TWI246952B - Methods and apparatus for polishing control - Google Patents

Description

1246952 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大致關於晶圓之化學機械研磨（CMP)，特定言 之，係關於一 CMP站之封閉迴圈控制，其使用行内（inline) 計量裝置之資料。 【先前技術】 形成積體電路層後，平坦化晶圓表面為晶圓處理中必 要且具挑戰的步驟。在晶圓上製程積體電路係由蝕刻晶圓 介電材料開始，以建立一圖案化表面。在介電圖案之溝渠 内形成傳導性特徵。而後，傳導性材料，諸如銅，成層於 圖案化表面上。此形成銅層於晶圓圖案化表面上的步驟， 建立一不規則晶圓輪廓。此時必須平坦化晶圓，消除介電 上的金屬剩餘物，以避免電流洩漏。此外，若欲形成積體 電路之接續層，晶圓表面必須足夠平坦。CMP係為平坦 化晶圓表面之一種方法。 一 CMP站在一研磨站架設晶圓，並藉由橫越或圍繞一 研磨墊移動晶圓而進行研磨。研磨研漿與研磨墊連接。研 漿包含至少一化學反應劑且可包含研磨性顆粒。CMP站 可覆蓋多研磨站。每一研磨站可實施個別研磨參數、條件、 與技術，諸如研磨研漿、墊表面、實施壓力、研磨時間、 與計量裝置。在部分 CMP站中，第一研磨站向下研磨銅 層。而後，接續研磨站研磨移除阻障材料與任何非積體電 路銅特徵.部分的銅。研磨不完全的晶圓，留下銅與阻障材 3 1246952 料於晶圓介電上並導致電流泡漏。過度研磨則移除過多的 銅特徵，增加積體電路的電阻以及非均一的傳導性。 【發明内容】 本發明為一 CMP站之封閉迴圈控制，其藉由使用自第 一研磨晶圓之行内（inline)計量站所獲致之資料，而影響 接續研磨晶圓的處理。研磨第一晶圓並藉由行内計量站加 以量測。計量站量測不同點的陣列介電厚度與場介電厚 度。而後，輸入資料至一演算法並計算研磨參數。傳送參 數至 CMP站並用以補充或取代先前的研磨參數。使用修 正後的研磨參數在CMP站上研磨後續晶圓。 在一態樣中，本發明主要為一種在化學機械研磨内使 用一行内計量站之用於封閉迴圈控制的方法。在計量站 内，量測來自複數個晶圓之第一晶ΒΓ —陣列内的介電厚 度。決定第一晶圓陣列内來自介電厚度之至少一研磨參 數。使用此研磨參數，研磨來自複數個晶圓的一接續晶圓。 在另一態樣中，遍佈一第一晶圓多個點，量測金屬特 徵厚度。使用第一晶圓金屬特徵厚度的量測值而計算至少 一研磨參數，以在複數個限制下趨近（approximate)—最佳 解，其中此複數個限制係以在來自複數個晶圓的一接續晶 圓内，最大化預定金屬特徵厚度均一性為基礎。使用至少 一研磨參數，研磨來自複數個晶圓的接續晶圓。 在又一態樣中，使用一組研磨參數，在一化學機械研 磨設備上，研磨來自複數個晶圓的一第一晶圓。在計量站， 1246952 里測第一研磨晶圓的輪廓’此輪廊包人 ★ &在第一陣 度之至少一第一量測值、在第二陣列八 Μ，丨電厚度之 值、在第一場介電厚度之第一量測偵 4阻、及在第二 度之第二量測值。第一陣列鄰近第— %，第二場 陣列。決定第一腐蝕量測值與第 — 啊蝕量測值，

