專利名稱：可即時補(bǔ)償研磨曲面的控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種用于一化學(xué)機(jī)械研磨(chemical mechanicalpolishing，CMP)機(jī)臺的控制系統(tǒng)，尤指一種可即時補(bǔ)償研磨曲面的控制系統(tǒng)。
習(xí)知決定CMP研磨終點(diǎn)的方法有很多種，其中最簡單的即是利用研磨時間(by time)來控制研磨終點(diǎn)。然而，此方法所產(chǎn)生的誤差非常的大，不同晶片之間的變異(variation)也難以控制，而且被研磨的薄膜層需要有足夠的厚度以避免過度研磨。此外，為了避免過度研磨，在目標(biāo)薄膜層下方通常會需要一研磨停止層(stop layer)。此研磨停止層的研磨速率(removalrate)通常需小于其上的目標(biāo)薄膜層，換句話說，目標(biāo)研磨層被研磨的速率需大于目標(biāo)研磨層下方的研磨停止層。而其它研磨終點(diǎn)偵測方法，目前最普遍被接受的方法，是利用光學(xué)原理來監(jiān)測介電層的CMP制程，以決定研磨終點(diǎn)。當(dāng)使用一光偵測器(photo detector)來偵測CMP制程時，所偵測到的反射光強(qiáng)度資料會產(chǎn)生一周期性的規(guī)則變化，進(jìn)而產(chǎn)生一具有周期性的圖譜。所以利用該具有周期性的圖譜，便可準(zhǔn)確地偵測出CMP制程的終點(diǎn)。
然而，上述方法僅用于偵測CMP制程的終點(diǎn)，并無法針對研磨曲面做出即時(in-situ)反饋，以于CMP制程進(jìn)行當(dāng)中立即校正誤差，加強(qiáng)控制研磨均勻度。因此如何于CMP制程進(jìn)行中即時補(bǔ)償研磨曲面(polishprofile)，進(jìn)而增加產(chǎn)品良率，實(shí)為一刻不容緩的重要課題。
為達(dá)成上述目的，本發(fā)明的一種可即時補(bǔ)償研磨曲面的控制系統(tǒng)，用于一化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺中，該化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺包含有一至少包含有一第一環(huán)狀區(qū)域以及一第二環(huán)狀區(qū)域的研磨平臺(polish platen)，一研磨墊(polish pad)設(shè)置于該研磨平臺上，一晶圓載座(carrier head)設(shè)置于該研磨墊上方，用來承載一待研磨的晶圓。其中該晶圓載座至少另包含有用以分別對應(yīng)于該第一環(huán)狀區(qū)域以及該第二環(huán)狀區(qū)域的一內(nèi)圈以及一外圈，與一包含有一第一研磨液泵閥(pump valve)設(shè)置于與該第一環(huán)狀區(qū)域相對應(yīng)的位置以及一第二研磨液泵閥設(shè)置于與該第二環(huán)狀區(qū)域相對應(yīng)的位置的研磨液(slurry)供應(yīng)裝置。而本發(fā)明的控制系統(tǒng)包含有一控制單元，以及至少一第一感測器(sensor)以及一第二感測器，分別設(shè)置于該第一環(huán)狀區(qū)域以及該第二環(huán)狀區(qū)域上。其中該控制單元電連接于該第一感測器以及該第二感測器，于依據(jù)該第一感測器以及該第二感測器的信號比較該第一環(huán)狀區(qū)域以及該第二環(huán)狀區(qū)域上的該晶圓受研磨速率的差異后，以一預(yù)設(shè)的程序調(diào)整該第一研磨液泵閥以及該第二研磨液泵閥的研磨液供應(yīng)量，或以一預(yù)設(shè)的程序調(diào)整該晶圓載座的內(nèi)圈與外圈的施力量，或依據(jù)一預(yù)設(shè)的程序調(diào)整該研磨平臺的該第一環(huán)狀區(qū)域以及該第二環(huán)狀區(qū)域高度。
由于本發(fā)明的控制系統(tǒng)在研磨過程中利用該第一感測器以及該第二感測器偵測該晶圓相對應(yīng)于該第一環(huán)狀區(qū)域以及該第二環(huán)狀區(qū)域的溫度或薄膜厚度，并于判定該晶圓表面所受研磨速率的差異后，再針對該第一研磨液泵閥以及該第二研磨液泵閥的研磨液供應(yīng)量、該晶圓載座的該內(nèi)圈與該外圈的施力量或該研磨平臺的該第一環(huán)狀區(qū)域以及該第二環(huán)狀區(qū)域的高度進(jìn)行調(diào)整，以即時補(bǔ)償研磨曲面并立即校正誤差，進(jìn)而得以更加精確地控制研磨均勻度，改善產(chǎn)品良率。
