用于获得均匀性和表面电荷的全晶片映射的内建度量的制作方法
【专利摘要】一种用于执行晶片的度量的装置。该装置可以包括具有多个微探测器的衬底。多个光源可以将光引向微探测器中的每个微探测器上。从微探测器反射的光可以由多个光电检测器检测，从而由此生成与微探测器中的每个微探测器关联的检测信号。控制器可以向多个微探测器中的每个微探测器发送驱动信号并且基于检测信号中的每个检测信号确定高度分布和表面电荷分布。
【专利说明】用于获得均匀性和表面电荷的全晶片映射的内建度量
【背景技术】
[0001]可以使用多种工具(诸如沉积工具和化学机械抛光(CMP)工具)来制造半导体器件。通常在包括多个半导体器件的半导体晶片上制造半导体器件。沉积工具可以用来向器件添加材料，而CMP工具可以用来从器件去除材料并且平坦化晶片的表面。在向器件添加材料层时，添加的层的顶表面可能由于器件的下层部分的外形而不均匀。因而，CMP工具可以用来去除添加的层的部分并且跨越每个个别器件并且跨越作为整体的晶片平坦化该层。
[0002]CMP工具可以包括各自执行抛光工艺的多个CMP工具。制作工艺的抛光工艺可以包括经历多个CMP模块的抛光动作。例如第一 CMP模块可以快速去除晶片上的大量材料，而第二 CMP模块可以精确和缓慢去除材料的剩余数量。
[0003]在从晶片去除材料之前，已知使用内建(inline)度量设备(诸如涡流电流测量设备)以测量晶片的性质。晶片性质可以用来确定用于第一CMP模块的第一抛光动作的参数。也已知使用晶片的原位测量以确定每个抛光动作的结束点。
[0004]多年来已经设计半导体器件以求更快切换速度和更大功能。一种用于实现具有这些能力的器件的方式一直是减少半导体器件内的特征的尺寸。
【发明内容】
[0005]发明人已经认识到，随着半导体器件的特征尺寸减少，在制作工艺期间跨越晶片的局部和全局均匀性对于制造具有长寿命和低故障率的器件而言变得关键。晶片的均匀性可以贯穿半导体器件制造的抛光阶段以不可预测的方式改变。因而，这里描述用于反馈来自内建度量设备的晶片测量和在每个CMP模块的原位晶片测量二者以控制后续抛光参数的技术。
[0006]发明人也已经认识到可以使用具有多个微探测器的单个内建测量装置来更快速和精确确定跨越晶片的局部和全局均匀性。因而这里描述用于执行内建度量的装置和使用内建度量设备以制造半导体器件的方法。
[0007]—些实施例涉及一种制造半导体器件的方法。可以测量半导体晶片以确定晶片的至少一个性质，该至少一个性质可以是半导体晶片的顶表面的至少一个性质。例如它可以是半导体晶片的顶表面的均匀性。至少一个性质可以用来确定用于处理半导体晶片的处理方法。可以是CMP模块的多个抛光模块继而根据该处理方法处理半导体晶片。该处理方法可以包括用于由多个抛光模块中的每个抛光模块使用的至少一个参数的值。处理方法指定的至少一个参数可以是压强、浆流速、转速和/或持续时间。
[0008]在一些实施例中，该方法可以包括基于确定的处理方法用清洁模块处理半导体晶片。处理方法包括用于清洁模块的至少一个参数的值。用于清洁模块的至少一个参数可以指示清洁模块将使用的化学物类型。
[0009]一些实施例涉及一种用于处理半导体晶片的半导体处理设备。该设备可以包括多个抛光模块，这些抛光模块可以是CMP模块。每个抛光模块可以包括用于接收指定如何处理半导体晶片的至少一个参数的接口。半导体处理设备也可以包括被配置用于测量半导体晶片的至少一个性质的内建度量设备。至少一个性质可以是半导体晶片的顶层的至少一个性质。该设备也可以包括控制器，该控制器被配置用于:从内建度量单元接收半导体晶片的至少一个性质；为每个抛光模块生成指定如何处理半导体晶片的至少一个相应参数；并且向多个抛光模块中的每个抛光模块发送至少一个相应参数。每个抛光模块接收的至少一个参数可以包括如下参数，诸如压强、浆流速、转速和/或持续时间。
[0010]在一些实施例中，半导体处理设备包括用于基于至少一个清洁参数清洁半导体晶片的清洁模块。控制器可以被配置用于:基于半导体晶片的至少一个性质生成指定如何清洁半导体晶片的至少一个清洁参数；并且向清洁模块发送至少一个清洁参数。至少一个清洁参数可以指示清洁模块将使用的化学物类型。
[0011]一些实施例涉及一种制造半导体器件的方法。第一抛光模块可以处理半导体晶片。可以在第一抛光模块处理半导体晶片时原位测量半导体晶片以确定第一性质。可以基于第一性质确定用于处理半导体晶片的第一参数。第二抛光模块可以基于第一参数处理半导体晶片。第一参数可以是如下参数，诸如压强、浆流速、转速和/或持续时间。第一性质可以是半导体晶片的顶表面的均匀性。
[0012]在一些实施例中，在用第一抛光模块处理半导体晶片之前，该方法可以用内建测量设备测量第二性质。可以基于第二性质确定用于处理半导体晶片的第二参数。可以基于第二参数执行用第一抛光模块处理半导体晶片。在一些实施例中，抛光模块可以是CMP模块。
[0013]一些实施例涉及一种用于执行晶片的度量的装置。该装置可以包括衬底上的多个微探测器。至少一个光源将光引向多个微探测器中的每个微探测器上。多个光电检测器可以检测从多个微探测器中的每个微探测器反射的光。检测光可以生成与微探测器中的每个微探测器关联的检测信号。该装置可以包括用于向多个微探测器中的每个微探测器发送驱动信号并且基于检测信号中的每个检测信号确定晶片的高度分布和表面电荷分布的至少一个控制器。
