TWI701103B - 研磨設備、檢測裝置以及半導體基板的研磨方法 - Google Patents

Abstract

一種研磨設備，包含一旋轉平台、一研磨墊、一研磨漿提供器以及至少一檢測裝置。研磨墊是固定地設置於旋轉平台上，研磨墊是被配置以被旋轉平台旋轉。研磨漿提供器是被配置以提供一研磨漿於研磨墊上。至少一檢測裝置是設置於研磨墊中，檢測裝置是被配置以檢測研磨漿的成分與相對應之濃度。

Description

研磨設備、檢測裝置以及半導體基板的研磨方法

本發明實施例係關於一種半導體製造技術，特別係關於一種在研磨過程中監控研磨漿成分的研磨系統以及研磨方法。

近年來，半導體積體電路(semiconductor integrated circuits)經歷了指數級的成長。在積體電路材料以及設計上的技術進步下，產生了多個世代的積體電路，其中每一世代較前一世代具有更小更複雜的電路。在積體電路發展的過程中，當幾何尺寸(亦即，製程中所能產出的最小元件或者線)縮小時，功能密度(亦即，每一晶片區域所具有的互連裝置的數目)通常會增加。一般而言，此種尺寸縮小的製程可以提供增加生產效率以及降低製造成本的好處，然而，此種尺寸縮小的製程亦會增加製造與生產積體電路的複雜度。

在半導體元件製造中，化學機械研磨(CMP)扮演了相當重要的角色，化學機械研磨是一種積體電路成形之普遍施行方式。一般來說，化學機械研磨是應用於半導體晶圓之平坦化製程。化學機械研磨是同時利用物理及化學力來對晶圓進行研磨。當晶圓位於一研磨墊上時，一夾持裝置施加一下壓力於 一晶圓之背面。接著，當含有腐蝕性及反應性化學藥品之一研磨漿通過晶圓下方時，研磨墊與晶圓可相對旋轉，以對晶圓進行研磨。化學機械研磨是一種達成整個晶圓平坦化之有效方法。

雖然現有的半導體製造機台(包括晶圓研磨系統)已經可符合上述一般之目的，但這些半導體製造機台及過濾方法仍不能在各方面令人滿意。

本發明一些實施例提供一種研磨設備，包含一旋轉平台、一研磨墊、一研磨漿提供器以及至少一檢測裝置。研磨墊是固定地設置於旋轉平台上，研磨墊是被配置以被旋轉平台旋轉。研磨漿提供器是被配置以提供一研磨漿於研磨墊上。至少一檢測裝置是設置於研磨墊中，並且檢測裝置是被配置以檢測研磨漿的成分與相對應之濃度。

本發明實施例另提供一種檢測裝置，設置於一研磨墊中，檢測裝置包含複數個檢測模組以及一處理晶片。各檢測模組包含一反應區以及一檢測電極。反應區是被配置以接收研磨墊上之一研磨漿，反應區包含有一反應物質，對應於研磨漿中之一成分。檢測電極是被配置以於研磨漿之成分與反應物質產生反應時輸出一檢測訊號。處理晶片是被配置以接收檢測訊號，以獲得包含研磨漿之成分與濃度的一檢測資訊。

本發明實施例提供一種半導體基板的研磨方法，包含提供一研磨漿至研磨墊上之一研磨表面。再者，半導體基板的研磨方法更包含設置半導體基板至研磨表面上以進行一 研磨處理。半導體基板的研磨方法更包含藉由設置於研磨墊上的至少一檢測裝置檢測研磨漿的成分以及濃度。

