TW202216357A - 控制化學機械拋光的蒸汽產生 - Google Patents

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Abstract

一種化學機械拋光系統，其包括蒸汽產生器，該蒸汽產生器具有：加熱元件，其對容器施加熱量以產生蒸汽；開口，其將蒸汽輸送至拋光墊上；第一閥門，其在開口與容器之間的流體管線中；感測器，其監測蒸汽參數；及控制系統。控制系統經配置以：根據配方中的蒸汽輸送時間表使閥門打開及關閉；接收來自感測器的蒸汽參數的量測值；接收蒸汽參數的目標值；用目標值及量測值作為輸入來執行比例積分微分控制演算法，從而控制第一閥門及/或第二釋壓閥及/或加熱元件，以使得在根據蒸汽輸送時間表打開閥門之前量測值基本上到達目標值。

Description

控制化學機械拋光的蒸汽產生
本揭示案係關於控制用於基板處理工具（例如化學機械拋光(chemical mechanical polishing; CMP)）的蒸汽產生。
通常藉由在半導體晶圓上順序地沉積導電層、半導電層或絕緣層來在基板上形成積體電路。各種製造製程需要平坦化基板上的層。舉例而言，一個製造步驟涉及在非平面表面上方沉積填料層且拋光填料層，直至圖案化層的頂表面得到曝露。作為另一實例，可在圖案化的導電層上方沉積層，且該層可經平坦化以實現後續的光微影術步驟。
化學機械拋光(chemical mechanical polishing; CMP)是一種可接受的平坦化方法。此平坦化方法通常需要將基板安裝於承載頭上。通常將基板的受曝露表面放置抵靠於旋轉拋光墊。承載頭提供對基板的可控負載，以將基板推抵於拋光墊上。通常將具有研磨顆粒的研磨漿料供應至拋光墊的表面。
拋光製程中的拋光速率可對溫度敏感。已提出在拋光期間控制溫度的各種技術。
一種化學機械拋光系統包括：平臺，用於支撐拋光墊；承載頭，用於將基板保持為與拋光墊接觸；馬達，用於產生平臺與承載頭之間的相對運動；蒸汽產生器，其包括具有入水口及蒸汽出口的容器及加熱元件，該加熱元件經配置以對下腔室的一部分施加熱量以產生蒸汽；臂，其在平臺上方延伸且具有至少一個開口，該至少一個開口經定向以將蒸汽由蒸汽產生器輸送至拋光墊；第一閥，其在開口與蒸汽出口之間的流體管線中，以可控地連接及斷接開口與蒸汽出口；感測器，用於監測蒸汽參數；及控制系統，其耦接至感測器及閥門，且視情況耦接至加熱元件。控制系統經配置以：根據作為資料儲存於非暫態性儲存器件中的拋光製程配方中的蒸汽輸送時間表使閥門打開及關閉；接收來自感測器的蒸汽參數的量測值；接收蒸汽參數的目標值；用目標值及量測值作為輸入來執行比例積分微分控制演算法，從而控制第一閥及/或第二釋壓閥及/或加熱元件，以使得在根據蒸汽輸送時間表打開閥門之前量測值基本上到達目標值。
潛在的優點可包括，但不限於以下優點中之一或多者。
可產生充足量的蒸汽（亦即藉由沸騰產生的氣體H 2O），允許在拋光每一基板之前對拋光墊進行蒸汽加熱，在晶圓至晶圓間，可在一致壓力下產生蒸汽。可控制拋光墊溫度且因此可控制拋光製程溫度，且拋光墊溫度及拋光製程溫度在晶圓至晶圓的基礎上更均勻，降低了晶圓至晶圓的非均勻性(wafer-to-wafer non-uniformity; WIWNU)。可最小化過量蒸汽的產生，提高了能量效率。蒸汽可基本上為純氣體，例如蒸汽中幾乎無懸浮液體。此類蒸汽（亦稱為乾蒸汽），可提供氣態的H 2O，其相比於諸如二次蒸汽的其他蒸汽替代物具有更高的能量傳遞及更少的液體含量。
以下的附圖及描述闡述了一或多個實施方式的細節。其他態樣、特徵及優點將自描述、圖式及申請專利範圍中顯而易見。
化學機械拋光藉由在基板、拋光液與拋光墊之間的介面處結合機械研磨及化學蝕刻來操作。在拋光製程期間，由於基板表面與拋光墊之間的摩擦，產生大量熱量。另外，一些製程亦包括原位墊調節步驟，其中將調節盤（例如塗佈有研磨金剛石顆粒的盤）壓靠於旋轉拋光墊，以調節且特徵化拋光墊表面。調節製程的研磨亦可產生熱量。舉例而言，在標稱下壓力為2 psi且移除率為8000Å/min的典型一分鐘銅CMP製程中，聚氨酯拋光墊的表面溫度可增加約30℃。
