TWI589394B - 化學機械研磨基板的方法及研磨系統 - Google Patents

化學機械研磨基板的方法及研磨系統 Download PDF

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Description

化學機械研磨基板的方法及研磨系統 【相關申請案的交叉引用】
本專利申請案主張於2012年11月8日提出申請的美國臨時專利申請案序號第61/724,218號的優先權權益，該申請案之全部揭示內容以引用方式併入本文中。
本揭示係關於在化學機械研磨基板的過程中拉長區域之原位監控。
積體電路通常是藉由在矽晶圓上連續沉積導電、半導電或絕緣層及藉由後續處理該等層而被形成於基板(例如半導體晶圓)上。
其中一個製造步驟牽涉到在非平面表面上沉積填料層，以及平坦化該填料層直到曝露出該非平面表面。例如可以將導電填料層沉積在圖案化絕緣層上，以填充在該絕緣層中的溝槽或孔洞。然後將該填料層進行研磨，直到曝露出該絕緣層的凸起圖案。平坦化之後，在該絕緣層的凸起圖案之間剩餘的導電層部分形成通孔、栓塞及接線，以提供基板上 的薄膜電路之間的導電路徑。此外，平坦化可以用於平坦化基板表面，以進行微影術。
化學機械研磨(CMP)是一個公認的平坦化方法。 此平坦化方法通常要求基板被固定在承載頭上。將基板的曝露表面抵靠旋轉的研磨墊放置。承載頭對基板提供可控制的負載，以將基板推向研磨墊。將研磨液(例如具有研磨顆粒的漿料)供應到研磨墊的表面。
在半導體處理的過程中，決定基板或基板上的層的 一或多個特性可能是重要的。例如，在CMP製程的過程中知道導電層的厚度可能是重要的，使得該製程可以在正確的時間被終止。可以使用數種方法來決定基板的特性。例如，在化學機械研磨的過程中，可以將光感測器使用於原位監控基板。可替代地(或另外地)，可以使用渦流感測系統來在基板上的導電區域中引發渦流，以決定諸如導電區的局部厚度等參數。
監控拉長區域的原位監控系統可以在基板邊緣提供 改良的訊號強度。然而，假使該區域和該基板邊緣之間的相對角度隨著時間改變，例如由於承載頭的掃掠，則明顯的雜訊會被引入由該監控系統產生並相應於該基板邊緣的訊號部分。藉由計算該角度並將數據送入控制器，則可以明顯減少此雜訊。
在一個態樣中，一種化學機械研磨基板的方法，包 括在研磨站研磨該基板上的層；在該研磨站研磨的過程中使 用原位監控系統監控該層，該原位監控系統監控一個拉長區域並產生量測訊號；計算該拉長區域之主軸和該基板之邊緣的切線之間的角度；基於該角度修改該量測訊號，以產生修改訊號；以及基於該修改訊號進行偵測研磨終點或修改研磨參數中之至少一者。
在另一個態樣中，一種化學機械研磨基板的方法， 包括在研磨站研磨該基板上的層；在該研磨站研磨的過程中使用原位監控系統監控該層，該原位監控系統包括非等向性感測器並產生量測訊號；計算該非等向性感測器之主軸和該基板之邊緣的切線之間的角度；基於該角度修改該量測訊號，以產生修改訊號；以及基於該修改訊號進行偵測研磨終點或修改研磨參數中之至少一者。
在另一個態樣中，一種研磨系統包括用以固持基板 的載體；用於研磨表面的支座；具有感測器的原位監控系統，該原位監控系統設以監控一個拉長區域並產生量測訊號；用以在該感測器和該基板之間產生相對移動的馬達；以及設以從該原位監控系統接收該量測訊號、計算該拉長區域之主軸和該基板之邊緣的切線之間的角度、基於該角度修改該量測訊號以產生修改訊號、及基於該修改訊號進行偵測研磨終點或修改研磨參數中之至少一者的控制器。
在另一個態樣中，一種研磨系統包括用以固持基板 的載體；用於研磨表面的支座；具有非等向性感測器的原位監控系統，設以產生量測訊號；用以在該感測器和該基板之間產生相對移動的馬達；以及設以從該原位監控系統接收該 量測訊號、計算該非等向性感測器之主軸和該基板之邊緣的切線之間的角度、基於該角度修改該量測訊號以產生修改訊號、及基於該修改訊號進行偵測研磨終點或修改研磨參數中之至少一者的控制器。
以上任何態樣的實施方式可以包括以下特徵中之一或多者。該角度可以是在該拉長區域或感測器鄰接該基板之該邊緣之時間的角度。可以偵測該訊號之邊緣部分。修改該量測訊號可以包括壓縮或解壓縮該邊緣部分。該壓縮或解壓縮之壓縮比可以是該角度之函數。該角度之該函數可以使得該壓縮比隨著該角度增大而提高。修改該量測訊號可以包括將該訊號乘以增益因子。該增益因子可以是該角度之函數。該角度之函數可以使得該增益因子隨著該角度增大而減小。該原位監控系統可以是具有拉長核心的渦流監控系統。
