专利名称：用于化学机械研磨的漩涡电流监测方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及在化学机械研磨时，监测金属层的方法和设备。
背景技术：
典型的集成电路是通过在硅晶圆基材上连续淀积导体层、半导体层或绝缘层来制备。其制造步骤包括淀积填料层在非平坦面上，然后使该填料层平坦化直到该非平坦面暴露出来为止。例如，导体填料层可被淀积到图案化的绝缘层上，来填满绝缘层的凹陷处或坑洞。然后磨光该填料层，直到绝缘层的凸起图案暴露出来为止。在平坦化之后，可于残存在绝缘层的凸起图案之间的部分导体层中形成贯穿孔、拴塞和配线，以在基材的薄膜线路之间提供一些传导路径。此外，微影制程期间，也需要平坦化制程来磨光基材表面。
化学机械研磨(CMP)是可行的平坦化方法。典型的该平坦化方法需要将基材放置在载具或研磨头(polishing head)上。该基材暴露的表面正面朝下，正对着转动研磨圆形垫或带状垫。研磨垫可以是「标准的」，或者是有研磨剂固定其上。标准的研磨垫具有长久粗糙的表面，而有研磨剂固定其上的研磨垫则在中间的容器内有研磨粒子。载具头提供一向下推进的系统，使基材能推送到研磨垫上。研磨研浆被运送到研磨垫的表面，该研磨研浆至少包括一种化学活性剂，如果使用标准的研磨垫，则又包括研磨粒子。
在化学机械研磨中有个问题是如何判定研磨程序是否已经完成，换言之，是否基材已平坦化到所需要的平坦度或厚度，或者已移除所不需要的材料量。过度研磨(移除太多)导体层或薄膜会导致线路电阻增加。另一方面，研磨过少(移除太少)会导致导电不足。基材开始的厚度、研浆组成、研磨垫状态、基材和研磨垫之间的相对速度、还有在基材上的负载，这些变异会造成材料移除速率的差异，导致达到研磨终点所需的时间不同。因此，光决定研磨时间的函数并不能判断研磨终点。
测定研磨终点的方法之一为利用诸如光学感应器或电感应器，来监测原位置上基材的研磨情况。监测技术是在金属层上导入一旋涡电流并伴随一磁场，当金属层被移除时，会察觉磁通量的改变。简单来说，由旋涡电流产生的磁通量和激发通量线方向相反。该磁通量与旋涡电流成正比，旋涡电流和金属层的电阻成正比，电阻又和层的厚度成正比。因此，金属层厚度的改变导致由旋涡电流产生的磁通量改变。磁通量的改变会导致原始线圈电流的改变，亦可测量到阻抗的改变。因此，线圈阻抗之改变即可反映金属层厚度的改变。
发明内容
本发明一个方面是关于一种研磨系统，包括具有研磨表面的研磨垫、能够紧握基材使之正面对着研磨垫的研磨表面的载具、和包括线圈的旋涡电流监测系统。此线圈放置在研磨表面的一边且正对着基材，且至少部分通过研磨垫。
本发明的实施方式，包括一或多个以下的特征。该研磨垫包括在表面底部形成的凹槽，线圈至少部分放置在该凹槽内。该线圈固定在研磨垫，例如埋在研磨垫中，且被缠绕在核心处，并至少部分通过光学监测系统的一透明窗。该研磨垫被放置在研磨平台的最上方表面上，该平台可支撑线圈。
本发明另一方面是关于一种研磨系统，其包括具研磨表面的研磨垫、能够紧握基材使之正面对着研磨垫的研磨表面的载具、和包括一强磁体的旋涡电流监测系统。该强磁体位于研磨表面的一边且正对着基材，且至少部分通过研磨垫。
本发明的实施方式，包括一或多个以下的特征。一凹槽在研磨垫的底部表面形成，且强磁体被放置在该凹槽中。研磨垫附着在一平台上，该平台支撑着强磁体。有一小孔将强磁体和研磨垫分开。研磨垫可包括一穿过该研磨垫的小孔，且该强磁体可以放置在该孔中。当研磨垫固定在平台上时，旋涡电流监测系统的核心会和强磁体对准。该强磁体至少部分通过光学监测系统的透明窗。强磁体固定在研磨垫上，例如用环氧化聚亚胺酯加以固定或埋在研磨垫中。一线圈被缠绕在强磁体上，且该线圈至少部分穿过研磨垫。该强磁体可对研磨垫可施加偏压。
本发明另一个方面是关于一种研磨系统，其包括具研磨表面的研磨垫和内部有凹槽的背面(backing surface)；以及一旋涡电流监测系统，该旋涡电流监测系统包括至少部分位于凹槽内的诱导线圈。
