TWI511839B - 用於經改良的研磨墊外形之閉迴路控制 - Google Patents

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Shou Sung Chang
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Description

用於經改良的研磨墊外形之閉迴路控制
本文所描述之實施例大體而言係關於基板之平坦化。更特定言之，本文所描述之實施例係關於研磨墊之調節。
0.25微米以下(Sub-quarter micron)多層金屬化為用於下一代超大型積體電路(ultra large-scale integration;ULSI)之諸關鍵技術之一。為此項技術核心之多層互連需要對以高深寬比孔徑形成的互連特徵結構(包括觸點、通孔、凹溝及其他特徵結構)進行平坦化。該等互連特徵結構之可靠形成對於ULSI之成功及持續努力以提高個別基板及模上的電路密度及品質極其重要。
使用順序材料沈積及材料移除技術在基板表面上形成多層互連，以在多層互連中形成特徵結構。當順序沈積且移除諸材料層時，基板之最高表面在其表面上可能變為非平面，且基板之最高表面在進一步處理之前需要進行平坦化。平坦化或「研磨」為將材料自基板之表面移除以形成大體而言均勻、平坦的表面之製程。平坦化用於移除過量沈積材料、移除非所欲表面構形及表面缺陷(諸如，表面粗糙度、附聚材料、晶格損壞、刮痕及受污染層或材料)，以提供用於隨後光蝕刻及其他半導體製程之均勻表面。
化學機械平坦化或化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing;CMP)為用於平坦化基板之常見技術。CMP利用諸如漿或其他流體介質之化學組成物以自基板選擇性移除材料。在習知CMP技術中，基板承載或研磨頭安裝於承載總成上，且上述基板承載或研磨頭定位為與CMP裝置中之研磨墊接觸。承載總成向基板提供可控壓力，進而將基板壓在研磨墊上。藉由外部驅動力使墊相對於基板移動。CMP裝置實現介於基板表面與研磨墊之間的研磨或摩擦移動，同時分散研磨組成物以實現化學活性及/或機械活動及隨後材料自基板表面之移除。
執行材料之該移除的研磨墊必須具有用於基板平坦化之適當機械特性，同時在研磨期間將基板中缺陷之產生最小化。此類缺陷可為由墊之凸起區域或由配置於墊之表面上的研磨副產物(諸如，自電解質溶液沈澱出之基板移除的導電材料之累積、墊之磨損部分、來自研磨漿的磨粒之附聚及類似物)所引起的基板表面中之刮痕。在研磨期間，歸因於磨損及/或墊表面上研磨副產物之累積，研磨墊之研磨潛勢通常衰減，從而導致研磨品質降低。研磨墊之此變化可能在墊表面上以不均勻或局部圖案出現，上述不均勻或局部圖案可能促進導電材料之不均勻平坦化。因而，必須將墊表面進行定期恢復或調節，以復原墊之研磨效能。
因而，需要用於調節研磨墊的改良方法及裝置。
本文所描述之實施例大體而言係關於基板之平坦化。更特定言之，本文所描述之實施例係關於研磨墊之調節。在一個實施例中，提供一種調節一研磨墊之方法。該方法包含以下步驟：使該研磨墊之一表面與一調節盤接觸；量測該研磨墊之一厚度，同時使該調節盤拂掠跨越該研磨墊之該表面；將該研磨墊之該量測厚度與一標準厚度研磨墊外形進行比較；以及基於該研磨墊的該量測厚度與該標準厚度研磨墊外形之該比較來調整該調節盤之一駐留時間。
在又一實施例中，提供一種調節一研磨墊之方法。該方法包含以下步驟：使用一初始調節法調節一研磨墊，同時使用一整合感應感測器來量測該研磨墊之一厚度，其中該初始調節法包含基於一初始駐留時間剖面之一初始拂掠排程；將該研磨墊之該量測厚度與一初始預研磨墊厚度剖面進行比較，且使用比較出之差來建構一量測過的墊磨損外形；將該量測過的墊磨損外形與一目標墊磨損外形進行比較；基於該量測過的墊磨損外形與一目標墊磨損外形之該比較來決定一修正駐留時間剖面；基於該修正駐留時間剖面來開發一修正拂掠排程；以及基於該修正拂掠排程來調整該調節盤之一駐留時間。
