TW200539335A - Torque-based end point detection methods for chemical mechanical polishing tool which uses ceria-based CMP slurry to polish to protective pad layer - Google Patents

Description

200539335 14725twf.doc/m 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及化學機械研磨（CMP)。具體說，本發明 涉及半導體裝置的批量生產以及採用不同化學機械研^液 包括鈽基化學機械研磨液對晶圓的經濟實惠的、精密的化 學機械研磨。本發明也詳細具體地介紹了旋轉式檢測 操作。 2_a·本發明人發明專利的交叉引用 下面所介紹的美國應用專利也屬於本應用專利發明人 所有，因此，本專利中做了具體參考引用。 (A) 專利 10/677785 由 Kuo-Chun Wu 等人於 2003 年 1〇 月1日撰寫，最初發明名稱為“多工具、多研磨液的 化學機械研磨”； (B) 專利 10/χχχχχχ(代理人案號：M-12981 )由 Kuo-Chun

Wu等人於2004年撰寫，最初發明名稱為“採用氧化 鈽基研磨液的化學機械研磨設備與墊片磨合的方 法，、 為了避免前後混亂，本交又引用部分（2a)在本發明 後面以（2a’）表示，並置於權利要求說明書之前。 _專利交叉引用 在本專利中，參考、引用了以下美國專利： (A) Tai等人2002年8月13日發表的美國專利 200539335 14725twf.doc/m 6432728B1，發明名稱：“採用化學機械研磨終點檢測 技術積分最優化的方法”； (B) Boyd等人2003年9月2曰發表的美國專利 6612902B1，發明名稱：“採用集成終點檢測的方法與 儀器”。 ’、 為避免前後混亂，此交叉引用部分（2b)在本專利後面 以（2b，）表示，並置於權利要求說明書之前。 2c·已公開應用專利的交叉引用以及其他 在本專利中引用、參考了以下已公開的美國應用專利： (A) 公開於2003年1月9日的美國專利 2003-0008597A1，發明人：Tseng 和 Tung_Ching， 發明名稱：“化學機械研磨技術的終點檢測_二 元檢測法”； (B) 公開於2003年9月25日的美國專利 2003-0181136A1 ’ 發明人· Billett 和 Bruce.H，發 明名稱：“視窗式化學機械研磨墊台”。 為避免前後混亂，此交叉引用部分（2c)在本專利後面以 (2c’）表示，並置於權利要求說明書之前。 【先前技術】 正如發明名稱所示，化學機械研磨（CMP)是機械去 除和化學去除的結合，用於將置於工作臺上的工作物件的 表面研磨至所期望的光滑度、平坦度和厚度。有些化學機 械研磨技術更取決於化學去除機理而有些化學機械研磨技 200539335 14725twf.doc/m 術則更依賴於機械或其他去除機理。舉例說明，二氧化石夕 化學機械研歧是典型的射於顧㈣_來去除表面 物質，_化雜學機械研磨妓典_嫩於化學反應 和表面張力機理來去除表面㈣進而平坦未研磨的表面。 上面所提及的被去除的物質—般為半導體晶圓上的氧化物 塗層（使晶1}呈現平坦或非平坦的表面形貌）。 當進行化學機械研磨時，由機械刻侧粒或化學反應 顆粒或表面雜誠其他㈣顺摘研練沉積在 形研^中。研磨塾由第―馬達驅動而旋轉，此時，機二 應力帶動㈣研純和化學顧研歧—起與待研磨 =物件表面（如半導體晶圓）產生擠壓接觸。第二馬達則 帶動工作物件逆研磨塾和研磨液旋轉。當研磨液組成斑工 表面物質發生化學、麻作用時，工作物件表面物 貝以各種研磨機理而被去除。 隨著研磨過程的進行，含有碎屬的使用後的研磨液從 旋轉研磨射翻简鮮㈣研磨㈣添加人研磨塾以 代使用後的舊研磨液。在典型的研磨步驟中，研磨塾 =盤緊密結合以便使含有研磨液的研磨墊表面能夠與研磨 幾了作物件反旋轉動；待研磨的玉作物件表面面朝 下J疋轉、含有研磨液的研磨墊擠壓以便研磨液能夠按 期^速度去除:n作物件表面物f ;在研磨工藝最後 研磨塾、研磨液以及工作物件，此時，濕潤工作物件、從 =作物件表面去除碎屑和研磨液。同時也可以濕潤研磨 。-般情況下’同-研料（如多孔聚氨自旨）可以用來 200539335 14725twf.doc/m 研磨多個研磨模組而每個研磨模組包括 件。 〇片工作物 研磨液的組成由眾多因素決定，但其中 =因素之-是化學機械研磨所要制的預果=決 ，磨工作物件的組成以及表面形貌也是決定二:：， ^於研雜和1作物件之間的摩擦力 =隨著 =的工作物件表面的組成、溫度以及表面形;= === 一種終點檢測方法追縱存在於工作物件和研 L S的摩擦力’這就是上文所說的終fi檢測法。 地說，實際研磨操作何時終u根據大量不 同參數來決疋。而馬達旋轉就是其中之一。一種非 ^決定演算法㈣只_研料間來蚊研賴作終止的 時間’即當旋轉盤、研磨液以及反旋轉的工作物件之間的 接觸f“力達到預疋義值時，開始計時直到接觸摩擦力消 失，這段時間便是計時器的終止時間值。 、更為複雜的研磨終止檢測技術可以採用多個終點檢 /貝J方法以及根據終點檢測而得的多個可選終止時間。其 中;1終點檢測可以基於回饋作用力、研磨工作物件的光學 性貝（如反射性質）、研磨工作物件的性質以及研磨工作 物件的化學性質（如碎屑分析）等等來實現。 通常採用的研磨終點檢測法主要根據研磨墊、研磨液 和工作物件表面在接觸作用過程中的表面區域的變化，當 工作物件表面犬然從非平坦形貌變為平坦形貌時，通常情 況下，在此階段研磨墊和工作物件之間的旋轉會急劇提 200539335 14725twf.doc/m 升，因為研磨墊與工作物件之間的表面接觸面積與平坦度 之間是一階冪關係（在此階段，工作物件並非完全平坦）。 在傳統的旋轉式終點檢測操作中，一個或多個研磨塾 旋轉馬達以及工作物件旋轉馬達的電能消耗（如 可以作為馬達旋轉的指示。一般認為在恒壓下馬達維持在 -定的轉速下，當磨擦力增加時’馬達通常需要更多 能來維触定輕（在某龄針，輯指稀號來自於 電壓反饋回路而並非直接來自於馬達電能）。因而 電能需求的突然、大量增加表明玉作物件已經達到一階平 傳統的婦式終職測紐的主要問題在於研 =中：不J所有的非平坦工作物件均能達到預期的化學機 =磨狀心舉例說明，上述所提及的美國專利胸咖 研磨設備上提前進行了研磨。ΐ期 氧磨 利用該分界線來決定研磨=。： 疋在此過耘中可以採用簡單的超時時間 仁 f夺技術由於存在開環特性使得其檢測結果測: ’相比之下’閉環終點檢測方法的效果明顯要好 200539335 14725twf.doc/m 本發明試圖提供-種期望的終點檢測方 =錦基化學機械研磨液的研磨工藝並且新工作 貌的差別對研磨結果不存在任何影響。 / 【發明内容】 本發财提供了採用旋轉式終點監測方法 :械研;姻以及方法。其中旋轉式終點監測方法;以 == ㈣化錦基化學機械研磨液的工作物件J 任何^ 工作物件形貌的差別對研磨結果不存在 ίί具體說，本發财採用淺凹槽隔離晶圓做了-季 試驗。其中每個淺凹槽隔離晶圓都具有-層介入^ 行研磨的過程中，當氮化矽墊層開始 =二==層和下表層―夕層之間的ί 行鋪基化學機械研磨液對工作物件進 信號進行監測 擦力將發生-致可制的、特徵下’研磨摩 ㈣=1綠’㈣波演算法對研磨摩擦力的下降 ，，明化學機械研磨方法包括以下_# W採用氧化飾化學機械研磨 二. :=除沉積在工作物件—上=::磨： 監測，件舆研磨塾之間 12 200539335 W5刀曝路的狀況），（d)根據所提及的摩擦下降信號的監 測，繼續研磨一段預定義時間以便使氮化矽層完全曝露。 對摩擦下降信號的監測包括以下步驟：（c l)定義斜 ♦ 率確定視窗，其中包括-曲線輸人邊（曲線輸人邊上有— _ 曲線輸入點，如曲線輸入邊的中點）；還包括具有各自定 義寬度的頂輸出邊和底輸出邊；另外還包括一^義高度並 具有與曲線輸入點相對應底中點的曲線輸出邊。（c2f採 用至少三個連續視窗檢測摩擦指示信號以確定是否有至少 二次連續摩擦指示信號通過至少三個連續視窗的各自視冑 底部輸出。（c.3)確定通過至少三個視窗中的最後一個摩 擦指示信號曲線的最後輸出（即氮切層部分曝露的時 間）。 根據本發明，化學機械研磨設備包括· $小一

盤至少其一由馬達驅動旋轉，從而

從而在研磨墊和待研磨工作 藝控制器，其與用於接 13 200539335 14725twf.doc/m 於監測(e3)第二監測，繼續監測用 狀態(曝露於部;示信號，其指示了部分曝露 度研磨，當上述所提下的氮化梦層）’·（e4)過 磨至一預㈣π 及的私下降信號監酬後，繼續研 、4，目的在於完全曝露氮化矽層。 本專利的其他方面將在以下詳細描述中得以體現。 為讓本判之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯 易懂’下文特舉較佳實施例，並配合所關式，作詳 明如下。 【實施方式】 圖1Α為可以作為能夠處理大量待研磨工作物件的批 量生產線的一個部分的化學機械研磨設備1〇〇的簡圖。一 又工作物件批ζ人化供應於機台，而這些批次包括已圖案化 STI圖形之晶圓批次110。對於那些在批量生產這門技術上 具有豐畜經驗的人來說，工作物件批次之間、同一批次中 的工作物件之間以及每個晶圓操作表面之間獲得相對一致 性的研磨結果是可行的。在圖1Α中，已預先圖案化的半 導體晶圓批次110通過設備邊界102以轉移的方式從外圈 90進入(101)到研磨設備100。化學機械研磨設備1〇〇 一般 情況下需定期更換研磨墊150和氧化鈽化學機械研磨液又 162或氧化矽化學機械研磨液以研磨已移轉入機台的工作 物件批次。在本發明的一方案中，含氧化石夕的化學機械研 磨液用於研磨每個晶圓的頂部而含氧化飾的研磨液用於更 佳地平坦化、進一步研磨已被含氧化矽研磨液研磨後的晶 200539335 14725twf.doc/m 圓。 不同的安排可能將妨礙研磨液通過每個工作物件的 待研磨面。舉例說明，旋轉盤155支撐—可替換的研磨墊 150’而獨立的旋轉的晶圓承載器13〇分別抓取内部旋轉的 攻堅並使其面向下與旋轉研磨墊15〇的工作面151壓力接 觸。第一馬達135驅動晶圓承載器13〇旋轉，而第一馬達 135受工作流程控制電腦18〇 (通過控 控制。電腦⑽可以奴-程式來控制第—馬達 在以恒定速度之内，以使晶圓承_按照預設角速& 4 V2旋轉。 >另外，電動或其他類型的馬達可以用於化學機械研磨 設備100其他部件的移動。其中其他移動部件包括但並不 局限於平臺155和粗糙化/條件化圓盤14〇。液體臂 選擇性地傳送沖洗液161(例如隹子水）、切研磨液162 或含錦研磨液163至研雜紅作面⑸；電腦控制闕165 用於決定液體161—163何種、何時被傳送；來自工作流程 控制電腦180的閥控制信號由電連接線路186傳送。（在 此含矽化學機械研磨液是指任一或多個包括一定量的用於 ❿ 化學機械研磨過程的Si02顆粒的混合物；而含鈽是指任 一或多個包括一定量的用於化學機械研磨過程的ce〇92 粒的混合物。） 化學機械研磨設備刚還包括鑲嵌有金剛石的粗輪化 /條件化圓盤140’其作用為在研磨塾的起始化或/和條件化 . 操作過程中橫掃研磨墊的工作面151以便粗糙化或條件化 15 200539335 twf.doc/m 14725twf.do 除此之外’其他形式的粗糙化/條件化方式可 以作為鍈敢有金剛石或圓盤型設備的候選方式。然而 2於研磨録面和研舰紅作物件移射以通過線形移 動的方式得以實师物-研磨帶），另外旋轉補的多 也可=作為候選方式。本發明並不局限於旋轉機械裝置。 本發明-方案巾，切研磨液162用於研磨塾 始化而含鈽研磨液163用於圖案化晶圓11〇的進一步研 磨；用於控制粗糙化/條件化的圓盤14〇電連接

