專利名稱：使用墊調(diào)節(jié)裝置的傳感信號來控制化學(xué)機械研磨的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微結(jié)構(gòu)的制造領(lǐng)域，尤其涉及化學(xué)機械研磨(chemicallymechanically polishing，CMP)襯底的工具，例如，襯底承載形成數(shù)個集成電路的多個芯片，其中該工具配備用于調(diào)節(jié)該工具的研磨墊表面的調(diào)節(jié)裝置系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在例如集成電路的微結(jié)構(gòu)內(nèi)，通過沉積半導(dǎo)材料層、導(dǎo)電材料層以及絕緣材料層，并且以光刻與蝕刻技術(shù)圖形化這些層而在單一襯底上制造如晶體管、電容器、以及電阻器的大量元件。問題經(jīng)常出在先前形成的材料層的表面立體形狀(topography)對隨后的材料層的圖形制作有負面影響。此外，制造微結(jié)構(gòu)時經(jīng)常需要將先前沉積的材料層的多余材料予以去除。例如，個別電路元件的電性連接可用埋入電介質(zhì)中的金屬線來實現(xiàn)，從而形成一般所稱的金屬化層(metallization layer)。在現(xiàn)代的集成電路中，通常是提供多個這種金屬化層，且相互疊上以維持所需的功能。但是，對于材料層的重復(fù)圖形化造成了非平面的表面立體形狀(topography)遞增，這可能會退化隨后的圖形化工藝(patterning processes)，特別是對內(nèi)含深亞微米范圍內(nèi)最小尺寸的特征尺寸(feature)的微結(jié)構(gòu)，如精密的集成電路的情況。
因此變得有必要在形成隨后特定諸層間將襯底的表面平坦化。襯底的表面為平面的必要性基于不同的理由，其中之一為用來圖形化微結(jié)構(gòu)的材料層的光刻技術(shù)(photolithography)的焦點的有限光學(xué)深度(optical depth)。
化學(xué)機械研磨技術(shù)(CMP)為適當(dāng)且廣為應(yīng)用的一種工藝，其被用以去除多余材料并實現(xiàn)襯底的全域性平坦化(global planarization)。在化學(xué)機械研磨工藝中，晶片被安裝在適當(dāng)形成的載體，即所謂的研磨頭(polishing head)，并且相對于研磨墊(polishing pad)移動該載體，使晶片與研磨墊接觸。在化學(xué)機械研磨工藝期間將研磨液提供至研磨墊，該研磨液內(nèi)含可與材料或材料層反應(yīng)的化學(xué)化合物，使該材料或材料層通過例如將材料轉(zhuǎn)換為氧化物而被平坦化，隨后用內(nèi)含于該研磨液和/或研磨墊中的研磨料機械去除該反應(yīng)物，例如金屬氧化物。為獲得所需的去除速度同時完成高度平坦的層，必需適當(dāng)?shù)倪x定該化學(xué)機械研磨工藝的參數(shù)與條件，從而必需考慮諸多因素，例如研磨墊的構(gòu)造、研磨液的種類、在晶片相對研磨墊移動時對晶片所施加的壓力、以及晶片與研磨墊之間的相對速度。該去除速度進一步明顯取決于研磨液的溫度，而顯著影響該溫度的因子依次為晶片和研磨墊的相對運動所產(chǎn)生的磨擦量、帶有脫落顆粒的研磨液的飽和程度、以及特別是研磨墊的研磨表面的狀態(tài)。
大部分的研磨墊是用多孔微結(jié)構(gòu)聚合材料(cellular microstructurepolymer material)形成的，該材料具有在作業(yè)期間可被研磨液充填的眾多孔隙(void)。由于吸收了從襯底表面去除的且累積到研磨液內(nèi)的顆粒而出現(xiàn)了這些孔隙內(nèi)研磨液的稠化作用(densification)。因此，去除速度會持續(xù)減少，從而不利于平坦化工藝的可靠性，從而降低制成半導(dǎo)體元件的成品率及其可靠性。
