專利名稱：化學(xué)機(jī)械研磨工藝中氧化劑濃度的監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)一種半導(dǎo)體工藝(Semiconductor Process)的監(jiān)控系統(tǒng)，且特別是有關(guān)一種化學(xué)機(jī)械研磨工藝(Chemical MechanicalPolishing，CMP)中氧化劑(Oxidant)濃度的監(jiān)控系統(tǒng)。
在各種半導(dǎo)體基底的平坦化(Planarization)方法中，化學(xué)機(jī)械研磨法是最直接快速的方法，且因其可達(dá)到全面性的平坦化，因此使用頻率甚高?；瘜W(xué)機(jī)械研磨法的基本作法是將基底壓在旋轉(zhuǎn)的研磨墊上，并配合內(nèi)含研磨顆粒的研漿(Slurry)將基底表面磨平。另外，當(dāng)所研磨者是基底上的金屬層或有機(jī)聚合物層時，還可在研漿中加入氧化劑以氧化待研磨層的表面，使其易于被研磨顆粒磨除。
在化學(xué)機(jī)械研磨工藝中，基底的研磨速率主要與下列四項(xiàng)因素成正比研磨墊的轉(zhuǎn)速、研磨墊對基底的壓力、研漿中氧化劑的濃度以及單位體積研漿中研磨顆粒的個數(shù)。因此，上述四項(xiàng)因素必須依工藝需求隨時監(jiān)測并調(diào)整，以確保使預(yù)定時間后待研磨層的去除厚度符合默認(rèn)值。
在公知技術(shù)中，研漿中氧化劑濃度的檢測都是采用滴定法(Titration)，是以一還原劑來滴定(Titrate)研漿中的氧化劑，并利用其它化學(xué)試劑來檢測滴定終點(diǎn)。由于這種檢測方法速度很慢，又需準(zhǔn)備多種化學(xué)藥劑，因此十分耗費(fèi)時間、成本和人力。再者，由于公知技術(shù)中氧化劑濃度決定速度緩慢，因此無法實(shí)時地調(diào)整研磨機(jī)臺的研磨條件以維持固定的研磨速率，使得待研磨層的去除厚度不一，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)品特性的差異。
為此，本發(fā)明提出一種化學(xué)機(jī)械研磨工藝中氧化劑濃度的監(jiān)控系統(tǒng)，其包含一光譜儀與一中控器，其中光譜儀連接在研漿供應(yīng)槽與研磨機(jī)臺之間用來供應(yīng)研漿的管路上，此光譜儀利用一光學(xué)方式來檢測研漿中氧化劑的濃度；中控器與光譜儀、研漿供應(yīng)槽與研磨機(jī)臺連接，此中控器根據(jù)光譜儀傳來的信號，來得到研漿中氧化劑的濃度，并據(jù)以調(diào)整研漿供應(yīng)槽中研漿的組成與/或研磨機(jī)臺的研磨條件。
本發(fā)明還提出一種可實(shí)時調(diào)整的化學(xué)機(jī)械研磨系統(tǒng)，包含一研漿供應(yīng)槽、一研磨機(jī)臺、一管路、一光譜儀與一中控器。其中，研漿供應(yīng)槽是用來盛裝一研漿，此研漿組成中含有一氧化劑。研磨機(jī)臺上具有一研磨墊以用來研磨一基底，且管路是用來由研漿供應(yīng)槽輸送研漿至研磨機(jī)臺。光譜儀連接在此管路上，此光譜儀是利用一光學(xué)方式來檢測研漿中氧化劑的濃度。中控器與光譜儀、研漿供應(yīng)槽與研磨機(jī)臺連接，此中控器根據(jù)光譜儀傳來的信號以得到研漿中氧化劑的濃度，并據(jù)以調(diào)整研漿供應(yīng)槽中研漿的組成與/或研磨機(jī)臺的研磨條件。
由于本發(fā)明是利用一光譜儀，以光學(xué)方式隨時檢測研漿中氧化劑的濃度，因此其檢測快速且不需準(zhǔn)備滴定所需的化學(xué)藥劑，而可節(jié)省維護(hù)所需的成本和人力。再者，由于本發(fā)明可快速檢測研漿中氧化劑的濃度，因此可實(shí)時調(diào)整研磨機(jī)臺的研磨條件以維持固定的研磨速率，并使產(chǎn)品特性較為一致。
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明
請繼續(xù)參照