另一方面，若已藉由先前的拋光操作加熱拋光墊，當新的基板初始地降低至與拋光墊接觸時，該基板處於較低的溫度，由此可用作散熱體。類似地，分配至拋光墊上的漿料可用作散熱體。總體上，此等效應造成拋光墊的溫度在空間上且隨時間的變化。
CMP製程中的化學相關變數（例如參與反應的起始及速率）及機械相關變數（例如拋光墊的表面摩擦係數及黏彈性）均與溫度密切相關。因此，拋光墊的表面溫度的變化可導致移除速率、拋光均勻性、腐蝕、凹陷及殘餘物的變化。藉由在拋光期間更嚴格地控制拋光墊的表面溫度，可減少溫度的變化，且可提高拋光性能（例如由晶圓內的非均勻性或晶圓至晶圓的非均勻性來量測）。
已提出的控制化學機械拋光製程的溫度的一種技術是將蒸汽噴灑至拋光墊上。蒸汽可能優於熱水，因為例如由於蒸汽的潛熱，可需要較少的蒸汽傳遞與熱水等量的能量。
在典型的拋光製程中，可在1%至100%的工作週期（通常量測為自開始拋光一晶圓至開始拋光後一晶圓佔總時間的百分比）中施加蒸汽。若工作週期低於100%，則可將蒸汽產生週期分為兩段：回收階段及分配階段。
通常在回收階段可將用於蒸汽產生的容器視為關閉的（亦即關閉閥門），以便蒸汽無法從容器中流出。將電源施加至加熱器（例如電阻加熱器），以將熱能輸入至容器中的液態水。另外，液態水可流至容器中，以替代前一分配週期中損失的水。
在分配階段中，打開閥門，從而可分配蒸汽。在分配階段，蒸汽產生器可能無法跟上蒸汽的流動速率，在此情況下，分配階段伴隨著容器中的壓降。在一些情況下，當加熱的液態水曝露於大氣時，其可突然相變成氣體，通常稱為二次蒸汽(flash steam)。
通常，在回收階段中，目標是增加充足的熱能，以為下一分配階段準備蒸汽，其由製程可能需要的參數（溫度、流動速率、壓力）指定。在一些情況下，例如在20秒的分配階段後進行80秒的回收階段，在開始下一分配階段之前可達到所需的蒸汽壓力。在此情境下，可關閉通向加熱器的電源，以便避免使蒸汽超過所需參數（例如壓力）。然而，容器並非理想的絕緣體，因此可能發生某種熱損失，且蒸汽可能不會保持於所要的參數。或者，可維持加熱器的電源，且可釋放（例如排出）過量蒸汽以保持所需的參數（例如壓力）。然而，如此消耗過量的能量，且不具有能源效率。
為瞭解決此問題，在回收階段中，控制系統可（例如使用比例積分微分控制演算法）控制施加至加熱器的電源，此舉藉由在開始下一分配階段之前達到所需的參數進行。
第1A圖及第1B圖圖示化學機械拋光系統的拋光站20的實例。拋光站20包括可旋轉盤形平臺24，拋光墊30位於該可旋轉盤形平臺24上。可操作平臺24以圍繞軸25旋轉（見第1B圖中的箭頭A）。舉例而言，馬達22可轉動驅動軸28以旋轉平臺24。拋光墊30可為兩層拋光墊，其具有外拋光層34及較軟背托層32。
拋光站20可在例如漿料供應臂39的一端包括一供應埠，以將諸如研磨漿料的拋光液38分配至拋光墊30上。拋光站20亦可包括墊調節器，其具有調節盤以維持拋光墊30的表面粗糙度。
可操作承載頭70，以使基板10保持相抵於拋光墊30。承載頭70由支撐結構72（例如旋轉料架或軌道）懸置，且由驅動軸74連接至承載頭旋轉馬達76，從而承載頭可圍繞軸71旋轉。視情況，每一承載頭70可例如藉由在軌道上移動或藉由旋轉料架自身的旋轉振盪而在旋轉料架上的滑件上側向振盪。
承載頭70可包括可撓性膜80，其具有接觸基板10之背側的基板安裝表面以及複數個增壓腔室82，以對基板10上的不同區域（例如不同的徑向區域）施加不同的壓力。承載頭70可包括支撐環84以保持基板。在一些實施方式中，支撐環84可包括接觸拋光墊的下塑膠部分86以及較硬材料（例如金屬）的上部88。
在操作中，平臺圍繞其中心軸25旋轉，承載頭圍繞其中心軸71（見第1B圖中的箭頭B）旋轉且在拋光墊30的頂表面上側向平移（見第1B圖中的箭頭C）。
