TW434103B - Chemical mechanical polishing device with terminal point detection functions - Google Patents

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434 1 Ο 3 Α7 B? 經濟部中央標準局员工消费合作社印製 五、發明説明（ 發明頜递： 本發明係有關於一種化學機械研磨製程，特别是有闞 於一種化學機械研磨製程的终點偵測方法。 發明背辛： 隨著半導《科技的進步，半導髏製程中處理的晶圓尺 寸越來越大’從早期的4吋、6吋到現在普遍的8吋、甚 至12对》此一趙勢使得每片晶面的償値越來越高，因此 處理時需更加小心’以免因爲一時的疏忽，造成昂贵的晶 困發生損壤》 在半導體製程中，時常需要進行晶圓表面的平坦化。 而完成晶圓表面平坦化的方法有很多種，例如：利用旋塗 式玻璃（Spin-〇nglass，S0G)製程，進行晶圓表面的局 部性平坦化、或利用化學機械研磨（chemicai 加chaniW pdish，進行的全面 性平坦化。在此’我們深感興趣的是化學機械研磨製程。 化學機械研磨製程所使用的化學機械研廢麼赛 疋哀置，主要是利 用一研磨塑·的旋轉運動’使噴灑在岍磨塾上的研衆 (slurry)與晶圓產生一相對運動，研磨β 思w圓表面，以平 坦化晶圓表面’其中化學機械研磨所用的 W研漿通常由醪體 狀的石夕土（silica)或分散狀的铭土，知Α β 和氦氧化卸（Κ0Η) 本紙张尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210/297公筇> -I ' — n . 11 ... - - I 1^1 - -- 1^1 --! XJ. I * {請先閱坤背面之注意事項再填碎本頁) 經濟部中央標蕈局負工消费合作社印裝 4341 Ο 3 Α7 _________Β7 五、發明説日) 或氫氧化銨（NH* OH)所组成。而随著晶面的表面所需的研 磨程度不同，必須適時终止研漿堪續研磨晶圓的表面。早 期常使用監視器（monitor)，監控晶®表面研磨的速率及 研磨的時間，以決定何時终止研漿嫿續研磨晶圓的表面。 然而因爲此監控方法相當複雜且經常失敗，使得產量因而 降低，此外，監控晶圓亦所費不貲β因此通常使用其他的 終點備測法’以適時终止研漿繼磧研磨晶圓的表面。终點 偵測的方法很多，例如：利用雷射光源發射當射光至晶 ®，藉由晶圓上研磨膜層上下表面處反射回來的光波，所 得到的干涉波強度之變化，可以定出何時终止研磨晶圓 面的製程》 第一圖頰示一傳統具有终點偵測功能的化學機械研 磨装置之俯視圈。第二圈顯示一傳統具有终點偵測功能的 化學機械研磨裝置與欲平坦化的晶圓之截面圈。如第一明 及第二圈中所示：体統具有终點偵測功能的化學機械研磨 装置包含一研磨台10 〇、一研磨墊1 〇 2、一握柄 <holder)i〇4、一單波長雷射<iaser)光源1〇6、及一偵 測器（detector)108。研磨台100，以第一方向110旋 轉。研磨墊1〇2通常爲一圓形墊片，固定於研磨台1〇〇 上’以帶動喷灑在研磨整· 1〇2上的研漿（slurry)。握柄 1〇4,位於研磨墊1〇2的上方，以第二方向112旋轉。單 波長雷射光源10S’位於研磨台的内部，以發射一單 波長的雷射光。偵測器108，位於研磨台1〇〇的内部，以 本紙法尺度逋用中國國家標丰（CNS ) Λ4坭枋（2丨0X297公荩） {琦先聞讀t'面之注意事項再填寫本頁)

*1T 經濟部中央標氓局負工消費合作社印家 434i〇3 A7 B7 五、發明说明（） 接收光波。晶Μ 1〇3及晶困103上之欲平坦化的氧化層 105置於握柄1〇4及研磨垫102之間’其中握柄104用 以固定住晶ffl 1〇3,使得晶圓103随著握柄1〇4做第二方 向112的旋轉運勤。 以下説明上述化學機械研磨法的製程：首先，握柄104 帶動晶面1〇3以第二方向112旋轉，而喷濃在研磨墊102 上的研漿随著研磨垫1〇2以第一方向110旋轉。利用晶圓 1 0 3及研漿間的相對運動，使得研漿得以研磨晶圓1 〇 3的 表面。在研磨的過程中，單波長雷射光源106發射一單波 長的雷射光至晶® 1 〇 3，藉由偵測器1 〇 8接收來自晶圊 103上受研磨膜層上下表面處反射回來的光波，可以得到 干涉波強度之變化，據此可以定出何時终止研漿繼續研磨 晶圊的表面。 根據薄膜干涉的原理，雷射光在氧化層105的上下表 面各經一次反射，反射光線將因所經的路線不同而產生光 程差，由此形成相位差，因而造成干涉現象。此干涉現象 受到雷射光的波長、光線入射的角度、偵測器接收訊號的 位置、薄膜1〇5的折射率以及厚度等等參數的影響，而產 生不同的干涉強度分佈。若能將波長、读測位置、薄膜折 射率等參數予以固定，則接收到的干涉強度，將随著薄腆 1〇5的厚度變化而作週期性的變動。當氧化層上下表面反 射光線的光程差恰爲一波長的整數倍（η倍，η爲整數） 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210Χ 297公沒） (詩乞閱婧"':&之：;i-念事項再填舄本頁)

