TWI808666B - 用於具有基板進動的基板拋光的製程參數的控制的方法、系統及電腦程式產品 - Google Patents

用於具有基板進動的基板拋光的製程參數的控制的方法、系統及電腦程式產品 Download PDF

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Abstract

生成用於拋光製程的配方，包括：接收目標移除曲線，該目標移除曲線包括針對圍繞基板中心成角度地間隔開的位置的要移除的目標厚度；存儲提供隨時間變化的相對於承載頭的基板方向的第一函數；存儲將該區域中的區域下方的拋光速率定義為因變於承載頭的一個或多個區域的一個或多個壓力的第二函數；以及對於該複數個區域中的每個特定區域，計算定義該特定區域的隨時間變化的壓力的配方。計算該配方包括：從定義拋光速率的第二函數和提供隨時間變化的相對於該區域的基板方向的第一函數來計算拋光後的預期厚度曲線；以及應用最小化演算法以減小預期厚度曲線和目標厚度曲線之間的差異。

Description

用於具有基板進動的基板拋光的製程參數的控制的方法、系 統及電腦程式產品
本公開總體涉及對化學機械拋光的製程參數的控制。
積體電路通常藉由在矽晶圓上連續沉積導電層、半導電層或絕緣層而形成於基板上。一個製造步驟包括在非平面的表面上沉積填料層並使填料層平坦化，例如，直到圖案化層的頂表面暴露或在非平面的表面上保留預定厚度為止。另外，光刻通常需要基板表面的平坦化。
化學機械拋光(CMP)是一種公認的平坦化方法。這種平坦化方法通常需要將基板安裝在承載頭上。基板的暴露表面通常放置為抵靠在具有耐用粗糙表面的旋轉拋光墊上。承載頭提供基板上的可控負載，從而將基板推靠在拋光墊上。拋光液，諸如具有研磨顆粒的漿料，通常被供應到拋光墊的表面。
CMP的一個問題是選定合適的拋光速率以獲得期望的曲線，例如，已經被平坦化至期望扁平度或厚度的基板層，或已移除期望數量的材料。另外，基板層的初始 厚度、漿料組成、拋光墊狀況、拋光墊和基板之間的相對速度以及基板上的負載的變化可導致基板上以及基板與基板之間的材料移除速率的變化。這些變化導致到達拋光終點所需時間的變化與移除的量的變化。
在一態樣，生成用於拋光製程的配方包括：接收目標移除曲線，所述目標移除曲線包括針對圍繞基板中心成角度地間隔開的複數個位置的要移除的目標厚度；存儲提供隨時間變化的相對於區域的基板方向的第一函數；存儲第二函數，所述第二函數將所述區域中的區域下方的拋光速率定義為因變於來自於承載頭的複數個可加壓區域中的一個或多個區域的一個或多個壓力的函數，所述可加壓區域圍繞基板中心成角度地間隔開；以及對於複數個區域中的每個特定區域，計算定義所述特定區域的隨時間變化的壓力的配方。計算配方包括：從定義拋光速率的第二函數和提供隨時間變化的相對於承載頭的基板方向的第一函數來計算拋光後的預期厚度曲線，並且應用最小化演算法以減小預期厚度曲線和目標厚度曲線之間的差異。
另一態樣，生成用於控制拋光系統的配方包括：接收目標移除曲線，所述目標移除曲線包括針對基板上圍繞基板的中心成角度地分佈的複數個位置的要移除的目標厚度；以及存儲定義圍繞承載頭的中心成角度地分佈的來自承載頭的複數個可加壓區域中的區域的拋光速率的第一函數。第一函數將區域的拋光速率定義為因變於來自承載 頭的複數個可加壓區域中的一個或多個區域的一個或多個壓力。對於複數個區域中的每個特定區域，計算定義所述特定區域的隨時間變化的壓力的配方，所述計算藉由以下方式進行：使用第一函數計算拋光後的預期厚度曲線並且最小化成本函數，所述成本函數包含表示預期厚度曲線與目標厚度曲線之間的差異的第一項。
實施方式可以包括以下特徵中的一項或多項。成本函數可以包括基於由拋光參數提供的預期厚度曲線和目標厚度移除曲線之間的差異的係數。成本函數的最小化可以至少部分地由以下公式的最小化來表示：
Figure 111107702-A0305-02-0005-1
 其中，R是目標厚度移除曲線，u[t]是將拋光參數表示為時間的函數的向量，B[t]是選擇器矩陣，該選擇器矩陣隨時間變化且與第一函數一致，並且△t是求和中的時間步長。第二函數可以是基於普勒斯頓(Preston)方程的矩陣。第二項可以是由特定區域施加的連續壓力之間的壓力差的和。該配方的壓力可以在統一的頻率上決定。
實施方式可以包括以下潛在優勢中的一個或多個。
可以更可靠地控制圍繞這些基板的中心成角度地變化的拋光速率，從而允許減少拋光基板中的角度不對稱。
瞭解相對於承載頭的基板旋轉允許控制有助於實現期望(或目標)厚度曲線的指令引數，例如腔室壓力。
拋光機的指令引數(例如腔室壓力、工作臺轉速等)可以同時針對多個目標進行「優化」，包括除了簡單地最小化預期厚度曲線和目標厚度曲線之間的差異之外的一個或多個目標。應當理解，優化(或「最小化」)受制於演算法的計算約束，諸如處理能力或時間。
