201249592 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本揭示案係關於在基板之化學機械研磨期間的渴電流 監控。 【先前技術】 通常藉由在矽晶圓上導電層、半導體層或絕緣層之順 序沉積且藉由該等層之後續處理，來在基板（例如，半 導體晶圓）上形成積體電路。 一個製造步驟涉及以下步驟：在非平坦表面上沉積填 料層，及平坦化該填料層直至該非平坦表面曝露為止。 舉例而言，可在經圖案化絕緣層上沉積導電填料層，以 填充絕緣層中之溝槽或孔。隨後研磨填料層，直至絕緣 層之凸起圖案曝露為止。在平坦化之後，餘留在絕緣層 之凸起圖案之間的導電層的部分形成通孔、插塞及接 線，該等通孔、插塞及接線在基板上提供薄膜電路之間 的導電路徑。此外，平坦化可用以平坦化用於微影術之 基板表面。 化學機械研磨（Chemical mechanical polishing; CMP) 為一種公認的平坦化方法。此平坦化方法通常需要將基 板安裝於承載頭上。基板之經曝露表面經置放抵靠旋轉 研磨塾。承載頭在基板上提供可控制負載，以推動該基 板抵罪研磨墊。將研磨液體（諸如，具有磨料顆粒的漿 料）供應至研磨墊之表面。 201249592 夕在半導體處理㈣，決定基板或基板上的層的一或更 夕個特I·生可此十分重要。舉例而言，在CMp製程期間知 道導電層之厚度可能十分重要’以便該製程可在正確時 間處終止。若干方法可用以決定基板特性。舉例而言， 光學感測器可在化學機械研磨期間用於基板之原位監 控。或者（或此外），渦電流感測系統可用以在基板上的 導電區域中感應渦f流，以決定諸如導電區域之局部厚 度之參數。 【發明内容】 在—個態樣中，-種化學機械研磨基板之方法包括以 下步驟：在研磨站處研磨基板上之金屬層；在研磨站處 研磨期間用渦電流監控系統監控該金屬層之厚度；以及 在渦電流監控系統指示金屬層之殘留物自下層移除且該 下層之頂表面曝露時停止研磨。 實施可包括以下特徵結構中之一或更多個特徵結構。 下層可為阻障層。下層可為介電層。渦電流監控系統可 具有大於12 MHz之諳振頻率，例如，介於約14 mHz 與16 MHz之間的諧振頻率。金屬層之金屬可具有小於 700歐姆埃之電阻率。金屬可為銅、鋁或鎢。可在無光 學監控系統的情況下監控金屬層之研磨。可藉兩偵測來 自渦電流監控系統的訊號之量值的變化率之變化，來決 定移除金屬層之殘留物。 在另一態樣中，一種化學機械研磨基板之方法可包括 201249592 柱’該複數個金屬柱自基板 在研磨站處研磨期間用渦電 以下步驟：研磨複數個金屬 之大體平坦表面向上突出. 之厚度；以及在渦電流監控系統 面貫質上共平面時停止研磨。 流監控系統監控該等才主 指示該等柱與該平坦表 實施可包括以下特微妊棋 ^ Λ ^/ 做構中之一或更多個特徵結構。 大體平坦表面可為介雷爲 / 哥層。渦電流監控系統可具有大於 12 MHz之諧振頻率。柱之金屬可具有小於7⑽歐姆埃之 電阻率。柱可為銅。可藉由偵測來自渦電流監控系統的 δίΐ* "3^ 之里值的變 2¾. ·> fetfe /» _t, 支化手之變化，來決定該等金屬柱與該平 坦表面共平面。 某些實施可包括以下優點中之一或更多個優點。可在 成批研磨期間感測較低電導金屬（例如，鈦或鈷）之厚 度，從而容許承載頭壓力之閉環控制，因此，改良了晶 圓内非均勻性（Wlthin_wafer __unif〇rmity; w]Wnu)及 晶圓與晶圓的非均勻性（wafer_t〇 wafer n〇n_unif(mnity; WTWNU)。可感測金屬殘留物之移除，例如，銅殘留物 之移除’且此舉容許更準確的終點控制且降低對於審慎 的過度研磨之需要。可感測金屬接線（例如，銅接線） 之厚度（或電導率），從而容許承載頭壓力之閉環控制， 以驅動至均勻的金屬接線厚度及電導率，該等均勻的金 屬接線厚度及電導率可提供經改良良率。在研磨金屬柱 (例如’銅柱）期間，可偵測柱之平坦化，從而提供平 坦化製程之終點控制。 在隨附圖式及下文描述中闡述一或更多個實施之細 5 201249592 郎。根據描述及圖式且根據申請專利範圍，其他態樣、 特徵及優點將顯而易見。 【實施方式】 CMP系統可使用渦電流監控系統來偵測基板上的頂 部金屬層之厚度。在研磨頂部金屬層期間，渦電流監控 系統可決定基板上之金屬層之不同區域的厚度。厚度： 測可用以即時調整研磨製程之處理參數。舉例而言了基 板承載頭可調整基板背側上的壓力，以增加或減小金； 層之區域之研磨速率。可調整研磨速率，以便金屬層之 區域在研磨之後為實質上相同厚度。CMp系統可調整研 磨速率，以便金屬層之區域之研磨在約相同時間完成。 此分佈控制可稱為即時分佈控制（⑽】Ume control; RTPC)。 