某些實施方式可以包括以下優點中之一或多者。當感測器掃過該基板時，原位監控系統(例如渦流監控系統)可以產生訊號。部分訊號中對應於基板邊緣的雜訊可以被減少。該訊號可被用於終點控制及/或研磨參數(例如承載頭壓力)之閉迴路控制，從而提供改良的晶圓內不均勻性(WIWNU)及晶圓與晶圓間的不均勻性(WTWNU)。
在附圖和以下描述中提出一或多個實施方式之細節。從該等描述和圖式以及從申請專利範圍，其他的態樣、特徵及優點將變得顯而易見。
10‧‧‧基板
12‧‧‧邊緣
14‧‧‧線
100‧‧‧研磨設備
110‧‧‧研磨墊
112‧‧‧外研磨層
114‧‧‧背托層
118‧‧‧凹部
120‧‧‧平臺
121‧‧‧馬達
124‧‧‧驅動軸
125‧‧‧軸
128‧‧‧凹部
129‧‧‧旋轉連接器
130‧‧‧漿料分配系統
132‧‧‧研磨液
140‧‧‧承載頭
142‧‧‧定位環
144‧‧‧撓性膜
146a‧‧‧腔室
146b‧‧‧腔室
146c‧‧‧腔室
150‧‧‧支撐結構
152‧‧‧驅動軸
154‧‧‧馬達
155‧‧‧軸
160‧‧‧原位監控系統
162‧‧‧核心
164‧‧‧線圈
166‧‧‧驅動感測電路
168‧‧‧導線
170‧‧‧背部
172‧‧‧叉端
172a‧‧‧外部叉端
172b‧‧‧中間叉端
172c‧‧‧外部叉端
174‧‧‧主軸
180‧‧‧位置感測器
182‧‧‧標誌
190‧‧‧控制器
192‧‧‧輸出裝置
194‧‧‧輸入裝置
210‧‧‧軌跡
212‧‧‧特徵值
214‧‧‧函數
300‧‧‧箭頭
310‧‧‧圓形路徑
312‧‧‧位置
314‧‧‧位置
320‧‧‧訊號
322‧‧‧第一時段
322’‧‧‧第一時段
324‧‧‧第二時段
324’‧‧‧第二時段
326‧‧‧第三時段
326’‧‧‧第三時段
330‧‧‧訊號
332‧‧‧邊緣部分
334‧‧‧中心時段
336‧‧‧邊緣部分
α‧‧‧角度
α’‧‧‧角度
ΔT‧‧‧持續時間
ΔT’‧‧‧時間
B‧‧‧距離
D‧‧‧距離
I‧‧‧強度
Lt‧‧‧長度
r‧‧‧半徑
T0‧‧‧中點
Ta‧‧‧時間
Tb‧‧‧時間
TC‧‧‧時間
TE‧‧‧終點時間
Tm‧‧‧中點
TT‧‧‧目標值
W1‧‧‧寬度
Wt‧‧‧寬度
第1圖為包括渦流監控系統的化學機械研磨站之示 意性部分剖面側視圖。
第2A圖和第2B圖圖示具有三個叉端的渦流監控系統之側視圖和立體圖。
第3圖圖示化學機械研磨站之頂視圖。
第4A圖和第4B圖為渦流監控系統之核心通過基板邊緣下方的示意圖。
第5A圖和第5B圖為來自渦流監控系統的訊號之示意圖。
第6圖圖示來自渦流監控系統的訊號之修改。
第7圖圖示由來自該監控系統的訊號產生的特性值之時間變化序列。
第8圖圖示將函數適配於特性值之時間變化序列。
在各個圖式中，相同的元件符號指示相同的元件。
CMP系統可以使用渦流監控系統來偵測基板上的頂部金屬層之厚度。在頂部金屬層的研磨過程中，渦流監控系統可以決定基板上不同區的金屬層之厚度。可以使用厚度量測來觸發研磨終點及/或實時調整研磨製程的處理參數。例如，基板承載頭可以調整在基板背側上的壓力，以增加或減少該區金屬層的研磨速率。研磨速率可以被調整，使得該等金屬層區域在研磨之後大致上具有相同的厚度。CMP系統可以調整研磨速率，使得該等金屬層區域的研磨在大約相同的時間完成。這樣的分佈控制可以被稱為實時分佈控制(RTPC)。
有一些渦流監控系統具有拉長的核心，使得監控系統可監控基板上拉長的區域。這樣的監控系統可以在基板邊緣提供改良的訊號強度，同時在基板邊緣保持高的分辨率。此外，拉長的區域可以降低在基板邊緣的厚度中對角度變化的敏感性。然而，假使該區域和基板邊緣之間的相對角度隨著時間改變，例如由於承載頭的掃掠，則會有明顯的雜訊被引入由監控系統所產生的對應於該基板邊緣的訊號部分。藉由計算角度並將數據送入控制器可以明顯減小該雜訊。
第1圖圖示研磨設備100的實例。研磨設備100包括可轉動的圓盤狀平臺120，研磨墊110位於平臺120上。該平臺可以圍繞軸125旋轉而操作。例如，馬達121可以轉動驅動軸124來旋轉平臺120。研磨墊110可以是雙層的研磨墊，該雙層的研磨墊具有外研磨層112和較軟的背托層114。
研磨設備100可以包括通口130，以將研磨液132(例如漿料)分配於研磨墊110上而到研磨墊中。該研磨設備還可以包括研磨墊調整器，以研磨研磨墊110而將研磨墊110保持在一致的研磨狀態中。
研磨設備100包括至少一個承載頭140。可以操作承載頭140來使基板10保持抵靠研磨墊110。承載頭140可以獨立控制與每個個別基板相關的研磨參數，例如壓力。