藉由使用具有指令引數(例如壓力)的存儲的函數，可以生成允許對由於拋光製程的固有不對稱性或傳入基板的厚度不對稱性而造成的不對稱性進行校正的配方，所述指令引數影響拋光速率並包含相對於承載頭的基板方向的演變。
在以下所附附圖和說明書中闡述一個或多個實施例的細節。根據說明書和附圖以及申請專利範圍，其他特徵、目的以及優點將顯而易見。
傳統的CMP系統被設計為圍繞承載頭的旋轉軸線對稱地移除材料。這是因為在承載頭和工作臺都旋轉的情況下，晶圓上的移除速率在理想情況下是角度對稱的。然而，傳入晶圓可能具有角度不對稱沉積的膜，並且拋光製程本身可能導致角度不對稱的移除。補償這種角度不對稱的一個建議是提供圍繞承載頭的中心軸線成角度地間隔開的多個可控制區域。這些多個區域可以施加不同壓力，從而抵消角度不對稱。
一個複雜的問題是，隨著拋光的進行，基板可能會相對於承載頭旋轉。這種相對旋轉有時被稱為「進動」。如果CMP系統不考慮進動，那麼成角度設置的區域所施加的不同壓力可能無法矯正不對稱性，並且，事實上可能導致不對稱性更嚴重。
因此，理解相對於承載頭的基板方向，並基於該基板方向設定低於承載頭的區域的拋光速率，有助於矯正基板的不對稱拋光。矯正不對稱性的一種技術是，基於相對於承載頭的基板方向來選定隨時間變化的壓差，從而實現目標厚度曲線。
考慮到相對於承載頭的基板方向隨時間的變化的拋光控制模型可以更可靠地生成預測的拋光曲線，並因此用於選定或控制拋光參數，從而更可靠地使基板被拋光到目標曲線。特別地，將拋光參數與拋光速率曲線聯繫起來的普勒斯頓矩陣可以隨時間而變化。
所述拋光控制模型的演算法隨時間找到拋光參數(例如壓力)的值，隨著時間變化，該值使拋光參數產生的預期厚度曲線與目標厚度曲線之間的差異最小化。對預期厚度曲線的計算包括了提供隨時間變化的相對於承載頭的基板方向的函數。
不對稱矯正技術可以包括生成配方，該配方包括將傳入基板定向到期望起始角方向的指令。可以選定期望的起始角方向以使預期厚度曲線與目標厚度曲線之間的差異最小化。
參考圖1，給出了拋光裝置20的示例。拋光裝置20可以包括一個可旋轉的盤形工作臺22，拋光墊30位於盤形工作臺22上。所述工作臺可操作以繞軸線23旋轉。例如，電機24可以轉動傳動軸26以使工作臺22旋轉。拋光墊30可以(例如，藉由一層黏合劑)可拆卸地固定到工作臺22。拋光墊30可以是具有外拋光層32和較軟背襯層34的雙層拋光墊。
拋光裝置20可以包括拋光液供應埠40以將拋光液42(諸如研磨漿料)分配到拋光墊30上。拋光裝置20 還可以包括拋光墊調節盤以研磨拋光墊30，以保持拋光墊30處於一致的研磨狀態。
承載頭50可操作以將基板10固持抵靠在拋光墊30上。承載頭50可以包括保持環56以在拋光期間固定基板10。
承載頭50可以包括(例如由腔室52a-52d提供的)複數個獨立可控的加壓區域53a-53d，加壓區域53a-53d可以向基板10的相關聯部分施加獨立可控的壓力(參見圖2)。由於橫截面視角，圖1只示出了兩個腔室52a、52c以及相關聯區域53a、53c。然而，可以有其他數量的區域，例如五個或更多，並且這些區域可以以其他方式排列，例如，承載頭的底部可以按徑向和按角度分為多個區域。圖2示出了區域53a-53d，區域53a-53d大小均勻且圍繞旋轉軸線均勻地成角度地間隔開。然而，這不是必需的。
仍然參考圖2，基板被成角度地分成了複數個分區10a-10d。為了便於闡釋和理解，區域53a-53d被示為覆蓋承載頭底部的不同部分的象限，而分區10a-10d是覆蓋基板的不同部分的大小類似的象限。類似地，可以有其他數量的分區，例如五個或更多，並且這些分區可以以其他方式排列，例如，基板的表面可以按徑向和按角度分為多個分區。
回到圖1，腔室52a-52d和所得的區域53a-53d可以由撓性膜54限定，撓性膜54具有底面，基板10安裝到 所述底面。然而，可以在承載頭50中使用調整施加到基底板、底板的壓力的其他機械裝置，例如壓電致動器。
每個承載頭50從支撐結構60(例如，轉盤或軌道)懸掛，並藉由傳動軸62連接到承載頭旋轉電機64，使得承載頭可以繞軸線51旋轉。可選地，每個承載頭50可以藉由沿軌道運動而(例如在轉盤上的滑塊上)橫向振盪；或者藉由轉盤本身的旋轉振動而橫向振盪。在操作中，工作臺22圍繞其中心軸線23旋轉，而承載頭50圍繞其中心軸線51旋轉，並在拋光墊30的上表面上橫向平移。
拋光裝置還可以包括原位監控系統70，原位監控系統70可用於決定是調整拋光速率還是調整對拋光速率的調整，如下所述。原位監控系統70可以包括光學監控系統，例如，攝譜監控系統或渦流監控系統。
在一個實施例中，監控系統70是光學監控系統。藉由包括孔(即穿過墊的小孔)或實心訊窗71，提供了通過拋光墊的光學通路。實心訊窗71可以固定到拋光墊30，例如，作為填充拋光墊中的孔的塞子，例如，被模製到拋光墊或黏附地固定到拋光墊，儘管在一些實施方式中實心訊窗可以被支撐在工作臺22上，並突起到拋光墊中的孔中。
