TWI313488B - Eddy current system for in-situ profile measurement - Google Patents

Description

1313488 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於半導體處理，更明確地說，有關於用 以在半導體處理時，監視一或多數導體區之系統與技術。 【先前技術】 一積體電路典型藉由依序沉積導體、半導體或絕緣體 層在一矽晶圓上，及藉由後續處理該等層，而被形成在 一基材（例如半導體晶圓）上。 製造步驟涉及在一非平坦面上沉積一填料層、及平 坦化該填料層，直到非平坦面露出為止。例如，一導體 填料層可以沉積在-有圖案絕緣層上’以填充在該絕緣 層中之溝渠或孔洞。填料層然後被研磨，直到上升之絕 緣層圖案露出為止。在平坦化後， 圖案間之導體層部份形成導孔、招 材上之薄膜電路間之導電路徑。 以平坦化用於微影之基材表面。 霞’殘留在絕緣層之升高 、插塞及線，其提供在基 。另外’平坦化也可以用 化學機械研磨（CMP)係一種可接 平坦化方法 一種可接受之平坦化方法。該

基材之曝露 研磨墊可以 有耐用粗糙 含媒體中。 I313488 材推向研磨墊。-包含至少—@ 研磨墊，則包人 v化學反應劑，若使用標準 匕含研磨顆料之 於半導體處理時，重要的：:5至研磨塾之表面。 材之一或多數 、疋；、定在基材之複數層或基 度係相重要的徵例如’在CMP時知道-導體層的厚 法也可二間終止。若干方 也可以用於在“特徵。例如’光學或電容感應器 (或另化學機械研磨時，原處監視-基材。或者 渴流感應系統也可以w 上之導體區%也了以用以感應在基材 之參數。“，以決定例如導體區之局部厚度等 【發明内容】 術本2供用以取得高空間解析度渦流量測之系統與技 術以取得具高信雜比之渴流量測值之系統與技 術。—般而_, 於一態樣中，一渦流感應系統中包含一 長形芯部。嗜具π # ^ 及長形芯部具有—較寬度為長之長度。一繞 在長形怒部之办山 之大出部上之線圈產生時間相依磁場，以 例如晶圓上之導辦 、導體層的第一區域之導體區感應渦電流。 感應有滿電流之笛 g 电爪之弟—區也疋長形，並具有較寬度為長之 長度。 長形心部可以定位接近一半導體處理設備之晶圓載具 方 〇 "f列士t?，七古* Wry _ β心σ卩可以至少部份定位在一化學機械研磨 6Χ △ Ly σ〒’使得突出部之頂面可以定位接近該與該 1313488 平台連接之研磨墊的頂面。該長形芯部可以包含例如 MnZn鐵氧體、ΝιΖη鐵氧體或其他鐵氧體之鐵氧體材 料。該長形芯部可以被塗覆以例如聚對二曱笨之材料。 -般而言’於-態樣中，一方法包含使用複數處理參 數’來處理在-基材上之導體層1如，—金屬層可以 使用CMP設備加以研磨’及該等處理參數可以包含一研 漿組成物，及為研磨塾所施加之厘力輪廊。 導體層之第一區中，而 渦流可以使用一時間相 渦流可以感應在一晶圓上之— 第一區具有較寬度為大之長度。 關磁場，其係為繞著一長形芯部旁 ^ |方之線圈中之電流所產 生0 /子/夂只 ▼ , · V "IU — 第一區中之導體層。渦流可以感應在導體層之第二 中，並可以取得用於第二區之量測厚度資料。用於筹 及第二區之量測得厚度資料可以與一想要厚度輪廟 較，以決定-輪廓誤差。若輪廓誤差超出—最小想垄 差，則可以改變一或多數處理參數。 /一區之寬度可以約一毫米或更少，使得在第一區 系統空間解析度係約在一毫米。 效見度可以在約1 f 及約3毫米之間。 於一態樣中，一般而言，一化風 b予機械研磨設備包含 直流（DC)耦合邊際振盪器，以 已3 Φ ,ώ ^ 仕線圈中，產生時間 關電》’il ’ δ亥電流產生—g± pg ±〇 «a 座生打間相關磁場，以耦合在—曰 上之導體區的一部份。該邊 曰曰 〆攻丨不娠盪益可以包含一第— 1313488 曰B體及第二電晶體，形成一長尾巴對。該邊際振盪器 可以包含—第三電晶體，耦合至該第一電晶體，以經由 該第一電晶體的基極，提供直流回授。 該邊際振盪器可以包含一時間相關驅動電流，在一電 路之諧振頻率，其包含線圈合一芯部及一電容器。該第 二電晶體可以提供直流回授至第一電晶體的基極，使得 該邊際振盪器產生時間相關驅動電流，使得在線圈及電 谷器間之電位差被維持在大致不變之振幅。 般而5，於一態樣中，一方法可以包含在一電路之 4振頻率，產生—時間相關驅動電流，該電路包含—耦 合至-芯部之線圈及一電容器’該為一邊際振盪器所產 生之時間相關電流，該邊際振盪器具有一第—電晶體及 -第二電晶體’其包含—長尾巴對。該方 一晶圓上之導體層之第一區中之渦電流，其中該= 係為線圈所產生之時間相關磁場所感應。該方法可以包 含決定在線圈及電容器間之電位差之大小並基於由耦合 至第-電晶體的基極之第三電晶體的直流回授，而調整 時間相關驅動電流，以維持該電位差在一想要大小。該 方法可以包含基於該時間驅動電流，決定該第一區域： 一或多數參數。 一或多數實施法之細節將 明。本發明之其他特性及優 圍、說明及圖式加以了解。 在以下之附圖及說明中說 點可以由以下申請專利範 !313488 【實施方式】 在各圖式中’相同參考號表示相同元件。 於部份半導體製冑中道在基材上之導體區的厚度 係重要的。再者，為了決定一化學機械研磨製程的終點， 、’屬層之厚度可能需要被監視。研磨製程可以基於有關 金屬層之厚度的量測值加以終止。 一導電材料之厚度可以在基材，例如在一晶圓的不同 區加，量測。例如’在—晶圓之不同區之金屬層的厚度 可乂里視，以確保該製程均勻地進行於整個晶圓上。晶 圓之區域的厚度資訊（其可以統稱為晶圓的，，輪靡，，）可 以然後被用以即時調整處理參數，以取得想要之整個晶 圓的均勾性。例如，在—化學機械研磨製程中，在晶圓 上之不同區之金屬層的厚度可以被監視，並且，所㈣ 之非均句性可能使得CMp系統即時調整研磨參數。此輪 廓控制可以被稱為即時輪廓控制（RTpc)。 第1圖顯示一方沐1ΠΛ ·υ- 00，其可以用以在半導體處理時， 實施TRPC。在晶圓上之邋栌馬 之導體層可以被處理（110)。例如， 在一晶圓上之一銅層可7 h 了 乂以包含多區頭之CMP設備研

