TW202319175A - 具有壓電壓力控制的拋光承載頭 - Google Patents

Abstract

一種用於在抛光系統中固持基板之承載頭具有包括承載板之外殼、緊固至外殼之第一可撓性膜，及緊固至承載板之複數個可獨立操作之壓電致動器。第一可撓性膜具有上表面，且具有提供基板安裝表面之下表面。壓電致動器定位在第一可撓性膜上方，以便獨立地調整第一可撓性膜之上表面上的壓縮壓力。

Description

具有壓電壓力控制的拋光承載頭

本揭示案大體言之係關於抛光製程之輪廓控制，且更特定言之係關於具有壓電致動器之承載頭。

通常藉由在矽晶圓上依序沉積導電層、半導體層或絕緣層並藉由依序處理該等層而在基板（例如，半導體晶圓）上形成積體電路。

一個製造步驟涉及在非平面的表面之上沉積填料層並平坦化填料層。對於某些應用而言，平坦化填料層直至暴露了已圖案化之層的頂表面為止。另外，平坦化可用以使（例如，介電層之）基板表面平坦化，以用於微影。

化學機械抛光(chemical mechanical polishing; CMP)為一種公認的平坦化方法。此平坦化方法通常需要將基板安裝在承載頭上。將基板之已暴露表面放置成抵靠旋轉抛光墊。承載頭在基板上提供可控負載以將基板推向抛光墊。在一些實施例中，承載頭包括形成多個獨立可加壓腔室的膜，其中每一腔室中之壓力控制基板上之每一對應區域中的抛光速率。向抛光墊之表面供應抛光液體，諸如，具有磨蝕顆粒之漿料。

在一個態樣中，一種用於在抛光系統中固持基板之承載頭具有包括承載板之外殼、緊固至外殼之第一可撓性膜，及緊固至承載板之複數個可獨立操作之壓電致動器。第一可撓性膜具有上表面，且具有提供基板安裝表面之下表面。壓電致動器定位在第一可撓性膜上方，以便獨立地調整第一可撓性膜之上表面上的壓縮壓力。

在另一態樣中，一種抛光系統包括用以支撐抛光墊之平臺；用以固持基板抵靠抛光墊之承載頭；用以產生信號之原位監控系統，該信號取決於被抛光之基板上的層之厚度；及控制系統。承載頭包括緊固至驅動軸且可藉由驅動軸旋轉之外殼，該外殼包括承載板、緊固至外殼之第一可撓性膜及複數個可獨立操作之壓電致動器。第一可撓性膜具有上表面及提供基板安裝表面之下表面。壓電致動器緊固至承載板且定位在第一可撓性膜上方，以便獨立地調整第一可撓性膜之上表面上的壓縮壓力。複數個壓電致動器以不同角度定位圍繞承載頭之中心軸線佈置。控制系統經配置以基於來自原位監控系統之信號控制施加至複數個壓電致動器之電壓，以便減小層厚度之角度變化。

在另一態樣中，一種抛光組件包括用於固持抛光系統中之基板的承載頭、驅動軸、用以使驅動軸旋轉之馬達、旋轉電聯、控制器、電壓供應線及資料線。承載頭包括外殼，該外殼緊固至驅動軸且可藉由驅動軸旋轉且包括承載板、複數個可獨立操作之壓電致動器，及緊固至外殼之電路系統。該等壓電致動器緊固至承載板且經定位以便獨立地調整基板上之壓力。電壓供應線及資料線經由旋轉電聯將控制器連接至電路系統。電路系統經配置以接收電壓供應線上之電壓，接收資料線上之資料，並基於該資料控制施加至複數個壓電致動器之電壓。

在另一態樣中，一種用於在抛光系統中固持基板之承載頭包括外殼；第一可撓性膜，其緊固至外殼以形成一或更多個可加壓腔室以便經由第一可撓性膜之中央膜部分將壓力施加至基板之中央部分；及受外殼支撐之複數個可獨立操作之壓電致動器，該複數個壓電致動器自中央膜部分徑向向外且以不同角度定位來定位，以便獨立地調整在該基板的環繞基板的中央部分之環形外部區域中之複數個有角度區域上的壓力。

在另一態樣中，一種用於在抛光系統中固持基板之承載頭包括外殼，及緊固至該外殼以形成一或更多個可加壓腔室之第一可撓性膜。第一可撓性膜具有為基板之中央部分提供基板安裝表面的下表面。複數個可獨立操作之壓電致動器受該外殼支撐，且該複數個壓電致動器自第一可撓性膜徑向向外且以不同角度定位來定位。比第一可撓性膜更堅硬之邊緣控制環耦合至該複數個壓電致動器以使得該複數個壓電致動器控制該邊緣控制環相對於外殼之傾角。邊緣控制環經定位以將壓力施加至基板上的環繞基板的中央部分之環形區域。

在另一態樣中，抛光系統包括支撐抛光墊之平臺、驅動軸，及用於在抛光系統中固持基板之承載頭。承載頭包括緊固至驅動軸且可藉由驅動軸移動之外殼；複數個可獨立操作之壓電致動器，其受該外殼支撐且經定位以控制由承載頭固持之基板之背表面的邊緣部分上之壓力，該複數個壓電致動器為可獨立控制的。控制系統經配置以控制施加至複數個壓電致動器之電壓，以使得將最高壓力施加至基板之背表面的邊緣部分之定位結合承載頭中的基板之進動經歷進動。

以上態樣中之任一者的實施可包括以下特徵中之一或更多者。複數個壓電致動器可呈規則陣列（例如，矩形柵格）佈置。複數個壓電致動器可佈置在複數個弧形區域中，且該等弧形區域可以均勻或不均勻的角度間距圍繞承載頭之中心軸線佈置。複數個壓電致動器可佈置在複數個六邊形或梯形區域中。複數個壓電致動器可包括圍繞承載頭之中心軸線每20°至少一個壓電致動器。複數個壓電致動器可包括不多於六個致動器，例如，可由三個壓電致動器組成。