特別的是，承載頭140可以包括定位環142，以將基板10保持在撓性膜144下面。承載頭140還包括由膜界定的複數個可獨立控制加壓的腔室，例如三個腔室146a-146c，腔室146a-146c可以對撓性膜144上並因而對基板10上的相 關區域獨立施加可控制的壓力。雖然第1圖中為便於說明只圖示出三個腔室，但其實可以有一個或兩個腔室、或四個或更多個腔室，例如五個腔室。
承載頭140係懸吊自支撐結構150(例如旋轉料架或軌道)，並藉由驅動軸152連接到承載頭旋轉馬達154，使得該承載頭可以圍繞軸155旋轉。承載頭140可以選擇性地橫向擺動，例如在旋轉料架150或軌道上的滑塊上；或藉由旋轉料架本身的旋轉擺動。在操作中，該平臺圍繞其中心軸125旋轉，而且該承載頭圍繞其中心軸155旋轉並橫向平移跨越該研磨墊的頂表面。
雖然只有圖示出一個承載頭140，但可以提供更多的承載頭來固持另外的基板，從而可以有效地利用研磨墊110的表面區域。
該研磨設備還包括原位監控系統160。該原位監控系統產生隨時間變化的數值序列，該數值序列取決於基板上的層之厚度。
原位監控系統160可以是渦流監控系統。渦流監控系統160包括在基板上的金屬層中引發渦流的驅動系統，以及偵測由該驅動系統在該金屬層中引發的渦流的感測系統。 監控系統160包括位在凹部126中以與該平臺同時轉動的核心162、至少一圍繞一部分核心162的線圈164、以及由導線168連接至線圈164的驅動感測電路166。在一些實施方式中，核心164突出於平臺120的頂表面上方，例如進入研磨墊120底部中的凹部118。
驅動感測電路166設以施加振盪電訊號到線圈164，並量測所產生的渦流。驅動感測電路可能有各種的配置，而且線圈的位置和配置也可能有各種的配置，例如美國專利號6,924,641、7,112,960及8,284,560以及美國專利公開號2011-0189925和2012-0276661中所描述的，以引用方式將以上每件專利案併入本文中。驅動感測電路166可以位在相同的凹部126中或位在平臺120的不同部分中，或是驅動感測電路166可以位於平臺120外部並經由旋轉電連接器129被耦接到平臺中的部件。
在操作中，驅動感測電路166驅動線圈164產生振盪磁場。至少一部分的磁場延伸通過研磨墊110並進入基板10。假使金屬層存在於基板10上，則該振盪磁場會在該金屬層中產生渦流。該渦流使該金屬層作為被耦接到驅動感測電路166的阻抗源。當金屬層的厚度改變時，阻抗便改變，而此可藉由驅動感測電路166來偵測。
可以將選擇性的光學監控系統(可以發揮反射儀或干涉儀的功能)固定於平臺120的凹部128中，以監控被渦流監控系統160監控的相同基板部分。
CMP設備100還可以包括位置感測器180，例如光斷續器，以感測核心162何時位在基板10的下方。例如，可以將該光斷續器安裝在與承載頭140相對的固定點。將標誌182附接於該平臺的外週。選擇標誌182的附接點和長度，以在核心164掃掠基板10下方的同時使標誌182中斷感測器180的光訊號。可替代地或另外地，該CMP設備可以包括編 碼器，以決定平臺的角度位置。
控制器190(例如通用可程式化數位電腦)接收來自渦流感測系統160的強度訊號。電腦190可以包括處理器、記憶體及I/O裝置、以及輸出裝置192(例如監視器)和輸入裝置194(例如鍵盤)。
這些訊號可以從渦流監控系統160通過旋轉連接器129而到達控制器190。或者，電路166可以藉由無線訊號與控制器190進行通訊。
由於核心164隨著平臺的每次旋轉而掃掠基板下方，所以有關該金屬層厚度的資訊便在連續實時的基礎上被原位累積(平臺每旋轉一圈則累積一次)。電腦190可以被程式化來在基板大致覆蓋核心164時(如由該位置感測器決定)從該監控系統對量測取樣。隨著研磨進行，金屬層的厚度產生變化，並且取樣的訊號也隨著時間改變。隨時間變化而經取樣的訊號可以被稱為軌跡。在研磨過程中來自監控系統的量測可以被顯示在輸出裝置192上，以允許該裝置的操作員直觀地監控研磨操作的進度。
在操作中，CMP設備100可以使用渦流監控系統160來決定填料層塊體何時已被去除及/或決定下終止層何時已大體曝露。用於偵測器邏輯的可能製程控制和終點標準包括局部極小值或極大值、斜率的變化、振幅或斜率的臨界值、或上述之組合。
