TWI273947B - Method and apparatus of eddy current monitoring for chemical mechanical polishing - Google Patents

Description

1273947 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於在化學機械研磨時，監測一金屬層之方 法和設備。 【先前技術】 一積體電路典型係藉著在一矽晶圓基材上連續沈積導 體層、半導體層或絕緣層來製備。其中一製造步驟包括、、 積一填料層在非平坦面上，然後使該填料層平坦化直到兮 非平坦面暴露出來為止。例如，一導體填料層可被沈積到 圖案化的絕緣層上，來填滿絕緣層的凹陷處或坑洞。然後 磨光該填料層，直到絕緣層的凸起圖案暴露出來為止。在 平坦化足後，可於殘存在絕緣層的凸起圖案之間的部分導 體層中形成貫穿孔、拴塞和配線，以在基材的薄膜線路之 間提供一些傳導路徑。此外，微影製程期間，亦需要平扭 化製程藉以磨光基材表面。 化學機械研磨（CMP)是一可行的平坦化方法。該平坦化 之方法典型上需要將基材放置在載具或研磨頭（p〇Hshing head)上。該基材暴露之表面正面朝下，正對著一轉動研磨 圓形墊或帶狀墊。研磨墊可以是「標準的」，或者是一有 研磨劑固定其上。一標準的研磨墊具有長久粗糙的表面， 而有研磨劑固定其上的研磨墊則在中間的容器内有研磨粒 子。孩载具頭提供一向下推進的系統，使基材能推送到研 磨塾上。一研磨研漿被運送到研磨墊的表面，該研磨研漿 4 1273947 至少 至少包括—化學活性劑 括研磨粒子。 如果使用標準的 研磨墊，則又包 在化學嫲从：」

導致達到研磨終點所需的時間不同。因此，光決定研磨時 間的函數並不能判斷研磨終點。 測定研磨終點的方法之一係利用諸如光學感應器或電 感應器’來監測原位置上基材的研磨情況。一監測技術是 在金屬層上導入一旋渦電流並伴隨一磁場，當金屬層被移 除時，會察覺磁通量的改變。簡單來說，由旋渦電流產生 的磁通量和激發通量線方向相反。該磁通量與旋渦電流成 正比，旋渦電流和金屬層的電組成正比，電阻又和層的厚 度成正比。因此，金屬層厚度的改變導致由旋滿電流產生 的磁通量改變。磁通量的改變會導致原始線圈電流的改變， 亦可測量到阻抗的改變。因此，線圈阻抗之改變即可反映 金屬層厚度的改變。 【發明内容】 本發明一態樣係關於一研磨系統，包括具研磨表面之 5 1273947 研磨塾、能夠緊握基材使之正面對著研磨蟄之研磨表面之 載具、和包栝線圈的旋渦電流監測系統。此一線圈放置在 研磨表面的一邊且正對著基材’且至少部分通過研磨墊。 本發明之實施方式’包括一或多個以下的特徵。該研 磨墊包括在表面底部形成之凹槽，線圈至少部分放置在該 凹槽内。該線圈固定在研磨塾，例如埋在研磨墊中’且被 纏繞在核心處，並至少部分通過光學監測系統的一透明窗。 該研磨墊被放置在研磨平台的最上方表面上，該平台可支 撐線圈。 本發明另一態樣係關於一研磨系統，其包括具研磨表 面的研磨墊、能夠緊握基材使之正面對著研磨墊之研磨表 面之載具、和包括一強磁體之旋渦電流監測系統。該強磁 體位於研磨表面的一邊且正對著基材，且至少部分通過研 磨墊。 本發明之實施方式，包括一或多個以下的特徵。一凹 槽在研磨墊的底部表面形成，且強磁體被放置在該凹槽中。 研磨墊附著在一平台上，該平台支撐著強磁體。有一小孔 將強磁體和研磨蟄分開。研磨塾可包括一穿過該研磨整的 小孔，且該強磁體可以放置在該孔中。當研磨墊固定在平 台上時，旋渦電流監測系統的核心會和強磁體對準。該強 磁體至少部分通過光學監測系統之透明窗。強磁體固定在 研磨墊上’例如用一環氧化聚亞胺酯加以固定或埋在研磨 塾中。一線圈被纏繞在強磁體上，且該線圈至少部分穿過 研磨墊。該強礤體可對研磨塾可施加偏壓。 1273947 本發明另一樣態係關於一研磨系統，其包括具研 面的研磨塾和内部有凹槽之一背面（backing surface); 一旋渦電流監測系統，該旋渦電流監測系統包括至少 位於凹槽内之誘導線圈。 本發明另一樣態係關於一研磨系統，其包括具研 面的研磨墊和内部有凹槽之一背面；以及一旋渦電流 系統，該旋渦電流監測系統包括至少部分位於該凹槽 強磁體。 本發明另一樣態係關於一研磨墊，其包括具研磨 之研磨層，一位於該研磨層上之堅固透明窗。該透明 一上表面，大體上和研磨表面齊平；還有一下表面， 一凹槽在其中形成。 本發明之實施方式，包括一或多個以下的特徵。 窗是由聚亞胺酯組成。一背層位於研磨表面另一側之 層的一邊。一孔在該背層中形成且和窗對準。 本發明另一樣態係關於一研磨墊，其具有一研磨 固定於該研磨層上的謗導線圈。 本發明之實施方式，包括一或多個以下的特徵。 導線圈被埋在研磨墊中。一凹槽在研磨墊的底部表面形 且該線圈可以被放置於其中。線圈可以放置在研磨層 面垂直軸上，亦可以放置在研磨層的表面大於零度和 九十度的軸上。 本發明另一樣態係關於具研磨層之研磨墊，和一 磨表 以及 部分 磨表 監測 内之