第一可撓性膜可具有在1 MPa與20 MPa之間的彈性模數（楊氏模數）。

承載頭可包括第一可撓性膜，該第一可撓性膜緊固至外殼以形成一或更多個可加壓腔室，以便經由第一可撓性膜之中央膜部分將壓力施加至基板之被基板的邊緣部分所環繞之中央部分。承載頭可包括第二可撓性膜，該第二可撓性膜受外殼支撐且在複數個可獨立操作之壓電致動器下方延伸，以使得複數個可獨立操作之壓電致動器在第二可撓性膜之上部表面上提供可調整之壓縮壓力。第二可撓性膜可在第一可撓性膜下方延伸，以使得第一可撓性膜控制第二可撓性膜之上表面上的壓縮壓力，且第二可撓性膜為基板之中央部分及邊緣部分提供安裝表面。

電路系統可緊固至外殼以接收電壓供應線上之電壓，接收資料線上之資料，並基於該資料控制施加至複數個壓電致動器之電壓。電路系統可經配置以自資料線上之控制器接收資料的訊框，該資料包括一或更多個控制值。電路系統可經配置以接收資料訊框，包括訊框中之控制值的序列，並基於該序列中之控制值的定位來標識被施加該序列中之控制值的致動器。電路系統可經配置以接收包括一對控制值及標識值之資料訊框，且基於該等標識值標識出被施加該控制值之致動器。控制值可表示施加至壓電致動器之電壓。

某些實施可包括以下優勢中之一或更多者。可以圍繞被抛光基板之中心徑向地且成角度地變化的方式向基板施加壓力。此准許以可補償傳入基板之厚度的角度變化及/或抛光製程之抛光速率的角度變化之方式進行輪廓控制。可藉由使壓電致動器膨脹或收縮以使區域的頂部上之膜變形來控制施加在該區域之上的壓力。因此，可獨立地且以高清晰度控制基板上之層的每一區域之抛光製程。此外，與使用壓力腔室相比較而言，使用壓電致動器准許以更可行的方式擴展至更大數目個控制區域。特定而言，需要較少旋轉連接，且旋轉連接之數目不需要隨壓電致動器之數目縮放。

在隨附圖式及以下描述中闡述本發明之一或更多個實施的細節。其他特徵、目標及優勢將自實施方式及圖式以及自申請專利範圍顯而易見。

基板不同區域之間的抛光速率變化可導致基板的不同區域在不同時間達到其目標厚度。一方面，若同時停止基板之不同區域的抛光，則該等區域可能不會達到期望厚度。另一方面，在不同時間停止不同區域之抛光可導致缺陷或抛光設備之降低處理量。因此，需要能夠獨立控制不同區域上之壓力。

在理想化製程中，由於承載頭及平臺之旋轉，基板上之抛光速率將關於基板之旋轉軸角對稱。然而，實務上，抛光製程可導致抛光速率之角度變化。另外，要抛光之基板可具有具初始厚度之頂層，該初始厚度成角度地變化，亦即，具有角度不均勻性。最終，在一些製造製程中，可能需要在被抛光層之厚度中引起角度不均勻性，以便補償稍後處理步驟（例如，沉積步驟）中之不均勻性。消除由抛光製程引起或在抛光具有角度不均勻的初始厚度之層時引起的角度不均勻性，或在抛光層時有意地提供厚度的角度變化，仍具挑戰。

然而，使用多個壓電致動器之承載頭可解決此問題。壓電致動器可圍繞承載頭成角度地分佈，且可獨立地控制每一壓電致動器，從而准許減少或酌量引入角度不均勻性。

第1圖繪示抛光設備100之實例。抛光設備100包括可旋轉之圓盤形平臺120，抛光墊110位於該可旋轉之圓盤形平臺120上。平臺可操作以圍繞軸線125旋轉。舉例而言，馬達121可轉動驅動軸124以使平臺120旋轉。抛光墊110可（例如）藉由黏著層可拆卸地緊固至平臺120。抛光墊110可為具有外抛光層112及較軟背襯層114之兩層抛光墊。

抛光設備100可包括組合的漿料/沖洗臂130。在抛光期間，臂130可操作以將抛光液體132（諸如，磨蝕漿料）施配至抛光墊110上。雖然僅示出一個漿料/沖洗臂130，但可使用額外噴嘴，諸如，每個承載頭有一或更多個專用漿料臂。抛光設備亦可包括抛光墊調節器以磨蝕抛光墊110以便使抛光墊110維持在一致的磨蝕狀態下。

抛光設備100包括承載頭140，該承載頭140可操作以固持基板10抵靠抛光墊110。承載頭140可經配置以獨立地控制基板10上之多個區域中的每一者之抛光參數，例如，壓力。

承載頭140可包括外殼141，該外殼141可連接至驅動軸152、膜182及保持環142以保持基板10在可撓性膜182下方。膜182之下表面為基板10提供安裝表面。膜182可由彈性材料製成，例如，橡膠，諸如，矽橡膠或氯丁橡膠。膜182之楊氏模數的範圍可自1 MPa至20 MPa。若其他材料（例如，水凝膠及泡沫）在1 MPa至10 MPa之間的楊氏模數下在彈性範圍內變形且具有相對高的剪切模數但具有低的黏著性以使得避免「黏貼」至膜上，則該等材料係可能的。膜182可為半透明的，以適應光學原位監控系統。膜182可緊固至外殼141。

承載頭140亦包括定位在膜182上方且緊固至承載板143的多個可獨立操作的壓電致動器184。承載板143可由外殼141的一部分提供。壓電致動器184經定位以接觸膜182之上表面，以便獨立地調整膜182之上表面上處的壓力。如第1圖中所描繪，描繪出五個壓電致動器184a～184c（未單獨編號），但此數目可更大，例如，二十個至一百個致動器。

或者，電路系統189（例如，具有諸如微控制器之一或更多個元件的電路板）緊固至承載頭140。舉例而言，電路系統可安裝在承載頭140之外殼141的頂部上。對於另一實例而言，電路系統可安裝在承載頭140內部。

電路系統189可自電壓源181接收電壓供應線183上之電壓。電路系統189亦可經由資料線186自控制器190接收資料。電壓供應線183及資料線186可經由驅動軸152及旋轉電聯156（例如，滑環）繞線至電壓源181及控制器190之固定部件。

