CN115943016A - 在化学机械抛光期间检测不合格衬底处理事件的方法 - Google Patents

在化学机械抛光期间检测不合格衬底处理事件的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115943016A
CN115943016A CN202180047838.4A CN202180047838A CN115943016A CN 115943016 A CN115943016 A CN 115943016A CN 202180047838 A CN202180047838 A CN 202180047838A CN 115943016 A CN115943016 A CN 115943016A
Authority
CN
China
Prior art keywords
polishing pad
substrate
polishing
change
pad temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202180047838.4A
Other languages
English (en)
Inventor
吴正勋
布尚·阿施施
杰米·斯图尔特·莱顿
约翰·安东尼·加西亚
史蒂芬·托马斯·科米耶
尼克·约瑟夫·杰克逊
马诺伊·巴拉库马尔
南德基绍尔·帕特达尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Applied Materials Inc
Original Assignee
Applied Materials Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Applied Materials Inc filed Critical Applied Materials Inc
Publication of CN115943016A publication Critical patent/CN115943016A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/005—Control means for lapping machines or devices
    • B24B37/015—Temperature control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/005—Control means for lapping machines or devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/005—Control means for lapping machines or devices
    • B24B37/013—Devices or means for detecting lapping completion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B24B37/042—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces operating processes therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/14—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation taking regard of the temperature during grinding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/16—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation taking regard of the load

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)

Abstract

本公开内容的实施方式一般涉及在电子装置的制造中使用的化学机械抛光系统(CMP)系统和处理。尤其是，本文的实施方式涉及在抛光处理期间检测不合格衬底处理事件的方法。在一个实施方式中，一种处理抛光系统上的衬底的方法包括以下步骤：在存在抛光流体的情况下促使碳化硅衬底的表面抵靠抛光垫，使用位于工作台上方的温度传感器来确定抛光垫的温度，监测抛光垫的温度，并且如果抛光垫温度的改变达到阈值，则使用抛光系统的控制器来启动响应。

Description

在化学机械抛光期间检测不合格衬底处理事件的方法
背景
技术领域
本文描述的实施方式一般涉及在电子装置的制造中使用的化学机械抛光(CMP)系统和处理。尤其是，本文的实施方式涉及在抛光处理期间检测不合格(non-conforming)衬底处理事件(event)的方法。
背景技术
化学机械抛光(CMP)通常在半导体装置的制造中使用以平坦化或抛光沉积在晶体硅(Si)衬底表面上的材料层。在典型的CMP处理中，衬底被保持在衬底载体中，该载体在有抛光流体在场的情况下将衬底的背侧压向旋转的抛光垫。通常，抛光流体包含一种或多种化学成分的水溶液和悬浮在该水溶液中的纳米级磨料颗粒。通过由抛光流体和衬底与抛光垫的相对运动提供的化学和机械活动的组合，在与抛光垫接触的衬底的整个材料层表面上移除材料。