經濟部中央桴泜局貝工消资合作社印采 ’434703 A7 _____ B7 五、發明説明（） ~~ 時，將產生破壞性干涉（二反射光之一將在反射時有—相 位反轉）；當光程差恰爲一波長的（n + l/ 2)倍時，則產生 建設性干涉。若能預先以理論計算或是實驗方法，取得干 涉強度相對於薄膜厚度的變化糢式時，則可據以爲參考數 値，判斷出薄膜經研磨後的剩餘厚度，以作爲终止研磨製 程的依據。 以一波長爲6 7 0 0埃的终點侦測雷射光源1 0 6爲例， 在一特定的參數配置下，大約在晶圓103上的氧化層ι05 的厚度每磨除2437埃時，偵測器108所接收到的干涉波 之強度會形成一週期性之變化。第三圈顯示一波長爲S7〇〇 埃的雷射光入射至晶困上的氧化層時，所得到的干涉波強 度相對於氧化層厚度的關係圈》其十在氧化層厚度爲2437 埃的整數倍時，亦即厚度爲7311埃（三倍）、9748埃（四 倍）、12185埃（五倍）、14622埃（六倍）…時，形成破壤 性干涉，即圖上的波谷位置。而在氧化層厚度爲2437埃 的（n + 1/ 2)倍時，亦即厚度爲 6093埃（2.5倍）、8530 埃（3.5 倍）、109S7 埃（4.5 倍）、13404 埃（5.5 倍）… 時，形成建設性干涉，即圖上的波峰位置。藉著此一干涉 波強度一氧化層厚度的關係圈，可以取得控制研磨製程終 點的依據。例如，若要將一厚度爲12〇〇〇埃的氧化層研磨 至厚度10000埃時，偵測器在研磨開始之前所收到的訊 號，將與關係圖上厚度座標12000埃處之強度座標値符 合’隨著研磨製程的進行，偵測到的干涉強度將隨著關係 本纸乐尺度適用中國國家標準（CNS )Λ4^Μ ( 210Χ297^^Γ7 ----------- 1 ^ _ I f琦先閱靖#-兩之^.意事^再填寫束頁) ·-0 Α7 87 434103 五、發明説明（） 囷上的波動而變化，當訊號的變動與關係圈上厚度座標 10000埃處之強度座標値符合時，即表示氧化層的厚度已 達10000埃，研磨製程即可終止》 在實施淺溝渠隔維製程（shallow trench isolation, S TI)以及内層介電材料（i n t e r - 1 ay e r dielectrics, ILD)平坦化步騍時，氧化層由研磨所產 生的厚度變異{variation)通常不大於2437埃，故使用 上述波長67〇〇埃的單波長雷射光源106之傳統终點谓測 方法，具有很好的效果。然而在進行内金屬介電署 (inter -me tal dielectrics, IMD)製程步嫌時，氣化 層由研磨所產生的厚度變異有時大於2437埃，此時由於 研磨進程超過干涉強度的變化週期，將可能在不同的厚度 範圍内，出現相同的干涉強度變化，於是以干涉強度變化 作爲終點判斷的依據將可能出現錯誤。例如，若要將_# 度爲15000埃的氧化層研磨至厚度10000埃時，價測器 將在氧化層厚度爲14874埃、12437埃、10000埃、7563 埃處接收到相同的強度變化情形，此時即難以判别何者爲 正確的研磨终點。 傳統上，在厚度變異大於一個偵測遇期時，可依據研 磨速率預設一研磨時間，在此研磨時間内將可使研磨層先 產生一特定的厚度變異，而使餘下的厚度變異小於一個读 測週期，此時即可應用上述終點偵測方法。例如，在同樣 本紙張尺度適用中囷國家榡準（CNS)A4規格（2丨0Χ2Μ公势） 請 先 Μ 讀 背- ；& 之 汰 項 再 填 寫 本 頁 經濟部中央樣达局員工消费合作社印焚 434103 A7 ____ 五、發明説明（） ' 的情況下，先將上述厚度1 5 0 0 0埃的氧化層大略研磨至 厚度约UOOO埃，然後再進行终點偵測β然而此一方法所 依據的只是一粗略的估計，當研磨速率或其他的製程參數 估計錯誤時，可能會使預定的厚度變異產生誤差，而影響 偵測的結果》例如原欲研磨至i 2 〇 〇 〇埃，卻因誤差而研磨 至13000埃或12500埃，此時剩餘的厚度變異仍超過— 偵測遇期，因此容易產生錯誤的結果。 