TWI809389B - 用於在拋光相鄰導電層的堆疊期間的輪廓控制的系統、方法及電腦程式產品 - Google Patents

用於在拋光相鄰導電層的堆疊期間的輪廓控制的系統、方法及電腦程式產品 Download PDF

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Abstract

在基板上拋光相鄰導電層之堆疊期間，一種原位渦流監測系統量測特徵值序列。重複地從特徵值序列重複地計算拋光速率，對於初始時段內，使用第一控制演算法基於當前拋光速率重複地計算對一或多個拋光參數之一或多次調整，偵測到拋光速率的一變化，此變化滿足至少一個指示底層導電層之暴露的第一預定標準，並且對於偵測到此拋光速率的變化之後的後續時段，使用不同的第二控制演算法基於此拋光速率計算對一或多個拋光參數的一或多次調整。

Description

用於在拋光相鄰導電層的堆疊期間的輪廓控制的系統、方法 及電腦程式產品
本揭示案係關於化學機械拋光，且更特定而言，係關於在基板上拋光相鄰導電層的堆疊期間的原位即時輪廓控制。
積體電路通常藉由在矽晶圓上順序沉積導電、半導電或絕緣層，並藉由後續處理這些層而形成於基板(例如，半導體晶圓)上。
一個製造步驟涉及在非平面表面上沉積填料層，並平面化此填料層直到暴露此非平面表面。例如，導電填料層可沉積於圖案化絕緣層上以填充此絕緣層中的溝槽或孔。隨後拋光此填料層，直到暴露此絕緣層的凸出圖案。在平面化之後，導電層留在絕緣層之凸出圖案之間的部分形成通孔、插塞及線路，從而在基板上薄膜電路之間提供導電路徑。另外，平面化可用於平面化基板表面以進行微影處理。
化學機械拋光(Chemical mechanical polishing；CMP)為一種公認之平面化方法。此平面化 方法通常需要將基板安裝在承載頭上。基板之暴露表面抵靠著旋轉之拋光墊放置。承載頭對基板提供可控負載以將基板抵靠住拋光墊。將諸如具有磨料顆粒之漿體的拋光液供應至拋光墊之表面。
在半導體處理期間，確定基板或基板上層之一或多個特徵可能很重要。例如，重要的是，已知CMP製程期間導電層的厚度以便製程在正確時間可以結束。若干方法可用於確定基板特徵。例如，光學感測器可在化學機械拋光期間原位監測基板。替代地(或另外地)，渦流感測系統可用於在基板上的導電區域中誘發渦流，以確定諸如導電區域之局部厚度的參數。
根據一態樣，一種控制拋光之方法，包括以下步驟：拋光基板上之相鄰導電層的堆疊；用原位渦流監測系統量測拋光期間基板之第一區域的第一特徵值序列；從第一特徵值序列計算第一拋光速率；基於第一拋光速率計算對第一拋光參數的第一調整；偵測此拋光速率中之第一變化，此第一變化滿足至少一個指示底層導電層之暴露的第一預定標準；在偵測到此拋光速率的變化時，用原位渦流系統量測拋光期間基板之第一區域的第二特徵值序列；從第二特徵值序列計算第二拋光速率；以及基於第二拋光速率計算對第一拋光參數之第二調整。相鄰導電層之堆疊包括外導電層及底層導電層。此第一特徵值取決於堆疊中導電層的厚度及導電率，包括第一區域中經歷拋光之外導電 層的厚度。第二特徵值序列取決於此堆疊中剩餘導電層的厚度及導電率，包括經歷拋光之底層導電層的厚度。
在另一態樣中，一種控制拋光之方法，包括以下步驟：拋光基板上之相鄰導電層的堆疊；用原位渦流監測系統量測拋光期間基板的一特徵值序列；在拋光期間重複地從此特徵值序列計算拋光速率；對於初始時段，使用第一控制演算法基於當前拋光速率計算對一或多個拋光參數之一或多次調整；偵測拋光速率中之一變化，此變化滿足至少一個指示底層導電層之暴露的第一預定標準；以及對於偵測到拋光速率的變化之後的後續時段，使用不同的第二控制演算法基於拋光速率計算對一或多個拋光參數之一或多次調整。
在另一態樣中，一種控制拋光之方法，包括以下步驟：拋光基板上之相鄰層的堆疊；用原位監測系統量測拋光期間基板的一特徵值序列；以及對控制器執行輪廓控制演算法的複數個實例。此些實例包括具有控制參數之不同值的第一實例及第二實例。輪廓控制演算法之第一實例接收初始時段期間的特徵值序列；以及輪廓控制演算法之第二實例接收此初始時段及後續時段期間的特徵值序列。對於初始時段，使用輪廓控制演算法之第一實例基於此初始時段期間接收到的特徵值序列控制一或多個拋光參數，基於來自此原位監測系統的特徵值序列偵測底層之暴露，以及對於偵測到底層之暴露之後的後續時段，使用輪廓控 制演算法的第二實例基於此初始時段及後續時段期間接收到的特徵值序列控制此一或多個拋光參數。
在另一態樣中，可操作電腦程式產品來執行此些方法中任一者的計算步驟。在另一態樣中，拋光系統包括支撐拋光墊的壓板，將基板抵靠住拋光墊的承載頭，原位監測系統，以及配置以執行此些方法中任一者的計算步驟的控制器。
上述態樣中任一者的實施方式可以包括以下特徵中的一或多個。
計算對第一拋光參數之第一調整的步驟可包括以下步驟：基於第一拋光速率計算第一區域達到目標值的第一計畫時間；用原位渦流系統量測拋光期間基板之第二區域的第三特徵值序列；從第三特徵值序列計算第三拋光速率；以及基於第一拋光速率及第三拋光速率計算第二區域的第一期望拋光速率，以使第一區域及第二區域基本上同時達到目標值。計算對第一拋光參數之第二調整的步驟可包括以下步驟：基於第二拋光速率計算第一區域達到目標值的第二計畫時間；用原位渦流系統量測拋光期間基板的第二區域的第四特徵值序列；從第四特徵值序列計算第四拋光速率；以及計算對第一拋光參數之第二調整的步驟包括以下步驟：基於第二拋光速率及第四拋光速率計算第二區域的第二期望拋光速率以使第一區域及第二區域基本上同時達到目標值。