謝，而用於控•作物件晶圓承載器m上下移動的電連 接線路記為183 ;控制電腦18〇可以結合 備100的其他部件一起操作而向設備或/和來自言^的接又 叉傳感信號發出控制命令。一個或多個電腦程式185可以 ，過有形電腦介質（如CD_R0M光碟）或網路187以製造 指令信號的形式載入控制電腦則中，從而使電腦18〇、 以按照預期操作執行任務。 ^了說明起見，簡要描述一下已圖案化阳圖形的晶 0 111的兩步研磨操作.。第一步，使用含矽研磨液

⑴進行部分平坦直至—階平坦程度；第二步，使用含飾 化學機械研磨液進一步平坦部分研磨後的晶圓直至高級數 平坦度。此處晶圓m可以是單晶半導體基材（如矽）和 其他位於該基材之上的不同種類的層狀物質，包括化學氣 相沉積的氮化矽層以及沉積於氮化物層頂部的高密度=喂 氧化層。高密度電漿氧化物填充在大量的淺溝槽中$而= 活性裝置（如電晶體）之間形成淺溝槽隔離。活性裝置基 16 2005?狐 材表面將被犧牲墊物質如矽的氮化物所覆蓋。其他填充溝 槽的絕緣物質、保護基材的其他組成，研磨墊物質皆可被 採用。化學機械研磨設備100過去常常用於精確地、精密 地研磨位於氮化矽和研磨墊層頂部的高密度電漿氧化層。 精細研磨意味著完全曝露和精細平坦待處理的氮化物層在 不刻姓太多氮化物層或導致太多的仍然存在於鄰接溝槽中 的面岔度電敷氧化物的碟化現象。由此可見，在批量生產 環境中要做到一致的精確度仍然具有一定的挑戰性。 當新工作物件移入設備100中時，許多相似的工作物 件批次化一起移轉。當每個工作物件研磨完成後，後研磨 工作物件（如研磨後的晶圓112)留在設備内直至在設備 100中累積為一批次量的後研磨工作物件。後研磨的批次 然後通過設備的密封邊界102轉出。典型情況下，移入或 移出的工作物件批次包括1〇片或更多的工作物件，而常見 的數量為母批次25片工作物件。未圖案化的空白晶圓也以 批次的形式移入設備1〇〇中以便研磨塾進行起始化。 儘管看似很簡單，但是為了達到預期研磨效果，化學 機械研磨設備1〇〇有許多變化參數需要控制。這些可控的 變化參數188包括：研磨接觸壓力（P)、研磨墊旋轉速 度（VI)、晶圓承載器旋轉速度（V2)、研磨液加料速度 (F)、接觸表面溫度（T)、研磨液組成（186)、沖洗 液去除速度（R)以及不同研磨操作發生的時間長度和順 序。而這些變化參數都通過工作流程控制電腦18()和載入 的軟體或電腦資料（185和187)來管理。本發明的主張採 17 200539335 14725twf.doc/m 用多台自動設備（如數位處理器）而並不採用集中式設備。 參考圖1B (沒有按照實際比例繪製），其為解釋說 明化學機械研磨工藝中某些附加細微差別的剖視圖。支撑 研磨墊的平臺150在粗糙化之前最初是很平坦的、光滑的 表面，僅有極少的囊袋或空隙曝露於其上表面。當經過設 備中的粗糙化後，研磨墊150,的表面151，通常情況下將會 出現統计學上均勻分佈的、額外的凹槽、溝槽或其他類型 的表面空隙/凹痕，其中凹痕均勻分佈於工作面，有著包含 及攜帶設備内的研磨液166的作用。當晶圓承載器13〇，將 工作物件放低至與旋轉研磨墊15〇,壓力接觸時（在此情況 孀 下，半導體晶圓具有預先形成的溝槽122)，研磨液166 和研磨墊表面151’一起旋轉並開始與支撐工作物件的晶圓 承載器的下表面121接觸。工作物件和研磨墊與研磨液的 結合層之間的摩擦力成為馬達135,旋轉晶圓承載器13〇， 的旋轉載荷。138為典型的摩擦力與時間的關係圖。 通常情況下，電驅動線路134驅動馬達135,以便使晶 圓承載器13G’維持在-恒定的旋轉速度％上，而輸送至 馬達的電能通常隨著來自反轉研磨墊的摩擦阻力的增加而 · 增加；當馬達的旋轉下降時，馬達的能耗也隨•之降低。 測量馬達旋轉的常用方法就是測量其馬達的能耗，而 通常是在電壓恒定條件下測量馬達的電流。在一個典型的 摩擦力與時間關係圖138中我們可以看到，在研磨塾與工 作物件相互接觸之前的第一時間點1〇的摩擦力為零卞夺 · 間點t(^tl之間，當研磨液166開始與工作物件表面⑵ . 18 200539335 14725twf.doc/m 的拓撲表面形貌接觸時，摩擦力將發 初的f察作用在此稱為1^1^作用。 動k取 斑工=件1 接ΐ狀態Ll將在勤作用τ的研磨墊 如果假設在Ll階段研磨塾與工作物件表== 對恒定’則摩擦力Fl在相應的時間點⑷ 之間也：持相對的恒定；當從晶圓最初上表面ΐ2ι α㈣】 :里至較深的目標表面（l4)時，假設給定晶圓12〇

到：二=if變細至很窄的寬度，那麼當研磨操作進展 Λ Γ 2時，即在時間點t2至t3之間，摩擦力從 1線性增至F2。其中原因在於:研磨墊和工作物件表面121 ^間的接觸面積隨著逐漸變細的凹槽122寬度的下降而線 性增加。

在某-時間點6上，研磨塾與研磨液的結合層將填滿 正個凹槽底部（LeVdL3)而在時間點tjt4之間，研磨 墊和工作物件之間的接觸面積急劇提高。由典型的摩擦力 ”時間關係圖138我們可以看到，摩擦力在波形範圍内131 相應地從^急劇上升。當研磨到面抵達^位置時， 即對應於急劇上升131的頂端132處的時間點t4，工作物 件的平坦度發生明顯的提高。但這並不是說在L3處的工作 物件達到了完全完美的平坦度；通常情況下，此時在工作 ，件的表面還存在許多微小的凹凸，但是級數為一階或更 回的空間範圍比採用研磨凹槽特性所定義的凹凸更精細。 L3處的平坦度可以稱為一階平面化，當研磨操作由一階平 19 200539335 14725twf.doc/m 坦Level L3繼續至目標Levei L4時將獲得更高級數的平坦 度0 通常情況下，一階平面化Levels是通過監測馬達轉 動由相對較小值F2上升到較大值心的急劇上升131而得 以監測的。根據該急劇上升13卜再结合實際經驗知識， 過度研磨時間常量Tv偏移量為從Level l3研磨至目標

Level u所符績的打間。當達到預設時間Τ45時，解除研肩 墊與工作物件之間的接觸壓力。圖表138表明，在從 L3研磨至目標Level L4的過程中，對應於時間點。與“之 間的摩擦力在範圍137内可以保持為近似常量（大約^ F3)。實際上，摩擦力隨著平坦度的提高而有輕微的增加 從而導致研磨墊/研練私作物件表_有效接觸表面 積也有所增加。然而，通請況下這_増加所發生的 ，比圖表！38輯的翻137要小，其麵力的值也並不 處於F2和F3壓力值附近。 圖1C和圖1D對於如何方便地監測處於屢力Μ 之間的delta提供了更為具體的描述和 阳、

圖_示的硬體系統17〇可以結合其發明中， 新穎的軟體選擇性地使用，因此，圖lc ^ 不是必要的)。參照圖1C所示系統圖(17〇)與^= 並、 138)的結合，從中可以看出，電流計（a \' ° =達135”來監測電流的下降，向信號過據放大 耠供一數值指示信號169，此處電路181的 像一數位轉換器（A/D，沒有具體書出） 〇 一圖 _ ^另外，電流計 20 200539335 14725twf.doc/m (A) 133也可以提供用於指示馬達電流值的數位信號 169’在此條件下@像_____數位轉換增加量和電流計I%的範 圍可以通過電腦18G，L制。在本判所介紹的方案 中，雜訊濾除、增加量調整以及電路181的偏移差 節功能都刻通過安裝於工作流程控制電腦18〇，，中的軟體 185”來控制（通過連接線路⑺）。當晶圓承載器13〇” 開始抵抗研磨墊和研磨液的摩擦而旋轉工作物件時，控制 軟體185’’’適當地調節偏移量或增加量參數中的至少 其中之-參數；如果不行，電路181或133的遽波參數將 為通過電路181而輸“數健力指示錢建立—個適當 的觀察範圍189。在tG至tl時間内對範圍、增加量做一調 Γ以使f力才曰不^唬171的值L1和L2的大概位置處於 觀察視窗乾圍189的中間和低於—半處（如全局範圍的25 %處）。電路181的驗參數可崎先設定或即時適 當的調節來降低來自於研磨設備⑽内部或外部的雜訊。 在向-階平坦急劇過渡131’的預期時間之前，停止。在 批量生產環境下，相對放置有新進晶圓的相似模組—起研 磨，增加量調節的停止_粗率近似值可以通過 131’將發生的時間t3來實際決定。 圖188為數位樣品值信號的—般外觀圖片，通過 控制軟體185”接受的信號隨著如圖138,中摩擦力相應的 ，化以及集中於急劇過渡131”的預期時間t3之前的增加 量和偏移量調節而變化。條件處理過程如1D流程圖^示。 在步驟⑼中，電腦⑽，，促使淺溝槽隔離晶圓（如圖m 200539335 14725twf.doc/m 中的120)與研磨液和研磨塾之間產生摩擦力；在步驟i92 中’電腦等待摩擦接觸以及相互作用穩定性的檢測；在舟 驟193中，電腦做可選擇性的適當調節電路18ι的雜訊^ 除性能以便提高訊號雜訊比；在步驟194中，電腦假二 已經獲取，控制軟體185”開始調節輸出信號171的^二^1 以及可選偏移置以便使L!或L2的值近似位於圖像〜數位 轉換範圍視窗189的中間或低於四分之一處。所有、言此* 驟可以通過圖188的波形部分194a來表示。 ·'

