TW455937B - Method and apparatus for in-situ monitoring of thickness using a multi-wavelength spectrometer during chemical-mechanical polishing - Google Patents

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455937 Α7 Β7 五、發明説明（1 ) 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拋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称中 將半導體基體’如矽基體’加以平面化處理的方法β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是一種使用抛光劑並配合抛光墊來將半導體基 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 蝕作用的磨擦力量’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。 經濟部中央標準局員工消费合作社印聚 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，並將晶圓繞著第一軸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轴心線不同之第二轴心線轉 動的速度和晶圓固定座向下的力量而得到的。拋光劑是不 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格{ 210 X 297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 5 9 3 / 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一晶圓固定座之旋轉軸 心線和拋光墊的旋轉軸線一間的距離而定。這會在基體表 面上形成不均句的速度分佈輪廓，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’，一 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體的表面上造成較不好的速度分佈輪 廓，因之而會得到均勻度較差的拋光結果。 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體 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 t請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) '-=φ- 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（210X297公釐） 5 455937 A7 B7 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 造成的流體軸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。流體和承則是描 述於西元1996年4月26曰提出申請而名稱為“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。 經濟部中央標準局貝工消費合作社印聚 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5,240,552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。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終點的技術。 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 6 (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卒（CNS ) A4規格（210X297公釐） 4^59 煩請委員明示#年3月β日所提之 修^-本有無>1^^^..::;!>是否准予修正0 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 修正 麵 A7 B7 五、發明說明（4) 87108350號發明專利申請案發明說明書修正頁 修正曰期：90年3月 利第5,413,941號和第5,433,651號和歐洲專利申請案第EP 0 73 8 561 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塾》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 0 738 561 A1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，係與拋光墊 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08/869,655號美國專利 申請案（代理人案號7103/27)中曾描述一種在終點偵測作 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，且係依被拋光的材料而定的《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 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2〗0 χ 297公爱） (請先閱讀背面之>i意事項再填寫本頁) 裝 ----訂---------線 7 455937 A7 B7

筵濟部智髮財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（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 以套合在合理的正確量之前，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 sigma)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2〇〇〇埃的量。 橢圓測量術、光束輪廓反射測量術和以光應力產生器 光束為基礎的技術可以使用在CMP程序的原位監測器内 ，以提供厚度的測量值（參見序號第〇8/865,〇28號美國專利 申請案（代理人案號7103/28號））。雖然這些技術可以克服 則面#又落中所討論的問題，但是它們卻具有另外的一些問 題。例如說，橢圓測量術是一種緩慢的技術，其不適合使 用在某些CMP工具上，例如線性帶子。光束輪廓反射測 量術則需要精準聚焦的光束和龐大的光學設備—其特性在 使用在CMP内會有潛在的問題。以光應力產生器光束為 基礎的技術則相當煩頊而不易於使用在(：1^{)環境内。 