[0014]在一些实施例中，测量的晶片可以包括多个器件。多个微探测器可以包括多个子集，多个子集中的每个子集包括多个微探测器中的一个或者多个微探测器，其中多个子集中的每个子集可以与晶片的多个器件之一关联。多个子集中的每个子集可以包括多个微探测器中的多于一个微探测器。在一些实施例中，至少一个控制器可以向用于处理晶片的制作工具发送至少一个制作参数。在一些实施例中，保护膜可以保护多个微探测器中的每个微探测器。保护膜可以由可以具有在20nm与200nm之间的孔尺寸的有孔材料形成。有孔材料可以是沸石化合物或者金属有机框架。
[0015]在一些实施例中，多个光电检测器中的每个光电检测器可以是包括多段的段式光电二极管。检测信号可以包括各自来自光电二极管的相应段的多个段信号。可以从多个段信号确定高度分布和表面电荷分布。在一些实施例中，可以向干涉仪中输入从每个微探测器反射的光。干涉仪可以包括集成光学电路。
[0016]一些实施例涉及一种在晶片上制造半导体器件的方法。可以提供可以包括多个微探测器的测量探测器。控制器可以向多个微探测器中的每个微探测器发送驱动信号。可以将光引向微探测器中的每个微探测器，并且可以从微探测器中的每个微探测器检测反射的光。生成与微探测器中的每个微探测器关联的检测信号，并且可以基于与多个微探测器中的每个微探测器关联的检测信号确定晶片的高度分布和表面电荷分布。可以在晶片的表面之上扫描测量探测器。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]附图未旨在于按比例绘制。在附图中，在各种图中图示的每个相同或者接近相同的部件由相似标号代表。为了清楚，可以未在每幅图中标注每个部件。在附图中:
[0018]图1是示例抛光工具的框图；
[0019]图2是用于抛光半导体晶片的第一示例方法的流程图；
[0020]图3是用于抛光半导体晶片的第二示例方法的流程图；
[0021]图4是用于抛光半导体晶片的第三示例方法的流程图；
[0022]图5图示用于执行晶片的度量的测量探测器；
[0023]图6图示测量探测器的部分的第一示例实施例；
[0024]图7图示测量探测器的部分的第二示例实施例；并且
[0025]图8是用于生产半导体器件的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0026]发明人已经认识和理解，随着半导体器件的特征尺寸减少，在制作工艺期间跨越晶片的局部和全局均匀性在制造具有长寿命和低故障率的器件时发挥重要作用。发明人已经进一步认识和理解，可以通过反馈来自内建度量设备的测量和/或在抛光工具的一个或者多个模块的原位晶片测量来提高晶片的局部和全局均匀性二者。测量可以用来控制抛光工艺的后续动作、由此允许在抛光工艺期间对晶片均匀性的更佳控制。
[0027]已知使用原位测量以确定抛光模块执行的个别抛光动作的结束点。然而发明人已经理解，可以通过基于抛光工具的一个或者多个抛光模块进行的原位测量动态选择制作处理方法的后续动作的性质来实现晶片性质的更精确控制。
[0028]发明人也已经认识和理解，可以使用具有多个微探测器的单个内建测量装置来更快速和精确确定跨越晶片的局部和全局均匀性。半导体制造的内建测量阶段可以是制造工艺中的瓶颈。通过减少进行这些内建测量所花费的时间，可以向制作工具更快反馈测量从而允许更快制造半导体器件。发明人已经进一步认识和理解，可以通过使用具有多个微探测器的测量装置来进行更快内建测量。
[0029]图1是图示一些实施例的示例抛光工具100的框图。图示抛光工具100为化学机械抛光(CMP)工具。然而可以使用任何适当抛光工具。例如可以使用无摩擦抛光工具或者化学蚀刻工具。
[0030]抛光工具100包括多个CMP模块140、150和160。图1通过示例图示三个CMP模块。然而应当理解，可以使用任何数目的CMP模块。每个CMP模块可以执行整个抛光工艺的抛光动作。每个CMP可以以抛光参数的不同集合执行抛光动作。可以用任何适当方式、例如基于来自至少一个其它CMP模块或者内建度量设备120执行的测量的反馈来确定用于每个CMP模块的抛光参数。
[0031]经由加载锁110向CMP工具100中加载使用工具而制作的半导体器件。可以使用任何适当数目的加载锁110。例如图1图示三个加载锁110。可以向加载锁110中一次加载任何适当数目的半导体器件。例如可以向加载锁110中加载包括多个半导体器件的单个晶片。另外，可以向加载锁110中加载多个晶片占用的盒。
[0032]向加载锁110中加载半导体器件可以是在制造工艺的任何阶段。例如可以将制造工艺分离成称为前端工艺(FEOL)和后端工艺(BEOL)的两个部分。FEOL是指器件制作的第一部分，其中在半导体中图案化器件的个别元件。BEOL是指器件制作的第二部分，其中互连器件的个别元件。CMP工具100在一些实施例中仅负责BEOL处理或者仅负责FEOL处理。然而实施例不限于此。
[0033]一旦向加载锁110中加载半导体晶片，传送机构112用来从加载锁110去除晶片。可以使用任何适当传送机构112。例如传送机构112可以是机器人手臂。然而可以使用其它传送机构，诸如使用抽吸或者传送带来保持半导体器件的真空管。可以使用多于一个传送机构。例如，如图1中所示，传送机构112可以经过通道113向第二传送机构114传递半导体器件。传送机构114可以向CMP模块140、150或者160之一传递半导体器件。
[0034]CMP工具100包括多个CMP模块140、150和160。用于执行CMP的技术是已知的，并且实施例不限于任何具体CMP实现方式。每个CMP模块140/150/160可以包括部件，诸如浆分散臂 143/153/163、调控臂 145/155/165、压盘 142/152/162、压盘工艺窗 144/154/164和CMP头141/151/161。可以使用本领域已知的技术来构造CMP模块140/150/160及其部件。半导体器件可以由多个CMP模块中的每个CMP模块轮流处理。例如每个CMP模块可以在执行CMP时使用不同参数。可以变化的参数包括但不限于压盘的转速、浆分散速率、持续时间和压强。每个CMP模块使用的参数可以例如由控制器170确定。