還可以將控制器190連接到控制承載頭140施加壓力的壓力機制、將控制器190連接到承載頭旋轉馬達146以 控制承載頭的旋轉速率、將控制器190連接到平臺旋轉馬達121以控制平臺的旋轉速率、或將控制器190連接到漿料分配系統130以控制供應到研磨墊的漿料組合物。此外，電腦190可以被程式化來將從基板下方的每次掃掠中來自渦流監控系統160的量測值區分成複數個取樣區，以計算每個取樣區的徑向位置，並將振幅量測值分類到徑向範圍中，如在美國專利號6,399,501中討論的，以引入方式將該專利之全部內容併入本文中。在將量測值分類到徑向範圍中之後，膜厚的資訊可以被實時送入閉迴路控制器，以週期性地或連續地修改由承載頭施加的研磨壓力分佈，用以提供改良的研磨均勻性。
第2A圖和第2B圖圖示來自渦流監控系統160的核心164之實例。核心164係由具有相對高磁導率(例如μ為約2500或更大)的非導電材料所形成。核心164可以塗有防水材料。例如，核心164可以塗有諸如聚對二甲苯的材料，以防止水進入核心164中孔洞，並防止線圈短路。
核心164是拉長的，並且核心164沿著核心164的主軸具有長度Lt，長度Lt大於核心164沿著垂直於該主軸的次軸的寬度Wt。當該核心被安裝在平臺中，在研磨操作過程中該主軸和該次軸皆平行於平臺120的表面，例如平行於基板和研磨墊的面。該核心的拉長結構導致基板上被量測的區域也被同樣地拉長。核心164可以包括一或多個叉端172；當叉端172被安裝在該平臺中，叉端172垂直於該平臺的平面突出，例如垂直地突出。
在一些實施方式中，核心164在垂直於該主軸的平 面中具有E形的剖面。核心164可以包括背部170和從背部170延伸出的三個叉端172a-172c。該等叉端沿著垂直於該主軸和該次軸兩者的第三軸遠離背部170。此外，叉端172a-172c大體上為線性的，並且沿著該主軸彼此平行延伸。該等叉端在該次軸方向上彼此分隔。每個叉端沿著第一軸可以具有長度Lt，長度Lt大於該等叉端沿著第二軸的寬度W1。兩個外部叉端172a、172c係位在中間叉端172a的相對側上。外部叉端172a、172c與中間叉端212b可以等距分離。
第3圖圖示CMP系統100，其中拉長核心164作為渦流監控系統的一部分。在一些實施方式中，拉長核心164可被定向，使得主軸174通過平臺的旋轉軸125。當平臺120旋轉(以箭頭300圖示)時，核心164將穿越圓形路徑310，其中一部分的圓形路徑310通過基板10的下方。當核心164通過基板10下方時，該渦流監控系統可以在沿著路徑120的一序列位置312上進行量測。在每個位置312，該監控系統監控基板上的拉長區域。雖然在第3圖中只有圖示出五個位置312，但是取樣率可以是遠更高的，例如可以在數百個位置上進行量測。另外，雖然第3圖圖示的是區域為非重疊的，然而假使位置足夠接近，則所量測的區域可以部分重疊。
如第4A圖所圖示，拉長核心164可被定向在平臺120中，使得對於至少一些基板10的側面位置，當核心164直接位於基板10的邊緣12下方時，例如當核心164的中心與基板邊緣重合時，核心164的主軸172與相切於基板邊緣12的線14形成小於臨界角度的角度α，該臨界角度例如小於 15°、例如小於5°、例如小於1°。也就是說，當核心164在位置314時，核心164的主軸大致垂直於基板10的半徑r，半徑r穿過核心164的中心。因此，對於在基板邊緣附近的量測值，基板10上與線圈產生的磁場耦合的導電層部分通常是位在距離基板中心相同的徑向距離處。因此，該監控系統可以在基板邊緣提供改良的訊號強度，而不會在基板邊緣明顯喪失分辨率。
假使承載頭10在研磨過程中被橫向固定，則角度α將會在研磨操作過程中保持不變。然而，對於某些研磨操作，承載頭會橫向掃掠而改變其與平臺120的旋轉軸125之相對距離D(參見第3圖)。比較第4A圖和第4B圖，這將導致該區域和基板邊緣12之間的相對角度α隨時間而改變，使得角度α對於基板10下面的核心164的不同掃掠而有所不同。
參照圖第5A圖和第5B圖，這種角度α的變化可以導致來自渦流監控系統160的訊號產生變化。第5A圖圖示在核心164單次通過基板10下方的過程中來自渦流監控系統160的訊號320。該訊號包括對應於量測區域通過基板10的前緣期間的第一時段322、對應於量測區域掃過基板10的期間的第二時段324、以及對應於量測區域通過基板10的後緣期間的第三時段326。將第一時段322和第三時段326稱為邊緣時段。
在第一時段322中，訊號強度從初始強度(典型的是無基板且無承載頭存在時產生的訊號)提高到強度I。這是由於監控區域從最初只與基板略微重疊(產生初始的較低值) 過渡到監控區域幾乎與基板完全重疊(產生較高的值)所導致的。如第5A圖所圖示，這種過渡可以發生在從Ta到Tb的時段，具有持續時間ΔT。同樣地，在第三時段326期間，訊號強度降低。
雖然第二時段326被圖示為平的，但這是為了簡單起見，而且在第二時段326中實際的訊號很可能會包括由於雜訊和金屬層厚度的變化所產生的波動。
