TW200408033A - System and method for metal residue detection and mapping within a multi-step sequence - Google Patents

System and method for metal residue detection and mapping within a multi-step sequence Download PDF

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Description

五、發明說明（l) 一、 【發明所屬之技術領域 本發明通常是有關於 於為了確認多步驟程序中_ W製程與設備，更特別是有關 製程終點的方法與系統。 二、 【先前技術】 在半導體裝置的製造中 光與清潔的矽晶圓平坦化:故常實施可包含有研磨、拋 置乃是處於矽基板晶圓上，，。典型上來說，積體電路裝 段中’設置有帶有擴散區的造的形式。在基板階 中，則將相連用之金屬卢曰曰體官i置。而在後續的階段 至晶體管裝置以便定義=線加以圖案化，並將其電連接 層係藉著諸如二氧化砂姑j望功能的裝置。圖案化之傳導 的。一旦設置著更夕八；丨質材料而與其它傳導層絕緣 則會增加平坦：：；：；屬4;里階=目關連之介質層 下，則額外金屬處理層之擊 因：：：平坦化的情況 而實質上變得更困冑：；：二因表面地形更高的變異性 案設置在介質材料内，缺後丄會將金屬處理線圖 過量的金屬處理物。’、、、貝施金屬平坦化操作以便移除 旦銅已經開始取代益央 金屬時’則平坦化金屬處理層、特：t::【程所選擇的 變得更加重要。用來逵点主道神，別私銅金屬處理層就會 化學栈械平坦化（CMP)技術。更進—步 種/ 屬處理製程前所沈積之介質膜、 匕3 " 屬絕緣用之介質的平坦化如淺溝渠隔離用或聚金 200408033 五、發明說明（2) 豆斜Ϊ’ CMP製程包含有握住一典型的旋轉晶圓、並讓 i麼坡文控制之壓力與相對應速度下的一移動研磨墊來進 曰二。CMP系統典型上會安裝其中使用研磨墊表面來研 一側面的一旋轉軌道台或-線性帶。化學溶液(亦 ^係用來便利並提高CMP的操作。最常將研漿導入並 m在研磨墊的移動表面之上，與正在進行拋光、全 ，研磨或要不然由CMP製程所製備的半導體晶圓表面之 。研漿分佈通常係藉著研磨墊表面的移動、半導體曰 以及半導體晶圓與研磨墊表面間所產生的摩i之 、、、口 a來元成的。 圖1是顯示出習用線性晶圓研磨設備100之側面圖。 ^曰曰曰圓研磨設備100包含有一研磨頭與在cMp處理期間备保 護曰曰圓104並將其握在適當位置上的載具1〇8。一研磨；盥 襯墊組合102(研磨墊）會圍繞著旋轉滾筒112形成一迴路Ϊ 且通常會以最高到幾近每分鐘60 0英尺的速度在方向丨〇6 =動，然而這個速度可能根據特定CMp操作而有所變化。 田研磨墊1 〇 2移動時，則研磨頭1 〇 8會旋轉（任一方向， m ί決定）並將晶圓104降低至研磨墊102頂端表面（亦即 衣備表面）之上、施以所需的研磨壓力。 軸承薄板歧管組件1 1 0會在研磨製程期間支撐 墊1 02。薄板歧管組件11 〇可利用任何類型的軸承， 體軸承或氣體轴承。薄板歧管組件11〇係藉著一 板116來進行支撐並握在適當位置中。來自於氣體源^4%之 氣壓係透過會在研磨帶與襯墊組合丨〇2上提供向 、旦、 w上力量以
第8頁 200408033 五、發明說明（3) 便，制研磨墊丨02外型的數個獨立、受控制之輸出孔而輸 入穿越過軸承薄板歧管組件1 1 0的。 研磨塾102會將研漿傳送遍及晶圓表面之上。典型上 末°兒研磨墊會具有縱向槽118(亦即位在研磨墊之直 線方向106中、沿著研磨墊丨02之長邊的凹槽118會圍繞著 旋轉滾筒112運轉）。一單獨之研漿喷管或多喷管分散棒 (具有許多不連續的研漿分散點）12〇會將研漿122分散在研 ^^102的頂蜱表面上。研漿喷管12〇的位置係可調整成橫 跨f研磨墊102的頂端表面寬度。典型上來說研漿喷管12〇 係a又置在相對於晶圓丨〇4、諸如晶圓丨〇4上之中央點的相對 位置處。然而，研漿喷管120的位置典型上來說係調整成 稍微讓從晶圓1 〇 4之表面的移除材料均句性最佳化。 圖2A是顯示出處於通常是建構鑲嵌與雙鑲嵌互連金屬 处理線之製程下的晶圓1 〇 4、其上的介質層2 〇 2之橫剖面 圖。介質層202具有遍及介質層202之蝕刻圖案化表 ，積的擴散阻擔層204。如同已知般，擴散阻擔層典型上 =為是氮化鈦（TiN)、钽（Ta)、氮化纽（TaN)或氮化組 ^乂與组(Ta)的組纟。—旦已經讓擴散阻擒層2G4沈積到 月立厚度，則讓金屬處理層2〇6(例如銅層）以填滿介質層 2 2中之蝕刻過零件的方式來遍及擴散阻擋層設置。 =擴散阻播物與金屬處理材料係亦不可避免地“ 二二域沈積。為了移除這些裝載過度材料、並為了定義出 rL Λ互連金屬處理線與相關的通路（未圖示），故在晶圓 104上貫施一種化學機械平坦化（CMp)操作。
