TWI238240B - Measuring apparatus - Google Patents

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1238240 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於-種用以量測基板之厚度等的量測裝 置，尤有關於一種用以量測形成於諸如半導體晶圓之基板 的表面上之薄膜膜厚等的量測I置。 【先前技術】 在近年來，隨著半導體裝置已變得更加高度集積化， 使得電路互連線已必須要更加細微，而多層互連線的層數 也已增加。在這樣的趨勢下，產生了—種將諸如半導體晶 圓之基板的表面予以平坦化的需求。具體而言，隨著電路 互連線變得更細微’用於顯影技術（phGtGlithGgraphy)的 光線波長會變得更短。在❹此種具有短波長的光線時， 在基板表面上之聚焦區域中所能能夠容許的段差高度 (step heights)會變得更小。因此，基板必須具有高度平 坦表面’俾使聚焦區域的段差高度變小。從該觀點而言， 習慣上係藉由化學機械拋光（chemical meehanieai

Ashing，簡稱CMP)製程移除形成於半導體晶圓表^ 的不平整物，以便獲得平坦表面。在由CMp裝置進行的 化學機械拋光製程中，係使做為待拋光對象物的半導體晶 圓與拋光墊滑動接觸，同時並將拋光液供應到該拋光墊 上’從而對該半導體晶圓進行拋光。 在上述之化學機械拋光製程中，必須在進行拋光製程 達預定時間後，於預定點停止該拋光製程。例如有一種情 形，諸如二氧化矽（Si〇2)之絕緣層必須餘留在諸如銅（cu) 315937 5 1238240 二入it'之金屬互連線結構上。此種絕緣層係被稱為層 ^=〇11灿州破咖），因為在後續製程中，諸 如果二二層體_餘該'絕緣層上。在這樣的情況下’ 可能會暴露出來。因此，上方的金屬互連線結構 便使絕緣層（層：電心=點停止拋光製程’以 有特定厚度。 电貝）餘邊在金屬互連線結構上並具 且有種情形，將預先形成於半導體晶圓表面上、 ::預：圖樣的互連線溝槽以銅（或銅合金）加以填充， 製程將餘留在表面上的銅層不必要的部份 =:: = CMP製程移除銅層時，必須選擇性地移 溝槽中。1體=上的銅層，俾使銅層僅會餘留在互連線 Γ;二必須以一種適當的方式將銅層從表面 私除，俾使諸如二氧化矽之絕緣層 線溝槽的部份暴露出來。 、’ h 卜互連 在此種情形下，如果過度執 ，中的銅層連同絕緣層一起加以拋光衣】電：::連： 變大，因而須將該半導體晶圓丢棄，導致曹：厂阻會 於此，若未有效地執行拋光製程 貝^相對 二則電路之互連線便不會彼此分隔:銅】== :路。因此，必須再度執行拋光製程，因而導致 題並非僅發生在拋光銅層的情二且： 巧諸如銘層之其他種類金屬層後 该等金屬層時也會發生。 、礼先 315937 6 1238240 士因此，迄今為止，習慣上均使用具有光學感測器之量 測I置對形成於待拋光表面上之絕緣層（絕緣薄膜）或金 屬層（金屬薄膜）的厚度進行量測，以便偵測CMp製程 的終點。在此種㈣裝置中，係#執行拋光製程時，將雷 射光束或自光從光源發^至半㈣晶圓，並㈣從形成於 +導體晶圓上之絕緣薄膜或金屬薄膜反射的反射光線，以 便偵測該拋光製程的終點。在另一種型式的量測裝置中， 係當執行抛光製程時，將可見射線（visible叩）從光源發 出至半體aa ® ’並利用分光鏡分析從形成於半導體晶圓 亡之絕緣薄膜或金屬薄膜反射的反射射線，以便偵測該拋 光製程的終點。 然而’上述量測裝置卻具有下列問題··如果在光源和 導體晶圓間存在有諸如拋㈣的阻礙物，則從光源發出 的雷射光束及可見射線便無法到達半導體晶圓。因此，必 須於抛光墊設置諸如通孔或透明窗的傳送窗，俾使雷射光 束及可見射線可從該傳送窗通過。結果，抛光塾之製造勢 程數量會增加，從而增加本身為消耗元件之拋光墊的製造 ，本。再者’在上述量測裝置中’從半導體晶圓反射之雷 ，光束和可見射線並不安定。因此，難以精確地量測膜厚。 【發明内容】 本發明為有鑑於前述問題點所開發者。因此，本發明 的二的係提供-種量測裝置，能精確地量測物體之諸如厚 度等構造，而不用在阻礙物中設置諸如通孔的傳送窗。 為達上述目的，依據本發明的一個實施態樣，係提供 7 315937 1238240 一種置測裝置，包括：微波發射裝置，用以發出微波 (microwave)至物體；微波產生器，用以供應微波至該微 =發射裝置；偵測器，用以偵測業已從該物體反射或業已 牙透該物體之微波的振幅或相位；以及分析器，係根據業 已由4彳貞測彳貞測到之微波的振幅或相位，對該物體的構 造進行分析。 在本發明的較佳實施態樣中，該分析器係對反射係 數、駐波比（standing wave ratio )、以及表面阻抗至少其 中一者進行計算。 八 在本發明較佳實施態樣中，該分析器係對該物體的厚 度、内部缺陷、介電常數、電導率、以及磁導率至少其中 一者進行量測。 又糠本叙明另一實施態樣，係提供一種使基板滑動接 觸於抛光塾，而對基板進行拋光的拋光裝置，該拋光裝置 包括·拋光台，具有該拋光墊；頂環，用以固持該基板並 將該基板壓抵該拋光墊；以及量測裝置，用以量測形成於 板之表面上的薄膜的厚度；其中，該量測裝置係包括 用以發出微波至該薄膜的微波發射裝置、用以供應 該微波發，置的微波產生器、用以偵測業已從：薄膜反 射或業已穿透該薄膜之微波的振幅或相位的偵測器、以及 乂已由。亥铺測為谓測到之微波的振幅或相位 膜之厚度進行量測的分析器。 ' 一 本杳明較佳貫施恶樣中，係在該頂環中設置複數個 微波發射裝置；將該等複數個微波發射裝置之其中一者配 315937 8 1238240