渦電流監控存在的一個問題為用於準確決定厚度之訊 號不足，此舉可導致終點決定及分佈控制之不準確。在 不限於任何特定理論的情況下，造成不足訊號之因素可 包括較低電導率金屬（例如，钻、鈦或氮化鈦）之研磨。 訊號強度可藉由感測器之合適配置來改良。 藉由增加諧振頻率，訊號強度可經增加以執行用於具 有大於700歐姆埃（例如，大於15〇〇歐姆埃）之電阻率 的金屬之可靠分佈控制。此等金屬可包括鈷、鈦及氮化 鈦。 此外，渦電流監控系統亦可用以偵測自基板之表面移 201249592 除金屬殘留物（例如’較高電導率金屬（例如，銅、紹 或嫣）之殘留物）及曝露基板之下層中的特徵結構下層 介電層。此外’渦電流監控系統亦可用以偵測基板上之 金屬特徵結構之厚度。此等特徵結構可包括溝槽中及潛 在地柱中之銅、銘或鶴。此外，渦電流監控系統亦可用 以偵測金屬柱（例如，較高電導率金屬（例如，鋼）之 柱）之平坦化。可藉由調整參數來增加諧振頻率，該等 參數包括感測器磁心材料、線圈捲繞於中心叉指上的數 目及置放於電路上與線圈並聯之電容器的電容。 第1圖圖示用於研磨-或更多個基板H)之CMP設備 20。相似的研磨設備之描述可見於美國專利第5,73 8,574 號t。研磨設備20包括一系列研磨站22&、22上及22c 及移送站23。移送站23在承載頭與裝載設備之間移送 基板。 每一研磨站包括可旋轉平臺24，該可旋轉平臺Μ具 有頂表面25,在該頂表面25上置放研磨墊％。第一站 22a及第—站22b可包括具有硬式耐用外表面之兩層研 磨墊或具有嵌入的磨料顆粒之固定磨料襯墊。最終研磨 站22c可包括相對較軟的襯墊或兩層襯墊。每一研磨站 亦可包括襯墊調節設備28，以維持研磨墊之狀態，以便 該研磨塾將有效地研磨基板。 參閱第2圖，兩層研磨墊3〇通常具有背托層32及覆 蓋層34,該背托層32對接平臺24之表面’該覆蓋層34 用以研磨基板10。覆蓋層34通常比背托層32更堅硬。 201249592 …、而 些襯墊僅具有覆蓋層而無背托層。覆蓋層34 可由可能具有填料（例如，中空微球體）及/或有槽表面 之發’包或鑄造型聚胺酯組成。背托層3 2可由用胺基甲醆 酉曰瀝取的經壓縮氈纖維組成。具有由1C-1 000組成的覆 盍層及由SUBA-4組成的背托層之兩層研磨墊可購自 Rodel，Inc.，（Newark，㈤請阶）（n嶋及 4 為
Rodel，lnc.之產品名稱）。 在研磨步驟期間，可將漿料38藉由漿料供應埠或組合 漿料/沖洗臂39供應至研磨墊3〇之表面。若研磨墊3〇 為枯準襯墊，則漿料38亦可包括磨料顆粒（例如，用於 氧化物研磨之二氧化碎）。 返回至第1圖’可旋轉多頭迴轉料架6〇支撐四個承载 頭70。迴轉料架由中心柱62圍繞迴轉料架軸64藉由迴 轉料架馬達總成（未圖示）來旋轉，以繞承載頭系統及 基板而軌道運行，基板在研磨站22與移送站幻之 間附接至該等承載頭系統。 载頭系統接收且固持基板， 研磨塾來研磨該等基板^ $ s玄等承載頭系統中之三個承 且藉由將該等基板按壓抵靠 時’承載頭系統中之一個承 载頭系統自移送站 23 ° 23接收基板且將基板輸送至移送站 每一承載頭7 0藉由承載驅動點7 4、击& 執％助軸74連接至承載頭旋轉 馬達76 (藉由移除蓋子之四分之—來_ — 水圖不），以便母
一承載頭可圍繞遠每一承載頭之自身从A 戟頌之自身的軸獨立地旋轉。 此外’每一承載頭70在徑向槽72 φ 中獨立地側向振盪， 201249592
。適合的承載 3專利第7,654,888號，該美國專 之方式併入本文。在操作中，平 25旋轉，且承載頭圍繞該承載頭 之中心軸7 1旋轉且在研磨墊之整個表面上侧向平移。 第3圖圖示承載頭7〇中之一個承載頭7〇。承載頭 中之每-承載頭70包括外般102、基底總成1〇4、萬向 節機構106 (該萬向節機構1〇6可視為基底總成1〇4之 部分）、裝載腔室108、固定環2〇〇及基板背托總成11〇, "玄基板背托總成11 〇包括撓性膜i i 6，該撓性膜1 i 6界 疋夕個可獨立加壓之腔室，諸如，内部腔室2 3 〇、中間 腔至232、234、236及外部腔室238。此等腔室控制撓 性膜之同心區域上之壓力，從而提供基板之同心部分上 之獨立的壓力控制。在一些實施中，承載頭中之每一 承載頭70包括五個腔室及用於該等腔室中之每一腔室 的調壓器。 返回至第2圖，渦電流監控系統40包括在基板上的金 屬層中感應渦電流之驅動系統及偵測藉由驅動系統在金 屬層中感應的渦電流之感測系統。監控系統4 0包括磁心 42、驅動線圈49及感測線圈46，該磁心42定位於凹部 26中以隨著平臺旋轉，該驅動線圈49捲繞於磁心42之 一個部分上，該感測線圈46捲繞於磁心42之第二部分 上°對於驅動系統而言，監控系統40包括振盪器50， 該振盪器50連接至驅動線圈49。