TW562718B - Method and apparatus for detecting polishing endpoint with optical monitoring - Google Patents

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562718 五、發明說明（） 發明領域： 本發明係關於基材之化學機械研磨，特別是偵測化學 機械研磨終點時所用之方法與設備。 t明背景： 利用導電層、半導體層或絕緣層連續沉積在矽晶圓 上，疋典型在基材上形成積體迴路之方法。這種製造步 驟，包括沉積填充層於具有紋路之終止層上，直到超過終 止層，接著使此填充層平坦化到暴露終止層為止。例如， 導％填充層沉澱於絕緣終止層上，以用來填補終止層上之 紋路或孔洞❶經平坦化後，部分導電層殘留在具有紋路之 、、'巴緣層中，填平這些在基材上構成薄膜間導電電路之通 路、孔洞以及線路。 而化學機械研磨係一種可接受的平坦化方法。此平坦 化方法多數需要將基材固定在承載頭或研磨頭上。暴露之 基材表面倚靠在可旋轉研磨之碟形墊或帶狀墊上。研磨墊 可為，標準，研磨墊或混合研磨料研磨墊。此標準研磨墊具 有持久耐用之粗縫表面，而混合研磨料研磨塾則將研磨粒 子包覆在研磨墊中。承載頭提供受控制的負載量，例如壓 力’以推動基材倚靠著研磨墊。研磨墊表面使用研磨漿， 此研磨漿包含至少一種化學反應物，若使用標準研磨墊， 則研磨時需在表面加入研磨粒子。 化學機械研磨的問題之一係如何決定已完成研磨，例 如基材是否被平坦化至預期之平整度或厚度。基材最初厚 __ 第2頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — --------1IAW ^-----r---^------- C請先閲讀背面之注意事頊再填寫本頁> 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 562718 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（ 度、研磨漿組成、研磨墊狀態、研磨墊與基材間相對速度、 以及基材上負載量，這些變數都會造成材料研磨速率不 同。這些變化亦造成決定到達研磨終點所需時間之誤差。 因此，研磨終點不能僅靠研磨時間來判斷。 習知決定到達研磨終點之方法為，將基材移開研磨表 面，並檢查基材狀態。例如將基材移開研磨表面，量測厚 度、剖面或阻抗，確定該基材狀態是否到達研磨終點。若 預期之標準未達到，基材可被移回化學機械研磨設備中再 進行研磨。這種耗費時間的步驟降低化學機械研磨之產 能。若檢查結果出現基材已被過度研磨，此基材將不能再 被使用。 近來已實行在研磨處使用光學方法來監測基材狀 態’如使用干涉計或反射計監測研磨終點。舉例來說，欲 研磨金屬層至暴露底下之絕緣層或介電層時，當去除金屬 層時’基材表面之反射度會驟降。偵測此驟降可標記研磨 終點。然而即使反射度有非常明顯的改變，判定適當研磨 終點仍有困難。 發明目的及概沭： 本發明之一目的為偵測化學機械研磨終點的方法。此 方法中’使基材表面與研磨墊接觸，並產生基材與研磨墊 間的相對運動β光束照射在此基材表面，並沿一路徑通 過。監測由此基材表面反射回來之強度訊號，記錄這些光 束掃過基材表面之強度測量值。由這些強度測量值選出第 第3貫 本紙張尺度^用中國國豕標準(CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項*<填寫本頁)