置在相對於基板之中心部㈣# H 微波發射装置配署於装4 /、他的硬數個 ' :土板徑向上遠離基板之中心部份的位 本發明較佳實施態樣中’該量測裝置復包括渦電流 、光學感測器、偵龍光墊與基板間之摩擦力的摩 :=;::及_頂環或拋光台之扭力的扭力感測器 ，依，本發明另-實施態樣’係提供一種用以在基板表 面形成薄膜的化學氣相沈積（ehemieal vapGr de㈣出。η，鲁 簡稱CVD)裝置’該CVD裝置包括：於其中對基板進行 的處理至，用以供應材料氣體至該處理室内的氣體供 應裝置；用以加熱基板的加熱器；以及用以量測形成於基 板表面上之薄膜的厚度的量測裝置；其中，該量測裝置包 括用以發出微波至該薄膜的微波發射裝置、用以供應 至該微波發射裝置的微波產生器、用以偵測業已從㈣膜 反射或業已穿透該薄膜之微波的振幅或相位的偵測器、以 及根據業已由該偵測器债測到之微波的振幅或相位，對該· 薄膜之厚度進行量測的分析器。 依據本發明另一實施態樣，係提供一種量測裝置，包 括：發射裝置，用以發出線偏振波或圓偏振波至物體；至 夕兩組接收I置，各接收裝置係用以接收從該物體反射之 反射波，至少兩組债測器，各偵測器係用以读測該反射波 的振幅和相位；以及分析器，係根據由該等偵測器偵測到 的振幅和相位而分析反射波在偏振狀態中的變化，以便量 315937 9 1238240 測該物體的厚度。 在本發明較佳實施態樣中，該分析器復量測該物體的 "電常數、電導率、磁導率、以及折射指數。 在本發明較佳實施態樣中，該物體係為多層薄膜。 依據本發明另一較佳實施態樣，係提供一種使基板滑 動接觸於拋光墊，而對基板進行拋光的拋光裝置，該拋光 裝置包括：拋光台，具有拋光墊；頂環，用以固持基板並 將該基板壓抵該拋光墊；以及量測裝置，用以量測形成於 該基板表面上的物體的厚度；其中，該量測裝置係包括： 用以务出線偏振波或圓偏振波至該物體的發射裝置；至少 兩組接收裝置，各接收裝置係用以接收從該物體反射之反 射波；至少兩組偵測器，各偵測器係用以偵測該反射波的 振幅和相位；以及根據業已由該等偵測器偵測到的振幅和 相位而分析反射波在偏振狀態中的變化，以便量測該物體 之厚度的分析器。 在本發明較佳實施態樣中，係將該發射裝置配置於該 抛光台中。 在本發明較佳實施態樣中，該物體係為多層薄膜。 ^依據本發明，即使在諸如待量測對象物之物體和微波 發ΐ裝置之間存在障礙物（壯，拋光塾），微波也會通過 (牙透）該障礙物而到達該物體（例如，基板）。因此，並 不=要在該障礙物中設置諸如通孔的傳送窗。結果，不需 有"又置此種傳送窗的製程，因而能夠降低製造成本。再者， 依據本發明，能夠精確地量測物體的厚度等，而不會受到 315937 10 1238240 拋光液等影響。 【實施方式】 以下將參照圖式說明依據本發明實施例的量測裝置。 第1A圖係為顯示依據本發明第一實施例之量測裝置之原 理的不意圖。如第丨A圖所示，當將微波（入射波I)發出 至待1測物體S時，係由物體s反射該微波。從該物體s 反射之反射波（以下稱為反射波R)係具有依據諸如該物 體S之厚度及物理性質等構造而變化的振幅和相位。因 此’可藉由偵測該反射波R之振幅和相位至少其中之一 者’而分析該物體s的構造。物體之構造係包括物體厚度、 形成於物體中之諸如空隙等内部缺陷、介電常數、電導率、 以及磁導率。 舉例而言，如果以拋光製程、鍍覆製程、或其他製程 改變該物體S的厚度，則從該物體S反射的反射波R會根 據该物體S的厚度而變化。因此，藉由偵測該反射波尺的 振幅’便能夠監測該物體S的厚度變化。在此情形中，如 果預先將指示物體s厚度和反射波r振幅間之關係的資料 予以儲存’便能夠藉由偵測從物體S反射之反射波R的振 幅，而量測出物體S的絕對厚度。 微波係為一種電磁波。在以下之說明書中，係將微波 疋義成具有範圍為3〇〇百萬赫茲（MHz)至3〇〇十億赫茲 (GHz)之頻率’而且具有範圍為1公尺（㈤）至1釐米（㈤㈤) 之波長的電磁波。能夠從反射波R讀出的資訊包括該反射 波R之振幅和相位。再者，根據所讀到的振幅和相位，能 11 315937 1238240 夠得到數種資訊’例如反射係數（亦即，_ 對入射波I之振幅的比率）、物體的表面阻 之振心 物體表面的阻抗)、駐波率（亦即，在傳送線中:、最二= 對最小㈣的比率）。如果頻率從人射波！之⑺H :射波R之叫則係將此種變化㈤視 成 諸如厚度之構造成比·係。因此，能夠藉^ ^ 變化而分析物體的構造。 、】頻率的 其次，將蒼照第1B圖說明反射波振幅與物體厚 的關係。f 1B圖係為顯示賴結果的曲線圖。在此^ 中’係將微波發出至三種型式的多晶石夕，該等多晶石夕係： 有厚度i(thi)、厚度2帥2)和厚度（th3)之厚度（厚度〗〈厚 度2〈厚度3) ’並量測反射波的振幅。在第1B圖中，係子 使用電功率（dbm )做為表示振幅的單位。 如同可從第1B圖所示之測試結果所看出者，當多晶 矽較薄時振幅係較小，而當多晶矽較厚時則振幅係較大。 該測試結果顯示在微波（反射波）振幅和物體厚度間係保 持固定關係。因此，可藉由量測微波（反射波）之振幅來 量測物體厚度。 發出至物體S的微波並非僅限於具有單一頻率者。具 體而言，亦可使用各具有不同頻率且互相疊加的數個微 波。此外，亦可使用頻率變化裝置而隨著時間改變頻率。 較佳係依照物體S的型式而適當地選擇微波的頻率，俾能 夠精確地量測該物體s的構造。再者，由於微波會通過物 體S，因此不但能夠藉由偵測反射波R來量測物體s的構 12 315937 1238240 仏，#夠藉由偵測傳送過（亦即通過）物體s的微波（以 下’此種微波將稱為傳送波η來量測物體s的構造。 以下為使用微波之量測裝置的優點·· (1)空氣係為用於傳送微波的適合媒介。 ⑺月匕夠用非接觸及非破壞性方法量測物體的構造。 (』）能夠將量測距離設定得較長。舉例而言，制微波之 里測4置的量測距離為35 mm，而使用涡電流感測器之量 測虞置的里測距離則至多為4 mm。該量測距離係定義為 天線（亦即，微波發射裝置）和物體間的距離。在考慮到 所需之量測敏感度下，決定適宜的量測距離。 (4) 即使在天線和物體間存在障礙物，微波也能通過該障 礙物而到達該物體。因此，並不需要於該障礙物設置諸如 通孔之傳送窗。 (5) —般而言，天線的尺寸很小。因此，能夠輕易地將量 測裝置組合到拋光裝置或其他裝置中。 (6) 由於可使用聚焦感測器⑽『）等將微波聚 焦至物體的小區域，因此能夠精確地量測物體之諸如厚度 的構造。 接著，將參照第2圖說明與依據本發明第一實施例之 量測裝置配合動作的拋光裝置（CMP裝置）。第2圖係為 顯不與依據本發明第一實施例之量測裝置配合動作的拋光 裝置之剖視圖。 如第2圖所示，該拋光裝置係包括具有拋光墊1〇貼置 於上表面的拋光台20、以及用以固持待拋光半導體晶圓 13 315937 1238240 亦即基板）w、並將該半導體晶圓ψ壓抵拋光墊1〇之 、、,,表面的頂％ 30。拋光墊1G之上表面係做為拋光表面， ^ /扎光表面接觸做為待拋光對象物之半導體晶圓w。 匕括有由諸如樹脂等黏結劑固定之細研磨料微粒（由二氧 化飾（Cec>2)等製成）的固定式研磨料板的上表面可做為 该抛光表面。 、 拋光口 20係聯結至配置於拋光台下的馬達21，並且 使該拋光台20可依其本身軸心旋轉，如箭頭所示。將拋光 :供給噴嘴22配置於拋光台2〇之上，以便將拋光液卩從 拋光液供應噴嘴22供應至拋光墊1〇上。 一將頁裒30透過頂環軸3丨聯結至馬達以及升降缸（未 圖丁攸而旎夠將頂環30垂直移動以及依頂環軸31旋 产 ^頭所示。將由聚氨酯等製成的彈性墊32接設在頂 % 30的下表面上。藉由真空等使做為待拋光對象物之半 體晶圓W吸弓| $骚 W至掉[生墊32之下表面，並由彈性墊32之下 f面予以固持。將導引環33配置於頂環3G下周緣部份， 仉而防止半導體晶圓w從頂環3〇脫離。 *】用上述機構，頂環3 〇能夠在進行旋轉時，將固持於 頁衣30下表面上的半導體晶圓w以預定壓力壓抵拋光墊 10。配合在半導體晶圓％和拋光墊⑺之間供應拋光液q， 而將半導體晶圓w之下表面拋光成平坦拋光面（flat finish) 〇 “拋光台20具有用以發出微波至半導體晶圓w之待拋 光表面的天線（微波發射農置）4〇。該天線係埋置於抛 315937 14 1238240 光台20中。將天線40配置在由頂環3〇所固持之半導體晶 圓w之中心部份的對應位置，並將該天線4〇透過導波管 (waveguide) 41連接至主單元（網路分析器（netw〇rk analyzer)) 42。 第3圖係為顯示依據本發明第一實施例之量測裝置的 示意圖。如第3圖所示，該量測裝置包括天線4〇、以及透 過導波官41連接至天線4〇的主單元42。導波管41的長 度最好能夠儘可能地短。可將天線4〇和主單元42予以整 a木構主單元42包括·微波源45，用以產生微波以及 將所產生的微波供應至天線40 ;分波器（separat〇r) 46， 用以將由微波源45產生之微波（入射波）與業已從半導體 曰曰圓W表面反射而來之微波（反射波）予以彼此分離；偵 測器47，用以接收業已由分波器46分離的反射波，並偵 測該反射波的振幅和相位；以及分析器48，根據業已由偵 測為47偵測到之反射波的振幅和相位，分析半導體晶圓w 的構造。較佳係使用指向性耦合器（directi〇nal c〇upler ) 做為分波器46。 將天線40透過導波管41連接至分波器46。將微波源 45連接至分波器46，並將由微波源45產生之微波透過分 波器46及導波管41供應至天線40。將微波從天線40朝 向半導體晶圓W發出，並通過（穿透）拋光墊1〇而到達 半導體晶圓W的中心部份。從半導體晶圓w反射的反射 波會再次通過拋光墊1 〇，然後由天線4〇接收。 將反射波從天線40透過導波管41傳送至分波器46， 15 315937 1238240 亚藉由分波器46將入射波及反射波彼此分離。分波器46 係連接於偵測器47，而已由分波器46分離的反射波則會· 傳送至偵測器47。偵測器47會對反射波的振幅和相位進 行偵測。具體而言，係量測反射波之振幅作為電功率（仙⑽ 或W )或電壓（V )的值，並藉由與偵測器47配合動作的 相位汁（phase meter，未圖示）偵測反射波的相位。亦能 夠藉由沒有設置相位計的偵測器47而僅對反射波的振幅 進行偵測，或藉由相位計而僅對反射波的相位進行偵測。 在分析器48中，根據業已由偵測器47偵測到之反射籲 波的振幅和相位，對形成於半導體晶圓冒上之金屬薄膜或 非金屬薄膜的厚度進行分析。控制單元5〇係連接至分析器 48。控制單元50係根據由分析器48所得到的薄膜厚度來 偵測拋光製程的終點。