磨。於晶圓被研磨時，用於B 、 τ 用於日日圓上之一區之輪廓資料可 以被取得（1 20)。例如，古Μ 有關Μ合至為渦流感應系統所產 生之磁場的銅層一部份尸 乂予度之渴流資料可以於研磨時 取得。 該輪廓資料可以被處理 (30)例如，信號處理演繹法 1313488 可以用以將渦流量測值與晶圓之特定 △式4匕。所慮理 輪廓資料然後可以比較至想要輪廓資 ± + 叶以決定是否一 輪廓誤差大於最小可接受誤差（150)。芒 τ极 ）右否，則處理參數 不變，則可以取得用於晶圓之不同區 ^ 々輪廓資料（160)。 例如，一渦流感應器可以相對晶圓平移 / 中心之不同徑向距離區域之輪廓資訊被取得。注意，2 =圖：之晶圓不同區之分立步驟所示之取得及處理資 2的程序也可以連續及同時發生，其中，資料取得發生 ::較於渦流感應器相對於晶圓之平移係相當短之時間 若誤差係大於一最小可接受誤差，則—或多數處理變 數可以改變（17G)。例如，CMP系統可以對例如多區頭中 之—或多數區之壓力的變數，完成增量變化，以改良研 磨均勻性（因此，隨後降低所量測之輪靡誤差）。 告如上所注意，輪廓f訊可以使用渦流感應加以取得。 當渴流感應時，_振|磁場感應在晶圓上之導體區中之 渦電流。渦電流被感應於為渦流感應系統所產生之磁力 、、^麵口之區域中。第2A圖顯示渴流感應系統·之一部 的丁 w圖。系統200包含一驅動線圈2丨〇，其用產生 、盪磁i# 22G ’其可以耗合至想要導體區23()(例如在 半V體曰曰圓上之金屬層的一部份)。驅動線圈2 ( 〇係繞於 Ά部205之会，兮 w却-p 4心4可u由例如MnZn或NiZn鐵氧體 立載氧體材料所形成。芯部205可以大致呈圓柱對稱芯 或可以為例如第6A、6B或7a及7B圖所示之長形 1313488 芯部，其將如下說明。 振·^ 磁場 2 ) η - 電流使得導體J3=體區23”’產生渴電流。满 應線圈240及_雷— 阻抗源’並且’並聯-感 谷益250。當導體區230之厚度改變 子 阻4几改變，生 因數的變化，、因數改變。藉由偵測在0 變化，因，機制可以感應在渦電流之強度的 應系統可以用區之厚度變化。因此，涡流感 度 、決疋導體區之參數，例如，導體區之厚 雖^ 決定相關參數，例如研磨終點。注意，