562718 Α7 Β7 五、發明說明（） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一強度測量極值。重複步驟使光束一再掃過基材表面，將 可得到數個強度測量極值，由這些強度測量極值可判定研 磨終點。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明之另一目的如下。上述之第一強度測量極值可 由數個強度測量值之極大或極小值而得。第二強度測量極 值可由同群強度測量值中選定β由每次掃描之最大強度測 量值減去同次掃描之極小強度測量值可得到一系列微分 強度測量值。決定研磨終點包括確定第一強度測量極值或 第二強度測量極值需合於標準，或在第一強度測量極值及 第二強度測量極值皆合於標準的情況下成立。基材包括一 緊連研磨墊，及位在終止層〔如：介電層〕上之填充層 〔如：金屬層〕。當終止層部分暴露，或已過度暴露時， 可確定到達研磨終點。平均強度測量值可經由每次掃描之 強度測量數據群中計算出來，研磨終點亦可依此平均強度 測量值判定。研磨墊上可包括一視窗，透過此視窗之光 束，研磨墊與基材間之相對運動，並使光束掃過基材表 面。每強度測量值之光束位置需被定義。根據光束位置， 強度測量值可分為數個光束範圍。強度測量極值由每個光 束範圍中之數個強度測量值中選擇出來。在研磨終點時， 可停止研磨，或可改變研磨參數，例如研磨用消耗品〔例 如研磨漿〕。 本發明之優點如下。使用一範圍廣泛之有效終點偵測 規則，使光學監測系統可被應用在範圍廣泛之研磨程序 中。此終點偵測程序較習知健全並少有失敗。本發明可改 第4頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 562718 A7 B7 五、發明說明（） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 善在金屬研磨中之研磨終點偵測性。當位於底下之氧化層 一暴露時，研磨壓力、研磨速度、化學作用、及研磨漿組 成可立即被改變，並使研磨在氧化及阻礙層完整清除後， 可精確地停止。 經由下列說明，包括圖示與申請專利範圍，本發明之 其他特色和優點將變得明顯可見。 圖式簡軍說明： 第1圖所繪示為化學機械研磨設備之分解透視圖； 第2圖所繪示為包含一光學反射計之化學機械研磨設備側 面圖； 第3圖所繪示為處理基材時，光束照射基材表面以及由基 材表面反射之路徑圖； 第4圖所繪示為說明雷射與下方承載頭路徑一實施例之示 意圖； 第5圖所繪示為由光學監測系統得到之強度測量值對任意 強度單位作圖之曲線圖； 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 第6A-6D圖所繪示為使用平均強度測量值、極小強度測量 值、極大強度測量值、及微分強度測量值作為函數 距離時，金屬層反射強度值之曲線圖； 弟7圖所緣示為說明基材上強度測量值光束位置一實施例 之意圖； 第8 A圖所纟會示為樣品區域中確定光束位置之流程圖； 弟8B圖所續*示為表示光束通過基材底部之前端及後段時 第5頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 562718 A7 B7 五、發明說明（ 間對平台旋轉值作圖之函數圖； 第9圖所繪示為說明強度測量值之光束位置一實施例之示 意圖； 第1 〇圖所繪示為儲存強度測量值之資料結構表。 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 凰號對照說明： 10 基材 12 矽晶圓 14 氧化或氮化層 16 金屬層 20 化學機械研磨設備 22 研磨台 23 調動台 24 旋轉平台 25 中心軸 26 平台孔洞 28 调卽設備 30 研磨塾 32 支撐層 34 覆蓋層 36 視窗 38 研磨漿 39 機械手臂 40 光學監測系統 42 光束 44 光源 46 檢波器 48 電腦 49 輸出裝置 60 多頭旋轉設備 62 中心柱 64 旋轉軸 66 支撐平板 68 外蓋 70 承載頭系統 72 光束狹縫 74 承載體驅動軸 76 旋轉馬達 80 承載頭 81 自有中心軸 82 柔韌彈性膜 84 固定環 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) :^-----r---------^---j