第9頁 200408033 五、發明說明（4) CMP平坦化的基本 坦化，其係用來為接續势程有开種。第一種類型是地形平 金屬零件、接點、酉:曝露出層凹處之零件(例如 等）的一平坦表面。 k路、蝕刻出之區域與零件等 决疋CMP製程（終點偵测）^ ^ ^ ^ ^ 關鍵的部份。太早,士 |ΓΜ":之旱確終點乃疋CMP製程十分 達一重作製程4，=便先、、Λ程會導致讓欲提交之晶圓到 數量（亦即將材料充八m疋至期望目標所需之額外cmp 晶圓實際ΛΛ/ΛΛ期望的數量）。其二欠，必須讓 結束CMP魁γ π Λ,ι材充刀移除掉期望的數量。如果太晚 多材料，ν致於成碟形與變圓中造成移除掉太 /首搵ί 會損壞藉著修復或重作所援救的晶圓。 ^ Ρ、、；點偵測方法乃是使用聲波速度、光學反射盥干
擾、阻抗與導雷拇、田道χ从Α 卞入W ” T 電位變化等^子來龄視曰化學試劑而弓丨起的電化學 缺盥盖爾垂^不孤視日日®表面。美國專利第5, 3 9 9, 234 ϋ方、1專利第5’ 271 ’ 274號揭露出使用·波的金屬終點 。這些專利描述以監視傳播穿越過晶圓/研漿之 ί Ϊ度來偵測金屬終點的方法。當有從-金屬層至另-白、換時，則聲波速度會改變並利用這點來偵測終點。 、押^進—步地，美國專利第6, 186, 865號揭露出使、用感 測裔來監视定位在研磨墊下之流體軸承所來之流體壓力。的 終=偵測方法。乃是利用感測器來偵測研磨期間的流體壓 力變化，其相當於當研磨動作從某_材料層轉換至下一者 時的剪力變化。很不幸地，這種方法對於製程改變時並不
第10頁 200408033 五、發明說明（5) 夠穩固。此外’所偵測之終點乃是全體的，因此該方法不 能偵測位晶圓表面上之特定點的局部終點。再者，專利第 6，1 8 6，8 6 5號之方法係侷限於需要一氣體軸承的線性研磨 器。 已經有許多使用來自於晶圓表面之光學反射來偵測終 點的建議案。可將這些方法劃分為兩類：使用雷射光源或 使用涵蓋電磁光譜之全部可見光範圍的寬頻光源、於單一 波長處來監視所反射的光學信號。美國專利第5, 433, 6 5 1 號揭露出使用單一波長的終點偵測方法，其中將來自於雷 射光源的一光學^號撞擊在晶圓表面上並監視反射信號以 作為終點偵測之用。一旦研磨從某一金屬轉換至另一者時 之反射率變化即係用來偵測轉換。 寬頻方法典型上來說是仰賴電磁光譜之多重波長訊息 白!使f。美國專利第6，1 0 6，6 6 2號揭露出使用光譜儀來取 知光二之可見光範圍中、所反射光線的強度光譜圖。選擇 出在光譜中、一旦研磨從某一金屬轉換至另一者時會提供 對反射率變化良好靈敏度的兩波長帶。然後藉選 =帶中的平均強度比率來定義出一舰E。於偵斤;; 心號中之顯著飄移即表示從某一金屬至另一者的轉換。 在上述各終點偵測技術中之一普遍問題即合 種程度之過度研磨，以便確保從整個0除棱、 所有導電材料(諸如銅、銘或盆它全屬1二曰二2除掉 Γ音Λ阻鱼i0 4)而避免掉金屬處理線與零件間的不 厶心電虱互連。舉例來說，如圖2B所示般，銅層2〇6之過
第11頁 200408033 五、發明說明（6) 度裝載部份與擴散阻擋層2〇4係已經加以 終點侦測或過度研磨的副作用是期望維持在介掉不二 留下-碟形狀的零件208。已知碟形會對至屬處理理線上 之效能有負面的影樂，且女夕沾徙… 連金屬處理線 積體電路失去其計i的目的碟形可能會導致-期望的 先前技術終點偵測方法典型上來說僅 終點’但不能實際地们則到實際終點。這種大: 見的：能性。因I將=== 處理是桎/曰主曰曰®中1在重作製程中的保護點。重作 ΐ = 能的製程。此夕卜，重作晶圓不再是 之品質與可靠ΐϊίί二2如此者可能會讓生產製程 男」罪r生、、、α果產生不正確的歪斜掉現 在摔含著晶圓重作的典型W製程3GG之流程圖。 二t丄：晶圓1〇4裝載在習用線性晶圓研磨設備 工具）内、諸如透過一 而至CMP製程工具1〇。處。 、载至或車或其匕入口 在研磨頭m丨中乂 f型上疋藉著機械臂而將曰曰曰圓10 4固設 ΐ: ί Γ直Λ。