腐餘量測值為第一場的第一介電厚声I 又-、第一陣列 電厚度的相差值，而第二腐蝕量测值為 is ^ 第一~'場的 尽度與第二陣列的第二介電厚度的柏 一 W產值。使用 二陣列的第一與第二介電厚度及第— r^ 人第二腐儀 自第一晶圓的輪廓量測值計算一新 新的研磨參數 在另一方法中，於計量站，量測楚 、4昂一晶圓之 内的第一介電厚度，以及量測第—曰 一 ^ 日日®之第二陣 一介電厚度。第一與第二介電厚声 哭如 干度仃經計量站 态。在控制器内，使用第一與第二介带「 _ A 电厚度決定 磨參數。以至少一研磨參數，研磨 、 ®接~晶圓。 在又一方法中，量測第一晶圓卜^ χ ,,α| 上的金屬剩餘 材料剩餘物。金屬剩餘物與阻障材 、 早材枓剩餘物位於 料、陣列介電材料與金屬特徵上。使 從用金屬剩餘 材料剩餘物量測值來計算至少一研磨參數，其中 磨參數確保金屬剩餘物與阻障材料剩餘物在第二 王移除。使用至少一研磨參數，研磨第二晶圓。 在另一方法中，遍布複數個晶圓之第一晶圓的 、=里站量測金屬特徵厚度。使用第一晶圓金屬 、值，计异至少—研磨參數。研磨參數在複 列介電厚 第二量測 場介電厚 鄰近第二 其中第一 的第一介 第二介電 第一與第 量測值， 〇 第一陣列 列内的第 而至控制 至少一研 物與阻障 場介電材 物與阻障 至少一研 晶圓内完 多個點， 特徵厚度 數個限制 5 1246952 下趨近一最佳解，而該限制係以最小化預定金屬特徵厚度 與靶材（target)金屬特徵厚度間差值為基礎。使用至少— 研磨參數，研磨來自複數個晶圓的一接續晶圓。 你力一万泫γ，於計量站，重測本目稷数個基板之第 一基板的阻障層剩餘物厚度。以第一基板之阻障層剩餘物 厚度，決定至少一研磨參數。使用研磨參數，研磨來自複 數個基板的一接續基板。 在另一方法中，在化學機械研磨設備上，使用一組研 磨參數’研磨來自複數個基板的第一基板。在計量站，量 測第一研磨基板的輪廓，此輪廓包含至少一量測值，此量 7值選擇由陣列内介電厚度量測值以及阻障層剩餘物厚度 里測值所組成的群組。以第一基板輪廓的量測值，決定一 :的研磨參數。此新的研磨參數與化學機械研磨設備聯 ，。使用新的研磨參數研磨接續基板。 一：广/法中，於計量站，*測來自複數個基板之第 基板一陣列内的金屬特徵 屬特徵厚度…至少一研磨“第一基板陣列内之金 目稷數個基板的一接續基板。 傯 特定實施例可包含一或多個以 厚度與場介電厚度於一演算法中，以^/輸入陣列介電 與傳導均-性的研磨參數。 °异控制晶圓平坦度 續晶圓上的剩餘物。陣列介電、物厚度資料以排除接 特徵厚度正比於鋼特徵傳導性=於銅特徵厚度。銅 傳導輪廓，銅特徵必須為均一 晶圓上形成一均- 予又。在一實施例中，不直 6 1246952 接置測銅特徵的厚彦，彳旦 仁里測的陣列介電厚度直接 特徵厚度與傳導性間接的量測值。 本發明一或多個音 … A夕似貫例的細節係以所附圖示與 述而提出。本發明复亡4主叫 一 ，、匕特破、目的與優點將由以下 圖示及申請專利範圍更為顯明。 【實施方式】 ,多考第1圖，包含積體電路71的一或多個乂 形成在曰曰圓"的表面上。晶圓i 1具有多個芯片 表面上，諸如約400個芯片。位於每一芯片21 電路71係以銅特徵^ 3 1七成，鋼特徵3 1藉由介， 彼此隔離。鋼特徵31 _由餘刻一圖案至一 形成溝渠’而後以鋼填充介電材/料Η的溝渠而 ’ ^ 31密集的芯片21内之區域提供一陣列4 j 特欲3 1無關的芯片區域提供場$丄。 6參f第2 _ ,—未完成的研磨曰曰曰ffl 200具有 ;1與陣列4 1内以及銅特徵於陣列4 1内。 WN 二阻障材料222，諸如TiN、TSiN、T; WSlN或另外合適的材料。晶® 200也可