為了降低微波之聚焦點的直徑，也可在天線4〇上設 用以聚焦微波的聚焦感測器。利用此配置，可將天線4〇 發出的微波施加至半導體晶圓w上的小區域。從量測靈彳 度之觀點而言’天線40和半導體晶圓w之間的距離 =距t)最好能盡可能地短。然而，也可藉由增加微波s 5之輸出功率將量測距離設定得較長，同時保持量測靈』 度0 :宜依據物體的種類（金屬薄膜或非金屬薄膜）來選 =出至+導體晶圓w之微波的頻率。在此情況中，可設 置稷數個微波源，以產生且右X 、 4 /、 冋頌率之複數微波，以便 月b根據物體種類來選擇任奇一個 伴仕心個奴使用的微波源。或者 315937 16 1238240 疋’被波源45可且右田"口心 ^ ^ 、有用以改变破波頻率的頻率變化萝罟 在“況中’該頻率變化裝置可採用 ：置。 波產生器（function generat〇r)。 料的函數 第^圖係為顯示第2圖所示之抛光裝置的概要平面 圖，而弟4B圖係為顯示半導體 =。第_係為顯示半導體=:= 膜厚度量測值隨著時間變化之方式的曲_，而/5Βη 係為顯不薄膜厚度量測值涵蓋範圍的示意圖。 圖 在此貫施例中，如第4R FI痛-………處對= 所二’Λ於Γ個區域Zl、 域中之-者係位於半導體：圓w::!測，而該五個區 所干，了W / 的中心部份。如第4A圖 所不了頁％30和拋光台2〇係獨立於彼此而各自 = 此’當進行拋光製程時，天線4〇相對於半導體％ = :立置：有所改變。但即使在這樣的情況中，由於:線 牛w曰曰固w之中心部份的相對位置，如第2 ，所不，因此當拋光台20每次進行旋轉時，天線 掃過預定區域，亦即，天绫 合 、’、 都“