另外，電路系統可基於資料經由電壓線187獨立地控制施加至每一壓電致動器之電壓。資料線186可移送複數個資料訊框，且複數個訊框中之每一訊框可包括表示壓電致動器中之一或更多者的壓力信號或等效電壓信號之資料。在一些實施中，藉由控制器190傳輸之資料訊框包括針對每一壓電致動器之控制值，且電路系統189經配置以藉由控制值在訊框內之次序確定哪一控制值與每一壓電致動器相關聯。在一些實施中，藉由控制器190傳輸之資料訊框包括控制值及針對被施加該控制值之壓電致動器的標識值，且電路系統189經配置以基於標識值確定針對該控制值之適當壓電致動器。

僅需要經由旋轉電聯156來繞線兩條電線，例如，電壓供應線183及資料線186。因此，該組件可比需要多個流體管線（例如，氣動空氣管線）之旋轉連接的壓力致動器更簡單且更可靠。另外，可藉由適當修改控制器190所提供之資料及解釋該資料之電路系統189的功能來擴大壓電致動器的數目，而不必增加旋轉連接的數目。

第2A圖及第2B圖分別繪示承載頭140內之壓電致動器184的陣列1841之實例橫截面圖及壓電致動器184的陣列1841之仰視圖。每一壓電致動器184包括夾在兩個電極185a、185b之間的壓電材料之層1842。為了使致動器垂直地移位，在兩個電極185a、185b之間施加電壓。該等電極中之一者（例如，頂電極185a）可連接至地。另一電極（例如，底電極185b）可充當控制電極，電路系統189以可控方式將電壓施加至該控制電極。

在一些實施中，頂電極185a為所有壓電致動器184之共用接地電極。在此情形下，頂電極185a可橫跨基板10。個別底電極185b可為與壓電層致動器之區段相同的大小。在一些實施中，壓電致動器184跨承載板143具有均勻大小。

在一些實施中，壓電致動器184包括附接在底電極185b下方之絕緣板1843。絕緣板1843不需要具有與致動器184之其餘部分（例如，層1842）相同的形狀。亦即，板1843可為與壓電層1842不同之形狀及大小。舉例而言，絕緣板1843可（在橫向上）比壓電層1842大。另外，絕緣板1843可具有不同形狀及大小，以使得膜182上之由壓電致動器184施加壓力的區域之形狀可跨陣列1841變化。可基於基板上之將藉由致動器施加壓力的區域之期望形狀來選擇絕緣板1843之形狀。或者，可基於基板上之將藉由致動器施加壓力的區域之期望形狀來選擇整個壓電致動器（例如，壓電層1842）及絕緣板1843（若存在）。

在一些實施中，可將一個以上壓電致動器184定位在同一絕緣板1843上方。在此情形下，可將同一電壓信號施加至同一板1843上方之壓電致動器184。與單個板1843所橫跨之面積相比較而言，在此配置中致動器184相對小。

相鄰壓電致動器184可藉由縫隙1844分離開。在一些實施中，相鄰致動器184之間的縫隙跨陣列1841為均勻的。壓電致動器可被佈置成彼此相鄰以橫跨整個膜182。分離每一壓電致動器（例如，分離絕緣板1843）之縫隙1844足夠小以使由膜施加至基板之壓力變平滑。縫隙1844之範圍可自100 μm至1 mm。

壓電致動器184可安置在圍繞軸線159之多個不同角度定位處。在一些實施中，致動器184呈規則陣列（例如，矩形的、六邊形的或極性的陣列）安置。

作為第2B圖中所示之一個實例，致動器184呈矩形陣列安置。作為第2E圖中所示之一個實例，致動器184呈六邊形陣列安置。

參考第2F圖，作為另一實例，可首先將致動器劃分成同心環，並接著每一環內之每一致動器橫跨特定量的弧長。給定環內之致動器可具有均勻大小及/或在環周圍均勻地間隔開。在一些實施中，致動器具有均勻大小且跨多個環均勻地間隔開，因而與更靠近承載頭中心之環相比較而言，在更遠離承載頭中心之環中存在更大數目個致動器。在一些實施中，不同環中之致動器橫跨同一中心角度（以度/弧度為單位），使得在更遠離承載頭中心之環中的致動器更長。在一些實施中，環距承載頭中心越遠，致動器可逐漸變得越窄。在一些實施中，第一環中之致動器可比更靠近承載頭中心之第二環中的致動器橫跨更小的角度（以度/弧度為單位）。

壓電致動器184之特定形狀可取決於陣列。舉例而言，壓電致動器184之大小在基板10之中心處可較大，具有餅形或梯形形狀，而朝向基板邊緣大小逐漸變小，具有弧形形狀。壓電致動器184之總數目受壓電材料之成本驅動。舉例而言，使用壓電壓力控制之抛光頭可具有100個壓電致動器，其中每一者的大小為約70 mm ²。

在一些實施中，壓電致動器184圍繞中心軸線之角度及徑向佈置可為非均勻的。舉例而言，若基板中之一或更多個區域需要比其他部分更高的清晰度控制，則可在其中佈置更精細（更小）的壓電致動器。

如第2B圖、第2E圖及第2F圖中所示，在一些實施中，壓電致動器橫跨基板10，例如，施加至基板之壓力在基板的所有區域中完全受壓電致動器184控制。然而，在一些實施中，可使用混合方法，其中基板之一個區域中的壓力受壓電致動器控制，且基板之另一區域中的壓力受加壓腔室控制。舉例而言，承載頭140可包括第二可撓性膜144，如第2C圖中所示。第二可撓性膜之外表面被定位成接觸第一可撓性膜182之上表面。第二膜144緊固至外殼以形成一或更多個可獨立控制之壓力腔室（例如，三個腔室146a～146c），該等腔室可將可獨立控制之壓力施加至在可撓性膜144上且因此在基板10上之相關聯區域148a～148c（參見第2D圖）。該等區域包括基板10之中央部分。

回到第2C圖，複數個壓電致動器184圍繞第二可撓性膜144佈置，以在基板之邊緣部分148d處將壓力施加至膜182（參見第2D圖）。舉例而言，壓電致動器184可以均勻的角度間距圍繞中心軸線159定位。

壓電致動器184可相對「密集」，例如，圍繞中心軸線159每30°至少一個，或圍繞中心軸線159每20°至少一個，或圍繞中心軸線159每10°至少一個，或圍繞中心軸線159每5°至少一個。

