TWI278378B - Process control in electro-chemical mechanical polishing - Google Patents

Description

1278378 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係與研磨、平坦化、電鍍及其相關製程之組合 有關，更明確言之，係關於研磨製程之終點偵測及其電化 學機械與電子研磨之監控。 【先前技術】 深次微米多重金屬化製程係為下一個極大型積體電路 (ULSI )的主要技術之一，其中位居此技術核心之多重内 連線需將其具有高深寬比之孔隙，包括接觸窗、介層窗、 渠溝等其他特徵加以平坦化。可靠的製造這些内連線的特 性，對於極大型積體電路的成功以及持績致力於增加個別 基材和晶粒的積集度與品質乃是非常重要的。 製造積體電路及其他電子產品時，多層導體、半導體 及介電材料乃沉積於一基材表面或將之除去。導體、半導 體及介電材料的薄層可藉由數次的沉積技術而成，近來一 般的沉積技術的製程包含有物理氣相沉積（PVD )，例.如已 知的賤鍵法，化學氣相沉積（CVD)，電漿增強式化學氣相 沉積（PECVD)以及電化學電鍍（Ecp)。

微米的晶圓 :的晶圓。平坦化一個表面或者研磨 已存在之表面不平坦的晶圓表面， 1278378 平：：：：為：個將材料從基材表面除去以形成-個十 缺陷時，特面的製程。在除去不要的表面形狀與表 Λ、喷卜 疋粗糙的平面、結塊的材料、晶格缺陷、 化’亏染的薄膜或姑拉 層的金 /才料，平坦化是有用的。為了後續 .# 1 及處理，藉由去除用以填補及提供平坦表面 二:：：材料以形成基材上的特徵電路，平坦化製程亦 十分有幫助的。 、，口化予機械平坦或是化學機械研磨（CMP )是一個用 平基材的常見技術。化學機械研磨利用一化學化合物 特別是-種浆料或它種流體介質，以選擇性地從基材上 除物質。在傳統化學機械研磨的技術中，一個化學機械 磨々裝置裡’ -個基材載具或研磨頭乃安裝在一個載具 件中，並且朝向與研磨墊接觸的位置。該載具組件乃提 基材一個可控制的力，以壓擠基材頂住該研磨勢。該 磨墊利用—個外部的驅動力與該基材相對移動。化學機 研磨裝置使得基材表面與研磨塾間相互研磨或摩擦，並 於此同時散佈一研磨化合物以影響其化學變化及/或機械 化’並不斷的從基材表面除去物質。 另一種平坦化技術是電化學機械研磨（ECMp)，此 術藉由電化學溶解將導電物質從基材表面移除，並同時 用較傳統化學機械研磨製程為小的機械摩擦研磨該基材 電化學溶解係利用施加於陰極與基材間的一偏壓，將基 表面的導電物質移除至周圍的導電液中。明確言之，該 壓係利用與基材支撐裝置上基材表面相接觸的一導體環 分 面 刮 多 之 是 於 去 研 組 供 研 械 且 變 技 利 〇 材 偏 而 1278378 施加’該 係利用基 相對運動 研磨 任何研磨 的物質已 間的接觸 此外 不同的研 才目得速度 率的變化 此，研磨 另一 基材’並 此步驟， 一個去除 這個方法 率的突然 目前 中一種具 表面的一 墊上的視 部分。舉 的金屬線 基材支撐裝置例如是一個基材載入頭。機械磨触 材與傳統的研磨墊相接觸，並使其兩者間產生— 而生。 的目的之一係移除一可預定數量的物質。因此， 技術皆需要一個終點彳貞測，以決定何時適當數量 經移除。然而，由於研磨製程係於基材與研磨塾 運作，因此並不容易目視判斷。 ，不同的研磨情況會阻礙研磨終點的正確判斷。 磨液化合物、研磨墊的狀況、研磨墊與基材間的 以及研磨塾上基材的負載…等皆可造成去除物質速 ，此速率將改變研磨至研磨終點所需的時間。因 終點不可能僅僅以研磨時間的方程式來評估。 個求得研磨終點的預測方法乃是從研磨表面去除 量取基材上剩餘薄膜的厚度。於研磨過程中重複 而可以決定從基材所去除之物質的量。如此一來， 物質的線性逼近可以用來決定研磨終點。然而， 相當費時，而且對於量測間隔間所產生之移除速 變化並未考量在内。 已有數種非侵入性的終點偵測方法為人所知，其 代表性終點偵測的態樣至少需要接近被研磨基材 部份，例如，藉由沿著研磨墊的邊緣或透過研磨 窗滑下一部份的基材，並同時分析該暴露的基材 例來說’在那些藉由研磨而暴露内後在介電層内 的區域，隨著該金屬線的暴露，該被研磨表面全 6 1278378 部或混合的反射率亦隨之改變。藉由監測研磨表面的反射 率或來自表面之反射光的波長，暴露於介電層的該些金屬 線及其研磨終點將可因而被偵測出來。然而，此方法無法 提供研磨終點的決定方法，除非於研磨過程中一個埋藏層 可被暴露出來。此外，這個方法在預測研磨終點上有些不 穩定’除非所有的底層線區同時暴露出來。更甚者，此偵 測狀態乃脆弱且易因研磨液或電解液之量測或偵測狀態的 暴露而失敗。 第二種偵測研磨終點的方法乃監控不同的製程參數， 並且當一個或多個參數突然變化的時候預測一個終點。舉 例來說’研磨塾及基材表面的摩擦係數乃是一個基材表面 狀況的方程式，當薄膜底下的物賢因研磨而暴露出來且產 生變化時’其摩擦係數易產生變化，這將影響提供給研磨 塾預定速度而所必須的轉矩。藉由監控這變化，終點便可 被偵測出來。 在一個理想的系統中，除了基材表面外沒有任何參數 改變，則終點偵測的製程參數可被接受。然而，當研磨基 材時，研磨塾的狀況及研磨墊與基材表面間的研磨液或電 解液的組成亦會改變。如此的變化會模糊底部金屬層的暴 露，或虛擬成為一個終點的狀態，而產生一個過早停止研 磨的狀況。 最後，相對傳統的化學機械研磨（CMP )，電化學機^ 研磨（ECMP )呈現了一個化學的、電子的以及物理的獨特 環境。因此，當包含上述的終點偵測技術存在於CMP製程 1278378 中時，這些技術未必可以立即地延伸適用於ECMP製程。 甚至那些可以延伸至ECMP製程的技術，亦需要昂貴的設 備作翻新改進。一個較佳的方法將可減輕或避免翻新既有 系統的挑戰。 因此，對於研磨終點偵測而言，尤其是對於ECMP製 程而言，需要一種準碜而且可靠的決定方法以停止研磨。 【内容】 本發明的一實施例提供一個方法，以偵測電解液環境 下的一研磨終點。該方法包含提供定義一個内含電解液空 間的一個腔體，其中該内含電解液空間至少包含一電解液。 安置一基材與一個至少部分浸入該電解液之研磨墊相接 觸。電解研磨（electropolishing ) —個或多個該基材上的導 電物質，一個電解研磨之研磨終點接著便被偵測出來。 在前述方法另一個實施例中更包含建立一電壓差於配 置在該電解液中之一第一電極與一第二電極之間，以產生 流經該電解液的一電流，其中至少該第一電極並未配置於 該研磨墊的一研磨表面上。根據至少一個該電壓差或者該 電流其中之一，電解研磨之該研磨終點便可偵測而出。 另一個實施例提供一個電化學（electro-chemical )機 械研磨系統，其與一終點偵測系統配置於一起，該系統至 少包含：一腔體，其定義一個内含電解液之空間，以及一 研磨墊，配置於該内含電解液空間中。一電源供應器，以 配置用於提供一電子訊號給該内含電解液空間中包含的電 1278378 液 、、’4點偵測系統，其配置用於監控該電子訊號的一 訊號特徵，以偵測出一研磨終點。 本發明另一個實施例提供一個決定從一基材上移除物質 數I的万法。該方法包含於一基材上電解研磨一個或數個 導包物質，於研磨循環中，決定自該基材移除的一總電量 (charge )，以及校正自該基材移除至一材料厚度之該總電 量° 1J 式 方 施 實 本發明提供一個偵測研磨步驟終點的系統與方法。一 般來說’ 一個電解研磨（electr〇p〇iishing )系統利用一電源 供應器，其配置係用於經由一電解液以傳導一電壓。再一 實施例中，監控藉由此電源供應器提供的訊號之訊號特徵， 以決定一研磨終點。需說明的是，此被監控的訊號特徵包 含電流與電壓。在另一個實施例中，經過全部時間之總電 流乃與全部移除的物質相關。在其他的例子中，一個藉由 終點偵測之非侵入式的製程控制方法亦被提供出來。 這裡所使用的字彙與辭組乃是熟知此項技藝者所用之 一般慣用的意義，除非有進一步的定義。化學機械研磨應 廣義地解釋與包含在内，但其意義並不僅限於藉由化學反 應、機械活動或上述二者合併之方法而研磨一基材表面。 電解研磨應被廣義地解釋與包含在内，但其意義並不僅限 於藉由電子的及/或電化學的反應之應用以平坦化一基材。 電化學機械研磨（ECMP )應被廣義地解釋及包含在内，但 1278378 其意義並不僅限於藉由電化學 合併之應用以平坦化一基材， 電化學機械平坦製程（ECMPP 内，但其意義並不僅限於藉由 以及同時藉由電化學反應、機 用以平坦該沉積物質。 反應、機械活動或上述二者 而自基材表面將物質移除。 )應被廣義地解釋及包含在 電化學沉積物質於一基材上 械活動或上述二者合併之應

