TW399252B - Method and apparatus for in-situ monitoring of thickness during chemical-mechanical polishing - Google Patents

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經濟部中央標隼局員工消资合作社印製 五、發明説明（ 本發明是有關於半導體基體之處理的領域，特別是有 關於半導體基體在化學機械式抛光中所移除之材料的監測 作業。 積體電路元件的製造作業必須要在一基體上面形成許 多不同的層（導電性、半導電性或非導電性），以形成所需 要的元件和連接部位《在製造過程中，其必須要能將某一 層或某一層上的一部份加以移除，以使其成為平面狀，或 是形成該等各個元件和連接部位。化學機械式拋光（CMP) 作業是被廣泛研究用來在積體電路處理程序的各個步驟中 將半導體基體，如矽基體，加以平面化處理的方法。其亦 用來拋光處理光學表面'精密測量樣本、微機械和各種金 屬質及半導體質基體。 CMP是一種使用拋光劑並配合拋光墊來將半導體基 體上的材料加以移除的技術《該墊子相對於該基體的機械 運動，再加上拋光劑的化學反應，可提供一種具有化學腐 蚀作用的磨擦力量，而能將該基體（或形成在該基體上之 層）上外露出的表面加以平面化。 在最常見之實施CMP的方法中，一旋轉的晶圓固定座 用來支撐住一晶圓，而拋光墊則相對於晶圓表面轉動。在 平面化處理過程中’該晶圓固定座會將晶圓表面壓貼在拋 光墊上，並將晶圓繞著第一轴心線相對該拋光墊轉動（參 見例如美國專利第5,329,732號）。用來進行拋光作業的機 械力量是由拋光墊繞著與第一軸心線不同之第二抽心線轉 動的速度和晶圓固定座向下的力量而得到的。拋光劑是不 表紙》尺度適/*1中國國家櫺準（CNS )八4«1格（2丨〇/2<^公釐 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

4 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（2 ) 斷地供應至晶圓固定座的下方，並藉由晶圓固定座的轉動 而有助於將拋光劑加以送出並使晶圓表面的局部差異平均 化。由於施用在晶圓表面上的拋光率是正比於基體和拋光 墊間的相對速度，晶圓表面上某一選定點上的拋光率是依 該選定點與該二條主要旋轉軸心線—晶圓固定座之旋轉軸 心線和拋光墊的旋轉軸線—間的距離而定。這會在基體表 面上形成不均勻的速度分佈輪廓，因之而造成不均勻的拋 光結果。此外，熟知CMP技藝者一般都認為為得到較佳 的平面化結果，其在晶圓和拋光墊之間需要有較高的相對 速度。（例如參見Stell等人在由s.p. Murarka、A. Katz、K.N. Tu和K. Maex等所編輯的“Advanced Metallization for Devices and Circuits-Science，Technology and Manufacturability，，— 書第151頁中所發表者）。但是，在此種構造中使用較高的 平均相對速度會在基想的表面上造成較不好的速度分佈輪 廓，因之而會得到均句度較差的拋光結果。 此一問題可藉著使用線性拋光機來加以克服。在線性 拋光機中，其不使用旋轉的墊子，而是以一條帶子來將墊 子線性地移動通過基體表面，以提供基體表面上更均勻的 速度分佈輪廓。基體本身仍然如同旋轉拋光機的情形一樣 要旋轉’以將局部的差異加以消除掉。但是不同於旋轉式 拋光機’線性拋光機在整個CMP過程中均能在跨過基趙 的表面上提供均勻的拋光率，因之而能均勻地拋光該基體 〇 另外’線性拋光機可以使用撓性帶子.，而該墊子則設 本紙張尺度適用中國囷家燸辛（CNS M4規格（210x297公釐） --1 - ---L\ I I _.丁 - X U3. i (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) Α7 Β7 經濟部中央標準局員工消费合作社印裝 五、發明説明（3 ) 置在其上。其撓性可使該帶子能撓曲變形，這會造成施加 在基體上的墊子壓力改變。其可使用由固定不動之平台所 造成的流體轴承來控制在基體表面上任何位置處施加在基 體上的墊子壓力，因之而能控制橫過該基體表面的拋光率 輪廓。 線性拋光機係描述於西元1996年4月26日提出申請而 名稱為 “Control of Chemical-Mechanical Polishing Rate Across A Substrate Surface”的序號第 08/638,464號美國專 利申請和西元1996年12月3日提出申請而名稱為“Linear Polisher and Method for Semiconductor Wafer Planarization” 的序號第08/759,172號美國專利申請中。流體轴承則是描 述於西元1996年4月26日提出申請而名稱為“Control of Chemical-Mechanical Polishing Rate Across A Substrate For A Linear Polisher”的序號第08/638,462號以及美國專利第 5,558,568號中。 旋轉式的CMP曾被設計成配合使用各種的原位監測 技術。例如美國專利第5,081，421號中即描述一種原位監 測技術，其中其偵測作業是藉由以電容方式來測量導電基 體上的電介質層厚度而達成的。美國專利第5,24〇,552號 和第5,439,551號中則描述使用來自基體的聲波來決定終 點的技術β美國專利第5,597,442號中描述一種利用紅外 線溫度測量裝置來監測拋光墊之溫度而偵測终點的技術。 美國專利第5,595,526號中描述一種使用大約正比於拋光 機所消耗之總能量一部份之量來決定終點的技術。美國專 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝·- ,11 本纸張尺度通用中國囡家榡準（CNS〉Λ<4規烙（2丨0Χ 297公釐） 6 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 A7 B7 五、發明説明（4 ) 利第5,413,941號和第5,433,651號和歐洲專利申請案第ep 0 738 561 A1號中則描述用來決定終點的光學方法。 在美國專利第5,413,941號中’一束雷射光束以與垂 直於基體之線相距大於70°之角度照射至基體上的一個區 域内，而該照射的雷射光束大部份會自該區域反射回來而 不是穿透之。反射光線的強度即可用來做為基體因為拋光 作業之故而造成的平面度變化程度的度量值。在美國專利 第5，43 3，651號中’旋轉式拋光台上具有一個窗片埋設在 其内，其係與該台子相平齊而面對著拋光墊。當該台子旋 轉時’該窗片會通過一個原位監測器，其會擷取代表著拋 光程序終點的反射比測量值。在歐洲專利申請案第Ep 〇 738 561 Α1號中，旋轉式的拋光台上具有一個窗片埋設在 其内’其不同於該’651號美國專利中的窗片，係與拋光塾 平齊或由其所構成的* 一雷射干涉計用來在該窗片通過原 位監測器時決定該拋光程序的終點。 在讓渡予本案受讓人的序號第_號美國專利 申請案（代理人案號7103/27)中曾描述一種藉由使用雷射 干涉計在終點偵測作業中進行原位監測的線性拋光機。 但是雷射干涉測量術本身具有一些天生的缺點。首先 ，其係測量自一個疊覆在上的基體層上發出的光線的絕對 強度，且係依被抛光的材料而定的。其次，在雷射干涉測 量術中，操作者無法直接決由入射光所測量到的薄膜厚度 真正是所需要的加工完成厚度，或是其整數倍。 此外，這些終點偵測用監測系統内在的一項限制是必 (CNS ) Λ4規格（2!〇χ297公犛） 7 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝I· 訂 經濟部中央標準局員工消费合作社印裝 Α7 Β7 五、發明説明（5 ) 須要針對干涉曲線加以分析，並將其套在合理的近似值上 °因此’依所用之波長及薄膜的特性而定，在干涉曲線可 以套合在合理的正碟量之前，其將會有有限的量被移除 (2000-4000埃)的情形。此外，使用單一波長最多僅可提 供移除率的資料，而必須要根據該移除率和先前已知有關 於氧化物之初始厚度的資料方可估算氧化物剩餘的厚度。 通常在製造過程中，電介質的初始厚度的變化量是在沉積 /成長程序的受控限度内。因此，假設氧化物具有某一初 始厚度的假設會造成至少和沉積程序天然（6々咖)散佈情 形等的誤差。此外，在能夠做出移除率的合理估算值之前 必須要移除至少2000-4000埃的情形在實際使用上可能會 相當因難，特別是在多群組工具的情形中，其中其製程是 需要每一群組只移除少於2000埃的量。 因此，其需要有一種供CMP製程使用的原位厚度測量 方法其係使用⑴以平台為主的系統，例如那些繞著其 自身之軸。線轉動、以軌道方式轉動或是以線性或圓形方 弋振動者4疋（h)以帶子為主的系统例如那些使用無 端式或非無端式帶子者，或者㈣振動把架頭系統，以供 克服習用技藝中所遭遇到的缺點。 本發明是有關於一種使用抛光工具來進行的基體化學 機械式抛光（CMP)作業，以及薄财度監測器，用來提供 一基體層的厚度》 根據本發明的第一觀點，拋光裝置具有-拋光元件， 其具有一個孔洞設置在其上，且可沿著一條抱光路徑 本紙ίί·尺度過用中國象標率（CNS )八4坭格 2Ι0Χ 297公麈 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