表面 窗具 至少 透明 研磨 層和

該謗 成， 的表 小於 固定 於該研磨層上之強磁體 7 1273947 磨層 凹槽 中之 以強 的強 強磁 上層 的表 零度 定於 可以 一線 一基 和研 一邊 墊， 測一 和研 邊並 造成 本發明之實施方式，包括一或多個以下的特徵。該研 包括在底部表面形成之一凹槽，i強磁體被放置在該 中。研磨層可包括多個凹槽，以及被放置在該些凹槽 多個強磁體。該研磨層可包括穿過該研磨層的孔，所 磁體可以放置在該孔中。-拾塞可以緊握住在該孔中 磁體。該拴塞具一上表面，大體上和研磨層表面齊平。 體的位置可相對於該研磨層表面進行調整。強磁體的 表面會暴露在研磨環境下。強磁體可以放置在研磨層 面垂直軸線上，或者是可以放置在研磨層的表面大於 和小於九十度的轴線上。該強磁體可用一環氧樹脂固 該研磨層上。透明窗可以通過該研磨層，且該強磁體 固定於戒透明窗上。一凹槽或孔可在該透明窗中形成。 圈圍繞在該強磁體。 本發明另一樣態係關於用於研磨系統之載具頭，其具 材接收面和在基材接收面背後的一強磁體。 本發明另一樣態係關於一研磨方法。該方法係將基材 磨墊的研磨表面接觸，放置一謗導線圈在研磨表面的 並且正對著基材，以致於至少部分謗導線圈通過研磨 造成孩基材和研磨墊相對運動，並以該誘導線圈來監 磁場。 本發月另樣怨係關於一研磨方法。該方法係將基材 磨整的研磨表面接觸，放置一強磁體在研磨表面的一 且正對著基材’以致於至少部分強磁體通過研磨墊， ^基材和研磨墊相對運動，並以磁性耦合至該強磁體 8 1273947 的誘導線圈來監測一磁場。 本發明另-樣態係關於製磨墊 係在一堅固的透明宵虚却I 万去。孩方法 】自底邵表面下形成一凹槽，且 明窗在一研磨居細 文置该透 曰裡，以致於該堅固的透明窗頂 研磨墊的表面齊平。 乙面可以和 本發明之實施方式，包括一或多個以 凹槽包括機械製作該凹槽和模製該窗戶。安置㈣ 包括在研磨層裡形成一孔’且的動β 窗戶固定到該孔裡。 ^^類的方式并 本發明之一 下的敘述裡提出 在描述中、圖例

a ^〜q r何的圖例中 說明。其他的特徵、物件和發明優點 、以及申請專利範圍中清楚可見。 【實施方式】 根據第1A圖， 研磨設備2 0研磨。 利號 5，73 8，5 7 4 號， 料0 一或多個基材10可以葬丄 一“ 精由-化學機械

、/適的研磨設備之描述可見於美國專 該專利之全部内容作為本發明的參考資 該研磨設備20包括 、、 』轉動千口 24及置於其上之研磨 墊30。孩研磨墊30是雨藤& & _ 疋兩層的研磨塾’其巾一層為堅固耐久 的外層3 2 ’及另一軟的背爲 ^月層34。孩研磨機台亦包括一 磨勢狀態調節裝置，：t你π 3 ^ ^ μ 其係可讓研磨墊維持在可有效研磨基 材的狀怨下。 在一研磨步驟裡，研將 水3 8包括一液體和一酸鹼值調節 9 1273947 劑，該研漿係能夠藉由1漿供應口或—研漿/清洗臂組合 39，被供應到研磨墊30的表面上。研漿38也可包括研磨 顆粒。 載具頭70握持著基材1〇，使其正對著研磨墊3〇。該 載具頭70被一支撐結構72懸吊起來，好像一旋轉木馬， 且以載具轉軸74連接到載具頭旋轉馬達％。這樣載具頭便 可繞著軸71旋轉。此外，該載具頭可以在支撐結構72裡 面的輻射狀孔中做橫向的擺動移動。一合適的載具頭之描 述可見於美國專利申請序號〇9/47〇,82〇和〇9/535,575中， 其分別於1999年12月23日和2000年3月27日提出申請。 該專利之全部内容作為本發明的參考資料。在操作中，平 台繞著其中心軸25旋轉，而載具頭繞著其中心軸71旋轉， 且可在研磨墊的表面上橫向移動。