由此可知，對於研磨厚度較大的化學機械研磨製裎， 上述使用單波長雷射光源之傳統终點偵測方法，將難以正 確判定製程终點。因此，如何有效解決此一問題，順利侦 测出研磨厚度較大的製程之終點，以增進製程條件，便成 爲業界人士努力的目標。 .11 發明目的及概述： Μ"部中决橾淮局員工消费合作社印^ 本發明的主要目的爲提供一種在化學機械研磨製程 中進行終點偵測的方法。本方法可在内層介電材料、歲渠 溝隔離層或内金屬介電層等等薄膜研磨製程中逯行研磨 厚度的控制，而適用於任何研磨厚度的製程之中。本發明 提出的方法採用多波段光源作爲干涉光源，可以增加干涉 強度之變化週期，擴大偵測範固，較之於傳统的單波段干 涉方法’更能夠在適當的配置下，任意地增進薄膜可分辨 厚度之有效範圍，而不會發生囡強度混淆而判斷錯誤的情 形，可大幅地提昇製程的良率及有效產量。 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297^^*7 434 1 03 Α7 ^_____ Β7 1 ' ,五、發明説明（） 本發明所採用的具有终點偵測功能的化學機械研磨 裝置包含一研磨台、一研磨垫、一握柄（Voider)、—多 波長雪射（laser)光源、及—憤測器（detect〇r)^研磨 墊通常爲一圓形垫片，固定於研磨台上，研磨台則以順時 績或迭時鐘方向帶動研磨墊旋轉，並帶動喷灑在研磨整上 的研漿（slurry)。握柄位於研磨墊的上方，用以固定受 研磨之晶圓於研磨墊與握柄間，使受研磨之晶圓抵住研磨 整，並可帶動晶圓旋轉。多波長雷射光源，位於研磨台的 内部’以發射波長不同的數個雷射光》偵測器，位於研磨 台的内部，以接收光波。受研磨之晶圓置於握柄及研磨墊 之間，随著握柄做旋轉運動β 當化學機械研磨製程開始進行時，握柄帶動晶圓旋 轉’而噴灑在研磨墊上的研漿随著研磨垫旋轉。利用晶圓 及研磨墊間的相對運動，使得研磨垫帶動研漿研磨晶囲的 表面。 {請先閱讀皆面之注•念事項再填艿本頁) 訂 經濟部中央標準局貝工消资合作社印製 在研磨的過程中，多波長雷射光源發射數個波長的光 線至晶圓，各不同波長的雷射光線到達晶圊後，在研磨層 的上下表面各經一次反射，反射光線由偵測器接收β因各 相同波長而不同反射位置（研磨層的上下表面）的雷射光 線所經的路線不同，於是產生光程差及相位差，而造成干 涉現象。由於電磁波的重疊原理，偵測器所收到的訊號， 其強度將是所有個别干涉訊號的疊加總和。此一總和干涉 本紙張尺度適财®邮料（CNS ) Μ㈣（21GX297公益） 434 1 〇 3 Α7 _ Β7五、發明説明（） 公強數 小涉係 最干關 的和此 期總據 週得根 號取以 訊，可 涉法則 干方， 别驗據 個實數 有是係 所或關 是算化 將計變 ， 論的 期理度 週以厚 的先膜 有預薄 具今於 所 〇 對 號數相 訊倍度 並 度 厚 餘 剩 的 膜。 薄面 出表 斷的 判圓 中晶 程磨 製研 磨績 研繼 在漿 ，研 値止 數終 考時 參何 爲出 據定 明 説 單 簡 式 圖 列 研 下 械 以 機 輔 學 中 化 字 的 文 能 明 功 説 之 後 往 於 將 例 施 丨 實述傳 佳聞一 較的示 的知顯 明詳圖 發更一 本做第 形 圈 測 偵 點 终 有 具 統 研 械 機 學 化 的 能 功 測 偵 點 终 有 具 統 傳 ο - 圖示 視顯 俯圓 之二 置第 装 磨 上 圓 晶 至 射 入 光 射 雷 。 的 圖埃 面 ο ο 凑 7 之 S II爲 晶長 的波 化一 坦示 平顯 欲圖 與三 置第 装 磨 係 關 的 度 厚 看 化 氧 I 度 強 波 涉 干 的 ί 得 所 時 看 化 氣。 的囷 終 有 具 的 出 提 所 。 , 圖 中視 例俯 施之 實置 一装 之磨 明研 發械 本機 示學 顯化 圖的 四能 第功 ;·9 偵 之 中 施 實 請先閱讀背面之..;i意事邛再填芎本頁) 經濟部中央標单局負工消費合作社印裒 欲 與 置 裝 磨 明研 發械 本機 示學 顯化 圖的 五能 第功 ;| 偵 點面 終截 有之 具圓 的晶 出的 提匕 丨平 圖 源強 光波 射涉 雪干 長的 波到 雙得 一 所 中時 例層 施化 實氧 一 的 。 之上圖 明圓係 發晶關 本至的 示光度 顯射厚 圖雷看 六個化 第二氧 射 I 發度 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS )以坭格（2】0Χ297公负） 4341〇 3