CMP也可用在碳化硅(SiC)衬底的制备中，由于碳化硅(SiC)衬底的独特的电和热性质，在先进的高功率和高频半导体装置应用中提供优于Si衬底的效能。例如，CMP可用于平坦化和移除由在SiC衬底的生产中使用的先前研磨(grinding)和/或精磨(lapping)操作引起的次表面(sub-surface)损伤，并准备用于随后在上面外延SiC生长的SiC衬底。典型的研磨和/或精磨操作使用磨料颗粒，例如金刚石、氮化硼或碳化硼，它们比SiC表面更硬，以便由此达到合理的SiC材料移除率。然而，SiC的CMP通常施用具有与SiC大约相同或更低硬度的磨料颗粒，以便不对SiC衬底表面造成进一步损坏。典型的SiC CMP处理中使用的磨料颗粒硬度相对较低，以及SiC材料通常具有化学惰性，这样的一个结果就是：当与在典型的半导体装置制造处理中材料层(例如，介电或金属层)的CMP相比时，SiC衬底的CMP是非常缓慢的处理，这种非常缓慢的处理需要非常长的生产周期(cycle time)。
一旦抛光完成，可从抛光系统移除SiC衬底以用于CMP后清洁，然后用于CMP后测量操作，例如，利用独立运作的(stand-alone)非接触干涉测量系统，这些操作可用于监测CMP处理的效能。不幸的是，与SiC衬底CMP处理相关联的相对长的生产周期，与对CMP系统效能的实时监测的缺乏组合，经常导致使用CMP后测量来检测不合格处理事件的延迟。检测不合格处理事件的长延迟可导致不期望的返工或随后处理的衬底的损失及与此相关联的衬底处理成本上的相应增加。
据此，本领域中需要的是检测和同时响应于CMP处理中的不合格衬底处理事件的方法。
发明内容
本公开内容的实施方式一般涉及在电子装置的制造中使用的化学机械抛光系统(CMP)系统和处理。尤其是，本文的实施方式涉及在抛光处理期间检测不合格衬底处理事件的方法。
在一个实施方式中，提供一种处理衬底的方法。该方法包括以下步骤：促使衬底的表面抵靠抛光垫。这里，抛光垫设置于旋转工作台(platen)上并且该衬底设置于衬底载体中。促使该衬底的该表面抵靠该抛光垫的步骤包括以下步骤：旋转该衬底载体，同时在该衬底上施加向下的力。该方法进一步包括以下步骤：从温度传感器接收抛光垫温度信息。该温度传感器被定位成用以在接近该衬底载体的后缘(trailing edge)的位置处测量抛光垫温度。该方法进一步包括以下步骤：使用抛光垫温度信息来确定该抛光垫温度随时间的变化率；将该抛光垫温度的该变化率与预定的控制极限值(control limit)进行比较；和将失控事件(out-of-control event)传达给用户。这里，该失控事件包括等于该预定的控制极限值或在该预定的控制极限值之外的该抛光垫温度的变化率。
在另一实施方式中，提供一种抛光衬底的方法。该方法包括以下步骤：促使设置于衬底载体中的衬底的表面抵靠设置于旋转工作台上的抛光垫。促使该衬底的该表面抵靠该抛光垫的步骤包括以下步骤：旋转该衬底载体，同时在该衬底上施加向下的力。该方法进一步包括以下步骤：从一个或多个马达扭矩传感器接收马达扭矩信息。该一个或多个马达扭矩传感器被定位成用以测量工作台马达和/或衬底载体马达扭矩。该方法进一步包括以下步骤：使用来自该一个或多个马达扭矩传感器的该马达扭矩信息来确定该马达扭矩信息随时间的变化率；将该马达扭矩信息的该变化率与预定的控制极限值进行比较；和将失控事件传达给用户。这里，该失控事件包括等于该预定的控制极限值或在该预定的控制极限值之外的该马达扭矩信息的变化率。
在另一实施方式中，提供一种抛光系统。该抛光系统包括：可旋转的工作台；衬底载体，该衬底载体设置于该可旋转的工作台之上并且面向该可旋转的工作台；和温度传感器，该温度传感器设置于该可旋转的工作台之上。这里，该温度传感器被定位成用以在接近该衬底载体的后缘的位置处测量抛光垫温度。该抛光系统进一步包括计算机可读介质，该计算机可读介质具有储存于该计算机可读介质上的指令以用于一种衬底处理方法。该方法包括以下步骤：促使衬底的表面抵靠抛光垫；从该温度传感器接收抛光垫温度信息；使用该抛光垫温度信息来确定该抛光垫温度随时间的变化率；将该抛光垫温度的该变化率与预定的控制极限值进行比较；和将失控事件传达给用户。这里，该失控事件包括等于该预定的控制极限值或在该预定的控制极限值之外的该抛光垫温度的变化率。通常，该抛光垫设置于该可旋转的工作台上，该衬底设置于该衬底载体中，并且促使该衬底的该表面抵靠该抛光垫的步骤包括以下步骤：旋转该工作台和该衬底载体，同时在该衬底上施加向下的力。
附图说明
为了能够详细地理解本公开内容的上述特征的方式，可通过参考实施方式获得对以上简要概述的本公开内容的更特定的描述，其中一些实施方式图示于附图中。然而，应注意的是，附图仅图示了本公开内容的典型实施方式，因此不应被视为是对本公开内容的范围的限制，因为本公开内容可允许其他等效的实施方式。
图1A是根据一个实施方式的示例性抛光站(polishing station)的示意性侧视图，该抛光站可用于实践本文阐述的方法。
图1B是根据一个实施方式的多站抛光(multi-station polishing)系统的示意性平面视图，该多站抛光系统可用于实践本文阐述的方法。
图1C是根据一个实施方式描述监测用于不合格衬底处理事件的抛光处理并对此做出响应的方法的图。
图2A至2B是随着时间的抛光垫温度的改变的示意代表图，可用于说明图1C中描述的方法的各方面。
图3A是根据另一实施方式描述监测用于不合格衬底处理事件的抛光处理并对此做出响应的方法的图。
图3B至3C是随着时间的工作台马达扭矩信息的改变的示意代表图，可用于说明图3A中描述的方法的各方面。
为了便于理解，尽可能地使用相同的参考数字来表示各图共有的相同元件。可预期的是，一个实施方式的元件和特征可有益地并入其他实施方式中，而无需进一步叙述。
具体实施方式
本公开内容的实施方式一般涉及在电子装置的制造中使用的化学机械抛光系统(CMP)系统和处理。尤其是，本文的实施方式涉及在晶体碳化硅(SiC)衬底的CMP处理期间检测不合格衬底处理事件的方法。
图1A是根据一个实施方式的抛光站100的示意性侧视图，可用于实践本文阐述的方法。图1B是包括多个抛光站100的多站抛光系统101的示意性平面视图，其中抛光站100a至100c每一个实质类似于图1A中描述的抛光站100。在图1B中，未在多个抛光站100上展示关于图1A中描述的抛光站100的至少一些部件，以便减少视觉混乱。