如第5B圖所圖示，假使角度α增加(比較第4A圖和第4B圖)，並假設該平臺的旋轉速率相同，則監視區域將花費較長的時間ΔT’從監視區域只與基板略微重疊過渡到幾乎與基板完全重疊。因此，在第一時段322'和最後時段326'期間訊號的斜率會較小。反之，假使角度α減小，則時間ΔT'會較短，並且在第一時段322’期間訊號的斜率較大。
另外，角度α的變化會引起靈敏度或增益的變化。即使層的厚度是相同的，假使角度α改變，則在邊緣時段中點T0的訊號會改變(T0應是該核心的中心與基板邊緣12對齊的時間)。特別的是，在渦流監控系統具有第2圖、第2B圖及第3圖圖示的叉端配置和方向的情況下，當角度α增加時，在核心164的位置靠近基板邊緣12時監控系統的增益會增加。因此，如第5A圖和第5B圖所圖示，假使角度α'增加，則在中點Tm的訊號會從I0增加到I0'。當核心164進一步移動到基板10下方時增益程度消失，所以在核心164完全在基板10下面之前，不論角度α為何應會產生相同的訊號強度I。不受任何特定的理論所限制，增益的變化可以由核心164產 生的非等向性磁力線所導致。
這種在訊號320形狀的變化可能會導致計算基板邊緣附近的基板特徵值的錯誤，例如厚度。為了彌補這一點，可以將角度α送入邊緣重建演算法。該邊緣重建演算法可以補償在掃掠與掃掠間由角度α的變化所引起的變化。
角度α可以由平臺120的旋轉軸125與基板10中心之間的距離D(此可由量測承載頭140的掃掠的線性編碼器來量測)、基板10的半徑r(此可由使用者輸入)、平臺120的旋轉軸125與核心164中心之間的距離B(此可由使用者輸入)以及主軸174與通過旋轉軸125和核心164的線之間的角度β(若有的話)來計算。
例如，在核心中心與基板邊緣重合時的角度α可以被計算為
每個被送入邊緣重建演算法的強度量測伴隨著計算的角度α。
邊緣重建演算法可以找出訊號的第一時段322的開始和結束時間(也就是Ta和Tb)以及第三時段326的開始和結束時間。例如，控制器190可以計算出強度訊號320的導數，並決定斜率高於臨界值的區域。邊緣重建演算法也可以基於來自位置感測器180的輸入來限制訊號320的評估。例如，評估可以被限制於位置感測器180指示核心164通過基板邊緣12下方的時間之臨界時間內的訊號320部分。
可以決定第一時段322和第三時段326的角度α。 例如，可以將每個時段的角度α計算為與在該時段內接收到的強度量測值相關聯的角度α的平均。或者，可以使用在位置感測器180指示該平臺處於特定角度方向的時間的角度α。
一旦建立了該時段的角度α，則可以計算出重建邊緣訊號。該重建邊緣訊號至少部分地補償了角度α在平臺120的旋轉與旋轉之間的變化。
在一些實施方式中，邊緣時段被壓縮或解壓縮。例如，參照第6圖，初始訊號320可以具有從時間Ta延伸到時間Tb的第一時段322。假使角度α大於臨界角度，則在邊緣時段322、326的訊號部分可以是時間壓縮的，以產生修改的訊號330。如圖示，在修改的訊號330中，由於壓縮，邊緣時段322、326的持續時間已被縮短，而在邊緣時段322、326的訊號斜率增加。壓縮的量(例如比值ΔT/ΔTm)可以是角度α的函數，例如與角度α成比例。
在一些可與壓縮或解壓縮結合的實施方式中，對邊緣時段(以及選擇性地中心時段324)的強度進行調整。例如，可以將在邊緣時段322、326期間初始訊號320的強度值除以(或乘以)一個增益因子，以產生修改的訊號320。在一般情況下，該增益因子被計算來補償監控系統取決於角度α的靈敏度變化。
如上所注意到的，在一般情況下，在較大的角度α時，渦流監控系統160可以更為敏感。該增益因子可以是角度α的函數。假設將初始訊號乘以該增益因子，則當角度α增大時該增益因子會減小。另外，該增益因子可以是該邊緣 時段內的時間之函數。再次假設將該初始訊號乘以該增益因子，則當離中心時段334的時段增加時該增益因子會減小。 例如，如第6圖所圖示，在修改的訊號330中，由於與該增益因子相乘，故在邊緣時段322中點T0的強度已從I0減少到I0m。可以使用角度α和時間的代數函數或使用查找表來計算該增益因子。
由於這個補償，可以顯著降低拉長的監控區域和該基板邊緣之間的角度α的變化之影響，使得特徵值的計算更加精確，從而改良端點控制及/或研磨參數的閉迴路控制，以給出較佳的晶圓內不均勻性(WIWNU)及晶圓與晶圓間的不均勻性(WTWNU)。
