发明名称 化学机械研磨中光学监视方法与设备
摘要 一种设备及一种方法,将基板的表面和具有一视窗的研磨垫互相接触,让基板和研磨垫之间产生相对的运动,并且导引光束经过此视窗而使得研磨垫相对于基板的运动可让光束移动的路径经过此基板。光束由基板的反射则加以侦测,并可用来决定研磨参数,侦测制程重覆性,及评量制程。另外,当要识别研磨终点时可将反射资料分成多个径向范围值。
申请公布号 TW472310 申请公布日期 2002.01.11
申请号 TW088119092 申请日期 1999.11.02
申请人 应用材料股份有限公司 发明人 安德鲁斯诺伯特威斯卫瑟;杰登东尼潘;柏格斯劳史威克
分类号 H01L21/302;H01L21/66 主分类号 H01L21/302
代理机构 代理人 蔡坤财 台北巿松江路一四八号十二楼
主权项 1.一种在基板上以化学机械研磨来研磨金属层以 决定研磨终点之方法,该终点具有预定图案之高强 度反射,该方法至少包含: 将基板表面和具有视窗之研磨垫互相接触; 让基板和研磨垫之间产生相对的运动; 引导光束通过该视窗,该研磨垫相对于该基板之运 动使得该光束移动之路径为经过该基板; 侦测光束从该金属层之反射; 产生结合该光束反射之反射资料; 将该反射资料切割成多个径向范围;及 在该多个径向范围中由该反射资料识别预定图案 以建立该研磨终点。2.如申请专利范围第1项所述 之方法,更至少包含在该研磨终点被识别之后停止 化学机械研磨。3.如申请专利范围第1项所述之方 法,更至少包含在媒介上储存该反射资料以做为后 续之分析。4.如申请专利范围第3项所述之方法,更 至少包含以即时的方式处理该反射资料。5.如申 请专利范围第3项所述之方法,更至少包含以离线 方式处理该反射资料。6.如申请专利范围第1项所 述之方法,其中上述之识别步骤中更至少包含将该 反射资料和预定之启始値互相比较。7.如申请专 利范围第1项所述之方法,其中上述之识别步骤中 更至少包含决定是否该反射资料系为往下的趋势 。8.如申请专利范围第1项所述之方法,其中上述之 识别步骤中更至少包含决定是否该反射资料系为 往上的趋势。9.如申请专利范围第1项所述之方法, 其中上述之识别步骤中更至少包含决定是否该反 射资料系为平坦的趋势。10.如申请专利范围第1项 所述之方法,其中上述之侦测步骤测量反射比相当 于经过该基板之路径的取样区,该方法包括: 决定每个取样区之径向位置; 决定携带头之位置,其中系由该携带头之扫掠轮廓 ;及 将该反射比测量値依照该径向位置分成多个径向 范围。11.一种结合化学机械研磨来研磨金属层以 决定研磨终点的方法,该研磨终点具有反射光强度 之预定图案,该方法至少包含: 引导光束通过研磨垫之视窗,且相对于该基板移动 该研磨垫使得该光束移动之路径为经过该基板; 侦测光束从该金属层之反射; 产生结合该光束反射之反射资料; 将该反射资料切割成多个径向范围;及 在该多个径向范围中由该反射资料识别预定图案 以建立该研磨终点。12.如申请专利范围第11项所 述之方法,更至少包含在该研磨终点被识别之后停 止化学机械研磨。13.如申请专利范围第11项所述 之方法,更至少包含在媒介上储存该反射资料以做 为后续之分析。14.如申请专利范围第11项所述之 方法,其中上述之识别步骤中更至少包含将该反射 资料和预定之启始値互相比较。15.如申请专利范 围第11项所述之方法,其中上述之识别步骤中更至 少包含决定该反射资料是否具有往下之趋势、往 上之趋势或者平坦之趋势。16.一种研磨基板之金 属层的设备,至少包含: 一携带头以承接该基板; 一研磨垫加以调节而与该基板之表面互相接触,该 研磨垫具有一穿透的视窗; 一马达耦合到该研磨垫以产生该基板和该研磨垫 之间的相对运动; 一光源引导光束通过该视窗,该研磨垫相对于该基 板之运动使得该光束移动之路径经过该基板; 一感测器光学性耦合到该光源上以便侦测由该基 板之光束反射,该感测器产生了结合该光束反射之 反射资料; 一电子容器耦合到该感测器以便将该反射资料分 成多个径向范围;及 一图案辨识器耦合到该感测器和该容器以便比较 该预定图案和该反射资料而识别出研磨终点。17. 如申请专利范围第16项所述之设备,更至少包含一 研磨控制器耦合到该图案辨识器,该研磨控制器在 该研磨终点被识别之后停止化学机械研磨。18.如 申请专利范围第16项所述之设备,其中上述之反射 资料系储存在媒介上以作为后续之分析。19.如申 请专利范围第16项所述之设备,其中上述之图案辨 识器将比较该反射资料和预定之启始値。20.如申 请专利范围第16项所述之设备,其中上述之图案识 器将决定是否该反射资料具有往下之趋势、往上 之趋势或者平坦之趋势。21.一种决定研磨参数之 方法,至少包含: 将基板之表面和一具有视窗之研磨垫互相接触; 使该基板和该研磨垫之间产生相对运动; 导引光束经过该视窗,该研磨垫相对于该基板之运 动使得该光束移动之路径经过该基板; 侦测该基板中光束自镀层之反射; 产生结合该光束反射之反射资料; 经由该光束经过该基板之扫描而显示该反射资料; 及 选择研磨参数以提供该基板均匀的研磨,其中该研 磨参数系以该显示之反射资料为基础。22.一种决 定制程均匀性的方法至少包含: 侦测光束之反射,其中系在研磨第一基板之镀层时 为之; 侦测光束之反射,其中系在研磨第二基板之镀层时 为之; 产生结合该光束射之反射资料; 经由该光束经过该第一基板之第一次扫描而显示 该反射资料; 经由该光束经过该第二基板之第二次扫描而显示 该反射资料;及 比较该第一次扫描之该反射资料和该第二次扫描 之该反射资料以决定制程均匀性。23.如申请专利 范围第22项所述之方法,更至少包含在研磨该第一 和第二基板之间改变研磨消耗品。图式简单说明: 第一图所示为化学机械研磨设备的爆炸透视图; 第二图所示为化学机械研磨设备包括了光学干涉 仪的侧视图; 第三图所示为处理中之基板的简化截面示意图,其 显示了电射光射入基板及反射的图示; 第四图所示为任意强度单位(a.u.)测得之反射比轨 迹; 第五图A-第五图E为简化之平面视图并例举了研磨 垫做平面转动时视窗位置; 第六图所示为决定金属层在CMP时研磨终点之方法 的流程图; 第七图A所示为雷射通过携带头之下的路径图示; 第七图B所示为携带头下面的视窗单一扫掠之后所 产生的反射轨迹之假设部分; 第八图所例举的为从雷射路径之取样区的径向位 置; 第九图A为决定取样区之径向位置之方法的流程图 ; 第九图B为雷射光束通过基板之前导和延续边缘的 时间作为平台之转动数目函数的示意图; 第十图所例举的为取样区之径向位置计算示意图; 第十一图所示为储存强度测量値之资料结构的图 示; 第十二图所示为不同时间所取得之数个反射轨迹 重叠的示意图; 第十三图A-第十三图H所示为整个研磨周期中金属 层之反射强度和基板之中心距离函数的图示。
地址 美国