如图1A中所示，抛光站100包括工作台102、耦接到工作台102的第一致动器104、设置在工作台102上并且固定到工作台102的抛光垫106、设置在抛光垫106之上的流体输送臂108、衬底载体110(以横截面展示)和垫调节器组件112。这里，衬底载体110从衬底搬运托架(handling carriage)115(图1B)的托架臂113悬挂下来，使得衬底载体110设置在抛光垫106之上且面向抛光垫106。衬底搬运托架115用于在衬底装载站103之间和/或在多站抛光系统101的抛光站100之间移动衬底载体110，由此移动夹在其中的衬底122。在本文的实施方式中，抛光站100的各个抛光站进一步包括一个或多个传感器(例如，114、116和118)，所述传感器可用于监测各种对应的处理参数并且有利于本文阐述的方法。
在衬底抛光期间，第一致动器104用于使工作台102绕着工作台轴A旋转，并且衬底载体110设置在工作台102上方且面向工作台102。衬底载体110用以促使设置于其中的衬底122的待抛光表面抵靠抛光垫106的抛光表面，同时绕着载体轴B旋转。在由流体输送臂108提供的抛光流体存在的情况下，促使衬底122抵靠抛光垫106。通常，旋转衬底载体110在工作台102的内半径和外半径之间振荡，从而部分地减少抛光垫106的表面的非均匀磨损。这里，使用第二致动器124使衬底载体110旋转并且使用第三致动器126使衬底载体110振荡。
这里，衬底载体110以以下结构为特征：载体头128、耦接到载体头128的载体环130、和沿着载体环130的径向向内设置以提供用于衬底122的装设(mounting)表面的柔性膜132。柔性膜132耦接到载体头128以与载体头128共同界定空间(volume)134。在衬底抛光期间，载体环130环绕衬底122以防止衬底122从衬底载体110滑落。空间134被加压以使柔性膜132在衬底122上施加向下的力，同时衬底载体110旋转，从而促使衬底122抵靠抛光垫106。在抛光之前和之后，对空间134施加真空，使得柔性膜132被转向向上以在柔性膜132和衬底122之间建立低压袋(pocket)，从而将衬底122真空夹(vacuum-chucking)至衬底载体110。
这里，垫调节器组件112包括固定磨料调节盘120，例如，金刚石浸渍(impregnated)盘，固定磨料调节盘120可被促使抵靠抛光垫106以使抛光垫106的表面复原和/或从抛光垫106移除抛光副产物或其他碎屑。在其他实施方式中，垫调节器组件112可包括刷子(未示出)。
在本文的实施方式中，一个或多个传感器包括抛光垫温度传感器114(例如红外(IR)温度传感器)、工作台扭矩传感器116和载体扭矩传感器118中的一个或组合。通常，垫温度传感器114设置在工作台102上方且面向工作台102。垫温度传感器114被定位成用以在工作台102旋转方向上在衬底载体110正后方(亦即，接近衬底载体110的后缘)测量抛光垫温度。在一些实施方式中，垫温度传感器114耦接到托架臂113。
这里，工作台扭矩传感器116耦接到第一致动器104并且载体扭矩传感器118耦接到第二致动器124。在一些实施方式中，工作台扭矩传感器116和载体扭矩传感器118用于监测用来使工作台102和衬底载体110绕着它们各自的轴A、B旋转的马达电流。
这里，由系统控制器136(图1A)来促进多站抛光系统101和/或各个抛光站100的操作。系统控制器136包括可编程中央处理单元(CPU 140)，可与存储器142(例如，非易失性存储器)和支持电路144一起操作。支持电路144按常规耦接到CPU 140并且包括耦接到多站抛光系统101的各种部件的高速缓冲存储器、时钟电路、输入/输出子系统、电源和类似电路、以及上述电路的组合，以便于控制衬底抛光处理。例如，在一些实施方式中，CPU 140是在工业环境中使用的任何形式的通用计算机处理器之一，例如可编程逻辑控制器(PLC)，用于控制各种抛光系统部件和子处理器。耦接到CPU 140的存储器142是非暂态的并且通常是容易获得的存储器之一或多个，诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘驱动器、硬盘或任何其他数字储存形式，本地的或远程的。
这里，存储器142是包含指令的计算机可读存储介质的形式(例如，非易失性存储器)，当由CPU 140执行这些指令时，促进多站抛光系统101的操作。存储器142中的指令是程序产品的形式，诸如实施本公开内容的方法的程序(例如，中间软件应用、设备软件应用等)。程序代码可符合多种不同编程语言中的任何一种。在一个范例中，可将本公开内容实施为储存在计算机可读存储介质上以与计算机系统一起使用的程序产品。程序产品的程序界定了(包括本文描述的方法的)实施方式的功能。
说明性的计算机可读存储介质包括但不限于：(i)不可写入的存储介质(例如，计算机内的只读存储器装置，诸如可由CD-ROM驱动器读取的CD-ROM盘、闪存、ROM芯片、或任何类型的固态非易失性半导体存储器)，在该介质上永久储存信息；和(ii)可写入存储介质(例如，软盘驱动器或硬盘驱动器内的软盘或任何类型的固态随机存取半导体存储器)，在该介质上储存可更改的信息。这样的计算机可读存储介质在载有指示本文所述方法的功能的计算机可读指令时是本公开内容的实施方式。
图1C是图示出使用从垫温度传感器114接收的抛光垫温度信息来检测不合格处理事件的方法150的图。图2A至2B在本文中用于图示方法150的各个方面。
图2A示意性图示了来自用于碳化硅衬底的抛光处理200a的温度分布，其中抛光处理在时间t0开始并在时间t3结束。通常，从时间t0到时间t1，通过增加工作台102和衬底载体110的旋转速度和用于促使衬底122抵靠抛光垫106的向下的力，抛光处理产能提升(rampup)。在时间t1，衬底载体110振荡开始，引起抛光垫温度信息202a的对应振荡。从时间t1到时间t2，抛光垫温度信息202a从初始温度Ti相当快地提高到处理温度Tp，在该处理温度Tp在抛光处理的剩余期间温度可稳定或逐渐提高。温度从Ti到Tp的提高通常是由SiC表面与抛光流体的化学活性成分的放热反应及由抛光垫106和衬底122之间的摩擦所产生的热的组合引起的。