在以第一頻率偵測到拋光速率之變化之前，可以重複計算第一拋光速率及計算對第一拋光參數之第一調整的步驟，以及在以第二頻率偵測到拋光速率之變化之後，可以重複計算第二拋光速率及計算對第一拋光參數之第二調整的步驟。第一頻率可不同於第二頻率。
第一普雷斯頓矩陣可用於計算對第一拋光參數之第一調整，以及第二普雷斯頓矩陣可用於計算對第二拋光參數之第二調整。對於第一普雷斯頓矩陣及第二普雷斯頓矩陣中同一列及行中的至少一個元素，第一普雷斯頓矩陣與第二普雷斯頓矩陣可以包括不同值。
在偵測到拋光速率中之第一變化之後，可偵測到拋光速率中之第二變化，此第二變化滿足至少一個指示在底層導電層之下另一層之暴露的第二預定標準。至少一個第一預定標準及至少一個第二預定標準可為不同的標準。第一及第二預定標準中之一者可為具有底部退出方式的窗口邏輯，以及第一及第二預定標準中之另一者可為具有右側退出方式的窗口邏輯。
計算第一拋光速率之步驟可使用第一函數來執行，以及計算第二拋光速率之步驟可以使用不同的第二函數來執行。第一函數及第二函數可使用不同持續時間的運行窗口。計算對第一拋光參數之第一調整的步驟可包括以下步驟：將第一調整限於第一最大變化，以及計算對第二拋光參數之第二調整的步驟可包括以下步驟：將第二調整限於不同的第二最大變化。從第一特徵值序列計算第一拋 光速率之步驟可基於相鄰導電層之堆疊中的一層的電阻率使用相關曲線。從第二特徵值序列計算第二拋光速率之步驟可基於相鄰導電層堆疊中的同一層的電阻率來使用同一相關曲線。此層可為相鄰導電層堆疊的最終導電層。
重複計算拋光速率之步驟可包括以下步驟：在初始時段及後續時段期間可基於相鄰導電層的堆疊中的同一層的電阻率來使用相關曲線。
承載頭可包括複數個獨立的可控腔室。第一拋光參數可為其中一個腔室的壓力，以及一或多個拋光參數可包括一或多個腔室的一或多個壓力。
某些實施方式可包括以下優勢中的一或多個。在拋光基板上相鄰導電層的堆疊時，可使用原位即時輪廓控制系統。此系統可以偵測到堆疊中底層導電層之暴露，並將其作為更改輪廓控制系統操作之觸發器，以考慮到不同層。可改善晶圓內拋光均勻性。
在附圖及下面的描述中闡述了一或多個實施方式的細節。其他態樣、特徵及優點將從說明書及附圖，以及申請專利範圍中顯而易見。
100:拋光設備
110:拋光墊
112:外拋光層
114:較軟背襯層
118:凹槽
120:壓板
121:馬達
124:驅動軸
125:軸
128:凹槽
129:聯接器
130:埠
132:拋光液
140:承載頭
142:擋圈
144:撓性膜
146a:腔室
146b:腔室
146c:腔室
150:支撐結構
152:驅動軸
154:承載頭旋轉馬達
155:中心軸
160:原位監測系統
162:芯
164:線圈
166:驅動及感測電路系統
168:電線
180:位置感測器
182:旗標
190:控制器
192:輸出元件
194:輸入元件
203:相關曲線
302:導電層堆疊
305:最外導電層
307:底層
309:導電層
311:底層
313:晶圓
410:線
412:線
414:虛線
416:第一虛線
418:第二虛線
420:過渡點
422:線
424:線
426:黑色虛線
428:第一虛線
430:第二虛線
500:流程圖
502:步驟
504:步驟
506:步驟
508:步驟
510:步驟
512:步驟
514:步驟
516:步驟
518:步驟
第1A圖為包括渦流監測系統之化學機械拋光站的示意側視圖、局部剖面圖。
第1B圖為化學機械拋光站之示意俯視圖。
第2圖為基於量測信號確定基板厚度的靜態公式的示意圖。
第3圖為基板上導電層堆疊的示意剖面圖。
第4A圖為圖示基於第一拋光速率對第一拋光參數進行第一調整的示意圖。
第4B圖為偵測拋光速率之一變化的示意圖，此變化指示底層導電層之暴露。
第4C圖為圖示基於第二拋光速率對第一拋光參數進行第二調整的示意圖。
第5A圖為示出偵測底層導電層之暴露的實施方式的流程圖。
第5B圖為示出偵測底層導電層之暴露的另一實施方式的流程圖。
不同圖式中相同元件符號指示相同元件。
一種拋光設備可以使用一種原位監測系統，例如，渦流監測系統，以偵測基板上正被拋光之外層的厚度。在拋光外層期間，此原位監測系統可以確定基板上層的不同位置的厚度。厚度量測值可用於觸發拋光終點及/或即時調整拋光製程的處理參數。例如，基板承載頭可以調整基板之背部上的壓力，以增大或降低外層之多個位置的拋光速率。可調整拋光速率，以便層之多個位置在拋光之後基本上具有相同厚度。CMP系統可調整拋光速率，以便層之多個位置的拋光動作幾乎同時結束。可將此類輪廓控制稱為即時輪廓控制(real time profile control；RTPC)。
對於一些元件之製造，待拋光之基板可以包括具有不同組成之多個導電層的堆疊。各個層可能具有不同導電率，及/或回應於給定施加電壓的不同拋光速率。當在單個拋光製程中連續地拋光穿透基板上多個導電層時，晶圓內不均勻性(within-wafer non-uniformity；WIWNU)仍然是個挑戰。然而，一種原位即時輪廓控制系統可以解決這個問題。具體而言，當拋光製程去除外導電層並暴露底層導電層時，監測系統可偵測到拋光過渡，例如，藉由偵測到所量測特徵之變化速率的變化。此舉可以觸發原位即時輪廓控制系統之更改，從而導致改善的拋光均勻性。
