两阶段化学机械研磨制程中之光学监测

申请公布号：

TW485086

申请号：

TW090101194

申请日期：

2001.03.29

申请公布日期：

2002.05.01

申请人：

应用材料股份有限公司

发明人：

贝瑞特W 亚当斯;柏格斯劳史威克;拉吉巴杰;莎维撒楠詹古;安德鲁斯诺伯特威斯卫瑟;史丹D 蔡;大卫A 詹;佛瑞德C 雷德克;曼伍却尔拜蓝

分类号：

B24B37/04;B24B49/12;H01L21/304

主分类号：

B24B37/04

代理人：

蔡坤财 台北巿松江路一四八号十二楼

地址：

美国

摘要：

一光学监视系统，供一两步骤研磨制程用，其能产生辐射向上复数个位置之每一者的反射曲线。化学机械(CMP)研磨设备可在任何一条反射曲线指出金属层刚移除完毕时停止供应高选择性研磨浆，而改以抵选择性研磨浆代替之；且在所有反射曲线都指出氧化物层已完全暴出时，研磨动作即可停止。

主权项：

1.一种研磨一基材之方法,该方法至少包含下列步 骤: 以化学机械研磨方式研磨基材之第一层,其中该基 材之研磨系以一第一研磨流体为之,该基材在该第 一层之下还有一第二层,该第一及第二层之反射率 不同; 在该第一研磨浆研磨时对该基材进行光监视,以产 生复数条强度曲线,其中每一强度曲线都包含从该 基材上辐射向上不同位置测得之强度测量値; 一旦该强度曲线之任何一者指出该第一层刚开始 移除完毕时,以化学机械研磨方式研磨该基材,其 中该基材此时之研磨系以一第二研磨流体为之,其 中该第二研磨流体之研磨特性与该第一研磨流体 者不同; 继续对该基材进行光监视,在以该第二研磨浆进行 研磨之时;及 停止研磨动作,在该强度曲线之每一者都指出该第 二层已完全露出之时。2.如申请专利范围第1项所 述之方法,其中光监测包含将一光束加以导向通过 一研磨表面之一视窗、并使该光束通过该基材上 的一路径、监视该光束自该基材反射之部份、并 从该反射讯号中取出复数个强度测量値。3.如申 请专利范围第1项所述之方法,其中产生该复数条 强度曲线包含根据该强度测量进行时光束所在之 位置而将每一强度测量値分类成该基材上辐射向 各不同位置产生者。4.如申请专利范围第1项所述 之方法,其中该第一研磨浆为一高选择性研磨浆, 而该第二研磨浆为一低选择性研磨浆。5.如申请 专利范围第1项所述之方法,其中该第一层为一金 属层。6.如申请专利范围第5项所述之方法,其中该 金属层包含铜。7.如申请专利范围第5项所述之方 法,其中该第二层为一氧化物层。8.如申请专利范 围第7项所述之方法,其中该氧化物包含二氧化矽 。9.如申请专利范围第5项所述之方法,其中该第二 层为一阻障层。10.如申请专利范围第9项所述之方 法,其中该阻障层包含钽或氮化钽。11.如申请专利 范围第1项所述之方法,其中该第一层之反射率大 于该第二层者。12.一种研磨一基材之方法,该方法 至少包含下列步骤: 使一基材之一表面与一研磨表面接触,其中该研磨 表面具有一视窗,该基材具有一第一层及一第二层 ,其中该第一层位于该第二层之上; 提供一第一研磨浆至该基材上,以进行一第一研磨 步骤; 造成该基材及该研磨表面之间的相对移动; 将一光束导向通过该视窗,而该研磨表面相对于该 基材之移动会使该光束在该基材上之一路径上移 动; 监视该光束自该基材反射之部份所产生的一反射 讯号; 从该反射讯号中取出复数个强度测量値; 产生复数条强度曲线,其中每一强度曲线都包含从 该基材辐射向不同位置上所产生的强度测量値; 当任一强度曲线指出该第一层刚开始被移除完毕 时,提供一第二研磨浆至该基材上,以进行一第二 研磨步骤,其中该第二研磨浆的研磨特性与该第一 研磨浆者不同;及 停止研磨动作,在该强度曲线之每一者都指出该第 二层已完全露出之时。13.如申请专利范围第12项 所述之方法,其中该第一研磨浆为一高选择性研磨 浆,而该第二研磨浆为一低选择性研磨浆。14.一种 研磨一基材之方法,其中该基材上有一氧化物层, 而该氧化物层上有一金属层,该方法至少包含下列 步骤: 使一基材之一表面与一研磨表面接触,其中该研磨 表面具有一视窗; 提供一高选择性研磨浆至该基材上; 造成该基材及该研磨表面之间的相对移动; 将一光束导向通过该视窗,而该研磨表面相对于该 基材之移动会使该光束在该基材上之一路径上移 动; 监视该光束自该基材反射之部份所产生的一反射 讯号; 从该反射讯号中取出复数个强度测量値; 决定每一强度测量値究为该基材上辐射向合位置 所产生者; 根据该辐射向位置将该复数个强度测量値分成为 该基材上复数个辐射向位置所产生者; 产生复数条强度曲线,其中每一强度曲线都包含从 该基材上复数个辐射向位置之一者所产生的强度 测量値; 提供一低选择性研磨浆至该研磨表面,当该强度测 量曲线之任一者指出该金属层刚开始被移除完毕 时;及 停止研磨动作,在该强度曲线之每一者都指出该氧 化物层已完全露出之时。15.如申请专利范围第14 项所述之方法,其中一反射曲线骤然下降时指出该 金属层在该反射曲线相对之辐射向位置刚开始被 完全移除。16.如申请专利范围第14项所述之方法, 其中一反射曲线变得平坦时指出该氧化物层在该 反射曲线相对之辐射向位置变得暴出。17.如申请 专利范围第14项所述之方法,其中该基材包含一阻 障层,该阻障层位于该金属层及该氧化物层之间。 18.如申请专利范围第17项所述之方法,其中该金属 层包含铜。19.如申请专利范围第17项所述之方法, 其中该氧化物层包含二氧化矽。20.如申请专利范 围第17项所述之方法,其中该阻障层包含钽或氮化 钽。图式简单说明: 第1图为一化学机械研磨设备的分解前视图。 第2图为一化学机械研磨设备的侧视图,其中包含 一光学反射测量器。 第3图为一正进行研磨之基材的简化剖面图。 第4图为一测量所得的反射强度曲线图,其中所用 之强度单位为任意单位(a.u.)。 第5A-5E图的简化平面图说明当一平台旋转时研磨 垫之视窗之所在位置。 第6图为在一金属层进行CMP过程时,决定其研磨终 点之方法的流程图。 第7A图为研磨头下之雷射光径的示意说明图。 第7B图所示为视窗在研磨头底下进行单一扫动动 作时所产生之一反射曲线的一部份。 第8图示意说明雷射路径中取样位置的辐射部份。 第9A图为一种用以决定一取样区之辐射位置之方 法的流程图。 第9B图显示雷射光束通过基材前端及末端之下之 时间与平台旋转次数的函数图。 第10图之示意图说明取样区之辐射位置的计算。 第11图为一资料结构的示意图,其中该资料结构用 以储存各强度测量値。 第12图说明在图时候所取得之数个反射结果曲线 的重叠情形。 第13A-13H图为一研磨期间中,金属层之反射强度与 离基材中心之距离的函数关系图。 第14图为一具有一阻障层之机材的剖面简示图。 第15A及15B图为第14图之基材在研磨时的反射结果 曲线图。