中心部份的區域7 达位於半導體晶圓W 於半導體曰二由 ，能夠監控固定區域（亦即，位 於+MbsH W中心部份的區域23 並因而能_得精確的拋料。 賴的厗度’ 如第5Α圖所示，隨著拋光製程的進行，各 Μ、Ζ3、Ζ4和Ζ5處之薄膜厚度量測值⑷ 紹 副和祀會逐漸收敛至某範圍内。 Μ 3、 制早7^中（請參照第2圖和第3圖），係提供有關於區 315937 17 1238240 ==厚度量測值M3的上限U和下限L。當區域 M. 和Z5處之所有薄膜厚度量測值Ml、M2、 =、刚和收錄至上限U至下限L的範圍内時，控制 早便會判定欲拋光薄膜係於半導體晶圓 面上均勾地拋光。以此方式，當各區域zl、Z2、Z3、zt 和Z5處之薄膜厚度的量測錢卜心心刚和⑽收 定範圍内時，便停止拋光製程。因&，能夠將表面 拋，成平坦拋光面。當將半導體晶圓w上的薄膜拋光 欲厚度時’藉由控制單元5〇停止拋光製程。 、可根據拋光製程的經過時間來偵測抛光製程的終點。 以下將說明根據經過時間_終點的方法。第6圖係 示膜厚隨著時間變化之方式的曲線圖。第6圖也顯示出拋 光率。 士第6圖所$ §從抛光製程開始後經過若干時間 U)’薄膜厚度的變化率會大幅地降低。控制單元5〇 (請 芩照第2圖和第5圖）會偵測此時間點“），並設定一個 基本期間T1 (t〇至tl)。其次，藉由諸如加算、減算、乘 算、和除算等算術作業以及使用基本期間n和預定係數 來計算輔助㈣T2(tjt2)。然後，當將輔助期間丁2加 上基本期間T1而獲得的期間（T1+T2)已超過 控制單元50即會停止拋光製程。 依據此方法’即使因為拋光率上的小變化而難以偵測 拋光製程的終點，也能夠藉由計算基本期間丁丨和輔助期 間Τ2來判定拋光製程的終點。最好應藉由諸如金屬薄膜 315937 18 1238240 或非金屬薄膜之薄膜的種類，來決定上述之係數。 可在拋光台20設置溫度調整機構，以便調整拋光墊· 10的溫度。舉例而言，可在拋光台2。之上表面形成流體 I道俾肖b夠供應南溫流體或低溫流體至該流體通道。在 此!·月开/中’較佳係由控制單元50根據由量測裝置獲得的量-測值來控制流體的供應。以此配置，將拋光液q和由金屬 或非金屬材料做成之薄膜間的化學反應予以加速或抑制， ，能，制拋光率。再者，控制單A 5〇可根據量測裝置所獲 传的1測值而控制拋光台2〇和頂環3〇間的相對速度。 籲 时較佳係在拋光台20上設置應力感測器（摩擦力又感測 益）’以罝測介於拋光墊1〇和半導體晶圓w之間的摩捭 力。或者是，較佳係設置扭力感測器，用以量測頂環^ ，拋光台20的扭力。在此情形中，該扭力感測器最好能夠 匕括電流計’以量測供應至轉動頂環％或拋光台2〇之馬 達的電流。一般而言’當將半導體晶圓W拋光成平坦表面 時’介於拋光墊10和半導體晶圓玫之間的摩擦力會變小。 因此，如果當應力感測器或扭力感測器之輸出減少至預定· 值後即停止拋光製程，便能夠確保半導體晶圓w的平坦表 面。除了本實施例的量測裝置外，也可以設置用以量測形' 成於+導體晶圓上的金屬薄膜的涡電流感測器或光 第7 A圖係為顯示加入依據本發明第一實施例之量測 裝置的拋光裝置另-範例的剖視圖，而第7b圖則係為顯 示第7A圖所示之頂環的放大剖視圖。在下文中沒有說明 315937 19 1238240 的拋光裝置之元件及操作，係與第2圖所示之拋光裝置的 元件及操作相同。 在第7A圖所示的拋光裝置中，係在頂環3〇中設置複 數個天線40八、4(^、400 400和40£，並從各個天線4〇八、 40B、40C、40D和40E朝向半導體晶圓w發出微波。天 線40A、40B、40C、40D和40E係分別連接至主單元42 (請參照第2圖）。 如第7B圖所示’係將天線40C配置於半導體晶圓w 之中心部份的相對位置。將天線40B和40D分別配置於徑 向遠離天線40C (半導體晶圓W的中心部份）達r d」距 離的位置上。將天線40A和40E分別配置於徑向遠離天線 40B和40D達「d」距離的位置上。以此方式，沿著半導 體晶圓W之徑向將天線40B和40D以及天線40A和40E 配置於不同位置。 在第7A圖所示之拋光裝置中，亦藉由各個天線4〇八、 40B、40C、40D 和 40E 於五個區域 Zl、Z2、Z3、Z4 和 Z5處量測半導體晶圓w上之薄膜的厚度。可將天線設置 於頂環30和拋光台20兩者。在此情形中，係從設置於頂 壞30或拋光台2〇中的天線（多數天線）朝向半導體晶圓 出微波，而且藉由設置於相反側的天線（多數天線） 接收業已通過半導體晶圓W的微波（傳送波）。然後，對 傳送波的振幅和相位進行偵測，以便量測半導體晶圓w上 之薄膜的厚度。 天線的位置並非僅限於拋光台20以及頂環30。舉例 20 315937 1238240 而言，也可將天線設置於導引璟1 守w衣33中。在此情形中，可將 量測裝置使用為感測器’以偵測半導體晶圓w是否從頂環 3〇脫离卜可將天線設置純光台2q之徑向外部。在此情 形中’係在執行拋光製程的過裎中 ， ^ 枉中，或在執行拋光製程之 後’將頂環3 0移動至局部頂環^ Λ么 切匈丨頂％ 30係位於拋光台20周圍邊 緣外之突出位置，鋏後冉蔣料油/>u ⑴ ”、、㈣將U波從天線發出至半導體晶圓 W之欲拋光下表面。 弟8圖係為顯示加人依據本發明第—實施例之量測装

置的電解拋光裝置的剖視圖。如第 戈弟8圖所不，該電解拋夫 裝置係包括用以容納電解溶液刚於其中的電解槽ι〇ι、 以及配置於電解槽1G1之上的基板保持具ig2，其中該基 =持具⑽細使半導體晶_之待拋光表面朝下的^ 恶拆卸自如地固持半導體晶圓w。電解槽ι〇ι朝上開口， 並具有圓筒狀的形狀。 电解槽101係聯結至軸體103，該軸體1〇3則由馬達 、上未圖示）予以轉動。將陰極板（亦即，處理電極）104 浸泡於電解溶液100中，並將該陰極板1〇4水平放置於電 解槽101的底部上。將不織布型式的拋光工具105接設於 贿極板HM的上表面。電解槽1〇1和拋光工具1〇5會隨 著軸體103 —起旋轉。 ^基板保持具1〇2係聯結至支撐桿107的下端部，其中 4支撐桿1〇7係具有能夠控制旋轉速度的旋轉機構以及能 夠調整拋光壓力的垂直移動機構。基板保持具1〇2係在真 空或類似狀態下，將半導體晶圓臀吸引及固持於基板保持 315937 21 1238240 具102的下表面上。 、土板保持具102具有電性接點（亦即，供電電極）〗08， ，、、口 :力至形成於半導體晶圓w表面上的金屬薄膜，使 该金屬薄膜成為陽極。該電性接點⑽係透過設置於支撐 桿107中的滾滑式連接器（roll sliding c〇nnect〇r)(未圖 不）以及電線lG9a，而連接於做為電源之整流器ιι〇的陽 極電極端。陰極板1G4則透過電線娜連接於整流器㈣ 的陰極電極端。電解溶液供應裝置lu則位於電解槽ι〇ι 之上，以供應電解溶液100至電解槽1〇1内。 將本實施例之天線40埋置於基板保持具1〇2之中，以 便攸天線4G朝向半導體晶圓w發出微波。藉由形成於半 導體晶圓W下表面上的金屬薄膜將微波予以反射。藉由天 線40將已反射的微波（反射波）予以接收，並透過^波管 41 口將該已反射的微波傳送至主單元42。然後，藉由包括於 主單疋42中的分析器48 (請參照第3圖）對金屬薄膜的 厚度進行量測。控制單元50係連接於主單元42，並藉由 該控制單元50根據分#il48所量測之薄膜厚度值而^行 拋光製程之拋光率控制以及終點偵測。第8圖所示之量測 裝置（亦即，天線40和主單元42)的結構和第3圖所示 者相同。 以下將說明上述電解拋光裝置的操作。將電解溶液 100從電解溶液供應裝置m供應至電解槽1〇1内，直到 電解溶液100溢流出電解槽101為止。係一起旋轉電解槽 101和拋光工具105’同時並使電解溶液100溢流出電解^ 22 315937 1238240 loy基板保持具102係以使半導體晶圓w之諸如銅薄膜 之金屬t薄膜面朝下方的狀態吸引並固持半導體晶圓w。在 此狀悲下，由基板保持具〗02以相反於電解槽1 〇 1旋轉方 :的方向轉動半導體晶圓w。當轉動半導體晶圓w的同 守係向下移動基板保持具102，以使半導體晶圓w之下 ^面在，定壓力下與拋光王具1G5之上表面接觸。同時， 從整流器110將直流電或脈衝電流供應於陰極板1⑽和電 性接點108之間。以此方式，將半導體晶圓w上的金屬薄 膜拋光至平坦。在拋光製程中，係藉由量測裝置對半導體 晶圓W的厚度進行量測，以便當將金屬薄膜拋光至預期厚 度時，由控制單元50停止拋光製程。 予 可於使用催化劑之超純水電解拋光製程使用第8 示之電解拋光裝置。在此情形中，係使用具有5〇〇吣“ 之電導率的超純水以取代電解溶液100，並使用離子交換 器以取代拋光工具105。超純水電解拋光製程的操作和上 述之電解抛光製程相同。 第9圖係為顯示加入依據本發明第一實施例之 置的乾式㈣裝置的剖視圖。該乾式㈣裝置係包括真空 槽200、用以供應預定氣體至真空槽2〇〇内的氣體供應二 兀201、真空幫浦202、以及連接至高頻電源2〇3的電極 205。在操作中，係從氣體供應單元2()1將預定氣體導入直 空槽200,而且同時藉由做為抽氣機之真空幫浦2〇2對直 空槽200進行抽氣’以便將真空槽的内部保持於預定 壓力。在這樣的條件下，從高頻電源203將高頻電能供應 315937 23 1238240 至電極205,從而在真空槽中產生電裝，藉以對放置 在电極205上之半導體晶圓w進行蝕刻處理。 、將本實施例的天線40埋置於電極2〇5之基底2〇6中， 乂便仗天線40朝向半導體晶圓w發出微波。會藉由 =半導體晶圓W上表面之諸如金屬薄膜或非金屬薄膜的 賴會反射微波。天線40則接收已反射的微波（反射波）， :透過導波管41傳送已反射的微波至主單元42。然後， 猎f包含於主單元42中的分析器48 (請參照第3圖）對 該^膜的厚度進行量測。控制單元50係連接於主單元42, 並糟由控制單元50根據分析器48所量測到之薄膜厚 而，到製程的處理率控制以及终點偵測 ^測：置（亦即，天線4〇和主單元42)的結構係與第3 ^不者相同依據本發明之量測裝置不但能夠應用於乾 L刻裝置’還可應用至其他型式的蝕刻裝