100‧‧‧研磨設備

102‧‧‧基板承載座

200‧‧‧處理腔室

202‧‧‧旋轉平台

204‧‧‧研磨墊

2041‧‧‧研磨表面

2043‧‧‧凹槽

206‧‧‧基板夾持裝置

207‧‧‧基板載具

208‧‧‧研磨漿提供器

2081‧‧‧旋轉手臂

2083‧‧‧噴嘴

210‧‧‧研磨漿

212‧‧‧研磨墊調節器

214‧‧‧夾持件

216‧‧‧擋環

300‧‧‧半導體基板

400‧‧‧檢測裝置

401‧‧‧上表面

402‧‧‧檢測模組

4021‧‧‧反應區

4022‧‧‧反應物質

4023‧‧‧檢測電極

4025‧‧‧檢測電極

4027‧‧‧導線

404‧‧‧處理晶片

406‧‧‧通訊電路

408‧‧‧加熱模組

500‧‧‧監控裝置

600‧‧‧通知模組

700‧‧‧研磨方法

A~D‧‧‧成分

a1~d1‧‧‧初始濃度

Cx1‧‧‧中心轉軸

d2‧‧‧研磨中濃度

NPC‧‧‧中心區域

NPE‧‧‧邊緣區域

PSA‧‧‧研磨區

t1‧‧‧時間

T1‧‧‧第一厚度

T2‧‧‧第二厚度

Wp‧‧‧寬度

S100、S102、S103、S104、S106、S108、S110、S112、S114S116‧‧‧操作

第1圖為根據本發明一些實施例之一研磨設備之示意圖。

第2圖與第3圖為根據本發明一些實施例之基板夾持裝置由一基板承載座夾持半導體基板之作動示意圖。

第4圖與第5圖為根據本發明一些實施例之基板夾持裝置夾持半導體基板至研磨墊上之作動示意圖。

第6圖為根據本發明一些實施例之研磨墊的上視圖。

第7圖為根據本發明一些實施例之檢測裝置的示意圖。

第8圖為根據本發明一些實施例的一檢測裝置設置於研磨墊的部分剖面示意圖。

第9圖為根據本發明一些實施例之研磨漿中一些成分的濃度變化圖。

第10圖為根據本發明另一實施例之研磨墊的上視圖。

第11圖為根據本發明一些實施例中之半導體基板的研磨方法的流程圖。

以下揭露之實施方式或實施例是用於說明或完成本發明之多種不同技術特徵，所描述之元件及配置方式的特定實施例是用於簡化說明本發明，使揭露得以更透徹且完整，以將本揭露之範圍完整地傳達予同領域熟悉此技術者。當然，本揭露也可以許多不同形式實施，而不局限於以下所述之實施 例。

在下文中所使用的空間相關用詞，例如“在...下方”、“下方”、“較低的”、“上方”、“較高的”及類似的用詞，是為了便於描述圖示中一個元件或特徵與另一個(些)元件或特徵之間的關係。除了在圖式中繪示的方位之外，這些空間相關用詞也意欲包含使用中或操作中的裝置之不同方位。例如，裝置可能被轉向不同方位(旋轉90度或其他方位)，而在此所使用的空間相關用詞也可依此相同解釋。此外，若實施例中敘述了一第一特徵形成於一第二特徵之上或上方，即表示其可能包含上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的情況，亦可能包含了有附加特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使得上述第一特徵與第二特徵未直接接觸的情況。

以下不同實施例中可能重複使用相同的元件標號及/或文字，這些重複是為了簡化與清晰的目的，而非用以限定所討論的不同實施例及/或結構之間有特定的關係。另外，在圖式中，結構的形狀或厚度可能擴大，以簡化或便於標示。必須了解的是，未特別圖示或描述之元件可以本領域技術人士所熟知之各種形式存在。

在半導體裝置製造過程中，化學機械研磨是一種用於製造半導體裝置的製程。具體而言，化學機械研磨是使用化學物質與機械力的組合方式來對半導體基板(如晶圓)的表面進行均勻化與平坦化的製程。具有積體電路(Integrated circuit，IC)晶粒的晶圓是被放置在化學機械研磨系統的一處理腔室中，並且可在不同的工作站(stage)進行平坦化或研磨 處理。化學機械研磨處理例如可使晶圓的介電層、半導體層及/或導電材料層的表面平坦化。

化學機械研磨系統一般具有一可旋轉的研磨平台，並且研磨平台上具有一研磨墊附著於其上。在某些化學機械研磨製程中，一半導體基板是顛倒放置於一夾持裝置，並且半導體基板是被夾持裝置施加一下壓力朝向研磨墊。另外，在研磨製程中，當半導體基板被夾持以朝向旋轉中的研磨墊時，化學機械研磨系統中的一液體供應器可提供具有化學物質以及微研磨粒子的研磨漿至研磨墊上。在某些實施例中，研磨墊也可相對於研磨墊旋轉。在某些實施例中，半導體基板是與研磨墊沿著同方向旋轉。在其他實施例中，半導體基板是與研磨墊沿著不同方向旋轉。

第1圖為根據本發明一些實施例之一研磨設備100之示意圖。如第1圖所示，研磨設備100包含一處理腔室200，以形成一個封閉空間來容置在接下來將介紹的研磨設備100中的元件。一或多個載入端口(load port，圖中未表示)是耦接於處理腔室200以允許一半導體基板300或多個半導體基板進入或退出研磨設備100。舉例來說，進入或退出的半導體基板可為一晶圓，例如為一產品晶圓(production wafer)或一測試晶圓。在某些實施例中，半導體基板的半徑大約在200mm至600mm之間。另外，在某些實施例中，半導體基板的半徑可以約為300mm至450mm之間。半導體基板的半徑不限於此實施例。

根據一些實施例，半導體基板(晶圓)300可由矽、 鍺或其他半導體材料所製成。根據一些實施例，半導體基板300可由複合半導體所製成，如碳化矽(SiC)、砷化鎵(GaAs)、砷化銦(InAs)或磷化銦(InP)。根據一些實施例，半導體基板300可由合金半導體所製成，如矽鍺(SiGe)、矽鍺碳(SiGeC)、磷砷化鎵(GaAsP)或磷化銦鎵(GaInP)。根據一些實施例，半導體基板300可為矽絕緣體(silicon-on-insulator；SOI)或鍺絕緣體(germanium-on-insulator；GOI)基板。

再者，如第1圖所示，研磨設備100可包含設置於處理腔室200中的一旋轉平台202、一研磨墊204、一基板夾持裝置206以及一研磨漿提供器208。研磨墊204是固定地設置於旋轉平台202上並連接於旋轉平台202，研磨墊204是被配置以被旋轉平台202帶動而繞著中心轉軸Cx1同步旋轉。基板夾持裝置206是設置於研磨墊204上方，被配置以夾持一半導體基板300沿著平行於中心轉軸Cx1之方向移動。研磨漿提供器208具有一液體出口，位於研磨墊204上方，配置以施加一研磨漿210到研磨墊204上。