在一些實施方式中，拋光站20包括溫度感測器64，其監測拋光站及/或拋光站中的元件或拋光站的元件的溫度，例如拋光墊30及/或拋光墊上的漿料38的溫度。舉例而言，溫度感測器64可為紅外線(infrared; IR)感測器，例如IR攝影機，該紅外線(IR)感測器位於拋光墊30上方，且經配置以量測拋光墊30及/或拋光墊上的漿料38的溫度。特定而言，為了生成徑向溫度剖面，溫度感測器64可經配置以在沿拋光墊30半徑的多個點量測溫度。舉例而言，IR攝影機可具有跨越拋光墊30的半徑的視場。
在一些實施方式中，溫度感測器為接觸感測器，而不是非接觸感測器。舉例而言，溫度感測器64可為位於平臺24上或其中的熱電偶或IR溫度計。另外，溫度感測器64可與拋光墊直接接觸。
在一些實施方式中，為在沿拋光墊30的半徑的多個點提供溫度，多個溫度感測器可在拋光墊30上的不同徑向位置間隔開。此技術可用於替代IR攝影機或作為其補充而使用。
雖然在第1A圖中圖示為經定位以監測拋光墊30及/或拋光墊30上的漿料38的溫度，但可使溫度感測器64位於承載頭70內以量測基板10的溫度。溫度感測器64可與基板10的半導體晶圓直接接觸（亦即接觸感測器）。在一些實施方式中，拋光站22中可包括多個溫度感測器，（例如）以量測拋光站的不同元件或拋光站中不同元件的溫度。
拋光系統20亦包括溫度控制系統100，以控制拋光墊30及/或拋光墊上的漿料38的溫度。溫度控制系統100包括加熱系統104，其藉由將溫度受控介質之蒸汽輸送至拋光墊30的拋光表面36上（或輸送至已存在於拋光墊上的拋光液上）來操作。特定而言，介質包括來自例如蒸汽產生器410（見第2A圖）的蒸汽。蒸汽可與另一氣體（例如空氣）或液體（例如加熱的水）混合，或介質可基本上為純蒸汽。在一些實施方式中，將添加物或化學物質添加至蒸汽。
可藉由流過加熱輸送臂上的孔口（例如孔或槽）輸送介質，該等孔口由一或多個噴嘴提供。孔口可由連接至加熱介質源的歧管提供。
示例性加熱系統104包括臂140，其自拋光墊的邊緣在平臺24及拋光墊30上方延伸至拋光墊30的中心，或至少延伸至拋光墊30的中心附近（例如在拋光墊總半徑的5%內）。臂140可由基座142支撐，基座142可支撐於與平臺24相同的框架40上。基座142可包括一或多個致動器，例如提升或降低臂140的線性致動器，及/或使臂140在平臺24上方側向擺動的旋轉致動器。臂140經定位以避免與諸如拋光頭70、墊調節盤92及漿料分配臂39的其他硬體元件碰撞。
多個開口144形成於臂140的底表面中。每一開口經配置以將氣體或蒸氣（例如蒸汽）引導至拋光墊30上。臂140可由基座142支撐，從而開口144與拋光墊30分隔間隙126。間隙126可為0.5至5 mm。特定而言，選擇間隙126以使得加熱流體的熱量在流體到達拋光墊之前不會顯著耗散。舉例而言，可選擇間隙以使得自開口逸出的蒸汽在到達拋光墊之前不冷凝。
加熱系統104可包括蒸汽源，例如蒸汽產生器410。藉由流體輸送管146將蒸汽產生器410連接至臂140中的開口144，可藉由管路、可撓性容器、穿過固體主體的提供臂140的通路或其組合提供流體輸送管146。
蒸汽產生器410包括保持水的容器420，以及將熱量輸送至容器420中的水的加熱器430。可自電源250將電力輸送至加熱器430。感測器260可位於容器420中或流體輸送管線146中，以量測蒸汽的物理參數（例如溫度或壓力）。
在一些實施方式中，對於每一噴嘴可獨立控制製程參數，例如流動速率、壓力、溫度及/或液體與氣體的混合比。舉例而言，每一開口144的流體可流過獨立受控的加熱器，以獨立控制加熱流體的溫度，例如蒸汽的溫度。
各個開口144可將蒸汽148引導至拋光墊30上的不同徑向區域124。相鄰的徑向區域可重疊。視情況，可定向開口144中的一些開口，以便來自開口的噴灑的中心軸相對於拋光表面36呈斜角。可自開口144中之一或多者引導蒸汽，在與由平臺24的旋轉導致的衝擊區域中的拋光墊30的運動方向相反的方向上具有水準分量。
雖然第1B圖圖示均勻間隔的開口144，但此並非必需。噴嘴120可徑向地或有角度地非均勻分佈，或以兩種方式不均勻地分佈。舉例而言，開口144可朝向拋光墊30的中心更密集地聚集。作為另一實例，開口144可在一半徑處更密集地聚集，該半徑對應於藉由漿料輸送臂39將拋光液39輸送至拋光墊30的半徑。另外，雖然第1B圖圖示九個開口，但可有更多或更少的開口。