A7 A7 B7 五、發明説明（6 ，監測窗片固定在該拋光元件上，以封閉住該孔洞，而 /成π/則通道。一薄膜厚度監測器可經由該監測通道來 '體以提供設置在該基體上之一層薄膜的厚度的標 示資料。 根據本發明之第二觀點，該薄膜厚度監測器可以包含 有摘球計'光束輪廊反射計或光應力產生器光束和監測探 針。 根據本發明的第三觀點，該薄膜厚度監測器包含有一 光源。 η根據本發Β月的第四觀點，其移動裝置包含有多個滾輪 可作動來將該抛光元件沿著__條線性路徑加以帶動通過 該基體，或是包含有-平台，其可繞著_條通過其中心的 轴心線來轉動，而將該拋光元件帶動沿著―條-曲路徑通 過該基趙’或是包含有-平台’其可繞著—條不通過其中 :的軸心線來轉動，而將該拋光元件帶動沿著一條彎曲路 控通過該基體，或是包含有一平台’其可沿著一條封閉的 路後移動，而將該拋光元件帶動沿著__條”路徑通過該 基體》 根據本發明的第五個觀點，該基體托架係沿著-條封 閉的路徑移動。 根據本發明的第六個觀點，該抛光元件是使用在一種 決定基體層之厚度的方法中。 根據本發明的第七觀點，其使用一抛光元件於一種藉 由重覆測量基體之薄膜厚度來決定是料到狀之厚度而 本紙張尺度適/#]中glSIl：縣（CNS ) Λ4現格（2IQx 297公赛 1(1 ^ 訂 * 一 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本莧) 經濟.邵中央標準局員工消費合作社印製 A7 五、發明説明（7 ) 決定該CMP程序之終點的方法中，其中其可標示出該程 序終點已達到而結束CMP程序》 根據本發明的第八觀點，其使用一拋光元件於一種藉 由決定利用該拋光元件上的同一個監測通道所進行之二次 連績的薄膜厚度測量結果上的差值而來決定在CMp作業 進行時基體的任何給定圓周上的移除率的方法中β 根據本發明的第九個觀點，其使用一拋光元件於一種 藉由決定由至少二個薄膜厚度監測裝置所進行的至少二次 薄膜厚度測量結果上之差值的平均值而來決定在該(：1^1> 程序進行時橫過基體表面上之平均移除率的方法令。 根據本發明的第十個觀點，其使用一拋光元件於一種 藉由決定由至少二個薄膜厚度監測裝置所進行的至少二次 薄膜厚度測量結果上之差值的變化量而來決定在該CMp 程序進行時橫過基體表面上之移除率變化量的方法中。 根據本發明的第十一個觀點，其使用一拋光元件於一 種藉由將拋光程序特性化來決定程序參數的作用，然後決 定移除率和移除率變化量，然後再調整拋光程序參數，以 經濟部中央標準局員工消费合作社印掣 使移除率及均勻度成為最佳化的可用來使CMP程序最佳 化的方法内。 第1圖是習用之線性拋光機的示意圊。 第2圖是第一個較佳實施例的線性拋光機的剖面圖。 第3圏是一平面圖’顯示出在平台上設置多個孔洞， 以及設在帶子上而對齊於平台之孔洞的孔洞配置樣式。 第4圖是一光纖傳輸線的剖面圖，其係設置在帶子中 ίο 本纸張m种 ® im碑（CNs7 a4^ ( 210x：Q7^^ )·