本发明另一个方面是关于一种研磨系统，其包括具研磨表面的研磨垫和内部有凹槽的背面；以及一旋涡电流监测系统，该旋涡电流监测系统包括至少部分位于该凹槽内的强磁体。
本发明另一个方面是关于一种研磨垫，其包括具研磨表面的研磨层，一位于该研磨层上的坚固透明窗。该透明窗具有一上表面，大体上和研磨表面齐平；还有一下表面，至少一凹槽在其中形成。
本发明的实施方式，包括一个或多个以下特征。透明窗是由聚亚胺酯组成。一背层位于研磨表面另一侧的研磨层的一边。一孔在该背层中形成且和窗对准。
本发明另一个方面是关于一种研磨垫，其具有一研磨层和固定于该研磨层上的诱导线圈。
本发明的实施方式，包括一个或多个以下的特征。该诱导线圈被埋在研磨垫中。一凹槽在研磨垫的底部表面形成，且该线圈可以被放置于其中。线圈可以放置在研磨层的表面垂直轴上，也可以放置在研磨层的表面大于零度和小于九十度的轴上。
本发明另一方面是关于具有研磨层的研磨垫，和一固定于该研磨层上的强磁体。
本发明的实施方式，包括一个或多个以下的特征。该研磨层包括在底部表面形成的一凹槽，且强磁体被放置在该凹槽中。研磨层可包括多个凹槽，以及被放置在这些凹槽中的多个强磁体。该研磨层可包括穿过该研磨层的孔，所以强磁体可以放置在该孔中。一拴塞可以紧握住在该孔中的强磁体。该拴塞具有一上表面，大体上和研磨层表面齐平。强磁体的位置可相对于该研磨层表面进行调整。强磁体的上层表面会暴露在研磨环境下。强磁体可以放置在研磨层的表面垂直轴在线，或者是可以放置在研磨层的表面大于零度和小于九十度的轴在线。该强磁体可用环氧树脂固定于该研磨层上。透明窗可以通过该研磨层，且该强磁体可以固定在该透明窗上。一凹槽或孔可在该透明窗中形成。一线圈围绕该强磁体。
本发明另一个方面是关于用于研磨系统的载具头，其具有一基材接收面和在基材接收面背后的一强磁体。
本发明另一个方面是关于一种研磨方法。该方法为将基材和研磨垫的研磨表面接触，放置一诱导线圈在研磨表面的一边并且正对着基材，使至少部分诱导线圈通过研磨垫，造成该基材和研磨垫相对运动，并以该诱导线圈来监测磁场。
本发明另一个方面是关于一种研磨方法。该方法为将基材和研磨垫的研磨表面接触，放置一强磁体在研磨表面的一边并且正对着基材，以致于至少部分强磁体通过研磨垫，造成该基材和研磨垫相对运动，并以磁性耦合至该强磁体的诱导线圈来监测磁场。
本发明另一个方面是关于制作研磨垫的方法。该方法为在一坚固的透明窗底部表面下形成一凹槽，并安置该透明窗在一研磨层里，以致于该坚固的透明窗的顶面可以和研磨垫的表面齐平。
本发明的实施方式，包括一个或多个以下特征。形成凹槽包括机械制作该凹槽和模制该窗户。安置窗户的动作包括在研磨层里形成一孔，并以诸如粘合剂之类的方式将窗户固定到该孔里。
本发明的一个或多个详细实施例会在所附的图例中及以下的叙述里说明。其它的特征、对象和发明优点将会在描述中、图例、以及权利要求中清楚可见。
图1A为侧视图，部分是剖面图，其为一化学机械研磨机台，包括一旋涡电流监测系统和一光学监测系统。
图1B为放大图，其为第1图的旋涡电流监测系统；图2为剖面侧视图，举例说明强磁组件固定于研磨垫上；图3为剖面侧视图，举例说明一载具头为了传送旋涡电流监测系统所产生的磁场而做的修正；图4为剖面侧视图，举例说明一棒状的核心固定于研磨垫的透明窗的凹槽中；图5为剖面侧视图，举例说明用环氧树脂的拴塞使核心固定于研磨垫上；图6为剖面侧视图，举例说明一核心固定于研磨垫之孔中；图7为剖面侧视图，举例说明用一可调整的垂直座使核心固定于研磨垫上；图8为剖面侧视图，举例说明用一负载弹簧使核心避免碰到研磨垫的底部表面；图9为剖面侧视图，举例说明一核心水平地固定于研磨垫上；图10为剖面侧视图，举例说明一核心倾斜地固定于研磨垫上；图11为剖面侧视图，举例说明一强磁组件埋在研磨垫中；图12为剖面侧视图，举例说明含有一旋涡电流监测系统中的线圈延伸到研磨垫里的凹槽；图13为剖面侧视图，举例说明含有一旋涡电流监测系统中的线圈埋在研磨垫中；以及图14A-14C图为剖面侧视图，举例说明这些马蹄状的核心。