當增加量和/或偏移量調節結束後，工序190繼續 至步驟195 (接受表示摩擦力大小的樣品值），然後控Y 軟體185’’進行測試，最後檢測斜率對時間的主要增加量 在此可以使用很多不同的機械操作演算法來監測這 增加量。當然，由於雜訊或因為次要的、緩慢上升值， 類測試將降低:欠要增加量。如果斜率料_主要增加旦 沒有檢測到，那麼反迴圈路徑i 96a將開始起作用且 Z 及等待將賴進行；而當主要增加量最終被監酬時 徑196b開始運行。在此時間點，沒有必要讓軟體繼續 Π2由電路181產生的樣品值信號⑺。因此，軟體二 停止監測。在圖188中用T196c表示監測的終止。 一旦監測駐斜率的增加，軟體立馬跳至步驟197， ，取預確定的超時時間值並作用於計時器（如電路） 時時間值（T45，）是在當前條件（p、VhV2以~ =物貝!·生冑）根據⑨備的研磨速率和實際經驗預先確定 的。其目的在於使卫作物件在深度研磨擁巾保持相野— 22 200539335 14725twf.doc/m 致的厚度並在監測之後研磨工藝進展到預期目標值（如m 的L4)。步驟198在當前條件下（？、从1、¥2等）工作 物件繼續研磨超時時間值。當超時時間（丁45，）一到，軟 體演异法（190)立馬跳至步驟199，從而控制降低工作物 件與研磨墊和研磨液接觸面之間的接觸壓力以便使研磨工 云進入到與期望目標平坦度L4接近的平坦程度。接觸終 止指令可以通過圖1C中的電路174來傳送。 根據圖ic巾的曲線圖138，可以看$，當在曲線188 :的195b區域監剩綺率增加後，摩擦力經常會持續緩 =上升。摩擦力的輯增加（⑺，）—般是因為研磨過程 中-階平坦狀態向二階平坦狀態的 後的摩擦力增加做出反應，因為監= 線圖188中‘‘X，，196c點停止。 你囬 摩挺’ _二階平坦賴提高仍齡觀察到 開:油^交化、。晶圓與研磨塾之間的摩擦力在降低 座^觸ρ π異果研磨液開始與新曝露的物質層接觸，那麼 的物質層相比，其具有相對較低的摩： 類（如含鈽或含矽研遼、;木用的化學機械研磨液的種 參照圖3/可以及新曝露的物質層的類別。 處（時間點η二麻緊^一階平坦上升部分337的340 寻間點t6)的摩擦信號有所降低。 晶ϋ 的操作之前，_A—2C中的 層圖2Α為展不研磨圖案化之淺溝槽隔 23 200539335 14725twf.doc/m 離圖形晶圓220過程中的第一步2〇1的剖視圖。其中晶圓 220具有不平坦的原始上表面221，許多相對較大的溝槽 222存在於其上。原始上表面別由在初期均勻沉積於石夕 基材225之上的氧化石夕223 (如高密度電裝氧化物）組成， 而基材225中存在溝槽226 (因為其用於淺溝槽隔離）。 另外，有極少的氮化石夕墊層224位於凸台的頂部，凸台則 是由於溝槽隔離區226的形成而產生。沉積氧化物223均 勻地塗層在基材溝槽222和氮化物墊層224上。 採用圖1B所使用的專有術語，圖Μ所示的化學機械 φ 研磨工藝可以描述如下··當研磨操作 作用於溝槽填絲質223 (LevelL1，）時，此時m力 值記為第一摩擦力F1;隨著溝槽填充物質223的移除，研 磨液進入中間水準L2，（ LevdL2，），此時如果溝槽氧化 物222端點被逐漸細化，相互作用的晶圓與研磨液之間的 摩擦力將發生輕微變化（如上升到F2);當研磨液進入 Level L3’時，工作物件獲得一階平面化，在此階段相互作 用晶圓與研磨液之間的摩擦力通常急劇增加（增加至圖3八 所示的值F3);當超過Levd L3,後，研磨液繼續起研磨 · 作用，隨之將獲得二階或更高級數的平坦度。尤其對於含 鈽或相類似的研磨液，還需要採用精研磨介質。^研磨二 進入Level L4.1時，摩擦力繼續提升或穩定，此時只有幾 埃(Angstrom)的厚度從氮化矽墊層224的頂端移除。我們 所期望最終研磨水準是L4.2,此時位於氮化物墊層224之 - 上的所有氧化矽都已被去除，氮化物墊層224的頂部完全 24 200539335 14725twf.doc/m 曝路出來，但是晶圓上的氮化物層各自的厚度與原如 相比較並沒有發生實質性的降低。 、’、"又 在實際過程中要獲得期望的最終研磨L4 2，即目標深 度是非常困難的。其原因有很多種。第一、從LevdLl， 到LevelL4.2的厚度在批量生產中是不同的，本發明的實 施方案中L1’與L4.2之間的正常厚度約為6〇〇〇〇人但苴可 以在約5500A至約6500A之間變動；第二、監測Level^4 i 與Level L4.2之間的過渡點的方法的可靠性、一致性以及 精確度都還不清楚，特別當使用鈽基研磨液時更是如此。 氮化矽墊層224的厚度通常相對之下很小，一般約為7〇〇人 至1000A數量級（從Level L4e2到Levd L5的厚度）。對 於6000A厚度的氧化物層若具有1〇%的偏差，而這對於 700A至1000A厚度的氮化物層來說則相當於其具有多於 50%的研磨疾差（如600A)。這一巨大的變動對於接下來 的工藝疋不月b接受的。第二、晶圓表面的一致性是很難維 持。某些化學機械研磨設備或研磨工藝在晶圓的幾何區域 (如中心附近）很容易研磨過度而在另外的區域（如圓周 附近）又很容易研磨不足。諸如此類的不確定因素造成在 整個可操作晶圓表面上很難獲得一致的研磨結果。 圖2B為至少兩種可能狀態202剖視圖。在本發明方 案中，具有淺溝槽隔離圖形的晶圓220,在單獨的;^ 中預先研絲^山， 磨液（如使用矽基研磨液而不採用鈽基研磨液）；在另一 方案中，具有淺溝槽隔離圖形的晶圓220,使用第一化學機 25 200539335 14725twf.doc/m 械研磨液（如矽基研磨液）在當前設備（1〇〇)中進行第一 階研磨並研磨至Level L3.1，，然後同一設備（i〇〇)切換 至操作方式，此時將改用更具研磨性能的研磨液（如鈽基 研磨液）繼續研磨操作，直至目標深度L4.2,。 ^在任一 202狀態之下，原先可得的形貌的差別當經過 衝擊填充溝槽222的底座（如圖2A)之後便不可得了，因 ，這些溝槽底面222,與溝槽填充物質223,（如高密度電漿 氧化物）的表面區域221，實際上已經處於同一平面。當處 於Level L3· 1 ’即將開始的研磨繼續研磨至L4·丨，和L4 2，之 間範圍時，就需要採取新的方法來監測決定。確保研磨不 ，入土evelL5或更深程度是非常重要的，因為當研磨過後 還要安裝活性裝置（如電晶體）。當研磨至1^^1[5或更 深將給活性裝置區帶來不可挽回的破壞。 圖2C為展示圖2A或2B中晶圓可能的進一步狀態 2^)3。的剖視圖，其中，當進一步研磨時，碟化效益將導致 曰曰圓的不平坦化。假设圖2A或2B繼續研磨至超出目標深 度L4.2，結果將導致過度研磨，氮化物研磨墊，，的頂 ，（224.3)將處於LevelL4.3，，而溝槽填充物質奶，，的頂 P (222 )將處於更珠水準L4.4’’。氧化物和氮化物層的 各自頂部224·3和222”不再處於同一平面，原因在於所使 用的化學機械研磨液能夠以比去除氮化物（224，，）更快的 速度f先去除氧化物（223，，）。當氧化物頂部下降至氮化 ，頂°卩之下時，此時這種效應稱為碟化。形貌變化將導致 旋轉摩擦力下降之後緊接著開始增加，其中下降是由於有 26 2005職m 效表面積的降低而緊接 沖洗區域的凸台累芦_主上、有更為複雜的機理如在 原因-直並不：太‘楚=張效應。儘管其他額外的 於變得不可預測這旦碟化效應開始摩擦將趨 g碟化效應開始的點在批量生產設置中幾乎沒有 的圖幵 ==_試驗發現圖3A 其可以作力下降能夠重複並可加以利用， 曰圓矣； A度為减物研餘的底部L5至處於 磨墊頂部之間的距離，從‘ 不rJ f )。試驗採用了不同的鈽基研磨液和 =贿厚临仙，和目標深度一2二 故:儘官在使用含鈽研磨液過程做了故4的變化和 重=的初始厚度，但通過自動機械操作方法發現 了罪的彳示記具有相當的一致性。 更為明確的是，本發明人發現：在-P皆平坦（332， ϋ'Γ處）獲得之後，摩擦力曲線將繼續慢慢提升和/ Ϊίΐ到穩定平臺，此時獲得二階或更高平坦。然後， 6開始，摩擦力曲線圖經過峰值點341後將暫時 此處的峰可以是一峰形平臺而並不僅僅是一點 吉/〜著摩擦力曲線的負值部分342 (峰點或峰平 ’將有一個或更多的點345 一致地、相對精確地 不研磨深層L4」5,其與目標深層L4.2〇之間有一固定 27 200539335 14725twf.doc/m 距離因此、，如果—個預先指定的過度研磨在可靠的分界 點345被監測出時開始、如果該過度研磨繼續至預設持續 時間T67、如果該研磨在預設持續時間τ67的終端—處 · 停止不再繼續，那麼完全曝露的氮化碎（如圖％中# 224曰）的批量產品厚度的一致性將得以實現（通過對每個 批量生產的晶圓以及從—個晶圓至下—個晶圓的統計核 查）。確證此現象的試驗結果通過以下表格的形式給予提 供。 對於後開始的過度研磨，預設持續時間Τ67可以從一 籲 通過實踐經驗建立起來的資料庫獲得。該資料庫將τ67值 指定為-個或多個研磨參數的函數，其中參數包括：（a) L4.2或其他可以獲得的目標深度；（b)研磨液的種類（如 飾基或魏研魏）和/或使㈣特定研磨液的組分；⑷ =作物件類型（如預先研磨的淺溝槽隔離晶圓或其他種類 晶圓）和/或特定工作物件物質的組成；（d)研磨接觸壓 力（P) ; (e)研磨墊的轉速（V1) ; (f)旋轉盤的轉 ，（V2) ; (g)研磨液加料速度; (h)接觸表面 籲 度（T)以及（§)為了更好地指定最佳過度研磨值τ67 的其他適合資料庫的研磨參數，舉例說，在與預期目標深 度有關的情況下，氮化物研磨墊的組成和/或 L5至L4.2的 厚度都可以成為資料庫參數。另外或可選擇地，資料庫可 以才曰疋Τα值作為用於確定可靠分界點的特定監測方 法或監測方法類型的函數。在後面將可以看到，略有差別 · 的終點檢測方法可以用於確定相應的分界點345，根據演 · 28 200539335 14725twf.doc/m 算=所獲取的過度研磨值Τ67與取自 研磨值τ67略有差別。 、订早町取佳過度 氮化矽墊層224需要使其上表 因在於接下來其將遭受渴職 =王曝路的原 貝一疋不幸的疋’ _姓（如稀氫氟酸溶幻也會 氧化物’但其刻料度很低。均勻 、子又疋化予枝械研磨—曝露氮化矽研磨墊所 去除精確控辦度的化學機械研磨—曝露氮 2需要的時間長得太多。如果濕職持續的太久，工作 物件的其他料將發生不敏的破壞。目此，對於化學 械研磨的最好結果是所有的氮化石夕研磨墊本質上完全曝露 j上表面和在每個晶圓之上的氮化物墊層的各自厚度均勻 一致，且厚度浮動不超過5〇A—1〇〇A，對於氮化物塾層厚 ，約為850 A的特別應用優選20入一 3〇A(可接受的浮動 隨應用特性而定）。試驗表明設計能夠可靠地監測摩擦力 曲線的峰值341出現後不久將產生的一個或多個信號點 (如曲線301中的點345)合適的終點監測方法是可能的， 其中摩擦力曲線表明從二階平坦向墊層（如氮化物）開始 越來越多地被曝露的狀態過渡。 參照圖3B，其中對淺溝槽隔離摩擦力曲線3〇2的前峰 值和後峰值部分作了具體深入的探討。數位摩擦力指示樣 品信號通過電腦接收，其在一特定的視窗389中具有一相 對值且值得做進一步的檢測。視窗389可以位於表示轉向 29 200539335 14725twf.doc/m 一階平坦的急劇上升331，，尾部以及表明達到—階平坦且 二階平坦開始的過渡‘點332”之上。出現在急劇上. 331”早期階段的樣品值329通常情況下並沒有多大價值， 並不期望有太寬的用於數位處理的視窗389， : 窗的圖形解析度是有限的（如精確度為24位元組）而°通過 耗盡對樣品值的視財限範圍來獲得有限的益處是