銅剩餘物23 2於介雷#枓以L 拉μ 、1電材枓61上，此銅剩餘物2 3 汗寸信文 3 1 ΑΑ . 2,9 ^ 份。最終研磨階段將移除留下的 理/且障材料剩餘物222，以完成此晶圓製造托 在鋼特磨後銅特徵Η應為最大可能 間無留下任何銅剩餘物23 2或阻障 給予銅 以下描 描述與 ί 2卜 !1在其 的積體 咕料6 1 電材料 成。銅 而與銅 電材料 圓200 TaN、 有一些 非為鋼 剩餘物 t ° 厚度而 料剩餘 1246952 物222。若晶圓研磨不足，任何遺 #丨早列41與場51的 介電材料6 1上的銅剩餘物2 3 2與阻 此I爷材料剩餘物222， 係建立積體電路内的電流洩漏。換言之， 右晶圓過度研磨， 銅特徵3 1的一部份被移除，將導致鋼 J W徵厚度231縮減， 因而增加晶圓内2 0 0的電阻並影響傳 寸等均一性。如，非均 -的研磨可使愁片中心研磨大於晶圓邊緣的芯片研磨。 參考第3圖，- CMP系.統300由_ CMp站3〇3、一 卡匠儲存單元313、一計量站323、_機械人手臂π” 以及一控制器343所組成。一 CMp 糸統300可包含其它 單元存在於不同構形内，或包含不因塞 凡匕3 +冋構件實施所述元件之 相同工作。機械人手臂3 63僂详曰 ^得迗日日囫3 5 3進入與離開卡匣 錯存單元313、CMP站303、及計量站32卜_站3〇3 覆蓋一傳送設備3 83及三個研磨站393&、393b、π。。 每—研磨站典型包含一可旋轉平台承載一研磨墊。當然， 雖然描述CMP站3 03覆蓋三研磨站393&、39讪、393c， 但其可具有不同數目的研磨站。CMp站3〇3也可覆蓋一 清洗器373 。 有各式方法移動晶圓通經CMP系統3〇〇。一種可能的 方去為以機械人手臂363自卡匣儲存313攜帶未研磨的晶 圓3 5 3至CMP站3 03的傳送設備3 83。傳送設備383協 助日日圓353由一研磨站393a、393b、393c移動至下一研 磨站 393a、 393b、 393c。每一研磨站 393a、393b、393c 可具有不同參數與條件以研磨晶圓3 5 3，而晶圓係負載於 在傳送站與平台間移動的承载頭内。研磨參數可包含，但 1246952 —、，研磨時間、研漿組合物、研漿分散速度、研磨 墊組合物、平台旋轉速度、承载頭旋轉速度、研磨溫度、 ”豕载頭壓力。當晶圓已在每一研磨站393a、393b、393c 研磨後係移動至清洗器3 7 3，以清洗晶圓3 5 3。清洗器 3—73、也可獨立於CMp站3〇3外。美國專利第“me號 描述用以研磨與清洗晶圓3 5 3之相似系統，此全文在此併 入本文參考文獻中。 而後’機械人手臂363可傳送晶圓3 5 3進入與離開計 3 片里站3 2 3可置測晶圓之一或多個特性，諸如 陣列41與場5 1個別的介電材料厚度T1、T2。厚度T1、 T2的個別量測值3〇8a、3〇8b可儲存或輸出至〔Μ?系統3〇〇 之另一站。計量站23也可量測其它材料的厚度T3，諸如 晶圓上鋼剩餘物232或阻障材料剩餘物222。兩合適計量 323的貫例為用於2〇〇公釐晶圓的N〇vaScan 2020與用 於300公釐晶圓的N〇vaScan3〇3〇，兩者皆由以色列Reh〇v〇t 的Nova Measuring Devices，Ltd.所生產。一旦實施厚度 ΤΙ、T2、T3的量測值308a、3 08b、30 8c，可藉由機械人 手臂363傳送晶圓353回卡匣儲存單元313。 計量站3 2 3所獲致之量測值3 0 8 a、3 0 8 b、3 0 8 c傳送至 控制器343。控制器343為使用量測值308a、308b、308c 的可程式電腦以計算研磨參數3 1 8或配方，而用於多研磨 站393a、393b、393c之至少一者。控制器343使研磨參 數31 8與CMP站3 03聯繫。控制器343可使用資料基礎 模組來計算研磨參數318，如2002年7月19曰申請的美 1246952 國專利申請號60/396755中所述，此全文在此併入本文參 考文獻中。控制器3 4 3可替代或附加地與研磨站3 9 3 a、 393b、393c每一者聯繫。控制器343可為一裝置或多裝 置，以計算與聯繫CMP站303或研磨站393a、393b、393c 每一者。研磨參數318取代或補充先前參數並用於通經 CMP系統300的許多晶圓内之一接續晶圓354。許多晶圓 可包含已進行相似製程的晶圓、具有相同圖案特徵的晶 圓、具有相同介電材料的晶圓、已在特定時間内一同處理 的晶圓、或其它群組的各系列晶圓。通常單批次晶圓包含 25-50片晶圓。只有未完全研磨的晶圓354、355、356、357 受到取自於研磨晶圓3 5 3的後研磨量測值3 0 8 a、3 0 8 b、3 0 8 c 影響。 參考第4圖，承載頭400包含一固定環402與多同心 環狀處理室410、412、414、416、418位於可撓性膜406 上。在研磨製程期間，承載頭400位於研磨站393並握持 一晶圓3 5 3以相對於研磨墊420。一合適承载頭的詳細描 述係於2 0 0 0年1 1月13曰所申請之美國專利申請號 09/712389中描述，此全文在此併入本文參考文獻中。 可撓性膜406典型提供壓力至晶圓3 5 3。此外，藉由 增加或減少可撓性膜4 0 6上環狀同心處理室4 1 〇、4 1 2、 414、416、418内的壓力而調整供應至晶圓353的壓力。 該些處理室410、412、414、416、418容許不同壓力供應 至晶圓不同半徑區域。為了在研磨期間協助維持晶圓3 5 3 於適當地方，承載頭400具有一固定環420，其圈住可撓 10 性膜406與處理室410、 412、 414、 416、 418以維 353於環内邊界404内。 參考第5a圖，當研磨晶圓353時，晶圓500的表 部分具有腐蝕 5 1 0a、5 1 Ob與不規則的區域。腐蝕 因研磨製程造成陣列41内介電材料61的厚度T1 徵3 1的厚度T4之損失。然而，有各式原因造成 程無有效平坦化地研磨晶圓3 5 3。其中一個非平坦 的原因，為晶圓帶至CMP站303前非為平坦表面 成鋼特徵時，沉積銅於一圖案化介電材料表面建立 坦化表面。此最初非平坦表面，而後以非完美的塾 一分散的研漿、或非均一供應的壓力進行研磨，加 物理變數，係導致非均一的研磨晶圓3 5 3。 在最終研磨站3 93 c，可使用非選擇性研磨研 晶圓。雖然研磨為非選擇性，但在最終站3 93 e 典型以大於場51的速度研磨去除陣列41。此不 速度導因於陣列41提供少於場51用於研磨墊4: 支撐。因此，研磨墊420在移除晶圓5〇〇陣列^ 特徵31與介電材料61快於場51内的介電材料 規則研磨速度導致局部的腐蝕區域5i〇a、5i〇b。 如上所述，研磨晶圓的—致目標係確保基板 31的均一厚度丁4,以避免鋼特徵的厚度T4低 度’諸如最小腐㈣度，並排除晶圓則介電材 ㈣已暴露的阻障材料剩餘％如。’然而，排除 ρ早材料剩餘物222與維持 τ⑷将徵53 2厚度的目標 持晶圓 面5〇1 區域係 及鋼特 研磨製 化表面 。在形 一非平 、非均 上其它 來研磨 研磨， 的研磨 的結構 内的銅 。此不 銅特徵 最小厚 ‘ 61上 暴露阻 彼此相 1246952 悻的。當研磨去除阻障材料剩餘物222，即開始產生銅特 徵5 32的腐蝕510a、51〇b。一般而言，硏磨晶圓越多， 腐蝕510a、5 1〇b越大而一陣列4U與另〆陣列41b各別 的銅特徵532厚度T4a、T4b相差值越大。造成鋼特徵532 摩度T4差異的因素為鋼特徵532每一圖案以不同速度腐 蝕，主要因為陣列内鋼特徵532的寬度、密度與數量影響 腐蝕速度越大的腐蝕差異導致晶圓5〇〇銅特徵31厚度 T4越低的均一性。如果可縮減一陣列與另一陣列4“ 銅特徵532厚度T4a、T4b的差異53〇，則銅特徵μ]控 制腐触5 10的1係可接受。銅特徵$ 3 2厚度的均 f應、准持在日日圓對晶圓（wafer_t〇_wafer)以及於晶圓 内。為了維持銅特徵532厚度T4的均一性，應控制晶圓 5〇〇的研磨，以移除暴露的阻障材料剩㈣出，並在腐