第6T 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 562718 A7 ---------—_B7____ 五、發明說明（） 86 壓力傳輸空間 8 8 反射性表面 96 前端強度測量值 120 掃描路徑 124 基材下方中線 126 基材中心 136 前端時間TUad線性增 加函數 137 對稱時間Tsym線性增 加函數 138 光束42通過中線124 時之對 稱時間Tsyi 140 資料結構表 142 資料結構表 144 資料結構表中之行列 160 位置感應器 162 旗狀物 發明詳細說明： 根據第1圖及第2圖，化學機械研磨設備20可研磨 一或多個基材1 〇。與化學機械研磨設備20相似的一份說 明在美國專利第5,73 8,5 74號文中提及，此份說明附錄於 參考文獻中。化學機械研磨設備20包括一系列研磨台22 和調動台23。調動台23可轉換承載頭和負載設備間之基 每個研磨台上包括旋轉平台24,與配置於上之研磨墊 30。此第一或第二研磨台上可包含雙層研磨墊，此雙層研 磨墊可為朝外面為堅固耐用之標準研磨墊或朝外面為嵌 有研磨粒子之混合研磨料研磨墊。最後研磨之研磨台可包 含較軟之研磨墊。每個研磨台也可包含控制研磨墊位置之 研磨墊調節設備28，可使研磨基材效率更好。 典型雙層研磨墊30具有緊鄰旋轉平台24表面之支撐 第7頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 裝----l· — 訂------卜丨·線·. 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 562718 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（） 層32，以及用來研磨基材1〇之覆蓋層34。典型之覆蓋層 34較支撐層32堅硬。然而，某些研磨墊只有覆蓋層34 而沒有支撐層3 2。覆蓋層3 4可由具開放小孔之聚氨酯 (polyurethane)材料或表面有溝紋之聚氨酯薄片製成。支撐 層32可由氨基钾酸酯（urethane)溶濾製成之壓縮說狀纖維 組成。一具有1C-1000支撐層與SUB A-4覆蓋層之雙層研 磨塾，可向美國Delaware州，Newark市，Rodel公司購 買（IC-1000及SUBA-4都是此Rodel公司產品名稱）。 一多頭旋轉設備6 0由中心柱6 2所支撐著，以旋轉馬 達裝置（未畫出）驅動，沿旋轉轴64旋轉。中心柱62也支 撐著支撐平板66及外蓋68。多頭旋轉設備包含4個承載 頭系統70。中心柱62可讓旋轉馬達旋轉支撐平板66，並 使承載頭系統與基材一起沿著旋轉軸64移動。3個承載頭 系統容納且固定基材，壓迫該些基材接觸研磨墊進行听 磨。同時，其中一個承載頭系統接受並傳遞基材到調動台 23 ° 每個承載頭系統包含承載體與承載頭80。承載體驅動 軸74連接承載頭旋轉馬達76〔如圖中移去四分之一外蓋 68之部分所示〕與承載頭80，因此承載頭80可沿自有中 心軸81旋轉。此外，每個承載頭80可在支撐平板66存 在之光束狹缝72中作橫向移動。 承載頭80執行數個機械函數。大體來說，承載頭8〇 固定住基材10接觸研磨整30，由此基材1〇背面提供一向 下壓力，從承載體驅動軸74傳導一力矩至基材上，目 第8頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------_ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} ^-----r---訂-------^ ^2718