圖1，研漿供應(yīng)槽100是用來盛裝研漿10，此研漿10中含有一種氧化劑，此氧化劑例如是過氧化氫，或是專用于研磨金屬的三價鐵鹽(Fe3+salt)，例如是鐵氰化鉀(potassium ferricyanide，K3Fe(CN)6)；管路120是用來由研漿供應(yīng)槽100輸送研漿10至研磨機(jī)臺110。光譜儀130連接在管路120上，且利用一光學(xué)方式來檢測研漿10中氧化劑的濃度，此光譜儀130例如為一吸收光譜儀，且較好的是一紫外光/可見光(UV/Visible)吸收光譜儀，其波長介于200nm至1000nm之間；此光譜儀130也可以是一拉曼(Raman)光譜儀，其是檢測光源的反射光的光譜(Spectrum)，此光譜的橫坐標(biāo)是光源與反射光的波長的差。研磨機(jī)臺110上具有一研磨墊(未顯示)，以此研磨墊配合由管路120傳輸而來的研漿10，即可用來研磨一基底(未顯示)。
請繼續(xù)參照圖1，中控器140是本發(fā)明的研漿中氧化劑濃度監(jiān)控系統(tǒng)的核心。如圖1所示，中控器140與光譜儀130、研漿供應(yīng)槽100與研磨機(jī)臺110連接，此中控器140會接收由光譜儀130傳來的吸收度或光強(qiáng)度信號S1，并據(jù)此信號換算出研漿10中氧化劑的濃度。接著，中控器140會根據(jù)此濃度，送出控制信號S2至研磨機(jī)臺110，以調(diào)整研磨墊的轉(zhuǎn)速與/或研磨墊對基底所施加的壓力；或是送出控制信號S3至研漿供應(yīng)槽100，以令其調(diào)整研漿中氧化劑的濃度；當(dāng)然同時送出控制信號S2與S3亦可。舉例來說，當(dāng)中控器140判斷研漿10中氧化劑濃度過高時，即可調(diào)低研磨墊的轉(zhuǎn)速、研磨墊對基底所施加的壓力，以維持預(yù)設(shè)的研磨速率；當(dāng)然，也可以直接調(diào)低研漿10中氧化劑的添加比例，即降低氧化劑的濃度。
接著請參照圖2，是本發(fā)明較佳實(shí)施例的化學(xué)機(jī)械研磨系統(tǒng)中光譜儀130的構(gòu)造與運(yùn)作原理的簡圖，此處的光譜儀130是一吸收光譜儀。如圖2所示，此吸收光譜儀由光源132發(fā)出光束20，其波長較佳是在研漿10中氧化劑的吸收峰(Absorption Peak)上，以盡量降低濃度測量的誤差。接著，光束20經(jīng)劈光鏡(Splitter)134之后會分成強(qiáng)度相等的兩條光束20a與20b。其中，光束20a會被光檢測器136a接收，此光檢測器136a所測得的光強(qiáng)度作為參考值；光束20b將通過一段透光的管路120a(管路120的一部分)與流經(jīng)其中的研漿10而被吸收一部分，再被光檢測器136b接收。接著，將光檢測器136b所得的光強(qiáng)度信號S4b與光檢測器136a所得的光強(qiáng)度信號S4a(參考值)分別輸入比較器138以作比較，即可得知研漿10的吸收度，并由光譜儀130送出吸收度信號S1。當(dāng)中控器140接收到吸收度信號S1之后，即可據(jù)以換算出研漿10中氧化劑的濃度，此換算方法是廣為熟知的技術(shù)，不再贅述。
由于本發(fā)明較佳實(shí)施例是利用一吸收光譜儀，以光學(xué)方式檢測研漿中氧化劑的濃度，因此可與一般的化學(xué)機(jī)械研磨系統(tǒng)相結(jié)合以快速地檢測氧化劑的濃度，并能實(shí)時地調(diào)整化學(xué)機(jī)械研磨系統(tǒng)，使得各基底的研磨速率與產(chǎn)品的特性達(dá)到一致。另外，由于采用本發(fā)明的監(jiān)控系統(tǒng)時不需準(zhǔn)備滴定所需的化學(xué)藥劑，而可節(jié)省維護(hù)所需的成本和人力。
雖然本發(fā)明已以一較佳實(shí)施例公開如上，但其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉該項(xiàng)技術(shù)的人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，所作的各種更動與潤飾，均未脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍，而本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求書所限定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)機(jī)械研磨工藝中氧化劑濃度的監(jiān)控系統(tǒng)，該化學(xué)機(jī)械研磨工藝是利用一研漿供應(yīng)槽、一管路與一研磨機(jī)臺，其中該研漿供應(yīng)槽是經(jīng)過該管路供應(yīng)一研漿至該研磨機(jī)臺，且該研漿的組成中含有一氧化劑，其特征在于該監(jiān)控系統(tǒng)包括一光譜儀，連接在該管路上，利