大體而言，本文所描述之實施例提供用於基板平坦化之方法及裝置。更特定言之，本文所描述之實施例提供用於調節研磨墊之方法及裝置。化學機械平坦化(CMP)墊需要調節以維持產生可接受效能之表面。然而，調節不僅使墊表面再生，還磨損墊材料及漿輸送溝槽。不可接受之調節可能導致不均勻的墊外形，限制墊之產品壽命。本文所描述之某些實施例使用調節拂掠之閉迴路控制(closed-loop control;CLC)，以在整個墊壽命期間賦能跨越墊的均勻的溝槽深度移除。感測器可整合至調節臂中以賦能對墊堆疊厚度之現場及即時監控。自厚度感測器之反饋可用於修改墊調節器跨越墊表面之駐留時間，而校正可能隨墊及盤老化而出現的墊外形中之漂移。墊外形CLC在連續調節情況下賦能溝槽深度之均勻縮減，而提供較長的消耗品壽命及降低的操作成本。
墊調節廣泛使用於CMP中以維持可接受的製程效能。在未用磨盤進行定期墊表面調節之情況下，晶圓上薄膜材料移除速率(material removal rates;MRR)迅速退化。亦需要適當的調節間隔，以在墊或墊套之整個壽命期間維持可接受的晶圓內不均勻性(within-wafer non-uniformity;WIWNU)及缺陷度。然而，調節不僅使墊頂表面再生，還磨損墊頂表面，包括磨損用於漿分佈之溝槽。若溝槽受到不平磨損，則可減少墊之有效壽命。不可接受調節可能導致限制墊之產品壽命之不均勻墊外形。歸因於消耗品更換及隨後的製程再鑒定，墊外形不均勻性可對工具操作成本具有顯著影響。
墊調節拂掠排程為影響墊外形不均勻性的最重要因素之一。對於旋轉研磨工具，通常將調節盤之跨越平臺行程分成多個徑向調節區。每個區內之調節盤之滯留時間或駐留時間可經調整以產生所要的拂掠排程。通常，一般使用固定的線性及正弦拂掠排程。然而，固定拂掠排程經常不能校正製程漂移及所用消耗品(例如，漿料)中之變化。
已藉由量測廣泛調節墊之墊堆疊厚度或溝槽深度剖面，來測試經設計以預測駐留時間剖面之模型，而上述駐留時間剖面產生優越墊內磨損外形效能。由於墊厚度剖面量測趨於侵入且性質上經常為破壞性的，故在研磨操作期間通常不執行墊厚度剖面量測。目前調節器拂掠排程為靜態，且一旦建立，就無法回應於製程漂移來進行自動調整。
本文所描述之實施例提供一種用於校正平臺內墊磨損不均勻性之閉迴路控制方法。整合於墊調節臂中之非接觸式感測器，可用於在有效調節操作及獨立於調節之研磨操作的這兩種期間均監控墊厚度或外形的移除。將來自整合感測器之反饋發送至先進製程控制(advanced process control;APC)系統或控制器，上述先進製程控制系統或控制器將量測過之墊移除外形與目標移除外形進行比較。隨後，APC系統修改拂掠排程中用於每個區之調節器駐留時間，以校正與目標墊磨損外形之偏差。閉迴路控制方法被期望為對盤設計、前側平度及調節磨損速率中之差異不敏感。該方法可校正不可接受的初始拂掠外形設定或隨墊及盤老化而可能出現的墊外形中之漂移，從而能在整個墊壽命期間維持均勻的墊內磨損外形。該方法亦可校正諸如漿之消耗品中之可變性，以及盤到盤與墊到墊的變化。
雖然可實踐本文所描述之實施例的特定裝置不受限制，但在由Applied Materials,Inc.(Santa Clara,Calif.)所售之Reflexion GTTM 系統、REFLEXIONLK CMP系統及MIRRA MESA系統中實踐實施例尤其有益。另外，可購自其他製造商之CMP系統亦可自本文所描述之實施例受益。本文所描述之實施例亦可實踐於包括架高軌道研磨系統之架高圓形軌道研磨系統，該架高軌道研磨系統描述於2009年4月9日申請的、標題名稱為POLISHING SYSTEM HAVING A TRACK之共同讓渡美國專利申請案第12/420,996號，現公開為US 2009/0258574，其在此以引用之方式全部併入本文。
