TWI354599B - Polishing endpoint detection system and method usi - Google Patents

Description

玖> 【發 【先 矽晶 層在 止。 以沉 下層 物層 層之 要以 平垣 上。 磲墊 备。 粒保 並將 墊則 基材 發明說明： 明所屬之技術領域】 本發明係有關於基材之化學機械研磨。 前技術】 積體電路典型藉由依序沉積導體、半導體或絕 圓上加以形成在基材上。一製造步驟涉及沉積 非平坦面上，及平坦化填充層，直到非平坦面 例如，在淺溝渠絕緣（STI)製程中，一氧化物填 積在一有圖案之氮化物層上，以填充在氮化物； 之發）上之溝渠或孔β填充層然後被研磨，直到 之凸起圖案被露出為止。在平坦化後，殘留之 部份提供於基材上之電路間之隔離。另外，平 平坦化基材表面作微影用。 化學機械研磨（CMP)為最可接受之一平坦化方 化方法典型需要基材予以被安裝於一載具或 基材之曝露面被放置靠在一研磨面，例如一旋 或皮帶墊。研磨面可以為一’，標準，，墊或一固 一標準塾具有耐用粗链面，其中，固定磨料墊 持在所含有之媒介中。載頭提供可控制負載至 之推向研磨墊。包含至少一化學反應劑及若使 有磨粒之研衆係被施加至研磨面。 CMP中之一問題為決定是否完成研磨製程，即 層已經被平坦化至想要之平坦度或厚度、何時 緣層於 一填充 露出為 充層可 I (及在 有氮化 氧化物 坦化需 法。此 研磨頭 轉研磨 定磨料 具有磨 基材， 用標準 是否一 _想要 1354599 量之材料被移除、或何時下層被曝露出。於基材層之啟始 厚度、研始組成、研磨墊條件、於研磨墊與基材間之相對 速度、及在基材上之負載的變化可能造成於材料移除率上 之變化。這些變化造成到達研磨终點時間上之變化。因此， 研磨终點並不能只被決定為研磨時間之函數。 一種決定研磨终點之方法為由研磨表面移除基材並, 測它。例如，基材可以被傳送至量測機台，其中量測基* 層之厚度’例如以表面測定器戋 j〜命忒冤阻率量測加以量測。^

並未符合想要規格，則某奸姑直肚通 只j丞材破再裝載至CMP設備，作進一 步處理。這是為費時程庠，田^ 程序因而，降低了 CMP設備之產d 量。或者，檢測可能鹿千π '、出已移除過多材料，使得基 能使用。 近來，原處監視基材已經加以執行，例如以光學或 容感應器加以進行，以檢測研磨終點。其他提出之終點 測技術涉及了磨擦之量測、馬達電流、研浆化學、聲學 導電性及感應之满诵歯·、节β # 電流然而’取決於沉積於基材上

兩基材層間之導電率或反射率之變化的技術，當兩層具 類似之導電率及反射率時係沒有效率的。 【發明内容】 一般而言， 以監視受到研磨 件，具有一頂面 以基於該可動件 於一態樣中，本發明係有關於一設備，用 之基材的磨擦係數。該設備包含一可動 ，以接觸一基材之曝露面，及—感應器， 之橫向位移’而產生一信號。該件係可以 4 1354599 反應於來自基材之磨擦力’而可橫向地位移，1包含一頂 面’其具有一表面積小於基材之曝露面的表面積。 該設備的實施可以包含-或多數以下特性。例如板片 彈箕或多數彈著之可回復材料可^合至可動件。該可動 件可以包含-研磨塾段。該研磨塾段可以包含兩層。該可 動件可以包含-支樓件’耗合於可回復性材料 mauriai)與研磨塾段間。肖以基於可動件之橫向位移而 產生一信號的感應器可以為一變形測定計。多數個變形測 定計可以附著在最大變形點附著至板片彈簧。用以基於可 動件之橫向位移，產生一信號之感應器可以為一光感應 器，例如雷射干涉儀或壓電感應器。可動件之頂面可以與 研磨墊之研磨面實質共平面。可動件可以連接至一平台， 例如，一可旋轉平台。可動件可以與該平台分開一間隙。 彈性密封膜可以耦合至可動件，用以防止研磨傳送經該間 隙。彈性密封膜可以安排在該複原材料與該行動件間。 一般而言，於另一態樣中，本發明有關於一設備用 以監視受研磨之基材的磨擦係數。該設備包含一構件，具 有一頂面，以接觸基材之曝露面；一可回復性材料連接 該構件至一結構；及一感應器，基於該可回復性材料之變 形，產生一信號。該頂面具有一大於基材曝露面之表面積。 一般而言，於另一態樣中，本發明有關於一化學機械 研磨設備。該設備包含一支撐件，用以研磨一物件；一載 具’用以將一基材固定靠著研磨墊之研磨面；一馬達，柄 合至研磨物件與載具之至少之一，以產生在其間之相對運 5 1354599 動；及一感應器，用以量測該變形。該感應器包含一可動 件，具有一頂面，以接觸基材之曝露面，該可動件可反應 於來自基材之磨擦力，而橫向位移，該頂面具有大於基材 之曝露面之表面積；及一感應器，基於可動件之橫向位移， 產生一信號。 本發明之實施法可以包含一或多數以下特性。當研磨 物件被支撐件所固持時，頂面可以實質與研磨面共平面。

