TW202413887A - 在基板清潔系統及研磨系統中用於監控厚度的成像 - Google Patents

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Abstract

一種基板清潔系統包括用以在基板的研磨之後清潔基板的清潔器模組、用以在藉由清潔器模組清潔之後乾燥基板的乾燥器模組、可沿一第一軸線自乾燥器模組中的第一位置移動至乾燥器模組外部的第二位置之基板支撐件，及內嵌計量站，該內嵌計量站包括線掃描照相機，該線掃描照相機經定位以在基板由基板支撐件固持且基板支撐件處於第一位置與第二位置之間時掃描基板。第一軸線大體上平行於基板之由基板支撐件固持的面。

Description

在基板清潔系統及研磨系統中用於監控厚度的成像
本揭示案係關於（例如）用以偵測基板上之層的厚度之光學計量法，且特定言之係關於在用於清潔及乾燥基板之系統中的光學計量法。
通常藉由將導電層、半導層或絕緣層依序沉積在矽晶圓上而在基板上形成積體電路。一個製造步驟涉及在非平坦表面之上沉積填料層並平坦化該填料層。對於某些應用而言，平坦化填料層直至暴露已圖案化之層的頂表面為止。舉例而言，可在已圖案化之絕緣層上沉積導電填料層以填充絕緣層中之溝槽或孔。在平坦化之後，在絕緣層的凸起圖案之間剩餘的金屬層之部分形成介層孔、插塞及接線，其提供基板上之薄膜電路之間的導電路徑。對於其他應用（諸如，氧化物研磨）而言，平坦化填料層直至在非平坦表面之上留下了預定厚度為止。另外，光微影通常需要基板表面之平坦化。
化學機械研磨(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或研磨頭上。通常將基板之已暴露表面放置成抵靠旋轉的研磨墊。承載頭在基板上提供可控負載以將基板推向研磨墊。通常將磨蝕性研磨漿料供應至研磨墊之表面。
漿料分佈、研磨墊條件、研磨墊與基板之間的相對速度及基板上之負載的變化可能導致材料移除速率的變化。可使用各種光學計量系統（例如，攝譜儀或橢偏儀）以（例如）在內嵌或獨立之計量站處量測基板層在研磨前及研磨後之厚度。另外，可使用各種原位監控技術（諸如，光學或渦電流監控）來偵測研磨端點。
在一個態樣中，一種基板清潔系統包括清潔器模組，用以在基板的研磨之後清潔該基板；乾燥器模組，用以在藉由清潔器模組清潔之後乾燥基板；基板支撐件，可沿第一軸線移動，該第一軸線大體上平行於該基板之由基板支撐件自乾燥器模組中的第一位置固持至乾燥器模組外部的第二位置的面；及內嵌計量站，包括經定位之線掃描照相機，該線掃描照相機經配置以在基板由基板支撐件固持且基板支撐件在第一位置與第二位置之間移動時掃描基板。
在另一態樣中，一種研磨系統包括研磨站，用以研磨基板；清潔器模組，用以在研磨站處進行研磨之後清潔基板；乾燥器模組，用以在清潔器模組處進行清潔之後乾燥基板；外殼，用以使清潔器模組及乾燥器模組與研磨裝置之其他模組分離；一或更多個機器人，用以將基板自研磨站移動至清潔器模組及自清潔器模組移動至乾燥器模組；支撐件，用以固持基板；內嵌計量站，用以在研磨站中研磨基板的頂表面之後量測基板；及控制器，經配置以自照相機接收資料，自該資料產生二維影像，並基於該二維影像控制研磨站處之研磨。該支撐件附接至第一馬達，該第一馬達經配置以導致支撐件與乾燥器模組之間沿第一軸線的相對運動，且基板之頂表面面對第二軸線。該內嵌計量站具有線掃描照相機，其具有緊固在外殼外部之偵測器元件；光源；及光具組，用以在基板的掃描期間將來自光源之光以非零入射角導向至基板，並將自基板反射之光導向至線掃描照相機。
在另一態樣中，一種研磨系統包括研磨站，用以研磨基板；清潔器模組，用以在研磨站處進行研磨之後清潔基板；乾燥器模組，用以在清潔器模組處進行清潔之後乾燥基板；外殼，用以使清潔器模組及乾燥器模組與研磨裝置之其他模組分離；一或更多個機器人，用以將基板自研磨站移動至清潔器模組及自清潔器模組移動至乾燥器模組；支撐件，用以固持基板；內嵌計量站，用以在研磨站中研磨基板的頂表面之後量測基板；及控制器，經配置以自照相機接收資料，自該資料產生二維影像，並基於該影像控制研磨站處之研磨。該支撐件附接至第一馬達，該第一馬達經配置以導致支撐件與乾燥器模組之間沿第一軸線的相對運動，且基板之頂表面面對第二軸線。該內嵌計量站具有線掃描照相機，其具有緊固在外殼外部之偵測器元件；光源，位於外殼外部且經配置以經由安裝在外殼上之視窗將光導向至清潔器模組中；及光具組，用以在基板的掃描期間將來自光源之光以非零入射角導向至基板，並將自基板反射之光導向至線掃描照相機。