光學監控系統70可以包括光源68、光偵測器72和用於在遠端控制器90(例如電腦)與光源68與光偵測器72之間發射和接收信號的電路系統66。可以用一根或更多光纖將光從光源68傳輸到拋光墊中的光學通路，並將從基板10反射的光傳輸到偵測器72。例如，可以使用分叉光纖 74將光從光源68傳輸至基板10並返回至偵測器72。分叉光纖74可以包括定位在光學通路附近的主幹76，以及分別連接到光源68和偵測器72的兩個分支78和80。
在一些實施方法中，工作臺的頂表面可以包括凹槽，光學頭適配在所述凹槽中，所述光學頭固持分叉光纖的主幹的一端。所述光學頭可以包括調節主幹頂部與實心訊窗之間的垂直距離的機械裝置。
電路系統66的輸出可以是數位電子信號，該信號藉由傳動軸26中的旋轉耦合器(例如滑環)傳遞到光學監控系統的控制器90。類似地，可以回應於數位電子信號中的控制命令來打開或關閉光源，該數位電子信號從控制器90藉由旋轉耦合器傳遞到光學監控系統70。或者，電路系統66可以藉由無線信號與控制器90通信。
光源68可操作以發射白光。在一個實施方法中，所發射的白光包括了波長為200-800奈米的光。合適的光源是氙燈或氙汞燈。
光偵測器72可以是光譜儀。光譜儀是用於測量電磁光譜的一部分的光強度的光學儀器。合適的光譜儀是光柵光譜儀。光譜儀的典型輸出是因變於波長(或頻率)的光強度。
如前所述，光源68和光偵測器72可以連接到可用於控制其運行和接收其信號的計算設備，例如控制器90。所述計算設備可以包括位於拋光設備附近的微處理器，例 如，可程式設計電腦。關於控制，例如，計算設備可以使光源的啟動與工作臺22的旋轉同步。
在一些實施方法中，原位監控系統70的光源68和偵測器72被安裝於工作臺22並隨工作臺22旋轉。在這種情況下，工作臺的運動會使感測器跨每個基板掃描。特別地，當工作臺22旋轉時，控制器90可使光源68發射一系列的閃光，所述閃光恰好開始於每個基板10通過光學通路之前並且恰好結束於每個基板10通過光學通路之後。或者，所述計算設備可以使光源68連續發射光線，恰好開始於每個基板10通過光學通路之前並且恰好結束於每個基板10通過光學通路之後。在任何一種情況下，來自偵測器的信號都可以用來在足夠高的頻率上(例如，每2-20秒)修改控制輸入，以允許在拋光製程中進行多次調整。
在操作中，控制器90可以接收例如攜帶描述光的光譜資訊的信號，所述光由光偵測器針對光源的特定閃光或偵測器的特定時間幀接收。因此，該光譜是在拋光過程中原位測量的光譜。
在一些實施方法中，控制器藉由原位監控系統為每一次測量計算承載頭下方的角位置(並且可選地還有徑向位置)。這使得每次測量都與基板的分區10a-10d之一相關聯。
控制器90可以包括中央處理單元(CPU)、記憶體，以及支援電路，例如，輸入/輸出電路系統、電源、時鐘電路、快取記憶體等。記憶體被連接到CPU。記憶體是 非瞬態可計算的可讀媒體，並且可以是一種或多種容易獲得的記憶體，諸如隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、硬碟或其他形式的數位存儲。另外，儘管圖示為單個電腦，但控制器90也可以是分散式系統，例如，包括多個獨立操作的處理器和記憶體。
控制器90存儲了配方，所述配方包括隨時間變化的每個區域的拋光參數值，例如壓力值。例如，在操作中，控制器90操作耦合到腔室52a-52d的壓力源，從而使腔室52a-52d如配方所示隨時間施加壓力。在沒有進動的情況下，不同腔室中的壓力可以簡單地在拋光操作過程中保持恆定，並且可以基於靜態普勒斯頓矩陣選定壓力以實現期望的拋光曲線。因此，拋光配方可以包括隨時間保持恆定的腔室壓力。然而，當基板受到進動的影響時，這種技術並不令人滿意。
如前所述，在拋光時，基板受到承載頭中的進動的影響，因此，(相對於承載頭的)基板方向隨時間改變。因此，特定區域施加的壓力對基板的部分的影響將隨時間發生變化。例如，如圖2所示，如果區域52a最初向基板上的分區10a施加壓力，在足夠的進動後(由箭頭所示)，區域52a可能最終向分區10b施加壓力，等等。如果CMP系統不考慮基板方向中的這些變化，那麼成角度設置的區域所施加的不同壓力可能無法矯正基板現有的角度不對稱性。因此，材料移除也可能是不對稱和不期望的。為了更 好地控制拋光製程並實現目標晶圓曲線，描述了考慮到基板的變化的方向的模型。
生成考慮到進動的拋光配方的技術包括找到隨時間變化的壓力值，該壓力值優化了函數，所述函數包括目標移除曲線、相對於承載頭的基板方向、以及因變於承載頭下方的複數個區域的一個或多個拋光參數(例如壓力)的估計拋光速率。
參考圖3，結合圖4A-4B中所示的示例資料，示出了示例過程300。最初，電腦(例如控制器)接收目標角度移除曲線(例如，針對圍繞基板中心成角度地間隔開的複數個位置要移除的目標厚度)(302)。
