TWI312541B - Loading device of chemical methanical polishing equipment for semiconductor wafers - Google Patents

Description

1312541 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於-種用在半導體晶圓上之化學機械研磨 之’係關於—種用在半 導體晶圓上之CMP設備之裝載裝置，丨中，在對先前輸入 之晶圓執行研磨處理之後且剛好在對隨後輸入之晶圓執行 研磨處理之前或在對該先前輸入之晶圓執行隨後之研磨處 理之前’晶圓上之層的厚度可藉由至少一安裝在用於一步 或多步研磨處理之CMP設備中的裳載裳置來量測，因此可 更迅速地輸送且反射對研磨隨後之晶圓有用的資訊，藉此 增強晶圓研磨精確度以及簡化CMp設備之結構。 【先前技術】 一般而心化學機械研磨（CMP)設備為用於研磨晶圓 之重要半導體設備。CMP設備通常包含研磨器具 置。該研磨器具包括一於1上基 ^ 於八上附者一研磨墊之壓板；一向 该研磨塾供給用於化學研磨之研磨㈣研純供給； ^於位於該研㈣上方之研磨載具㈣且旋轉與研磨純 觸之晶圓藉此物理研磨晶圓的 藉由機器臂自晶圓晶，轉移來之曰圓疒㈣載裝置輸送 便能夠在研磨載呈頭上圓至研磨載具之頭部以 圓。m裝载晶圓或自研磨載具頭卸載晶 在半導體製私中’重要的為藉由即時監 於適當之時刻使處理終止來控制任何處理(例 = 之加工目標的研磨處理 士日日囫 八％作處理終點或研磨終點的偵 H3221.doc 0 .1312541 « 測。存在一種適合於偵測此研磨終點且將信號傳輸至處理 模組控制器以完成該處理的裝置。此裝置稱作終點偵測器 (EPD)。 詳言之，在使用CMP設備進行CMP製程的情況下，研 磨終點藉由量測晶圓在研磨之前與研磨之後的厚度來偵 測。為此’通常應用一種使用光學系統之沿線計量厚度量 測技術（in-line metrological thickness measurement • technique)。在基於該沿線計量厚度量測技術之半導體晶圓 表面研磨處理中的研磨終點可藉由自光源發射光、在研磨 前與研磨後於晶圓之表面上反射該光、及允許光測儀（或探 針總成）接收反射光且量測所接收光之干涉的變化來偵 測。以此方式’可獲得有關移除率之資訊且在研磨隨後之 晶圓時應用該資訊，因而能夠更精確地控制研磨。 此晶圓研磨處理每次僅可在單一壓板上對一個由裝載裝 置轉移之晶圓進行研磨。但是’在大多數情況下，該處理 φ 需要由在複數個彼此鄰近安置的壓板上相繼研磨藉由圍繞 研磨器具安裝之複數個裝載裝置轉移的複數個晶圓，其稱 作多步研磨處理。 在本申請人申請之韓國專利申請案第1〇_2〇〇3-〇〇 i8522 及10-2003-0027043號中揭示藉由使用如上所述半導體晶圓 之光學厚度量測技術來偵測研磨終點的習知方法及器具的 具體實例。 韓國專利申請案第10-2003-0018522號揭示當由光學系 統伯測到研磨在晶圓上之層達預定厚度的處理終點時，在 113221.doc 1312541 不似先前技術般依賴於反射光強度的情況下，藉由使用干 涉現象來偵測層厚度變化的技術。使用此技術，可準確地 偵測研磨處理的終點。 韓國專利申請案第10-2003-0027043號揭示一種技術組 態’其中探針總成安裝在CMP設備之壓板中，使得該探針 總成之頂端可接近晶圓之表面以允許在研磨晶圓之表面時 即時知曉研磨資訊。 鲁 根據在此等先前專利申請案之說明書中所揭示的具體實 施例’藉由在研磨墊中鑽孔且以透光保護蓋將其覆蓋而形 成透射窗’光經由該透射窗直接應用於晶圓上，且基於反 射光性質之變化而偵測層厚度之變化。換言之，習知技術 將在經由光學感應器（探針）獲得之數位數據進行多步修正 過程中偵測到獨特變化的時刻偵測為研磨終點，且於該時 刻停止研磨處理。 