對於感測系統而言， 201249592 監控系統4〇包括與感測線圈％並跔违柏认_ 是％連接的電容器52、 連接至感測線圈46的RF放大器54 托胤 4及一極體56。振盪 器50、電容器52、RF放大器54及二極體％可位於遠 離平臺24且可經由旋轉電氣管套節“耦接至平臺中之 組件。 在-些實财，背托層32在凹部％上方包括孔隙。 孔隙可具有與凹部26相同之寬度及深度。或者，孔隙可 小於凹部26。覆蓋層34之部分36可在背托層令之孔隙 上方。覆蓋層34之部分36可防止漿料38進入凹部26。 磁心42之部分可位於孔隙中。舉例而言磁心π可包 括又指，該等叉指延伸至孔隙中。在一些實施尹，磁心 42之頂部不延伸經過覆蓋層34之底表面。 在操作中，振盪器50驅動驅動線圈49，以產生振盪 磁場’該振盪磁場延伸穿過磁心42之主體 之又指之間的間隙中。磁場之至少一部分延 墊30之薄部分36且延伸至基板1〇中。若金屬層存在於 板10上則振盡磁場在該金屬層中產生渦電流。渴電 从使金屬層充當與感測線圈46及電容器52並聯之阻抗 源。隨著金屬層之厚度改變，阻抗改變，從而導致感測 機構之品質因數的變化。藉由偵測感測機構之品質因數 的變化’渦電流感測器可感測渦電流之強度的變化，因 此可感測金屬層之厚度的變化。 可充當反射計或干涉計之光學監控系統140可在凹部 26中1'固至平臺24 ’例如，鄰近渦電流監控系統4〇。 10 201249592 因此，光學監控系統1 40可量測基板上之與正藉由渦電 流監控系統40監控的位置實質上相同的位置之反射 率。特定言之，光學監控系統14〇可經定位以在與渦電 流監控系統40距平臺24之旋轉軸的徑向距離相同的徑 向距離處量測基板之部分。因此，光學監控系統i 4〇可 在與渦電流監控系統40之路徑相同的路徑中，在整個基 板上掃掠。 光學監控系統140包括光源144及偵測器146。光源 產生光束142’該光束142傳播穿過透明視窗部分“及 漿料，以照射在基板1〇之經曝露表面上。舉例而言，光 源144可為雷射器，光束142可為準直的雷射束。明 亮的雷射束142可自雷射器144以與垂直於基板1〇之表 面的軸成角度(X投射。此外’若凹部26及視窗％是狹 長的’則擴束器（未圖示）可定位於光束之路徑中，以 將光束沿著視窗之狹長軸擴展。通f，光學監㈣㈣ 用方式如同美國專利第6，159,073號及第6,280,289號中 描述的光學監控系統，該等美國專利之整個揭示案二 用之方式併入本文。在-些實施中，渴電流監控系統4〇 足夠靈敏，以致於可不包括光學監控系統Μ。。 CMP設備20亦可包括位置感測器8〇 (諸如， 續器）’以感測何時磁心42及光源44在基板1〇下方 舉例而言.，光學斷續器可安裝於與承载頭7。相對的固： 點處。旗標82附接至平臺之周邊。選擇旗標82之^ 點及長度’以便該旗標82在透明部分36在基板10下方 201249592 掃掠時中斷感測器80之光學訊號。或者，CMp設備可 包括編碼器，以決定平臺之角位置。 通用可程式化數位電腦90自渴電流感測系統接收強 又：唬且自光學監控系統接收強度訊號。由於監控系統 近著平臺之每—旋轉在基板下方掃掠，故關於金屬層厚 度，下層之曝露的資訊以原位累積且以連續即時基礎 (每-人平臺旋轉累積-次）累積。電腦90可經程式化， 、在土板大體復蓋透明部分3 6 (如藉由位置感測器決 定）時取樣來自監控系統的量測。隨著研磨進行，金屬 層之反射率或厚度改變’且經取樣訊號隨時間而變化。 時蜒經取樣讯號可稱為跡線。來自監控系統之量測可在 研磨期間顯示於輸出裝置92上，以容許裝置之操作者目 視監控研磨操作之進展。 在操作中，CMP設備20使用渦電流監控系統4〇及光 學監控系統140來決定何時已移除大部分填料層且決定 何時已貫質上曝露下層停止層。電腦9〇將製程控制及終 點偵測邏輯應用於經取樣訊號，以決定何時改變製程參 數且價測研磨終點。用於偵測器邏輯之可能的製程控制 及終點標準包括局部最小值或最大值、斜率之變化、振 巾田或斜率之臨限值，或上述之組合。 此外’如美國專利第6,399,501號中所論述的（該美 國專利之全部内容以引用之方式併入本文），電腦90可 經程式化以將自基板下方的每一掃掠自渦電流監控系統 4〇與光學監控系統1 40兩者之量測劃分成複數個取樣區 12 201249592 域以叶昇每一取樣區域之徑向位置、以將振幅量測分 潁為徑向範圍、以決定每一取樣區域之最小量測、最大 $測及平均量測，且以使用多個徑向範圍來決定研磨终 點。 電腦90亦可連接至控制由承載頭7〇施加的壓力之壓 力機構、連接至承載頭旋轉馬達76以控制承載頭旋轉速 率、連接至平臺旋轉馬達（未圖示）以控制平臺旋轉速 率，或連接至漿料分配系統3 9以控制供應至研磨墊的漿 料組合物。