其路徑運動和經過該半導體圓片，故該測量是在雙D電極完全在該半導體材料下面的期間內進行的。如圖13所示，測量是在該拋光臺轉一整圈中的預選部分131內進行的。在這段時間內，用一個雙D電極結構物110在圓片下面的路徑的不同位置上進行測量。同時，由于圓片圍繞其自己軸旋轉，因此該圓片表面的不同部分就提供給該雙D電極結構物。這些測量值或者可以僅取其平均值要不然就單個地被檢測，以顯示該拋光過程的空間上的均勻性。
在如圖14所示的另一實施例中，只在圓片的一個面(面對拋光襯墊的一個面)上的電介質層的厚度可用與圖6相似的配置來測量，但其電極結構物25不是設在拋光臺11中而是設在圓片載體12中。
在這個實施例中電極結構25的元件都與前面描述的相同，亦即，一個測量電極26、一個保護電極27、絕緣體28、29和由測量電極26，保護電極27引出的電連接點31和32，它們連接到與圖9和圖10的電子設備上。在這種情況下，如前所述，在插入襯墊15上的塑料粘接襯背必須穿孔，以確保從圓片到該電極結構物的電通路。在這個實施例中，測量不只限于電極結構物在圖13的圓片下面經過的時間段內，而在整個平面化過程中可以連續地進行。然而，這個方案相對于圖9和圖10所述的方案的缺點在于它不可能獨特地測量僅在圓片正面上電介質層的所需厚度。
用圖9或圖10所公開的系統進行的測量可用下例來解釋2微米PETEOS膜被淀積在5英寸(12.85厘米)直徑的硅片的寬面(正面)上。圓片的背面是裸露的。圖7的電極結構物25使用一個直徑為5.84厘米(2.3英寸)的鋼盤作為測量電極26，該測量電極由一個0.63厘米(1/4英寸)寬的絕緣體28、一個0.63厘米(1/4英寸)寬的鋼保護電極27，一個0.63厘米(1/4)英寸絕緣體29和一個拋光平面包圍。整個電極結構的25經拋光，其平坦度優于0.0025厘米(1密耳)容差并覆蓋0.05厘米(～20密耳)厚的海綿狀襯墊13，還在0.63厘米(1/4英寸)的中心處穿有0.18厘米(1/4英寸)的孔。
測量用圖10所示的電路組來進行。在這個例子中，測量在水下(模擬一種含水漿液)進行，用一個平的、接地的、金屬板將硅片壓到該電極結構物中去。
測量按如下方式進行對該硅圓片作初始測量，得出對應于初始電介質厚度2微米的一個輸出電壓。將該片傳送到一個市售的含水漿液的拋光機4分鐘。在這之后，移走該片并在水里中洗和重新測量(在水下)，以測定新的電介質厚度。這個拋光和重新測量的過程重復四次，其結果示于圖15中。
這些結果表明該測量是線性的(這還由獨立的電介質厚度測量確認)；拋光與時間的關系是線性的；分辨率高；以及測量準確。上述基本點證明，在16分鐘之后該膜有效地被除掉只有厚度為幾百毫微米的一層片屑剩留下來。
很明顯，這里描述的系統可以按各種方式使用。當把它裝配在一臺拋光機的較低的部件里，它可在原位置上監測膜的厚度。如果安置得緊跟著這種機器的拋光襯墊，則測量可在短時間間斷性地進行。每次測量只需要一秒鐘的小部分。需要時更復雜的插入電極結構物可以便利地設置，以提供更準確的空間平均值。另外，可用多節電極以在幾個位置處一齊提供同時測量。
權利要求
1.一種制造器件的方法，其特征在于它包括在襯底上制造一種器件的結構，以便產生一個非平面表面，所說襯底具有小于約1兆歐姆－厘米的電阻率，在整個該非平面表面上形成電介質材料層，逐漸減薄所說電介質的厚度，監測剩余厚度，以便確定該減薄的所需端點，以及繼續制造所說器件，其中所說的所需端點是通過測量該襯底和面向該襯底的一個電極結構物之間的電容而確定的，而該襯底的面和面向該襯底的該電極結構物的表面由液態的電阻率小于約100,000歐姆一厘米的連續導電膜界面面接，所說電極結構包括一個測量電級，一個圍繞該測量電極的絕緣體，一個圍繞所說絕緣體的保護電極，以及另一個圍繞該保護電極的絕緣體，其中所說電容性測量包括通過將一具有高達5000Hz的工作頻率的測量電壓加到該測量電極和以一自舉方式加到該保護電極，還通過維持由所說電壓的施加引起的恒定位移電流，來測量電容量，同時除去泄漏電阻對測量結果的影響，該驅動電壓的幅度正比于該電介質層的厚度。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于，所說導電材料包括由硅、鍺、III-V族化合物半導體和II-VI族化合物半導體組成的組中選出的一種材料。
3.根據權利要求2的方法，其特征在于，所說導電材料是硅。
4.根據權利要求1的方法，其特征在于，所說電介質材料包括由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、一種化學汽相沉積的氧化物、等離子體增強化學汽相沉積的氧化物以及旋涂玻璃組成的組中選出一種材料。
5.根據權利要求4的方法，其特征在于，所說電介質材料包括一種化學汽相沉積的氧化物。
6.根據權利要求1的方法，其特征在于，所說工作頻率約為500Hz。