[0035]压盘工艺窗144/154/164可以用来在制作工艺期间执行晶片的原位测量。可以在相应CMP模块抛光晶片时进行测量。备选地或者附加地，可以在每个CMP模块执行抛光之前和/或之后进行测量。可以执行任何适当测量，并且许多不同类型的原位测量为本领域普通技术人员所知。例如各种形式的光学、X射线、声学、传导率和摩擦感测技术在本领域中已知。
[0036]浆分散臂143/153/163分别向压盘142/152/162上沉积化学浆。浆可以包括辅助抛光半导体器件的表面的摩擦粒子的悬浮物。控制器170可以确定用于每个CMP模块的浆分散的一个或者多个参数。例如控制器170可以确定浆分散臂143/153/163分散浆的流速。每个流速可以不同并且可以由控制器170使用在半导体器件制造工艺的先前动作进行的测量来确定。浆分散的其它参数也可以由控制器170控制。例如浆分散臂143/153/163分散的浆类型可以不同并且可以由控制器170基于先前在制造工艺中进行的测量来确定。不同浆可以更多或者更少摩擦、获得不同化学物、具有不同粒子尺寸和/或不同粒子浓度。在一些实施例中，控制器170可以确定每个CMP模块使用的浆的性质。
[0037]浆分散臂143/153/163可以是摩擦垫粘附到的平坦金属平台。浆分散臂143/153/163旋转以分别抛光附着到CMP头141/151/161的晶片。控制器170可以确定压盘142/152/162的一个或者多个参数。例如控制器170可以确定每个压盘的转速。另外，可以确定向每个对应晶片施加每个压盘时的压强。例如更高压强可以用来从晶片的顶层快速去除材料，而低压强可以用来从晶片的顶层缓慢去除材料。
[0038]CMP头141/151/161可以在每个相应CMP模块140/150/160的制作工艺期间保持半导体晶片。每个CMP头141/151/161可以在与压盘相反的方向上旋转。例如，如果压盘在逆时针方向上旋转，则CMP头可以在顺时针方向上旋转晶片。控制器170可以确定CMP头141/151/161旋转的速度。另外，可以确定CMP头向抛光垫施加晶片时的压强。在一些实施例中，CMP头141/151/161可以包括多个区段。可以单独控制每个区段，从而在不同区段中施加不同压强。可以用任何适当方式布置CMP头的区段。例如可以在CMP头上径向放射状布置多个区段，从而每个区段为环形并且在区段之间的屏障为同心圆。多个区段中的每个区段可以具有相同或者不同尺寸。可以单独控制每个CMP头的多个区段中的每个区段以施加不同压强。例如，如果确定圆形晶片在晶片的外边缘附近具有全局更大高度分布，则与晶片的外边缘对应的区段可以施加更高压强。备选地，如果确定圆形晶片在晶片的外边缘附近具有全局更小高度分布，则与晶片的外边缘对应的区段可以施加更低压强。
[0039]调控臂145/155/165重新调控每个相应CMP模块中的用来抛光半导体器件的摩擦垫。重新调控从垫的表面去除粒子，并且确保垫保持摩擦，从而它可以充分抛光晶片。调控臂145/155/165可以使用在压盘的相反方向上旋转的摩擦调控垫以重新调控垫。控制器170可以确定调控臂145/155/165的调控垫旋转的速度，并且由此控制如何对垫进行重新调控。
[0040]CMP工具100也可以包括用于从传送机构114接收半导体器件并且向CMP模块之一的CMP头提供半导体器件的传送机构116。
[0041]CMP工具100也可以包括附加工具。例如可以在CMP工具100中包括清洁工具180和内建度量设备120。由于CMP工具100使用具有许多摩擦粒子的浆来实施湿工艺，所以清洁工具180可以在制造工艺完成之前清洁半导体器件。控制器170可以基于来自先前晶片测量(诸如CMP模块中的一个或者多个CMP进行的原位测量)的反馈来确定待使用的一个或者多个清洁参数。例如清洁模块180使用的化学物类型可以由控制器170基于先前测量结果来确定。
[0042]内建度量设备120可以在制造工艺的各种阶段用来测量制造的晶片的各种性质。传送机构112、114和/或116可以向和从内建度量设备120移动晶片。可以在CMP模块140/150/160中的一个或者多个CMP模块中处理半导体晶片之前使用内建度量设备120。控制器170可以使用来自内建度量设备120的测量结果以确定用于MP模块140/150/160中的一个或者多个CMP模块的抛光参数。另外，来自内建度量设备120的结果可以用来确定用于清洁模块的一个或者多个参数。也可以在制造工艺的抛光阶段之后使用内建度量设备120。例如，内建度量设备120可以测量晶片以确定晶片是否满足用于局部和全局均匀性的规格和/或容限集。如果未满足规格，则可以发送回晶片用于进一步处理。备选地，如果测量指示晶片不可挽救，则丢弃晶片。
[0043]在一些实施例中，内建度量设备120可以是用来测量半导体器件的金属层的性质的涡流电流测量工具。然而内建度量设备120不限于任何具体度量技术。例如内建度量设备120可以利用一个或者多个开尔文探测器力显微镜以测量半导体器件的表面电荷分布和/或高度分布。以下将更具体描述在一些实施例中使用的开尔文探测器力显微镜的一些方面。
[0044]可以用任何适当方式实施控制器170。例如控制器170可以包括能够执行在一个或者多个存储设备上保存的计算机可读指令的一个或者多个处理器。计算机可读指令可以包括用于选择适当抛光处理方法的控制算法。可以如图1中所示实施控制器170为单个单独单元，或者控制器170可以包括遍布于CMO工具100的多个单元。例如控制器170的部分可以与每个CMP模块140/150/160、清洁模块180和内建度量设备120关联。