實施可包括但不限於以下可能優勢中之一或更多者。
所述技術可提高研磨處理量，因為係在將要被移出清潔器模組（即使不存在計量）之時間期間掃描基板，且不需要將基板放置在固定位置或移動至單獨的計量模組。在基板在乾燥器模組中移動的同時，可藉由內嵌計量站偵測基板厚度之變化，及/或不可接受的不均勻性。另外，所述技術可將一或更多個內嵌計量站與基板清潔系統整合在一起以進一步提高處理量，尤其係當清潔系統之乾燥器模組具有一個以上軌道（例如，雙軌道）時。
所述技術可藉由在乾燥器模組之後併入至少部分地佈置在清潔系統之外殼內部的一或更多個內嵌計量站來減少研磨系統所需之總空間。亦即，所述技術可減少研磨系統在清潔室中所需之佔地面積。
在隨附圖式及實施方式中闡述一或更多個實施之細節。其他態樣、特徵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。
藉由在研磨基板之前或之後獲取基板的影像，內嵌光學計量系統可決定基板上之層的相應區域之厚度。習知地，內嵌光學計量系統定位在工廠介面單元內部。工廠介面單元中之機器人使基板移動經過位於工廠介面單元中之計量系統的感測器。潛在的問題在於，亦需要工廠介面單元機器人在匣與研磨工具或清潔工具之間移動基板。因此，工廠介面單元機器人將基板移動至內嵌計量系統或穿過內嵌計量系統所耗費之時間可能影響總基板處理量。然而，一或更多個光學計量系統可整合至基板清潔系統中，特定言之係整合至系統的乾燥器模組中。當基板被插入清潔器或乾燥器模組中或自清潔器或乾燥器模組中抽出時，光學計量系統可量測基板。此允許大體上在不影響系統處理量的情況下進行量測。
參考第1A圖，基板清潔系統100包括外殼110，該外殼110可容納一或更多個清潔器模組113及乾燥器模組115。乾燥器模組115可定位成在清潔器模組113中之一者旁邊。舉例而言，清潔器模組113及乾燥器模組115可沿直線路徑佈置。清潔系統100亦包括部分地佈置在外殼內部之光學計量系統160，例如，彩色成像系統。光學計量系統160可與乾燥器模組整合。外殼100亦用以將清潔器模組及乾燥器模組與研磨裝置之其他模組（例如，研磨工具及工廠介面模組）分離。
如第1A圖中所示，清潔系統100包括一或更多個清潔器模組113，例如，第一清潔器模組113a及第二清潔器模組113b。清潔系統100亦包括乾燥器模組115。
一或更多個清潔模組中之每一者可為硫酸過氧化物混合物(sulfuric peroxide mixture; SPM)清潔器、兆聲波清潔器，或刷洗或拋光清潔器。在清潔製程期間，可向基板塗覆一或更多種溶劑。舉例而言，可在刷洗或拋光清潔期間將溶劑噴塗至基板上，或溶劑可被包含在兆聲波清潔器之浴中。在研磨之後，該一或更多種溶劑可溶解或移除基板表面上之殘餘固體，例如，來自研磨墊或漿料之磨蝕性顆粒或有機材料。可能的溶劑包括丙酮、甲醇、氫氧化銨及硫酸過氧化氫。
簡言之，SPM清潔器可包括容納液體硫酸過氧化物混合物之清潔罐及容納用以移除SPM之沖洗液體的沖洗罐。兆聲波清潔器可包括容納清潔流體之罐及一或更多個換能器，該一或更多個換能器經配置而以高頻在清潔流體中產生振動。刷洗或拋光清潔器可包括一或更多個輥或襯墊以移除研磨殘餘物。
如第1A圖中所示，第一清潔器模組113a為兆聲波模組，且清潔器模組113b為刷洗清潔器，但此僅為例示性的。兆聲波模組113a包括用以容納清潔液體121之罐120，及換能器117a，該換能器117a經配置以將兆聲波能量發射至清潔液體121中以清潔基板。在一些實施中，兆聲波清潔器模組可包括用以使基板旋轉之旋轉機構，以進一步促進清潔製程。刷洗模組113b包括刷子117b（例如，刷輥），其經配置以在被按壓至基板上時垂直移動或旋轉或該兩者，以自基板移除碎屑。
儘管在第1A圖中為了易於說明而僅繪示出兩個清潔器模組，但可在清潔系統100中部署三個或更多個清潔器模組。清潔器模組113a、113b中之每一者分別包括支撐件119a、119b。支撐件經配置以在垂直定向上接收基板以進行清潔。
清潔系統100亦包括基板移送系統，諸如，具有基板支撐件（例如，端效器130）之行走機械臂135，以使基板在清潔器及乾燥器模組之間移動。端效器130可為接觸基板10的背面並向該背面施加吸力之手，或邊緣夾持機構。行走機械臂135可藉由端效器130夾持基板，以使基板垂直地朝向或遠離清潔器模組移動。