在上述之習知技術中，用於偵測光之探針總成安裝在研 • 磨1設備之壓板中’執行研磨處理’可同步即時跟蹤正在研 磨之層厚度的變化，且藉此可偵測研磨終點。在此，應用 光於晶圓上之指定位置，且分析根據晶圓之層厚度之反射 光的波形信號以獲得厚度資訊。在此，可藉由指令系統指 示研磨、終點而⑨反射光之特殊波峰或波#時停止研磨處 理。 然而， 首先， 機械研磨 用於偵測終點的習知方法及器具具有以下問題。 由於晶圓之表面（圖案表面）藉由CMP設備化學及 ，使大量雜訊及不必要之數據與藉由㈣晶圓之 H322I.doc '1312541 $面而後得之數據相混合。因此，與先前之方法相比較， *要處理大量複雜的數據。根據圖案類型，可能降低終點 偵測精確度。 第二，在透射窗形成在研磨塾上之結構中，在表面研磨 處理期間，由在晶圓與探針頂端之間所存在的水或研磨毅 引起諸如折射之反射特徵變化(失真現象)。同樣，當形成於 研磨塾上之透射窗（透光保護蓋）引起與研磨載具及調節器 _ ^㈣摩擦時’透射窗之表面㈣傷可降低透射與反射效 能。結果，可降低終點偵測精禮度。此外，晶圓表面可由 透射窗而到擦或不句地研磨，由此引起研磨塾之缺陷且降 低研磨墊之使用壽命。 第三，由於透光率取決於晶圓與探針之間的距離或覆蓋 探針末端以保護其之探針保護器（透光保護蓋）的表面狀態 而變化’因此在摘測終點之量測中可存在誤差。為彌補此 量測誤差，需要一獨立之自動增益控制（agc)過程，其使得 | 整個研磨處理變得複雜。 第四，由於晶圓與探針總成均旋轉，在晶圓表面研磨處 理中首先應使之同步。此可成為簡化及便於設備運作的产 礙。 早 同時，將由上述終點谓測方法及器具受控研磨達特定研 磨終點的晶圓在研磨前及研磨後轉移至安裝⑨該研磨器且 之一側的晶圓臺中。量測晶圓層之研磨前狀態是否正常/，、 或晶圓層是否研磨至所要之適當厚度，從而測試在晶圓上 的加工缺陷。在此’使用-種厚度量測伯測技術。:連續 113221.do, 1312541 單步研磨處理眾多晶圓沾，降、w τ 夕曰曰圓的情况下，該厚度量測偵測技術用 於提取先前輸入之晶圓坫讲路次^ 、研磨貝§扎以提供可反映於隨後輸 入之晶圓的研磨處理中的資訊。並且，在多步研磨處理單 -晶圓的情況下’該厚度量測偵測技術用於提取輸入之晶 圓的研磨資訊以提供可及映於 一 反映於5玄aB圓之隨後研磨處理中的 資sfl。使用類似於終點福、、目彳哭目 > 丨 點偵測器具之光學沿線計量厚度量 偵測器具執行厚度量測偵測技術。 更特定言之，習知、;儿蟪呌县B向 /D線计置晶圓層厚度之量測技術在研 磨設備之晶圓臺中進行，且通 且逍常在開始研磨處理之前或在 完成研磨與清洗處理之後在s <俊在日日圓上執行。應用光於晶圓上 之多個指定位置處，且公蚣拓 刀析反射先之波形信號與晶圓之層 厚度之間的相關性且將立棘彳卜盔咨〜 轉化為資訊，以便可獲得關於層 厚度之資訊。因此，可丨 了測疋疋否已正常地研磨所處理之晶 圓。 日日 然而，由於該方法及器具之特徵，習知 厚度之量測技術僅可名春义圓層 僅了在先則輸入之晶圓的所有研磨處理完 成之後才獲得關於移除率之杳1 砂U羊之責讯，諸如關於層厚度之資 訊，此’在獲得關於研«理之資叫存在相應的延遲'， ΠΓ避免地使獲得之資訊的價值及可用性相應地降 位二：，晶圓之層厚度僅在將晶圓轉移至光學系統之一 =Γ在用於量測層厚度之獨立晶圓臺中進行量測， :個研磨處理皆受延遲。此外，㈣使設傷之尺寸 曰加，且因此使配置及空間利用率降低。 【發明内容】 113221.doc -10- 1312541 « (技術問題） 本發明係關於一種用在丰墓轉s m , _ 扯 在+導體晶圓上之化學機械研磨 (MP)设備之t載裝置，其中在執行單步❹步 磨處理歷時恒定時間的過程中，-晶圓藉由至少—安^ 用於該單步或多步晶圓表面研磨處理之研磨器具中、 裝置轉移，且在無表面損傷的情況下在與晶圓研磨處理= 離之裝載裝置中即時量測研磨程度。