[0045]控制器170可以用任何适当方式与CMP工具100的各种部分通信。例如图1图示在控制器170与每个CMP模块140/150/160、清洁模块180和内建度量设备120之间的直接连接。这些通信线允许测量的性质从CMP工具100的各种部分向控制器170的通信。通信线也允许用于由CMP工具100的各种部件使用的确定的参数向相应部件的通信。可以使用任何适当通信线。例如在本领域中已知并且可以在实施例中使用各种网络和总线连接。
[0046]控制器170可以基于在晶片制作的各种阶段进行的测量来确定CMP工具100将使用的抛光处理方法。抛光处理方法可以包括每个CMP模块和/或清洁模块180将在抛光工艺期间使用的参数汇集。可以用任何适当方式完成确定抛光处理方法。例如一个或者多个表格和/或一个或者多个等式可以用来将测量的性质与处理方法的抛光参数相关。例如内建度量设备120可以在使晶片受到CMP模块140/150/160中的一个或者多个CMP模块的抛光之前测量晶片的一个或者多个性质。控制器170可以基于关于内建测量的结果确定用于多个CMP模块中的每个CMP模块的参数。例如测量的性质可以是晶片的高度分布。如果有跨越晶片的表面的高度变化，则CMP模块可以在不同区段使用不同压强。各种区段参数可以是参数中的一个或者多个参数。测量的性质也可以指示在晶片的顶表面上使用的材料。这一性质可以用来确定浆类型和/或压盘旋转的速度。CMP工具100也可以在晶片制作工艺期间在每个CMP模块执行附加原位测量。控制器170可以基于原位测量结果更新或者改变后续抛光和/或清洁动作的参数。另外，可以基于内建度量设备测量的性质确定在给定的CMP模块中执行的原位测量类型。
[0047]在一些实施例中，控制器170可以与除了抛光工具之外的工具通信。例如使用例如来自内建度量设备120的测量结果，控制器170可以确定将在晶片上沉积附加材料。例如如果确定有在晶片的表面高度上的局部化下降，则这可以出现。控制器170可以确定向沉积工具发送晶片以沉积附加材料作为处理方法的部分。另外，如果内建度量工具120检测到大的局部化凸起部分，则控制器170可以确定将向蚀刻工具(例如反应离子蚀刻(RIE)工具)发送晶片。实施例不限于可以使用的任何具体工具类型。
[0048]抛光工具100的实施例不限于图1中所示示例。例如在一些实施例中，抛光工具100可以是更大集成工具的部分，该集成工具包括至少一个沉积工具和/或至少一个蚀刻工具。在这样的实施例中，用于制作晶片的处理方法可以包括用于控制沉积和蚀刻动作的参数以及用于控制抛光动作的参数。
[0049]图2图示用于例如使用CMP工具100来抛光半导体晶片的示例方法200的流程图。实施例不限于必然包括方法200的每个动作，也不限制实施例包括方法200未图示的更多动作。
[0050]在动作202处，测量产生的半导体晶片的至少一个性质。这可以用任何适当方式来完成。例如内建度量设备120可以测量晶片的一个或者多个性质。测量的性质可以是晶片的顶层的性质。例如涡流电流测量工具可以测量半导体器件的金属层的传导性质。备选地，开尔文力探测器显微镜可以用来测量半导体晶片的高度分布和/或表面电荷。
[0051]在一些实施例中，半导体晶片的至少一个性质可以由CMP模块140/150/160之一的原位测量设备测量。实施例不限于进行的测量类型或者如何进行测量。例如各种形式的光学、X射线、声学、传导率和基于摩擦的原位测量技术在本领域中是已知的。
[0052]在动作204处，确定如下处理方法，该处理方法包括多个CMP模块中的每个CMP模块将使用的至少一个参数。这可以例如由控制器170完成。可以使用任何适当参数。如以上讨论的那样，可以向每个CMP模块供应压盘的转速、CMP头的转速、调控臂的转速、与压盘关联的压强、与CMP头关联的压强、浆流速、浆类型或者用来确定抛光动作的性质的任何其它适当参数。在一些实施例中，来自内建度量设备120的测量结果可以用来确定用于多个CMP模块140/150/160中的每个CMP模块的至少一个参数。在其它一些实施例中，可以仅针对多个CMP模块的子集确定至少一个参数。实施例不限于确定的参数类型也不限于为其确定至少一个参数的模块数目。
[0053]在动作206处，CMP模块中的每个CMP模块基于相应的确定的参数处理半导体晶片。通过确定CMP模块中的每个CMP模块的处理方法使用，可以局部地和全局地使晶片的表面更均匀。例如，如果传入晶片具有跨越晶片的大变化，则第一 CMP模块的第一抛光动作可能不足以纠正所有变化。因而，剩余CMP模块的后续抛光动作以微调并且进一步减少观测的非均匀性。
[0054]图3是用于抛光半导体晶片的示例方法300的流程图。方法300可以由抛光工具的部件执行并且例如由控制器170控制。在动作302处，测量半导体晶片的第二性质。与方法200的动作202 —样，可以用任何适当方式进行这一测量。例如测量302可以由内建
度量工具进行。
[0055]在动作304处，基于第二性质确定第二参数。这一确定可以例如由控制器170进行。第二参数可以例如是抛光工具100将使用的处理方法的部分。与方法200的动作204一样，参数可以是确定一个或者多个CMP模块的抛光动作的任何适当参数。例如第二参数可以是第一 CMP模块140使用的参数。