蝕刻裝置。 j A 第10圖係為顯示加入依據本發明第一實施例之量測 ^括勺鍍後衣置的剖視圖。如第1G圖所示，該錢覆裝置係 t括·具有圓筒形之形狀而朝上開口的鍍覆槽3()2，用以 谷納鑛覆溶液301於其中；且 όΛ sg ^ r ^ ^ ，、有基板口 304而可垂直移動 鄉日W保持具）306，其中該基板纟304係以使半導 之待鍍覆表面面朝下方之狀態拆卸自如地固持 ^ V二晶圓W。設置密封蓋3G8以覆蓋鑛覆槽302之上 幵口，從而在鍍覆溶液3〇1之上形成一個 該密閉空間训透過固定於密封蓋遍之排氣管^連 315937 24 !238240 == 壓機構的真空幫浦314,以便藉由驅動真空幫 而降低上述密閉空間310的内部壓力。 將板狀陽極322 ^以水平配置，並將該板狀陽極似 ，又鑛覆槽302中所容納之錢覆溶液301之中。在半導 2圓W之待鑛覆下表面上形成導電層，並令該導電層的 ^部份與陰極電極料接觸。錢覆製程的操作中，係 陽極（正電極）322和半導體晶圓w之導電層（負電極） 之間施加預定電壓，從而在半導體晶圓w之導電層表面上 形成鍍覆薄膜（金屬薄膜）。 口口鍍覆槽3〇2底部之中心部份係連接至做為㈣溶液供 應早凡的鍍覆溶液吐出管33〇，以形成鍍覆溶液3〇1的向 上液流。該鍍覆溶液吐出管33〇係透過鍍覆溶液供應管331 連接至鍍覆溶液調整槽334。鍍覆溶液供應管331具有控 制閥335,以由控制閥調整閥出口壓力。當通過控制閥335 之後，鍍覆溶液301會以預定流速從鍍覆溶液吐出管33〇 喷出至鍍覆槽302内。鍍覆槽3〇2之上部係由用以接收鍍 覆溶液301之鍍覆溶液接收器332所環繞，而且鍍覆溶液 接收為3 3 2係透過鑛覆溶液回流管3 3 6連接至鑛覆溶液調 整槽334。閥337係設置於鍍覆溶液回流管336上。 從鍍覆溶液吐出管330吐出後的鍍覆溶液3〇1會溢流 出鍍覆槽302。而溢流過鍍覆槽302後之鍍覆溶液301會 由錄覆溶液接收器3 3 2予以回收，並經由鍍覆溶液回流管 3 3 6回流至鐘覆溶液調整槽3 3 4。在鐘覆溶液調整槽3 3 4 中，對鍍覆溶液301的溫度進行調整，並對鍍覆溶液3〇1 25

315937 1238240 中所含有之成分的濃度進行量測及調整。其後，藉由幫浦 34〇將鍍覆溶液301從鍍覆溶液調整槽334經由過濾器. 供應至鍍覆溶液吐出管330。 將依據本實施例的天線4〇埋置於頭部（基板保持具）· 3〇6中，以便從天線4〇朝向半導體晶圓w發出微波。形.· 成於半導體晶圓W下表面的金屬薄膜會反射該微波。該天 線40則接收已反射的微波（反射波），並透過導波管* 1 將該已反射的微波傳送至主單元42。然後，藉由包含於主 单：42中的分析器48 (請參照第3圖）對該薄膜的厚度· ，仃量測。控制單元5〇係連接於主單元42，並藉由控制 =5〇根據分析器48所量測到之薄膜厚度值而執行鑛覆 i程之處理率控制以及終點摘測。第1〇圖所示之量測裝置 (亦即，天線40和主單元42)的結構係與第3圖所示者

