发明名称 用于在化学机械抛光期间原位监测厚度的方法与装置
摘要 一种用来在基体的化学机械抛光(CMP)作业中使用抛光工具和薄膜厚度监测器进行厚度之原位监测的装置和方法。该工具具有一个孔洞设置在其上。该孔洞内含有一个监测窗片固定在其内,而形成一监测通道。一薄膜厚度监测器(包括有椭圆计、光束轮廓反射计或应力脉波分析计)可经由该监测通道来观察该基体,以提供设置在该基体上之薄膜的厚度的标示资料。此资料可用来决定CMP程序的终点、决定基体之任何给定圆周上的移除率、决定基体表面上的平均移除率、决定基体表面上的移除率之变化量,并可用来使移除率和均匀度最佳化。
申请公布号 TW399252 申请公布日期 2000.07.21
申请号 TW087108348 申请日期 1998.11.24
申请人 兰研究公司 发明人 杰瑞.派森;萨奇德.嘉达;鲁尔.杰拉斯;韦柏C.柯鲁赛尔
分类号 H01L21/304 主分类号 H01L21/304
代理机构 代理人 恽轶群 台北巿南京东路三段二四八号七楼;陈文郎 台北巿南京东路三段二四八号七楼
主权项 1.一种为包含有下列元件之形式的化学机械抛光装置:一抛光元件、用来将该抛光元件沿着一条抛光路径移动的装置、以及一基体托架,系设置在靠近于该抛光元件处,以在抛光作业中将一基体压迫至该抛光元件上;其改良之处包括有:该抛光元件具有至少一个孔洞形成于其内,该孔洞系设置成能在抛光作业中移动而间歇性地对齐于该基体;该抛光元件进一步包含有一个监测窗片,固定在该抛光元件上,以封闭住该孔洞,而在该抛光元件内形成一个监测通道;以及该装置进一步包含有一个薄膜厚度监测器,该薄膜厚度监测器包含有一椭圆计,可在抛光作业中根据经由该监测通道自该基体上反射回来的光辐射而提供设置在该基体上之薄膜的厚度的标示资料。2.一种为包含有下列元件之形式的化学机械抛光装置:一抛光元件、用来将该抛光元件沿着一条抛光路径移动的装置、以及一基体托架,系设置在靠近于该抛光元件处,以在抛光作业中将一基体压迫至该抛光元件上;其改良之处包括有:该抛光元件具有至少一个孔洞形成于其内,该孔洞系设置成能在抛光作业中移动而间歇性地对齐于该基体;该抛光元件进一步包含有一个监测窗片,固定在该抛光元件上,以封闭住该孔洞,而在该抛光元件内形成一个监测通道;以及该装置进一步包含有一个薄膜厚度监测器,该薄膜厚度监测器包含有一光束轮廓反射计,可在抛光作业中根据经由该监测通道自该基体上反射回来的光辐射而提供设置在该基体上之薄膜的厚度的标示资料。3.一种为包含有下列元件之形式的化学机械抛光装置:一抛光元件、用来将该抛光元件沿着一条抛光路径移动的装置、以及一基体托架,系设置在靠近于该批光元件处,以在抛光作业中将一基体压迫至该抛光元件上;其改良之处包括有:该抛光元件具有至少一个孔洞形成于其内,该孔洞系设置成能在抛光作业中移动而间歇性地对齐于该基体;该抛光元件进一步包含有一个监测窗片,固定在该抛光元件上,以封闭住该孔洞,而在该抛光元件内形成一个监测通道;以及该装置进一步包含有一个薄膜厚度监测器,该薄膜厚度监测器包含有一光应力产生器光束和监测用探测光束,可在抛光作业中根据经由该监测通道而自该基体上射出之反射探测光束辐射而提供设置在该基体上之薄膜的厚度的标示资料。4.根据申请专利范围第1.2或3项的装置,其中该基体托架系沿着一条封闭的路径移动的。5.根据申请专利范围第1.2或3项的装置,其中该薄膜厚度监测器包含有一光源,可用来在抛光作业中以光辐射经由该监测通道来照射该基体。6.