2彳論是特定導體區的厚度m卩2G 一干不同導體區之厚度資

因Π份實施法中，對於一固定驅動頻率及大小，在Q 決定^變可以藉由量㈣流大小料間之函數加以 智 r流信號可以使用—整流器細加以整流，及 變==27。加以監視大小。或者，在Q因數中之改 測渦流相位為時間之函數加以決定。第2B 相位為時:::::以使用-相― 導=及25圖之系統200可以用以量測在-基材上之 -曰的厚度。然而，於部 高信雜比及/或改變空間解析貫::法^^ 統。如u 厅度及線性之渦流感應系 句性可RTPC應用中，取得想要之整個晶圓之均 此要―改良之满流感應系統。第…B圖顯示 10 1313488 一渦流感應系統，用以改良信雜比及線性，而第6A、6B、 7A及7B圖顯示一芯部設計，其可以用以改良空間解析 度。這些技術均可以用以改良渦流感應。 第3 A圖顯示一渦流感應系統3 0 0 ’其可以為更線性更 穩定，並提供較第2 A及2B圖所示之系統為高之信雜 比。系統300包含一線圈320，耦合至一芯部31〇(例如 一般圓柱對稱芯部、一如第5A及5B圖或第6A及6B圖 所示長形芯部’或其他芯部）。於操作中，一電流產生器 330(例如一基於邊際振盪電路之電流產生器）以lc槽電 路之諧振頻率驅動系統，該槽電路係由一線圈32〇(具有 電感L)及電容器315(具有電容C)所形成。一具有振幅 V〇之時間相關電壓被使用一整流器335加以整流並提供 給回授電路337。回授電路337決定用於電流產生器330 之驅動電流，以保持該電壓V 〇的振幅為定值。對於此一 系統，驅動電流之振幅可以被顯示成比例於導體膜厚 度。邊際振盪器電路及回授電路更被描述於美國專利第 4,000,458號案中，該案被併入作為參考，以及年 七月之科學儀器”第47冊第7號之G.L.Miller， D.A.H.Robinson及j，D.Wiley等人所著之”由射頻無載 波電力吸收之半導體導電率之非接觸量測”之中，該文 章係併入作為參考。 使用例如系統300之系、统，可以取得若干優點。只要 操作頻料夠低，磁場在導體區中並未過度衰減，則驅 動電流係與導體區厚度成直線關係。另外，因為振盪振 11 1313488 幅為固定’所以不必要一高度線性RF整流器。因為系統 係操作在LC槽諧振曲線之峰值，所以信雜比被改良而 優於其他量測方法。 系統300可以提供快速反應（例如可以取得約5〇毫秒 之反應時間）’並可以較第2 A及2B圖之實施法更簡單操 作與分析。最後，系統300需要一單一線圈，而不是分 離之驅動及感應線圈，這降低了複雜性並節省纏繞空間。 第3B圖顯示系統300之實施法，其中電流感應器33〇 包含一改良直流（DC)麵合邊際振盪電路，其包含第一電 晶體340、一第二電晶體35〇、及一第三電晶體36〇。第 一電晶體340及第二電晶體350形成一長尾巴對；即它 們為貫質相同電晶體，及一驅動電流j係經由第一電晶 體340及第二電晶體35〇加以交替切換。第三電晶體36〇 經由一耦合至第一電晶體34〇之基極的長尾巴對，提供 直流回授。一般而言，大振幅之振盪Vd(例如四伏之峰到 峰值）被使用。驅動電流Ϊ藉由量測用於電晶體34〇之集 極電流之平均值加以決定。 使用第一電晶體340、第二電晶體35〇及第三電晶體 360形成之邊際振盪器在繞在芯部375之線圈gw中， 產生-時間相關電流。日寺間相關電流產生時間相關磁 場，其耦合該導體層的一部份’以提供局部厚度資訊。 使用-振幅穩定化迴路391提供一回授，該迴:包含一 整流器392、參考電壓393及一積分器394。整流器 可以為一峰值延伸器，參考電壓393可以為+2伏特，造 12 1313488 成在LC槽電路間之4伏特峰到峰值 應注意，當邊際振盡器操作於l 振幅。 時’驅動電路之振幅需要被、槽電路之諸振頻率 導體層之厚度。於諸振時疋。以線性相關於 型化為並聯損失電阻Μ阻性並可以被模 P \包含槽電路電阻Rf白人 例如線圈線之電阻)，及 玉路電阻RT(包含 為以下之公式⑴·· ，、載fiI且Rs。電阻被相關 1 1 Λ ——=-+ RP Rt Rs 公式（1) 在槽電路之諧振頻率時，J、 定律相關：Vq=IRp。 ，A ° P係簡單地為歐姆 要以維持V夕 虽取樣負栽電阻改變時，需 、、。之驅動電流改變。因 載電阻Rs及導體岸柏m 城動冤々“係為負 層相關局部厚度之量值。 的!干3=，=’了提供優於其他邊際_設計 率之頻率㈣内。第作於由直流至電晶體截止頻 ,* ’其可以相容於高電壓位準（例 如’其可以用於幾佚 a 及穩定。 而不疋耄伏之電壓）。最後，其簡單 系統300可以松祕& -目一曰 '"據第4圖之程序400之程序，用以監 視一日日圓之導體層 有導體層之晶《^序彻可以例如執行在具

Ri ?研磨時及當芯部係被與晶圓相對平移 時。一振盪磁場可Μ # 中該振Μ路加以產生，其 ㈣)。對於=在晶圓1之導體層的一部份 ^ 研磨塾之渦流感應系統，振盪磁場 13 1313488 延伸通過塾並進行該導體層的—部份。 一電壓v0破監視，其中v〇為在渦流感應系統之線圈 及電容器間之時間相關電位差的振幅。用於邊際振盪器 之驅動電流也被監視（420)。驅動電流被調整以維持定值 V〇(430)。因為驅動電流需要維持一定振幅係線性相關於 導體層之厚度’所以，驅動電流可以被用以決定—研磨 終點及/或導體層之局部厚度（4鄉注意，雖然在此該些 動作係分別進行，但在方法_中之動作可以連續或同 時執行。 上述及示於第3 A及3 B圖之渦流感應系統可以提供加 強之信雜比、加強之線性及加強之料性。其他優點也 可：藉由提供具有改良空間解析度之渴流感應系統加以 取得。改良之空間解析度可以特別有利於RTpc。取得高 解析度晶1]輪廓資訊允許對處理參數進行更正確調整了 因此’可以完成具有更小臨限尺寸之襞置的製造。於此 所述之系統與技術提供線圈幾何，其可以用 渦流系統中。 . -種增加空間解析度之方法為降低線圈/芯部系統之 尺寸’使得磁場柄合至更小之晶圓面積。第5圖顯示一 ^含芯部如之洞流感應系統5 〇 0的俯視圖，該系統於 =台530轉動時，其在基材51〇下掃過。—電腦（未示幻 二!將感應漏流信號(未處理或已處理)分成複數取樣 °° 。如第5圖所示，系統之空間解;^ ώ 鮮析度係為線圈505 ㈣之距離所限定（注意例如在導體區及芯部間 14 1313488 之距離及芯部形狀之其他參數也可以影響系統之空間解 析度）。平台530可以包含一旗標540,其予以為旗標感 應器550所感應’以決定平台530之旋轉位置。 雖然空間解析度可以藉由降低芯部/線圈系統之尺寸 加以改良，但降低芯部/線圈系統尺寸很難對量測品質不 造成損害。若干設計考量已經著重於最小芯部尺寸上的 限制。例如，頻率、動態阻抗及品質因數之想要值可以 對最小芯部尺寸產生限制。 ―、 〜奶町间亏量加 :選擇(較高頻率完成較快反應），及基於集膚深度考 量，加以選擇。#電磁輻射之頻率（即磁場頻率）增加;’ 集膚深度（磁場穿透距離量值）降低。為了正確量測一層 的厚度，磁場應穿透整個厚度。 曰 :質因數及動態阻抗之限制防止了需 子迴路中，切換大電流。 你电 因尺寸之頻率、動態阻抗及品質 微米表1中之頻率值係基於鋼薄膜到達約1.5 音=他材料及/或厚度，頻率值可能可適 感，心:表'線圈，例如第則之線圈370之電 代表例如第3B圖之電 电 值，Z代表-線圈及電容器年： <電容器的電容 代表並聯損失電阻，其包含二之：載動態阻抗’及& 失電阻。 電路及導體層之並聯損 表1 15 1313488 一 參孥 — 值 設計準則 1 頻率 1 — ~~-——-_ ._ ^ 350kHz 動態阻抗 g 100歐姆 VC 品質因數 Rp -1 ~~~-2___ 丨 ^ 10 ” τ π 1犯低猙（双+可能）完 虽心部尺寸降低時，一般需要具有加大 小芯部。合,丨‘ & 串聯損失電阻之会έ 6 愈 >、、田線。因此，當芯部尺寸降低時， 統之Q因數降低。 ’' y本發明了解可以藉田使用-單-方向很長而另一方向 报短:而在特定方向中，犧牲空間解析度。第6八及6B 圖.展不線圈/怒部系統6〇〇之側視及俯視圖，其可以用 以提供尚解析度渦流量測，而不會對系統之q因數有重 大損害。-長形芯冑610大致呈，’ E”字型，即，有三個 突起由-背部份向上延伸。如第6B圖所示，芯部㈣ 延伸大於芯部610之寬度…的一長度卜-線圈62〇可 以繞在該中心突出部上。線目62〇可以耦合至一電容器 630。於例如第2八及2B圖之渦流感應系統—之實施 法中，也可以使用個別感應及驅動線圈。 於部份實施法中，一例如線圈62〇之線圈可以為絞合 線（由個別絕緣線絞合或編織一起成為均勻圖案之對浐 及長度所構成之編織線)’其可以用於渴流感應之頻： 中，較實心線為少之損失。芯部61〇可以為Μ*鐵氡 體或NiZn鐵氧體。芯部61()可以被塗覆。例如芯部… 16 1313488 可以被塗覆以例如聚對二甲苯之材料’以防止水進入# 部610中之孔中，並防止線圈短路。 第7A及7B圖顯示不同芯部/線圈系統7〇〇之側視及俯 視圖’其可以交替地用以提供高解析度渦流量測，而不 會對感應信號¥重大損害。一長形芯部7丨〇可以為” U，， 字型；即其可以有兩突出部，由一背部份末端向上延伸。 如第7B圖所示，芯部710延伸一長度l，其可以大於芯 部710之寬度W。一線圈720可以繞在該兩突出部上並 可以耦接至一電容器730。再次，用以實施例如第2八及 2B圖之實施時，也可以使用個別驅動及感應線圈。第π 圖顯示u型芯部之另一繞線設計的側視圖。如第7C圖 所示，線圈720可以在兩突出部之間，以“ 8字形，，架 構纏繞。 以更精準地將磁 改良了空間解析 於部份實施例中，芯部可以被屏蔽， 力線指向導體層的一特定部份’因此， 度。注意屏蔽芯部可能造成在Q因數上之降低，因此， 所示屏蔽架構應提供足夠之磁力線方向，而不會太損害 該Q因數。第 8A 至 8C 圖顯示可以使用之不同屏蔽架