通常，对于给定的一组抛光参数，处理温度Tp将根据任何数量的因素而变化，这些因素诸如是抛光耗材(例如，抛光垫106和/或磨料调节盘120)的寿命、来料碳化硅衬底的表面粗糙度、多工作台抛光处理中的阶段、和/或工作台之间或在单个工作台上抛光的衬底之间的抛光流体流量的变化。在多站抛光系统101中的工作台102之间和/或在单个工作台102上抛光的衬底与衬底之间发生的处理温度Tp的变化，可使处理温度Tp成为用于确定抛光处理是否正常操作的不可靠指标。因此，在本文的实施方式中，方法150通常在抛光处理期间监测抛光垫温度信息202a的变化率206a，以用于指示抛光处理未正常运行，例如，针对不合格的抛光事件，诸如衬底破损。
在活动152处，方法150包括：促使衬底122的表面抵靠抛光垫106。这里，抛光垫106设置在旋转工作台102上并且衬底122设置在衬底载体110中。通常，促使衬底122的表面抵靠抛光垫106包括：旋转衬底载体110，同时在衬底122上施加向下的力。在一些实施方式中，促使衬底122抵靠抛光垫106包括：使衬底载体110在抛光垫106的内半径和外半径之间振荡。通常，使用方法150抛光的SiC衬底的特征在于具有Si面(0001)的第一表面和与第一表面相对的第二表面，第二表面具有C面(0001)。方法150可用于第一表面和第二表面之一或两者的抛光处理和/或可用于多阶段抛光处理的每一抛光阶段。例如，在一些实施方式中，抛光SiC衬底的表面包括多个抛光阶段，使用多个抛光站100中对应的单独抛光站来进行每一阶段。在一些实施方式中，抛光处理在每一抛光站100处实质类似，例如，具有相同类型的抛光垫106、使用相同类型的抛光流体、和/或使用实质类似的抛光参数，诸如抛光向下的力和工作台与载体旋转速度。在其他实施方式中，可不同地构造一个或多个抛光站(例如第三抛光站)，例如具有与其他抛光站100不同类型的抛光垫106和/或使用不同类型的抛光流体。通常，当第三抛光站被与其他抛光站100不同地构造时，它将提供更精细或更不猛烈(aggressive)的抛光处理以减少成品SiC衬底中的次表面损伤。在其他实施方式中，第一表面可包括a面(1120)并且第二表面将因而包括m面(1100)。
在活动154处，方法150包括：从垫温度传感器114接收抛光垫温度信息202a至202b。这里，垫温度传感器114被定位成用以在工作台102旋转方向上在接近衬底载体110的后缘的位置处(即，在衬底载体110后面)测量抛光垫温度。该垫温度被从垫温度传感器114传达给系统控制器136以作为抛光垫温度信息202a至202b。
在图2A至2B中，抛光垫温度信息202a至202b各自具有大致正弦图案，其中测量位置处的抛光垫温度的振荡对应于衬底载体110在抛光垫106的内半径和外半径之间的振荡。在一些实施方式中，衬底载体110的振荡周期tc(例如，从内半径到外半径并且回到内半径)在从约3秒至约20秒的范围中，诸如在从约3秒至约15秒的范围中，诸如从约3秒至约10秒。
在一些实施方式中，方法150进一步包括：处理抛光垫温度信息202a至202b以平滑由此产生的局部振荡，否则可能会遮掩(obscure)抛光垫温度随时间的变化率206a至206b。例如，在一些实施方式中，方法150包括：使用软件实施的算法来模拟抛光垫温度随时间的变化，包含于其中的各个振荡(具有周期tc)的振幅实质减小，亦即，用以提供分别示于图2A至2B中的平滑后的温度数据204a至204b。
在一些实施方式中，用于产生平滑后的温度数据204a至204b的算法使用移动平均法(moving average)来处理抛光垫温度信息202a至202b。移动平均法是一种用来在移动时间窗的同时对来自预定时间窗(移动平均时间窗)的时间序列数据(例如，抛光垫温度信息202a至202b)进行平均的处理。通常，移动平均时间窗为约20秒或更短，诸如约15秒或更短、约10秒或更短、或约5秒或更短。在其他实施方式中，可使用用于减小抛光垫温度信息202a至202b的明显的振荡(apparent oscillation)或其振幅的任何合适的信号方法来产生平滑后的温度数据204a至204b。
在活动156处，方法150包括：使用抛光垫温度信息202a至202b来确定抛光垫温度随时间的对应变化率206a至206b。这里，使用给定时间处的平滑后的温度数据204a至204b的导数来确定抛光垫温度的变化率206a至206b，其中该导数对应于当时平滑后的温度数据204a至204b的切线。在其他实施方式中，例如，通过确定在第一时间处经过由平滑后的温度数据204a至204b形成的曲线上的第一点和接近该第一点的第二点(例如，在第一点的0.5秒内)设置的割线的斜率，可以图形方式确定变化率206a至206b。
在活动158处，方法150包括：将抛光垫温度信息202a至202b的变化率206a至206b与预定的控制极限值进行比较。该预定的控制极限值可以是下限或者上限(未示出)，该下限例如是图2B中所示的下限X1。在一些实施方式中，变化率206a至206b可与控制下限和控制上限两者进行比较。这里，小于下限的变化率206a至206b是“在下限之外”，而大于上限的变化率206a至206b是“在上限之外”。
在活动160处，方法150包括：将失控事件传达给用户，其中失控事件包括等于预定的控制极限值或在预定的控制极限值之外的抛光垫温度信息202a至202b的变化率206a至206b。通常，将失控事件传达给用户包括：使用任何形式的警报，该警报被设计成用以向期望的用户表明失控事件已发生。例如，将失控事件传达给用户可包括：使用视觉和声音警报和/或电子消息，例如自动产生的电子邮件或自动产生的文本消息。在一些实施方式中，系统控制器136被构造成用以基于失控事件结束和/或暂停衬底处理操作。在一些实施方式中，系统控制器136被构造成用以基于失控事件，例如通过改变抛光处理的一个或多个抛光参数来启动抛光处理的改变。在一些实施方式中，系统控制器136被构造成用以将失控事件传达给与系统控制器136通信耦接的制造厂级(fab-level)控制系统(未示出)。失控事件的范例如图2B中所示。