A7 五、發明說明（） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 的在確定研磨操作中，基材1〇不會由承載頭底面滑出。 承載頭80可包含供給基材1〇架設表面之柔韌彈性膜 82 ’以及用來固定基材於架設表面之下之固定環84。壓力 傳輸2間86以柔韌彈性膜82和基材10分隔，可迫使基 材1〇緊靠研磨墊30。此固定環84可用高反射性物質製 成’或者以反射層塗佈，以提供一位置較低的反射性表面 8 8。相似承載頭8〇記載在美國專利申請編號第〇8/86 1 26〇 號’申請日期1997年5月21曰，此份完整說明附錄於參 考文獻中。 可作為研磨墊30表面之研磨漿38，包含反射物質 〔如氧化研磨中的去離子水〕與化學反應催化劑〔如氧 化研磨中的氫氧化鉀〕，可由研磨漿供應源，或合併研磨 漿與沖洗液之機械手臂3 9所供應。若研磨墊3 〇為一標準 研磨塾’則與此研磨墊配合之研磨漿必須含有研磨粒子 〔如氧化研磨中使用之二氧化矽〕。 操作過程中，旋轉平台24沿著中心軸25旋轉，而承 載頭8 0除沿自有中心袖§ 1旋轉外，並會橫移越過研磨塾 3 0表面。 在旋轉平台24上具一平台孔洞26，在此平台孔洞26 上方，具一與研磨墊30屬相同部份之視窗36。視窗之結 構記載在美國專利申請案第08/689,930號，申請曰期為 19 66年8月26日，此份說明附錄於參考文獻中。平台孔 洞26與視窗36位於同一位置，因此不論承載頭8〇位置 改變或旋轉平台24旋轉，皆可對基材1 〇作監測。 第9頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 『裝-----·1---訂---------線一 562718 Α7 _________ B7 五、發明說明（） 可做反射計或干涉計的光學監剛系統40，位於平台孔 洞26下方，穩定地與旋轉平台24—起旋轉。此光學監測 系統包含光源44與檢波器46。此光源44會產生光束42 , 藉由視窗36與研磨衆38傳導，照射到基㈣之暴露表 面。舉例來說，光源44可為一雷射發射器，而光束42即 為與光源平行之雷射光束。光束42由光源44投射，以與 法線方向夾角α 〔如：以和中心軸25與自有中心軸8丨之 夾角α〕，映在基材10的表面上。另外，如果平台孔洞 26和視窗36為狹長形，光束42必須被置於與視窗“延 伸軸相同處。光源可連續照射，或者，當平台孔洞26與 基材1 0相接時，光束再照射亦可。 化學機械研磨設備20可包含一位置感應器16〇，如光 學遮斷器’感應視窗36與基材1〇是否相接。例如，在與 承載頭80相對處之固定點架設一光學遮斷器。旗狀物162 連在平台周圍。此旗狀物1 62之長度與接點是經過選擇， 當視窗36掃過基材1〇表面，此旗狀物可遮斷位置感應器 160之光學訊號。 操作過程中，化學機械研磨設備2()使用光學監測系 統40來判斷基材1 〇上之材料是否被去除，或藉以判斷基 材10表面是否平整。電腦48接在光源44、檢波器46、 與位置感應器160上。當視窗36大略位於基材10下方， 電腦48可控制發射器啟動，並儲存由檢波器46檢測的數 值’經由輸出裝置49顯示強度測量值，並儲存強度測量 值，排序強度測量值，再依據研磨終點之邏輯判斷是否到 第10頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝 訂------卜！線Φ- 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 562718 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（） 達研磨終點。 依據第3圖，基材1〇包含矽晶圓12、金屬層16、與 處理過之氧化或氮化層14。此金屬可包含銅、鎢、銘 '或 其他金屬。當不同基材反射層被研磨，檢波器46之輸出 訊號也隨時間而改變。特別是當金屬層1 6研磨完而暴露 出氧化或氮化層14,基材之反射度會驟降。具輸出變化之 檢波器46可作内部反射值之測量紀錄〔簡言之，就是反 射值〕。如上所述，此反射值可作為金屬層研磨操作時之 研磨終點判斷。 大致上’不同位置研磨基材會造成反射強度值變化。 這是由於基材上不同位置金屬層之去除速率不同。舉例來 說，靠近晶圓圓周或邊緣之基材金屬層會先被去除，具缺 陷或傾斜之部分亦是，而靠近中心之基材金屬層較慢被去 除。然而，依據光學監測系統，整體晶圓之反射值是以毫 秒單位為單位之相對精密時間範圍所得到，因此可用來判 定研磨終點之時間。 根據弟4圖’旋轉平台24旋轉加上承載頭80之線性 掃描使視窗36〔包括光束42〕沿著掃描路徑120#過承 載頭80和基材10之表面。根據第5圖，當光束42掃過 基材1 0 ’光學監測系統4 0獲得一系列強度測量值I i，12， I3，…，In〔 N隨掃描而變〕。光學監測系統4〇之樣品速 率F〔強度測量所獲得之速率〕大約是2000 Hertz 〔Hz〕’甚至更高，取決於0·5到2亳秒間之取樣時間。 每當視窗掃過基材表面，電腦4 8由一系列強度測量 第11頁 本紙張尺度適用中國國家標举（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 l·---訂---------線j 562718 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（） 值L，Ϊ2，Ϊ3，…，ΪΝ得到一有意義值。例如：平均一系 列強度測量值可得到一平均強度測量值ιΜΕΑΝ。電腦也可 從一系列強度測量值中得到極小強度測量值IMIN或極大 強度測量值Imax，並定義微分強度測量值IDIF等於極大強 度測量值和極小強度測量值之差值，imax_imin。 一系列多次掃描後所獲得值被儲存在記憶體或存儲 器中d根據第6A-6D圖，此一系列值〔每次掃描可獲得一 數值〕統計後以時間函數顯示，可提供基材反射強度對時 間變化紀錄。此隨時間變化紀錄也可去除雜訊。第6 A圖 顯示，反射值可由每次掃描之平均強度測量值得到；第6B 圖顯示，反射值可由每次掃描的極大強度測量值得到；第 6C圖顯示，反射值可由每次掃描的極小強度測量值得到； 第6D圖顯示，反射值可由每次掃描的微分強度測量值得 到。 關於極小強度測量值、極大強度測量值、與微分強度 測f值所代表情況稍後解釋如下。最初，金屬層1 6因為 底下圖案層影響，表面具有起伏。由於此起伏，當光束照 到金屬層時會產生分散。研磨操作進行後，金屬層16會 變得較平整，此已研磨金屬層16之反射度會增加。當大 部分金屬層被去除，強度相對較穩定。當氧化層1 4開始 暴露’總體訊號強度會下降直到研磨操作完成為止。由極 小強度測量值、極大強度測量值、與平均強度測量值所得 到之圖形都很相似，但微分強度測量值所得圖形卻不同， 係因為以下強度測量掏取數值點時，使用不同步驟。 第12頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 丨餐 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝-----r---訂-------線· 562718 A7