費。 />C 觀察視窗389至少應該可以觀察到表示獲得二 局基數平坦度的淺溝槽隔離摩擦力曲線3〇2的尾 337” ’·觀察視窗389至少應該可以觀察到表示氮化石夕表面 斑點開始曝露的淺凹槽隔離摩擦力曲線的341，， 利用實際延遲時間來避免收錢品值過早沿331八 ^⑽之前和之後很短的時間^。341，，部分和^ ”和347之間，摩擦力與時 =有一短暫時間的負斜率’但這一短暫的時間不二 通常情況下，認為這一負斜率曲線部分M2 與提高低摩擦氮切的曝露面積 產 ==广升面積同-區域中的高=二 磨*有關。我們認為在負斜率曲線部分3 4 2 附近存在錄競爭機理共同導致雜力再—階㈣加/ 7 -摩擦力增加在研磨部分將變得更好，因為氧^表面= 30 200539335 14725twf.doc/m 氮化石夕表面的頂部本質上彼此已經處於同一平面。當刻姓 曝露的氧化石夕表面頂部比職曝露的氮化石夕表面頂部要快 的短暫時間後，碟化機理可能開始其作用。接觸面積隨碟 化的出現而降低，而正常條件下其將導致摩擦力的下降。 然而，當採用含飾研磨液時，由於碟化機理和/或研磨液表 面活化效應而帶來的研磨殘渣將導致摩擦力的全面增加， 如曲線302上升部分349所示。 曰 摩擦力增加和下降機理在時間t6,即曝露的氮化石夕的 第-個斑點出現的時間和時間t8，即碟化出現的時間之間 開始生效起作用，摩擦力與時間曲線302為近似s形，因 而在兩者之間存在—拐點346 (拐點或突變範圍346為的， ft8’曲線段部分，在此範_近其負斜率將停止變得越 越負並開始有所回正；雜力對時_二階導數在拐點 346口附近為零）。實驗表明在峰341，，之後的曲線上的點以 ^刀點346附近的點都能夠作為用於精確觸發研磨是否 ，時間點的穩定分界點’其中研磨繼續與否時間點能夠穩 二且幾乎精確輯含聽學_研磨的停止（按照預^ 才示平面L4.2)而結束。 、圖4A-4C解釋了為何認為峰糾，，之後的曲線上的 =及招點346附近的點都能夠作為穩定的分界點的”，、。 二4A為晶圓研磨過程中晶圓表面4〇1與研磨液接觸 :形貌簡圖’此處所指表面401僅有一層非常薄的 乳化石夕’此日夺低摩擦的墊層仍然處在晶圓表面4〇1之下。、 4.10處的研磨進度表明上表面彻不久將開始出現氣化 200539335 14725twf.doc/m 矽斑點而此後研磨很快將進入到下一水準L411 (圖4B)。 根據圖4B所示，研磨操作進入Level L4 ]1。在此階 段，Ik機但尺寸大體上相當的曝露氮化石夕斑點將開始出 現。某些曝露斑點很大而其他相對來說則較小些，在初始 研磨過程中這些都是隨機的。另外，並不是所有的晶圓^ 即出現尺寸大體上相當的曝露氮化矽斑點。通常情況下， 研磨設備都具有反映曝露境況的可選圖案。在此所描述的 實驗中就使用了該類設備，設備首先反映出存在於晶圓中 心附近的曝露氮化矽研磨墊斑點的境況，然後進一步按放 射狀反映週邊斑點的境況。換句話說，更大、更容易觀客 的斑點/停止研磨，觀察）一般為如圖4B所示晶圓中 附近的第一簇。當研磨繼續至超過第一斑點階段時， 中心處的較小的氮化物賴職此結合成為在晶圓中心附 近的較大面積的曝露氮化石夕。與此同時，新曝露的小的斑 點開始隨機以放射狀出現在中心的週邊。 圖4C為當晶圓繼續被研磨後同一晶圓的研磨液接觸 表面403的形貌簡圖，此時研磨液接觸表面4〇3的大部分 為具有不同尺寸以及不同分佈的曝露氮化石夕斑點，其位於 圓盤形晶圓巾，靖近。更高層次的研紅序⑷2表明上 表面4〇3不久將進入L4.!5狀態，此時摩擦力下降的速度 將變得統計學上的-致。因為斑點曝露生長是以放射狀擴 展而實現的’為了_的需要在此假設存在—有效半徑、 R2 ’新曝露的氮财的面積將以有效半徑R2的平方^倍 數增加直至增長前端R2與晶圓的外徑相接（晶圓通常^ 32 200539335 14725twf.doc/m 個方向到其邊緣都沒有可曝露的氮化矽研磨塾）。從圖4八 至圖4C所描述的研磨進度可以看出，從中心至週邊大量 氮化物曝露波動越來越大，也正因如此，摩擦力下降速率 也變得不再是以隨機過程，其逐漸趨於穩定在相對預期值 直至消失，之後其他機理（如高基數平坦和/或碟化彳幾理， 見圖2C)將開始生效並逐漸起主導作用。機理轉變的開始 時間可以通過圖3B所示的拐點或拐點範圍346來判斷。 因此，拐點或拐點範圍346的監測或沿曲線3〇2上的早期 信號點（但必須是峰341後的點）的監測可以作為進入研 磨超時階段T67 (圖3A)開始的相對精確的觸發點。本發 明建議採用大量的信號點而不採用僅僅一個定義觸發時X 間其中大量仏號點指在峰341，，之後和拐點346之前的大 置仏號點並將此類大量信號與進入超時階段T67的定義觸 叙時間的結合使用，本發明還建議使用峰值範圍％丨，，來定 義觸發時間。然而，正如圖4A所示，一般認為摩擦力曲 線在摩擦力峰值點附近將遭受更大的隨機_，原因在於 沒有，足夠的大氮化矽斑點曝露出來。因此，使用峰值點、 341作為批量生產的觸發點就像使用負斜率處 從統計學上講並沒有多大的可靠性。 ”， 500 It為確定化學機械研磨何時停—操作方法 “《的/爪程圖。在步驟5〇1中，電腦18〇”（如圖ic中 =離ΐΐ現在根據本發明安裝了必要的程式）控制淺溝 =^圓（如圖2Β中的22G)與研磨塾和研磨液產 力；在步驟搬中’電腦等待對摩 33 200539335 14725twf.doc/m 定性的檢測；在步驟503中，電腦對電路181的雜訊濾除 性能做出選擇性的適當調節以便提高訊號雜訊比；在步驟 504中，電腦假設一階平坦水準l31已獲得，此時控制軟 體185’’開始調節輸出信號171的增加量以及可選偏移量 以便使L3和/或L4的值位於圖像-數位轉換器的全局視窗 範圍189的中間或低於四分之—處。此時圖形的形狀與曲 線188中的波形部分194a相似。

田增加S和/或偏移量調節完成後，工序5〇〇繼續至步 驟505。在工序500的一種可選方案中，替代碟化路徑5〇] 直接進入步驟5G8。在步驟5G5中，接受的樣品值被測試 以便監測摩擦下降斜率是否開始，其中斜率下降表明氛化 石夕或其他極少的斑點（如圖4Β中的狀態術）開始曝露。 在本，明的-方案中’步驟5()5是通過圖5C中的斜率分 級，算法（560)的單-運行而實現的，其中斜率分級視窗 的寬度設置在約2秒或更大，而相對高度設置為約 10%/100% (’個單位）或更高。如果摩擦斜率下降通過 步驟5〇5監測到了的話，那麼接下來，在本方案中工序獅 通過路徑506b繼續至步驟508，而在本發明另外—方案 中，通過碟化路徑替代路徑5_直接進入步驟犯。 明中沒有檢測到摩擦斜率下降的開始，說 明預疋義的最大時間（tmax)健未完成，此時為了使 返回步驟5〇5啟用路徑购並繼續監測摩擦斜率 =號即氮化石夕斑點開始曝露的信號；如果預_的^ 時間（W)到期，則迴圈路徑506a隨即被啟動，同時適 34 200539335 14725twf.doc/m 當的誤差處理功能也將隨即啟動。誤差處理功能通常包括 終止研磨操作。 儘官在此提及了圖5C中的斜率分級演算法，但這並 不表示其為監轉擦斜率下降錢（即氮切斑點開始曝 露出現）開始的唯一方法。另外，步驟5〇5也並不只限於 使用圖5C中的演算法56〇，其他機器操作演算法只要其包 括貼現瞬時值的方法、摩擦和/或瞬時值的負斜率以及雜訊 感染樣品（其使不能-致地、可靠地指示氮切斑點曝露 的大概開始時間）也可以在此使用。其他監測摩擦斜率下 降（342)開始的技術包括··監測摩擦力峰值點或峰值平臺 (如圖3A中的341)、等待摩擦力值下降至預定義的相^ 數值以及/或等待摩擦力值下降至與監測峰值（341)相去 數量級的預定義摩擦力值。 田 自動監測摩擦斜率下降（342)㈣的另一可能方法 是^監測摩擦力對時間的二階導數的最小值點。當物 件獲得二階或更高平坦度時，在圖3B巾的曲線部分337” 摩擦力有-小的貞斜m批大量的大尺寸的氮化石夕 斑點出現時，斜率將突雜為貞值，* 降低至最小值:在這之後，隨著研紅藝_ 3b在所%處義將 的拐點346繼、_進行，二階倒數將上升至零。 種自動監測摩擦斜率下降〇42)開始的可能方法在 述測試方法之-開始之前等待—段預定義的延遲時間。 -旦用於標記大量氮化物曝露開始的指示信號產生 後，路徑獅啟動進人獨立步驟遞。大錢化物曝露的 35 200539335 14725twf.doc/m 開始點並不疋用於監測是否過度研磨（步驟 分界點。從批量生產角度看，存在能夠進一 低 342的-個或多個信號點’而它們可以作為更精確和更 發期於觸發過度研磨㈣~的信舰。 舉例祝月’其中效果更好的一個點就是圖3β 346。在步驟508巾，採用據波演算法來確定 ^時 的二階導數何時為零；可選擇地或另外，步驟通 了圖犯中的多視窗工藝別（如至少有三個連續的負= ===套或更多的連續斜率分級視窗所監測）； 了k擇地或另外，在步驟通巾等待摩擦力下降至 于步驟505時摩擦力的預定百分比（如下降1〇%);可選 ^或另外，在步驟中等待摩擦力 皆 導數下降至預定值。 ；，0 在本發明的一方案中，步驟5〇8 (確定觸發點 用圖5D中的觸發點確定演算法57〇得以進\ =的^=為多爾⑽冑（見目叫中的^ 5%/lOO^f為，或更多而每個視窗的高度均設為 級^心^^相對^^’更一般情況下’多個斜率分 _寬度設置在研磨至待確定終點345所預 預=== 因為步驟綱的增益量和/或偏移量是變 因此數值只具有相對性並無絕對值。 36 200539335 14725twf.doc/m 圖6為在每個斜率分級視窗的寬度為i秒 設置 ί„ΓΓ°數值範圍的5%的條件下的運行曲線圖。摩^指示 仏號來自賊難馬達而摩擦指示朗叫目對單位來定 義。工作物件與研磨液之間的接觸壓力在㈣ 前9秒内對顯示波形㈣進行自動增益量和偏移量調節 604。根據實際經驗，使顯示波形_ 品急劇上升部分631的尾部，並使顯示上升開== 或略低於相對雜視窗範_4G%處，