7.一種制造器件的方法，其特征在于它包括在襯底上制造一種器件的結構，以便產生一個非平面表面，所說襯底具有小于約1兆歐姆－厘米的電阻率，在整個該非平面表面上形成一電介質材料層，逐漸減薄所說電介質層的厚度，監測剩余厚度，以便確定該減薄的所需端點，以及繼續制造所說器件，其中所說的所需端點是通過測量該襯底和面向該襯底的一個電極結構物之間的電容而確定的，而該襯底的面和面向該襯底的該電極結構物的表面由液態的電阻率小于約100,000歐姆-厘米的連續導電膜界面面接，所說電極結構包括一個測量電級，一個圍繞該測量電極的絕緣體，一個圍繞所說絕緣體的保護電極，以及另一個圍繞該保護電極的絕緣體，其中所說電容性測量包括通過將一具有高達5000Hz的工作頻率的測量電壓加到該測量電極和以一自舉方式加到該保護電極，還通過維持由所說電壓的施加引起的恒定位移電流，來測量電容量，同時除去泄漏電阻對測量結果的影響，該驅動電壓的幅度正比于該電介質層的厚度，以及將兩個相等的電極結構物側挨側地安置，且向兩個電極結構物施加的測量電壓在相位上有180°的相位差。
8.根據權利要求7的方法，其特征在于，所說導電材料包括由硅、鍺、III-V族化合物半導體和II-VI族化合物半導體組成的組中選出的一種材料。
9.根據權利要求7的方法，其特征在于，所說導電材料是硅。
10.根據權利要求7的方法，其特征在于，所說電介質材料包括由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、一種化學汽相沉積的氧化物、等離子體增強化學汽相沉積的氧化物以及旋涂玻璃組成的組中選出的一種材料。
11.根據權利要求7的方法，其特征在于，所說電介質材料包括一種化學汽相沉積的氧化物。
12.根據權利要求7的方法，其特征在于，所說工作頻率約為500Hz 。
13.一種測量制品側面上電介質區厚度的設備，該制品側面具有電阻率小于約1兆歐姆－厘米的導電部分以及在該導電部分的側面上的電介質材料，其特征在于該設備包括一個具有平坦表面的電極結構物，在所說制品上面向所說平坦表面的電介質層，所說電極結構物包括一測量電極、一圍繞該測量電極的絕緣體、一圍繞該絕緣體的保護電極以及一圍繞該保護電極的另一絕緣體，導電液體裝置，用以界面面接該導電制品和該電極結構物的平坦表面，并用建立在該導電制品和該電極結物的所說平坦表面之間的電連接，以及電容測量裝置，用以測量該導電制品和該測量電極結構物之間的電容，該電容測量裝置包括電壓施加裝置，用以將工作頻率高達5000Hz的驅動電壓加到該測量電極并以自舉方式加到該保護電極，從而測量電介質層的厚度而不干擾泄漏電阻。
14.根據權利要求13的設備，其特征在于，所說測量裝置包括一電子系統，用以將驅動電壓施加到所說測量電極并以一自舉方式加到該保護電極，并用以維持恒定的位移電流，以使驅動電壓的幅度正比于電介質層的厚度。
15.根據權利要求13的設備，其特征在于，所說工作頻率約為500Hz。
16.一種測量制品側面上電介質區厚度的設備，該制品側面具有電阻率小于約1兆歐姆－厘米的導電部分以及在該導電部分的側面上的電介質材料，其特征在于該設備包括一個具有平坦表面的電極結構物，在所說制品上面向所說平坦表面的電介質層，所說電極結構物包括一測量電極、一圍繞該測量電極的絕緣體、一圍繞該絕緣體的保護電極以及一圍繞該保護電極的另一絕緣體，導電液體裝置，用以界面面接該導電制品和該電極結構物的平坦表面，并用建立在該導電制品和該電極結物的所說平坦表面之間的電連接，電容測量裝置，用以測量該導電制品和該測量電極結構物之間的電容，該電容測量裝置包括電壓施加裝置，用以將工作頻率高達5000Hz的驅動電壓加到該測量電極并以自舉方式加到該保護電極，從而測量電介質層的厚度而不干擾泄漏電阻，以及其中兩個相等的電極結構物側挨側地放置，且向兩電極結構物施加的測量電壓在相位上有180°的相位差。
17.根據權利要求16的設備，其特征在于，所說測量裝置包括一電子系統，用以將驅動電壓施加到所說測量電極并以一自舉方式加到該保護電極，并用以維持恒定的位移電流，以使驅動電壓的幅度正比于電介質層的厚度。
18.根據權利要求16的設備，其特征在于，所說工作頻率約為500Hz。
全文摘要
本發明提供一種在制造半導體或光器件過程中用于化學/機械平面化端點檢測的原位監測技術和設備。本發明的檢測是以容性測量導電襯底上電介質層厚度來實現的。本測量涉及電介質層、平的電極結構物和將制品與電極結構物界接的液體。電極結構物包括一測量電極、一包圍測該電極的絕緣體、一保護電極和包圍它的另一絕緣體。測量時給測量電極和包圍保護電極的自舉配置中施加驅動電壓，從而在無分流漏電阻的干擾作用下測量電介質電容。該方法和設備用于平面化拋光期間和其它過程中現場測量導電襯底上電介質的厚度。
文檔編號G01B7/34GK1119339SQ9410817
公開日1996年3月27日 申請日期1994年8月18日 優先權日1990年5月1日
發明者加布里埃爾·l·米勒, 艾力克·R·瓦格納 申請人:美國電話及電報公司