參考第2C圖及第2D圖，中央區域148a可為大體上圓形的，其餘腔室區域148b～148c可為圍繞中央區域148a之同心環形區域，且壓電區域148d可為圍繞最外腔室區域148c之同心環形區域。儘管第2C圖及第2D圖中僅描繪出三個腔室區域及一個壓電區域，但可能存在兩個腔室區域，或四個腔室區域或更多，且可能在腔室區域外部存在兩個壓電區域，或四個壓電區域或更多個。儘管在第2C圖及第2D圖中將壓電區域148d繪製為在基板10之邊緣部分上的同心環，但壓電區域可替換其他腔室區域。舉例而言，可藉由受複數個經佈置之壓電致動器控制的圓形區域替換中央圓形腔室區域。可藉由多個因素評估是否使用壓力腔室及壓電致動器之組合。舉例而言，因素可為總成本、抛光頭140之有效性或準確度。舉例而言，混合承載頭可比完全使用壓電致動器之承載頭成本更低，而同時仍在最有可能發生角度不均勻性之基板邊緣處提供對抛光速率之改良的角度控制。

參考第6A圖及第6B圖，示出類似於結合第2C圖及第2D圖繪示之承載頭的實例混合承載頭140。然而，在壓電元件184與膜182或基板10之間放置邊緣控制環202。邊緣控制環可比膜182更堅硬，例如，可為硬塑膠或薄金屬環。另外，替代於大量壓電致動器圍繞加載區域之周邊緊密間隔開，第6A圖及第6B圖之混合承載頭140包括足夠數目個致動器，以（例如）沿一個軸線（在此情形下，僅需要兩個壓電致動器）或在兩個垂直軸線上（在此情形下，僅需要三個壓電致動器）控制邊緣控制環202之垂直定位及傾角。然而，可包括額外壓電致動器，在此情形下，可視情況使用壓電致動器以將邊緣控制環202彎曲成期望的形狀。舉例而言，混合承載頭140可具有六個壓電致動器。此將在六個定位處設定邊緣控制環202之垂直定位，其中邊緣控制環彎曲以適應相鄰致動器處之不同高度。壓電致動器184可圍繞承載頭之中心均勻地間隔開。

此實例實施有效且經濟地減少了角度變化，因為控制器190可僅使用位於壓電區域上方之不同位置處的少數壓電致動器184來控制邊緣區域上之壓力分佈。特定而言，藉由控制壓電致動器（三個壓電致動器184a～184c）的延伸，可控制邊緣控制環202之偏斜或傾角，從而調整基板邊緣上之壓力分佈。

在使用混合承載頭140抛光基板期間，控制器190可藉由選擇致動器184之垂直延伸減少基板邊緣處之抛光輪廓的角度變化，以便選擇施加最高或最低壓力之定位，及最高及最低壓力之量值。亦即，邊緣控制環202上之三個位置的垂直定位的選擇控制了環202之偏斜，且最大壓力將被施加在環202最低之位置處。最低壓力將被施加在環最高之位置處，只要環保持平直，則該位置將與施加最大壓力之處成180°。壓力應沿周邊自最高壓力之位置至最低壓力之位置相對均勻地變化。

控制器190可選擇最大（或最小）壓力之位置204及在彼位置204處施加之壓力的量值，以便減小邊緣不均勻性。控制器190可藉由改變在壓電致動器184a～184c之三個位置處施加的壓力來調整施加最高局部壓力之特定邊緣位置204的定向（亦即，ϑ）。舉例而言，若致動器184a之延伸最大，致動器184b之延伸次大且致動器184c之延伸最低，則位置204將位於壓電致動器184a、184b之兩個位置之間的弧形區域中，如第6B圖中所示。致動器184a～184c之延伸的相對大小將設定最高及最低壓力之量值。

類似地，參考第6C圖，承載頭140包括一個中央壓力腔室控制區域148a及多個壓電致動器184。控制器190可藉由調整施加最高或最低壓力之定位及最高及最低壓力之量值來減小抛光基板10時在基板邊緣處之角度變化。

返回第1圖，承載頭140自支撐結構150（例如，轉盤）懸垂，且藉由驅動軸152連接至承載頭旋轉馬達154以使得承載頭可圍繞軸線155旋轉。視情況，承載頭140可橫向地（例如，在轉盤150上之滑塊上）或藉由轉盤自身之旋轉振盪而振盪。在操作中，平臺圍繞其中心軸線125旋轉，且每一承載頭圍繞其中心軸線155旋轉且在抛光墊之頂表面上橫向地平移。

抛光設備可包括原位監控系統160，如下所論述，該原位監控系統160可用以確定是否調整抛光速率或對抛光速率之調整量。在一些實施中，原位監控系統160可包括光學監控系統，例如，光譜學監控系統。在其他實施中，原位監控系統160可包括渦電流監控系統。

在一個實施例中，監控系統160為光學監控系統。可藉由抛光墊110中之視窗118提供穿過抛光墊之光學通路。光學監控系統160可包括光源162、光偵測器164，及用於在遠端控制器190（例如，電腦）與光源162及光偵測器164之間發送及接收信號的電路系統166。一或更多個光纖170可用以將光自光源162傳輸至抛光墊中之光學通路，且將自基板10反射之光傳輸至偵測器164。

電路系統166之輸出可為數位電子信號，其經過驅動軸124中之旋轉耦合器129（例如，滑環）至控制器190以用於光學監控系統。類似地，可回應於自控制器190經過旋轉耦合器129至光學監控系統160之數位電子信號中的控制命令接通或關斷電源。或者，電路系統166可藉由無線信號與控制器190通訊。

光源162可操作以發射白光，且光偵測器164可為光譜儀。如上所述，光源162及光偵測器164可連接至計算裝置（例如，控制器190），該計算裝置可操作以控制光源162及光偵測器164之操作並接收其信號。計算裝置可包括位於抛光設備附近之微處理器，例如，可程式化電腦。關於控制，計算裝置可（例如）使光源之啟動與平臺120之旋轉同步。

在一些實施中，原位監控系統160之光源162及偵測器164安裝在平臺120中並與平臺120一起旋轉。在此情形下，平臺的運動將導致感測器在每一基板上掃描。特定而言，當平臺120旋轉時，控制器190可使光源162發出一系列閃光，該等閃光恰好在每一基板10經過光學通路之前開始並恰好在每一基板10經過光學通路之後結束。或者，計算裝置可導致光源162恰好在每一基板10經過光學通路之前開始連續發光並恰好在每一基板10經過光學通路之後結束。在任一情形下，來自偵測器之信號可在取樣週期內進行積分，以在取樣頻率下產生光譜量測值。