所述電腦存儲提供隨時間變化的相對於承載頭的基板方向的函數(304)，並存儲將承載頭的每個區域的估計拋光速率定義為因變於一個或多個拋光參數(例如壓力)的另一個函數(306)。根據目標角度移除曲線，所述電腦計算用於利用針對每個特定區域定義的隨時間變化的壓力來進行移除的配方(308)。所述配方是使用演算法計算的，該演算法基於定義拋光速率的函數和提供隨時間變化的相對於載體頭的基板方向的函數來計算拋光產生的預期厚度曲線。特別地，該演算法以隨時間變化的壓力值作為待調整變數來執行最小化程式，以使預期厚度曲線和目標厚度曲線之間的差異最小化。
所述配方是藉由首先定義成本函數生成的。該成本函數使用施加到腔室(並因此施加到區域)的壓力和施 加到基板分區的壓力之間基於時間的關係。例如，如果x(t)是代表施加到基板上的各個位置(分區)的壓力的向量，而u(t)是代表承載頭的每個區域輸出的壓力的向量，那麼向量u和x按照以下方式相關：x[t]=B[t]*u[t]其中，B[t]表示選擇器矩陣，該選擇器矩陣考慮了作為時間(t)的函數的相對於承載頭的基板的角位置。
更具體地說，施加到腔室的壓力和施加到基板分區的壓力之間的關係可以藉由以下公式給出：p(θ,r,t)= B (θ,r,t) u (θ,r,t,P)其中，B(θ，r，t)是選擇器矩陣，該選擇器矩陣指示在任何給定時間點將施加壓力的位置(以承載頭為參考系)與向基板上(即，以基板為參考系)施加壓力的位置相關聯。p(θ，r，t)是基板在角位置θ和徑向位置r和時間t給出的位置處看到的壓力。
在一些實施方式中，成本函數包括了預期厚度曲線和目標厚度曲線之間的差。也就是說，成本函數可以表示為
Figure 111107702-A0305-02-0015-2
 其中，T是總拋光時間，而R(θ，r)是期望的移除曲線。
上述成本函數的最小化可以被轉化成使以下公式最小化的問題：
Figure 111107702-A0305-02-0016-3
 其中，△t是求和中各步驟之間的時間差，u(t)是最小化過程期間要調整的過程參數，例如，作為時間t的函數的壓力。雙分隔號符號內的運算式是向量，其中該向量的每個元素都是基板上的位置，並且所述元素的值是拋光基板過程中該位置處的期望移除和實際移除之間的差值。雙分隔號符號表示取向量的2-範數，從而有效地對基板上的所有(平方後的)移除誤差求和。
藉由解決所述的優化問題，可以生成作為時間的函數的拋光參數(例如，作為時間的函數的壓力)，從而提供配方。
上述方法的潛在問題是它可以導致「bang-bang」的壓力控制，其中，壓力在最小壓力和最大壓力之間迅速振盪。
在一些實施方法中，藉由在成本函數中包含考慮快速變化的壓力的係數，該優化問題會進一步正則化。例如，可以藉由向成本函數添加一項來表示快速變化的壓力，該項取決於連續幾次施加的壓力之間的差值。該項的權重可以由lambda項(λ)提供，所述權重是相對於估計的厚度曲線與預期厚度曲線之間的差值的影響而言的。
特別地，在一些實施方法中，成本函數可以由以下公式的最小化表示：
Figure 111107702-A0305-02-0016-10
 Lambda(λ)的值可以根據經驗決定。例如，lambda(λ)可以大約是0.01到0.1。
再一次地，u(t)是在最小化過程中需要調整的製程參數，例如，作為時間t的函數的壓力。並且，解決所述優化問題可以生成作為時間的函數的拋光參數(例如，作為時間的函數的壓力)，從而提供配方。
圖4A示出了顯示基板10上不同位置10a-10d的不同壓力的結果的分佈圖的示例。該結果是使用所述模型生成的。
在一些實施方法中，可以回應於原位測量而在處理期間即時計算拋光參數。作為簡單的解決方案，基板的當前曲線可以根據原位監控系統的測量值進行測量。當前厚度曲線與期望曲線之間的差異提供了修正後的厚度移除曲線R。然後，給定最新測量的厚度曲線，可以在定期間隔下對成本函數進行最小化，從而提供新的拋光配方，以在拋光製程中繼續執行。
然而，用基於原位測量即時對角度不對稱進行校正來實現預期厚度曲線的另一種技術是：利用考慮到狀態演化約束的成本函數。例如，所述狀態演化可以被表示為：x[t+1]=A*x[t]+B[t]*u[t]
x[t]=C[t]*y[t]其中，u(t)是作為時間的函數的拋光參數(例如，壓力)，x(t)是作為時間的函數的狀態參數(例如，厚度)，而y[t]是感測器的測量值。矩陣A解釋了壓力不變的情況下在移除 期間基板方向的變化，B[t]是基於把基板方向關聯到時間上的函數而隨時間變化的普勒斯頓矩陣，而C[t]提供了各個測量值從承載頭上的區域到基板上的位置的映射。
控制器可以使用線性二次調節器(LQR)方法來最小化總成本函數。控制器的激進性由A、B[t]和C[t]來定義。