在進行研磨製程中，研磨漿提供器208可施加研磨漿210至研磨墊204上。在某些實施例中，研磨漿提供器208是連接於容置有研磨漿210的一槽體或一儲存器(圖中未表示)。在某些實施例中，研磨漿提供器208可包含一旋轉手臂2081以及一噴嘴2083(例如可作為前述之液體出口)，噴嘴2083設置於旋轉手臂2081的一端，並且旋轉手臂2081可控制噴嘴2083靠近或遠離研磨墊204。研磨漿210包含有反應化學物質(reactive chemicals)，此種反應化學物質會與半導體基板300的表面產生反應。另外，研磨漿210中也可包含研磨粒子，以對半導體基板300進行機械式研磨。

在某些實施例中，研磨墊204是以足夠硬的物質製成，以允許在研磨漿210中的研磨粒子可以機械式地對半導體基板300進行研磨。另一方面，研磨墊204也要夠軟，以避免刮傷半導體基板300。在某些實施例中，研磨墊204是以可拆卸並可黏貼之方式附著於旋轉平台202上，舉例來說，研磨墊204可藉由一黏接膜(adhesive film)或膠水等連接至旋轉平台202上。在研磨過程中，旋轉平台202可藉由一第一驅動機構(例如一馬達，圖中未表示)驅動而旋轉，使得固定於其上的研磨墊204可隨著旋轉平台202旋轉。

在研磨製程中，基板夾持裝置206也可帶動其上的半導體基板300進行旋轉。在某些實施例中，如第1圖所示，基板夾持裝置206與研磨墊204是以相同方向旋轉(順時針方向或逆時針方向)。在其他實施例中，基板夾持裝置206與研磨墊204是可以相反方向旋轉。在研磨墊204與基板夾持裝置206旋轉時，研磨漿210可流到半導體基板300與研磨墊204之間。透過機械力以及研磨漿210中化學物質與半導體基板300的表面產生的化學反應，半導體基板300的表面可以被平坦化。在某些實施例中，基板夾持裝置206是由一第二驅動機構(圖中未表示)所驅動。

再者，如第1圖所示，研磨設備100可進一步包含設置於處理腔室200內的一研磨墊調節器(pad conditioner) 212，設置於研磨墊204上方，研磨墊調節器212配置以去除在研磨製程中所產生不需要的副產物。在某些實施例中，研磨墊調節器212為一鑽石盤(diamond disk)，具有一基板以及嵌入或封裝的切割鑽石粒子於基板上。當研磨墊204需要被調整時，研磨墊調節器212可接觸研磨墊204的表面，並且研磨墊204與研磨墊調節器212進行旋轉，使得鑽石盤上的凸出物或邊緣相對於研磨墊204的表面移動，從而對研磨墊204進行拋光以及組織更新(re-texturizing)。

另外，在某些實施例中，研磨墊調節器212上也可設置有耐隆(Nylon)材質的毛刷，用以清潔並去除在研磨製程後在研磨墊204上殘留的殘渣物質。在去除殘留的殘渣物質後，研磨墊204可以恢復原有的粗糙度，以再次對相同或另一半導體基板進行研磨處理。

再者，如第1圖所示，研磨設備100可更包含有一檢測裝置400、一監控裝置500以及一通知模組600。檢測裝置400是配置以檢測半導體基板300的厚度以產生一厚度資訊。在某些實施例中，檢測裝置400設置於研磨墊204中，被配置以在半導體基板300進行研磨處理過程中連續地檢測研磨漿210的成分與相對應之濃度。舉例來說，檢測裝置400可檢測研磨漿210中的鈷、銅、鉻、鎂、鎳、鋅、鋁等成分的濃度。檢測裝置400可檢測的物質不限於此實施例。另外，在某些實施例中，檢測裝置400是於半導體基板300進行研磨處理前檢測研磨漿210的成分以及相對應的濃度。再者，檢測裝置400也可檢測在研磨製程中研磨漿210產生化學反應後的物質的濃度。此外， 檢測裝置400也可檢測在研磨半導體基板300所產生的物質(例如金屬粒子)產生的物質的濃度。

監控裝置500是配置以監控研磨漿210中各個物質的濃度。當某一物質或多個物質的濃度變化超出預期時，監控裝置500可以發送一控制訊號至通知模組600，使通知模組600發出一通知訊息。舉例來說，通知模組600可發出一警告訊息，例如一警告音、一閃爍光來通知使用者。在某些實施例中，監控裝置500可為研磨設備100的一電腦裝置，並且通知模組600可為一顯示螢幕器，通知模組600可根據控制訊號顯示一對話視窗來通知使用者。

於某些實施例中，監控裝置500可為研磨設備100中的一電腦裝置，例如可包含有一處理器以及一儲存電路(圖中未表示)。處理器可為一微處理器或一中央處理器。儲存電路可為一記憶體，儲存有多個程式或指令。監控裝置500可產生一驅動訊號至研磨設備100中的多個驅動機構(如前述之第一驅動機構或第二驅動機構)，藉以控制研磨系統100中元件的操作。舉例來說，監控裝置500可控制旋轉平台202的旋轉、研磨漿提供器208、基板夾持裝置206以及研磨墊調節器212的操作。