和偏移量的調整604。 當增益量和偏移量調節停留在圖6 位於651處（約t=12s)的斜率分級視窗的可選第一^返 回至正斜率指不，在t=15s處，化學機械研磨工藝獲得一 P皆平面化632 ’顯不波形_魄躍駐更慢的上 637。斜率分級視窗655 (t,s)接下來的運行返回至^生 斜率指示。-般認為，分級視窗651和奶各自輪 對應來自圖5A中步驟505的“否，，（5〇6a)。如果希望 話’為了避免由於存在於研紅作_毅的大雜、

造成的可能織，可以選用-鱗時間來阻止斜率檢測直 到 t 15 s 〇 在圖6的實驗中，當t=25s時，斜率分級視窗攸 動；當t=27s時’其返回一負斜率指示信號。負斜 "fa號對應來自圖5A中的步驟5〇5的“是，，（5〇6b )。對、 特定的方案（如圖6所示方案）來說，下面兩個也: 率分級視f 657和658均與步驟5〇8的完成相對應，、而每 37 200539335 14725twf.doc/m 個斜率分級視窗657和658 (視窗656的高與寬相等）均 返回一負斜率指示信號。斜率分級視窗658的結束時間設 置為觸發點685。在所闡述的實驗中，觸發點位於戶M y 處。憑經驗預定義的過度研磨時間丁ο，，表示的是氮化矽研 磨墊面的完全曝露。對於圖6所_的實驗，其過度研磨 時間TV/”為25s (此過度研磨時間值當然與圖6實驗的運 打條件以及預期目標深度唯一對應，不同的條件具有不同 的過度研磨時間值）。 、

再次參照圖5A，步驟512表示從相應的資料庫51〇 中獲取適當的過度研磨時間丁67的具體步驟，同時步驟512 也表示了對已獲取的過度研磨時間τ67的易感應的觸發。 當步提供-指示健（5_)時，觸發將啟動且隨 即獲付觸發點。儘管流程圖5A表明在步驟观完成後將 獲取過度研磨時間τ67，但實際巾，過度㈣時間I?也 在測試步驟508輸出“是”指示信號（5〇外）和“是，，指示俨 號（5〇%)被立刻用於觸發超時計時器 ;

許多實例中，並不知道h值得獲取是 疋在之後，因為電腦運行的太快以至於伴隨Τ67獲 時（幾毫秒）幾乎可以忽略不計）。 具體過度研磨時間值丁67的獲取是確定的，或說它可 二表示成-個或多個不同參數的函數。圖5Α通過 輸入值輸人電腦51G的資料庫具體展示了後面的觀 Τ67為多個不同參數的函數。定義丁67的泉數包括· 一目標深度L4的說明符；⑻—研磨液與工作物件i間 38 200539335 14725twf.doc/m 接觸壓力的說明符(P); (C) —旋轉盤的速度的說明符 (VI); (d) —托盤旋轉速度的說明符(V2); (e) 一研磨 液加料速度的說明符(F);以及（f) 一工具室内和/或研磨 液與工作物件接觸面的溫度的說明符(T)。 另外，定義T67的參數還可以包括用於步驟 或508的終點檢測方法的類別。上述所討論的說明符可以 疋表示物理量的數值也可以是其他任何具有兩個或多個選 擇的標記。本發明採用多種不同的測試方法來檢測曝露斜 率下降開始點（342)和/或確定適當的觸發點（345)的意 圖已經解釋過。三個連續的視窗測試如圖6所示（分別g 656、657和658)，這只是採用聯合方式監測斜率下降的 開始點以及挑選接下來的觸發點的一個實例而已。另外一 可選擇測試採用了四個或更多的連續視窗來確定觸發點， 其中每個視窗的範圍大小均不相同。因此，沿著曝露下降 斜率（如圖3A中的342)的觸發點的具體位置 確定曝露下降斜率⑽）的開始點和/或用於確定適當用^ 觸發點（345)的職方法，相應的具體過度研磨時間值T 也隨之變化（若獲取的觸發點處於時間軸後期，則T 67 短；若獲取的觸發點處於時間軸前期，則τ67較長）6。7 乂 門J外，定ΐΤ67的參數還可以包括在過度研磨延時期 日 1 67以及過度研磨讀所採㈣辨顧研磨液 種類。研磨液的組成如同前面所提及的參數（如L4、;體 :值v二、等)羡將會影響研磨速度以及監測摩捧 力值。除此之外，㈣T67的參數還包括氧化物種類厚= 39 200539335 14725twf.doc/m 牲塾的組成（如氮化物）以及晶圓的表面形貌等等。之此 參數同樣也影響研磨速度和監測摩擦力值。過度研磨日^門 值Τα的設置應該能夠反映密切影響如何使研磨最終停止9 在預期目標深度上的參數。步驟514為過度研磨延時階段 Tw的研磨過程，而步驟516為在延時Τα結束時解除晶^ 與研磨液和研磨墊的有效接觸。 圖5B提供了關於監測演算法的更詳細的細節以及解 釋。在本發明的方案中，為了使目標區域能夠代表急劇上 升斜率、急劇下降斜率以及處於中間值（〜與^之的 斜率，波形分級視窗550置於給定摩擦力對時間曲^ 53〇 的目標區域之上。曲線53〇中的摩擦力值以相對摩捧力單 位的形式給出，偏移範圍從0%到1〇〇%。在具體實^ 55〇, 中’斜率分級視窗55〇,為矩形視窗，其在左邊 “曲線起聽⑺D ’，1在右邊有—第—“曲線結束^界 (552)，第二、第三“曲線結束邊界（553和554)，，分 ，位於視s的上邊和底邊；視窗寬度表示點551處的曲線 = = ，斜率分級視窗的遠邊说開始最長可 的時間差’而視窗高度則表示視窗55〇,的頂 =3 :底邊554之間的相對值差;斜率s ==.^=至頂部和底部曲線邊界（553和554)遠端 _心直線。备曲線起始·點州位於左邊中心時，斜率& A Hscw/Wscw^+ , s2|,^.hscw/{2Wscw} 〇 ， 丄有二分別表示摩擦力曲線530的給定區域是 、有相對中㈣平均斜率或更正的斜率還是具有更負的斜 200539335 14725twf.doc/m 率。在本發明一方荦中 秒，而在另一可選^中斜: 55〇,的左邊或上或下偏移，斜：者矩形視窗 在起始時間tstart至处束時門1 /2的值也隨之變化。 ^ ^ + 550^^ 553 ^ ^ 均斜率；而在起始時間t_至結束時間t範：大 斜率分級視窗550,底邊554㈣線且有\(^圍二， ^斜率分級視窗550,遠邊552的曲』具有位^ 表述\ 4的平均斜率。在本發明的方案中，簡化了上述 條的斜的曲線部分具有相對正或相對負或相對 牛驟呆作演算法流程圖5C可選擇性地與圖5Β的 結合朗贿被研究的—分，其可以用來確 ί。啟驟561分級運行之前視窗_以及高度是否適 ^視窗寬度參數駿時制量開始時的逝去時間，而視 向同度參數則以增益調整或偏移觀察視窗（如圖3Β中的 38^)的相對單位表示。在步驟561中，先從電路如181 中項取相對摩擦力的起始值，然後計算斜率分級視窗的頂 邊矛底邊的相對值並確保使曲線起始點（圖5Β中的551 ) 位於斜率分級視窗左邊的中心位置。本發明建議··選擇性 地將曲線起始點置於斜率分級視窗左邊某一處，然後在步 驟561中叶异T〇pMAG (頂邊）和BottomMag (底邊）的 值。 步驟562為斜率分級視窗的迴圈運行。在步驟563 200539335 14725twf.doc/m

中丄相對於絕對時間t ’定義了局部時間(在需要實 =均斜率情況τ，其一般用局部時間wnal來計算）；同 時項取相對摩擦力的第二值。在步驟565中，比較相對摩 擦力的輸人（讀取）值MAG (in)與步驟561巾所計算的 TopMAG值。若MAG (in)大，則輸出來自操作56〇的標 記有斜⑽相對正的信號；若MAG (in)不比TGpMAG 大，則操作560繼續至步，驟566，回到輸入值。然後再比 較MAG(in)與步驟561中所計算的B〇tt〇mMAG，若mag

小/則輸出來自操作56〇的標記有斜率為相對負的 ^號，右MAG (in)不比BottomMAG小，則操作560繼 ΐ至ίϊ 567。接下來，在步驟567中比較局部時間 ，視窗寬度wsew，若titernal等於或大於Wscw，則輸出來自 操作560的標記有斜率為相對中性的信號；若小於 Wscw ’則操作560繼續至步驟568。步驟568促使控制返 回至迴圈操作562的頂部。在步驟563中，局部時鐘啟動， 輸入下一樣品值，然後步驟565至568適當重複運行。

機器操作演算法570流程圖5D可以用來監測負斜率 曲線部分的連續性。步驟57〇a可有可無，用於確定在啟動 步驟571連續性監測操作之前視窗寬度以及高度是否適 當。而視窗寬度以及高度可以在其他地方進行設置。隨