凹槽26在平台24裡，且一原位監測模組50安置在該 凹槽26中。透明窗36安裝在模組50之一部分上。該透明 窗3 6具一上表面，和研磨墊3 〇的頂面齊平。模組5 〇和窗 3 6的置放位置係可使其在部份平台轉動時，可由基材1 〇下 方通過。 該透明窗3 6可以整合成模組5 0的一部份，或者是整 合成研磨墊3 0的一部分。在早期的情況中，可於形成研磨 墊時同時形成一符合窗之大小尺寸的孔。當研磨墊裝上去 時，該孔恰可環繞該窗。在後來的情況中，研磨墊係被安 置在平台24上，讓窗和模組50對準。該透明窗36可以由 一相當純的聚合物或聚亞胺酯來製成，例如不必填充料就 10 1273947 可形成’或者是窗可由鐵弗龍或聚碳酸脂所製成。通常， 窗3 6的材料應該為非磁性且不導電。

該原位監測模組5〇包括一原位電流監測系統4〇和一 光學監測系統140。在此將不詳述該光學監測系統14〇，其 係包括一光源144，比方說雷射，和一偵測器146。該光源 產生一光束142，穿過透明窗36以及研漿，照射到該基材 1 0之暴露出的表面。從該基材反射出去的光被偵測器1 46 偵測。通常，光學監測系統的作用，正如美國專利申請號 09/1 84,775，申請日 1998 年 11 月 2 日，以及 〇9/1 84,676， 申請日1 998年1 1月2日中所遠，該些專利之全部内容作 為本發明的參考資料。

旋渦電流監測系統40包栝一置放於凹槽26中的核心 42，該核心可與平台一起旋轉。一驅動線圈44纏繞在核心 42的第一部份，以及一感應線圈46纏繞在核心42第二部 分。在操作中，簡諧器驅使該驅動線圈44產生一簡諧磁場 二，能夠穿過整個核心42，至少一部份的磁場48會通過窗 36刻達基# 1〇。如果該基材1〇上有一金屬層，該簡諧磁 β 4"P會產生-旋满電流。该旋滿電流會產生一與誘導磁 ^ ，且該磁通量會誘導主要或感應線 语方向相反的磁通I ’ ^ 、士 &暱動電流相反的向後電流。 m ，谈南測量該線圈之阻抗變化得知。當 4電流變化結果可以θ ^ ^ 乂凰厣的電阻也會改變。因此，當旋 &腐層的厚度改變’’ 象屬 1暑強度都改變了，會導致主要線圈 β命流和並謗導的磁通重 ^ ^ 八 丨這妙改變，例如測量該線圈電流的 丨勺陴抗改變。藉著監卜丨β ^ 11 1273947 振幅、或線圈電流相對於驅動線圈電流的相位’旋渦電流 感應監測器能夠偵測到金屬層厚度的改變。 用於旋渦電流監測系統之驅動系統和感應系統將不詳 述，因適宜系統的描述，可參見美國專利申請號09/5 74，、 〇9/847,867 和 〇9/918,591 分別於 2000 年 2 月 16 日 ' 2001 年5月2曰、2001年7月27曰申請。該些專利之全部内容 作為本發明的參考資料。

光學和旋渦電流監測系統的各種電子組件能裝在模組 5〇裡的一印刷電路板1 60。該印刷電路板丨60包括了一電 路系統，例如一普通功能的微處理器或特殊應用整合線路， 來轉換從旋渦電流感應系統和光學監測系統測量到的訊號 數位資料。 正如先前所述，該旋渦電監測系統40包括一置於凹槽 26内的核心42。若放置核心42在靠近基材的地方，就能 改善該旋渦電流監測系統的空間解析度。

請參照第1A圖，該核心42是一 U字型、由諸如鐵酸 鹽（ferrite)這類非導電強磁材料所組成的主體。驅動線圈44 被纏繞在該核心42底部橫桿上，以及感應線圈46被纏繞 在核心42的兩旁縱柱42a和42b上。在—示範實施例中， 每一縱柱有一大約4.3公董X 6·4公釐的長方形剖面，且兩 端縱拄距離大約20.5公釐。在另一示範實施例中，每一縱 柱有一大約1.5公董X 3·1公董的長方形剖面，且兩端縱柱 距離大約6 · 3公釐。一核心適合的大小和形狀可根據實驗決 定。然而，應該要注意的是，降低一核心的大小，會導致 12 1273947 礤場變小，且將涵蓋更小的基材面積。故結論是’旋濁電 流監測系統的空間解析度能夠改善，一適宜的纏繞結構和 核心成分亦可以經由實驗決定。