[0056]在动作306处，基于第二参数用第一 CMP模块140处理制作的晶片。如以上所言，第二参数可以是用来确定CMP模块140执行的抛光动作的性质的任何适当参数。例如第二参数可以指示压盘142的转速、CMP头141的转速、调控臂145的转速、与压盘142关联的压强、与CMP头141关联的压强、浆流速、浆类型或者用来确定抛光动作的性质的任何其它适当参数。
[0057]在动作308处，在具体CMP模块中时原位测量晶片的第一性质。可以在第一 CMP模块140处理晶片时测量第一性质。在其它实施例中，可以在CMP模块140已经完成抛光动作之后测量第一性质。如以上讨论的那样，可以使用本领域已知的任何适当类型的原位测量。
[0058]在动作310处，基于第一性质确定第一参数。与上述动作304 —样，可以使用抛光动作的任何适当参数。在动作312处，第二 CMP模块150基于第一参数处理晶片。例如，如果第一参数是浆流速，则第二 CMP模块150可以使用确定的浆流速来抛光晶片。
[0059]方法300是一个示例实施例。并非在实施例中必须执行每个动作。例如在一些实施例中，可以未执行动作203和304和306。另外，实施例可以包括在方法300中未示出的附加动作。例如在动作312期间，原位测量设备可以测量晶片的第三性质，该第三性质可以用来确定用于抛光工艺的后续抛光动作的参数。
[0060]图4是用于抛光半导体晶片的示例方法400的流程图。方法400可以由抛光工具的部件执行并且例如由控制器170控制。在动作402处，测量半导体晶片的当前性质。与方法200的动作202 —样，这可以用任何适当方式来完成。例如测量可以由内建度量设备120进行。在动作404处，基于当前测量性质确定当前参数。这可以例如由控制器170完成。
[0061]在动作406处，当前CMP模块基于确定的当前参数处理半导体晶片。例如，如果当前参数是压盘的具体转速，则以确定的速度旋转CMP模块的压盘。在动作406处，原位测量晶片的附加性质。可以用任何适当方式完成这一测量。例如各种形式的光学、X射线、声学、传导率和基于摩擦的原位测量技术在本领域中是已知的。
[0062]在动作408处，基于附加性质确定附加参数。例如附加参数可以是后续CMP模块执行的抛光动作的参数。附加参数也可以是用于由CMP工具100的清理模块180使用的参数。例如参数可以指示清理工具180将使用的化学物类型。
[0063]在动作412处，确定是否用于执行半导体晶片的附加处理的后续CMP模块。如果有附加CMP模块，则在动作414处设置确定的附加参数为当前参数并且设置后续CMP模块为当前CMP模块。方法400然后返回到动作406用于附加处理。这一循环继续直至在动作412处确定无用于处理晶片的后续CMP模块。在进行这一确定时，方法400可以继续动作416，其中清洁模块180基于在最终循环中的动作410期间确定的附加参数处理晶片。
[0064]在一些实施例中，并未执行方法400的每个动作。例如在一些实施例中，当在动作412处确定无用于处理晶片的后续CMP模块时，清洁模块可以处理晶片而无来自先前测量的反馈。在这样的实施例中，可以未在贯穿方法400的最终循环的动作408进行测量。此夕卜，在一些实施例中，可以执行在方法400中未示出的附加动作。例如可以在贯穿方法400的每个循环期间确定多于一个参数。在这样的实施例中，可以基于多个确定的参数执行晶片的后续处理。
[0065]在一些实施例中，抛光晶片的方法可以包括例如由内建度量设备120在抛光动作完成之后执行的至少一个附加测量动作。测量结果可以用来确定晶片是否满足工具的用户设置的规格和/或容限。如果未满足规格，则向抛光工具或者不同工具返回晶片用于附加处理。在一些实施例中，控制器170可以基于测量结果确定晶片不可修复并且应当被丢弃。
[0066]在一些实施例中，用于制作晶片的处理方法可以包括详述除了抛光之外的动作的参数。例如内建度量工具120进行的测量或者原位测量可以由控制器170用来确定用于由沉积工具或者蚀刻工具使用的参数。实施例不限于任何具体数目的参数或者参数类型。
[0067]图5图示可以用来在一些实施例中执行晶片的内建度量的测量探测器。在任何具体CMP模块以外执行并且可以在任何时间执行内建测量。例如可以在实施抛光工艺之前执行内建测量。用于制造半导体器件的前述抛光装置和方法不限于任何具体内建度量设备120。例如涡流电流度量设备可以在一些实施例中用来测量晶片的金属层的性质。然而发明人已经认识和理解，可以使用包括多个微探测器的测量装置来进行晶片性质的更快、更精确测量。
[0068]在一些实施例中，称为开尔文探测器力显微镜的原子力显微镜变体可以用来测量晶片的性质。已知使用开尔文探测器力显微镜以从样本获得高度和表面电荷信息。然而通过同时使用多个显微镜，可以在跨越晶片的表面的多个点同时测量晶片的高度分布和表面电荷分布。[0069]图5图示可以用来在晶片的表面上的各种位置同时测量高度分布和表面电荷分布的示例测量探测器500。测量探测器500可以包括多个微探测器520。每个微探测器可以包括至少一个悬臂522和顶端524。在一些实施例中，向悬臂522中集成顶端524。在其它实施例中，可以未使用专用顶端524，并且悬臂522本身充当顶端。微探测器520可以由任何适当材料形成。例如微探测器520可以是任何传导材料，诸如金属、传导聚合物或者基于碳的材料。在一些实施例中，可以在衬底上形成微探测器520。衬底可以例如是半导体晶片。
[0070]多个微探测器520可以包括多个子集510。每个子集可以包括至少一个显微镜520。子集可以包括单个微探测器或者多个微探测器。在一些实施例中，测量的晶片可以包括多个器件。多个子集中的每个子集可以与晶片的器件之一关联。以这一方式，可以在晶片的表面之上扫描微探测器，从而任何具体微探测器子集仅扫描晶片的其中关联器件所在的区域。在每个子集中的微探测器越多，晶片的扫描就可以越快。任何数目的微探测器520可以在子集510中。图5图示52个微探测器子集，每个子集510包括十六个微探测器520。然而实施例不限于任何具体子集数目或者微探测器数目。例如可以每子集仅有一个微探测器。