第11圖係為顯示加入依據本發明第一實施例之量測 裝置的CVD裝置的剖視圖。如第u圖所示，該CVD裝置 包括處理室400、用以供應材料氣體至處理室400内的 應頭401、做為抽氣機而連接至處理室棚的真空 =浦402卩及用以加熱半導體晶圓w的加熱器彻。半 導體晶圓w係放置在加熱器4〇3上表面之上。 從氣體供應頭401將彳始幺i 辦U為用於沈積處理之原料的相 氣體供應至處理室4 〇 〇内。因# # U円同蚪，藉由加熱器403對4 肢晶圓〜進行加熱。因此，激發能（excitation energy 會被施加至材料氣體，從而將產物（_)沈積於半雙 315937 26 1238240 晶圓W之上表面上。藉由真空幫浦402將產物沈積製程之 過耘中所製造出來的副產物從處理室4〇〇抽出。 …將依據本實施例的天線40埋置於加熱器4〇3中，以便 從天、.泉40朝向半導體晶圓w發出微波。 曰· 圓％上表面的薄膜會反射該微波。由天線4〇接2^。 的，波（反射波），並透過導波管41傳送已反射的微波至 ，單，42。然後，藉由包含於主單元42中的分析器*吖請 參照第3圖）對沈積於半導體晶圓w上的薄膜的厚度進行 量測。控制單元50係連接於主單元42，並藉由控制單元籲 5〇根據分析器48所量測到之薄膜厚度值而執行沈積製程 之處理率控制以及終點偵測。第u圖所示之量測裝置（亦 即，天線40和主單元42)的結構係與第3圖所示者相同。 第12圖係為顯示加入依據本發明第一實施例之量測 裝置的物理氣相沈積（physical vapordep〇siti〇n，簡稱 PVD)裝置的剖視圖。如第12圖所示，該pVD裝置（濺 鑛裝置）係包括處理室500、放置於處理室5〇〇中的乾材 (陰極）501、配置成面向靶材501的基板保持具（陽極）· 502、用以在靶材501和基板保持具5〇2之間施加電壓的電 源503、用以供應氬氣至處理室500内的氣體供應單元 504、 以及做為抽氣機並連接至處理室5〇〇的真空幫浦 505。 半導體晶圓W係放置在基板保持具502的上表面上。 藉由真空幫浦505對處理室5〇〇進行抽氣，以便在處 理室中產生高真空。同時，從氣體供應單元5〇4供應氬氣 至處理室500内。當電源503在靶材501和基板保持具 315937 27 1238240 =間施加電壓時’氬氣會由於電場之故而轉換成電毁狀 態。電場會使氬離子加速，因而撞擊靶材5〇1。氬離子會 使得構成把材5()1的金屬原子噴藏而出，而嘴濺出的全曰屬， 原子會沈積在半導體晶圓貿面對靶材5〇1的上表面上，從'· 而在半導體晶圓w之上表面上形成薄膜。 ·- 將依據本實施例的天線4〇埋置於基板保持具5〇2中， 以便從天線40朝向半導體晶圓％發出微波。形成於半導 體晶圓w上表面上的薄膜會反射該微波。由天線接收 已反射的微波（反射波），並透過導波管41傳送該已反射φ 的天線至主單元42。然後，藉由包含於主單元〇中的分 析器48 (請參照第3圖）對沈積於半導體晶圓％上的薄 膜的厚度進行量測。控制單元5〇係連接於主單元U，並 藉由控制單元50根據分析器48所量測到之薄膜厚度值而 ，打沈積製程之處理率控制以及終點偵測。第12圖所示之 量測裝置（亦即，天線4〇和主單元42)的結構係與第3 圖所示者相同。 接著’將說明利用橢偏法（ellipS〇metry )的量測方法⑩ 以及量測裝置。 ▲橢偏法係為藉由分析從物體反射之反射波之偏振狀態 的變化，而量測物體的厚度、介電常數、磁導率、電導率、 折射指數等的—種方法。以下將參照第13圖說明橢偏法的 原理如第13圖所示，當將諸如光束之電磁波傾斜射入至 待i測物脰S日守，會由該物體§反射該電磁波。將入射面 疋義成含有入射波1和反射波R的平面。在使用線偏振波 28 315937 J238240 做為入射波i的情形中，可 成平行於入射平面的p分旦、、表偏振波的電場向量e分解 入射平面的s分量（亦βρ里亦即，p偏振）以及垂直於 線偏振波，因此㈣和^ 、、口果，線偏振波會轉換成橢 里 幅和相位之變化的方式（二偏：:皮，如第13圖所示。振 物體s的特性（構造） J，態的改變）會根據 偏振狀態的改變來量測物體因此’能夠藉由分析 “㈣體S的厚度、折射指數等。 以下為利用橢偏法之量測裝置的優點·· (1)待量測之物體可為金屬或 蜀A非金屬材料，因此不需要根 據物體之類型而更換另一種量測裝置。 =在將上述量測裝置加入CMp裝置以量測薄膜厚度的情 >中’不需要為了讓光束通過拋光墊而在拋光墊中設置通 孔H該㈣裝置不會對拋光製程造成任何影響。 (3) 如果對線偏振波的振幅進行調變，則可將量測時間減 到最小，例如，1毫秒（msec)。 (4) 由於沒有使用雷射做為波源，因此能夠有助於量測裝 置的維修。 接下來，將詳細說明本發明第二實施例的量測方法及 量測裝置。 在此實施例中，係使用微波做為發出至物體的電磁 波。最好使用具有範圍為30至300 GHz之頻率和範圍為 10至1 mm之波長的毫米波（millimeter wave )。再者，為 了提咼訊號雜訊比（S/N ratio )以及執行快速量測，較佳 29 315937 1238240 係使用振幅調變後的電磁波。在此實施例中，欲射入至物 體的電磁波係為線偏振波或圓偏振波，並將該等偏振波傾· 斜射入至物體。在使用線偏振波的情形中，線偏振波之電 場向里的方向係相對於垂直入射平面之平面呈順時針或逆-時針方向傾斜45度的角度。 -- ^ 一般而言，在橢偏法中，用以接收反射波的接收偵測 器（亦即，一組接收天線和偵測器）係依其本身軸心、從 方位角（azimuth angle) 〇度到360度以2度之增加量間 歇丨生地旋轉，以便能夠在各個方位（方位角）偵測到反射_ 波（亦即，橢圓偏振波）的振幅和相位。然而，此種方法 需要許多時間以用於量測。因此’本實施例採用分別固定 於方位角0度和45度之位置的兩組接收偵測器。該等接收 搞測器係具有高度偏振依存性。利用此種配置，這兩組接 收偵成I裔會接收到橢圓偏振波中向量朝向角度〇度和 ，的線偏振分量。在接收到橢圓偏振波後，以下列方式計 算橢圓偏振波tp偏振之反射係數_ s偏振之反射係數 比率： _ 由計算式（1)得到P偏振的反射係數Rp。