陽極溶解應被廣義地解釋及包含在内，但其意義並不 僅限於應用一陽極偏壓直接或間接於一基材上，而造成自 基材表面移除導電物質於週遭的電解液中。貫穿 (Perforation)應被廣義地解釋及包含在内，但其意義並不 僅限於部份或全部經由一物質以形成一孔隙（Aperture )、 洞（Hole )、開口 （ 〇pening )、溝渠（channel )或出入口 (Passage)0

本發明的實施例中廣泛地為一研磨系統提供終點偵測 的方法。一般而言，任何上述定義之研磨技術皆可獨立或 綜合使用之。尤其是，其研磨及平坦可同時或交替地發生。 前述的眾實施例可廣泛地視為電解研磨的特徵。 第1圖描述一電化學機械研磨（ECMP )站100，其可 為一更大的平台或工具的一部份。一種叫做MIRRA的研磨 工具可以調整以利本發明，其為一化學機械研磨器，產自 Santa Clara California 之 Applied Materials 公司。 一般而言，此電化學機械研磨（ECMP)站100包含一 研磨頭130適用於穩固一基材113。進一步來說，研磨頭130 係為藉由一支柱137而安裝於一旋轉器111之一懸臂樑。 10 1278378 此旋轉器111係使研磨頭130旋轉，經由包含此ECMp工 作站1 00的數個工作站至一定位。實施例數個範例中的研 磨頭130可以與描述於2000年2月25日獲證之美國第 6,024,630號專利之研磨設備100 一起使用。—個特別可適 用的研磨頭係一個TITAN HEADTM晶圓運送器，其由位於 Santa Clara California 之 Applied Materials 公司製造。 ECMP工作站100更包含一槽體102 ,—電極1〇4，研 磨工具1〇5，一研磨頭支撐碟1〇6以及一上蓋1〇8。於一實 施例中，此槽體102係與此研磨裝置100之基材1〇7連接， 此槽體102，上蓋108以及支撐碟106可以相對於基材107 而移動。因此，槽體102，上蓋108以及支撐碟1〇6可以軸 向往基材107移動以利研磨頭130之清潔，當旋轉器ill 將基材113編入EcmP工作站100與其他研磨站（未顯示） 之間。 槽體102 —般定義為一容器或一含有電解液之空間 132 ’其内含有一導電流體，例如一導電液120 (顯示於一 貯存槽133)，且其中之電極1〇4，研磨工具1〇5以及支撐 碟通常為其覆蓋。使用於處理基材113之電解液120 可以電化學方式移除物質，例如銅、鋁、鷂、金、銀或其 他導電物質。因此，槽體102可以是一碗狀構件，由一塑 膠物質所製成，例如是氟聚合物（fouropolymers )、鐵氟龍 (TEFLON® )、pFA、聚乙烯（PE )、PES或其他可與電解平 坦以及電解研磨相容之化學物質。 槽體102具有一底部110，其包含一孔隙116以及一排 1278378 出孔114。此孔隙116通常位於底部11()之中央，並允許一 機轴112貫穿其中。一密封處118係位於該孔隙116與該機 轴112之間並允許該機軸旋轉以防止位於槽體1〇2之流體 流經孔隙116。馬達帶動機軸112旋轉，該馬達與該機軸U2 足底端相連接。該馬達可以是一能帶動機軸以一預定速度 或數個預定速度旋轉之致動器。 於機軸上端’機軸攜帶支撐碟或支撐墊1〇6。此支撐碟 106提供研磨工具i 05 一嵌入表面，其可以藉由一夾鉗機構 或一黏著劑（例如：一壓力感測黏著劑）牢固於支撐碟1 〇6。 雖然如顯示的連接於機軸丨丨2，在另一實施例中，此支撐碟 1 06可利用扣件（例如：螺絲釘或其他扣件裝置）與槽體1 〇2 相穩固’因此降低對於機軸丨丨2的需要程度。支撐碟1 〇6 可與電極1 04具有一空間的距離，以提供一較佳的電解液 循環。 於一實施例中’支撐碟106可由與電解液12〇相容之 物質構成，其對於研磨並不會造成不利的影響。需說明的 疋，支撐碟106係由一聚合物所製成，舉例而言，包含氟 聚合物、聚乙烯、鐵氟龍、PFA、PES、hdPE、UHMW或 其他相類之物等。於一實施例中，支撐碟1〇6包含許多穿 孔或溝渠形成於其中。此穿孔係與研磨工具1〇5相連接， 其合稱為溝渠122，且自支撐碟106之底部表面延伸至研磨 工具105之上表面。溝渠122的提供使得支撐碟1〇6與研 磨工具105通常可由電解液120穿過。其選擇之孔徑與密 度係提供由支撐碟106至基材113之電解液12〇的均勻分 12 1278378 布。 研磨工具105可以县也、、 與流體環境及製起掘&』a 質的一襯墊、一網狀物哎 格相谷之物 7 4 —帶狀物。研 體102的上端，並且由支 ，、1〇5位於槽 又镩碟106支撐袁丁主工 、 施例中，研磨工具！ 〇5 、七 、表面。於一實 ^ 乂匕占一導電物質的部份導電& 面以利於製程中與基材表而如| 4、她 丨切等电表 面相接觸。因此，研磨工JL 1Π< 可以是一導電研磨物質或是— 研磨八10ί 、w + 等電研磨物質的混合物，而 外積於一傳統的研磨物質上 具上導電物質可以插入於支撐