清潔系統100之控制器190可導致行走機械臂135以預程式化之方式沿路徑186移動基板。特定而言，在將基板10自研磨裝置中之其他模組移送至清潔系統100之後，行走機械臂135緊固基板10之邊緣部分（例如，藉由端效器130），並使基板10沿路徑186的第一部分移動至第一清潔器模組113a之空腔中。在一些實施中，行走機械臂135固持基板並垂直地（亦即，基板之平面正交於重力）移動基板。在行走機械臂135大體上在空腔內部移動基板之後，端效器130將基板與行走機械臂135分離並自行走機械臂135釋放至第一支撐件119a上。在預定的時間量或達到指示清潔器模組113a之清潔製程結束的特定準則之後，行走機械臂135經由端效器130重新接合基板10以拾取基板並使基板垂直移動以遠離第一清潔器模組113a。
接著，機械臂135藉由將基板10釋放至第二支撐件119b上及接著拾取基板並沿路徑186將基板10垂直運輸出第二清潔器模組113b來重複該製程以沿路徑186清潔第二清潔器模組113b中之基板10。
行走機械臂135重複上述製程，直至對於最末清潔器模組中之基板而言完成了清潔製程為止，亦即，已經由清潔器模組中之每一者清潔了基板。大體而言，機械臂135垂直地將基板10提升出清潔器模組（藉由箭頭186a示出），將基板水平地移動至下一清潔器模組或乾燥器模組上方之位置（藉由箭頭186b示出），並使基板下降至下一模組中（藉由箭頭186c示出）。此些操作可在基板處於垂直定向的情況下執行。
乾燥器模組115乾燥基板10。乾燥器模組115包括用以容納沖洗浴125之罐124。作為罐124的一部分或被支撐在罐124上方的係乾燥器201，例如，馬蘭各尼(Marangoni)乾燥器。行走機器人135沿路徑186c將基板垂直輸送至乾燥器模組115之罐124中。機械臂135將基板10釋放至乾燥器模組之罐中的支撐件119c上。基板坐落在乾燥器模組115之沖洗浴125中。沖洗浴125可為去離子(DI)水，但沖洗浴125亦可包括清潔化學品，例如，酸或鹼，諸如，HCL酸、HF酸、有機鹼、四甲基銨氫氧化物(TMAH)、氫氧化銨、另一pH調節劑，或其類似者。沖洗浴125中之清潔化學品可進一步清潔基板並促進乾燥製程。
參考第3圖，在馬蘭各尼乾燥器中，將可與沖洗浴125混溶之溶劑(S)（例如，液態或氣態的異丙醇(isopropyl alcohol; IPA)）引入流體彎月面(M)中，該流體彎月面(M)在自浴中提升基板10時或在浴液被汲取經過基板10時形成。溶劑沿流體表面被吸收，其中溶劑的濃度在彎月面頂尖處較高。溶劑之較高濃度導致表面張力在彎月面之頂尖處比在浴液本體中更低，從而導致浴液自乾燥的彎月面朝向主體浴液125流動。此種流動稱作「馬蘭各尼」流動，且可用以實現基板乾燥，而不會在基材上留下條紋、斑點或浴渣。
作為一個實例，乾燥器模組115亦可包括溶劑來源210，例如，可塗覆用於乾燥基板之至少一種溶劑的噴嘴。溶劑可為蒸汽，例如，蒸汽異丙醇(IPA)。可在行走機械臂135將基板垂直移出乾燥器模組115時塗覆溶劑。溶劑來源210位於沖洗浴之自由表面上方。溶劑來源210經配置以將至少一種溶劑噴塗至基板之前表面或背表面中的至少一者上。溶劑來源210（例如，噴嘴）較佳經定位以使得溶劑蒸汽將被浴液125之沖洗液體在空氣/基板/沖洗液體界面處吸收，且該界面較佳形成彎月面（如由第3圖中之虛線圓圈「M」包圍）。或者，溶劑可以液體形式被供應至罐124中，以在浴液頂部上形成液膜。另外，具有一或更多個沖洗流體噴嘴215之可選沖洗液體供應器可經定位以在基板10自罐124提升至乾燥器201中時將沖洗液體噴塗在基板10的整個水平直徑上。
在一些實施中，基板可經配置以由於旋轉機構而旋轉，而同時坐落在支撐件119c內部以進一步促進乾燥製程。該旋轉機構可控制用於使基板旋轉之速度或動量。
或者或另外，乾燥器模組115包括噴嘴或孔隙，其連接至氣源以產生至基板上之氣體噴射。在一些實施中，該氣體噴射在基板上產生層壓氣流。層壓氣流可加速殘餘溶劑自基板表面的蒸發並將溶劑氣體帶走以便乾燥基板。
返回第1A圖至第2B圖，當藉由乾燥器模組乾燥基板時，行走機械臂135可操作以沿路徑186d將基板垂直地提升出乾燥器模組。在一些實施中，研磨系統包括一或更多個單獨致動器以將基板移出乾燥器模組。舉例而言，可使用行走機械臂135將基板10放置在罐124中，且可使用單獨機器人將基板提升出該罐。
大體上，當使基板10沿路徑186c垂直下降至乾燥器模組115中時，或當基板沿路徑186d被垂直提升出乾燥器模組時，系統可量測基板之厚度輪廓。在此上下文中，「垂直地」包括偏離重力至多20°。更具體而言，基板10可垂直地自第一位置下降至第二位置或自第一位置升高至第二位置，例如，自浴125上方之第一位置至浴125中之第二位置，或自浴125中之第一位置至浴125上方之第二位置。
