CN115175785A - 在抛光相邻导电层的堆栈期间的轮廓控制 - Google Patents

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Abstract

在基板上抛光相邻导电层的堆栈期间，一种原位涡流监测系统测量特征值序列。重复地从特征值序列重复地计算抛光速率，对于初始时段，使用第一控制算法基于当前抛光速率重复地计算对一或多个抛光参数的一或多次调整，检测抛光速率的变化，此变化满足指示底层导电层的暴露的至少一个第一预定标准，并且对于检测到此抛光速率的变化之后的后续时段，使用不同的第二控制算法基于此抛光速率计算对一或多个抛光参数的一或多次调整。

Description

在抛光相邻导电层的堆栈期间的轮廓控制
技术领域
本公开关于化学机械抛光，且更特定而言，关于抛光在基板上相邻导电层的堆栈期间的原位实时轮廓控制。
背景技术
集成电路通常通过在硅晶片上顺序沉积导电、半导电或绝缘层，并通过后续处理这些层而形成于基板(例如，半导体晶片)上。
一个制造步骤涉及在非平面表面上沉积填料层，并平面化此填料层直到暴露此非平面表面。例如，导电填料层可沉积于图案化绝缘层上以填充此绝缘层中的沟槽或孔。随后抛光此填料层，直到暴露此绝缘层的凸出图案。在平面化之后，导电层留在绝缘层的凸出图案之间的部分形成通孔、插塞及线路，从而在基板上薄膜电路之间提供导电路径。另外，平面化可用于平面化基板表面以供光刻。
化学机械抛光(CMP)为一种公认的平面化方法。此平面化方法通常需要将基板安装在承载头上。基板的暴露表面抵靠着旋转的抛光垫放置。承载头对基板提供可控负载以将基板抵靠住抛光垫。将诸如具有磨料颗粒的浆料之类的抛光液供应至抛光垫的表面。
在半导体处理期间，确定基板或基板上层的一或多个特征可以是重要的。例如，在CMP工艺期间知道导电层的厚度是重要的，以便该工艺可以在正确时间结束。若干方法可用于确定基板特征。例如，光学传感器可在化学机械抛光期间原位监测基板。替代地(或另外地)，涡流感测系统可用于在基板上的导电区域中诱发涡流，以确定诸如导电区域的局部厚度的参数。
发明内容
根据一方面，一种控制抛光的方法，包括以下步骤：抛光基板上的相邻导电层的堆栈；在抛光期间用原位涡流监测系统测量基板的第一区域的第一特征值序列；从第一特征值序列计算第一抛光速率；基于第一抛光速率计算对第一抛光参数的第一调整；检测此抛光速率的第一变化，此第一变化满足指示底层导电层的暴露的至少一个第一预定标准；在检测到此抛光速率的变化时，用原位涡流系统测量抛光期间基板的第一区域的第二特征值序列；从第二特征值序列计算第二抛光速率；以及基于第二抛光速率计算对第一抛光参数的第二调整。相邻导电层的堆栈包括外导电层及底层导电层。此第一特征值取决于堆栈中导电层的厚度及导电率，包括第一区域中经历抛光的外导电层的厚度。第二特征值序列取决于此堆栈中剩余导电层的厚度及导电率，包括经历抛光的底层导电层的厚度。
在另一方面中，一种控制抛光的方法，包括以下步骤：抛光基板上的相邻导电层的堆栈；用原位涡流监测系统测量抛光期间基板的特征值序列；在抛光期间重复地从此特征值序列计算抛光速率；对于初始时段，使用第一控制算法基于当前抛光速率计算对一或多个抛光参数的一或多次调整；检测抛光速率的变化，此变化满足指示底层导电层的暴露的至少一个第一预定标准；以及对于检测到抛光速率的变化之后的后续时段，使用不同的第二控制算法基于抛光速率计算对一或多个抛光参数的一或多次调整。
在另一方面中，一种控制抛光的方法，包括以下步骤：抛光基板上的相邻层的堆栈；用原位监测系统测量抛光期间基板的特征值序列；以及对控制器执行轮廓控制算法的多个实例。该多个实例包括具有控制参数的不同值的第一实例及第二实例。轮廓控制算法的第一实例接收初始时段期间的特征值序列；以及轮廓控制算法的第二实例接收此初始时段及后续时段期间的特征值序列。对于初始时段，使用轮廓控制算法的第一实例基于此初始时段期间接收到的特征值序列控制一或多个抛光参数，基于来自此原位监测系统的特征值序列检测底层的暴露，以及对于检测到底层的暴露之后的后续时段，使用轮廓控制算法的第二实例基于此初始时段及后续时段期间接收到的特征值序列控制此一或多个抛光参数。
在另一方面中，可操作计算机程序产品来执行此些方法中任一者的计算步骤。在另一方面中，抛光系统包括支撑抛光垫的压板、将基板抵靠抛光垫固持的承载头、原位监测系统、以及配置以执行此些方法中任一者的计算步骤的控制器。
上述方面中任一者的实施方式可以包括以下特征中的一或多个。
计算对第一抛光参数的第一调整的步骤可包括以下步骤：基于第一抛光速率计算第一区域达到目标值的第一计划时间；用原位涡流系统测量抛光期间基板的第二区域的第三特征值序列；从第三特征值序列计算第三抛光速率；以及基于第一抛光速率及第三抛光速率计算第二区域的第一期望抛光速率，以使第一区域及第二区域基本上同时达到目标值。计算对第一抛光参数的第二调整的步骤可包括以下步骤：基于第二抛光速率计算第一区域达到目标值的第二计划时间；用原位涡流系统测量抛光期间基板的第二区域的第四特征值序列；从第四特征值序列计算第四抛光速率；以及计算对第一抛光参数的第二调整的步骤包括以下步骤：基于第二抛光速率及第四抛光速率计算第二区域的第二期望抛光速率以使第一区域及第二区域基本上同时达到目标值。
在以第一频率检测到抛光速率的变化之前，可以迭代计算第一抛光速率及计算对第一抛光参数的第一调整的步骤，以及在以第二频率检测到抛光速率的变化之后，可以迭代计算第二抛光速率及计算对第一抛光参数的第二调整的步骤。第一频率可不同于第二频率。