/操作3 0 6中，如上所述般將晶圓1 〇4加 it = 法任一種來予以偵測，諸如特定平班化 由研磨墊m中之終黑“貞測窗的晶圓光學分 第12頁 200408033 五、發明說明（7) 析、或其它方法。 研磨二已處？:丨二終摔 =^ 1ΠΠ ^ ^ 在刼作312中，將晶圓從CMP製程工且 行檢处杳的-从亚將其傳送至讓晶圓1 04能夠在操作314中進 曰丁=的一檢查車。檢查晶圓1〇4典型上來說包含有檢查 以二決定是否還有任何膜殘留物留下來。如果還 殘留物留下來’則必須決定膜殘留物的厚度。一 ;^疋任何膜殘留物的厚度，則可在操作U2中、 ^ 乍而要末1展出一重作製程。因為在各晶 留？的厚度可能不同，故對各晶議來說特 : 製転乃疋各自獨立的。在操作324中，可將cmp製程 工具予以程序化以便實施晶圓特定重作製程，然後如上 :=，°中所述般、讓晶圓104透過CMP製程工具(或獨' 弒二,ΐ工具）來加以重作。如果已經將所有的期望材料 二除掉（亦即在晶圓104表面上沒有留下任何殘留膜），則 在操作32 0中完成CMP製程並讓其結束。 在如上所述之先前技術製程30 0號稱要偵測CMp終點 %，直到在將晶圓從CMP製程工具處移除、並在操作314中 的檢查車站來加以私查且未發現有任何沒有殘留膜留在晶 圓104表面上後，對各平坦化晶圓來說才是實際上偵測到 實際終點。針對CMP製程工具外之各晶圓的實際終點偵測 會導致額外的處理、一個更長且更多複雜的CMp製程，且 潛在地要求讓各晶圓穿過CMP製程工具之多重經過，以便 達到期望的平坦化結果。此外，如上所述般，習用之重作
200408033 五、發明說明（8) 製程會產生出非標準的產品 就先前觀察而言，需要準確地決 CMP製程工具内、晶圓矣 、疋亚映射出整合在 日曰圓表面上所留下的任何殘留金屬膜。 三、【發明内容】 總結來說，本發明乃是藉 屬殘留物的偵測與映射用 驟程序中之金 知到可將本發明安裝到=方=有？需要'應認 -设備、一系統、電腦可讀 ：*-製私 本發明的數個發明實施例。 戈衣置。以下將描述 兮矣而：f 開1至少一感測器安裝在離該晶圓之 二金屬處。映射該晶圓之該表Φ，以便決定是 屬乂遠物留在該晶圓之該表面上。 屬殘屬：Ξ物留在該晶圓之該表面上，貝|]決定該金 ί圓的該表面卢m ;且再度將該研磨墊施加至該 ;開下Γ: :敌以便在未將該晶圓從該。奸製程工具處 二貝上移除該金屬殘留物。 流感測器：施例中’該至少-感測器包含有至少-渦流電 度至ί:Γ=::根據該金屬殘留物之-位置與-厚 者來修正至少一CMP工具操作參數，以便於 第14頁 200408033 五、發明說明（9) 最佳化一後續晶圓上的一後續CMP製程。 該全墊施加至該晶圓的該表面處以便實質上移除 。亥至屬殘留物的步驟，其亦可包含有根據該金 置…其中一者來修正至少-cmp工具： ^ U便最佳化該晶圓上的金展殘留物移除。 在—實施例中，安裝步驟可包含有在該晶圓載呈上 安裝步驟亦可包含有在一徑向移動與/或 綠丨生移動中來移動該感測器。 ^—實施例中，映射步驟可包含有移動至少該晶 ^ t—者與該至少一感測器。映射步驟亦可包含有利ί )感測器來掃描该晶圓的整個表面，決定相對糜 一映射信號之一振幅的該金屬殘留物之一厚度。 …於 每 > 該預定距離係可由至少一距離感測器所決定的。 二施2中:可將一坡莫合金層包含在該晶圓與該晶圓二 曰違坡莫合金層可具有大於一集膚深度的一厚度。，、 一 在一實施例中，一種用於基板處理的系統，^包人 。可移動式基板載具。該基板載具可於處理操作期有 樓該基板的。至少-感測器，其係可以與該基板之^支 ^面平行且離一預定距離處的方式設置。該至少一=， 能夠偵測到該基板之該處理表面上的一金屬層。心及器 該至少一感測器包含有至少一渦流電流^測器。 肴選實施例可包含有多重的渦流電流感測器。 ，、 可包含有用來偵測該預定距離的一距離感測器。 一實施例中，包含有係建構成支撐該至少一感測器白、
弟15頁 200408033 五、發明說明（ίο) 一感測器載 點處進行配 在一實 具 4感測器載具能夠與該基板載具於至少一 向以便決定該預定距離。 施例中’用於基板處理之該系統可包含有一化 學機械平坦化（CMP)工具。 施例中，用於基板處理之該系統可包含有能夠 處理參數且與該至少一感測器溝通的一系統控 在 控制至 制器。 在 具，其 晶圓載 一實 少-— 實 包含 具係 一渦流電流 與該晶圓之 一渦流電流 一金屬殘留 具間。 施例中，包含有一種化學機械平坦化（CMP)工 有界定在一基座内的一可移動式晶圓載具，該 建構成於CMP操作期間來支撐一晶圓的。至少 感測器’其設置方式係讓該渦流電流感測器可 一平坦化表面平行且離一預定距離處。