研磨去除率的实时测量方法技术

一种研磨去除率的实时测量方法，适用于一欲研磨的样品，其具有一已知折射率的一介电层表面。当研磨进行时，利用固定波长的入射光照射介电层表面，产生并接收特定时间内的折射光，最后根据上述已知折射率、固定波长与时间决定研磨去除率。这样可达到实时监测研磨去除率的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种研磨去除率(polishing removal rate)的测量方法，特别涉及一种利用ISRM(In-Situ Removal Rate)的。
技术介绍
在半导体组件制造中利用到各式各样的半导体设备与工具，举例来说，为了得到一平坦表面而用以磨平半导体园片表面的工具。通常用在磨平半导体园片表面的技术为化学机械研磨法(Chemical Mechanical Polishing，CMP)，此技术已经广泛应用在ILD与IMD层的平坦化上。在半导体工艺中，园片必须经过多次的平坦化以获得平坦的材质表面。最早的CMP机台在研磨时需不时地暂停机台进行监测园片，以获得较理想的研磨去除率(removal rate)。上述的传统机台与系统无法达到实时监测研磨去除率。之后，一家以色列的测量设备商NOVA利用光测量干涉仪(interferometer)作为传感器，通过周期性地测量共形层实际的厚度以决定最后终点(fmal endpoint)。结合上述系统的CMP机台，可以透过测量多片园片产品的前值与后值来追踪研磨去除率的变化。然而，实际工艺中考虑到生产率，大多不会针对每片园片进行前后值的测量，因此可能产生不精确的追踪研磨去除率的变化。此外，对在实现实时检测的目的时，亦有先天不易克服的限制。然而，实时检测研磨去除率对在研磨工艺中为关键之一，因此，如何利用或结合现有技术来达到实时监测研磨去除率是非常重要的课题之一。
技术实现思路
有鉴于上述专利技术背景中现有技术不易达到实时监测研磨去除率的问题，本专利技术提出一种研磨去除率的测量方法，结合现有的ISRM机台或设备，可达到真正实时检测的目的。为建立任一材料的研磨去除率的控制方式，提供一种实时研磨去除率的测量方法，利用材料本身的光学性质与光学监测的方式可得知研磨去除率，回馈至先进工艺控制(AdvanceProcess Control)系统中，可更精确控制研磨去除率。根据上述的目的，一种研磨去除率的测量方法，适用于一研磨工艺中，欲研磨的样品有一已知折射率的一介电层表面，当研磨垫与样品进行一相对运动时，利用固定波长的入射光照射介电层表面，产生并接收特定时间内的折射光，最后根据上述已知折射率、固定波长与时间决定研磨去除率。本专利技术提出的研磨去除率的测量方法，结合现有的ISRM机台或设备，可达到真正实时检测的目的。以下结合较佳实施例及附图进一步说明本专利技术及其有益效果。附图说明图1为本专利技术应用的光讯号强度、时间与研磨去除的厚度的关系图。具体实施例方式以下是本专利技术的详细说明，下述说明中对在ISRM设备的详细结构以及操作方式省略详细的构造组成以及运作原理的完整描述。本专利技术所沿用的现有技艺，在此仅介绍相关重点，以利于本专利技术的阐述。而且下述文中相关的附图也没有依据实际比例绘制，其作用仅在于表达出本专利技术的特征。依据本专利技术的一较佳具体实施例是应用一ISRM系统。ISRM系统是通过光干涉(opticalinterference)的周期性变化的观念来决定终点(end point)。在一般的ISRM系统中，例如MIRRA的CMP机台，从图案化园片表面接收从图案化园片表面传出的讯号后，交由个人计算机可程序化滤波器(programmable filter)的数字滤波算法(algorithms)处理，如此一来，光干涉强度会随着表面物质的厚度被去除而产生周期性的变化。举例来说，利用固定波长的内建雷射光作为光源，由雷射传感器(laser sensor)接收所产生的光波长。之后，利用光的反射、干涉、及波的叠加原理，在任一时间所接收到的光的总强度”I”为I(t)＝I1+I2+2*squrt(I1*I2)*cos(f(d(t)))其中I1与I2是由表面所反射的反射光线强度，d为物质层的一实时厚度，即在园片在机台上旋转时的表面物质层的厚度，其与研磨去除的时间相关。