防止在屏蔽820十之渦流產生。第 1313488 8C圖顯示以相同銅帶所形成之屏蔽830之俯視圖。於銅 帶之第一端836及第二端837間之間隙835防止在屏蔽 83〇中產生渦流。 第9A及9B圖顯示一基材920相對於長形芯部91〇之 相對位置之俯視及側視圖（其係類似於第6A及6B圖之芯 部6 1 0及第7A及7B圖之芯部71 0)。對於通過半徑為R 之晶圓920中心經由切片A-A’之掃描，芯部910係被 朝向’使得其長軸垂直於晶圓9 2 0之半徑。芯部9 1 〇係 相對於所示晶圓飲直徑平移。注意為繞於芯部91〇之線 圈所產生之磁場在導體區中感應渦流，該導體區形狀為 長條形’並具有一長度大於寬度。然而，長度及寬度一 般並不同於芯部910之長度及寬度，導體區之縱橫比及 剖面一般而言也不同於芯部9 1 0者。 雖然第9A及9B圖之架構可以提供用於晶圓920之複 數切片A-A’的改良解析度’但當芯部9 1 〇沿著半徑之 第一及第二片段930平移時，芯部910之一部份並未接 近基材。因此，片段930之量測值係較不正確並可以對 怒部91 0之最大想要長度l放置一限制。另外，當芯部 9 1 0接近晶圓920之中心時，其取樣一較大半徑範圍。 因此，用於特定半徑距離r=R之空間解析度係遠優於r^〇 之空間解析度。 如上所解釋，芯部9 1 0之長度L係大於其寬度W。即， 縱橫比L/W大於1。對於l、W、及L/W之不同值也可 以用於不同實施法。例如，W範圍可以由一毫米之分數 l3l3488 到—公分，而L範圍由約一毫米（對於軔 公分或更大。 小之W值)到十 於一特定實施法中，W係在約1毫半$ & 間，A T & + "主、、勺10毫米之 Ί 而L為在約1公分至約5公分之間。宙 ^ 更明確地說， 】如第6Α及6Β圖之線圈610的線圈 ^ J Μ約5公分寬， 母—突出部約1毫米寬及在鄰近突出部 半斗Ρ j心二間約一毫 :。:玄長度可以約二十毫米^高度可以約5毫米並若想 要允許更多線圈圈數，則也可以增加。 7D向 對於如第7A及 ^圖之線圈710之線圈，長度 .._ 分，寬度可以 :·5毫米。每-突出部可以約毫米，及在突出 4間之空間可以約i.5毫米。高度可以約3亳米。當然， 於此所給定值為例示性，也可能有其 於部份實施法中，長形芯部之長轴可能^不剛好垂直 基材之丰徑。然而，長形怒部仍提供對可用芯部幾何提 ^良解析度’特別是接近晶圓邊緣處。帛1 G A圖顯示 一貫施法，其中長形芯部1010係定位一平台1〇20下。 在基材1030下掃描之前，芯部1010係在位置1015。在 =置1015’芯部1010係被定位接近垂直基材1〇3〇的半 仏因此，對於r：sR，耦合為線圈繞組芯部1 〇 1 〇產生之 兹眾之導體層的部份大致係與離開晶圓中心相同之徑 向距離。注意當芯部1 010掃描於基# 1030下時，平台 1020與基材1G3G均會旋轉，及晶圓也可以針對平台 掃描另外，一旗標1040及一旗標感應器1050也可以 用以感應平台102〇之旋轉位置。 19 1313488 第10B圖顯示當芯部1〇1〇掃描於晶圓1〇3〇下 曰 圓1 03 0之近看圖。在第一位置〗〇丨2，芯部} 〇丨〇量測在 半极ar之厚度。然而，在位置1〇14，芯部分隔開範圍 由η至η之半徑範圍。因此，在晶圓i 〇3〇外緣之空間 解析度係遠優於在晶圓1 〇 3 〇中心之空間解析度。注意， 當怒部1010之長度L降低時，此作用會降低。 如上所述，空間解析度也取決於在芯部及導體層間之 距離。第11圖顯示系統丨丨〇〇之側視圖，該系統提供在 一芯部間之接近，並防止流體洩漏。一芯部丨丨丨〇係耦合 一線圈1120 ’用以產生一時間相關磁場，以在晶圓（未示 出）上之導體區中感應渦流。芯部丨丨1〇及線圈丨12〇係固 定於一感應器外殼1130内。感應器外殼113〇保護芯部 1110及線圈1120不受流體，並將之相對於晶圓加以定 位。外殼1130係經由—〇形環密封i丨4〇而耦接至一上 平台115 0 ,以防止洩漏。一墊組件J丨5 5包含一下墊 1160 墊70及一墊窗1180包含一薄片部份1185。 薄片部份1185允許芯部111〇定位以接近晶圓。例如， 在芯部1110之頂面間之距離可以約5〇密耳。注意，其 他架構也可以使用，更明確地說，也可以使用沒有下墊 及/或沒有墊窗之墊架構。 第12圖顯示一化學機械研磨設備2 〇，其可以用於例 如上述之渦流感應系統。類似研磨設備2 〇之說明可見於 美國申請09/900,664號案中，該案之揭示係併入參考。 第13圖顯示一芯部42(例如第6A及6B圖之芯部61〇、 20 1313488 第7Α^7Β圖之芯部71〇、或其他芯部之芯部）可以相對 於八有；I片部份36之研磨塾3〇定位（因此，相對設傷 20之研磨機台22定位）。 參考第12及13圖’ 一或多數基材1〇可以為cMp設 備、所研磨研磨設備2〇包含—連串之研磨機台Μ及 傳送機台23。傳送機台23將基材傳送於載頭及裝載設 備之間。 母一研磨機台包含一旋轉平台24,其上放置有—研磨 墊30第及第二機台可以包含一兩層研磨墊，具有一 更财磨外表面U定磨料塾，具有内藏研磨顆粒。 最終研磨機台可以包含-相對軟墊。每-研磨機台也可 以包含一墊調整設備28，以維持研磨墊之狀況，使得其 能有效研磨基材。 旋轉多碩轉盤60支撐四個載頭7〇。該轉盤為一轉 盤馬達組件(未顯示)被一中心柱62所繞著一轉盤軸Μ 旋轉，以繞著載頭系統及附著在其上在研磨機台22及傳 送機〇 23間運轉。載頭系統之三個接收並固定基材，並 藉由將匕們壓靠向研磨&，而研磨它們。同日夺，載頭系 統之一由傳送機台23接收一基材並傳送基材至該處。 每一载頭70係為一載具驅動軸74所連接至一载頭旋 轉馬達76(蓋68之四分之—被移除），使得每一載頭可以 獨立繞著其本身軸旋。另外，每一載頭7〇獨立側向振盪 於形成在轉盤支撐板66中之徑向槽72中。適當載頭 之說明係在美國專利6,422,927號案中找到，其整個揭示 21 1313488 係併入作為參考。於操作 績荖, 十口繞考中心軸25旋轉， 載頭，、亮著其中心軸71 一 將^ 释卫側向千移於研磨墊的表面。 研4 3 8包含反應劑（例 芬一 M G⑯ 减物研磨之去離水' 、、+ ^耽 、軋化物研磨之氫氧化鉀）可 以被研水供給埠或組合研聚/ 水亇此I 39所供給至研磨墊 30之表面。若研磨墊3〇為—萨 蛩為私準墊，則研漿38也可以