此使得保持值 光率以便以可忽略之量測誤差精確㈣測層厚度之變化透 消除基於獨立自動增益控制(AGC)過程之補償處理、簡化數 據處理及整個研磨處理、及縮小CMp設備之尺寸成為可 能。此外，此使得在多步研磨處理期間藉由更迅速 及反射量測結果來即時獲得對晶圓之隨後研磨處理有用^ “成為可能，且因此顯著地減少量測晶圓層厚度變化所 化費之時間。 (技術解決方案） 本裔明之一態樣提供-種用在半導體晶圓上之化學機械 明⑽)設備之裝载裝置，包括：―具有一杯形槽、—安 槽中之杯板及_在該杯板上支撐以便能夠減震且固

定晶圓之裝載板的裝載杯；一驅動裝置及-水平地枢轉且 在一研磨器具之一壓妃& _ ,L 的驅動桿；及-在上：間垂直地移動該裝載杯 在裝载杯與驅動桿之間連接之臂。該裝載 裝置特徵在於：至少—』、上 k孔形成於裝载杯之槽與杯板及裝 載板之一或多個相互對應之位置處；用於光學㈣晶圓上 一研磨點處之研磨度疮 居度的至少一探針總成被插入且安裝至 U3221.doc '1312541 在，載杯之對應位置處的每—通孔中；一光學厚度偵測袭 提供在驅動裝置之„側，其能夠將光應用於晶圓上之層 上以制反射之光譜波長，且藉由自福測之反射光譜波長 之間的光譜干涉信號提取之物理量的變化，來傾測晶圓之 ^厚度：及-連接探針總叙每—者與厚度侧裝置 纖電纜安置於該臂中。 此外杜針總成可包括—與厚度偵測裝置之光源相連 接的光纖電纜、一環繞琴#總φ· * • 、 免°亥光纖電纜之套圈、一作為透射窗 在通孔處麵接至肷入於裝載板中之光纖電繞及 的透光保護蓋及一用於在岙吉士^ 負糕 '金直方向精確定位光纖電纔之頂 端與透光保護蓋的探針頂端定位器。 、 同樣’該探針頂端定位器可包括：-欲入環，其緊密地 固定於接近裝載板背面之套 緊在也 之套圏的外表面；-可壓縮彈性 體，其被插入且支禮在裝載板之通孔中之一梯級與嵌入環 之頂面之間的兩末端處，且i 八連續地施加趨於同時降低 • 入環以及光纖電纜及套圈的彈力，月—/# _ w 丄 J坪刀’及一定位螺紋管，苴呈 =形狀’在該定位螺紋管之縱向上形成-通孔，以便能 =不接觸的情況下容納光纖電纔及套圈，在其外表面上 ^ 夺、.内在杯板之通孔中且螺旋入在杯 板之通孔中形成之内螺紋中， 撐欲入環的背面。 。、頂端處接觸且向上支 此外，一透光保護層可推_丰^ ^ v形成於裝载杯之裝載板的 頂面上以在研磨處理期間保 且精確地債測反射光。^針μ研磨毁殘餘物污染 H322l.doc -12- 1312541. 。另外，该研磨器具可包括至少一對研磨載具及壓板，其 D 1沁成於一晶圓上之層執行一或多次多步研磨，且在對 輪入之晶圓執行研磨處理之後及剛好在對隨後輸入之 曰曰圓執行研磨處理之前或在對該先前輸入之晶圓執行隨後 研磨處理之剐’其可提取關於安置在該研磨載具與該壓 板之間@至少—晶圓的層厚度之資訊。 (有利效應）

根據本發明之裝載裳置能夠在不考慮圖案的情況下藉由 ^持悝定之透光率以可忽'略之量測誤差精_地㈣在晶圓 士之層厚度的變化。此可藉由在藉由預定之程式以單步或 =步方式研磨處理晶圓歷時特定時間期間，使用至少一安 =^步或多步晶圓表面研磨設備中之裝载裝置轉移晶圓 …'表面損傷的情況下經由一透明窗在與晶圓 處理分離之装載裝置中即時量測研磨程度來達成。 另外，由於可執行獨立之晶圓 ^ + ^ 帛料理此外，由於可能獲得顯著消 除雜訊之有效數據，因而 間化數據處理及整個研磨處理。 在外，由於晶圓與光偵測器之 利地操作該設備1別地，^ 需要心，因而可便 庫用對…父即時獲得、迅速傳輸且 =後面之晶圓研磨處理有用之資訊，因而即便在多步 研磨處理期間亦可題英从士 間。 W者地減少！