第一普雷斯顿矩阵可用于计算对第一抛光参数的第一调整，以及第二普雷斯顿矩阵可用于计算对第二抛光参数的第二调整。对于第一普雷斯顿矩阵及第二普雷斯顿矩阵中相同行和列中的至少一个元素，第一普雷斯顿矩阵与第二普雷斯顿矩阵可以包括不同值。
在检测到抛光速率的第一变化之后，可检测抛光速率的第二变化，此第二变化满足指示在底层导电层之下另一层的暴露的至少一个第二预定标准。至少一个第一预定标准及至少一个第二预定标准可以是不同的标准。第一及第二预定标准中的一者可以是具有底部退出模式的窗口逻辑，以及第一及第二预定标准中的另一者可以是具有右侧退出模式的窗口逻辑。
计算第一抛光速率的步骤可使用第一函数来执行，以及计算第二抛光速率的步骤可以使用不同的第二函数来执行。第一函数及第二函数可使用不同持续时间的运行窗口。计算对第一抛光参数的第一调整的步骤可包括以下步骤：将第一调整限于第一最大变化；以及计算对第二抛光参数的第二调整的步骤可包括以下步骤：将第二调整限于不同的第二最大变化。从第一特征值序列计算第一抛光速率的步骤可基于相邻导电层的堆栈中的层的电阻率使用相关曲线。从第二特征值序列计算第二抛光速率的步骤可基于相邻导电层的堆栈中的相同层的电阻率来使用相同的相关曲线。此层可以是相邻导电层的堆栈的最终导电层。
重复地计算抛光速率的步骤可包括以下步骤：在初始时段及后续时段期间可基于相邻导电层的堆栈中的相同层的电阻率来使用相关曲线。
承载头可包括多个可独立控制的腔室。第一抛光参数可以是其中一个腔室的压力，以及一或多个抛光参数可包括一或多个腔室的一或多个压力。
某些实施方式可包括以下优点中的一或多个。在抛光基板上相邻导电层的堆栈时，可使用原位实时轮廓控制系统。此系统可以检测到堆栈中底层导电层的暴露，并将此用作更改轮廓控制系统操作的触发器，以考虑到不同层。可改善晶片内抛光均匀性。
在附图及下面的描述中阐述了一或多个实施方式的细节。其他方面、特征及优点将从说明书及附图、以及权利要求中显而易见。
附图说明
图1A为包括涡流监测系统的化学机械抛光站的示意侧视图、局部剖面图。
图1B为化学机械抛光站的示意俯视图。
图2为用于基于测量信号确定基板厚度的静态公式的示意图。
图3为基板上导电层堆栈的示意剖面图。
图4A为图示基于第一抛光速率对第一抛光参数进行第一调整的示意图。
图4B为检测抛光速率的变化的示意图，此变化指示底层导电层的暴露。
图4C为图示基于第二抛光速率对第一抛光参数进行第二调整的示意图。
图5A为示出检测底层导电层的暴露的实施方式的流程图。
图5B为示出检测底层导电层的暴露的另一实施方式的流程图。
不同附图中的相同组件符号指示相同组件。
具体实施方式
一种抛光设备可以使用一种原位监测系统，例如，涡流监测系统，以检测基板上正被抛光的外层的厚度。在抛光外层期间，此原位监测系统可以确定基板上的层的不同位置的厚度。厚度测量值可用于触发抛光终点和/或实时调整抛光工艺的处理参数。例如，基板承载头可以调整基板的背部上的压力，以增大或降低外层的诸个位置的抛光速率。可调整抛光速率，以便层的诸个位置在抛光之后基本上具有相同厚度。CMP系统可调整抛光速率，以便层的诸个位置的抛光几乎在同时结束。可将此类轮廓控制称为实时轮廓控制(realtime profile control；RTPC)。
对于一些器件的制造，待抛光的基板可以包括具有不同组成的多个导电层的堆栈。各个层可具有不同导电率，和/或响应于给定施加电压的不同抛光速率。当在单个抛光工艺中连续地抛光穿透基板上多个导电层时，晶片内不均匀性(within-wafer non-uniformity；WIWNU)仍然是个挑战。然而，原位实时轮廓控制系统可以解决这个问题。特别地，当抛光工艺去除外导电层并暴露底层导电层时，监测系统可检测到抛光过渡，例如，通过检测所测量特征的变化速率的变化来检测到抛光过渡。此举可以触发原位实时轮廓控制系统的更改，从而导致改善的抛光均匀性。
图1A及图1B图示抛光设备100的示例。抛光设备100包括抛光垫110安置于其上的可旋转盘形压板120。压板可操作以绕轴125旋转。例如，电机121可以转动驱动轴124以旋转压板120。抛光垫110可以是具有外抛光层112及较软背衬层114的双层抛光垫。
抛光设备100可以包括端口130，以将诸如浆料的抛光液132施配在抛光垫110上。抛光设备还可包括抛光垫调节器，用于研磨抛光垫110以将抛光垫110保持在一致的研磨状态。
抛光设备100包括至少一个承载头140。承载头140可操作以将基板10固持抵靠抛光垫110。承载头140可以独立控制与每个相应基板相关联的抛光参数，例如压力。
特别地，承载头140可以包括挡圈142，用于将基板10保持在柔性膜144下方。承载头140亦包括由膜限定的多个可独立控制的可加压腔室，例如，三个腔室146a-146c，其可将可独立控制的压力施加在柔性膜144上的相关区及因而施加在基板10上。尽管图1中仅图示了三个腔室，但为了便于说明，可以有一个或两个腔室，或四个或更多个腔室，例如，五个腔室。
承载头140悬挂在支撑结构150上，例如转盘或轨道，并通过驱动轴152连接到承载头旋转电机154，以便承载头可以绕轴155旋转。任选地，承载头140可以横向振荡，例如，在转盘150或轨道上的滑块上横向振荡；或者通过转盘本身的旋转振荡而横向振荡。在操作中，压板绕其中心轴125旋转，以及承载头绕其中心轴155旋转，并横向平移至抛光垫的顶表面上。
尽管仅示出一个承载头140，但可提供更多承载头以固持额外基板，以便可有效地使用抛光垫110的表面积。
抛光设备100亦包括原位监测系统160。原位监测系统160产生随时间变化的值序列，此随时间变化的值序列取决于基板上层的厚度。原位监测系统160包括生成测量值的传感器头；由于基板与传感器头之间的相对运动，将在基板上的不同位置进行测量。