圖示的符號說明30 化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺32 研磨平臺34 研磨墊 36 晶圓載座38 晶圓40 研磨液供應(yīng)裝置42 第一環(huán)狀區(qū)域44 第二環(huán)狀區(qū)域46 內(nèi)圈48 外圈
50 第一研磨液泵閥 52 第二研磨液泵閥54 第一感測器 56 第二感測器請參考圖2與圖3，圖2與圖3分別為研磨平臺32的上視圖與晶圓載座36的下視圖。如圖2所示，研磨平臺32至少包含有一第一環(huán)狀區(qū)域42以及一第二環(huán)狀區(qū)域44，以及至少一第一感測器(sensor)54以及一第二感測器56，分別設(shè)置于第一環(huán)狀區(qū)域42以及第二環(huán)狀區(qū)域44上。如圖3所示，晶圓載座36至少包含有分別對應(yīng)于第一環(huán)狀區(qū)域42以及第二環(huán)狀區(qū)域44的一內(nèi)圈46以及一外圈48。請參考圖4，圖4為研磨平臺32的剖面圖。如圖4所示，研磨液供應(yīng)裝置40設(shè)于研磨平臺32內(nèi)部，且包含有一第一研磨液泵閥(pump valve)50設(shè)置于與第一環(huán)狀區(qū)域42相對應(yīng)的位置以及一第二研磨液泵閥52設(shè)置于與第二環(huán)狀區(qū)域44相對應(yīng)的位置。
本發(fā)明用于CMP機(jī)臺中可即時補(bǔ)償研磨曲面的控制系統(tǒng)另包含顯示于圖2中的第一感測器54以及第二感測器56，與一電連接于第一感測器54以及第二感測器56的控制單元(未顯示)。其中第一感測器54以及第二感測器56為一熱電偶(thermal couple)或一紅外線感測器(IR sensor)，用以在CMP制程中偵測晶圓38相對應(yīng)于第一環(huán)狀區(qū)域42以及第二環(huán)狀區(qū)域44的表面溫度，并將所測得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為信號傳遞至該控制單元。然后該控制單元則可依據(jù)第一感測器54以及第二感測器56所傳回的信號，并在經(jīng)由運(yùn)算比較第一環(huán)狀區(qū)域42以及第二環(huán)狀區(qū)域44上的溫度差來判定晶圓38所受研磨速率的差異后，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整第一研磨液泵閥50以及第二研磨液泵閥52的研磨液供應(yīng)量，或是再選擇性的調(diào)整晶圓載座36的內(nèi)圈46與外圈48的施力量，以達(dá)到即時補(bǔ)償研磨曲面的效果。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，第一感測器54以及第二感測器56為一光學(xué)感測器(optical sensor)，用以在CMP制程中偵測晶圓38相對應(yīng)于第一環(huán)狀區(qū)域42以及第二環(huán)狀區(qū)域44的薄膜厚度，并將所測得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為信號傳遞至該控制單元。該控制單元則依據(jù)第一感測器54以及第二感測器56所傳回的信號，在經(jīng)由比較第一環(huán)狀區(qū)域42以及第二環(huán)狀區(qū)域44上的薄膜厚度差來判定晶圓38所受研磨速率的差異后，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整第一研磨液泵閥50以及第二研磨液泵閥52的研磨液供應(yīng)量，或是再選擇性的調(diào)整晶圓載座36的內(nèi)圈46與外圈48的施力量，以達(dá)到即時補(bǔ)償研磨曲面的效果。
在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，第一感測器54以及第二感測器56為一熱電偶或一紅外線感測器，用以在CMP制程中偵測晶圓38相對應(yīng)于第一環(huán)狀區(qū)域42以及第二環(huán)狀區(qū)域44的表面溫度，并將所測得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為信號傳遞至該控制單元。該控制單元則依據(jù)第一感測器54以及第二感測器56所傳回的信號，在經(jīng)由比較第一環(huán)狀區(qū)域42以及第二環(huán)狀區(qū)域44上的溫度差來判定晶圓38所受研磨速率的差異后，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整研磨平臺32的第一環(huán)狀區(qū)域42以及第二環(huán)狀區(qū)域44的高度，以達(dá)到即時補(bǔ)償研磨曲面的效果。