值得注意的是，第1圖中之研磨設備100僅為本發明實施例中的一舉例，並非用以限定其範圍。在不同實施例中，第1圖中的研磨設備100中的元件可根據實際需求增加或刪減。舉例而言，研磨設備100可更包含一液體分布器(圖中未表示)，配置以分布一清洗液體，例如去離子水(de-ionized water)至研磨墊204的表面，使得在研磨製程後殘留在研磨墊204的表面上的粒子與研磨漿210可以被清洗乾淨。再者，研磨設備100也可包含其他工作站(station)，例如一清潔站、一乾燥站或其他類型的工作站。因此，在化學研磨製程(CMP process)之後，半導體基板可以在清潔站執行清潔處理以及在乾燥站進行乾燥處理。

請參考第2圖與第3圖，第2圖與第3圖為根據本發明一些實施例之基板夾持裝置206由一基板承載座102夾持半導體基板300之作動示意圖。如第2圖所示，基板夾持裝置206包含一基板載具207，配置以在研磨製程中夾持以及固定半導體基板300。於此實施例中，基板載具207具有多個氣體通道2071，連通於一氣體控制模組209。另外，基板載具207下方可設置有一夾持件214，夾持件214可為一薄膜結構並且由可撓曲且可延伸的材料製成。舉例來說，在某些實施例中，夾持件214可由乙烯丙烯橡膠，氯丁橡膠，丁腈橡膠等材料製成。如第2圖所示，夾持件214包含有複數個區段，並且每一區段中皆具有一通道(圖中未表示)，分別連通於氣體通道2071與氣體控制模組209。

如第2圖所示，基板夾持裝置206被移動到基板承載座102上方以使夾持件214靠近半導體基板300。接著，氣體控制模組209使氣體通道2071與夾持件214內的多個通道形成真空狀態。因此，如第3圖所示，半導體基板300會吸附於夾持件214的底部，並隨著基板夾持裝置206而離開基板承載座102。要注意的是，於此實施例中，基板承載座102是設置於處 理腔室200內的承載座(未於第1圖中表示)。然而在其他實施例中，基板承載座102也可以是研磨設備100中其他腔室的承載座。

如第3圖所示，基板夾持裝置206可更包含有一擋環216，設置於基板載具207的底部並環繞夾持件214。在基板夾持裝置206夾持半導體基板300時，基板夾持裝置206的中心軸是對位於半導體基板300的中心，使得半導體基板300的邊緣與擋環216的一內環面2161之間具有相同的一間隔Gp。

接著請參考第4圖與第5圖，第4圖與第5圖為根據本發明一些實施例之基板夾持裝置206夾持半導體基板300至研磨墊204上之作動示意圖。如第4圖所示，研磨墊204位於旋轉平台202上，並且基板夾持裝置206是移動到研磨墊204的上方。本發明實施例之第4圖中僅表示研磨墊204與旋轉平台202的部分結構，意即第4圖中的研磨墊204的結構並非是研磨墊204的中心部分。相對地，如第1圖所示，研磨墊204的中心轉軸Cx1可作為研磨墊204的旋轉軸，並且第4圖所示之研磨墊204的結構是偏離研磨墊204的中心轉軸Cx1。舉例來說，第4圖所示之研磨墊204的結構可為第1圖中的研磨墊204的左側部分或右側部分。

如第5圖所示，基板夾持裝置206朝研磨墊204方向移動並抵接於研磨墊204。接著，氣體控制模組209停止氣體通道2071內的真空狀態，使得半導體基板300不被夾持件214所吸住。之後，氣體控制模組209可經由氣體通道2071提供氣體至夾持件214內，使得夾持件214充氣後膨脹，進而抵接並提供推 力以下壓半導體基板300。

值得注意的是，擋環216朝向研磨墊204的底部具有一或多個溝槽(圖中未表示)，因此當基板夾持裝置206抵接研磨墊204旋轉並且擋環216直接接觸研磨墊204時，研磨漿210可以經由擋環216底面的溝槽流入或流出。在某些實施例中，擋環216可由耐磨材料製成，如塑料、陶瓷或聚合物製成。舉例來說，擋環216可由聚硫化苯(polyphenylene sulfide，PPS)、聚二醚酮樹脂(polyetheretherketone，PEEK)或其混合製成。另外，擋環216也可由聚胺甲酸酯(polyurethane)、共聚酯(polyester)、聚醚酯(polyether)或聚碳酸酯(polycarbonate)等聚合物製成，擋環216的材質不限於此實施例。

在化學機械研磨製程(CMP process)中，擋環216可用來維持半導體基板300的位置，以避免半導體基板300在旋轉過程中偏移基板夾持裝置206的中心軸，進而旋轉脫離研磨墊204。如第5圖所示之實施例，藉由基板夾持裝置206帶動半導體基板300旋轉並抵接旋轉中的研磨墊204，可以實現半導體基板300的化學機械研磨製程，以達到半導體基板300的平坦化的目的。

在半導體基板300的研磨製程中，研磨漿210中某些成分或物質可能會殘留在半導體基板300上，進而影響到半導體基板300在研磨製程後的平坦化結果。因此，藉由監控研磨漿210中各個成分的濃度變化，可以得知是否有特定成分殘留在半導體基板300上。一般來說，若研磨漿210中的成分沒有 殘留在半導體基板300上時，研磨漿210中的各個成分的濃度會隨著時間穩定地產生變化，例如隨著時間穩定地衰減。相對地，若研磨漿210中的某一特定成分(例如鋁或鈷)的濃度衰減過於劇烈時，則可能表示鋁或鈷附著於半導體基板300上，進而影響半導體基板300平坦化的結果。