特定言之，如下文進一步論述的，在將量測 按向範圍分類之後，可將關於金屬膜厚度之資訊即時 饋入至閉環控制器中，以定期或連續地修正由承載頭施 加的研磨壓力分佈。 第4A圖圖示用於量測分佈資訊之渦電流監控系統 400之實例。渦電流監控系統400可用作渦電流監控系 統40。在具有渦電流感測的情況下，振盪磁場在晶圓上 的導電區域中感應渦電流。在與由渦電流感測系統產生 的磁通線耦合之區域中感應渦電流。渦電流監控系統 400包括具有e形主體之磁心408。磁心408可包括背 部部分410及三個又指412a至412c，該三個叉指412a 至4 1 2c自該背部部分4 1 0延伸。 磁心408之背部部分410可為大體板形或矩形方框形 的主體，且磁心408之背部部分41 〇可具有頂面，該頂 面平行於平臺之頂表面，例如，在研磨操作期間平行於 基板及研磨墊。在一些實施中，背部部分41 0之長軸垂 13 201249592 直於平臺之半徑，兮承# 4 +置之該半徑自該平臺之旋轉軸延 申月邛邛刀410之長軸可垂直於背部部分410之前面。 月41Q可具有高度，該高度係、垂直於平臺之頂表 面而量測。 叉才曰412a至412c自背部部分41()沿垂直於背部部分 41〇之頂表面的方向延伸，且叉指4ΐ2&ι 412^為實質 上直的且平行於彼此延伸。又指412&至412c中之每一 者可具有沿著平行於平臺之頂表面的方向之長軸，例 如，在研磨操作期間平行於基板及研磨墊之面，且又指 4l2a至412c中之每一者為實質上直的且平行於彼此延 伸。叉指412a至412c之長軸可垂直於叉指412£1至412c 之刖面。背部部分41 〇之長軸可沿與叉指4丨2a至4丨2c 之長軸的方向相同的方向延伸。在一些實施中，叉指 412a至412c之長轴垂直於研磨墊之半徑，該研磨墊之 s亥半控自研磨墊之旋轉軸延伸。兩個外部叉指4丨2a、 4 12c在中間叉指412b之相對側上。外部叉指（例如， 412a及412c)中之每一者與中心叉指（例如，412b)之 間的間隔可相同，亦即，外部叉指4 1 2a、4 12c可與中間 叉指412b等距。 渦電流感測系統4 〇 〇包括並聯的線圈4 2 2及電容器 424。線圈422可與磁心408耦接（例如，線圈422可環 繞在中心線圈412b上）。線圈422與電容器424 —起可 形成LC諧振槽。在操作中，電流產生器426 (例如，基 於邊際振盪器電路之電流產生器）在LC槽路之譜振頻 14 201249592 率下驅動系統’該LC槽路由線圈422 (具有電感L )及 電容器424 (具有電容C )形成。電流產生器426可經 •又什以將正弦振盪之峰間振幅維持在恆定值。使用整流 器428來整流具有振幅v〇之時間相依性電壓，且向反饋 电路43〇提供具有振幅v〇之時間相依性電壓。反饋電路 430決定電流產生器426之驅動電流，以將電壓v❶之振 中田保持恆定。對於此系統而言，驅動電流之量值可與導 電膜厚度成比例。在美國專利第4,00〇,458號及第 7，112,960號中進一步描述邊際振盪器電路及反饋電 路’該等美國專利以引用之方式併入。 電流產生器426可將電流饋送至LC諧振槽，以使頻 率保持相同。線圈422可產生振盪磁場432，該振盪磁 場432可與基板（例如，基板} 〇 )之導電區域4〇6耦合。 當導電區域406存在時，在基板中作為渦電流耗散之能 畺可減低振盪之振幅。電流產生器426可將更多電流饋 送至LC諸振槽，以保持振幅恆定。由電流產生器 饋送的額外電流之量可經感測且可轉換成導電區域4〇6 之厚度量測。 第4B圖圖示渦電流監控系統4〇〇之另一實施。渦電 /瓜凰控系統400可包括用於產生振盪磁場404之驅動線 圈4〇2,該振盪磁場4〇4可與所關注導電區域4〇6(例如， 半導體晶圓上的金屬層之部分）耦合。驅動線圈4〇2可 捲繞於背部部分4 1 0上。振盪磁場404在導電區域406 中局部產生渦電流。渦電流使導電區域4〇6充當與感測 15 201249592 、本圈14及電令益4 i 6並聯之阻抗源。感測線圈4 1 4可 我於中心又指412bh感測線圈414可環繞於中心又 才曰412b之外部部分上，以增加渴電流監控系统彻之靈 敏度。隨著導電區域406之厚度改變，阻抗改變，從而 導致系統之品質因數的變化。藉由偵測品質因數的變 化，渦電流監控系統400可感測渦電流之強度的變化， 因此可感測導電區域之厚度的變化。因此，渦電流監控 系統400可用以決定導電區域之參數（諸如，導電區域 之厚度），或渦電流監控系統4〇〇可用以決定相關參數 (，如，研磨終點）。注意，儘管以上論述特定導電區蜮 之厚度，但磁心408及導電層之相對位置可改變，以便 獲取若干不同導電區域之厚度資訊。 在一些實施中，品質因數之變化可藉由針對固定驅動 頻率及驅動振幅，量測感測線圈中作為時間的函數之電 流振幅來決定。