106與研磨工具1〇5之間， ^ 间而部分導電端於研磨過程與基材 相接觸。此導電研磨物質與係 興傳、，无研磨物質一般具有機械性 ，其並不因為於持續的電場中而變差降級，且於酸性或 驗性電解液中可以抵抗變差降級。 ^ 導電研磨物質可包含導電聚合物、聚合物的合成含有 導電物質、導電金屬、導電填充料、導電摻雜物質或及其 組合。導電聚合物包含聚合物質，其本身係具有導電性， 例如：聚乙块、PEDT ( polyethylenedioxythiophene)，其可 於市面上以 BaytronTM、polyaniline、polypyrrole 及其組合

為商標的商品獲得。 該具有導電物質的聚合物質可以包含聚合的貴重金屬 混合物質，聚合的貴重金屬混合物質可以使用作為本文描 述之導電研磨物質，其通常與周圍的電解液作化性的嵌入， 例如那些與貴重金屬嵌入的可以抵抗氧化作用《一個聚合 貴重金屬混合物質的例子是一白金聚合混合物質。本發明 擬使用可與周圍的電解液作化性反應之該聚合貴重金屬混 13 1278378 »物質’當聚合貴重会凰、田 4屬狀1合物質以其他物質與一周圍電 解液相隔離時。 通常被配置於一傳統研磨物質内。 被當作研麼物質使用之導 的嵌入化學反應中，白金即其 以研磨物質使用。導電金屬可 全部之研磨表面。當形成一部 電金屬係與周圍電解液相對 中導電金屬之一例，其被當 以形成研磨物質的一部份或 份的研磨表面時，導電金屬 導電研磨物質可以更包含導電填充料或者導電捧雜物 質，酉己置於-束縛物質内，例如是上述之導電聚合物或者 傳統的研磨物質。$電填充料的例子包含碳粉粒、奈米碳 管（nanotubes )、奈米泡沐材料（)、航空用碳膠 (areogel )及其組合❶碳的奈米級微管係為含碳的導電中 2細管’具有奈米級的直徑。導電填充料或者導電摻雜物 質係以足夠提供一研磨工具所需的導電性之容量，配置於 該束縛物質内。此數服務直係為典型的傳統研磨物質。 傳統研磨物質可包含聚合的物質，例如聚氨酯 (polyurethane )、聚碳酸酯（p〇lycarbonate )、聚苯硫化物 (polyphenylene sulfide ; PPS )或及其組合，以及使用於 研磨基材表面的其他研磨物質。其傳統的例子包含那些發 現於積體電路的研磨媒介，例如：聚氨酯以及混合填充料 的聚氨酯，其可以從市面上位於Phoenix Arizona的Rodel 公司獲得。本發明更一部擬使用其他傳統的研磨物質，例 如是一層壓縮物質，其包含傳統軟性物質，例如壓縮含氨 基鉀酸酯的毛氈纖維。 14 1278378 一般而言，該導電研磨物質或導電研磨物質的合成物 以及傳統研磨物質皆提供以製造一導電研磨工具，其具有 大約10 Ω cm或10〇〇111以下的容積電阻，或大約每平方 10 Ω或更少的表面電阻。在某一方面，導電研磨工具具有 大約1 Ω cm或更少的電阻。一個導電研磨物質的例子是一 白金薄層，其於〇°C時具有9.81Qcm，而配置於一聚氨酯 薄層之上。

導電研磨物質合成物與傳統研磨物質可包含大約5wt.% 以及大約60wt·%的導電研磨物質於研磨工具1〇5中，一個 導電研磨物質合成物與傳統研磨物質的例子包含碳纖維或 碳的奈米極微管，配置於聚氨酯或聚碳酸酯的傳統研磨物 質内，以提供研磨工具所須足夠的總量，以使其具有大約1 〇 Ω cm或更少的容積電阻以及大約每平方1 〇 Ω或更少的表面 電阻。 進一步說’本發明擬使用嵌入於傳統研磨物質的研磨 材料。於此實施例中，該固定的研磨微粒通常包含導電研 磨物質。

或者，該研磨工具1 05包含一金屬網配置於傳統的研 磨物質中，該金屬網可包含一化性嵌入導電物質，例如： 白金。若該金屬網與電解液化性隔離時，例如藉由一傳統 材料的保角薄膜’該金屬網亦可包含可與周圍電解液產生 變化的物質，例如：銅。 請參閱弟2圖，其特別顯示一個研磨工具1〇5之實施 例的上視圖。通常，研磨工具1〇5係為有孔的碟型襯墊， 15 1278378 其具有一導電元件202配置於一研磨上表面。須說明的是， 該導電元件202係一環狀構件大約配置於該研磨工具1〇5 的中心軸。更普遍而言，此導電元件202可以是任何形狀 的。尤其是於上述的金屬網的實施例中，該導電元件202 並不需要是一個單一構件，而可以是數個組合導電元件。 该導電元件2 0 2的位置及其大小係可選擇以確保與一基材 (例如基材113 )相接觸，而無論位於該研磨工具1〇5上的 该基材的位置如何。

因為研磨工具105至少部份可導電，於電化學製程中， 研磨工具105可與基材合併作為一電極。參閱第丨圖，對 於接觸一基材表面的研磨工具1〇5而言，電極1〇4係為一 相反電極。電極104可以是一陽極或陰極，取決於施加於 電極104與研磨工具105間的正偏壓（陽極）或負偏壓（陰 極）。