該透明窗3 6的較低表面包括雨個長方形的回縮那分 52 ,使得在該研磨墊上有雨個薄的部分53。該核心的縱柱 42a和42b延伸到回縮部分52，使得部分縱柱通過該研磨 墊。在本實施例中，可建造一研磨墊，包括一凹槽在窗的 較低表面裡。當該研磨墊30被固定於該平台上，這時窗36 就可以合適地安裝於平台内凹槽上面，且回縮邵分52 合適地安裝在核心之縱柱末端。因此，该核心可以被一支 撐結構撐住，讓縱柱42a和42b可以投射超過該平台24的 上層表面之平面。藉由置放該核心42到更靠近基材處’將 會有較少的磁場發散出去，且空間解析度也可以改善。 凹槽的形成可以透過機器，在固體窗元件的底邵表面 建造凹槽，或者模製出一具有凹槽的窗，也就是藉由射出

成形或壓製模鑄進行鑄造，使得窗的 槽的模組内硬化成形。一旦窗製造完成，就可以將其固 於研磨墊上。舉例來說，可在上層的研磨層裡形成一孔 並可用一黏著劑將窗固定於該孔裡，例如用黏著劑和膠 剑此外，也可將窗插進該孔内，然後將液態亞聚胺酯 入窗和研磨墊中間的空隙’之後將液態亞聚胺酿固化。 说乂研磨土有兩層，可在背層形成可和窗對準的孔，且 的底邵可以用黏著劑與背層的暴露端相附著。 參^、第2圖’在另一操作中，盡可能在製造研磨 13 1273947 時’將一或多個強磁元件固定到研磨墊上。透明窗36的較 低表面包括兩個長方形的回縮部分5 2，和兩個藉由環氧樹 脂’固定於該回縮部分52的延伸縱柱54a和54b。該延伸 縱柱54a和5 4b和核心42的縱柱42a和42b有著大體上相 同大小的長方形剖面。延伸縱柱54a和54b由強磁材料形 成’和核心42的材料一樣。當窗36固定於模組4〇之上， 延伸縱柱54a與54b幾乎和42a與42b很緊密地對準。因此， 延伸縱柱54a與54b讓磁場48可通過窗36之薄的部分53 ,

使得核心可以有效地緊靠在基材。一小缺口 5 8可將縱柱和 延伸縱柱分開，但卻不會影響旋渦電流監測系統的執行。 請參照第3圖，在另一操作中，載具頭是設計過的， 能夠讓磁力線在通過基材時更集中或更準確。正如圖所示， 該載具頭包括了一基座102; 一可加壓的氣室1〇6,其係由 固定於基座102上的彈性薄膜1〇4形成的；以及一停留環 1 0 8，用來握住薄膜1 〇 4下而的|从 ί* -V- pu ά 卜*的基材。耩著強迫流體進入氣 室106’將該薄膜1〇4往下懕，而姓士 > 休卜壓，而施加一向下的載重在基材 10上。

該載具頭包括由諸如鐵酸鹽（ferdte)之類的強磁材料 形成的平纟100。該平台⑽置放於可加壓氣室1Q6内， 可以靠在彈性薄膜1 04上。Λ认正^ 上由於千台100比其周圍的載 頭有更好的磁力上穿透性，折α讲π 旺所以磁場可以優先穿過該平台 且磁力線通過基材1 0時依蚨你社 于依然保持相對集中或瞄準。因此 磁場通過基材的部分相對炎命3 野不說疋小邵分，因此也改善了 渦電流監測系統40的空間解析度。 Θ 14 1273947 此外，若不用彈性薄膜及可加壓的氣室，則載具頭可 用強礤材料組成的剛性内構件（rigid backing member)。一 白勺 、、’倚層，例如一載具膜，可加於剛性内構件的外表 面。 、叫參照第4圖，在另一操作中，核心42，是一簡單的強 、棒而非U型主體。在一示範例子中，核心42，是一直徑 -1 ^ 、·公釐且高約5公釐的圓柱。也可以選擇核心42，是 1形截面的。將併在一起的驅動器和感應線圈一起圍繞在 _ 系u 42 ’的底部。此外亦可個別地將單獨的驅動器和感應線 圈’地圍繞在核心42,上。 基本上線圈4 2 ’要垂直地放，換言之，其長軸要和研磨 表面之平面垂直。窗36包括一回縮部分52,，讓核心42,可 以固疋於其中，使得核心42，延伸到回縮部分5 2，裡面。當 驅動洛和感應線圈44 ’被啟動，磁場就會通過薄的部分5 3，， 並且與基材上的金屬層反應。用諸如環氧化聚亞胺酯之類 的環氧樹脂，或是用一液態環氧化聚亞胺酯將核心42，經固 化後固定於其位置。 · 線圈44，可以是一固著到核心42，上的元件，也可以是 —固定於模組5 0上的非固著元件。在後者情況下，當斫磨 整3〇和窗36都固定於平台24,該核心42,可以滑進核心42 裡面的圓柱空間。至於在前者的情況下，線圈的末端是處 於—電性連接狀態，該電性連接狀態係可自研磨系統中剩 餘的電子組件中被搞合和去轉合。例如，該線圈可連結幻 兩個接觸墊上，且兩導線可以從印刷線路板1 60延伸出杏。 15 1273947 當研磨墊30和窗36固定於該平台24時，該接觸墊就會對 準並從印刷電路板1 60上吸引導線。 請參照第5圖，在另一操作中，透明窗3 6包括整個穿 過透明窗的孔1 1 〇，而不是僅在底部的凹槽。用一聚亞胺酉旨 拾塞1 1 2將核心42 ’固定於孔1 1 〇中。聚亞胺酯拴塞丨丨2的 上表面和透明窗36的表面齊平。該拴塞丨12覆蓋核心42, 的頂端和上邊’這樣核心42 ’相對於窗3 6的表面來說是後 縮的。同樣地，線圈44,可被固著到核心42,上，也可以是 一固定於模組5 0上的非固著元件。 請參照第6圖，在另一操作中，透明窗3 6包括整個穿 過透明窗的孔1 1 0，而且棱心42，係被固定到孔丨丨〇 ,同時 讓核心的上表面暴露到環境中，但是要稍微低於窗36的表 面。核心4 2 ’的兩側則是用環氧化聚亞胺酯黏住。 請參照第7圖，在另一操作中，核心42，可上下校正。 透明窗36包括整個穿過透明窗的孔11〇，而一環氡樹脂圓 柱體被固定於孔1 1 0中。將核心42，的外層刻上螺紋或形成 溝槽，同時環氧樹脂圓柱體的内層亦刻上能和核心42，的外 層相嚙合的螺紋或溝槽。這樣，藉由旋轉核心42，，便可將 核心42’轉到Z軸（垂直於貧表面的軸）上正確的位置。如此 即可選擇核心42’的置放位置使其不致刮到正在研磨中的 基材但又幾乎和窗36的上表面齊平。此外，還可隨著研磨 墊的磨損情形，調整核心42,的位置，藉以在基材和核心之 間保持一定的距離（在基材間的基礎上）。然而，有一潛在的 缺點是核心裡面的螺紋或溝槽會集中磁力線，導致磁力線 16 1273947 在那裡會變得比較大。 叫參照第8圖，在另一操作中，核心42，裝了一負載彈 ^ 核心被迫靠在透明窗36的回縮部分52。彈簧120 疋^很氣的彈菁（低彈性常數）且窗和墊的其他部分不需要被 支^，因此在研磨程序中，施加在薄的部分53之剪力和磨 才貝速率就能夠比墊的其他地方還低。 請參照第9圖，在另一操作中，核心42,以水平方向固 疋於透明窗36的回縮部分52，也就是說磁場的主軸和窗的 表面平行。核心 4 2，可士日、人 ^ ^ ^ 相尉I研磨表面的轉動軸，成軸向或 :ΓΓ抑或以任一轴向和徑向之中間角度對準。用黏 例如環氧樹脂，將核‘“2,固定。藉由提供感應