測層厚度變化所耗費之時 置中建構預定之結構而不 晶圓臺來簡化設備且改良 另外，可能藉由在習知裝載裝 安裝用於量測晶圓層厚度的獨立 H322l.doc .1312541 * 空間排列與空間利用率。 【實施方式】 下文將詳細描述本發明之示範性實施例。然而，本發明 並不限於下文揭示之示範性實施例，而可以各種類型來實 施。因此，本發明之示範性實施例係出於充分揭示本發明 内容且充分告知普通熟習此項技術者本發明之範嘴而提 供。 鲁 圖1至圖4說明根據本發明用在半導體晶圓上之化學機械 研磨（CMP)設備之晶圓層厚度偵測系統的構造。圖1示意性 地說明根據本發明之用在半導體晶圓上之Cmp設備之裝载 裝置的結構。圖2為說明安裝根據本發明之探針總成p之裝 載杯C之結構的縱向剖面圖。圖3為說明應用於本發明之裝 載杯C之探針總成P之詳細結構的部分放大之剖面圖。圖* 為說明應用於本發明之厚度偵測裝置之組件的方塊圖。 應注意，本發明可廣泛應用於處理在晶圓表面上形成之 • 諸如絕緣層、導電層、半導電層、矽層、鎵層、氧化物層、 鶴層、ig層及其類似物之各種類型的層。 此外，由於本發明應用如在通常之終點技術中之習知沿 線計量量測技術，因而在研磨期間不可能即時量測在晶圓 上2層的厚度變化。然而，本發明適合於迅速地提取關於 先月'J輸入且接著在裝載裝置之側研磨之晶圓的層厚度的絕 對數值的資訊，且在該晶圓之隨後研磨處理或隨後輪入之 晶圓的研磨處理中反映該提取之資訊，藉此使改良研磨精 確度成為可此。換言之，本發明適合應用使用光學系統之 Ϊ J3221.doc • J4· •1312541 較低部：上：：厚度量測技術且具有設置於-褒載杯。之 度们則f置^光源⑽及光傾測器（探針總成）卩之光學厚 多步研使得在單步研磨處理之前或之後或在 轉移時 期間當晶圓1為進行隨後之研磨處理而得以 =2裝載或卸載晶圓10夺迅速且精確地量測晶圓1 ^在此，自然'地’藉助於分光計使用來自光源100 涉的·：重波長來量測在晶圓表面上之許多位置處的光干 :至光^且處理模組控制器（中央處理單元（CPU)) 130連 子糸統（光相度數據们収置）12G以便能夠根據晶 圓之厚度變化控制移除率、處理終點等。 因此’根據本發明之研磨設備之裝載裝置可理解為提供 -種新賴構造’該構造意欲確定藉由前述步驟之晶圓研磨 方法所獲得之所要厚度多麼精確，且接著若確定前述步驟 之晶圓研磨方法係理想的’則其意欲反映來自晶圓研磨方 法中之理想方法的數據以用於隨後輸入之晶圓的研磨處理 或該先前輸入之晶圓的隨後研磨處理中。 T在圖1與圖2中所說明’應用如上所述之通常之光學厚 度1測技術的根據本發明之用在半導體晶圓上之cMp設備 的裝載裝置包含：於其上固定晶圓k裝載杯c、一驅動襄 置10及一水平地旋轉且在研磨器具之壓板與轉軸之研磨載 具頭（未顯示）之間垂直地移動該裝載杯驅動桿u;及— 在該裝載杯C與該驅動桿11之間連接的臂丨2。 通常，裝載杯C上方之驅動裝置10可於其一側配備一晶圓 伯測感應器丨3，該晶圓積測感應器丨3能夠债測晶圓丨是否固 II322I.doc -15- • 1312541 2於裝載杯c上。清洗液供給(未顯示)藉由臂i2安置且與一 安裝於裝載杯C中之純水喷嘴27相連接。 以此方式建構裝載杯c·· 一杯板21安裝於一杯形槽中， -能固定晶an之裝載板22置於杯板21上，且複數個垂直減 震器23及水平減震器24插入杯板21與裝載板22之間，其中 該複數個垂直減震器23允許裝載板22傾斜及下沉，且該複 數個水平減震器24藉由允許裝載板22滾動其垂直轴藉此以 φ #直狀態居中裝載板22來活動地修正裝載板22之位置至研 磨載具頭之位置。 在此，母一垂直減震器23皆為用於傾斜晶圓的構件，使 得當支撐裝載板22之背面以將固定在裝載板22上之晶圓工 真空卡緊於研磨載具頭上時或#將真空卡緊於研磨載具頭 上之晶圓1卸載至裝載板22上時晶圓}可與研磨載具頭之背 申及裝載板22頂面穩固地接觸。