一般而言，於另一態樣中，提供了用於化學機械研磨 設備之平台。該平台包含一底板，具有凹陷，用以收納住 一變形感應器，該凹陷具有一大於變形感應器剖面積之剖 面積，以允許變形感應器之位移。同時包含於其中的是一 變形感應器被放置在該凹陷中，該包含具有可回復性材料 剖面積大於研磨面剖面積之變形感應器有時直接接觸基 材，或者，經由具有剖面積小於耦合至可回復性材料之研 磨面之另一材料接觸基材，以及，至少一裝置，用以量測 在基材與量測變形之感應器間之相對運動方向中之可回復 性材料之變形。 於另一態樣中，本發明有關於一物件，用於研磨系統 中。該物件具有一彈性、流體不可滲透薄膜及一研磨墊件’ 固定至該薄膜的一第一表面。該薄膜之邊緣延伸超出研磨 墊件之邊緣。 本發明之實施法可以包含一或多數以下特性。一黏著 劑可以位在相對於第一面之薄膜的第二面上及/或在包圍 研磨墊件之薄膜的第一表面上。一可動襯墊可以覆蓋該黏 6 4 覆蓋層及一背襯層，及背襯 °該薄膜可以為矽酮或乳膠。 於—系統，以監視受到研磨 组件包含一研磨層，其包含 彈性地耦合至該研磨層具 頂面之至少一部份係實質與 供以量測基材接觸件之橫向 以下特性。該研磨墊組件可 接觸件可以定位在該孔徑 測定計或壓力計。一對準裝 應器之間。該研磨墊可以包 封件可以延伸於基材接觸件 一彈性、流體不滲透材料。 或聚胺甲酸酯作成。密封件 以黏著材料固定至基材接觸 伸經基材接觸件。基材接觸 所連接，該彎曲件將基材接 可以藉由在研磨墊之相對面 特徵於一研磨系統。該系統 連接至該可動平台，及研磨 中。一基材接觸件係被包含 接觸基材之曝露面。基材接 1354599 著劑。該研磨墊件可以包含一 層可《較蓋板有較多之壓缩力 於一態樣中，本發明特徵 之基材的磨擦係數。一研磨墊 一研磨面；及一基材接觸件， 有頂面接觸一基材之曝露面。 研磨面共平面。一感應器被提 位移。 實施法可以包含一或多數 以具有一孔徑貫穿其間。基材 内。該感應器可以包含一變形 置可以叙合於基材接觸件與感 圍但不接觸基材接觸件。一密 與研磨墊之間。該密封件包含 該密封件可以由矽酮、膠孔、 可以為〇型環，該〇型環可以 件及研磨墊上。密封件可以延 件及研磨層可以藉由一彎曲件 觸件自研磨墊脫離。該弩曲件 中之凹陷所形成。 於另一態樣中，本發明更 包含一可動平台β —研磨墊係 墊具有一研磨面及一孔徑於其 在該孔徑内並具有一頂面，以 1354599 觸件之頂面係實質舆研磨面共平面。一感應器量測基材接 觸件之橫向位移並基於該基材之橫向位移產生一信號。一 控制器接收來自該感應器之信號。 實施法可以包含一或多數以下特性。感應器可以為一 變形測定計或一壓力計。一對準裝置可以連接於基材接觸 件與感應器之間。研磨墊具有一頂面，以接觸基材之曝露 面研磨墊可以包圍但不接觸基材接觸件。一密封件可以 延伸於基材接觸件與研磨墊之間。密封件可以由彈性，流 體不滲透材料作成β密封件可以為矽酮、膠孔或聚胺曱酸 酯。密封件可以為〇型環。〇型環可以以黏著材料固定至 基材接觸件與研磨墊。密封件可以延伸穿過基材接觸件。 研磨墊可以具有一頂面，以接觸基材之曝露面，及研磨墊 可以由與基材接料相同之材料作Α。一冑曲件可以機械 地將基材接觸件與研磨墊隔離開。 件 於另一 一研磨 4樣中，本發明特徵於用於一研磨 以接觸基材 彈性及流體 定至研磨墊 實施法 兩或更多之 封件可以延 磨墊件。對 材料可以與 墊具有 之曝露 不可滲 並允許 可以包 層。密 伸超出 準裝置 對準裝 一研磨面。一基材 部份。頂 透材料所 基材接觸 含一或多 封件可以 整個研磨 之第一面 置接觸。 面係實質 形成之密 件相對於 數以下特 固定在研 墊，或者 可以附著 對準棒可 接觸件具 與研磨面 封件將基 研磨墊作 性。研磨 磨墊件之 ，可以只 至基材接 以由對準 有一項 共平面 材接觸 橫向移 墊可以 兩層間 部份穿 觸件。 裝置之 8 面延伸。基材接觸件之頂 成。基材接觸件之頂面可 材接觸件。密封件可以為 網、或聚胺甲酸酯所構成 連續材料件所製造。 面可以由與研磨墊相同材料作 以包含凹槽，其通道液體離開基 0型環。密封件可以由乳膠、矽 。研磨墊及基材接觸件可以由一 :另態樣中，本發明特徵在於監視受到研磨之基材 的磨擦係數之設備。一可動件具有一頂面，以接觸一基材 :曝露面。該頂面具有一表面積，小於基材之曝露面者。 連接件，迷接至該可動件。連接件係可反應於來自基材 之磨擦力’沿著-通道作橫向位移…感應器基於連接件 沿著通道之橫向位移，產生一信號。 實施法可以包含一或多數以下特性。可動件可以包含 研磨盤段。1¾感應器可以基於連接件t橫向位移產生一 信號，其係為一變形測定計·可動件之頂面可以與研磨墊 之研磨面實質同一平面。一錨定裝置可以耦合於研磨墊段 與連接件之間。錨定裝置可以藉由一對準棒連接至連接 件。一彈性流趙不滲透薄膜可以位在錨定裝置與連接件之 間，使得研漿並不會進入通道或感應器。薄膜可以為矽酮、 乳膠、或聚胺甲酸酯。 於另一態樣中，本發明特徵於一組立一研磨塾之方 法。一基材接觸件係對準於一模中。該模具有凸起緣，使 得基材接觸件對準凸起緣之内側面。一具有開口之研磨墊 係對準該凸起源之外側面，使得開口係對準凸起緣之外側 面° 一密封材料被放置在為基材接觸件、研磨墊及凸起緣 1354599 所形成之凹陷中。 以對準基材接觸件，使對準裝二二二将性 觸件及密封材料也接觸對準裝置。 置之第二面延伸。基材接觸件之頂面 材料作成。基材接觸件之頂面 i 乂 J A巴含凹 間基材接觸件。密封材料可以為〇型環。 乳膠、梦明、或聚胺曱酸酯。 於另一態樣中，本發明有關於研磨操作 之磨擦係數的設備《該設備具有一構件，、 之基材的表面區域。該區域具有大於基材表 及該構件係可相對於研磨墊作橫向移動。 實施法也可以包含一或多數以下特性。 含機構’用以產生一信號，以表示在構件上 磨擦力。該設備可以包含研磨墊之一部份或 平台的主體的一部份。該構件可以實質單_ 動，或者，在兩垂直方向中作橫向移動。 於另一實施例中，本發明有關於在研磨 -基材磨擦係數的方法。該方法包含將基材 以接觸一研磨面並同時接觸一構件的頂面， 對於研磨面橫向移動，並產生一信號’以表 構件上之橫向磨擦力。 這些一般及特性態樣可以使用一系統、 系統、方法與設備之組合加以實施。再者’ —對準裝置可 f附著至基材接 1可以由對準裝 與研磨墊相同 ’其使流體離 『封材料可以為 中，監視基材 嚙合受到研磨 面的表面積， 該設備可以包 之基材的橫向 可動地連接至 方向橫向移 操作時，監視 之一表面定位 該構件係可相 示基材施加至 方法或設備或 上述各特性之 10 1354599 任-可以用以配合其他特性或本發明之其他態樣。 本發明可以實現以下之部份或所有優點。-加入本發 明之化學機械研磨系統與設備可以提供於化學機械研磨時 之精確终點檢測，以表示下層之曝露。另外，本發明可以 提供於研磨製程中之终點檢測，其中被研磨之層並非導電 性者。再者，本發明可以提供於研磨製程中之終點檢測， 其中予以研磨之層及予以曝露之層具有類似光學特性，例 如反射率及折射率者。明確地說，本發明可以提供於液溝 渠絕緣（STI)研磨製程中之終點檢測，其中，二氧化梦層痛 被研磨以曝露出氮化矽層。本發明也在研磨製程中，提供 一終點檢測’其中予以被研磨之層及予以曝露之層具有類 似之導電特性。 本發明之一或多數實施例之細節係說明於以下附圖及 說明中。本發明之其他特性、目的與優點將由該說明及附 囷與申請專利範圍所得知。 【實施方式】

