TW201201957A - High sensitivity real time profile control eddy current monitoring system - Google Patents

High sensitivity real time profile control eddy current monitoring system Download PDF

Info

Publication number
TW201201957A
TW201201957A TW100101985A TW100101985A TW201201957A TW 201201957 A TW201201957 A TW 201201957A TW 100101985 A TW100101985 A TW 100101985A TW 100101985 A TW100101985 A TW 100101985A TW 201201957 A TW201201957 A TW 201201957A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
eddy current
platform
monitoring system
core
width
Prior art date
Application number
TW100101985A
Other languages
English (en)
Inventor
Hassan G Iravani
Kun Xu
Boguslaw A Swedek
Yuchun Wang
Wen-Chiang Tu
Original Assignee
Applied Materials Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Applied Materials Inc filed Critical Applied Materials Inc
Publication of TW201201957A publication Critical patent/TW201201957A/zh

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/14Measuring as part of the manufacturing process for electrical parameters, e.g. resistance, deep-levels, CV, diffusions by electrical means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/005Control means for lapping machines or devices
    • B24B37/013Devices or means for detecting lapping completion
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11Lapping tools
    • B24B37/20Lapping pads for working plane surfaces
    • B24B37/205Lapping pads for working plane surfaces provided with a window for inspecting the surface of the work being lapped
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/10Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation involving electrical means
    • B24B49/105Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation involving electrical means using eddy currents
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321After treatment
    • H01L21/32115Planarisation
    • H01L21/3212Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/20Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps
    • H01L22/26Acting in response to an ongoing measurement without interruption of processing, e.g. endpoint detection, in-situ thickness measurement
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Description