AT _______B7 五、發明説明（） 發明詳細説明： 本發明提出一種在化學機械研磨製程中進行终點楨 '則的方法。本方法採用多波段光線作爲干涉光源，可以增 進干涉強度之變化遇期，擴大研磨厚度之備測範圍，減少 终點的誤判’提高製程良率’今對本發明所提出的方法作 一詳细説明如下。 經濟部十央標涑局員工消资合作社印裂 (請毛聞锖賞面之·;i意事項再填寫未頁)

.1T 气 第四圖顯示本發明之一實施例中，所提出的具有终點 偵測功能的化學機械研磨裝置之俯視囷。第五圖顯示本發 明之一實施例中，所提出的具有終點偵測功能的化學機械 研磨装置與欲平坦化的晶圓之截面圈β如第四圖及第五圓 所不：本發明所提出的具有终點偵測功能的化學機械研磨 裝置包含一研磨台2 0 0、一研磨墊2 〇2、一握柄 (holder)2 04、一多波段雷射<laser)光源2〇6、及一偵 測器（detect or )2〇8^研磨台2〇0以順時鐘或逆時鐘方 向旋轉》研磨墊2〇2通常爲一面形墊片，固定於研磨台 2〇〇上’隨著研磨台200旋轉，以帶動噴灑在研磨墊2〇2 上的研漿（slurry)。握柄2〇4位於研磨墊202的上方， 以順時鐘或逆時鐘方向旋轉。多波長雷射光源2〇S，位於 研磨台2 0 0的内部，以發射波長不同的數個雷射光。偵測 器2 〇 8位於研磨台2 〇 0的内部，以接收反射光波。晶圓 2〇3及晶圓2〇3上之欲平坦化的研磨層205置於握柄204 本紙乐尺度適用中囷國家標準（CNS ) Λ*!現括 (210X297公；) 經濟部中央標違局員工消費合作社印製 434l〇3 A7 _____B7_ 五'發明説明（） 及研磨墊202之間，研磨層205貼住研磨垫202;握柄則 204用以將晶圓203固定住，使晶圓203随著握柄204 做旋轉運動。而握柄204的旋轉方向與研磨台200的旋轉 方向可以相同或相反。 今説明上述化學機械研磨法及其终點偵測方法的流 程如下：首先，握柄204帶動晶圓203旋轉，而喷灑在研 磨墊202上的研漿随著研磨垫202旋轉。利用晶圓203 及研磨垫2〇2間的相對運動，使得研磨墊202得以帶動研 漿研磨晶圓203的表面。 在進行研磨的過程中之，以多波段雷射光源20δ發射 波長不同的數個雷射光線至晶圓203，其波長分别爲入^ 、λ3…λη β各不同波長的雷射光線到達晶圓2 0 3後， 在研磨層2〇5的上下表面各經一次反射，反射光線由偵測 器2〇8接收。因各相同波長而不同反射位置（研磨層20S 的上下表面）的雷射光線所經的路線不同，於是產生光程 差及相位差’而造成干涉現象。其中，波長h的二反射光 線合成第一干涉訊號，波長入2的二反射光線合成第二干涉 訊號，波長入3的二反射光線合成第三干涉訊號，…而波長 λη的二反射光線合成第η干涉訊號。 此一薄膜干涉現象受到入射光的波長、光線入射的位 置（角度）、偵測器接收訊號的位置（角度）、薄膜205的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規枋（210X 297公垃） ----π------訂------' (請1閱請背面之;'it事項再填Ίΐτ本頁) 4341〇3 五、發明説明（） 材質折射率以及薄膜厚度等等參數的影響；不同的參數& 置造成不同的折射光之光程差（相位差），而產生不同的干 涉強度分佈。今將入射光波長、光源位置登入射角度、4貞 測器的接收位置（角度）、薄膜205的折射率等等參數予以 固定，則第_干涉訊號、第二干涉讯號、第三干涉訊號… 及第η干涉訊號等各干涉訊號，將随著研磨層薄膜2〇5的 厚度變化而作週期性的變動，其週期分别爲4、士、七… ^亦即研磨層2〇5的厚度每變動（在本研磨製程中爲減 少）尖，則第一干涉訊號的強度將產生一個週期的變化；研 磨層2〇5的厚度每變動（減少）dj，則第二干涉訊號的強度 將產生一個週期的變化…而研磨層205的厚度每變動（減 少）\，則第n干涉訊號的強度將產生—個週期的變化β若 配置各不同波長的光源，使各光源處於同一位置發射光 線，並使用同一偵測位置接收干涉訊號，則各訊號週期4、 da、尖…毛之間的比例關係，將約略與各波長入1、人2、入^… 入„之間的比例關係一致；其間的誤差將囡光源的位置無法 完全重合所致。 經濟部令央.標準局負工消f合作.社印製 -n I n m n - 丁 ί請.1«1讀背面之;xf項再填筠太頁) 由於電磁波的重疊原理，偵測器2 〇 8所收到的訊號， 其強度將是所有干涉訊號的疊加總和。此一總和訊號所具 有的週期^，將是所有分量（第—干涉訊號、第二干涉訊 號 '第三干涉訊號…第n干涉訊號）的週期本、士、尖…4 的最小公倍數β今預先以理論計算或是實驗方法，取得總 和干涉強度相對於薄膜厚度的變化闞係數據’則可以根據 本紙张尺度適用1f7國國家梯李（CNS ) Λ4^格（210 X，97公符） 4341〇 3 A7 B? 