、發明説明（ A7 B7 ^一個層之間，以提供一條自帶子之外側表面至帶子之第 —側邊表面的長條光學信號路徑。 、，第5圖疋一平面圖，顯示出感測位置設在帶子上而不 是平口上的情形’纟中係將圖4中之光纖配置方式配合多 個薄膜厚度監測器使用β 、第6囷平面圖，顯示出感測位置是設在帶子上而不 是平台上的情形，其中係將圏4中之光纖配置方式配合單 一個薄膜厚度監測器使用。 第7圖是一個具有薄膜厚度監測器之旋轉平台式cMF 裝置的示意圖》 第8圖是一個包含有橢圓計之薄膜厚度監測器的示意 圖。 第9圖是一平面圖，顯示出將多個孔洞設置在平台上 而帶子上則僅有一個孔洞的情形。 篇一較佳實施例 經濟部中央標準局員工消费合作社印li 現在參閲圊式’第1圖顯示出一種使用此技藝令已知 之化學機械拋光（CMP)技術來平面化處理一基體的習用線 性拋光機100。如此囷中所示，此線性拋光機1〇〇具有一個 基體托架no,固定在一個用來固定住基體的拋光頭1〇5上 。該基趙係放置在一條帶子120上，其會繞著第一和第一 滾輪130和135轉動》本文中所用之“帶子”一詞是指一個封 閉的環圈狀元件，包含有至少一個層，且至少有一個層是 一層拋光材料。此帶子元件之各層的討論將在下文甲進行 本紙杀尺度通用中Sia家標皁（CN;S ) Λ4規烙（2〗ΟΧ2<Π公慶） 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 A7 B7 五、發明説明（9 ) 拋光劑配灑機構140供應拋光劑15〇至帶子12〇的頂面 上。拋光劑150會在基體底面上沿著帶子12〇移動且在抛 光過程的任何時間中均可部份或完全地與基體相接觸。平 台155可將帶子120支撐在基體托架11〇下方。 一般而言，基體托架11〇可在帶子12〇的上面轉動該基 體。機械固疋裝置，例如固定環或是真空，可用來將基體 固定在定位上》 帶子120是連續延伸之形式，且繞著滾輪13〇、135轉 動。驅動裝置，例如馬達（未顯示），用來轉動滾輪13〇、135 ，以使得帶子120能夠相對於基體的表面做線性運動。 當帶子120沿著線性方向移動時，拋光劑配灑機構14〇 會將抛光劑150供應至帶子12〇上。通常在使用過程中會以 一修整器（未顯示）來持續不斷地刮過該帶子12〇 ,以修整 該帶子120，而去除殘留的拋光劑堆或是是墊子的變形部 位。 帶子120是在平台155與基體之間移動，如第1圓中所 示。平台155的主要目的是要在帶子12〇的底面上提供一個 支撐用的台子，以確保帶子120能夠和基體充份地接觸， 而能進行均勻的拋光作業。一般而言，基體托架11〇會以 適當的力量向下壓貼至帶子120上，以使得帶子12〇能夠充 份地與基體相接觸而進行CMP作業。由於帶子120是可撓 的，且可在基體向下至迫至其上時向下壓，因此平台155 可提供該向下力量的反向支撐力。 平台155可以是固體的台子，或是是一種流體軸承（其 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4現格（210:< :97公緩） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 12 A7 五、發明説明（ίο ) 可以具有-道或多道流體通道)。流體軸承是較合適的， 因為自平台155上流出去的流體流可用來控制施加至帶子 120底面上的力量。藉著控制該流體流，其將可以控制帶 子120施加至基體上的壓力變化，而能提供更均勻的基體 拋光率。流體軸承的範例可參見前述的專利申請案和美國 專利案第5,558,568號，其等均係引述於此以供參考。 第2圖顯示出本發明第一個較佳實施例的剖面圊其 代表著上述習用線性拋光機1〇〇的一種改良。如同在習用 的實施例中一樣，第2圊的線性拋光機2〇〇包含有一個基體 托架210、一層拋光劑215、一條帶子220和一個平台24〇， 以供在一基想（未顯示）上進行CMP作業。帶子220具有一 層抱光材料（未顯示），一内側表面201和一外側表面202。 (帶子220的組成將更詳細地討論於下文中。）此實施例的 新穎部份在於設在帶子220上的孔洞230(自其内側表面201 延伸至其外側表面202)和設置在平台240上的孔洞245。 此外’在帶子220和平台240之間設有一層諸如去離子水255 之類的液體霧膜》 經濟部中央標準局員工消f合作社印製 此實施例是以和上述之習用線性拋光機100相同的方 式來進行CMP作業。但不同於上述的拋光機1〇〇，此拋光 機200可配合原位薄膜厚度監測器250來使用。更詳細地說 ’帶子220和滚輪240上的孔洞230、245是由監測器250用 來做基體的原位監測之用。在CMP處理過程中，當帶子220 在基趙的底面上線性移動時，帶子220上的孔洞230會通過 平台240上的孔洞245 »當孔洞230、245對齊時（如第2圖中 13 批衣--- -/ ·\ - t (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適圯中國囤家標準（C'NS ) A4規恪（2丨(>:< 2们公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印繁 A7 ---一_ B7__ 五、發明説明（11 ) 所示），在基體和薄膜厚度監測器250之間即可形成一光學 迴路，而可進行原位監測作業。此監測作業將會在下文中 更詳細地討論 雖然帶子220和平台240上的孔洞230、245可以是開放 而沒遮蓋的，但它們也可以具有監測窗片232、242埋設在 其内。帶子220上的監測窗片232對於所選定之波長範圍内 的光線而言是透明的，且完全或部份延伸於帶子22〇的内 側表面201和外側表面202之間。一般而言，帶子22〇上的 監測窗片232可確保沒有抛光劑215或水會滲漏至帶子220 的底面處。藉著對齊於帶子220的外侧表面202，其可避免 干擾到拋光程序的進行《藉著與帶子220的内側表面2〇 1相 切齊，其可避免在平台24〇的流體軸承内造成亂流區域（雖 然其可能僅是稍微地升高或下凹而已β ) 不同於習用之旋轉平台式系統中所用的窗片，監測窗 片232必須要具有足夠的可撓性，以通過移動帶子22〇用的 滾輪（其直徑可能是自2至40英徑），且必須要由一種其存 在僅會對拖光作業的結果造成最小影響的材料所製成。依 所用之監測系統而定，監測窗片232也可以具有某些特定 的光學特性（例如在波長自約2〇〇nm至約2000nm的範圍内 具有最大的輻射穿透量及最小的吸收或散射情形）。 填塞在平台240之孔洞245内的監測窗片242最好是與 平台240的頂側表面相平齊，以防止拋光劑流入至薄膜厚 度監測器250内，並避免在平台24〇的流體軸承内造成亂流 區域。如同帶子220内的監測窗片232，平，台240内的監測 本纸張尺度it.种卿I：縣（CNS) Α4規格（2|〇 χ 297公雙） 14 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ____B7 五、發明説明（12 ) 窗片242最好要能提供所需的光學特性（例如對於自監測器 250上產生而自基體之表面上反射回來的光線頻譜而言具 有最大的穿透效果）。 簋二較佳實施例 雖然上述之實施例的帶子220僅具有一個孔洞，但是 ’也可以使用多個孔洞。如第3圖中所示，帶子31〇可以具 有多個孔洞320、322、324、326、328。對於帶子310内的 每一個孔洞320、322、324、326、328而言，在平台内均 有一個相對應的孔洞330、332、334、336、338設在基趙 托架340下方。每一個孔洞330、332、334、336、338均是 對齊於各自之薄膜厚度監測器。如同上述，每一個孔洞均 可以一片監測窗片加以封閉住。 在此囷中，其有五個孔洞，其中一個位在基體的中心 處’而另外四個則以90度的間距配置。可以瞭解到，該等 孔洞的數量和配置方式僅係設計上的選擇而已。例如說， 這些孔洞可以線性方式或是同心方式配置。在有數個薄膜 厚度監測器散佈在帶子310上的各自之位置上時，其將可 以確認拋光程序在跨過該基體表面上所造成的不均勻處理 結果® 另一種方式是如第9圖中所示·，設置帶子91〇上的單一 孔洞920可以配合平台上的多個孔洞93〇、932、934使用， 而該等多個孔洞之每一者均是對應於各自之薄膜厚度監測 器。如上所述，每一個孔洞均可由一片監測窗片加以封閉 住。平台上的孔洞930、932、934是對齊於一條平行於帶 本纸》以朝帽轉（CNS ) Λ4規格（2丨0乂，97公曼） - -15 - /ii— - I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、?τ I --- HI 1-.--