舉例而言，從基材表面上電解液所沉積之物質，電極ι〇4 作為一陽極，該基材表面及/或研磨工具1〇5則作為一陰極。 當從基材表面移除物質時，例如藉由施加一偏壓而分解， 電極104的功能為一陰極，基材表面及/或研磨工具1〇5則 作為一陽極，於該分解程序中。 電極104通常定位於支撐碟1〇6與槽體1〇2之底部11C 該位置可使電極104沉浸於電解液12〇之中。電極ι〇4 為-似碟狀之構件，-具有數個貫穿孔的平板，或者數 電極片配置於多孔狀構件或容器内一個可穿透性構件（ 顯示）可以配置介於支撐碟1〇6與電極1〇4之間，以防 16 1278378 微粒或沉澱物從電極104上釋出進入電解液中。該可穿透 性構件亦可當作為一個過濾器，於製程過程中防止氣體自 相反電極處外洩而接觸到基材。可穿透性構件之孔徑與密 度，係以製程最佳化的方式定義之。 對於電化學移除製程而言，例如：陽極分解，除了例 如銅溶解中之沉積材料，白金，電極丨〇4可包含一非消耗 性材料的電極。然而，假如較好的話，對於銅溶解而言， 電極104亦可由銅製成。 於運作時，電解液120從一貯存器133中經由噴嘴17〇 流入空間132。電解液120藉由配置於檔板154上的數個孔 洞丨34而防止溢滿空間132〇孔洞134通常提供電解液12〇 一經由上蓋108之通道而流出空間132,並流入槽體1〇2之 較低邵位。至少孔洞134的一部分位於凹槽158的下表面136 與中心部份152之間。當孔洞134高於凹槽158的下表面136 時，電解液120充滿空間132，而因此與基材113與研磨工 具1〇5祖接觸。因此，於上蓋108與支撐碟1〇6間的相當 S間的全部距離内’基材Π 3保持與電解液J 2 〇接觸。 收集於槽體之電解液12〇通常流經位於底部11〇 之排出孔114,而流入流體傳輸系統172。典型的流體傳輸 系統1 72包含貯存器1 3 3以及一個幫浦i 42。流入流體傳輸 系統1 7 2之電解液1 2 0係收集於貯存器1 3 3中，幫浦1 4 2 從貯存器133中經由一供應管144傳輸電解液120於噴嘴17〇 中，其電解液120於ECMP工作站1〇2中循環利用。一個 過濾器140通常配置於貯存器133與喷嘴17〇之間以移除 17 1278378 呈現在電解液120中的微粒與結成核團的物質。 電解容液包含一般市面上可獲得的電解液。例如：於 含銅物質的移除中’電解液包含硫酸、硫酸鹽基電解液或 者硼酸、硼酸鹽基電解液，例如：硼酸鉀（K3P〇4 )、 (ΝΗ4)Η2Ρ〇4、（ΝΗ4)2ΗΡ〇4或其組合。電解液亦包含硫酸鹽 基電解液的衍伸物’例如：硫酸銅，以及硼酸鹽基電解液 的衍伸物，例如：硼酸銅。具有多氯酸_醋酸溶液與其衍伸 物及其組合亦可使用。此外，本發明擬使用傳統用於電解 平坦或電解研磨製程之電解液組合物，包含亮劑、螯合劑 以及整平器等。電解溶液的莫耳濃度介於大約〇 2與大約1·2 之間，較佳的是，選擇電解液係選擇與金屬反應，但並不 與底層的物質反應’例如是介電質。 於操作過程，施加一電壓差於電極104與105之間， 直接與電極105接觸的基材113將與電極1〇5具相同電壓。 當基材的原子物質轉變成電解液的離子時，研磨工作站的 電路迴路就完成了。基材113的同步機械研磨亦藉由基材 與研磨工具105間的相對運動而達成。尤其是，監控研磨 循環以決定一個研磨終點。一個具有電源供應器以及終點 偵測系統的研磨工作站將於第3圖中描述。 第3圖顯示研磨工作站300的一個實施例，其可以代 表上述之研磨工作站1〇〇。因此，描述於第1圖與第2圖中 相似的圖示對照數字亦作相似的元件之指示。一般來說， 此相似元件包含曹體102、研磨頭130、基材113、電極1〇4、 機軸112、孔狀襯墊支撐碟1〇6、研磨工具1〇5以及導電元 18 1278378 件202 (其形成第二電極）。

研磨工作站300係由一個或多個電源供應器提供能量， 例如電源供應器302。於一實施例中，電源供應器302係_ 直流（DC )電源供應器。然而，電源供應器302亦可以是 一交流（AC)電源供應器。以某一方面而言，一個直流電 源供應器最好可以避免間隔地移除與沉積物質於基材上。 一般而言，電源供應器302係能提供大約0瓦至1〇〇瓦， 電壓大約0伏特至丨〇伏特之電源。雖然如此，電源供應器 3 02之特別運轉規格可以根據應用的狀況而改變。 電源供應器302係特別調整以透過電解液120而提供 一電壓或一電流。為此目的，電源供應器302以一正恩端 連接第一電極，並藉由一負壓端連接一第二電極。於_ 貫，彳〗中，第一電極係研磨工具1 〇5之一導電部分，例如 疋導私元件202。結果，至少於部分的一個研磨循環中，第 電極係直接與位於研磨工具1 〇5之上的一基材相接觸。 :*保為相反電極例如，其位於槽體102底層上。 1

相反的是，第二電極可以不直接與基材做物理 於—實施例中，研磨工作站30〇包含一參考電極。 如，一參考咖紅 电3l〇A可以配直於支撐碟1〇6與相反電極 •^間。更一*般炎％ w 0 說，一參考電即可以位於槽體内的任何 置’ /、要參考雷4 參考咖 極係沉浸於電解液120内。舉例而言， 爹亏電極3l〇p打β 105之間 系顯示懸浮於槽體1〇2之一側璧與研磨工 间。此參 ♦ 电極係保持一固定電化學電壓於基材上 19 1278378 因此’參考電擊的提供使得移除率與電流迴路内導電性的 變化攝關’其電流迴路的導電性變化例如可能由相反電極 104上鬆散的銅沉積所導致。