第1圖為圖示化學機械研磨(CMP)系統100之一個實施例之俯視平面圖。CMP系統100包括工廠介面102、吸塵器104及研磨模組106。提供濕式機器人108以在工廠介面102與研磨模組106之間傳送基板170。濕式機器人108亦可經設置以在研磨模組106與吸塵器104之間傳送基板。工廠介面102包括乾式機器人110，上述乾式機器人110經設置以在一或多個匣114與一或多個傳送平臺116之間傳送基板170。在第1圖中所示之一個實施例中，圖示了四個基板儲存匣114。乾式機器人110具有足夠的運動範圍，以促進四個匣114與一或多個傳送平臺116之間的傳送。視需要，乾式機器人110可安裝於軌條或軌道112上，以將機器人110橫向定位在工廠介面102內，進而增加乾式機器人110之運動範圍而無需較大或複雜的機器人連桿組。另外，乾式機器人110經設置以自吸塵器104接收基板且將清潔的研磨基板返回至基板儲存匣114。儘管在第1圖所示之實施例中圖示一個基板傳送平臺116，但可提供兩個或兩個以上基板傳送平臺，以便至少兩個基板可佇列化而用於由濕式機器人108同時傳送至研磨模組106。
仍參閱第1圖，研磨模組106包括複數個研磨站124，基板在該等研磨站上進行研磨，同時基板保持於一或多個承載頭126A、126B中。研磨站124的尺寸係製造為同時與兩個或兩個以上承載頭126A、126B介面連接，以便使用單個研磨站124可同時研磨兩個或兩個以上基板。將承載頭126A、126B耦接至支架(未圖示)，該支架安裝至第1圖中以幻象所示之架高軌道128。架高軌道128允許將支架選擇性定位於研磨模組106周圍，此舉促使承載頭126A、126B選擇性地在研磨站124及載入杯122上之定位。在第1圖所示之實施例中，架高軌道128具有圓形構型，其使保持承載頭126A、126B之支架選擇性地且獨立地在載入杯122及研磨站124上旋轉，及/或脫離載入杯122及研磨站124而旋轉。架高軌道128可具有包括橢圓形、卵形、線性或其他適合定向之其他構型，且使用其他適合設備可促進承載頭126A、126B之移動。
在如第1圖中所示之一個實施例中，圖示了位於研磨模組106的相對轉角中之兩個研磨站124。至少一個載入杯122處於研磨模組106之轉角中最接近濕式機器人108的複數個研磨站124之間。載入杯122促進濕式機器人108與承載頭126A、126B之間的傳送。視需要，可將第三研磨站124(以虛線所示)定位於與載入杯122相對的研磨模組106之轉角中。或者，可使第二對載入杯122(亦以虛線所示)位於與接近濕式機器人定位之載入杯122相對的研磨模組106之轉角中。額外研磨站124可整合於具有較大佔地面積的系統之研磨模組106中。
每個研磨站124包括研磨墊200(參閱第2圖)，上述研磨墊200具有能夠同時研磨至少兩個基板的研磨表面130及用於該等基板中之每一者的匹配數量個研磨單元。該等研磨單元中之每一者包括一或多個承載頭126A、126B、調節模組132及研磨流體遞送模組134。在一個實施例中，調節模組132可包含墊調節總成140，上述墊調節總成140藉由移除研磨碎屑且開啟墊之細孔來清理研磨墊200之研磨表面130。在又一實施例中，研磨流體遞送模組134可包含漿遞送臂。在一個實施例中，每個研磨站124包含多個墊調節總成132、133。在一個實施例中，每個研磨站124包含用於將流體流遞送至每個研磨站124之多個流體遞送臂134、135。研磨墊200係支撐於平臺總成240上(參閱第2圖)，上述平臺總成240在處理期間使研磨表面130旋轉。在一個實施例中，研磨表面130適用於化學機械研磨及/或電化學機械研磨製程中之至少一者。在又一實施例中，在研磨期間可以自約10 rpm至約150 rpm之速度(例如，約50 rpm至約110 rpm，諸如約80 rpm至約100 rpm)來旋轉平臺。系統100與電力源180耦接。
第2圖為根據本文所描述之實施例的具有調節模組132的研磨站124之部分透視圖。每個調節模組132包括墊調節總成140。在一個實施例中，墊調節總成140包含由支撐總成246支撐之調節頭242，其中在調節頭242與支撐總成246之間有調節臂244。在一個實施例中，墊調節總成140進一步包含與調節臂244耦接之位移感測器260。在又一實施例中，位移感測器260可與調節頭242耦接。