內嵌光學計量系統160可利用基板沿路徑186c或186d的運動來量測基板之厚度輪廓。特定而言，光學計量系統160可導向光束168以在基板10自第一位置被運輸至第二位置時在基板10行進穿過的位置169處撞擊基板10並自基板10反射。位置169可在罐124上方，例如，如第1圖中所示在乾燥器201上方。
內嵌光學計量系統160可包括感測器組件161以及控制器190，控制器190經配置以自感測器組件161接收量測值。
控制器190（諸如，可程式化電腦）連接至每一馬達以獨立地控制驅動機構135（亦即，機械臂）、輥117、偵測器164及光源162之運動。控制器190可包括中央處理單元(central processing unit; CPU)、記憶體，及支援電路（例如，輸入/輸出電路系統、電源供應器、時鐘電路、快取記憶體及其類似者）。記憶體連接至CPU。記憶體為非暫時性電腦可讀媒體，且可為一或更多種易購記憶體，諸如，隨機存取記憶體(random access memory; RAM)、唯讀記憶體(read-only memory; ROM)、軟碟、硬碟，或其他形式之數位儲存器。另外，儘管被繪示成單個電腦，但控制器190可為分散式系統，例如，包括多個獨立操作之處理器及記憶體。
感測器組件161可包括光源162、光偵測器164，以及用於在控制器190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。光源可產生被導向至基板10之光束168，且基板10之光束反射被導向至光偵測器164。可使用一或更多個光學部件（例如，鏡子140a、140b）來設定光束之路徑。電路系統166包括用以接通或關斷光源162之控制線166a，及用以自光偵測器164接收信號之另一控制或資料線166b。
感測器組件161之一些部件（特定言之為偵測器164）可位於乾燥器模組119c外部，且特定言之為清潔系統100之外殼110外部。舉例而言，光源162及一或更多個鏡子140a、140b可位於清潔系統100之外殼110內部，且光偵測器164可位於外殼110外部。穿過外殼110之壁的視窗150可用以將外殼110外部之光束傳輸至光偵測器164。
藉由分析自光偵測器164接收到之光束，控制器190經配置以在基板下降至乾燥器模組中或上升遠離乾燥器模組時產生基板之已量測厚度輪廓。
光源162可操作以發射白光。在一個實施中，所發射之白光包括具有200～800奈米之波長的光。適當光源為白光發光二極體(light emitting diode; LED)之陣列，或氙氣燈或氙氣汞燈。光源162經定向以非零入射角α將光168導向至基板10之已暴露表面上。入射角α可為（例如）約30°至75°，例如，50°。
光源162可照射橫跨基板10之寬度的大體上直線之細長區域。光源162可包括光學元件（例如，擴束器），以使來自光源之光散佈至細長區域中。或者或另外，光源162可包括光源之直線陣列。光源162自身以及照射在基板上之區域可為細長的，且具有平行於基板表面之縱向軸線。
可將擴散器170放置在光168之路徑上，或光源162可包括擴散器，以在光到達基板10之前將光擴散。
偵測器164可為對來自光源162之光敏感的彩色照相機。大體上，偵測器164可為包括偵測器元件之至少一個陣列的任何適當照相機。舉例而言，照相機可包括CCD陣列。在一些實施中，該陣列為偵測器元件之單個列。舉例而言，照相機可為線掃描照相機，其可避免使用習知2D照相機之透視失真。偵測器元件之列可平行於被光源162照射之細長區域的縱向軸線延伸。在光源162包括發光元件之列的情況下，偵測器元件之列可沿平行於光源162之縱向軸線的軸線延伸。或者，偵測器元件垂直地延伸遠離照相機164之表面。偵測器元件之列可包括1024個或更多個元件。
照相機164經配置具有適當的聚焦光學元件172，以將基板之視場投影至偵測器元件之陣列上。視場可足夠長，以檢視基板10之整個寬度，例如，150～300 mm長。照相機164（包括相關聯的光學元件172）可經配置以使得個別像素對應於具有等於或小於約0.5 mm之長度的區域。舉例而言，假設視場為約200 mm長且偵測器164包括1024個元件，則線掃描照相機所產生之影像可具有長度為約0.5 mm之像素。為了決定影像之長度解析度，可將視場(field of view; FOV)之長度除以FOV成像至其上之像素的數目以達成長度解析度。