包含-磨f斗顆粒(例如用於氧化物研磨之二氧化矽)。一 凹槽26被形成在平台24中’及—薄剖面％也可以形成 在蓋住凹槽26之研磨墊3〇之中。若有必要，孔徑μ及 薄墊部份36被定位，使得它們在平台旋轉之—部:份時， 通過基材10之下，而不管載頭之平移位置。

如第13圖所示，CMP設備2G也可以包含—位置感應 器80,例如光學載斷器，以感應何時芯部42在基材⑺ 下。例如，光學截斷器可以安裝在相對於载頭.7〇^一固 定點。一旗標82可以附著至平台的圓周上。旗標82之 附著點及長度被選擇，以使得當芯部42掃描於基材1〇 之下時’中斷感應器80之光學信號。或者，CMp設備 可以包含一編碼器，以決定平台的角度位置。 參考第13圖，-渦流監視系統40也包含驅動及回授 電路50’其包含一例如上述及顯示於第3Α；5 * 夂^ B圖之遭 際振盪器。位在研磨墊32之薄部份36下之洞流 < 應系 統之芯部4 2與線圈4 4係f逍考平台之每一旋轉掃f於 材下。注意雖然於此顯示一單一線圈44，作於甘&麻— 丨-於其他實施 法中，使用分開之驅動及感應線圈，並設置分開感靡電 22 1313488 路。電路50也可以位在遠離平台24，並可以經由一旋 轉電氣單元29所連接至平台中之元件。 電腦90可以由電路5〇接收量測值，該電腦可以規 劃以將由基材下之芯部之每—掃描之量測值分割為複數 取樣區（例如第5圖之取樣區596)·計算每一取樣品之徑 向位置，依徑向範圍排序量測值；決定每一取樣區之最 小、最大及平均量測值；使用複數徑向範圍，以決定研 磨終點，如申請於1999年12月13日之公開於2002年 6月4日的錢專利第6,399,5()1號所討論，該案併入本 案作為參考。注意取決於系統4〇之架構，該等量測值可 以為振幅量測值、相位量測值、及/或驅動電流量測值。 於研磨時，來自電腦的輸出可以顯示在一輸出裝置％ 上，以允許使用者視覺監視研磨操作之進行。 再者於依徑向範圍排序渦流量測值後，在金屬膜上 之資訊可以被即時饋人-閉路控㈣，以週期地或連續 地修改由载頭所施加之研磨壓力分佈，如同申請於Η”