支撐總成246經調適以將調節頭242定位為與研磨表面130接觸，且進一步經調適以提供在調節頭242與研磨表面130之間的相對運動。調節臂244具有耦接至調節頭242之遠端及耦接至基座247之近端。基座247旋轉以使調節頭242拂掠跨越研磨表面130，以調節研磨表面130。由於調節頭242相對於研磨墊200的研磨表面130之相對運動，位移感測器260對研磨表面130及研磨墊200之厚度進行量測。
耦接至調節臂之感測器允許在正常操作週期的一部分期間在各點處量測研磨墊200之厚度，同時隨附邏輯分析器允許擷取且顯示量測資料。在某些實施例中，位移感測器260可利用感應感測器。
在位移感測器260為基於雷射式的感測器之實施例中，直接量測研磨墊200之厚度。調節臂244相對於平臺240處於固定位置中，且雷射相對於臂處於固定位置中。因而，雷射相對於平臺總成240處於固定位置中。藉由量測至處理墊的距離且計算至研磨墊200的距離與至平臺總成240的距離之差，可決定研磨墊200之剩餘厚度。在某些實施例中，使用基於雷射式的位移感測器260之厚度量測之解析度可在25 μm範圍內。
在位移感測器260為感應感測器之實施例中，間接量測研磨墊200之厚度。圍繞樞軸點致動調節臂244，直至調節頭242與處理墊200接觸。放射電磁場之感應感測器係安裝至基於樞軸的調節臂244之端。根據法拉第感應定律，閉迴路中之電壓與按時間改變的磁場之改變成正比。所施加磁場越強，則所形成的渦電流越大且反向場越大。來自感測器之訊號與自感測器的尖端至金屬平臺總成240之距離正相關。當平臺總成240旋轉時，調節頭242搭載於墊之表面上，且感應感測器根據研磨墊200之外形與調節臂244一起升降。當感應感測器較接近金屬平臺總成240時(處理墊磨損之指示)，訊號之電壓增加。處理來自感測器之訊號且擷取研磨墊總成200厚度之變化。在某些實施例中，使用感應感測器260的厚度量測之解析度可在1 μm範圍內。
調節頭242亦經設置以提供可控制的壓力或下壓力，以可控地將調節頭242壓向研磨表面130。在一個實施例中，下壓力可處於約0.5 lbf (2.22 N)至約14 lbf (62.3 N)的範圍之間，例如，介於約1 lbf (4.45 N)與約10 lbf (44.5 N)之間。調節頭242通常在跨越研磨表面130之拂掠運動中旋轉及/或橫向移動。在一個實施例中，調節頭242之橫向運動可為線性或沿著一條弧線，上述弧線在研磨表面130的中心周圍至研磨表面130的外緣周圍之範圍中，以使得與平臺總成240之旋轉結合而可調節整個研磨表面130。調節頭242可具有另一運動範圍，以在不使用時使調節頭242自平臺總成240移開。
調節頭242經調適以容納調節盤248，來接觸研磨表面130。調節盤248可藉由被動機構(諸如，磁鐵及利用現有的調節臂244上下運動之氣動致動器)與調節頭242耦接。通常，調節盤248延伸超過調節頭242之外殼約0.2 mm至約1 mm，以便接觸研磨表面130。調節盤248可由耐綸、棉布、聚合物或其他不損壞研磨表面130之柔軟材料製成。或者，調節盤248可由織狀聚合物或不銹鋼製成，上述不銹鋼具有金剛石微粒黏附至不銹鋼上或形成於不銹鋼中的粗化表面。金剛石微粒可在約30微米至約100微米之間的尺寸範圍中。
為促進對研磨系統100及執行於研磨系統100上的製程之控制，將包含中央處理單元(CPU) 192、記憶體194及支撐電路196之控制器190連接至研磨系統100。CPU 192可為可在工業設定中用於控制各種驅動及壓力之任何形式的電腦處理器中之一處理器。記憶體194連接至CPU 192。記憶體194或電腦可讀取媒體可為隨時可用記憶體中的一或多個，諸如隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、軟碟、硬碟或任何其他形式之數位儲存器(本端或遠端)。將支撐電路196連接至CPU 192用於以習知方式支撐處理器。該等電路包括快取記憶體、電源、時脈電路、輸入/輸出電路系統、子系統及類似物。