該至少 感測能夠债測到該晶圓之該平坦化表面上的 物。一坡莫合金層係設置在該晶圓與該晶圓載 一實施例 基板上的一金 金屬層，諸如 的至少一部份 離一預定距離 该基板之該表 所揭露之 移除來進行/ 驟製程程序的 中，包含有一 屬層測量方法 在該基板上設 。至少一感測 處。 面上 發明 種在一多步驟基板製程中之一 ’其包含有修改該基板上的一 置該金屬層或移除掉該金屬層 器係設置在與該基板之該表面 該表面係加以映射，以便決定 該基板之 的該金屬物之一均勻性。 提供在不必將基板或晶圓從製程 外部檢查製程 一部分並於其 工具處 下、讓所有重作動作成為多步 中完成的優點。這會增加多步
第16頁 200408033
五、發明說明（11) 所需的處理與重作時 品、而非非標準且客 驟製程的效率，同時亦減少對各晶圓 間’且同時亦產生出標準生產製程差 制化的製程產品。 述 本發明之其它實施態樣與優點將可由以下的詳細描 伴隨附圖與經由本發明原理之案例說明而變得清楚 四、【實施方式】 現在將描述C Μ P程序内用來摘測與映射金屬殘留物的 數個示範性實施例。將可理解對於熟悉該項技藝之相關人 士來說，纟沒有此處所闡述的部份或所有特定細節下 可實現本發明。 如上=述，先前技術CMP製程僅在將晶圓完成並從cMp =程工具處移除後、於接續檢查製程中來實際決定是否 MP製程已經完全移除掉期望數量的材料。本發明之一 2例是當晶圓104仍然牢固在研磨頭1〇8時、可在cMp程序 ^實施檢查次製程的一種改善方法與設備。在CMp程序内 二施檢查之次製程會將晶圓1〇4必須固設在研磨頭1〇8處的 人數減y至僅有次，並減少全部的晶圓處理與檢查次製 程。這實質上會刪除掉因未從晶圓上移除掉期望材料而對 晶圓的重作，第一次將晶圓固設至研磨頭處。 圖3B是說明本發明一實施例中、在多步驟程序中偵測 與映射金屬層所實施的方法操作35〇之流程圖。在操作352 中，修飾基板上的一金屬層，諸如設置金屬層（例如在電 鍍或沈積製程中）或至少移除掉一部分的金屬層（例如在蝕
第17頁 200408033 五、發明說明（12) 刻或平垣化製程中）。 一 f操作354中，將至少一感測器設置在與基板表面的 預疋距離處。感測器係可設置在以下將更詳細描述之各 淨，方法中的任一者内。而預定距離則係可決定在以下將更 詳細描述之各種方法中的任一者内。 在操作356中，映射基板表面成來決定基板表面上的 金屬層均勻性。 ，操作3 5 8中，繼續多步驟製程至完成為止。如果需 要，°舌可在製程中修改多步驟製程中的一或多個步驟，以 便疋否修正在以下將更詳細描述之基板表面上所發現的金 屬層上任何不均勻性。 圖4是說明本發明一實施例中、在CMp程序中偵測與映 射金屬殘留物所實施的方法操作40 0之流程圖。在操作402 中’將晶圓裝載至諸如以下所述圖5B般的CMp製程工具 内。接著將晶圓1〇4固設在一研磨頭1〇8處。亦將CMp製程 工具程σ序化以便實施操作者要求來在晶圓1 04上實施期望 之CMP操作所需的原始或基本之CMp製程變數組。 a在操作4 0 6中，藉著將研磨墊1 0 2施加至晶圓1 〇 4表面 處來將晶圓1 04平坦化。晶圓丨〇4係可透過相關技藝中各種 已决方法任種來没置成與研磨墊1 〇 2接觸。在一實施例 中，乃是將研磨頭108降低至研磨墊1〇2處。又在一實施例 中，則可讓研磨頭1 〇 8在晶圓固設位置與晶圓研磨位置間 移動。 將晶圓1 04加以平坦化直到在操作4〇8中偵測到終點為
第18頁 200408033 五、發明說明（13) =測終點係可藉著相關技藝中各種已知方法任一種來予以 一旦偵測到終點時，則在操 墊102處移除。晶圓104係可以任何方冬〃晶圓104從研磨 移開，諸如藉著將晶圓舉起到研磨墊:〇二*研。磨墊，1 0口2處 研磨墊102從晶圓104處移開。除 。’可將 卿動成諸如舉起、並從研磨塾口 在H更多個感測器安裝在適當 ，致使感測器可有效地評估晶圓丨〇4表面。在一實施 為諸1 結合晶圓與感測器兩者的移動。⑨測器可、 名為『度量衡：制流電流感測器，諸如命 Κ: = Γ=，932號所普遍承認者，為所有目的而 騎具/函盍於此以作為參考。 在一實施例的操作412中，將渦流電流感 表面來精確排列與定位感測器的配向裝置。 置時在^ :414中’-旦感測器與晶圓104處於接近鄰近位 晶圓#而感可掃描晶圓104表面，以便建立可能留在 ^。^上,任何膜殘留物的位置與厚度之精確映設位 的化，則5 14中未於晶圓104表面上偵測到膜殘留物 中繼鏔太土呆20中CMP製程是完成的，然後在操作422 T Μ續方法操作。