4k 510a^ 51〇b#*,JbxA 文為非均一且過度嚴重前停止研磨。 參考第6圖㉟制器3 4 3實施-封閉迴圈控制製程， 其中來自弟一晶圓夕彡-曰 曰w之仃内计篁1測值3〇8a、3 0 8b、3 0 8c 的資料用以影響接娣曰m μ +抑 ^ 要、、灵曰曰圓的處理，诸如在很多晶圓内。最 初第日日圓在CMP站3 03研磨（步驟602)。而後清洗並 乾燥晶圓（步驟608、 ρ ^ . )。傳送已 洗與乾燥晶圓至行内計量 系統3 2 3，而行內斗旦 内冲I系統3 2 3夏測晶圓5 3 5輪廓，諸如 :圓3 5 3陣列41内介電材料61的厚度Τ1以及晶圓3 5 3 穷51内任何”電材料61的厚度Τ2與晶圓3 5 3上任何阻 Ρ早材料61或銅剩餘物232的厚度Τ3(步驟612)。計量站 323可遍布晶圓表面量測各式半徑點。在一實施例中，於 12 1246952 :=置量測每一遍布晶圓3 5 3表面的怒片… 獲仟其它量測值。 曰獲致該些量測值3 08a、3 08b' 3 08c的目的係決定 ° 的輪廓。#此研磨晶圓以使晶圓具有平坦 面，士括均—厚度T4的銅特徵532、降低腐蝕、及 無阻障材料剩餘物222或銅剩餘物232。平坦化曰圓 點在於鋼特徵31的接續層可製造於晶圓表面5。;曰上 坦化晶圓3 53的另一優點為維持銅特徵532均一的 Τ4銅特破53 2之厚度Τ4正比於傳導性（雖然不一 性正比）。因此，藉由控制積體電路71鋼特徵⑴的 Τ4可控制傳導性。較厚的銅特徵532厚度以使積體 :ι具有較高的傳導性與較低電阻。當研磨銅特徵532 徵532厚度Τ4的縮減係導致積體電路具有較高電阻 續的研磨也降低晶® 500上不同陣列41、鋼特： 度Τ 4間的均一性。 在研磨以獲致陣列介電材料量測值308a與場介電 量測值308b之後’行内計量站323可量測場介電材米 與陣列介電材料542個別的厚度Τ2、τι。行内… 也可量測任一剩餘物232或阻障材料剩餘物η]的厚 一種決定銅特徵5 3 2是否均一研磨的方 戌你為，遍布 量測多陣列内的腐飯51〇。腐触程度可以場介電材, 之厚度Τ2與陣列介電材料542之厚度Tl的相差個 示’即T2-T1。若晶圓3 53為平坦且晶圓353上介電 係遍布晶圓具有均一厚度’則此間接量測銅特徵53: ，可 研磨 化表 幾乎 的優 〇平 厚度 定線 厚度 電路 ，特 。持 之厚 材料 540 323 度。 晶圓 + 540 來表 場51 厚度 13 時 特 決 量 測與控制陣列介電材料 1246952 T4的方法為可靠的。 然而，如上所述，晶圓3 53非為平坦的。因此， 内場介電材料540的厚度Τ2不同於另一場内場介電 5 4 〇的厚度Τ 2。如果用以獲致腐敍程度的各場具有 厚度’則具有相同腐蝕程度的兩陣列不需具有相同的 徵5 32厚度Τ4。簡言之，均一的腐蝕程度不一定表 一鋼特徵5 3 2厚度Τ4。僅使用陣列4 1内腐蝕5丨〇a、 之计算值T2-T 1的研磨控制系統不可能達到均一且 的鋼特徵532厚度T4，並因此可自晶圓對晶圓及多 内產生非均一的傳導性。 一種解決方案係使用陣列介電材料542厚度τι 測值3〇8a並比較遍布晶圓表面的量測值3〇8&。假設 徵532製造於平坦表面上，陣列介電材料之厚^ 正比於銅特徵5 32之厚度T4。在一些晶圓内，陣列 材料542之厚度Τ1相同於銅特徵5 3 2之厚度τ4，如 圖所示。t -蝕刻停止層5 5 5正好位於介電材料下， 介電材料542的厚度T1典型相同於銅特徵532的 另解决方案包含遍布晶圓使用各點腐蝕程度 測值3 0 8 d。 使用陣列介電材料542厘#… t s ^与度T1的優點為，即使 晶圓500上有變化，陣列介 丨平外，丨電材料542的厚度T1 徵5 3 2的厚度T 4間仍且可主 ^ 八了罪的關係。此量測方法 於研磨非平坦晶圓之 134 <琢；丨電材料54〇的厚度T2。 542的厚度Τ1，而量測鋼 一場 材料 不同 銅特 示均 510b 一致 晶圓 的量 銅特 I T1 介電 % 5b 陣列 厚度 的量 研磨 與鋼 非取 藉由 特徵 14 1246952 53 2的厚度T4。田 故护& _ 因為鋼特徵532的厚度T4正比於傳導性， 控制:：介電材料…的厚度Ti也可控制傳導性。 接續丁傳送至里可糸程統所獲致之量測值3〇8a、3〇8b、3〇8C， 的厚…陣=:5T618)。場介電材料54° 提 材枓542的厚度Τ1間之相差值， 二腐:程度的量測值3〇8d。如果腐麵程度的量測值則 :::過程的—輸入值’則腐钮程度的量龍 傳适至控制器343或 料厚声T1认 —卫J态343加以計算。陣列介電材 、目“值一般輸入至控制器3 4 3。 控制器343以一、、宫笪土二… ^ η Λ、异法而制定程式，以使用陣列介電 材枓542厚度τΐ的量測儐η a ^ 、值308a、及在一些情形中使用阻 P早材料剩餘物或銅剩餘物 、、 里測值3〇8c及腐蝕程度量測值 J :疋同枯移除阻障材料剩餘物222、維持銅特徵 ……厚纟T4肖降低腐蝕度的最佳研磨參數。一軟體