相同參考圈號於各圖中表示相同之元件。 參考第1及2圖，一或多數基材10可^ 馬—CMP設 備20所研磨。類似研磨設備20之說明可以於差λ 、果國專利第 5，738，5 74號案中找到，該案之整個說明俜從 你併入作為參 考。研磨設備20包含一機器基座21，支撐— 連串之研磨 站22及一傳送站23。傳送站23將基材傳送於 〃'栽頭與一裝 載設備之間。 11 每一研磨站包含一可旋轉平台24,其上放置一例如研 *3 0之研磨物件。該研磨墊30可以為一兩層研磨墊， 具有硬式耐磨外面、一單層硬墊、一固定磨料墊，有内藏 、或一相當軟墊。每一研磨站可以包含_墊調整設備 2 8，、 ’以維持研磨墊30之狀況，使得其將有效地研磨基材 1 〇 . 一典型具有背襯層32靠著平台24表面及具有一研磨 面31 —覆蓋層34的兩層研磨墊30係用以研磨基材1〇。 覆蓋層34係典型較背襯層32為硬。覆蓋層34典型較背襯 層32為硬。覆蓋層34可以由泡沫或鑄聚胺曱酸酯所構成， 可以具有填料’例如中空微球、及/或有槽面。背襯層32 可以由壓縮毯纖維以胺甲酸酯過濾。一由ICq 〇〇〇所構成 之覆蓋層及由SUBA-4所構成之背襯層之兩層研磨墊係可 由美國達拉瓦州紐瓦之羅德公司所購得（IC_100〇及SUB-4 係為羅德公司之商品名）。 一可旋轉多頭轉盤60支撐四個載頭70。該轉盤係藉 由轉盤馬達組件（未示出）為一中心柱62所旋轉於.一轉盤 軸64，以繞行載頭系統及附著至其上之基材於研磨站22 與傳送站23之間。三個載頭系統接收並固持基材，並藉由 將之壓靠至研磨墊30所研磨之。同時，載頭系統之一由傳 送站23接收一基材10並將基材10送至傳送站23。 每一載頭70係為一載頭軸74所連接至一載頭旋轉馬 達76(由移去四分之一蓋68所顯示），使得每一載頭可以 獨立繞行其本身軸。另外，每一載頭70獨立橫向振動於形 12 581354599 面 將 45 轉 得 之 徑 法 上 片 度 得 時 片 的 向 陷 使 台 沿 所 。假設平台24旋轉時，變形感應器46及基材接觸件 沿著路徑96通過基材10。因此，基材接觸件58之表 週期地接觸基材ίο至少部份時間，例如每當平A 24 * 人1^祕卿》1 M破架構 基材接觸件58可移動於正切於為基材接觸件58所 圓形路徑，但在垂直於由基材接觸件58所通過之圓 的其他方向，則大致不可移動， 變形感應器之-實施法係例示於第4圖中。於此 中，可回復性材料係為板片彈簧48，其係安裝在基 。板片彈簧48可以由合屬姑钮 現签…"由金屬材料所形成’例如不鏞鋼 彈簧48可以為矩形固體，具有—㈣47。窄侧47 及板片彈普48之組成可以基於期待磨擦力 當變形感應器46受到由接觸…。所造成之磨 ’板片彈簧48可以彈性變曲（而太 彈簧48被“彈…(而不受到非彈性變形: 彈簧被朝向凹陷26内，使得板片彈簧Μ之寬 面係垂直於基材1〇與變 ^ ^ , '、甓❿欸應器40間之相對移 。基座42提供一堅固支樓， _ Λ . 叉 用以固定板片彈簧48 26内並限定其側 媒㈣溫级 ㈣^相對移動所造成之磨擦 付板片彈簧48受到彎曲形式之變形。 更明確地說’板片彈簧48可以朝向 ^ ^ ^ ^ ^ 胡句實質平行於通 之旋轉軸25之半徑之寬側49。 # ^ ^ ^ 因此，板片彈簧48 著橫向方向f曲，該橫向方向係正 通過之圓形路徑，〇著其他^ ^ 4者其他橫向方向，例如平行 面 旋 使 過 路 施 32 板 厚 使 力 板 49 方 凹 曳 平 以 58 半 14 1354599 徑方向係相對地不可弯曲β 在基材接觸件58與24間之間隙43提供_ * 板片彈簧48蠻曲時，基材接觸件58移動用、。於二間，给當 之間隙43之尺寸係基於板片彈赛“之彈黃常數^切方向 1〇所施加至基材接觸件58上之磨擦力的期待與為基材 43應提供足夠空間或基材接觸件58可以移動小。間隙 期待研磨條件下接觸凹陷26之側壁(例如，載頭：不會在 平台旋轉速率及研磨組成）。 °下力、 基材接觸件58可以附著至板片彈著48之表面，使得 基材接觸件58係與研磨塾3G共平面。基材接觸件58可以 為-單件或可以包含其他元件，例如支樓件57及研磨堅段 59,使得變形感應器46之所得頂面45係與研磨墊共平面。 -般而δ ’基材接觸件58之頂面45係為—材料所形 成’該材料並不會負載衝擊研磨製程，例如，它應化學配 合該研磨環境並足夠軟，以避免刮傷或損壞基材。例如， 研磨塾段研磨塾段59，例如包含該背襯層32與覆蓋層34 之兩部件研磨墊，具有大於基材1〇之剖面積者可以安裝在 支撐件57上並被放在板片㈣48的頂上。安裝至基材接 觸件58之研磨整段59係與安裝在平台24上之研磨塾3〇 共平面。 一般而言，研磨塾岛 ςΟΑβ， 59之頂面45係由與研磨墊30 之研磨面31之相同材料所形成。於一實施法中，頂面45 可以被設計以加強變形感應器“之效能。例如，第4C圖 所示頂面45可以具有凹陷圖案或一 τ型結構，以 15 被設汁以將研漿導引離開研磨墊段59 β 所示’頂面45可以具有-刷結構，其有=’28r4D@ 以維持與基材之接觸。 …88,被設計 參考第4E囷，頂面45可以被作成一 變形感應角度，以避免當 :應器“之板片彈普48被移動離開平衡時之非同平 面订動。這允許不管板片彈簧係離開 虚95县·# _位置否’變形感 應器量測藉由接觸基材所造成之磨擦 ^ , 而不會在基材的 月1J面產生不均勻壓力分佈。 如上所述，頂面45具有少於基材丨 « ^ „ ,1λ 土何10之剖面積（並小於 研磨面31)。例如，頂面可以少於基 何表面積之5%，或少 於1 。頂面45可以具有約〇.2〇平方八 八么*生 卞万公分至基材10平方 a分之表面積，例如頂面45可以為” 0至3公分之平方大 小或具有類似直徑之圓。 卞 於基材10及研磨墊30間之相對 A ^ ^ ^ , 移動使得變形感應器 46之基材接觸件58間歇地與基材 形感應器46與基材1〇間之磨擦係 體接觸。取決於變 46上產生一磨擦力。基材接觸件 接觸在變形感應器 可橫向地位移（即平行於基材10與研磨在磨擦力之作用不 橫向位移在板片彈簧48上造成—變形$ 3〇之表面），此 經歷之變形大小取決於為基材1〇所施為板片彈簧48所 之磨擦力。磨擦力部份取決於基材材料如至變形感應器46 坦化程度而定。板片彈簧48之離開原2之本質及基材之平 形程度《板片彈簧48之變形可以疏。形狀百分比反映變 測。於一實施法中，板片彈簧48可以、'視此變形加以量 I毁計，使得對至少 16 1354599 在研磨操作中之一力量範圍，變形與所施加磨擦力之關係 為線性》

一量測板片彈簧48之變形或位移之裝置可以包含在 凹陷2 6内。例如，變形或位移量測裝置可以基於光學監測 板片彈簧48之位置、檢測板片彈簧48之物理特性變化， 例如導電性、或通過使用附著之變形測定計加以量測變 形。於一實施法中，變形感應器 46包含多數變形測定計 50，附著至板片彈簧48。變形測定計50可以經由導線56 連接至其他在板片彈簧48之相對側上之變形測定計50並 輕合至一輸出系統（未示出）。 當於基材接觸件58與基材10間之磨擦力造成板片彈 簧4 8彎曲時，變形測定計5 0將被彎曲，在附著點經歷與 板片彈簧48相同之變形。變形測定計50將在板片彈簧48 之一面上延伸，其中，在板片彈簧4 8之相對側上之變形測 定計5 0將被壓縮。結果，變形測定計將產生一成比例於在 板片彈簧48上之變形的信號。

一例示變形測定計50包含一線長度蓁被一黏劑所直 接固定至予以量測變形之物件，於此例中，物件為板片彈 簧4 8。線的長度可以藉由將線放置在變形測定計5 0中於 一蛇纏繞路徑，而長於變形測定計。於每一變形測定計5 0 中之線的長度的壓縮或延長將改變線的導電特性。當線的 長度被延長時，電阻會增加。相反地，當線長度被壓縮時， 電阻減少。 於變形感應器46之一實施法中，使用了四個變形測定 17 言十5 Ο 上，。兩個變形測定計50被放置於板片彈簧48之一表面 相對$另兩個變形測定計50被放置於板片彈簧钟之另一 展現掛 #板片彈簧48被彎曲時，兩個變形測定計50 測定二加之電阻，而在板片彈簧48相對側上之另兩個變形 5 〇 ’則展現降低之電阻。 表在參考第5圖，一變形測定計橋電路52可以用以固示代 變形測定計50間之連接。變形測定計5〇可以代表為 、有相同基礎電阻值汉之變形測定計橋電路内之四電 加 $圖之一般化橋電路所示，變形測定計5〇經歷增 士 阻係為R+dR所代表’而經歷降低電阻之變形測定 6十係為R-dR所代表，其中dR為變形測定計5〇之變形 所造成之電阻變化。由改變電阻所造成之電路電壓中之變 化，一般係报小並可以在部份實施例中，以放大器54加以 放大，以提供較大之所得輸出信號。該輸出表示作用在板 片彈簧48上之變形力。 回到第2及5圊，變形測定計橋電路52之放大輸出係 被送至電腦90作處理。處理可以包含計算於研磨塾段59 與基材10間之磨擦係數；將來自變形感應器46之量測值 相關於在基材1 〇上之徑向位置；基於變形量測，分析化學 機械研磨製程之進度’·基於量測變形之變化，控制研磨設 備；及將變形測值轉換為圖表資訊。一輸出可以藉由例如 監視器92之裝置加以顯示。 參考第2圊，如上所討論，形成在變形感應器46與平 台2 4間之間隙4 3允許一空間，給在來自基材1 0之磨擦力 18 1354599 下之變形感應器46作橫向移動。可能’研漿可以通入凹陷 26進入間隙、排出孔44可以穿過平台24，以移除於研 磨製程中，所累積在凹陷26中之研漿。排出孔44可以單 獨動作或配合下述參考帛6Α·6Μ #述之彈性或彈性流體 不可滲透密封件加以動作。 肖性流想 現參考第6Α·6Μ圖，彈性或彈性流體不可滲透密封 件’例如矽陶或乳膠之密封薄膜可以用以密 器46輿平厶h ^ ^ ^

器興干。4間之間隙。密封薄膜防止研衆通過間隙並 進入凹陷26。部份例示密封實施法係在第6A_6M圖中所 示。

如第6A囫所示，密封薄膜84形成基材接觸件58之 支撐件57的—部份並藉由一或多數結件94所連接至平台 24。密封薄膜84可以形成一包圍支撐件57之環或者， 密封薄膜84可以為整合入支撐件57或放置在其上之一固 體件。結件94可以為機械式結件，例如螺絲或結合法可以 藉由黏著材料加以完成。一研磨墊段59可以附著至支撐件 57上。研磨墊段59並不必要與附著至平台24上之研磨墊 30完全相同。然而，其將可有利地使用研磨面於平台24 上及作為變形感應器46之一部份，並具有類似特徵，以具 有對基材10之均勻研磨。於一實施法中，研磨塾3〇可以 對齊凹陷26之緣。或者，研磨墊3〇可以如第6A圖所示 自緣下凹。 第6B圊顯示使用兩密封薄膜之系統例。第一密封薄 膜88係為由結件98所連接至在平台24及支撐件57中之 19 1354599 凹陷的環。一第二密封薄膜86係為一固體件，其黏著至平 台24頂並在間隙與支撐件57間分開。明確地說，平台 之表面包含壓痕90,以配合密封薄膜86,使得其對齊平台 24之頂面》研磨墊30然後被安裝在平台與密封薄臈组合 上。當為兩部件研磨墊時，底墊34係黏著平台24及密封 薄膜86組合。密封薄膜86也黏至支撐件57之頂面及藉由 例如壓力感應黏劑（PSA)之黏劑黏著至研磨墊段59。

