TW201825232A - 用於化學機械研磨的即時輪廓控制 - Google Patents

用於化學機械研磨的即時輪廓控制 Download PDF

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Abstract

一種控制一基板的處理的方法包含以下步驟：基於來自一原位監控系統的一訊號，分別地產生表示在基板上的一參考區域的物理特性的第一序列的表徴值和表示在基板上的一控制區域的物理特性的第二序列的表徴值。一參考區域變率和一控制區域變率係分別地從第一序列的表徴值和第二序列的表徴值中決定的。一誤差值係藉由將針對於該參考區域的表徴值與針對於該控制區域的表徴值作比較來決定。針對於該控制區域的一輸出參數值係使用一比例-積分-微分控制演算法且基於至少該誤差值和一動態標稱控制區域值來產生，及該動態標稱控制區域值係基於至少該參考區域變率和該控制區域變率而在一第二控制迴路中產生。基板的該控制區域係根據輸出參數值來進行處理。

Description

用於化學機械研磨的即時輪廓控制
本揭露一般性地關於：用以在進行化學機械研磨期間影響研磨速率校正的回授。
積體電路通常係藉由在矽晶圓上循序地沉積導電層、半導電層，或絕緣層的方式被形成在一基板上。一個製造步驟涉及到：在非平坦的表面上沉積一填充層且對該填充層進行平坦化。對於某些應用而言，填充層被平坦化，直到圖案化層的上表面被顯露為止。例如，導電的填充層可被沉積在圖案化的絕緣層上以填充在絕緣層中的溝槽或孔。在進行平坦化之後，保留在絕緣層的凸起的圖案之間的導電層的部分形成：通孔、插塞，及提供：在位於基板上的薄膜電路之間的導電路徑的線。對於其他的應用(例如：介電質研磨)而言，填充層係一介電層，該介電層被平坦化直到預先決定的厚度留在下面的層上。光蝕刻(photolithography)可能需要介電層的平坦化。
化學機械研磨(CMP)係一種可被接受的平坦化的方法。此平坦化方法通常要求：將基板裝設在承載頭上。基板的顯露的表面通常被放置為與具有耐用的粗糙表面的旋轉的研磨墊相抵靠。承載頭在基板上提供可控制的載荷以將該基板推靠在研磨墊上。研磨液(例如：具有研磨顆粒的研磨漿)通常被供應至研磨墊的表面。
在CMP中的一個問題係使用適當的研磨速率以達成所欲的輪廓(例如：已經被平坦化至所欲的平坦度或厚度，或所欲的材料量已經被去除的基板層)。基板層的初始的厚度、研磨漿分佈、研磨墊條件、在研磨墊與基板之間的相對速度，及在基板上的載荷的變化可造成：橫越於基板(以及從基板至基板)的材料去除率的變化。此些變化造成：達到研磨終點和去除的量所需要的時間的變化。因而，將研磨終點決定成僅僅是研磨時間的函數，或僅藉由施加一固定的壓力來達成所欲的輪廓是不可能的。
在一些系統中，於進行研磨期間，(例如)藉由光學或渦流監控系統來對於一基板進行原位監控。來自原位監控系統的厚度量測可被使用以調整被施加至基板的壓力而調整研磨速率和減低在晶圓內的非均勻性 (within-wafer non-uniformity, WIWNU)。
在一態樣中，一種有形地被體現在一電腦可讀取媒體中的電腦程式產品具有：用於使得一電腦控制一基板的處理的指令。基於來自一原位監控系統的一訊號，產生表示正在進行處理並且受到原位監控系統的監控的在一基板上的一參考區域的物理特性的一第一序列的表徴值，及產生表示在該基板上的一控制區域的物理特性的一第二序列的表徴值。參考區域變率係從該第一序列的表徴值中決定，及控制區域變率係從該第二序列的表徴值中決定。一誤差值係藉由將針對於該參考區域的表徴值與針對於該控制區域的表徴值作比較來決定。針對於該控制區域的一輸出參數值係使用一比例-積分-微分控制演算法且基於至少該誤差值和一動態標稱控制區域值而在一第一控制迴路中計算得到。該動態標稱控制區域值係基於至少該參考區域變率和該控制區域變率而在一第二控制迴路中計算得到。使得處理系統使用該輸出參數值來處理該控制區域。