如圖5A所示，如果把偵測器安裝在工作臺上，由於工作臺的旋轉(箭頭504所示)，當訊窗71在一個承載頭(例如，固持基板10的承載頭)下方行進時，在取樣頻率下進行壓力測量的原位監控系統將導致在穿過基板10的弧線上的位置501處進行壓力測量。例如，點501a-501k中的每一個都表示由基板10的監控系統進行測量壓力的位置(點的數量是說明性的；根據取樣頻率，可以進行比圖示更多或更少的測量)。如圖所示，在工作臺旋轉一圈期間，從基板10上的不同半徑獲得壓力。也就是說，一些壓力是從離基板10中心更近的位置獲取的，而一些壓力是從離邊緣更近的位置獲取的。因此，對於對在基板10上的原位監控系統的任何給定掃描，控制器90都可以計算來自掃描的每個測量的壓力的(相對於基板10的中心的)徑向位置，所述掃描基於時間、電機編碼器的資訊、以及基板邊緣和/或扣環的光學偵測。拋光系統還可以包括旋轉位置感測器(例如，附接到工作臺邊緣的將通過靜止光中斷器的凸緣)，以提供額外的資料以用於決定測量的壓力在基板上的位置。因此，控制器90可以將各種測量的壓力與基板 10上的位置10a-10d(參見圖2)相關聯。在一些實施方法中，可以使用壓力測量的時間作為徑向位置的精確計算的替代。
作為示例，參考圖5B，在工作臺旋轉一圈中，藉由光偵測器72採集不同分區503a-503o所對應的壓力。基於分區503a-503o的徑向位置，在分區503a-503b和503m-503o採集的五個壓力分別與外部位置10c和10d相關聯；在分區503k-503l採集的五個光譜與位置10b相關聯；且在分區503f-503g採集的五個光譜與位置10a相關聯。儘管本示例示出的每個位置與相同數量的壓力測量相關聯，但這些位置也可以與基於原位測量的不同數量的壓力相關聯。與每個位置相關聯的壓力的數量可能會隨著工作臺旋轉一圈到旋轉另一圈而改變。當然，以上給出的分區的數量僅是說明性的，因為與每個位置相關聯的實際壓力數量將至少基於取樣速率、工作臺的旋轉速率和每個位置的徑向寬度。
不受任何特定理論的限制，由於最外層厚度的變化，從基板10反射的測量值會隨著拋光進展(例如，在工作臺的多次旋轉期間，而不是在單次掃過基板期間)而演變，因此會產生一系列隨時間變化的測量值。
對於每個測量的壓力，控制器90可以計算出特徵值。然後，這些特徵值提供了y[t]。所述特徵值通常是外層的厚度，但也可以是相關的特徵，諸如移除的厚度。此外，所述特徵值可以是除厚度以外的物理性質，例如導電 性。另外，特徵值可以是拋光製程中基板進展的更普遍表示，例如，表示工作臺旋轉時間或次數的指數值，在此時間或次數下，預期在遵循預定進度的拋光製程中觀察到壓力。
如在本說明書中所使用的，術語基板可以包括，例如，產品基板(例如，其包括多個記憶體或處理器管芯)、測試基板、裸基板和選通基板。所述基板可以處於積體電路製造的各種階段，例如，所述基板可以是裸晶圓，或者所述基板可以包括一個或多個沉積和/或圖案化的層。術語基板可以包括圓形盤和矩形板。
可以在各種拋光系統中應用上述的拋光裝置和方法。拋光墊或承載頭中任一者或這兩者可以移動，以提供拋光表面與基板之間的相對運動。例如，工作臺可以繞軌道運行，而不是旋轉。拋光墊可以是固定到工作臺上的一個圓形的(或其他形狀的)襯墊。可以將終點偵測系統的一些態樣應用到線性拋光系統，例如，其中拋光墊是連續的或是線性移動的卷對卷帶。拋光層可以是標準(例如，含有或不含有填料的聚氨酯)拋光材料、軟材料或固定磨料。使用相對定位術語；應當理解，拋光表面和基板可以保持在垂直方向或一些其他方向。
儘管以上描述集中於化學機械拋光系統的控制，但依次計量站可以被應用於其他類型的基板處理系統，例如，蝕刻或沉積系統。
本說明書中描述的主題和功能操作的實施例（諸如過濾過程），可以實現在數位電子電路系統中、在有形地體現的電腦軟體或固件中、在電腦硬體中，包括本說明書中公開的結構及其結構等效物，或在以上各項中的一項或多項的組合中。本說明書中描述的主題的實施例可被實現為一個或多個電腦程式，即，編碼在有形非瞬態存儲介質上的一個或多個電腦程式指令模組，以用於由資料處理裝置執行或控制資料處理裝置的操作。替代地或附加地，可以在人工生成的傳播信號（例如，電腦生成的電、光或電磁信號）上對程式指令進行編碼，該信號被生成以對資訊進行編碼，以用於傳輸到合適的接收器裝置以供資料處理裝置執行。電腦存儲介質可以是電腦可讀存放裝置、電腦可讀存儲基板、隨機或串列存取記憶體設備、或它們中的一者或多者的組合。
術語「資料處理裝置」指資料處理硬體，並且包括用於處理資料的各種裝置、設備和機器，例如包括可程式設計數位處理器、數位電腦或多個數位處理器或電腦。該裝置還可以是或進一步包括專用邏輯電路系統，例如FPGA（現場可程式設計閘陣列）或ASIC（專用積體電路）。除了硬體之外，所述裝置還可以可選地包括為所電腦程式創建執行環境的代碼（例如，構成處理器固件的代碼）、協定棧、資料庫管理系統、作業系統、或它們中的一者或多者的組合。