第3圖為圖示墊調節方法的一個實施例之流程圖300。示於流程圖300中之方法達成在整個研磨墊的使用壽命期間維持均勻研磨墊外形或校正不均勻墊研磨外形之調節製程。在方塊310處，量測研磨墊厚度，同時使調節盤拂掠跨越研磨墊之表面。可使用位移感測器來量測研磨墊厚度，上述位移感測器諸如本文所述的感應感測器。量測之研磨墊厚度可用於建立所量測過的研磨墊厚度剖面。
在方塊320處，將所量測過的研磨墊厚度與可為目標值之標準研磨墊厚度剖面進行比較。可基於平坦移除外形(例如，研磨墊之溝槽深度之均勻縮減)來決定標準研磨墊厚度剖面。
在方塊330處，基於方塊320中執行之比較來進行調節盤的駐留時間之調整。調節盤之「駐留時間」定義為在每個調節區內的調節盤之滯留時間。若研磨墊之特定區域之所量測的研磨墊厚度大於標準研磨墊厚度，則在研磨拂掠期間將增加彼特定調節區之調節盤之駐留時間。若研磨墊之特定調節區之所量測的研磨墊厚度小於標準研磨墊厚度，則在研磨拂掠期間將減少彼特定調節區之調節盤之駐留時間。研磨表面之調節可僅在處理基板(現場調節)時進行、可在基板處理之間(非現場調節)進行或可獨立於調節而進行。在某些實施例中，當將基板定位於裝置上、進行處理且自裝置移除(混合調節)時，調節可連續。在其他實施例中，調節可在研磨之前、在研磨期間或在研磨之後開始，且可在研磨之前、在研磨期間或在研磨之後結束。
第4圖為圖示墊調節方法的又一實施例之流程圖400。示於流程圖400中之方法達成在整個研磨墊的使用壽命期間維持均勻研磨墊外形或校正不均勻墊研磨外形之調節製程。在方塊410處，提供初始調節法，上述初始調節法包含基於初始駐留時間剖面的初始拂掠排程。在方塊420處，根據初始調節法調節研磨墊，同時使用積體感測器量測研磨墊厚度。可調節研磨墊並同時在研磨墊上研磨基板。在方塊430處，將研磨墊之量測厚度與初始預研磨墊厚度剖面進行比較，且將兩者之差用以建構量測過的墊磨損外形。在方塊440處，將量測過的墊磨損外形與目標墊磨損外形進行比較。在方塊450處，基於量測過的墊磨損外形與目標墊磨損外形之比較來決定修正過的駐留時間剖面。在方塊460處，開發基於修正過的駐留時間剖面之修正過的拂掠排程。在方塊470處，基於修正過的拂掠排程來調整調節盤之駐留時間。當處理額外基板時，基於修正過的拂掠排程之修正調節法可用於研磨墊之非現場調節、現場調節或混合調節。
實例：
提供以下非限制實例以進一步說明本文所描述之實施例。然而，該等實例不欲總括且不欲限制本文所描述的實施例之範疇。
使用可購自The Dow Chemical Company之IC1010聚氨基甲酸酯墊及可購自3M Corporation之A165金剛石調節盤，在可購自Applied Materials,Inc.(Santa Clara,California)之REFLEXIONLK 300 mm CMP系統上實施墊磨損研究。經由添加新墊調節臂設計來修改研磨器(參閱第2圖)，而上述新墊調節臂設計以整合的非接觸式厚度感測器為特徵。在調節期間，當使墊調節臂拂掠跨越墊時，收集墊厚度量測。墊磨損外形亦自使用Mitutoyo Absolute Digimatic Indicator(「銷規」)之研磨墊的剩餘溝槽深度之手動量測而獲得，Mitutoyo Absolute Digimatic Indicator為具有針盤指示器及小直徑線尖筆(small diameter wire stylus)之測深規。
針對僅調節(非現場調節)及在研磨期間調節(現場研磨)情況實施實驗。在僅調節執行期間用去離子水將墊濕潤，且可將購自Cabot Corp.之SEMI-SPERSE12或SEMI-SPERSE25(用去離子水1:1稀釋)用於研磨執行。在後者情況下，使用具有87 rpm的承載頭速度及4.5 psi的平均薄膜壓力之高移除速率層間介電(interlevel dielectric;ILD)製程來研磨來自Quartz Unlimited之熱氧化矽晶圓或石英盤。對於所有執行，平臺速度為93 rpm。