在不一样图中的相同组件符号，代表相同的组件。
附图中的数字说明10基材50模块20研磨设备52回缩部分24可转动平台 53，53’较薄区域25中心轴 56环氧化物26凹槽 3556’粘着剂30研磨垫 58沟槽32外层70载具头34背层72支撑装置36窗 74载具驱动装置38研浆 4076载具头转动马达39研浆/冲洗棒 90数字计算机40旋涡电流监测系统92转动电子单元42，42’，42”核心94输出装置42a，42b纵柱 100平台44驱动线圈 45102基座44’线圈 104弹性薄膜46感应线圈106可加压气室48磁场108保留环
110孔 136马蹄形核心112聚亚胺酯拴塞140光学监测系统114环氧化聚亚胺酯10142光束120负载弹簧144光源122强磁组件146侦测器130马蹄形核心 160印刷电路板132马蹄形核心实施方式根据图1A，一个或多个基材10可以通过化学机械研磨设备20研磨。合适研磨设备的描述可见于美国专利5,738,574，该专利的全部内容可作为本发明的参考数据。
该研磨设备20包括可转动平台24及置于其上的研磨垫30。该研磨垫30是两层的研磨垫，其中一层为坚固耐久的外层32，和另一软的背层34。该研磨机台也可包括一研磨垫状态调节装置，可让研磨垫维持在可有效研磨基材的状态下。
在研磨步骤里，研浆38包括一种液体和一种酸碱值调节剂，该研浆能够通过一研浆供应口或一研浆/清洗臂组合39，被供应到研磨垫30的表面上。研浆38也可包括研磨颗粒。
载具头70固定着基材10，使其正对着研磨垫30。该载具头70被一支撑结构72悬吊起来，好像旋转木马，并以载具转轴74连接到载具头旋转马达76。这样载具头便可绕着轴71旋转。此外，该载具头可以在支撑结构72里面的辐射状孔中做横向的摆动移动。合适的载具头描述可见于美国专利申请序号09/470,820和09/535,575中，分别于1999年12月23日和2000年3月27日提出申请。该专利的全部内容可作为本发明的参考数据。在操作中，平台绕着其中心轴25旋转，而载具头绕着其中心轴71旋转，且可在研磨垫的表面上横向移动。
凹槽26在平台24里，且有一原位监测模块50安置在凹槽26中。透明窗36安装在模块50的一部分上。该透明窗36具有一上表面，和研磨垫30的顶面齐平。模块50和窗36的置放位置可使其在部份平台转动时，可由基材10下方通过。
透明窗36可以整合成模块50的一部份，或者整合成研磨垫30的一部分。在早期的情况，可于形成研磨垫的同时形成一符合窗大小尺寸的孔。当研磨垫装上去时，该孔恰可环绕该窗。在后来的情况，研磨垫被安置在平台24上，让窗和模块50对准。该透明窗36可以由一相当纯的聚合物或聚亚胺酯来制成，例如不必填充料就可形成，或者是窗可由铁弗龙或聚碳酸脂所制成。通常，窗36的材料应该为非磁性且不导电。
该原位监测模块50包括原位电流监测系统40和光学监测系统140。在此将不详述该光学监测系统140，其包括光源144，比方说雷射，和侦测器146。该光源产生光束142，穿过透明窗36以及研浆，照射到该基材10暴露出的表面。从该基材反射出去的光被侦测器146侦测。通常，光学监测系统的作用，正如美国专利申请号09/184,775，申请日1998年11月2日，以及09/184,676，申请日1998年11月2日中所述，这些专利的全部内容可作为本发明的参考数据。