出下層已經曝露在基材上， 之内區域，藉以降低基材外區域 電腦可以中止基材之研磨，並指 上，即在金屬層之第—廓清。 1313488 已經說明了若千音 貫知法。但是，可以了解的是各種修 改可以在不脫離本發明 月之精神及乾圍下完成。例如，可 心用不㈣圈幾何。芯部可以相料平台及基材作不 同定位。雖然顯示出具有矩形剖面之長形芯部，但其他 架構也可以使用。你丨1 _ J如，也可以使用橢圓剖面，其中，” 長度 則表不長轴，而’’皆）*;，，η丨* 向寬度則表示短軸。如第1及 4圖所示之製程中# μ 之動作並不必然以所示順序加以執 4亍。因此’其他實施例仍c 丁由_i主$』丨々七 c W彳乃以下申请專利範圍之範圍内。 【圖式簡單說明】 第1圖顯示實施即時輪廓控制之方法。 第2A及2B圖顯示—渦流監視系統之實施例的示意 圖。 第3 A及3 B圖顯示改良線性及信雜比之渦流監視系統 之一實施例。 第4圖顯不一方法，其可以用以依據一實施例決定研 磨終點或導體層厚度。 φ 第5圖為包含渦流監視系統之化學機械研磨設備之實 施例的俯視圖。 第6A及6B圖顯示用於渦流監視系統之長形芯部實施 例的側視及俯視圖。 第7A至7C圖顯示用於渦流監視系統之長形芯部之另 一實施例的側視及俯視圖。 24 I313488 第8A至8C圖顯不可以使用之芯部屏蔽之實施例。 第9A及9B圖顯示使用依據一實施例之長形芯部之化 學機械研磨設備之俯視及側視圖。 第10 A及1 0B圖顯示使用依據一實施例之長形芯部之 化學機械研磨設備之俯視圖。 第11圖為依據一實施例之接近研磨墊之芯部的側視 圖。 第12圖為一化學機械研磨設備實施例之分解立體圖。 弟13圖為有關依據一實施例之平台的芯部的定位之 铡視圖。 【主要元件符號說明】 20 研磨設備 22 研磨機台 23 傳送機台 24 平台 25 平台旋轉軸 26 凹槽 28 墊調整設備 29 旋轉單元 30 研磨墊 32 下墊 36 薄部份 38 研漿 39 研漿/沖洗臂 40 渦流監視系統 42 長形芯部 44 線圈 50 驅動及回授電路 60 轉盤 62 中心柱 64 轉盤軸 70 載頭 71 載頭旋轉軸 25 1313488 72 徑向槽 74 驅動軸 76 馬達 80 光學截斷器 82 旗標 90 電腦 92 輸出裝置 200 渦流感應系統 205 芯部 210 線圈 220 磁場 230 導體區 240 感應線圈 250 電容器 260 整流器 270 輸出 280 系統 290 相位偵測器 300 滿流感應系統 310 芯部 315 電容器 320 線圈 330 電流產生器 335 整流器 337 回授電路 340 電晶體 3 50 電晶體 360 電晶體 370 線圈 375 芯部 391 穩定化迴路 392 整流器 393 參考電壓 394 積分器 500 渦流感應系統 505 芯部 510 基材 530 平台 540 旗標 550 旗標感應 596 取樣區 600 線圈/芯部系統 610 芯部 620 線圈 630 電容器 700 線圈/芯部系統 710 芯部 720 線圈 1313488

730 電容器 800 芯部 810 屏蔽 820 屏蔽 825 間隙 830 屏蔽 835 間隙 836 第一端 837 第二端 910 芯部 920 基材 930 片段 1010 芯部 1012 位置 1014 位置 1015 位置 1020 平台 1030 基材 1040 旗標 1050 旗標感應器 1100 系統 1110 芯部 1120 線圈 1130 感應器外殼 1140 密封 1150 上平台 1155 整組件 1160 下墊 1170 墊 1180 墊窗 1185 薄片部份

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Claims (1)

1313488 七、申請專利範圍： 1. 一種用於化學機械研磨之設備，其至少包含： 一平台，支撐—研磨面；及 渦抓疏視系統，以產生一渴流信號，該渦流監視 系統至V包3 —長形芯部，該長形芯部係至少部份定位 在該平台中，該長形芯部包括一或多數突出部且具有一 長度及£度，肖長度係平行於該研磨面且該長度大於 該寬度，該-或多數突出部之至少—者具有與該長度相 同之一長度（extent )。 2·如申請專利範圍第i項所述之設備，其中上述之長形 芯部包含-背部及一或多數突出部，該一或多數突出部 係由該背部垂直延伸向該研磨面。 3.如申請專利範圍第2項所述之設備，更包含一線圈， 該線圈係與該—或多數突出部之至少—者輕合。 4如申明專利靶圍第3項所述之設備，其中上述之線圈 包 3 編織線（woven wire )。 申4專利範圍第3項所述之設備’其中上述之一或 …出部包含一第一突出部及〆第二突出部，及其中 該線圈係以8字也】恕谨說人 卜 ^ 木構耦合該第一犬出部及該第二突出 28 1313488 部。 6·如申請專利範圍第3 耦合該背部。 項所述之設備’更包含另一線圈 .如申請專利範圍第工 係至少為該寬度之兩倍 項所述之設備’其中上述之長度 刘甲請專利範圍第！項所 〜11 係在約5毫米至 王、〇 1 0公分之間