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五、發明説明（l3 ) 子910之運動的直線。當帶子孔㈣㈣齊於平台上之孔洞 930、932、934之-者日夺’相對於該平台孔洞的薄膜厚度 監測器即可測量抛光物趙的表面狀況。藉由此種配置，其 可以帶子910上的單一 一個孔洞來監測該表面上多個區域 内的狀況。應注意的是平台上的孔洞的數量和位置，以及 平行於帶子910之直線的數目，均僅是設計上的選擇而已 第三較佳實施例 第4圖顯示出另一種的實施例。在此，在平台上沒有 供監測通道用的孔洞。 代替之的是以一個孔洞420形成在帶子415内，提供一 條長條的監測通道。此圖中顯示出帶子415具有二個層（其 中之一是層410)、一内側表面4〇1、一外側表面4〇2、一第 一側邊表面403和一第二側邊表面404。監測通道420是可 使得光學路徑在橫侧向上能平行於帶子415中之_層410的 上方表面而自外側表面402延伸至第一側邊表面403。薄膜 厚度監測器440是設置在靠近於帶子415的第一側邊表面 403處’而不是設在帶子415的下方》 在此實施例中，在孔洞420内填塞以一監測窗片，以 構成自基趙至薄膜厚度監測器440的光學迴路。此監測窗 片可以是一個可撓光纖元件》 如同上面所述的實施例一樣，此種方式亦可以一個以 上的監測通道來實施之》第5圖顯示出一個具有多個監測 通道520、522、524、526、528的實施例的平面圖。在此 本紙乐尺度適用中國围家標隼（CNS ) Λ4規格（2丨0>:297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝| ,ιτ 經濟部中央標準局員工消费合作社印裝 16 Α7 Β7 ^、發明説明（14 ) ，其是顯不出在帶子51〇上形成有一種線性對齊而傾斜排 列的孔洞配置樣式。光纖傳輸線路之遠側末端係終止於靠 近於一列薄膜厚度監測器530、532、534、536、538之處 ，該等薄膜厚度監測器係沿著該條線性移動的帶子510的 邊緣設置的。在種配置方式中，薄膜厚度監測器的位置是 可加以調整，以對齊於光纖，因為薄膜厚度監測器可以設 置成為可移動者。因此，此實施例對於監測通道的設置位 置要求較不嚴格，因為可以調整薄膜厚度監測器53〇、532 、534、536、538的位置。 雖然第5圖中顯示出多個薄膜厚度監測器，但是也可 以如第6圖中所示一樣使用單一 一個薄膜厚度監測器63〇。 此單一 一個薄膜厚度監測器63〇是沿著移動之帶子6〗〇的側 邊設置的，用來取代該等多個薄膜厚度監測器。在此實施 例中’插入光纖之監測通道620、622、624、626、628以 一種與薄膜厚度監測器630呈橫側向延伸的線性配置方式 來加以設置。雖然其無法同時在多個監測通道内進行偵測 作業，但是在使用多個薄膜厚度監測器的情形下，其仍可 針對每一個監測通道來取得數據β 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 , ·{ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 應注意的是，在上述的各種變化中，監測通道可以是 自帶子的外側表面延伸至其第一側邊表面（在此種情形中 ，監測器可以沿著帶子的侧邊設置）或是自其外側表面延 伸至其内侧表面（在此種情形中，監測器可以是至少部份 地設置在帶子内）。另外應注意的是，孔洞在帶子上的配 置樣式可以重覆一次以上，以在帶子的每广圈轉動時得 本纸張尺度適用中國國家橾準（CNS )八4規格（21〇χ297公釐） 17 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（15 ) 多個測量值。這可提供每一單位時間内更多的數據點，因 之而可改善所得到之結果的品質。 在上面所述之使用線性拋光機的實施例每一者中，在 拋光過程中，當帶子上的監測通道對齊於薄膜厚度監測器 時，即可形成一光學迴路，而為一感測器所偵測到。此感 測器最好是一種短距離擴散反射感測器（例如Sunx模型編 號CX-24)。此感測器可使得薄膜厚度監測器能夠測量到 被加以拋光之基艘的表面狀態。不同於下面所要描述之供 旋轉平台式系統使用的感測器，此感測器在晶圊對齊於設 在移動之平台上的單一監測通道時並不進行偵測作業，而 是在帶子上的監測窗片對齊於薄膜厚度監測器時才進行偵 測作業。 最佳模式和檫子結楫 使用流體軸承（最好是空氣）是較固體的平台為佳，因 為監測數據可用來在平台的不同位置處調整流體的壓力， 以在拋光過程中提供原位修正之用。最好該平台具有約卜 30個流體流通道。其最好在該平台與帶子之間以去離子水 霧的預濕層來掃除任何跑到帶子下方來的拋光劑，而防止 流體流通道的堵塞情形》 平台内的監測窗片最好是由堅硬对到材料製成，例如 藍寶石。Swiss Jewel公司的藍寶石窗片（產品編號wi2.55) 是較合用的。平台内的監測窗片是由夠強而能承受CMP 程序之狀況的黏著劑加以固定在定位上。最好該監測窗片 在其一個或多個表面上具有抗反射塗層。， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公着） 18 --------'/1/ 裝^------訂 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 五、發明説明（16 ) 在使用上述的實施例時，最好能在基體與基逋牦架之 間使用一層載體膜，例如gRodel公司購得者（DF2〇〇)。基 體托架最好是以約5psi的壓力來將基體壓靠至帶子上。 拋光劑的pH值約為μ至約12 ^可用的拋光劑之一種 類為可自Hoechst公司取得的Kiebes〇1，但是其它種類的拋 光劑亦可依應用的不同而選用之。 在CMP程序中，該等滾輪最好是以一種能夠提供約 400ft/min帶子速度的速率來轉動。該帶子應該要以約6〇〇化 的力量來加以拉伸。 如上所述，“帶子，，包含有至少一層的材料，其中之一 者是一層拋光材料。此帶子可以數種方式來製做之。其一 方法是使用不銹鋼帶’其可自Belt Technologies公司購得 ’具有約14英吋的寬度和約93·7英吋的長度，和内徑。（ 除了不銹鋼外’其也可以使用自包括有聚醯胺（Aramid)、 棉、金屬、金屬合金或聚合物的族群中所選取出來的基材 。）此種多層式帶子的較佳結構如下。 經濟部中央標隼局負工消费合作社印製 將此不銹鋼帶放置在CMP機器的該組滚輪上，並處於 約2,0001b之拉力下》當此不銹鋼帶處於拉力狀態下時， 在該拉伸開的不銹鋼帶上放置一層拋光材料，最好是Rodel 公司的1C 1000 »在該不銹鋼帶的底面上以一種能夠承受 CMP程序之狀況的黏著劑將一底墊，最好是由PVC所製成 者，結合至其上》如此製成的帶子最好具有約90密耳（Mil) 的總厚度；其中約50密耳該層拋光材料，而約20密耳是不 銹鋼帶，約20密耳為該PVC底墊。 19 -------- 裝；---^----訂 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙ί長尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（ηίΟχΖπ公釐） A7

五、發明説明（l7 ) 經濟部中央標隼局員工消费合作社印裝 上述製造方法有數項缺點。首先，由於不銹鋼帶必須 要在滾輪上力以拉伸，這會造成CMP機器的停機時間。 其次，此種結構必須要有技術工人和時間方能將該墊放置 在不錄鋼帶上β 為克服這些缺點’該條帶子可以製成為如同西元1997 年2月14曰提出申請而名稱為“Integrated Pad and Belt