照相機164亦可經配置以使得像素寬度與像素長度相當。舉例而言，線掃描照相機之優勢在於其非常快的圖框速率。圖框速率可為至少5 kHz。可將圖框速率設定為某一頻率，以使得當成像區域在基板10上掃描時，像素寬度與像素長度相當，例如，等於或小於約0.3 mm。
在一些實施中，如第1A圖中所示，光學部件在掃描期間大體為固定的。在此情形下，線掃描照相機之視場在基板上的掃描係由基板運動提供，該基板運動係藉由將基板10下降至乾燥器115中之機器人（例如，行走機械臂135）或由將基板及基板支撐件提升出乾燥器115之行走機械臂135或另一致動器（未示出）進行。
第1B圖繪示具有內嵌光學計量系統160之基板清潔系統100的實例之視圖，該內嵌光學計量系統160具有固定感測器組件161，而光源162在腔室外部。
在此配置中，光源162及光偵測器164均位於系統100之外殼110外部。外殼110可包括一或更多個鏡子150a及150b以將光束傳輸至外殼110中及將光束傳輸出外殼110。第1B圖中示出此配置之光路徑。
在用於在致動器使基板沿路徑186d垂直上升遠離乾燥器模組115時量測基板10之厚度輪廓的一些實施中，控制器190導致光源162首先發射通過視窗150b進入外殼110中之光束168。位於外殼110內部之第一鏡子140c將來自視窗150b之光束168以入射角α反射至基板10之頂表面的撞擊位置169上。基板10之頂表面朝向位於外殼110內部之第二鏡子140a反射光束。第二鏡子140b在自基板接收光束168以通過視窗150a之後反射光束168。第三鏡子140b自視窗150接收光束並將其反射至偵測器164上。接著，偵測器164將表示接收到的光束之信號發送至控制器190中。在基板被行走機械臂135移離外殼內部之乾燥器模組期間，固定感測器組件161經由上述光路徑掃描基板中的至少一部分區域以決定基板10中之區域的厚度。
或者，如第2A圖中所示，光源162及光偵測器164可被支撐在相應的可移動平台180a、180b上。亦即，光源162受平台180a支撐，且光偵測器164受另一平台180b支撐。光源162及光偵測器164可相對於基板10移動，以使得成像區域可跨越基板長度掃描。在此配置中，在基板10被固定地支撐在浴125上方（例如，在乾燥器201上方）的同時，掃描基板10。
在一些實施中，平台180經配置以在影像擷取期間移動。舉例而言，平台180之運動可與基板沿路徑186c或186d之運動相協調，以提供跨越基板10之成像區域的期望直線掃描速度。該期望掃描速度可由偵測器164（例如，線掃描照相機）之圖框速率設定。若行走機械臂135所提供之基板運動與所需掃描速度相比較而言不夠快，則控制器可使平台180移動，以使得撞擊位置169沿與基板運動之運動方向相反的方向移動，以增大感測器組件與基板之間的相對速度以便符合掃描速度要求。若行走機械臂135所提供之基板運動過快（亦即，比內嵌照相機164之掃描能力更快），則控制器可使平台180移動，以使得撞擊位置169沿與基板運動方向相同之方向移動，但更慢，以便減小基板與感測器組件之間的相對速度以適應量測能力。
大體上，平台180a及180b之運動係由控制器190根據掃描製程反饋控制。為了決定掃描速度是否與基板運動相容，控制器190分析自偵測器獲得之光學資料及信號，並比較掃描品質與由使用者或由感測器組件161自內部預設之某些認定真實資料或準則。
電路系統166包括分別將控制器190連接至馬達182a及182b之控制線166c及166d。控制器190可發送表示每一馬達182之速度或加速度的信號，以控制光源162及偵測器164之運動。控制器190可經由控制線166a將控制信號發送至光源162以控制自光源發射之光特性。舉例而言，控制器190可控制光強度、色彩及寬度。在一些實施中，控制或資料線166b經配置以將表示由偵測器164接收的光之資料移送至控制器190以供分析。或者，光偵測器164可將表示接收到的光之資料預處理成影像，並經由控制線166b將表示影像之資料發送至控制器。
感測器組件161可包括用以調整基板10與光源162及偵測器164之間的垂直距離之機構。舉例而言，感測器組件161可包括用以調整平台180a或180b之垂直或水平位置的致動器。此外，該機構可進一步獨立地調整光源162與偵測器164之定向角度。在一些實施中，自光源發射之光可形成與由偵測器接收到之反射光所形成的光路徑大體上平行之光路徑。