9·如申請專利篛圚结，t & , 乾圍弟1項所述之設備，其中上述之寬度 係少於約1公分。 ^ 申靖專利範圍第1項所述之設備’其中上述之渦 现視系統更包含—屏蔽’該屏蔽係定位於接近該長形 芯部之—外表面。 U ·如申請專利範圍第10項所述之設備，其中上述之屏 蔽包含一間隙。 12.一種渦流感應系統，至少包含： 長形心邛，包含一背部及一或多數突出部，該一 5、夕數犬出部係沿著一第—軸而延伸遠離該背部，該長 29 1313488 形β部具有一長度及一寬度，該長度係正交於該第— 軸，且該長度大於該寬度，該一或多數突出部之至少— 者具有與該長度相同之一長度（extent); ^ —外殼，具有安裝特徵結構（feature)，該些安裝特 徵結構係經成形並架構以將該長形芯部定位於一 Z ~'凹槽中； ：一"台之 一線圈，纏繞在該長形芯部之一部份的門圍上 —驅動系統，在該線圈中產生一電流· ’及 一感應系統’基於在一導體區所產 鲁 兮道咖 土&馮，導出 这導體區之一特徵。 印 13·如申請專利範圍第12項所述之系統，1 數犬出部由該背部垂直延伸向一研磨面。 人3夕 14.如申請專利範圍第13項所述之系統 圈，該線圈與該-或多數突出部之至少一者輕合。線 S.如申請專利範g _ 12 #㈣U 形芯部包含一榻具中上述之長 3 鐵氧體（ferrite)材料。 16·如申請專利範圍第15項所述之系统， 氧體材料俜潠白Α Λ/Γ ，、甲上返之鐵 +係k自由ΜηΖη鐵氧體材料及mzn 所構成之群組中。 a孔股材枓 30 1313488 統，其中上 17.如申請專利範圍第12項所述之系 形芯部被塗覆以一材料。 持 18•如申請專利範圍第Π項所述之系统，其中上述之 料包含聚對二甲苯（parylene )。 19.如申請專利範圍第η項所述之系統，更包含： 該平台，包含互補安裝特徵結構以容設該外殼； -研磨m研磨面’該研磨㈣安裝至該平 台’使得當該外殼之該些安裝特徵結構與該平台之該些 互補特徵結構接合時，該長形芯部之該一或多數突出部 之一的一頂面係定位而距離該研磨墊之該研磨面約2毫 米或更少。 20 如申請專利範圍第19項所述之系統，其中上述之頂 面係定位而距離該研磨面約i毫米至約2毫米之間。 2!.如申請專利範圍第19項所述之系統，其中上述之長 形芯部具有大致U形剖面。 泛如申請專利範圍第i9項所述之系統，其令上述之長 形芯部具有大致E形剖面。 23.-種原位（in_situ)輪廓控制之方法，其至少包含步 31 1313488

使用複數個處理參數 層 以處理在一晶圓上之一導體 在一晶圓上之— (induce)複數個渦流 度；及 導體層之一第一區中，感應 1該第一區具有一長度大於一寬 取得在該第一區中 厚度資料基於在該第_ 之該導體層之量測厚度資料，該 區中所感應之該些渦流。 认如申請專利範圍第23項所述之方法，更包含 在該導體層之-第二區感應複數個渦流，該第 具有該長度及該寬度；及 取仔該第二區中夕·今搜础 — 甲之邊ν體層之1測厚度資料， 度資料基於在該第-戸击 罘—£中所感應之該些渦流。

二區 該厚 % % ^ |〜〜々広，更包含比 ^第二區中之該導體層的該些量測厚度資 一期望之厚度輪靡，以決定一輪廓誤差。貝

26.如申請專利範圍第25項所述之方法’ 輪廓誤差’改變該些處理參數之至少—者 27:如申請專利範圍第23項所述之方法， 度為該寬度的至少兩倍。 更包含基於該 其中上述之長 32 1313488 其中上述之寬 Γ::—::=*第23項所述— 29.如申請專利範圍第 度係於約1毫米至約3 2 3項所述之方法 宅米之間。 其中上述之寬 爪如申請專利範圍第23項所述之方法，里中上述之