五、發明說明（） 極大強度測量值、極小強度測量值、與微分強度測量 值在金屬研磨終點分析相當有用。特別是極小強度測量值 在氧化層一暴露就會馬上產生驟降。相較之下，極大測量 強度值在氧化層幾乎完全暴露時才有驟降發生，換言之， 極大強度測量值的驟降發生是在極小強度測量值之後。因 此’極小強度測量值可用來偵測最氧化層研磨點發生，而 極大強度測量值可用來偵測金屬是否完整去除。平均強度 測量值落在極小強度測量值和極大強度測量值之間。微分 強度測量值提供基材不均度之判斷，因為當金屬去除至暴 露一些，但非全部氧化層時，此刻微分強度測量值為最 大。 根據以上此四個強度測量值，可適用於多樣化之研磨 終點偵測系統。個別研磨終點判定〔如以區域之極大值、 極小值、斜率或端點值〕為各形式紀錄建立。多樣紀錄之 研磨終點狀態可以布爾數學邏輯〔Boolean logic〕結合。 舉例來說’研磨可在研磨狀態到達極大強度測量值或微分 強度測量值時停止。但研磨也可以在研磨狀態到達極小強 度測量值與平均強度測量值時停止。另外，亦可使用合併 多個測量值來決定研磨終點。 不同研磨終點測量值可用來決定需進行何種研磨步 驟。極小強度測量值可用在改變研磨參數之時間。舉例來 說，當氧化層一暴露，研磨壓力、研磨速度、化學作用、 及研磨漿組成需要改變。特別為避免研磨失敗，將研磨衆 由高選擇性改變到低選擇性。研磨可在極大強度測量值出 第13頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------*丨 up-裝 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) l·---訂---------線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 562718 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ 現時終止，因為這代表金屬平面已完全被去除。 平均強度測量值、極小強度測量值、極大強度測量 值、以及微分強度測量值亦可建立多個基材上之光束範 圍0為光束範H而產生之強度測量值記載在美國專利申請 第09，1 84,767號，申請曰期1 998年u月2號。此份說明 附錄於參考文獻中。前述之，旋轉平台24加上承載頭8〇 之線性掃描使視窗36〔包括光束42〕沿掃描路徑12〇掃 過承載頭80和基材1G之底面。根據第7圖，由對應強度 測量值Ii，12，…，In所得到之光束位置Ri，R2，…，以 可被定義。其中一個定義強度測量值之光束位置方法係以 測量時間、旋轉平台之旋轉速率、以及承載體掃描變化為 基準，計算基材表面之雷射位置。但旋轉平台24實際旋 轉速率和承載體掃描變化並不能精確配合研磨參數。因 此，第8A圖顯示一較常被用來確定強度測量值之光束位 置方法130首先，光束42通過基材下方中線124〔如第 5 C圖所示〕之時間先被定義〔步驟13 2〕。然後， 由測量時間Tmeasure和對稱時間Tsym之時間差藉以確定強 度測量值之光束位置〔步驟1 34〕。 另一個確定對稱時間Tsym之方法為，當該些強度測 量值和基材邊緣對應，由每次掃描去平均最先和最後之大 里強度測量值。然而，此方法求取對稱時間Lym卻含有某 些不確疋性，因為並無法得知基材上強度測量值之位置。 根據第8B圖，為了在步驟132計算對稱時間, 電腦48由掃描路徑12〇判別最先和最後之大量強度測量 第14頁 ------------- 裝--- (請先閱讀背面之注意事«/再填寫本頁) Ηδτ· 4 562718 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 時 五、發明說明（ 值，並儲存相對應時間Tlead和丁trail。每次掃描累積這前 端時間和後端時間Tlead和Ttrail，可得到一系列前端時間 值 Tleadl，Tiead2,…，TleadN 和後端時間值 Ttraill，Ttra丨丨2,...，