大體上，可如下來配置感測器組件中之光路徑。光源162首先發射具有朝向基板10的頂表面之入射角α的光束。光束亦可經過光源162與基板10之間的擴散器170。根據入射角α由基板之頂表面反射或偏轉或反射並偏轉該光束。接著，第一鏡子140a經由位於外殼110之表面上的視窗150將自基板10反射之光束反射至第二鏡子140b上。偵測器164經配置以自第二鏡子140b接收經反射光束並將表示接收到的光束之信號發送至控制器190。
參考第4圖，在一些實施中，內嵌光學計量系統160在基板大體上處在乾燥器模組中之浴125內部的同時量測基板10之厚度輪廓。舉例而言，乾燥器模組115之罐124可為至少部分半透明或透明的。或者，視窗124a可形成在罐之壁中。光束168被導向穿過罐中之壁或視窗及浴125以撞擊基板10之表面，且接著經反射光束經由罐中之壁或視窗返回以到達偵測器164。
視情況，偏光濾光器174可定位在光路徑上，例如，在基板10與偵測器164之間。偏光濾光器174可為圓形偏光器(circular polarizer; CPL)。典型CPL為線性偏光器與四分之一波片的組合。偏光濾光器174之偏光軸的恰當定向可減少影像中之霧度並銳化或增強期望的視覺特徵。
假設基板上之最外層為半透明層（例如，介電層），則在偵測器164處偵測到之光的色彩取決於（例如）基板表面之組成、基板表面光滑度，及/或自基板上之一或更多個層（例如，介電層）的不同界面反射的光之間的干涉量。
如上所述，控制器190可經配置以基於連接至計算元件之已接收到的信號分析基板中之區域的厚度。
為了處理已接收到的信號，控制器190經配置以自已接收到的信號組裝一或更多個影像，該等信號表示來自相應偵測器元件之不同色彩，亦即，紅色、綠色及藍色。控制器可藉由獨立地偏移或增加每一色彩通道中之影像的強度值而基於已接收到的信號來處理影像。控制器亦可基於參考影像將該影像正規化。控制器可包括對亮度通道中之影像的平滑濾光（例如，在20個像素之跨度上取平均），以產生平滑的亮度影像。在一些實施中，亦可由控制器產生影像之色調及飽和度資料。
基於藉由控制器進行之上述製程，控制器接著執行均勻性分析以決定基板之每一區域的厚度，並接著輸出每一基板之通過或失敗指示。在一些實施中，可計算表示基板的影像上之「失敗」像素的總數，且一旦基板影像之「失敗」像素的總數高於閾值，使用者或系統便可決定該閾值以決定基板研磨製程失敗。
系統100可進一步包括凹口發現器，以決定基板的定向，以便輔助由控制器190執行之厚度分析。凹口發現器可為具有經配置以定位凹口之掃描器的光學系統。控制器190可在獲得表示凹口位置的信號之後決定基板的定向。凹口發現器可佈置在外殼110內，亦即，在基板固持器130上、在行走機械臂135上，或佈置為固定在外殼110內部之單獨部件。
第2B圖繪示具有內嵌光學計量系統160之基板清潔系統100的另一實例之視圖，該內嵌光學計量系統160具有可移動感測器組件161且具有在腔室外部的光源162。
類似於第1B圖中所示情形，在此配置中，光源162及光偵測器164均位於系統100之外殼110外部。然而，第2B圖繪示將如上所述關於第2A圖中所示情形使用之可移動平台180a、180b。
第2B圖中示出此配置之光路徑。類似於第1B圖中所示之光路徑，控制器190使光源162發射通過視窗150至外殼110中之光束168。在一些實施中，光束可通過光源162與視窗150之間的擴散器170。位於外殼110內部之第一鏡子140c將來自視窗150之光束以入射角α反射至基板10之頂表面的撞擊位置169上。基板10之頂表面接著朝向位於外殼110內部之第二鏡子140a反射光束。第二鏡子140a在自基板接收光束以通過視窗150之後反射光束。第三鏡子140b自視窗150接收光束並將其反射至偵測器164上。接著，偵測器164將表示接收到的光束之信號發送至控制器190中。在一些實施中，光束168可經過偵測器164與第三鏡子140b之間的相關聯光學元件172或偏光濾光器174或該兩者。在基板在外殼內部的乾燥器模組之上被移動期間，感測器組件161可藉由控制器190在平台180上固持固定，或連同平台180一起沿導軌184a或184b移動，以經由上述光路徑掃描基板中之區域的至少一部分以決定基板10中之區域的厚度。
在用於在行走機械臂135將基板下降至乾燥器模組115之清潔化學品內部時量測基板10之厚度輪廓的一些實施中，光路徑大體類似於如上所述之實施，不同之處在於，由光源162發射之光束在被第一鏡子140a偏轉之後穿透至少部分半透明或透明的乾燥器模組殼及清潔化學品。