第19頁 200408033 五、發明說明（14) P於/it/呆作422中接著將晶圓從研磨頭108處移開，致# / 操作424中可將晶圓從cmp製程 、， 灸使在 法操作。 衣転工具處移開，並結束CMP方 如果在操作4 1 4中於晶圓1 〇 4表面上偵^ : 未兀成的，然後在操作430中繼續方法择#。 在操作43 0中，膜殘留必7 占、ai ， 只石居操作。 伙^ 坟W物所偵測到之位置與厚度之牯宋知 確CMP製程（亦即接續的重作&所偵刺之艇殘留物的精 在操作432一中，CMP製程工具係加以『程序化』或加以 二Ϊ顯以Hi?有程序重作矯正的行動。舉例來說， .^ 隹日日圆104表面上的殘留膜510，其係於择 作414中所偵測到者。同睥 你於麵 510 ^ ^ ^ ^9〇n J守在刼作4 14中，發現到殘留物 π芦子+又”、、、。然後，在操作430中，會決定諸如時 = 置、研磨墊速度、終點偵測，研裝流迷 兩、〜仏丄曰向以 数亚會決定移除殘留物510所 而 々人施加晶圓1 〇 2的复夕ρ μ p^ ^ ^ ^ ν^,οο ^ ^ ，、匕CMP變數。這些變數會構成之後 在操作4 3 2中將予以輪入$ r iw p制^ 至CMP製程工具的接續重作要求。 在操作434中，再；#腺曰冋，。 1、/你每Ah ▲丹度將日日0 1 〇 4放置成與研磨墊接觸， 以便貫施接續的重作，麸德p 二— …、後攸上述之操作40 6開始重複方 法才呆作0在一貫施例中拔病 f i ^ ^ η λλ 接績之重作要求亦包含有一新終 ”、、占或又一=同的終點偵測方法與設備。 去將：私二Π *開始將其施加至後來的晶圓前，可能 先：原娜ΜΡ製程變數設定點重設。在一實施例中，可 祀才接、、貝之重作要求來自動調整或精準讓原始⑽製程變
第20頁 200408033 五、發明說明（15) ------- 數設定點。舉例來說，如果在操作43〇中、於一第一曰 内所發現到之偵測終點乃是早了5秒鐘，㈣後續晶= 終點延長成諸如5秒鐘或其一部分。 如上所述在圖4中，接續之重作會減少各晶圓必須加 以處理的次數，因此會處理錯誤的發生機會。此外，在 CMP製程之程序内、而非在CMp製程外實施所需的重作會減 少在各晶圓上實施完整CMP製程所需的總次數，藉此改進 晶圓的產量。 圖5B是顯示出本發明一實施例的線性晶圓研磨設備 5/0之侧視圖。除了額外包含感測器52〇外，線性晶圓研磨 设備5 0 0乃是類似於圖1之線性晶圓研磨設備丨〇 〇。感測器 5 2 0係固設在能夠以一基座5丨2為中心、旋轉一角度範圍 5 3 0的臂5 2 5上。如上所述，在操作4 1 2中，感測器5 2 0係 可旋轉至鄰近晶圓1 〇4表面的位置中。 圖5C是顯示出本發明一實施例内、位在相對應於晶圓 1 0 4表面與研磨頭丨〇 8位置處的感測器5 2 〇之詳細切取圖。 研磨頭108包含有握住晶圓1〇4的扣環5〇8。亦可包含有一 或多個軟墊層或背板5 34、536。藉著一或多個定位針 526、527，可相對應於晶圓104表面來精確地安裝感測器 520。又可使用距離感測器52〇a來讓感測器52〇安裝於與晶 圓1 04表面距離了期望的距離d處。亦可合併使用距離感測 器5 20a與一或多個定位別針526、527。在一實施例中，期 望的距離d乃是在約3毫米至約6毫米的範圍間。 當研磨頭108旋轉晶圓1〇4時、則感測器520係可相對
Γ ^ 第21頁 200408033 五、發明說明（16) __ 應於晶圓1 04表面來水平蔣魚 1 04的整個表面。使用諸如使感，：可掃描到晶圓 可減下任何所偵測到之 夕欠邊物的精碟位置。 在一實施例，感測器52 0會包含有一或多 感測器。渦流電流感測器备連4山有^:+/们渦流電流 殘留膜5 1 〇之導體進入到雷絲 田堵如金屬 將渦流電流感測器52 0予以於^ ’則會^敗電磁場。可 殘留膜將會以-已知方式來才又二、:使既定厚度與面積之 測器可映射至晶圓的整個表；：電磁場，®此渦流電流感 ”流電流感_器5 20所價測到之電流信號 於殘留膜點5 1 0 a的厚度，盥识冷 疋正t 點51〇3間的距離d。可如下、列=電流Γ^ 520與殘留膜 '^下列公式1般來表不這個關係： M = K(d)(厚度） 其中K是電磁場穿過之媒介（亦即大氣、晶圓1〇4的 矽、研磨頭108的不鏽鋼等等）的函數之常數。 、圖6A是諸如由渦流電流感測器5 2()所感測到的渦流電
Ϊ t E表。曲線m是縱軸為振幅、而橫轴為位置的原始妙 射數據。Mm中之波峰61Q相當於日日日圓1()4表面上的殘餐