在另一態樣中，一種控制一基板的處理的方法包含以下步驟：基於來自一原位監控系統的一訊號，產生表示正在進行處理並且受到該原位監控系統的監控的在一基板上的一參考區域的物理特性的一第一序列的表徴值、基於來自該原位監控系統的該訊號，產生表示在該基板上的一控制區域的物理特性的一第二序列的表徴值、從該第一序列的表徴值中決定一參考區域變率、從該第二序列的表徴值中決定一控制區域變率、藉由將針對於該參考區域的表徴值與針對於該控制區域的表徴值作比較來決定一誤差值、使用一比例-積分-微分控制演算法且基於至少該誤差值和一動態標稱控制區域值而在一第一控制迴路中計算出針對於控制區域的一輸出參數值、基於至少該參考區域變率和該控制區域變率而在一第二控制迴路中產生該動態標稱控制區域值，及處理該基板，其中該處理步驟包含根據該輸出參數值處理該基板的該控制區域。
在另一態樣中，一種研磨系統包含：一平臺，該平臺用以支撐一研磨墊、一承載器，該承載器用以支撐與該研磨墊接觸的一基板、一馬達，該馬達被耦接至該平臺和該承載器中的至少一者以在其間產生相對的運動、一原位監控系統，該原位監控系統經配置以在對該基板進行研磨期間產生表示該基板的一物理參數的一訊號，及一控制器，該控制器用以接收該訊號且經配置以執行該方法。
某些實施可具有下列優點中的一或多個。相較於傳統的比例–積分–微分控制器，控制系統可以較佳地適應改變的環境參數(例如：墊的粗糙度、保持環的厚度、溫度、耗材的老化、進入膜的特性)。研磨的基板的輪廓可為：較接近於目標輪廓，及在晶圓內的非均勻性(WIWNU)可被減小(意即：厚度均勻性可被改善)。
一或多個實施例的細節被闡述於隨附的圖式和後文的描述中。其他的特徵、態樣，及優點將從說明書、圖式，及申請專利範圍中而變得明顯的。
在傳統的比例–積分–微分(PID)回授控制系統中，標稱處理參數(例如：所施加的壓力)係一使用者定義的常數。對於在其中影響程序的環境條件可能會改變(例如，因為系統係動態的)及/或在初始的時候係不確定的基板處理系統而言，PID回授控制系統的效能可能會受到不利的影響。舉例而言，在研磨操作中，若環境條件(例如：研磨漿濃度、墊的粗糙度、墊的彈性度(pad flexibility)，或保持環的厚度)隨著時間改變，PID回授控制系統可能無法補償此變化，而導致：研磨速率及/或厚度輪廓的飄移。
藉由配置控制系統以使用輔助的控制迴路來控制去除率，控制系統可控制處理參數以補償環境條件的飄移。
第1圖示例說明：研磨設備20的一實例。研磨設備20包含：可旋轉的碟盤形狀的平臺22，其中研磨墊30位於該平臺上。平臺可進行操作以圍繞軸23旋轉。舉例而言，馬達24可轉動驅動軸26以旋轉平臺20。研磨墊30可(例如)藉由一黏合層且利用可拆卸的方式被緊固至平臺22。研磨墊30可為：二個層的研磨墊，該研磨墊具有：外面的研磨層32和較軟的背托層34。
研磨設備20可包含研磨液供應埠40以將研磨液42(例如：研磨漿)分配至研磨墊30。研磨設備20亦可包含研磨墊調節器以對於研磨墊30進行研磨，而將研磨墊30維持在一致的研磨狀態。
承載頭50可進行操作以支撐基板10而與研磨墊30相抵靠。每一承載頭50亦包含：複數個可獨立控制的可加壓的腔室(例如：3個腔室52a-52c)，該等腔室可施加可獨立控制的壓力至在基板10上的相關聯的區域12a-12c(見第2圖)。參照至第2圖，中心區域12a可以是大致圓形的，及其餘的區域12b-12c可為：圍繞中心區域12a的同心的環形區域。
返回至第1圖，腔室52a-52c可由一撓性膜54界定，該撓性膜具有一底表面，其中基板10被裝設至該底表面。承載頭50亦可包含保持環56以將基板10保持在撓性膜54的下方。儘管為了達成示例說明的簡易性僅有3個腔室被示例說明於第1圖和第2圖中，可具有：2個腔室，或者4個或更多個腔室(例如：5個腔室)。此外，用以調整被施加至基板的壓力的其他的機構(例如：壓電致動器)可被使用在承載頭50中。
返回至第1圖，每一承載頭50係從支撐結構60(例如：旋轉式料架(carousel))懸吊，以及藉由驅動軸62被連接至承載頭旋轉馬達64，以使得：承載頭可圍繞軸51來旋轉。可選擇地，每一承載頭50可(例如)在旋轉式料架60上的滑動件上側向地振動；或可(例如)藉由旋轉式料架本身的旋轉的振動而側向地振動。在操作中，平臺22圍繞其中心軸23旋轉，及承載頭50圍繞其中心軸51旋轉和橫越於研磨墊30的上表面側向地移動。