研磨系統3 0 〇之運作係由一控制系統3 1 2所控制。於 一實施例中，控制系統3丨2包含一控制器3 1 4以及一終點 偵測器3 1 6。控制器3 1 4係可連接研磨系統3 0 0的每一個元 件’包含電源供應器302、流體傳輸系統172、馬達124以 及攜帶頭1 3 0。此終點偵測器3 1 6係用以監控由電源供應器 3 02所提供訊號之訊號特徵。為此目的，終點偵測器316可 與位於電源供應器302電力線上的儀錶3 1 8作電性連接。 雖然顯示的儀表3 1 8係與電i供應器302分離，但其可以 是電源供應器302整合的一部分。於一實施例中，儀表3 1 8 係一電壓錶以量測電壓。在另一實施例中，該儀表係用以 量測電壓與電流。從儀表3 1 8上讀取可被終點偵測器3 1 6 所使用，以決定是否達到一標準。其中一標準係該基材是 否已研磨足夠（亦即，已經達到一個研磨終點）。假如一個 研磨終點已經達到的話，終點偵測器306會通知控制器3 1 4， 屆時其可發出一個或多個控制訊號以啟動其餘的步驟及/或 暫停基材之研磨。 至少於一實施例中，終點係指一研磨循環中的一個時 間點，此時足夠的金屬量已經從一基材上移除。根據終點 的偵測，其可能繼續研磨一段時間以移除殘留的金屬。 接著參考第4A-C圖，以描述一個終點偵測的操作。參 閱第4A圖，其顯示基材丨丨3的側視圖以及研磨工具1 〇5。 20 1278378 研磨工具105係沉浸於電解液120内，該電解液係由電源 供應器302所施加的一電壓或一電流而形成一離予導 基材113位於電解液120之上，並可往下移往研磨工具1〇5。 一般而言，基材113包含一基本材料402 (典型由秒製成） 而具有本文之特徵。此基本材料402可由數層介電材料、 半導體材料以及導電材料所覆蓋。最外邊的金屬層4〇6係 於特徵電路404内已先沉積，並位於介電材料、半導體薄 層以及導電層之上。更具體說，該金屬層406係為銅。一 保護層408係覆蓋於金屬層406之上，此保護層4〇8係用 以確保研磨發生時其可主要與研磨工具105接觸。導電液 一部分之保護劑可保護即將被研磨的金屬層上的凹陷區 域’更具體而言，保護劑包含BTA、TTA等等。根據第4B 圖之顯示，保護層408並未出現於研磨工具ι〇5與金屬層4〇6 之界面間。第4B圖之研磨係機械研磨（其為基材113與研 磨工具105間相對運動之結果）與陽極分解（其為基材Η] 與電解液120間化學反應的結果）之一種综合。 研磨步驟將繼續直到多餘的金屬塊已經移除，屆時， 終點偵測器306將指示控制器3 14 —個研磨終點已經達成。 第4C圖描述一個研磨終點時基材之一個表面狀況。銅金屬 線（亦即，特徵電路404内的銅）由於被保護計保護以及 其未與研磨工具105接觸的事實，而未被研磨。於一實施 例中，允許於某段時間内繼續研磨，以確保移除足夠的金 屬殘留物。此種研磨稱為“過度研磨”，因為研磨終點已 經被偵測出，過度研磨可被小心的計時與控制以減少銅產 21 1278378 生碟形現象（diShlng)，並使晶圓產量達最佳化。 參考第5圖，曲線5〇〇顯示電解研磨電流（由電源供 * £器302長：供）相對於時間的變化。電流值係顯示於垂直 * 軸上，時間則顯不於橫軸上。經由曲線5〇〇所例示的研磨 循環’電傭供應器302維持一相當的固定電壓。如此模式 的操作係當作“電壓模式，，操作，因為一個固定的電壓係 施加於研磨室。需注意的是，電流曲線直接由儀表318所 產生並未像第5圖所示般的平滑，但其訊號可藉由一電子 過濾、器或軟體平均化處理而被平滑 φ 於to至tl的第一時間區間中，於電流產生很小的變化 或者沒有變化的情形下進行研磨。於此時間區間中的基材 狀毖由第4B圖顯示。此時，根據由金屬層4〇6供應而可獲 得的金屬離子（例如一個銅薄層的銅離子），保持一個相對 高的電流。在時間tl時，訊號上的下降係對應於一連續薄 膜與一不連續薄膜之間的轉變。u之訊號下降係可由終點 偵測器316所偵測，於時間t丨時，終點偵測器3丨6可發出 訊號給控制存以維持相同的電壓（如第5圖所示）哎者改 變製程至一較低的電壓（如以下所示以及第6圖）。 · 於tl至t2的第二個時間區間時，其顯示電流減少，其 可由終點偵測器3 16所偵測。此時間區間係可由第4B圖以 及第4C圖所示的研磨狀態間的時間區間所代表。電流的減 少係因為溶解於電解液中金屬離子減少之故，介於^與q 間之時間區間典型地對應於一個特薄連續金屬層與一個不 連續金屬層之間的轉變。一個不連續金屬層之研磨會導致 · 22 1278378 較少的鋼離子釋放於電解液中，％造成一個較低的電流。 於時間t2,電流開始穩定下來，亦即，曲線5〇〇之斜率趨 近於0。這是因為金屬離子（亦即，金屬層406 )的來源已 實地減少耗盡。一個相當程度的電流穩定即代表達到 個研磨終點，研磨終點的基材狀態係顯示於第4C圖，而 且該終點由終點偵測器3 i 6所偵測。在t2至t3的第三個時 間區間中，基材可以選擇更多的研磨（亦即，過度研磨） 以進一步移除金屬殘留物。當研磨暫停時以及基材從研磨 工具上移走之後，t2至t3的時間區間可以根據一個特殊的 圖案設計以及密度而改變。於時間t3時，電源供應器係被 關閉’並且基材被移至另一個研磨系統的工作站以進行其 餘的處理（例如：清洗或研磨隔層）。 在第5圖所示的例子，電源供應器302係維持一單一 電壓。雖然如此，在另一個實施例中，其施加的電壓可以 於兩個或更多的數值間變化。例如，第6圖之電流曲線600 描述電壓從第一數值變化至第二數值時對於電流的影響。 更明確而言，第一電壓教值係於時間t0至12之區間中維持 固定，於此時間區間中的t0至U部分時間中，電流一開始 係維持一實質的固定量Ic。在時間11至之間，可以看出 一個明顯的電流減少。在時間t2時，電壓係切換至第二數 值。 從較高的電廢值切換至較低的電壓值係為了增加晶圓 的產量，更明確地說’較高的電壓值係相對應於一個較高 的電流，而且因此對應一個較高的移除速率。然而，一個 23 1278378 移除速率相對於產量係屬較㈣，但是就以 現象1留鋼金屬、表面加工等等現象而言，較高㈣ 無？提Γ最,的結果。因A，-但剩餘的鋼ί層變 费=薄但仍呈連績狀時’電壓屆時將切換至較低的數值。 更日確地說，此切換係根據最佳化的產量而 定的時間數值而計時。，此方法，可以使產量與結果X 如·薄膜品質）達到製程最佳化的目的。 於包壓切換至第二電壓值後，電流係再度維持於一俩 十值得固定數们!，明確地說，於時間t2至t3間，該實質 固定的電流值係維持一定。於_ t3日寺，可觀察到第二次 電流的減少，此電流之減少係由終點偵測#遍所監控著： 直到於時間U時偵測出一個研磨終點。於時間抖至。間， 可以保持-個整體研磨步驟，之後，該研磨循環則完成， 而且該基材可以從研磨工作站移走以進行後續製程。 如上所述，曲線500以及600,係以“電流模式，，操作， 其間，電流於一固定電壓下被監控著。於另一個實施例中， 對於電流模式’操作，電壓的變化可被監控，而電流保 持在一個實質的固定值。第7圖顯示於電流模式操作下〜 個電壓曲線700，其以一監控的訊號特徵表示。電壓曲線7〇〇 根據一垂直轴所顯示之電壓值，以及一相對於橫軸所示之 時間的變化而定義。經由研磨循環，維持電流於一個實質 的固定值。於一個研磨的起始時段中（⑺至tl),電壓維持 在一個實質的固定常數V。，在時間tl時，可觀察出電壓由 v0增加至Vi。於時間t2時，經由終點偵測器3丨6偵測到一 24 1278378 個終點，其可觀察出一定程度的穩定電壓。於時間t2至t3 間，進行一個結束研磨的步驟之後，研磨將被暫停。 因此’無論操作模式為何（亦即，電流模式或是電壓 模式），根據電源供應器302所提供的一個訊號的訊號特徵 將可偵測出一個研磨終點。在每個例子中，相同或相似的 演譯法將被使用於偵測終點。於一實施例中，一個有名的 演譯法係使用來偵測該訊號特徵之一個預定改變速率。舉 例而言，使用於蝕刻系統之蝕刻終點偵測演譯法可修正而 與本發明使用之。在每一個蝕刻系統，反射光線的波長係 被特別地監控著。波長的改變代表著一個物質已經被充分 地蝕刻。因此，本發明的一個實施例中，有利的利用這虺 及其類似的演譯法以獲取其優點。更普遍而言，熟知該項 技藝者將認知到其他可使用以獲得優點的演譯法以及 術。 一個特殊的終點演譯法將參照圖5而敘述之，此例示 凌#去使用定義為“視窗（Windows) ” 510A-F的軟體。 每些视窗的目的係用來監控一調終點曲線。如此—來，描 4 —條曲線預期的狀態將作為用來選擇視窗的大小及數 目，視窗的大小及數目可以藉由ECMP研磨工作站的操作 者疋義之，並於視窗間變化。尤其是，這些視窗並非固定 於罘5圖上的一特殊時間間隔，而是根據曲線5〇〇的改變 而反應之。 製程的一開始（當電源供應器開啟的同時），電流數值 係為I!，第一對视窗51〇A B的高度係設定使乙必須落於一 !278378 電流預定的範圍内。假如L並未落於視窗高度内，研磨工 作站歐姆電阻則並未落於規格之内，而且並未適當地運作。 於本發明，製程將藉由終點偵測器3 1 6而自動停止。 於適當的運作時，電流於時間tO與11間是穩定的。換 言之，終點曲線500從視窗510A-B的一端進入，再從視窗 5 10A-B的另一端出去。在時間tl時，等待研磨之金屬層變 的不連續，電流突降並且曲線500從視窗510C之底端離開。 曲線500從視窗510C之底端離開代表著一個電流對於終點 偵測器316的突降。此訊號離開數個視窗51〇D-E之底端， 直到剩餘的銅已經被移除（亦即，直到時間t2 )。在時間G 時，再沒有任何鋼可研磨，而且電流係再度為穩定的L。 因此，曲線500離開視窗510F的一端，而且終點偵測器316 於時間t2時偵測出製程的終點。電流、係對應於沒有金屬 離子（或者一個可以忽視的金屬離子數量）被釋放於電解 液的狀態，如此一來，相對於L而言（例如：幾安培），典 型的L是非常小的（例如：幾毫安培）。一個過度研磨的步 驟可以執行直到時間t3時，以移除任何的殘留物質。 另一個實施ί列中，、終點们則g 316言十#所有從晶圓移 除的總電量（eharge)，以決定移除物f的數量。此計算係 相對於時間而積分，此全部的電流訊號提供給研磨的小單 位（11 )/晶圓（此處係指全部電流訊號或小單位電流訊 號）°藉由確認位於小單位電流訊號下的面積（由該小單位 電流訊號的積分所提供）所提供已移除的物質以及任何漏 電流’將可決定一個研磨終點，冑由對應已移除的總電量 26 1278378 (為任何漏電流而校正之 除的物質總量。以下將二電'訊號之積分）與已移 下將作更評細之描述，此總電量/移除關 二：以理論或實驗決定之。一個晶圓之研磨循環的終點偵 J麻而僅需要知遒尚未研磨前起始晶圓的厚度，此晶圓將 研.至起始晶圓的厚度與移除後度之間的差等於所需 度即可。