[0071]图6图示测量探测器600的一个实施例的部分，该部分示出单个微探测器520。微探测器以任何适当方式粘附到衬底640。用探测器保护层632保护衬底640。探测器保护层632可以由任何适当材料形成。例如绝缘材料(诸如氧化物)可以用来使用常规晶片制作技术来保护衬底640。微探测器保护膜630可以用来保护微探测器520免受损坏。例如顶端524可能易受来自与其它物体接触的损坏。微探测器保护膜620可以由任何适当材料形成。例如可以使用有孔材料。在一些实施例中，有孔材料可以是具有范围从20nm至200nm的孔径尺寸的微孔材料。有孔材料可以是本领域已知的材料，诸如沸石化合物或者金属有机框架。
[0072]控制器610可以如本领域所知地向微探测器520提供电驱动信号。控制器610可以包括用于控制驱动信号的处理器和/或电路装置。例如控制器610可以包括锁定(lock-1n)放大器和/或反馈控制器，从而基于检测到的信号确定驱动信号。驱动信号可以是在微探测器的共振频率附近的频率的正弦信号。在一些实施例中，频率可以在微探测器的共振频率以上。响应于驱动信号，由于在微探测器与测量的晶片之间的电压差而相对于晶片移位微探测器。
[0073]为了测量微探测器520的移位，光源640向微探测器520的表面上照射光束。光束从微探测器520反射并且由收集光学装置654接收。可以使用任何适当收集光学装置654。例如透镜(诸如物镜或者非球面透镜)可以将反射的光束引入光纤中。在一些实施例中，可以向集成的光学电路中直接耦合反射的光。来自光源640的光束的部分从分光器660反射并且使用收集光学装置650经由光纤向集成的光学电路620中耦合。可以使用任何适当收集光学装置650。
[0074]集成的光学电路620可以包括用于使用从微探测器520反射的光束干涉从分光器660反射的光的干涉仪。干涉仪可以包括用于干涉接收的光束的至少一个附加分光器。也可以在集成的光学电路中包括光电检测器用于检测光学干涉信号。在其它实施例中，可以在控制器610中包括光电检测器，并且可以经由光纤将光学干涉信号引向控制器610。实施例不限于光电检测器的任何具体位置。
[0075]在一些实施例中可以在集成的光学电路620中包括分光器660。在其它实施例中，可以使用光纤和光纤稱合器，诸如本领域已知的2X2稱合器来实施分光器660。在一些实施例中，未使用集成的光学电路，而使用光纤和光纤耦合器来实施干涉仪。
[0076]在一些实施例中，光源640可以是发射光束的激光。激光可以由控制器610控制。然而实施例不限于此。例如单个激光可以用来发射用于与测量探测器500关联的多个光源640中的每个光源的光。例如可以使用分光器(诸如光纤耦合器)将单个激光拆分成多个光束。可以经由光纤向光源640发送多个光束中的每个光束。在这样的实施例中，光源640可以包括准直光学装置，从而发射准直的光束。实施例不限于任何具体激光数目。例如一个激光可以用于每个微探测器子集。可以用任何适当方式向多个微探测器中的每个微探测器分布从激光发射的光束。例如可以时间复用和/或导引单个激光，从而将光束依次引向多个微探测器中的每个微探测器。
[0077]来自多个光电检测器的检测信号可以由控制器用作对向多个探测器中的每个探测器发送的驱动信号的反馈。可以使用并且本领域已知任何适当锁定和/或反馈技术。
[0078]使用本领域已知的技术，控制器610可以基于多个光电检测器生成的检测信号确定测量的晶片的高度分布和表面电荷分布。多个微探测器520 —起确定局部和全局高度分布以及表面电荷分布。控制器610可以如以上描述的那样利用这些分布以确定将在半导体制造工艺中使用的参数。
[0079]可以使用任何数目的控制器610。图6图示每微探测器520 —个控制器。然而实施例不限于此。单个控制器可以用于所有微探测器或者微探测器的子集。
[0080]图7图示测量探测器700的另一实施例的部分，该部分示出单个微探测器520。图7中所示部件中的一些部件与图6中所示部件相同或者相似并且用相同标识号来标注。
[0081]在这一实施例中，探测器700未使用干涉仪以测量微探测器520的移位。代之以使用包括多段的光电检测器710以检测从微探测器520反射的光束。例如图7图示具有两段712和714的光电检测器710。实施例不限于此，因为可以使用任何适当数目的段。反射的光束具有斑尺寸，并且光束斑在光电检测器710上的位置基于微探测器520的移位。光电检测器的每段可以输出它自己的关联检测信号。控制器610可以例如使用两个信号之差以确定微探测器520的移位。
[0082]尽管以上讨论的实施例描述使用干涉仪和多段光电检测器以测量微探测器520中的每个微探测器的移位，但是可以使用任何适当技术。实施例不限于任何具体测量技术。
[0083]图8是图示用于生产半导体器件的示例方法800的流程图。在动作802处，提供具有多个微探测器的探测器。如以上描述的那样，微探测器可以包括悬臂和顶端，并且可以被分割成与晶片上的半导体器件关联的子集。
[0084]在动作804处，向微探测器中的每个发送驱动信号。这可以例如使用控制器来完成。驱动信号可以是正弦信号并且至少部分基于从用来测量每个相应微探测器的移位的至少一个光电检测器接收的检测信号。