在操作中，控制器190可接收（例如）一種信號，該信號攜載描述由光偵測器接收到之光的光譜之資訊以用於光源的特定閃光或偵測器之時間框。因此，此光譜為在抛光期間原位量測之光譜。

如在第3A圖中所示，若偵測器安裝在平臺中，則由於平臺的旋轉（藉由箭頭304所示），當視窗108在承載頭下方行進時，光學監控系統將以取樣頻率進行光譜量測，以使得光譜量測在橫穿基板10之弧中的位置301處。舉例而言，點301a～301k中之每一者表示藉由基板10之監控系統進行的光譜量測之位置（點的數目為說明性的；取決於取樣頻率，可採取比所示更多或更少的量測）。由於承載頭140在視窗108掃動時的旋轉，自基板10上之不同半徑及角度定位獲得光譜。

因此，對於跨基板之光學監控系統的任何給定掃描而言，基於時序、馬達編碼器資訊、基板邊緣及/或保持環之光學偵測以及相對於保持環142之基板10進動的光學偵測或計算，控制器190可針對來自該掃描之每一已量測光譜計算徑向定位（相對於被掃描之特定基板10的中心）及角度定位（相對於被掃描之特定基板10的參考角度）。

在許多操作條件下，基板相對於承載頭之進動速率足夠慢，以使得控制器190可具有足夠的時間在基板上之特定角度區域中改變並施加新的壓力。因此，在一些情況下，例如，若基板之進動速率小於每分鐘10°（例如，小於每分鐘5°），則光學監控系統可視情況忽略基板的角度定位相對於承載頭的角度定位之間的差且仍準確地抛光基板以獲得期望的抛光後輪廓。

在其中抛光基板需要不均勻的角度輪廓之情況下，監控系統可將基板及承載頭之初始角度定位對準（例如，基於凹口），並基於基板之外徑、保持環之內徑及承載頭之旋轉速率（例如，每分鐘的輪次）計算基板之進動速率。系統可因此精確地改變施加在基板上之目標角度定位的壓力。

在一些實施例中，控制器190可藉由抗衡所觀察到之基板10的進動速率來調整壓力，以減少抛光期間之角度變化。作為實例，結合第6B圖或第6C圖，控制器190可持續地調整施加在壓電區域148d中之不同位置（例如，對應於壓電致動器184a～184c的位置）處的相應壓力，以改變被施加最高（或最低）有效局部壓力之位置204的角度定位。特定位置204之定向（例如，ϑ）可以特定角速度改變以抗衡基板10相對於承載頭140之進動速率，使得施加在基板10中之特定區域204上有效局部壓力看起來相對於基板10為靜態的，就如同基板10不曾經歷進動一樣。

抛光系統亦可包括旋轉定位感測器（例如，附接至平臺的邊緣之凸緣，該凸緣將穿過固定的光斷續器），以提供額外資料，用於確定所量測光譜之哪一基板及基板上的定位。控制器可因此將各種已量測光譜與基板10上之區域188或148d（參見第2B圖及第2D圖）相關聯。在一些實施中，光譜之量測時間可被用來取代徑向定位之精確計算。對於角度定位，馬達154之馬達編碼器可提供驅動軸152及承載頭140之角度定位，該角度定位結合由用於馬達121或旋轉光斷續器之編碼器所提供的平臺角度定位可用以確定每一量測之角度定位。

作為實例，參考第3B圖，在平臺的一次旋轉中，藉由光偵測器164收集對應於不同位置303a～303o之光譜。基於位置303a～303o之徑向及角度定位，在位置303a～303o處收集之每一光譜與壓電區域188a～188o相關聯。儘管此實例示出每一區域與相同數目個光譜相關聯，但該等區域亦可基於原位量測與不同數目個光譜相關聯。與每一區域相關聯之光譜的數目可隨平臺的一次旋轉至另一次旋轉而改變。當然，以上所給出之位置的數目僅為說明性的，因為與每一區域相關聯之光譜的實際數目將至少取決於取樣速率、平臺的旋轉速率及每一區域之徑向寬度。在不受任何特定理論限制的情況下，由於最外層厚度的變化，自基板10反射之光的光譜隨著抛光的進行（例如，在平臺的多次旋轉中，而非在跨基板之單次掃動期間）演變，從而產生一系列隨時間變化之光譜。此外，特定光譜由層堆疊之特定厚度呈現。

對於每一已量測光譜而言，控制器190可計算特徵值。該特徵值通常為外層之厚度，但亦可為相關特徵，諸如，被移除之厚度。另外，特徵值可為物理性質而非厚度，例如，金屬線電阻。另外，特徵值可為基板經過抛光製程之進程的更一般表示，例如，表示在遵循預定進程之抛光製程中預期將觀察到光譜的時間或平臺旋轉次數的指數值。

計算特徵值之一種技術係針對每一已量測光譜自參考光譜庫中標識出匹配參考光譜。該庫中之每一參考光譜可具有相關聯之特徵值，例如，指示預期發生該參考光譜之時間或平臺旋轉次數的厚度值或指數值。藉由確定該匹配參考光譜之相關聯特徵值，可產生特徵值。此項技術被描述於美國專利公開案第2010-0217430號中。

另一種技術係將光學模型擬合至已量測光譜。特定而言，最佳化光學模型之參數以提供該模型與已量測光譜之最佳擬合。針對已量測光譜所產生之參數值產生了特徵值。此項技術被描述於美國專利公開案第2013-0237128號中。光學模型之可能輸入參數可包括厚度、每個層之折射率及/或消光係數、基板上重複特徵之間距及/或寬度。

輸出光譜與已量測光譜之間的差的計算可為已量測光譜與整個光譜的輸出光譜之間的絕對差之和，或為已量測光譜與參考光譜之間的平方差之和。用於計算該差之其他技術係可能的，例如，可計算已量測光譜與輸出光譜之間的互相關。

另一技術為分析來自已量測光譜之光譜特徵的特性，例如，已量測光譜中之峰或谷的波長或寬度。來自已量測光譜之特徵的波長或寬度值提供了特徵值。此項技術被描述於美國專利公開案第2011-0256805號中。 基於原位量測之壓力控制