可使用整流器418來對渦電流訊號整 流，且振幅可經由輸出420來監控。或者，品質因數之 變化可藉由量測驅動訊號與作為時間的函數之感測訊號 之間的相位差來決定。 渦電流監控系統400可用以量測基板上的導電層之厚 度。在一些實施中，可能希望具有較高訊號強度、較高 讯雜比及/或經改良空間解析度及線性之渦電流監控系 統。舉例而言，在RTPC應用中，獲取所要晶圆間均勻 性可能需要經改良的渦電流感測系統。 渦電流監控系統400可提供增強的訊號強度、訊雜 16 201249592 比、增強的線性及增強的穩定性。額外益處可藉由提供 具有經改良訊號強度之渦電流感測系統來獲取。經改良 訊號強度可尤其有錢RTPC。獲取高解析度晶圓分佈 貧訊允許處理參數之更準確的調整，^因此獲取高解 析度晶圓分佈資訊可實現具有較小臨界尺寸⑹出μ dimensions; CDs)的裝置之製造。 通常，原位渦電流監控系統4〇〇建構有約5〇让出至 20 MHz之諧振頻率，例如，該諧振頻率介於約1〇 %取 與20 MHz之間，例如，該諧振頻率介於約ΐ4 ΜΗζ與 16MHz之間。舉例而言，對於第4Α圖中所示之渦電流 監控系統400而言，線圈422可具有約0 3 μΗ至3〇 μΗ (例如，0.75 μΗ)之電感’且電容器424可具有約70 pF 至約0·022 pF (例如，1 50 pF )之電容。 第5A圖圖示磁心500之另一實例。磁心5〇〇可具有e 形主體’該E形主體由具有相對較高磁導率（例如，約 25 00或25 00以上之磁導率μ)之非導電材料形成。特 定言之，磁心500可為鎳鋅鐵氧體。可塗覆磁心5〇〇。 舉例而言’磁心5 〇 〇可塗覆有諸如聚對二甲苯之材料， 以防止水進入磁心500中的孔中且防止線圈短路。磁心 500可與包括於渦電流監控系統400中之磁心408相 同。磁心500可包括背部部分502及三個叉指504a至 504c，該三個叉指504a至5(Me自該背部部分502延伸。 第一叉指5(Mb具有寬度W1，第二叉指5(Ha具有寬 度W2，且第三叉指504c具有寬度W3。寬度W2與W3 17 201249592 可相同。舉例而言，叉指5(Ma及504c可具有0.75 mm 之寬度。叉指504b之寬度或W1可為叉指504a或者叉 指504c之寬度的兩倍，或叉指504b之寬度或W1可為 1.5 mm。第一叉指504b與第二叉指504a分隔距離si， 且第一叉指504b與第三叉指504c分開距離S2。在一些 實施中，距離S1與S2相同’且第二叉指504a與第三 叉指504c距中心又指504b相同距離。舉例而言，距離 S 1與S2兩者皆可為約2 mm。 叉指504a至504c中之每一者具有高度Hp，該高度 Hp為叉指504a至504c自磁心500之背部部分502延伸 的距離。高度Hp可大於寬度W1、W2及W3。在一些實 施中，高度Hp與分隔叉指504a至504c之距離si及S2 相同。特定言之，高度Hp可為2 mm。背部部分5〇2具 有高度Hb。高度Hb可與距離S1或距離S2或高度Hp 相同，例如，2 mm。 線圈506可捲繞於中心叉指504b上。線圈可與電容器 (諸如’電容器41 6 )麵接。在諸如系統4 0 〇的渦電流 監控系統之實施中’可使用單獨的感測線圈及驅動線 圈。在一些實施中’諸如線圈506之線圈可為鉸合線（由 以扭轉及紋距之均勻圖案束在一起或編織在一起的個別 膜絕緣線建構之編織線），對於通常用於渦電流感測中的 頻率而言’該鉸合線可比實線損耗更少。 在—些實施中，線圈506可環繞於中心又指504b之部 刀上而非整個叉指上。舉例而言，線圏506可環繞 18 201249592 於中心又指504b之外部部分上。線圈5〇6可不接觸中心 叉指504b之内部部分。内部部分可比外部部分更接近背 部部分502。 第5B圖圖示磁心500之透視圖。磁心5〇〇可具有寬 度Wt ’ 5亥寬度Wt為叉指504a至504c之寬度Wl、W2 及W3與分隔叉指504a至504c之距離si及S2的和。 磁心500具有咼度Ht，該高度Ht為又指504a至504c 之尚度Hp與基底部分502之高度Hb之和。在一些實施 中’寬度Wt大於南度Ht。磁心500具有長度Lt，該長 度Lt大於中心又指5〇4b之寬度W1且較佳地大於磁心 之寬度Wt。長度Lt可介於約10 mm與30 mm之間。長 度Lt可大於磁心500之寬度Wt。 第6A圖及第6B圖圖示基板600相對於磁心602 (磁 心602可類似於第4圖之磁心408或第5圖之磁心500) 之相對位置之俯視圖及側視圖。對於掃描穿過具有半徑 R的晶圓600之中心的切片A-A·而言，磁心602定向成 使得該磁心602之長轴垂直於晶圓600之半徑。磁心602 相對於如圖所示的晶圓之直控平移。