^間解2 ’操作者將有更多料擇可將信號對雜訊比 或2間解析度最佳化。 F 請參照第10圖，在另— 垂直轴成α的角度傾斜。核心42,係以相對於 …回縮部分52”要大於°。小於9°。，比方說 要形成说夠讓核心42,以^ ώ 於其中的形狀。用一黏著劑 42以--角度固定 置，讓m固定於該處。二#或機械連接裝 轉動軸向或徑向料，抑或㈣於研磨表面的 間角度對準。ϋ由提供感應器更多的二軸向和徑向之中 多的選擇可將作號f+ 4 疋位，掭作者將有更 請參昭第： 空間解析度最佳化。 ‘、、、罘11圖，在另一操作中，— 被埋在研磨，或窗36，中，例如a，今此或多個強磁元件122 化時，被研磨窗包圍住的鐵駿鹽塊是當窗固 田研磨墊接觸到平台 17 1273947 時，該些元件122就和核心42的縱柱42a和42b對準，當 作是延伸縱柱。

請參照第1 2圖，在另一操作中，旋渦電流監測系統40 不包括一核心，而是只有一線圈44”。該研磨墊36包括在 窗3 6的底邵表面裡形成之一回縮部分5 2。當研磨蟄安裝到 平台時’窗3 6也與其對準，導致該線圈4 4，，延仲進回縮部 分52之中。如果線圈44”以一高頻率執行之，該設備是可 行的。 請參照第1 3圖，在另一操作中，同樣也是缺少核心， 該線圈44’’實際上是埋在研磨骜或窗36,裡。線圈44”連接 到兩個導電接觸墊1 2 4。當研磨墊3 6，固定於平台2 4上時， 该接觸墊124開始執行且吸引旋渦電流監測系統40的導 線，來達成該電流回路。