請參考第6圖，第6圖為根據本發明一些實施例之研磨墊204的上視圖。如第6圖所示，研磨墊204用來研磨半導體基板300的一研磨表面2041上可定義有一研磨區PSA以及一非研磨區，並且半導體基板300被配置以於研磨區PSA進行研磨處理，如第6圖所示。研磨區PSA的寬度Wp是大於半導體基板300的直徑，並且半導體基板300可被控制在研磨區PSA內的一進行研磨處理。

在某些實施例中，如第6圖所示，非研磨區可包含一中心區域NPC以及一邊緣區域NPE，研磨區PSA是介於中心區域NPC與邊緣區域NPE之間，並且檢測裝置400是可設置於非研磨區上，以避免在研磨製程中，檢測裝置400與半導體基板300接觸而造成半導體基板300刮傷。於此實施例中，檢測裝置400是設置於邊緣區域NPE上。當半導體基板300進行研磨製程中且研磨漿210流經檢測裝置400時，檢測裝置400可以即時地檢測研磨漿210的成分與相對應之濃度。在某些實施例中，檢測裝置400可以連續地檢測研磨漿210的成分與相對應之濃度，但不限於此。舉例而言，檢測裝置400也可每隔一段固定時間進行一次檢測。

請參考第7圖，第7圖為根據本發明一些實施例之 檢測裝置400的示意圖。在某些實施例中，檢測裝置400上可包含有複數個檢測模組402、一處理晶片404以及一通訊電路406。於此實施例中，如第7圖所示，檢測裝置400包含有12個檢測模組402，分別電性連接於處理晶片404。每一檢測模組402是被配置以檢測研磨漿210中的一特定成分。意即，第7圖中的檢測裝置400可配置以檢測研磨漿210中的12種成分與相對應之濃度。檢測裝置400上的檢測模組402的數目不限於此實施例，可根據實際需求增加或減少。

於某些實施中，檢測模組402包含有一反應區4021(或稱反應腔室)、一檢測電極4023以及另一檢測電極4025。反應區4021內可設置有一反應物質4022，設置於檢測電極4023與檢測電極4025上，反應物質4022是可配置以檢測研磨漿210中研磨漿210中的一特定成分，例如鋁、鈷等。在此實施例中，反應物質4022為一固體，但不限於此，於其他實施例中也可為液體。當研磨漿210中的一部分流入反應區4021時，此特定成分(例如鋁)會與反應物質4022進行反應而產生電壓變化，因此檢測電極4023(例如為正極)與檢測電極4025(例如為負極)便可將電壓變化作為一檢測訊號並透過導線4027傳送至處理晶片404。於是，處理晶片404接收檢測訊號後可進行查表，以獲得包含研磨漿210的成分與相對應濃度的一檢測資訊。於此實施例中，處理晶片404可參考一電壓濃度對照表以進行查表，電壓濃度對照表可包含複數個電壓與其所對應濃度的資訊。於某些實施例中，電壓濃度比較表可包含關於研磨漿210中多個成分的電壓與對應濃度的資訊。

接著，處理晶片404可將檢測資訊透過通訊電路406傳送至監控裝置500，因此監控裝置500便可藉由檢測裝置400監控研磨漿210中的多個成分以及相對應的濃度。於某些實施例中，監控裝置500是藉由有線方式與檢測裝置400之通訊電路406通訊。在其他實施例中，監控裝置500是以無線傳輸方式與檢測裝置400之通訊電路406通訊。另外，在某些實施例中，檢測裝置400也可利用無線方式將檢測資訊傳送給研磨設備100外的一可攜式電子裝置，例如一監控人員的智慧型手機。

於某些實施例中，處理晶片404可為一微控制器(Micro-controller Unit，MCU)，例如可為一整合晶片，其具有中央處理器、記憶體、定時/計數器、輸入輸出介面等整合於其內，並具有輸入輸出介面簡單且體積小等優點。

請參考第8圖，第8圖為根據本發明一些實施例的一檢測裝置400設置於研磨墊204的部分剖面示意圖。如第8圖所示，研磨墊204可具有一凹槽2043，檢測裝置400是可容置於凹槽2043內。值得注意的是，檢測裝置400的一上表面401是大致上對齊於研磨墊204之研磨表面2041。藉由這樣的設計，可以使研磨漿210流順地流過檢測裝置400而不會殘留在凹槽2043與檢測裝置400的交界處。再者，如第8圖所示，反應區4021可為一碗狀槽體，使得研磨漿210可在研磨墊204旋轉時藉由離心力流入反應區4021。接著，反應區4021內的反應物質4022便可與研磨漿210中的一特定成分發生反應，最後反應區4021內的研磨漿210會再次受到離心力驅使而離開反應區4021。

於此實施例中，要注意的是，反應區4021的形狀 可不限於第8圖中之碗狀，也可於其他實施例中設計為矩形狀或其他有利於研磨漿210流入或流出之形狀。再者，為了清楚表示，於第8圖中的檢測電極4023與檢測電極4025的延伸方向是繪示為垂直於檢測裝置400的上表面401，但檢測電極4023與檢測電極4025的延伸方向也可如第7圖所示平行於上表面401。再者，於此實施例中，檢測電極4023與檢測電極4025為一梳狀電極(comb-type electrode)，檢測電極4023或檢測電極4025在位於反應區4021內的一端可設置有多個片狀體，以增加與研磨漿210的接觸面積，藉以提升檢測的速度。