當產生蒸汽（例如在第2A圖中的蒸汽產生器410中）時，蒸汽148的溫度可為90至200℃。當藉由噴嘴144分配蒸汽時，蒸汽的溫度可例如由於輸送中的熱損失而在90至150℃之間。在一些實施方式中，在70-100℃的溫度（例如80-90℃）下藉由噴嘴144輸送蒸汽。在一些實施方式中，使藉由噴嘴輸送的蒸汽過熱，亦即處於高於沸點（對於其壓力）的溫度。
當藉由噴嘴144輸送蒸汽時，取決於加熱器功率及壓力，蒸汽的流動速率可為1-1000 cc/分鐘。在一些實施方式中，蒸汽與其他氣體混合，例如與正常大氣壓或N 2混合。或者，藉由噴嘴120輸送的流體可基本上為純水。在一些實施方式中，藉由噴嘴120輸送的蒸汽148與液態水（例如霧化水）混合。舉例而言，可按1:1至1:10的相對流量比（例如以sccm為單位元的流動速率）組合液態水及蒸汽。然而，若液態水的量低，例如低於5 wt%，例如低於3 wt%，例如低於1 wt%，則蒸汽將具有較好的熱傳遞品質。因此，在一些實施方式中，蒸汽為乾蒸汽，亦即基本上無小水滴。
拋光系統20亦可包括冷卻系統（例如具有開口以將冷卻流體分配至拋光墊上的臂）、高壓清洗系統（例如具有噴嘴以將清洗液體噴灑至拋光墊上的臂）以及使拋光液38均勻地分佈於拋光墊30上的刮刷片或刮刷體。
參考第2圖，拋光系統20亦包括控制系統200，其控制各個元件（例如溫度控制系統100）的操作，以及承載頭的旋轉、平臺的旋轉、由承載頭中的腔室施加的壓力等。
控制系統200可經配置以接收來自溫度感測器64的墊溫度量測結果。控制系統實施第一控制迴路202，其可對蒸汽設定以週期性為基礎（每一週期包括如上文所討論的回收階段及分配階段）的目標參數。簡要而言，控制迴路202可將所量測的墊溫度與目標墊溫度比較，且產生回饋訊號。使用回饋訊號以計算蒸汽的修改後目標參數，以便達到目標墊溫度。舉例而言，若所量測的墊溫度在前一分配階段中未達到目標墊溫度，則回饋訊號將在後一分配階段中使溫度控制系統200向拋光墊輸送更多熱量；而若所量測的墊溫度在前一分配階段中超過了目標墊溫度，則回饋訊號將在後一分配階段中使溫度控制系統200向拋光墊輸送更少熱量。
可單獨或組合地使用若干技術，以控制自分配階段至分配階段輸送至拋光墊的熱量。第一，可增加（為輸送更多熱量）或減少（為輸送更少熱量）輸送蒸汽的持續時間，例如工作週期。第二，可增加（為輸送更多熱量）或減少（為輸送更少熱量）輸送蒸汽的溫度。第三，可增加（為輸送更多熱量）或減少（為輸送更少熱量）輸送蒸汽的壓力。
由此，若所量測的墊溫度未達到目標墊溫度，則回饋訊號可使控制迴路202增加後一分配階段的目標蒸汽溫度、壓力及/或工作週期。另一方面；若所量測的墊溫度在前一分配階段中超過了目標墊溫度，則回饋訊號將使控制迴路202減少目標蒸汽溫度、壓力及/或工作週期。因此，蒸汽的參數目標值r(t)，例如壓力或溫度的目標值將發生以週期性為基礎的改變。在一些實施方式中，不以週期性為基礎來操作，控制迴路可連續操作，隨著拋光進行不斷監測拋光墊30的溫度，並且調整參數目標值r(t)。將參數目標值r(t)自控制迴路202輸出至比例積分微分(proportional integral derivative; PID)控制器204，其執行比例積分微分控制演算法以控制由電源250施加至加熱器430的電力。可將PID控制器204連接至感測器260，以接收參數的量測結果Y(t)，例如溫度或壓力。可調整PID控制器204，以使得在開始下一分配階段之前，達到目標參數值。舉例而言，在打開閥門之前，可在180秒內達到目標參數，例如在60秒內，例如在30秒內，例如在10秒內，例如在3秒內，例如在1秒內。
在PID控制器204中，藉由比較器210將目標參數值r(t)與來自感測器260的經量測的參數值Y(t)比較。比較器基於差輸出誤差訊號e(t)。
將誤差訊號輸出至比例值計算器212，其計算第一比例輸出P。可基於以下公式計算比例輸出P： P = K Pe(t) 其中Kp為調整期間設定的加權。亦將誤差訊號e(t)輸入至積分值計算器214，其計算第二積分輸出I。可基於以下公式計算積分輸出I：