TtrailN。電腦48會儲存這些前端時間值Tleadl，Tlead2, ,

丁丨eadN和對應每個前端強度測量值90有關連之旋轉平A 轉值1，2 ,…，N。同樣地，電腦48會儲存這些後端時 間值Ttraill，Ttraii2，…，TtrailN和每個後端強度測量值對 應之旋轉平台旋轉值1，2，…，N。假設旋轉平台24 H以 一大略定速旋轉，則時間T丨eadl，T丨ea(U，…，TleadN會形 成一接近線性增加函數〔如前端時間TUad線性增加函數

136之直線所示〕。相同地，時間Ttrai|i，Ttrai|2, ··· u . . . trailN 也a形成一接近線性增加函數〔如對稱時間線性/ 加函數137之直線所示〕。電腦48收集兩線性函數找: 兩最小二次平方式如下：

Tlead{^)^Clx+{a2 ^n)

Ttraii {n) = α3 + (α4 * η) 此處η為旋轉平台之旋轉值，而ai , h ,幻和“為最小_ 次式的係數。一但得知最小二次式係數，當光束42、 基材下方中線124時〔如光束42通過中線124時之=過

時間Tsym 138之虛線所示〕之對稱時間Tsym可如以下八輛 計算得到： 乂 I 宁+平Μ 使用最小二次平方式以數個旋轉平台旋轉值計算對稱 第15頁 良紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（21() X 297公釐） ---Γ ^--------I I ^-----^---^------^---' rtf先閱讀背面之>i意事I再填寫本頁) A7

562718 五、發明說明（） 間Tsym，因藉此減少固定環下方之樣品區域之相對位置誤 差’並同時減少對稱時間Tsym之誤差。 若電腦48可計算在光束42越過基材下方中線124之 對稱時間Tsym ’則由基材中心丨26每強度測量值之光束距 離Ri , R2，…，Rn可依步驟132得到。依據第9圖，光 束位置可依下列公式計算： R 二」d2 +L2 - 2dLcos0 此處d為研磨墊中心點到視窗3 6中心點之距離，L為研磨 墊中心點到基材1 0中心點之距離，而0為視窗之角度位 置。角度0可依下列公式計算： ㊀ fplaten ·二兀bmeasure -丁sym) 此處fplaten為旋轉平台之旋轉速率〔單位為rpm〕。 假設承載頭以一正弦曲線模式移動，則承載頭之線性位置 L可依下列公式計算·· “L0+A.cos—Tmeasure) 此處ω為掃描頻率，A為掃描振幅，而L〇為承載體掃描之 中心位置。 另一實施例中，位置感應器1 60可用來計算當視窗經 過基材下方中線1 2 4時之對稱時間T s y m。假設位置感應器 160是被放在承載頭80之正對位置上，旗狀物162應被置 於視窗36與位置感應器160之相對交叉處。電腦48可儲 存當旗狀物1 62遮斷位置感應器之遮斷開始時間Tstart , 與再現光束之遮斷結束時間Tenf而對稱時間Tsym也可視 為遮斷開始時間Tstart與遮斷結束時間Tend之平均值。更 第16頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝 訂------：線#. 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 562718 A7 B7