另外，於某些實施例中，檢測裝置400可進一步包含一加熱模組408，連接於反應區4021內的反應物質4022。舉例來說，當反應物質4022經過一段時間連續地與研磨漿210中的特定物質反應後，反應物質4022的檢測效率或是靈敏度可能會降低。因此，處理晶片404可控制加熱模組408對反應區4021內的反應物質4022加熱，以恢復反應物質4022的檢測效率或是靈敏度。要注意的是，使反應物質4022回復檢測效率或是靈敏度的方式不限於此實施例之加熱方式。

請參考第1圖與第9圖，第9圖為根據本發明一些實施例之研磨漿210中一些成分的濃度變化圖。為了方便說明，第9圖中僅表示研磨漿210中四個成分的曲線，但第9圖也可包含更多成分的曲線。如第9圖所示，於時間為0時，也就是研磨漿210未與半導體基板300接觸進行研磨處理或剛開始進行研磨處理時，研磨漿210中的成分A~D分別具有初始濃度a1~d1。在此實施例中，初始濃度a1~d1是個別地位於一既定濃度 範圍內。舉例來說，若研磨漿210的各成分的初始濃度位於既定範圍時，表示研磨漿210的品質符合使用需求，可以用來進行研磨處理而不會影響半導體基板300平坦化的效果。接著，當半導體基板300開始進行研磨處理後，成分A~D的濃度會逐漸衰減。

值得注意的是，如第9圖所示，成分D於時間t1的濃度衰減到一研磨中濃度d2，並且監控裝置500可根據初始濃度d1與研磨中濃度d2得到一衰減比例。於此實施例中，衰減比例可定義為(d1-d2)*100%/d1，並且監控裝置500內可儲存有一預定衰減比例，例如為3%。在一般研磨製程中，研磨漿210中的各成分的濃度衰減會是較緩和的，例如衰減比例會小於預定衰減比例(例如3%)，也就是表示研磨漿210中沒有成分殘留於半導體基板300上。然而，當第9圖中的成分D的衰減比例大於預定衰減比例(例如3%)時，監控裝置500可因此判斷成分D可能殘留在半導體基板300上。於此實施例中，研磨漿210中的預定衰減比例是定義為3%，但不限於此，也可根據研磨漿210中的各成分來分別定義。

當監控裝置500判斷衰減比例大於預定衰減比例時，監控裝置500可控制通知模組600發出一警告訊息，以通知使用者處理中的半導體基板300可能會有物質(如鋁、鈷等金屬粒子)殘留的問題。另外，於某些實施例中，監控裝置500也可將處理中的半導體基板300進行標記，接著控制被標記的半導體基板300於研磨製程後可再次進行清洗操作，藉以將被標記的半導體基板300上殘留的物質(如鋁、鈷等金屬粒子) 移除，避免殘留的金屬粒子影響後續的製程並降低半導體基板300的良率。

另外，在某些實施例中，當監控裝置500判斷出某些成分的濃度增加過多時(例如超過原始濃度的3%)，監控裝置500也可控制通知模組600發出一警告訊息。

基於檢測裝置400的設計，本發明實施例之研磨設備100可以在半導體基板300的研磨製程中可單次、多次或不斷地偵測並監控研磨漿210中各個成分的濃度，以確保研磨漿中的某些成分沒有殘留於半導體基板300。當有物質殘留在半導體基板300上時，監控裝置500可以即時地得知，而不需要等待半導體基板300完成一次研磨製程後才進行檢測。

請參考第10圖，第10圖為根據本發明另一實施例之研磨墊204的上視圖。於此實施例中，研磨設備100可包含兩個檢測裝置400，其中一檢測裝置400是設置於研磨墊204的中心(中心區域NPC內)，而另一檢測裝置400設置於邊緣區域NPE上。此實施例對研磨漿210的檢測方式與前述實施例相似，其差異在於，於此實施例中，監控裝置500可控制研磨漿提供器208於研磨處理前先提供研磨漿210至位於研磨墊204中心的檢測裝置400進行檢測。

若研磨漿210中的成分與第9圖中所示的初始濃度不同時，例如成分A的初始濃度小於a1，而成分B的初始濃度小於b1且超出初始濃度的既定範圍時，表示目前使用中的研磨漿210的品質不符合使用需求，因此可能會影響研磨製程後半導體基板300的平坦化效果。於是，監控裝置500可控制通知模組 600發出警告訊息或通知訊息，或者也可停止研磨設備100的運作，以利更換符合使用需求的新的研磨漿210。基於此實施例檢測裝置400的設計，可以於研磨處理之前即可得知研磨漿210不符合使用需求並及時更換，以確保後續研磨製程中半導體基板300的平坦化效果不會受到影響。

請參考第11圖，第11圖為根據本發明一些實施例中之半導體基板300的研磨方法700的流程圖。在操作S100中，監控裝置500控制研磨漿提供器208提供研磨漿210至位於研磨墊204之中心之檢測裝置400。在操作S102中，藉由設置於研磨墊204之中心的檢測裝置400檢測未經研磨處理之研磨漿210之成分與相對應之初始濃度等檢測資訊。接著，在操作S103中，監控裝置500可根據檢測資訊判斷研磨漿210的初始濃度是否符合位於既定範圍內。若位於既定範圍內，繼續執行操作S104；若超出既定範圍，執行操作S116。