旋涡电流监测系统40包括置放于凹槽26中的核心42，该核心可与平台一起旋转。驱动线圈44缠绕在核心42的第一部份，以及感应线圈46缠绕在核心42第二部分。在操作中，简谐器驱使该驱动线圈44产生一简谐磁场48，能够穿过整个核心42，至少一部份的磁场48会通过窗36到达基材10。如果该基材10上有一金属层，简谐磁场48即会产生一旋涡电流。该旋涡电流会产生与诱导磁场方向相反的磁通量，且该磁通量会诱导主要或感应线圈产生方向和驱动电流相反的向后电流(back current)。电流变化结果可以通过测量该线圈的阻抗变化得知。当金属层的厚度改变，金属层的电阻也会改变。因此，当旋涡电流和其诱导的磁通量强度都改变了，会导致主要线圈的阻抗改变。借着监测这些改变，例如测量该线圈电流的振幅、或线圈电流相对于驱动线圈电流的相位，旋涡电流感应监测器能够侦测到金属层厚度的改变。
用于旋涡电流监测系统的驱动系统和感应系统将不详述，因适宜系统的描述，可参见美国专利申请号09/574,008、09/847,867和09/918,591分别于2000年2月16日、2001年5月2日、2001年7月27日申请。这些专利的全部内容可作为本发明的参考数据。
光学和旋涡电流监测系统的各种电子组件能装在模块50里的印刷电路板160。印刷电路板160包括了一电路系统，例如一普通功能的微处理器或特殊应用整合线路，来转换从旋涡电流感应系统和光学监测系统测量到的信号数字数据。
如先前所述，该旋涡电监测系统40包括一置于凹槽26内的核心42。若放置核心42在靠近基材的地方，就能改善该旋涡电流监测系统的空间分辨率。
参照图1A，核心42是U字型、由诸如铁酸盐(ferrite)这类非导电强磁材料所组成的主体。驱动线圈44被缠绕在核心42底部横杆上，以及感应线圈46被缠绕在核心42的两旁纵柱42a和42b上。在一个示范实施例中，每一纵柱有一大约4.3公厘×6.4公厘的长方形剖面，且两端纵柱距离大约20.5公厘。在另一个示范实施例中，每一纵柱有一大约1.5公厘×3.1公厘的长方形剖面，且两端纵柱距离大约6.3公厘。核心适合的大小和形状可根据实验决定。然而，应该要注意的是，降低核心的大小，会导致磁场变小，且将覆盖更小的基材面积。故结论是，旋涡电流监测系统的空间分辨率能够改善，适宜的缠绕结构和核心成分亦可以通过实验决定。
透明窗36的较低表面包括两个长方形的回缩部分52，使该研磨垫上有两个薄的部分53。核心的纵柱42a和42b延伸到回缩部分52，使部分纵柱通过研磨垫。在本实施例中，可建造一研磨垫，包括一凹槽在窗的较低表面里。当该研磨垫30被固定于平台上，这时窗36就可以合适地安装于平台内凹槽26上面，且回缩部分52合适地安装在核心的纵柱末端。因此，核心可以被一支撑结构撑住，让纵柱42a和42b可以投射超过该平台24的上层表面的平面。通过置放核心42到更靠近基材处，将会有较少的磁场发散出去，且空间分辨率也可以改善。
凹槽的形成可以透过机器，在固体窗组件的底部表面建造凹槽，或者模制出一具有凹槽的窗，也就是通过射出成形或压制模铸进行铸造，使窗的材料在具有可形成凹槽的模块内硬化成形。一旦窗制造完成，就可以将其固定于研磨垫上。举例来说，可在上层的研磨层里形成一孔，并可用粘着剂将窗固定于该孔里，例如用粘着剂和胶粘剂。此外，也可将窗插进该孔内，然后将液态亚聚胺酯注入窗和研磨垫中间的空隙，之后将液态亚聚胺酯固化。假设该研磨垫有两层，可在背层形成可和窗对准的孔，且窗的底部可以用粘着剂与背层的暴露端相附着。
参照图2，在另一操作中，尽可能在制造研磨垫时，将一个或多个强磁组件固定到研磨垫上。透明窗36的较低表面包括两个长方形的回缩部分52，和两个通过环氧树脂固定于回缩部分52的延伸纵柱54a和54b。延伸纵柱54a和54b和核心42的纵柱42a和42b有着大体上相同大小的长方形剖面。延伸纵柱54a和54b由强磁材料形成，和核心42的材料一样。当窗36固定于模块40之上，延伸纵柱54a与54b几乎和42a与42b很紧密地对准。因此，延伸纵柱54a与54b让磁场48可通过窗36的薄的部分53，使核心可以有效地紧靠基材。一小缺口58可将纵柱和延伸纵柱分开，但却不会影响旋涡电流监测系统的执行。