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 本紙張尺度·中關家標準（CNS)/V1規格(-力 --------- --------^-------I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 8 A 5 5 9 3 7 經濟部中央標率局員工消費合作社印聚 Α7 Β7 五、發明説明（6 ) 方法，其係使用⑴以平台為主的系統’例如那些繞著其 自身之軸心線轉動、以軌道方式轉動或是以線性或圓形方 式振動者，或是（ii)以帶子為主的系統，例如那些使用無 端式或非無端式帶子者’或者（ii〇振動托架頭系統，以供 克服習用技藝中所遭遇到的缺點β 本發明是有關於一種使用拋光工具來進行的基髏化學 機械式拋光（CMP)作業，以及薄膜厚度監測器，用來提供 一基體層的厚度。 根據本發明的第一觀點拋光元件具有一個礼洞設 置在其上。一監測窗片固定在該拋光元件上，以封閉住該 孔洞，而形成一監測通道。一薄膜厚度監測器可經由該監 測通道來觀察基體，以提供設置在該基體上之一層薄膜的 厚度的標示資料。該薄膜厚度監測器包有光譜儀。 根據本發明之第二觀點，該薄膜厚度監測器包含有一 光源；一個光敏感偵測器（例如光譜儀），用來監測來自該 光源的強度；一光譜儀，其可將光線發射成多種可為多個 偵測器所偵測到的波長；以及數據處理元件，用來處理來 自光譜儀的信號，並估算基體上任何薄膜的厚度。該光源 可以是一種其所發出之光輻射是與移動的基體或拋光元件 同步的閃光燈，或者是一種大致上連績作動的光源，具有 一個與移動之基體或拋光元件同步操作的快門，以在正確 的時間輸出光線 根據本發明的第三觀點，其移動裝置包含有多個滾輪 ，可作動來將該拋光元件沿著一條線性路徑加以帶動通過 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4現格（2丨0X297公釐〉 9 (請先閱讀背面之注項再填寫本頁) •1Τ 455937 ** Α7 Β7 五、發明説明（7 ) 該基體，或是包含有一平台，其可繞著一條通過其中心的 轴心線來轉動，而將該拋光元件帶動沿著一條彎曲路徑通 過該基體，或是包含有一平台，其可繞著一條不通過其中 心的轴心線來轉動，而將該拋光元件帶動沿著一條覺曲路 徑通過該基體’或是包含有一平台’其可沿著一條封閉的 路徑移動’而將該拋光元件帶動沿著一條彎曲路徑通過該 基體* 根據本發明的第四個觀點，該基體托架係沿著一條封 閉的路徑移動。 根據本發明的第五個觀點，該拋光元件是使用在一種 利用多波長光譜儀來決定基體層之厚度的方法中。 根據本發明的第六觀點’其使用一拋光元件於一種藉 由重覆測ΐ基體之薄膜厚度來決定是否達到預定之厚度而 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。 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 根據本發明的第七觀點，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 連續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。 根據本發明的第八個觀點’其使用一拋光元件於一種 藉由決定由至少二個薄臈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Cmp 程序進行時橫過基想表面上之平均移除率的方法中。 根據本發明的第九個觀點，其使用—拋光元件於一種 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） 10 Α7 Β7 455937 五、發明説明（8 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 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 程序進行時橫過基趙表面上之移除率變化量的方法中。 根據本發明的第十個觀點，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圖。 第2圊是第一個較佳實施例的線性拋光機的剖面圖。 第3圖是一平面圏，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 的二個層之間’以提供一條自帶子之外側表面至帶子之第 一側邊表面的長條光學信號路徑。 第5圖是一平面圓，顯示出感測位置設在帶子上而不 是平台上的情形’其中係將圖4中之光纖配置方式配合多 個薄膜厚度監測器使用。 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 第ό圖一平面圖，顯示出感測位置是設在帶子上而不 是平台上的情形，其中係將圖4中之光織配置方式配合單 一個薄膜厚度監測器使用》 第7圖是一個使用多波長照明來配合光譜儀的監測系 統的方塊圖。 第8圊是另一種監測系統的方塊圊，其中是以一參考 11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4#見格{ 210X297公釐） 經濟部中央標準局貝工消贽合作社印製 A7 B7 五、發明説明（9 ) 光講儀來取代參考通道。 第9圖是一個具有薄膜厚度監測器之旋轉平台式CMP 裝置的示意圖。 第10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β 第一較佳實施例 現在參閲圖式，第1圖顯示出一種使用此技藝中已知 之化學機械拋光（CMP)技術來平面化處理一基髏的習用線 性拋光機100。如此圊中所示，此線性拋光機1〇〇具有一個 基體托架110，固定在一個用來固定住基體的拋光頭1〇5上 。該基體係放置在一條帶子120上，其會繞著第一和第二 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—個層是 一層拋光材料。此帶子元件之各層的討論將在下文中進行 〇 拋光劑配灑機構140供應拋光劑15〇至帶子120的頂面 上。拋光劑150會在基體底面上沿著帶子12〇移動，且在拋 .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支樓在基體托架no下方。 一般而言，基體托架110可在帶子12〇的上面轉動該基 體《機械固定裝置，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{)、135轉 動》媒動裝置’例如馬達（未顯示），用來轉動滾輪13〇、135 本紙張尺度適用中國國家標卑{ CNS > A4規格（2!0X29?公着） 12 (請先聞讀背面之注項再填寫本頁) 訂 Λ559 31 經濟部中央摞準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（ίο ) ，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H0 會將拋光劑150供應至帶子120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120，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囷中所 示。平台155的主要目的是要在帶子120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110會以 適當的力量向下壓貼至帶子120上，以使得帶子120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，或是是一種流體轴承（其 可以具有一道或多道流體通道）。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。藉著控制該流艘流，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6流體轴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抛光機100的一種改良。如同在習用 的實施例中一樣，第2圖的線性拋光機200包含有一個基趙 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