图2B示意性图示了具有在约时间t5处的失控事件的抛光处理200b的温度分布。这里，该温度分布的开始类似于对图2A中的抛光处理200a所示的温度分布。例如，从时间t1到时间t2，抛光垫温度信息202b从初始温度Ti相当快地提高到处理温度Tp，在该处理温度Tp在抛光处理的剩余期间温度可稳定或逐渐提高。在约时间t5处，衬底断裂(破裂)引起由衬底表面和抛光垫106之间的摩擦产生的热相对快速地减少而且抛光垫温度信息202b对应地下降。抛光垫温度信息202b的相对快速下降反映在下降到预定的控制极限值X1以下的变化率206b中。
在图2B中，方法150用于将失控事件传达给用户并且在时间t6结束抛光处理，时间t6在图2A中所示的预期衬底处理结束时间t3之前。通过将失控事件传达给用户和/或结束抛光处理，方法150有利地减少了不合格衬底处理事件可能对多站抛光系统101造成的损坏量，和/或有利地减少了不期望的返工或随后处理的衬底的损失。因此，方法150有利地避免了与不合格衬底处理事件相关联的衬底处理成本的对应增加。可使用方法150检测的不合格衬底处理事件的范例包括：衬底破损、抛光流体流量的中断或不期望的改变(例如，堵塞的抛光流体输送喷嘴)、处理部件故障(例如，衬底载体110的柔性膜132的损坏或破裂)和/或人为错误(例如对已经抛光的SiC衬底表面的抛光和/或当期望对相对表面抛光时对衬底的Si面或C面表面的抛光)。
图3A是图示使用从工作台扭矩传感器116和载体扭矩传感器118之一或两者接收的马达扭矩信息来检测不合格处理事件的方法350的图。图3B至3C在本文中用于图示方法350的各个方面。
图3B至3C分别示意性图示了来自用于碳化硅衬底的典型抛光处理(300b)和用于具有不合格衬底处理事件的不正常(atypical)抛光处理(300c)的工作台扭矩分布，其中该典型抛光处理(300b)在时间t0开始并且在时间t3结束。这里，工作台扭矩分布包括从工作台扭矩传感器116接收的工作台马达扭矩信息302b至302c和各个工作台马达扭矩信息302b至302c的变化率306b至306c。
在活动352处，方法350包括：促使衬底122的表面抵靠抛光垫106。方法350的活动352可与图1C中描述的方法150的活动152相同或实质类似。
在活动354处，方法350包括：从工作台扭矩传感器116或载体扭矩传感器118之一或两者接收马达扭矩信息302b至302c。
在活动356处，方法350包括：使用马达扭矩信息302b至302c来确定马达扭矩信息302b至302c随时间的对应变化率306b至306c。可使用任何合适的方法来确定马达扭矩信息302b至302c的变化率306b至306c，所述合适的方法诸如是方法150的活动156中描述的用于确定抛光垫温度信息202a至202b的变化率206a至206b的那些方法之一或组合。
在活动358处，方法350包括：将马达扭矩信息302b至302c的变化率306b至306c与预定的控制极限值进行比较。该预定的控制极限值可以是下限或上限(未示出)，该下限例如是图3C中所示的下限X2。在一些实施方式中，可以将变化率306b至306c与控制下限和控制上限两者进行比较。本文中，小于下限的变化率306b至306c是“在下限之外”，而大于上限的变化率306b至306c是“在上限之外”。
在活动360处，方法350包括：将失控事件传达给用户，其中失控事件包括等于预定的控制极限值或在预定的控制极限值之外的马达扭矩信息302b至302c的变化率306b至306c。传达的方法可与方法150的活动160中描述的那些传达方法之一或组合相同。在一些实施方式中，方法350包括：基于失控事件来结束、暂停、或启动衬底处理操作的改变。
图3C示意性地图示了具有在约时间t5处的失控事件的不正常抛光处理300c的工作台马达扭矩。这里，马达扭矩分布的开始类似于图3B中对抛光处理300b所示出的马达扭矩分布。例如，从时间t1到时间t2，马达扭矩信息302c随着衬底处理参数(例如，工作台102的旋转和施加抵靠衬底122的向下的力)上升而相当快地增加。一旦达到工作台102的期望旋转速度，在典型抛光处理的剩余期间(例如，到图3B中所示的时间t3)，用来维持所期望旋转速度所需的马达扭矩通常是稳定的、逐渐增加或逐渐减小。在图3C中所示的不正常抛光处理300c中，衬底在约时间t5处断裂(破裂)，引起衬底122的表面与抛光垫106之间的摩擦力相对快地减少，从而导致用来维持工作台102的设定旋转速度所需的马达扭矩的对应下降。马达扭矩信息302c的相对快的下降反映在变化率306c中，这里，变化率306c降低到预定的控制极限值X2以下。
在一些实施方式中，方法350与图1C中描述的方法150组合使用。例如，在这样的实施方式中，确定马达扭矩信息随时间的变化率和抛光垫温度随时间的变化率两者，并且将这两者与对应的预定的控制极限值进行比较。如果确定任一超出对应的控制极限值，则将失控事件传达给用户。
虽然上文是针对本公开内容的实施方式，但在不脱离本公开内容的基本范围的情况下可设计本公开内容的其他和进一步的实施方式，且本公开内容的范围由随附的权利要求来确定。

Claims (20)

1.一种处理抛光系统上的衬底的方法，包括以下步骤：
(a)促使衬底的表面抵靠抛光垫，其中所述衬底设置于衬底载体中，并且其中促使所述衬底的所述表面抵靠所述抛光垫的步骤包括以下步骤：将所述衬底载体相对于所述抛光垫平移，同时在所述衬底上施加向下的力；
(b)从垫温度传感器接收抛光垫温度信息，其中所述垫温度传感器被定位成用以在接近所述衬底载体的后缘的位置处测量抛光垫温度；
(c)使用抛光垫温度信息来确定所述抛光垫温度随时间的变化率；
(d)将所述抛光垫温度的所述变化率与预定的控制极限值进行比较；和
(e)将失控事件传达给用户，其中所述失控事件包括等于所述预定的控制极限值或在所述预定的控制极限值之外的所述抛光垫温度的变化率。