流係相應於以一_合一長形芯部所產生之一時間 關磁場而產生。 儿如申請專利範圍第23項所述之方法，其中上述之取 得在該第-區中之該導體層之量測厚度資料的步驟包含 基於-感應線圈中之-感應信號之—振幅，而取得振幅 資料。 32.如申請專利範圍第23項所述之方法，其中上述之取 得在該第一區中之該導體層之量測厚度資料的步驟包含 基於在一感應線圈中之一感應信號之一相位（phase )， 而取得相位資料。 33_如申請專利範圍第23項所述之方法，其中上述之取 得在s亥第一區中之s亥導體層之量測厚度資料的步驟包含 基於一驅動電流而取得驅動電流資料，以維持跨越一線 33 1313488 圈及一電容器間之一恆定電壓，該線圈及該電容器被包 含於一電路中，以產生一時間相關磁場，藉以在該第一 區中感應該些渦流。 34. —種半導體處理設備，至少包含： 一直流（DC)耦合邊際振盪器（marginal oscillator )， 產生一時間相關驅動電流； 一線圈，產生一時間相關磁場，以耦合在一晶圓上 之一導體區之一部份，該邊際振盪器至少包含： 一第一電晶體及一第二電晶體，包含一長尾巴對； 一第三電晶體’該第三電晶體耦接至該第一電晶 體，以經由該第一電晶體的—基極而提供直流回授（Dc feedback ) ° 35. 如申請專利範圍第34項所述之設備，其中上述之邊 際振盪器在一電路之一諧振頻率產生該時間相關驅動電 抓，該電路包含與—芯部耦合之該線圈及一電容器。 36. 如申凊專利範圍第35項所述之設備，其中上述之芯 部為一長形芯部。 3、如中q專利範圍第％項所述之設備，其中上述之芯 部為大致圓柱對稱。 34 1313488 38. 如申請專利範圍第34項所述之設備’其中上述之第 三電晶體提供直流回授給該第一電晶體的該基極，以使 得該邊際振盪器產生該時間相關驅動電流，使得跨越該 線圈及該電容器之一電位差被維持在大致一恆定振幅。 39. 如申請專利範圍第38項所述之設備，更包含—回授 電路’以感應跨越該線圈及該電容器之該電位差的該振 幅。 40.種利用渦流監視一基材的方法，至少包含步驟： 在一電路之一諧振頻率產生一時間相關電流，該電 路包含一與一芯部耦合之線圈及一電容器，該時間相關 電流為一邊際振盪器所產生，該振盪器具有一第一電晶 體及一第二電晶體，其包含一長尾巴對； 、、在一晶圓上之一導體層之一第一區中，感應複數個 滿流’其中該些渴流係為該線圈所產生之—時間相關磁 場所感應； 決定跨越該線圈及該電容器之一電位差之一振幅； 基於耦接至該第一電晶體之基極之一第三電晶：的 直流回授’調整該時間相關驅動電流，以維持該電位差 之一期望振幅；及 基於該驅動電流m第—區之m參數。 41·如申請專利範圍第4〇項所述之方法，其中上述之導 35 1313488 體區之一或多數參數包含該導體區之厚度。 42.如申請專利範圍第4〇項所述之方法，其中上述之導 體區之一或多數參數包含研磨該導體區之製程的終點。 43 ·如申請專利範圍第40項所述之方法，更包含相對於 該晶圓平移該芯部，使得該時間相關磁場在該導體層之 一第二區中感應複數個渦流。 44.如申請專利範圍第43項所述之方法，更包含： 決定跨越該線圈及該電容器之該電位差之一後續振 幅； ~

基於來自耦接至該第一電晶體之基極之一第 體的直流回授，而調整該第一電晶體及該第二電 時間相關電流，以維持該電位差之該期望振幅； 三電晶 晶體的 及 基於該驅動電流，決定該第二區之—或多數參數 45.如申請專利範圍第44項所述之方法，其中上述之 —區之一或多數參數包含該第一區之厚度，及其中= 之第二區之一或多數參數包含該第二區之厚度，及更 含將該第一區厚度與該第二區厚度 予及/、期望厚度輪廓 較’以決定一輪廓誤差。

46·如申請專利範圍第45項所述之方法 更包含基於該 36 1313488 輪廟誤差’調整一或多數處理參數。 47. —種用於半導體處理之設備，至少包含. 一晶圓載具； 一長形芯部，定位接近該晶圓載具，該長形芯部具 有一長度及一寬度，該長度大於該寬度； 一線圈，纏繞於該長形芯部之一部份的周圍； —驅動系統，在該線圈中產生一電流，該電流產生 一時變磁場；及 一感應系統，基於在該晶圓之一導體部份所產生之 複數個渦流，而導出定位在該晶圓載具中之一晶圓的一 特徵，該些渦流係相應於該時變磁場而產生。 48. 如申请專利範圍第47項所述之設備，其中該長形芯 部包含一背部及一或多數突出部，該一或多數突出部由 該背部垂直延伸向該晶圓载具。

49. 如申請專利範圍第48項所述之設備，其中上述之一 或多數突出部包含一第一突出部及一第二突出部，及其 中該線圈係以8字型架構耦合至該第一突出部及該第二 突出部。 50.如申請專利範圍第47項所述之設備，更包含—平移 機制，以相對於該晶圓載具而平移該長形芯部。 37 .1313488 5ι.如申請專利範圍第47項所述之設備，其中上述之晶 圓栽具包含安裝至一平台之—研磨墊。 52. 如申請專利範圍第47項所述之設備，其中上述之驅 動系統包含一邊際振盪器。 53. /如申請專利範圍第52項所述之設備，其中上述之感 應系統包含一回授電路，以決定該邊際振盪器之一驅動 電流。 54·。如中4專利範圍第丨項所述之設備，其中該研磨面 為圓形，且該長形芯部的該長度係平行於該研磨面之一 半握。 立·如申州專利範圍第54項所述之設備，其中該長形芯 部的該寬度係垂直於該研磨面之該半徑。 ^ ▲如申請專利範圍第12項所述之系統，其中該平台為 圓形，且該長形芯部的該長度料行於該平台之一半徑。 57·如申請專利範圍第％ 部的该寬度係垂直於該平 項所述之系統，其中該長形芯 台之該半徑。 38 .1313488 5 8. —種用於化學機械研磨之設備，其至少包含：

一平台，具有一頂面以支樓一研磨面；及 一渦流監視系統，以產生一渦流信號，該渦流監視 系統包含一長形芯部，該長形芯部係至少部份定位在該 平台中，該長形芯部具有複數個分叉部（prong )，該些 分叉部係沿著與該頂面平行之一第一軸而平行延伸，並 且沿著與該頂面平行且垂直於該第一軸之一第二軸而彼 此分隔開，該長形芯部具有沿著該第一軸之一長度以及 沿著該第二軸之一寬度，該長度大於該寬度。 59.如申請專利範圍第58項所述之設備，其中該平台可 圍繞著一旋轉軸而旋轉，且該第一轴係實質平行於一半 徑，該半徑係垂直於該旋轉軸並由該旋轉轴延伸。

39 1313488 四、指定代表圖： (一) 本案指定代表圖為：第（13)圖。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 20研磨設備 22研磨機台 23傳送機台 24平台 25平台旋轉轴 26凹槽 29旋轉單元 30研磨墊 32下墊 36薄部份 38研漿 39研漿/沖洗臂 40渦流監視系統 42長形芯部 44線圈 50驅動及回授電路 60轉盤 70載頭 71載頭旋轉軸 74驅動轴 76馬達 80光學截斷器 82旗標 90電腦 92輸出裝置 五、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： 無