Figure 02_image001
其中 K I 為調整期間設定的加權。亦將誤差訊號e(t)輸入至微分值計算器216，其計算第三微分輸出D。可基於以下公式計算微分輸出D：
Figure 02_image003
其中K D為調整期間設定的權。
由求和計算器218對比例輸出P、積分輸出I及微分輸出D求和，以輸出控制訊號u(t)，其設定由電源250輸出至加熱器430的電力。
總體而言，在調整PID控制器204時，需要使K P儘可能低。隨後可在需要時基於超越量及設定時間提高K I及K D，以使得在開始下一分配階段之前達到目標參數值。可使用多種PID調整方法，例如Cohen-Coon法、Ziegler-Nichols法、Tyreus-Luyben法及Autotune法。在一些實施方式中，在假定閥門的工作週期不變的情況下，控制所施加的熱量。在此情況下，增益值K I、K P及K D不需發生週期性變化。然而，在一些實施方式中，若工作週期發生週期性變化，則在每一工作週期調整K I、K P及K D。舉例而言，一旦計算工作週期，則可基於將增益值K I、K P及K D與工作週期百分比相關聯的查閱資料表選擇增益值。
在一些實施方式中，不控制由加熱器430施加的熱量，PID控制器204可控制流量計或閥門270，該閥門270可釋放蒸汽產生器410中的容器中的壓力。在此情況下，流量計或閥門經控制以釋放壓力，將蒸汽壓力保持於目標壓力值。若實施為閥門，則可按取決於控制訊號u(t)的工作週期打開及關閉閥門。若實施為流量計，則控制訊號u(t)可例如藉由調整孔口尺寸控制通過調節器的流動速率。在一些實施方式中，PID控制器204可控制閥門438；在此情況下，通過臂中的開口排出蒸汽。
可在數位電子電路系統中，在有形實現的電腦程式或韌體中，在電腦硬體中或在其中一或多者的組合中實施控制系統200及其功能操作。可將電腦軟體實施為一或多個電腦程式，亦即在有形非暫態性儲存媒體上編碼的電腦程式指令的一或多個模組，該等指令由資料處理裝置的處理器執行，或控制資料處理裝置的處理器的操作。電子電路系統及資料處理裝置可包括通用可程式、可程式數位處理器及/或多個數位處理器或電腦以及專用邏輯電路系統，例如現場可程式閘陣列(field programmable gate array; FPGA)或ASIC（特定應用積體電路）。
控制系統經「配置」以執行特定操作或行為意謂系統上安裝有軟體、韌體、硬體或其組合，其在操作中使系統執行各種操作或動作。一或多個電腦程式經配置以執行特定操作或行為意謂一或多個程式包括指令，該等指令當由資料處理裝置執行時使得裝置執行各種操作或動作。
參考第3A圖，可使用蒸汽產生器410產生用於本文說明中描述之製程，或在化學機械拋光系統中具有其他用途的蒸汽。示例性蒸汽產生器410包括罐體420，其封閉內部容積425。罐體420的壁可由絕熱材料製成，該絕熱材料具有極低位準的礦物汙染物（例如石英）。替代地，罐體壁可由另一材料形成，例如罐體的內表面可塗佈有聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene; PTFE)或另一塑膠。在一些實施方式中，罐體420可為10-20吋長，及1-5吋寬。
參考第3A圖及第3B圖，在一些實施例中，阻障層426將罐體420的內部容積425分為下腔室422及上腔室424。阻障層426可由與罐壁相同的材料製成，例如石英、不鏽鋼、鋁或諸如氧化鋁的陶瓷。在較低風險的汙染方面，石英可較佳。阻障層426可基本上藉由阻擋由沸水飛濺的小水滴阻止液態水440進入上腔室424。如此允許乾蒸汽在上腔室424中積聚。
阻障層426包括一或多個孔口428。孔口428允許蒸汽自下腔室422進入上腔室424中。孔口428（尤其是靠近阻障層426邊緣的孔口428）可允許在上腔室424的壁上之冷凝液落在下腔室422中，以減少上腔室426中的液體含量，且允許液體與水440一起得以重新加熱。