請參照第1 4A-1 4C圖，旋渦電流監測系統可以有其他 的核心形狀，例如馬蹄形核心丨3 〇、丨3 2和丨3 6。藉由提供 更多的核心形狀，操作者將有更多的選擇可將信號對雜訊 比或空間解析度最佳化。比較特別地，第i 4 A-丨4C圖中， 在馬蹄形的核心之前端分叉部分，之間有著很短的距離。 如此造成磁場只會從分又部分的末端散佈一很短的距離。 因此，馬蹄形的線圈改善了空間解析度。 回到第1圖，一普遍效用可執行程式的數位電腦90， 經過一轉動電子單元9 2，連接到平台裡的組件上，包括印 刷電路板1 6 0。該電腦9 〇接收從旋渦電流監測系統和光學 監測系統傳回去的訊號。既然監測系統隨著十台的旋轉’ 18 1273947 在基 的資 置累 試樣 器上 示到 操作 控制 監測 及決 終點 時該 的標 改變 不是 和基 其他 一連 是， 研磨 台， 於平 材下掃射，金屬層+ 勺尽度多暴，以及暴露出來之下層 訊就會以連續即時（平台每轉—圈為_單位）模式在原位 積田研磨考王序進行時，金屬層的厚度或反射性改變， 訊號也會隨時間&變。&變試樣訊號的時間可參照儀 勺、己錄々足皿視系統測量到的資料，可在研磨當中顯 輸出。裝置94，讓搡作裝置的人員，直接目測監視研磨 勺考序此外，正如以下所述，€器上的紀錄要用來 研磨私序，以及決定金屬層研磨操作的終點。 在知作中CMP "又備20用旋滿監測系、統40以及光學 系統140來決定何時大部分的填料層已經被移除，以 疋何時下層結構大體上已經暴露出來。在程序控制及 偵測中’電腦90提供試樣訊號一邏輯操作，來決定何 改變程序參數，以及偵測研磨終點。㈣控制和終點 準之可能的邏輯價測，包括局部最小最大值、斜率的 、振幅或斜率的初始值，或综合以上。 旋滿電流和光學監測系統能用在多樣的研磨系統中。 研磨墊，就是載具頭，《兩者移動以提供在研磨表面 材之間的相對運動。研磨墊可以是固定於平台的圓形(或 ^ ^ )塾、或在支撐和收起輪中間延伸出去的線帶、或 、只T纟此係使用垂直放置的名_，但是應該瞭解的 研磨表面和基材可以以垂直的方向或其他的方向放置。 墊可以固定平台上，在研磨操作中逐漸提^，高於平 或在研磨時連續地提高。在研磨當中，該墊可以固定 台上，或者是有-液體在平台和研磨墊中間被擠壓。 19 1273947 孩研磨墊可以是標準的（包括或不包括亞聚胺酯）粗糙墊、一 軟塾或有黏著物固定的墊。 雖然所舉的例子都是放置在同一個洞，但被放置在平 口上時，光學系統140比旋渦電流監測系統40，能夠有更 多的不同的位置。例如，光學監測系統丨4〇和旋渦電流監 /則系統4 0能被放置在平台的對面，這樣可選擇性地掃瞄基 材表面。此外，若無光學監測系統且研磨墊完全不透光，

本發明依然可實施。在這兩情況下，用來安置核心的凹槽 和2隙在一研磨層中形成，例如雙層研磨塾的最外層研磨 塾° 旋渦監測系統可包括分開、單獨的驅動器和感應線圈， 或驅動器和感應線圈之單一組合。在單一線圈的系統中， 振動器和感應電容器（以及其他感應線路）是連接到同一線圈 上。

本發明之許多實施例已詳細敘述。然而，所要瞭解的 是’對本發明之不同的修正將離不開本發明的精神和範疇。 因此，其他的實施例將落在以下所述的專利申請範圍内。 【圖式簡單說明】 第1A圖係一側視圖，部分是剖面圖，其為一化學機械 研磨機台，包括一旋渦電流監測系統和一光學監測系統。 第1B圖係一放大圖，其為第1圖之旋渦電流監測系統； 第2圖係一剖面側視圖，舉例說明強磁元件固定於研 磨塾上； 20 1273947 第3圖係一副面側视圖，舉例說明一載具頭，其為了 傳送旋渦電流監測系統所產生的磁場而做的修正； 第4圖係一剖面側視圖，舉例說明一棒狀的核心，其 固定於研磨墊的透明窗之凹槽中； 第5圖係一刻面側视圖，舉例說明用一環氧樹脂的拴 塞使一核心固定於研磨墊上； 第6圖係一剖面側视圖，舉例說明一核心固定於研磨 勢之孔中’ 第7圖係一剖面側視圖，舉例說明用一可調整的垂直 座使/核心固定於研磨墊上； 第8圖係一剖面側視圖，舉例說明用一負載彈簧使一 核心避免碰到研磨墊的底部表面； 第9圖係一剖面側视圖，舉例說明一核心水平地固定 於斫磨墊上； 第10圖係一剖面側視圖，舉例說明一核心傾斜地固定 於斫磨墊上； 第11圖係一剖面側視圖，舉例說，明一強磁元件埋在研 磨墊中； 第12圖係一剖面側視圖，舉例說明含有一旋渦電流監 測系統中的線圈其延伸到研磨墊裡的凹槽； 第13圖係一剖面側視圖，舉例說明含有一旋渦電流監 測系統中的線圈其埋在研磨墊中；以及 第1 4A-1 4C圖係一剖面側視圖，舉例說明該些馬蹄狀 的核心。 21 1273947 在不一樣圖中之相同元件符號 【元件代表符號簡單說明】 10 基材 20 研磨設備 24 可轉動平台 25 中心軸 26 凹槽 3 0 研磨墊 32 外層 34 背層 36 窗 38 研漿 39 研漿/沖洗棒 40 旋渦電流監測系統 42,42’，42” 核心 42a,42b 縱柱 44 驅動線圈 44’ 線圈 46 感應線圈 48 磁場 50 模組 52 回縮部分 5 3，5 3 ’ 較薄區域 ，代表相同的元件。