[0085]在动作806处，将来自光源的光束引向微探测器中的每个微探测器上。光束可以源于任何适当光源。例如光源可以是激光。在一些实施例中，可以使用分光器(诸如光纤耦合器)将单个激光拆分成多个光束。可以经由光纤向光源640发送多个光束中的每个光束。在这样的实施例中，光源640可以包括准直光学装置，从而发射准直的光束。实施例不限于任何具体类型的光源。
[0086]在动作808处，至少一个光电检测器检测从微探测器中的每个微探测器反射的光束。这可以用任何适当方式来完成。例如可以用参考光束干涉反射的光束从而产生光学干涉信号。光学干涉信号可以由光电检测器检测。备选地，包括多段的光电检测器可以检测从微探测器反射的光。在其它实施例中，可以时间复用和/或导引单个激光，从而将光束依次引向多个微探测器中的每个微探测器。实施例不限于用于检测反射的光束的任何具体技术。
[0087]在动作810处，生成与微探测器中的每个微探测器关联的检测信号。在一些实施例中，检测信号可以包括多个信号。例如，如果在动作808中使用段式光电检测器，则检测信号可以包括与多段中的每段关联的段信号。
[0088]在动作812处，可以基于检测信号中的每个检测信号确定高度分布和/或表面电荷分布。例如，开尔文探测器力显微镜技术在本领域中已知用于基于检测信号确定高度和表面电荷分布。实施例不限于用于从检测信号确定分布的任何具体技术。
[0089]在动作814处，在晶片的表面之上扫描测量探测器。如以上描述的那样，在测量探测器上的微探测器越多，需要的扫描时间越少，并且局部和全局均匀性的测量就越快。可以用任何适当方式扫描测量探测器。例如在一些实施例中，可以在保持测量探测器静止时移动晶片。在其它实施例中，可以相对于彼此移动测量探测器和晶片。
[0090]并非在每个实施例中需要方法800的动作，实施例也不仅限于方法800中所示动作。例如附加动作可以包括确定一个或者多个制作工具，诸如CMP工具或者清洁工具将使用的一个或者多个制作参数。可以向工具发送参数用于在制造一个或者多个半导体器件时使用。
[0091]可以用许多方式中的任何方式实施以上描述的实施例。例如可以使用硬件、软件或者其组合来实施一些实施例。在用软件实施时，可以在任何适当处理器或者无论是否在单个计算机中提供的或者在多个处理器之中分布的处理器汇集上执行软件代码。可以实施这样的处理器为集成电路而在集成电路部件中有一个或者多个处理器。然而可以使用任何适当形式的电路装置来实施处理器。
[0092]另外应当理解，可以用许多形式、诸如架装计算机、桌面型计算机、膝上型计算机或者写字板计算机中的任何形式体现计算机。
[0093]这样的计算机可以由任何适当形式的一个或者多个网络互连、包括作为局域网或者广域网、诸如企业网或者因特网。这样的网络可以基于任何适当技术并且可以根据任何适当协议来操作并且可以包括无线网络、有线网络或者光纤网络。
[0094]也可以编码这里概述的各种方法或者工艺为在运用多种操作系统或者平台中的任何操作系统或者平台的一个或者多个处理器上可执行的软件。此外，可以使用许多适当编程语言和/或编程或者脚本工具中的任何编程语言和/或编程或者脚本工具来编写这样的软件，并且也可以编译这样的软件为在框架或者虚拟卷上执行的可执行机器语言代码或者中间代码。
[0095]就这一点而言，实施例可以包括用一个或者多个程序编码的一个计算机可读存储介质(或者多个计算机可读介质)(例如计算机存储器、一个或者多个软盘、紧致盘(CD)、光盘、数字视频盘(DVD)、磁带、闪存、在现场可编程门阵列或者其它半导体器件中的电路配置或者其它有形计算机存储介质)，该一个或者多个程序在一个或者多个计算机或者其它处理器上被执行时执行如下方法，这些方法实施以上讨论的各种实施例。如从前述示例清楚的那样，计算机可读存储介质可以将信息保留充分时间以提供非瞬态形式的计算机可执行指令。这样的一个或者多个计算机可读存储介质可以是可移植的，从而可以向一个或者多个不同计算机或者其它处理器上加载其上存储的一个或者多个程序以实施如以上讨论的实施例的各种方面。如这里所用，术语“计算机可读存储介质”仅涵盖可以视为制造物(即制造品)或者机器的计算机可读介质。备选地或者附加地，实施例可以包括除了计算机可读存储介质之外的计算机可读介质、诸如传播信号。
[0096]术语“程序”或者“软件”这里在一般意义上用来指代任何类型的计算机代码或者计算机可执行指令集，可以运用该计算机代码或者计算机可执行指令集以对计算机或者其它处理器编程以实施如以上讨论的实施例的各种方面。此外，应当理解，根据这一实施例的一个方面，在被执行时执行实施例的方法的一个或者多个计算机陈锡嘏无需在单个计算机或者处理器上驻留、但是可以用模块方式分布于多个不同计算机或者处理器之中以对实施例的各种方面进行实施。
[0097]计算机可执行指令可以有一个或者多个计算机或者其它设备执行的许多形式、诸如程序模块。一般而言，程序模块包括执行具体任务或者实施具体抽象数据类型的例程、程序、对象、部件、数据结构等。通常可以在各种实施例中如希望的那样组合或者分布程序模块的功能。
[0098]也可以用任何适当形式在计算机可读介质中存储数据结构。为了简化示例，可以示出数据结构具有通过在数据结构中的位置来相关的字段。可以通过在输送在字段之间的关系的计算机可读介质中向用于字段的存储装置分配位置来实现这样的关系。然而任何适当机构可以用来建立在数据结构的字段中的信息之间的关系、包括通过使用子帧、标签或者建立在数据元之间的关系的其它机构。
[0099]可以单独、在组合中或者在前文中描述的实施例中未具体讨论的多种布置中使用实施例的各种方面，因此在应用上不限于在前文描述中阐述的或者在附图中图示的部件的细节和布置。例如可以用任何方式组合在一个实施例中描述的方面与在其它实施例中描述的方面。