五、發明説明（） 此關係數據爲參考數値，在研磨製程中判斷出薄膜的剩餘 厚度。當偵測到的訊號輿某一參考數値符合時，即表示此 時薄膜=剩餘厚度與此一參考數値梱對應的厚度座標相 同於是可以藉此參考數値進行终止研磨製程的判斷：當 接收到的干涉訊號強度，與預定的薄膜最终厚度所對應的 參考強度-致時，表示此時薄膜研磨的剩餘厚度即爲預定 的薄膜最终厚度，於是必須终止研磨製程。需注意的是， 在個週期中，除了干涉強度的最大值與最小値之外，二 者（間的每個干涉強度値都將出現-次以上；然而每次出 現時前丨強度的相對變<匕關係A然不1¾ (強度—薄膜厚度 函數關係圖上之切線斜率不同），可以此作爲分辨的依 據。 經浒部中央瑺進局員工消費合作社印裝 {請乞閲沭背面之注意事項再填珥本頁) …而在不同的週期之間，相同的強度變化情形（相同 之函數値及切線斜率）將反覆出現，因此可分辨的厚度變 化範圍將以一個週期爲限；若是研磨的厚度超過一個週 期，則將產生現淆。例如，對一變化週期爲《的债測訊號 而言，研磨至薄膜剩餘厚度爲d + dn、d + SA…或 d + mdn( d爲任意厚度，m爲整數）時，偵測器所接收到的干 號的變化情㈣完全相$ ’於是無法藉此確認何者爲 研磨终點。所以，爲求擴大可分辨的厚度變化範圍，必須 增大干涉訊號的變化週期：在適當的配置入射光波長及參 數之下’可使複合干涉的週期尖遠大於個别的週期、 毛…4，於是進行终點偵測的可分辨厚度將大爲提高。 本紙乐尺度適用中國國家榇準（CNS) Λι}堤格（2ί0χ297公定） f ' 434 1 〇 3 Α7 B： 五、發明説明（） 今依據本發明之一較佳實施例’採取雙波長雷射光源 2 0 6作爲终點偵測光源，所發射的二雷射光之波長分别爲 第一波長S700埃，以及第二波長45〇〇埃》藉由一定的 製程參數配置之下，使第一波長爲67〇〇埃及第二波長爲 4500埃的二雷射光線，在經過晶圓203之研磨層205的 上下表面反射後，分别形成第一干涉訊號及第二干涉訊 號，二訊號的變動週期分别爲2437埃以及1625埃，二 干涉訊號週期之間的比例與二雷射光波長之間的比例相 當。於是基於重疊原理，由偵測器2 〇 8所接收到的總和干 涉訊號，爲第一干涉訊號及第二干涉訊號的疊加，其週期 爲第一干涉訊號及第二干涉訊號個别週期的最小公倍 數，即4 8 7 4埃。 經濟部中央標準局貝工消f合作社印褽 --------裝-- (請乇^诔疗面之;'±'念事項4填ΪΗ大*頁) 根據上述配置，第六圖顯示以雙波長雷射光源發射波 長分别爲6700埃以及4500埃的二雷射光東至晶圊上的 氧化層時，所得到的干涉波強度相對於氧化層厚度的關係 圖。其中，點曲線代表波長爲67〇〇埃的雷射光束入射至 晶圓2 0 3上的研磨層2 0 5時，所得到的第一干涉訊號強度 一研磨層2〇5厚度的關係圈，實曲線代表波長爲4S00埃 的雷射光束入射至晶圓2〇3上的研磨層2〇5時，所得到的 第二干涉訊號強度一研磨層205厚度的關係圏，虚曲線代 表第一干涉訊號與第二干涉訊號所合成的總和干涉訊號 強度一研磨層厚度2〇5的關係圖。在此一圖中可以看出， 本紙杀尺度適用中國國家榇準（CNS ) Λ4坭格（210X297公犮） 434103 A 7 B7____ 五、發明説明（） f請毛閱諫背面之注意事項再填寫本頁} 總和干涉訊號的強度變化週期爲4874埃，爲第一干涉訊 號週期2437埃的二倍，而爲第二干涉訊號週期1625埃 的三倍。經由此一配置，偵測訊號的變化遇期由2 4 3 7埃 增大至4874埃，所磨终點憤測的可分辨厚度因此擴增一 倍，有效範圍大爲提高。 除了以上實施例之外，也可以採用不同的干涉波長進 行組合，以獲取不同的终點偵測之可分辨厚度範圍。例 如，分别採取波長爲67〇〇埃以及4020埃的雷射光作爲 终點侦測光源；在同樣的紀置之下，第一干涉訊號與第二 干涉訊號的變化週期分别爲2437埃以及1462埃，總和 干涉訊號的強度變化週期則爲7311埃，爲第一干涉訊號 遇期2437埃的三倍。而若是分别採取波長爲6700埃以 及 4786埃的雷射光作爲終點侦測光源；在同樣的配置 下，第一干涉訊號與第二干涉訊號的變化週期分别爲2437 埃以及 1740埃，而總和干涉訊號的強度變化週期爲 12185埃，爲第一干涉訊號週期2437埃的五倍。此外， 干涉光源的波長組合數目，也不限於兩組光線，任何數 目、任何波長的光源均可視實際之需要予以組合配置。 經濟部中央標涞局員工消费合作社印^ 根據以上所述，利用本發明所提出的具有多波段光源 薄膜干涉的终點偵測方法，可使用於内層介電材料、淺渠 溝隔離層或内金屬介電層等等薄膜研磨製程的終點備 測，而能適用於任何研磨厚度的製程。