用95 rpm之頭速度及9 lb(4.08 kg)之施加負載來操作墊調節器。拂掠速率為每分鐘19次拂掠，其中拂掠範圍為1.7吋(4.32 cm)至14.7吋(37.3 cm)，上述拂掠範圍分成13個等間距區。比較墊移除外形以用於調節，其中根據本文描述之實施例，在開迴路模式下執行固定線性拂掠排程(參閱第5A圖)且在閉迴路控制下執行可調整拂掠排程(參閱第5B圖)。在調節法內設定初始線性拂掠排程。對於開迴路控制情況，在整個執行期間維持線性拂掠排程。對於閉迴路控制情況，基於來自整合感測器之反饋來自動更新拂掠排程。
僅調節執行
使IC1010墊在固定駐留執行之開迴路中經受大於10小時之調節，且在駐留時間之閉迴路控制下經受22小時之調節。在僅調節執行期間，係使用去離子(deionized;DI)水且沒有與墊接觸之基板。如第6A圖中所示，在所有區上，用於開迴路執行及閉迴路執行之拂掠排程最初相同且均勻(平坦)。然而，一旦使用閉迴路控制方案，其開始最小化在極端墊邊緣區中之駐留時間，以最小化墊之外緣處之磨損。隨著閉迴路控制執行進行，在接近邊緣區中相對駐留時間增加，且在接近平臺中心之區中駐留時間減少。
駐留時間的此變化之原因示於第6B圖中。對於開迴路情況，較靠近平臺中心(大致離平臺中心3吋(7.62 cm)至6吋(15.2 cm))處墊移除最大且在接近邊緣區域中墊移除最低。對於閉迴路情況，最終駐留時間剖面與最終開迴路墊移除外形大體相反。如第6B圖中所觀察，閉迴路駐留時間剖面之結果為平坦移除外形。觀察到銷規量測與整合感測器量測之間的一致性(外形匹配)良好。
使用墊壽命定義為累積調節時間，對應於墊的任何區域中之溝槽磨損至5密耳之剩餘深度之時間(例如，對於30密耳之初始溝槽深度磨損25密耳)。若墊磨損外形不均勻，則墊之最快磨損區域會限定使用墊壽命，而非平均墊磨損來限定使用墊壽命。如第6B圖中所示，開迴路製程在自平臺中心約5吋(12.7 cm)處具有墊磨損最大值。儘管在剩餘墊上，尤其接近平臺邊緣處，仍保持顯著的溝槽深度，但限定壽命的為此快速磨損帶。閉迴路控制產生平坦移除外形。溝槽深度之均勻縮減提供墊壽命之增加。
在研磨期間的調節執行
在研磨期間的調節產生類似於在僅調節期間所觀察到的彼等墊內移除外形。比較在熱氧化基板或石英盤上之漿研磨執行(例如，矽漿)之結果，一者處於開迴路模式且一者處於閉迴路控制模式，兩者皆研磨超過2,000個晶圓(>20小時調節時間)。另外，在所有區上，用於開迴路及閉迴路執行之初始拂掠排程最初相同且均勻(平坦)(參閱第7A圖)。一旦使用閉迴路控制方案，其開始最小化在極端墊邊緣區中及接近中徑處之駐留時間，且增加接近邊緣區域以及平臺中心處之駐留時間。
2,000晶圓開迴路基線執行之墊磨損結果呈現於第7B圖中。除了在平臺中心處墊磨損速率更快之外，不均勻性外形類似於對於僅調節執行所見的不均勻性外形，具有固定駐留(第6B圖)。為維持平坦墊移除外形，閉迴路控制系統減少幾乎所有中徑區之駐留時間，同時亦增加中心區之駐留時間。拂掠排程之閉迴路控制導致具有更均勻的溝槽深度縮減之更均勻的墊材料移除。駐留時間之閉迴路控制產生平坦移除外形，上述平坦移除外形用於研磨大於2,000個晶圓。銷規量測與整合感測器量測之間一致性良好。
對於僅調節延伸執行與在研磨期間的調節延伸執行的墊外形不均勻性範圍之比較呈現於表1中。如用銷規所量測，使用閉迴路墊外形控制，溝槽深度變化減少了大於40%。整合感測器測量指示出大於75%之外形不均勻性縮減。
本文所描述之實施例提供一種使用調節拂掠之閉迴路控制(CLC)之新調節方法，以在整個墊壽命期間賦能跨越墊之均勻溝槽深度移除。非接觸式感測器整合至調節臂中，以能夠現場且即時監控墊堆疊厚度。自厚度感測器之反饋可用以修改拂掠排程中每個區之墊調節器駐留時間，而校正可能隨墊及盤老化而出現的墊外形中之漂移。墊外形CLC在連續調節情況下賦能溝槽深度之均勻縮減，而提供較長的消耗品壽命及降低的操作成本。使用閉迴路墊外形控制，溝槽深度變化減少了大於40%，同時預測使用墊壽命增加了20%。