[0100]实施例也可以是方法，已经提供该方法的示例。可以用任何适当方式对作为方法的部分而执行的动作排序。因而，可以构造如下实施例，在这些实施例中按照与所示顺序不同的如下顺序执行动作，该顺序可以包括同时执行尽管在示例实施例中表示为依次动作的
一些动作。
[0101]在权利要求中使用序数术语、诸如“第一”、“第二”、“第三”等以修饰权利要求要素本身未表示一个权利要求要素较另一权利要求要素而言的任何优先、居先或者顺序或者执行方法的动作的时间顺序、但是仅用作如下标记，这些标记用于区分具有某个名称的一个权利要求要素与具有相同名称(但是使用序数术语)的另一要素以区分权利要求要素。
[0102]这里所用措词和术语也用于描述的目的而不应视为限制。这里使用“包括”或者“具有”、“包含”、“涉及到”及其变体是为了涵盖其后列举的项目及其等效项目以及附加项目。[0103] 已经这样描述本发明的至少一个实施例的若干方面，将理解本领域技术人员将容易想到各种变更、修改和改进。这样的变更、修改和改进旨在于是本公开内容的部分并且旨在于在本发明的精神实质和范围内。另外，尽管指示本发明的优点，但是应当理解，本发明的并非每个实施例将包括每个描述的优点。一些实施例可以未实施如这里和在一些实例中描述为有利的任何特征。因而，前文描述和附图仅通过示例。
【权利要求】
1.一种用于执行晶片的度量的装置，所述装置包括: 衬底； 在所述衬底上的多个微探测器； 至少一个光源，其中所述至少一个光源将光引向所述多个微探测器之一上； 多个光电检测器，用于检测从所述多个微探测器中的每个微探测器反射的所述光，其中检测所述光包括生成与所述微探测器中的每个微探测器关联的检测信号；以及至少一个控制器，用于: 向所述多个微探测器中的每个微探测器发送驱动信号；并且 基于所述检测信号中的每个检测信号确定所述晶片的高度分布和表面电荷分布。
2.根据权利要求1所述的装置，其中: 所述晶片包括多个器件；并且 所述多个微探测器包括多个子集，所述多个子集中的每个子集包括所述多个微探测器中的一个或者多个微探测器，其中所述多个子集中的每个子集与所述晶片的所述多个器件之一关联。
3.根 据权利要求2所述的装置，其中: 所述多个子集中的每个子集包括所述多个微探测器中的多于一个微探测器。
4.根据权利要求1所述的装置，其中: 响应于所述确定的高度分布和所述确定的表面分布，所述至少一个控制器向用于处理晶片的制作工具发送至少一个制作参数。
5.根据权利要求1所述的装置，还包括: 多个保护膜，用于包括所述多个微探测器。
6.根据权利要求5所述的装置，其中: 所述多个保护膜由有孔材料形成。
7.根据权利要求6所述的装置，其中: 所述有孔材料具有在20nm与200nm之间的孔径尺寸。
8.根据权利要求6所述的装置，其中: 所述有孔材料是沸石化合物或者金属有机框架。
9.根据权利要求1所述的装置，其中: 所述多个光电检测器中的每个光电检测器是包括多段的段式光电二极管； 所述检测信号包括多个段信号，所述多个段信号中的每个段信号来自所述光电二极管的相应段；并且 从所述多个段信号确定所述高度分布和所述表面电荷分布。
10.根据权利要求1所述的装置，其中: 在由所述多个光电检测器检测之前，向相应干涉仪中输入从所述多个微探测器中的每个微探测器反射的所述光。
11.根据权利要求10所述的装置，其中: 每个相应干涉仪包括集成光学电路。
12.根据权利要求1所述的装置，其中: 所述衬底是半导体晶片。
13.—种在晶片上制造半导体器件的方法，所述方法包括: 提供包括多个微探测器的测量探测器； 向所述多个微探测器中的每个微探测器发送驱动信号； 将光引向所述多个微探测器中的每个微探测器上； 检测从所述多个微探测器中的每个微探测器反射的所述光； 生成与所述微探测器中的每个微探测器关联的检测信号；并且 基于所述检测信号中的每个检测信号确定所述晶片的高度分布和表面电荷分布。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括: 在所述晶片的表面之上扫描所述测量探测器。
15.根据权利要求14所述的方法，其中: 所述晶片包括多个半导体器件；并且 所述多个微探测器包括多个子集，所述多个子集中的每个子集包括所述多个微探测器中的一个或者多个微探测器，其中在所述晶片的所述多个器件中的仅一个器件之上扫描所述多个子集中的每个子集。
16.根据权利要求13所述的方法，其中: 部分基于相应检测信号生成所述驱动信号中的每个驱动信号。
17.根据权利要求13所述的方法，其中: 检测从所述多个微探测器中的每个微探测器反射的所述光包括在包括多段的相应段式光电二极管处检测所反射的光； 所述检测信号中的每个检测信号包括多个段信号，其中所述多个段信号中的每个段信号来自所述相应段式光电二极管的相应段；并且 从所述多个段信号确定所述高度分布和所述表面电荷分布。
18.根据权利要求13所述的方法，还包括: 通过干涉仪引导从所述多个微探测器中的每个微探测器反射的所述光。
19.根据权利要求13所述的方法，还包括: 向用于处理所述晶片的制作工具发送至少一个制作参数，其中所述至少一个制作参数基于所述高度分布和/或所述表面电荷分布。
20.根据权利要求13所述的方法，其中: 将所述光引向所述多个微探测器中的每个微探测器上包括从激光发射光并且将光的一部分引向所述多个微探测器中的每个微探测器上。
【文档编号】H01L21/304GK103681296SQ201310384314
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年8月27日 优先权日:2012年9月14日
【发明者】J·H·张 申请人:意法半导体公司