原位监测系统160可以是一种涡流监测系统。涡流监测系统160包括驱动系统及感测系统，此驱动系统诱发基板上导电层中的涡流，且此感测系统通过驱动系统检测在导电层中诱发的涡流。监测系统160包括置于凹槽128中的芯162以随压板旋转，缠绕芯162的一部分的至少一个线圈164，及通过电线168连接至线圈164的驱动及感测电路系统166。芯162及线圈164的组合可提供传感器头。在一些实施方式中，芯162在压板120的顶表面上方突出，例如，突进抛光垫110的底部中的凹槽118中。
驱动及感测电路系统166经配置以将振荡电信号施加至线圈164并测量所得涡流。驱动及感测电路系统以及线圈的配置及位置的各种配置都是可行的，例如，如美国专利第6,924,641号、第7,112,960号及第8,284,560号中，以及美国专利公开第2011-0189925号及第2012-0276661号中所述。驱动及感测电路系统166可位于同一凹槽128中或压板120的不同部分中，或者可位于压板120外并透过旋转电联接器129耦接至压板中的部件。
在操作中，驱动及感测电路系统166驱动线圈164以生成振荡磁场。至少一部分磁场延伸穿过抛光垫110并进入基板10中。若基板10上存在导电层，则振荡磁场在此导电层中生成涡流。涡流致使导电层充当耦接至驱动及感测电路系统166的阻抗源。随着导电层的厚度变化，阻抗变化，并且这可由驱动及感测电路系统166来检测到。
替代地或另外地，可用作反射仪或干涉仪的光学监测系统，可固定至凹槽128中的压板120。若使用两个系统，则光学监测系统和涡流监测系统可监测基板的相同部分。
CMP设备100亦可包括位置传感器180，诸如光学断续器，以感测芯162何时位于基板10之下。例如，光学断续器可安装在与承载头140相对的固定点处。旗标182附着于压板的周边。选择旗标182的附着点及长度，使得此旗标在芯162扫掠基板10下方时中断传感器180的光信号。替代地或另外地，CMP设备可以包括用于确定压板的角位置的编码器。
控制器190，诸如通用可编程数字计算机，从涡流监测系统160接收强度信号。控制器190可包括处理器、存储器、及I/O装置、以及输出装置192(例如监视器)、及输入设备194(例如键盘)。尽管图示为单一装置，但控制器190可在多个装置上包括多个处理器，例如网络连接的或以其他方式分布的计算系统。
信号可透过旋转电联接器129从涡流监测系统160传递至控制器190。或者，电路系统166可通过无线信号与控制器190进行通信。
由于芯162随着压板的每次旋转扫略基板下方，关于导电层厚度的信息被原位且连续实时地累积(一次/压板旋转)。控制器190可经编程以当基板大致覆盖芯162时(由位置传感器确定)从监测系统采样测量值。随着抛光进行，导电层的厚度变化，并且采样的信号随时间变化。随时间变化的采样信号通常包括原始信号值序列。来自监测系统的测量值可在抛光期间显示在输出装置192上，以允许装置的操作者可视地监测抛光操作的进展。
来自涡流监测系统160的信号，例如，原始信号值序列，可被转换成基于时间的特征值(例如厚度值)序列。例如，控制器190可使用相关曲线，此相关曲线使通过原位监测系统160测量的信号与基板10上正被抛光的层的厚度相关联，以生成正被抛光的层的厚度的估计测量值。图2中示出了相关曲线203的示例。在图2描绘的坐标系统中，垂直轴表示从原位监测系统160接收的信号的值，而水平轴表示基板10的层的厚度的值。对于给定信号值，控制器190可以使用相关曲线203以生成对应厚度值。相关曲线203可被认为是“静态”公式，即它预测每个信号值的厚度值，不论传感器头获得信号的时间或位置如何。相关曲线203可由各种函数表示，诸如多项式函数，或与线性插值组合的查找表(look-up table；LUT)。然而，在一些实施方式中，信号可被转换成其他测量值，例如导电率测量值，或者信号本身可用作特征值。
回看图1，在操作中，CMP设备100可使用涡流监测系统160及控制器190以测量抛光进展。特别地，涡流监测系统160及控制器190可监测外导电层或底层导电层的厚度，当基板上目标区域中的外导电层的计划厚度满足目标厚度时估计第一终点时间，当底层导电层已经暴露时检测抛光过渡，当基板上目标区域中底层导电层的计划厚度满足目标厚度时估计第二终点时间，在多个调整时间中的一时间处调整控制区上的抛光压力/速率以使目标区及控制区两者的厚度基本上同时达到目标厚度，和/或确定底层停止层何时暴露。检测器逻辑的可行工艺控制、抛光过渡检测及终点标准包括局部最小值或最大值、斜率变化、振幅或斜率的阈值，或它们的组合。
控制器190亦可连接至压力机制以控制由承载头140施加的压力，连接至承载头旋转电机154以控制承载头转速，连接至压板旋转电机121以控制压板转速，或连接至浆料分配系统130以控制供应至抛光垫的浆料组成。另外，计算机190可经编程以将每次扫略基板下方时来自涡流监测系统160的测量值分为多个采样区，以计算每个采样区的径向位置，并将振幅测量值分为多个径向范围，如美国专利第6,399,501号中论述。在将测量值分为多个径向范围之后，关于膜厚度的信息可实时馈入闭环控制器中，以周期性地或连续地更改由承载头施加的抛光压力分布，以便提供改善的抛光均匀性。
图3图示了基板10的示例，其包括晶片313上相邻导电层的堆栈302。层结构311(可包括其他介电层、导电层和/或半导体层)可置于晶片313与导电层堆栈302之间。尽管图示为具有均匀厚度的层沉积在平面上，但此些层可沉积于图案化表面上，并且此些层本身可被图案化。