儘管為了易於說明而僅針對每一清潔系統在第1A圖至第2B圖中僅示出一個光學計量站，但用於清潔系統之計量站的總數可為兩個或更多個。舉例而言，若清潔系統100具有清潔器模組及乾燥器模組之兩條軌道，則乾燥器模組中之每一者可包括單獨的計量站。或者，乾燥器模組中之每一者可被指派有相應光源162、相應偵測器164、相應馬達182及相應鏡子140，且被指派有共享或相應的控制器190。
儘管如第1A圖至第2B圖中所示將外殼110之視窗描繪為處在外殼110之底部，但視窗150可位於外殼上與光路徑一致的任何地方。可將單獨的視窗150a、150b用於來自光源162之光束及自基板反射之光束（如第1B圖中所示），或者可使用共同視窗150（如第2B圖中所示）。取決於外殼之大小以及感測器部件之大小，偵測器及光源亦可在外殼150內部或外部。大體上，感測器組件之部件應允許光束在被基板之頂表面反射之後自光源傳輸至偵測器。
大體上，資料可用以控制CMP裝置之一或更多個操作參數。操作參數包括（例如）平台旋轉速度、基板旋轉速度、基板之研磨路徑、基板在板上之速度、施加在基板上之壓力、漿料組成、漿料流動速率，及基板表面處之溫度。可實時地控制操作參數，且可在不需要進一步人工干預的情況下自動地調整該等操作參數。
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，或其可包括一或更多個已沉積及/或經圖案化之層。術語基板可包括圓碟及矩形薄片。
然而，上述彩色影像處理技術在3D垂直NAND(VNAND)快閃記憶體之上下文中可為尤其有用的。特定而言，在VNAND製造中所使用之層堆疊十分複雜，以致於當前計量方法（例如，Nova光譜分析）在偵測厚度不適當之區域時可能無法以足夠的可靠性執行。對比而言，彩色影像處理技術在此應用中可具有優越的可靠性。
本發明之實施例及在本說明書中所述之所有功能操作可在數位電子電路系統中實施，或在電腦軟體、韌體或硬體（包括本說明書中所揭示之結構構件及其結構等效物）中實施，或在其組合中實施。可將本發明之實施例實施為一或更多個電腦程式產品，亦即，有形地體現在非暫時性機器可讀儲存媒體中用於由資料處理裝置（例如，可程式化處理器、電腦，或多個處理器或電腦）執行或用以控制其操作之一或更多個電腦程式。
相對定位之術語用以表示系統之部件相對於彼此之定位，而未必係關於重力；應理解，可將研磨表面及基板固持在垂直定向或一些其他定向上。
已描述了諸多實施。然而，將理解，可作出各種修改。舉例而言：
•內嵌光學計量系統160亦可經定位以在藉由行走機器人135將基板下降至清潔器模組中或提升出清潔器模組時量測基板之厚度輪廓。該設置可類似於以上所論述之乾燥器模組，但其中內嵌光學計量系統160經定位以導向光束以在基板進入或離開清潔器模組之路徑上的位置處撞擊基板。然而，在自乾燥器移除基板時或在此之後使用線掃描可能更勝一籌，因為基板將為乾燥的，且因此由基板上之液滴導致錯誤信號的可能性較小。
•可使用使整個基板成像之照相機，而非線掃描照相機。在此情形下，當基板定位在乾燥器上方時，可獲取基板之影像。
•光偵測器可為光譜儀而非彩色照相機；可繼而將光譜資料簡化成HSL色彩空間。
•均勻性分析步驟為可選的。舉例而言，可將藉由應用閾值變換而產生之影像饋入前饋過程中以調整對基板之後一處理步驟，或饋入反饋過程中以調整對後續基板之處理步驟。
•以上所述且在圖式中示出之鏡子的位置及數目為例示性的；取決於構造之實用性及期望的光路徑，可僅存在一個鏡子，或多個鏡子。
因此，其他實施在申請專利範圍之範疇內。
10:基板 100:基板清潔系統 110:外殼 113:清潔器模組 113a:第一清潔器模組 113b:第二清潔器模組 115:乾燥器模組 117a:換能器 117b:刷子 119a:第一支撐件 119b:第二支撐件 119c:支撐件 120:罐 121:清潔液體 124:罐 124a:視窗 125:浴液 130:端效器 135:行走機械臂 140a:鏡子 140b:鏡子 140c:第一鏡子 150:視窗 150a:鏡子 150b:鏡子 160:光學計量系統 161:感測器組件 162:光源 164:光偵測器 166a:控制線 166b:控制或資料線 166c:控制線 166d:控制線 168:光束 169:位置 170:擴散器 172:聚焦光學元件 174:偏光濾光器 180a:可移動平台 180b:可移動平台 182a:馬達 182b:馬達 184a:導軌 184b:導軌 186a:箭頭 186b:箭頭 186c:箭頭 186d:路徑 190:控制器 201:乾燥器 210:溶劑來源 215:沖洗流體噴嘴 M:彎月面 α:入射角
第1A圖繪示具有內嵌光學計量系統之基板清潔系統的實例之視圖，該內嵌光學計量系統具有固定感測器組件。