,1T 13 b q ^ ^ ' 經濟部中央標準局員工消費合作社印聚 A7 B7五、發明説明（11 ) 托架210、一層拋光劑215、一條帶子220和一個平台240， 以供在一基體（未顯示）上進行CMP作業。帶子220具有一 層拋光材料（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。 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100,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 在基體的底面上線性移動時，帶子220上的孔洞230會通過 平台24〇上的孔洞245。當孔洞230、245對齊時（如第2圖中 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220的内 側表面201和外側表面202之間。一般而言，帶子220上的 監測窗片232可確保沒有拋光劑215或水會滲漏至帶子220 (請先閲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準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐） 14 經濟部中央標车局員工消費合作社印^ 455937 A7 __________B7 _ 五、發明説明（I2) 的底面處。藉著對齊於帶子220的外側表面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201相 切齊，其可避免在平台240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。） 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220用的 滚輪（其直徑可能是自2至40英徑），且必須要由一種其存 在僅會對拋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200nm至約2000nm的範園内 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240的流體轴承内造成亂流 區域。如同帶子220内的監測窗片232，平台240内的監測 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）。 第二較佳實施例 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\少®中所示，帶子310可以具 有多個孔洞320、322、324 ' 326、328。對於帶子3 10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設在基體 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） _ Η - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 A7 B7 五、發明説明（I3 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Is。如同上述，每 '-個孔洞均 可以一片監測窗片加以封閉住。 在此圖中，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。 經濟部中央標隼局貝工消費合作社印策 (請先閲讀.背面之注意事項再填寫本頁}

，1T 另一種方式是如第lW中所示，設置帶子1010上的單 一孔洞1020可以配合平台上的多個孔洞1〇3〇、1032、1034 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。平台上的孔洞1030、1032、1034是對齊於一條 平行於帶子1010之運動的直線。當帶子孔洞1020對齊於平 台上之孔洞1030、1032、1034之一者時，相對於該平台孔 洞的薄膜厚度監測器即可測量拋光物體的表面狀況《藉由 此種配置，其可以帶子1010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1010之直線的數目，均僅是設言十 上的選擇而已》 第三較/佳實施例 4圖顯示出另一種的實施例。在此，在平台上沒有 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨OX297公f ) ~ 4559 3 經濟部中央標隼局負工消費合作社印裝 Α7 Β7 五、發明説明（14 ) 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401、一外側表面402、一第 一側邊表面403和一第二側邊表面404。監測通道420是可 使得光學路徑在橫側向上能平行於帶子415中之一層410的 上方表面而自外側表面402延伸至第一側邊表面4〇3。薄膜 厚度監測器440是設置在靠近於帶子415的第一侧邊表面 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 構成自基體至薄膜厚度監測器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,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 ，其是顯示出在帶子510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’以對齊於光織，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530 ' 532 、534、536、538的位置。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4現格（2丨0X297公釐） 17 f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局貞工消費合作社印製 4559 37 A7 B7 五、發明説明（15 ) 一~— 雖4圏中顯示出多個薄膜厚度監測器，但是也可 X如第所示__樣使用單--個薄膜厚度監測器630。 