電腦程式（也稱為或描述為程式、軟體、軟體應用、模組、軟體模組、腳本或代碼）可以用包括編譯或解釋語言或者聲明性或過程性語言的任何形式的程式設計語言來編寫，並且其可以以包括作為獨立程式或者作為模組、部件、子常式或適於在計算環境中使用的其他單元的任何形式來部署。電腦程式可以但不是必須與檔案系統中的檔相對應。程式可以被存儲在保有其他程式或資料的檔的一部分中（例如，存儲在標記語言文檔中的一個或多個腳本）、在專用於所討論的程式的單個檔中、或在多個協調檔（例如，存儲一個或多個模組、副程式或代碼的部分的諸個檔）中。電腦程式可被部署成在一台電腦上或在位於一個網站或跨多個網站分佈並藉由資料通信網路互連的多台電腦上執行。
本說明書描述的過程和邏輯流程可由一台或多台可程式設計電腦執行，該一台或多台可程式設計電腦執行一個或多個電腦程式以藉由對輸入資料進行操作並生成輸出來執行功能。過程和邏輯流程也可以由專用邏輯電路系統來執行，並且裝置也可以實現為專用邏輯電路系統，例如，FPGA（現場可程式設計閘陣列）或ASIC（專用積體電路）等等。一台或多台電腦的系統「被配置成」執行特定操作或動作意味著該系統已在其上安裝了軟體、固件、硬體、或它們的組合，在操作中，所述軟體、固件、硬體、或它們的組合導致系統執行操作或動作。一個或多個電腦程式被配置成執行特定的操作或動作意味著所述一個或多個電腦程式包括指令，所述指令在由資料處理裝置執行時，使裝置執行操作或動作。
例如，適用於執行電腦程式的電腦包括可以基於通用或特殊用途的微處理器或這兩者、或任何其他類型的中央處理單元。一般而言，中央處理單元將從唯讀記憶體或隨機存取記憶體或這兩者接收指令和資料。電腦的基本元件是用於運行或執行指令的中央處理單元，以及用於存儲指令和資料的一個或多個記憶體設備。一般而言，電腦還將包括用於存儲資料的一個或多個大型存放區設備（例如，磁片、磁光碟或光碟）或可操作地耦接至該一個或多個大型存放區設備，以從該一個或多個大型存放區設備接收資料或向該一個或多個大型存放區設備傳送資料或這兩者。然而，電腦不必具有此類設備。此外，電腦可以嵌入到另一個設備，例如，僅舉幾例，行動電話、個人數位助理（PDA）、移動音訊或視訊播放機、遊戲控制台、全球定位系統（GPS）接收器、或可擕式存放裝置，例如，通用序列匯流排（USB）快閃記憶體驅動器。
適於存儲電腦程式指令和資料的電腦可讀媒體包括所有形式的非易失性記憶體、介質和記憶體設備，例如包括：半導體記憶體設備（例如，EPROM、EEPROM和快閃記憶體記憶體設備）；磁片（例如，內部硬碟或可移動盤）；磁光碟；以及CD ROM和DVD-ROM盤。處理器和記憶體可由專用邏輯電路系統補充和/或併入到專用邏輯電路系統中。
對本說明書中描述的各種系統和製程的控制，或對其中部分的控制，可以藉由一個電腦程式產品來實現，所述電腦程式產品包括存儲在一個或多個非瞬態電腦可讀存儲介質上的指令，並且這些指令可以在一個或多個處理設備上執行。本說明書中描述的系統或其中的部分，可以作為裝置、方法或電子系統實現，其中可能包括一個或多個處理設備和記憶體，該記憶體存儲用於執行本說明書中所描述的操作的可執行指令。
儘管本說明書包含許多特定實施細節，但是這些細節不應被解讀為是對任何發明範圍或者可能要求保護的內容的範圍的限制，而應被解讀為是對具體發明的具體實施例可特有的特徵的描述。也可將在本說明書中單獨的各實施例的情境中所描述的某些特徵以組合的形式實現在單個實施例中。反之，在單個實施例的情境中所描述的各種特徵也可單獨地實現在多個實施例中、或在任何合適的子組合中。此外，雖然在上文中可能將多個特徵描述為以某些組合的方式起作用且甚至最初是如此要求保護的，但是，在一些情況下，可將來自所要求保護的組合的一個或多個特徵從組合中刪除，並且所要求保護的組合可以針對子組合或子組合的變型。
類似地，雖然在附圖中以特定順序描繪了多個操作，但不應當將此理解為要求按所示的特定順序或順序地執行此類操作、或者要求要執行所有示出的操作以實現期望的結果。在某些情況下，多工處理和並行處理可能是有利的。此外，不應當將上文所描述的各實施例中的各種系統模組和部件的分開理解為在所有實施例中都要求進行此類分開，並且應當理解，一般可將所描述的程式部件和系統一起集成在單個的軟體產品中或封裝到多個軟體產品中。
己經描述了主題的具體實施例。其他實施例在所附請求項的範圍內。例如，可以用不同循序執行申請專利範圍中所列舉的動作，並且仍然實現期望結果。作為一個示例，在附圖中描繪的製程不一定要求示出的特定順序或相繼順序，以實現可期望的結果。在一些情況下，多工處理和並行處理可能是有利的。
其他實施例在所附請求項的範圍內。