研磨設備亦包含：原位監控系統70，該原位監控系統可被使用以控制研磨參數(例如：在腔室52a-52c中的一或多個中的施加的壓力)而控制區域12a-12c中的一或多個的研磨速率。原位監控系統70產生：表示在區域12a-12c的每一者中被研磨的層的厚度的一訊號。原位監控系統可為：光學監控系統(例如：光譜監控系統，或渦流監控系統)。
在一實施中，監控系統70係一光學監控系統。光學監控系統70可包含：光源72、光偵測器74，及用於傳送和接收在遠端控制器90(例如：電腦)與光源72和光偵測器74之間的訊號的電路76。一或多個光纖可被使用以將來自光源72的光傳送至在研磨墊30中的窗口36，及將從基板10反射的光傳送至偵測器74。舉例而言，分叉的光纖78可被使用以將來自光源62的光傳送至基板10並且傳回至偵測器74。若光學監控系統70是一光譜系統，則光源72可進行操作以發射白光並且偵測器74可為一光譜儀。
電路76的輸出(無論是來自光學監控系統或是來自渦流監控系統)可為：一數位電子訊號，該數位電子訊號透過在驅動軸26中的旋轉的耦接器28(例如：滑環)至控制器90。可替代性地，電路76可藉由無線訊號與控制器90進行通訊。控制器90可為：包含微處理器、記憶體，及輸入/輸出電路的計算裝置(例如：可程式化的電腦)。
在一些實施中，原位監控系統70包含：一感測器80，該感測器被安裝在平臺22中並且與平臺22一起旋轉。舉例而言，感測器80可為：用於光學監控系統的光纖的端部或用於渦流監控系統的磁芯的端部。平臺22的運動將使得感測器橫越於每一基板而進行掃描。如同在第3圖中所顯示者，由於平臺的旋轉(由箭頭38所顯示)，當感測器80在承載頭下方行進時，原位監控系統以取樣頻率進行量測；因此，在穿過基板10的圓弧中的位置14處進行量測(點的數目係示例說明性的；取決於取樣頻率，相較於所示例說明者，可進行更多的或更少的量測)。
在平臺的一次旋轉中，從在基板10上的不同的位置處獲得光譜。特定地，一些光譜可從更靠近於基板10的中心的位置處獲得且一些光譜可從更靠近於邊緣的位置處獲得。控制器90可經配置以基於時間點(timing)、馬達編碼器資訊、平臺旋轉或位置感測器資料，及/或基板及/或保持環的邊緣的光學偵測而針對於來自一掃描的每一量測來計算徑向位置(相對於基板10的中心)。控制器因此可將各個量測與各個區域12a-12c相關聯(見第2圖)。在一些實施中，量測的時間可被使用以作為：對於徑向位置的精確的計算的替代者。
返回至第1圖，控制器90可基於來自原位監控系統的訊號來導引出針對於基板的每一區域的表徴值。控制器90可對於在基板10的下方的感測器的每一掃描產生：針對於每一區域的至少一表徴值，或以一量測頻率(該量測頻率並不需要與取樣頻率相同)產生針對於每一區域的表徴值(例如，對於並不橫越於基板而掃描感測器的研磨系統而言)。在一些實施中，單一的表徴值在每次掃描中產生(例如，多個量測可被組合以產生表徴值)。在一些實施中，每一量測被使用以產生一表徴值。
表徴值通常是外部的層的厚度，但是可為：相關的特性(例如：去除的厚度)。另外，表徴值可為除了厚度以外的物理特性(例如，金屬線電阻)。此外，表徴值可以是：基板歷經研磨程序的進度的更為一般性的表示(例如：代表平臺旋轉的時間或數目的索引值，其中在該等平臺旋轉處量測會在遵循預先決定的進度的一研磨程序中被期望觀察到)，或是簡單地為：隨著厚度變化而改變的感測器數值。
對於渦電流監控而言，表徴值可簡單地為：原位監控系統的輸出(例如：指示最大訊號強度的a%的無因次數值(dimensionless value))。可替代性地，查找表格可被使用以將該量測轉換為一厚度值。
對於光學監控而言，各種技術係可獲得使用的以將光學量測(例如：量測的光譜)轉換為一表徴值。