注意由捲繞於磁心 602上的線圈產生的磁場在形狀亦為狹長即長度大於寬 度的導電區域中感應渴電流。然而，長度及寬度大體與 磁心602之長度及寬度不相同’且導電區域之深寬比及 橫截面大體亦不同於磁心602之深寬比及橫截面。 儘管第6A圖及第6B圖之配置可為晶圓600之大部分 切片A-A'提供經改良解析度，但因為磁心602沿著半徑 19 201249592 之第-區& 604及最終區段604平移，所以磁心6〇2之 部分不緊鄰基板。因此’區段604之量測不太準確且可 限制磁心602之最大理想長度L(諸如，長度u)。此外， 當磁心602接近晶圓600之中心時，礤心6〇2取樣較大 的徑向範圍。因此，特定徑向距離之空間解析度比 r=0之空間解析度顯著更佳。 如以上所闡釋的，磁心602之長度L大於該磁心6〇2 之寬度W。亦即，深寬比L/W大於—。[、貿及以研之 不同值可用於不同實施。舉例而言，你之範圍可為自不 到一公釐至超過一公分，而L之範圍可為自約一公釐（針 對W之更小值）至十公分或十公分以上。 在特定實施中，W介於約一公釐與約十公釐之間，而 L介於約一公分至約五公分之間。更特定言之，磁心6〇2 可為約七公釐寬，其中每一突出部為約一公釐寬，且其 中鄰近突出部之間的每一間隔為約兩公釐。長度可為約 二十公釐。高度可為約四公釐，且高度可在需要時增加， 以允許更多線圈匝數。當然’此處給定的值為示例性的； 許多其他配置是可行的。 在一些實施中，磁心之長軸可能不恰好垂直於基板之 半控。然而’磁心仍可在可用的磁心幾何結構内尤其是 接近晶圓邊緣處提供經改良解析度。第7圖圖示CMP 系統700 ’在該CMP系統7〇〇中狹長的磁心702定位於 爭臺704下方。在於基板7〇6下方掃掠之前，磁心7〇2 在位置708處❶在位置7〇8處，磁心702定位於近似垂 20 201249592 直於基板706之半徑R。因此，對於帥而言，與由捲 繞於磁心702上的線圈產生的磁場輕合之導電層之部分 大體在距晶圓之中心相同徑向距離處。注意當磁心7〇2 在基板706下方掃掠時，平臺7〇4與基板7〇6兩者皆旋 轉。如所指示的，基板亦可相對於平臺取择掠。 此外’旗# 710及旗標感測器712可用以感測平臺7〇4 之旋轉位置。 最初’參閱第4圖及第8A圖，在執行研磨之前，在 無任何基板存在的情況下，將振盪器5〇調諧至lc電路 之諧振頻率。此諧振頻率產生來自RF放大器54的輸出 訊號之最大振幅。 如第8B圖中所示，對於研磨操作而言，基板1〇置放 成與研磨墊30接觸。基板1〇可包括矽晶圓12及導電層 16 ’該導電層1 6例如，金屬（諸如，設置於一或更多個 級圖案化下層14上的銅、㉟、姑、鈦或氮化缺），該等 下層14可為半導體層、導體層或絕緣體層。諸如鉅或氮 化钽之阻障層18可分隔金屬層與下層介電質。經圖案化 下g 4 了包括金屬特徵結構，例如，溝槽、通孔、襯塾 及銅、鋁或鎢之互連。由於在研磨之前，大部分導電層 16取初相對較厚且連續，故該導電層16具有較低電阻 率’且相對較強的渦電流可在導電層中產生◦渦電流使 金屬層充當與感測線圈46及電容器52並聯之阻抗源。 因此’導電膜1 6之存在降低感測器電路之品質因數，藉 此顯著地減小來自RF放大器56的訊號之振幅。 21 201249592 參閱第8C圖’當研磨基板1〇時，導電層1(5之塊部 分薄化。當導電層16薄化時，該導電層16之薄片電阻 率增加，且金屬層中之渦電流被衰減。因此，導電層Μ 與感測器電路系統之間的耦接減少（亦即，増加虛擬阻 抗源之電阻率）。當耦接減少時，感測器電路之品質因數 向著邊品質因數之原始值增加，從而使來自RF放大器 56的訊號之振幅升高。 參閱第8D圖，最終移除導電層16之塊部分，從而在 經圖案化絕緣層14之間的溝槽中留下導電互連16，。此 時，基板中導電部分之間的耦接大體較小且大體不連 續，且感測器電路到達最小值。因此，感測器電路之品 質因數到達目標值（可與完全缺少基板時的品質因數區 別）。此舉引起來自感測器電路的輸出訊號之振幅之變化 率顯者減小。 第9圖圖示用於研磨基板上的金眉層之製程·之示 例性流程圖。金屬層可具有7〇〇歐姆埃或7〇〇歐姆埃以 上之電阻率，例如，1500歐姆埃或1500歐姆埃以上， 例如，2500歐姆埃或25〇()歐姆埃以上。金屬層可具有 小於10000歐姆埃之電阻率。舉例而言，金屬層可為鈷、 鈦或氮化鈦。在研磨之前’金屬層可具有介於测埃至 〇〇〇埃之間的厚度。在研磨站處研磨金屬層（步驟 902)。渴電流監控系統在研磨期間量測金屬層之厚度（步 驟9 0 4 )。可將量測饋送至閉援只與么^丄 頌圮主閉％反饋系統中，以控制基板 上的承载頭70之不同腔宮 厭 个U腔至之壓力，以便均勻地研磨金屬 22 201249592 層（夕驟906 )。