22 1273947 56 環 氧 化 物 56, ϋ ;著劑 58 溝槽 70 載 具 頭 72 支 撐 裝 置 74 載 具 驅 動 裝 置 76 載 具 頭 轉 動 馬達 90 數 位 電 腦 92 轉 動 電 子 單 元 94 輸 出 裝 置

100 平台 102 基座 104 柔軟薄膜 10 6 可加歷：氣室 108 保留環 110 孔

112 聚亞胺酯拴塞 114 環氧化聚亞胺酯 120 負載彈簧 122 強磁元件 130 馬蹄形核心 132 馬蹄形核心 136 馬蹄形核心 140 光學監測系統 23 1273947 142 光束 144 光源 146 偵測器 160 印刷電路板

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Claims (1)

1273947 拾、申請專利範圍 1 . 一種研磨墊，包括： 一研磨層，其係具有一研磨表面；以及 至少下列之一 一位於該研磨層裡之固體透明窗，該透明窗具有一大 體上與該研磨表面齊平之上表面；以及至少有一凹槽形成 於其中之一底部表面，

一誘導線圈，其係固定於該研磨層上，或 一強磁體，其係固定於該研磨層上。 2. 如申請專利範圍第1項之研磨墊，其係包括該透明窗。 3. 如申請專利範圍第2項之研磨墊，其中該透明窗是由聚亞 胺酯所形成。

4.如申請專利範圍第3項之研磨墊，更包括一背層，其係位 於與該研磨表面對面之該研磨層之一側上。 5 .如申請專利範圍第4項之研磨墊，其中一孔係形成於該背 層中，且與該窗對準。 6.如申請專利範圍第1項之研磨墊，其包括一誘導線圈。 7 ·如申請專利範圍第6項之研磨墊，其中該線圈係埋在該研 25 1273947 磨墊中。 8.如申請專利範圍第6項之研磨墊，其中該研磨層包括在一 底部表面形成的一凹槽，且該線圈係位於該凹槽内。 9.如申請專利範圍第6項之研磨墊，其中該線圈以一主軸垂 直於該研磨層之一表面的方式放置。

10.如申請專利範圍第6項之研磨墊，其中該線圈以一主軸 與該研磨層之一表面呈一大於零度小於九十度的角度放 置。 1 1 ·如申請專利範圍第1項之研磨墊，其包括該強磁體。 1 2.如申請專利範圍第1 1項之研磨墊，其中該研磨層包括在 一底部表面形成的一凹槽’且該強磁體係位於該槽内。

1 3 .如申請專利範圍第1 2項之研磨墊，其中該研磨層包括在 一底部表面形成之複數個凹槽，且複數個強磁體係位於 該複數個凹槽中。 1 4.如申請專利範圍第11項之研磨墊，其中該研磨層包括一 穿過其中的孔，且該強磁體係位於該孔中。 26 1273947 1 5 .如申請專利範圍第1 4項之研磨墊，更包括一拴塞，其係 可將該強磁體固持於該孔中。 16.如申請專利範圍第15項之研磨墊，其中該拴塞有一大體 上與該研磨層之一表面齊平之上表面。 1 7.如申請專利範圍第1 4項之研磨墊，其中該研磨墊更包括 一背層。 1 8.如申請專利範圍第14項之研磨墊，其中該強磁體之一上 表面係暴露於該研磨環境中。 1 9.如申請專利範圍第11項之研磨墊，其中該強磁體的位置 係可相對於該研磨層表面位置進行調整。

2 0.如申請專利範圍第1 1項之研磨墊，其中該強磁體以一長 軸垂直於該研磨層之一表面的方式放置。 2 1 ·如申請專利範圍第1 1項之研磨墊，其中該強磁體係以一 長軸與該研磨層之一表面成一大於零度小於九十度的角 度放置。 22.如申請專利範圍第1 1項之研磨墊，其中該強磁體係以一 環氧化物固定於該研磨層上。 27 1273947 23 .如申請專利範圍第1 1項之研磨墊，更包括一穿過該研磨 層之透明窗，且其中該強磁體係固定於該透明窗上。 2 4.如申請專利範圍第23項之研磨墊，其中該透明窗包括在 '其底部表面形成的一凹槽，且該強磁體置放於該凹槽 内0

2 5.如申請專利範圍第24項之研磨墊，其中該透明窗包括一 孔穿過其中，且該強磁體係位於該孔中。 26.如申請專利範圍第1 1項之研磨墊，更包括一線圈圍繞在 該強磁體周圍。 2 7. —種研磨系統，包括： 一具有一研磨表面之研磨螯；