一種用以計算表徴值的技術係：針對於每一量測的光譜，從參考光譜的資料庫中識別一匹配的參考光譜。在資料庫中的每一參考光譜可具有：一相關聯的表徴值(例如：厚度值或指示平臺旋轉的時間或數目的索引值，其中在該等平臺旋轉處參考光譜被期望出現)。藉由決定針對於匹配的參考光譜的相關聯的表徴值，一表徴值可被產生。此技術被描述在美國專利公開案第2010-0217430號中。
另一技術係：將一光學模型擬合至量測的光譜。特定地，光學模型的參數被最佳化以提供該模型對該量測的光譜的最佳擬合。針對於該量測的光譜產生的參數值產生：表徴值。此技術被描述在美國專利申請案第2013-0237128號中。光學模型的可能的輸入參數可包含：該等層中的每一者的厚度、折射率及/或消光係數、在基板上的重覆特徵的間隔及/或寬度。
在輸出光譜與量測的光譜之間的差的計算可為：橫越於光譜的在量測的光譜與輸出光譜之間的絕對差的總和，或在量測的光譜與參考光譜之間的平方差的總和。可能有用於計算差的其他的技術(例如，在量測的光譜與輸出光譜之間的交互相關可被計算出)。
另一技術係：分析來自量測的光譜的光譜特徵的特性(例如：在量測的光譜中的波峰或波谷的波長或寬度)。來自量測的光譜的特徵的波長或寬度值提供表徴值。此技術被描述在美國專利公開案第2011-0256805號中。
在前文的光學技術中的每一者，查找表格可被使用以將初始值(例如：光譜特徵的索引值、參數值或數值)轉換為一厚度值。
在此些技術中的任何者中，針對於在基板上的每一區域產生一序列的表徴值。該等區域中的一者可被選擇為一參考區域；其餘的區域係控制區域。控制器90提供：一回授控制系統，該回授控制系統經配置以使用來自不同的區域的表徴值序列來調整研磨參數而改變在控制區域中的研磨速率，以使得：所有的區域更接近於同樣的時間到達其目標厚度。假設：目標厚度對於不同的區域而言係相同的，此者可改善：基板的WIWNU。
傳統的比例–積分–微分回授控制系統100被示例說明在第4圖中。通常地，控制器接收：作為來自研磨系統的操作者的輸入的一參考區域參數值(例如：壓力值)。處理系統使用針對於參考區域的參考區域參數值而將程序施用至基板(方塊110)。
針對於參考區域的表徴值係藉由原位監控系統來量測，其中產生一參考區域表徴值(線段115)。此參考區域表徴值可為：針對於參考區域的表徴值序列中的數值中的一者。針對於參考區域的表徴值序列可被表示為： yR(t)，其中t指示量測的時間。針對於控制區域的表徴值亦是藉由原位監控系統來量測，其中產生一控制區域表徴值(線段120)。此控制區域表徴值可為：針對於控制區域的表徴值序列中的數值中的一者。針對於控制區域的表徴值序列可被表示為：yC(t)。
藉由一比較器(125)來比較參考區域表徴值和控制區域表徴值(例如，量測在二者之間的差)，以產生一誤差值(線段130)。舉例而言，可從參考區域表徴值中減去控制區域表徴值以產生數值。舉例而言，此者可代表誤差值，該誤差值可藉由下式被表示為e(t)： e(t) = yR(t) – yC(t)。
此誤差值可被饋入至PID控制器(方塊135) 以產生針對於控制區域的輸出參數值(例如：承載頭腔室壓力值)(見線段140)。PID控制器可在有效連續的基礎上產生輸出參數值(例如，利用與產生表徴值的頻率相同的頻率)。可替代性地，可較不頻繁地產生輸出參數值。輸出參數值序列可被表示為u(t)。
對於PID控制器而言，參數值u(t)的典型的計算可由下式表示：(方程式1) 其中u(0)係一標稱參數，該標稱參數係固定的且由處理配方預先決定的(例如：預先決定的標稱研磨壓力)，以及KP、KI，及KD係PID控制器參數。
處理系統使用輸出參數值而施用程序至基板的控制區域(方塊145)。此者造成：在控制區域中的基板的厚度的變化，基板的厚度的該變化係藉由原位監控系統來量測，其中產生：如同在前文中所註示的控制區域表徴值(線段120)。
如同在前文中所註示者，此一PID回授控制系統的效能可能受到環境條件的變化的不利影響，而導致：研磨速率及/或厚度輪廓的飄移。
參照至第5圖，控制系統200包含：基於表徴值的一主要的控制迴路202，該主要的控制迴路係一比例–積分–微分回授控制迴路，及基於表徴值的變化率的一輔助的控制迴路204。