201201957 六、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於在基材之化學撼姑m ώ Ββ % 土仍 < 扣干機槭研磨期間的渦電流監 控。 【先前技術】 積體電路通常是藉由依序之導電層、半導體層或絕緣 層在石夕晶圓上的沉積以及隨後此些層的處理而形成在基 材(例如半導體晶圓)上。 一製造步驟係涉及沉積一填料層於一非平坦表面上, 及平坦化此填料層直到暴露出非平坦化表面為止。舉例 而D^電填料層可沉積在一圖案化絕緣層上,以填 滿絕緣層中的溝槽或孔洞。接著,填料層被研磨而直到 暴露出絕緣層的凸出圖案為止。在平坦化後,在絕緣層 之凸出圖案之間所剩餘的導電層係形成介層洞、插塞與 線,其可提供基材上多個薄膜電路之間的導電路徑。此 卜平坦化可用以平坦化基材表面以為了進行微影β 化學機械研磨(CMP)是一可令人接受之平坦化的方 法。典型地,此平坦化方法需要將基材裝設在一載具頭 上。基材的暴露表面係被放置成抵靠一旋轉的研磨墊。 載具頭在基材上提供可控制的負載,以將基材推擠抵靠 研磨墊。一研磨液體(諸如具有磨蝕顆粒的漿料)被供應 到研磨塾的表面。 201201957 在半導體處理期間,決定基材或基材上之層的—。 個特性是重要的。舉例而言,在CMP製程期間知道:: 層的厚度是重要的,以致能夠在正確的時間終止製程電 可使用許多方法來決定基材特性。舉例而言,光 器可用於在化學機械研磨期間—基材的原位監控:或應
(或此外)’可使用—渦電流感應系統而在基材上之L 電區域中引發渦電流來決定參數(諸如導電區域之 厚度)。 ^ 【發明内容】 在一態樣中,一種用於化學機械研磨之設備包含:一 平台,其具有-表面以支撐一研磨墊;及一渦電流監控 系統’其用以產生—渦電流訊號。渦電流監控系統包含 -芯與-線圈’芯至少部分地定位在平台中,線圈係繞 著芯之一部分來纏繞。芯包括:一背部;一第一分又, 其從背部延伸於一第一方向且具有位在一第二方2上的 寬度,第一方向正交於平台的表面,第二方向平行於平 台的表面,及第二和第三分叉,其從背部延伸且平行於 第一突出部,第二和第三分又係定位在第一分又的相對 側上且和第一分叉相隔等距離。位在第二方向上且介於 第二和第三分叉之各者與第一分又之間的一間隔係約等 於第一分叉的寬度的兩倍。 實施方式可包括一或多個下述特徵。第二和第三分又 201201957 的寬度約等於第一分又的寬度。第一分又的寬度為約i mm,並且第二和第三分叉之各者與第一分又之間的間隔 為約2 mm。第―、第二和第三分叉各具有位在第一方向 上的高度,高度大於第一分叉的寬度,例如高度為寬度 的約四倍。第一、第二和第三分叉各具有沿著一第三方 向的長度’第三分向平行於平台的表面且垂直於第二方 向,長度大於第一分叉的寬度。長度為寬度的至少1〇 倍,例如長度為寬度的約2〇倍。平台可繞著一旋轉軸來 旋轉,並且第一、第二和第三分叉的長度垂直於平台的 半徑’平台的半徑係從旋轉軸延伸通過芯。芯在平行於 第一方向與第二方向的一平面中具有一大致上E-形狀截 面。線圈僅繞著第一分又來纏繞。研磨墊具有一背層與 一研磨層,背層具有一穿孔在其中,及芯之此些分又係 延伸到背層中之穿孔内但沒有延伸超過研磨層的底表 面。渦電流監控系統具有約1 5至2 MHz的共震頻率。 在另一態樣中’一種用於化學機械研磨之設備包含: 一平台,其具有一表面以支撐一研磨墊;及一渦電流監 控系統,其用以產生一渦電流訊號。渦電流監控系統包 含一芯與一線圈,芯至少部分地定位在平台中。芯包括: 一背部;一第一分叉,其從背部延伸於一第一方向且具 有位在第一方向上的高度,第一方向正交於平台的表 面;及第二和第三分叉,其從背部延伸且平行於第一突 出部,第二和第三分叉係定位在第一分叉的相對侧上。 線圈係繞著第—分叉的一外部來纏繞且沒繞著第一分叉 201201957 的内P來纏繞’内部係比外部更靠近背部。内部係延 伸分又的高度的至少約一半。 手延 f施方式可包括-或多個下述特徵。外部係延伸分又 的间度的'力-半。至少—間隙物係定位在第—分又鱼第 二和第三分又之間的一間隙中,以支撐線圈。第一;又 具有位在-第二方向上的寬度,第二方向平行於平台的 表面’第二和第三分又係定位成和第一分叉相隔等距 離’位在第二方向上且介於第二和第三分又之各者與第 一分又之間的-間隔係約等於第-分又的寬度的兩倍。 第-、第二和第三分又具有相同的高度。第一分叉具有 位在一第二方向上的寬度,第二方向平行於平台的表 面’並且高度大於寬《。第-分又具有位在一第二方向 上的寬度,第二方向平行於平台的表面,及其中第一、 第二和第三分叉各具有沿著一第三方向的長度,第三方 向平行於平台的表面且垂直於第二方向,長度大於第— 分叉的寬度。線圈僅繞著第一分又來纏繞。研磨墊具有 一背層與一研磨層,背層具有一穿孔在其中,及芯之此 些分叉係延伸到背層中之穿孔内但沒有延伸超過研磨層 的底表面。漏電流監控系統具有約1.5至2 MHz的共震 頻率。線圈係繞著第一分叉來纏繞約12次。一電容器具 有約1000 pF的電容值’電容器和線圈並聯。 在另一態樣中,一種化學機械研磨位在一基材上之一 金屬層的方法係包含.在一第一研磨站,研磨位在基材 上之金屬層;在第一研磨站’在研磨期間以一具有第一 201201957 共震頻率之第一渦電流監控系統來監控金屬層之厚度; 在第一研磨站,在研磨期間根據來自第一渦電流監控系 統之厚度測量值來控制由一載具頭施加到基材之壓力, 以改善均勻性;當第一渦電流監控系統顯示了在基材上 餘留金屬層之預定厚度,將基材傳送到一第二研磨站; 在第二研磨站,研磨位在基材上之金屬層;在第二研磨 站,在研磨期間以一具有第二共震頻率之第二渦電流監 控系統來監控金屬層之厚度,第二共震頻率不同於第— 共震頻率;及在第二研磨站’在研磨期間根據來自第二 渦電流監控系統之厚度測量值來控制由一載具頭施加到 基材之壓力’以改善均勻性。 貫施方式可包括一或多個下述特徵。金屬層之研磨可 在第一研磨站處以一光學監控系統來監控,並且當光學 監控系統顯示了一第_ ΠΓ 士 a γ , 下方層至少部分地被暴露出時, 可停止研磨。第-下方層可以是-阻障層。 基材可被傳送到一第三研磨 %据站’並且以一第三研磨表 面來研磨基材。金屬可以县細 蜀J以疋銅,並且預定厚度可以為約 2000Λ。第二共震頻率可 马第一共震頻率的約三至五 倍。第一共震頻率可以為約s 為,、勺320至400 kHz,並且第二妓 震頻率可以為約1.5至TV/Ttr 至2·0 MHz。當金屬層具有小於 _的厚度時(例如當金屬層具有小於5〇〇A的厚度 時)’可在第—研磨站執行研磨期間由載具頭施加到基材 的塵力的控制。金屬層可在 一 在第一研磨站以第一研磨速率 來研磨,並且金屬層可力铱 在第一研磨站以第二研磨速率來 201201957 研磨,第二研磨速率小於第一研磨速率。在另—態樣中, 一種化學機械研磨位在一基材上之一金屬層的方法係包 含:在一研磨站,研磨位在基材上之金屬層;在研磨站, 在研磨期間以一渦電流監控系統來監控金屬層之厚度; 及在研磨站,在研磨期間根據來自渦電流監控系統2厚 度測量值來控制由一载具頭施加到基材之壓力。當金屬 層具有小於1〇〇〇A的厚度時,在研磨站執行研磨期間由 載具頭施加到基材的壓力的控制。 實施方式可包括一或多個下述特徵。當金屬層具有小 於500A的厚度時,可在研磨站執行研磨期間由載具頭施 加到基材的壓力的控制。金屬可以是鋁。當渦電流監控 系統顯不了在基材上餘留金屬層之預定厚度時,可減少 在第一研磨站的研磨速率。可在另一研磨站研磨位在基 材上之金屬層,可在另一研磨站在研磨期間以另一渦電 流監控系統來監控金屬層之厚度,並且當另一渦電流監 控系統顯不了在基材上餘留金屬層之預定厚度時,可將 基材從另一研磨站傳送到研磨站。金屬層可在另一研磨 站以第一研磨速率來研磨,並且金屬層可在研磨站以第 二研磨速率來研磨,第二研磨速率小於第一研磨速率。 在另一研磨站,可根據來自另一渦電流監控系統之厚度 測量值來控制研磨期間由一載具頭施加到基材之壓力, 以改善均勻性。金屬可以是銅,預定厚度可以為約 2000A,並且另一渦電流監控系統可具有第一共震頻率, 而渦電流監控系統可具有第二共震頻率,第二共震頻率 201201957 不同於第一共震頻率。金屬可以是銘,預定厚度可以為 約ιοοοΑ,並且渦電流監控系統與另一渦電流監控系統 可具有相同之共震頻率。可在研磨站以_光學監控系統 來監控金屬層之研磨’並且當光學監控系統顯示了一下 方層至少部分地被暴露出時,可停止研磨。下方層可以 是一阻障層。 一些實施方式之潛在優點可包括下述。可以距離基材 較遠之感應器(例如以沒有突出到研磨層中的一凹部内 之感應器)來執行渦電流監控。藉由從研磨層移除凹部, 可改善研磨均句性與墊壽命。對於薄層,可改善厚度測 量值之精確性,其可改善較薄之層的即時輪廓控制且因 而改善晶圓内及晶圓至晶圓之均勻性。此外,對於研磨 具有比銅更低導電率的金屬(例如對於研磨鋁和鎢),可 改善厚度測量值之精確性。對於如此低導電率的金屬, 這可改善即時輪廓控制且因而改善晶圓内及晶圓至晶圓 之均勻性。 