孔口428可位於阻障層426的邊緣處（例如僅在邊緣處），阻障層426在此處接觸罐體420的內壁。孔口428可位於阻障層426的邊緣附近，例如在阻障層426的邊緣與阻障層426的中心之間。此配置可為有利的，因為阻障層426的中心缺少孔口，由此減少了液態小水滴進入上腔室的風險，同時仍允許在上腔室424的側壁上之冷凝液流出上腔室。
然而，在一些實施方式中，孔口亦位於遠離邊緣處，例如在阻障層426的寬度上，例如在阻障層425的區域中均勻地間隔。
參考第3A圖，入水口可將水槽434連接至罐體420的下腔室422。入水口432可位於罐體420的底部或靠近罐420的底部以為下腔室422提供水440。
一或多個加熱元件430可包圍罐體420的下腔室422的一部分。舉例而言，加熱元件430可為纏繞於罐體420外部周圍的加熱線圈，例如電阻加熱器。加熱元件亦可由罐的側壁的材料上的薄膜塗層提供；若施加電流，則此薄膜塗層可用作加熱元件。
加熱元件430亦可位於罐體420的下腔室422內。舉例而言，可用一材料塗佈加熱元件，該材料將阻止加熱元件的汙染物（例如金屬汙染物）遷移至蒸汽中。
加熱元件430可對罐體420的底部施加熱量直至最低水位443a。亦即，加熱元件430可覆蓋罐體420的低於最低水位443a的部分以阻止過熱，且減少不必要的能量消耗。
蒸汽出口436可將上腔室424連接至蒸汽輸送通路438。蒸汽輸送通路438可位於罐體420的頂部或其附近，例如在罐體420的頂板中，以允許蒸汽自罐體420移動至蒸汽輸送通路438，及移動至CMP裝置的各個元件。可使用蒸汽輸送通路438使蒸汽流向化學機械拋光裝置的各個區域，例如用於承載頭70、基板10及墊調節盤92的蒸汽清潔及預熱。
在一些實施方式中，將過濾器470耦接至蒸汽出口438，蒸汽出口438經配置以減少蒸汽446中的汙染物。過濾器470可為離子交換過濾器。
水440可通過入水口432自水槽434流至下腔室422中。水440可在罐體420中至少填充至水位442，水位442高於加熱元件430且低於罐體426。當加熱水440時，氣體介質446產生，且通過阻障層426的孔口428上升。孔口428允許蒸汽上升，同時允許冷凝水下落，產生其中水為基本上不含液體的蒸汽（例如蒸汽中無懸浮的液態小水滴）之氣體介質446。
在一些實施方式中，使用水位感測器460確定水位，該水位感測器460量測旁路管444中的水位442。旁路管將水槽434連接至平行於罐體420的蒸汽輸送通路438。水位感測器460可指示水位442在旁路罐444中的位置，及因此指示其在罐體420中的位置。舉例而言，對水位感測器444及罐體420施加相等的壓力（例如兩者自同一水槽434接收水，且兩者在頂部具有相同的壓力，例如兩者均連接至蒸汽輸送通路438），因此水位感測器與罐體420之間的水位442相同。在一些實施例中，水位感測器444中的水位可另外指示罐體420中的水位442，例如水位感測器444中的水位442經調整以指示罐體420中的水位442。
在操作中，罐體中的水位442高於最低水位443a，且低於最高水位443b。最低水位443a至少高於加熱元件430，最高水位443b充分地低於蒸汽出口436及阻障層426，以使得提供足夠的空間以允許氣體介質446（例如蒸汽）在罐體420的頂部附近積聚，且仍基本上無液態水。
在一些實施方式中，控制器200耦接至閥門480、閥門482及水位感測器460，閥門480控制流過入水口432的流體，閥門482控制流過蒸汽出口436的流體。使用水位感測器460，控制器200經配置以調節水440流動至罐體420，調節氣體446離開罐體420以使水位442維持於最低水位443a上方（且高於加熱元件430），且位於最高水位443b下方（且低於阻障層426（若有阻障層426））。控制器200亦可耦接至加熱元件430的電源250，以便控制輸送至罐體420中水440的熱量。
雖然討論了墊溫度的量測結果及蒸汽至墊上之輸送，但應將此理解為包括墊上的漿料的量測結果或蒸汽至墊上漿料之輸送。
已描述本發明的數個實施例。然而，將理解可在不脫離本發明的精神及範疇的情況下作出各種修改。因此，其他實施例在以下申請專利範圍的範疇內。