2.如权利要求1所述的方法，其中促使所述衬底的所述表面抵靠所述抛光垫的步骤进一步包括以下步骤：在耦接至旋转工作台的所述抛光垫的内直径和外直径之间振荡所述衬底载体。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述衬底载体的振荡与所述抛光垫温度信息中的对应振荡相关联，其中所述方法进一步包括以下步骤：从所述抛光垫温度信息产生平滑后的温度数据，并且其中从所述抛光垫温度信息中的所述振荡的对应振幅减小所述平滑后的温度数据中的振荡的振幅。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述失控事件是由所述衬底中的断裂引起的。
5.如权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：基于所述失控事件来暂停衬底处理操作。
6.如权利要求1所述的方法，其中使用平滑后的温度数据来确定所述抛光垫温度信息中的所述变化率。
7.如权利要求6所述的方法，其中通过使用由平滑后的温度数据形成的曲线上在第一时间经过第一点且在第二时间经过接近所述第一点的第二点设置的割线的斜率，来进一步确定所述变化率。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述垫温度传感器被定位成用以在耦接至旋转工作台的所述抛光垫的旋转方向上在接近所述衬底载体的后缘的位置处测量所述抛光垫温度。
9.一种抛光系统，包括：
可旋转的工作台；
衬底载体，所述衬底载体设置于所述可旋转的工作台之上并且面向所述可旋转的工作台；
温度传感器，所述温度传感器设置于所述可旋转的工作台之上，其中所述温度传感器被定位成用以在接近所述衬底载体的后缘的位置处测量抛光垫温度；和
计算机可读介质，具有储存于所述计算机可读介质上的指令以用于衬底处理方法，所述方法包括以下步骤：
(a)促使衬底的表面抵靠抛光垫，其中所述抛光垫设置于所述可旋转的工作台上，其中所述衬底设置于衬底载体中，并且其中促使所述衬底的所述表面抵靠所述抛光垫的步骤包括以下步骤：旋转所述可旋转的工作台和所述衬底载体，同时在所述衬底上施加向下的力；
(b)从所述温度传感器接收抛光垫温度信息；
(c)使用抛光垫温度信息来确定所述抛光垫温度随时间的变化率；
(d)将所述抛光垫温度的所述变化率与预定的控制极限值进行比较；和
(e)将失控事件传达给用户，其中所述失控事件包括等于所述预定的控制极限值或在所述预定的控制极限值之外的所述抛光垫温度的变化率。
10.如权利要求9所述的抛光系统，进一步包括系统控制器，所述系统控制器被构造成用以基于所述失控事件来结束或暂停衬底处理操作。
11.如权利要求9所述的抛光系统，进一步包括：在所述可旋转的工作台的内直径和外直径之间振荡所述衬底载体。
12.如权利要求11所述的抛光系统，其中所述衬底载体的所述振荡与所述抛光垫温度信息中的对应振荡相关联，其中所述方法进一步包括以下步骤：从所述抛光垫温度信息产生平滑后的温度数据，并且其中从所述抛光垫温度信息中的所述振荡的对应振幅减小所述平滑后的温度数据中的振荡的振幅。
13.如权利要求9所述的抛光系统，其中通过使用由平滑后的温度数据形成的曲线上在第一时间经过第一点且在第二时间经过接近所述第一点的第二点设置的割线的斜率，来确定所述抛光垫温度信息中的所述变化率。
14.一种抛光衬底的方法，包括以下步骤：
(a)促使衬底的表面抵靠抛光垫，其中所述衬底设置于衬底载体中，并且其中促使所述衬底的所述表面抵靠所述抛光垫的步骤包括以下步骤：将所述衬底载体相对于所述抛光垫平移，同时在所述衬底上施加向下的力；
(b)从一个或多个马达扭矩传感器接收马达扭矩信息；
(c)使用来自所述一个或多个马达扭矩传感器的所述马达扭矩信息来确定所述马达扭矩信息随时间的变化率；
(d)将所述马达扭矩信息的所述变化率与预定的控制极限值进行比较；和
(e)将失控事件传达给期望用户，其中所述失控事件包括等于所述预定的控制极限值或在所述预定的控制极限值之外的所述马达扭矩信息的变化率。
15.如权利要求14所述的方法，进一步包括以下步骤：基于所述失控事件来暂停衬底处理操作。
16.如权利要求14所述的方法，其中使用平滑后的马达扭矩数据来确定马达扭矩的所述变化率。
17.如权利要求14所述的方法，其中所述抛光垫耦接至由工作台马达驱动的工作台，并且其中所述一个或多个马达扭矩传感器包括工作台马达扭矩传感器，所述工作台马达扭矩传感器被构造成用以测量工作台马达扭矩。
18.如权利要求14所述的方法，其中所述一个或多个马达扭矩传感器包括衬底载体马达扭矩传感器，所述衬底载体马达扭矩传感器被构造成用以测量衬底载体马达扭矩。
19.如权利要求14所述的方法，进一步包括以下步骤：
(f)从垫温度传感器接收抛光垫温度信息，其中所述垫温度传感器被定位成用以在接近所述衬底载体的后缘的位置处测量抛光垫温度；
(g)使用抛光垫温度信息来确定所述抛光垫温度随时间的变化率；
(h)将所述抛光垫温度的所述变化率与预定的控制极限值进行比较；和
(i)将失控事件传达给用户，其中所述失控事件包括等于所述预定的控制极限值或在所述预定的控制极限值之外的所述抛光垫温度的变化率。
20.如权利要求19所述的方法，进一步包括以下步骤：基于所述失控事件来暂停衬底处理操作。
CN202180047838.4A 2020-07-14 2021-06-11 在化学机械抛光期间检测不合格衬底处理事件的方法 Pending CN115943016A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IN202041029928 2020-07-14
IN202041029928 2020-07-14
PCT/US2021/037094 WO2022015441A1 (en) 2020-07-14 2021-06-11 Methods of detecting non-conforming substrate processing events during chemical mechanical polishing

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115943016A true CN115943016A (zh) 2023-04-07

Family

ID=79291915