接著，在操作S104中，旋轉平台202帶動研磨墊204進行旋轉。在操作S106中，監控裝置500控制研磨漿提供器208移動到研磨墊204邊緣並單次、多次或連續地提供研磨漿210至研磨墊204之研磨表面2041。在操作S108中，基板夾持裝置206將半導體基板300設置在研磨表面2041上以進行一研磨處理。

在操作S110中，藉由設置於研磨墊204之邊緣的另一檢測裝置400單次、多次或連續地檢測在研磨製程中之研磨漿210的成分以及研磨中濃度。在操作S112中，監控裝置500比較研磨漿210的初始濃度與研磨中濃度以獲得一衰減比例。在操作S114中，監控裝置500判斷衰減比例是否大於一預定衰 減比例。若衰減比例大於預定衰減比例，執行操作S116。若衰減比例小於預定衰減比例，繼續執行操作S114。在操作S116中，監控裝置500控制通知模組600發出一通知訊息，例如一警告訊息或一對話視窗亦或者是一閃爍光。要注意的是，前述操作不限於此實施例，操作的順序可以變化或修正，或加上額外的操作。舉例來說，操作S100~S103也可於研磨方法700中省略。

本發明實施例提供一種研磨設備100，具有一檢測裝置400，埋設或嵌設在研磨墊204中。當半導體基板300進行研磨製程時，檢測裝置400可單次、多次或不斷地偵測研磨漿210中各個成分的濃度，不需要透過人工對研磨漿210取樣、運送至實驗室後再進行檢測等繁瑣程序。藉由本發明實施例之檢測裝置400與監控裝置500的設計，可以避免研磨漿210運送至實驗室的過程中被污染的問題、也可以減少檢測程序上的步驟，更可以即時的獲得關於研磨漿210中成分的濃度，以確保研磨漿210中的成分沒有殘留在半導體基板300上。

另外，研磨設備100可更具有另一檢測裝置400，設置於研磨墊204的中央，在半導體基板300進行研磨處理前或剛進行研磨處理時，監控裝置500可藉由此檢測裝置400檢測並判斷研磨漿210的成分的濃度是否位於一既定範圍內。因此，基於本發明某些實施例的設計，可以於研磨處理之前即可得知研磨漿210不符合使用需求並及時更換，以避免影響後續研磨製程中半導體基板300的平坦化效果。

本發明實施例提供一種研磨設備，包含一旋轉平 台、一研磨墊、一研磨漿提供器以及至少一檢測裝置。研磨墊是固定地設置於旋轉平台上，研磨墊是被配置以被旋轉平台旋轉。研磨漿提供器是被配置以提供一研磨漿於研磨墊上。至少一檢測裝置是設置於研磨墊中，檢測裝置是被配置以檢測研磨漿的成分與相對應之濃度。

根據一些實施例，研磨墊包含有一凹槽，檢測裝置設置於凹槽內，並且檢測裝置之一上表面對齊於研磨墊之面向一半導體基板之一研磨表面。

根據一些實施例，研磨墊之一研磨表面包含一研磨區以及一非研磨區，研磨區配置以對一半導體基板進行研磨處理，且檢測裝置設置於非研磨區。

根據一些實施例，研磨設備包含有兩個檢測裝置，非研磨區包含研磨表面之一中心區域與一邊緣區域，研磨區是介於中心區域與邊緣區域之間，其中之一檢測裝置設置於研磨墊之中心區域，且另一者設置於研磨墊之邊緣區域。

本發明實施例另提供一種檢測裝置，設置於一研磨墊中，檢測裝置包含複數個檢測模組以及一處理晶片。各檢測模組包含一反應區以及一檢測電極。反應區是被配置以接收研磨墊上之一研磨漿，反應區包含有一反應物質，對應於研磨漿中之一成分。檢測電極是被配置以於研磨漿之成分與反應物質產生反應時輸出一檢測訊號。處理晶片是被配置以接收檢測訊號，以獲得包含研磨漿之成分與濃度的一檢測資訊。

根據一些實施例，檢測裝置更包含一通訊電路，被配置以透過有線或無線傳輸之方式將檢測資訊傳送至一監 控裝置。

本發明實施例提供一種半導體基板的研磨方法，包含提供一研磨漿至研磨墊上之一研磨表面。再者，半導體基板的研磨方法更包含設置半導體基板至研磨表面上以進行一研磨處理。半導體基板的研磨方法更包含藉由設置於研磨墊上的至少一檢測裝置檢測研磨漿的成分以及濃度。

根據一些實施例，檢測研磨漿的成分以及濃度之步驟更包含藉由設置於研磨墊之中心的一檢測裝置以檢測未經研磨處理之研磨漿之成分與初始濃度；以及藉由設置於研磨墊之邊緣的另一檢測裝置檢測在研磨處理中之研磨漿的成分以及研磨中濃度。

根據一些實施例，半導體基板的研磨方法更包含於研磨處理前提供研磨漿至位於研磨墊之中心之檢測裝置。再者，半導體基板的研磨方法還包含判斷研磨漿之初始濃度是否位於一既定濃度範圍內。