膜點位置。該位置彳系可' γ I 置j以任何方式來加以測量，諸如遍 晶圓104表面所疊加的x_y柵格、或其中α是晶圓1〇4之赛 轉角度且r是到晶圓1 04中心之半徑的α _r座標系統。曲 s是曲線《^的長距離平滑處。可使用任何的長距離平滑技
A 第22頁 200408033 五、發明說明（17) 一 —-— 曲線S亦可代表無任何殘留膜點之完成晶圓所呈現的基 線。 圖6B是平滑化之映射數據曲線s與映射數據m間的差距 之圖表。而差距結果即是曲線△。曲線△中之波峰相當於 晶圓104表面上的殘留膜點位置。而曲線△中之波峰振幅、 相當於晶圓1 0 4表面上的殘留膜點厚度τ。膜點寬度D可十 为接近成點6 1 2、6 1 4，其中曲線△會下降到零參考線之 下。 圖6C是顯示出本發明一實施例的一渦流電流感測器 5 2 0與晶圓1 〇 4表面之詳細圖示。如果渦流電流感測器5 2 〇 之直徑F是大於殘留膜點5 1 0 a的寬度D，則可能會稍微低估 了所造成的殘留物厚度。為了針對這個現象來加以修正， 故會將所偵測到之渦流電流信號乘以寬度D與直徑φ的修 正比，以便產生出相對應於殘留膜點5 l〇a之實際厚度來說 更為準確的修正過信號。在一實施例中，修正比為 (D / Φ )2。又，修疋比可為大約（D / φ )2。 一旦將晶圓表面映射至可見構成的表面三度空間表示 圖時’其將會識別出諸如膜點51 0 a之殘留膜點的位置寬度 與厚度。、 然而，當殘留膜厚度變得越來越少時，則曲線△中之 波峰會變得相對上來說越來越小、且接近於低水平背景雜 訊的水平。結果是在一些案例中，較薄之膜可能會更難與 低水平背景雜訊匾別出來。 ” 在一實施例中，於晶圓104與研磨頭1〇8間會包含著鐵
200408033 五、發明說明（18) ΓΪίί!性材料層或板。在一實施例中，層534可為諸 =金的鐵磁性或長磁性材料。層534可為晶圓1〇4與 一二碩ίο :的-獨立板，或是研磨頭1〇8表面上所設置的 =。層534至少應該有集膚深度以上的厚度。在一實施 二广約°.5毫米以上的厚度。鐵磁性與長磁 渦流電流感測器52°所產生出之電 、、j =磁^物理特性。因此，殘留膜點5心之較薄層在 j鐵=或長磁性材料下、會造成所债測到之信號内的 平乂巧波峄。 多會或長磁性材料來增加由渦流電流感測器或 二…J器戶“貞測到之信號，其係更完整地描述 於'•卩名為渦流電流基礎之薄膜厚度測量容量之提升』、 所申請之美國專利申請案第號（ 圖7是顯示出本發明一實施例之坡莫合金層534的放大 材之圖表J00。坡莫合金是具有高磁滲透性（亦即長磁性 二）、通吊用於電磁遮蔽的鎳鋼合金。曲線W代表在無未 :材料支撐下、晶圓的渦流電流感測器的掃描結果。而 f社=PE則代表在具有坡莫合金層5 34下、相同晶圓的掃 :二果。如可見者般，較薄之殘留膜（亦即低於2 5 0 0埃下 對於僅有晶圓（亦即曲線w)之情況下，其會造成信號十 刀輕微的振幅。而曲線W + PE則是顯示出對於在晶 坡莫合金層5 34之情況下，所返回之信號振幅會有更大的
第24頁 200408033 五、發明說明（19) 二:：此’坡莫合金會允許更薄之殘留膜的準確偵測。藉 留膜=之信號振幅的測試’可將其校正成所相對應的殘 ^i:實ΐ例中’系統會決定最厚的殘留膜5心，並計 #夕*那個厚度所需要的CMP研磨時間正確量與且它來 數。然後根據所決定之參數來研磨晶圓。又，〃 = :ίΠ51°厚度，並可設定各膽參Kit 在不同位置中的不同材料量。 雖然已經將本發明描述成於CMp製程内使用， 不將本發明侷限於CMP製程内使用。在另一 _ :^ 將本發明使用在諸如物理氣相沈積（pv 氙 ; 金屬電梦諸如銘、銅、擴散阻擋層等等的 程内：ίΐ;ί;視導電層不均勻性與/或厚度之其他製 i由案例得知，可移動之感測器 圓處理系統之終端受動器上的方式而包：二 内 '或PVD製程室内或PVD製 且 二於PVD製耘工具 内。者声#、y> _ i日m /、之日日圓裝載與處理部分 円田層係沈積在晶圓上時，感測器可掃据曰n主二|刀 便決定沈積層是否為期望厚度（ 曰曰圓表面、以 厚幻，並同時識別出沈積層中的任何望 度、或來裝滿針孔洞或==來::：？望的層厚 内且在未將晶圓從二 200408033 ---- .- 五、發明說明（20) 部層：ί:所即可立即將額外材料沈積在晶圓上。 著電r系3己得的實施例中，應理解本發明可使用包含 者電知系統令所儲存的各種 ：万了使用包3 是那些需要物理量的物理，播^衣化刼作。