在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，第一感測器54以及第二感測器56為一光學(xué)感測器，用以在CMP制程中偵測晶圓38相對應(yīng)于第一環(huán)狀區(qū)域42以及第二環(huán)狀區(qū)域44的薄膜厚度，并將所測得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為信號傳遞至該控制單元。該控制單元則依據(jù)第一感測器54以及第二感測器56所傳回的信號，在經(jīng)由比較第一環(huán)狀區(qū)域42以及第二環(huán)狀區(qū)域44上的薄膜厚度差來判定晶圓38所受研磨速率的差異后，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整研磨平臺32的第一環(huán)狀區(qū)域42以及第二環(huán)狀區(qū)域44的高度，以達(dá)到即時補(bǔ)償研磨曲面的效果。
本發(fā)明的上述各實(shí)施例中的該控制系統(tǒng)，可同時適用于單片式的化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺及多片式的化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺，且在生產(chǎn)對研磨曲面要求標(biāo)準(zhǔn)較高的產(chǎn)品時，亦可將研磨平臺32劃分為超過兩個的環(huán)狀區(qū)域，搭配超過兩個的感測器，并將晶圓載座36劃分為超過兩個的同心圓區(qū)域，再使研磨液供應(yīng)裝置40包含超過兩個的磨液泵閥。由于其操作方式與上述各實(shí)施例中的操作方式相同，故不另行贅述。
相較于習(xí)知技術(shù)，本發(fā)明所提供的控制系統(tǒng)在研磨過程中利用第一感測器54以及第二感測器56偵測晶圓38相對應(yīng)于第一環(huán)狀區(qū)域42以及第二環(huán)狀區(qū)域44的溫度或薄膜厚度，于判定晶圓38表面所受研磨速率的差異后，再針對第一研磨液泵閥50以及第二研磨液泵閥52的研磨液供應(yīng)量、晶圓載座36的內(nèi)圈46與外圈48的施力量或研磨平臺32的第一環(huán)狀區(qū)域42以及第二環(huán)狀區(qū)域44的高度進(jìn)行調(diào)整，以即時補(bǔ)償研磨曲面，故得以立即校正誤差，加強(qiáng)控制研磨均勻度，改善產(chǎn)品良率。此外，該控制系統(tǒng)除了可以同時適用于單片式的化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺及多片式的化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺外，更可以在投產(chǎn)具有較大尺寸的晶圓，或生產(chǎn)對研磨曲面要求標(biāo)準(zhǔn)較高的產(chǎn)品時，將研磨平臺32劃分為超過兩個的環(huán)狀區(qū)域，搭配超過兩個的感測器，并將晶圓載座36劃分為超過兩個的同心圓區(qū)域，再使研磨液供應(yīng)裝置40包含超過兩個的磨液泵閥，以相同的操作方式更精確地控制研磨曲面。
以上所述僅本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明專利的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種可即時補(bǔ)償研磨曲面的控制系統(tǒng)，設(shè)于一化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺中，其特征是該化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺包含有一研磨平臺，該研磨平臺至少包含有一第一環(huán)狀區(qū)域以及一第二環(huán)狀區(qū)域，一研磨墊設(shè)置于該研磨平臺上，一晶圓載座設(shè)置于該研磨墊上方，承載一待研磨的晶圓，該晶圓載座至少包含有一內(nèi)圈以及一外圈，分別對應(yīng)于該第一環(huán)狀區(qū)域以及該第二環(huán)狀區(qū)域，以及一研磨液供應(yīng)裝置，該研磨液供應(yīng)裝置包含有一第一研磨液泵閥設(shè)置于與該第一環(huán)狀區(qū)域相對應(yīng)的位置，以及一第二研磨液泵閥設(shè)置于與該第二環(huán)狀區(qū)域相對應(yīng)的位置，該控制系統(tǒng)包含有至少一第一感測器以及一第二感測器，分別設(shè)置于該第一環(huán)狀區(qū)域以及該第二環(huán)狀區(qū)域上；以及一控制單元，電連接于該第一感測器以及該第二感測器，依據(jù)該第一感測器以及該第二感測器的信號比較該第一環(huán)狀區(qū)域以及該第二環(huán)狀區(qū)域上的該晶圓受研磨速率的差異，并依據(jù)一預(yù)設(shè)的程序調(diào)整該第一研磨液泵閥以及該第二研磨液泵閥的研磨液供應(yīng)量，或依據(jù)一預(yù)設(shè)的程序調(diào)整該晶圓載座的內(nèi)圈與外圈的施力量。
2.如權(quán)利要求1的控制系統(tǒng)，其特征是該控制系統(tǒng)使用于一單片式的化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺中或一多片式的化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺中。
3.如權(quán)利要求1的控制系統(tǒng)，其特征是該第一感測器以及該第二感測器為一熱電偶或一紅外線感測器。
4.如權(quán)利要求3的控制系統(tǒng)，其特征是該第一感測器以及該第二感測器傳遞的信號為該晶圓表面的溫度，且該預(yù)設(shè)的程序依據(jù)該化學(xué)機(jī)械研磨制程中該第一環(huán)狀區(qū)域以及該第二環(huán)狀區(qū)域的溫度差調(diào)整該研磨液的供應(yīng)量，或調(diào)整該晶圓載座的施力量。
5.如權(quán)利要求1的控制系統(tǒng)，其特征是該第一感測器以及該第二感測器為一光學(xué)感測器。
6.如權(quán)利要求5的控制系統(tǒng)，其特征是該第一感測器以及該第二感測器傳遞的信號為該晶圓表面的薄膜厚度，且該預(yù)設(shè)的程序依據(jù)該化學(xué)機(jī)械研磨制程中該第一環(huán)狀區(qū)域以及該第二環(huán)狀區(qū)域的薄膜厚度差調(diào)整該研磨液的供應(yīng)量，或調(diào)整該晶圓載座的施力量。
7.一種可即時補(bǔ)償研磨曲面的控制系統(tǒng)，設(shè)于一化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺中，其特征是該化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺包含有一研磨平臺，該研磨平臺至少包含有一第一環(huán)狀區(qū)域以及一第二環(huán)狀區(qū)域，一研磨墊設(shè)置于該研磨平臺上，一晶圓載座設(shè)置于該研磨墊上方且與該研磨墊相對應(yīng)的位置，承載一待研磨的晶圓，以及一研磨液供應(yīng)裝置，該研磨液供應(yīng)裝置包含有一第一研磨液泵閥設(shè)置于與該第一環(huán)狀區(qū)域相對應(yīng)的位置、以及一第二研磨液泵閥設(shè)置于與該第二環(huán)狀區(qū)域相對應(yīng)的位置，該控制系統(tǒng)包含有至少一第一感測器以及一第二感測器，分別設(shè)置于該第一環(huán)狀區(qū)域以及該第二環(huán)狀區(qū)域上；以及一控制單元，電連接于該第一感測器以及該第二感測器，依據(jù)該第一感測器以及該第二感測器的信號比較該第一環(huán)狀區(qū)域以及該第二環(huán)狀區(qū)域上的該晶圓受研磨速率的差異，并依據(jù)一預(yù)設(shè)的程序調(diào)整該第一研磨液泵閥以及該第二研磨液泵閥的研磨液供應(yīng)量。
8.如權(quán)利要求7的控制系統(tǒng)，其特征是該控制系統(tǒng)使用于一單片式的化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺中或一多片式的化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺中。
9.如權(quán)利要求7的控制系統(tǒng)，其特征是該第一感測器以及該第二感測器為一熱電偶或一紅外線感測器。
10.如權(quán)利要求9的控制系統(tǒng)，其特征是該第一感測器以及該第二感測器傳遞的信號為該晶圓表面的溫度，且該預(yù)設(shè)的程序依據(jù)該化學(xué)機(jī)械研磨制程中該第一環(huán)狀區(qū)域以及該第二環(huán)狀區(qū)域的溫度差調(diào)整該研磨液的供應(yīng)量。
11.如權(quán)利要求7的控制系統(tǒng)，其特征是該第一感測器以及該第二感測器為一光學(xué)感測器。
12.如權(quán)利要求11的控制系統(tǒng)，其特征是該第一感測器以及該第二感測器傳遞的信號為該晶圓表面的薄膜厚度，且該預(yù)設(shè)的程序依據(jù)該化學(xué)機(jī)械研磨制程中該第一環(huán)狀區(qū)域以及該第二環(huán)狀區(qū)域的薄膜厚度差調(diào)整該研磨液的供應(yīng)量。
13.一種可即時補(bǔ)償研磨曲面的控制系統(tǒng)，設(shè)于一化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺中，其特征是該化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺包含有一研磨平臺，該研磨平臺至少包含有一第一環(huán)狀區(qū)域以及一第二環(huán)狀區(qū)域，一研磨墊設(shè)置于該研磨平臺上，一晶圓載座設(shè)置于該研磨墊上方且與該研磨墊相對應(yīng)的位置，承載一待研磨的晶圓，以及一研磨液供應(yīng)裝置，該控制系統(tǒng)包含有至少一第一感測器以及一第二感測器，分別設(shè)置于該第一環(huán)狀區(qū)域以及該第二環(huán)狀區(qū)域上；以及一控制單元，電連接于該第一感測器以及該第二感測器，依據(jù)該第一感測器以及該第二感測器的信號比較該第一環(huán)狀區(qū)域以及該第二環(huán)狀區(qū)域上的該晶圓受研磨速率的差異，并依據(jù)一預(yù)設(shè)的程序調(diào)整該研磨平臺的該第一環(huán)狀區(qū)域以及該第二環(huán)狀區(qū)域高度。
14.如權(quán)利要求13的控制系統(tǒng)，其特征是該控制系統(tǒng)使用于一單片式的化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺中或一多片式的化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺中。
15.如權(quán)利要求13的控制系統(tǒng)，其特征是該第一感測器以及該第二感測器為一熱電偶或一紅外線感測器。
16.如權(quán)利要求15的控制系統(tǒng)，其特征是該第一感測器以及該第二感測器傳遞的信號為該晶圓表面的溫度，且該預(yù)設(shè)的程序依據(jù)該化學(xué)機(jī)械研磨制程中該第一環(huán)狀區(qū)域以及該第二環(huán)狀區(qū)域的溫度差調(diào)整該研磨平臺的該第一環(huán)狀區(qū)域以及該第二環(huán)狀區(qū)域高度。
17.如權(quán)利要求13的控制系統(tǒng)，其特征是該第一感測器以及該第二感測器為一光學(xué)感測器。
18.如權(quán)利要求17的控制系統(tǒng)，其特征是該第一感測器以及該第二感測器傳遞的信號為該晶圓表面的薄膜厚度，且該預(yù)設(shè)的程序依據(jù)該化學(xué)機(jī)械研磨制程中該第一環(huán)狀區(qū)域以及該第二環(huán)狀區(qū)域的薄膜厚度差調(diào)整該研磨平臺的該第一環(huán)狀區(qū)域以及該第二環(huán)狀區(qū)域高度。
全文摘要
本發(fā)明為一種可即時補(bǔ)償研磨曲面的控制系統(tǒng)，用于一化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺中，該化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺包含有至少一第一環(huán)狀區(qū)域以及一第二環(huán)狀區(qū)域，一設(shè)有一研磨墊的研磨平臺，一至少包含有二分別對應(yīng)于該第一、第二環(huán)狀區(qū)域的內(nèi)、外圈并用來承載一待研磨晶圓的晶圓載座設(shè)置于該研磨墊上方，以及一研磨液供應(yīng)裝置；該控制系統(tǒng)包含有至少一第一感測器以及一第二感測器，分別設(shè)置于該第一、第二環(huán)狀區(qū)域上，以及一控制單元，用以依據(jù)該第一、第二感測器的信號以及一預(yù)設(shè)的程序來分別調(diào)整該第一、第二環(huán)狀區(qū)域的研磨液供應(yīng)量以及該晶圓載座的內(nèi)、外圈的施力量；本控制系統(tǒng)可即時校正誤差，進(jìn)而得以更加精確地控制研磨均勻度，改善產(chǎn)品良率。
文檔編號B24B37/04GK1405850SQ0213181
公開日2003年3月26日 申請日期2002年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月7日
發(fā)明者許嘉麟, 胡紹中, 蔡騰群 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司