大體而言，在抛光製程結束時（或在抛光製程停止之終點時間），基板將獲得期望的厚度輪廓。該期望厚度輪廓可包括針對基板10之所有區域的同一預定厚度，或針對基板10之不同區域的不同預定厚度。當同時抛光具有不均勻的初始厚度之多個基板時，多個基板可具有相同的期望厚度輪廓或不同的期望厚度輪廓。

在一些實施中，為了貫穿抛光製程保持控制區域與參考區域之間的已量測厚度關係與在終點時間處藉由（若干）期望厚度輪廓所繪示之厚度關係類似或相同，控制器及/或電腦可排程以便以預定速率調整控制區域的抛光速率，例如，每給定的旋轉次數（例如，每5～50次旋轉）或每給定的秒數（例如，每2～20秒）進行調整。在一些理想情況下，在預先排程之調整時間處，調整可為零。在其他實施中，可以原位確定之速率進行該等調整。舉例而言，若不同區域之已量測厚度與期望厚度關係有很大不同，則控制器及/或電腦可決定對抛光速率進行頻繁調整。

在抛光期間，施加在基板上之層的每一區域上的壓力係由於膜182變形引起的，且膜變形受彼區域上方之對應壓電致動器的垂直位移控制。藉由計算膜之楊氏模數，經由胡克定律可獲得描述致動器位移與施加在基板上的壓力之間的關係之靜態公式。如第4圖中所示，當給出致動器之位移類型的數目D1作為輸入時，靜態公式403可輸出施加在層中之區域上的壓力類型的數量P1，且反之亦然。儘管被示為直線，但當膜具有非線性彈性時，公式函數可為非線性曲線。在給定膜材料性質及壓電致動器運動範圍的情況下，此公式可用作合理性檢查以便預先知曉可將壓力範圍施加至層中之複數個區域上。此外，此處亦可使用一連串的查找表。舉例而言，當膜為2 mm厚且楊氏模數為2 MPa 時，在給定將目標壓力2 Psi施加至層中之控制區域上的情況下，可將期望的壓電致動器移動距離查找為（例如）向下14 μm。對於另一實例，當膜為2 mm厚且楊氏模數為5 MPa 時，若針對某一電壓變化，壓電致動器之移動距離為向下、固定的5 μm，則可查找到施加至控制區域上之實際壓力，例如，1.8 Psi。對於另一實例，不使用致動器位移及膜厚度，可採用由於壓電致動器之壓縮運動所引起的膜變形應變以產生另一查找表。

第5圖繪示使用壓電致動器之控制方法的流程圖(500)，其包括在計畫時間處確定每一控制區域之預期厚度(502)，確定控制區域之已量測厚度(504)，確定對施加在控制區域上之壓力的調整(506)，確定對施加至控制區域之上的壓電致動器之電壓的調整(508)，施加經調整電壓以致動壓電致動器並因此修改施加至控制區域之上的膜之壓力(510)，步驟502至506可使用原位監控系統及控制器來實現，且步驟510可在電路系統189上執行。表示每一控制區域之期望壓力（或將施加之電壓）的信號將自監控系統160被傳送至電路系統189中。如第6圖中所示，使用壓電致動器之控制方法足夠快速以能在接收信號資料的下一訊框之前在給定信號資料之當前訊框的情況下調整壓力。

如在本說明書中所使用，術語基板可包括（例如）產品基板（例如，其包括多個記憶體或處理器晶粒）、測試基板、裸基板及閘控基板。基板可處於積體電路製造之各個階段，例如，基板可為裸晶圓，或它可包括一或更多個已沉積及/或經圖案化的層。術語基板可包括圓盤及矩形薄片。

上述抛光設備及方法可應用於多種抛光系統中。抛光墊或承載頭或此兩者可移動，以提供抛光表面與基板之間的相對運動。舉例而言，平臺可繞軌道運動而非旋轉。抛光墊可為緊固至平臺之圓形（或某一其他形狀）襯墊。終點偵測系統之一些態樣可適用於線性抛光系統，例如，其中抛光墊為連續的或線性移動之捲對捲的傳送帶。抛光層可為標準（例如，具有或不具有填料之聚氨酯）抛光材料、軟材料或固定磨蝕材料。使用相對定位術語；應理解，抛光表面及基板可被保持在垂直定向或某一其他定向上。

儘管以上描述已聚焦於化學機械抛光系統之控制上，但順序計量站可適用於其他類型之基板處理系統，例如，蝕刻或沉積系統。

本說明書中所述之標的及功能性操作的實施例（諸如，控制系統）可實施在數位電子電路系統中、有形體現之電腦軟體或韌體中、電腦硬體中（包括本說明書中所揭示之結構及其結構等效物）或一或更多個前述者的組合中。本說明書中所述標的之實施例可實施為一或更多個電腦程式，亦即，編碼在有形非暫時性儲存媒體上用於藉由資料處理設備執行或用以控制資料處理設備之操作的電腦程式指令之一或更多個模組。或者或另外，程式指令可被編碼在人工產生之傳播信號上，例如，電腦產生之電、光或電磁信號，該信號經產生以編碼資訊用於傳輸至適當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媒體、電腦可讀儲存基板、隨機或串行存取記憶體元件，或其中一或更多者的組合。

術語「資料處理設備」指代資料處理硬體，且涵蓋用於處理資料之所有種類的設備、裝置及機器，例如，包括可程式化數位處理器、數位電腦或多個數位處理器或電腦。該設備亦可係或進一步包括專用邏輯電路系統，例如，FPGA（現場可程式化閘極陣列）或ASIC（專用積體電路）。除了硬體以外，該設備可視情況包括為電腦程式創建執行環境之代碼，例如，構成處理器韌體、協定堆疊、資料庫管理系統、作業系統或一或更多個前述者的組合之代碼。