水平減震器24徑向對稱地 安置於該裝載板之背面且指向裝載板22之中心，且在杯板 • 21及裝載板22之相對末端固定。因此，藉由恢復研磨載且 頭及裝載板22至其正常位置，當晶圓在安裝至轉軸之研磨 載具頭與裝載板2 2之間裝載或卸载及裝載板2 2在根據研磨 載具頭與裝載板22之間的位置偏差之預定驅動誤差内輕微 滾動其中心軸時，水平減震器24充當能夠使晶圓卡緊/鬆開 之構件。 如此建構在一圍繞研磨載具頭外部安裝之固持環（未顯 示）中内接之裝載板22的邊緣使得複數個導引滾筒25圍繞 裝載板22之圓周以等間隔向内朝中心伸出。此結構係用於 113221.doc •16- 1312541 最小化由該固持環與裝载板22之間接觸所引起之摩擦。在 預定位置處裝餘22g&備有至少—以具原點對稱性㈣細 symmetry)之通孔形式形成的制動器孔（其參考數字未指 不）。該制動器孔配備有以預定間隙寬度穿過其緊固之制動 器26以便能夠防止裝載板22脫離杯板21及槽2〇。 可形成裝載杯C之裝載板22以具有由能夠在其上表面上 透射光之透明或半透明材料形成的透光保護層37。該材料 可係選自氯乙烯、聚氯乙烯（PVC)及胺基甲酸酯。以此方 ▲在裝載板22上形成該透光保護層37時，不僅使保護. 探針30不受研磨漿殘餘物污染，而且使進—步改良反射光 之偵測精確度成為可能。 同時，如在圖3中所說明，探針總成p包含一與諸如白光 源之光源100(圖4)相連接之光纖電纜31、一環繞該光纖電纜 31之套圈32、一作為透射窗耦接嵌入裝載板“之通孔22a中 之光纖電纜31及套圈32的頂端的透光保護蓋36及一用於在 垂直方向上精確定位光纖電纜31頂端及透光保護蓋％的探 針頂端定位器。 在此套圈32為一管狀體，其整體地與光纖電纜31之外 緊岔接觸以保濩並且穩固地支撐嵌入裝載板之通孔 22a中之光纖電纜3 1的末端。 透光保護蓋3 6緊密地接觸且覆蓋光纖電纜3丨之頂端以密 封且保濩與套圈32耦接之光纖電纜3丨的頂端，且透光保護 蓋36為允許光纖電纜31之頂端穩固地容納在裝载板22之通 孔22a中的構件。如在透光保護層”中，透光保護蓋％可由 113221.doc -17- 1312541 啫如氯乙烯、聚氯乙烯（Pvc)或胺基甲酸酯之可撓性半透明 材料製成，其具有對於晶圓丨上之層而言相對低的硬度。

此外，該探針頂端定位器包括一嵌入環34，其緊密地固 定於接近裝載板22背面之套圈32之外表面的；—可壓縮彈 性體3 5，其在裝載板2 2之通孔2 2 a中之一梯級與嵌入環3 4之 頂面之間的兩末端處插入且支撐且其連續地施加趨於同時 降低後人環34以及探針糊彈力；及—定位螺紋管％，其 具有管形狀，該定位螺紋管33在其縱向上形成有一通孔:; 便能夠在不接觸的情況下容納光纖電纜31及套圈32，在其 外表面上形成有-外螺紋以便將其容納在杯板21之通孔 2U中且螺旋入在通孔21a中形成之内螺紋中，且在其頂端 處接觸且向上支撐嵌入環34的背面。 可壓縮彈性體35通常包括（但不限於）螺旋狀I缩彈簧。 =應用能夠發揮與該螺旋狀壓縮彈簧相同作用之諸 膠裱之任何替代構件。 節上述構造之探針總成。適合於精細地調 Ρ透先保護盍36之頂面的高度。在此情況 f，36時’正向(緊固方向)轉動定位螺紋管33至= 二二當欲降低透光保護蓋36時，反·1方向) 轉動疋位螺紋管33至所要之高度 轉定位螺好；矿 D之’當正向旋 轉疋位螺h 33時，壓縮可㈣㈣心 彈性㈣之末端用力向上推嵌人環W 且接者可堡縮 ㈣之力傳輸至套圈32及光物31 弁：上推截入 蓋36。相反，當反向旋轉定位螺紋管加 w透光保護 可’可壓縮彈性體 H3221.doc -18- •1312541 乂八與疋位螺紋管33之末端向下移位之距離成比例的彈 力向下£縮肷入環34。因此，向下壓縮欲入環^之力傳輸 至套圈32及光纖電繞31且因此降低透光保護蓋36。 