主要的控制迴路202類似於控制系統100(例如，除非在後文中另外地指明)。控制系統200接收一參考區域參數值和使用針對於參考區域的參考區域參數值而施用程序至基板(方塊110)。針對於參考區域的表徴值(線段115)和針對於控制區域的表徴值(線段120)係藉由原位監控系統來量測，及藉由一比較器(125)來進行比較以產生一誤差值(線段130)。
誤差值被饋入至PID控制器(方塊210)。然而，PID控制器亦從輔助的控制迴路204接收一動態控制區域標稱參數值(例如：標稱壓力)(線段215)，該動態控制區域標稱參數值可被表示為u’(0)。此動態控制區域標稱參數值係隨著研磨進行而被更新。
動態控制區域標稱參數值被使用在前文的方程式(1)中，而代替預先決定的控制區域標稱壓力。亦即，由PID控制器所執行的計算可由下式表示：
PID控制器產生針對於控制區域的控制區域輸出參數值(例如：承載頭腔室壓力值)(見線段140)，該針對於控制區域的控制區域輸出參數值隨後由處理系統所使用。
輔助的控制迴路204包含：一變率設定點控制模組(220)，該變率設定點控制模組接收誤差值(線段130)，及一參考區域變率(該參考區域變率可被表示為rR(t))(線段225)，以及控制區域變率(該控制區域變率可被表示為rC(t))(線段230)。參考區域變率和控制區域變率分別為：針對於參考區域的表徴值的變化率和針對於控制區域的表徴值的變化率(該等表徴值為：(例如)研磨速率)。
參考區域變率(線段225)可藉由將第一函數擬合至針對於參考區域的表徴值序列和決定第一函數的斜率來產生。類似地，控制區域變率(線段230)可藉由將第二函數擬合至針對於控制區域的表徴值序列和決定第二函數的斜率來產生。第一函數及/或第二函數可為線性函數。
如同在前文中所註示者，控制器90針對於每一區域產生一序列的表徴值。舉例而言，參照至第6圖，第一序列260的表徴值262(由空心圓來顯示)可針對於第一區域(例如：區域12a)來產生，該第一區域提供參考。第二序列270的表徴值272(由實心圓來顯示)可針對於第二區域(例如：區域12b)來產生，該第二區域提供該等控制區域中的一者，及第三序列280的表徴值282(由空心方塊來顯示)可針對於第三區域(例如：區域12c)來產生，該第三區域提供該等控制區域中的另一者。
第一函數264(例如：第一線性函數)被擬合至第一序列260的表徴值262，及第一函數的斜率可被決定以提供參考區域變率(例如：rR(t))。類似地，第二函數274(例如：第二線性函數)被擬合至第二序列270的表徴值272，及第二函數的斜率可被決定以提供控制區域變率(例如：rC(t))。
返回至第5圖，變率設定點控制模組(220)接收誤差值、參考區域變率，及控制區域變率，以及輸出一變率設定點數值(線段235)，該變率設定點數值可被表示為rSP 。一些用以決定變率設定點數值的演算法將在後文中被論述。
參考區域變率和控制區域變率係藉由一比較器(240)來進行比較(例如，量測在二者之間的差)，以產生誤差率(線段245)，該誤差率可被表示為rerr 。舉例而言，可從參考區域變率中減去控制變率以產生誤差率。舉例而言，此者可如同下式被表示為誤差率rerr (t)： rerr (t) = rSP (t) – rC (t)。
誤差率可由變率控制模組(250)來接收，該變率控制模組基於誤差率而輸出動態控制區域標稱參數值。舉例而言，動態控制區域標稱參數值的計算可被表示為下式:其中u(0)係預先決定的控制區域標稱參數值和KR 係控制參數常數。如同在前文中所註示者，動態控制區域標稱參數值(線段215)被饋入至PID控制模組(210)。
在一實施中，變率設定點數值可根據下式被計算得到:其中RMAX 係對於控制區域的變化率設定限制的預先決定的常數，及DSPW係動態設定點權重。動態設定點權重可根據下式被計算得到:其中err係誤差值e(t)和f係調諧值。在一些情況中，f係一常數。在一些情況中，f可被表示為下式：(在此情況中，需要對於微分方程式進行求解以決定DSPW、F，及rSP )。
