可即时补偿研磨曲面的控制系统

1.一种可即时补偿研磨曲面的控制系统，设于一化学机械研磨机台中， 其特征是：该化学机械研磨机台包含有一研磨平台，该研磨平台至少包含有 一第一环状区域以及一第二环状区域，一研磨垫设置于该研磨平台上，一晶 圆载座设置于该研磨垫上方，承载一待研磨的晶圆，该晶圆载座至少包含有 一内圈以及一外圈，分别对应于该第一环状区域以及该第二环状区域，以及 一研磨液供应装置，该研磨液供应装置包含有一第一研磨液泵阀设置于与该 第一环状区域相对应的位置，以及一第二研磨液泵阀设置于与该第二环状区 域相对应的位置，该控制系统包含有：
至少一第一感测器以及一第二感测器，分别设置于该第一环状区域以及 该第二环状区域上；以及
一控制单元，电连接于该第一感测器以及该第二感测器，依据该第一感 测器以及该第二感测器的信号比较该第一环状区域以及该第二环状区域上的 该晶圆受研磨速率的差异，并依据一预设的程序调整该第一研磨液泵阀以及 该第二研磨液泵阀的研磨液供应量，或依据一预设的程序调整该晶圆载座的 内圈与外圈的施力量。
2.如权利要求1的控制系统，其特征是：该控制系统使用于一单片式 的化学机械研磨机台中或一多片式的化学机械研磨机台中。
3.如权利要求1的控制系统，其特征是：该第一感测器以及该第二感 测器为一热电偶或一红外线感测器。
4.如权利要求3的控制系统，其特征是：该第一感测器以及该第二感 测器传递的信号为该晶圆表面的温度，且该预设的程序依据该化学机械研磨 制程中该第一环状区域以及该第二环状区域的温度差调整该研磨液的供应 量，或调整该晶圆载座的施力量。
5.如权利要求1的控制系统，其特征是：该第一感测器以及该第二感 测器为一光学感测器。
6.如权利要求5的控制系统，其特征是：该第一感测器以及该第二感 测器传递的信号为该晶圆表面的薄膜厚度，且该预设的程序依据该化学机械 研磨制程中该第一环状区域以及该第二环状区域的薄膜厚度差调整该研磨液 的供应量，或调整该晶圆载座的施力量。
7.一种可即时补偿研磨曲面的控制系统，设于一化学机械研磨机台中， 其特征是：该化学机械研磨机台包含有一研磨平台，该研磨平台至少包含有 一第一环状区域以及一第二环状区域，一研磨垫设置于该研磨平台上，一晶 圆载座设置于该研磨垫上方且与该研磨垫相对应的位置，承载一待研磨的晶 圆，以及一研磨液供应装置，该控制系统包含有：
至少一第一感测器以及一第二感测器，分别设置于该第一环状区域以及 该第二环状区域上；以及
一控制单元，电连接于该第一感测器以及该第二感测器，依据该第一感 测器以及该第二感测器的信号比较该第一环状区域以及该第二环状区域上的 该晶圆受研磨速率的差异，并依据一预设的程序调整该研磨平台的该第一环 状区域以及该第二环状区域高度。
8.如权利要求7的控制系统，其特征是：该控制系统使用于一单片式 的化学机械研磨机台中或一多片式的化学机械研磨机台中。
9.如权利要求7的控制系统，其特征是：该第一感测器以及该第二感 测器为一热电偶或一红外线感测器。
10.如权利要求9的控制系统，其特征是：该第一感测器以及该第二感 测器传递的信号为该晶圆表面的温度，且该预设的程序依据该化学机械研磨 制程中该第一环状区域以及该第二环状区域的温度差调整该研磨平台的该第 一环状区域以及该第二环状区域高度。
11.如权利要求7的控制系统，其特征是：该第一感测器以及该第二感 测器为一光学感测器。
12.如权利要求11的控制系统，其特征是：该第一感测器以及该第二 感测器传递的信号为该晶圆表面的薄膜厚度，且该预设的程序依据该化学机 械研磨制程中该第一环状区域以及该第二环状区域的薄膜厚度差调整该研磨 平台的该第一环状区域以及该第二环状区域高度。

技术领域\n本发明提供一种用于一化学机械研磨(chemical mechanical polishing，CMP)机台的控制系统，尤指一种可即时补偿研磨曲面的控制系 统。\n背景技术\n在半导体制程中，化学机械研磨(chemical-mechanical polishing， CMP)制程是目前最普遍被使用，同时也是最重要的一种平坦化制程。CMP制 程可用来均匀地去除一半导体晶片上具有不规则表面的(topographical)目 标薄膜层(target thin film)，使半导体晶片在经过CMP制程后能够具有一 平坦且规则的表面，以确保后续制程的良率。由于CMP制程中同时牵涉到许 多复杂的制程参数，例如目标薄膜层的特性、目标薄膜层表面均匀度 (uniformity)、研磨液(slurry)的成分以及pH值、研磨垫(polishing pad) 的组成、平台转速(platen rotation speed)、晶圆载具下压力(head down force)等等，因此制程控制一直是CMP制程的一挑战。\n习知决定CMP研磨终点的方法有很多种，其中最简单的即是利用研磨 时间(by time)来控制研磨终点。