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180047838.4A Pending CN115943016A (zh) 2020-07-14 2021-06-11 在化学机械抛光期间检测不合格衬底处理事件的方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US12036635B2 (zh)
EP (1) EP4182119A4 (zh)
JP (1) JP2023534268A (zh)
KR (1) KR20230035651A (zh)
CN (1) CN115943016A (zh)
TW (1) TWI845849B (zh)
WO (1) WO2022015441A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118024133A (zh) * 2022-11-03 2024-05-14 杭州众硅电子科技有限公司 一种用于cmp设备的电化学机械抛光及平坦化系统

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3633062B2 (ja) * 1994-12-22 2005-03-30 株式会社デンソー 研磨方法および研磨装置
US5904609A (en) * 1995-04-26 1999-05-18 Fujitsu Limited Polishing apparatus and polishing method
US5812403A (en) * 1996-11-13 1998-09-22 Applied Materials, Inc. Methods and apparatus for cleaning surfaces in a substrate processing system
US6241847B1 (en) * 1998-06-30 2001-06-05 Lsi Logic Corporation Method and apparatus for detecting a polishing endpoint based upon infrared signals
US6046111A (en) * 1998-09-02 2000-04-04 Micron Technology, Inc. Method and apparatus for endpointing mechanical and chemical-mechanical planarization of microelectronic substrates
US6191037B1 (en) * 1998-09-03 2001-02-20 Micron Technology, Inc. Methods, apparatuses and substrate assembly structures for fabricating microelectronic components using mechanical and chemical-mechanical planarization processes
KR20000025003A (ko) * 1998-10-07 2000-05-06 윤종용 반도체 기판의 화학 기계적 연마에 사용되는 연마 패드
US6464824B1 (en) 1999-08-31 2002-10-15 Micron Technology, Inc. Methods and apparatuses for monitoring and controlling mechanical or chemical-mechanical planarization of microelectronic substrate assemblies
US6494765B2 (en) * 2000-09-25 2002-12-17 Center For Tribology, Inc. Method and apparatus for controlled polishing
JP2003318140A (ja) * 2002-04-26 2003-11-07 Applied Materials Inc 研磨方法及び装置
KR20050092130A (ko) * 2003-01-23 2005-09-20 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 도금장치 및 도금방법
US7246424B2 (en) * 2004-04-13 2007-07-24 Seagate Technology Llc Magnetic devices having magnetic features with CMP stop layers
JP4664617B2 (ja) 2004-04-27 2011-04-06 富士通セミコンダクター株式会社 研磨装置及び方法
US20060019417A1 (en) * 2004-07-26 2006-01-26 Atsushi Shigeta Substrate processing method and substrate processing apparatus
JP2006093180A (ja) * 2004-09-21 2006-04-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置の製造方法
JP2008068338A (ja) * 2006-09-12 2008-03-27 Fujitsu Ltd 研磨装置、研磨方法、および半導体装置の製造方法
CN101511539B (zh) * 2006-09-12 2012-08-22 株式会社荏原制作所 研磨装置及研磨方法