五、發明說明（） 有一實施例說明，從連接平台驅動馬達和止1 土、 束驅動馬達之 光學辨識碼可分別去定義旋轉平台和承盡^、 Μ頭之位置。 ---：J--------f 裝 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 得知強度測量值之光束距離Ri , I . K2，··.，RN，一些 強度測量值可被忽略。如果強度測量值光束位置R大於基 材半徑’則此強度測量值應包括固定環、视窗或研磨漿等 背景反射度造成之效果。此固定環之強度測量值可被忽 略。這樣可確保薄膜強度值之計算並不會因這些假訊號所 影響。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經過數次基材表面光束掃描後’電腦4 §累積一手列 與測量時間Τι，T2，…，TN，與光束距離Ri , r2，…， Rn，有關的強度測量之強度測量值h，···，In。根據 第1 〇圖，當強度、時間、和光束位置開始累積，時間和 強度測量值會被排序到資料結構表1 40之行列中。每個行 列就是基材上一個光束範圍。例如，從基材中心算起強度 測里值2 0 in m以上之值會被排序到資料結構表中之行列 1 4 2中，強度測量值2 0 - 3 0 m m之值排序到資料結構表中之 下一行列1 4 4，而強度測量值3 0 - 4 0 m m之值再被排序到資 料結構表中第三個行列1 4 6，依此類推，操作者可依所需 選用。行列精確數目及光束範圍行列值依使用者希望來選 用。大致上來說，資料結構表中每個行列之光束範圍可被 選擇，如此可累積足夠之強度測量值提供一明確資料。 當強度測量值排序到光束範圍中，以上用來定義此平 均強度測量值、極小強度測量值、極大強度測量值或微分 強度測量值都可表現在行列中，因此對經過基材表面之每 第17頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 562718 A7 五、發明說明（ 個光束範圍可提供四種形式的強度測量值。個別研磨終點 判定〔如基於區域之極小值、極大值、斜率或端點〕可由 此光學範圍不同形式之強度測量值來決定。不同數值之研 磨終點狀態&光束範圍可以彳爾數學邏輯結合。例如，當 某些個光束範®狀態達到時，可判定為研磨㈣，或者只 有當某些光束範圍同時達到日寺，才決定此為研磨終點。因 此，一個多樣化的研磨終點偵測法則可被使用。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本 發明《申請專利範圍，凡其他未脫離本發明所揭示之精神 下所％成之等效改或修飾，均應包含在下述專利申請範圍 内0 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 頁 8 準 標 國 國 中 用 適 度 尺 張 紙 本 釐 公 97 2

Claims (1)

1. 562718

   六、申請專利範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1’種化學機械研磨之研磨終點偵測方法，至少包含： a) 使一基材之一表面與一研磨墊接觸； b) 使該基材之該表面與該研磨墊產生相對運動； Ο直射一光束接觸該基材之該表面； 句使該光束移動於通過該基材之該表面之一路徑， 該基材之該表面通過複數個區域； e) 監測因該光束照射由該基材反射產生之一強度訊 號； f) 對於該些區域中之每一區域，當該光束通過該基材 之該表面時，由該強度訊號取得複數個強度測量值； g) 對於該些區域中之每一區域，從該區域中之該些 強度測量值選取一第一局部強度測量極值； h) 重複步驟c)-g)，用以獲得通過該基材之該光束的 複數個掃描步驟並由每一區域與每一掃描步驟中存取 該第一局部強度測量極值，以產生複數個第一強度測量 極值；以及 i) 以該些第一強度測量極值來判定一研磨終點·。 2. 如申請專利範圍第丨項所述之方法，其中上述之第一局 部強度測量極值為由該區域中之該些強度測量值所得 到的一極大強度測量值。 3. 如申請專利範圍第丨項所述之方法，其中上述之第一局 部強度測量極值為由該區域中之該些強度測量值所得 第19頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公楚) —----------^ I ^..................m (請先閱讀背面之住意事项再填寫本頁} 、 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 VJ ABCD 中請專利範圍 g的一極小強度測量值。 如申請專利範圍第1項所述之方法，對於該些區域中之 區域，更包括由該區域中之該些強度測量值得到一第二 局部強度測量極值。 •如申請專利範圍第4項所述之方法，其中上述之強度測 量值所得到之該第一局部強度測量極值為一極大強度 剛量值，而該第二局部強度測量極值為一極小強度測量 值。 •如申請專利範圍第5項所述之方法，其中上述之偵測該 研磨終點步驟包括於每一掃描步驟與每一區域中由該 掃描步驟與該區域之該極大強度測量值減去該極小強 度測量值，以產生複數個微分強度測量值❶ 7·如申請專利範圍第4項所述之方法，其中上述之偵測該 研磨終點步驟包括決定是否與該第一局部強度測量極 值或該第二局部強度測量極值有關之標準已符合。 8·如申請專利範圍第4項所述之方法，其中上述之偵測該 研磨終點步驟包括決定是否與該第一局部強度測量極 值和該第一局部強度測量極值有關之標準已符合。 第20頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公楚) I I — — — — — — — — — I I · (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 參 562718