第1B圖繪示具有內嵌光學計量系統之基板清潔系統的實例之視圖，該內嵌光學計量系統具有固定感測器組件連同在腔室外部的光源。
第2A圖繪示具有內嵌光學計量系統之基板清潔系統的實例之視圖，該內嵌光學計量系統具有可移動感測器組件。
第2B圖繪示具有內嵌光學計量系統之基板清潔系統的另一實例之視圖，該內嵌光學計量系統具有可移動感測器組件且具有在腔室外部的光源。
第3圖為定位在乾燥器內之基板及噴嘴的特寫視圖。
第4圖繪示具有內嵌光學計量系統之乾燥器模組的另一實例之視圖。
在各個圖式中，相同元件符號指示相同元件。
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
10:基板
100:基板清潔系統
110:外殼
113:清潔器模組
113a:第一清潔器模組
113b:第二清潔器模組
115:乾燥器模組
117a:換能器
117b:刷子
119a:第一支撐件
119b:第二支撐件
119c:支撐件
120:罐
121:清潔液體
124:罐
124a:視窗
125:浴液
130:端效器
135:行走機械臂
140a:鏡子
140b:鏡子
150:視窗
160:光學計量系統
161:感測器組件
162:光源
164:光偵測器
166a:控制線
166b:控制或資料線
168:光束
169:位置
170:擴散器
172:聚焦光學元件
174:偏光濾光器
186a:箭頭
186b:箭頭
186c:箭頭
186d:路徑
190:控制器
α:入射角

Claims (16)

  1. 一種基板清潔系統，包括： 一清潔器模組，其用以在一基板的研磨之後清潔該基板； 一乾燥器模組，其用以在藉由該清潔器模組清潔之後乾燥該基板； 一基板支撐件，可沿一第一軸線移動，該第一軸線大體上平行於該基板的一面，該基板的該面係由該基板支撐件自該乾燥器模組中的一第一位置固持至該乾燥器模組外部的一第二位置；以及 一內嵌計量站，其包括經定位之一線掃描照相機，該線掃描照相機經配置以在該基板由該基板支撐件固持且該基板支撐件從該第一位置移動至該第二位置時掃描該基板。
  2. 如請求項1所述之基板清潔系統，其中，該乾燥器模組包括具有一液浴的一罐，並且在該第一位置處，基板被浸沒在該液浴中，並且在該第二位置處，基板被從該液浴中移出。
  3. 如請求項2所述之基板清潔系統，其中，該第一軸線是一垂直軸線。
  4. 如請求項2所述之基板清潔系統，其中，該乾燥器模組包含一馬蘭各尼(Marangoni)乾燥器
  5. 如請求項1所述之基板清潔系統，其中該乾燥器模組包括用於旋轉該基板的一第二支撐件，且在該第一位置處，該基板位於該第二支撐件上，且在該第二位置處，該基板從該第二支撐件移除。
  6. 如請求項1所述之基板清潔系統，其中該乾燥器模組包括連接到一氣源以產生一氣體噴射的一噴嘴或一孔隙，並且在該第一位置處，該基板位於來自該噴嘴或該孔隙的該氣流路徑中，且在該第二位置處，該基板從該氣流路徑移除。
  7. 如請求項1所述之基板清潔系統，包括用以使該清潔器模組及該乾燥器模組與一研磨裝置之其他模組分離的一外殼，及在該外殼中之一視窗，且其中該線掃描照相機定位在該外殼外部以經由該視窗掃描該基板。
  8. 如請求項7所述之基板清潔系統，包括一第一鏡子，該第一鏡子定位在該外殼內部且經配置以將光自該基板反射至該視窗。
  9. 如請求項8所述之基板清潔系統，包括一第二鏡子，該第二鏡子定位在該外殼外部且經配置以將該光自該第一鏡子反射至該線掃描照相機中。
  10. 如請求項7所述之基板清潔系統，包括用以產生一光束以撞擊該基板之一光源，且其中該線掃描照相機經定位以接收自該基板反射之來自於該光源的光。
  11. 如請求項10所述之基板清潔系統，其中該光源經配置以引導該光束以便以一入射角撞擊該基板。
  12. 如請求項11所述之基板清潔系統，其中該入射角為5度至85度。
  13. 如請求項11所述之基板清潔系統，其中該光源在該外殼內部。
  14. 如請求項11所述之基板清潔系統，其中該光源在該外殼外部。
  15. 如請求項14所述之基板清潔系統，其中該光源經定位以引導一光束穿過該視窗。
  16. 如請求項1所述之基板清潔系統，其包括一控制器，該控制器經配置以在當該線掃描照相機保持固定且該基板支撐件移動該線掃描照相機橫跨整個該基板進行掃描的同時，使一第一馬達移動該基板支撐件並收集來自該線掃描照相機之資料。
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