在研磨厚度較大的 15 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) Λ4規格（2丨0>< 297公疫 4 3 4 10 A7 B7 五、發明説明（ 情形下，本發明的多波段薄膜干涉方法，較之於傳统的單 波段干涉方法，可以大幅地提高终點偵測的可分辨厚度之 有效範困’而不會發生因強度混淆而判斷錯誤的情形，製 程良率及有效產量將可大爲增加。 本發明僅以較佳實施例説明如上，並非用以限定本發 明之申請範团；凡熟習該項技藝人士，在未脱離本發明之 精神下，所從事之些許改變或修錦，例如：故變多波段雷 射光源之位置、波長選擇、組合數目、或是偵測位置等等， 均應包含在本發明之專利保護範固中，下述之申請專利範 圍内。 请尤閱谏背面之汰意事項再填寫太頁) 經濟部中央楳準局負工消费合作社印製 16 本紙伕尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4^格（2丨0X 297公趁）

Claims (1)

1. 經濟部中央梂準局負工消費合作社印製 4341 〇3 4s A8 B8 C8 _________D8 六、申請專利範圍 1 · 一種對化學機械研磨製程進行终》偵測的方法’該製 程針對一研磨層進行研磨，該方法至少包含下列步驟： 發射複數個不同波長的光線，使各該光線在該研磨層 上下表面分别形成反射光線，該反射光線並產生干涉現 象； 接收該反射光線所形成的干涉訊號，該干涉訊號隨著 該研磨層的厚度變化，而產生遇期性的強度變化； 判讀由該反射光線所形成的該干涉訊號之強度變化 情形；並 決定該研磨製程的終點。 2 .如申請專利範園第1項之方法，其中上述不同波長的 光線爲雷射光線。 3 . 如申請專利範圍第1項之方法，其中上述不同波長的 光線，係根據研磨層所預定磨除的厚度選擇頻率（波長） 組合* 4 . 如申請專利範圍第3項之方法，其中上述頻率（波長） 組合的選擇，配合研磨層折射率，以及光源位置及俄測 位置的配置’使所產生的該干涉訊號相對於該研磨居厚 度之強度變化週期，大於該研磨層所預定磨除的總厚 度。 本纸張尺度適用尹國國家搮隼（匸阳）入4说格（210父2打公釐） 装--------訂---------—涑 (請先閔讀肾面之注意事項再填窝本頁) 4 3 4 1 ο 3中請專利範圍 Λ8 Β8 CS D8 5.如申請專利範圍第1項之方法，其中更包含 以決定該研磨製程的終點： 下列步银 保留乏 取得在相同的參數配置下，該研磨層處於預定 厚度時，該干涉訊號的參考強度値；並 疋 比較在該研磨製程中所判請到的干涉強 項哎値輿松A 考強度値，當二者相符合時，該研磨製程達到终 这參 6 * 如申請專利範圍第5項之方法，其中上述干涉訊號 參考強度值，包含該參考強度値的變化情形。 的 (碕先闻讀背面念柰項再填寫本育) 装. 經濟部中央橾準局負工消费合作社印製 7 ·如申請專利範圍第S項之方法，其中上述千涉強度値 與該參考強度値的比較步骤，包含該干涉強度値的變化 情形與該參考強度値的變化情形之比較。 8 *如申請專利範圍第5項之方法，其中上述千涉訊號的 參考強度値，以理論計算的方法取得。 9 *如申請專利範团第5項之方法，其中上述千涉訊號的 參考強度値，以實驗的方法取得》 10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中上述發射的光 線，共具有二種不同的波長。 11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中上述二種不同 的波長，分别約爲6 7 0 0埃，以及4 5 〇 〇埃。 18 本紙浪尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4说格（210X297公釐） ir 谏 經濟部中夬橾率局員工消費合作社印装 43410 3 λ* Β8 C3 --- —— D8__ 六、申請專利範ΐ - 12. 如申請專利範团第丄丄項之方法，其中上述由皮長一 67〇〇埃疋光線所產生的干涉現象，其相對於研磨層厚= 之強度變化週期约爲2 43 7埃。 13. 如申請專利範圍第丄丄項之方法，其中上述由波長约 45〇〇埃之光線所產生的干涉現象，其相對於研磨層厚度 之強度變化週期約爲1625埃。 