参照图3，在另一操作中，载具头是设计过的，能够让磁力线在通过基材时更集中或更准确。如图所示，该载具头包括了基座102；可加压的气室106，其由固定于基座102上的弹性薄膜104形成；以及停留环108，用来握住薄膜104下面的基材。通过强迫流体进入气室106，将该薄膜104往下压，而施加向下的载重在基材10上。
该载具头包括由诸如铁酸盐(ferrite)之类的强磁材料所形成的平台100。该平台100置放于可加压气室106内，且可以靠在弹性薄膜104上。由于平台100比其周围的载具头有更好的磁力上穿透性，所以磁场可以优先穿过该平台，且磁力线通过基材10时依然保持相对集中或瞄准。因此，磁场通过基材的部分相对来说是小部分，因此也改善了旋涡电流监测系统40的空间分辨率。
此外，若不用弹性薄膜及可加压的气室，则载具头可用一强磁材料组成的刚性内构件(rigid backing member)。一薄的可压缩层，例如载具膜可加于刚性内构件的外表面。
参照图4，在另一操作中，核心42’是一简单的强磁棒，而非U型主体。在一个示范例子中，核心42’是一直径大约1.6公厘且高约5公厘的圆柱。也可以选择核心42’是梯形截面的。将并在一起的驱动器和感应线圈一起围绕在核心42’的底部。此外亦可个别地将单独的驱动器和感应线圈，成束地围绕在核心42’上。
基本上线圈42’要垂直地放，换言之，其长轴要和研磨表面的平面垂直。窗36包括回缩部分52’，让核心42’可以固定于其中，使得核心42’延伸到回缩部分52’里面。当驱动器和感应线圈44’被启动，磁场就会通过薄的部分53’，并且与基材上的金属层反应。用诸如环氧化聚亚胺酯之类的环氧树脂，或是用液态环氧化聚亚胺酯将核心42’经固化后固定于其位置。
线圈44’可以是固着到核心42’上的组件，也可以是固定于模块50上的非固着组件。在后者情况下，当研磨垫30和窗36都固定于平台24，该核心42’可以滑进核心42’里面的圆柱空间。而在前者的情况下，线圈的末端是处于电性连接状态，该电性连接状态可自研磨系统中剩余的电子组件中被耦合和去耦合。例如，线圈可连结到两个接触垫上，且两导线可以从印刷线路板160延伸出去。当研磨垫30和窗36固定于该平台24时，接触垫就会对准并从印刷电路板160上吸引导线。
参照图5，在另一操作中，透明窗36包括整个穿过透明窗的孔110，而不是仅在底部的凹槽。用聚亚胺酯拴塞112将核心42’固定于孔110中。聚亚胺酯拴塞112的上表面和透明窗36的表面齐平。该拴塞112覆盖核心42’的顶端和上边，这样核心42’相对于窗36的表面来说是后缩的。同样地，线圈44’可被固着到核心42’上，也可以是固定于模块50上的非固着组件。
参照图6，在另一操作中，透明窗36包括整个穿过透明窗的孔110，而且核心42’被固定到孔110，同时让核心的上表面暴露到环境中，但是要稍微低于窗36的表面。核心42’的两侧则用环氧化聚亚胺酯粘住。
参照图7，在另一操作中，核心42’可上下校正。透明窗36包括整个穿过透明窗的孔110，而环氧树脂圆柱体被固定于孔110中。将核心42’的外层刻上螺纹或形成沟槽，同时环氧树脂圆柱体的内层亦刻上能和核心42’的外层相啮合的螺纹或沟槽。这样，通过旋转核心42’，便可将核心42’转到Z轴(垂直于窗表面的轴)上正确的位置。如此即可选择核心42’的置放位置使其不致刮到正在研磨中的基材但又几乎和窗36的上表面齐平。此外，还可随着研磨垫的磨损情形，调整核心42’的位置，使基材和核心之间保持一定的距离(在基材间的基础上)。然而，有一潜在的缺点是核心里面的螺纹或沟槽会集中磁力线，导致磁力线在那里会变得比较大。
参照图8，在另一操作中，核心42’装了一负载弹簧120，核心被迫靠在透明窗36的回缩部分52。弹簧120是一很软的弹簧(低弹性常数)且窗和垫的其它部分不需要被支撑，因此在研磨程序中，施加在薄的部分53的剪力和磨损速率就能够比垫的其它地方还低。