Wsew和Hscw設置的變化，演算法570可以作為觸發點確定 演算法。在本發明方案中，為了採用圖5B所述的三個連 、續斜率分級視窗之一來確定過度研磨的觸發點，Wsew設置 在15s的範圍内而hscw設置為全局A/D範圍的5%左 42 200539335 14725twf.doc/m 右。而下次Wscw和Hscw的不同設置值則需根據經驗 來確定。經驗測試主要用於指出w_和的 j 避免真實斜率下降_ (表明氮化物賴的曝露）^ 檢（由於裱境雜訊），同時也將提供一能夠用於批旦^ 並確保其在過度研磨T67終點獲得預期目標深产^產 的可靠時間點（685)。 又、土巧 步驟571為觸發點確定迴圈；在步驟572中， 前時間t與預定義最大研磨_tmax。若在研磨最大^ tmax内沒有發現觸發點，則可以斷定必定有某些 曰 錯誤。此時停止研磨，並採取適#的錯誤處理；步 則為啟動圖5C中的56〇斜率分級演算法；測試步驟別 用來確定被研究的L卩分是否為姉貞，若非 路徑575隨即啟動返回至觸發點確定迴圈的頂端571… ί;是:傳578至579向如583所示的斜率分: 决异法傳遞-個或多個連續響應值（信號）。 可Γ來確纽研究的曲線部分是否為相對 阁二☆…則路徑575隨即啟動返回至觸發點讀定迴 的頂& 571，若為“是”，則控制轉向結束步驟585。結束 :驟找狀態返回一真實值。然後根據這個 歸類凟异法（如圖5Α中的5〇〇)立即觸發延 7 而開始後觸發點研磨（如圖5Α中的514_516) ^虛線部分578代表任意數位Ν，其可以做為對進一步呼 ，應的數位叫當_同或不_斜率分級演算法和諸 口即點574或577的分回測試的相應的數字Ν啟動。另外， 43 200539335 14725twf.doc/m 另-觸發點较演算法570需要三個或更多的來自於通過 分回測試的相應啟動的各個斜率分級演算法的連續呼叫。 再次回到圖6,操作600通過採用圖5D中演算法5川 的三個連續視窗而進行，其中三個視窗的寬度和高度值均 分別相同。根據經驗設置自動增益量和偏移量調節， 使其能在全局範圍的90%處捕獲摩擦力峰值而在全局範圍 的40%處捕獲急劇上升631開始的尾部部分。演算法57〇 在t=12s處啟動並返回一連續正斜率信號流直至在摩擦力 曲線的點632處獲得一階平坦。視窗651展示由演算法獲 得的正斜率、視窗655展示由演算法獲得的中性斜^^ 窗656展現由斜率分級演算法獲取的第一返回負斜率，然 後，演算法570中的分回測試574之後直接進入步驟57^' 並不返回頂部迴圈步驟571。視窗657展現由斜率分級演 异法獲取的第二連續返回負斜率，之後，相應的分回測試 577直接進入步驟583並不返回頂部迴圈步驟571。視窗 658展現由斜率分級演算法獲取的第三連續返回負斜率， 之後，相應的分回測試584直接進入結束步驟585並不返 回頂部迴圈步驟571。圖5D中結束步驟585相當於觸發時 間685(約t=28s)，其具體操作為：曲線600退出視窗658， 同時開始為期T67，，的研磨操作。 在另一實驗中，與圖6相似，在視窗655的時間處停 止研磨操作並對晶圓的橫截面進行掃描電鏡測試。結果發 現在氮化矽研磨墊上仍然存在約600Α的高密度電漿氧化 物，因此曝露仍未開始。同樣也在另一實驗中，與圖6相 44 200539335 14725twf· doc/m 似:在視窗685 W結束時間885祕止研磨操作並對晶圓 的橫截面進行掃描電鏡測試。結果發現氮化石夕塾層在研磨 墊頂。卩的深度處几全曝露，如同研磨操作停止在視窗 時間處的實驗。這證實了三視窗演算法在觸發氮化物研磨 墊本質上完全曝露的點上的正確性。 參 同樣還是在另一更進一步的實驗中，與圖6相似，採 用=同厚度和形_氧化物塗層以證實觸發點演算法能夠 獲得相對-致性的結果而並不受卿因素如氧化物初始厚 度，初始表面形_影響。在—㈣實驗中，初始氧化物 的厚度（高密度電漿氧化物）約為_〇人（從淺溝槽隔離 :片的凹槽底部算起），第—次化學機械研磨制石夕基研 磨液並研磨35s，接下來採用三視窗演算法（其中視窗寬 度和高度均各自分勒同，如上所述）終點觸發過度研磨 25= (T67)，對曝露的氮化物研磨墊的統計分析表明其具 有很好的一致性，晶圓上的氮化物研磨墊的平 858A。值非常接近理論期望值。在接下來的一^實 f中’所採用的氧化物（高密度電漿氧化物）的初始厚度 二力7700A (攸淺溝槽隔離晶片的凹槽底部算起）。第一 ，化學機械研磨同樣採用石夕基研磨液並研磨％，接下來 採用與上相同的三視窗演算法終點觸發過度研磨25s (T6p，對曝露的氮化物墊層的統計分析表明其且有卵 ^一致性’晶圓上的氮化物研磨墊的平均厚度為8· U堇比第一次實驗結果多2Α)。這一結果 法能夠提供穩定—致的批量生產結果並對開始點的 45 200539335 14725twf.doc/m 报好的免疫能力。 、、宫营ίΐ:實驗中（見表υ ’當經過採用相同的三視窗 發過度研磨设後，氧化物和氮化物的厚度 隔=鬥1、1採用同樣的含錦研磨液對帶有圖案的淺溝槽 隔離曰曰囫的進行如上述實驗一樣的終點研磨，豆中圖案曰 :^:刀，度超過_〇Α的高密度電漿氧化物淺； =離日日0組成。在送人設備加工之前，這些晶圓都經過 ^至6000Α的厚度。在表i中，晶圓#〇的最終氧化物 t度值並未測^。由表1可以看出，氮化物最終研磨厚 又表明終點演算法具有很好的測試結果。 -—^ __ 含飾研磨液研麼 STI 日 ΓαΠ 終點 氧化 氧化物厚度 氮化 氮化物厚度 晶圓 監測 物最 範圍 物最 範圍 (研 測量 終厚 (max-min， 終厚 (max-min ^ 磨塾 時間 度（A) (A)) 度（A) (A)) 起始 (S) 化） 編號 0 52.7 n/a n/a 849 20 1 --—— 56.7 n/a n/a n/a 2 —-〜 47.9 n/a n/a n/a 3 ----- 46.2 〜 _| 1 _ ---- n/a ----- n/a n/a 4 ^~~—— 46.6 n/a n/a n/a 46 200539335 14725twf.doc/m 5 45.9 5140 167 849 19 6 47.9 n/a n/a n/a 7 47.7 n/a n/a n/a 8 51.8 n/a n/a n/a 9 50.3 n/a n/a n/a 10 54.0 5158 149 847 24 11 55.8 n/a n/a n/a 12 52.3 n/a n/a n/a 13 44.3 n/a n/a n/a 14 56.6 n/a n/a n/a 15 50.1 n/a n/a n/a 16 49.9 n/a n/a n/a 17 55.7 n/a n/a n/a 18 53.7 n/a n/a n/a 19 53.4 n/a n/a n/a 20 56.5 5144 172 849 19 21 51.9 n/a n/a n/a 22 53.1 n/a n/a n/a 23 53.0 n/a n/a n/a 24 60.0 n/a n/a n/a 0-23 平均 值 51.42 n/a n/a n/a n/a 上述表1證實了採用圖6中的終點演算法的化學機械 47 200539335 14725twf.doc/m 研磨，對於每個晶圓來說，晶圓凹槽上的氮化矽的厚度均 具有相對一致厚度（氮化物的厚度在19A-24A之間變動）。 終點監測時間的平均值約為514s，其上下浮動(不包 括樣品24號），但是最終氮化物研磨墊的厚度仍然較為^ 致地維持在847至849A。 在另一組實驗中（表2)，當經過採 點觸發過度研磨T67=1_，氧化物和氮=的 二採用同樣的含錦研磨液對帶有圖案的淺 淺溝槽隔離晶圓組成。同樣，在這些 勿 前，也都_預研絲_A的科。由表=之 果。 又表月、、、ς點演算法具有报好的測試結 表2 研磨

48 200539335 14725twf.doc/m 6 40.8 15 858 5179 7 41.7 15 862 5148 8 42.8 15 859 5137 9 42.1 15 860 5116 10 44.8 15 853 5069 11 44.7 15 862 5167 12 44.6 15 857 5141 13 46.4 15 856 5132 14 45.2 15 850 5146 15 47.6 15 855 5110 16 48.8 15 863 5069 17 46.9 15 862 5163 18 46.9 15 866 5151 19 48.8 15 864 5165 20 45.0 15 865 5146 21 47.8 15 856 5164 22 45.4 15 865 5157 23 51.0 15 863 5131 24 50.3 15 5176 平均值 859 5134 WTW範 圍 16 110 本發明書只是對本發明做簡單的說明，因此，本發明 並不局限於以下權利要求說明書中的有限範圍、特性或精 49 200539335 14725twf.doc/r it 士對於那，在本技術領域具有豐富經驗的人來說 ，可以 ❸士^ 4订很多改性和變動，其中包括採用相當性能和/ ίϋΓ 代本專利中所描述的元素、採用相當功能 3trr利中相應的步驟、採用性能相似的枯合劑 /1辂日日!!：的粘合劑等等。如此類的非實質性的變動都 ㈣I錄·之類’沒有超出本發明精神。此外，如果 出ΐ二、步驟以及推測(在給定實例範圍内或超 =的推測）給出很多實例，使得這些給定的實例在本 「月中-而易見’那麼本發明則是—有效的發明，因此至 少也驗證了此類推測的正確性。 開後，本應用發明專利所屬人對於僅限於對本 流和促進有職術和科學的發展為目的地再現 存在任何異議。但權利所屬人不放棄 以及2此描供=予本發明的權利，包括任何電腦程式、原圖 受====工作的著作權、商標或商業外觀權和其他 參 f 的任 正體上抵觸，視其_程度，若因減 =日錄圍或較寬的術語定義，則以本發明為准:=二 =的㈣彼此之卩接在部分錢虹的 」 度，以較近期發明為准。 ，、抵觸紅 除非特別說明，任何常用術語根據其所處上下文而具 50 200539335 14725twf.doc/m 有相應的常用意義，技術術語根據其所處上下文中 相關技術領域相應的常規意義。 V、有 對，以上發_基本觀點以及具體方#，在權 中為其尋求的專利保護範圍都做了具體定義。 二 綜上所述，在本發明之 。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，缺复並 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之= 和範圍内，當可作些許之更動與潤飾’因此本發明之 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 μ。 【圖式簡單說明】 圖1A為闡述採用研磨墊和氧化鈽化學機械研磨液 磨批量工作物件（其中也包括用於其他操作的氧化矽化學 機械研磨液）的化學機械研磨設備的簡圖； 子 口圖1B為用於解釋研磨墊、研磨液以及形貌不平坦的 晶圓（經過研磨處理後，晶圓變得越來越平坦）之間&能 的相互作用的橫切面剖視簡圖； 此 圖ic為闡述監測獲得一階平面化的傳統方法簡圖，· 圖1D為使用圖lc中的一階監測儀器監測獲得二階平 面化的自動控制法的流程圖； 圖2A為展現在將STI晶圓平坦至氮化矽停止層中的 第一步的橫介面剖視簡圖； 曰 圖2B為展現圖2A接下來的步驟或剛開始的、預研磨 後的STI晶υ進-步研磨至氮切停止層的橫截面剖視簡 圖， 51 200539335 14725twf.doc/i 後，圖圖展現當消除導致晶圓表面的非平坦的原因 視簡圖； 中的晶圓可能接下來的狀態的橫介面剖 階 柯磨間與摩擦力曲線圖，其表明了在最初的僅

的氮化絲面斑點數目的增加時接近高次逼近^路出來 表面的圖二為的=t的最初只有氧切曝露於其頂部 %圖4B為圖4A中晶圓在化學機械研磨過程 略氮化雜點$現_頂部·; 層曝 圖4C ‘點陣圖4B中的晶圓在乎限額機械研磨過程 更大、更多地曝露氮化矽斑點是的頂部視圖； 圖5 A為«本發明通過使用與圖扣所示相似的 弋、、、；點檢測一起獲取一致平坦度的自動控制方法流程圖.