渦電流監控系統可具有大於^ 2 mHz之 谐振頻率，例如，約14 MHz至i 6 MHz，例如，^ 5顧冗。 對於研磨-些金屬層（例如，始）而言，此舉可容許2〇⑽ 埃以下（例如’下至約2〇〇埃）的層厚度之準確量測。 因此，壓力之反饋控制可向下執行，直至金屬層具有200 埃至3G0埃之厚度為止，在金屬層具有_埃至3⑽埃 之厚度時可停止研磨（步驟9〇8)。 在渦電流感測器之經改良靈敏度的情況下，所施加的 壓力之閉環控制可II由承載頭之不同腔室來執行，對於 具有較低電阻率的金屬（例如，銅、銘及鶴）而古，气 閉環控制在較薄金屬層厚度處具有較大可#性。對於^ 等金屬而言’預定厚度位準可低於2〇〇埃，例如，5〇埃 以下例如’下至金屬層之清除偵測或實質移除。 此外，涡電流感測器可用以價測是否存在金屬殘留物 餘留在基板上及是否下層（例如，下層阻障層或下層介 電層）已完全曝露。殘留物為在下層已實質上曝露時金 屬層之仍餘留在下層上的金屬，例如，下層上（但不在 溝槽㈠金屬之小的未連接之斑點。此舉容許更準確的 終點控制且降低對於審慎的過度研磨之需要。金屬殘留 物可為具有小於700歐姆埃的電阻率之金屬（例如，銅、 銘或鶴）之殘留物。在一些實施中，金屬為銅且下層為 ^障層，例如m戈丁 aN。在一些實施中，金屬 ^阻障層金屬’例如，丁卜加或咖，且下層為介電 日。在此情況下，金屬殘留物可為具有大於歐姆的 23 201249592 电阻率之阻障層金屬之殘留物。 參閱第ίο圖，曲線圖1002圖示自渦電流感測器隨時 間接收的訊號100^RTPC%軸表示自渦電流感測器接收 的Λ號A力空氣之臨限值的訊號指示存在導電性足以 被里測到之材料。因此，在研磨製程開始時，訊號較高， 因為正在研磨的材料之層職較厚。如曲線圖1002中 所指示的，隨著層彳0 Λ R你rTl Λ ^ 1008 &研磨且溥化，訊號下降。當如 步驟1006b處所示，清除層1〇〇"，訊號之變化率（亦 即斜率）改變，如藉由曲線圖⑽2 t標記為「清除 印」的點所指示的。可偵測斜率之變化，且斜率之變化 可用以決定清除了層1〇〇8。 田繼#研磨基板時’所接收的訊號指示下層1012中金 屬特徵結構1〇10之厚度。渦電流監控系統可用以繼續研 磨層1 0 1 2及金屬特料处姐 寻徵、·。構I 0 1 〇直至金屬特徵結構Μ 之預定厚度餘留為止。 參閱第11圖，麵介，制< 颁似製程可用於柱平坦化之偵測。藓由 選擇渦電流感測5|的4 A u 4 田 4』為的適當的諧振頻率（該適當 率可能需要高於15 七 振頻 MHZ)，有可能獲取取決於金屬柱 厚度的訊號。曲線圖】〗_ 園1102圖不自渦電流感測器隨 收的訊號。如步驟11〇处中所示，柱平坦 1接 斜率變化指示柱之平扫化 、-圖之 十-化。此蚪，已將伸出超過屛 之柱111 0研磨至愈 、乙圍柱1110的層1112的材料之 相對相似的位準。在—此麻 準 二具轭中，可以第一速率研磨其 板直至柱1110平扭化. 所磨基 ~化為止，且在平坦化之後以 24 201249592 研磨層iii2及柱η 10至預定厚度。舉例而言第—亲 率可比第二速率更快，因為在平坦化之前訊號之變化： 比平坦化之後更大。因此，可更迅速地偵測到訊號之變 化。2到達平坦化之點，則第二速率可相對較慢，以 提供更準確的終點控制。 & 第u圖圖示用於研磨基板上的層之替代性製程咖 之示例性流程圖。在渦電流感測器之經改良靈敏度及選 擇適當譜振頻率（該適當譜振頻率可能需要高於15 紙）的情況下，有可能量測（例如）至少在某此類型 之基板（諸如’後段製程中的基板，例如，具有金屬6 或金屬7之基板）上的金屬特徵結構之厚度。此舉容呼 將基板研磨至金屬特徵結構之預定厚度。金屬特 為分立的單獨金屬特徵結構，例如，基板上的溝槽内部 之金屬，或在下層之平坦表面上方延伸的金屬柱。金屬 特徵結構可為具有小於700歐姆埃的電阻率之金屬（例 如’銅、銘或鶴）。在研磨站處研磨基板（步驟12们）， 尚電肌瓜控系統用以監控層中金屬特徵結構之厚度 (步驟1204)。視需要，金屬特徵結構之厚度可用以控 制由承載頭施加於基板之壓力（步驟12〇6)。研磨可： Μ流監㈣㈣示餘留金屬特徵結構之預 止（步驟1208 )。 在一些實施中 屬特徵結構的層 之頂部上的覆蓋 如參閱第10圖所述，可在研磨具有金 之則，首先清除具有金屬特徵結構的層 層。舉例而言’金屬層可在經圖案化下 25 201249592 金屬為覆蓋層且圖案之 。在一些實施中，來自 率的變化可指示覆蓋層 層上沉積，其中下層之頂部上的 溝槽中的金屬提供金屬特徵結構 渦電流感測器的訊號量值之減少 之清除。 在一些實施中，如上文參閱第u圖所述，製程12〇〇 可用於柱平坦化。舉例而言，層可包括用於通孔（例如， 穿過矽之通孔）之銅柱。