參考第6C圖’研磨墊段59與密封薄膜86之組合可 以固艎化為預組立件。明確地說，研磨墊段59可以以壓力 感應黏劑附著至密封薄膜86，例如矽酮或乳膠薄膜之中 心，使得密封薄膜86之邊緣延伸超出研磨塾段的邊緣。另 外，密封薄膜之下表面92與上表面93之外緣可以被塗覆 以黏著層94，及每一黏著層可以被覆蓋以一襯墊95。

於安裝時，襯墊95係由密封薄膜86之下表面92移 除，該單元被黏著至支撐件57之頂及平台24之壓痕9〇 上。密封薄膜86之頂面可以大致與平台24同一平面。概 墊95可以由薄艇的頂_面移除，及'一研磨塾30可以固定至 平台的頂面，使得孔徑33配合在研磨墊段59旁及鄰近孔 徑之薄膜緣靠在密封薄膜86之上表面93的緣上。 第6D圖例示一系統’其中變形感應器46係安裝在— 插入件100申，該插入件係座落在平台24之凹陷26中。 一密封薄膜102可以然後安裝在插入件1〇〇與基材接觸件 58之間，而不是將密封薄膜102連接至平台24。102可以 以相同於第6A-6B圖所述之方式，黏著或固定至接觸安撐 20 件與插入件100$ M β # 之間 使用插入件1 00可以允許一模組件 被固定在单A 0/1 + ^ ° 中’而不必隨後再將密封薄膜102固定至 平。24上〃研磨墊3〇然後可以黏著至平台μ上並在插入 件1 〇〇被放入凹陷入時被黏著至插入件1〇〇。 或者，研磨物件可以使用，其中，基材接觸件與密封 ’使得塾、密封件與支撐接觸件可以由 平台被移除成為單-件。第6E及6F圖例示一完成一研磨 /方法其中密封與基材接觸件被整合入研磨墊中。該 方法包含藉由將密封材料分配至模315中，而密封該基材 觸件58至塾。模315為平面並由適當材料作成使得密 封材料310並不永久地黏著至模。於—實施法中，模川 表面°卩份特徵一升高之緣319。緣319包圍一加緣區 加緣區318係與基材接觸件相同形狀，並作成大小以 配合基材接觸件。 基材接觸件58被放置於模315中，以放在加緣區318 中。研磨墊30可以然後被放在模315中，使得在研磨墊中 之2徑307配合緣318及研磨墊3〇包圍基材接觸件η。 於-實施法中，研磨墊可以本質地形成一孔徑，以適用於 接觸件之後續位移。於另一實施法中，孔徑被切割入研磨 墊件中。加緣區318形成在基材接觸件58與研磨墊3〇間 之凹陷的底部。 於一實施法中，具有向外延伸突出3〇7之對準固定件 3〇5係附著至基材接觸件58β相對於向外突出3〇7之對準 固定件之末端係被固定至相對於接觸基材的一面的基材接 21 1354599 觸件的一側上 所固定至基材 有一脣部 311 伸突出可以作 如第6M ; 定件305之突 中。以此方式 至變形感應器 及移除成一單 磨墊30之安4 接觸件可以適 密封材料 3 0間之間隙内 得密封材料在 建立一密封。： 反應於受到研 料包含夕剩、 第6F圓 3 1 〇完成於基 間之完全密封 面31共平面。 面45與3 1之 化墊材料，加 如第6Μ f 。對準孔徑305係藉由膠水或塵力感應黏劑 接觸件。於一實施法中，對準固定件可以具 成圓或橢圓棒、矩形或正方形棒、或圓雜形 圖所示’當塾被安裝在平台24上時，對準固 :出307可以插入對準插座3〇9之接收凹陷 ，對準孔徑305及基材接觸件58係機械耦告 46,同時，允許墊與接觸件58被容易安装 元。對準插座3〇9也促成基材接觸件58及研 乞，因為一安裝墊之操作者可以決定何時基材 當定位在平台上。 310然後被放置在基材接觸件58與研磨墊 。足夠之密封材料3 1 0被放置在間隙内，使 研磨墊30、基材接觸件58與對準棒間 密封材料足狗彈性，使得基材接觸件”可^ 磨之基材的磨擦係數加以移動β適當密封 乳膠、或聚胺甲酸酯。 材接觸件58、研磨墊3〇及對準固定件 。接觸件58之頂面45可以與研磨墊30 由於模之加緣區，密封材料31〇係略凹 下。於-實施法中，研磨墊可以藉由固 以形成在基材接觸件與密封件之旁。 1所示，當塾被安裝在平台24上時，對

22 1354599 定件305之突A 3G7可以插人對準插座⑽之接收區中。 Γ:方二對準固定件305與基材接觸件58係被機械麵合 至變形感應器46’同時，允許墊與基材接觸件58容易安 裝並移除成一置| ^ ^ 單件。對準插座309同時也促成基材接觸件 58與研磨塾3〇夕史肢 m ^ 之安裝’因為一女裝墊之操作者可以決定 何時基材接觸件係適當地定位在平台上。 及6H圖顯不一加入墊片層之研磨墊。研磨墊 3〇與基材接觸件58均包含至少兩層一頂層259及一下 墊224。一間隙係形成在基材接觸件58與研磨塾3〇之間。 此間隙允許貼片塾反應於研磨操作中之磨擦力而自由移 動.位在頂層259及下塾224間之塾>1層284防止液趙 通過間隙區。第汽jgj 25 - ， 第G圖顯不一實施法，其中墊片層284延

仲通過整個研磨執^ β欲< TT 第6Η圖顯示另一實施例，其中墊 片層只延伸過部份之讲麻埶 研磨塾3〇’明確地說，塾之鄰近307 部伤於兩實施法中，塾片層只曝露至貼片區。塾片層 係由彈性及液體不可渗透之材料作成，例如㈣、乳膠或 聚胺甲酸酯。 第6L圖顯示-兩件式势，使用包褒密封層，其中包 裹係加入研磨塾中。；^ , 士眘、t 、此貫施法中，研磨墊30係本質形成 有孔徑，以收納-基材接觸件。於研磨塾形成製程中， 包裹290係被插入頂層259與下墊224間。包袠可以延伸 部份研磨整，如第6L圖所$，或者，可以穿過整個研磨 塾(未示出）。包裹作動為一密封層，並由彈性及不渗透液 趙之材料作成’例如矽酮1孔或聚甲酸醋作成。研磨墊 23 1354599 以上述方B/4 ^ ττ ，至平台24上。基材接觸件58然後使用適 备機構’例如壓力感應黏劑固定至包袠29〇。 實施法f，基材接觸件58可以具有一對準棒292 m f主其p ,發+ ' ’對準棒被插入在包裹290中之孔徑中 使得對準棒延伸空.中 悴延伸穿過包裹，及基材接觸件58可 认田仝_ ·« π上所述 第 6 Τ 圖顯示加入〇型環286以替代墊片層密封 塾30與基好垃艇 丞材接觸件58間之空間的研磨墊。〇型環可以藉 由7著材料或藉由為研磨墊3〇與基材接觸件58所施加至 0¾•環之壓縮力，而固定至研磨墊3〇與基材接觸件基 觸件5 8 β