根據一些實施例，半導體基板的研磨方法更包含比較研磨漿的初始濃度與研磨中濃度以獲得一衰減比例；以及當衰減比例大於一預定衰減比例時，發出一警告訊息。

以上雖然詳細描述了實施例及它們的優勢，但應該理解，在不背離所附申請專利範圍限定的本揭露的精神和範圍的情況下，對本揭露可作出各種變化、替代和修改。此外，本申請的範圍不旨在限制於說明書中所述的製程、機器、製造、物質組成、工具、方法和步驟的特定實施例。作為本領域的普通技術人員將容易地從本揭露中理解，根據本揭露，可以 利用現有的或今後將被開發的、執行與在本揭露所述的對應實施例基本相同的功能或實現基本相同的結果的製程、機器、製造、物質組成、工具、方法或步驟。因此，所附申請專利範圍旨在將這些製程、機器、製造、物質組成、工具、方法或步驟包括它們的範圍內。此外，每一個申請專利範圍構成一個單獨的實施例，且不同申請專利範圍和實施例的組合都在本揭露的範圍內。

100‧‧‧研磨設備

200‧‧‧處理腔室

202‧‧‧旋轉平台

204‧‧‧研磨墊

206‧‧‧基板夾持裝置

208‧‧‧研磨漿提供器

2081‧‧‧旋轉手臂

2083‧‧‧噴嘴

210‧‧‧研磨漿

212‧‧‧研磨墊調節器

300‧‧‧半導體基板

400‧‧‧檢測裝置

500‧‧‧監控裝置

600‧‧‧通知模組

Cx1‧‧‧中心轉軸

Claims (8)

1. 一種研磨設備，包含：一旋轉平台；一研磨墊，固定地設置於該旋轉平台上，被配置以被該旋轉平台旋轉，其中該研磨墊之一研磨表面包含一研磨區以及一非研磨區，該研磨區配置以對一半導體基板進行研磨處理，其中該非研磨區包含一中心區域以及遠離該中心區域之一邊緣區域；一研磨漿提供器，被配置以提供一研磨漿於該研磨墊上；以及兩個檢測裝置，其中之一檢測裝置設置於該研磨墊之該中心區域，且另一者設置於該研磨墊中之該非研磨區之該邊緣區域，被配置以檢測該研磨漿的成分與相對應之濃度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之研磨設備，其中該研磨墊包含有一凹槽，該檢測裝置設置於該凹槽內，並且該檢測裝置之一上表面對齊於該研磨墊之面向一半導體基板之一研磨表面。
3. 一種研磨設備，包含：一旋轉平台；一研磨墊，固定地設置於該旋轉平台上，被配置以被該旋轉平台旋轉，其中該研磨墊之一研磨表面包含一研磨區以及一非研磨區，該研磨區配置以對一半導體基板進行研磨處理，其中該非研磨區包含一中心區域以及遠離該中心區域之一邊緣區域； 一研磨漿提供器，被配置以提供一研磨漿於該研磨墊上；以及兩個檢測裝置，其中之一檢測裝置設置於該研磨墊之該中心區域，且另一者設置於該研磨墊中之該非研磨區之該邊緣區域，被配置以檢測該研磨漿的成分與相對應之濃度，各該檢測模組包含：一反應區，被配置以接收該研磨墊上之該研磨漿，該反應區包含有一反應物質，對應於該研磨漿中之一成分；一檢測電極，被配置以於該研磨漿之該成分與該反應物質產生反應時輸出一檢測訊號；以及一處理晶片，被配置以接收該檢測訊號，以獲得包含該研磨漿之成分與濃度的一檢測資訊。
4. 如申請專利範圍第3項所述之研磨設備，其中該檢測裝置更包含一通訊電路，被配置以透過有線或無線傳輸之方式將該檢測資訊傳送至一監控裝置。
5. 一種半導體基板的研磨方法，包含：提供一研磨漿至一研磨墊上之一研磨表面，其中該研磨表面包含一研磨區以及一非研磨區，其中該非研磨區包含一中心區域以及遠離該中心區域之一邊緣區域；設置一半導體基板至該研磨表面上之該研磨區以進行一研磨處理；以及藉由設置於該研磨墊中的兩個檢測裝置檢測該研磨漿的成分以及濃度，其中該兩個檢測裝置之其中一者設置於該研磨墊之該中心區域，且該另一者設置於該非研磨區之該邊 緣區域。
6. 如申請專利範圍第5項所述之半導體基板的研磨方法，其中檢測該研磨漿的成分以及濃度之步驟更包含：藉由設置於該研磨墊之中心的該檢測裝置檢測未經研磨處理之該研磨漿之成分與初始濃度；以及藉由設置於該研磨墊之邊緣的該另一檢測裝置檢測在該研磨處理中之該研磨漿的成分以及研磨中濃度。
7. 如申請專利範圍第6項所述之半導體基板的研磨方法，更包含：於該研磨處理前提供該研磨漿至位於該研磨墊之中心之該檢測裝置；以及判斷該研磨漿之該初始濃度是否位於一既定濃度範圍內。
8. 如申請專利範圍第6項所述之半導體基板的研磨方法，更包含：比較該研磨漿的該初始濃度與該研磨中濃度，以獲得一衰減比例；以及當該衰減比例大於一預定衰減比例時，發出一警告訊息。

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