目標厚度==起始厚度一移除物質的厚度（方程式一） 其中移除物質的厚度係為一個電量的方程 <，其係由 電流的積分而#(其可為任何漏電流而校正之，詳見以下 所述）其中的電流訊號僅係週期性的取樣（亦即，終點偵 測器306使用接收自電源供應器302中儀表318的電流數 值樣本）’此積分大約是一個如下所示之總合：

Quantity current ⑴=integral(〇，t)[ I⑴ dt] { sum(0,t)[ I(t)*(sampling period)](方程式二）

經由已計算整體時間内的電流總合（亦即已移除的總 電量）’此“移除物質的厚度，，將可參考預定的總電量/移除 關係而決定之。於一個實施例中，此總電量/移除關係係儲 存於資料結構中，例如查詢手冊中。因此，查詢手冊對應 由終點偵測器316所計算之數值（亦即，由總合而定之已 移除的總電量，參考上述之方程式二）與從基材移除的物 質總量。為每一個不同製程狀況以及基材型態的變化提供 一個個別的查詢手冊。舉例而1，不同的查詢手冊將提供 給已圖案化與未圖案化的不同基材。這些查詢手冊將可進 一步以電解液組成、待移除物質之翌態等等而有不同的特 27 1278378 性。如此一來，終點偵測器3 1 6將可為適應不同製程狀況 與基材類型的變化，而作終點偵測之調整。 因此，於一實施例中，終點偵測器316計算電流訊號 的積分值，而且讀取適當的查_手冊以決定相對應之移除 物質總量。

本發明所述之查詢手冊，可以了解的是其僅代表一個 實施例。更一般而言，任何技術藉由對應一個計算的總電 量與移除物質總量將可使用以受益之。

一般而言，查詢手冊係可使用理論推導資訊或實驗推 倒資訊。在其他的案例，於電化學機械研磨中，於小單位 所量測之電流（亦即，總電流/小單位電流）係與移除的金 屬（例如：銅）有關。該小單位（總）電流係由下述所組 成：（i)漏電流，以及（ii)晶圓上之移除物質（亦即，實際上 移除製程可以是，例如，Cu + /Cu + + /Cu複合移除）。漏電流 通常可以以非有效電流與其來源做為其特性，此來源包含 研磨工具105的導電元件之化學變化（例如：第2圖之導 電元件202)以及可能發生之不同的氧化作用。當使用〆種 區段開關（zone switch )時，第一種漏電流可獲實質地減 少。一個區段開關係任何研磨工具丨05中導電元件的結構， 當研磨進行時’其間歇地使其與基材相接觸。例如：斫磨 工具10 5可與數個徑向導電元件裝配，於研磨進行中，其 僅當導電元件與基材接觸時方與電源供應器302電性連結。 一旦導電元件從基材下方旋轉出去時，導電源件與電源供 應器302間的電性接觸即告終止。 28 1278378 第 應。在 氣反應 電流流 上氧氣 流可輕 施加於 既 定從晶 以及移 移除之 實驗而 金屬。 屬。 於 實驗而 時，從 由量取 或 如：微 獲得一 下研磨 分別量 (以 y 二種類蜇漏電流的重要度係取決於特別的研磨反 銅研磨的例子中’銅氧化作用的可能性大於排放氧 ，因此，當這雨種氧化反應產生競爭時，大部分的 往銅氧化反應。所以說’當研磨銅金屬時’由晶圓 排放的漏電流 < 以被忽略。在任何的例子中’漏電 易地使用一矽晶圓而得以校正，此將提供漏電流與 小單位的電壓之間的關係。 已決定（或忽略）了漏電流，則總電流便可藉由決 圓上移除的貢獻量而能得知。屆時，全程的總電量 除速率則可用某個時間點上的已移除之總電量與已 物質總量來表系。如同以下所述的，此可由理論或 完成之。僅為了說明起見’其研磨的物質假設是銅 顯而易見的是本發明將可利用於其他任何的導電金 一實施例中，電流/移除速率以及電量/移除關係係由 決定之。舉例而言’當以電流模式操作電源供應器302 一晶圓上所移除的物質的數量可週期性的量取（藉 片電阻的方式）。 者，可為一系列不同狀況下的晶圓製程量取電流（例 量不同的研磨次數、電壓偏壓等）。此方式之下，可 個校正曲線。於一個特別的例子中，於不同的狀況 2 0片晶圓，並且紀錄平均的電流。研磨循環的前後 取晶圓的厚度，以決定平均的移除速率。校正曲線 = 1.1185χ+1·2512表示之）顯示平均電流與平均移 29 1278378 除速率之間的一個線性關係，並允許一個預測一個已知電 流之移除速率。 既已建立一個電流與移除速率的關係式後，現在尚待 建立已移除的總電量（由如同上述之方程式二所量取的電 流數值總合獲得）與已移除的物質厚度之間的關係式。第$ 圖顯示一個由實驗決定曲線的例子，其與總電量（參考X 軸上的電流量（A*sec))與已移除物質（參考y軸上的移 除量）有關。第8圖係用來建立一個查檢表。 於操作過程中，一個總電量之值係使用週期量取的電 流數值而計算之，適當的查檢表將可獲得以決定移除物質 的厚度。終點偵測演譯法屆時可決定是否已經達到一個目 標厚度。々口果是的話，研磨製程將暫停，而且基材將從腔 室中移走。 再另一個實施例中，電流/移除速率以及電量/移除關係 係由實驗決定之。此電流/移除速率關係可由下列方式描述： ^ 單位時間之電量-〉單位時間之移除原子->晶圓上之移 除速率。 此屯流/移除速率關係可取決於是否該晶圓是一個空白 曰曰圓或疋一個已經圖案化後的晶圓及其化學作用。在任何 的實例中’此電流’移除速率關係可由理論獲得，假如反應 方私式已知的話。舉例來說，假設已知於一已之製程中僅 有Cu + + (並非Cu+ )將被移除，進一步假設已量測出一個 200 mm之晶圓（表面面積為314cm2)上有一個1000 A /min 的均勻移除逯率。已知對一個銅晶體來說，a = b = c = 30 1278378 因此，一個單位細胞的體積為47·23Α3。 因為於每個單位細胞内有四個原子以及兩個電子，則移除 每單位細胞所需的總電量係為：4原子*2電子更 進步說，因為1000人的體積為314e19A3，因此每1000人 單位細胞的數量314*π/47·23==6.64 因而已移除之總 電量則為 6.64 e19*(4 原子 *2 電予 M6e-i9C)=85C/mine 所 以，一個1000A /min的移除速率係相對於丨42 Amps的Cu + + 電泥。一個200mm的晶圓，因此，其電流/移除速率關係式 為每k埃/分有1 ·4安培。如此一來，一個欲求範圍的電流 與移除速率可決定此電流/移除速率關係式。 第9圖以一個線性的描繪線9〇〇描述一個電流/移除速 率關係式’其中y軸係為銅金屬的移除速率，X軸係為總電 量（根據漏電流補償）。需注意的是此關係乃為實質地線性 關係。因此，描繪線900可由y== mx + b描述，其中m為線 的斜率。此線的斜率取決於發生的氧化作用過程。舉例而 1 ’當發生移除Cu+以及Cu + +時，斜率取決於Cu + /Cu+ +之 移除速率。藉由上述之說明，回想計算單純Cu + +時的移除 電流關係式為每k埃/分有1.42安培，相類似的方式計算單 純的Cu+電流關係式為每k埃/分有〇_71安培。因此，假如 包含Cu+以及Cu + +兩者的移除時，電流/移除速率關係式將 介於0.71與1_42安培每k埃/分。最後，有效電流將取決 於其所參與的特殊化學作用。 既已建立的單位細胞電流與移除速率間的關係式，尚 待建立的僅為建立一個此關係式有意義的應用，用以決定 31 1278378