此單 個薄膜厚度監測器630是沿著移動之帶子610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 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摘測 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。 應>主意的是’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側邊設置）或是自其外側表面延 伸至其内側表面（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，以在帶子的每一圈轉動時得到 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。 最佳模式和帶子結槿 使用流體轴承（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想的壓力， 以在拋光過程中提供原位修正之用。最好該平台具有約 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抛光劍，而防止 流體流通道的堵塞情形。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 18 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本買)

*1T 455937 經濟部中央標率局貝工消費合作社印聚 A7 B7 五、發明説明（16 ) 平台内的監測窗片最好是由堅硬耐到材料製成，例如 藍寶石》Swiss jewel公司的藍寶石窗片（產品編號W12 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β最好該監測窗片 在其一個或多個表面上具有抗反射塗層。 在使用上述的實施例時，最好能在基體與基體托架之 間使用一層載體膜，例如自R〇(Jel公司購得者（DF2〇〇) ^基 艘托架最好是以約5psi的壓力來將基體壓靠至帶子上。 拋光劑的pH值約為1.5至約1.2。可用的拋光劑之一種 類為可自Hoechst公司取得的Klebesol，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6001b 的力量來加以拉伸。 如上所述’“帶子”包含有至少一廣的材料，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 方法是使用不錢鋼帶，其可自Belt Technologies公司麟得 ，具有約14英吋的寬度和约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醢胺（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。 此不銹鋼帶放置在CMP機器的該組滾輪上，並處於 約2,0001b之拉力下。當此不銹鋼帶處於拉力狀態下時， 在該拉伸間的不銹鋼帶上放置一層拋光材料，最好是R〇del 本紙張尺度適用中國因家標準（CNS ) Α4規格（2丨0 X 297公釐） 19 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 455937 Α7 ____B7 五、發明説明（Π ) 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9〇密耳（Mil) 的總厚度；其中約50密耳該層拋光材料，而約2〇密耳是不 銹鋼帶，約20密耳為該PVC底墊。 上述製造方法有數項缺點。首先，由於不誘鋼帶必須 要在滾輪上力以拉伸，這會造成CMP機器的停機時間。 其·人’此種結構必須要有技術工人和時間方能將該塾放置 在不銹鋼帶上。 為克服這些缺點，該條帶子可以製成為如同茜/元〗 年2月14日提出申請而名稱為“integrated Pad and Belt

Chemical Mechanical Polishing”的序號第 〇8/8〇〇,373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。此種组合物的較佳結構如下。 此條帶子是固繞著編織的Kevlar編織物所製成的。其 發現，16/3 BCelvar質料之150旦（Denier)緯紗和16/2棉質650 經濟部中央榡準局員Η消费合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項存填寫本貫) 旦經炒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“經炒”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 直經。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 錢鋼帶相同的寸尺。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 標準（CNS )从⑽（210 乂 297公釐) '~~~Τ'- 45593 經濟部中史標準扃員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（18 ) 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 先製做好者。 除了將編織物與聚胺基甲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Rodel公司的1C 1000拋光塾 ，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 拋光劑十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 於得到更正確而可重覆的結果》 抛光層亦可包含有一道拋光劑輸送通道。此拋光劑 輪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1mm »這些拋光劑輸送通道 一般是配置成_種使它們沿著拋光表面之長度方向延伸的 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐} 21 (请先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 37 A7 B7 五、發明説明（19 ) 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 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* 經濟部中央梯率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) 監測窗片可以利用足夠強壯而可以在CMP過裎中將 監測窗片固定在定位的黏著剤加以固定住。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。 /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 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS〉A4現格（210X297公釐） 4559 經漓部中央標準局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（2〇 ) 洗鑄於該孔洞内《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β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。 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β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。 第四較佳會施例 第^圏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900,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9圖中所示，一個旋轉的晶圊固定;座920用來支撐 一晶圓，而一個拋光元件（平台912上的拋光墊930)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920 會將晶圓表面壓迫至拋光墊930上，並將晶圓繞著一條第 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） .23 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ,1Τ 4559 3 Α7 Β7 經滴部中央標準局負工消费合作社印策 五、發明説明（a ) 一軸心線910相對該拋光墊930轉動（參見例如美國專利第 5,329,732號）。該拋光墊930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912繞著轴 心線915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拋光墊930繞著與 第一轴心線910不同之第二軸心線915轉動的速度和晶圓固 定座920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920的 下方，並藉由晶圓固定座920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930 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軸心線一晶圓固定座920之旋 轉轴心線和拋光墊930的旋轉軸線一間的距離而定。這會 在基體表面上形成不均句的速度分佈輪廓，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912或抛光整930 或是二者上設置一孔洞940而能進行原位監測作業。—監 測窗片固定至該拋光元件上，以至少封蓋住該平台912上 的孔洞’而在該抛光元件上形成_監測通道β 一薄膜厚度 監測器950會在該平台912和抛光塾930做角旋轉的過程令 在某些時候時位在該孔洞940的下方。（監測器95〇的使用 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。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -β 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Α4規格（210X297公釐） ' -- -24 - 45593 A7 B7

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五 '發明說明（22) 使用一個繞著不通過其中心之軸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變曲的 路徑移動通過該基體^ (參見T. Cleary和c. Barnes在西元 1996年 6月在 proceeding 〇f 1996 VMIC Conference 第 443 頁 中所發表的 “Orbital Polishing Techniques for CMP”一文及 世界專利WO 96/36459號。）此外，在上述的任何<^1>系 統内’其基體托架均可沿著一條封閉的路徑移動。 薄膜厚麽監測 上面所提到的薄膜厚度監測器，可以用來計算基體上 之一個層的厚度。任何可提供厚度資料的適當薄膜厚度監 測器均可配合上面所述的較佳實施例來使用。例如說厚度 可以橢圓測量術、光束輪廓反射測量術或是以光應力產生 器光束為基礎的技術來加以測量（如讓渡予本案受讓人的 美國專利申請案序號第〇8/865,〇28號（代理人案號7103/28 號）中所描述者）。但是下面所描述的技術卻是較合適的。 多波長糸譜儀 第7圖顯示出使用多波長照明之系統700，即較合適的 監測系統’的組件。此系統700包含有一照明模組7〇3，其 包含有一閃光燈705和一個具有觸發器的電源供應器710» 該系統700亦包含有光譜.儀730、類比至數位轉換器735、 同步器和匯流排界面740、第一和第二數據儲存器750、755 、參考通道765、參考通道處理器770、窗片感測器745和 數據處理及演算法發展方塊760。光纖775將閃光燈705、 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------I I ----- I 1^ <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> 25 45 59 Α7 Β7 經濟部中央標準局員工消费合作社印裝 五、發明説明（23 ) 數據處理及演算法發展方塊760。光纖775將閃光燈705、 參考通道765和光譜儀730以光學方式連接至平台795内的 光束成形模組720。此系統700是用來計算放置在平台795 上之晶圓内的一層薄膜的厚度，如下面所將說明的。 閃光燈705可產生範圍在約200nm至2微米内的光線。 光纖775可攜帶一部份來自閃光燈705的光線至參考通道 765。參考通道765可測量該光線的總能量，並產生—個代 表該總能量的類比信號給參考通道處理器770。參考通道 處理器770會將該類比信號轉換成數位信號，並將該數位 信號傳送至第二數據儲存器755。儲存在第二數據儲存器 755内之資料的使用將在下文中更詳細地加以說明。 光纖775亦可將來自閃光燈705之光線的另一部份加以 攜帶至位在平台795内的光束成形模組720 *光束成形模組 720可改變光線的直徑’而將光束聚焦或瞄準至晶圓（未顯 示）上的某一特定點上《此光束成形模組包括有單個或多 個透鏡或顯微物鏡及光圈窗片。此透鏡可決定照明點大小 ’並將反射光線再聚焦在光織上。光圈窗片可決定要收集 反射光線中的那一部份。 當光線照射在晶圓上時，該晶圓會反射該光束的一部 份。光譜儀730可測量反射光線的光譜，並產生一個代表 著該光譜反射比的類比信號。