TW426580B - In-situ monitoring of linear substrate polishing operations - Google Patents

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TW426580B
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polishing
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TW089100288A
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Fred C Redeker
Manoocher Birang
Shijian Li
Sasson Somekh
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Applied Materials Inc
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Description

ν 4.26 6 Β 〇 a? Β7 五、發明説明（） 相關申諸案： 本申請案係與以下數項申請案有關，即[代理人編號 3486/342001 ]於 1 999年2月4日所提出的美國申請案 "Apparatus and Methods for Chemical Mechanical Polishing with an Advanceable Polishing Sheet"；中請號 08/60 5,769,提出於 1996 年 2 月 22 日：申請號 08/4 13,982， 提出於1995年3月28日；申請號09/184,775,提出於199 8 年11月2日；申請號08/689,930，提出於1996年8月26 曰；申請號08/568,188，提出於1995年12月5曰；申請 號08/725,607，提出於1996年10月3曰；及一專利號為 5，846,8 82的美國專利。在此將上述之專利申請案__併入， 以利參考之用α 發明领珐： 本發明係與線性研磨有關，更特定說來，本發明係關 於同步監測之線性基板研磨的設備與方法。 發明背景： 研磨動作的同步監測是有必要的。例如，在化學機械 研磨動作當中，因為研磨速率會隨時間改變1所以決定基 板層何時被研磨至一終點有其必要性。化學機械研磨是一 種利用研磨墊及研磨漿將一基板表面平坦化至一相當均 勻程度的一種方法，其中基板通常都支搏在一可旋轉承載 頭之上、並由_可移動之研磨墊壓住以進行研磨，其中研 第2頁 本紙張尺度遴用中國國家標隼（CNS ) Α4規格（210X2M公釐） (請先閱讀背面之注意.事項再填寫本頁) -- 訂 經濟部智慧財產局®工消費合作社印製 經濟部智慧財凌局員工消費合作社印製 .4 26 5 8 0 A7 __-__—iZ__一 五、發明説明（） 磨塾·一般都包含一研磨薄片，另在研磨整上可以加入一研 磨化學溶液（漿）’以輔助研磨過程之造行》 發明目的及概述： 本發明之特徵在於一基板研磨之設計（設備及方法）1 其中一研磨薄片的一研磨表面由一驅動裝置沿一大致為 線性方向將之驅動，一基板之一表面由一研磨頭使之靠住 該研磨薄片的該研磨表面，—監控系統則透過該研磨薄片 探測該基板3 各實施例可包含一或更多個以下特徵。 在一實施例中’監控系統至少包含一光源，用以產生 光’並將該光導經該研磨薄片至該基板；_偵測器，用以 偵測該基板反射回來的光。本實施例中，該研磨薄片包含 至少對於該光源所生的光為半透明的一區域，該研磨薄片 可由至少對於該光源所生的光為半透明的材料所製成。易 研磨薄片可由對於該光源所生的光大致為透明的 材料所製成，且該研磨薄片可包含一至少對於該光源所產 生疋光為半透明的分立區域’該分立區域大致延伸在該研 磨薄片之整個長度上’或也可只延伸在該研磨薄片之部份 長度上。 在另—實施例中，該研磨薄片之該研磨表面至少包含 複數個技影表面特性區（projecting surface features)，各表 寺區之間以大致相等之間隔隔開，其中表面特性區的 透光性必須是足夠的，以利監控系統探測該基板。換言 適用中®i"^iYCNS ) A4规格(210 X 297公釐) ' ' - (锖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) i -β 4^6580