一載具，用以固持一基材使其正對著該研磨墊的研磨表 面；以及一旋渦電流監測系統，該系統至少包括下列其中 之一 一謗導線圈，位於正對基材之該研磨表面的一邊，該 誘導線圈至少部分穿過該研磨墊，或 一強磁體，位於正對基材之該研磨表面的一邊，該強 磁體至少部分延伸穿過該研磨墊。 28 1273947 28·如申請專利範圍第27項之研磨系統，其包括該誘導線 圈。 29.如申請專利範圍第28項之研磨系統，其中該研磨墊包括 形成在其底部表面的一凹槽，且該線圈至少部分位於該 凹槽内。

3 0.如申請專利範圍第28項之研磨系統，其中該線圈係被固 定於研磨墊上。 3 1 ·如申請專利範圍第30項之研磨系統，其中該線圈埋在該 研磨塾裡。 32.如申請專利範圍第28項之研磨系統，其中該旋渦電流監 測系統包括一核心，且該線圈纏繞在該核心周圍。

33.如申請專利範圍第28項之研磨系統，更包括具有一透明 窗之一光學監測系統，其中該線圈至少部分延伸穿過該 透明窗。 3 4.如申請專利範圍第28項之研磨系統，其中該研磨墊係固 定在一平台的上表面，且該線圈靠該平台支撐。 3 5.如申請專利範圍第27項之研磨系統，其包括該強磁體。 29 1273947 3 6 .如申請專利範圍第3 5項之研磨系統，其中該研磨墊包括 形成在其底部表面的一凹槽，且該強磁體係位於該凹槽 内0 3 7 .如申請專利範圍第3 6項之研磨系統，其中該研磨墊和一 平台接觸，且該強磁體靠平台支撐。

3 8 .如申請專利範圍第3 7項之研磨系統，其中一溝槽將該強 磁體與該研磨墊分開。 3 9.如申請專利範圍第3 5項之研磨系統，其中該研磨墊包括 一穿過其中的孔，且該強磁體係位於該孔中。

40.如申請專利範圍第35項之研磨系統，其中該旋渦電流監 測系統包括一核心，且當研磨墊固定於該平台上時，該 核心係可和強磁體對準。 4 1.如申請專利範圍第3 5項之研磨系統，更包括具有一透明 窗之一光學監測系統，其中該強磁體至少部分延伸穿過 該透明窗。 42.如申請專利範圍第35項之研磨系統，其中該強磁體固定 於該研磨蟄上。 30 1273947 43.如申請專利範圍第42項之研磨系統，其中該強磁體係藉 由一環氧化聚亞胺酯將其固定於該研磨層上。 44.如申請專利範圍第42項之研磨系統，其中該強磁體係埋 在該研磨塾裡。

4 5.如申請專利範圍第35項之研磨系統，更包括一線圈圍繞 在該強磁體周圍。 46. 如申請專利範圍第42項之研磨系統，其中該線圈至少部 分延伸穿過該研磨墊。 47. 如申請專利範圍第3 5項之研磨系統，更包括一可對該強 磁體施加偏壓使其靠在該研磨墊上的構件。

4 8 . —種研磨系統，包括： 一研磨墊，其係具有一研磨表面和一具有凹槽形成於 其中之一背面； 一旋渦電流監測系統，其係包括一至少部分位於該凹 槽中的誘導線圈。 4 9. 一種研磨系統，包括： 一研磨墊，其係具有一研磨表面和一具有凹槽形成於 31 1273947 其中之一背面； 一旋渦電流監測系統，其係包括一至少部分位於該凹 槽中的強磁體。 5 0. —種用於一研磨系統的載具頭，包括： 一基材接收面；以及 一位於載具頭内的強磁體，其係位於正對著基材接收 面的一侧。

5 1. —種研磨方法，包括： 讓一基材與一研磨墊的一研磨表面接觸； 放置一謗導線圈於正對著基材之該研磨墊的一邊，讓 該誘導線圈至少部分延伸穿過該研磨墊； 造成該基材與該研磨鳌間之相對運動；以及 使用該誘導線圈監測一磁場。

5 2. —種研磨方法，包括： 讓一基材與一研磨墊的一研磨表面接觸； 放置一強磁體於正對著該基材之該研磨墊的一邊，讓 該強磁體至少部分延伸穿過該研磨墊； 造成該基材與該研磨墊之相對運動；以及 藉由使用以磁性耦合至該強磁體之謗導線圈來監測一 磁場。 32 1273947 53.—種製造一研磨蟄的方法，包括： 在一固體透明窗底部表面形成一凹槽； 安裝該固體透明窗於一研磨層裡，使該固體透明窗的 一上表面大體上與該研磨墊之一研磨表面齊平。 5 4.如申請專利範圍第53項之方法，其中形成該凹槽的步驟 包括機器建造該凹槽。

55.如申請專利範圍第53項之方法，其中形成該凹槽的步驟 包括用模鑄形成該窗。 56.如申請專利範圍第53項之方法，其中安裝該窗的步驟包 括形成一孔在研磨層中，以及將該窗固定於該孔中。 5 7.如申請專利範圍第56項之方法，其中該窗係以一黏著劑 將其固定於該孔中。

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