参照图9，在另一操作中，核心42’以水平方向固定于透明窗36的回缩部分52，也就是说磁场的主轴和窗的表面平行。核心42’可相对于研磨表面的转动轴，成轴向或径向对准，或者以任一轴向和径向的中间角度对准。用粘着剂56’，例如环氧树脂，将核心42’固定。通过提供感应器更多的定位，操作者将有更多的选择可将信号对噪声比或空间分辨率最佳化。
参照图10，在另一操作中，核心42’以相对于垂直轴成α的角度倾斜。α角度大于0°小于90°，比方说45°。回缩部分52”要形成能够让核心42’以一定角度固定于其中的形状。用粘着剂或环氧树脂，或者机械连接装置，让核心42’固定于该处。核心42’可相对于研磨表面的转动轴，成轴向或径向对准，或者以任一轴向和径向的中间角度对准。通过提供感应器更多的定位，操作者将有更多的选择可将信号对噪声比或空间分辨率最佳化。
参照图11，在另一操作中，一个或多个强磁组件122被埋在研磨垫或窗36’中，例如，这些组件122是当窗固化时，被研磨窗包围住的铁酸盐块。当研磨垫接触到平台时，这些组件122就和核心42的纵柱42a和42b对准，当作是延伸纵柱。
参照图12，在另一操作中，旋涡电流监测系统40不包括核心，而是只有一线圈44”。该研磨垫36包括在窗36的底部表面里形成的回缩部分52。当研磨垫安装到平台时，窗36也与其对准，导致线圈44”延伸进回缩部分52之中。如果线圈44”以高频率执行，此设备是可行的。
参照图13，在另一操作中，同样也是缺少核心，线圈44”实际上是埋在研磨垫或窗36’里。线圈44”连接到两个导电接触垫124。当研磨垫36’固定于平台24上时，接触垫124开始执行且吸引旋涡电流监测系统40的导线，来达成电流回路。
参照图14A-14C，旋涡电流监测系统可以有其它的核心形状，例如马蹄形核心130、132和136。通过提供更多的核心形状，操作者将有更多的选择可将信号对噪声比或空间分辨率最佳化。比较特别地，图14A-14C中，在马蹄形的核心的前端分叉部分，之间有着很短的距离。如此造成磁场只会从分叉部分的末端散布很短的距离。因此，马蹄形的线圈改善了空间分辨率。
回到图1，一普遍效用可执行程序的数字计算机90，经过一转动电子单元92，连接到平台里的组件上，包括印刷电路板160。该计算机90接收从旋涡电流监测系统和光学监测系统传回去的信号。既然监测系统随着平台的旋转，在基材下扫射，金属层的厚度多寡，以及暴露出来的下层的信息就会以连续实时(平台每转一圈为一单位)模式在原位置累积。当研磨程序进行时，金属层的厚度或反射性改变，试样信号也会随时间改变。改变试样信号的时间可参照仪器上的纪录。从监视系统测量到的数据，可在研磨当中显示到输出装置94，让操作装置的人员，直接目测监视研磨操作的程序。此外，如下所述，仪器上的纪录要用来控制研磨程序，以及决定金属层研磨操作的终点。
在操作中，CMP设备20用旋涡监测系统40以及光学监测系统140来决定何时大部分的填料层已经被移除，以及决定何时下层结构大体上已经暴露出来。在过程控制及终点侦测中，计算机90提供试样信号逻辑操作，来决定何时应该改变程序参数，以及侦测研磨终点。过程控制和终点的标准的可能逻辑侦测，包括局部最小最大值、斜率的改变、振幅或斜率的初始值，或综合以上。
旋涡电流和光学监测系统能用在多样的研磨系统中。不是研磨垫，就是载具头，或两者移动以提供在研磨表面和基材之间的相对运动。研磨垫可以是固定于平台的圆形(或其它形状)垫、或在支撑和收起轮中间延伸出去的线带、或连续带。在此为使用垂直放置的名词，但是应该了解的是，研磨表面和基材可以以垂直的方向或其它的方向放置。研磨垫可以固定平台上，在研磨操作中逐渐提高，高于平台，或在研磨时连续地提高。在研磨当中，该垫可以固定于平台上，或者是有液体在平台和研磨垫中间被挤压。该研磨垫可以是标准的(包括或不包括亚聚胺酯)粗糙垫、软垫或有粘着物固定的垫。