第1A圖及第1B圖圖示拋光設備100之實例。拋光設備100包括拋光墊110安置於其上的可旋轉盤形壓板120。壓板可操作以繞軸125旋轉。例如，馬達121可以轉動驅動軸124以旋轉壓板120。拋光墊110可為具有外拋光層112及較軟背襯層114之雙層拋光墊。
拋光設備100可以包括埠130，以將諸如漿體之拋光液132分配在拋光墊110上。拋光設備亦可包括拋光墊調節器，用於研磨拋光墊110以將拋光墊110保持在一致的研磨狀態。
拋光設備100包括至少一個承載頭140。承載頭140可操作以將基板10抵靠住拋光墊110。承載頭140可以獨立控制與每個相應基板相關聯之拋光參數，例如壓力。
特別地，承載頭140可以包括擋圈142，用於將基板10保持在撓性膜144下方。承載頭140亦包括由膜界定的複數個可獨立控制的可加壓腔室，例如，三個腔室146a-146c，其可將單獨可控的壓力施加在撓性膜144上的相關區及因而施加在基板10上。儘管第1圖中僅圖示了三個腔室，但為了便於說明，可具有一個或兩個腔室，或四個或更多個腔室，例如，五個腔室。
承載頭140懸掛在支撐結構150上，例如旋轉料架或軌道，並藉由驅動軸152連接到承載頭旋轉馬達154，以便承載頭可以繞軸155旋轉。視情況，承載頭140可以橫向振盪，例如，在旋轉料架150上之滑塊上或軌道上橫向振盪；或者藉由旋轉料架本身之旋轉振盪而橫向振盪。在操作中，壓板繞其中心軸125旋轉，以及承載頭繞其中心軸155旋轉，並橫向平移至拋光墊的頂表面上。
儘管僅示出一個承載頭140，但可提供更多承載頭以保持額外基板，以便可有效地使用拋光墊110的表面積。
拋光設備100亦包括原位監測系統160。原位監測系統160產生隨時間變化的值序列，此隨時間變化的值序列取決於基板上層的厚度。原位監測系統160包括生成量測值的感測器頭；由於基板與感測器頭之間的相對運動，將在基板上不同位置進行量測。
原位監測系統160可為一種渦流監測系統。渦流監測系統160包括驅動系統及感測系統，此驅動系統誘發 基板上導電層中的渦流，且此感測系統藉由驅動系統偵測在導電層中誘發的渦流。監測系統160包括置於凹槽128中的芯162以繞壓板旋轉，纏繞芯162之一部分的至少一個線圈164，及由電線168連接至線圈164的驅動及感測電路系統166。芯162及線圈164之組合可提供感測器頭。在一些實施方式中，芯162在壓板120之頂表面上方突出，例如，突進拋光墊110之底部中的凹槽118中。
驅動及感測電路系統166經配置以將振盪電信號施加至線圈164並量測所得渦流。驅動及感測電路系統以及線圈之配置及位置的各種配置都是可能的，例如，如美國專利第6,924,641號、第7,112,960號及第8,284,560號中，以及美國專利公開案第2011-0189925號及第2012-0276661號中所述。驅動及感測電路系統166可位於同一凹槽128中或壓板120的不同部分中，或者可位於壓板120外並透過旋轉電聯接器129耦接至壓板中的部件。
在操作中，驅動及感測電路系統166驅動線圈164以生成振盪磁場。至少一部分磁場延伸穿過拋光墊110並進入基板10中。若基板10上存在導電層，則振盪磁場在此導電層中生成渦流。渦流致使導電層充當耦接至驅動及感測電路系統166的阻抗源。隨著導電層之厚度變化，阻抗變化，並且此變化可藉由驅動及感測電路系統166來偵測到。
替代地或另外地，可用作反射儀或干涉儀之光學監測系統，可固定至凹槽128中的壓板120。若使用兩個系統，則光學監測系統及渦流監測系統可監測基板的相同部分。
CMP設備100亦可包括位置感測器180，諸如光學斷續器，以感測芯162何時位於基板10之下。例如，光學斷續器可安裝在與承載頭140相對的固定點處。旗標182附著於壓板的周邊。選擇旗標182之附著點及長度，使得此旗標在芯162掃掠基板10下方時中斷感測器180之光信號。替代地或另外地，CMP設備可以包括用於確定壓板之角坐標的編碼器。
控制器190，諸如通用可程式化數位電腦，從渦流監測系統160接收強度信號。控制器190可包括處理器、記憶體、及I/O裝置，以及輸出裝置192，例如監測器，及輸入裝置194，例如鍵盤。儘管圖示為單一裝置，但控制器190可在多個裝置上包括多個處理器，例如網路連接或以其他方式分佈的計算系統。
信號可透過旋轉電聯接器129從渦流監測系統160傳遞至控制器190。或者，電路系統166可藉由無線信號與控制器190進行通信。
由於芯162隨著壓板的每次旋轉掃略基板下方，關於導電層厚度的資訊被原位且連續即時地累積(一次/每壓板旋轉)。控制器190可經程式化以當基板大致覆蓋芯162時(由位置感測器確定)從監測系統取樣量測值。隨 著拋光進行，導電層之厚度變化，並且取樣的信號隨時間變化。隨時間變化的採樣信號通常包括原始信號值序列。來自監測系統的量測值可在拋光期間顯示在輸出裝置192上，以允許裝置的操作者可視地監測拋光操作的進展。
來自渦流監測系統160之信號，例如，原始信號值序列，可被轉換成基於時間的特徵值(例如厚度值)序列。例如，控制器190可使用相關曲線，此相關曲線使藉由原位監測系統160量測的信號與基板10上被拋光層的厚度相關聯，以生成被拋光層厚度的估計量測值。第2圖示出了相關曲線203之實例。在第2圖描繪之坐標系統中，垂直軸表示從原位監測系統160接收之信號的值，而橫向軸表示基板10之層厚度的值。對於給定信號值，控制器190可以使用相關曲線203以生成對應厚度值。相關曲線203可被認為是「靜態」公式，即它預測每個信號值的厚度值，不論感測器頭獲得信號的時間或位置如何。相關曲線203可由各種函數表示，諸如多項式函數，或與線性插值組合的查找表(look-up table；LUT)。然而，在一些實施方式中，信號可被轉換成其他量測值，例如導電率量測值，或者信號本身可用作特徵值。
回看第1圖，在操作中，CMP設備100可使用渦流監測系統160及控制器190以量測拋光進展。特別地，渦流監測系統160及控制器190可監測外導電層及底層導電層之厚度，當基板上目標區域中的外導電層之計畫厚度滿足目標厚度時估計第一終點時間，當底層導電層已經暴露 時偵測拋光過渡，當基板上目標區域中底層導電層的計畫厚度滿足目標厚度時估計第二終點時間，在複數個調整時間中的一時間處調整控制區上的拋光壓力/速率以使目標區及控制區兩者的厚度基本上同時達到目標厚度，及/或確定底層停止層何時暴露。偵測器邏輯的可能製程控制、拋光過渡偵測及終點標準包括局部最小值或最大值、斜率變化、振幅或斜率之閾值，或它們的組合。
控制器190亦可連接至壓力機制以控制由承載頭140施加的壓力，連接至承載頭旋轉馬達154以控制承載頭轉速，連接至壓板旋轉馬達121以控制壓板轉速，或連接至漿體分配系統130以控制供應至拋光墊的漿體組成。另外，電腦190可經程式化以將每次掃略基板下方時來自渦流監測系統160的量測值分為複數個採樣區，以計算每個採樣區的徑向位置，並將振幅量測值分為多個徑向範圍，如美國專利第6,399,501號中論述。在將量測值分為多個徑向範圍之後，關於膜厚度的資訊可即時餽入閉環控制器中，以週期性地或連續地更改由承載頭施加的拋光壓力分佈，以提供改善的拋光均勻性。
第3圖圖示了基板10的實例，其包括晶圓313上相鄰導電層的堆疊302。底層311(可包括其他介電質、導電及/或半導體層)可置於晶圓313與導電層堆疊302之間。儘管圖示為具有均勻厚度的層沉積在平面上，但此些層可沉積於圖案化表面上，並且此些層本身可被圖案化。
堆疊302可包括至少兩個層-外導電層及相鄰底層導電層。然而，堆疊可包括三個、四個或更多個層。例如，在第3圖中，最外導電層305位於底層導電層307頂部，及底層導電層307位於另一底層導電層309頂部。相鄰層將具有不同組成及不同導電率。例如，外層可為銅，及底層可為鉭襯墊層。舉另一實例，外層可為釕，及底層可為氮化鈦襯墊層。舉另一實例，外層可為鎢，及底層可為氮化鈦襯墊層。相鄰層可具有不同的初始拋光前厚度。例如，最外層305相比於其底層307，可更薄、更厚或相等厚度。對於另一更特殊實例，導電層309可為200-1000Å厚，而底層311可為10-100Å厚。
堆疊中待拋光的最終導電層，例如，底部底層導電層309，可充當基準層以監測拋光製程，如下文進一步論述。
第4A圖、第4B圖及第4C圖圖示原位即時輪廓控制的過程，此原位即時輪廓控制用於拋光基板上相鄰導電層之堆疊。參考第4A圖，過程可例如在時間T0開始，其中拋光外導電層。
拋光製程由渦流監測系統160監測，且如上文所述，來自渦流監測系統160之信號可基於量測之位置被分為多個區。多個區可包括目標區及控制區。目標區亦可稱為第一區域，以及控制區亦可稱為第二區域。對於原位即時輪廓控制方法，可能存在超過一個控制區，例如，兩個至十個控制區。每個區可對應於承載頭中可加壓腔室中之 一個，此承載頭控制基板之一部分上之向下力。因而，區的總數可等於承載頭中可控腔室的數目，例如，兩個至十一個。
對於多個區中的每個區，彼區的信號值序列可被轉換成相鄰導電層堆疊的特徵值序列。特徵值可表示相鄰導電層之堆疊的總厚度，但對不同導電層具有不同導電率之事實沒有補償。特別地，特徵值可以使用第2圖所示的靜態相關曲線從信號值計算。靜態相關曲線是基於基準層之導電率。可選擇基準層作為待拋光堆疊中的最後一層，例如基板上相鄰導電層之堆疊中的底層。或者，可選擇基準層作為待拋光之堆疊中的另一層，例如第一層、第二層等。然而，如下文論述，相同電阻率之相關曲線用於計算基板上相鄰導電層之堆疊的厚度，不論當前被拋光的層如何。
原位即時輪廓控制演算法可針對每個區使用厚度量測值序列以調整一或多個拋光參數，例如，承載頭中一或多個腔室中的壓力，以提供改善的拋光均勻性。例如，原位即時輪廓控制演算法可經配置以致使每個控制區在終點時間更接近所需厚度(相比於沒有此類調整)。
特別地，對於每個區域，将一函數擬合至於彼區域的特徵值序列。此處的實例顯示一階線性函數，例如，線410及412，其在拋光外導電層期間擬合至每個特徵值序列。然而，擬合函數不一定必須為線性的，例如，它可以為高階多項式或指數函數。
如第4A圖所示，沿著時間軸(橫向軸)，已經標記了三個時間點，它們是開始時間T0，壓力變化時間TP1，及第一終點時間TE1。對於基板上相鄰層堆疊上的外導電層，開始時間T0可為或不可為其拋光製程的準確開始時間。它可為當資料開始從原位監測系統收集的時間，或可表示用於擬合函數的第一資料。壓力變化時間TP1表示當拋光外導電層以試圖改善拋光均勻性時控制器調整壓力的時間。儘管第4A圖圖示單個壓力變化時間TP1，但可具有複數次壓力調整。例如，壓力調整可在固定頻率，例如，每2-30次壓板旋轉或每3-30秒發生。
擬合函數(例如，線410及412)之斜率在壓力變化時間TP1提供相應區的當前拋光速率。在此上下文中，「拋光速率」應理解為指示特徵值的變化速率，例如，它可但不必表示為厚度量測值的變化速率。當拋光外導電層時，目標區的當前拋光速率k1可用於沿時間軸計畫目標區厚度，如第一虛線416所示。第一終點時間TE1被計算作為目標區之計畫厚度達到目標特徵值(例如目標厚度H目標)的時間。類似地，控制區的當前拋光速率k3可用於沿時間軸計畫控制區厚度，如第二虛線418所示。
第1A圖中控制器190可基於第三拋光速率k3確定第一終點時間TE1下控制區的計畫厚度H控制。假定控制區的計畫厚度不等於第一終點時間TE1下目標厚度H目標，則控制器可計算第一期望拋光速率kD1(例如，由虛線414之斜率顯示)，以使目標區及控制區基本上同時達到目標厚度。 如第3A圖所示，壓力變化時間TP1下的控制區的量測厚度H量測可用於例如根據下式計算期望拋光速率kD1：
Figure 110117205-A0305-02-0020-1
控制器可調整拋光參數，例如，與控制區相關聯之腔室中的壓力，以將當前第三拋光速率k3改變至第一期望拋光速率kD1。可使用與每個導電層相關聯的普雷斯頓矩陣計算每個腔室146a、146b及146c中腔室壓力的調整值，以使控制區的拋光速率達到期望拋光速率。
第4B圖圖示偵測拋光期間底層導電層之暴露的實例。過渡時間的偵測在時間軸中被標記為TD1。第一區域的厚度曲線中的過渡點在時間TD1處被標記為420。簡而言之，由於外層與底層之間的導電率差異，即使物理拋光速率保持恆定，表觀拋光速率將會變化。特別地，控制器可經配置以偵測表觀拋光速率中的變化。
在一些實施方式中，如第5A圖中流程圖500所示，偵測底層導電層之暴露及拋光開始之步驟可藉由以下步驟來執行：透過原位監測系統160獲得目標區域處一特徵值序列的運行時間窗口(步驟502)；基於時間窗口內的特徵值序列的第一部分計算第一試驗拋光速率kt1(步驟504)；基於時間窗口內此特徵值序列的剩餘部分計算第二試驗拋光速率kt2(步驟506)；以及藉由比較第二試驗拋光速率kt2與第一試驗拋光速率kt1來確定斜率變化(步驟508)。流程圖500中所示之方法可在拋光結束之前實施複數次。
一些其他實施方式，如第5B圖中流程圖510所示，包括窗口邏輯，用於偵測目標區之拋光速率的偏轉點。在此技術中，窗口邏輯用於分析時間窗口內的特徵值序列。分析可藉由以下步驟來執行：在運行時間窗口中獲得特徵資料序列(步驟512)，基於外層及底層之資訊分配窗口邏輯的退出模式(步驟514)，用退出模式確定窗口邏輯中的斜率變化(步驟516)，以及確定底層導電層之暴露(或拋光過渡)(步驟518)。外層及底層之資訊可為外層r1之標稱速率與底層r2之標稱速率之間的關係。窗口邏輯之退出模式可藉由考慮r1與r2的關係來選擇，例如，若r2>r1，則在拋光過渡處拋光斜率增加，因此在窗口邏輯中可選擇底部退出模式，對於另一實例，若r2≦r1，則在拋光過渡處拋光斜率減小，因此在窗口邏輯中可選擇右退出模式。在開環拋光基板上之每個層的情況下，標稱速率r1及r2可利用原位監測系統獨立地計算。
每層的r1及r2之標稱速率及目標拋光速率k1及k2透過承載頭140上預置向下力FD而相關，如下式：
Figure 110117205-A0305-02-0021-2
，及
Figure 110117205-A0305-02-0021-3
。
窗口邏輯可具有預定參數，諸如時間窗口及高度窗口。可能需要對窗口邏輯的預定參數進行調整，來反映區域之拋光輪廓的偏轉點。窗口邏輯中的窗口數目為至少一個或以上。
任何一種過渡偵測方法可用於基板上相鄰導電層的堆疊，其中只要由於外層與底層的不同組成導致表觀拋光速率中的變化，則外層與底層的物理拋光速率變得相等。
在偵測到目標區之拋光輪廓中的過渡時，在一些實施方式中，第二控制演算法可開始控制拋光製程。在一些實施方式中，第二控制演算法執行與第一控制演算法相同的操作集合，但使用不同的控制變數值。具有可在第一與第二控制演算法之間變化的值的控制變數的實例包括被拋光層的標稱拋光速率，用於將拋光控制參數轉換成拋光速率(反之亦然)的普雷斯頓矩陣，用於當前拋光步驟之窗口邏輯，例如，窗口邏輯之退出模式，壓力變化頻率，壓力更新限制，雜訊矩陣，速率估計演算法，區偏移及增益。
例如，普雷斯頓矩陣可從第一去耦對角矩陣改變至第二去耦對角矩陣，此第一去耦對角矩陣具有沿對角線之第一值集，且此第二去耦對角矩陣具有沿對角線之不同的第二值集。若底層不具有與外層相同的壓力回應，則此舉將為適當的。例如，若底層為較硬物質，則此底層對壓力變化的回應較小，所以在普雷斯頓矩陣中可能需要較大值來考虑到提供期望壓力所需的壓力變化。舉另一實例，普雷斯頓矩陣可從去耦對角矩陣變化至非對角的耦合矩陣。
舉另一實例，腔室壓力的調整頻率可增加或減小。若底層比外層需要更多或更少時間來拋光，則此舉將 為適當的。例如，若預期底層相比於外層拋光時間更短，則可增加腔室壓力的調整頻率，以確保控制區的壓力更改次數足夠大以可靠地匹配目標區厚度。
舉另一實例，窗口邏輯之退出模式可從右側退出模式改變至底部退出模式，或反之亦然。例如，若另外底層暴露時的表觀拋光速率較高，則窗口邏輯之退出模式可改變為底部退出模式。若另外底層暴露時的表觀拋光速率更低，則窗口邏輯之退出模式可改變為右側退出模式。
壓力更新限制指在每次壓力變化時允許承載頭中的壓力變化的最大量。讓控制器限制壓力變化可防止過度校正及人工誘發的拋光速率振盪。若底層比外層需要更多或更少時間來拋光，則更改壓力更新限制將為適當的。例如，若預期底層相比於外層拋光時間更短，則可增加壓力更新限制，以確保在發生的修改次數較少的情況下，控制區的壓力將變化足夠大以可靠地匹配目標區厚度。
速率估計演算法指用於計算拋光速率的特定函數。特別地，在計算拋光速率中，控制器通常使用運行窗口，例如，一定數目的最近特徵值。若拋光底層期間生成的信號相比於拋光外層期間生成的信號具有更多或更少雜訊，改變運行窗口的大小，例如，用於計算拋光速率之最近特徵值的數目，將為適當的。例如，若拋光底層期間生成之信號較嘈雜，則可增加運行窗口的大小以提供更長的平均時間。
在一些實施方式中，第二控制演算法開始收集特徵值，計算目標區之拋光速率，並且早在拋光製程在外導電層中開始時(例如，T0時)計畫終點時間。然而，第二控制演算法獨立於第一控制演算法工作，並且控制器實際上並不將當前拋光製程的控制從第一控制演算法傳遞至第二控制演算法，直到拋光過渡(例如，在TD1)被偵測到加上睡眠時間Ts。睡眠時間Ts可為一秒或更多秒的分數。同時且獨立地運行兩種控制演算法的方法可確保偵測到拋光過渡時的無縫控制過渡，因為控制演算法需要一些時間來計算拋光時當前層的目標拋光速率。
第4C圖圖示當拋光基板上底層導電層時的多個壓力控制方法。類似地，此處實例示出一階線性函數，例如，線422及424，其擬合至拋光底層導電層期間的每個特徵值序列。擬合函數不一定為線性的，如第4A圖較早地圖示。
如第4C圖中所示，沿時間軸標記另一壓力變化時間TP2及第二終點時間TE2。壓力變化時間TP2表示當拋光底層導電層以試圖改善拋光均勻性時控制器調整壓力的時間。儘管第4C圖圖示單個壓力變化時間TP2，但可具有複數次壓力調整。例如，壓力調整可按固定頻率，例如，每2-30次壓板旋轉或每3-30秒發生。
擬合函數(例如，線422及424)之斜率在壓力變化時間TP2對相應區提供當前拋光速率。當拋光底層時目標區的當前拋光速率k2，可用於沿時間軸計畫目標區厚 度，如第一虛線428所示。第二終點時間TE2被計算作為目標區之計畫厚度達到目標特徵值(例如目標厚度H目標)的時間。類似地，控制區的當前拋光速率k4可用於沿時間軸計畫控制區厚度，如第二虛線430所示。
類似地，如第4A圖中描述，第1A圖中控制器190可基於第四拋光速率k4確定第二終點時間TE2下控制區的計畫拋光厚度H控制。假定控制區不等於第二終點時間TE2下目標厚度H目標，則控制器可計算第二期望拋光速率kD2(例如，由黑色虛線426之斜率顯示)，以使目標區及控制區基本上同時達到目標厚度。壓力變化時間TP2下的控制區的量測厚度H量測，如第3C圖所示，可用於根據下式計算期望拋光速率kD2：
Figure 110117205-A0305-02-0025-4
控制器可調整拋光參數，例如，與控制區相關聯之腔室中的壓力，以將當前第四拋光速率k4改變至第二期望拋光速率kD2。為了使控制區的拋光速率達到期望拋光速率，每個腔室146a、146b及146c中腔室壓力的調整可使用與每個導電層相關聯的普雷斯頓矩陣來計算。
本說明書中描述的控制器190及其功能操作(諸如原位即時輪廓控制演算法)可在數位電子電路系統、在有形體現的電腦軟體或韌體中、在電腦硬體中，包括本說明書中揭示之結構及其結構等效物，或它們中一或多個的組合中實現。本說明書中描述的標的之實施例可實現為一 或多個電腦程式，即編碼在有形非暫時性儲存媒體上之電腦程式指令的一或多個模組，用於由資料處理設備執行或控制資料處理設備的操作。替代地或另外地，程式指令可被編碼在人工生成的傳播信號上，例如電腦生成的電信號、光信號或電磁信號，其被生成以對資訊進行編碼，用於傳輸至適宜的接收器設備以供資料處理設備執行。電腦儲存媒體可為電腦可讀儲存裝置、電腦可讀儲存基板、隨機或串列存取記憶裝置、或它們中一或多個的組合。
術語「資料處理設備」指資料處理硬體並包括用於處理資料的所有種類的設備、裝置及機器，包括例如可程式化數位處理器、數位電腦、或多個數位處理器或電腦。設備亦可為或進一步包括特殊用途邏輯電路系統，例如FPGA(現場可程式化閘陣列)或ASIC(特定應用積體電路)。除硬體外，設備可視情況包括產生電腦程式之執行環境的代碼，例如組成處理器韌體、協定堆疊、資料庫管理系統、作業系統、或它們中一或多個的組合的代碼。
電腦程式，亦可稱為或描述為程式、軟體、軟體應用、模組、軟體模組、腳本、或代碼，可用任何形式的程式化語言，包括編譯或解釋語言，或說明性或程式語言寫成，並且其可以任何形式部署，包括作為獨立程式或作為模組、部件、子常式、或適於在電腦環境中使用的其他單元。電腦程式可以，但不一定對應於檔案系統中的檔案。程式可以儲存在包含其他程式或資料的檔案中的一部分，例如，儲存在標記語言文檔中的一或多個腳本；儲存在專 用於相關程式中的單個檔案；或儲存在多個並列檔案中，例如儲存一或多個模組、子程式或代碼部分的檔案。電腦程式可經部署在一個電腦上執行，或在位於一個位點或分佈在多個位點並由資料通信網路互連的多個電腦上執行。
本說明書中描述的製程及邏輯流程可由一或多台可程式化電腦來執行，可程式化電腦執行一或多個電腦程式以藉由對輸入資料進行操作及生成輸出來執行功能。製程及邏輯流程亦可藉由特殊用途邏輯電路系統，例如FPGA(現場可程式化閘陣列)及ASIC(特定應用積體電路)來執行，以及設備亦可實現為此類特定用途邏輯電路系統，例如FPGA(現場可程式化閘陣列)及ASIC(特定應用積體電路)。將一或多台電腦「配置以」執行特定操作或動作的系統意味著系統已在其上安裝了軟體、韌體、硬體或其組合，這些軟體、韌體、硬體或它們的組合在運行中會導致系統執行操作或動作。對於經配置以執行特定操作或動作的一或多個電腦程式，意味著此一或多個程式包括當由資料處理裝置執行時使設備執行此些操作或動作的指令。
適於執行電腦程式的電腦包括，例如，可基於通用或特殊用途微處理器或兩者，或任何其他種類的中央處理單元。大體上，中央處理單元將從唯讀記憶體或隨機存取記憶體或兩者接收指令及資料。電腦的基本元件為用於執行或執行指令的中央處理單元及用於儲存指令及資料的一或多個記憶體裝置。大體上，電腦亦將包括，或可操作 地耦接，以從一或多個用於儲存資料的大容量儲存裝置(例如，磁碟、磁光碟，或光碟)接收資料，或將資料傳送至這些裝置。然而，電腦不需要具有此類裝置。此外，電腦可嵌入另一裝置中，例如行動電話、個人數位助理(personal digital assistant；PDA)、行動音訊或視訊播放機、遊戲機、全球定位系統(Global Positioning System；GPS)接收器、或便攜式儲存裝置，例如通用串列匯流排(universal serial bus；USB)快閃驅動器，僅舉數例。
適於儲存電腦程式指令及資料的電腦可讀媒體包括所有形式的非揮發性記憶體、媒體及記憶體裝置，包括例如半導體記憶裝置，例如EPROM、EEPROM、及快閃記憶體裝置；磁碟，例如內部硬碟或可移除碟；磁光碟；以及CD ROM及DVD-ROM碟。處理器及記憶體可藉由特殊用途邏輯電路系統來補充，或併入特殊用途邏輯電路系統中。
本說明書中描述的各種系統及製程，或其部分的控制可以在電腦程式產品中實現，此電腦程式產品包括儲存在一或多個非暫時性電腦可讀儲存媒體上，並且可在此一或多個處理裝置上執行的指令。本說明書中描述的系統或其部分可以實現為設備、方法或電子系統，其可以包括一或多個處理裝置及記憶體以儲存可執行指令以執行本說明書中描述的操作。
當部件(例如，控制器、電路等)被描述或主張為「經配置以」執行任務時，這指示此部件包括結構(例如，處理器及其中具有編碼指令的非暫時性電腦可讀媒體，ASIC裝置、電路系統硬體等)，此結構在操作期間執行彼任務，而不僅僅此部件可經修改(例如，經程式化)以執行此任務。認為此部件可經配置以即使此指定部件當前尚未運行(例如，未接通)時也執行此任務。
已經描述了本發明之多個實施例。然而，應當理解，在不脫離本發明之精神及範疇之情況下可以進行各種修改。
例如，監測系統可用於各種拋光系統。拋光墊、或承載頭中任一者，或兩者可移動以在拋光表面與基板之間提供相對運動。拋光墊可為固定至壓板的圓形(或一些其他形狀)的墊，在電源與捲取輥之間延伸的帶，或傳動皮帶。拋光墊可以附著在壓板上，在拋光操作期間在壓板上方遞增前進，或在拋光期間在壓板上方連續地驅動。墊在拋光期間可固定至壓板，或者拋光期間在壓板與拋光墊之間可具有流體軸承。拋光墊可為標準的(例如，帶或不帶填料的聚氨脂)粗糙墊、軟墊、或固定研磨墊。
儘管上文論述集中在拋光系統，但技術可應用於其他種類之基板處理系統，例如，沉積或蝕刻系統，其包括一種渦流原位監測系統。
另外，儘管上文論述集中在將控制區驅動至同一厚度，但每個區可具有單獨的目標厚度。另外，系統可經 配置以具有預定的期望終點時間，並在期望終點時間將每個區驅動至其目標厚度，而不是具有目標區及一或多個控制區(所以每個區實際上為控制區)。
因此，在以下申請專利範圍內包含其他實施例。
100:拋光設備
110:拋光墊
112:外拋光層
114:較軟背襯層
118:凹槽
120:壓板
121:馬達
124:驅動軸
125:軸
128:凹槽
129:聯接器
130:埠
132:拋光液
140:承載頭
142:擋圈
144:撓性膜
146a:腔室
146b:腔室
146c:腔室
150:支撐結構
152:驅動軸
154:承載頭旋轉馬達
155:中心軸
160:原位監測系統
162:芯
164:線圈
166:驅動及感測電路系統
168:電線
180:位置感測器
182:旗標
190:控制器
192:輸出元件
194:輸入元件

Claims (13)

  1. 一種電腦程式產品，包括用指令編碼之一非暫時性電腦可讀媒體，以使一或多個處理器實施一種控制拋光的方法，包括以下步驟：在拋光一基板期間，從一原位渦流監測系統接收該基板之一第一區域的一第一特徵值序列，該第一特徵值序列為該基板上導電層之一堆疊中的導電層之厚度值或導電率；重複地從該第一特徵值序列計算一第一拋光速率以產生一第一拋光速率序列；基於該第一拋光速率序列的一拋光速率計算對一第一拋光參數的一第一調整；從基於來自該原位渦流監測系統的該第一特徵值序列計算的該第一拋光速率序列，偵測該拋光速率的一第一變化，該第一變化滿足至少一個指示該堆疊中一底層導電層之暴露的第一預定標準；當基於該第一拋光速率序列偵測到該拋光速率的改變時，在拋光該基板期間，從該原位渦流監測系統接收該基板之該第一區域的一第二特徵值序列，該第二特徵值序列為該堆疊中剩餘導電層之厚度值或導電率；當基於該第一拋光速率序列偵測到該拋光速率的改變時，從該第二特徵值序列計算一第二拋光速率；以及基於該第二拋光速率計算對該第一拋光參數的一第二調整。
  2. 如請求項1所述之電腦程式產品，其中計算對該第一拋光參數之該第一調整的該等指令包括基於該第一拋光速率計算該第一區域達到一目標值的一第一計畫時間的指令，以及計算對該第一拋光參數之該第二調整的該等指令包括基於該第二拋光速率計算該第一區域達到該目標值的一第二計畫時間的指令。
  3. 如請求項2所述之電腦程式產品，包括指令，用於在拋光期間從該原位渦流系統接收該基板之一第二區域的一第三特徵值序列，從該第三特徵值序列計算一第三拋光速率，在拋光期間從該原位渦流系統接收該基板之該第二區域的一第四特徵值序列，以及從該第四特徵值序列計算一第四拋光速率。
  4. 如請求項3所述之電腦程式產品，其中計算對該第一拋光參數之該第一調整的該等指令包括指令，用於基於該第一拋光速率及該第三拋光速率計算該第二區域的一第一期望拋光速率以使該第一區域與該第二區域基本上同時達到該目標值；以及計算對該第一拋光參數之該第二調整的該等指令包括指令，用於基於該第二拋光速率及該第四拋光速率計算該第二區域的一第二期望拋光速率以使該第一區域與該第二區域基本上同時達到該目標值。
  5. 如請求項1所述之電腦程式產品，包括指令，用於在偵測到該拋光速率中之該第一變化之後，偵測到該拋光速率中之一第二變化，該第二變化滿足至少一個 指示該底層導電層下方的一另外層之暴露的第二預定標準。
  6. 如請求項5所述之電腦程式產品，其中該至少一個第一預定標準及該至少一個第二預定標準為不同的標準。
  7. 如請求項1所述之電腦程式產品，其中從該第一特徵值序列計算該第一拋光速率的該等指令係基於相鄰導電層的該堆疊中一層的一電阻率來使用一相關曲線。
  8. 一種拋光系統，包括：一壓板，用於支撐一拋光墊；一承載頭，用於保持一基板；一馬達，用於在該壓板與該承載頭之間產生相對運動；一原位渦流監測系統，用於在拋光該基板期間監測該基板；以及一控制器，經配置以：在拋光該基板期間從該原位渦流監測系統接收該基板之一第一區域的一第一特徵值序列，該第一特徵值序列為該基板上導電層的一堆疊中的導電層之厚度值或導電率；重複地從該第一特徵值序列計算一第一拋光速率以產生一第一拋光速率序列；基於該第一拋光速率序列的一拋光速率計算對一第 一拋光參數之一第一調整；從基於來自該原位渦流監測系統的該第一特徵值序列計算的該第一拋光速率序列，偵測該拋光速率中之一第一變化，該第一變化滿足至少一個指示該堆疊中一底層導電層之暴露的第一預定標準；在拋光該基板期間，從該原位渦流監測系統接收該基板之該第一區域的一第二特徵值序列，該第二特徵值序列為該堆疊中剩餘導電層之厚度及導電率；當基於該第一拋光速率序列偵測到該拋光速率的改變時，從該第二特徵值序列計算一第二拋光速率；以及基於該第二拋光速率計算對該第一拋光參數之一第二調整。
  9. 如請求項8所述之系統，其中該控制器經配置以藉由計算該第一區域基於該第一拋光速率達到一目標值的一第一計畫時間，來計算用於該第一拋光參數的該第一調整，以及經配置以藉由計算該第一區域基於該第二拋光速率達到該目標值的一第二計畫時間，來計算用於該第一拋光參數的該第二調整。
  10. 如請求項9所述之系統，其中該控制器經配置以在拋光期間從該原位渦流系統接收該基板之一第二區域的一第三特徵值序列，從該第三特徵值序列計算一第三拋光速率，在拋光期間從該原位渦流系統接收該基板之該第二區域的一第四特徵值序列，以及從該第四特 徵值序列計算一第四拋光速率。
  11. 如請求項10所述之系統，其中該控制器經配置以藉由基於該第一拋光速率及該第三拋光速率計算該第二區域使該第一區域與該第二區域基本上同時達到該目標值的一第一期望拋光速率，來計算用於該第一拋光參數的該第一調整，並且該控制器經配置以藉由基於該第二拋光速率及該第四拋光速率計算該第二區域使該第一區域與該第二區域基本上同時達到該目標值的一第二期望拋光速率，來計算用於該第一拋光參數的該第二調整。
  12. 如請求項8所述之系統，其中該控制器經配置以使用基於相鄰導電層的該堆疊中一層的一電阻率的一相關曲線從該第一特徵值序列計算該第一拋光速率。
  13. 一種控制拋光之方法，包括以下步驟：拋光一基板上相鄰導電層的一堆疊，相鄰導電層之該堆疊包括一外導電層及一底層導電層；在拋光期間，用一原位渦流監測系統量測該基板之一第一區域的一第一特徵值序列，該第一特徵值序列為該堆疊中該等導電層之厚度值或導電率，包括在該第一區域中經歷拋光的該外導電層的一厚度；重複地從該第一特徵值序列計算一第一拋光速率以產生一第一拋光速率序列；基於該第一拋光速率序列的一拋光速率計算對一第一拋光參數的一第一調整； 從基於來自該原位渦流監測系統的該第一特徵值序列計算的該第一拋光速率序列，偵測該拋光速率中之一第一變化，該第一變化滿足至少一個指示該堆疊中該底層導電層之暴露的第一預定標準；在基於該第一拋光速率序列偵測到該拋光速率中之該變化時，在拋光期間用該原位渦流系統量測該基板之該第一區域的一第二特徵值序列，該第二特徵值序列為該堆疊中剩餘導電層的厚度值或導電率，包括經歷拋光的該底層導電層的一厚度；從該第二特徵值序列計算一第二拋光速率；以及基於該第二拋光速率計算對該第一拋光參數之一第二調整。
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