可以包括編譯或解譯語言、或聲明性或程序性語言之任何形式的程式化語言來寫入電腦程式（其亦可稱作或被描述為程式、軟體、軟體應用程式、模組、軟體模組、腳本或代碼），且可以任何形式來採用該電腦程式，包括作為獨立程式或作為模組、部件、子常用程式，或適合於用於計算環境中之其他單元。電腦程式可能（但不需要）對應於檔案系統中之檔案。程式可儲存在保存其他程式或資料（例如，儲存在標記語言文檔中之一或更多個腳本）之檔案的一部分中、專用於有關程式之單個檔案中，或多個協調檔案中（例如，儲存一或更多個模組、子程式或部分代碼的檔案）。可將電腦程式部署為在位於一個站點上之一個電腦或多個電腦上執行，或分佈在多個站點上並藉由資料通訊網路互連。

本說明書中所述之製程及邏輯流程可由一或更多個可程式化電腦執行，該一或更多個可程式化電腦藉由對輸入資料進行操作並產生輸出來執行一或更多個電腦程式以執行功能。製程及邏輯流程亦可由專用邏輯電路系統執行，且亦可將設備實施為專用邏輯電路系統，例如，FPGA（現場可程式化閘極陣列）或ASIC（特殊應用積體電路）。「經配置以」執行特定操作或動作之一或多個電腦的系統意謂系統在其上安裝有在運行時使系統執行該等操作或動作之軟體、韌體、硬體或其組合。經配置以執行特定操作或動作之一或多個電腦程式意謂該一或多個程式包括在由資料處理設備執行時使該設備執行該等操作或動作的指令。

適合於執行電腦程式之電腦包括（例如可基於）通用或專用微處理器或其兩者或任何其他類型之中央處理單元。大體而言，中央處理單元將自唯讀記憶體或隨機存取記憶體或其兩者接收指令及資料。電腦之基本要素係用於執行或運行指令之中央處理單元及用於存儲指令及資料之一或更多個記憶體元件。大體而言，電腦將亦包括用於儲存資料之一或更多個大容量儲存元件（例如，磁碟、磁光碟或光碟）或可操作地耦合以自該一或更多個大容量儲存元件接收資料，或將資料傳送至該一或更多個大容量儲存元件，或此兩者。然而，電腦不需要具有此些元件。此外，電腦可內嵌在另一裝置中，例如，僅舉數例，行動電話、個人數位助理(personal digital assistant; PDA)、行動音訊或視訊播放器、遊戲操縱桿、全球定位系統(Global Positioning System; GPS)接收器，或可攜式儲存裝置（例如，通用串行匯流排(universal serial bus; USB)快閃驅動器）。

適合於儲存電腦程式指令及資料之電腦可讀媒體包括所有形式之非揮發性記憶體、媒體及記憶體元件，例如，包括半導體記憶體元件（例如，EPROM、EEPROM及快閃記憶體元件）；磁碟（例如，內部硬碟或可移除磁碟）；磁光碟；及CD ROM磁碟及DVD-ROM磁碟。處理器及記憶體可由專用邏輯電路系統補充或併入專用邏輯電路系統中。

對本說明書中所述之各種系統及製程或其部分的控制可以電腦程式產品實施，該電腦程式產品包括儲存在一或更多個非暫時性電腦可讀儲存媒體上且可在一或更多個處理元件上執行的指令。本說明書中所述系統或其部分可被實施為可包括一或更多個處理元件及記憶體以儲存可執行指令以便執行本說明書中所述操作之設備、方法或電子系統。

雖然本說明書含有許多特定實施細節，但不應將其解釋為對任何發明之範疇或可能要求保護之範疇的限制，而應解釋為對可能特定於特定發明之特定實施例的特徵之描述。在本說明書中在單獨實施例之上下文中所描述的某些特徵亦可與單個實施例組合實施。相反，在單個實施例之上下文中所描述的各種特徵亦可以單獨地或以任何適當的子組合在多個實施例中實施。此外，儘管以上可將特徵描述為在某些組合中起作用，甚至最初如此要求，但在某些情形下，可自要求保護之組合中刪除來自於該組合之一或更多個特徵，且該要求保護之組合可能指向子組合或子組合的變體。

類似地，雖然在圖式中以特定次序描繪了操作，但不應將此理解為要求以所示特定次序或以順序次序執行這些操作或需要執行所有繪示操作以獲得理想結果。在某些情況下，多任務及並行處理可能為有利的。此外，上述實施例中各個系統模組及部件的分離不應被理解為在所有實施例中皆要求此種分離，且應理解，所述程式部件及系統大體可在單個軟體產品中整合在一起或被封裝在多個軟體產品中。

已描述了標的之特定實施例。其他實施例在以下申請專利範圍之範疇內。舉例而言，申請專利範圍中所敘述之動作可以不同次序執行且仍實現理想結果。作為一個實例，附圖中所描繪之製程未必要求所示之特定次序或順序次序來實現理想結果。在一些情形下，多任務及並行處理可能為有利的。

其他實施例在以下申請專利範圍之範疇內。

10:基板 100:抛光設備 108:視窗 110:抛光墊 112:外抛光層 114:背襯層 118:視窗 120:平臺 121:馬達 124:驅動軸 125:軸線 128:選擇耦合器 129:旋轉耦合器 130:漿料/沖洗臂 132:抛光液體 140:承載頭 141:外殼 142:保持環 143:承載板 144:第二可撓性膜 146a:腔室 146b:腔室 146c:腔室 148a:中央區域 148b:腔室區域 148c:腔室區域 148d:邊緣部分 150:支撐結構 152:驅動軸 154:承載頭旋轉馬達 156:旋轉電聯 159:軸線 160:原位監控系統 162:光源 164:光偵測器 166:電路系統 170:光纖 181:電壓源 182:膜 183:電壓供應線 184:壓電致動器 184a～e:壓電致動器 1841:陣列 1842:壓電層/壓電材料之層 1843:絕緣板 1844:縫隙 185:電極 185a:頂電極 185b:底電極 186:資料線 187:電壓線 188a:壓電區域 188b:壓電區域 188c:壓電區域 188d:壓電區域 188e:壓電區域 188f:壓電區域 188g:壓電區域 188h:壓電區域 188i:壓電區域 188j:壓電區域 188k:壓電區域 188l:壓電區域 188m:壓電區域 188n:壓電區域 188o:壓電區域 189:電路系統 190:控制器 202:邊緣控制環 204:位置 301:位置 301a:點 301b:點 301c:點 301d:點 301e:點 301f:點 301g:點 301h:點 301i:點 301j:點 301k:點 303a:位置 303b:位置 303c:位置 303d:位置 303e:位置 303f:位置 303g:位置 303h:位置 303i:位置 303j:位置 303k:位置 303l:位置 303m:位置 303n:位置 303o:位置 304:箭頭 403:靜態公式 500:流程圖 502:步驟 504:步驟 506:步驟 508:步驟 510:步驟