圖5B介紹了斜率分級視窗技術； ’ 圖5C為自動斜率分級方法流程圖； 、 圖5D為根據本發明尋求一致曝露點的自動控制 後程圖； 工万法 问圖6位^制三視窗確定演算法以確定過度研磨起始 寺間開始的轉捩點的實驗結果曲線圖。 。 【主要元件符號說明】 52 200539335 14725twf.doc/m 90 :外圈 100 :化學機械研磨設備 101 :進入 102 :設備邊界 110 :模組 111 :晶圓 112 :研磨後的晶圓 120、220’、220’’ ：晶圓 121 :工作物件表面 122、222、226 :凹槽 130、 130’、130” ：晶圓承載器 131、 131’、331、331”、631 :急劇過渡 132、 132’ ：頂端 133 :電流計 134、 134” ：電驅動線路 135、 135,、135” ：馬達 136 :控制連接 137 :、137’ ：範圍 138、138’ ：摩擦力與時間關係圖 140 :粗糙化/條件化圓盤 150、 150’ ：研磨墊 224、224’ ：墊層 151、 151’ ：工作面 155、155’ ：旋轉盤 200539335 14725twf.doc/m 160 :液體分配臂 161 :沖洗液 162、166 :研磨液 163 :含飾研磨液 165 :電腦控制閥 169 :數值指示信號 170 :硬體系統 171 :壓力指示信號 172 :監測 ® 173 :連接線路 174 :電路 180、180’’ ：電腦 181 :電路 183、184 :電連接線路 185 :電腦程式 186 :電連接線路 187 :網路 鲁 188 :可控的變化參數 189 :觀察範圍 190、 500 ··工序 191、 501 :將晶圓與研磨液和研磨墊接觸 192、 502 ··等待摩擦接觸與相互作用穩定 . 193、 503 ··調節濾除性能以便提降低環境雜訊 廬 194、 504 ··調節增量至約A/D範圍中L1-L2之中心 54 200539335 14725twf.doc/m 194a :波形 195 :開始監測向上斜率 195b ··向上斜率 196a、506a、509a :迴圈路徑 196b、506b、509b :監測到 196c :監測的終止 197 :提取預確定的超時時間值 198、 514 :繼續研磨超時時間值 199、 516 :使晶圓與研磨液和研磨墊不再接觸 201 :第一步 202 :可能狀態 203 :進一步狀態 220 :淺溝槽隔離晶圓 ’ 221、401 ·•表面 223 :氧化矽 225、225’、225” ··矽基材 221’ ：表面區域 222’ ：溝槽底面 223’ ：凹槽填充物質 222”、224.3 :頂部 223” ：氧化物 224” ：氮化物 329 :樣品值 332、332” ：過渡點 200539335 14725twf.doc/m 337、337” ：曲線二階平坦上升部分 340 :曲線尾端 341 :峰值點 341” ：氮化矽表面斑點開始曝露 · 342’’ ：負斜率曲線部分 345 :待確定終點 346、 646 ··拐點 347、 647 :底部 349、649 :上升部分 · 367 :終端 389 :視窗 402 :第一斑點階段 403:研磨液接觸表面 505 :開始監測向下斜率 507b :碟化路徑 508 :開始監測氮化矽協調點 510 :超時時間值資料庫 _ 512:從相應的資料庫510中獲取適當的過度研磨時 間丁67 530 :給定摩擦力對時間曲線 550、550’ ：波形分級視窗 551 :曲線起始點 、 552、553、554 :曲線結束邊界 560 :斜率分級演算法 β 56 200539335 14725twf.doc/m 561 :啟動步驟 562 :斜率分級視窗的迴圈運行 563 :相對於絕對時間t，定義了局部時間 565 :比較相對摩擦力的輸入（讀取）值mAg (in) 與步驟561中所計算的TopMAG值 566 ··比較MAG ( in )與步驟561中所計算的

BottomMAG 567 ··比較局部時間titernal與視窗寬度w

w /入 π SCW

568 :至SCW迴圈開始處 569 :迴圈至步驟562 570 :觸發點識別演算法 之前 570a ··用於確定在啟動步驟571連續性監測操 視窗寬度以及高度是否適當 ' 負 571572573574575 578 開始TPI迴圈 比較當前時間t與預定義最大研磨時間 576、 583 :啟動斜率分級演算法 577、 584:確定被研究的曲線部分是否為相對 啟動返回至觸發點確定迴圈的了貝端 任意數位N ' tmax

579 585 600 604 路徑 結束步驟 曲線 自動增益量和偏移量調節 57 200539335 14725twf.doc/m 632 : —階平面化 637 :上升狀態 651、655656、657、658 :斜率分級視窗 685 :觸發點

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Claims (1)