Rp=IRpI *exp(j· φρ) ...(1) 由計异式（2)得到s偏振的反射係數Rs。

Rs=|Rs|-exp(j· φ3) · · · (2) Ρ偏振之反射係數對s偏振之反射係數的比率係由計 30 315937 1238240 算式（3)定義

Rp/Rs=|RP/Rs|-exp(j. (0p ^ 0s)) = tan¥· exp(jA) tan¥:減比 Δ:相位差 以此方式，可用〒（psi，辦方英寸）和△(差里〕 表不工偏振之反射係數對“爲振之反射係數的比率。平和 △係藉由入射角、待量測物體之厚度等而決定。因此，可 根據ψ和△的值，藉由反估而量測出物體的厚度、介 數、磁導率、電導率、折射指數等。 外其次’將參照第14圖說明依據第二實施例的量測裝 置。第14圖係為顯示依據本發明第二實關之量測裝置的 剖視圖。此實施例係顯示在CMp裝置中加入該量測裝置 的：個範例。在下文中不予說明之本實施例之⑽裝置 的兀件和刼作係與第2圖所示之拋光裝置的元件和操作相 同〇 如第14圖所示，該量測裝置包括毫米波源60、用以 調變毫米波之振幅的振幅調變器61、用以將毫米波轉換成 線偏振波的偏振器62、用以將線偏振波發出至半導體晶圓 w的傳送天線（發射裝置）63、用以接收由半導體晶圓w 反射之橢圓偏振波的兩個接收天線64A和64B、分別連接 至接收天線64A和64B的兩個偵測器65a和65B、用以放 大從摘測器65A和65B傳送而來之信號的前置放大器66、 用以從具有雜訊之信號中偵測預定信號的鎖相放大器 (lock-in amplifier ) 67、旋轉接頭70、以及藉由分析偵測 31 315937 1238240 兑號而里測半導體晶圓w之厚度等的分析器乃。 傳送天、線63係、設置於拋光台2〇中，並位於靠近由頂. 衣固持之半導體晶圓w的中心部份的位置。從傳送天， 線63朝向拋光墊10上之半導體晶圓W之中心部份，以傾、 =方向發出線偏振波（亦即，毫米波）。線偏振波會傾斜入· 巾、^光墊1〇,並通過拋光墊1〇而到達半導體晶圓％的 、。邛知。待量測之目標物（物體）係為拋光墊以及形 成於半導體晶圓w下表面上而包括疊層薄膜的多層薄 膜。待量測_的例子包含二氧切或多晶料絕緣薄 · 朕、銅或鹤（Umgsten)等金屬薄膜、鈦、氮化鈦、组或氮 化叙專阻障薄膜（barrier film )。 笔米波源60可包括耿式振盪器（G_ 〇sciliat〇r)，或 耿❹蓋器和乘算器的結合體。或者是，也可使用微波振 盪益和乘算器的結合體做為毫米波源60。偏振器62可包 括具有偏振依存性的導波管。為了提升發出至半導體晶圓 W之線偏振波的指向性，最好能夠使用角錐狀喇〇八體 (pyramidal horn )天線做為傳送天線63。在使用圓偏振 波而取代線偏振波的情形中，係使用圓錐狀心體（c〇nical horn )天線做為接收天線64A和64B。偵測器65A和 可包括蕭特基阻障光束讀取二極體（Sch〇ttky barHer beam read diode )，或是混波器和蕭特基阻障光束讀取二極體的 結合體。 欲發出至半導體晶圓w的毫米波係為線偏振波。如果 將X轴（未圖示）定義成垂直於包含人射波與反射波之入 315937 32 1238240 射平面的方向’則線偏振波的電場向量係在垂直於傳播方 向之平面中，以順時針或逆時針方向相對於χ軸而傾斜C 度之角度。也可使用圓偏振波做為欲發出至半導體晶圓w 的耄米波。在此情形中，係使用圓偏振器以取代上述之偏 從單一傳送天線63將線偏振波傾斜發出至半導體晶 圓W’隨後由多層薄膜的表面及纟交界面反射該線偏振 波’其中該多層薄膜即為量測對象物。藉由兩組接收天線 64Α和64Β接收從半導體晶目w反射的反射波。這兩組接 收天線64A和64B係分別相對於χ軸以〇度和45度之方 位角傾斜，以便由兩組偵測器65Α和65Β於〇度和二5度 之方位角對橢圓偏振波的線偏振分量進行偵測。利用具有 兩組接收天線64Α和64Β以及兩組偵測器65 a和65β'的 此結構’在拋光製㈣過程中’同時對？偏振之振幅對s 偏振之振幅的比率Ψ、以及ρ偏振和s偏振間的相位差△ 進行偵測。所制到的㈣會透過前置放⑺、鎖相放 大器67、以及旋轉接頭70而傳送至分析_ 71。分析器π 會使用例如牛頓法（NewtGnmethGd)以根據平和△的值 計算半導體晶® W上之薄膜的厚度。控制單元％ (請參 照第2圖）則會使用相關於薄膜厚度的指數來個抛光製 程的終點。 在此方式中，能夠藉由同時對P偏振之振幅對S偏振 之振幅的比率m p偏振之相位和s偏振之相位間的 相位至△所進行的制，*量測得到抛光塾丨㈣減少量， 315937 33 1238240 以及形成於半導體晶圓w上諸如氧化薄膜和金屬薄膜等 薄膜的減少量。再者’能夠藉由固定於定位之兩組接收天· 線64A與64B的使用，而改善參數屮和△兩者的偵測精 確度。也能夠以四組天線係分別傾斜於9〇度、45度、^ ' 度和負45度之方位角之方式使用四組接收天線。在此情形-. 中，也分別連接四組偵測器至四組接收天線。利用具有四 組接收天線和四組偵測器的此配置，能夠基於微分_而 將包含共模（common mode)雜訊的共模分量予以去除， 因而改善信號/雜訊比。再者，微分輸出也可由加總信號φ (sum signal )分割，以便抵銷電磁波之強度波動以及半導 體晶圓W之反射比波動。 如上所述，藉由分析從待量測物體反射之反射波之偏 振狀態的變化，能夠在拋光製程的過程中，對於拋光墊10 由於修整處理（dressing，又稱conditi〇ning)造成的厚度 又化里、做為介電質之氧化薄膜的厚度變化量、以及金屬 薄膜的厚度變化量進行量測。在此實施例中’拋光墊ι〇 係=其中一個欲量測對象物。由於拋光墊ίο典型係由氨基· 甲酸酯發泡材（urethane f0am)做成，因此能夠將毫米波 f送穿過拋光墊10。所以，能夠量測在拋光墊1〇後方的 多層薄膜的厚度。本實施例的量測裝置能夠量測數種類型 。薄膜的厚度’例如’二氧化石夕或多晶石夕等絕緣薄膜、銅 或鎢等金屬薄膜、鈦、氮化鈦、鈕或氮化鈕等阻障薄膜。 牛例而5，在使用具有！ 00 GHz之頻率的毫米波的情形 中’此夠對薄膜厚度不大於225奈米（nm)之銅薄膜的厚度 315937 34 1238240 進行量測’纟中該不大於225麵的厚度限制係由以下公 式所得到： 口 ·, 2 \ωΜσ V2苽(100χ 1〇9义4苽x Ξ 225胸 / = ΙΟΟΟΗζ,σ = 5 x 107 S/m(@Cu) 从：磁導率 σ :電導率 f知之光學量測裝置雖能夠對薄膜厚度不大於3〇細 之銅薄膜的厚度進行量測，然而，隨著半導體製造製程的 進展’多層_的整體厚度會逐漸增加。因此，為了於制 拋光製程’即使在多層薄膜的厚度變厚時，也必須能對此 種多層薄膜的厚度進行量測。就此點而言，本實施例的量 測裝置係優於習知的光學量測裝置。 依據本發明的置測裝置不但可以應用於抛光裝置，也 y以應用於用以形成或沈積諸如金屬㈣或非金屬薄膜之 薄膜於半導體晶圓表面上的鍍覆裝置、cv 置等。 戒 依據本發明，能夠藉由使用從無先例之新技術而量, 物體的結構。具體而言’依據本發明的量測裝置能夠對开 成於半導體晶圓上之諸如銅、鋁、金和鎢之金屬薄膜、喝 乳化石夕（Sl0C)之下方阻障薄膜、諸如鈦、氮化鈦、㈣ 釓：鈕之阻障薄膜、二氧化矽之氧化薄膜、多晶矽、硼觸 砍酸鹽玻璃（b(m)PhGsphGsilieateglass，簡稱 BpsG)薄 ，、四^氧基石夕燒（tetra eth〇Xy siIane，簡稱TE0S)薄膜 等進行里;㈤#者’由於能夠在執行拋光製程時（原位） 315937 35 1238240 精確地偵測拋光製程的終點，因此相較於在拋光製程停止 後才進行膜厚量測（離位）的習知量測方法，本發明之量 測方法能夠減少處理步驟的總數。此外，在操作用以對具 有為如淺溝槽隔離層（shallow trench isolation，簡稱 STI )、層間介電質（丨咖也州dieiectric，簡稱ild，或 intematerial dielectric，簡稱IMD )、銅、或鎢等薄膜的基 板進行拋光的CMP裝置時，還有在操作用以形成這些薄&

膜的鍍覆裝置和CVD裝置時，能夠對由上述裝置實行之 任何型式的製程的終點進行偵測。 、 如上所述，依據本發明，即使障礙⑯（例如，拋光塾 位於做，待量測對象物之物體和發射I置之間，微波也會 通過（穿透）該障礙物而到達該物體（例如，基板因此曰， 亚不需要於該障礙物設置諸如通孔之傳送窗。結恭 ::::種傳送窗的製程’因而能夠降低製造成。本。此：， 拋光液=能夠精確地量測物體的厚度等，而不會受到