第1圖繪示抛光設備之實例的示意性橫截面圖。

第2A圖繪示承載頭、基板及抛光墊的一部分之實例橫截面圖，其示出承載頭中之壓電致動器。

第2B圖繪示具有呈矩形陣列之壓電致動器的承載頭之示意性仰視圖。

第2C圖繪示包括壓電控制區域及壓力腔室控制區域之混合承載頭的實例橫截面圖。

第2D圖繪示具有對應區域之混合承載頭的示意性仰視圖。

第2E圖繪示具有呈六邊形陣列之壓電致動器的承載頭之示意性仰視圖。

第2F圖繪示具有呈極性陣列之壓電致動器的承載頭之示意性仰視圖。

第3A圖繪示抛光墊之俯視圖並示出在第一基板上進行原位量測之位置。

第3B圖繪示進行原位量測之多個位置相對於基板之小單元化區域的分佈之示意性俯視圖。

第4圖為用於基於壓電致動器位移連同致動器與基板之間的彈性膜來確定施加在基板上之壓力的靜態公式之示意性曲線圖。

第5圖為示出在抛光具有非均勻初始厚度之導電層期間的實例輪廓控制製程之流程圖。

第6A圖繪示包括多個壓電邊緣控制區域及壓力腔室控制區域之混合承載頭的另一實施之實例橫截面圖。

第6B圖繪示具有實例壓力控制場景之第6A圖的混合承載頭之示意性仰視圖。

第6C圖繪示包括多個壓電邊緣控制區域及一個中央壓力腔室控制區域之混合承載頭的示意性仰視圖。

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

10:基板

100:抛光設備

182:膜

184:壓電致動器

1841:陣列

1842:壓電層/壓電材料之層

1843:絕緣板

1844:縫隙

185:電極

185a:頂電極

185b:底電極

187:電壓線

189:電路系統

Claims (15)

1. 一種用於在一抛光系統中固持一基板之承載頭，包括： 一外殼，包含一承載板； 一第一可撓性膜，緊固至該外殼，該第一可撓性膜形成至少一個可加壓腔室並且具有一下表面以在該承載頭中固持的一基板之一中央部分處施加壓力； 複數個可獨立操作之壓電致動器，緊固至該承載板並且以不同角度定位圍繞該承載頭之一中心軸線並且自該第一可撓性膜徑向向外定位，以在該基板之環繞該中央部分的一邊緣部分處施加可個別調整的壓力。
2. 如請求項1所述之承載頭，其中該複數個壓電致動器佈置在複數個弧形區域中。
3. 如請求項1所述之承載頭，其中該複數個壓電致動器包括圍繞該承載頭之一中心軸線每30°至少一個壓電致動器。
4. 如請求項3所述之承載頭，其中該複數個壓電致動器包括圍繞該中心軸線每20°至少一個壓電致動器。
5. 如請求項4所述之承載頭，其中該複數個壓電致動器包括圍繞該中心軸線每10°至少一個壓電致動器。
6. 如請求項1所述之承載頭，其中該第一可撓性膜包含一或更多個環形蓋，其界定複數個同心佈置的可個別控制的環形可加壓腔室。
7. 如請求項1所述之承載頭，包括一第二可撓性膜，該第二可撓性膜在該第一可撓性膜及該複數個可獨立操作之壓電致動器下方延伸並且為該基板提供一安裝表面。
8. 如請求項1所述之承載頭，其中該第一可撓性膜部分之一下表面為該基板之該中央部分提供一安裝表面。
9. 一種抛光組件，包括： 一驅動軸； 一承載頭，用於在一抛光系統中固持一基板，該承載頭包含： 一外殼，緊固至該驅動軸且可藉由該驅動軸移動，該外殼包含一承載板， 複數個可獨立操作之壓電致動器，緊固至該承載板以便獨立地調整由該承載頭固持的一基板上的壓力，以及 電路系統，緊固至該外殼； 一馬達，用以使該驅動軸旋轉； 一旋轉電聯； 一控制器； 一電壓供應線及一資料線，經由該旋轉電聯將該控制器連接至該電路系統，其中該電路系統經配置以接收一電壓供應線上的一電壓，接收一資料線上的資料，並且基於該資料控制施加至該複數個壓電致動器的電壓。
10. 如請求項9所述之抛光組件，其中該控制器經配置以在該資料線上產生資料，該資料包含複數個訊框，並且緊固至該外殼的該電路系統包括一微控制器，該微控制器經配置以對每個訊框基於該訊框中的資料確定至少一個控制電壓以施加至該複數個壓電致動器中之至少一者。
11. 如請求項10所述之抛光組件，其中該控制器經配置以產生具有針對每一壓電致動器的一控制值的一資料訊框，並且該微控制器經配置以藉由該等控制值在該訊框內的一次序確定哪一控制值與每一壓電致動器相關聯。
12. 如請求項10所述之抛光組件，其中該控制器經配置以產生一資料訊框，該資料訊框包含一控制值及針對被施加該控制值的該壓電致動器的一標識值兩者，並且該微控制器經配置以基於該標識值確定針對該控制值的一適當壓電致動器。
13. 如請求項9所述之抛光組件，其中該電路系統安裝在該外殼的頂部上。
14. 如請求項9所述之抛光組件，其中該電路系統安裝在該承載頭內部。
15. 一種抛光系統，包括： 一平臺，用以支撐一抛光墊； 一驅動軸； 一承載頭，用於在一抛光系統中固持一基板，該承載頭包含： 一外殼，緊固至該驅動軸且可藉由該驅動軸移動，及 複數個可獨立操作之壓電致動器，受該外殼支撐且以不同角度定位圍繞該承載頭之一中心軸線定位，以控制由該承載頭固持的一基板之一背表面之一邊緣部分上的壓力；以及 一控制系統，經配置以控制施加至該複數個壓電致動器的電壓，以使得將一最高壓力施加至該基板之該背表面之該邊緣部分的一定位結合該承載頭中的該基板之進動經歷進動。

Images