10:基板 20:拋光裝置 22:盤形工作臺 23:軸線 24:電機 26:傳動軸 30:拋光墊 32:外拋光層 34:較軟背襯層 40:拋光液供應埠 42:拋光液 50:承載頭 51:軸線 54:撓性膜 56:保持環 60:支撐結構 62:傳動軸 64:承載頭旋轉電機 66:電路系統 68:光源 70:原位監控系統 71:實心訊窗 72:光偵測器 74:分叉光纖 76:主幹 78:分支 80:分支 90:遠端控制器 300:示例過程 302:步驟 304:步驟 306:步驟 308:步驟 501:位置 504:箭頭 10a:分區 10b:分區 10c:分區 10d:分區 501a-501k:點 503a-503o:分區 52a:腔室 52b:腔室 52c:腔室 53a:加壓區域 53c:加壓區域 53d:加壓區域
圖1示出了拋光裝置示例的示意性橫截面視圖。
圖2示出了承載頭相對於劃分為多個位置的基板的移動的示意性俯視圖。
圖3是一種生成拋光配方的方法的流程圖，該拋光配方包含隨時間變化的拋光參數，例如壓力。
圖4A示出了顯示承載頭不同區域的不同壓力曲線的示例分佈圖。
圖4B示出了顯示預期壓力曲線與目標壓力曲線之間關係的示例分佈圖。
圖5A示出了拋光墊的俯視圖，顯示了基板上進行原位測量的分區。
圖5B示出了相對於基板的多個位置進行原位測量的多個位置的分佈的示意性俯視圖。
各個附圖中相同的附圖標記指示相同的要素。
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
300:示例過程
302:步驟
304:步驟
306:步驟
308:步驟

Claims (22)

  1. 一種用於生成用於控制一拋光系統的一配方的電腦程式產品，該電腦程式產品被編碼在一非瞬態電腦可讀媒體上並且包括指令，以用於使一台或多台電腦：接收一目標移除曲線，該目標移除曲線包括針對圍繞一基板一中心成角度地間隔開的複數個位置的要移除的一目標厚度；存儲提供隨時間變化的相對於承載頭的基板方向的一第一函數；存儲一第二函數，該第二函數將可加壓區域下方的一拋光速率定義為因變於來自該承載頭的複數個可加壓區域中的一個或多個區域的一個或多個壓力，該複數個可加壓區域圍繞旋轉軸線成角度地間隔開；以及對於該複數個區域中的每個特定區域，計算定義該特定區域的隨時間變化的一壓力的一配方，其中用於計算該配方的該指令包括從定義該拋光速率的該第二函數和提供隨時間變化的相對於該區域的基板方向的該第一函數來計算拋光後的一預期厚度曲線的指令，以及應用一最小化演算法以減小該預期厚度曲線和目標厚度曲線之間的一差異的指令。
  2. 如請求項1所述的電腦程式產品，其中該第一函數將該頭的物理區域映射到該基板上的位置。
  3. 如請求項1所述的電腦程式產品，其中該第 一函數假定該基板相對於該承載頭具有一恆定的進動速率。
  4. 如請求項3所述的電腦程式產品，其中該第一函數包括基於一初始角度偏移和該進動速率計算角度偏移。
  5. 如請求項4所述的電腦程式產品，其中該第一函數包括基於一承載頭旋轉速率計算該進動速率。
  6. 如請求項1所述的電腦程式產品，其中計算該配方包括：使一成本函數最小化，該成本函數結合該第一函數和該第二函數。
  7. 如請求項6所述的電腦程式產品，其中該成本函數與x[t]=B[t]*u[t]一致，其中，x[t]是將該基板上的壓力表示為時間的一函數的一向量，u[t]是將拋光參數表示為時間的一函數的一向量，並且B[t]是與該第一函數一致的隨時間變化的一選擇器矩陣。
  8. 如請求項7所述的電腦程式產品，其中該B[t]計算該基板上的一分區相對於該承載頭上的一區域的角位置作為時間(t)的一函數。
  9. 如請求項6所述的電腦程式產品，其中該成本函數受制於x[t+1]=A*x[t]+B[t]*u[t]的演變約束。
  10. 如請求項9所述的電腦程式產品，其中A是基於隨時間變化的相對於該承載頭的基板方向的旋轉而變換座標位置的一矩陣。
  11. 如請求項7所述的電腦程式產品，其中B[t]計算該基板上的一分區相對於該承載頭上的一區域的角位置作為時間(t)的一函數。
  12. 如請求項6所述的電腦程式產品，其中該成本函數受制於約束x[t]=C[t]*y[t]，其中，y[t]表示來自一原位監控系統的隨時間變化的測量值。
  13. 如請求項12所述的電腦程式產品，其中C[t]表示提供各個測量值從該承載頭上的一區域到該基板上的一位置的映射的一矩陣。
  14. 一種生成用於控制一拋光系統的一配方的方法，該方法包括以下步驟：接收一目標移除曲線，該目標移除曲線包括針對圍繞一基板一中心成角度地間隔開的複數個位置的要移除的一目標厚度；存儲提供隨時間變化的相對於承載頭的基板方向的一第一函數；存儲一第二函數，該第二函數將可加壓區域下方的一拋光速率定義為因變於來自該承載頭的複數個可加壓區域中的一個或多個區域的一個或多個壓力，該複數個可加壓區域圍繞旋轉軸線成角度地間隔開；以及對於該複數個區域中的每個特定區域，計算定義該特定區域的隨時間變化的一壓力的一配方，其中計算該配方之步驟包括以下步驟：從定義該拋光速率的該第二函數和提供隨時間變化的相對於該區域的基板方向的該第 一函數來計算拋光後的一預期厚度曲線，以及應用一最小化演算法以減小該預期厚度曲線和目標厚度曲線之間的一差異。
