[发明专利]化学机械研磨工艺中氧化剂浓度的监控系统

说明书

本发明是有关一种半导体工艺(Semiconductor Process)的监控系统，且特别是有关一种化学机械研磨工艺(Chemical MechanicalPolishing，CMP)中氧化剂(Oxidant)浓度的监控系统。

在各种半导体基底的平坦化(Planarization)方法中，化学机械研磨法是最直接快速的方法，且因其可达到全面性的平坦化，因此使用频率甚高。化学机械研磨法的基本作法是将基底压在旋转的研磨垫上，并配合内含研磨颗粒的研浆(Slurry)将基底表面磨平。另外，当所研磨者是基底上的金属层或有机聚合物层时，还可在研浆中加入氧化剂以氧化待研磨层的表面，使其易于被研磨颗粒磨除。

在化学机械研磨工艺中，基底的研磨速率主要与下列四项因素成正比：研磨垫的转速、研磨垫对基底的压力、研浆中氧化剂的浓度以及单位体积研浆中研磨颗粒的个数。因此，上述四项因素必须依工艺需求随时监测并调整，以确保使预定时间后待研磨层的去除厚度符合默认值。

在公知技术中，研浆中氧化剂浓度的检测都是采用滴定法(Titration)，是以一还原剂来滴定(Titrate)研浆中的氧化剂，并利用其它化学试剂来检测滴定终点。由于这种检测方法速度很慢，又需准备多种化学药剂，因此十分耗费时间、成本和人力。再者，由于公知技术中氧化剂浓度决定速度缓慢，因此无法实时地调整研磨机台的研磨条件以维持固定的研磨速率，使得待研磨层的去除厚度不一，进而导致产品特性的差异。

为此，本发明提出一种化学机械研磨工艺中氧化剂浓度的监控系统，其包含一光谱仪与一中控器，其中光谱仪连接在研浆供应槽与研磨机台之间用来供应研浆的管路上，此光谱仪利用一光学方式来检测研浆中氧化剂的浓度；中控器与光谱仪、研浆供应槽与研磨机台连接，此中控器根据光谱仪传来的信号，来得到研浆中氧化剂的浓度，并据以调整研浆供应槽中研浆的组成与/或研磨机台的研磨条件。

本发明还提出一种可实时调整的化学机械研磨系统，包含一研浆供应槽、一研磨机台、一管路、一光谱仪与一中控器。其中，研浆供应槽是用来盛装一研浆，此研浆组成中含有一氧化剂。研磨机台上具有一研磨垫以用来研磨一基底，且管路是用来由研浆供应槽输送研浆至研磨机台。光谱仪连接在此管路上，此光谱仪是利用一光学方式来检测研浆中氧化剂的浓度。中控器与光谱仪、研浆供应槽与研磨机台连接，此中控器根据光谱仪传来的信号以得到研浆中氧化剂的浓度，并据以调整研浆供应槽中研浆的组成与/或研磨机台的研磨条件。

由于本发明是利用一光谱仪，以光学方式随时检测研浆中氧化剂的浓度，因此其检测快速且不需准备滴定所需的化学药剂，而可节省维护所需的成本和人力。再者，由于本发明可快速检测研浆中氧化剂的浓度，因此可实时调整研磨机台的研磨条件以维持固定的研磨速率，并使产品特性较为一致。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明：

图面说明：

图1是本发明较佳实施例的化学机械研磨系统与研浆中氧化剂浓度的监控系统；

图2是本发明较佳实施例的化学机械研磨系统中光谱仪的构造与运作原理的简图，此处是一吸收光谱议。附图标记说明：

10：研浆(Slurry)

20、20a、20b：光束

100：研浆供应槽

110：研磨机台

120、120a：管路

130：光谱仪(Spectrometer)

132：光源

134：劈光镜(Splitter)

136a、136b：光检测器(Photo-Detector)

138：比较器

140：中控器(Central Controller)

S₁：吸收度或光强度信号

S₂、S₃：控制信号

S_4a、S_4b：光强度信号

实施例：

请参照图1，是本发明较佳实施例的化学机械研磨系统与研浆中氧化剂浓度的监控系统。如图1所示，此化学机械研磨系统包含研浆供应槽100、研磨机台110、管路120、光谱仪130与中控器140。