一個研磨循環終點。如上所述，終點的決定係藉由從已量 測之電流計算已移除的總電量。因此，其所需的乃式求取 在一個已知時間下，已移除的總電量與已移除的物質總量 之間的關係。因為根據以上所述的方法，已建立一個介於 單位細胞電流與移除速率間的理論關係，此推導的關係式 可以以已移除的總電量與已移除的物質總量來表示。此已 移除的總電量與已移除的物質總量之間的關係將可用來建 立查詢手冊，其可由終點偵測器316來使用，以決定再一 個已知的時間點所需移除的物質的數量，以及’一個研磨 循環的終點。更明確的說’可藉由量測時間過程的電流量 並解以下的方程式（其為方程式一的特殊例子）以求得該 厚度：

Thickness(t) = Initial—Thickness - Sum(0，t)[(Current(t)

Leakage(V(t)))*Current—To一 Removal — Cofficient] (方程式三）

其中 Current—To—Removal — Cofficient 係為電流 / 移除速 率曲線（例如第9圖之描繪線900 )之斜率（m)，以及漏 電流係為一常數（“ b” ）。因此，不同製程/晶圓的可以儲 存於查詢手冊中，對於一個已知的製程其可用來讀取適當 的“ m”與“ b”數值。 假如一個晶圓已經圖案化，則需考慮密度係數，其假 如選擇度為1 00%，僅於昇起的區域發生移除。密度係數根 據數的理由而為銅厚度的方程式，其包含所有突出物之間 起始高度的差距，以及其所需平坦之特徵電路的不同速度。 32 1278378 更進一步而言，因為當其輪廓已平坦時高起的區域隨著研 磨密度接近1而減少。因此，係數1 /密度（厚度（時間）) (coefficient l/Density(Thickness(t)))可以用來校正一個 圖案化晶圓的厚度評估。

Thickness(t) = Initial—Thickness—Sum(0，t)[(Current(t)-Leakage(V(t)))*Current_To—Removal—Cofficient/Density(Thi ckness(t))] (方程式四）

因此，由方程式四中可以看出其比方程式三更屬一個 普遍一般的方程式，因為對於一個空白未圖案化的晶圓來 說此係數1/密度（厚度（時間））為1,此時方程式三與方程式 四相同。再說明一次，為求解厚度所需的此些使用方程式 四之係數與漏電流可儲存於查詢手冊中。

一般而言，在此所描述之終點偵測演譯法可以以硬體、 軟體或兩者合併的方式執行之。目此本發明之一實施例係 以電腦使用的-程式產品執行之，例&，分別顯示於第i 圖與第3圖之系統刚以及此程式產品中的程式係定 義較佳實施例的數功能’以及可由不同的訊號承載媒體(或 電腦可讀取之媒體）所儲存，其可包含⑴永久儲存於非 可寫入之儲存媒體中之資％ 、 貝W C例如：電腦中僅可讀取記憶 裝置，如CD-ROM光碟片丄η η 片由CD-ROM光碟機讀取）（ii )儲 存於可讀寫儲存媒體中之可你a、欠，/ ^ < 了修改資訊（例如：電腦中的軟 碟機或硬碟）（iii)藉由— 、 : 通訊系統而傳送至一電腦之資 訊’例如，經由一電腦或句" 匕含播線傳輸之電話網路，但並 33 1278378 不僅限於以上所述。之後的實施例更包含從網際網路或其 他網路下载之資訊，當這種訊號承載媒體攜帶電腦可讀取 i裝置，而指揮本發明功能時，其乃代表本發明的數個實 施例。 熟知該項技藝者當可認知以上所述之實施例僅為說明 起見，本發明可適用於眾多其他的實施例中。舉例而言， 則述的數個實施例描述一個面朝下（face d〇wn )的研磨電 解技術，亦即，處理中的基材相對於研磨墊而言乃位於一 個面朝下的方位。然而，於其他的實施例中，其乃運用一 個面朝上的電解研磨技術。這些與其他的實施例將視為落 於本發明之範圍中。 以上所述乃根據本發明的實施例，本發明的其他實施 例以及本發明的更進一步之實施例乃視為未脫離本發明之 基本範圍以及以下所述之申請專利範圍之外。 【圖式簡單說明】 以上所述本發明的特徵、優點以及目的根據可從以下 細述及圖面中獲得’而且可以清楚了解本發明更特殊的描 述。然而，需注意的是，以下附加的圖示僅僅說明本發明 的數個典蜇實施例’可以了解的是其並非用以限制本發明 的範園。本發明可以與其他相同有效的實施例相配合而實 施。 第1圖為電解研磨系統之橫切面剖視圖。 第2圖為一個例示的研磨墊之一上視圖。 34 Ϊ278378 第3圖為配置一個控制器以及終 研磨系統之橫切面剖视圖。 k配置的電解 第 4 A - C is _為一系列一基材與一研磨頭的 _，以描述一研磨循環。 广切雨剖视 弟5圖4 —個電流曲線的圖示呈現，其說明 間而1 一電流的變化甘喷厭仅认士 相對於時 是化，其電壓保持在一個實質固定 第6圖為—J吊數。 、、、個包流曲線的圖示呈現，其說明相對 間而言一電流的變 目對於時 固定的第——當赵 個實質 數 ，以及於第二時間中的實質固定的第_ ^ 第 7 ffi五 m 、、—個電壓曲線的圖示呈現，其說明相對、λ 間而言一電壓的變仆甘♦、· 斜於時 炸 又化，其電流保持在一個實質固定的 第8圖翻；^ 吊數。 _ .項不一個實驗決定的曲線的例子，該街 包量與移除的物質有關。 吗、、、泉與總 第9圖描述—個電流/移除速率的關係式，其中 為鋼的移除速率 紅祕兩 y轴係 以及孩X軸為總電量（根據漏電流補償） 【元件代表符號 簡單說明 】 100 研磨工作站 1()2 槽體 104 電極 105 研磨工具 106 支撐碟 107 基材 108 上蓋 110 底部 111 旋轉器 112 機軸 113 基材 114 排出孔 35 孔隙 118 密封處 導電液 122 溝渠 馬達 130 研磨頭 空間 133 貯存槽 孔洞 136 下表面 過濾器 142 幫浦 供應管 152 中心部份 檔板 158 凹槽 噴嘴 172 流體傳輸系統 導電元件 300 研磨工作站 電源供應器 310A 參考電極 控制系統 314 控制器 終點偵測器 318 儀錶 基本材料 404 特徵電路 金屬層 408 保護層 曲線 510 視窗 電流曲線 700 電壓曲線 描繪線 36