第6J圏顯示一研磨墊，其中基材接觸件係形成為研磨 層之整體部件。研磨塾30可以包含兩層，頂層350及下 塾224，但該概念也可以適用至單層墊》於一實施法中， 基材接觸件58係藉由銑研磨墊30,以在想要基材接觸件 之區中，形成一連串之凹痕274、276，而被形成在研磨墊 内。凹痕274、276係被定位使得在凹痕區内之研磨塾部份 係為基材接觸件eCi]痕形成一彎曲件273，其機械地將基 材接觸件58自研磨墊30分離，允許.基材接觸件足夠地反 應於研磨操作時之磨擦力加以移動，以允許作磨擦力之檢 測。凹痕274應不延伸超出頂層259進入下墊224 ,因為 下墊224係為可滲透液體的°於另一實施法中，形成基材 接觸件之具有撓曲體之頂層係被預形成在模中，使得在模 製時，被建立凹痕。於任一實施法中，並不需要額外之密 24 1354599 封材料’因為研磨層及基材接觸件係由一連靖材料件所作 成，該材科係不滲透液體，而不必有開口，供研磨研漿通 過》 第6K圖顯示一使用包裹密封層之兩件式墊，其中包 裹係附著至基材接觸件。一包裹29〇係附著至基材接觸件 58。包袠作為一密封層，並由彈性及不滲透液體的材料作 成，例如矽阕、乳膠或聚胺甲酸酯。於一實施法中，貼片 係連接至對準棒292。包裹29〇延伸超出基材接觸件58之 緣，並靠在平台24上。_凹陷35S可以例如藉由加工，形 成在平〇 24中，以收納包裹290,而不會造成研磨墊30 之變形具有一孔徑以收納基材接觸件之研磨墊W可以被 放置在平台24上，藉以固定包裹290。於另一實施法中， 研磨塾30可以例如藉由在固化液趙塾材料接觸包裹時固 化，而形成在基材接觸件58旁。 參考第7Α圖，—基材1〇可以包含一矽晶圓η及一 :多數沉積層14 & 16。沉積層可以為半導體、導體或絕 緣層。在-層被沉積後，一圖案可以例如使用光微影技術 蚀刻。後續層Τ、 _ …後沉積在有圖案層上。如第7A-7C圖 所不基材1〇彳以被研磨卩降低沉積16之厚度，直到 曝露出有圏^ —因茶層14及層14及16之頂面為共平面為止。 不同基材層在沉積層與變形感應器46間有不同之磨 擦係數。磨擦係數之差表示不同沉積層將產生不同量之磨 :力’因而，在板片彈簧48中會有不同變形量。若磨捧係 數增加，則板片彈脊48之變形也會增加。同樣地，若磨擦 25 1354599 係數降低，板片彈簧48之變形會降低。當沉積層16被研 磨，以曝露出有圊案層14時，變形將改變為反映在沉積層 14與研磨墊30間之磨擦係數的差。隨後，例如電腦90之 計算裝置可以用以藉由監視於變形中之變化，即，由變形 量測裝置所檢測之磨擦，而決定研磨终點。 現參考第8A及8B圖，兩例示表顯示在研磨製程中， 不同點之檢測磨擦的可能變化。第8A圊為一假想化學機 械研磨製程時之磨擦對時間圖表，其中，沉積層14之磨擦 係數小於沉積層16之磨擦係數。同樣地，第8B圊為一假 想研磨製之磨擦對時間圖，其中用於沉積層14之磨擦係數 係大於用於沉積層16之磨擦係數。 參考第7A圖，在研磨製程開始時，層16之表面並非 平坦，而可能由沉積製程所造成之峰及谷。一非平坦化較 相同材料之平坦面造成更高之磨擦。因此，如第8A圖所 示，在圖表之開始，以高磨擦代表啟始非平坦面。 回到第7B圖，沉積層16已經被平坦化，但並未露出 層14。於第8A圖中，此狀態係為由降低之磨擦所造成之 高位準至低位準之磨擦變化所表示。 最後，於第7C圖中，研磨製程已經降低沉積層1 6之 厚度，以露出沉積層14。於此例子中，沉積層14具有較 沉積層16為低之磨擦係數。結果，在第8A圖中，顯示磨 擦再次降低。此磨擦位準對應於研磨製程之終點。結果’ 磨擦在整個研磨製程中降低。 參考第8B圖，啟始非平坦面在圖開始以高磨擦表示， 26 1354599 及沉積層16之平坦化係藉由被平坦化層16之降低磨擦造 成之高位準至低位準之磨擦改變所示。 於此例子中，沉積層沉積層14具有較沉積層16為高 之磨擦係數。因此，當研磨製程降低所沉積層16之厚度， 以露出沉積層14時，在第8B圖顯示磨擦增加。磨擦位準 相當於研磨製程之終點。結果，磨擦由平坦化點增加至终 點狀況。 如上所述，第8A及8B圖為圖表，及取決於所用作沉 積層之材料及沉積層16之啟始粗糙度之磨擦力的改變》特 定終點磨擦值可以在實驗中決定。 現參考第2及9圖，一電腦90可以用以控制研磨站 2 2。電腦9 0可以由變形測定計5 0接收輸入並將結果顯示 在監視器92。另外，一電腦程式可以設計以控制化學機械 研磨製程的開始及停止。如第9圖所示，用於化學機械研 磨之電腦程式之實施法以化學機械研磨基材1〇開始（步驟 91 0)。於研磨製程時，電腦90自變形測定計50接收輸入（步 驟9 2 0)。來自變形測定計50之輸入可以被連續、週期或 其組合方式加以接收。電腦90接收變形輸入信號，以決定 為變形測定計50所經歷之變形（步驟930)。電腦90然後 監視變形改變之信號（步驟940)。當變形改變表示一想要 之研磨終點時，電腦90結束研磨製程（步驟950)。於一實 施法中，電腦90檢測在變形資料斜率之變化，以決定一研 磨終點。電腦90也可以監視變形信號平滑度，以決定一研 磨終點。或者，電腦90也可造成一資料庫，以包含基於所 27 1354599 沉積層之預先決定之终點變形值，以決定終點之發生》 ffi "

另外，電雎90也可以將變形感應器46之量測結果排 序為猥向改變，如美國專利第6，159，07 3案中之光學量 測所述。該量測可以用以即時閉路控制為載頭70所施加之 麽力。例如，若電腦90檢測磨擦在基材邊緣之徑向改變區 中，這可以表示下層被基材邊緣被首先露出。反應於此， 電腦9〇可以使得載頭70’在基材邊緣施加較在中比為少 之歷力。

一組合變形測定計50及放大器54之電路係如第10 圖所示。於此例子中，變形測定計5 0係為電阻R S 1 - R S 4 所代表，每一電阻具有未受限電阻350歐姆。變形測定計 50被連接使得RS1及RS2當板片彈簧受到變形時增加電 阻值，而變形測定計RS3及RS4當板片彈簧受到變形時電 阻降低。在變形測定計間之電壓將取決於變形量加以改 變。輸出電壓係藉由使用如第10圖所示之放大電路，以提 供增益給來自變形測定計50之輸出信號。增加數量部份取 決於電阻RG之值。例如，對於第10圖所示之電路，5 00 及50歐姆間之電阻值可以產生於1〇〇至1〇〇〇間之增益。 放大器之輪出然後可以傳送至一電腦，作處理。 變形感應器46可以整合入各研磨系統中。於研磨製程 中，基材10及研磨物件彼此相對移動》假設變形感應器 46隨著研磨物件移動，則研磨物件支撐，例如平台24或 載頭70，或兩者可以移動，以提供在變形感應器46與基 材10間之相對移動。或者，變形感應器並不需要隨研磨物 28 1354599 於一實施法中，研磨始片段59係直接連接至 ，另外’於沒有支撐件 88及1 02可以直接附 件移動。於此時’變形感應器可以維持不動及載 移動’以提供於變形感應器46與基材間之相對移 物件可以為一固定至平台之圓形（或其他形狀）墊 於供給與取用輥子間之帶、或一連續帶。研磨物 定至一平台上，在研磨操作間，逐步向前於平台 研磨時，連續驅動於平台上。研磨物件可以為一； 有或沒有填料之聚胺甲酸酯）粗墊、一軟塾或一 墊。適當開口可以建立在前述任一研磨墊3〇上並 台24上，使得在化學機械研磨製程中，具有接声 剖面積小於10者之變形感應器46實體接觸基材 至研磨物件之研漿38可以包含研料或無研料。 48，而沒有出現支撐件57 施法中’密封薄膜84、86、 彈簧48。 一 .一 π 'IT令豸提’ 58。例如，可回復性材料可以為可變曲片（具 相同之形狀），其係由不 、 个勻基材之材料所形成 曱酸酯。此可變曲可，、，丄 片可Μ由凹陷26延伸，使. 小於基材10者的頂面與h 两兴研磨面31停靠在同 磨墊30係安裝在平a 十。24上。另外， 回復性材料可以為方# + m a 巧万形或圓形金屬棒。 可回復性材料可|V & , 4竹7以為任意材料，其 提供一反抗力，例 J如彈性或可壓縮件。可回 I 70可以 動。研磨 、一延伸 件可以固 上，或在 界準（例如 固定磨料 定位在平 $面45及 1 〇。供給 板片彈簧 57之實 著至板片 材接觸件 板片彈簧 如軟聚胺 有剖面積 面，當研 箸外，可 力之變形 材料可以 29 1354599 移傳送至壓力感應器250。滑動棒248之動作可以為在基 座254中之通道252所限制，使得滑動棒248被限制以沿 著平行於基材與磨擦感應器246之相對移動方向的軸行 進。 在基材接觸件58上之磨擦力將造成基材接觸件58與 滑動棒24 8之橫向位移。此造成滑動棒248加壓力在壓力 感應器25 0上，當基材接觸件58受到較大磨擦力時，會施 加較大壓力。壓力感應器可以連接至一輸出系統（未示出）。 彈簧249被安裝在滑動棒248。彈簧249可以由例如 不鑛鋼之金屬材料形成。彈簧249之組成可以基於期待磨 擦力加以選擇，使得當磨擦感應器246受到接觸基材所造 成之磨擦力時’彈簧彈性壓縮及延伸（未受到非彈性變 形）。彈簧249被朝向使得復原力平行於基材與磨擦感應器 246間^相對移動方向。以此方式，彈簧249將施加一復 原力，以對抗滑動棒248與基材接觸件58之位移。 基材接觸件58係被附著至滑動棒248,使得基材接觸 件58與研磨塾30共平面。基材接觸件58可以為單件或包 含其他元件’例如支撐件與研磨墊段，使得磨擦感應器246 之所得頂面與研磨墊共平面。此實施法之一優點為基材接 觸件一直維持與研磨墊及基材之表面平行，因此，基材接 觸件之整個表面保持與基材接觸。這允許更正確地決定為 基材所施加至基材接觸件上之磨擦力β 壓縮感應器250之輸出被輸出給電腦90作處理。處理 可以包含計算在基材接觸件58與基材間之磨擦係數； 31 1354599 將來自磨擦感應器246之量刻值與在基# ig上 相關；基於厘力量浪卜分析化學機械研磨製程之進二位： 於量測壓力之變化，控制研磨設備：&將壓力量測:換 圖形資訊…輸出可以例如藉由監視器92加以顯示轉換為 於可以組合上述各種實施法之另—實施法中， 應系統包含多個感應器。例如，帛13A圖所示：感 包含多個感應器，丨置在平台之旋轉軸旁，離開等角間= 的相同距離上。如第13B圖所示之另一例子 ..„ A ，示既可以 .器，放置在相當接近，但具有不同垂直指向（例如 一感應器量測基材接觸件平行平台旋轉轴之半徑的基材接 觸件之位移，而另一個則量測垂直於通過平台旋轉軸25 半徑的基材接觸件的位移）。以此架構系統可以產生一 量測值，以表示總磨擦力，例如為在兩垂直方向中所量測 得變形平方根和的平方根。 於另一例子中，基材接觸件可以在平行及垂直於通過 平〇之旋轉袖25的半徑中，自由移動’及磨擦感應系統可 以包含感應器，以量測沿著兩方向移動之構件的位移。例 如’參考第14圖，除了板片彈簧，變形感應器也可以包含 一撓曲支撐杻170,具有一矩形剖面。一第—組變形感應 器5〇a可以位在面對支撑柱17〇之一對面上，以量測在一 方向t之支撐柱之撓曲，及—第二組變形感應器5〇b可以 位在另一對面上，以量測在垂直方向中之支撐柱的撓曲。 每一組變形感應器可以被連接，如參考第4 A-5圖所討論， 因此’產生在兩垂直方向中之磨擦力量測值。以此架構， 32 1354599 系统可以產生一量測值，表示在基材接觸件之總磨擦力， 例如量測於兩垂直方向中之變形的平方和的平方根。 於任-實施法中’電滕90可以對所接收原始變形資料 執行處理步驟，以肖資料轉換為磨擦值，9〇可以使用 在變形測定計50之變形與施加至基材接觸件“之磨擦力 間之關係’ （¾ a十算磨擦係數。終點&定可以基於磨擦係數 加以完成。