圖式與以下敘述係揭示一或多個實施方式的細節。可 從敘述與圖式以及從申請專利範圍得知其他態樣、特徵 與優點。 【實施方式】 CMP系統可使用渦電流監控系統來偵測基材上之一頂 金屬層的厚度。在頂金屬層的研磨期間,渦電流監控系 10 201201957 統可決定基材上之金屬層之不同區域的厚度。厚度測量 值能夠用來即時地調整研磨製程的處理參數。舉例而 言’一基材載具頭可調整基材之背側上的壓力,以增加 或減少金屬層之多個區域的研磨速率。可調整研磨速 率’而使得金屬層之多個區域在研磨後具有實質上相同 的厚度。CMP系統可調整研磨速率,以致金屬層之多個 區域的研磨在約相同時間處完成。這樣的輪廓控制可稱 為即時輪廓控制(real time profile control,RTPC)。 渦電流監控具有的一問題是不足夠之用於精確厚度決 定的訊號’其會造成終點決定與輪廓控制的精確性的缺 乏。不受限於任何特定的理論,對不足夠的訊號有所貢 獻的因素可包括:(a)感應器遠離基材的放置,使得抵達 基材的磁場會比較弱;(b)較薄之層(例如小於2〇〇〇A的 銅)的研磨,其具有較高的電阻值;及(c)低導電率金屬(例 如鋁或鎢)的研磨。 可藉由適當組態的感應器來顯著地改善訊號強度。尤 其’對於具有三個分叉的芯’可藉由將此些稍微地隔開 且藉由將環繞著中心分叉之外部的線圈的纏繞予以集中 來改善訊號強度。此外,可針對將被研磨之層來調整渦 電流感應器的共震頻率。即使感應器遠離基材、較薄的 層被研磨、與(或)較低導電率的金屬被研磨,可足夠地 增加整體的訊號強度以用於可靠的輪廓控制。舉例而 吕’即使對於小於1000 A厚度的銅層與鋁層而言,能夠 可罪地執行輪廓控制。 201201957 另 技術疋在不同的研磨站>{去Ώ ~τ~ r-ι 舛厲站使用不同的渦電流監控系 統。舉例而言’ _[研磨站可包括—渦電流監控系統, 其具有經選擇用於金屬層之起初厚度範圍(例如小至約 1000A)的共震頻率;及__第二研磨站可包括—渦電流監 控系統’其具有經選擇用於比起初厚度範圍更小之隨: 厚度範圍(例如小至約200A)的共震頻率。 第1圖顯示用以研磨-或多個基材10的一 CMp設備 20。可在美國專利案號US5,738,574中找到類似之研磨 設備的描述。研磨設備20包括一系列的研磨站2212儿 與22C’以及一傳送站23。傳送站23係將基材傳送於載 具頭與一裝載設備之間。 各研磨站包括一可旋轉平台24 ’可旋轉平台24具有 一頂表面25, 一研磨墊3〇被放置在頂表面乃上。第一 與第二研磨站22a與22b可包括一雙層研磨墊,其具有 一硬的耐久外表面或一含有内嵌之磨蝕顆粒的固定磨蝕 墊。最終研磨站22c可包括一相當柔軟的墊或一雙層 墊。各個研磨站也可包括一墊調節設備28,其用以維持 研磨塾的狀況而使其能有效地研磨基材。 參照第2圖,一雙層研磨墊3〇通常具有一背層32(其 鄰平σ 24的表面)與一覆蓋層34(其用以研磨基材 1〇)。典型地,覆蓋層34會比背層32更硬。然而,一些 墊僅具有覆蓋層且沒有背層。覆蓋層34可由發泡或澆鑄 的聚氨S曰與(或)溝槽化表面所構成,其中聚氨酯可能帶 有填料(例如中空的微球體)。背層32可由以氨酯來溶濾 12 201201957 的堅縮毛氈纖維所構成。一雙層的研磨墊,其中覆蓋層 B 1 〇〇〇構成且背層是由SUB A-4構成,可從美國 德拉威州紐約市的R〇del Inc獲得。 在研磨步驟期間,可藉由一浆料供應崞或結合的㈣/ 39將漿料38供應到研磨塾3G的表面研磨墊 3〇是「標準墊’漿料38也可包括磨蝕顆粒(例如二氧化 石夕以為了進行氡化物研磨)。 參照第1圖,—可旋轉多頭轉盤6〇係支撐四個載具頭 轉盤疋由一轉盤馬達組件(未示出)將-中心柱62繞 著轉盤軸64來旋轉,以將載具頭系統和接附到其上的基 材運行於此歧研磨& ? 〇 &你、¥ l . —研磨站22與傳送站23之間。三載具頭系 統係接收且固持基材,並且藉由將基㈣抵研磨墊來將 ”研磨@時,一載具頭系統係接收來自傳送站23的基 材且輸送基材到傳送站23。 各個載具頭70是由—載具驅動軸74連接到—載且頭 驅動馬達76(其是透過去除了四分之-的罩體68來顯 以致各個載具頭可獨立地繞著其自身軸旋轉。此 外,各個载具頭70可在形成於轉盤支樓板&令之徑向 溝渠72…地橫向震盈。可在美國專利案號 ㈣,654,m 中❹Μ 2丨苗士 μ 只,υ的描述’其在此以 式併人本文作為參考。在操作時,平台係繞著其 旋轉’並且載具頭係繞著其中心轴71旋轉且 铋向地位移橫越研磨墊表面。 第 圖顯示一載具頭 70。各個載具頭
包括一殼體 13 201201957 102、一基座組件104、一平衡機構1〇6(其可被視為基座 組件104的部分)' 一負載腔室108 ' -固持環200、與 一基材支撐組件11〇,基材支撐組件11〇包括一撓性膜 116而界定多個可獨立加壓的腔室(諸如一内腔室23〇, 中間腔至232、234、236 ’及一外腔室238)。這些腔 室係控制在撓性膜之同心區域上的壓力,因此在基材之 同心部分上提供了獨立壓力控制。在一些實施方式中, 各個載具頭70包括五個腔室與一個用於各腔室的壓力 調節器。 返回第2圖’渦電流監控系統4〇包括一驅動系統以用 於在基材上之金屬層中引發渦電流以及一感應系統以偵 測藉由驅動系統在金屬層中所引發的渦電流。監控系統 40包括一忍42(其定位在凹部26中而能併同平台一起旋 轉)、一驅動線圈49(其繞著芯之一部分來纏繞)、與一感 應線圈46(其繞著芯之第二部分來纏繞)。對於驅動系 統,監控系統4〇包括一震盪器5〇 ,震盪器5〇連接到驅 動線圈49。對於感應系統,監控系統40包括一電容器 52(其並聯地和感應線圈46連接)'一 rf放大器54(其連 接到感應線圈46)、與一二極體56。震動器5〇、電容器 52、RF放大器54、與二極體56可以遠離平台24的方式 來設置,並且可透過一可旋轉電氣單元29耦接到平台中 的部件。 在一些實施方式中,背層32包括一位在凹部26上方 的穿孔。穿孔可具有和凹部26相同的寬度和深度。或 201201957 者’穿孔可小於凹畜p 26。覆蓋層34之一部分可位在背 層中穿孔的上方1蓋層34之部* 36可避免漿料心 入凹部26。怒42之部分可設置在穿孔中。舉例而言, 芯42可包括多個延伸到穿孔内的分叉。在一些實施^式 中,芯42的頂部沒有延伸超過覆蓋層34的底表面。 在操作時,震盪器50係驅動此驅動線圈49而產生一 震盪磁場,此震盪磁場會延伸通過芯42的主體且延伸到 心的此些分叉之間的間隙内。至少一部分的磁場係延伸 通過研磨塾30的薄部分36且延伸到基材1〇内。若基材 上10存在有一金屬層,震盪磁場會在金屬層中產生渦電 流。渦電流使金屬们乍為一阻抗源,纟是和感應線圈牝 與電容H 52 it聯。隨著金屬層的厚度改變,阻抗會改 變’造成了感應機構之q_因子的改變。藉由偵測感應機 構之Q-因子的改變,渦電流感應器可感應渦電流之強度 的改變以及因而金屬層之厚度的改變。 一光學監控系統140,其可作為一反射儀或干涉儀, 可固持到平台而位在凹部26中,例如鄰近渦電流監控系 統40。因此,光學監控系統!4〇可測量由渦電流監控系 統40所監控之在基材上實質上相同位置的反射性。詳細 地說,光學監控系統丨4〇可定位以如同渦電流監控系統 40來測量距離平台24之旋轉軸相同的徑向距離處的基 材之一部分。因此,光學監控系統14〇可如同渦電流監 控系統40以相同路徑來掃瞄橫越基材。 光學監控系統140包括—光源144與一偵測器146。 15 201201957 光源產生一光束142,光束142傳播通過透明視窗區塊 36與漿料,而撞擊基材1〇的暴露表面。舉例而言,光 源144可以是一雷射,並且光束142可以是—準直之雷 射束。光雷射束142能夠以和基材10的表面正交的軸夾 一角度OC從雷射144被投射到基材10的表面。此外,若 凹部26與視窗36是長形的,一束擴張器(未示出)可= 位在光束的路徑中,以將光束沿著視窗的長軸擴張。大 致上,光學監控系統的功能係如美國專利案號 US6,159,G73肖US6,28G,289所述,其在此以引置方<# 入本文作為參考。 CMP設備20也可包括一位置感應器8〇(諸如一光學遮 斷器)以感應何時芯42與光源44位在基材10下方。舉 例而言,光學遮斷器可被裝設在一相對於載具頭7〇的固 定點。一旗件(flag)82接附到平台的周邊。旗件82的接 附點與長度係經選擇,以致當透明區塊36在基材1〇下 方掃瞄時其可遮斷感應器8〇的光學訊號。或者,CMp 设備可包括一編碼器以決定平台的角位置。 心目的之可程式化數位電腦9 〇係接收來自渦電流 感應系統的強度訊號以及來自光學監控系統的強度訊 號。由於監控系統係隨著每次平台旋轉在基材下方掃 瞄,金屬層厚度的資訊與下方層的暴露係以連續即時基 準的方式(每一次平台旋轉即有一次)原位地被累積。電 月a 90可經程式化,以在基材大致上覆蓋透明區塊36時 (其由位置感應器來決定),能從監控系統來取樣測量 201201957 值。