藉由渦電流感測器監控之金屬 特徵結構可為銅柱。此外，t柱經平坦化時，來自渦電 流感測器的訊號量值之減少率可改變。隨後可將層及經 平坦化柱進一步研磨至藉由渦電流監控系統指示的預定 厚度。 渦電流及光學監控系統可用於各種研磨系統。研磨墊 或承載頭中之任一者或兩者皆可移動，以提供研磨表面 與基板之間的相對移動。研磨墊可為緊固至平臺的圓形 (或些其他形狀）襯墊、在供應觀及捲取報之間延伸 的帶子，或傳動皮帶。研磨墊可添加於平臺上、在研磨 操作之間在平臺内遞增前進或在研磨期間在平臺内被連 續驅動。在研磨期間襯墊可緊固至平臺，或在研磨期間 在平臺與研磨墊之間可存在液體轴承。研磨墊可為標準 (例如，具有或不具有填料之聚胺酯）粗糙襯墊、軟觀 墊或固定磨料襯墊。可將振盪器之驅動頻率調諧至存在 經研磨或未經研磨之基板（具有或不具有承載頭）的情 況下的諧振頻率或調諧至一些其他參考，而非在不存在 基板時調諧。 26 201249592 儘管圖示為定位於相同孔中，但光學監控系統i4〇可 在平臺上定位於與渦電流監控系統40之位置不同的位 置處。舉例而言，弁學龄批备& ,- 尤子孤控系統1 40及渦電流監控系統 40可疋位於平臺之相對側上，以便該光學監控系統1 及該渦電流監控系統40交替地掃描基板表面。 已描述本發明之若干實施例。然而，將理解，在不脫 離本發明之精神及範疇的情況下可進行各種修正。因 此，其他實施例在以下申請專利範圍之範疇内。 【圖式簡單說明】 第1圖為化學機械研磨設備之示意性分解透視圖。 第2圖為化學機械研磨站之部分橫截面示意性側視 圖’該化學機械研磨站包括渦電流監控系統及光學監控 系統。 第3圖為承載頭之示意性橫戴面圖。 第4Α圖至第4Β圖圖示渦電流監控系統之示意圖。 第5 Α圖及第5Β圖圖示具有三個又指的渦電流監控系 統之側視圖及透視圖。 第6A圖及第6B圖圖示使用狹長磁心的化學機械研磨 設備之俯視圖及側視圖。 第7圖圖不平臺之俯視圖’在該平臺之表面上具有基 板。 第8A圖至第8D圖示意性地圖示使用渦電流感測器偵 測研磨終點之方法。 27 201249592 第9圖為圖示研磨金屬層之方法之流程圖。 第10圖為研磨金屬層之方法之曲線圖及示意圖。 第11圖為研磨金屬層之替代性方法之曲線圖及示意 圖。 第1 2圖為圖示研磨金屬層之替代性方法之流程圖。 各個圖式中之相同元件符號指示相同元件。 【主要元件符號說明】 10 基板 12 碎晶圓 14 下層 16 導電層 I 8 阻障層 20 化學機械研磨設備 22 研磨站 22a 第一站 23 移送站 24 平臺 26 凹部 28 襯墊調節設備 29 旋轉電氣管套節 30 研磨墊 32 背托層 34 覆蓋層 36 視窗/透明部分 38 漿料 39 漿料分配系統 40 渦電流監控系統 42 磁心 46 感測線圈 49 驅動線圈 50 振盪器 52 電容器 54 RF放大器 5 6 二極體 60 可旋轉多頭迴轉料架 62 中心柱 64 迴轉料架軸 66 迴轉料架支撐板 68 蓋子 70 承載頭 72 徑向槽 74 承載驅動軸 76 承載頭旋轉馬達 80 位置感測器 82 旗標 90 通用可程式化數位電腦 92 輸出裝置 102 外殼 104 基底總成 106 萬向節機構 108 裝載腔室 llO 基板背托總成 116 燒性膜 140 光學監控系統 142 光束 144 光源 146 偵測器 200 固定環 230 内部腔室 232 中間腔室 234 中間腔室 28 201249592 236 中間腔室 238 外部腔室 400 渴電流監控糸統 402 驅動線圈 404 振盪磁場 406 導電區域 408 石这心 410 背部部分 412a 叉指 412b 又指 412c 叉指 414 感測線圈 416 電容器 418 整流器 420 輸出 422 線圈 424 電容器 428 整流器 430 反饋電路 432 振盪磁場 500 磁心 502 背部部分 504a 叉指 504b 叉指 504c 叉指 506 線圈 600 基板 602 磁心 604 區段 700 化學機械研磨系統 702 磁心 704 平臺 706 基板 708 位置 710 旗標 712 旗標感測器 900 製程 902 步驟 904 步驟 906 步驟 908 步驟 1002 曲線圖 1 006b步驟 1008 層 1010 金屬特徵結構 1012 下層 1102 曲線圖 11 0 6 b步驟 1110 柱 1112 層 1200 替代性製程 1202 步驟 1204 步驟 1206 步驟 1208 步驟 A-A' 切片 C 電容 Hb 高度 Hp 南度 Ht 1¾度 Lt 長度 L 長度 R 半徑 SI 距離 S2 距離 V〇 W1 振幅 W 寬度 寬度 W2 寬度 W3 寬度 Wt 寬度 29