I4·如申請專利範团第項之方法，其中上述甴波長 67〇0埃以及45〇〇埃二之光線所產生的干涉現象，其梱 對於研磨層厚度之強度變化週期約爲4874埃， 1S · —種對化學機械研磨製程進行終點偵測的方法，該製 程針對一研磨層進行研磨，該方法至少包含下列步驟： 發射至少二個不同波長的光線，使各該光線在該研磨 層上下表面分别形成反射光線，該反射光線並產生干涉現 象； 接收該反射光線所形成的干涉訊號，該干涉訊號随著 該研磨層的厚度變化，而產生週期性的強度變化； 判讀由該反射光線所形成的該干涉訊號之強度變化 情形； 取得在該研磨層處於預定保留之厚度時，該干涉訊號 的參考強度値；並 本紙張尺^·逋用申固國家揉丰（CNS ) A4说格（2Ι〇χ：ϊ97公釐） ----------裝------订-----丨涞 (犄先«)讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁) 經濟部中央樓隼局貝工消蹩合作社印製 Α8 Β8 CS D8 「、申請專利範圍 比較在該研磨製程中所判讀到的干涉強度依與該參 考強度値’當二者相符合時，該研磨製程達到终點。 1S.如_請專利範圍第15項之方法，其中上述不同波長 的光線爲雷射光線。 17 ·如申請專利範困第15項之方法，其中上述不同波長 的光線’係根據研磨層所預定磨除的厚度選擇頻率（波長） 組合β 18 ‘如申請專利範園第17項之方法，其中上迷頻率（波 長）組合的選擇，配合研磨層折射率，以及光源位置及偵 測位置的配置，使所產生的該干涉訊號相對於該研磨層 厚度之強度變化週期，大於該研磨層所預定磨除的總厚 度。 13.如申請專利範街第15項之方法，其中上述干涉訊號 的參考強度値，包含該參考強度値的變化情形。 2〇·如申請專利範圍第19項之方法，其中上述干涉強度 値與該參考強度値的比較步驟，包含該干涉強度値的變 化情形與該參考強度値的變化情形之比較。 21·如申請專利範圍第15項之方法，其中上述干涉訊號 的參考強度値’以理論計算的方法取得β 20 本紙法从逍'家橾準(CNS)八4胳(210x^^公釐) ----------------IT-----.lit (請先M讀，背面之注意事項再填寫本s ) 經濟部中央樣準局貝工消費合作社印裝 _ 434103 A8 38 CS D8六、申請專利範圍 22. 如申請專利範圍第15項之方法，其中上述干涉訊號 的參考強度値，以實驗的方法取得。 23. 如申請專利範圍第15項之方法，其中上述發射的光 線，共具有二種不同的波長》 24. 如申請專利範圜第23項之方法，其中上述二種不同 的波長，分别約爲S700埃，以及4500埃。 25. 如申請專利範圍第24項之方法，其中上述由波長约 S700埃之光線所產生的干涉現象，其相對於研磨層厚度 之強度變化遇期約爲2437埃。 26. 如申請專利範圍第24項之方法，其中上述由波長約 4500埃之光線所產生的干涉現象，其相對於硏磨層厚度 之強度變化週期約爲1625埃》 27. 如申請專利範圍第24項之方法，其中上述由波長 6700埃以及4500埃二之光線所產生的干涉現象，其相 對於研磨層厚度之強度變化週期約爲4874埃。 2 8 . —種具有終點偵測功能的化學機械研磨製程，針對一 晶圓上的研磨層進行研磨，該製程至少包含下列步驟· ---------l^r------訂---I--'银 (請先閏讀背面之注意事項再填寫衣X ) 21 本纸張尺度適用中國a家梂準（CNS ) A4说格（210X297公釐） 4 3 4 10 8 88 8 ABCD 申請專利範圍 固定該晶圊於一握柄上 ^ 焱S貼合於該研磨塑· 調整該握柄，使該晶圊上的该研磨層貼 喷濃研漿於該研磨垫上； 使該研磨墊與該晶®進行相對的旋轉運動，以使該研 磨垫上該研漿研磨該研磨層的表面； 發射至少二個不同波長的光線’使各該光線在該研磨 層上下表面分别形成反射光線，該反射光線並產生干涉現 象； 接收該反射光線所形成的干涉訊號，該干涉訊號随著 該研磨層的厚度變化，而產生遇期性的強度變化； 判讀由該反射光線所形成的該干涉訊號之強度變化 情形；並 決定該研磨製程的終點 終止該研磨製程。 29.如申請專利範圍第28項之戈 該晶圓所進行的相對旋轉運動 方向旋轉的旋轉運動° 其中上述研磨垫與 >該研磨墊以一第一 <請先聞讀„背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部t央標準局負工消費合作社印装 3 0 .如申請專利範圍第2 9項之 爲順時鐘方向。 3 .如申請專利範圍第2 9項之 爲逆時鏤方向。