隨著研磨進行,金屬層的反射性或厚度會隨著時間 變並且經取樣的訊號會隨著時間而變化。時間變化 之取樣訊號可稱為軌跡(trace)。在研磨期間,來自監控 系統的測量值可被顯示在一輸出裝置92上,以容許裴置 的操作者能視覺地監控研磨操作的進展。 在操作時,CMP設備20使用渦電流監控系統4〇與光 學監控系統140來決定何時填料層的塊體已經被移除且 決定何時下方終止層已經實質上被暴露出。電腦9〇將製 程控制與終點偵測邏輯應用到經取樣的訊號,以決定何 時要改變製程參數且偵測到研磨終點。可行之偵測器邏 輯的製程控制與終點標準係包括局部最小或最大之斜率 改變、震幅或斜率的閥值、或其組合。 此外,電腦90可經程式化,從每一次在基材下方的掃 瞄,將來自渦電流監控系統40與光學監控系統14〇的測 量值兩者予以區分成複數個取樣區域,以計算各個取樣 區域的徑向位置、以將震幅測量值分類成徑向範圍、以 決定各個取樣區域的最小、最大與平均測量值、及以使 用多個徑向範圍來決定研磨終點,如美國專利 US6,399,5G1所述,其在此以引置方式併人本文作為參 考。 電腦90也可連接到控制由載具頭7〇施加之壓力的壓 力機構、連接到控制載具頭旋轉速率的載具頭旋轉馬達 76、連接到控制平台旋轉速率的平台旋轉馬達(未示 出)、或連接到控制被供應到研磨墊之漿料組成的漿料分 17 201201957 佈系統3 9。詳細地說,在將此些測量值分類成多個徑向 範圍後,金屬膜厚度的資訊可即時地被饋送到一閉路控 制器内,以週期性地或連續地變更由載具頭所施加的研 磨壓力輪廓,如下文所將進一步討論。 第4A圖顯示用意測量輪廓資訊之渦電流監控系統4〇〇 的一實例。渦電流監控系統400可被用作為渦電流監控 系統40。藉由渦電流感應,一震盪磁場會在晶圓上之導 電區域中引發渦電流。渦電流係被引發在和由渦電流感 應系統所產生之磁通量線耦合的區域中。渦電流監控系 統400包括一具有E_形狀主體的芯4〇8。芯4〇8可包括 一背部4 10與三分叉4 12a-c,此些分叉4 1 2a-c係從背部 4 1 0延伸。 芯408的背部410可以是一大致上板形或矩形的盒形 主體’並且可具有平行於平台之頂表面(例如在研磨操作 期間平行於基材與研磨墊)的頂表面。在一些實施方式 中’背部410的長軸垂直於平台半徑,其中該平台半徑 係從平台的旋轉軸延伸。背部41〇的長軸可正交於背部 41〇的前表面。背部410可具有高度,其係經測量而正 交於千台的頂表面。 分又412a-c係從背部410延伸於正交於背部41〇的頂 表面的方向’並且為實質上線性的,並且以彼此平行的 方式來延伸。各個分叉412a_c可具有沿著平行於平台的 頂表面(例如在研磨操作期間平行於基材與研磨墊的表 面)的方向的長軸,並且為實質上線性的,並且以彼此平 18 201201957 行的方式來延伸。分又412a-c的長軸可正交於分又 412a-c的前表面。背部41q的長軸可延伸於和分又412a_e 的長軸相同的方向。在一些實施方式中,分叉412a_c的 長軸係垂直於研磨墊的半徑,其中該研磨墊的半徑係從 研磨墊的旋轉軸延伸。兩外分又412a、412c是位在中間 分叉412a的相對側。各個外分叉(例如412a和412c)與 中心分叉(例如412b)之間的間隔可以是相同的,即外分 叉412a、412c可和中間分又412a相隔等距離。 渴電流感應系統400包括並聯的一線圈422與一電容 器424。線圈422可和芯408麵接(例如線圈422可繞著 中心分叉412b來纏繞)。線圈422與電容器424可一起 形成一 LC共震槽。在操作時,一電流產生器42 6 (例如 一基於邊際震盪器電路的電流產生器)會在由線圈 422(其具有電感L)與電容器424(其具有電容值c)所形成 的LC槽電路的共震頻率下來驅動系統。電流產生器426 可被設計以維持正弦震盪的尖峰至尖峰震幅於一恆定 值。一具有震幅V〇的時間相依電壓係使用整流器428來 整流且被提供到一回饋電路43 0 〇回饋電路43〇可決定 使電流產生器426將電壓的震幅v〇維持成恆定值的驅動 電流。對於這樣的系統,驅動電流的震幅可正比於導電 膜厚度。邊際震盪器電路與回饋電路係進一步被描述在 美國專利US4,000,458與US7,112,960,其在此以引置方 式併入本文作為參考。 電流產生器426可將電流饋送到Lc共震槽以將頻率 19 201201957 維持成相同。線圈422可產生一震盪磁場432,磁場432 可和基材(例如基材1 0)的導電區域406耦合。當存在有 導電區域406時’在基材令被消散成渦電流的能量會減 小(bring down)震盪的震幅。電流產生器426可饋送更多 的電流到LC共震槽以將震幅維持成恆定值。由電流產 生器426所饋送之額外的電流量可被感應且被轉變成導 電區域406的厚度測量值。 第4B圖顯示渦電流監控系統4〇〇的另一實施方式。滿 電流監控系統400可包括一驅動線圈402以產生震盈磁 場404,震盪磁場404可和感興趣的導電區域4〇6(例如 位在半導體B曰圓上之金屬層的一部分)輕合。驅動線圈 402可繞著背部410來纏繞。震盪磁場4〇4在導電區域 406中局部地產生渦電流。渦電流使導電區域4〇6作為 一阻抗源’其和一感應線圈414與一電容器4 16並聯。 感應線圈414可繞著中心分又412b來纏繞。感應線圈 4 14可繞著中心分叉41 2b的外部來纏繞,以增加渦電流 監控系統400的強度。隨著導電區域4〇6的厚度改變, 阻抗會改變,造成了系統之Q_因子的變化。藉由偵測 Q-因子的改變,渦電流監控系統4〇〇可感應渦電流的強 度的改變與因而導電區域的厚度的改變。所以,渦電流 監控系統400可用來決定導電區域的參數(諸如導電區域 的厚度),或可用來決定相關的參數(諸如研磨終點)。應 注意’儘管上述說明係討論_特定導電區域的厚度,可 改變芯408與導電層的相對位置,因此可獲得許多不同 20 201201957 導電區域的厚度資訊β 在一些實施方式中,對於固定的驅動頻率和驅動震 幅’可藉由測量感應線圈中電流的震幅使其作為時間的 函數來決定Q-因子的改變。可使用一整流器418以及經 由輸出420所監控的震幅來整流一渦電流訊號。或者, 可藉由測量驅動訊號與感應訊號使其作為時間的函數之 間的相差異來決定Q-因子的改變。 渦電流監控系統400可用來測量基材上之一導電層的 厚度。在一些實施方式中,具有較高訊號強度、較高訊 號對雜訊比、與(或)改善的空間解析度和線性渦電流監 控系統是令人期望的。舉例而言,在RTPC應用中,獲 侍期望的橫越晶圓的均勻性係需要一改善的渦電流感應 糸統。 屬電流監控系統400可提供增強的訊號強度、訊號對 雜訊比、增強的線性、與增強的穩定性。可藉由提供具 有改善的訊號強度的渦電流感應系統來獲得額外的優 點。改善的訊號強度對於rTPC是特別有利的。獲得高 解析度晶圓輪廓資訊係容許更精確之處理參數的調整, 並且因此可使得具有更小臨界尺寸(CDs)的元件的製造 成為可能。 —般而言,原位渦電流監控系統4〇〇係被建構有具有 ’’勺50 kHz至10 MHz的共震頻率,例如約i.5至2.〇 MHz,例如約16至17 MHz。舉例而言,感應線圈414 可具有約0.3至30 microH的電感,並且電容器416可具 21 201201957 有約470 pF至約0.022 UF的電容值(例如looo pF)。驅 動線圈可被設計以匹配來自震盪器的驅動訊號。舉例而 吕’若震盤器具有低電壓與低阻抗,驅動線圈可包括更 少的圈數以提供小電感。另一方面,若震盪器具有高電 壓與高阻抗’驅動線圈可包括更多的圈數以提供大電 感°在一實施方式中,感應線圈414包括十二個繞著中 心分叉4 1 2b的圈數’並且驅動線圈402包括四個繞著基 部410的圈數’並且震盪器係以約〇1¥至5〇v來驅動 此驅動線圈402。 第5A圖顯示芯5〇〇的另一實例。芯5〇〇可具有£_形 狀主體’其由非導電材料來形成且具有相當高的磁導率 (例如約2500或更大的μ)。詳細地說,芯500可以是鐵 磁體。芯500可被塗覆。舉例而言,芯5〇0可被塗覆以 諸如派瑞林(parylene)的材料,以避免水進入芯5〇〇中的 孔隙且避免線圈短路。芯5〇〇可和被包括在渦電流監控 系統400中的芯408相同。芯500可包括一背部502與 二分叉504a-c,此些分叉5〇4a-c係從背部502延伸。 第一分叉5 04b具有寬度w卜第二分又504a具有寬度 W2 ’且第三分差5〇4c具有寬度W3。各個寬度W]l、貨2、 W3可以是相同的。舉例而言,各個分叉5〇4a_c可具有1 mm的寬度。第一分叉5〇4b與第二分又5〇“係分隔距離 S1 ’並且第一分又5〇4b與第三分叉504c係分隔距離S2。 在一些實施方式中,距離S1與S2是相同的,並且第二 刀又504a與第三分又504c係和中心分又5〇4b相隔相同 22 201201957 距離。舉例而言,距離s 1與S2可以為約2 mm。 各個分叉504a-c具有高度Hp,其是分叉5〇4a-c從芯 500的背部502延伸的距離。高度Hp可大於寬度wi ' W2與W3。在一些實施方式中,高度Hp比分隔分叉 5〇4a-c的距離S1與S3更長。尤其’高度Hp可以是4 mm。背部502具有高度Hb。高度Hb可以和距離s 1或 距離S 2相同’例如2 m m。 一線圈506可繞著中心分叉5〇4b來纏繞。線圈可和一 電容器(例如電容器4 1 6)耦合《在渦電流監控系統(諸如 系統400)的實施方式中,可適用不同的感應與驅動線 圈。在一些實施方式中,一線圈(諸如線圈5〇6)可以是漆 包銅線(litz wire)(即由個別膜絕緣線以一致的絞合圖案 和紋距長度而成束或絞和在一起所構成的織線),其對於 通常用在渦電流感應之頻率而言比實線更不具損耗。 在些貫施方式中,線圈506可繞著中心分又5〇4b的 一部分而不是整個分叉504b來纏繞。舉例而言,線圈 506可繞著中心分叉504b的外部來纏繞。外部可具有高 度Ho。線圈506可不接觸中心分叉5〇4b的内部,其中 中心分叉504b的内部具有高度Hi。内部可比外部更靠 近背部502。在一些實施方式中,高度H〇與出可以為 中心分叉504b的高度Hp的約一半。或者,内部的高度