用一光學(xué)方式來檢測該研漿中該氧化劑的濃度；一中控器，與該光譜儀、該研漿供應(yīng)槽，以及該研磨機(jī)臺連接，該中控器根據(jù)該光譜儀傳來的一信號以得到該氧化劑的該濃度，并據(jù)以調(diào)整該研漿供應(yīng)槽中該研漿的組成與該研磨機(jī)臺的一研磨條件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨工藝中氧化劑濃度的監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于該光譜儀包括一吸收光譜儀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的化學(xué)機(jī)械研磨工藝中氧化劑濃度的監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于該吸收光譜儀包括一紫外光/可見光吸收光譜儀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨工藝中氧化劑濃度的監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于該中控器調(diào)整該研漿的組成時所調(diào)整的包括該氧化劑的濃度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨工藝中氧化劑濃度的監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于該化學(xué)機(jī)械研磨工藝是利用該研磨機(jī)臺上的一研磨墊來研磨一基底，且該研磨條件包括該研磨墊的轉(zhuǎn)速和該研磨墊對該基底所施件的壓力。
6.一種可實(shí)時調(diào)整的化學(xué)機(jī)械研磨系統(tǒng)，包括一研漿供應(yīng)槽，其是用來盛裝一研漿，該研漿的組成中含有一氧化劑；一研磨機(jī)臺，具有一研磨墊以用來研磨一基底；一管路，是用來由該研漿供應(yīng)槽輸送該研漿至該研磨機(jī)臺；其特征在于還包括一光譜儀，連接在該管路上，且利用一光學(xué)方式來檢測該研漿中該氧化劑的一濃度；一中控器，該光譜儀、該研漿供應(yīng)槽，以及該研磨機(jī)臺連接，該中控器會根據(jù)該光譜儀傳來的一信號以得到該氧化劑的該濃度，并據(jù)以調(diào)整該研漿供應(yīng)槽中的該研漿的組成與該研磨機(jī)臺的一研磨條件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可實(shí)時調(diào)整的化學(xué)機(jī)械研磨系統(tǒng)，其特征在于該光譜儀包括一吸收光譜儀。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可實(shí)時調(diào)整的化學(xué)機(jī)械研磨系統(tǒng)，其特征在于該吸收光譜儀包括一紫外光/可見光吸收光譜儀。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可實(shí)時調(diào)整的化學(xué)機(jī)械研磨系統(tǒng)，其特征在于該中控器調(diào)整該研漿的組成時所調(diào)整的包括該氧化劑的濃度。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可實(shí)時調(diào)整的化學(xué)機(jī)械研磨系統(tǒng)，其特征在于該研磨條件包括該研磨墊的轉(zhuǎn)速和該研磨墊對該基底所施加的壓力。
全文摘要
一種化學(xué)機(jī)械研磨工藝中氧化劑濃度的監(jiān)控系統(tǒng)，包含一光譜儀與一中控器，其中光譜儀連接在研漿供應(yīng)槽與研磨機(jī)臺之間用來供應(yīng)研漿的管路上，此光譜儀用來檢測研漿中氧化劑的濃度；中控器與光譜儀、研漿供應(yīng)槽與研磨機(jī)臺連接，此中控器會根據(jù)光譜儀傳來的信號以得到研漿中氧化劑的濃度，并據(jù)以調(diào)整研漿供應(yīng)槽中研漿的組成與/或研磨機(jī)臺的研磨條件。
文檔編號G01N21/17GK1393688SQ0112965
公開日2003年1月29日 申請日期2001年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月26日
發(fā)明者鄭吉峰 申請人:旺宏電子股份有限公司