1. 200539335 14725twf· doc/rn 十、申請專利範圍： [注釋·在以下權利要求中，粗體雙括弧内的相互對照 文子（如【[123]】）在於提高本文的可讀性以及指出在詳 細說明書中與其相對應的實例。粗體括弧内的文字對權利 要求不起任何限制作用，這些文字在權利要求中的所有合 法解釋都應該被删除，同時其權利要求說明書最終公開前 都將給予刪除] 曰 1·種決定工作物件【[220]】化學機械研磨（cmp)停 止【[516]】時間的方法【[500]】，其中該工作物件的一 第一待研磨層【[221]】是由一第一材料和一下層結構包 括複數個由一第二材料組成的犧牲墊【[224]】所組成， 其中該第二材料【[SiN]】的一研磨面與一化學機械研磨 液之間的摩擦力要比该弟一材料【[以〇]】的一研磨面與 該研磨液之間的摩擦力小。決定研磨停止時間的方法包 括： (a)當採用該化學機械研磨液對該第一待研磨層進 行研磨時以及犧牲墊完全曝露前，測試【[5〇5]】 指示該工作物件與一研磨液托盤【[15〇]】之間摩 擦力值的一摩擦指示信號【[171]】以便監測斜率 對時間的-第-變化【[341]】。當該第一變化發 生後，該摩擦指示信號的斜率出現負值並比預定 義的起始負斜率【[s2]】值更負。此處該第一次變 化後的該摩擦指示信號的斜率表明該犧牲墊開始 真正曝露； 59 200539335 14725twf.doc/m (b)通過上述的該第一測試監測的斜率發生該第一 次變化後，此時化學機械研磨液繼續研磨該第一 和该弟二材料，然後進一步測試【[508]】該摩擦 指示信號以便監測存在於摩擦指示信號中的一信 號點【[345]】，此處所述該信號點說明了研磨至 更好的階段【[403]】，但並不是說明該犧牲墊已 凡全曝露，更進一步的曝露繼續至比當監測到摩 擦指示信號斜率發生該第一次變化時該研磨墊的 曝路私度更大的该犧牲保護研磨塾的曝露。 2. 如申請專利範圍第1項所述之決定研二Γ時間的方 上述的該第一、該第二測試均在一程式機器 【[180 ]】的操作下自動完成。 3. =申範圍第！項所述之決定研磨停止時間的方 4. 如申用的化學機械.液包含有氧化鈽微粒。 法申圍第3項所述之決料磨停止時間的方 化石夕 弟一材料包括氧化石夕而該第二材料包括氮 5. =專利，項所述之決定研磨停止時間的方 :欠變;匕，監測出該摩擦指示信號斜率的該第- 6進行部分研磨【[搬，，]】/ 1 ]】在測奴前至少要 6t申：利範圍第4項所述之決定研磨停止時間的方 ⑷㈣-測試【[505’’]】包括一斜率分級視窗 60 200539335 14725twf.doc/m 上【[S’656，，]】的使用，其中在對應於該斜率 刀、，及視固一覓度的時間内，該scw具有一第一、一一 二起始斜率。對該斜率分級視窗（scw)的节6弟 【[Hscw]】進行必要的設置以便上述的該第」 ς起始斜率較小的一個與該預定義的起始負斜率:弟 7.如申請糊範圍第6項所狀蚊研磨停止 法，其中·· j的刀 (al )設置該斜率分級視窗的寬度和高度 一起始斜率為約·1·5相對單位/秒或更負。 X Hi利範圍第6項所述之確定研磨停止時間的方 級視的測試【_】包括更高的該斜率分 窗其+在"^應於該斜率分級視 ή-寬度的k間内’該scw具有該第一、 斜率【[Sl,s2]】。對該斜率分級視窗（scw)的° 度【[Hsew]】進行必要的設置以便上述的該第_了談 第二起始斜率較小的一個與一預定義的起始負斜率^ 等0 項所述之決定研磨停止時間的方 9·如申請專利範圍第1 法，其中，還包括： (C)接受該摩擦指示錢【[171]】作為一數位抽 樣信號，其至少為—可調整的增益量和—可調整的 置之-。當對柯調整的增益量和該可調整的偏移量之 200539335 14725twf.doc/m -進行調整之後，接受該冑擦指示信€的數位抽樣佔 一相對數值範圍（〇%-1〇0%)很大一部分； (d)停止【[5〇4,604]】對接受該摩擦指示信號的 · 該可調整的增益量和該可調整的偏移量的調整，從而"至 二少使某些接受該數位抽樣信號【[631]】能夠在該第一測 試開始之前被接受，其佔有該相對值範圍的較低部分。 其中此處的較低部分指該相對值範圍【[389]】的5〇% 以下部分。 ° 10.如申請專利範圍第！項所述之決定研磨停止時間的方 修 法，其中，還包括： (c) 使用該監測k號點【[345]】定義一觸發時間 點【[685]】，該觸發時間點後的一段相應的一限制時間 【[T67]】的研磨便稱為限時深度研磨【[514]】； (d) 促使該限時深度研磨【[514]】發生並維持指 定的該限制時間【[T67]】。 11·如申請專利範圍第1〇項所述之決定研磨停止時間的 方法，其中，還包括： 鲁 (e) 從一資料庫【[510]】中獲取【[512]】表示 該限制時間【[T67]】的一信號，其中該資料庫使該獲取 信號【[T67]】成為一第一說明符即該第二材料的預期後 研磨厚度【[L5-L4.2]】的一函數。 12·如申請專利範圍第11項所述之確定研磨停止時間的 方法，其中，還包括： ’ (el)該資料庫【[510]】使該獲取信號【[丁67]】 * 62 200539335 14725twf.doc/m 成為-第二說明符印至少在步驟⑷和⑴之一中所 使用的該測試方法的類型的一函數。 i3.如申請專利範圍第12項所述之決定研磨停止時間的 方法，其中，還包括·· 、、巧該資料庫【_]】使賴取信號【[T67]】 成為-第三說明符即所採用的化學機械研磨液的類型 的一函數。 14·如申a月專她圍帛J 3項所述之決定研磨停止時間的 方法，其中，還包括： 、、（e2)該資料庫【[510]】使該獲取信號【[T67]】 成為-第四說明符即在步驟（a) #⑻至少之一測試 P皆段存在於該研磨液和工作物件工作物件之間的接觸 壓力的一函數。 15·如申請專利範圍第14項所述之決定研磨停止時間的 方法，其中，還包括： 、（e3)該資料庫【[510]】使該獲取信號【[丁67]】 成為一第五說明符即在步驟（a)和（b)至少之一測試 階段存在於該研磨液和工作物件工作物件之間的相對 摩擦速度【[VLV2]】的一函數。 16·如申請專利範圍第15項所述之決定研磨停止時間的 方法，其中，還包括： (e4)該資料庫【[51〇]】使該獲取信號【[τ67]】 成為一第六說明符即將採用的該研磨液加入工作物件 工作物件的加料速度的一函數。 63 200539335 14725twf.doc/m 17’ 範：：項所述之決定研磨停正時間的 該限制愉⑺ 信號【ΓΤ ιΛ67 】 信號，其中該資料庫使該獲取 2 一67 ▲、成為一第一說明符即在步驟U)和（b) '、 測"式^段所使用的研磨液的類型的一函數。 ./專利|已圍第1〇項所述之決定研磨停止時間的 万法，其中，還包括·· (e)從一資料庫【[510]】中獲取【[512]】表 【[丁67]】的-信號，其中該資料庫使該獲取 =【[T67]】成為—第—說明符即組成該第__待研 _】的第—材料的一函數。 胃 19.如申請專利範圍帛1〇項所述之決料磨停止時間 方法，其中，還包括： ^ (e)從一資料庫【[51〇]】中獲取【[512]】表示 ，限制時間【[Τ67]】的—信號，其中該資料庫使該獲取 乜號【[丁67]】成為一第一說明符即組成保護研磨墊 【[224]】的第二材料的一函數。 20. 一 〆用於及時停止【[516]】一半導體晶圓【[22〇]】的 化學機械研磨的方法【[500]】，其中該晶圓的一第一 待研磨層【[221]】是由一第一材料和一下層結構包括 複數個由一第二材料組成的犧牲墊【[224]】所組成， 而該第二材料的一研磨面與一化學機械研磨液之間的 摩擦力要比該第一材料的一研磨面與該研磨液之間的 64 200539335 14725twf.doc/m 摩擦力小。及時停止研磨的方法包括： 、（a)當採用上述該化學機械研磨液的研磨開始後 以及田犧牲塾開始【[402]】真正曝露後，使用該化學機 械研磨液繼續對該第―、該第二材料進行研磨時，為了 該監測摩擦指示信號中的一信號點【[345】】，測試 【[508]】扣示该工作物件工作物件與該研 擦隸的—摩擦指示錢【_】。其中此處所述該^ 號點5兄明了研磨已經進行到一更好的階段【[4明】，但 f不是說該犧牲塾已完全曝露，其中更進—步的曝露係 # 為比该研磨塾之上述該第一測試監測曝露更大 隨機性的犧牲墊的曝露。 21 如申請專·圍第2 〇項所狀及時停止研磨的方 法，其中，還包括： (b)在步驟（a)進行該第—測試之前而此時該 待研磨層正處於研磨狀態（採用該化學機械研磨 =為，斜率對時間的一初始變化【[34二 1㈣曰不诚【[171]】進行一預測試【[505]】。 料間的該初始變化發生後，該摩擦指示信號 j率比一預定義的起始斜率【㈤】小，這表明 的真正曝露已經或即將開始。 22.專利範圍第20項所述之及時停止研磨的方 23如用的該化學機械研磨液包括氧化鈽微粒。 •申明專利範圍第2〇項所述之及時停止研磨的方 其中’該第-材料包括氧化秒而該第二材料包括 65 200539335 14725twf.doc/m 氮化石夕 24Hi利範圍第2 0項所述之及時停止研磨的方 法，其中，該第一待研磨層【221，】 的方 液進行上述研磨開始前至少應該進 25. =申=利範圍第2〇項所述之及時停止研磨的方 U.1)該第一測試【[508]】包括 率分級視窗（scw)【[657綱】的使用， 於該斜率分級視窗寬度的時_，scw具有_第在—對應 :第二起始斜率。對該斜率分級視窗（scw)的寬度 【[HSCW]】進行必要的設置以便上述的該第—、該又二 起始斜率較小的一個與一預定義的起始負斜率相等。一 工 26. -種用於對—個或多個卫作物件【⑽]】進行一化學 機械研磨的一研磨設備【[17〇&5〇 作物件具有由一第一材料組成的一第一 ^^層疋的 【[221]】且其還具有一包括複數個由一第二材料組成 的犧牲塾【[224]】的下層結構。該第二材料的該研磨 面與待使用的一化學機械研磨液之間的摩擦力比該第 一材料與該研磨液之間的摩擦力要小，其中該研磨設 備包括·· (a)採用一馬達【[135’’]】提供克服該給定工作 物件【[220]】與該化學機械研磨液【[162，163]】之間摩 擦力的一動力； 66 200539335 14725twf.doc/m 工 ,/e)—自動的研磨停止機器【_，，]】有效地接 受該摩擦指示信號，其t該研磨停止機器包括·· (c.l) -過度研磨計時構件，係用於在研磨終止 ，後’引發於一相對應限制時間巾，進行時間限制且繼 續研磨該工作物件之動作； (c.2) —過度研磨觸發構件【[5〇%，585,685]】， φ 其有效地與該過度研磨計時方法結合及時觸發一過度 研磨。其中該過度研磨觸發構件包括·· (c.2a) 一第一測試構件【[508]】，一第一測試 指示採用上述該化學機械研磨液研磨之後該工作物件與 該研磨液之間摩擦力值的一接收摩擦指示信號 一 【[171]】。在該犧牲墊的一第一曝露真正開始後 【[402]】’ ¥上述採用的該化學機械研磨液繼續該對第 γ、该第二材料進行研磨時，該第一測試以便監測存在 於該摩擦指示信號中的一信號點【[345]】 ，此處所述該 信號點說明了研磨至更好的階段【[403]】，但並不是說 明該犧牲墊之一第二曝露已完全曝露，其中更進一步的 该第二曝露係為比該研磨墊之該第一曝露更大且更少隨 機性的犧牲墊的曝露。 27·如申請專利範圍第2 6項所述之研磨設備 、 【[Π0&500]】，其中，還包括： 67 200539335 14725twf.doc/m (c.2b)該過度研磨觸發構件包括為監測斜率對 摩擦指示信號時間的一初始變化【[341]】而進行的該接 受摩擦指示信號【[171]】的第二測試【[505]】。當該初 始變化發生後該摩擦指示信號之該斜率比一預定義起始 斜率要小，這說明該犧牲墊的上述該第一曝露已經或 將開始。 28·如申請專利範圍第2 6項所述之研磨設備 【[170&500]】，其中，還包括： (b.l)該信號發生器【[181]】包括至少—個用於產 生該f擦指示信號【[171]】的一可調增益量和一可調 ，移量’以便使錢值在上述犧牲塾第—曝露開始後 處於一相應的預定義範圍内【[189, 389]】； 至^停止【[5〇4]】該可調增益量和該可調偏移量 ^ 之，在對該摩擦指示信號開始的上述該第 :的，之前進-步調整該產生的摩擦= 現相應的增盈量和偏移量。 ❿ 沙2請專利範圍第26項所述之研磨設備 【[70&5GG]】，其中，還包括·· LU67』】的一資料庫r卜lm1 時間至少與以下函數之_^關]】、中該定義的限制 來說所期i的:磨，以說明對於犧牲墊【[224]】 的研磨後厚度【[L5_L4 2]】； Ula2)-第二說明符，以說明用於該第一測試構 68 200539335 14725twf.doc/m 件【[508]】的测試類型； (c.la3) —第三說明符，以 為測試該摩擦指示传_ # /月虽5亥苐一測試構件 類型； 虎時所採用的化學機械研磨液的 (c.la4) —第四說明符 之該第-職軸存在擦指示信號 接觸壓力【[P]】；^ ^液和工作物件之間的 (c· la5) —第五說明符 之該第一測_湘„^ + 乂况明在该摩擦指示信號 之4弟I式期間存在於該研 相對摩擦速度【[Vl,V2]】； 俩件之間的 (C.W):第六說明符，以說明所採用的將該研磨 液加入到工作物件上的加料速度； 藤Π -第七說明符’以ς明組成該第一待研磨 層【Ρ21]】之該第一材料； (c· 1 a8 ) -第八說明符，以說明組成該犧牲 之該第二材料； (c.la9) —第九說明符，以說明分別存在於該第一 待研磨層【[221]】和/或該下層【[224]】中的一種或多 種表面形貌。 30·在化學機械研磨一個或多個工作物件【[2〇〇]】過程中 產生指示信號【[185]】，以使一相對應的可指令機器【[18〇]】 操作一機械操作的研磨控制演算法【[500]】。此處，給定 的工作物件具有由一第一材料組成的一第一待研磨層 【[221]】以及該給定工作物件更包括具有由一第二材料 69 200539335 14725twf.doc/m 組成的複數個犧牲#【[224]】的一下層結構，其 中以二材料【[SiN]】的平坦區與待使用的化學機械研磨 的摩擦力’要比具有相類似尺寸、平坦後的該第一 ^响〇]】表面與研磨液之間的摩擦力小得多。由該控 制演异法控制並促使相應的可指令機器執行的步驟包括： u Λ⑷料【[5G2]】—工作物件與紐肖的化學機 械研磨液之間穩定的研磨接觸； 、（b)碰【[504]】-可調增益量和—可調偏移量 ，其中之-，用於指示該給定工作物件與該所使用的研 磨液之間摩擦力值的一摩擦指示信號【[Μ]】； 、（c)測试【[5〇8]】調整後的該摩擦指示信號，其 用於捕▲捉，摩擦指不信號波形圖巾—信號點【[34习】。 ，處’該信魏指示研磨的進度進人更好階段但其不是 ，犧牲塾已完全曝露。其中更好研磨曝露狀態是指，與 最初檢測的研磨墊的曝露【_]】狀態相比，其在本質 上么生了更大、、更少隨機性的犧牲墊曝露； (d)作為對上述該信號點監測的回應，在終止研 磨之後，觸發【？_]】工作物件的一限時持續研磨 【[514]】，持續一相對應限制時間【[丁67]】。 31· -電腦可讀取資料庫【[51〇]】，當對一提供之工作物 件繼績進行化學機械研磨的終點檢測後，用於產生定 義限制時間【[T67]】之-信號。此處紅作物件呈有 由一第一材料組成的一第一待研磨層【[221]】以及包 括具有由一第二材料【_]】組成的複數個犧牲墊 200539335 14725twf.doc/m 4]】的下層結構，其中該第二材料的平 坦區與-待使用的化學機械研磨液之間的摩擦力 比具有相類似尺寸、平坦後的該第—材料^ 面與該研磨液之間的摩擦力小得多。 : 料庫至少對以下其中之二做出回^:^細可5貝取-貝 (c.lal)-第—說明符’以說明對於該犧牲塾 【[224]】來說所魅的研磨後厚度【[L5_L4 2]】； # (c.la2)-第二說明符，以說明用於終點檢測的一 弟一測試構件【[508]】]中的測試類型； (c.la3) -第三說明符，以說明當第一測試構件為 測該試摩擦指示信號時所採用的化學機械研磨液的類 型； ' Mtcla4tr第四說明符’以說明在該摩擦指示信號 之该第-測試期間存在於該研磨液和工作物件工作物 件之間的接觸壓力【[P]】； (c.la5) -第五說明符’以說明在該摩擦指示信號 ❿ 之該第一測試期間存在於該研磨液和工作物件工作物 件之間的相對摩擦速度【[Vi，V2]】； 牛 、（c.la6)-第六說明符’以說明所採用的將該研磨 液加入到工作物件工作物件上的加料速度； (c.la7) —第七說明符，以說明組成該第一待研磨 層【[221]】之該第一材料； (c.la8)—第八說明符，以說明組成犧牲墊 之該第二材料； 71 200539335 14725twf.doc/m (c.la9) —第九說明符，以說明分別存在於該第一 待研磨層【[221]】和/或該下層【[224]】中的一種或多 種表面形貌。

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