Hi可大於外部的高度Ho。外部的高度^1〇可大於内2 高度Hi。 、 在一些實施方式中,一間隙物5〇8可支撐線圈5〇6且 23 201201957 避免線圈506接觸中心分又5〇4b的内部。間隙物508可 由絕緣體製成。間隙物508可以是柔軟的,以為了避免 對芯500造成損壞。舉例而言,間隙物5〇8可以是塑膠、 橡膠、或木材。間隙物508可接附到芯500,而避免間 隙物508在CMP製程期間會移動。 第5B圖顯示芯500的立體圖。芯500可具有寬度Wt, 寬度Wt是此些分叉504a-c的寬度Wl、W2與W3及分 隔分叉504a-c的距離S1與S2的總和。芯500具有高度 Ht,高度Ht是此些分叉504a-c的高度Hp與基部502的 高度Hb的總和。在一些實施方式中,寬度Wt大於高度 Ht。芯500具有長度Lt,長度Lt大於中心分叉504b的 寬度W1且較佳地大於芯的寬度wt。長度Lt可以為約 10至20 mm。長度Lt可以大於芯500的寬度Wt。 第6A和6B圖係顯示基材600相對於芯602(其可類似 於第4圖的芯408或第5圖的芯500)之相對位置的俯視 與側視圖。對於掃瞄通過半徑為r之晶圓6〇〇之中心的 片#又A-A ’芯602係被定向成捨其長軸垂直於晶圓6〇〇 的半徑。如圖所示,芯6〇2相對於晶圓的直徑平移。應 注意,由繞著芯602而纏繞的線圈所產生的磁場會在導 電區域t引發渦電流,其中該導電區域也是具有長度大 於寬度之長形的形狀。然而,此長度與寬度大致上不會 和芯602的長度與寬度相同,並且導電區域的長寬比和 截面也是大致上不同於芯602的長寬比和截面。 儘管第6A和6B圖的組態可當芯602沿著半徑的第一 24 201201957 與最後節& 604平移時對於大部分之日日日目6⑼的片段 以’提供改善的解析度,芯6〇2的一部分沒有鄰近基 材。所以,節段604的測量是較不精確的,並且可能會 對芯602的最大期望長度L(諸如長度⑷具有限制。此 外’當芯602接近晶圓_的中心時,芯咖是在取樣 -較大的半徑範圍。所以,定半徑距離㈣的空間解析 度是比r=0的空間解析度顯著地更佳。 如上所解釋,芯602的長度L大於其寬度w◎也就是, 長寬比L/W大於卜L、|與L/w之不同數值可用在不 同的實施方式中。舉例而言’ w可介於部分之毫米到超 過董米的範圍,而L可介於約一毫米(對於較小數值的 W)到十釐米或更大。 在一特定實施方式中,W是介於約一毫米與約十毫米 之間,而L是介於約一釐米與約五釐米之間。尤其,芯 602可以具有約七毫米的寬度,各個突出部具有約一毫 米的寬度且各個相鄰突出部之間的間隙可以為約兩毫 米。長度可以為約二十毫米。高度可以為約六毫米,並 且若期望容許更多線圈圈數時可增加高度。當然,在此 列舉的數值是示範用,許多其他的組態是可行的。 在一些實施方式中,芯的長軸可不完全地垂直於基材 的半徑。然而,對於可獲得的芯組態,芯仍可提供改善 的解析度,尤其是靠近晶圓邊緣處。第7圖顯示一 CMp 系統700,其中一長形芯702定位在平台7〇4下方。在 基材706下方掃瞄前,芯702是位在位置708 ^在位置 25 201201957 708,芯702係定位成約垂直於基材706的半徑b所以, 對於r^R,耦合由繞著芯702而纏繞之線圈所產生之磁 %的導電層部分係大致上位在距離晶圓中心的相同徑向 距離處。應注意’當芯702在基材706下方掃瞄時,平 台704與基材706正在旋轉。基材706也可以相對於平 台704掃瞄,如所示。此外,可使用一旗件7丨〇與一旗 件感應器712來感應平台704的旋轉位置。 起初’參照第4和8A圖,在進行研磨前,震盪器5 〇 係在不存在任何基材的情況下被調整到LC電路的共震 頻率。此共震頻率造成了來自RF放大器54之輸出訊號 的最大震幅。 如第8B圖所示,對於研磨操作,基材1〇被放置成接 觸研磨墊30。基材10可包括一矽晶圓12與一導電層 16(例如金屬,諸如銅或鋁),導電層16設置在一或多個 圖案化之下方層14(其可以是半導體、導體或絕緣體層) 上方。一阻障層18(諸如鈕或氮化鈕)可將金屬層和下方 的介電質分離。圖案化之下方層14可包括多個金屬特徵 結構,例如介層洞、墊、與内連線。由於,在研磨前, 導電層16之塊體是起初非常厚的且連續的,其具有低電 阻值,並且相當強的渦電流可被產生在導電層中。渦電 μ係使金屬層作為一阻抗源,其是和感應線圈和電容 器52並聯所以,導電膜16的存在可減少感應器電路 的Q-因子’藉此顯著地減少來自RF放大器56之訊號的 震幅。 ’ 26 201201957 參照第8C圖,當基材丨〇被研磨時,導電層丨6的塊體 部分係被薄化。當導電層16變薄時,其片電阻值會增 加’並且金屬層中的渦電流變得減少。所以,導電層!6 與感應器電路之間的耦合會減少(即增加了虛擬阻抗源 的電阻值)。隨著耦合減少,感應器電路的因子會朝向 其原始數值增加,使得來自RF放大器%之訊號的震幅 增加。 參照第8D圖,最後導電層16的塊體部分被移除了, 留下導電内連線1 6 ’在圖案化絕緣層丨4之間的溝渠中。 在此時,基材中之此些導電部分之間的耦合是大致上小 的且大致上非連續的,並且感應器電路達到最小。所以, 感應器電路的Q-因子達到最大值(儘管沒有如同當基材 整個不存在時的Q-因子-般大這造成了來自感應器電 路之輸出訊號的震幅到高原期(plateau)。 第9圖顯示在研磨了導電層後導電層的厚度的圖表 9〇〇。圖表900上的線902係指在距離晶圓中心的不同距 離處所測量之導電層的厚度(以A為單位)。舉例而言, CMP系統可研磨一鋁層,其使用芯5〇〇來監控在基材之 不同區域中銘層的厚度的變化。CMP系統可使用一光學 監控系統,以決定何時鋁層的厚度為約2〇〇A且為終點研 磨。在一些實施方式中,在研磨期間,使用芯5〇〇且調 整基材之背側上的壓力係使得鋁層具有最多5〇A之基材 内厚度變化。在一些實施方式中,使用芯5〇〇或芯4〇8 可減少除了晶圓内變化以外的晶圓至晶圓變化。 27 201201957 第10圖顯示用以研磨基材上之金屬層的製程ι〇〇〇的 示範性流程圖。基材係在第一研磨站22a被研磨,以移 除金屬層的塊體’直到第-渦電流監控系統顯示了餘留 金屬層的預定厚度(1002)。舉例而言,一 8〇〇〇A銅層可 被研磨直到渦電流監控系統顯示銅層的厚度為約 作為另一貫例,一 4〇o〇A鋁層可被研磨直到直 到渦電流監控系統顯示鋁層的厚度為約1〇〇〇A。可藉由 渦電流監控系統40來監控研磨製程。當銅層14的預定 厚度(例如2000A)餘留在下方阻障層16上方時,研磨製 程係被終止,並且基材被傳送到第二研磨站。當震 幅訊號超過實驗上決定的閥值時,可引發此第一研磨終 點。 當研磨在第一研磨站22a進行時,來自渦電流監控系 統40的徑向厚度資訊會被饋送到一閉路回饋系統内,以 控制载具頭70的不同腔室在基材上的壓力。研磨墊上之 固持環的壓力也可被調整,以調整研磨速率。此舉係容 許載具頭能補償研磨速率的非均勻性或所進入基材的金 屬層的厚度的非均勻性。因此’在第一研磨站研磨後, 顯著量的金屬層已經被移除,並且餘留在基材上之金屬 層的表面是實質上被平坦化的。 載具頭70將基材傳送到在第二研磨站22b處的第二平 台(1004)。當研磨開始於第二研磨站時,基材可在高壓 下短暫地被研磨(1006)。需要此初始研磨,其可稱為「初 始」步驟’以移除形成在金屬層上的原生氧化物或補償 28 201201957 平台旋轉速率與載具頭壓力的上升而藉此維持期望的產 能。 可選地,在第二研磨站22b,基材係在比在第一研磨 站更低的研磨速率下被研磨,並且第二渦電流監控系統 係測量金屬層的厚度(1008)。舉例而言,研磨速率可從 在第一研磨站22a的研磨速率被減少2至4倍,例如約 50%至75%。為了減少研磨速率,可減少載具頭壓力、 可減少載具頭旋轉速率、可改變漿料的組成而引進較慢 的研磨漿料、與(或)可減少平台旋轉速率。