虽然所举的例子都是放置在同一个洞，但被放置在平台上时，光学系统140比旋涡电流监测系统40，能够有更多的不同的位置。例如，光学监测系统140和旋涡电流监测系统40能被放置在平台的对面，这样可选择性地扫瞄基材表面。此外，若无光学监测系统且研磨垫完全不透光，本发明依然可实施。在这两情况下，用来安置核心的凹槽和空隙在研磨层中形成，例如双层研磨垫的最外层研磨垫。
旋涡监测系统可包括分开、单独的驱动器和感应线圈，或驱动器和感应线圈的单一组合。在单一线圈的系统中，振动器和感应电容器(以及其它感应线路)是连接到同一线圈上。
本发明的许多实施例已详细叙述。然而，所要了解的是，对本发明的不同修正不脱离本发明的精神和范畴。因此，其它的实施方式都落在权利要求范围内。
权利要求
1.一种研磨垫，包括一研磨层，其系具有一研磨表面；以及至少下列之一一位于该研磨层里的固体透明窗，该透明窗具有一大体上与研磨表面齐平的上表面；以及至少有一凹槽形成于其中的一底部表面，一诱导线圈，固定于研磨层上，或一强磁体，固定于该研磨层上。
2.如权利要求1所述的研磨垫，包括所述的透明窗。
3.如权利要求2所述的研磨垫，其中所述透明窗是由聚亚胺酯所形成。
4.如权利要求3所述的研磨垫，还包括一背层，位于与所述研磨表面对面的研磨层一侧上。
5.如权利要求4所述的研磨垫，其中一孔形成于所述背层中，且与窗对准。
6.如权利要求1所述的研磨垫，其包括一诱导线圈。
7.如权利要求6所述的研磨垫，其中所述线圈埋在研磨垫中。
8.如权利要求6所述的研磨垫，其中所述研磨层包括在底部表面形成的一凹槽，且该线圈位于该凹槽内。
9.如权利要求6所述的研磨垫，其中所述线圈以一主轴垂直于该研磨层的一表面的方式放置。
10.如权利要求6所述的研磨垫，其中所述线圈以一主轴与该研磨层的一表面呈大于零度小于九十度的角度放置。
11.如权利要求1所述的研磨垫，其包括所述强磁体。
12.如权利要求11所述的研磨垫，其中所述研磨层包括在底部表面形成的一凹槽，且强磁体位于该槽内。
13.如权利要求12所述的研磨垫，其中所述研磨层包括在一底部表面形成的多个凹槽，且多个强磁体位于该多个凹槽中。
14.如权利要求11所述的研磨垫，其中所述研磨层包括一穿过其中的孔，且强磁体位于该孔中。
15.如权利要求14所述的研磨垫，还包括一拴塞，可将强磁体固持于该孔中。
16.如权利要求15所述的研磨垫，其中所述拴塞有一大体上与该研磨层的一表面齐平的上表面。
17.如权利要求14所述的研磨垫，其中所述研磨垫还包括一背层。
18.如权利要求14所述的研磨垫，其中所述强磁体的一上表面暴露于研磨环境中。
19.如权利要求11所述的研磨垫，其中所述强磁体的位置可相对于研磨层表面位置进行调整。
20.如权利要求11所述的研磨垫，其中所述强磁体以一长轴垂直于研磨层的一表面的方式放置。
21.如权利要求11所述的研磨垫，其中所述强磁体以一长轴与研磨层的一表面成大于零度小于九十度的角度放置。
22.如权利要求11所述的研磨垫，其中所述强磁体以环氧化物固定于研磨层上。
23.如权利要求11所述的研磨垫，还包括一穿过所述研磨层的透明窗，且其中强磁体为固定于透明窗上。
24.如权利要求23所述的研磨垫，其中所述透明窗包括在其底部表面形成的一凹槽，且强磁体置放于该凹槽内。
25.如权利要求24所述的研磨垫，其中所述透明窗包括一孔穿过其中，且强磁体是位于该孔中。
26.如权利要求11所述的研磨垫，还包括一线圈围绕在强磁体周围。
27.一种研磨系统，包括一具有一研磨表面的研磨垫；一载具，用以固持一基材使其正对着该研磨垫的研磨表面；以及一旋涡电流监测系统，该系统至少包括下列其中之一一诱导线圈，位于正对基材的该研磨表面的一边，该诱导线圈至少部分穿过该研磨垫，或一强磁体，位于正对基材的该研磨表面的一边，该强磁体至少部分延伸穿过该研磨垫。
28.如权利要求27所述的研磨系统，其包括所述诱导线圈。
29.如权利要求28所述的研磨系统，其中所述研磨垫包括形成在其底部表面的一凹槽，且线圈至少部分位于该凹槽内。