參照僅圖示基板單一區域之結果的第6圖，特徵值212隨時間變化的序列被圖示出。特徵值212係從來自監控系統160的訊號320所產生。此序列值可被稱為軌跡210。在一般情況下，對於具有旋轉平臺的研磨系統來說，軌跡210可以在光學監控系統的感測器在基板下方的每次掃掠中包括一個(例如正好一個)值。假使基板上有多個區域被監控，則每個區域每掃掠一次可以有一個值。對於在基板邊緣12的區域，可以基於訊號320修改的邊緣部分332、336來決定特徵值212。可以將一個區域內的多個量測值結合來產生用於控制端點及/或壓力的單一值。
在研磨操作開始之前，使用者或設備製造商可以定義將適配於值212之時間變化序列的函數214。例如，該函數可以是多項式函數，例如線性函數。如第7圖所圖示，函數 214係是適配於值212之序列。存在多種技術來使廣義函數適配於數據。對於諸如多項式等線性函數，可以採用一般的線性最小平方法。
選擇性地，函數214可以適配於時間TC之後收集到的值。當將該函數適配於值的序列時，可以忽略在時間TC之前收集的值。例如這可以幫助消除在研磨製程早期會出現在量測光譜中的雜訊，或是可以去除在研磨其他層期間所量測的光譜。研磨可以在終點時間TE停止，在終點時間TE函數214等於目標值TT。
該監控系統可被用於各種研磨系統。無論是研磨墊或承載頭，或是研磨墊與承載頭兩者，皆可以移動來在研磨表面和基板之間提供相對移動。研磨墊可以是被固定於平臺、在供給和捲收輥之間延伸的帶、或連續帶的圓形(或某些其它形狀的)墊。研磨墊可以被固定在平臺上、在研磨操作之間在平臺上被逐步推進、或在研磨過程中在平臺上被連續驅動。在研磨過程中可以將研磨墊固定於該平臺，或是在研磨過程中平臺和研磨墊之間可以有流體軸承。研磨墊可以是標準的(例如有或無填料的聚氨酯)粗糙墊、柔軟墊或固定研磨墊。
雖然以上的討論著重於渦流監控系統，但還可將校正技術應用於監控基板上的拉長區域的其他類型監控系統，例如光學監控系統。此外，雖然以上的討論著重於具有拉長監控區域的監控系統，但即使監控區域不是拉長的，若非等向性感測器產生的訊號取決於感測器相對於基板邊緣的方向 時仍可應用本校正技術。
已經描述了一些本發明的實施例。然而，將瞭解的是，可以在不偏離本發明的精神和範圍下進行各種修改。因此，其他的實施例亦在以下申請專利範圍的範圍之內。
10‧‧‧基板
100‧‧‧研磨設備
110‧‧‧研磨墊
112‧‧‧外研磨層
114‧‧‧背托層
118‧‧‧凹部
120‧‧‧平臺
121‧‧‧馬達
124‧‧‧驅動軸
125‧‧‧軸
128‧‧‧凹部
129‧‧‧旋轉連接器
130‧‧‧漿料分配系統
132‧‧‧研磨液
140‧‧‧承載頭
142‧‧‧定位環
144‧‧‧撓性膜
146a‧‧‧腔室
146b‧‧‧腔室
146c‧‧‧腔室
150‧‧‧支撐結構
152‧‧‧驅動軸
154‧‧‧馬達
155‧‧‧軸
160‧‧‧原位監控系統
162‧‧‧核心
164‧‧‧線圈
166‧‧‧驅動感測電路
168‧‧‧導線
180‧‧‧位置感測器
182‧‧‧標誌
190‧‧‧控制器
192‧‧‧輸出裝置
194‧‧‧輸入裝置

Claims (20)

  1. 一種化學機械研磨一基板的方法，包含以下步驟：在一研磨站研磨該基板上的一層；在該研磨站研磨的過程中使用一原位監控系統監控該層，該原位監控系統監控一拉長區域並產生一量測訊號；計算該拉長區域之一主軸和該基板之一邊緣的一切線之間的一角度；基於該角度修改該量測訊號，以產生一修改訊號；以及基於該修改訊號進行偵測一研磨終點或修改一研磨參數中之至少一者。
  2. 一種化學機械研磨一基板的方法，包含以下步驟：在一研磨站研磨該基板上的一層；在該研磨站研磨的過程中使用一原位監控系統監控該層，該原位監控系統包括一非等向性感測器並產生一量測訊號；計算該非等向性感測器之一主軸和該基板之一邊緣的一切線之間的一角度；基於該角度修改該量測訊號，以產生一修改訊號；以及基於該修改訊號進行偵測一研磨終點或修改一研磨參數中之至少一者。
  3. 一種研磨系統，包含：一載體，用以固持一基板； 一支座，用於一研磨表面；一原位監控系統，具有一感測器，該原位監控系統設以監控一拉長區域並產生一量測訊號；一馬達，用以在該感測器和該基板之間產生相對移動；以及一控制器，設以從該原位監控系統接收該量測訊號、計算該拉長區域之一主軸和該基板之一邊緣的一切線之間的一角度、基於該角度修改該量測訊號以產生一修改訊號、及基於該修改訊號進行偵測一研磨終點或修改一研磨參數中之至少一者。
  4. 如請求項3所述之系統，其中該角度包含當該拉長區域鄰接該基板之該邊緣時的角度。
  5. 如請求項4所述之系統，其中該控制器設以偵測該訊號之邊緣部分。
  6. 如請求項5所述之系統，其中該控制器設以藉由壓縮或解壓縮該邊緣部分以修改該量測訊號。