類比至數位^轉換器73 5將類 比信號轉換成數位信號，並將該數位信號送至同步器和匯 流排界面740 » 1^·器和匯流排界面740係依據感測器745而作動的* (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4現格（210X 297公釐） 26 456937 A7 B7 經濟部中央標準局負工消费合作社印製 五、發明説明（24 ) 感測器745可偵測帶子上的窗片何時對齊於平台上的窗片 ，且感測器745可在要產生該光束及偵測自晶圓上反射回 來之光束的光譜時啟動該界面740 » 在接收到來自該感測器之信號時，同步器及匯流排界 面740會協調三項功能。首先，其會傳送一觸發信號至電 源供應器710，使得該閃光燈705產生一光線脈波來照射該 晶圓。其次，同步器和匯流排界面740可使用該參考通道765 來測量該光線脈波中被導引至該參考通道765内之部份的 總能量。此測量值會記錄在第二數據儲存器755内。第三 ，同步器和匯流排界面740會將來自類比至數位轉換器735 的數位信號儲存在第一數據儲存器750内。此項協調動作 可確保該第一數據儲存器750中僅記錄在晶圓被照射時所 收集到的數據。 存在第一和第二數據據儲存器750、755内的資料會 被使用在數據處理及演算法發展方塊760内。方塊760會使 用儲存在第二數據儲存器755内的資料來將第二數據儲存 器755内的資料針對例如由於閃光燈705老化而造成的脈波 強度的變化加以化一化處理（Normalize) 〇接著方塊760會 使用這些化一化處理過的資料和儲存在第一數據儲存器 750内的資料來計算晶圓上之薄膜在測量點處的厚度。使 用電腦來分析該偵測到的光譜反射功能，特別是其最小值 和最大值，將可提供該厚度值，且在某些情形中，也可提 供所測量之薄膜的折射率。 其它有關於光譜測量術的資料可參見Bell，r.j.， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（2i〇X297公釐} ,Λ ml m (請先M讀背面之注意事項再填寫本頁) 27 4559 37 經濟部中史標準局員工消费合作社印家 A7 B7 五、發明説明（25) “Introductory Fourier Transform Spectroscopy” Academic Press, New York(1972)和 Hutley，M,C·，“Diffraction Gratings” Academic Press，London( 1982)等書。在美國專 利第 5,517,312 號、第 5,486,701 號、第 4,308,586 號和第 4,844,617號中亦曾描述光譜測量術。 其它方法 在替代閃光燈705上，其可以一個大致上連續作動的 光源配合與移動之基體同步運作的快鬥或斬光輪（Chopper Wheel)，以供在該基體位在光源上方時來輸出光線。 在另一種實施例的系統中，其係以參考光譜儀810 、參考類比至麩位轉換器820和參考同步器和匯流排界面 830來代替第^之系統7〇〇内的參考通道765和參考通道處 理器770。系統800内的其它零組件是和系統700内的相似 。除了如同系統700内之參考通道765〆樣測量總能量外， 參考光譜儀810亦可測量照射在晶圓上之光線脈波的光譜 。該參考類比至數位轉換器820可將攜帶著該光譜資料的 類比信號轉換成數位信號，其將會被傳送至參考同步器和 匯流排界面830。該參考同步器和匯流排界面830會根據來 自感測器845的信號而將光譜資料記錄在第二數據储存器 855 内。 當光束離開光束成形模組後，其在接辋到晶圓前會受 到例如來自其所穿過之介質的扭曲。當該光束的扭曲遠大 於光源的波動時，該參考通道所所提供的粗測量結果已經 足夠。 本纸张尺度適用中國國家榡芈（CNS ) A4規格{210X297公釐） 28 (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 1559 3 經濟部中央標隼局員工消费合作社印裝 五、發明説明（26 ) 但是，在該光束的扭曲並非是遠大於該光源的波動情 形時，其最好是使用由此另一實施例中之參考光譜儀所提 供的更詳細的測量值。 另一種的實施例是使用單束光纖束來代替以分光器將 反射光線與照射光線分離開的分叉式總成。 f植模式 閃光燈和具有觸發器的光源供應器最好是使用氙閃光 燈（例如Hamamatsu公司之型號L4633者）和具有觸發器插 座之電源供應器（例如Hamamatsu公司整號^4479者）。而 該感測器最好是短距離擴散反射式感測器（例如Sunx公司 型號CX-24者）。 最好該光譜儀和參考光譜儀是單石迷你型光譜儀（例 如Zeiss公司型號MMS1者）。 該參考通道最好包含有光電二極體，例如由 Haraamatus公司所供應者。同步器和匯流排界面，以及參 考同步器和匯流排界面可以以由TEC5公司所供應之元件 來製做之。 第一和第二數據儲存器可以使用適合用在電腦内之儲 存媒介來實施之，例如硬式磁碟機、RAM，或類似之裝 置。如熟知此技藝者所知曉者，第一和第二數據儲存器和 數據處理及演算法發展方塊也可以是監測系統整體的一部 份，而不是一個外加單元的組件。 在上面背景說明中所引述的文獻中說明有多種其它的 數據處理及演算法發展方塊。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -Φ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4il格（ 210X297公楚） 29 4559 3 經濟部中央標隼局貝工消費合作社印製 A7 ___ B7__ 五、發明説明（27 ) 光纖最好是雙又式熔矽光纖束。分光器則可藉著將光 織束中必要的部份加以彎折而製做之。最小的光纖束直徑 最好是3公釐。最好是僅將少於5%的光纖加以彎折至參考 通道或是參考光譜儀上^其可以增加額外的光纖，最好其 數量是相當於光束的照射部份，來收集反射光束。 雖然上面的討論主要是針對帶子内之監測通道，但是 可以輕易瞭解到，上述的監測系统也可使用在具有監測通 道的旋轉式平台上。但是感測器的功能會和線性帶子系統 中的不一樣。也就是說，在上述使用線性拋光元件的每一 個實施例中，其感測器是偵測帶子上的監測通道何時對齊 於薄膜厚度監測器。而在旋轉平台式系統中，感測器是偵 測晶圓何時對齊於移動平台上的單一監測通道，而不是何 時該監測通道是對齊於薄膜厚度監測器。 楚^1_厚度測量的方法 Λ 述的實施例可以使用在一種用來在Cmp程序中決 定基體層之厚度的方法中。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濕 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，即可如上所述般來決定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β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國家標率（CNS〉Α4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 — —______B7 _ 五、發明説明（28) *利用此資料’該CMP程序可以自動或手動地令止之。 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體之間即形 成一個光學迴路*這可使得其能測量該基體的表面狀態。 