在將揼針總成P應用於裝載裝置時，在構成裝載裝置之裝 載杯C的槽20、杯板21及裝載板22彼此對準的位置處形成通 轰才將探針總成p裝配至該通孔内。因此，探針總成 之應用極易完成。當需要定位探針30之頂端時’例如當探 φ 針3〇之頂端與晶圓1之表面彼此接觸時，可簡單地藉由順時 針方向或反時針方向旋轉定位螺紋管33來精細調節透光保 #之位置以升南/降低探針3 0，而不需拆卸全部厚度横 測裝置。因此，可能迅速且容易地管理及維護該器具。 同時，本發明之晶圓層厚度變化的偵測過程通常包括·· 1由刀光°十來畺測反射光強度，及藉由分別處理於每一 波長處篁測之反射強度來處理反射強度信號，處理所量測 之、’、σ果為數據，貫穿全波段分析該數據以計算層厚度，且 # 接者量測對應於諸如反射之光譜干涉信號波形的峰或谷之 特殊參考點的波長值。 如在習知技術中所揭示，圖4為說明應用於本發明之晶圓 層厚度偵測裝置之組件的示意性方塊圖。如在圖4中所說 明，根據本發明之晶圓層厚度偵測裝置包括一具有寬光譜 區之光源100，一自該光源伸出以便將來自光源1〇〇之光向 裝載板22之通孔22a應用的光纖電纜31，一在電纜31之一端 上形成且接近通孔22a安置的探針30 , 一藉由獨立之光纖電 、.覽3 1連接至板針3 〇以哀減自晶圓1表面反射的光強度至適 H3221.doc •19- 1312541 合之強度且傳輸該反射光以便可應用不超過容許度之強度 勺光衰減&11〇’ -用於將反射光轉化為電信號以提取預定 之光學信號的光譜強度數據偵測裝置m，―㈣比較及計 算該光學信號則 貞測厚度變化且根據偵測之數據控制研磨 器具(CMP設備)之研磨速度的中央處理單元13〇，一用於輸

入研磨處理之初始條件及敎數據至中央處理單元13〇中 的輪入裝置14G’及-用於儲存自中央處理單元13〇、信號 處理程式等偵測之數據的外部儲存裝置丨5 〇。 光譜強度數據键置120包括一用於收集經由探針3〇 引入且藉由光衰減器衰減之反射光且將該反射光轉化為電 光：號的分光計121 ’一用於將由分光計121傳輸之類比光 學仏號轉化為數位光學信號的A/d轉換器122，一用於消除 相對於自A/D轉換器122傳輸之數位光學信號之不同光波長 之間的強度差以彌補強度變化的干涉信號補償器123，及一 用於消除來自由該干涉信號補償器傳輸之強度補償之光譜 干涉信號的雜訊以提取強度補償、雜訊消除之光譜干涉信 號的雜訊信號消除器124。 光源100可係選自氣氣燈、函素燈及鶴絲燈之一者，且本 叙明之實施例使用氙氣燈。另外，光纖電纜3 i使用含有直 徑為約H)0叫至約圆，之光學纖維的電鐵，且分光鏡 m包括·電荷麵合裝置（CCD)以轉化2〇48類比值為數位 值。

輸入裝置140包括一鍵盤、一潛矜楚 Q A 规盟 ⑺鼠荨，且外部儲存裝置150 可為-硬碟驅動器、—軟碟驅動器、—cd_rgm驅動器等。 il3221.doc -20- 1312541 用該厚度偵測裝置之構造，當藉由研磨器具之研磨頭來 卡緊自裝載裝置轉移來之晶ΒΠ以將其安裝於研磨塾上 時，研磨器具之轉軸旋轉以根據預定程式執行晶圓表面研 磨處理歷時預定之時間。接著，將經研磨預定時間之晶圓！ ❹具有透明窗22&之裝載裝置轉移’且晶ΙΠ之研磨程度 可在無表面損傷的情況下在與該晶圓研磨處理分離之裝= 杯c中即時$測。亦即，光源1〇〇沿光纖電繞Η發射光且該 光經由裝載板22之透明f22a及透光保護層37人射在晶圓; ^之層上且向探針3〇反射。反射之干涉信號光經由連接至 木:30用於接收反射光之光纖電鐵31傳輪至光衰減器“Ο 以农減至適合的強度且引入分光計121。接著，經由分光計 刀光之干涉b號光轉化為電光譜干涉信號，且接著穿過 A/D轉換n122以轉化為數位光譜干涉信號。