  7. 如請求項6所述之系統，其中該壓縮或解壓縮之一壓縮比為該角度之一函數。
  8. 如請求項7所述之系統，其中該角度之該函數使得該壓 縮比隨著該角度增大而提高。
  9. 如請求項3所述之系統，其中該控制器設以藉由將該訊號乘以一增益因子以修改該量測訊號。
  10. 如請求項9所述之系統，其中該增益因子為該角度之一函數，使得該增益因子隨著該角度增大而減小。
  11. 如請求項3所述之系統，其中該原位監控系統包含一渦流監控系統，該渦流監控系統具有一拉長核心。
  12. 一種研磨系統，包含：一載體，用以固持一基板；一支座，用於一研磨表面；一原位監控系統，具有一非等向性感測器，設以產生一量測訊號；一馬達，用以在該感測器和該基板之間產生相對移動；以及一控制器，設以從該原位監控系統接收該量測訊號、計算該非等向性感測器之一主軸和該基板之一邊緣的一切線之間的一角度、基於該角度修改該量測訊號以產生一修改訊號、及基於該修改訊號進行偵測一研磨終點或修改一研磨參數中之至少一者。
  13. 如請求項12所述之系統，其中該角度包含當該拉長區域鄰接該基板之該邊緣時的角度。
  14. 如請求項13所述之系統，其中該控制器設以偵測該訊號之邊緣部分。
  15. 如請求項14所述之系統，其中該控制器設以藉由壓縮或解壓縮該邊緣部分以修改該量測訊號。
  16. 如請求項15所述之系統，其中該壓縮或解壓縮之一壓縮比為該角度之一函數。
  17. 如請求項16所述之系統，其中該角度之該函數使得該壓縮比隨著該角度增大而提高。
  18. 如請求項12所述之系統，其中該控制器設以藉由將該訊號乘以一增益因子以修改該量測訊號。
  19. 如請求項18所述之系統，其中該增益因子為該角度之一函數，使得該增益因子隨著該角度增大而減小。
  20. 如請求項12所述之系統，其中該原位監控系統包含一渦流監控系統，該渦流監控系統具有一拉長核心。
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9754846B2 (en) * 2014-06-23 2017-09-05 Applied Materials, Inc. Inductive monitoring of conductive trench depth
JP6399873B2 (ja) * 2014-09-17 2018-10-03 株式会社荏原製作所 膜厚信号処理装置、研磨装置、膜厚信号処理方法、及び、研磨方法
KR102412776B1 (ko) * 2015-10-27 2022-06-24 주식회사 케이씨텍 웨이퍼 가장자리에서의 연마층 두께 검출 정확성이 향상된 화학 기계적 연마 장치
JP6779633B2 (ja) * 2016-02-23 2020-11-04 株式会社荏原製作所 研磨装置
JP6795337B2 (ja) * 2016-06-29 2020-12-02 株式会社荏原製作所 膜厚信号処理装置、研磨装置、膜厚信号処理方法、及び、研磨方法
CN109641342A (zh) * 2016-08-31 2019-04-16 应用材料公司 具有环形工作台或抛光垫的抛光系统
TW201822953A (zh) 2016-09-16 2018-07-01 美商應用材料股份有限公司 基於溝槽深度的電磁感應監控進行的過拋光
CN109791881B (zh) 2016-09-21 2021-02-19 应用材料公司 具有补偿滤波的端点检测
KR20230093548A (ko) * 2016-10-21 2023-06-27 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 인-시튜 전자기 유도 모니터링 시스템을 위한 코어 구성
TWI789385B (zh) * 2017-04-21 2023-01-11 美商應用材料股份有限公司 使用神經網路來監測的拋光裝置
US10898986B2 (en) * 2017-09-15 2021-01-26 Applied Materials, Inc. Chattering correction for accurate sensor position determination on wafer
TWI825075B (zh) * 2018-04-03 2023-12-11 美商應用材料股份有限公司 針對墊子厚度使用機器學習及補償的拋光裝置、拋光系統、方法及電腦儲存媒體