Chemical Mechanical Polishing”的序號第 08/800,373號美 國專利申請案中所述之一體式組合物，該前案係引述於此 以供參考《此種組合物的較佳結構如下。 此條帶子是圍繞著編織的Kevlar編織物所製成的。其 發現’ 16/3 Kelvar質料之150旦（Denier)緯紗和16/2棉質650 旦經紗可提供最佳的編織性質。如此技藝中所知悉的，‘‘ 緯紗”是拉力承載方向上的紗線，而“經紗”則是垂直於拉 力承載方向之方向上的紗線。“旦，，定義單條纖維的密度和 直控。第一個數字代表每一英吋内的扭曲數目，而第二個 數字則代表在一英吋内被扭曲的纖維數目。 此編織物係放置於一模子内，其最好具有和上述之不 錄鋼帶相同的寸尺。將透明的聚胺基甲酸乙酯樹脂（下文 中將更詳細說明）在真空狀態下加以倒入該模子内，然後 將該組合物加以烘烤、脫膜、固化並研磨至所需的尺寸。 該樹脂可以和填隙料和磨料混合在一起，以得到所需要的 材料性質或拋光特性《由於拋光層内的填隙料和磨料顆粒 會刮磨被拋光之物品，因此其等的平均顆粒尺寸需要小於 約100微米。此種帶子可以自Belting Industries公司取得預 本紙乐尺度適用中國围家標準（CNS ) Λ·4規格（.210乂 29,公碴） 20 ,ίν' ^..---^----ΐτ .- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 A7 ______ B7五、發明説明（is) 先製做好者。 除了將編織物與聚胺基曱酸乙酯加以模製及烘烤外， 其也可以在該編織物或預先製好之帶子設置在該不銹鋼帶 上時將一層拋光材料’最好是R〇del公司的IC 1〇〇〇拋光墊 ，結合至其上。 在這些帶子結構的任一種中，填隙料或磨料顆粒（具 有小於100微米之平均顆粒尺寸者）可以散佈在該拋光層内 ’以使其能夠在拋光劑中使用較低濃度的磨料顆粒。減低 拋光劑中之磨料顆粒的濃度將可大輻度地節省成本（一般 而言’拋光劑的成本佔CMP程序之總成本的30-40%)。其 也會使得因為拋光劑顆粒存在之故而造成的光線散射的情 形減輕。這可減少監測器所得到之信號中的雜訊，而有助 於得到更正碹而可重覆的結果。 此拋光層亦可包含有一道拋光劑輸送通道。此拋光劑 輸送通道是一種蝕刻或模製於拋光層表面上的溝槽（凹入 部）形式的紋路或花紋。這些溝槽可以是例如矩形、U形 、或V形者。一般而言，這些通道在拋光層上方表面上是 深度是小於40密耳而寬度小於1 mm 〇這些抛光劑輸送通道 一般是配置成一種使它們沿著拋光表面之長度方向延伸的 樣式》但是它們也可以安排成其它種的樣式。這些通道的 設置可大幅度增強拋光劑在拋光層與拋光基體間的運送。 這可造成基體表面上的較佳拋光率和均勻度。 在使用上述任何一種帶子的情形下，在該帶子上的任 何所需位置上均可衝壓出孔來構成該孔洞，>帶子上的孔洞 (請先閲讀背面之注意ί項再填寫本頁) 裝- ,ιτ d. 本紙張尺度適用中國國家橾辛（CNS ) A4規格t 210x29^公釐） 21 經濟部中央標準局負工消费合作社印裝 A7 B7五、發明説明（19 ) 最好是1/2英吋寬（跨過帶子方向）和3 1/2英吋長（沿著帶子 方向）。 填塞在帶子之孔洞内的監測窗片可以由多種不同材料 來加以製造’例如透明聚胺基甲酸乙酯（實心、填塞、吹 製或擠製）、PVC、透明矽氧樹脂或許多其它的塑膠材料 。但是最好是使用透明聚胺基甲酸乙酯，因為此種材料在 自約200nm至約2000nm的波長範圍内具有最大的輻射穿透 效果，而具有最小的吸收或散射情形。合適的透明胺基曱 酸乙酯樹脂可以是購自設在美國加利福尼亞州Long Beach 市 Gaylord街 2115 號的 Cal Polymers 公司的 “Calthane ND 2300 System”和“Calthane ND 3200 System”》該拋光材料 層可以由類似的材料製做，以確保對於拋光結果僅有最小 的影響。 監測窗片可以利用足夠強壯而可以在CMP過程中將 監測窗片固定在定位的黏著劑加以固定住。此黏著劑最好 是可自設在美國明尼穌達州Minneapolis市的3M公司取得 的2141 Rubber and Gasket黏著劑。 另一種方式是該監測窗片可以直接模製在該帶子上。 對於具有不銹鋼層的帶子而言，聚胺基甲酸乙酯樹脂可以 澆鑄於該孔洞内。在固化的過程中可以將具有鏡面加工處 理過之橡膠襯層的鑄造物放置在該孔洞的二側上。對於具 有編織物層的帶子而言，可以在將其置入模具内之前在該 編織物上開設該等孔洞》在上述的烘烤過程後，該帶子上 的孔洞内將會含有聚胺基甲酸乙酯監測窗片。 I I 1 I 訂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國囤家標孪（CNS ) Λ4悦恪（2丨〇x 29?公緩） 22 經濟部中央榡準局員工消费合作杜印製 A7 --__ B7_ 五、發明説明（2〇) 另一種設置孔洞於帶子上的方式是，該帶子的每一層 均可是部份或全部由一種在所選定之光學波長範圍内，例 如約200nm至約2000nm，基本上是透光的材料所製成的， 以消除在帶子上設置監測窗片的需要。例如說該編織物可 以由Kevlar或某些其它材料編織而成的’以供在該編織物 上提供孔洞’或者可以由光學上透明的纖維所製成。接著 將透明的聚胺基甲酸乙酯（或是某些其它透明材料）以上述 的方式加以模製在該編織物上。這可得到一種帶子組合物 ，其適合進行薄膜的厚度的測量。 J.四較佳實施例 第7圖顯示出第四個具較佳實施例。在此實施例中， 其在CMP中係使用旋轉式拋光裝置7〇〇，而不是一條線性 帶子。此種裝置是此技藝中所已知的（美國專利第5,329,732 號、第 5,081，796號、第 5,433,651 號、第 4，193,326號、第 4,811，522號和第3,841，031號，在此係引述以供參考 如第7圖中所示’一個旋轉的晶圓固定座72〇用來支樓 一晶圓’而一個拋光元件（平台712上的拋光塾730)相對於 該晶圓表面轉動》在平面化處理過程中，該晶圓固定座72〇 會將晶圓表面壓迫至抛光塾730上，並將晶圓繞著一條第 一軸心線710相對該拋光墊730轉動（參見例如美國專利第 5,329,732號）。該拋光墊730通常是相當柔軟而潤濕的材料 ，例如吹製的聚胺基甲酸乙酯，其會隨著平台712繞著轴 心線715轉動（不同於線性帶子中所使用的固定平台）。 用來進行拋光作業的機械力量是由抛光整730繞著與 木紙張尺度適用中闽围家愫毕（CNS ) Λ4規格（210x29?公f ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝-

*1T 經濟部中央標準局賓工消費合作社印裝 B7 發明説明（21 ) 第一轴心線710不同之第二軸心線715轉動的速度和晶圓固 又座720向下的力量而得到的。拋光劑（如同上面在線性拋 光工具中所描述的細節）是不斷地供應至晶圓固定座72〇的 下方，並藉由晶圓固定座72〇的轉動而有助於將拋光劑加 以送出。 由於晶圓表面上的拋光率是正比於基體和拋光墊730 間的相對速度，在晶圓表面上某一選定點上的拋光率是依 該選定點與該二條主要旋轉轴心線—晶圓固定座72〇之旋 轉軸心線和拋光墊730的旋轉轴線—間的距離而定。這會 在基體表面上形成不均勻的速度分佈輪廓，因之而造成不 均勻的拋光結果。 在該種裝置内可以藉著在旋轉的平台712或拋光墊73〇 或是二者上設置一孔洞740而能進行原位監測作業。一監 測匈片固定至該拋光元件上，以至少封蓋住該平台712上 的孔洞，而在該拋光元件上形成一監測通道d 一薄膜厚度 監測器750會在該平台712和拋光墊730做角旋轉的過程中 在某些時候時位在該孔洞740的下方。（監測器75〇的使用 將在下文中更詳細地加以說明）。要注意的是，也可以使 用多個孔洞、多個監測窗片和多個薄膜厚度監測器。 除了繞著通過其中心之軸心線轉動的平台外，也可以 使用一個繞著不通過其中心之轴心線轉動的平台來帶動該 拋光元件沿著彎曲路徑通過該基體。此外此平台亦可沿著 一條封閉的路徑來移動，以帶動拋光元件沿著一條彎曲的 路徑移動通過該基體。（參見parikh等人在西元〗997年2月 本紙張尺度適用中國國家標準（