堆栈302可包括至少两个层——外导电层和相邻底层导电层。然而，堆栈可包括三个、四个或更多个层。例如，在图3中，最外导电层305位于底层导电层307顶部上，而底层导电层307位于另一底层导电层309顶部上。相邻层将具有不同组成及不同导电率。例如，外层可以是铜，及底层可以是钽衬垫层。举另一示例，外层可以是钌，及底层可以是氮化钛衬垫层。举另一示例，外层可以是钨，及底层可以是氮化钛衬垫层。相邻层可具有不同的初始预抛光厚度。例如，最外层305相比于其底层307，可更薄、更厚或相等厚度。对于另一更特殊示例，导电层309可以是
Figure BDA0003806316640000091
厚，而底层311可以是
Figure BDA0003806316640000092
厚。
堆栈中待抛光的最终导电层，例如，底部底层导电层309，可充当基准层以监测抛光工艺，如下文进一步论述。
图4A、图4B及图4C图示原位实时轮廓控制的过程，此原位实时轮廓控制用于抛光基板上相邻导电层的堆栈。参考图4A，过程可例如在时间T0开始，其中抛光外导电层。
抛光工艺由涡流监测系统160监测，且如上文所述，来自涡流监测系统160的信号可基于测量的位置被分为多个区。多个区可包括目标区及控制区。目标区亦可称为第一区域，以及控制区亦可称为第二区域。对于原位实时轮廓控制方法，可存在超过一个控制区，例如，两个至十个控制区。每个区可对应于承载头中可加压腔室中的一个，此承载头控制基板的一部分上的向下力。因而，区的总数可等于承载头中可控腔室的数目，例如，两个至十一个。
对于多个区中的每个区，该个区的信号值序列被转换成相邻导电层堆栈的特征值序列。特征值可表示相邻导电层的堆栈的总厚度，但对不同导电层具有不同导电率的事实没有补偿。特别地，特征值可以使用图2所示的静态相关曲线从信号值计算。静态相关曲线基于基准层的导电率。可选择基准层作为待抛光堆栈中的最后一层，例如基板上相邻导电层的堆栈中的底部层。或者，可选择基准层作为待抛光的堆栈中的另一层，例如第一层、第二层等。然而，如下文论述，相同电阻率的相关曲线用于计算基板上相邻导电层的堆栈的厚度，不论当前正被抛光的层如何。
原位实时轮廓控制算法可针对每个区使用厚度测量值序列以调整一或多个抛光参数，例如，承载头中一或多个腔室中的压力，从而提供改善的抛光均匀性。例如，原位实时轮廓控制算法可经配置以致使每个控制区在终点时间更接近所需厚度(相比于没有此类调整)。
特别地，对于每个区，将一函数拟合至该个区域的特征值序列。此处的示例显示一阶线性函数，例如，线410及412，其在抛光外导电层期间拟合至每个特征值序列。然而，拟合函数不一定必须为线性的，例如，它可以为高阶多项式或指数函数。
如图4A所示，沿着时间轴(水平轴)，已经标记了三个时间点，它们是开始时间T0，压力变化时间TP1，及第一终点时间TE1。对于基板上相邻层堆栈上的外导电层，开始时间T0可以是或可以不是抛光工艺的准确开始时间。它可以是当开始从原位监测系统收集数据时的时间，或可表示用于拟合函数的第一数据。压力变化时间TP1表示当抛光外导电层以试图改善抛光均匀性时控制器调整压力的时间。尽管图4A图示单个压力变化时间TP1，但可具有多次压力调整。例如，压力调整可以固定频率发生，例如，每2-30次压板旋转或每3-30秒发生。
拟合函数(例如，线410及412)的斜率在压力变化时间TP1提供相应区的当前抛光速率。在此上下文中，“抛光速率”应理解为指示特征值的变化速率，例如，它可以但不必表示为厚度测量值的变化速率。当抛光外导电层时，目标区的当前抛光速率k1可用于沿时间轴计划目标区厚度，如第一虚线416所示。第一终点时间TE1被计算作为目标区域的计划厚度达到目标特征值(例如目标厚度H目标)的时间。类似地，控制区的当前抛光速率k3可用于沿时间轴计划控制区厚度，如第二虚线418所示。
图1A中控制器190可基于第三抛光速率k3确定第一终点时间TE1下控制区的计划厚度H控制。假定控制区的计划厚度不等于第一终点时间TE1下目标厚度H目标，则控制器可计算第一期望抛光速率kD1(例如，由虚线414的斜率显示)，以使目标区及控制区基本上同时达到目标厚度。如图3A所示，压力变化时间TP1下的控制区的测量厚度H测量可用于例如根据下式计算期望抛光速率kD1：
Figure BDA0003806316640000101
控制器可调整抛光参数，例如，与控制区相关联的腔室中的压力，以将当前第三抛光速率k3改变至第一期望抛光速率kD1。可使用与每个导电层相关联的普雷斯顿矩阵计算每个腔室146a、146b及146c中腔室压力的调整值，以使控制区的抛光速率达到期望抛光速率。
图4B图示检测抛光期间底层导电层的暴露的示例。过渡时间的检测在时间轴中被标记为TD1。第一区域的厚度曲线中的过渡点在时间TD1处被标记为420。简而言之，由于外层与底层之间的导电率差异，即使物理抛光速率保持恒定，表观抛光速率将会变化。特别地，控制器可经配置以检测表观抛光速率的变化。
在一些实施方式中，如图5A中流程图500所示，检测底层导电层的暴露及抛光开始的步骤可通过以下步骤来执行：透过原位监测系统160获得目标区域处的特征值序列的运行时间窗口(步骤502)；基于时间窗口内的特征值序列的第一部分计算第一试验抛光速率kt1(步骤504)；基于时间窗口内此特征值序列的剩余部分计算第二试验抛光速率kt2(步骤506)；以及通过比较第二试验抛光速率kt2与第一试验抛光速率kt1来确定斜率变化(步骤508)。流程图500中所示的方法可在抛光结束之前实施多次。