10:基板 20:拋光站 22:馬達 24:平臺 25:軸 28:驅動軸 30:拋光墊 32:較軟背托層 34:外拋光層 36:拋光表面 38:拋光液 39:漿料供應臂 40:框架 64:溫度感測器 70:承載頭 71:軸 72:支撐結構 74:驅動軸 76:承載頭旋轉馬達 80:可撓性膜 82:增壓腔室 84:支撐環 86:下塑膠部分 88:上部 92:墊調節盤 100:溫度控制系統 124:徑向區域 126:間隙 140:臂 142:基座 144:開口 148:蒸汽 200:控制系統 202:控制迴路 204:比例積分微分控制器 210:比較器 212:比例值計算器 214:積分值計算器 216:微分值計算器 218:求和計算器 250:電源 260:感測器 270:閥門 410:蒸汽產生器 420:罐體 422:下腔室 424:上腔室 425:內部容積 426:阻障層 428:孔口 430:加熱元件 432:入水口 434:水槽 436:蒸汽出口 438:蒸汽輸送通路 440:水 442:水位 443a:最低水位 443b:最高水位 444:水位感測器 446:氣體介質 460:水位感測器 470:過濾器 480:閥門 482:閥門 A:旋轉 B:旋轉 C:側向移動
第1A圖是拋光裝置的拋光站的實例的示意性橫截面圖。
第1B圖是化學機械拋光裝置的示例性拋光站的示意性俯視圖。
第2圖圖示控制系統，其包括可經執行以控制蒸汽產生器功率的比例積分微分控制演算法。
第3A圖是示例性蒸汽產生器的示意性橫截面圖。
第3B圖是示例性蒸汽產生器的示意性橫截面俯視圖。
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24:平臺
30:拋光墊
64:溫度感測器
140:臂
200:控制系統
202:控制迴路
204:比例積分微分控制器
210:比較器
212:比例值計算器
214:積分值計算器
216:微分值計算器
218:求和計算器
250:電源
260:感測器
270:閥門
410:蒸汽產生器
430:加熱元件
482:閥門

Claims (19)

  1. 一種化學機械拋光系統，其包含： 一平臺，其支撐一拋光墊； 一承載頭，其保持一基板與該拋光墊接觸； 一馬達，其產生該平臺與該承載頭之間的相對運動； 一蒸汽產生器，其包括：一容器，具有一入水口及一蒸汽出口；及一加熱元件，其經配置以對下腔室的一部分施加熱量以產生蒸汽； 一臂，其在該平臺上方延伸，具有經定向以將蒸汽自該蒸汽發生器輸送至該拋光墊上的至少一個開口； 一第一閥，其在該開口與該蒸汽出口之間的一流體管線中，以可控地連接及斷接該開口與該蒸汽出口； 一感測器，其監測一蒸汽參數；及 一控制系統，其耦接至該感測器、該閥門，且視情況耦接至該加熱元件，該控制系統經配置以： 根據作為資料儲存於一非暫態性儲存器件中的一拋光製程配方中的一蒸汽輸送時間表，使該閥門打開及關閉， 自該感測器接收該蒸汽參數的一量測值， 接收該蒸汽參數的一目標值，及 用該目標值及該量測值作為輸入執行一比例積分微分控制演算法，以便控制該第一閥及/或一第二釋壓閥及/或該加熱元件，以使得在根據該蒸汽輸送時間表打開該閥門之前，該量測值基本上達到該目標值。
  2. 如請求項1所述之系統，其中該蒸汽參數為蒸汽溫度，該量測值為一量測蒸汽溫度值，且該目標值為一目標蒸汽溫度值。
  3. 如請求項1所述之系統，其中該蒸汽參數為蒸汽壓力，該量測值為一量測蒸汽壓力值，且該目標值為一目標蒸汽壓力值。
  4. 如請求項1所述之系統，其中該控制器經配置以執行該比例積分微分控制演算法，以便在該蒸汽輸送時間表中的一輸送期以外的持續時間中控制該閥門。
  5. 如請求項1所述之系統，其中該控制器經配置以執行該比例積分微分控制演算法，以便控制該加熱元件。
  6. 如請求項1所述之系統，其中該控制器經配置以執行該比例積分微分控制演算法，以使得在打開該閥門之前的10秒內，該量測值達到該目標值。
  7. 如請求項6所述之系統，其中該控制器經配置以執行該比例積分微分控制演算法，以使得在打開該閥之前的3秒內，該量測值達到該目標值。