n I - I i I j 1^1 -- - -- I I.....I : -- HI V—► (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標率局員工消費合作杜印裝 A7 —_______ B7__ 五、發明説明（22 ) ~ 13 14日發表於CMP-MIC Conference的論文及世界專利 W0 96/36459號。）此外，在上述的任何CMp系統内，其 基體托架均可沿著一條封閉的路徑移動。 薄膜厚度監滿丨装 上面所提到的薄膜厚度監測器，可以用來計算基體上 之-個層的厚度。下面是有關於三種型式之厚度監測技術 的討論。 橢圚計 基體上之一個層的厚度可以使用橢圓測量術來加以計 算出來，如同美國專利第5，166,752號、第5,〇61，〇72號、 第 5,042,951 號、第 4,957,368號、第 4,681，450號、第 4,653,924 號、第4,647,207號和第4,516,855號，其每一者均係引述 於此以供參考。 第8圖顯示出使用橢圓測量術之系統8〇〇的組件。此系 統800包含有一光源82〇、一光束特性選擇器8丨5、一光束 成形器810、一光束接收器825、一反射光束分析器830和 一數據處理器835 »此系統800是用來計算一個放置在CMP 工具895(例如一條旋轉的帶子或是一條線性的帶子）上之 基體890上的一層薄膜的厚度，如同下面所述。 光源820會產生光輻射’其會由光束特性選擇器815加 以偏極化。光束成形器810可將該偏極化的光束聚焦在基 體890上。如第8圖中所示的，該偏極化的光束會通過該 CMP工具895上的一窗片（亦即監測通道）893 »光束接收器 825會捕捉到自該基體890上反射回來的偏極化光束《反射 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210Χ297公釐） 25 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝-

、1T 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（23 ) 光束分析器830會測量該光束相對於自該基體之反射比的 偏極化變化量。 此偏極化變化量，其同時包括有振幅和相位二者上的 變化，對於基艎890上之薄膜的厚度和光學特性是相當敏 感的。該數據處理器835即可自這些變化中計算出該基體 890上的該薄膜的厚度。 橢圓測量術係使用傾斜式的照明方式，亦即入射光束 與該基體的法線間的入射角@最好是大於零。反射光束與 該法線間的角度也是等於該入射角該入射角0應該要 接近於該薄膜的布汝士特（Brewster)角。實務上，較佳的 入射角Θ是在自45。至70。的範圍内。橢圓測量術相當適合 用來監測薄膜的厚度，即使是厚度在0-100埃範圍内的薄 膜》 光束輪廓反射測詈_ 在另一種的監測系統中，基體中之薄膜的厚度是使用 光束輪麻反射3十來加以計算的，如同多角度照明技藝中所 知悉者。在此種系統中’其測量反射光束的強度分佈輪廓 ，而一樣品的S和P極化反射比可以在相當大範圍的角度 内同時測得》此種系統是描述於j. Appl. Phys.期刊第73冊 第 11號 7035-7040 頁中的 “Multiparameter Measurements 〇f Thin Films Using Beam-Profile Reflectometry”（西元 1993年 6月1日）一文中，其中另包括有有關於此種系統的其它參 考資料。 應力脈波分批言十 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格_( 2iO:<297公;i ) 26 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝.·

-1T 經濟部中央標隼局員工消费合作社印裂 A7 ·______B7^ 五、發明説明（24) 在其它的系統中，薄膜的厚度是由一種可利用短光脈 波（抽運光束）而產生應力脈波（超音波）的系統來測得。藉 著利用探測光束來監測該應力脈波或超音波，並分析其傳 播通過該薄膜或薄膜堆疊的情形，其將可決定薄膜的厚度 。此種系統是描述於美國專利第4,71〇,〇3〇號（引述於此以 供參考）和 IEEE Journal of Quantum Electronics期刊第 25冊 第12號2562頁（西元1989年12月）中的“Picosecond Ultrasonics”一文。 應注意到，上述的薄膜厚度監測器均僅是範例而已， 而其它可提供厚度的技術均可加以使用。例如說，厚度最 好是使用多波長光譜技術來測量之（如讓予本案受讓人之 美國專利申請案序號第_號（代理人案號第 7103/29號）中所描述者，在此係引用以供參考）。 上述的實施例可以使用在一種用來在CMP程序中決 定基趙層之厚度的方法中。首先，基體托架將一基體推壓 於一條線性移動的帶子或是一個旋轉的平台上，其或可具 有一監測通道（如上面所描述者），或是以拋光劑加以潤滿 過。當該條帶子或旋轉平台上的監測通道對齊於薄膜厚度 監測器時，即可利用橢圓測量技術、光束輪廓反射測量技 術或是應力脈波分析計來測得該基體上之層的厚度。 厚度的資料具有數項用途。例如說，在最後一層不需 要的層移除完畢後，其必須要能中止該CMP程序。因此 在最後一層移除後，終點偵測作業是有必要的，且是相當 重要的。終點偵測結果可以由該基體層之厚度來加以決定 本紙張尺度適用中國间表標逢（CMS ) A4規格（21〇:< 297公瘦） 27 ,1 裝---1----1T , .( (請先閱讀背面之注意事項再填寫本f) 五、發明説明（25 ) ' ------ 。利用此資料，該CMp程序可以自動或手動地令止。 詳細地說，當該CMP工具中的一個監測通道對齊於一 薄膜厚度監測器時，在該薄膜厚度監測器和基趙之間即形 成一個光學迴路。這可使得其能測量該基趙的表面狀態。 每-次當CMP工具中有一個監測通道對齊於薄膜厚度監 測器時’即可進行一次的薄膜厚度測量動作故可得到抛 光過程中的一系列薄膜厚度測量值。因此上面所描述的薄 膜厚度監測器可用來決定及標示出終點並可在上述的實 施例中手動或自動地中止CMP程序。 厚度資料亦可使用在-種在進行化學機械抛光作業的 同時來決定基體之任何給定圓周上之移除率的方法中。當 ⑽工具中的—監測通道對齊於-薄臈厚度監測器時， $薄膜厚度m即可如上所述般地蚊該基體上任何給 定圓周上的薄膜厚度。該CMP工具中之同一個監測通道 所測得之連續二次薄膜厚度測量值之間的差值即為該抛光 元件每-圈迴轉的薄膜移除率。因此對於已知的工具速度 而言，基體的移除率可以每單位時間的厚度來決定之。 經濟部中央標準局貝工消費合作杜印製 此方法亦可用來決定跨過基體表面上的移除率之變化 量及平均移除率。這可以和上述相類似的方法來達成之， 但是要在CMP工具使用多個監測通道。在此種情形中， 每一個監測通道均可得到晶圚基體之某一預定圓周上的薄 膜厚度測量值。因此，在拋光元件的每一圈迴轉中，其可 在跨過基體的表面上得到多個薄膜厚度測量值。如上所述 ，該等測量值之每一者均可轉換成移除率因之可以計算 本紙張又度適用中國®家標淨 ( CNS ) A4規格（210 .x 297公屢） 28 經濟部中央標嗥局員工消費合作社印製 Α7 Β7 i、發明説明（26 ) 出跨過該基體表面的移除率平均值及變化量。例如說，該 等測量值的標準差即可代表跨過該基體表面的移除率變化 量。 此外’有關於厚度的資料亦可用來調整CMP裝置的的 程序參數。在拋光一基體時，其移除的均勻度可因帶子( 或移動平合）和基體托架之狀況的變化而改變。藉由上述 之薄膜厚度監測器，基體層的厚度可用來決定例如基體的 中心點是否是以和基體邊緣相同的的速率加以椒光β利用 此資料，其將可以手動或自動地修改拋光工具的參數，以 補正所偵測到之不均勻度。 更詳細地說，其係先將拋光程序加以特性化以決定諸 如抱光壓力、帶子或平台速度、托架速度、撤光劑流量等 的抛光參數在諸如基體移除率、均勻度等反應上的作用。 接著使用諸如自ΒΒΝ軟體公司取得之RS/1等之類的軟體來 產生一個適當的模式。在拋光過程中，其可以如同上述般 決定移除率和跨過基體的移除率變化量（均勻度這些資 料’再加上所發展出來的模式，可用來調整抛光參數（例 如向下的力量、工具速度和托架速度，但並不僅限於此） ’以使移除率和均勻度成為最佳化*此最佳化作業可以真 時的方式或是以一種延遲的方式來進行之。 應該要注意的是，上面所述的實施例是以“基趙，，來做 為說明用範例，但是任何種類的拋光物體均可加以使用。 因此其意欲要以前述的詳細說明做為所選出之可供本 發明使用之形式的示範而已，而不是用來限定本發明。而 本紙張尺廋適用中國围家標车（CNS ) Λ4規格（210X 297公.笔） 29 n I I-- - - ^^1 I— 11 I ........... : - - - 1 -- 丁 , T 4 .1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 五、發明説明（27) 其意欲僅以下面的申請專利範圍，包括所有相當者，來界 定本發明的範圍。 --------1C—裝.-- --— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ,11 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 30 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X2P公f ) A7 A7 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 B7 五、發明説明（28 ) 元件標號對照 編號 元件名稱 編號 元件名稱 105 拋光頭 110 線性拋光機 120 帶子 130 第一滾輪 135 第二滚輪 140 拋光劑配灑機構 150 拋光劑 155 平台 200 線性拋光機 201 帶子内侧表面 202 帶子外侧表面 210 基體托架 215 拋光劑 220 帶子 230 孔洞 232 監測窗片 240 平台 242 監測窗片 245 孔洞 250 薄膜厚度監測器 255 去離子水 310 帶子 320 孔洞 322 孔洞 324 孔洞 326 孔洞 328 孔洞 330 孔洞 332 孔洞 334 孔洞 336 孔洞 338 孔洞 340 基體托架 401 帶子内側表面 402 帶子外側表面 403 帶子第一側邊表面 404 帶子第二侧邊表面 410 帶子之一層 415 帶子 420 監測窗片 440 薄膜厚度監測器 510 帶子 520 監測通道 522 監測通道 524 監測通道 526 監測通道 528 監測通道 530 薄膜厚度監測器 532 薄膜厚度監測器 534 薄膜厚度監測器 536 薄膜厚度監測器 538 薄膜厚度監測器 610 帶子 620 監測通道 --------1{1 裝-------1T '- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標淳（CNS ) A4現格（？.丨0乂 297公t ) 31 A7 B7 五、發明説明（29 ) 經濟部中央標隼局員工消费合作社印製 622 監測通道 624 監測通道 626 監測通道 628 監測通道 630 薄膜厚度監測器 700 旋轉式拋光裝置 710 第一轴心線 712 平台 715 第二轴心線 720 晶圓固定座 730 拋光墊 740 孔洞 750 薄膜厚度監測器 800 摘圓測量系統 810 光束成形器 815 光束特性選擇器 820 光源 825 光束接收器 830 反射光束分析器 835 數據處理器 890 基體 893 窗片 895 CMP工具 910 帶子 920 孔洞 930 孔洞 932 孔洞 934 孔洞 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝

、1T 本紙張尺度適用中國阈家標準i ('NS ) A4規珞（2!0x :尸公釐） -32 -

Claims (1)

1. 經濟部中央標準局貝工消費合作社印装 A8 B8 C8 D8 _ - 一 六、申請專利範圍 1. 一種為包含有下列元件之形式的化學機械拋光裝置： 一拋光元件、用來將該拋光元件沿著一條拋光路徑移 動的裝置、以及一基體粍架，係設置在靠近於該拋光 元件處，以在拋光作業中將一基體壓迫至該拋光元件 上；其改良之處包括有： 該拋光元件具有至少一個孔洞形成於其内，該孔 洞係設置成能在拋光作業中移動而間歇性地對齊於該 基艘； 該拋光元件進一步包含有一個監測窗片，固定在 該拋光元件上’以封閉住該孔洞，而在該拋光元件内 形成一個監測通道；以及 該裝置進一步包含有一個薄膜厚度監測器，該薄 膜厚度監測器包含有一橢圓計，可在拋光作業中根據 經由該監測通道自該基體上反射回來的光輻射而提供 設置在該基體上之薄膜的厚度的標示資料》 2· —種為包含有下列元件之形式的化學機械拋光裝置： 一拋光元件、用來將該拋光元件沿著一條拋光路徑移 動的裝置、以及一基體托架，係設置在靠近於該拋光 元件處，以在拋光作業中將一基體壓迫至該拋光元件 上；其改良之處包括有： 該拋光元件具有至少一個孔洞形成於其内，該孔 洞係設置成能在拋光作業中移動而間歇性地對齊於該 基體； 該拋光元件進一步包含有一個監測窗片，固定在 本纸汶尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0x297公釐）

   -------I1..S 裝-— 9 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) - A8 B8 C8 D8 經濟部中央橾準局貝工消費合作杜印製 六、申請專利範圍 該拋光元件上，以封閉住該孔洞，而在該拋光元件内 形成一個監測通道；以及 該裝置進一步包含有一個薄膜厚度監測器，該薄 膜厚度監測器包含有一光束輪廓反射計，可在拋光作 業中根據經由該監測通道自該基體上反射回來的光輻 射而提供設置在該基體上之薄膜的厚度的標示資料。 3. —種為包含有下列元件之形式的化學機械拋光裝置： 一拋光元件、用來將該拋光元件沿著一條拋光路徑移 動的裝置、以及一基體托架，係設置在靠近於該拋光 元件處，以在拋光作業中將一基體壓迫至該拋光元件 上；其改良之處包括有： 該拋光元件具有至少一個孔洞形成於其内，該孔 洞係設置成能在拋光作業中移動而間歇性地對齊於該 基體； 該拋光元件進一步包含有一個監測窗片，固定在 該拋光元件上’以封閉住該孔洞，而在該拋光元件内 形成一個監測通道；以及 該裝置進一步包含有一個薄膜厚度監測器，該薄 膜厚度監測器包含有一光應力產生器光束和監測用探 測光束’可在拋光作業中根據經由該監測通道而自該 基體上射出之反射探測光束輻射而提供設置在該基體 上之薄膜的厚度的標示資料。 4. 根據申請專利範圍第1、2或 中該基體托 架係沿著一條封閉的路徑移動的，， (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝— *1T ，汰. 本紙張Μ適用中國國家標率（CNS ) 34 AS B8 C8 D8 申請專利範圍 5.根據申請專利範圍第1、2或3項的 攀: ，其中該薄膜厚 度監測器包含有-光源，可用來作業中以光輻 射經由該監測通道來照射該基體。 6.根據申請專利範圍第1、2或3項的 ，其中該移動裝 置包含有多個滾輪，可用著-條線性路徑帶動該 經濟部中央襟準局貝工消費合作衽印製 拋光元件通過該基體 7. 根據申請專利範圍第6項# 、 U·交 | · 器進一步包含有一感測器抛光元件内的 監測窗片何時對齊於該薄膜厚度。 8. 根據申請專利範圍第卜如項^^赘其中該移動裝 置包含有一平台，係可繞著一條中心的軸心線 轉動而將該拋光元件沿著一條彎曲的路裎移動通過該 基體。 1麵 9. 根據申請專利範圍第i、2或3項的其中該移動裝 置包含有一平台，係可繞著一條f 過其中心的軸心 線轉動而將該拋光元件沿著一條彎高的路徑移動通過 該基艘。 W\ 1〇·根據申請專利範圍第1、2或3項的，其中該移動裝 置包含有一平台，可沿著一條封辱移動而將該拋 光元件沿著一條弩曲路徑移動通過运·^趙。 11· 一種用來在化學機械拋光作業中決定一基體上之一個 層的厚度的方法，該方法包含有下列步驟： (a)藉著將一基體固定在一基體托架上而貼壓在一 拋光元件上而在該基體上進行化學機械椒光作業，該 其中該薄膜厚度監測 {請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 裝 訂 民紙張適用令國 (：；^)六4規格（210乂297公釐 35 申請專利範圍 A8 B8 C8 D8 拋光元件具有一個監測通道，且係以拋光劑加以潤濕 :以及 (b)在該化學機械拋光作業中，利用一薄膜厚度監 測器在該拋光元件内的監測通道對齊於該薄膜厚度監 測器時，決定該基體上之該層的厚度。 經濟部中央榡準局貝工消費合作杜印製 12. 根據申請專利範圍第11項的 測器包含有橢圓計。 13. 根據申請專利範圍第11項的 測器包含有光束輪廓反射 14. 根據申請專利範圍第丨丨項^^，其中該薄膜厚度監 測器包含有應力脈波分析計\5^冬\ 15. —種決定化學機械拋光程序:點的方法，該方法包 含有下列步驟： (a) 在化學機械拋光過程中，當拋光元件上的監測 通道對齊於一薄膜厚度監測器時，測量基體之薄膜厚 度；然後 (b) 重覆步驟（a)，直到所測量到的薄膜厚度達到一 預定的厚度值；然後 (c) 顯示出已達到終點。 16. 根據申請專利範圍第15項的 以橢圓計來加以測量的。 17·根據申請專利範圍第15項的 以光束輪廓反射計來加以測 18.根據申請專利範圍第15項的 其中該薄膜厚度監