一些其他实施方式，如图5B中流程图510所示，包括窗口逻辑，用于检测目标区的抛光速率的偏转点。在此技术中，窗口逻辑用于分析时间窗口内的特征值序列。分析可通过以下步骤来执行：在运行时间窗口中获得特征数据序列(步骤512)，基于外层及底层的信息分配窗口逻辑的退出模式(步骤514)，用退出模式确定窗口逻辑中的斜率变化(步骤516)，以及确定底层导电层的暴露(或抛光过渡)(步骤518)。外层及底层的信息可以是外层的标称速率r1与底层的标称速率r2之间的关系。窗口逻辑的退出模式可通过考虑r1与r2的关系来选择，例如，若r2>r1，则在抛光过渡处抛光斜率增加，因此在窗口逻辑中可选择底部退出模式，对于另一示例，若r2≦r1，则在抛光过渡处抛光斜率减小，因此在窗口逻辑中可选择右退出模式。在开环抛光基板上的每个层的情况下，标称速率r1及r2可利用原位监测系统独立地计算。
每层的r1及r2的标称速率及目标抛光速率k1及k2透过承载头140上预置向下力FD而相关，如下式：
Figure BDA0003806316640000111
而
Figure BDA0003806316640000112
窗口逻辑可具有预定参数，诸如时间窗口及高度窗口。可能需要对窗口逻辑的预定参数进行调整，来反映区域的抛光轮廓的偏转点。窗口逻辑中的窗口数目为至少一个或以上。
任何一种过渡检测方法可用于基板上相邻导电层的堆栈，其中只要存在由于外层与底层的组成不同导致的表观抛光速率的变化，外层与底层的物理抛光速率变得相等。
在检测到目标区的抛光轮廓中的过渡时，在一些实施方式中，第二控制算法可开始控制抛光工艺。在一些实施方式中，第二控制算法执行与第一控制算法相同的操作集合，但使用不同的控制变量值。具有可在第一与第二控制算法之间变化的值的控制变量的示例包括被抛光层的标称抛光速率、用于将抛光控制参数转换成抛光速率(反之亦然)的普雷斯顿矩阵、用于当前抛光步骤的窗口逻辑(例如，窗口逻辑的退出模式)、压力变化频率、压力更新限制、噪声矩阵、速率估计算法、区偏移及增益。
例如，普雷斯顿矩阵可从第一去耦对角矩阵改变至第二去耦对角矩阵，此第一去耦对角矩阵具有沿对角线的第一值集，且此第二去耦对角矩阵具有沿对角线的不同的第二值集。若底层不具有与外层相同的压力响应，则此举将为适当的。例如，若底层为较硬物质，则此底层可以对压力变化响应较小，所以在普雷斯顿矩阵中可能需要较大值来考虑到提供期望压力所需的压力变化。举另一示例，普雷斯顿矩阵可从去耦对角矩阵变化至非对角的耦合矩阵。
举另一示例，腔室压力的调整频率可增加或减小。若底层比外层需要更多或更少时间来抛光，则此举将为适当的。例如，若预期底层相比于外层抛光时间更短，则可增加腔室压力的调整频率，以确保有控制区足够次数的压力更改以可靠地匹配目标区厚度。
举另一示例，窗口逻辑的退出模式可从右侧退出模式改变至底部退出模式，或反之亦然。例如，若另外底层暴露时的表观抛光速率较高，则窗口逻辑的退出模式可改变为底部退出模式。若另外底层暴露时的表观抛光速率较低，则窗口逻辑的退出模式可改变为右侧退出模式。
压力更新限制指在每次压力变化时允许承载头中的压力变化的最大量。让控制器限制压力变化可防止过度校正及人工诱发的抛光速率振荡。若底层比外层需要更多或更少时间来抛光，则更改压力更新限制将为适当的。例如，若预期底层相比于外层抛光时间更短，则可增加压力更新限制，以确保在发生的修改次数较少的情况下，控制区的压力将变化足够大以可靠地匹配目标区厚度。
速率估计算法指用于计算抛光速率的特定函数。特别地，在计算抛光速率中，控制器通常使用运行窗口，例如，一定数目的最近特征值。若抛光底层期间生成的信号相比于抛光外层期间生成的信号具有更多或更少噪声，则改变运行窗口的大小，例如，用于计算抛光速率的最近特征值的数目，将为适当的。例如，若抛光底层期间生成的信号较嘈杂，则可增加运行窗口的大小以提供更长的平均时间。
在一些实施方式中，第二控制算法开始收集特征值，计算目标区的抛光速率，并且早在抛光工艺在外导电层中开始时(例如，T0时)计划终点时间。然而，第二控制算法独立于第一控制算法工作，并且控制器实际上并不将当前抛光工艺的控制从第一控制算法传递至第二控制算法，直到抛光过渡(例如，在TD1)被检测到加上睡眠时间Ts。睡眠时间Ts可以是一秒或更多秒的分数。同时且独立地运行两种控制算法的方法可确保检测到抛光过渡时的无缝控制过渡，因为控制算法需要一些时间来计算抛光时当前层的目标抛光速率。
图4C图示当抛光基板上底层导电层时的多个压力控制方法。类似地，此处示例示出一阶线性函数，例如，线422及424，其拟合至抛光底层导电层期间的每个特征值序列。拟合函数不一定为线性的，如图4A较早地图示。
如图4C中所示，沿时间轴标记另一压力变化时间TP2及第二终点时间TE2。压力变化时间TP2表示当抛光底层导电层以试图改善抛光均匀性时控制器调整压力的时间。尽管图4C图示单个压力变化时间TP2，但可具有多次压力调整。例如，压力调整可按固定频率发生，例如，每2-30次压板旋转或每3-30秒发生。
拟合函数(例如，线422及424)的斜率在压力变化时间TP2对相应区提供当前抛光速率。当抛光底层时，目标区的当前抛光速率k2可用于沿时间轴计划目标区厚度，如第一虚线428所示。第二终点时间TE2被计算作为目标区域的计划厚度达到目标特征值(例如目标厚度H目标)的时间。类似地，控制区的当前抛光速率k4可用于沿时间轴计划控制区厚度，如第二虚线430所示。
类似地，如图4A中描述，图1A中控制器190可基于第四抛光速率k4确定第二终点时间TE2下控制区的计划抛光厚度H控制。假定控制区不等于第二终点时间TE2下目标厚度H目标，则控制器可计算第二期望抛光速率kD2(例如，由黑色虚线426的斜率显示)，以使目标区及控制区基本上同时达到目标厚度。压力变化时间TP2下的控制区的测量厚度H测量，如图3C所示，可用于根据下式计算期望抛光速率kD2：
Figure BDA0003806316640000141
控制器可调整抛光参数，例如，与控制区相关联的腔室中的压力，以将当前第四抛光速率k4改变至第二期望抛光速率kD2。为了使控制区的抛光速率达到期望抛光速率，每个腔室146a、146b及146c中腔室压力的调整可使用与每个导电层相关联的普雷斯顿矩阵来计算。