舉例而言, 可減少來自載具頭之在基材上的壓力約3 3%至5〇%,並 且可減少平台旋轉速率與載具頭旋轉速率兩者約5〇%。 在研磨期間,第二渦電流監控系統會測量金屬層的厚 度。此些測量值可被饋送到閉路回饋系統内,以為了控 制載具頭70的不同腔室在基材上的壓力,藉此均勻地研 磨此金屬層。在一些實施方式中,例如為了研磨一銅層, 第二渦電流監控系統可不同於第一渦電流監控系統,例 如具有不同的共震頻率。舉例而言,第一渦電流監控系 統可具有經調整之用以偵測較厚金屬層的厚度的共震頻 率,其不同於第二渦電流監控系統。舉例而言,第一渦 電流監控系統可具有約320 kHz至400 kHz的共震頻率 (例如400 kHz),並且第二渦電流監控系統可具有約i 5 至2.0 MHz的共震頻率(例如約1 6至1 7 MHz)。為了研 磨一些金屬層(例如銅),這可容許在第一研磨站處大於 2000A之層厚度的精確測量,及可容許在第二研磨站處 29 201201957 小於2000A之層厚度(例如小至約2〇〇a)的精確測量。因 此,可執行壓力的回饋控制,直到金屬層具有2〇〇至3〇〇A 的厚度’此時可停止回饋控制。 在一些實施方式中,例如為了研磨一鋁層,第一渦電 流監控系統與第二渦電流監控系統是相同的類型,例如 此兩渦電流監控系統使用相同的共震頻率,例如約1 5 至2.0 MHz的共震頻率,例如約1.6至1.7 mHz。 藉由改善的渦電流感應器敏感性,在較薄金屬層(例如 銅)厚度處(例如小至約200或300A),以更大可靠度執行 由載具頭之不同腔室所施加的壓力的閉路控制是可行 的。此外’藉由改善的渦電流感應器敏感性,對於較低 導電率(相較於銅)之金屬層(例如鋁層),以更大可靠度執 行由載具頭之不同腔室所施加的壓力的閉路控制是可行 的。藉由改善的渦電流感應器敏感性,當感應器距離基 材較遠時(例如藉由芯沒有突出到背層之頂部上方的一 系統)’以更大可靠度執行由載具頭之不同腔室所施加的 壓力的閉路控制是可行的。 可在第二研磨站22b藉由一光學監控系統來監控研磨 製程。研磨在第二研磨站22b進行,直到金屬層被移除 且下方阻障層被暴露出(1 〇 1 〇) ^當然,小部分的金屬層 會餘留在基材上,但金屬層是實質上完全被移除的。光 學監控系統對於決定此終點是有用的,這是因為其可偵 測到當阻障層被暴露出時反射性的改變。詳細地說,在 橫越由電腦所監控的所有徑向範圍,可在光學監控訊號 201201957 的震幅或斜率下降到低於實驗上決定的閥值時引發用在 第二研磨站22b的終點。這顯示了橫越實質上所有基材 的阻障金屬層已經被移除。當然,當研磨在第二研磨站 22b進行時,來自光學監控系統4〇的反射性資訊可被饋 送到閉路回饋系統,以控制由載具頭之不同腔室在基材 斤施加的壓力,而避免最早被暴露出的阻障層的區域 變传過度研磨(overp〇lished)。 藉由在暴露出阻障層前減少研磨速率,可減少碟化 (dishing)與腐蝕效應。此外,可改善研磨機器的相對反 應時間,使得研磨機器能終止研磨且執行到第三研磨站 的傳送,而在偵測到最後終點標準後具有較少材料被移 除。又,可在靠近期待之研磨終點時間處收集到更多的 強度測量值’藉此潛在地改善研磨終點計算的精確性。 疋藉由於第一研磨站處在大部分的研磨操作期間維 持高研磨速率,可達到高產能。 一旦金屬層在第二研磨站22b已經被移除了,基材被 傳送到第三研磨站22e (1G12)。可選地,基材能以一初 始步驟在梢為較高壓力下短暫地被研磨(例如長達約5 秒)。在第三研磨站22c,研磨製程係由光學監控系統來 監控且進行直到基材上的暴露層被研光(buff) (1〇14)。在 坠實施方式中,在第三研磨站22c,阻障層係實質上 被移除且下方介電層係實質上被暴露。可在第一與第二 研磨站使用相同的漿料溶液,而在第三研磨站使用另一 漿料溶液。 31 201201957 第11圖係顯示研磨金屬層(諸如銅層或鋁層)的一替代 性方法UOO的流㈣。在第1磨# 22a皆執行快速研 磨步驟與慢速研磨步驟(11〇2、1 』在第二研磨站 22b執行基材的研光與(或)阻障層的移除。或者,可在第 二研磨站22b移除阻障層,並且在最終研磨站a執行 一研光步驟。 雖然基材是在第-研磨站22a被研磨,第一渦電流龄 控系統係測量金屬層的厚度,並且此些測量值可被饋送 到閉路回饋系統,以為了控制載具頭7〇的不同腔室在基 材上的壓力與(或)負载區域,藉此均勻地研磨金屬^ (1102、11〇5)。可執行壓力的回饋控制直到金屬層具有 2〇〇至300Α的厚度,此時可停止回饋控制。 可選地,當渦電流監控系統顯示了餘留金屬層的預定 厚度在基材上’對於鋁層是小於1〇〇〇Α,則基材以減少 的研磨速率來研磨(例如藉由減少基材的背側上的壓力 (11〇4)。在減少了研磨速率後,研磨系統可持續使用渦 電流監控系統來測量金屬層的厚度、調整載具頭7〇在基 材的背側上的壓力,以為了均勻地研磨金屬層的不同區 域(1105)。 光子控系統係決定一下方層至少部分地被暴露出且 研磨破停止(1106)。舉例而言,光學監控系統可決定下 方阻障層16部分地被暴露出。載具頭70將基材傳送到 第一平台(1108)。基材在第二平台被研光(111〇)β 可在各種研磨系統中使用渦電流與光學監控系統。研 32 201201957 磨墊或載具頭或兩者可移動以提供研磨表面與
的相對運動。研磨墊可以是一 B u疋到十D的圓形(或其他 形狀)墊、一延伸在供應與收取滾筒之間的帶、或—連續 毛氈。研磨墊可被固定在平台上,在研磨操作之間於; 台上漸增地被行進’或在操作期間於平台上連續地被驅 動。墊可在研磨期間被固定到平台,或可在研磨期間於 平台與研磨墊之間存在有__流體軸承。研心可以是一 標準(例如具有或不具有填料的聚㈣之粗糙墊、一柔 軟墊、或-固定磨蝕粒墊。不在沒有基材時進行調整, 可在存在有經研磨或未經研磨之基材時(具有或不具有 載具頭)調整震盪器的驅動頻率到共震頻率或特定的其 他參考值。 儘管圖上顯示成定位在相同孔洞中,光學監控系統14〇 了疋位在和渴電流監控系統4〇不同之平台上的位置 處。舉例而言,光學監控系統14〇與渦電流監控系統4〇 可定位在平台的相對側上,以致其可交替地掃瞄基材表 面。 已經描述了本發明的數個實施例。即使如此,應暸解, 可在不悖離本發明的精神與範疇下進行各種變化。依 此,其他實施例係落入隨附之申請專利範圍的範疇内。 【圖式簡單說明】 第1圖為一化學機械研磨設備的分解立體圖。 33 201201957 第2圖為^一化擧她l 機械研磨站的部分剖視圖,化學機械 研磨站包括一渦電流龄 电成现控系統與一光學監控系統。 圖為一載具頭的剖視圖。 第4A至4B圖為„渦電流監控系統的示意圖。 第5A與5B圖為一具有三個分又之渦電流監控系統的 側視圆與立體圖。 第6A與6B圖為一使用長形芯之化學機械研磨設備的 俯視圖與側視圖。 第7圖為一平台的俯視圖,其中一基材位在平台的表 面上。 第8 A至8D圖係繪示一種使用渦電流感應器來偵測研 磨終點的方法。 第9圖為一圖表’其繪示在化學機械研磨後基材上之 金屬層的厚度。 第10圖為繪示一種研磨金屬層之方法的流程圖。 第11圖為繪示一種研磨金屬層之替代性方法的流程 圖。 圖式中相同的元件符號係指相同的元件。 【主要元件符號說明】 10 基材 14 下方層 16 導電 層 18 阻障層 20 CMP 設備 22a- c 研磨站 34 201201957 23 傳送站 24 可旋轉平台 25 頂表面 26 凹部 28 墊調節設備 29 可旋轉電氣單元 30 研磨墊 32 背層 34 覆蓋層 36 透明視窗區塊 38 漿料 39 漿料/潤濕臂 40 渦電流監控系統 42 芯 46 感應線圈 49 驅動線圈 50 震盪器 52 電容器 54 RF放大器 56 二極體 60 可旋轉多頭轉盤 62 中心柱 64 轉盤軸 66 轉盤支撐板 68 罩體 70 載具頭 72 徑向溝渠 74 載具驅動軸 76 載具頭驅動馬達 80 位置感應器 82 旗件 90 電腦 92 輸出裝置 102 殼體 104 基座組件 106 平衡機構 108 負載腔室 110 基材支撐組件 116 撓性膜 140 光學監控系統 142 光束 144 光源 146 偵測器 200 研磨設備 230 内腔室 232 中間腔室 234 中間腔室 236 中間腔室 35 201201957 238 外腔室 400 渦電流監控系 402 驅動線圈 404 震盪磁場 406 導電區域 408 芯 410 背部 412a-c 分叉 414 感應線圈 416 電容器 418 整流器 420 輸出 422 線圈 424 電容器 426 電流產生器 428 整流器 430 回饋電路 432 震盪磁場 500 芯 502 背部 504a-c 分叉 506 線圈 508 間隙物 600 基材 602 芯 604 節段 700 CMP系統 702 長形β 704 平台 706 基材 708 位置 710 旗件 712 旗件感應器 900 圖表 902 線 1000 製程流程圖 1002-1014 步驟 1100 製程流程圖 1102-1110 步驟 36