儘管本文某些實施例係相對於槽形研磨墊而論述，但亦應理解本文所描述之方法可應用於包括不具有表面特徵結構之研磨墊及具有表面特徵之研磨墊(例如，打孔、壓印表面特徵結構等)的所有非金屬研磨墊。
儘管上述內容針對本發明之實施例，但可在不脫離本發明之基本範疇的情況下設計本發明的其他及更多實施例，且本發明的範疇是由以下申請專利範圍來決定。
100．．．化學機械研磨系統
102．．．工廠介面
106．．．研磨模組
104．．．吸塵器
110．．．乾式機器人
108．．．濕式機器人
114．．．匣
112．．．軌條/軌道
122．．．載入杯
116．．．傳送平臺
126A．．．承載頭
124．．．研磨站
128．．．架高軌道
126B．．．承載頭
132．．．調節模組
130．．．研磨表面
134．．．研磨流體遞送模組
133．．．調節模組/流體遞送臂
135．．．流體遞送臂
140．．．墊調節總成
170．．．基板
180．．．電力源
190．．．控制器
192．．．中央處理單元
194．．．記憶體
196．．．支撐電路
200．．．研磨墊
240．．．平臺總成
242．．．調節頭
244．．．調節臂
246．．．支撐總成
247．．．基座
248．．．調節盤
260．．．位移感測器/感應
300．．．流程圖感測器/基於雷射
320．．．方塊位移感測器
400．．．流程圖
310．．．方塊
420．．．方塊
330．．．方塊
440．．．方塊
410．．．方塊
460．．．方塊
430．．．方塊
450．．．方塊
470．．．方塊
因此，可詳細理解本發明之上述特徵結構之方式，即上文簡要概述之本發明之更特定描述可參照實施例進行，一些實施例圖示於隨附圖式中。然而，應注意，隨附圖式僅圖示本發明之典型實施例，且因此不欲視為其範疇之限制，因為本發明可允許其他同等有效之實施例。
第1圖為化學機械研磨(CMP)系統之一個實施例的俯視示意平面圖；
第2圖為第1圖之CMP系統的研磨站之部分透視圖；
第3圖為圖示根據本文所描述實施例之墊調節方法的一個實施例之流程圖；
第4圖為圖示根據本文所描述實施例之墊調節方法的又一實施例之流程圖；
第5A圖為圖示用於開迴路執行之先前技術線性墊調節拂掠外形之圖；
第5B圖為根據本文所描述之實施例的墊外形CLC控制模型之示意圖，此墊外形CLC控制模型使用來自整合感測器之墊外形反饋；
第6A圖為圖示用於去離子水(deionized water;DI water)調節執行之駐留時間排程之圖；
第6B圖為圖示用於開迴路及閉迴路控制執行的最終墊移除外形、並比較整合感測器與銷規(pin gauge;PG)的結果之圖；
第7A圖為圖示根據本文所描述之實施例的用於漿研磨調節執行的駐留時間排程之圖；以及
第7B圖為圖示根據本文所描述之實施例的用於開迴路及閉迴路控制執行的最終墊移除外形、並比較整合感測器與銷規(PG)結果之圖。
為了促進理解，在可能情況下使用相同元件符號來表示諸圖所共有之相同元件。預期一個實施例之元件及特徵結構可有利地併入其他實施例中而無需進一步敍述。
300．．．流程圖
310．．．方塊
320．．．方塊
330．．．方塊

Claims (20)

  1. 一種調節定位於一金屬平臺總成上的一研磨墊之方法，包含以下步驟：使該研磨墊之一表面與容納於一調節頭中的一調節盤接觸；量測該研磨墊之一區之一磨損外形，同時使該調節盤拂掠跨越該研磨墊之該表面；將該研磨墊之該區之量測到的該磨損外形與一目標磨損外形進行比較，其中該目標磨損外形為非平面；以及基於該研磨墊之該區之量測到的該磨損外形與該目標磨損外形之該比較來調整該區中之該調節盤之一駐留時間，其中該研磨墊之該磨損外形使用耦接於一調節臂的一感應感測器來量測，其中該感應感測器係定位於距離該調節盤的一固定非零距離，且其中該調節臂具有：一遠端，耦接於容納該調節盤的該調節頭；以及一近端，耦接於一支撐總成。
  2. 如請求項1所述之方法，進一步包含以下步驟：使用該調整過的駐留時間來使該調節盤拂掠跨越該研磨墊之該表面。
  3. 如請求項2所述之方法，其中將該研磨墊分成多個調節區，且將該調節盤之該駐留時間定義為在每個調節區內 的該調節盤之一滯留時間。