本说明书中描述的控制器190及其功能操作(诸如原位实时轮廓控制算法)可被实现在数字电子电路系统中、在有形体现的计算机软件或固件中、在计算机硬件中，包括本说明书中公开的结构及其结构等效物，或它们中一或多者的组合。本说明书中描述的主题的实施例可实现为一或多个计算机程序，即编码在有形非暂时性存储介质上的计算机程序指令的一或多个模块，用于由数据处理设备执行或控制数据处理设备的操作。替代地或另外地，程序指令可被编码在人工生成的传播信号上，例如计算机生成的电信号、光信号或电磁信号，其被生成以对信息进行编码，用于传输至适宜的接收器设备以供数据处理设备执行。计算机存储介质可以是计算机可读存储装置、计算机可读存储基板、随机或串行存取存储器装置、或它们中一或多者的组合。
术语“数据处理设备”指数据处理硬件并包括用于处理数据的所有种类的设备、装置及机器，包括例如可编程数字处理器、数字计算机、或多个数字处理器或计算机。设备亦可以是或进一步包括专用逻辑电路系统，例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。除硬件外，设备可任选地包括产生计算机程序的执行环境的代码，例如组成处理器固件、协议堆栈、数据库管理系统、操作系统、或它们中一或多者的组合的代码。
计算机程序，亦可称为或描述为程序、软件、软件应用、模块、软件模块、脚本、或代码，可用任何形式的编程语言，包括编译或解释语言，或说明性或程序语言写成，并且其可以任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、部件、子例程、或适于在计算机环境中使用的其他单元。计算机程序可以，但不一定对应于文件系统中的文件。程序可以存储在包含其他程序或数据的文件中的一部分中，例如，存储在标记语言文档中的一或多个脚本；存储在专用于相关程序中的单个文件；或存储在多个并列文件中，例如存储一或多个模块、子程序或代码部分的文件。计算机程序可经部署在一个计算机上执行，或在位于一个位点或分布在多个位点并由数据通信网络互连的多个计算机上执行。
本说明书中描述的工艺及逻辑流程可由一或多台可编程计算机来执行，可编程计算机执行一或多个计算机程序以通过对输入数据进行操作及生成输出来执行功能。工艺及逻辑流程亦可通过专用逻辑电路系统，例如FPGA(现场可编程门阵列)及ASIC(专用集成电路)来执行，以及设备亦可实现为此类特定用途逻辑电路系统，例如FPGA(现场可编程门阵列)及ASIC(专用集成电路)。一或多台计算机经“配置以”执行特定操作或动作的系统意味着系统已在其上安装了软件、固件、硬件或其组合，这些软件、固件、硬件或它们的组合在运行中会导致系统执行操作或动作。对于经配置以执行特定操作或动作的一或多个计算机程序，意味着此一或多个程序包括当由数据处理装置执行时使设备执行此些操作或动作的指令。
适于执行计算机程序的计算机包括，例如，可基于通用或专用微处理器或两者，或任何其他种类的中央处理单元。大体上，中央处理单元将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令及数据。计算机的基本组件为用于执行或执行指令的中央处理单元及用于存储指令及数据的一或多个存储器装置。大体上，计算机亦将包括，或可操作地耦接，以从一或多个用于存储数据的大容量存储装置(例如，磁盘、磁光盘，或光盘)接收数据，或将数据传送至这些装置。然而，计算机不需要具有此类装置。此外，计算机可嵌入另一装置中，例如移动电话、个人数字助理(personal digital assistant；PDA)、移动音频或视频播放器、游戏机、全球定位系统(Global Positioning System；GPS)接收器、或便携式存储装置，例如通用串行总线(universal serial bus；USB)快闪驱动器，仅举数例。
适于存储计算机程序指令及数据的计算机可读介质包括所有形式的非易失性存储器、介质及存储器装置，包括例如半导体存储器装置，例如EPROM、EEPROM、及闪存装置；磁盘，例如内部硬盘或可移除盘；磁光盘；以及CD ROM及DVD-ROM盘。处理器及存储器可通过专用逻辑电路系统来补充，或并入专用逻辑电路系统中。
本说明书中描述的各种系统及工艺，或其部分的控制可以在计算机程序产品中实现，此计算机程序产品包括存储在一或多个非暂时性计算机可读存储介质上并且可在此一或多个处理装置上执行的指令。本说明书中描述的系统或其部分可以实现为设备、方法或电子系统，其可以包括一或多个处理装置及存储器以存储可执行指令以执行本说明书中描述的操作。
当部件(例如，控制器、电路等)被描述或主张为“经配置以”执行任务时，这指示此部件包括结构(例如，处理器及其中具有编码指令的非暂时性计算机可读介质，ASIC装置、电路系统硬件等)，此结构在操作期间执行该个任务，而不仅仅此部件可经修改(例如，经编程)以执行此任务。认为此部件可经配置以即使此指定部件当前尚未运行(例如，未接通)时也执行此任务。
已经描述了本发明的多个实施例。然而，应当理解，在不脱离本发明的精神及范围的情况下可以进行各种修改。
例如，监测系统可用于各种抛光系统。抛光垫、或承载头中任一者，或两者可移动以在抛光表面与基板之间提供相对运动。抛光垫可以是固定至压板的圆形(或一些其他形状)的垫，在电源与卷取辊之间延伸的带，或传动皮带。抛光垫可以附着在压板上，在抛光操作期间在压板上方递增前进，或在抛光期间在压板上方连续地驱动。在抛光期间垫可固定至压板，或者在抛光期间在压板与抛光垫之间可具有流体轴承。抛光垫可以是标准的(例如，带或不带填料的聚氨脂)粗糙垫、软垫、或固定研磨垫。