--1---；--I--士衣-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 之’鄰近之表面特性區在該研磨表面上除了 一探測區域外 具有相當均等的間隔，且在此探測區域內相鄰表面特性區 之間的間隔較該研磨表面其它地方的間隔為大，以使該監 控系統能探測該墓板。 監控系統可以配合該研磨頭及該驅動機械裝置以週 期性地探測該基板，一旋轉機械裝置則可在一平面上相對 於該基板旋轉該線性驅動機械裝置。 其它之特徵及優點在閱讀過以下之詳細說明、圖示及 專利申請範圍後將會變得更加明顯。 凰_^簡軍纷afl : 訂 第1 A及I B圖分別為一線性基板研磨設備之立體圖及側面 剖視圖，其中該設備包含一用以同步監控研磨過程 之系统； 第2圖為第1 a及1 B圖之線性基板研磨設備之部份側面剖 視圖； 第3A圖為一線性基板研磨設備之側面剖視圖，其中該設 備包含一具有一透光區域的線性研磨薄片； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第3B圖為一線性研磨薄片之俯瞰示意圖，其中該薄片在 其長度方向上具有一長型光穿透區； 第3 C圖為一線性研磨薄片之俯瞰示意圖，其中該薄片上 具有各分立存在的光穿透區； 第4A及4B圖為線性基板研磨設備之部份侧面劓視圖，其 中該設備包含不同的線性研磨薄片，且每一該線性 第4頁 本紙張又度適用中國國家標準（CNS ) A4現格（2丨0X297公瘦} 426580 A7 B7 五、發明説明（ 研磨薄片具有複數個表面研磨特性區 圖號#照說明： 10 設 備 12 研 磨 頭 14 研 磨 薄 片 16 研 磨 表 面 18 機 械 裝 置 20 線 性 方 向 22 監 測 系 統 24 基 板 支 撐器 26 柄 袖 28 軸 30 雙 箭 頭 3 1 雙 箭 頭 32 基 板 36 滾 輪 38 滾 輪 40 背 層 板 42 視 窗 50 雷射 光 束 52 反 射 光 束 60 分 立 區 域 62 分 立 區 域 64 分 立 區 域 70 投 影 表 面特性區 -----：----:衣------、玎 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消f合作社印製 @明詳細說明： 首先請參閱第1A及1 B圖’其中—線 瓦r生基板研磨設備 10包含一研磨頭12;—具有一研廢类而 ^听敁表面1 6的研磨薄片 14 ; 一線性驅動機械裝置18，其可沿大致五迠ω 崎深性之方向 20驅動表面1 6 ;及一監控系統22 » 研磨頭12包含一基板支撐器24,耦八 σ王 柄φΑ 26， 用以相對於軸28旋轉基板支撐器24，而其4丄 而基板支撐器24 也可以沿縱軸方向（雙箭頭3 0及3 1所指夕士人。 【和 < 万向）在研磨薄 第5頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210x 297公釐） 經濟部眢慧財產局員工消費合作社印製 426580 A7 _B7五、發明説明（） 片丨4的表面上移動’或也可以沿該兩箭頭所搆成的圓形 或橢圓形路線移動。研磨頭1 2也可以由一懸臂或一充氣 控制支撐臂（未顯示）移開或移進研磨表面1 6。研磨頭1 2 具有一支擇基板32的機械裝置，這在一美國共同申請案 中有其說明，該案名為"SUBSTRATE BELT POLISHER"， 其申請號為08/568,188，在此將之併入以供參考。在另一 實施例中’研磨頭1 2可包含一柔性薄片，以提供該基板 32 —支#表面，其中來自柔性紙之反應室壓力會迫使基板 靠住該研磨墊。在美國一共同申請案中有一類似前述之基 板支撐器24的詳細說明，其申請號及名稱分別為 08/745,679 及 I，CARRIER HEAD WITH A FLEXIBLE SHEET FOR A CHEMICAL MECHANICAL POLISHING SYSTEM"，在此將之併入以供參考。 線性驅動裝置1 8可在相對於基板3 2大致為線性之方 向驅動研磨薄片14之研磨表面16，亦即線性驅動裝置 能夠在平面上、或沿相對於基板32之瞬間位置之一大致 為直線路徑移動研磨表面1 6上的任何點，其中該平面大 致平行於待研磨之基板3 2。在第1 A及1B圖所指的實掩 例中，線性驅動裝置包含兩滾輪3 6及3 8，它可沿一線性 路徑20將研磨薄片丨4接附至驅動研磨表面1 6，其中研磨 表面1ό可以移動，其移動方式可以為沿一方向移動，咬 可為沿方向20前後漸進移動。