  15. 如請求項14所述的方法，進一步包括以下步驟：根據該配方對該基板進行拋光。
  16. 一種拋光系統，包括：一工作臺，該工作臺支撐一拋光墊；一承載頭，該承載頭將一基板固持抵靠在該拋光墊上，該承載頭包括圍繞該承載頭的一旋轉軸線成角度地間隔開的複數個可加壓腔室；以及一控制器，該控制器被配置成用於：接收一目標移除曲線，該目標移除曲線包括針對圍繞一基板一中心成角度地間隔開的複數個位置的要移除的一目標厚度，存儲提供隨時間變化的相對於該承載頭的基板方向的一第一函數，存儲一第二函數，該第二函數將可加壓區域下方的一拋光速率定義為因變於來自該承載頭的複數個可加壓區域中的一個或多個區域的一個或多個壓力，該複數個可加壓區域圍繞該旋轉軸線成角度地間隔開，對於該複數個區域中的每個特定區域，計算定義該特定區域的隨時間變化的一壓力的一配方，該計算藉由以下方式進行：從定義該拋光速率的該第二函數和提供隨時間變化的相對於該區域的基板方向的該第一 函數來計算拋光後的一預期厚度曲線，以及應用一最小化演算法以減小該預期厚度曲線和目標厚度曲線之間的一差異，以及使該複數個可加壓腔室的每個對應腔室根據該配方施加壓力。
  17. 一種用於生成用於控制一拋光系統的一配方的電腦程式產品，該電腦程式產品編碼有被編碼在一非瞬態電腦可讀媒體上的電腦程式並且包括指令，以用於使一台或多台電腦：接收一目標移除曲線，該目標移除曲線包括針對一基板上圍繞該基板的一中心成角度地分佈的複數個位置的要移除的一目標厚度；存儲一第一函數，該第一函數定義圍繞一承載頭的一中心成角度地分佈的來自該承載頭的複數個可加壓區域中的一區域的一拋光速率，該第一函數將該區域的該拋光速率定義為因變於來自該承載頭的該複數個可加壓區域中的一個或多個區域的一個或多個壓力；以及對於該複數個區域中的每個特定區域，計算定義該特定區域的隨時間變化的一壓力的一配方，其中計算該配方的該指令包括使用該第一函數計算拋光後的一預期厚度曲線並且使一成本函數最小化的指令，該成本函數包含了表示該預期厚度曲線和一目標厚度曲線之間的一差異的一第一項。
  18. 如請求項17所述的電腦程式產品，包括用 於在一統一的頻率下針對該複數個區域中的每個區域決定一拋光速率的指令。
  19. 如請求項18所述的電腦程式產品，其中該第一項可以至少部分地由以下公式表示：
    Figure 111107702-A0305-02-0030-5
     其中，B[t]是一選擇器矩陣，u[t]是將拋光參數表示為時間的一函數的一向量，R是該目標厚度移除曲線，並且△t是求和中的一時間步長。
  20. 如請求項19所述的電腦程式產品，其中該選擇器矩陣B[t]代表隨時間變化的該基板相對於該承載頭的一方向。
  21. 一種生成用於控制一拋光系統的一配方的方法，該方法包括以下步驟：接收一目標移除曲線，該目標移除曲線包括針對一基板上圍繞該基板的一中心成角度地分佈的複數個位置的要移除的一目標厚度；存儲一第一函數，該第一函數定義圍繞一承載頭的一中心成角度地分佈的來自該承載頭的複數個可加壓區域中的一區域的一拋光速率，該第一函數將該區域的該拋光速率定義為因變於該承載頭的來自該複數個可加壓區域中的一個或多個區域的一個或多個壓力；以及對於該複數個區域中的每個特定區域，計算定義該特 定區域的隨時間變化的一壓力的一配方，該計算藉由以下方式進行：使用該第一函數計算拋光後的一預期厚度曲線並且最小化一成本函數，該成本函數包含表示該預期厚度曲線與一目標厚度曲線之間的一差異的一第一項。
  22. 一種拋光系統，包括：一工作臺，該工作臺支撐一拋光墊；一承載頭，該承載頭將一基板固持抵靠在該拋光墊上，該承載頭包括圍繞該承載頭的一旋轉軸線成角度地間隔開的複數個可加壓腔室；以及一控制器，該控制器被配置成用於：接收一目標移除曲線，該目標移除曲線包括針對圍繞一基板的一中心成角度地分佈的基板上的複數個位置的要移除的一目標厚度，存儲一第一函數，該第一函數定義圍繞該承載頭的一中心成角度地分佈的該承載頭的複數個可加壓區域中的每個區域的一拋光速率，該第一函數將該區域的該拋光速率定義為因變於來自該承載頭的該複數個可加壓腔室中的一個或多個腔室的一個或多個壓力，以及對於該複數個區域中的每個特定區域，計算定義該特定區域的隨時間變化的一壓力的一配方，該計算藉由以下方式進行：使用該第一函數計算拋光後的一預期厚度曲線並且最小化一成本函數，該成本函數包含 表示該預期厚度曲線與一目標厚度曲線之間的一差異的一第一項。
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