   其中上述第一方向 其中上述第一方向 22 ^國國家㈤ CNS ) A4麟(210X297公釐) 4341 Ο 3 Λ8 B8 C8 D8 六 、申諸專利範圍 32 .如申請專利範固第28項之篆=¾，其中上述祈磨整與 该晶®所進行的相對旋轉運動’包含該晶圓以 尚旋轉的旋轉運動。 33 .如申請專利範困第32項之条去 爲順時鐘方向。製裤 34 .如申請專利範園第32項之：ίΜέ 爲逆時鐘方向。 m 35.如申請專利範圍第28項之寒=朵 的光線爲雷射光線》 第二方 其中上述第二方向 其中上述第 向 I n n n n n If I {請先閱讀 >面之注意事項再填寫本頁) 其中上述不同波長 f稃 3S·如申請專利範困第28項之系^，其中上述不同波長 的光線，係根據研磨層所預定磨#的厚度選擇頻率（波長） 組合β 3·7·如申請專利範团第36項之方=法，其中上述頻率（波 長）組合的選擇，配合研磨層折射率，以及光源位置及偵 測位置的配里，使所產生的該干涉訊號相對於該研磨層 厚度之強度變化週期，大於該研磨層所預定磨除的總厚 度。 錢 38·如申請專利範困第28項之方=法，其中更包含下列步 23 本纸ft尺度逋用中«國家槺準（CNS ) A4此格（210X297公釐） 訂 經洚部中央揉率局負工消费合作社印$. 134 134 Αδ Β8 C8 D8 申請專利範圍 樣以決定該研磨製程的终點： 取得在相同的參數配置下，該研磨層處於 厚度時，該干涉訊號的參考強度值；並 疋保留之 比較在該研磨製程中所判讀到的干涉強 考強度値’當二者梱符合時，該研磨製裎逮到與垓參 、點。 '二申請專利範困第38項翁，其中上述干涉訊號 的參考強度値，包含該參考強的變化情形。 4〇·如申請專利範团第33項之胃，其中上述干涉強度 値與該參考強度値的比較步驟，包含該干涉強度值的變 化情形與該參考強度値的變化情形之比較β 41. 如申請專利範团第38項之，其中上述千涉訊號 的參考強度値，以理論計算的取得β 42. 如申請專利範園第38項之『，其中上述千涉訊號 的參考強度値，以實驗的方法取得。 ----------裝-------订----^-I —竦 f詩先«7»^*之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央樣準局男工消費合作社印裝 43.如申請專利範園第28項之 線’共具有二種不同的波長 4 4 ·如申請專利範圍第4 3項之

   ，其中上述發射的光 m ， 其中上述二種不同 的波長，分别約爲S700埃，以及4500埃 24 本紙張尺度通用中國國家揉準（CNS ) Μ说格（210X297公釐） 434 1 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 45.如申請專利範圍第44項泛 6700埃之光線所產生的干涉 之強度變化遇期约爲2437埃

   ，其中上述由波長约 其相對於研磨層厚度 46.如申請專利範团第44項之吾三法，其中上述由波長約 4500埃之光線所產生的干涉現象，其相對於研磨層厚度 之強度變化遇期约爲1625埃 47.如申請專利範圍第44項之1 6700埃以及4500埃二之光線 對於研磨層厚度之強度變化遇期

   ，其肀上述由波長 生的干涉現象，其梱編丨4874埃。 經濟部中央標準局I工消费合作社印製 4 8 . —種具有終點偵測功能的化學機械研磨裝置，該装置 至少包含： 一研磨台，可以進行一自軸旋轉； 一研磨墊，固定於該研磨合上，可隨著研磨台旋轉； 一握柄’該握柄位於該研磨势的上方，以固定一晶圓 於該研磨塑與該握柄間，使得該晶圓抵住該研磨塾，並可 帶動該晶圓旋轉； 一多波長雷射光源，該多波長雷射光源位於該研磨台 的内部，以發射波長不同的複數個當射光至該晶圆；及 一偵測器，該偵測器位於該研磨台的内部，以接收由 該晶HI反射回來的光波訊號。 25 本紙張尺度適用_國國家揉準（CNS 規格（210X297公釐） --------------訂-----1線 (請先閱讀贄面'之注意事項再填窩本頁) 8 8 8 8 ABCD 4341 Γ； 六、申請專利範圍 49.如申請專利範圍第48項之装置，其中更包含一研衆 噴灑装置，以將研漿喷灑在該研磨垫上。 5〇.如申請專利範固第48項之裝置，其中上述之研磨替 爲一®形垫片。 51. 如申請專利範固第48項之装置，其中上述之研磨塾 帶動該研漿以研磨該晶圓的表面。 52. 如申請專利範圍第48項之装置，該多波長雷射光源 爲雙波長雷射光源。 53·如申請專利範園第48項之装置，該雙波長雷射光源 發射的二個雷射光之波長包含6700埃及4500埃。 裝— {請先ΜΛ背面，之泣$項再填寫本頁) 订 涑 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）