  4. 如請求項3所述之方法，其中若該研磨墊之一特定調節區的量測到的該磨損外形大於該目標磨損外形，則在該調節拂掠期間將增加該特定調節區之該調節盤之該駐留時間。
  5. 如請求項3所述之方法，其中若該研磨墊之一特定調節區的量測到的該磨損外形小於該目標磨損外形，則在該調節拂掠期間將減少該特定調節區之該調節盤之該駐留時間。
  6. 如請求項2所述之方法，其中使用該調整過的駐留時間來使該調節盤拂掠跨越該研磨墊之該表面之步驟係為現場發生，而發生的同時一基板正於該研磨墊之該表面上研磨。
  7. 如請求項2所述之方法，其中使用該調整過的駐留時間來使該調節盤拂掠跨越該研磨墊之該表面之步驟係非現場發生於多個基板的該研磨之間。
  8. 如請求項2所述之方法，其中當基板定位於該研磨墊上、進行處理且自該研磨墊移除時，發生使用該調整過的駐留時間來使該調節盤拂掠跨越該研磨墊之該表面之 步驟。
  9. 如請求項1所述之方法，其中來自該感應感測器的一訊號直接關聯從該感應感測器的一尖端到該金屬平臺總成的一距離。
  10. 如請求項1所述之方法，其中該目標墊外形係由一先進製程控制系統或控制器所提供。
  11. 一種調節一研磨墊之方法，包含以下步驟：使用一初始調節法調節定位於一金屬平臺總成上的一研磨墊，同時使用一整合感應感測器來量測該研磨墊之一厚度，其中該初始調節法包含基於一初始駐留時間剖面之一初始拂掠排程，而調節該研磨墊之該步驟進一步包含以下步驟：使該研磨墊的一或更多個區中之一表面與容納於一調節頭中的一調節盤接觸；以及使該調節盤拂掠跨越該研磨墊的一或更多個區中之該表面；將該研磨墊的一或更多個區中之量測到的該厚度與一初始預研磨墊厚度剖面進行比較，且使用比較得到的差來建構一量測到的墊磨損外形；將該量測到的墊磨損外形與一目標墊外形進行比較，其中 該目標墊外形係為非平面；基於該量測到的墊磨損外形與一目標墊外形之該比較來決定一修正過的駐留時間剖面；基於該修正過的駐留時間剖面來開發一修正過的拂掠排程；以及基於該修正過的拂掠排程來調整用於該研磨墊的一或更多個區中之每一者的該調節盤之一駐留時間，其中該整合感應感測器耦接於一調節臂，其中該感應感測器係定位於距離該調節盤的一固定非零距離，且其中該調節臂具有：一遠端，耦接於容納該調節盤的該調節頭；以及一近端，耦接於一支撐總成；以及其中調整該駐留時間之該步驟經配置以改變該量測到的墊磨損外形，以達到該目標墊外形。
  12. 如請求項11所述之方法，進一步包含以下步驟：使用該修正過的拂掠排程來調節該研磨墊。
  13. 如請求項11所述之方法，其中決定一修正過的駐留時間剖面之步驟包含以下步驟：將該研磨墊分成多個調節區，且將該調節盤之該駐留時間定義為在每個調節區內的該調節盤之一滯留時間。
  14. 如請求項13所述之方法，其中若該研磨墊之一特定調 節區的該量測到的墊磨損外形大於該目標墊外形，則在該調節拂掠期間將增加該特定調節區之該調節盤之該駐留時間。
  15. 如請求項13所述之方法，其中若該研磨墊之一特定調節區的該量測到的墊磨損外形小於該目標墊外形，則在該調節拂掠期間將減少該特定調節區之該調節盤之該駐留時間。
  16. 如請求項12所述之方法，其中使用該修正過的拂掠排程調節該研磨墊之步驟係於現場發生，而發生的同時一基板正於該研磨墊之該表面上研磨。
  17. 如請求項12所述之方法，其中使用該修正過的拂掠排程調節該研磨墊之步驟係非現場發生多個基板的該研磨之間。
  18. 如請求項12所述之方法，其中在以下情況中之一或更多者期間，發生使用該修正過的拂掠排程來調節該研磨墊之步驟：當基板定位於該研磨墊上時、當基板進行處理時、以及當基板自該研磨墊移除時。
  19. 如請求項11所述之方法，其中來自該感應感測器的一訊號直接關聯從該感應感測器的一尖端到該金屬平臺總 成的一距離。
  20. 如請求項11所述之方法，其中該目標墊外形係由一先進製程控制系統或控制器所提供。
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