然而，此方法所产生的误差非常的大，不 同晶片之间的变异(variation)也难以控制，而且被研磨的薄膜层需要有足 够的厚度以避免过度研磨。此外，为了避免过度研磨，在目标薄膜层下方通 常会需要一研磨停止层(stop layer)。此研磨停止层的研磨速率(removal rate)通常需小于其上的目标薄膜层，换句话说，目标研磨层被研磨的速率 需大于目标研磨层下方的研磨停止层。而其它研磨终点侦测方法，目前最普 遍被接受的方法，是利用光学原理来监测介电层的CMP制程，以决定研磨终 点。当使用一光侦测器(photo detector)来侦测CMP制程时，所侦测到的反 射光强度资料会产生一周期性的规则变化，进而产生一具有周期性的图谱。 所以利用该具有周期性的图谱，便可准确地侦测出CMP制程的终点。\n然而，上述方法仅用于侦测CMP制程的终点，并无法针对研磨曲面做 出即时(in-situ)反馈，以于CMP制程进行当中立即校正误差，加强控制研 磨均匀度。因此如何于CMP制程进行中即时补偿研磨曲面(polish profile)， 进而增加产品良率，实为一刻不容缓的重要课题。\n发明内容\n因此本发明的主要目的在于提供一种用于一化学机械研磨(chemical mechanical polishing，CMP)机的控制系统，以于CMP制程中即时补偿研磨 曲面(polish profile)。\n为达成上述目的，本发明的一种可即时补偿研磨曲面的控制系统，用 于一化学机械研磨机台中，该化学机械研磨机台包含有一至少包含有一第一 环状区域以及一第二环状区域的研磨平台(polish platen)，一研磨垫 (polish pad)设置于该研磨平台上，一晶圆载座(carrier head)设置于该 研磨垫上方，用来承载一待研磨的晶圆。其中该晶圆载座至少另包含有用以 分别对应于该第一环状区域以及该第二环状区域的一内圈以及一外圈，与一 包含有一第一研磨液泵阀(pump valve)设置于与该第一环状区域相对应的位 置以及一第二研磨液泵阀设置于与该第二环状区域相对应的位置的研磨液 (slurry)供应装置。而本发明的控制系统包含有一控制单元，以及至少一第 一感测器(sensor)以及一第二感测器，分别设置于该第一环状区域以及该第 二环状区域上。其中该控制单元电连接于该第一感测器以及该第二感测器， 于依据该第一感测器以及该第二感测器的信号比较该第一环状区域以及该 第二环状区域上的该晶圆受研磨速率的差异后，以一预设的程序调整该第一 研磨液泵阀以及该第二研磨液泵阀的研磨液供应量，或以一预设的程序调整 该晶圆载座的内圈与外圈的施力量，或依据一预设的程序调整该研磨平台的 该第一环状区域以及该第二环状区域高度。\n由于本发明的控制系统在研磨过程中利用该第一感测器以及该第二感 测器侦测该晶圆相对应于该第一环状区域以及该第二环状区域的温度或薄 膜厚度，并于判定该晶圆表面所受研磨速率的差异后，再针对该第一研磨液 泵阀以及该第二研磨液泵阀的研磨液供应量、该晶圆载座的该内圈与该外圈 的施力量或该研磨平台的该第一环状区域以及该第二环状区域的高度进行 调整，以即时补偿研磨曲面并立即校正误差，进而得以更加精确地控制研磨 均匀度，改善产品良率。\n附图说明\n图1至图4为本发明用于一化学机械研磨机台中以即时补偿研磨曲面 的控制系统的装置示意图。\n图示的符号说明\n30化学机械研磨机台             32研磨平台\n34研磨垫                       36晶圆载座\n38晶圆\n42第一环状区域                 44第二环状区域\n46内圈                         48外圈\n50第一研磨液泵阀               52第二研磨液泵阀\n54第一感测器             56第二感测器\n具体实施方式\n请参考图1，图1至图4为本发明一种用于一化学机械研磨(chemical mechanical polishing，CMP)机台中可即时补偿研磨曲面(polish profile) 的控制系统的装置示意图。如图1所示，化学机械研磨机台30包含有一研 磨平台(polish platen)32，一研磨垫(polish pad)34设置于研磨平台32 上，一晶圆载座(carrier head)36设置于研磨垫34上方，用来承载一待研 磨的晶圆38，以及一研磨液(slurry)供应装置(未显示于图1中)。\n请参考图2与图3，图2与图3分别为研磨平台32的上视图与晶圆载 座36的下视图。如图2所示，研磨平台32至少包含有一第一环状区域42 以及一第二环状区域44，以及至少一第一感测器(sensor)54以及一第二感 测器56，分别设置于第一环状区域42以及第二环状区域44上。