參照至第7圖，在另一實施中，變率設定點數值可根據下式被計算得到:其中yR 和yC 分別為參考區域的表徴值和控制區域的表徴值(如同在前文中所論述者)，及yEP 係目標表徴值(例如：目標厚度)。
在一些實施中，誤差係在一些先前的基板上被累積的。在一簡單的實施中，被使用在針對於方程式1的計算中的總誤差err可被表示為下式： err = k1*err1 + k2*err2， 其中k1和k2係常數，err1係從前一個基板中計算出的誤差，及err2係針對於在前一個基板之前的一或多個基板所計算出的誤差。
在前文中所描述的技術可應用於介電質層的光學監控，及可應用於導電層的渦電流監控。
本發明的實施例和在此說明書中所描述的所有的功能操作可被實施在數位電子電路中，或可被實施在電腦軟體、韌體，或硬體(其中包含被揭示在此說明書中的結構手段和其結構特效者，或前述者的組合)中。本發明的實施例可被實施為一或多個電腦程式產品(意即，有形地被體現在機器可讀取儲存媒體中的一或多個電腦程式，該等電腦程式由資料處理設備(例如：可程式化的處理器、電腦，或多個處理器或電腦)來執行，或用以控制資料處理設備的操作。電腦程式(亦被習知為程式、軟體、軟體應用程式，或代碼)可利用任何形式的程式語言(包含編譯的或直譯的語言)來撰寫，及該電腦程式可利用任何的形式(包括作為獨立的程式或作為模組、元件、子常式，或適合使用在計算環境中的其他的單元)來部署。電腦程式並不必然地對應至檔案。程式可被儲存在保存其他的程式或資料的檔案的一部分中、可被儲存在專用於正被論述的該程式的單一的檔案中，或可被儲存在多個協同檔案(例如：儲存一或多個模組、子程式，或代碼的部分的檔案)中。電腦程式可被部署以在一個地點處而於一台電腦或多台電腦上被執行或被分佈而橫越於多個地點和藉由通訊網路互連。
被描述在此說明書中的程序和邏輯流程可藉由一或多個可程式化的處理器來執行，該等可程式化的處理器執行一或多個電腦程式以藉由對輸入資料進行操作並且產生輸出來執行功能。程序和邏輯流程亦可由特殊性目的邏輯電路(例如：FPGA(場可程式化邏輯閘陣列(field programmable gate array))或ASIC(特定應用的積體電路(application specific integrated circuit)))來執行，及設備亦可被實施為：特殊性目的邏輯電路。
前文所描述的研磨設備和方法可被應用在各種研磨系統中。研磨墊，或承載頭中的任一者，或是二者可移動以提供在研磨表面與基板之間的相對運動。舉例而言，平臺可沿軌道運行，而非旋轉。研磨墊可為：被緊固至平臺的圓形(或某些其他的形狀)的墊。研磨系統可為：線性研磨系統(例如，其中在該線性研磨系統中，研磨墊係連續的或線性移動的卷對卷的帶子(reel-to-reel belt))。研磨層可為：標準(例如：具有填充料或不具有填充料的聚氨脂(polyurethane))研磨材料、軟性材料，或固定的研磨材料。相對定位的詞彙被使用；應理解到：研磨表面和基板可被保持在垂直方向或一些其他的方向。
儘管在前文中的描述聚焦於化學機械研磨，控制系統可適用於其他的半導體處理技術(例如：蝕刻或沉積(例如：化學氣相沉積))。
本發明的特定的實施例已經被描述。其他的實施例係在後續的申請專利範圍的範疇內。
10‧‧‧基板
12a‧‧‧中心區域
12b‧‧‧環形區域
12c‧‧‧環形區域
14‧‧‧位置
20‧‧‧研磨設備
22‧‧‧平臺
23‧‧‧軸
24‧‧‧馬達
26‧‧‧驅動軸
28‧‧‧旋轉的耦接器
30‧‧‧研磨墊
32‧‧‧外面的研磨層
34‧‧‧背托層
36‧‧‧窗口
38‧‧‧箭頭
40‧‧‧研磨液供應埠
42‧‧‧研磨液
50‧‧‧承載頭
51‧‧‧軸
52a‧‧‧腔室
52b‧‧‧腔室
52c‧‧‧腔室
54‧‧‧撓性膜
56‧‧‧保持環
60‧‧‧支撐結構
62‧‧‧驅動軸
64‧‧‧承載頭旋轉馬達
70‧‧‧原位監控系統
72‧‧‧光源
74‧‧‧光偵測器
76‧‧‧電路
78‧‧‧光纖
80‧‧‧感測器
90‧‧‧控制器