滾輪3 6及3 8在其相對於 基板沿一大致為線性方向驅動研磨表面1 6時可以是水平 或垂直向的；在一滾輪之實施例中，滾輪3 6及3 8可以支 ______第 6~ar___ 本紙張尺度顧中國囤家‘（CNS ) 公康) ~ (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 426580 A7 __B7 五、發明説明（） # p平台上’以旋轉滾輪’又因滾輪係成對存在所以 研磨表面16也被同時旋轉，並在相對於基板^之一平面 上被線性驅動，其詳細描述可參考[代理人編號 3486/34200 1]名稱為''Apparatus and Meth〇ds f〇r Chemical
Mechanical PoHshing wUh an Advanceable PoHshing Sheet”的美國申請案。 研磨薄片14可以各種材料製成。例如，一雙層研磨 薄片包含一覆蓋層，其係由一開口穴海棉聚亞胺酯组成 (foamed polyurethane) ’或由具有一凹槽表面之聚亞胺酯 薄片組成；另雙層研磨薄片所包含的背層由胺基甲酸酯萃 取的毛纖維（compressed felt fibers leached witll urthane) 组成。此外’一研磨薄片調節器可用以使研磨表面在研磨 時間内維持研磨表面1 6所應有的條件。 Μ濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ··1 ^^1 - I ^^^1 - 1 Γ n I ^^1 4 ，vs (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 一背層板40置於研磨薄片14的鄰近處，即置於直接 與研磨頭12掃過研磨表面16之研磨表面區域相對立的位 置’所以研磨薄片就夾在研磨頭12及背層板40之間。研 磨表面16沿線性路徑20移動，背層板4〇支撐研磨薄片 ί 4的底側’所以研磨表面丨6能以大致均勻的力研磨基板 之表面3背層板4 0具有一透明視窗（或只是一個洞，用 以使監測系統22能透過研磨薄片1 4探測基板32，其中視 窗42之用途在於使監測系統22能隨時注意基板之變化， 監測系統則包含一雷射，其雷射探測光束能經由視窗42 及研磨薄片14直抵基板處，此基板32所反射回來之光束 則由一偵測器偵測之。研磨薄片1 4包含一至少相對於監 本紙張尺度通用中國ϋ標準（CNS )八4規^( 210X297公赛) ' 4265β〇 Α7 Β7 五、發明説明（ 測系統22產生之光為半透明的區域，故監測系統22得以 了解基板32表面上所移除之材料量，並能決定研磨過程 的終點，這可參考上述提及之共同申請案08M 1 3,982，此 透光經偵測並決定研磨過程終點之詳細說明如後述。 在第2圖所示之實施例中，構成研磨薄片14的材料 必須相對於監測系統22所產生的光為半透明（光能大量穿 透），如聚亞胺酿。實作中，監測系統22產生一雷射光束 50，且至少部份之該雷射光束能穿透視窗42及研磨薄片 14，這部份穿透之雷射光束50將射在基板32之上，而部 份光則會自基板3 2之一或多層膜中反射回來，此反射光 5 2的強度會因在基板3 2上移開層膜而有不同。例如，若 基板之表面層係部份能穿透而部份會反射，那麼光東5 2 就會是由不同表面所生的至少兩道光束，且光東52的強 度將依組成光束之間的相消性或相長性而有所不同，也就 疋說光束52的強度其貫主要是表面膜屠厚度的函數^若 表面膜層已經研磨且其反射性強，光束52的強度就會大 大降低。監測系統2 2在研磨過程中會監測光束5 2的強度 變化，以了解已有多少物質從基板3 2表面除去，並因此 決定研磨過程的終點。基板支撐器24的移動可決定監測 系統22的動作，而使監測系統22週期性地探測基板32。 更特定說來’監測系統22在基板32置於視窗42之上時 就會觸發雷射；換言之，監測系統22在基板32置於视窗 42之上時會打開偵測器上的擋板（shutter)。 在第3A-3C圖所示的另一實施例中，研磨薄片14包 表紙張尺度適用中國圏家標準（CNS ) A4规格（2IOX297公羞） {請先閱讀背面之注意^項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消f合作社印製 第8頁 五、 426580 --------發明説明（） Α7 Β7 經 濟 部 智 慧 財 產 局 a x. Ά 費 η 社 印 製 含一分立區域ό 〇 ’該分立區域相對於監測系統2 2所產生 的光至少為半透明（光大致能穿透）’其寬度約為lcm。本 實施例特別適用於當研磨薄片14由相對於監測系統22所 產生的先為大致透明之材料所製成的場合中。例如，研磨 薄片丨4可由含添加物的聚亞胺S旨（或具有一開穴結構或凹 槽表面）製成，因為它能讓雷射光束5〇透射過去，而分立 區域60可以由聚亞胺酯製成之。在第3b圖中，一分立區 域62可以延仲在研磨薄片14的整個長度上。在第3C圖 所π的另外一實施例中，一分立區域則只延伸在研磨薄片 Μ的一限定長度内。在該實施例中，監測系統Η在分立 區域64和背層板4〇之视窗42對準位時會週期性地探測 基板32。若有必要，在薄片14之中央部份的長度上可外 加分立區域64。 續請參考第4Α及4Β圖所示的另一實施例，其中研磨 薄片14的研磨表面丨6包含複數個投影表面特性區它 可用以輔助基板32表面的研磨，其中表面特性㊣7〇可以 為複數個溝槽或為均勻的凸出塊津列之排列方式，其可由 與研磨“ 14㈣的材料或其它材料製成，或也可加入 一或多樣之添加物（如氧化铈（Ce〇2)或礬土）於其中。先請 參考第4A圖，表面特性區7〇不會嚴重影響到光束52的 傳輸⑼如表面特性區的密度可以相當低，或表面特性區 川的组成成份能為光| 5〇 & 52戶斤大量穿透）。續請參考 第4B圖，若表面特性區7〇嚴重影響到光束5〇及52的穿 透(例如表面特性區的密度太高，或是每-特性區70對訊 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) *?τ ^ *—III -· .—- I . 本紙狀度cNS丨 426580 A7 B7 五、發明説明（ 號之干擾程度太嚴重），那麼就必須要在表面之一區诚72 上上移除數列特性圖案，以使監測系統2 2能在不受劇烈 干擾（例如訊號之訊雜比太高）的情況下探測基板3 2 ’其中 遠區域7 2的寬度可為約1 c爪。在本實施例中，數列的特 性區可以從研磨薄片1 4的整個長度區域（例如第3 B圖肀 分立區域62的一區域）上移除，也可以從部份長度區域（例 如第3C圖中之分il區域64的一區域）中移出。 本發明中仍包含其它未列舉的實袍例，即本發明可以 包含其它之線性基板研磨設計。例如，驅動研磨薄片14 之滾輪可以是三個或更多個，另特性區也可以是其它樣 式，如前述引入供參考用之美國共同申請案〇8/568，…中 的特性區設計即為-例。研磨薄片14可以是如第Μ圖之 連續帶狀樣式’或也可以是一線性所磨薄片，它由一馬達 驅動之上舉滾輪自研磨材質之滾輪處鬆開。 除前述實施例外，其它之實施例也I併附Μ 一 專利申請範圍之範疇中》 (请先閱讀背面之法意事項符填窩本霣) 訂 -^. ! 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第10頁 木紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐）

Claims (1)

  1. ；Δ265θ〇 ABCD 夂、申請專利範圍 1. 一種基板研磨設備’該設備至少包含： 一研磨頭，用以維持住一基板，該基板具有一待研 磨之表面： 一研磨薄片，具有一研磨表面； 一驅動機械裝置，用以驅動該研磨薄片之該研磨表 面於一大致為線性的路徑上；及 一監測系統，用以經由該研磨薄片探測該基板》 2.如申請專利範圍第1項所述之基板研磨設備，其中 上述之監測系統至少包含一光源，用以產生光，並 將該光經由該研磨薄片導至該基板；另包含—谓測器， 用以偵測該基板反射回來的光；且 上述之研磨薄片包含一區域，該區域相斜於__· 所產生之光至少為半透明 源 3.如申請專利範圍第2項所述之基板研磨設備，甘 其中上述 之研磨薄片係由相對於該光源產生之光為至小 一半透明 的材料所製成。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 如申請專利範圍第2項所述之基板研磨設備， 丹中 之研磨薄片係由相對於該光源產生之光大致& 人砀透明 材料所製成，且該研磨薄片包含一分立區域， 域相對於該光源產生之光為至少半透明。 上述 减分立 區 本紙張尺度遑用令國國家梂準（CNS ) Α4说格（210Χ297公釐） 426580 C8 D8 六、申請專利範圍 5. 如申請專利範圍第4項所述之基板研磨設備，其中上述 之分立區域大致延伸在該研磨薄片的整個長度上。