尽管上文论述集中在抛光系统，但技术可应用于其他种类的基板处理系统，例如，沉积或蚀刻系统，其包括一种涡流原位监测系统。
另外，尽管上文论述集中在将控制区驱动至同一厚度，但每个区可具有单独的目标厚度。另外，系统可经配置以具有预定的期望终点时间，并在期望终点时间将每个区驱动至其目标厚度，而不是具有目标区及一或多个控制区(所以每个区实际上为控制区)。
因此，其他实施例在以下权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种计算机程序产品，包括用指令编码的非暂时性计算机可读介质，所述指令用于使一或多个处理器实施一种控制抛光的方法，所述方法包括以下步骤：
在抛光基板期间，从原位涡流监测系统接收所述基板的第一区域的第一特征值序列，所述第一特征值序列取决于所述基板上导电层的堆栈中的导电层的厚度和导电率；
从所述第一特征值序列计算第一抛光速率；
基于所述第一抛光速率计算对第一抛光参数的第一调整；
检测所述抛光速率的第一变化，所述第一变化满足至少一个第一预定标准，所述至少一个第一预定标准指示所述堆栈中底层导电层的暴露；
在抛光所述基板期间，从所述原位涡流监测系统接收所述基板的所述第一区域的第二特征值序列，所述第二特征值序列取决于所述堆栈中剩余导电层的厚度和导电率；
从所述第二特征值序列计算第二抛光速率；以及
基于所述第二抛光速率计算对所述第一抛光参数的第二调整。
2.如权利要求1所述的计算机程序产品，其中用于计算对所述第一抛光参数的所述第一调整的所述指令包括基于所述第一抛光速率计算所述第一区域达到目标值的第一计划时间的指令，以及用于计算对所述第一抛光参数的所述第二调整的所述指令包括基于所述第二抛光速率计算所述第一区域达到所述目标值的第二计划时间的指令。
3.如权利要求2所述的计算机程序产品，包括用于以下操作的指令：在抛光期间从所述原位涡流系统接收所述基板的第二区域的第三特征值序列，从所述第三特征值序列计算第三抛光速率，在抛光期间从所述原位涡流系统接收所述基板的所述第二区域的第四特征值序列，以及从所述第四特征值序列计算第四抛光速率。
4.如权利要求3所述的计算机程序产品，其中用于计算对所述第一抛光参数的所述第一调整的所述指令包括用于如下操作的指令：基于所述第一抛光速率及所述第三抛光速率计算所述第二区域的第一期望抛光速率以使所述第一区域与所述第二区域基本上同时达到所述目标值；以及用于计算对所述第一抛光参数的所述第二调整的所述指令包括用于如下操作的指令：基于所述第二抛光速率及所述第四抛光速率计算所述第二区域的第二期望抛光速率以使所述第一区域与所述第二区域基本上同时达到所述目标值。
5.如权利要求1所述的计算机程序产品，包括用于如下操作的指令：在第一频率下检测到所述抛光速率的所述变化之前迭代所述第一抛光速率的计算和对所述第一抛光参数的所述第一调整的计算；且包括用于如下操作的指令：在第二频率下检测到所述抛光速率的所述变化之后迭代所述第二抛光速率的计算和对所述第一抛光参数的所述第二调整的计算。
6.如权利要求5所述的计算机程序产品，其中所述第一频率不同于所述第二频率。
7.如权利要求1所述的计算机程序产品，其中用于计算对所述第一抛光参数的所述第一调整的所述指令使用第一普雷斯顿矩阵，且其中用于计算对所述第二抛光参数的所述第二调整的所述指令使用第二普雷斯顿矩阵。
8.如权利要求7所述的计算机程序产品，其中对于所述第一普雷斯顿矩阵和第二普雷斯顿矩阵中相同行和列中的至少一个元素，所述第一普雷斯顿矩阵和第二普雷斯顿矩阵包括不同值。
9.如权利要求1所述的计算机程序产品，包括用于如下操作的指令：在检测到所述抛光速率的所述第一变化之后，检测所述抛光速率的第二变化，所述第二变化满足至少一个第二预定标准，所述至少一个第二预定标准指示所述底层导电层下方的另外层的暴露。
10.如权利要求9所述的计算机程序产品，其中所述至少一个第一预定标准及所述至少一个第二预定标准为不同的标准。
11.如权利要求1所述的计算机程序产品，其中用于从所述第一特征值序列计算所述第一抛光速率的所述指令基于相邻导电层的所述堆栈中的层的电阻率来使用相关曲线。
12.一种计算机程序产品，包括用指令编码的非暂时性计算机可读介质，所述指令用于使一或多个处理器实施一种控制抛光的方法，所述方法包括以下步骤：
从原位涡流监测系统接收正被抛光的基板的特征值序列；
在抛光所述基板期间从所述特征值序列重复地计算抛光速率；
对于初始时段，使用第一控制算法基于当前抛光速率计算对一或多个抛光参数的一或多次调整；
检测所述抛光速率的变化，所述变化满足至少一个第一预定标准，所述至少一个第一预定标准指示所述正被抛光的基板上相邻导电层的堆栈中底层导电层的暴露；以及
对于检测到所述抛光速率的所述变化之后的后续时段，使用不同的第二控制算法基于所述抛光速率计算对一或多个抛光参数的一或多次调整。
13.如权利要求12所述的计算机程序产品，其中用于重复地计算所述抛光速率的所述指令在所述初始时段及所述后续时段期间基于相邻导电层的所述堆栈中的相同层的电阻率来使用相关曲线。
14.一种计算机程序产品，包括用指令编码的非暂时性计算机可读介质，所述指令用于使一或多个处理器实施一种控制抛光的方法，所述方法包括以下步骤：
在抛光基板期间，从原位监测系统接收所述基板的特征值序列；
对控制器执行轮廓控制算法的多个实例，所述多个实例包括具有控制参数的不同值的第一实例及第二实例，其中所述轮廓控制算法的所述第一实例在初始时段期间接收所述特征值序列，以及所述轮廓控制算法的所述第二实例在所述初始时段及后续时段期间接收所述特征值序列；
对于所述初始时段，使用所述轮廓控制算法的所述第一实例基于在所述初始时段期间接收到的所述特征值序列控制一或多个抛光参数；