100‧‧‧比例–積分–微分回授控制系統
110‧‧‧方塊
115‧‧‧線段
120‧‧‧線段
125‧‧‧比較器
130‧‧‧線段
135‧‧‧方塊
140‧‧‧線段
145‧‧‧方塊
200‧‧‧控制系統
202‧‧‧主要的控制迴路
204‧‧‧輔助的控制迴路
210‧‧‧方塊
215‧‧‧線段
220‧‧‧變率設定點控制模組
225‧‧‧線段
230‧‧‧線段
235‧‧‧線段
240‧‧‧比較器
245‧‧‧線段
250‧‧‧變率控制模組
260‧‧‧第一序列
262‧‧‧表徵值
264‧‧‧第一函數
270‧‧‧第二序列
272‧‧‧表徵值
274‧‧‧第二函數
280‧‧‧第三序列
282‧‧‧表徵值
第1圖示例說明：研磨設備的一示例的示意性的橫剖面圖。
第2圖示例說明：具有多個區域的一基板的示意性的俯視圖。
第3圖示例說明研磨墊的俯視圖和顯示在一第一基板上進行原位量測的位置。
第4圖係一方塊圖，該方塊圖示例說明：由先前技術的比例–積分–微分回授控制系統所執行的演算法。
第5圖係一方塊圖，該方塊圖示例說明：由一控制系統的一實施所執行的演算法。
第6圖示例說明：作為時間的函數的針對於在基板上的多個區域的表徴值的圖形。
第7圖係一圖形，該圖形示例說明：達成目標厚度所需要的研磨速率的投射。
在各個圖式中的相同的元件符號和標記表示相同的元件。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

Claims (20)

  1. 一種有形地被體現在一非暫時性的電腦可讀取媒體中的電腦程式產品，包含用於使得一處理器進行以下步驟的指令: 基於來自一原位監控系統的一訊號，產生表示正在進行處理並且受到該原位監控系統的監控的在一基板上的一參考區域的一物理特性的一第一序列的表徴值； 基於來自該原位監控系統的該訊號，產生表示在該基板上的一控制區域的該物理特性的一第二序列的表徴值； 從該第一序列的表徴值中決定一參考區域變率； 從該第二序列的表徴值中決定一控制區域變率； 藉由將針對於該參考區域的表徴值與針對於該控制區域的表徴值作比較來決定一誤差值； 使用一比例-積分-微分控制演算法且基於至少該誤差值和一動態標稱控制區域值而在一第一控制迴路中計算出針對於控制區域的一輸出參數值； 基於至少該參考區域變率和該控制區域變率而在一第二控制迴路中產生該動態標稱控制區域值；及 使得處理系統使用該輸出參數值來處理該控制區域。
  2. 如請求項1所述之電腦程式產品，其中用以決定該誤差值的該等指令包含：決定一計算在該針對於該參考區域的表徴值與該針對於該控制區域的表徴值之間的一差。
  3. 如請求項1所述之電腦程式產品，其中用以決定該參考區域變率的該等指令包含：用以將一第一函數擬合至針對於該參考區域的數值序列和用以決定該第一函數的一第一斜率的指令，及其中用以決定該控制區域變率的該等指令包含：用以將一第二函數擬合至針對於該控制區域的數值序列和用以決定該第二函數的一第二斜率的指令。
  4. 如請求項1所述之電腦程式產品，其中用以計算該輸出參數值的該等指令包含用以根據下式來計算該參數值u(t)的指令：其中u’(0)係該動態標稱控制區域值、e(t)係該誤差值，以及KP 、KI ，及KD 係PID控制器參數常數。
  5. 如請求項1所述之電腦程式產品，其中用以產生該動態標稱控制區域值的該等指令包含：用以基於至少該參考區域變率和該控制區域變率來產生一誤差率的指令。
  6. 如請求項5所述之電腦程式產品，其中用以產生該誤差率的該等指令包含：基於該參考區域變率來計算一變率設定點數值的指令。
  7. 如請求項6所述之電腦程式產品，其中用以計算該變率設定點數值的該等指令包含：用以基於該誤差值、該參考區域變率，及該控制區域變率來計算該變率設定點數值的指令。
  8. 如請求項7所述之電腦程式產品，其中用以計算一變率設定點數值的該等指令包含：用以根據下式來計算該變率設定點數值rSP 的指令其中rR (t)係該參考區域變率、RMAX 係一預先決定的常數，及DSPW係一動態設定點權重。