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 6. 如申請專利範圍第4項所述之基板研磨設備，其中上述 之分立區域僅延伸在該研磨薄片的部份長度上。 7. 如申請專利範圍第1項所述之基板研磨設備，其中上述 之該研磨薄片的該研磨表面至少包含複數個投影表面 特性區（f e a t u r e s)。 8 .如申請專利範圍第7項所述之基板研磨設備，其中上述 之表面特性區置於該研磨表面上，且各相鄰的特性區之 間的間隔大致相等，且該表面特性區大致為光可穿透 的，以使該監測系統能探測該基板。 經濟部智慧財是局員工消費合作社印製 9.如申請專利範圍第7項所述之基板研磨設備，其中上述 之表面特性區置於該研磨表面上，.且各相鄰的特性區之 間的間隔大致為相等，但在該研磨表面之一探測區上之 相鄰表面特性區之間隔大於該研磨表面之其它地區的 相鄰表面特性區之間隔，以使該監測系統能探測該基 板。 1 0.如申請專利範圍第I項所述之基板研磨設備，其中上述 之監測系統用以配合該研磨頭及該驅動基械裝置，使該 第12頁 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規/格（2H)X297公釐） 426580 Α8 08 C8 D8 六、申請專利範圍 兩者能週期性地探測該基板。 1 1. 一種基板研磨設備，其至少包含： 用以固定一基板之裝置，該基板具有一待研磨之表 面； 研磨薄片裝置，其具有一研磨表面，用以研磨該基 板； 驅動機械裝置，用以沿一大致為線性方向驅動該研 磨薄片之該研磨表面；及 基板探測裝置，用以經由該研磨薄片探測該基板。 1 2 · —種基板研磨方法，該方法至少包含下列步驟： 在一大致為線性之方向上，驅動一基板薄片之一研 磨表面： 固定一基板之一表面’使該表面能靠住該研磨薄片 的該研磨表面；及 經由該研磨薄片探測該基板。 13.如申請專利範圍第12項所述之基板研磨方法，其中上 遠之探測基板的方法係利用導引—探測光使之穿透該 研磨薄片，並偵測自該基板反射之光， 1 4.如申請專利範圍第1 3項所述之基板研磨方法，其中上 述之探測光被導引至該研磨薄片的一區域，該區城相對 於該探測光為至少半透明。 第13頁 本紙乐尺度適用中Η國家棋牟（CNS ) A4規格（210x297公羞） (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) 11Γ 經濟部智慧財Α局員工消費合作社印製 8 83 8 ABCD 426580 六、申請專利範圍 1 5 .如申請專利範圍第13項所述之基板研磨方法，其中 上述之研磨薄片係由相對於該光源產生之光大致透 明的材料製成，且該研磨薄片包含一分立區域，該分立 區域相對於該探測光至少為半透明：且 上述之基板的探測係利用導引該探測光透過該研磨 薄片的該分立區域，並偵測從該基板反射回來並穿透該 分立區域之光為之。 1 6.如申請專利範圍第1 5項所述之基板研磨方法，其中上 述之分立區域大致延伸在該研磨薄片的整個長度上。 1 7 .如令請專利範圍第1 5項所述之基板研磨方法，其中上 述之分立區域僅延伸在該研磨薄片的部份長度上。 18.如申請專利範圍第12項所述之基板研磨方法，其中上 述之研磨薄片的該研磨表面至少包含複數個投影表面 特性區。 1 9.如申請專利範圍第1 8項所述之基板研磨方法，其中上 述之表面特性區位於該研磨表面上，且各相鄰之表面特 性區間的間隔大致相等，其中該表面特性區大致為光可 穿透的。 本紙張尺度逍用中國國家揉率（CNS >A4現格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ,17 經濟部智慧財是局工消費合作社印製 (/12〇^8〇 D8 六'申請專利範園 20.如申請專利範圍第1 8項所述之基板研磨方法，其中上 述之表面特性區位於該研磨表面上，且各相鄰之表面特 性區間的間隔大致相等，但該研磨表面上之一探測區内 - 之各鄰近表面特性區之間的間隔大於該研磨薄片之其 它地區之表面特性區的間隔。 2 1 .如申請專利範圍第1 2項所述之基板研磨方法，其中上 述之基板之探測係為週期性的探測方式。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第15頁 本紙珉尺度速用中國國家揉隼（CNS) A4规格（2t〇X297公釐）
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