每一次當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，故可得到拋 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一種在進行化學機械拋光作業的 同時來決定基體之任何給定圚周上之移除率的方法中。當 CMP工具中的一監測通道對齊於一薄琪厚度監測器時， 該薄膜厚度監測器即可如上所述般地決定該基體上任何給 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拋光 元件每一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。 ^^^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圓基體之某一两定圓周上的薄 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β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 本紙張尺度剌巾關家標準（CNS) Ai}祕（2丨Gx297公爱）—_~~- ：---—— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 4 5 5 9 3 A7 R7 經濟部中央標準局貝工消费合作社印聚 五、發明説明（29 ) 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（ 或移動平台）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想邊緣相同的的速率加以抛光。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，其係先將抛光程序加以特性化以決定諸 如拋光壓力、帶子或平台速度、托架速度、拋光劑流量等 的拋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BBN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，可用來調整拋光參數（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。 N秦該要注意的是’上面所述的實施例艮以“基體”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 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（210X297公釐） 32 (碕先閲讀背面之注意事項再填寫本頁j -丁 A7 d669 3 7 B7 五 '發明説明（3〇 ) 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。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

11T 經濟部中央標隼局員工消资合作社印製 33 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) Α4規格（210X297公釐} A7 B7 五、發明説明（31 ) ' 元件標號對照 經濟部中央標率局貝工消費合作社印裝 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 第二滾輪 140 拋光劑配灑機構 150 拋光劑 155 平台 200 線性拋光機 201 帶子内側表面 202 帶子外側表面 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 帶子内侧表面 402 帶子外侧表面 403 帶子第一側邊表面 404 帶子第二側邊表面 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 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 丁 、-° 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2!〇X297公釐） 34 A7 4559 3 87 五、發明説明（32 ) 經濟部中央標率局員工消費合作社印製 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 703 照明模組 705 閃光燈 710 電源供應器 720 光束成形模組 730 光譜儀 735 類比至數位轉換器 740 同步器和匯流排界面 745 窗片感測器 750 第一數據儲存器 755 第二數據儲存器 760 數據處理及演算法發展方塊 765 參考通道 770 參考通道處理器 775 光纖 795 平台 800 系統 810 光譜儀 820 參考類比至數位轉換器 830 參考同步器和匯流排界面 845 感測器 855 第二數據儲存器 900 旋轉式拋光裝置 910 第一柏心線 912 平台 915 第二軸心線 920 晶圓固定座 930 拋光墊 940 孔洞 950 薄膜厚度監測器 1010 帶子 1020 孔洞 1030 孔洞 1032 孔洞 1034 孔洞 (请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準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 35

Claims (1)

1. 4559 3

   六、申請專利範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作社印*'!衣 第87108350號發明專利申請案申請專利範圍修正本 修正日期：90年3月 1. -種化學機械拋光裝置，其形式為包含有—拋光元件 、用來將該拋光元件沿著—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—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譜儀，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. 根據申請專利範圍第1項的裝置，其令該基體托架係沿 著一條封閉的路徑移動的。 3. 根據申請專利範圍第1或2項的裝置’其中該薄膜厚度 監測器包含有一光源’可用來在拋光作業中以光輻射 經由該監測通道來照射該基體。 4. 根據申請專利範圍第1或2項的裝置，其中該薄膜厚度 監測器包含有一光源，係可在約3〇〇11111和丨〇〇〇nm的波 本紙張尺度適用辛國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 36 t請先M讀背面之注i項再填寫本頁) Is kt- n I 線 45 59 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 長之間作動。 5. 根據申請專利範圍第!項的裝置’其中該移動裝置包含 有多個滾輪’可用來沿著一條線性路徑帶動該抛光元 件通過該基體。 6. 根據中請專利ϋ圍第5項的裝置，其中該_厚度監測 器進一步包含有一感測器，用來偵測拋光元件内的監 測窗片何時對齊於該薄膜厚度監測器。 7. 