   /、、申凊專利範圍 .如申請專利範圍帛i項所述之方法，其中上述之基材包 括位於-終止層上之一填充層，而該填充層緊鄰該研磨 墊 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 10.如申請專利範圍S 9項所述之方法，其中上述之研磨終 點代表至少有部分之該終止層被暴露出來。 u·如申請專利範圍帛10項所述之方法，其中上述之填充 層為一金屬層，而該終止層為一介電層。 12·如申請專利範圍第11項所述之方法，其中上述之第一 強度測量極值為由該些強度測量值所得到之該極小強 度測量值。 13·如申請專利範圍第9項所述之方法，其中上述之研磨終 點代表大部分之該終止層被暴露出來。 14·如申請專利範圍第13項所述之方法，其中上述之該填 充層為該金屬層，而該終止層為該介電層。 15·如申請專利範圍第14項所述之方法，其中上述之第一 強度測量極值為由該些強度測量值所得到之該極大強 度測量值。 第21頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) (請先閲讀背面之註意事項再填寫本頁) 562718 ABCD 六、申請專利範圍 16·如申請專利範圍第14項所述之方法，更可以包括由該 些強度測量值取得一平均強度測量值。 17.如申請專利範圍第16項所述之方法，其中上述之研磨 終點是以該平均強度測量值來決定。 18·如申請專利範圍第丨項所述之方法，其中上述之研磨墊 至少包括一視窗，且該光束直接透過該視窗，該研磨墊 和該基材之相對運動，使該光束可掃過該基材之該表 面0 19.如申請專利範圍第18項所述之方法，其中上述之研磨 墊可旋轉’使該研磨墊和該基材有相對運動。 2 0 ·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述之區域對 應於由該基材中心延伸之光束範圍。 21·如申請專利範圍第1項所述之方法，更可包括在該研磨 終點停止研磨。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 22·如申請專利範圍第丨項所述之方法，更可包括在該研磨 終點改變一研磨參數。 23·如申請專利範圍第22項所述之方法，其中上述之研磨 第2頂 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐） 7 _______ ^ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5 A8 B8 C8 D8 '---*--—_____ 六、申請專利範圍 參數為一研磨用消耗品。 24·如申請專利範圍第23項所述之方法，其中上述之研磨 用消耗品為一研磨漿。 25·如申請專利範圍第24項所述之方法，其中上述之研磨 聚係由一高選擇性研磨漿改變為一低選擇性研磨漿。 26. —種對化學機械研磨之研磨控制方法，至少包括： a) 使一基材之一表面與一研磨墊接觸； b) 使該基材之該表面與該研磨墊產生相對運動； c) 直射一光束接觸該基材之該表面； d) 使該光束移動於通過該基材之該表面之一路徑； e) 監測因該光束照射而由該基材反射產生之一強度 訊號； 0當該光束通過該基材之該表面時，由該強度訊號取 得複數個強度測量值； g) 從該些強度測量值選取一極小強度測量值； h) 從該些強度測量值選取一極大強度測量值； i) 重複步驟c)-h)，用以獲得通過該基材之該光束的 複數個掃描步驟，以產生複數個極小強度測量極值與複 數個極大強度測量值； j) 以該些極小強度測量值決定一第一研磨終點； k) 以該些極大強度測量值決定一第二研磨終點。 第23頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公楚) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 562718 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 27· —種對化學機械研磨之研磨終點偵測方法，至少包括： a) 使一基材之一表面與一研磨墊接觸； b) 使該基材之該表面與該研磨墊產生相對運動； c) 直射一光束接觸該基材之該表面； d使該光束移動於通過該基材之該表面之一路徑； e) 監測因該光束照射而由該基材之該表面反射產生 之一強度訊號； f) 當該光束通過該基材之該表面時，由該強度訊號取 得複數個強度測量值； g) 對每一該些強度測量值定義位於該基材上之一光 束位置； h) 根據該光束位置將該些強度測量值區分成複數個 光束範圍； i) 由一該些光束範圍的該些強度測量值選擇一極端 強度測量值； j) 重複步驟c)-i)，用以獲得通過該基材之該光束的 複數個掃描步驟，以於每一光束範圍中產生複數個強度 測量極值；以及 k) 以在每一該些光束範圍中之該些強度測量極值來 判定一研磨終點。 第24頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 562718

   第4圖 強度

   第一次掃瞄 第二次掃瞄 -入- 人

   時間 第5圖