Claims (1)

  1. 201201957 七、申請專利範圍: 1. 種用於化學機械研磨之設備,包含: 一平台’其具有一表面以支撐一研磨墊;及 一渦電流監控系統,其用以產生一渦電流訊號, 該渦電流監控系統包含一芯與一線圈,該芯至少部分 地定位在該平台中,該線圈係繞著該芯之一部分來纏 繞,該芯包括: 一背部; 一第一分又,其從該背部延伸於一第一方向 且具有位在一第二方向上的寬度’該第一方向正交於 該平台的該表面,該第二方向平行於該平台的該表面; 第二和第三分又,其從該背部延伸且平行於 第一突出部’該等第二和第三分又係定位在該第一分 叉的相對侧上且和該第一分又相隔等距離,位在該第 一方向上且介於該等第二和第三分叉之各者與該第一 分叉之間的一間隔係約等於該第一分叉的寬度的兩 2.如申請專利範圍第1 第 項所述之設備,其中該等第二和
    3.如申請專利範圍第1 的寬度為約1mm,ji 項所述之設備,其中該第一分又 並且該等第二和第三分叉之各者與 37 201201957 该第一分又之間的該間隔為約2 min。 4. 如申請專利範圍第丨項所述之設備,其中該等第〜、 第二和第三分又各具有位在該第一方向上的高度,該 尚度大於該第一分叉的寬度。 5. 如申請專利範圍第i項所述之設備,其中該高度為該 寬度的約四倍。 M 6. 如申請專利範圍第丨項所述之設備,其中該等第〜 第二和第三分又各具有沿著一第三方向的長度,謗第 三分向平行於該平台的該表面且垂直於該第二方^, 該長度大於該第一分又的寬度。 7. 如申請專利範圍第6項所述之設備,其中該長度為該 寬度的至少1 0倍。 8·如申請專利範圍第7項所述之設備,纟中該長度為該 寬度的約2 0倍。 9.如申請專利範圍第 著一旋轉軸來旋轉 6項所述之設備,其中該平台可繞 並且該等第一、第二和第三分叉 的長度垂直於該平台的丰僻,兮沾坐^ J干k ’該+台的+杈係從該旋 轉軸延伸通過該芯。 38 201201957 1項所述之設備,其中該芯在平行 二方向的一平面中具有一大致上 ίο.如申請專利範圍第 於該第一方向與該第 E-形狀截面。 11. 如申明專利範圍第i項所述之設備,其中該線圈僅繞 著該第一分又來纏繞。 12. 如申明專利範圍第丨項所述之設備,更包含該研磨 墊,該研磨墊具有一背層與一研磨層,其中該背層具 有一穿孔在其中’及其中該芯之該等分叉係延伸到該 背層中之該穿孔内但沒有延伸超過該研磨層的底表 面0 13. 如申請專利範圍第1項所述之設備,其中該渦電流監 控系統具有約1.5至2 MHz的共震頻率。 14. 一種用於化學機械研磨之設備,包含: 一平台,其具有一表面以支撐一研磨墊;及 一渦電流監控系統,其用以產生一渦電流訊號, 該渦電流監控系統包含一芯與一線圈,該芯至少部分 地定位在該平台中,該芯包括: 一背部; 一第一分叉,其從該背部延伸於一第一方向 39 201201957 且具有位在該第一方向上的高度,該第一方向正交於 該平台的該表面; 第二和第三分又,其從該背部延伸且平行於 第一突出部,該等第二和第三分叉係定位在該第一分 叉的相對側上; 其中該線圈係繞著該第一分叉的一外部來纏繞且 /又繞著該第一分又的—内部來纏繞,該内部係比該外 部更罪近該背部,該内部係延伸該分叉的高度的至少 約一半 〇 15.如申請專利範圍第14項所述之設備,其中該外部係 延伸該分叉的高度的約一半。 16.如申請專利範圍第14項所述之設備,更包含至少一 間隙物,其定位在該第一分叉與該等第二和第三分叉 之間的一間隙中’以支撐該線圈。 17.如申請專利範圍第14項所述之設備,其中該第一分 又具有位在一第二方向上的寬度’該第二方向平行於 該平台的該表面,該等第-釦坌-八1 β 一 寺乐一和第二分又係定位成和該 第-分叉相隔等距離’位在該第二方向上且介於該等 第二和第三分又之各者與該第一分又之間的一間隔係 約等於該第一分叉的寬度的兩倍。 201201957 18. 如申請專利範圍第14項所述之設備,其中該等第 一、第二和第三分又具有相同的高度。 19. 如申請專利範圍第18項所述之設備,其中該第一分 叉具有位在一第二方向上的寬度,該第二方向平行於 該平台的該表面,並且該高度大於該寬度。 20. 如申請專利範圍第14項所述之設備,其中該第一分 又具有位在一第二方向上的寬度,該第二方向平行於 該平台的該表面,及其中該等第一、第二和第三分又 各具有沿著一第三方向的長度,該第三方向平行於該 平台的該表面且垂直於該第二方向,該長度大於該第 一分叉的寬度。 14項所述之設備,其中該線圈僅 21_如申請專利範圍第14 4 繞著該第一分叉來纏繞。 22.如申請專利範圍第14項所述之設備, 更包含該研磨
    23.如申請專利範圍第 14項所述之設備,其中該渦電流 41 201201957 監控系統具有約1.5至2 MHz的共震頻率。 24. 如申請專利範圍第23項所述之設備,其中該線圈係 • 繞著該第一分叉來纏繞約1 2次。 25. 如申請專利範圍第24項所述之設備,其中該渦電流 監控系統包括一電容器,該電容器和該線圈並聯,該 電容器具有約1000 pF的電容值。 42
TW100101985A 2010-01-29 2011-01-19 High sensitivity real time profile control eddy current monitoring system TW201201957A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US29988310P 2010-01-29 2010-01-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201201957A true TW201201957A (en) 2012-01-16