這些操作乃 广些數量會採用能夠力:：：存雖以是=的了是 處理的電性或磁性信號之形式。：外傳：二”、比較或 識別、決或比較中提到所執行的處理:巾冑如生產、 的機ίί:描發明一部分之任何操作乃是有用 設備。設備可ί ;::ί關於用來實施這些操作的裝置或 電腦中所儲存：電f!:匕目：而特別建構者，或其可為由 腦。特別地是，各‘ t ί來、擇性啟動或構成的通用電 電腦程序來使用，器係可與此處傳授者所寫入的 執行所需的操作。…、便利地建構成一更特定設備來 本發明之特定實施態樣亦可當作士 J，腦可讀取編碼的實施例。電腦可讀取二；:Ϊ J ^ 所讀取之數據的任何數據以 了項取媒體之案例包含有硬碟、網路 置電腦 ::記憶體、隨機存取記憶體、cd-r〇m、CD_:益：s)、 係：與其匕光學與非光學數據儲存裝置 “ 、 統所連結的網路，如體 將更與執行電腦可讀取編瑪。 ^ ^ δ心識到由圖4中之操作所代矣Μ杜人 峨照依序所說明的方式來實施，且由=二、並的不所 200408033
有處理操作可能並 4中所描述之製程#亦_/二\月的必要條件。此外，在圖 腦記憶體任-者^諸磁M、麗或硬碟之電 在+ L β 合中所儲存的軟體内。 在此所使用的措詞『 a _ 得知，措詞『大約二』疋表不+ /-1〇%。經由案例 雖然先前疋表不225與2 7 5間的-範圍。 發明，伸2 解…已經較詳細地描述過本 確切的變化例與修正例甲^圍之粑圍内可貫殘出 用、而非限制，且本發明並非偏=在=實！例視為說明 改。 、么專利申請範圍之範圍與等質内加以修
第27頁 200408033 圖式簡單說明 、【圖式簡單說明】 藉著詳細之描述、伴隨附圖，將 ，且類似的參數會標示類似的構造元件。#理解本發 5是顯示出習用線性晶圓研磨設備之侧視圖。 圖2A與2B是顯示出處於製造製程 :著鑲嵌與雙鑲换互連金屬處理線的一“層之橫建 圖3A是包含著晶圓重作的典型CMp製程之流程圖。 圖3B是說明本發明一實施例中、在多步驟程序中偵 與映射金屬層所實施的方法操作之流程圖。 、 圖4是說明本發明一實施例中、在CMp程序中偵測與映 射金屬殘留物所實施的方法操作之流程圖。 圖5A是顯示出於以上圖4中所偵測到的晶圓表面上之 殘留膜。 圖5B是顯示出本發明一實施例中的線性晶圓研磨設 之侧視圖。 ° 圖5C是顯示出本發明一實施例内、位在相對應於晶圓 表面與研磨頭位置處的感測器之詳細切取圖。 圖6A是諸如由渦流電流感測器所感測到的渦流電流之 圖表。 圖6B是平滑化之映射數據曲線s與映射數據m間的差距 之圖表。 圖6C是顯示出本發明一實施例的一渦流電流感測器 5 2 0與晶圓1 〇 4表面之詳細圖示。 200408033 圖式簡單說明 圖7是顯示出本發明一實施例之坡莫合金層5 3 4的放大 效應之圖表7 0 0。 元件符號說明： 1 0 0、5 0 0〜線性晶圓研磨設備 1 0 2〜研磨墊 104〜晶圓 1 0 8〜載具、研磨頭
11 0〜軸承薄板歧管組件 11 2〜旋轉滾筒 11 4〜氣體源 11 6〜薄板環繞板 11 8〜縱向槽 120〜研漿喷管或多喷管分散棒 122〜研漿 2 0 2〜介質層
2 04〜擴散阻擋層 2 0 6〜金屬處理層 2 0 8〜碟形 510 、 510a〜殘留膜 520 、 520a〜感測器 512〜基座 5 2 5〜臂 5 0 8〜扣環
第29頁 200408033 圖式簡單說明 534、536〜軟墊層或背板 5 2 4、5 2 7〜定位針
第30頁

Claims (1)

  1. 200408033 六、申請專利範圍 1 · 一種化學機械平坦化（CMP)工具内之晶圓上之金屬殘留 物的偵測方法，其包含： 將一研磨墊施加至一晶圓的一表面處，以便實質上移 除一金屬層； 將該晶圓從該研磨塾處移開； 將至少一感測器安裝在離該晶圓之該表面一預定距離 處；以及， 映射該晶圓之該表面，以便決定是否有一金屬殘留物 留在該晶圓之該表面上。 2·如申請專利範圍第1項的CMP工具内之晶圓上之金屬殘留 物的偵測方法，其中，如果金屬殘留物留在該晶圓之該表 面上，貝U : 決定該金屬殘留物的一位置與一厚度；以及， 將該研磨墊施加至該晶圓的該表面處，以便實質上移 除該金屬殘留物。 3 ·如申請專利範圍第1項的CMP工具内之晶圓上之金屬殘留 物的偵測方法，其中，該至少一感測器包含有至少一渦流 電流感測器。 4. 如申請專利範圍第1項的CMP工具内之晶圓上之金屬殘留 物的偵測方法，更包含有根據該金屬殘留物之一位置與一 厚度至少其中一者來修正至少一CMP工具操作參數，以便 於最佳化一後續晶圓上的一後續CMP製程。 5, 如申請專利範圍第1項的CMP工具内之晶圓上之金屬殘留 物的偵測方法，其中將該研磨墊施加至該晶圓的該表面處