  9. 如請求項8所述之電腦程式產品，包含用以根據下式來計算該動態設定點變率的指令：其中err係該誤差值e(t)和f係一調諧值。
  10. 如請求項6所述之電腦程式產品，其中用以計算該變率設定點數值的該等指令包含：用以基於該針對於該參考區域的表徴值、該針對於該控制區域的表徴值，及該參考區域變率，以及一目標表徴值來計算該變率設定點數值的指令。
  11. 如請求項10所述之電腦程式產品，其中用以計算該變率設定點數值的該等指令包含用以根據下式來計算該變率設定點數值rSP 的指令：其中yR和yC分別係該參考區域的表徴值和該控制區域的表徵值、yEP係該目標表徴值，及rR(t)係該參考區域變率。
  12. 如請求項6所述之電腦程式產品，其中用以產生該誤差率的該等指令包含：用以將該變率設定點數值與該控制區域變率作比較的指令。
  13. 如請求項12所述之電腦程式產品，其中用以產生該誤差率的該等指令包含：用以計算在該變率設定點數值與該控制區域變率之間的一差的指令。
  14. 如請求項5所述之電腦程式產品，其中用以產生該動態標稱控制區域值的該等指令包含：用以從該誤差率和一預先決定的控制區域標稱壓力中計算該動態標稱控制區域值的指令。
  15. 如請求項5所述之電腦程式產品，其中用以產生該動態標稱控制區域值的該等指令包含用以根據下式來計算該動態標稱控制區域值u’(0)的指令： u'(0)=u(0)+ KR *rerr 其中u(0)係一預先決定的控制區域標稱壓力、KR 係一控制參數常數和rerr 係該誤差率。
  16. 一種控制一基板的處理的方法，包含以下步驟： 基於來自一原位監控系統的一訊號，產生表示正在進行處理並且受到該原位監控系統的監控的在一基板上的一參考區域的一物理特性的一第一序列的表徴值； 基於來自該原位監控系統的該訊號，產生表示在該基板上的一控制區域的該物理特性的一第二序列的表徴值； 從該第一序列的表徴值中決定一參考區域變率； 從該第二序列的表徴值中決定一控制區域變率； 藉由將針對於該參考區域的一表徴值與針對於該控制區域的該表徴值作比較來決定一誤差值； 使用一比例-積分-微分控制演算法且基於至少該誤差值和一動態標稱控制區域值而在一第一控制迴路中計算出針對於控制區域的一輸出參數值； 基於至少該參考區域變率和該控制區域變率而在一第二控制迴路中產生該動態標稱控制區域值；及 處理該基板，其中該處理步驟包含根據該輸出參數值來處理該基板的該控制區域。
  17. 如請求項16所述之方法，包含以下步驟：根據一參考區域參數值來處理該基板的該參考區域。
  18. 如請求項16所述之方法，其中處理該基板的步驟包含：研磨該基板。
  19. 如請求項16所述之方法，其中該原位監控系統包含：一光學監控系統及/或一渦流監控系統。
  20. 一種研磨系統，包含： 一平臺，該平臺用以支撐一研磨墊； 一承載器，該承載器用以支撐與該研磨墊接觸的一基板； 一馬達，該馬達被耦接至該平臺和該承載器中的至少一者以在其間產生相對運動； 一原位監控系統，該原位監控系統經配置以產生在對該基板進行研磨期間表示該基板的一物理參數的一訊號；及 一控制器，該控制器用以接收該訊號且經配置以進行以下步驟： 基於來自該原位監控系統的該訊號，產生表示在該基板上的一參考區域的該物理特性的一第一序列的表徴值； 基於來自該原位監控系統的該訊號，產生表示在該基板上的一控制區域的該物理特性的一第二序列的表徴值； 從該第一序列的表徴值中決定一參考區域變率； 從該第二序列的表徴值中決定一控制區域變率； 藉由將針對於該參考區域的一表徴值與針對於該控制區域的該表徴值作比較來決定一誤差值； 使用一比例-積分-微分控制演算法且基於至少該誤差值和一動態標稱控制區域值而在一第一控制迴路中計算出針對於該控制區域的一輸出壓力值； 基於至少該參考區域變率和該控制區域變率而在一第二控制迴路中產生該動態標稱控制區域值；及 使得該承載頭施加該輸出壓力值至該基板的該控制區域。
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