程式，諸如控制3 4 3 Μ A ° 上的φ駐程式，係使用演算法以由 ^電材料542的至少量測值3 08a計算研磨參數318。 計算研磨參數趨近一最佳解，其受限於其它限制，A中最 大化介電層厚度的預定均一度(步驟622)。最佳解也可設 w小化以的腐㈣度’卩降低預定金屬特徵厚度與把 材金屬特徵厚度間的差$。用於計算過程中的其它限制實 例可包，研磨參數，諸如最大化或最小化晶圓上的壓 力或取大化或最小化晶圓在研磨塾上的旋轉速度，及限 制預定基板的特性’諸如欲求全部晶圓的平坦度或靶材 介電材料厚度。在趨近最佳解時，系統設以計算趨近最佳 15 1246952 解的研磨參數以用於其它預定基板特性的部分或全 研磨參數的部分實例包含：研磨時間、研漿組 研漿分散速度、研磨塾組合物、平台旋轉速度、承 旋轉速度、研磨溫度、及承載頭壓力。計算研磨參 涉及使用由實驗結果建立的解決方案或查詢表。假 器3 4 3使用一資料為基礎的模組，陣列介電材料 3 〇 8 a係提供多個輸入值’該些輸入值應改善模組 度，以產生達到銅特徵532均一厚度T4、降低腐 均一移除暴露卩且障材料剩餘物222與銅剩餘物232 輪廓。該些最隹解可用於任一輸入值組合物。絕對 餘程度與均一卩旦障材料剩餘物的移除不一定以研 318之一或多者來達成。 一旦輸入量測值308a、308b、308c至演算法且 研磨參數3 1 8，則使用該些參數3 1 8取代或補充先 站303的研磨參數（步驟628)。使用修正研磨參數 磨下一晶圓（步驟63 2)。此CMP站3 03的封閉迴圈 使用新的計算研磨參數3 1 8，係容許控制晶圓3 5 4 3 5 6、3 5 7的傳導性與傳導性輪廓。在接續過程中 參數以維持一晶圓至另一晶圓均一的傳導性，並增 接續研磨晶圓内一芯片至下一者的傳導性。 之後描述用於第一晶圓的CMP站3 0 3，其封閉 制的一實例具有遍布晶圓均一的腐蝕程度、仍具有 料剩餘物222的一過度研磨中心與外緣。如第7圖 八^述CMP系統内的資料流程。行内計量站323 合物、 載頭的 數318 設控制 量測值 的可靠 蝕度並 的研磨 最小腐 磨參數 已計算 前CMP 接續研 控制， ^ 3 5 5 > ，調整 進每一 迴圈控 阻障材 所示， 沿著晶 16 1246952 0 3 5 3表面半徑上的複數個點，量測阻障材料剩餘物222 與剩餘物232的厚度Τ3、場介電材料54〇的厚度了2及陣 列介電材料542的厚度T1，以提供量測值3〇8a、3〇礼、 在 貝施例中，藉由計量站計算腐姓程度（τ 2 - T 1)， 而里測值3 08b與3 08c傳送至具有腐蝕量測值3〇8d的控 制态。在另一實施例中，量測值3〇8a、3〇8b、3〇8c分別 專4至控制器3 4 3 ’而腐姓量測值3 〇 8 d以控制器3 4 3加 乂 °十算。在第二實施例中，所有量測值3 〇 8 a、3 〇 8 b、3 0 8 c、 3 〇 8 d由計量站傳送至控制器3 4 3。 控制器3 43計算研磨參數3丨8。研磨參數傳送至CMP 站303。若研磨參數318與先前使用的研磨參數不同，則 CMP站303使用更新的研磨參數318。在其它可控制參數 下’可降低處理室410接觸晶圓354中心的壓力，並延長 接續晶圓3 5 4的研磨時間。接續研磨的晶圓3 5 4將遍布晶 圓354呈現更均一的輪廓。 在另一實施例中，行内計量站3 2 3可包含一計量系統， 其直接量測芯片内的銅層厚度，如在陣列、電路或銲墊内。 如，荷蘭 Almelo 之 PANalytical(正式稱為 Philips

Analytical)所生產之聲-光計量系統，諸如impulse;加州 聖克克拉之應用材料所生產的MX30 ;或紐澤西Flanders 之 Rudolph Technologies 所生產的 Meta-PULSE。計量站 也可量測阻障材料剩餘物與遺留在銅特徵、場介電材料及 陣列介電材料上的銅剩餘物。 在研磨後’晶圓上不同半徑位置的芯片形成金屬層厚 17 1246952 度多個量測值（如一陣列内一點）。該些金屬層厚度量 傳送至控制器343做為輸入值。控制器343計算可形 一的金屬層厚度並移除阻障材料剩餘物 222及銅剩 232的研磨參數318，並傳送研磨參數至CMP站303 本發明以描述數個實施例。然而，應暸解的是， 變形可在不偏離本發明之精神與範圍而形成。如，一 統可藉由自銅特徵底部至晶圓頂部量測介電材料厚度 接量測銅特徵的厚度，即使當陣列的介電材料厚度大 特徵的厚度。因此其它實施例屬於以下申請專利範圍 圍0 【圖式簡單說明】 第1圖為一晶圓與一列積體電路芯片的上視圖； 第2圖為晶圓進入研磨最終階段前，晶圓部分的 圖； 第3圖為化學機械研磨系統的示意圖； 第4圖為承載頭的橫截面圖； 第5 a圖為晶圓腐蝕的輪廓示意圖； 第5b圖為晶圓腐蝕的輪廓示意圖，其中介電層 I虫刻停止層上形成； 第6圖為說明在化學機械研磨晶圓時控制腐蝕與 物的製程流程圖； 第7圖為資料通經CMP系統流程的塊狀圖。 不同圖不内相似參考符號代表相似元件。 測值 成均 餘物 〇 各式 些系 而間 於銅 的範 截面 在一 剩餘 18 1246952 【元件代表符號簡單說 1 1晶圓 3 1銅特徵 51場 71積體電路 2 2 2阻障材料剩餘物 2 3 2銅剩餘物 3 03 CMP 站 313卡匣儲存單元 3 23計量站 3 6 3機械人手臂 3 8 3傳送設備 400承載頭 404環内邊界 410 、 412 、 414 、 416 、 4 2 0研磨墊 501表面 5 3 0相差值 540場介電材料 5 5 5蝕刻停止層 602 - 608 - 612 > 618 > 21芯片 4 1陣列 6 1介電材料 200晶圓 2 3 1銅特徵厚度 3 00 CMP系統 3 0 8量測值 3 1 8研磨參數 3 4 3控制器 3 7 3清洗器 3 9 3研磨站 402固定環 406可撓性膜 4 1 8多同心環狀處理室 5 00晶圓 510腐蝕 5 3 2銅特徵 5 42陣列介電材料 622、628>632 步驟

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Claims (1)

1246952——~~ 叫年G月曰修(更}正本第？二丨”於2 ^ ---------------I 1 ’號專利案年厶月修i 拾、申請專利範圍： 1 . 一種使用一行内（i η 1 i n e)計量站之在化學機械研磨中 用於控制封閉迴圈的方法，該方法至少包含下列步驟： 在一計量站，量測複數個晶圓之一第一晶圓陣列内的 一介電厚度； 自該第一晶圓陣列的該介電厚度，決定至少一研磨參 數；及

使用該研磨參數，研磨該複數個晶圓之一接續晶圓。 2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其更包含： 量測該第一晶圓之一場的一介電厚度。 3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中： 該決定至少一研磨參數的步驟，包含使用該第一晶圓 該場内之該介電厚度。

4. 如申請專利範圍第2項所述之方法，更包含： 決定一腐蝕量測值，其中該腐蝕量測值係該場介電厚 度與該陣列介電厚度間的相差值；及 其中該決定至少一研磨參數的步驟，包含使用該腐蝕 量測值。 5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中： 1246952 該決定至少一研磨參數的步驟，包含在複數個限制下 趨近（approximating) —最佳解，其中該複數個限制係參考 該複數個晶圓之一接續晶圓内最大化一預定金屬特徵厚度 均一性。 6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含：

量測該第一晶圓上複數個陣列之複數個介電厚度，及 自該複數個陣列内該複數個介電厚度，決定該至少一研磨 參數。 7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含： 傳遞該介電厚度量測值至一控制器。 8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，更包含： 傳遞該研磨參數至一化學機械研磨設備。

9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含： 量測阻障層剩餘物厚度，並自該介電厚度及該阻障層 剩餘物厚度，決定該至少一研磨參數。 10.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中： 該決定研磨參數之步驟包含，使用該陣列介電厚度的 量測值，以在複數個限制下趨近一最佳解，其中該複數個 1246952 限制係參考最大化一預定銅特徵厚度均一性及最小化一預 定銅特徵厚度與一靶材（target)銅特徵厚度間的差值。 11.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中： 該研磨參數包含至少一研磨時間。 12. —種使用一行内計量站之在化學機械研磨中控制封

閉迴圈的方法，該方法至少包含下列步驟： 在一計量站中，量測一整個第一晶圓上之多個點的金 屬特徵厚度，其中該第一晶圓為複數個晶圓之一； 使用該第一晶圓之該些金屬特徵厚度的量測值，計算 至少一研磨參數，其在複數個限制下趨近一最佳解，其中 該複數個限制係參考該複數個晶圓之一接續晶圓内最大化 一預定金屬特徵厚度均一性；及

使用該至少一研磨參數，研磨該複數個晶圓之該接續 晶圓。 1 3 ·如申請專利範圍第1 2項所述之方法，其中： 量測步驟包含以一聲-光（acousto-optical)計量裝置量 測。 1 4.如申請專利範圍第1 2項所述之方法，其中·· 量測步驟包含以一非接觸光學計量裝置量測。 1246952 1 5 .如申請專利範圍第1 2項所述之方法，其中量測步驟包 含由該晶圓中心之不同半徑位置，量測複數個晶粒内的該 金屬特徵厚度。 1 6.如申請專利範圍第12項所述之方法，其中： 該複數個限制包含將一接續晶圓内一預定腐蝕的最小

17.如申請專利範圍第12項所述之方法，其中： 該量測金屬特徵厚度的步驟包含量測銅特徵厚度。 1 8.如申請專利範圍第12項所述之方法，其中： 該至少一研磨參數包含一研磨時間。

19. 一種使用一行内計量站之在化學機械研磨中控制封 閉迴圈的方法，該方法至少包含下列步驟： 在一化學機械研磨設備上，使用一組研磨參數，研磨 複數個晶圓之一第一晶圓； 在一計量站，量測該第一研磨晶圓的輪廓，該輪廓包 含至少一第一陣列介電厚度之一第一量測值、一第二陣列 介電厚度之一第二量測值、一第一場介電厚度之一第一量 測值、及一第二場介電厚度之一第二量測值，其中該第一 1246952 陣列鄰近該第一場，而該第二場鄰近該第二陣列； 量測一第一腐蝕量測值與一第二腐蝕量測值，其中該 第一腐蝕量測值係該第一場之第一介電厚度與該第一陣列 中之第一介電厚度間的差值，以及該第二腐蝕量測值係該 第二場中之第二介電厚度與該第二陣列中之第二介電厚度 間的差值；