    200408033 六、申請專利範圍 以便實質上移除該金屬殘留物的步驟，其包含有根據該金 屬殘留物之一位置與一厚度至少其申一者來修正至少一 CMP工具操作參數，以便最佳化該晶圓上的金屬殘留物移 除。 6 ·如申請專利範圍第1項的CMP工具内之晶圓上之金屬殘留 物的偵測方法，其中安裝步驟包含有在該晶圓載具上至少 兩點的配向。
    7·如申請專利範圍第1項的CMP工具内之晶圓上之金屬殘留 物的偵測方法，其中安裝步驟包含有在一徑向移動中來移 動該感測器。 8·如申請專利範圍第1項的CMP工具内之晶圓上之金屬殘留 物的偵測方法，其中安裝步驟包含有在一線性移動中來移 動該感測器。 9.如申請專利範圍第1項的CMP工具内之晶圓上之金屬殘留 物的偵測方法，其中映射步驟包含有移動至少該晶圓載具 其中一者與該至少一感測器。
    1 0.如申請專利範圍第1項的CMP工具内之晶圓上之金屬殘 留物的偵測方法，其中該預定距離係由至少一距離感測器 所決定的。 11.如申請專利範圍第1項的CMP工具内之晶圓上之金屬殘 留物的偵測方法，更包含有在該晶圓與該晶圓載具間設置 一坡莫合金層。 1 2.如申請專利範圍第1項的CMP工具内之晶圓上之金屬殘 留物的偵測方法，其中映射步驟包含：
    第32頁 200408033 六、申請專利範圍 利用該 及，
    至少一感測器來掃描該晶圓的整個表面；以 天相對應於一映射信號之一振幅的該金屬殘留物之 一厚度。 種用於基板處理之系統，其包含有： 一可移動式基板載具，該基板載具係建構成於處理操 作期間來支# # 1 β 、 *又镩该基板的；以及， 至少—感測器，其係可以與該基板之一處理表面平行 且離一預定距離處的方式設置，該至少一感測器能夠偵测 到°亥基板之該處理表面上的一金屬層。 1 4 ·如申請專利範圍第1 3項的用於基板處理之系統，其 中’該至少—感測器包含有至少一渦流電流感測器。 1 5 ·如申請專利範圍第1 3項的用於基板處理之系統，更包 含有設置在該晶圓與該晶圓載具間的一坡莫合金層。 1 6 ·如申請專利範圍第丨5項的用於基板處理之系統，其 中’該坡莫合金層具有大於一集膚深度的一厚度。 1 7 ·如申請專利範圍第丨3項的用於基板處理之系統，更包 含有能夠偵測該預定距離的一距離感測器。 1 8 ·如申請專利範圍第1 3項的用於基板處理之系統，該至 少一感測器是可移動式的，且其能夠實質上掃描該基板的 該整個處理表面。 1 9 ·如申請專利範圍第1 7項的用於基板處理之系統，其 中，該至少一感測器是可在一徑向中移動的。 2 0 ·如申請專利範圍第1 3項的用於基板處理之系統，更包
    第33頁
    200408033
    η、ΐ構成支撐該至少-感測器的-感測器載具，該感 測益載具能夠與該基板載具於至少一點處進行配向以 定該預定距離。 、 2 1 ·如申請專利範圍第1 3項的用於基板處理之系統，其 中 用於基板處理之該系統包含有一化學機械平坦化 (CMP)工具，且其中，該基板包含有一晶圓。 2 2 ·如申請專利範圍第丨3項的用於基板處理之系統，其 :，用於基板處理之該系統更包含有能夠控制至少一/處理 多數且與該至少一感測器溝通的一系統控制器。 23· —種化學機械平坦化（CMP)工具，其包含有： 界疋在一基座内的一可移動式晶圓載具，該晶圓載具 係建構成於CMP操作期間來支撐一晶圓； 至少一渦流電流感測器，其設置方式係讓該渦流電流 感測器可與該晶圓之一平坦化表面平行且離一預定距離 處，該至少一渦流電流感測器能夠偵測到該晶圓之該平坦 化表面上的一金屬殘留物。 24· 一種在多步驟基板製程中之基板上的金屬層測量方 法’其包含有： 修改該基板上的一金屬層； 將至少一感測器設置在與該基板之該表面離一預定距 離處；以及 ^ 映射該基板的該表面，以便決定該基板之該表面上的 該金屬物之一均勻性。 25·如申請專利範圍第24項的在多步驟基板製程中之基板
    第34頁 200408033 六、申請專利範圍 上的金屬層測量方法，其中，修改該基板上的該金屬層， 包含在該基板上設置該金屬層。 2 6 ·如申請專利範圍第2 4項的在多步驟基板製程中之基板 上的金屬層測量方法，其中，修改該基板上的該金屬層， 包含從該基板處移除掉該金屬層的至少一部份。
    第35頁
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