根据申请专利范围第1.2或3项的装置,其中该移动装置包含有多个滚轮,可用来沿着一条线性路径带动该抛光元件通过该基体。7.根据申请专利范围第6项的装置,其中该薄膜厚度监测器进一步包含有一感测器,用来侦测该抛光元件内的监测窗片何时对齐于该薄膜厚度监测器。8.根据申请专利范围第1.2或3项的装置,其中该移动装置包含有一平台,系可绕着一条通过其中心的轴心线转动而将该抛光元件沿着一条弯曲的路径移动通过该基体。9.根据申请专利范围第1.2或3项的装置,其中该移动装置包含有一平台,系可绕着一条不通过其中心的轴心线转动而将该抛光元件沿着一条弯曲的路径移动通过该基体。10.根据申请专利范围第1.2或3项的装置,其中该移动装置包含有一平台,可沿着一条封闭路径移动而将该抛光元件沿着一条弯曲路径移动通过该基体。11.一种用来在化学机械抛光作业中决定一基体上之一个层的厚度的方法,该方法包含有下列步骤:(a)藉着将一基体固定在一基体托架上而贴压在一抛光元件上而在该基体上进行化学机械抛光作业,该抛光元件具有一个监测通道,且系以抛光剂加以润湿;以及(b)在该化学机械抛光作业中,利用一薄膜厚度监测器在该抛光元件内的监测通道对齐于该薄膜厚度监测器时,决定该基体上之该层的厚度。12.根据申请专利范围第11项的方法,其中该薄膜厚度监测器包含有椭圆计。13.根据申请专利范围第11项的方法,其中该薄膜厚度监测器包含有光束轮廓反射计。14.根据申请专利范围第11项的方法,其中该薄膜厚度监测器包含有应力脉波分析计。15.一种决定化学机械抛光程序之终点的方法,该方法包含有下列步骤:(a)在化学机械抛光过程中,当抛光元件上的监测通道对齐于一薄膜厚度监测器时,测量基体之薄膜厚度;然后(b)重覆步骤(a),直到所测量到的薄膜厚度达到一预定的厚度値;然后(c)显示出已达到终点。16.根据申请专利范围第15项的方法,其中该薄膜厚度是以椭圆计来加以测量的。17.根据申请专利范围第15项的方法,其中该薄膜厚度是以光束轮廓反射计来加以测量的。18.根据申请专利范围第15项的方法,其中该薄膜厚度是以应力脉波分析计来加以测量的。19.根据申请专利范围第15项的方法,进一步包含有在该薄膜厚度达到预定厚度値时中止该化学机械抛光程序的步骤。20.一种用来在进行化学机械抛光程序时决定基体之任一给定圆周上在抛光元件之每一圈回转时的移除率的方法,该方法包含有下列步骤:(a)在化学机械抛光过程中,当抛光元件上的监测通道对齐于一薄膜厚度监测器时,测量基体之第一薄膜厚度;然后(b)在化学机械抛光过程中,当抛光元件上的监测通道再次对齐于薄膜厚度监测器时,测量基体之第二薄膜厚度;然后(c)计算出第二薄膜厚度与第一薄膜厚度间的差値。21.根据申请专利范围第20项的方法,其中该第一薄膜厚度和第二薄膜厚度是以椭圆计来加以测量的。22.根据申请专利范围第20项的方法,其中该第一薄膜厚度和第二薄膜厚度是以光束轮廓反射计来加以测量的23.根据申请专利范围第20项的方法,其中该第一薄膜厚度和第二薄膜厚度是以应力脉波分析计来加以测量的。24.一种用来在进行化学机械抛光程序时决定在抛光元件之每一圈回转中跨过基体表面上的平均移除率的方法,该方法包含有下列步骤:(a)在化学机械抛光过程中,当抛光元件上的第一监测通道对齐于第一薄膜厚度监测器时,测量基体之第一薄膜厚度;然后(b)在化学机械抛光过程中,当抛光元件上的该第一监测通道再次对齐于该第一薄膜厚度监测器时,测量基体之第二薄膜厚度;然后(c)在化学机械抛光过程中,当抛光元件上的第二监测通道对齐于第二薄膜厚度监测器时,测量基体之第三薄膜厚度;然后(d)在化学机械抛光过程中,当抛光元件上的该第二监测通道再次对齐于该第二薄膜厚度监测器时,测量基体之第四薄膜厚度;然后(e)计算出步骤(b)中的第二薄膜厚度与步骤(a)中的第一薄膜厚度间的差値;然后(f)计算出步骤(d)中的第四薄膜厚度与步骤(c)中的第三薄膜厚度间的差値;然后(g)计算出步骤(e)和(f)中之差値的平均値。