如图3所示， 晶圆载座36至少包含有分别对应于第一环状区域42以及第二环状区域44 的一内圈46以及一外圈48。请参考图4，图4为研磨平台32的剖面图。如 图4所示，研磨液供应装置设于研磨平台32内部，且包含有一第一研磨液 泵阀(pump valve)50设置于与第一环状区域42相对应的位置以及一第二研 磨液泵阀52设置于与第二环状区域44相对应的位置。\n本发明用于CMP机台中可即时补偿研磨曲面的控制系统另包含显示于 图2中的第一感测器54以及第二感测器56，与一电连接于第一感测器54 以及第二感测器56的控制单元(未显示)。其中第一感测器54以及第二感测 器56为一热电偶(thermal couple)或一红外线感测器(IR sensor)，用以在 CMP制程中侦测晶圆38相对应于第一环状区域42以及第二环状区域44的表 面温度，并将所测得的数据转换为信号传递至该控制单元。然后该控制单元 则可依据第一感测器54以及第二感测器56所传回的信号，并在经由运算比 较第一环状区域42以及第二环状区域44上的温度差来判定晶圆38所受研 磨速率的差异后，适当地调整第一研磨液泵阀50以及第二研磨液泵阀52的 研磨液供应量，或是再选择性的调整晶圆载座36的内圈46与外圈48的施 力量，以达到即时补偿研磨曲面的效果。\n在本发明的另一实施例中，第一感测器54以及第二感测器56为一光 学感测器(optical sensor)，用以在CMP制程中侦测晶圆38相对应于第一 环状区域42以及第二环状区域44的薄膜厚度，并将所测得的数据转换为信 号传递至该控制单元。该控制单元则依据第一感测器54以及第二感测器56 所传回的信号，在经由比较第一环状区域42以及第二环状区域44上的薄膜 厚度差来判定晶圆38所受研磨速率的差异后，适当地调整第一研磨液泵阀 50以及第二研磨液泵阀52的研磨液供应量，或是再选择性的调整晶圆载座 36的内圈46与外圈48的施力量，以达到即时补偿研磨曲面的效果。\n在本发明的又一实施例中，第一感测器54以及第二感测器56为一热 电偶或一红外线感测器，用以在CMP制程中侦测晶圆38相对应于第一环状 区域42以及第二环状区域44的表面温度，并将所测得的数据转换为信号传 递至该控制单元。该控制单元则依据第一感测器54以及第二感测器56所传 回的信号，在经由比较第一环状区域42以及第二环状区域44上的温度差来 判定晶圆38所受研磨速率的差异后，适当地调整研磨平台32的第一环状区 域42以及第二环状区域44的高度，以达到即时补偿研磨曲面的效果。\n在本发明的其他实施例中，第一感测器54以及第二感测器56为一光 学感测器，用以在CMP制程中侦测晶圆38相对应于第一环状区域42以及第 二环状区域44的薄膜厚度，并将所测得的数据转换为信号传递至该控制单 元。该控制单元则依据第一感测器54以及第二感测器56所传回的信号，在 经由比较第一环状区域42以及第二环状区域44上的薄膜厚度差来判定晶圆 38所受研磨速率的差异后，适当地调整研磨平台32的第一环状区域42以及 第二环状区域44的高度，以达到即时补偿研磨曲面的效果。\n本发明的上述各实施例中的该控制系统，可同时适用于单片式的化学 机械研磨机台及多片式的化学机械研磨机台，且在生产对研磨曲面要求标准 较高的产品时，亦可将研磨平台32划分为超过两个的环状区域，搭配超过 两个的感测器，并将晶圆载座36划分为超过两个的同心圆区域，再使研磨 液供应装置包含超过两个的磨液泵阀。由于其操作方式与上述各实施例中的 操作方式相同，故不另行赘述。\n相较于习知技术，本发明所提供的控制系统在研磨过程中利用第一感 测器54以及第二感测器56侦测晶圆38相对应于第一环状区域42以及第二 环状区域44的温度或薄膜厚度，于判定晶圆38表面所受研磨速率的差异后， 再针对第一研磨液泵阀50以及第二研磨液泵阀52的研磨液供应量、晶圆载 座36的内圈46与外圈48的施力量或研磨平台32的第一环状区域42以及 第二环状区域44的高度进行调整，以即时补偿研磨曲面，故得以立即校正 误差，加强控制研磨均匀度，改善产品良率。此外，该控制系统除了可以同 时适用于单片式的化学机械研磨机台及多片式的化学机械研磨机台外，更可 以在投产具有较大尺寸的晶圆，或生产对研磨曲面要求标准较高的产品时， 将研磨平台32划分为超过两个的环状区域，搭配超过两个的感测器，并将 晶圆载座36划分为超过两个的同心圆区域，再使研磨液供应装置包含超过 两个的磨液泵阀，以相同的操作方式更精确地控制研磨曲面。\n以上所述仅本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均 等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

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