研磨操作可以為-研磨操作，其移除導體、絕緣想或 半導體層’以曝露出另一相同類型層，即導體、絕緣體或 半導體或者，研磨操作可以為一研磨操作，其移除導逋、 絕緣體或半導體層，以曝露出不同類型之另一⑥。此時， 研磨操作可以為一研磨操作，其移除一層，以曝露出具有 #似反射率4 H a , 〇 之另一層，例如兩絕緣層。例如，被研磨之層 了从為氮化物，而被曝露之層為氡化物，或反之亦然，但 兩層也·^ 、

β以都是氧化物。研磨操作可以為淺溝渠絕緣 屬）層間介電層（ILD)、金屬層間介電質（IMD)、及預金 電質（PDM)、多晶矽或絕緣層覆矽（SOI)製程中之一步 本發明可以以數位電子電路或以電腦硬體、韌逋、軟 、’ 口加以實施*本發明之設備可以以電腦程式產品 加以督 中， ，該產品係可以内藏在一機器可讀取儲存裝置 X為一可程式處理機所執行；及本發明之方法步驟 可从藉til is 式，、—可程式處理機加以執行，該處理機執行指令程 …以藉由輸入資料及產生輸出，執行本發明功能。本發 33 1354599 明可以實施於一或多數電腦程式中，其係可執行 系統中，該系統包含至少一可程式處理機，其連 料儲存系統接收資料及指令並傳送資料及指令 統，及至少一輸出裝置。每一電腦程式可以以高 物件導件程式語言、或以組合或機器語言加以實 的話，語言可以被編譯或解釋語言。適當處理機 一般及特殊目的微處理機。一般而言，處理機將 憶體及/或隨機存取記憶體接收指令及資料。電腦 件為處理機，用以執行指令；及一記憶體。一般 電腦將包含一或多數大量儲存裝置，用以儲存資 裝置包含磁碟、例如内部硬碟及可移除碟片；磁 碟。適用以内藏電腦程式指令之儲存裝置包含所 非揮發記憶體，包含例如半導體記憶體裝置，如 EEPROM、及快閃記憶體裝置；磁碟，例如内部 移除碟片；磁光碟及CD-ROM。前述之任一均可 補充以ASIC(客戶指定積體電路）。 本發明已經以特定實施法之形式加以說明。 法仍在以下申請專利範圍之内。 【圖式簡單說明】 第1圖為化學機械研磨設備之分解立體圖。 第2圖為包含磨擦感應系統之化學機械研磨 視圖，其中部份剖面。 第3圖為包含變形感應器之化學機械研磨設 於可程式 接以由資 至儲存系 階程序或 施；若有 包含例如 自唯讀記 的基本元 而言 ，一 料檔，此 光碟及光 有形式之 EPROM、 硬碟及可 以併入或 其他實施 設備的側 備的俯視 34 1354599 圖。 第4A-4B圖為一變形感應器之側視圖，其中部份剖面。 第4C-4E圊為具有變形感應器之研磨墊之側視圊。 第5圖為一變形量測裝置之電路圖。 第6A、6B、6D及6M圖為一變形感應器之剖面囡。 第6C圖為安裝在研磨設備中之物件的剖面圖。 第6E圖為組裝研磨墊與貼片墊感應器之方法。

第6F-6J圖之安裝物件於研磨設備中之剖面圖。 第6K至6L圖為兩片式研磨墊與包裹密封層之剖面 圊。 第7A-7C圖為使用變形感應器以檢測一研磨終點之方 法。 第8A-8B圖為圖表，以顯示磨擦軌跡與研磨製程時間。 第9圖為使用變形感應器之化學機械研磨方法的流程 圊。

第10圖為變形針橋及放大器電路之實施法之電路圖。 第11圖為另一變形感應器之部份剖面圖。 第12圖為另一磨擦感應器之部份剖面圖。 第13A圖為具有多數感應器之研磨站的俯視圖。 第13B圊為具有多數感應器以量測正交方向之磨擦之 研磨站的俯視圖。 第14圊為具有一支撐柱之變形感應器之俯視圖。

【主要元件符號說明】 35 1354599 10 基材 12 碎晶圓 14 沉積層 16 沉積層 20 研磨設備 21 基座 22 研磨站 23 傳送站 24 旋轉平台 26 凹陷 28 墊調整設備 30 研磨墊 3 1 研磨面 32 背襯層 33 孔徑 34 覆蓋層 38 研漿 39 清洗臂 42 基部 43 間隙 45 頂面 46 變形感應器 48 板片彈簧 49 側壁 50 變形測定計 52 變形測定計橋電路 54 放大器 56 導線 57 支撐件 58 基材接觸件 59 片段 60 轉盤 62 中心柱 64 轉盤軸 66 支撐板 68 蓋 70 載頭 71 中心轴 72 馬達 74 驅動軸 86 密封薄膜 90 電腦 92 下表面 93 上表面 94 黏著層 95 襯墊 96 孔徑 100 插入件 36 1354599 102 密 封 薄 膜 110 112 雷 射 干 涉 儀 120 122 光 源 124 224 下 墊 246 248 滑 動 棒 249 250 壓 力 感 應 器 254 259 頂 面 273 274 凹 痕 276 286 0 型 環 287 290 包 裹 292 305 對 準 固 定 件 307 309 對 準 插 座 3 10 3 11 脣 部 3 15 3 18 加 緣 區 319 355 凹 陷 彈簧 光束 光檢測器 磨擦感應器 彈簧 基部 彎曲件 凸痕 凹槽圖案 對準棒 孔徑 密封材料 模 緣 37

Claims (1)