該光譜干涉_ 號經由干涉信號補償器123及雜訊信號消除器124轉化為^ 度補償且消除雜訊之光譜干涉信號，且接著將光譜干涉作 號傳輸至中央處理單元13〇以提取光譜干涉信號之特殊^ =考點的波長值。與在此處理中獲得之波長值相比較， D量別研磨之别與研磨之後的晶圓層厚度，且將該研磨資 扎傳輸至用於研磨隨後之晶圓i或用於該晶圓i隨後之研磨 處理的研磨器具’藉此更迅速且精確地執行研磨處理晶圓 上之層。 使用根據本發明之裝載裝置量測晶圓層厚度的方法可應 ^到任何消除製程中，諸如離子钱刻製程以及上述之⑽p 製程。同#，應瞭解，該方法可廣泛地應用於偵測在諸如 11322I.doc -21 - 1312541 化學氣相沈積（CVD)製裎式田狄 屙$ # 一 於形成諸如金屬電極或絕緣 層之層的減鑛製程的層形成製程中的厚度變化。 如上所述，本發明使用 . * 女裝於用於單步或多步研 熠爽理之研磨态具中之裝 戰裝置，以在對先前輸入之晶圓 執仃研磨處理之後及剛好在 搜少A々+ M f隨後輸入之晶圓執行研磨處 理之剛或在對該先前輸入之 ^ 3 ^ a r Λ 日日圓執仃奴後之研磨處理之前 …圓層厚度資訊。因此，與習知沿線計量晶圓厚度量 測技術（根據該技街，量測裝 π Α 士 裝於獨立之晶圓臺中以在 研磨處理之前或在完成研磨生 L± 次0洗處理之後量測晶圓層厚 度）相比較，當連續執行研磨 廡用古田Μ 處理時’有可能迅速地傳輸且 應用有用之資訊以用於研磨隨後之晶圓。 1此，本發明能夠解決習知終點價測裝置及沿線計量厚 度里測技術的問題，藉此簡化該， 、 旦、目丨丨A 八，並且迅速且精確地 里測曰日圓在研磨前與研磨後的厚度。此藉由迅速地執行厚 度量測反饋以在研磨隨後輸入之晶圓或當前晶圓時提二 於控制多種研磨參數的資訊來達成。特別地， 環境下對先前研磨之晶圓執行的原位終則貞測；厚度 相比較，根據該快速反讀，有 、 有了此藉由更精確地偵測隨後 輸入晶圓之層厚度的變化來改良器具之可靠性。 (工業適用性） 如自上述可見’根據本發明之裝載裝置能夠在 案的情況下藉由保持恆定之透光率 、'圖 延尤羊以可忽略之量測誤 確紹貞測在晶圓上之層厚度的變化。此可藉由在二 之程式以單步或多步方致'胡：麻步 s 預疋 〜方式研磨處理晶圓歷時特定時間期 113221.doc -22- 1312541 用至少一安裝於單步或多步晶圓表面研磨設針之 裝載裒置轉移晶圓且在無 在 領铋的情況下經由一透明窗 隹/、日日圓表面研磨處理分離 度來達成。 〈扃載裝置中即時量測研磨程 蕤卜纟於可執打獨立之晶圓層厚度量測，因而不需要 藉由獨立之AGC進行補償處理。 不需要 洁咚触i 此外’由於可能獲得顯著 示雜讯之有效數據，因 理。 j間化數據處理及整個研磨處 此外’由於晶圓與光_ ^ 4,1 1J, 4〇 ,, 』个吊要同步，因而可僮 利地#作該設備。特別地 ^

Mmm^^ ;可即時獲得、迅速傳輪且 研磨虚用之貝訊，因而即便在多步 研磨處理期間，亦可顯著地 時間。 v里測層厚度變化所耗費之 另外，可能藉由在習知襄載装 „ θ 置中建構預定之結構而不 女裝用於量測晶圓層厚度的獨立· ^ 空間排列與空間利用率。 0日I來間化設備且改良 雖然已參考本發明之某此 發明，但是熟習此項技術=㈣例來顯示且描述本 利範圍所界定之本發明的精纟不f離隨附申請專 種形式及細節的改變。神及㈣的情況下，可進行多 【圖式簡單說明】 圖1示意性地說明根據本發明 學機械研磨(CMP)設備之裝载 半導體晶圓上之化 圖2為說明安裝根據本發明：:構， 探針總成之装載杯之結構 113221.doc 23- 1312541 的縱向剖面圖； 圖3為說明應用於本發明之裝載杯C之探針總成p之詳細 結構的部分放大的剖面圖；且 圖4為說明應用於本發明之厚度偵測裝置之組件的方塊 圖。 【主要元件符號說明】