Family

ID=44320063

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW100101985A TW201201957A (en) 2010-01-29 2011-01-19 High sensitivity real time profile control eddy current monitoring system

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20110189925A1 (zh)
JP (1) JP2013518440A (zh)
KR (1) KR20130033346A (zh)
TW (1) TW201201957A (zh)
WO (1) WO2011094135A2 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10052739B2 (en) 2011-09-12 2018-08-21 Applied Materials, Inc. Carrier head with composite plastic portions

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2959018B1 (fr) * 2010-04-20 2012-08-31 European Aeronautic Defence & Space Co Eads France Procedes et dispositifs de mise sous contrainte d'un circuit integre
US9023667B2 (en) 2011-04-27 2015-05-05 Applied Materials, Inc. High sensitivity eddy current monitoring system
US9418904B2 (en) 2011-11-14 2016-08-16 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Localized CMP to improve wafer planarization
US10065288B2 (en) 2012-02-14 2018-09-04 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Chemical mechanical polishing (CMP) platform for local profile control
US20130210173A1 (en) * 2012-02-14 2013-08-15 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Multiple Zone Temperature Control for CMP
US9465049B2 (en) * 2012-04-13 2016-10-11 James B. Colvin Apparatus and method for electronic sample preparation
US9067295B2 (en) 2012-07-25 2015-06-30 Applied Materials, Inc. Monitoring retaining ring thickness and pressure control
DE102012014812A1 (de) * 2012-07-26 2014-01-30 Etel S.A. Vorrichtung zum Testen von Wafern
US9205527B2 (en) 2012-11-08 2015-12-08 Applied Materials, Inc. In-situ monitoring system with monitoring of elongated region
US9281253B2 (en) * 2013-10-29 2016-03-08 Applied Materials, Inc. Determination of gain for eddy current sensor
CN105659363B (zh) * 2013-10-29 2019-05-03 应用材料公司 涡电流传感器增益的确定
US9911664B2 (en) 2014-06-23 2018-03-06 Applied Materials, Inc. Substrate features for inductive monitoring of conductive trench depth
US9754846B2 (en) 2014-06-23 2017-09-05 Applied Materials, Inc. Inductive monitoring of conductive trench depth
TW201822953A (zh) 2016-09-16 2018-07-01 美商應用材料股份有限公司 基於溝槽深度的電磁感應監控進行的過拋光
US10391610B2 (en) 2016-10-21 2019-08-27 Applied Materials, Inc. Core configuration for in-situ electromagnetic induction monitoring system
JP7227909B2 (ja) 2017-01-13 2023-02-22 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド インシトゥ監視からの測定値の、抵抗率に基づく調整
TWI789385B (zh) 2017-04-21 2023-01-11 美商應用材料股份有限公司 使用神經網路來監測的拋光裝置
KR20190038070A (ko) * 2017-09-29 2019-04-08 삼성전자주식회사 반도체 장치의 제조 시스템 및 반도체 장치의 제조 방법
TWI825075B (zh) 2018-04-03 2023-12-11 美商應用材料股份有限公司 針對墊子厚度使用機器學習及補償的拋光裝置、拋光系統、方法及電腦儲存媒體
TWI828706B (zh) 2018-06-20 2024-01-11 美商應用材料股份有限公司 用於原位電磁感應監控的基板摻雜補償的方法、電腦程式產品及研磨系統
KR20220123053A (ko) 2020-05-14 2022-09-05 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 연마 동안의 인-시튜 모니터링에 사용하기 위한 신경망을 훈련시키기 위한 기법 및 연마 시스템
TWI810069B (zh) * 2020-06-08 2023-07-21 美商應用材料股份有限公司 用於在拋光相鄰導電層的堆疊期間的輪廓控制的系統、方法及電腦程式產品
KR20220114089A (ko) 2020-06-24 2022-08-17 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 연마 패드 마모 보상을 이용한 기판 층 두께의 결정
US11794302B2 (en) 2020-12-15 2023-10-24 Applied Materials, Inc. Compensation for slurry composition in in-situ electromagnetic inductive monitoring

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4000458A (en) * 1975-08-21 1976-12-28 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Method for the noncontacting measurement of the electrical conductivity of a lamella
US5337015A (en) * 1993-06-14 1994-08-09 International Business Machines Corporation In-situ endpoint detection method and apparatus for chemical-mechanical polishing using low amplitude input voltage
US5738574A (en) * 1995-10-27 1998-04-14 Applied Materials, Inc. Continuous processing system for chemical mechanical polishing
KR100246244B1 (ko) * 1995-10-31 2000-04-01 야마오카 요지로 자기탐상장치
US6159073A (en) * 1998-11-02 2000-12-12 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for measuring substrate layer thickness during chemical mechanical polishing
US6280289B1 (en) * 1998-11-02 2001-08-28 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for detecting an end-point in chemical mechanical polishing of metal layers
US6399501B2 (en) * 1999-12-13 2002-06-04 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for detecting polishing endpoint with optical monitoring
US6924641B1 (en) * 2000-05-19 2005-08-02 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for monitoring a metal layer during chemical mechanical polishing
US8485862B2 (en) * 2000-05-19 2013-07-16 Applied Materials, Inc. Polishing pad for endpoint detection and related methods
US6602724B2 (en) * 2000-07-27 2003-08-05 Applied Materials, Inc. Chemical mechanical polishing of a metal layer with polishing rate monitoring
US7001242B2 (en) * 2002-02-06 2006-02-21 Applied Materials, Inc. Method and apparatus of eddy current monitoring for chemical mechanical polishing
US7128803B2 (en) * 2002-06-28 2006-10-31 Lam Research Corporation Integration of sensor based metrology into semiconductor processing tools
US6753752B1 (en) * 2003-04-22 2004-06-22 Sz Fong Electronics Co., Ltd. Silicon steel core spacing structure for improving induction
US7112960B2 (en) * 2003-07-31 2006-09-26 Applied Materials, Inc. Eddy current system for in-situ profile measurement
US7025658B2 (en) * 2003-08-18 2006-04-11 Applied Materials, Inc. Platen and head rotation rates for monitoring chemical mechanical polishing
JP5615831B2 (ja) * 2008-11-14 2014-10-29 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated 縁部分解能強化渦電流センサ

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10052739B2 (en) 2011-09-12 2018-08-21 Applied Materials, Inc. Carrier head with composite plastic portions
TWI649156B (zh) * 2011-09-12 2019-02-01 美商應用材料股份有限公司 具有複合塑膠部份的載體頭部

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011094135A3 (en) 2011-11-17
KR20130033346A (ko) 2013-04-03
JP2013518440A (ja) 2013-05-20
WO2011094135A2 (en) 2011-08-04
US20110189925A1 (en) 2011-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW201201957A (en) High sensitivity real time profile control eddy current monitoring system
TWI629723B (zh) 用於高靈敏性之渦電流(rtpc)感測器的中間導電率應用
US6878038B2 (en) Combined eddy current sensing and optical monitoring for chemical mechanical polishing
JP6041833B2 (ja) 渦電流監視用研磨パッド
US6924641B1 (en) Method and apparatus for monitoring a metal layer during chemical mechanical polishing
TW201139053A (en) High sensitivity real time profile control eddy current monitoring system
US20120276662A1 (en) Eddy current monitoring of metal features
TW201249592A (en) Eddy current monitoring of metal residue or metal pillars
EP1618991B1 (en) Polishing pad