  8. 如請求項7所述之系統，其中該控制器經配置以執行該比例積分微分控制演算法，以使得在打開該閥之前的1秒內，該量測值達到該目標值。
  9. 如請求項1所述之系統，其包含監測該容器中一水位的一水位感測器，且其中該控制器經配置以接收來自該水位感測器的一訊號，且以基於來自該水位感測器的該訊號修改通過該入水口的水的一流動速率，以將該容器中的一水位保持高於該加熱元件，且低於該蒸汽出口。
  10. 如請求項1所述之系統，其中該控制器經配置以在一週期的一分配階段期間打開該閥門，且經配置以在該週期的一回收階段期間關閉該閥門。
  11. 如請求項10所述之系統，其中每一週期對應於拋光一單一基板。
  12. 如請求項10所述之系統，其中每一週期由一單一分配階段及一單一回收階段組成。
  13. 如請求項10所述之系統，其進一步包含一溫度感測器，其經定位以量測該拋光墊的一溫度。
  14. 如請求項13所述之系統，其中該控制器經配置以從該感測器接收表示該拋光墊的該溫度的一訊號，且以基於該訊號設定該蒸汽參數的該目標值。
  15. 如請求項14所述之系統，其中該控制器經配置以按一週期性為基礎設定該目標值。
  16. 如請求項14所述之系統，其中該控制器經配置以在一週期內連續設定該目標值。
  17. 一種化學機械拋光裝置，其包含： 一平臺，其支撐一拋光墊； 一承載頭，其保持一基板與該拋光墊接觸； 一馬達，其產生該平臺與該承載頭之間的相對運動； 一蒸汽產生器，其包括：一容器，具有一入水口及一蒸汽出口；及一加熱元件，其經配置以對下腔室的一部分施加熱量以產生蒸汽； 一臂，其在該平臺上方延伸，具有經定向以將蒸汽自該蒸汽發生器輸送至該拋光墊上的一開口； 一第一閥，其在該開口與該蒸汽出口之間的一流體管線中，以可控地連接及斷接該開口與該蒸汽出口； 一第二閥或流量調節器，其在該第一閥與該蒸汽出口之間的該流體管線中，該第二閥經配置以可控地釋放該容器的壓力； 一感測器，其監測一蒸汽參數；及 一控制系統，其耦接至該感測器、該閥門，且視情況耦接至該加熱元件，該控制系統經配置以： 根據作為資料儲存於一非暫態性儲存器件中的一拋光製程配方中的一蒸汽輸送時間表，使該第一閥門打開及關閉， 自該感測器接收該蒸汽參數的一量測值， 接收該蒸汽參數的一目標值，及 用該目標值及該量測值作為輸入執行一比例積分微分控制演算法，以便控制該第二閥門，以使得在根據該蒸汽輸送時間表打開該閥門之前，該量測值基本上達到該目標值。
  18. 一種蒸汽產生組件，其包含： 一蒸汽產生器，其包括：一容器，具有一入水口及一蒸汽出口；及一加熱元件，其經配置以對下腔室的一部分施加熱量以產生蒸汽； 一第一閥門，其在自該蒸汽出口的一流體管線中，以可控地將蒸汽出口連接至一開口，且將蒸汽出口與一開口斷開連接； 一感測器，其監測一蒸汽參數；及 一控制系統，其耦接至該感測器、該閥門，且視情況耦接至該加熱元件，該控制系統經配置以： 根據作為資料儲存於一非暫態性儲存器件中的一拋光製程配方中的一蒸汽輸送時間表，使該閥門打開及關閉， 自該感測器接收該蒸汽參數的一量測值， 接收該蒸汽參數的一目標值，及 用該目標值及該量測值作為輸入執行一比例積分微分控制演算法，以便控制該第一閥及/或一第二釋壓閥及/或該加熱元件，以使得在根據該蒸汽輸送時間表打開該閥門之前，該量測值基本上達到該目標值。
  19. 一種電腦程式產品，其包含一非暫態性電腦可讀媒體，該非暫態性電腦可讀媒體具有使一或多個處理器執行以下操作的指令： 存取作為資料儲存於一非暫態性儲存器件中的一拋光製程配方； 根據該蒸汽輸送時間表使一蒸汽產生器件的一出口與一開口之間的第一閥門打開及關閉； 自一感測器接收該蒸汽產生器件中的蒸汽的一蒸汽參數的一量測值； 接收該蒸汽參數的一目標值，及 用該目標值及該量測值作為輸入執行一比例積分微分控制演算法，以便控制該第一閥門及/或一第二釋壓閥及/或該加熱元件，以使得在根據該蒸汽輸送時間表打開該閥門之前，該量測值基本上達到該目標值。
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