US9862070B2 (en) * 2011-11-16 2018-01-09 Applied Materials, Inc. Systems and methods for substrate polishing end point detection using improved friction measurement
JP2013219248A (ja) * 2012-04-10 2013-10-24 Ebara Corp 研磨装置および研磨方法
WO2014158410A1 (en) 2013-03-13 2014-10-02 Applied Materials, Inc Acoustically-monitored semiconductor substrate processing systems and methods
JP6376085B2 (ja) * 2015-09-03 2018-08-22 信越半導体株式会社 研磨方法及び研磨装置
JP6406238B2 (ja) * 2015-12-18 2018-10-17 株式会社Sumco ウェーハ研磨方法および研磨装置
JP6357260B2 (ja) 2016-09-30 2018-07-11 株式会社荏原製作所 研磨装置、及び研磨方法
JP6989317B2 (ja) * 2017-08-04 2022-01-05 キオクシア株式会社 研磨装置、研磨方法、およびプログラム
DE102017130885B4 (de) 2017-12-21 2020-01-23 Fette Compacting Gmbh Verfahren zum Regeln der Rotordrehzahl eines Rotors einer Rundläufertablettenpresse sowie Rundläufertablettenpresse
KR102415299B1 (ko) * 2018-01-30 2022-06-30 주식회사 케이씨텍 기판 처리 시스템
KR20240093966A (ko) * 2018-03-12 2024-06-24 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 연마의 인-시튜 모니터링 동안의 필터링
US20200001426A1 (en) 2018-06-27 2020-01-02 Hari Soundararajan Temperature Control of Chemical Mechanical Polishing
JP7374710B2 (ja) * 2019-10-25 2023-11-07 株式会社荏原製作所 研磨方法および研磨装置
JP7361637B2 (ja) * 2020-03-09 2023-10-16 株式会社荏原製作所 研磨方法、研磨装置、およびプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022015441A1 (en) 2022-01-20
KR20230035651A (ko) 2023-03-14
JP2023534268A (ja) 2023-08-08
US12036635B2 (en) 2024-07-16
TWI845849B (zh) 2024-06-21
EP4182119A4 (en) 2024-08-07
EP4182119A1 (en) 2023-05-24
TW202216360A (zh) 2022-05-01
US20220016739A1 (en) 2022-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102014274B1 (ko) 연마 장치 및 마모 검지 방법
JP5530002B2 (ja) 研磨パッドのドレッシング装置、及び基板研磨装置
JP4808453B2 (ja) 研磨方法及び研磨装置
US9687955B2 (en) Polishing apparatus
JP2004142083A (ja) ウエハ研磨装置およびウエハ研磨方法
JP6193623B2 (ja) 研磨方法及び研磨装置
JP6635088B2 (ja) シリコンウエーハの研磨方法
WO2006114854A1 (ja) Ｃｍｐ装置用リテーナリングとその製造方法、および、ｃｍｐ装置
EP1247616B1 (en) Method for conditioning a polishing pad surface
WO2010008824A2 (en) Closed-loop control for effective pad conditioning
KR20200122399A (ko) 패드 컨디셔너 절삭률 모니터링
JP2022542219A (ja) ワークピースの研磨中のウェーハスリップ検出の現場調整方法及び装置
CN115943016A (zh) 在化学机械抛光期间检测不合格衬底处理事件的方法
CN112476227A (zh) 化学机械研磨装置
US6666754B1 (en) Method and apparatus for determining CMP pad conditioner effectiveness
WO2018173421A1 (ja) 基板の研磨装置および研磨方法
CN111515863A (zh) 研磨方法、研磨垫修整系统
CN112207634A (zh) 在线检测抛光垫下方气泡的方法
JP5218892B2 (ja) 消耗材の評価方法
JP2012069897A (ja) 半導体ウエハの研磨方法及び半導体ウエハ研磨装置
TWI568533B (zh) 監控硏磨製程的方法及其硏磨系統
JP2009248258A (ja) 研磨パッドのドレッシング方法
JP5570065B2 (ja) 半導体ウエハの研磨方法及び半導体ウエハ研磨装置
JP2021091054A (ja) フェーシング装置及びフェーシング方法
JP2006102830A (ja) 研磨方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination