TW480204B - Apparatus for polishing a flat surface - Google Patents

Description

獨204 五、發明說明（1) 1明之領域 本發明係關於一種產生平坦表面之拋光設備，特·別係 用以拋光半導體晶圓（以下簡稱晶圓），以使其具有一平坦 且如鏡面般之表面。 相關技術之描述 在★近年來，印刷電路配線已愈加細線化之方向發展，而 ^著半導體裝置愈加積集化，元件之配置亦彼此之間愈加 =近，例如，圖11A與11B即用以解釋這種裝置之晶圓&程 的撗剖面圖。 此種製程包含如下連續之步驟，即在一具有溝槽之石夕 2層1上形成一阻障層2(例如可為一TaN層）與一配線材料 二3(例如可為一銅層），而矽底層i之溝槽則以蝕刻或類似 化链等方式形成（參看圖11 A〇 ,除了溝槽中之材料外，將 配線材料層3移除，如此，即可在矽底層1上形成一窄間隔 之電路配線，而此電路配線即由留在溝槽中之配線材料戶2 形成者（圖11 B )。在此製程中，各配線之剖面積舆深度鹿 彼此相等，且配線4之表面（拋光面）不應具有任何凹$ 所 謂的凹狀扭曲拋光：見圖1 2A)，如此，每一配線才能實質 上具有相同的電阻。 、 拋光技術被用來將阻障金屬層2與配線材料層3從上 之矽晶圓移除，在此習知技術中，用以拋光出平9坦^面 設備包含一固定台與一研磨頭，且二者各自具有其轉 ，

480204 五、發明說明（2) — 研磨頭對固定台施以一按壓力，而被拋光之晶圓即夾在研 磨頭與一研磨墊之間，此研磨塾以一研漿浸濕且被置於研 磨墊之上，然後，藉由研磨墊與晶圓間之研漿，即可拋光 晶圓一段時間。 上述之拋光設備不但要使被拋光晶圓達到極精確的平 坦度’還必須能準確地控制其研磨量，因為此處只有晶圓 表面上之阻障層2與配線材料層3才可研磨掉，而填有配線 材料層3之溝槽則必須保持一定的深度。 ^ 在一些設備中，為了增進拋光晶、圓之平坦度，拋光時 撐持晶圓之研磨頭底面、接觸晶圓之拋光墊表面、與支持 研磨塾之固定台表面、或被拋光晶圓表面之按壓力分布皆 可加以控制。 β 圖1 3係一拋光頭構造的例子，其可控制拋光表面的按 ，力分布。此拋光頭内部具有二獨立之環形氣體腔，由此 氣體腔並形成有複數個通至，表面之通道，以便一曰 圓 人日日 口 ’此種構造主要係用以預防對晶圓中心之拋光不足，此 ^中心區域之研漿較外圍區域為少所致，進行拋光時，相 二外圍區域對中心之氣體腔施以較高壓之氣體可使晶 有適當的平坦度。 〃 j由以上的方式的確可增進晶圓的平坦度，然而，其 声仍無法加以控制。形成於晶圓上之配線材料層3厚、 ς時會隨不同的製造批次、或不同的晶圓而:子 或阻Ϊ 則經過一段時間之研磨後，配線材料声3 一卩早金屬層2可能仍會留在晶圓表面上，所以，也就^

480204 五、發明說明（3) 法在晶圓表 相對的 在晶圓表面 被研磨掉之 間，而且， 容易形成一 1 2 A)，而此 以上述 體腔之氣體 能即時的決 果，藉由研 的外圍區域 中用以填充 的薄層化， 面上形成所要的配線圖案了。 =止配線材料層3或阻障金屬層3繼續留 後，砂Λ磨時間變得過長，則在阻障金屬層2 配後4 層1與配線4表面亦會被研磨一段長時 凹ΓΛ二鋼製ί’其比…研磨，所以極 夕狀（所明的凹狀扭曲拋光，見圖 凹^即造成配線具有變化不均之電阻。 ^研磨頭拋光晶圓一段時間之後，施於每一氣 j力必展取決於之前的研磨結果，而且亦不可 疋曰，改變成適合每一晶圓的氣體壓力，結 磨:圓表面即不易形成足夠平坦的效果，晶圓 又容易較其中心研磨的為多，所以，外圍區域 配線材料之溝槽深度就較中心區域為淺（所謂 見圖1 2 B )’如此會造成配線之電阻變化不均。 發明概要 本發明主要係用以解決上述之問題，並提供一晶圓拋 光設備’此設備可使一晶圓具有適當的平坦表面，且可控 制其研磨量。 為了達成以上目的，根據本發明，一拋光出晶圓平坦 表面之設備包含一上表面上設有一拋光墊之固定台、與一 位在固定台上之研磨頭；其中，固定台與拋光墊會以一定 之按壓力夾住一可拋光之物件而旋轉以便進行其拋光之動 作，拋光墊與可拋光物件之間於拋光時則施以一研漿，夾

480204 五、發明說明（4) 持可拋光物件之 並設有複數個同 且可獨立射出加 至拋光墊，其中 透射窗與固定台 旋轉中心之反射 出之光線經過二 件’並因此被該 光程回溯並受到 控制單元，此控 分別控制每^^腔 本發明之另 並射出一加壓流 每一環形室皆有 一腔體；固定台 光透射窗皆填充 與固定台之旋轉中心處並分 設有複數個光學感測器。 光學感測器分別沿一弧 定間隔定位，而可拋光物件 並射出加壓之液體 每一環形室皆有複 定台具有一單一光 透明材 料，固定台 別設以反射 與一光偵測 射窗而到達 此被反射之 本發明之設 測器所測量 力。 含一固定台 有一研磨頭 間而進行旋 ，拋光時之 拋光物件之 有複數個同 流體並可獨 可穿過拋光 定台底面接 反射鏡；固 處並分 一光源 過光透 反射， 測量。 應光偵 體的壓 設備包 台上並 夾於其 光物件 爽持可 中並設 ，加壓 透射窗 料，固 別設以 研磨頭表面 心環形室， 壓流體；固 係填充以一 之旋轉中心 鏡下並設有 反射鏡並通 可拋光物件 光偵測器之 制單元可回 體之加壓流 一晶圓拋光 上表面上有一拋光墊，固定 定台與拋光墊將可拋光物件 一定之按壓力以研磨該可拋 抛光物件之間並加入研裝， 體，研磨頭 複數個開孔 並具有一光 以一透明材 ，研磨頭中 數個開孔， 透射窗直通 底面接近光 鏡；固定台 器’光源射 可拋光物 光線則循原 備更包含一 之光強度而 ，該固定台 ;其中，固 轉，並施以 拋光墊與可 研磨頭表面 心環形室， 立補充於每 墊，而每一 近光透射窗 疋台4下並 線配置，且在晶圓範圍内以固 之中心則被定位在此弧線之中

第9頁 480204 五、發明説明（5) 心，該弧線係 之圓周向下位 相同，且二者 亦可依據 腔體中加壓液 光物件，並被 固定台轉動之 可拋光物件所 光學感測器所 光透射窗之數 進行上述之控 研磨頭旋轉中 移所定義者。 在某一時刻沿 光學感測器所 體之壓力，其 可抛光物件反 光學感測器上 反射之光強度 感測之反射光 目，且將不規 制。 心沿著圓 光透射窗 垂直方向 測量之光 中光學感 射。當光 時，光學 。在通過 強度所得 則之強度 心為固定台 與光學感測 完全相互重 強度而獨立 測器射出光 透射窗瞬間 感測器即可 可拋光物件 的平均值數 排除，這些 旋轉中心 器之數目 疊。 控制每一 線至可拋 通過配合 儲存所有 時，每一 目相等於 值即用來 本發明之另一晶圓拋光設備包含兩種結構，與雨種上 述之控制單元，固定台並具有單一光透射窗，且亦穿過拋 光墊’其牙過之點係對向:於一直線上之透射窗，該直線延 伸自一配置有透射窗之孤線+點、並穿過固定台之轉動中 心〇 所以’此二控制單元可配合固定台之研磨旋轉而啟 動，故腔體中加壓流體之壓力可隨固定台之每次轉動而獨 立改變兩次。 本發明之晶圓拋光設備具有上述之結構，固定台具有 單一之光透射窗’且亦穿過拋光墊，各反射鏡則分別依附 至接近該單一光透射窗之固定台底部、與固定台之轉動中 心，而一光源與一光偵測器則配置在固定台轉動中心處與 鏡面之下。

480204 五、發明說明（6) 此二反射 讓光源射出之 單一光透射窗 會被此 動，亦 在 後通過 之反射 是因為 不行。 當 器可測 處同心 光 材料而 壓會隨 之材料 物體反 會因而 拋光之 晶圓之 光線。 光透射 光透射 量來自 圓的位 偵測器 定，所 之而變 分布， 鏡接依附於固定台之底表面，且其配置必須 光線總可透過半鏡面與此二反射鏡而通過此 ，且若光透射窗之上有一反射物件，則光線 射，並回溯相同的路徑，即便固定台正在轉 直抵光偵測器。 過程中，當光透射窗在固定台轉動一段時間 下時’則光摘測器可測量來自晶圓拋光表面 反射鏡表面被漏出的研漿污潰並無關係，這 窗填有一透明材料可讓光線穿過，但研漿則 之每一同心圓 者，而 相同的 所 調整加 壓液體 強度、 同一同 拋光率 以，可 壓液體 係回應 而個別 窗在固定台轉動後通過晶圓之下時， 晶圓拋光表面之反射光線，對應晶圓 置’亦可形成複數光透射窗。 所測量出之光強度視晶圓之基底與基 以，由光偵測:i所產生之輸出電流或 ，所以，可藉以鑑別所拋光晶圓整個 通常，拋光程度（即材料曝露之型態） 上皆相同，這是因為晶圓係在旋轉中 心圓上之點亦即具有相同的速率，故 光 <貞測 上之幾 底上之 輸出電 表面上 在晶圓 被抛光 亦具有 依據需求來決定材料拋光之量，並分別藉由 之壓力而使表面達成足夠的平坦度，這些加 光偵測器從晶圓兩端來回測量所得之尽射光 獨立施於每一環形室者。

第11頁 480204 五、發明說明（7) - 本啦明之晶圓拋光設備具有除了上述之光學與控制裝 置外另具有其它之光學與控制裝置。在研磨頭下與固定台 底面设有複數個光學感測器，這些光學感測器分別沿一弧 線配置，且在晶圓範圍内以固定間隔定位，該弧線係研磨 頭旋轉中心沿著圓心為固定台旋轉中心之圓周向下位移所 定義者。固定台之光透射窗與光學感測器之數目相同，且 亦會穿過拋光墊，二者在某一時刻沿垂直方向完全相互重 疊。 每一光學感測器會感測來自晶圓拋光表面之反射光， 配合固定台之轉動，固定台下之感測次數等於光透射窗之 數目’換言之’光學感測器共感測光線複數次，這些光線 係反射自晶圓表面上同一同心圓上之點，每一同心圓之直 徑取決於光學感測器之位置，所以，感測器可感測晶圓拋 光表面上之每一同心圓共複數次。 、本發明之控制單元可儲:存反射光線之強度，為每一光 學感測器取其平均值，然後再以這些平均值來進行控制。 在此平均的過程中，控制單元並可排除不規則值。對應於 晶圓上一同心圓之反射光強度之複數次測量所得到的平均 值則可用來進行控制。 f形成於固定台中之單一光透射窗、及上述光學感測 裔之情況一樣’亦可控制可拋光物件之拋光量，並分別藉 由j整加壓液體之壓力而使表面達成足夠的平坦度，這些 加壓液體係回應光偵測器所感測之反射光強度、而個別^ 立施於每一形成於研磨頭中之環形室者。

第12頁 480204 五、發明說明（8) 本發明之晶圓拋 種控制裝置。在此情 窗舆複數光透射窗其 墊、而位在光透射窗 伸自各光透射窗所配 心’換言之，形成於 定台旋轉中心為中點 所以’基本上， 啟用這兩個控制單元 力可PiC固定台之每次 加壓液體的壓力調整 而係另有操作之間隔 光設備可同時具有兩 況下，形成於固定台 配置必須讓單一光透 所在直線之對向點上 置之弧線中點、並穿 單一光透射窗與複數 而呈1 8 0度對向配置( 為了在抛光過程中酉己 ，同中心之環形腔體 轉動而獨立改變兩次 則不是隨固定台之每 種光學 中之單 射窗亦 ’此直 過固定 光透射 > 合固定 中的加 。實際 次轉動 裝置與兩 一光透射 穿過拋光 線則係延 台之中 窗係以固 台旋轉而 壓液體壓 應用時， 而調整， 叙施例之詳細銳明 參閱圖1至13B，以下將述本發明用以拋光 面之設備的較佳實施例。 光出千坦表 (弟'一貫施例） 圖1係用以說明本發明之拋光設備的基本原理，其中顯示 有一固定台11、一拋光墊13、一單一光透射窗界丁、複數個 ，透射窗Wn、與固定台η之主桿12，這兩種光透射窗之型 態皆形成於固定台11之中，並皆穿過拋光墊丨3。 形成於固定台11中之所有光透射窗皆設有石英板CD， 而所有形成在拋光墊1 3中光透射窗則設有聚氨酯

第13頁 480204 五、發明說明（9) (polyurethane)橡膠板CU。聚氨酯橡膠板cu之上層不比拋 光墊13之上表面尚’所以聚氨酯橡膝板⑶在拋光過程中不 致易與晶圓之拋光表面相接觸。 接下來則說明從一光源2 8至一光源偵測器2 9、並形成 一第一光學裝置之光程。在固定台11之底表面上，一反射 鏡26緊密依附於單一光透射窗WT，而一反射鏡27則緊密一 附於固定台1 1之旋轉中心處。光源28、光源29、與一半鏡 面30被固射於反射鏡27之下與固定台11之主桿12之中，如 此配置讓發射自光源2 8之光線可透過半鏡面3 〇與此二反射 鏡2 6、27而通過單一光透射窗WT，且若在光透射窗上方具 有一反射物件，則光線亦會被此物件所反射，並使光線回 溯原路徑而直抵光偵測器2 9。在圖1中，除了從光源2 8通 過單一光透射窗WT之光程外，亦說明了從反射物件至光偵 測器2 9之回溯光程以利於瞭解，雖然圖中在光透射窗^ τ上 方並未顯示反射物件。 配置二反射鏡2 6、2 7係為了讓發射自光源2 8之光線在 光透射窗WT上方具有一反射物件之情況下，總是可以回溯 至半鏡面30 ’儘管固定台π正處於轉動之狀態。為了二反 射鏡間之光程，一光透射孔31形成於固定台n之主桿j 2 中，換言之，光透射孔3 1係上述光程的一部分。 複數個光學感測器Sn被配置於固定台11之緊鄰下方以 作為一第二光學裝置。如圖2 A所示，光學感測器sn配置在 弧線上’ 5玄弧線係固疋台1 1同心圓之一部份，並通過研 磨頭14(晶圓）之旋轉中心，且該光學感測器Sn係在晶圓區

第14頁 480204 五、發明說明（10) 域t以一固定間隔配置。在此實施例中共配置有5個光透 ，窗’末端感測器S1與S5則配置在晶圓的周邊，側鄰感測 為S2與S4則配置在晶圓的中段部位，而一中心感测器S3則 配置在晶圓的中心。

形成於固定台11中之光透射窗WT被配置在與光學感測 Is Sn相同的同心圓上，且亦以一固定間隔配置。換言之， 光學感測器Sn在某一時刻會被光透射窗完全覆蓋，此一完 全覆蓋之狀態即如圖3C所示。當光透射窗WN如圖3B、3C、 與3D般配置時，每一光學感測器Sn即感測來自晶圓拋光面 之反射光。如圖i所示，光學感測器Sn具有反射與感測之 功能’所以它會感測晶圓拋光面所發射與反射之光線。 如圖2A、3、與4B所示，第一光學裝置中之單一光透 射窗WT與第二光學裝置中之光透射窗㈣配置在二不同之圓 周上’此二圓周皆係固定台.11之同心圓。這種配置係為了 防止在固定台11旋轉時，依附於固定台丨丨底表面之反射鏡 2 6與配置於固定台11下之光學感測器Sn之間的碰撞，若光 子感測器S η可進一步感測固疋台11下位置之反射光線，則 這些光學感測器Sn亦可設置於該處以防止上述之碰撞，此 時，第一光學裝置中之單一光透射窗WT與第二光學裝置中 之光透射窗WN則可配置在固定台11之相同同心圓上。 如圖2A、3、與4B所示，每一光學裝置的光透射窗wt 與WN皆已固定台11旋轉中心為中點而呈1 8〇度對向形成於 固定台11中’由光偵測器29與光學感測器Sn所感測之光所 產生之輸出電壓或輸出電流皆儲存與處理於控制單元中。

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480204 五、發明說明（11) ---- 關於每一光學裝置之光偵測器2 9與光學感測器Sn的感 測時序，一感測器可依附於固定台丨丨，其信號則可用作一 觸發信號，或來自固定台主桿馬達之編碼器的信號亦可當 作一觸發信號。此外，若總是感測到反射光線則可設定光 線感測位準之界限值，當反射光位準超過此界限值時，光 線即會被視為反射自晶圓拋光面者，這是因為固定台丨丨底 面之反射率遠小於晶圓拋光面者。 一 現在可參考圖5與6來說明研磨頭14 了。圖5係本發明 之研磨頭的内部結構,的部分剖斷圖。圖6係沿著圖5之A __ A, 線所得之橫剖面圖，其係用以顯示本發明之研磨頭的内部 結構。夹持晶圓之表面具有複數個開孔18、19、2〇，開孔 1 8、1 9、2 0分別配置於晶圓之中心區域、中間區域、與周 邊區域的環形區域中，形成於中心區域之開孔1 8被連接至 研磨頭1 4中之一中心空氣室CB0，中間區域之開孔1 9則連 接至研磨頭1 4中之一中間空:氣室CBi ，而周邊之開孔2〇則 連接至研磨頭14中之一周邊空氣室CB2。如圖1所示，壓力 P0、PI、P2之空氣分別透過空氣管線〇、1、與2而被施於 獨立之空氣室CB0、CB1、與CB2中。 考慮固定台11與研磨頭1 4之間施於晶圓之力，晶圓j 〇 在中心區域受到按壓力F0( = P0乘上空氣室CB0中之開孔18 的總截面積），在中間區域受到按壓力F1( = pl乘上空氣室 CB1中之開孔19的總截面積），在周邊區域則受到按壓力 F2(=P2乘上空氣室CB2中之開孔20的總截面積）。第二光學 衣置之光學感測器S 3被配置於按壓力F 0施加之區域下，光

第16頁 獨204 五、發明說明（12) 學感測器S2與S4則配置於按壓力F1施加之區域下，光學感 測器S1與S5則配置於按壓力F2施加之區域下。 如圖1所示，透過精度調節器R0、R1、與R2，可將加 壓空氣施於每一空氣室中，這些精度調節器分別連接至空 氣管線並可電子調控空氣壓力，精度調節器R〇、Rl、R2之 空氣壓力可以控制單元4 〇設定，空氣壓力之設定亦可取決 於光偵測器2 9與光學感測器Sn所感測之光所產生之輸出電 壓或輸出電流。 馨 光偵測器2 9與光學感測器Sn所感測之光所產生之輸出 電壓或輸出電流，亦即晶圓拋光面之反射光強度，取決於 抛光面上所露出之材料為何。銅（Cu )之反射光色彩係橘 色’銅之反射率極高，且係晶圓最外圍表面之配線材料層 3之主要材料。阻障層2係鄰接内層，主要由氮化钽（TaN) 所組成’其拋光表面呈現灰色，且相較配線材料層3具有 較低之反射率。底層矽通免皇現紫色，其反射率遠低於豆 他各層，這些皆可參看圖8人至8(：。 ’、 ^ 研磨頭1 4被分成如圖5所示之兩部分，一部份係上固 定部位1 6，另一部份係下轉動部位丨5，環繞上固定部位工6 配置有空氣導管17以供給空氣至每一空氣室中，下轉動部 位I/則被***上固定部位16之筒狀内表面中，其本身具 空軋通迢25以連接至空氣導管17至每一空氣室 圖中並未顯示，下轉動部位15被連接至一配置其上^在 ί私在其轉動之滑動部位則設有0形環以避免轉動時產生 擺動，亚防止空氣管綠+介广a 上 座王 ^線之空氣滲漏，這種空氣滲漏常發生

第17頁 48〇2〇4 五、發明說明（13) ； 於拋光之轉動過程中之空氣室中，上固定部位1 6則係用來 與***其中_之下轉動部位丨5 —起垂直移動。 固定台11之上表面具有拋光墊13，並與固定台之主桿 12 —體形成，其藉由連接至一馬達（未顯示）之主桿12轉動 而轉動，固定台11並且具有一支撐結構可將轉動時上表面 之擺動降至最低，因此可進行精確之拋光。

以下參考圖9A至9D加以進一步說明配合晶圓表面之轉 動，設定分別施於晶圓之中心區域、中間區域、及周邊區 威之按壓力F 0、F1、及F 2的基本方式。此處，係假設晶圓 之周邊區域在拋光後呈現一錐拔形形狀之凹陷。 圖9 A係在進行拋光過程中之拋光初始狀態，其以相同 之按壓力（F0=F1=F2)施加於晶圓之每一區域。在此狀態 下，配置於晶圓最外表面之配線層3所反射之光線亦即光 伯測器2 9與所有光學感測器Sn所感測者。 如圖9B所示之拋光過轾，晶圓之周邊區域呈有一錐 拔形之凹陷，亦即配置於晶圓最外圍表面之配線層3已被 研磨殆盡，阻障金屬層2則部分顯露於周邊區域中，而配 線層3仍保持覆蓋中心區域表面，且阻障金屬層2則部 露於中間區域中。此時，在第一光學裝置中之一 身 窗WT在通過晶圓時感測到晶圓拋光表面反 =，射 ，與4B所示，反射：之強度係一***4射“二如 示，其中中心區域之強度最高，其處仍保古斤 配線層3 ,周邊區域之強度則較低，1 _ Ss为J、间夂射率之 層2。如此…著-經過晶丄其處顯露有阻障金屬 480204 五、發明說明（14) . 被拋光之晶圓表面的反射率，故可得知暴露於晶圓上之各 層分佈。 同時，作為第二光學裝置之光學感測器Sn感測到通過 光透射窗Wn之反射光，且光透射窗Wn並依序通過晶圓之 下，此即如圖3B至3D所示。圖2B即其結果。中心區域之反 射光強度最高，而周邊區域則最低，此即如第一光學裝 置’這疋因為感測器S 3係配置於晶圓之中心區域，感測 S2與S4則配置於晶圓之中間區域，感測器S1與§5則配置於 晶圓之周邊區域’圖2 B所示之結果包含三個不規則值，然 而’控制單元4 0對每一感測器係使用反射光之平均值，此 即如圖7所示，並將不規則值排除，圖7顯示晶圓之周邊區 域具有一錐拔形之凹陷。 接下來，拋光時對晶圓之按壓力關係變成F 〇 > F 1 > F 2， 如圖9C所示，如此晶圓中：心區域相較於周邊區域可研磨掉 較多支配線層3材料，而周邊區域與中心區域之拋光表面 皆顯露有配線材料層3與阻障金屬層2。圖7係顯示上述拋 光過程中，施於每一區域之按壓力。 結束抛光過程之前，分別施加至晶圓中心區域、中間 =、與周邊區域之按壓力F〇、η、與^則重設為 二二2，此所示，然後拋光再繼續進行，故留 而二二Π 被徹底研磨掉。最後，拋光表 m垒祕姑® 士、，+ 具有所遺留配線層材料層3之配線 1： Ψ ^ ^ ia S -y 斤頌示，晶圓整體具有與上述 一負路出之材料相異之反身十姓Λ 久射特性，在上述過程中，因為在圖 480204 五 發明說明（15) ΐ:ΐ之步驟後再經一段時間仍繼續進行拋光之動作，故 之平坦度得以增進，晶圓配線圖案之深度亦得以 = 配線4不會具有凹陷(所謂的凹狀扭曲抛光， A)，配線4亦較易被研磨，，只要能設定適當的拋 a前為止，已 按壓力FO、F1、與F2 得以設想其後續改變 一實施例所說明者， 動時鑑別晶圓抛光面 、F1、與F 2。但在有 求研磨掉定量的材 地控制按壓力（例 轉1次為1秒）。其控 滿整個晶圓上時，先 行拋光，然後使用各 光一段時間，即便阻 時。若經過一段拋光 光表面上時，則拋光 ’若經過一段時間之 鉻在晶圓之中心區域 按壓力條件必須改為 之基本概念稍做解釋，然而，由此亦 按壓力FO、F1、與F2之時機。如同第 可使用兩種光學裝置在每次固定台轉 所顯露之材料為何，並控制按壓力ρ 〇 些情況下，亦可從可拋光物件根據需 料’以便使表面更加平坦且不需頻繁 如’若固定台轉速為60 rpm，則取每 制方式如下。 在第一步驟中，當配線:材料層佈 使用相同的按壓力FO、F1、與“來進 按壓力相同即F0=F1=F2之方/式進行拋 障金屬層以暴露於部分拋光表面之上 時間後，阻障金屬層以暴露於整個拋 仍以F0=F1=F2之關係繼續進行一下子 拋光後配線材料層與阻障金屬層仍顯 時，則必須繼續進行抛光之過程，且 F0<F1<F2 。 然後，若在拋n時㈣，阻障金屬層暴露於整個

480204 五、發明說明（16) —--- 拋光表面時，則必須在改變按壓力條件為”#“”後繼浐 拋光的動作’否則，拋光動作會持續以按壓力條件 、 F0<F1<F2進行，或可以進一步較大落差之按壓^條件來 行拋光，即F0<<F1<<F2。若在此條件下拋光一段時間後， 阻障金屬層仍暴露於整個拋光表面時，則應將按壓 改回F0=F1=F2。 + ^ 上述所謂拋光之一段時間大約是5到1 〇秒，所以，可 藉由周期性鑑別暴露於拋光表面上之材料、與改變按壓力 F0、F1、與F2來依照所需研磨掉定量之材料，或者，在有 些情況下，亦可保持所施按壓力之狀態。 以上所說明者係以本發明所提供之設備拋光出一平坦 表面，夾持拋光墊之固定台表面最好定期清洗或更換（譬一 如每一片晶圓皆各自使用一片），此主要係為了防止研漿 沉積於聚氨酯橡膠板上，該橡膠板係發射自光學感測器而 至晶圓拋光面之光線、或來g拋光面之反射光光程的一部 分’要注意的是’固定台底面最好呈無光澤之黑色，如此 可有較低的反射率，且可與來自晶圓表面之反射光有強列 的對比。 (第二實施例） 參照圖1 0 ’以下即說明另一用以拋光出平坦表面之設 備，其下轉動部位1 5具有與前述不同的結構。圖i 〇係一下 轉動部位1 5之橫剖面側視圖，在此實施例中，一浮動構件 50以空氣囊55向下壓，且該浮置元50並非固定於框架5 2

第21頁 五、發明說明（17) _ =而複數個空氣室則形成於此浮動 貫施例中之研磨頭與空氣室類似。下轉二:，第-構與功能將詳述如下。 σ卩位1 5之咩細結 中並：成， 形成於浮動構件5〇周圍，；：接安=頭51則 52中之鬆孔中。如圖i。所示 ：=成：框架 5〇可沿水平與垂直方向移動-段距離，；動=動構件 面可朝住一古a m /予動構件5 0之底表 構件50亦移動或旋轉，：直移動或旋轉時，浮動 浮動構件50俜以^ | t疋為接頭並不密街於各鬆孔。 間，並;行：：之:：將晶圓丨。夹持於底表面與抛光塾之 過撓性H :::、亚形成於浮動構件50中之空氣通道透 壓力U 架52之空氣通道，^ CB1、CB2。: ^工瑕1分別被施於空氣室CB0、 平血垂直上適當伸縮以便讓浮動構件50可以水 :傾^下移動，並讓浮動構件50之底表面可朝任一方 於圓：圓柱狀舆開啟狀態之空氣囊55則依附 曲HL i於框架52之中，其頂端則沿整個周圍折 面，所以，#错^旋緊扣件58而夾持與密封於空腔底表 &於岔封空間5 6之加壓空氣pA不致有所滲漏。

第22頁

構件5 0之頂部相接 力於整個晶圓表面。 圓1 0之拋光係以浮動 構件5 0總是可配合抛 1，理想狀況是，研 表面與固定台11之上 但若要保持這些表面 使這種組裝可以某_ 但當研磨墊1 3因為拋 磨頭14之底表面與研 能的，此一問題可藉 依此方式，空氣囊5 5之底部可與浮動 觸，而空氧囊5 5並保持施加一固定壓 具有上述結構之下轉動部1 5對晶 構件5 0之底表面夾持晶圓丨〇，且浮動 光墊之上表面而旋轉與移動。參看圖 磨頭14(對晶圓1〇之一加壓表面）之底 表面彼此平行以便使拋光表面平坦。 彼此平行則設備之組裝十分困難，即 谷；午誤差為標準而成功地製造出來， 光之磨損而呈現一波形時，則要使研 磨塾13·^—^表面保持平衡幾乎是不可 由此實施例所提出之結構加以克服。 除了空氣囊之外’圖10所示之下轉動部位15具有 個同心圓環狀空氣室⑽、CB1、CB2，其分別獨立形成於數 汙動構件50之巾’此其如第一實施例所述者。複數個開孔 18、19、與20並分別從各空氣室形成至浮動構件5〇之^^ 面。空氣被加壓至P0、p 1、與P2，並分別透過獨立之* 5 管線而施於空氣室CBO、CB1、與CB2中，空氣被至於每 空氣室中，且其壓力並根據兩種光學裝置（未顯示於 中）與其所測量之數據而有所調整，此其如第一實施 所述者。 如上所述i具有上述下轉動部位15之拋光設備，其 光晶圓之方式係在固定台轉動時，將浮動構件5 〇之底 隨拋光墊之底表面移動，而被施於同心圓環形室之加壓<空 480204 五、發明說明（19) 氣壓力則精由兩種光學裝置之控制而在固定台每次轉動時 即調整一次，該環形室係獨立形成於研磨頭之中。所以， 晶圓1 0之平坦度得以增進，而拋光量亦得以精確控制。 如上所述之實施例中，藉由三個環形室可調整施於被 拋光晶圓之壓力，這三個環形室被分別設置於晶圓之中心 區域、中間區域、與周邊區域，然而，亦可增加腔體之數 目，只要個別腔體較小即可，而加壓空氣之光學感測器與 精度調節器則可設置於每一腔體中，以便可對應每一腔體 之壓力。 二光學 過多的 中之聚 學感測 目亦有 上述之 並不受 流體， 對拋光 有施加 管線來 ，雖然 裝置共具 光透射窗 氨酯橡膠 器之數目 所增加7 實施例中 限於空氣 另一設計 晶圓施加 壓力於晶 吸收空氣 當加壓流 亦即有 透射窗 增加光 室的數 在 而，其 於加壓 配置於 不但具 換供給 磨墊上 難。 有5個光學感測器，過多的感測器 ’故將降低拋光容量，因為設於光 板並不參與拋光之動作。當然亦可 ，只要形成於研磨頭之同心圓環形 以便可更精密的控制壓力之分布。 ，所謂加廢流體係以空氣加壓，然 或疋其它氣體。氮氣或液體亦可用 則是針對形成於夾持晶圓之表面與 壓力之環形室外的開孔，這些開孔 圓之功能，且可藉由一線圈閥等切 ，以便夾持晶圓、且將其傳送至研 體係一液料如此施行可能有點困 研磨頭於褽置中，且 所述者。在此例中，

^ 進步’亦可設置複數個類似的 ’、中只有一個研磨頭係上述實施例中 480204 五、發明說明（20) 不需要在固定 中所包含之複 加之研磨頭， 器即可，且要 序。 如上所述 設備’抛光一 時從晶圓一端 次，其方式係 頭中之環形室 拋光之進行， 得一足夠平坦 之形狀。 台中形成額外的 數光透射窗仍可 在固定台下之位 設定這些光學感 ，根據本發明所 具有複數種材料 至另一端分別鏗 使用兩種光學裝 來調整施於可拋 拋光表面之材料 之表面與所需之 光透射窗’因為上述實施例 照原樣使用，只要相對於新 置另裝設有複數個光學感測 测器感測反射光之操作時 k供之抛光晶圓平坦表面之 層之物件時，可在每次轉動 別遺留拋光面上之材料兩 置，並分別藉由形成於研磨 光物件之壓力。所以，隨著 亦隨之改變，並可由此而獲 抛光量，且不會具有錐拔形 上述之優點對大尺寸晶:圓特別明顯，即使拋光一大尺 圓，使用本發明亦可獲*禕足夠平坦之表面與所需之拋 光篁，形成於晶圓拋光面上之配線圖案具有均勻之橫剖 面’亦即具有均勻之電⑯，所以，其拋光品質極佳，故本 發明之裝置用於大尺寸晶圓之拋光時可大幅增進未具缺陷 晶圓之比率，未來更會大幅應用。

在本發明中，兩種光學裝置之一測量拋光面上之相同 點，然後對測量資料取平均值，並排除資料中的不規則 值，所以，其可精確地確定拋光面之狀況，故可大幅提昇 大尺寸晶圓之抛光良率。 以上所述，係用於方便說明本發明之較佳實施例，而非將

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480204 圖式簡單說明 圖1 2 A係具有所謂淺碟現象之晶圓的橫剖面圖，其係拋光 表面可能發生的問題之一。 圖1 2 B係具有所謂薄層化現象之晶圓的橫剖面圖，其係拋 光表面可能發生的問題之一。 圖1 3 A係習知技術中，具有内環氣體腔體之研磨頭的部分 橫剖面側視圖圖。 圖1 3B係習知技術中，具有内環氣腔之研磨頭的橫剖面平 面圖。 符號說明 0〜空氣管線 1〜空氣管線 2〜空氣管線 3〜配線材料層 4〜 配線 10 〜晶 圓 11 〜固 定 台 12 〜主 桿 13 〜拋 光 墊 14 〜研 磨 頭 15 〜下 轉 動 部 16 〜上 固 定 部 17 〜空 氣 導 管 18 〜開 孔 19 〜開 孔

第28頁 480204 圖式簡單說明 2 0〜開孔 2 5〜空氣通道 26〜反射鏡 2 7〜反射鏡 2 8〜光源 2 9〜光偵測器 30〜半鏡面 3 1〜半透射孔 4 0〜控制單元 5 0〜浮動構件 5 1〜接頭 5 2〜框架 5 3〜撓性管 55〜空氣囊 5 6〜密封空間 57〜接附構件 5 8〜扣件 CBO， CB1， CB2〜空氣室 FO，Fl， F2〜按壓力 PO， PI， P2〜壓力 RO， Rl， R2〜精度調節器

Sl， S2， S3， S4， S5〜感測器 WT，Wn，Wl，W2，W3，W4，W5 〜光透射窗 CD，CU〜透明材料

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Claims (1)

1. 480204 六、申請專利範圍 1. 一種拋光設備，用以拋光出平坦表面，包含： 一固定台（11)，其上表面具有一拋光墊； 一研磨頭（1 4)，位於該固定台（11)上，其中： I! 該固定台（1 1 )與該拋光墊（1 3 )以一定之按壓力夾住 一可拋光物件（1 0)而旋轉，以便拋光該可拋光物件（10)， 該拋光墊（1 3 )與該可拋光物件（1 〇 )之間於拋光時則施以一 研漿，夾持該可拋光物件（1 〇 )之該研磨頭（1 4 )表面並射出 加壓之流體，該研磨頭（1 4 )中並設有複數個同心環形室 (CBO，CB1，CB2)，每一環形室（CBO，CB1，CB2)皆有複數 個開孔（1 8， 1 9，2 0 )，且可獨立供應加壓流體至該每一環 形室（CBO，CB1， CB2)中；該固定台（11)具有一單一光透 射窗（WT)亦直通至該拋光墊（13)，且該單一光透射窗（WT) 中係填充以一透明材料（CD， CU)，該固定台（11 )底面接近 該光透射窗（W T)與該固定台:（j 1)之旋轉中心處並分別設以 反射鏡（26，27);該固定台乂丨1)旋轉中心之該反射鏡下並 設有一光源（28)與一光偵測器（29)，該光源（28)射出之光 線經過二反射鏡（26，27)並通過該光透射窗（wt)而到達該 可拋光物件（1 0 )，並因此而被該可拋光物件（丨〇 )反射，然

   後此被反射之光線則循原光程回溯並受到該光彳貞測器（2 g ) 之測量；以及 該設備更包含一控制單元（4〇)，該控制單元可回應該光偵 測器（2 9 )所測量之光強度而分別獨立控制每一環形室 (CBO， CB1， CB2)之受壓流體的壓力。

   第30頁 480204 六、申請專利範圍 2 ·如申請專利範圍第1項之拋光設備，其中： 當該單一光透射窗（WT)於拋光時配合該固定台（11) 之轉動而通過該可拋光物件（1 0 )之下時，則該控制單元 (40)可回應該光偵測器（29)所連續測量之光強度而分別獨 立控制每一環形室（CBO，CB1，CB2)之受壓流體的壓力。 3 · —種拋光設備，用以拋光出平坦表面，包含： 一固定台（11)，該固定台（11)上表面上有一拋光墊 (13)，該固定台（11)上並有一研磨頭（14)，其中： 該固定台（11)與該拋光墊（13)將一可拋光物件（1〇)夾於其 間而進行旋轉，並施以一定之按壓力以研磨該可拋光物件 (1 〇 )，拋光時之該拋光墊（1 3 )與該可拋光物件（丨〇 )之間並 加入研漿，夾持該可拋光物件（10)之該研磨頭（14)表面並 射出一加壓流體； 該研磨頭（1 4)中並設肴複數個同心環形室（CB〇， CBl’ CB2)，每一環形室（CB0，CB1，CB2)皆有複數個開 孔且可獨立供應加壓流體至該每一環形室（c B 0 C β 1 CB2)中；該固定台（11)並具有複數個光 該拋光塾⑴），且該每一光透射窗⑽中皆；(充二:二 材，⑶，⑻’該固定台⑴)之下並設有複數個光學：測 裔（S η)。 4.如申請專利範圍第3項之拋光設備，其中： 該光學感測器(Sn)分別沿一弧線配置，該弧線係該

   第31頁 480204 六、申請專利範圍 研磨頭（1 4 )旋轉中心沿著圓心為該固定台（11 )旋轉中心之 圓周向下位移所定義者。該光透射窗（Wn)與該光學感測器 (Sn)之數目相同，且該光透射窗（Wn)與該光學感測器（Sn) 之配置使二者在某一時刻沿垂直方向完全相互重疊。 5·如申請專利範圍第4項之拋光設備，其中： 該光學感測器（Sn )係當該可拋光物件（1 〇 )之中心被 定位在該孤線之中心時，以固定間隔定位於該可拋光物件 (1 〇)範圍内。 6·如申請專利範圍第5項之拋光設備，包含： 該控制單元（4 0 )可回應該光學感測器（Sn )所連續測 量之光強度而分別福立控制每一環形室（CB〇，CB1，CB2) 之受壓流體的壓力，其中，·該光線係由該光學感測器（Sn) 所射出’並被導引至該可拋，光物件（丨〇 )，且被該可拋光物 件（1 0 )所反射。 7 ·如申請專利範圍第6項之拋光設備，其中： 當該光透射窗（Wn )瞬間通過配合該固定台（1 1)轉動 之該光學感測器（Sη)上時，該光學感測器（Sn)即可儲存所 有該可拋光物件（1 〇)所反射之光強度，在通過該可拋光物 件（10)時，每一該光學感測器（Sn)所感測之反射光強度所 得的平均值數目相等於該光透射窗（W n)之數目，且將不規 則之強度排除，這些值即用於該控制單元（4 〇 )之控制。

   第32頁 480204 六、申請專利範圍 8.如申請專利範圍第5項之拋光設備，其中： 该固疋台（11)並具有該單一光透射窗（WT) ’且亦穿 過該拋光墊（1 3 )，其穿過之點係對向於一直線上之透射 窗，該直線延伸自一配置有該光透射窗（Wn )之該弧線中 點、並穿過該固定台（11)之轉動中心，各反射鏡（26, 27) 則分別依附.至接近該光透射窗（WT)之該固定台（11)底面、 與該固定台（11 )之轉動中心，而一光源（2 8 )與一光偵測器 (2 9)則配置在該固定台（1 1)轉動中心處之鏡面下。 9 ·如申請專利範圍第8項之拋光設備，包含： 一第一控制單元（4 0 )，其可回應該光學感測器（Sr〇 每一環形室（CBO，CB1， 該光線係由該光學感測器 且被該可拋光物件（1 0 )所 所測量 CB2)之 (Sn)射 反射； 該可拋 配合該 測量之 CB2)之 該第二 控制單 之光強度而分別獨立控制 受壓流體的壓力，其中， 出至該可拋光物件（10)， 及 一第二控制單元（40)，當 光物件（1 0 )之下時，該第 固定台（11)之轉動即可回 光強度，而分別獨立控制 受壓流體的壓力，其中·· 該第一控制單元（40)與該 控制單元（4 0 )則與該光偵 元（4 0 )係配合拋光時該固 該單一光透射窗（WT)通過 二控制單元（4 0 )於抛光時 應該光偵測器（29)所連續 每一環形室（CBO，CB1， 光學感測器（S η )相結合’ 測器（2 9 )相結合，且這些 定台（11)之旋轉而啟動，

   第33頁 480204 六、申請專利範圍 故該環形室（CBO，CBl， CB2)中加壓流體之壓力可隨該固 定台（11)之每次轉動而獨立改變兩次。