基于来自所述原位监测系统的所述特征值序列检测底层的暴露；以及
对于检测到所述底层的暴露之后的所述后续时段，使用所述轮廓控制算法的所述第二实例基于在所述初始时段及所述后续时段期间接收到的所述特征值序列控制一或多个抛光参数。
15.一种抛光系统，包括：
压板，用于支撑抛光垫；
承载头，用于固持基板；
电机，用于在所述压板与所述承载头之间产生相对运动；
原位涡流监测系统，用于在抛光所述基板期间监测所述基板；以及
控制器，经配置以：
在抛光所述基板期间从所述原位涡流监测系统接收所述基板的第一区域的第一特征值序列，所述第一特征值序列取决于所述基板上导电层的堆栈中的导电层的厚度和导电率；
从所述第一特征值序列计算第一抛光速率；
基于所述第一抛光速率计算对第一抛光参数的第一调整；
检测所述抛光速率的第一变化，所述第一变化满足至少一个第一预定标准，所述至少一个第一预定标准指示所述堆栈中底层导电层的暴露；
在抛光所述基板期间，从所述原位涡流监测系统接收所述基板的所述第一区域的第二特征值序列，所述第二特征值序列取决于所述堆栈中剩余导电层的厚度及导电率；
从所述第二特征值序列计算第二抛光速率；以及
基于所述第二抛光速率计算对所述第一抛光参数的第二调整。
16.一种抛光系统，包括：
压板，用于支撑抛光垫；
承载头，用于固持基板；
电机，用于在所述压板与所述承载头之间产生相对运动；
原位涡流监测系统，用于在抛光所述基板期间监测所述基板；以及
控制器，经配置以：
从所述原位涡流监测系统接收正被抛光的基板的特征值序列；
在抛光所述基板期间从所述特征值序列重复地计算抛光速率；
对于初始时段，使用第一控制算法基于当前抛光速率计算对一或多个抛光参数的一或多次调整；
检测所述抛光速率的变化，所述变化满足至少一个第一预定标准，所述至少一个第一预定标准指示所述正被抛光的基板上相邻导电层的堆栈中底层导电层的暴露；以及
对于检测到所述抛光速率的所述变化之后的后续时段，使用不同的第二控制算法基于所述抛光速率计算对一或多个抛光参数的一或多次调整。
17.一种抛光系统，包括：
压板，用于支撑抛光垫；
承载头，用于固持基板；
电机，用于在所述压板与所述承载头之间产生相对运动；
原位涡流监测系统，用于在抛光所述基板期间监测所述基板；以及
控制器，经配置以：
在抛光所述基板期间，从所述原位监测系统接收所述基板的特征值序列；
对控制器执行轮廓控制算法的多个实例，所述多个实例包括具有控制参数的不同值的第一实例及第二实例，其中所述轮廓控制算法的所述第一实例在初始时段期间接收所述特征值序列，以及所述轮廓控制算法的所述第二实例在所述初始时段及后续时段期间接收所述特征值序列；
对于所述初始时段，使用所述轮廓控制算法的所述第一实例基于在所述初始时段期间接收到的所述特征值序列控制一或多个抛光参数；
基于来自所述原位监测系统的所述特征值序列检测底层的暴露；以及
对于检测到所述底层的暴露之后的所述后续时段，使用所述轮廓控制算法的所述第二实例基于在所述初始时段及所述后续时段期间接收到的所述特征值序列控制一或多个抛光参数。
18.一种控制抛光的方法，包括以下步骤：
抛光基板上相邻导电层的堆栈，相邻导电层的所述堆栈包括外导电层及底层导电层；
在抛光期间，用原位涡流监测系统测量所述基板的第一区域的第一特征值序列，所述特征值取决于所述堆栈中所述导电层的厚度和导电率，包括在所述第一区域中经历抛光的所述外导电层的厚度；
从所述第一特征值序列计算第一抛光速率；
基于所述第一抛光速率计算对第一抛光参数的第一调整；
检测所述抛光速率的第一变化，所述第一变化满足至少一个第一预定标准，所述至少一个第一预定标准指示所述底层导电层的暴露；
在检测到所述抛光速率的所述变化时，在抛光期间用所述原位涡流系统测量所述基板的所述第一区域的第二特征值序列，所述第二特征值序列取决于所述堆栈中剩余导电层的厚度和导电率，包括经历抛光的所述底层导电层的厚度；
从所述第二特征值序列计算第二抛光速率；以及
基于所述第二抛光速率计算对所述第一抛光参数的第二调整。
19.一种控制抛光的方法，包括以下步骤：
抛光基板上相邻导电层的堆栈，相邻导电层的所述堆栈包括外导电层及底层导电层；
在抛光期间用原位涡流监测系统测量所述基板的特征值序列；
在抛光期间，从所述特征值序列重复地计算抛光速率；
对于初始时段，使用第一控制算法基于当前抛光速率计算对一或多个抛光参数的一或多次调整；
检测所述抛光速率的变化，所述变化满足至少一个第一预定标准，所述至少一个第一预定标准指示所述底层导电层的暴露；以及
对于在检测到所述抛光速率的所述变化之后的后续时段，使用不同的第二控制算法基于所述抛光速率计算对一或多个抛光参数的一或多次调整。
20.一种控制抛光的方法，包括以下步骤：
抛光基板上相邻层的堆栈，相邻层的所述堆栈包括外层及底层；
在抛光期间用原位监测系统测量所述基板的特征值序列；
对控制器执行轮廓控制算法的多个实例，所述多个实例包括具有控制参数的不同值的第一实例及第二实例，其中所述轮廓控制算法的所述第一实例在初始时段期间接收所述特征值序列，以及所述轮廓控制算法的所述第二实例在所述初始时段及后续时段期间接收所述特征值序列；
对于所述初始时段，使用所述轮廓控制算法的所述第一实例基于在所述初始时段期间接收到的所述特征值序列控制一或多个抛光参数；
基于来自所述原位监测系统的所述特征值序列检测所述底层的暴露；以及
对于检测到所述底层的暴露之后的所述后续时段，使用所述轮廓控制算法的所述第二实例基于在所述初始时段及所述后续时段期间接收到的所述特征值序列控制一或多个抛光参数。
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