上之_表 【圖式簡單說明】 第1Α圖係為顯示依據本發明之 意圖； 謂裝置之原理的 示 曲線圖第；1Β圖係、為顯示反射波振幅和物體厚度間之關係的 315937 36 1238240 第2圖係為顯示加入依據本發明第一實施例 置的拋光裝置的剖視圖； j衣 一立第3圖係為顯示依據本發明第—實施例之量測農置 示意圖； 圖 第4A圖係為顯示第2圖所示之抛光裝置的概要平面 意圖 第4B圖係為顯示半導體晶圓之待抛光表面的概要示 θ第^圖係為顯示半導體晶圓表面個別區域之薄膜严 度1測值隨著時間變化之方式的曲線圖； 、子 第5Β圖係為顯示薄膜厚度 裳6 m- 阻，口蓋靶圍的不意圖； =圖係為顯示膜厚隨著時間變化之方式的曲線圖； 第7A圖係為顯示包含依據本 v 裝置的拋光裝置另—範例的剖視圖；^貝知例之量測 圖係為顯示第7A圖所示之頂環的放大剖 弟8圖係為顯示加入依據本發 ^ 置的電解拋光裝置的剖視圖； 』例之量測裝 第9圖係為顯示加入依據本發 杏 置的乾絲刻裝置的剖視圖； “例之量測裝 第10圖係為顯示加入依據本發 裝置的鐘覆裝置的剖視圖； 以例之量測 第11圖係為顯示加入依據本發明 裝置的CVD裝置的剖視圖；月-肩之量測 第12圖係為顯示加入依據本發明第—實施例之量測 315937 37 1238240 裝置的PVD裝置的剖視圖； 第13圖係為顯示橢偏法之原理的示意圖；以及 第14圖係為顯示加入依據本發明第二實施例之量測 裝置的拋光裝置的剖視圖。 【主要元件符號說明】 10 拋光墊 20 抛光台 21 馬達 22 拋光液供給喷嘴 30 頂環 31 頂環軸 32 彈性墊 33 導引環 40 天線（微波發射裝置） 40A至40E天線（微波發射裝置） 41 導波管 42 主單元 45 微波源 46 分波器 47 偵測器 48 分析器 50 控制單元 60 毫米波源 61 振幅調變器 62 偏振器 63 傳送天線（發射裝置） 64A、 64B接收天線 65A、 65B偵測器 67 鎖相放大器 70 旋轉接頭 71 分析器 100 電解溶液 101 電解槽 102 基板保持具 103 轴體 104 陰極板 105 抛光工具 107 支撐桿 108 電性接點(供電電極) 109a 、109b 電線 110 整流器 38 315937 1238240 111 電解溶液供應裝置 201 氣體供應單元 203 南頻電源 206 基底 302 鍍覆槽 306 頭部（基板保持具） 310 密閉空間 314 真空幫浦 330 鍍覆溶液吐出管 332 鍍覆溶液接收器 335 控制閥 337 閥 341 過濾器 401 氣體供應頭 403 加熱器 501 靶材 503 電源 505 真空幫浦 L 下限 P 傳送波 R 反射波 U 上限 Z1至Z5 區域 200 真空槽 202 真空幫浦 205 電極 301 鍍覆溶液 304 基板台 308 密封蓋 312 排氣管 322 陽極（正電極） 331 鍍覆溶液供應管 334 鍍覆溶液調整槽 336 鍍覆溶液回流管 340 幫浦 400 處理室 402 真空幫浦 500 處理室 502 基板保持具 504 氣體供應單元 I 入射波 Ml 至 M5 薄膜厚度量測值 Q 拋光液 S 物體 W 半導體晶圓 39 315937

Claims (1)

1238240 十、申請專利範圍： 1 · 一種量測裝置，包括： 微波發射裝置，用以發出微波至物體； 微波產生器，用以供應微波至該微波發射裝置； 偵測器，用以偵測業已從該物體反射或業已穿透該 物體之微波的振幅或相位；以及 分析器’係根據業已由該偵測器偵測到之微波的振 幅或相位，對該物體的構造進行分析。 2. 如申請專利範圍第i項之量測裝置，其中，該分析器係 就反射係數、駐波比、以及表面阻抗之至少其中一者進 行計算。 3. ，申請專利範圍第Μ之量測裝置，其中，該分析器係 就物體的厚度、内部缺陷、介電常數、電導率、以及磁 導率之至少其中一者進行量測。 (-種使基板滑動接觸純光塾而對該基板進行拋光的 拋光裝置，該拋光裝置包括·· 拋光台，具有該拋光塾； 頂壤，用間持該基板並將該基板壓抵該抛光塾； 以及 量測裝置，用以量測形成於該基板之表面上的薄膜 的厚度； 其中，該量測裝置係包括用以發出微波至該薄膜的 U波餐射|置、用以供應微波至該微波發射裝置的微波 產生器、用以偵測業已從該薄膜反射或業已穿透該薄膜 315937 40 1238240 之微波的振幅或相位的偵測器、以及根據業已由該偵測 器摘測到之微波的振幅或相位來對該薄膜之厚度進行 量測的分析器。 5·如申請專利範圍第4項之拋光裝置，其中： 在該頂環中係設置複數個該微波發射裝置； 該複數個微波發射裝置之其中一者配置在相對於 該基板之中心部份的位置；以及 該複數個微波發射裝置中其餘的微波發射裝置則 配置於该基板徑向中遠離該基板之中心部份的位置。 6·如申請專利範圍第4項之拋光裝置，復包括渦電流感測 器、光學感測器、偵測該拋光墊與該基板間之摩擦力的 摩擦力偵測器、以及偵測該頂環或該拋光台之扭力的扭 力感測器之至少其中一者。 7· —種用以在基板表面形成薄膜的化學氣相沈積裝置，該 化學氣相沈積裝置包括： 處理室，於該處理室中對該基板進行沈積； 氣體供應裝置，用以供應材料氣體至該處理室内； 加熱器，用以加熱基板；以及 量測裝置，用以量測形成於該基板的表面上之薄膜 的厚度； 其中，该量測裝置包括用以發出微波至薄膜的微波 發射裝置、用以供應該微波至該微波發射裝置的微波產 生為、用以偵測業已從該薄膜反射或業已穿透該薄膜之 微波的振幅或相位的偵測器、以及根據業已由該偵測器 315937 41 1238240 偵測到之微波的振幅或相位來對該薄膜之厚度進行分 析的分析器。 8· —種量測裝置，包括： 發射I置，用以發出線偏振波或圓偏振波至物體； 至少兩組接收裝置，各該接收裝置係用以接收從該 物體反射之反射波； 至少兩組偵測器，各該偵測器係用以偵測該反射波 的振幅和相位；以及 分析器，係根據業已由該等偵測器偵測到的振幅和 相位而分析該反射波在偏振狀態中的變化，以便量測該 物體的厚度。 9. 如申明專利範圍第8項之量測裝置，其中，該分析器復 量測該物體的介電常數、電導率、磁導率、以及折射指 數。 10. 如申請專利第8項之量測裝置，其中，該物體係為 多層薄膜。 11·一種使基板滑動接觸於拋光墊而對該基板進行拋光的 拋光裝置，該拋光裝置包括·· 拋光台’具有該拋光墊； 頂％，用以固持該基板並將該基板壓抵該拋光墊，· 以及 里測裝置，用以量測形成於該基板之表面上的物體 的厚度； 其中，该1測裝置係包括··發射裝置，用以發出線 42 315937 l23824〇 偏振波或圓偏振波至該物體；至少兩組接收裝置，各該 接收衣置係用以接收從該物體反射之反射波，·至少兩組 補測器’各該偵測器係用以偵測該反射波的振幅和相 位；以及分析器，係根據業已由該等偵測器偵測到的振 幅和相位而分析該反射波在偏振狀態中的變化，以便^ 測該物體的厚度。 s 12·如申請專利範圍第U項之拋光裝置，其中，該發射事 置係配置於該拋光台中。 、 13·如申請專利範圍第U項之拋光裝置，其中，該物體係 多層薄膜。 ^ 43 315937