根據申Μ專利範圍第1項的裝置，其中該移動裝置包含 有一平台，係可繞著一條通過其十心的軸心線轉動而 將該拋光元件沿著一條彎曲的路徑移動通過該基體。 8·根據申清專利範圍第1項的裝置，其中該移動裝置包含 有一平台’係可繞著一條不通過其中心的軸心線轉動 而將該拋光元件沿著一條彎曲的路徑移動通過該基體 9·根據申請專利範圍第i項的裝置，其中該移動裝置包含 有一平台’可沿著一條封閉路徑移動而將該拋光元件 沿著一條彎曲路徑移動通過該基體。 10. —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.體上進行化學機械拋光作業，該 撤光元件具有一個監測通道，且係以拋光劑加以澗濕 :以及 (b) 在該化學機械拋光作業中，利用一個内含有光 本紙張尺度適用中國囷家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (靖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -- - - - - ---訂 I I 1 I 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 37 455937 | D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制^ 六、申請專利範圍 譜儀的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。 11. 根據申請專利範圍第10項的方法，其中該薄膜厚度監 測器包含有： (a) —光源； (b) —光敏感偵測器，用來監測來自光源的強度； (c) 一光譜儀，可將光線發射成多種可為多個偵測 器偵測到的波長；以及 (d) —數據處理元件，用來處理來自光譜儀的信號 ，並估算基體上之一層薄膜的厚度。 12. 根據申清專利範圍第11項的方法，其中該光源是一個 閃光燈’會發出與一移動基體同步的光輻射。 13 ·根據申請專利範圍第1丨項的方法，其中該光源是一個 大致上連續作動的光源，且其中該發明進一步包含有 一個快門’係與一個移動的基體同步運作，以在該基 體位在該光源上方時輸出光線。 14. 根據申請專利範圍第〗丨項的方法，其中該光敏感偵測 器包含有光譜儀。 15. —種決定化學機械拋光程序之終點的方法，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 通道對齊於一個内含有光譜儀的薄膜厚度監測器時’ 測量基體之薄膜厚度；然後 本紙張尺度·中關家標^^4規格（21〇 χ视公笼）-- (請先閲讀背面之注i項再填寫本頁) _ * ---------訂----- I 線 4559 37 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 六、申請專利範圍 (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項的方法，進一.步包含有在該 薄膜厚度達到預定厚度值時中止該化學機械拋光程序 的步驟。 17· —種用來在進行化學機械拋光程序時決定基體之任一 給定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 通道對齊於一個内含有光譜儀的薄膜厚度監測器時， 測量基體之第一薄膜厚度；然後 (b) 在化學機械拋光過程中，當拋光元件上的監測 通道再次對齊於該内含有光譜儀的薄膜厚度監測器時 ，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 〇 18.—種用來在進行化學機械拋光程序時決定在抛光元件 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 監測通道對齊於第一個内含有光譜儀的薄膜厚度監測 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 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4规格（210 X 297公釐） 39 ---I I ---- -------------- I 訂-----HI (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 測通道再次對齊於該第—個内含有光譜儀的薄膜 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 f測通道對齊於第二㈣含有光譜儀的薄膜厚度監測 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争，當拋光元件上的該第 二監測通道再次對齊於該第二個内含有光譜儀的薄膜 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⑷中 的第一薄膜厚度間的差值；然後 (0計算出步驟（d)中的第四薄膜厚度與步驟（c)尹的 第二薄膜厚度間的差值；然後 (g)计算出步驟（e)與（f)之差值的平均值。 19_ 一種用來在進行化學機械拋光程序時決定在該帶子之 每一圈迴轉中跨過基體表面上的移除率的變化量的方 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 監測通道對齊於第一個内含有光譜儀的薄膜厚度監測 器時’測量基體之第一薄膜厚度；然後 (b) 在化學機械抛光過程中，當抛光元件上的該第 一監測通道再次對齊於該第一個内含有光譜儀的薄膜 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個内含有光譜儀的薄膜厚度監 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2〗〇 X 297公釐〉 40 I 1ml! * — — 11 I I 1 訂-— I I 1! .^ (锖先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 9 5 5 0^8008 ^BaD 六、申請專利範圍 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，當拋光元件上的该第 二監測通道再次對齊於該第二個内含有光譜儀的薄膜 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⑷中 的第一薄膜厚度間的差值；然後 (0計算出步驟（d)中的第四薄膜厚度與步驟（c)令的 第三薄膜厚度間的差值；然後 (g)計算出步驟（e)與（f)之差值的變差。 2〇_—種使化學機械拋光程序最佳化的方法，包含有下列 步驟： U)特性化拋光程序，以決定程序參數的作用；然 後 ί靖先閲續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 (b) 決定移除率；然後 (c) 調整拋光程序參數’以使移除率成為最佳化。 21_根據申請專利範圍第2〇項的方法，進—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。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） 41 裝--------訂--------線