1. Γ354599 ㈣、0乃外::三(^6正木 - « »^,- ϋ·-ι··-*ι -— 第今丨。七號專利窗扣年〇月修正 拾、申請專利範圍： 1. 一種以一研磨墊（polishing pad)監視一正在研磨之 一基材的一磨擦係數的設備，其包含： 一可動件，其具有一頂面以接觸該基材的一曝露面， 該可動件回應於來自該基材的一磨擦力而相對於該研磨墊 作橫向位移，且與該研磨塾彼此機械分離（mechanically decouples)，該頂面的一表面積比該基材之該曝露面的一 表面積更小；及 一感應器，其係基於該可動件之一橫向位移而產生一 信號。 2. 如申請專利範圍第1項所述之設備，更包含一可回 復性材料，其係耦合至該可動件，以當該可動件橫向位移 離開一中線位置時，促使該可動件回到該中線位置。 3. 如申請專利範圍第2項所述之設備，其中該可回復 性材料包含一板片彈簧（a leaf spring)。 4. 如申請專利範圍第2項所述之設備，其中該可回復 性材料包含多數個彈篑（a plurality of springs)。 5. 如申請專利範圍第2項所述之設備，其中該可動件 包含一研磨墊段（a polishing pad segment)。 38 1354599 6.如申請專利範圍第5項所述之設備，其中該研磨墊 段包含兩層。 7. 如申請專利範圍第2項所述之設備，其中該可動件 更包含一支撐片，該支撐片耦合於該可回復性材料及該研 磨墊段之間。 8. 如申請專利範圍第3項所述之設備，其中基於該可 動件之一橫向位移而產生一信號之該感應器為一變形測定 計（strain gauge)0 9. 如申請專利範圍第8項所述之設備，其中多數個變 形測定計係在最大變形點附著至該板片彈簧。 10. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中基於該 可動件之一橫向位移而產生一信號之該感應器為一光學感 應器。 11. 如申請專利範圍第10項所述之設備，其中該光學 感應器為一雷射干涉儀。 12. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中基於該 39 Γ354599 可動件之一橫向位移而產生一信號之該感應器為一壓電感 應器。 13. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該頂面係 實質與該研磨墊之一研磨面共平面。 14. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該可動件 係連接至一平台。 15. 如申請專利範圍第14項所述之設備，其中該可動 件的該表面係與該平台的一頂面分開一間隙。 1 6 .如申請專利範圍第1 5項所述之設備，更包含一彈 性密封薄膜，其係耦合至該可動件，用以防止一研漿傳輸 經該間隙。 17. 如申請專利範圍第16項所述之設備，更包含一可 回復性材料，其係耦合至該可動件，且其中該彈性密封薄 膜係設置在該可回復性材料及該可動件之間。 18. 如申請專利範圍第14項所述之設備，其中該平台 為可旋轉。 40 1-354599 19. 一種以一研磨墊監視一正在研磨之一基材的 擦係數的設備，包含： 一元件，其具有一頂面用以接觸該基材之一曝露 該頂面之一表面積比該基材的該曝露面之一表面積更 該元件回應於來自該基材的一磨擦力而橫向位移離開 線位置，該元件與該研磨墊彼此機械分離； 一可回復性材料，其將該元件連接至一結構，以 該可動件回到該t線位置；及 一感應器，其係基於該可回復性材料之一變形而 一信號。 20. —種化學機械研磨設備，包含： 一支撐件，用以支撐一研磨物件； 一載具，用以固持一基材使其抵靠著該研磨物件 研磨面； 一馬達，其係耦合至該研磨物件及載具之至少 上，用以於其間產生相對運動；及 一感應器，用以量測變形，該感應器包含一可動 其具有一頂面用以接觸該基材之一曝露面，該可動件 於來自該基材之一磨擦力而相對於該研磨物件作橫 移，該頂面之一表面積小於該基材之該曝露面的一 積，且與該研磨物件彼此機械分離；及一感應器，其 於該可動件之一橫向位移而產生一信號。 一磨 面， 小， 一中 促使 產生 之一 一者 件， 回應 向位 表面 係基 41 1-354599 21.如申請專利範圍第20項所述之設備，其中當該研 磨物件為該支撐件所固持時，該頂面係與該研磨面實質共 平面。 22. —種用於一化學機械研磨設備中之平台，包含： 一底板，其具有一頂面用以支樓一研磨塾，及一凹陷 (re cess)用以收納一變形感應器，該凹陷之一剖面積大於該 變形感應器之該剖面積，以允許該變形感應器之位移；及 該變形感應器被放置在該凹陷内，該變形感應器包含： 一可動件，其具有一頂面用以接觸一基材之一曝露 面，該可動件回應於來自該基材之一磨擦力而橫向位移 離開一中線位置，該頂面之一表面積小於該基材之一曝 露面的一表面積，且與該研磨墊彼此機械分離； 一可回復性材料，用以促使該可動件回到該中線位 置；及 至少一個裝置，用以量測在該基材與量測變形之該 感應器之間的相對移動方向上，該可回復性材料的變 形。 23. —種用於研磨系統中之物件，包含： 一彈性、流體不滲透的薄膜；及 一研磨垫片，其係被固定至該薄膜的一第一面，而具 42 1354599 有該薄膜之緣延伸超出該研磨墊片之邊緣。 24.如申請專利範圍第23項所述之物件，更包含一黏 著劑，位在該薄膜的第二面上，該第二面係位於該第一面 之相反側上。 25.如申請專利範圍第24項所述之物件，更包含一可 動襯墊，覆蓋該黏著劑。 2 6.如申請專利範圍第2 3項所述之物件，更包含一黏 著劑，位在包圍該研磨墊片之該薄膜的該第一面上。 2 7.如申請專利範圍第2 6項所述之物件，更包含一可 動襯墊，覆蓋該黏著劑。 28.如申請專利範圍第.23項所述之物件，其中該研磨 塾片包含一覆蓋層（covering layer)及一背襯層（backing .layer) 〇 2 9.如申請專利範圍第2 8項所述之物件’其中該背襯 層較該覆蓋層更具可壓縮性。 30.如申請專利範圍第23項所述之物件，其中該薄膜 43 Γ354599 為石夕明（silicone)或乳耀·（latex)。 31. —種監視正在研磨之一基材的一磨擦係數的系 統，包含： 一研磨塾組件，包含： 一研磨層，其包含一研磨面；及 一基材接觸件，該基材接觸件係以與該研磨層彼 此機械分離的方式彈性耦合至該研磨層，該基材接觸 件具有一頂面以接觸一基材的一曝露面，該頂面之一 表面積小於該基材之該曝露面的一表面積，其中至少 一部份該頂面係與該研磨面實質共平面；及 一感應器，用以量測該基材接觸件之一橫向位移。 3 2 .如申請專利範圍第3 1項所述之系統，其中該研磨 墊組件具有一孔徑貫穿其間。 3 3 .如申請專利範圍第3 2項所述之系統，其中該基材 接觸件係位在該孔徑内》 3 4.如申請專利範圍第3 1項所述之系統，其中該感應 器包含一變形測定計。 35.如申請專利範圍第31項所述之系統，其中該感應 44 Γ354599 器包含一壓力計。 3 6.如申請專利範圍第3 1項所述之系统，更包含一對 準裝置耦合於該基材接觸件及該感應器之間》 37.如申請專利範圍第31項所述之系統，其中該研磨 墊包圍但並未接觸該基材接觸件。 3 8 .如申請專利範圍第3 7項所述之系統，更包含一封 口，其係延伸於該基材接觸件及該研磨墊之間，其中該封 口包含一彈性、流體不滲透材料。 3 9.如申請專利範圍第3 8項所述之系統，其中該封口 係由石夕_、乳膠或聚胺甲酸錯（polyurethane)所作成。 4 0 ·如申請專利範圍第3 8項所述之系統，其中該封口 為0型環。 4 1 .如申請專利範圍第 4 0項所述之系統，其中該 0 型環係以一黏著材料固定至該基材接觸件及該研磨墊上。 4 2 ·如申請專利範圍第3 8項所述之系統，其中該封口 係延伸穿過該基材接觸件。 45 Γ354599 43.如申請專利範圍第31項所述之系統，其中該基材 接觸件及該研磨墊係由一彎曲件（flexure)所連接，該彎曲 件將該基材接觸件與該研磨塾彼此機械分離（mechanically decouples)。 44.