使用該第一陣列與該第二陣列之該第一介電厚度與該 第二介電厚度及第一腐蝕量測值與第二腐蝕量測值，自該 第一晶圓輪廓的量測值，計算一新的研磨參數； 傳遞該新的研磨參數至該化學機械研磨設備；及 使用該新的研磨參數，研磨一接續晶圓。 20.如申請專利範圍第19項所述之方法，更包含： 量測場介電材料或陣列介電材料上的阻障層材料剩餘 物；

其中該複數個限制包含該化學機械研磨設備完全移除 該阻障層材料剩餘物。 2 1 .如申請專利範圍第1 9項所述之方法，更包含： 量測場介電材料、陣列介電材料或金屬特徵上的金屬 剩餘物； 其中該複數個限制包含完全移除該剩餘物。 1246952 22. —種使用一行内計量站之在化學機械研磨中控制封閉 迴圈的方法，該方法至少包含下列步驟： 在一計量站，量測一第一晶圓之第一陣列的一第一介 電厚度； 在該計量站，量測該第一晶圓之第二陣列的一第二介 電厚度； 自該計量站，傳遞該第一介電厚度與該第二介電厚度 至一控制器； φ 使用該第一介電厚度與該第二介電厚度，在該控制器 内決定該控制器之至少一研磨參數；及 以該至少一研磨參數研磨一接續晶圓。 2 3 · —種在化學機械研磨内使用一行内計量站之用於封閉 迴圈控制的方法，該方法至少包含下列步驟：

量測一第一晶圓上之金屬剩餘物與阻障材料剩餘物， 其中該金屬剩餘物與該阻障材料剩餘物位於場介電材料、 陣列介電材料與金屬特徵上； 使用該金屬剩餘物與該阻障材料剩餘物量測值，計算 至少一研磨參數，其中該至少一研磨參數確保該金屬剩餘 物與該阻障材料剩餘物在一第二晶圓内完全地移除；及 使用該至少一研磨參數，研磨該第二晶圓。 2 4 · —種使用一行内計量站之在化學機械研磨中封閉迴圈 1246952 控制的方法，該方法至少包含下列步驟： 在一計量站中，量測一整個第一晶圓上之多個點的金 屬特徵厚度，其中該第一晶圓為複數個晶圓之一； 使用該第一晶圓該金屬特徵厚度的量測值，計算至少 一研磨參數，其在複數個限制下趨近一最佳解，其中該複 數個限制係參考該複數個晶圓之一接續晶圓内最小化一預 定金屬特徵厚度與一靶材金屬特徵厚度間差值；及

使用該至少一研磨參數，研磨該複數個晶圓之該接續 晶圓。 25 . —種使用一行内計量站之在化學機械研磨中控制封閉 迴圈的方法，該方法至少包含下列步驟： 在一計量站，量測複數個基板之第一基板阻障層剩餘 物厚度； 自該第一基板阻障層剩餘物厚度，決定至少一研磨參 數；及 _ 使用該研磨參數，研磨該複數個基板中之一接續基板。 2 6.如申請專利範圍第25項所述之方法，其中： 該研磨參數傳遞至該化學機械研磨設備之一研磨站。 2 7.如申請專利範圍第25項所述之方法，更包含： 量測該第一基板上複數個阻障層剩餘物厚度，並自該 1246952 複數個阻障層剩餘物厚度，決定該至少/研磨參數。 2 8 · 一種使用一行内計量站之在化學機械研磨中控制封閉 迴圈的方法，該方法至少包含下列步驟·· 在一化學機械研磨設備上，使用一組研磨參數，研磨 複數個基板中之一第一基板； 在一計量站，量測該研磨基板之輪廓，該輪廓包含至 少一量測值，其係選自由一陣列介電厚度之一量測值與阻_ 障層剩餘物厚度之一量測值所組成的群組； 自該第一基板輪廓的該量測值，決定一新的研磨參數； 傳遞該新的研磨參數至該化學機械研磨設備；及 使用該新的研磨參數，研磨一接續基板。 29.如申請專利範圍第28項所述之方法，其中： 該新的研磨參數係由該介電厚度量測值所計算。 3 〇 ·如申請專利範圍第2 8項所述之方法，其中： 選擇該新的研磨參數，以使該研磨系統完全地移除阻 P早層材料剩餘物。 3 1.如申請專利範圍第2 8項所述之方法，其中： 選擇該新的研磨參數，以使該研磨系統提供均一鋼特 徵厚度。 1246952 3 2.如申請專利範圍第28項所述之方法，其中 選擇該新的研磨參數，以使該複數個基板 至該複數個基板内之另一基板能均一地研磨。 33.如申請專利範圍第28項所述之方法，其中 該輪廓量測值包含剩餘物厚度。 3 4 · —種使用一行内計量站之在化學機械研磨 迴圈的方法，該方法至少包含下列步驟： 在一計量站，量測複數個基板中之一第一 一金屬特徵厚度； 自該第一基板陣列之金屬特徵厚度，決定 參數；及 使用該研磨參數，研磨該複數個基板之一 内之一基板 中控制封閉 基板陣列的 至少一研磨 接續基板。