   其中該薄膜厚度監 ;---XI -- (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂

   ’其中該薄骐厚度是 ’其中該薄獏厚度是

   其中該薄瞑厍度是 -11 m 用十國國家標準(CNS) A4^m ( 27〇x29?^.fT HJ I 36 六、申請專利範圍 A8 B8 C8 D8 以應力脈波分析計來加以场g。 19. 根據中請專利範圍第15項_，進—步包含有在該 薄膜厚度達到預定厚度值時_^化學機械拋光程序 的步驟。 20. —種用來在進行化學機械拋光程序時決定基鱧之任一 給疋圓周上在拋光元件之每一圈回轉時的移除率的方 法’該方法包含_有下列步驟： (a) 在化學機械拋光過程中，當拋光元件上的監測 通道對齊於一薄膜厚度監測器時，測量基體之第一薄 联厚度，然後 (b) 在化學機械拋光過程令，當拋光元件上的監測 通道再次對齊於薄膜厚度監測器時，測量基體之第二 薄膜厚度；然後 (c) 計算出第二薄膜厚度與第一薄膜厚度間的差值 ------;---- (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 21. 根據申請專利範圍第2〇項的 度和第二薄膜厚度是以橢圓tfi#，以測量的。 22. 根據申請專利範圍第2〇項的其中該第一薄膜厚 度和第二薄膜厚度是以光束輪廓反射計來加以測量的 ° \轉\ 23. 根據申請專利範圍第2〇項的，其中該第一薄膜厚 其中該第一薄膜厚

   度和第二薄膜厚度是以應力脈:ΐ：:务析計來加以測量的 24·—種用來在進行化學機械拋光程序時決定在拋光元件 本紙ί艮尺度適用中國國家標準（CNS ) Ad洗格（ιιοχβ7公釐） 37 經濟部中央標準局員工消費合作社印聚 Α8 Β8 C8 D8 申請專利範圍 之每一圈迴轉中跨過基體表面上的平均移除率的方法 ’該方法包含有下列步驟： (a) 在化學機械拋光過程中當拋光元件上的第一 監測通道對齊於第—薄膜厚度監測器時，測量基體之 第一薄膜厚度；然後 (b) 在化學機械拋光過程中，當拋光元件上的該第 一監測通道再次對齊於該第一薄膜厚度監測器時，測 量基體之第二薄膜厚度；然後 (c) 在化學機械拋光過程中，當拋光元件上的第二 測通道對齊於第二薄膜厚度監測器時，測量基體之 第三薄膜厚度；然後 (d) 在化學機械拋光過程中，當拋光元件上的該第 一監測通道再次對齊於該第二薄膜厚度監測器時，測 量基體之第四薄膜厚度；然後 (e) 計算出步驟（b)中的第二薄膜厚度與步驟（a)中 的第一薄膜厚度間的差值；然後 (0汁算出步驟（d)中的第四薄膜厚度與步驟（c)中的 第二薄膜厚度間的差值；然後 (g)什算出步驟（e)和⑴中值的平均值。 25. 根據中請專利範圍第24項的^，其中該第—、第二 '第三和第四薄膜厚度是以來加以測量的。 26. 根據申請專利範圍第24項的藝，其中該第一、第二 、第三和第四薄膜厚度是以光束輪廓反射計來加以測 量的。 -—τ8- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 A8 B8 C8 D8 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 申請專利範圍 27. 根據申請專利範圍第24項的中該第一、第 、第三和第四薄膜厚度是以應力皮分析計來加以測 量的。 28. —種用來在進行化學機械拋光程序時決定在^ 每一圈迴轉中跨過基體表面上的移除率的變該 方法包含有下列步驟： 咳 (a) 在化學機械拋光過程中，當拋光元件上一 監測通道對齊於第一薄膜厚度監測器時，測量基體之 第一薄膜厚度；然後 (b) 在化學機械拋光過程中，當拋光元件上的該第 一監測通道再次對齊於該第一薄膜厚度監測器時，測 量基體之第二薄膜厚度；然後 (c) 在化學機械拋光過程中，當拋光元件上的第二 監測通道對齊於第二薄膜厚度監測器時，測量基體之 第三薄膜厚度；然後 (d) 在化學機械拋光過程中，當拋光元件上的該第 一監測通道再次對齊於該第二薄膜厚度監測器時，測 量基體之第四薄膜厚度；然後 (e) 計算出步驟（b)中的第二薄膜厚度與步驟（a)中 的第一薄膜厚度間的差值；然後 (0计算出步驟（d)中的第四薄膜厚度與步驟中的 第二薄膜厚度間的差值；然0 (f) 计算出步驟(e)和⑴值的變化量 29. 根據申請專利範圍第28項的其中該第一、第 ;^ίτ (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁)

   39 申請專利範圍 A8 B8 C8 D8 、第三和第四薄膜厚度是以！圓計來加以測量的 30_根據申請專利範圍第28項的肆，其中該第一、第 、第三和第四薄膜厚度是以〖孝失 量的。 綸廓反射計來加以測

   31·根據申請專利範圍第28項的其中該第一、第二 、第三和第四薄膜厚度是以應力脈波分析計來加以測 量的。 32.—種使化學機械拋光程序最佳化的方法，包含有下列 步驟： (a)特性化拋光程序，以決定程序參數的作用；然 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝 後 (b) 決定移除率；然後 (c) 調整拋光程序參數，移除率成為最佳化。 33.根據申請專利範圍第32項的^進一步包含有下列 步驟： (d) 決定移除率的變化量；然後 (e) 調整拋光程序參數，以使均勻度成為最佳化 訂. iyi.. 經濟部中央標準局男工消費合作社印装 40 本纸張尺度逋用中國國家標率（CNS ) A4規格（2丨〇>^97公釐）