Claims (1)

1278378 拾、申請專利範園 1 · 一種偵測一研磨終點之方法，該方法至少包含下列步 驟： 提供一腔體，其係可定義出一内含電解液的空間，其 中該内含電解液的空間中至少包含一電解液； 將一基材與一至少部分浸入該電解液之研磨塾相接 觸； 電解研磨（electropolishing ) —個或多個該基材上的導

電物質；以及 偵測該電解研磨之該研磨終點。 2·如申請專利範圍第1項所述之方法，其更包含於電解 研磨時使該基材與該研磨墊間產生相對運動’且其中之電 解研磨包含藉由電化學作用移除至少一部份之該一個或該 多個導電物質。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述偵測該 電解研磨之該研磨終點步驟包含： 決定於電解研磨該基材的過程中，自該基材移除的一 總電量（charge);以及 校正自該基材移除至一材料厚度之該總電量。 4 ·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述偵測該 電解研磨之該研磨終點步驟包含： 37 1278378 決定於研磨循環中，自該基材移除的一總電量 (charge); 校正自該基材移除至一材料厚度之該總電量；以及 決定該一基材預先量測的起始厚度受否與該基材之一 選定的目標厚度相等或較少，其中該起始厚度應低於欲自 該材料移除之厚度。

5 ·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述之電解 研磨包含經由該電解液傳遞一電子訊號，且其中偵測該研 磨終點之步驟包含偵測該電子訊號中至少一個電壓之增加 及一電流之減少。 6.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述偵測該 研磨終點的步驟包含監控一個電子訊號之訊號特徵。

7.如申請專利範園第6項所述之方法，其中上述監控該 電子訊號步驟中之該訊號特徵包含監控一電子訊號中至少 一個電壓以及一個電流。 8. —種偵測一研磨終點之方法，該方法至少包含下列步 驟： 提供一腔體，其係可定義出——内含電解液的空間，其 中該内含電解液之空間至少包含一電解液； 讓一基材與一個至少部分浸入該電解液之研磨墊相接 38 1278378 觸； 建立配置於該電解液中之一第一電極與一第二電極間 的電壓差，以經由該電解液產生一電流，其中至少該第一 電極並未配置於該研磨墊的一研磨表面上； 電解研磨（electropolishing) —個或多個該基材上的導 電物質；以及 根據至少一個該電壓差或者該電流其中之一，以偵測 該電解研磨過程之研磨終點。 9·如申請專利範圍第8項所述之方法，其中上述偵測該 研磨終點的步驟包含偵測該電子訊號中至少一個該電壓差 的增加以及該電流的一減少量。 1 〇· —種電化學機械研磨系統，該系統至少包含： 一腔體，其係可定義出一個内含電解液之空間； 一研磨墊，配置於該内含電解液空間中；

一電源供應器，其係可提供一電子訊號給位於該可包 含一電解液之空間中的電解液；以及 一終點偵測系統，其係可監控該電子訊號的訊號特徵’ 用以偵測出一研磨終點。 11.如申請專利範圍第10項所述之電化學機械研磨系 統’其中該研磨墊係可導電。 39 1278378 12·如申請專利範圍第10項所述之電化學機械研磨系 統，其更包含一控制器，其係可操作式地連接至該終點偵 測系統以及該電源供應器，並可於該終點偵測系統偵測出 該電子訊號之一個斜率改變時，改變該電子訊號的一電壓 值0

1 3 ·如申請專利範圍第1 0項所述之電化學機械研磨系 統，其中更包含一控制器，其係可操作式地連接至該終點 偵測系統以及該電源供應器，並可用於執行一製程處方， 該製程處方包含該電子訊號的數個電壓值，其中該控制器 係可依據數個研磨過渡點來選擇該等電壓值。 14·如申請專利範圍第10項所述之電化學機械研磨系 統，其更包含一控制器，其係可操作式地連接至該終點偵 測系統以及該電源供應器，並當該終點偵測系統偵測出該 < 研磨終點時，可用於改變該電子訊號的一電壓值。 1 5 .如申請專利範圍第1 0項所述之電化學機械研磨系 統，其中該電子特徵是至少其中之一為一電流及一電壓。 16.如申請專利範圍第10項所述之電化學機械研磨系 統，其中該研磨整更包含一個電子導電媒介物，位於該研 磨墊之一研磨表面上，並且其中該電源供應器的一第一端 點係與該電子導電媒介物電性連結。 40 1278378 統 17·如申請專利範圍第16項所述之電化學機械研磨系 其中讀研磨表面係不可導電。 1 8 ·如申請專利範圍第丨〇項所述之電化學機械研磨系 观，其中該終點偵測系統係配置用於根據該訊號特徵之一 匕以偵測該研磨終點。

19.如申請專利範圍第18項所述之電化學機械研磨系 矣先，甘 、中謗訊號特徵為至少其中之一為一電流以及一電壓。 、2〇·如申請專利範園第18項所述之電化學機械研磨系 統 > 其 · 、〒上述之終點偵測系統係配置用於偵測該研磨終點 以執行一 運作，其係包含： '夫疋自該基材移除的一總電量（charge ); _Lj- X正自該基材移除至一材料厚度之該總電量；以及 決定該基材一預先量測的起始厚度是否與該基材之一 選疋的目標厚度相等或較少，其中該起始厚度應少於欲自 該材料移除之厚度。 41