CN108789157A (zh) * 2018-06-13 2018-11-13 苏州市蓄动源自动化科技有限公司 自动化打磨装置
JP7447284B2 (ja) 2020-06-24 2024-03-11 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 研磨パッドの摩耗補償による基板層の厚さの決定

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6399501B2 (en) * 1999-12-13 2002-06-04 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for detecting polishing endpoint with optical monitoring
US6924641B1 (en) 2000-05-19 2005-08-02 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for monitoring a metal layer during chemical mechanical polishing
KR100827871B1 (ko) * 2000-05-19 2008-05-07 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 화학 기계 폴리싱을 위한 인시츄 방식의 엔드포인트 검출및 공정 모니터링 방법 및 장치
JP2005517290A (ja) * 2002-02-06 2005-06-09 アプライド　マテリアルズ　インコーポレイテッド 渦電流モニタリングシステムを備えた化学機械的研磨の為の方法及び装置
JP2003347259A (ja) * 2002-05-23 2003-12-05 Ebara Corp ポリッシングの終点検知方法
SG125108A1 (en) * 2003-03-11 2006-09-29 Asml Netherlands Bv Assembly comprising a sensor for determining at least one of tilt and height of a substrate, a method therefor and a lithographic projection apparatus
US7008296B2 (en) 2003-06-18 2006-03-07 Applied Materials, Inc. Data processing for monitoring chemical mechanical polishing
US7112960B2 (en) 2003-07-31 2006-09-26 Applied Materials, Inc. Eddy current system for in-situ profile measurement
JP2007334934A (ja) * 2006-06-12 2007-12-27 Shinka Jitsugyo Kk 積層体の研磨量検出素子、ウエファー、および積層体の研磨方法
JP5513795B2 (ja) * 2009-07-16 2014-06-04 株式会社荏原製作所 研磨方法および装置
TWI408759B (zh) 2008-11-14 2013-09-11 Applied Materials Inc 具有增強邊緣解析度的渦電流感測器
TW201201957A (en) 2010-01-29 2012-01-16 Applied Materials Inc High sensitivity real time profile control eddy current monitoring system
US9023667B2 (en) * 2011-04-27 2015-05-05 Applied Materials, Inc. High sensitivity eddy current monitoring system
US20120276817A1 (en) * 2011-04-27 2012-11-01 Iravani Hassan G Eddy current monitoring of metal residue or metal pillars

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