30.如权利要求28所述的研磨系统，其中线圈被固定于研磨垫上。
31.如权利要求30所述的研磨系统，其中线圈埋在研磨垫里。
32.如权利要求28所述的研磨系统，其中旋涡电流监测系统包括一核心，且线圈缠绕在核心周围。
33.如权利要求28所述的研磨系统，还包括具有一透明窗的光学监测系统，其中线圈至少部分延伸穿过该透明窗。
34.如权利要求28所述的研磨系统，其中研磨垫固定在一平台的上表面，且线圈靠该平台支撑。
35.如权利要求27所述的研磨系统，其包括所述强磁体。
36.如权利要求35所述的研磨系统，其中研磨垫包括形成在其底部表面的一凹槽，且强磁体位于该凹槽内。
37.如权利要求36所述的研磨系统，其中研磨垫和一平台接触，且强磁体靠平台支撑。
38.如权利要求37所述的研磨系统，其中一沟槽将强磁体与研磨垫分开。
39.如权利要求35所述的研磨系统，其中研磨垫包括一穿过其中的孔，且强磁体位于该孔中。
40.如权利要求35所述的研磨系统，其中旋涡电流监测系统包括一核心，且当研磨垫固定于平台上时，核心可和强磁体对准。
41.如权利要求35所述的研磨系统，还包括具有一透明窗的光学监测系统，其中强磁体至少部分延伸穿过透明窗。
42.如权利要求35所述的研磨系统，其中强磁体固定于研磨垫上。
43.如权利要求42所述的研磨系统，其中强磁体通过环氧化聚亚胺酯将其固定于研磨层上。
44.如权利要求42所述的研磨系统，其中强磁体埋在研磨垫里。
45.如权利要求35所述的研磨系统，还包括一线圈围绕在强磁体周围。
46.如权利要求42所述的研磨系统，其中线圈至少部分延伸穿过研磨垫。
47.如权利要求35所述的研磨系统，还包括一可对强磁体施加偏压使其靠在研磨垫上的构件。
48.一种研磨系统，包括一研磨垫，具有一研磨表面和一具有凹槽形成于其中的一背面；一漩涡电流监测系统，包括一至少部分位于凹槽中的诱导线圈。
49.一种研磨系统，包括一研磨垫，具有一研磨表面和一具有凹槽形成于其中的一背面；一漩涡电流监测系统，其系包括一至少部分位于该凹槽中的强磁体。
50.一种用于研磨系统的载具头，包括一基材接收面；以及一位于载具头内的强磁体，位于正对着基材接收面的一侧。
51.一种研磨方法，包括让一基材与一研磨垫的一研磨表面接触；放置一诱导线圈于正对着基材的研磨垫的一边，让诱导线圈至少部分延伸穿过研磨垫；造成基材与研磨垫间的相对运动；以及使用诱导线圈监测磁场。
52.一种研磨方法，包括让基材与研磨垫的研磨表面接触；放置一强磁体于正对着该基材的研磨垫的一边，让强磁体至少部分延伸穿过研磨垫；造成基材与研磨垫的相对运动；以及通过使用以磁性耦合至强磁体的诱导线圈来监测磁场。
53.一种制造研磨垫的方法，包括在一固体透明窗底部表面形成一凹槽；安装该固体透明窗于研磨层里，使固体透明窗的上表面大体上与研磨垫的研磨表面齐平。
54.如权利要求53所述的方法，其中形成凹槽的步骤包括机器建造凹槽。
55.如权利要求53所述的方法，其中形成凹槽的步骤包括用模铸形成窗。
56.如权利要求53所述的方法，其中安装窗的步骤包括形成一孔在研磨层中，以及将窗固定于孔中。
57.如权利要求56所述的方法，其中所述窗以粘着剂将其固定于孔中。
全文摘要
一种研磨系统(20)，可具有一转动平台(24)；一固定于平台上的研磨垫(30)；一固定基材使其正面朝下对着研磨垫的载具头(10)；以及一漩涡电流监测系统，该漩涡电流监测系统包括至少部分通过研磨垫的一线圈或一强磁体。一研磨垫，具有一研磨层，和固定于该研磨层上的一线圈或一强磁体。一凹槽可以在该研磨垫里的透明窗中形成。
文档编号B24D7/12GK1735478SQ03803195
公开日2006年2月15日 申请日期2003年2月6日 优先权日2002年2月6日
发明者曼伍却尔·拜蓝, 柏格斯劳·A·史威克, 金景哲 申请人:应用材料股份有限公司