25.根据申请专利范围第24项的方法,其中该第一、第二、第三和第四薄膜厚度是以椭圆计来加以测量的。26.根据申请专利范围第24项的方法,其中该第一、第二、第三和第四薄膜厚度是以光束轮廓反射计来加以测量的。27.根据申请专利范围第24项的方法,其中该第一、第二、第三和第四薄膜厚度是以应力脉波分析计来加以测量的。28.一种用来在进行化学机械抛光程序时决定在该带子之每一圈回转中跨过基体表面上的移除率的变化量的方法,该方法包含有下列步骤:(a)在化学机械抛光过程中,当抛光元件上的第一监测通道对齐于第一薄膜厚度监测器时,测量基体之第一薄膜厚度;然后(b)在化学机械抛光过程中,当抛光元件上的该第一监测通道再次对齐于该第一薄膜厚度监测器时,测量基体之第二薄膜厚度;然后(c)在化学机械抛光过程中,当抛光元件上的第二监测通道对齐于第二薄膜厚度监测器时,测量基体之第三薄膜厚度;然后(d)在化学机械抛光过程中,当抛光元件上的该第二监测通道再次对齐于该第二薄膜厚度监测器时,测量基体之第四薄膜厚度;然后(e)计算出步骤(b)中的第二薄膜厚度与步骤(a)中的第一薄膜厚度间的差値;然后(f)计算出步骤(d)中的第四薄膜厚度与步骤(c)中的第三薄膜厚度间的差値;然后(f)计算出步骤(e)和(f)中之差値的变化量。29.根据申请专利范围第28项的方法,其中该第一、第二、第三和第四薄膜厚度是以椭圆计来加以测量的。30.根据申请专利范围第28项的方法,其中该第一、第二、第三和第四薄膜厚度是以光束轮廓反射计来加以测量的。31.根据申请专利范围第28项的方法,其中该第一、第二、第三和第四薄膜厚度是以应力脉波分析计来加以测量的。32.一种使化学机械抛光程序最佳化的方法,包含有下列步骤:(a)特性化抛光程序,以决定程序参数的作用;然后(b)决定移除率;然后(c)调整抛光程序参数,以使移除率成为最佳化。33.根据申请专利范围第32项的方法,进一步包含有下列步骤:(d)决定移除率的变化量;然后(e)调整抛光程序参数,以使均匀度成为最佳化。图示简单说明:第一图是习用之线性抛光机的示意图。第二图是第一个较佳实施例的线性抛光机的剖面图。第三图是一平面图,显示出在平台上设置多个孔洞,以及设在带子上而对齐于平台之孔洞的孔洞配置样式。第四图是一光纤传输线的剖面图,其系设置在带子中的二个层之间,以提供一条自带子之外侧表面至带子之第一侧边表面的长条光学信号路径。第五图是一平面图,显示出感测位置设在带子上而不是平台上的情形,其中系将第四图中之光纤配置方式配合多个薄膜厚度监测器使用。第六图一平面图,显示出感测位置是设在带子上而不是平台上的情形,其中系将第四图中之光纤配置方式配合单一个薄膜厚度监测器使用。第七图是一个具有薄膜厚度监测器之旋转平台式CMP装置的示意图。第八图是一个包含有椭圆计之薄膜厚度监测器的示意图。第九图是一平面图,显示出将多个孔洞设置在平台上而带子上则仅有一个孔洞的情形。
地址 美国
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