10 驅動裝置 11 12 驅動桿 臂 13 20 晶圓偵測感應器 杯形槽 21 杯板 21a 22 通孔 裝載板 23 垂直減震器 24 水平減震器 25 導引滾筒 26 制動器 27 純水嗔嘴 30 探針 31 光纖電纜 32 套圈 33 定位螺紋管 113221.doc •24- 1312541 34 嵌入環 35 可壓縮彈性體 36 透光保護蓋 37 透光保護層 100 光源 110 光衰減器 120 光學系統 121 分光計/分光鏡 122 A/D轉換器 123 干涉信號補償器 124 雜訊信號消除器 130 處理模組控制器 140 輸入裝置 150 外部儲存裝置 113221.doc -25-

Claims (1)

1312541 十、申請專利範圍： 1' 種用在半導體晶圓上之化學機械研磨（CMP)設備之農 載裝置，包括：一具有一杯形槽、一安裝於該槽中之杯 板及一在該杯板上支撐以便能夠減震且固定晶圓之裝載 板的裝載杯；一驅動裝置及一水平地樞轉且在一研磨器 具之一壓板與一轉軸之間垂直移動該裝載杯的驅動桿； 及一在該裝載杯與該驅動桿之間連接之臂，特徵在於： 鲁至少—通孔形成於該裝載杯之該槽與杯板及該裝載板 之一或多個相互對應之位置處； 用於光學積測該晶圓上一研磨點處之一研磨厚度的至 夕彳木針總成被插入且安裝至在該裝載杯之對應位置處 的每一通孔中； 一光學厚度偵測裝置提供在該驅動裝置之一側，其能 夠將光應用於該晶圓上之層上以偵測反射之光譜波長， 且猎由自該等偵測之反射光譜波長之間的光譜干涉信號 • 提取之物理量的變化，來偵測該晶圓之一層厚度；且 一連接該等探針總成之每一者及該厚度偵測裝置的光 纖電窥安置於該臂中。 2’如喷求項1之裝載裝置，特徵在於該研磨器具包括至少 其可對形成於一晶圓上之層執行一

對研磨載具及壓板，其可對形 次或多次多步研磨，且在對一 處理之後及剛好在對一隨後輸 月il或在對s亥先前輸入之晶圓勒 113221 .doc 1312541 晶圓的該層厚度之資訊。 ^月长項1之褒載裝置，特徵在於該探針總成包括—與該 2度彳貞測裝置之光源相連接的光纖電纜、一環繞該光纖 :瘦之套圈、—作為透射窗在一通孔處耗接至嵌入於該 二載板中之該光纖電纜及該套圈的頂端的透光保護蓋及 =於在垂直方向精確定位該光纖電镜之頂端及該透光 保護盘的探針頂端定位器。 ::月求：3之裝载裝置，特徵在於該探針頂端定位器包 ’-肷人環’其緊密地固定於接近該裝载板背面之該 圈的外表面；一可遷縮彈性體，其被插入 =之該通孔中之-梯級與《入環之頂面之丄 ^ 且其連續地施加趨於同時降低該嵌入環以及該 光纖電纜及該套圈的彈力；及-定位螺紋管，1亘有： =在該定位螺紋管之縱向上形成—通孔二便能二 不接觸的情況下容納該光纖電€及該套圈，在其外 面上形成m讀將其容納在該杯板之-料中且又 螺旋入-在該杯板之該通孔中形成的内螺紋中，且於並 頂端處接觸且向上支撐該嵌入環的背面。 、/' 5.如D月求項3之裝載裝置，特徵在於該研磨器具包括至j、— 對研磨載具及麼板，其可對在一晶圓上形成之層執^二 次或多次多步研磨’且在對一先前輸入之晶： 處理之後及剛好在對一隨後輸入之晶圓執行研磨“磨 前或在該先前輸入之晶圓執行隨後之研 ^之 可提取關於安置在該研磨载具與該壓板之間的至少—: U3221.doc 1312541 圓的該層厚度之資气。 6·如清求項1之襄載裝置，特徵在於—透光保護層進-步形 成；Λ裝載杯之该裝載板的頂面上’以保護一探針在研 磨處理期間不受研磨漿殘餘物污染且精確地偵測反射 光。

如請求項6之裝載裝置，特徵在於該研磨器具包括至少— 對研磨載具及壓板，其可對形成於一晶圓上之層執行— 次或多次多步研磨，且在對一先前輸入之晶圓執行研磨 處理之後及剛好在對一隨後輸入之晶圓執行研磨處理之 前或在該先前輸入之晶圓執行隨後之研磨處理之前， 可提取關於安置在該研磨載具與該壓板之間的至少—Β ^ 晶 圓的該層厚度之資訊。

11322I.doc