如申請專利範圍第43項所述之系統，其中該彎曲 件係由位在該研磨墊相對面中之凹陷所形成。 4 5 . —種研磨系統，包含： 一可動平台； 一研磨墊，其係連接至該可動平台，該研磨墊具有一 研磨面且具有一孔徑於其中； 一基材接觸件，包含在該孔徑中，該基材接觸件具有 一頂面用以接觸一基材的一曝露面，該基材接觸件與該研 磨墊彼此機械分離，其中該頂面係實質與該研磨面共平 面，且該頂面之一表面積小於該基材之該曝露面的一表面 積； 一感應器，用以量測該基材接觸件之一橫向位移並基 於所量測到的該基材的該橫向位移而產生一信號；及 一控制器，用以從該感應器接收該信號。 4 6.如申請專利範圍第4 5項所述之系統，其中該感應 46 1354599 器為一變形測定計。 47. 如申請專利範圍第45項所述之系統，其中該感應 器為一壓力計。 48. 如申請專利範圍第45項所述之系統，更包含一對 準裝置，其係耦合於該基材接觸件及該感應器之間。 4 9.如申請專利範圍第4 5項所述之系統，更包含：該 研磨墊具有一頂面用以接觸該基材的該曝露面，其中該研 磨墊包圍但並未接觸該基材接觸件。 5 0 . —種研磨系統，包含： 一可動平台； 一研磨墊，其係連接至該可動平台，該研磨墊具有一 研磨面用以接觸該基材的該暴露面，且具有一孔徑於其中； 一基材接觸件，其包含在該孔徑中，該基材接觸件具 有一頂面用以接觸一基材的一曝露面，其中該頂面係實質 與該研磨面共平面，且其中該研磨墊包圍但並未接觸該基 材接觸件； 一感應器，用以量測該基材接觸件之一橫向位移並基 於所量測到的該基材的該橫向位移而產生一信號； 一控制器，用以從該感應器接收該信號；及 47 Γ354599 一密封片，其係延伸於該基材接觸件及該研磨墊之 間，其中該密封片係由一彈性、流體不滲透材料作成。 51. 如申請專利範圍第50項所述之系統，其中該密封 片係由矽酮、乳膠、或聚胺甲酸酯作成。 52. 如申請專利範圍第50項所述之系統，其中該密封 片為Ο型環。 5 3 .如申請專利範圍第5 2項所述之系統，其中該Ο型 環係以一黏著材料固定於該基材接觸件及該研磨墊上。 5 4 .如申請專利範圍第5 0項所述之系統，其中該密封 片係延伸穿過該基材接觸件。 55.—種研磨系統，包含： 一可動平台； 一研磨墊，其係連接至該可動平台，該研磨墊具有一 研磨面且具有一孔徑於其中，該研磨墊具有一頂面用以接 觸該基材的該曝露面； 一基材接觸件，其包含在該孔徑中，該基材接觸件具 有一頂面用以接觸一基材的一曝露面，其中該頂面係實質 與該研磨面共平面，其t該研磨墊係由與該基材接觸件相 48 1354599 同之材料件所作成； 一感應器，用以量測該基材接觸件之一橫向位移旅基 於所量測到的該基材的該橫向位移而產生一信號； 一控制器，用以從該感應器接收該信號；及 一彎曲件，使得該彎曲件機械分隔該基材接觸件與該 研磨墊。 56. —種用於一研磨系統之物件，包含： 一研磨墊，其具有一研磨面； 一基材接觸件，其具有一頂面用以接觸一基材的一曝 露部份，其中該頂面係實質與該研磨面共平面；及 一封口，其係由一彈性、流體不滲透材料所形成’用 以將該基材接觸件固定至該研磨墊並允許該基材接觸件相 對於該研磨墊作橫向移動。 57. 如申請專利範圍第56項所述之物件，其中該研磨 塾具有兩或更多層。 58. 如申請專利範圍第57項所述之物件，其中該封口 係固定於該研磨墊片之兩層之間。 59. 如申請專利範圍第58項所述之物件，其中該封口 係延伸穿過整個研磨塾片。 49 Γ354599 60. 如申請專利範圍第58項所述之物件，其中該封口 只部份延伸穿入該研磨墊件。 61. 如申請專利範圍第56項所述之物件，更包含一對 準裝置，其中該對準裝置之一第一面係附著至該基材接觸 件。 62.如申請守利範圍第61項所述之物件，其中該密封 材料也接觸該對準裝置。 6 3 .如申請專利範圍第6 1項所述之物件，其中一對準 棒係從該對準裝置之一第二面延伸出來。 64.如t請專利範圍第56項所述之物件，其中該基材 接觸件之該頂面係由與該研磨墊相同材料構成。 6 5.如申請專利範圍第5 6項所述之物件，其中該基材 接觸件之該頂面包含凹槽，其係將液體疏通離開該基材接 觸件。 66.如申請專利範圍第56項所述之物件，其中該封口 為Ο型環。 50 1354599 67. 如申請專利範圍第56項所述之物件，其中該封口 係由乳膠、矽酮、或聚胺甲酸酯構成。 68. 如申請專利範圍第56項所述之物件，其中該研磨 墊及該基材接觸件係由一連續材料件所製造。 69. —種監視正在研磨之基材的磨擦係數的設備，包 含： 一可動件，其具有一頂面用以接觸一基材的一曝露 面，該可動件與該研磨墊彼此機械分離，該頂面之一表面 積小於該基材的該曝露面的一表面積； 一連接件，其係耦合至該可動件，該連接件回應於來 自該基材的一磨擦力而沿著一通道作橫向位移；及 一感應器，其係可基於該連接件沿著該通道之一橫向 位移而產.生一信號。 7 0.如申請專利範圍第69項所述之設備，其中該可動 件包含一研磨塾段。 71.如申請專利範圍第69項所述之設備，其中基於該 連接件之一橫向位移而產生一信號之該感應器為一變形測 定計。 51 Γ354599 72. 如申請專利範圍第69項所述之設備，其中該可動 件之該頂面係實質與一研磨墊之一研磨面共平面。 73. 如申請專利範圍第70項所述之設備，更包含一錨 定裝置，其係耦合於該研磨墊段及該連接件之間。 74. 如申請專利範圍第73項所述之設備，其中該錨定 裝置係藉由一對準棒耦合至該連接件。 75. 如申請專利範圍第73項所述之設備，更包含一彈 性、流體不滲透薄膜，其中該薄膜係位在該錨定裝置及該 連接件之間，使得研漿並不會進入該通道或該感應器内。 76. 如申請專利範圍第75項所述之設備，其中該薄膜 係由矽酮、乳膠或聚胺甲酸酯所製成。 77. —種組裝一研磨墊之方法，包含如下之步驟： 將一基材接觸件對準於一模型中，其中該模型具有一 升高的緣，使得該基材接觸件對準該升高的緣之一内側表 面； 將具有一開口之一研磨墊對準該升高的緣的一外側表 面，使得該開口對準該升高的緣的該外側表面；及 52 Γ354599 將一密封材料放置在由該基材接觸件、該研磨墊及該 升高的緣所形成之一凹陷内。 78.如申請專利範圍第77項所述之方法，更包含以下 步驟：將一對準裝置對準該基材接觸件，使得該對準裝置 之一第一面附著至該基材接觸件，且該密封材料也接觸該 對準裝置。 79. 如申請專利範圍第78項所述之方法，其中一對準 棒係從該對準裝置之一第二面延伸出來。 80. 如申請專利範圍第77項所述之方法，其中該基材 接觸件之一頂面係由與該研磨墊相同之材料構成。 81. 如申請專利範圍第77項所述之方法，其中該基材 接觸件之該頂面包含凹槽，其係疏通液體離開該基材接觸 件。 82. 如申請專利範圍第77項所述之方法，其中該密封 材料為0型環。 83. 如申請專利範圍第77項所述之方法，其中該密封 材料係由乳膠、矽酮、或聚胺甲酸酯所構成。 53 Γ354599 8 4.—種在以一研磨墊研磨操作期間監視一基材之一 磨擦係數的設備，包含： 一元件，其係嚙合正在研磨之一基材的一表面的一區 域，該區域之一表面積小於該基材的該表面的一表面積， 該元件係相對於一研磨面作橫向移動，且與該研磨墊彼此 機械分離。 85. 如申請專利範圍第84項所述之設備，更包含一產 生構件，用以產生一信號，以顯示該基材在該元件上之一 橫向磨擦力。 86. 如申請專利範圍第84項所述之設備，其中該元件 包含一研磨塾之一部份。 87. 如申請專利範圍第84項所述之設備，其中該元件 包含一主體，該主體係可動地連接至一平台。 8 8 .如申請專利範圍第8 4項所述之設備，其中該元件 係可於一單一方向上作實質的橫向移動。 89.如申請專利範圍第84項所述之設備，其t該元件 係可於兩個垂直方向上作橫向移動。 54 1.354599 90 數的方 定 一元件 可動的 表面積 產 擦力。 .一種用以於研磨操作期間監視一基材 法，包含如下之步驟： 位一基材的一表面，使其接觸一研磨面 的一頂面，該元件係相對於該研磨面作 該元件係與該研磨面彼此機械分離，且 小於該基材之該曝露面的一表面積；及 生一信號，用以顯示該基材在該元件上 的一磨擦係 且同時接觸 橫向移動， 該元件的一 之一橫向磨 55