如图1所示为根据本专利技术的实施例说明光讯号与时间及物质层去除厚度三者的间的关系。随着研磨去除的时间的增加，光讯号强度呈现周期性的变化。其次，由光源波长与物质层材料的特性可得到物质层厚度与各参数的间的关系d＝(N*λ)/(2*n*cos(α))其中，N为周期个数，n为物质层的折射率，λ为光源的一固定波长，α为入射光与物质层法线的间的夹角。根据上述，可得知每几个周期个数所代表的物质层的厚度。再次，每个周期所需的时间很容易推知，故任一时间时的机台研磨去除率为物质层的厚度除以N个周期所花费的时间。上述应用在光学终点监测系统，适用的工艺包含内介电层(ILD)、内金属介电层(IMD)、浅沟槽隔离组件(STI)、以及多晶硅层等等，但局限于上述。此外，上述亦可应用在先进工艺控制(Advanced Process Control)系统中，将所得的研磨去除率实时回馈至先进工艺控制系统中，可以用来微调线上或未来的产品。举例来说，一硅园片上形成一介电层，例如一二氧化硅层。首先预磨(pre-polishing)一段固定时间”T0”，其中，”T0”可根据经验值取一适当时间。之后利用ISRM撷取光强度曲线，在”T0”后第一波峰至波谷(或波谷至波峰，即为一半周期)的时间为”T1”，则此时的研磨去除率RR＝2300/(2*T1)，2300为两波峰或两波谷的间距离。另一实施例中，为了获得更精确的研磨去除率，可采用N倍的半周期(N为正整数)。根据上述，本专利技术的实施例获得实时线上的研磨去除率的变化趋势，有助于提高研磨精度。此外，亦可提高产量(throughput)与机台的工作时间(uptime)。进一步亦可用在分析机台消耗的性能或是应用整合至其它系统中。根据上述，一种研磨去除率的测量方法，适用在一研磨工艺中，欲研磨的样品，例如一硅园片，其具有一已知折射率的一介电层表面，例如一二氧化硅层，当研磨垫与样品配合一研磨液的加入以进行一相对运动，例如直线相对移动或旋转相对运动，利用固定波长的入射光照射介电层表面，产生并接收特定时间内的折射光，最后根据上述已知折射率、固定波长与时间决定研磨去除率。以上所述的实施例仅为了说明本专利技术的技术思想及特点，其目的在使本领域的普通技术人员能够了解本专利技术的内容并据以实施，本专利的范围并不仅局限于上述具体实施例，即凡依本专利技术所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍涵盖在本专利技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种研磨去除率的实时测量方法，适用于一研磨工艺中，该实时测量方法包括下列步骤：提供欲研磨的一样品，该样品具有一已知折射率的一介电层表面；提供一研磨垫，用以移除部分该介电层表面；该研磨垫与该样品进行一相对运动，并且利用 一固定波长的一入射光束照射该介电层表面以产生一折射光束；接收一时间内的该折射光束；及根据该已知折射率、该固定波长与该时间决定一研磨去除率。

【技术特征摘要】
1.一种研磨去除率的实时测量方法，适用于一研磨工艺中，该实时测量方法包括下列步骤提供欲研磨的一样品，该样品具有一已知折射率的一介电层表面；提供一研磨垫，用以移除部分该介电层表面；该研磨垫与该样品进行一相对运动，并且利用一固定波长的一入射光束照射该介电层表面以产生一折射光束；接收一时间内的该折射光束；及根据该已知折射率、该固定波长与该时间决定一研磨去除率。2.根据权利要求1所述的研磨去除率的实时测量方法，其特征在于所述样品为一半导体园片。3.根据权利要求1所述的研磨去除率的实时测量方法，其特征在于所述介电层表面包含一二氧化硅层。4.根据权利要求1所述的研磨去除率的实时测量方法，其特征在于在进行该相对运动步骤中还包含加入一研磨液。5.根据权利要求1所述的研磨去除率的实时测量方法，其特征在于在接收该时间步骤之前对该样品进行一预磨步骤。6.根据权利要求1所述的研磨去除率...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶闻君，李宗斌，
申请(专利权)人：上海宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]