為了在一定程度上克服此問題，通常使用所謂的墊調(diào)節(jié)裝置(padconditioner)，將研磨墊的研磨表面予以“再調(diào)節(jié)”。該墊調(diào)節(jié)裝置包括調(diào)節(jié)表面(conditioning surface)，該表面可能包括數(shù)種不同的材料，例如置入耐磨材料之內(nèi)的鉆石。在此等例子中，一旦去除速度估計會太低時，用墊調(diào)節(jié)裝置的相對較硬的材料剝離和/或再制研磨墊的已耗損表面。在其它的情況，例如在復(fù)雜的化學(xué)機械研磨裝置中，在研磨襯底時，墊調(diào)節(jié)裝置則持續(xù)與研磨墊接觸著。
在復(fù)雜的集成電路中，有關(guān)化學(xué)機械研磨工藝均勻度的工藝要求是非常嚴格的，使得研磨墊的狀態(tài)必需在單一襯底的整個區(qū)域上以及在盡量多的襯底的處理中盡可能的保持固定。結(jié)果，這些墊調(diào)節(jié)裝置通常具有驅(qū)動元件和控制單元，其能使該墊調(diào)節(jié)裝置(至少一個包括調(diào)節(jié)表面的載體)對應(yīng)研磨頭與研磨墊而移動，從而可均勻的再制研磨墊，同時避免干擾研磨頭的運動。因此，一般是在調(diào)節(jié)裝置驅(qū)動元件內(nèi)加上一個或更多的電動電機以適當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)動和/或掃過調(diào)節(jié)表面。
傳統(tǒng)的化學(xué)機械研磨系統(tǒng)的問題之一是必需定期更換消耗品，例如調(diào)節(jié)表面、研磨墊、研磨頭的零件、及其類似物。例如，內(nèi)含鉆石的調(diào)節(jié)表面通常具少于2,000個襯底的使用壽命，其中實際使用壽命取決于不同的因素，故難以預(yù)估適當(dāng)?shù)母鼡Q時間。一般來說，過早更換消耗品會顯著增加業(yè)主的成本并減少工具的可利用性。反之，過遲更換化學(xué)機械研磨系統(tǒng)內(nèi)一個或更多消耗品會危及工藝的穩(wěn)定性。此外，諸消耗品的退化會導(dǎo)致難以維持工藝的穩(wěn)定性并難以可靠地預(yù)估更換消耗品的最佳時間點。
鑒于上述的問題，化學(xué)機械研磨系統(tǒng)亟需一種改良的控制策略，其中將諸消耗品的作用納入考慮。

發(fā)明內(nèi)容
一般來說，本發(fā)明針對一種用于控制化學(xué)機械研磨系統(tǒng)的技術(shù)，其基于表示耦合至墊調(diào)節(jié)裝置的驅(qū)動組件的狀態(tài)的信號，其中該驅(qū)動組件所提供的信號可用來表示當(dāng)前的工具狀態(tài)和/或用來估計一個或更多的化學(xué)機械研磨系統(tǒng)中的消耗品的剩余使用壽命和/或用來改善化學(xué)機械研磨工藝控制的品質(zhì)。為此目的，由墊調(diào)節(jié)裝置的驅(qū)動組件所送出的信號可當(dāng)作包含調(diào)節(jié)表面的當(dāng)前狀態(tài)的信息的“傳感”信號，其隨后可依序用來預(yù)測化學(xué)機械研磨工藝的使用壽命和/或重新調(diào)整化學(xué)機械研磨系統(tǒng)的一個或更多的參數(shù)。和襯底與研磨墊之間的磨擦力相反，由于調(diào)節(jié)表面與研磨墊之間的相對運動所產(chǎn)生的磨擦力對短程變動大體是不敏感的，故而可有效應(yīng)地采用任一表示此磨擦力的信號以估計調(diào)節(jié)表面的狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明，墊調(diào)節(jié)裝置的驅(qū)動組件被用作產(chǎn)生表示磨擦力的信號的來源，從而用作墊調(diào)節(jié)裝置的至少調(diào)節(jié)表面的“狀態(tài)”感測裝置。
根據(jù)本發(fā)明示例的具體實施例，一種用于化學(xué)機械研磨的系統(tǒng)包括可移動且可驅(qū)動的研磨頭，其被配置成可接收襯底且將其固定住。此外，提供研磨墊，其被裝載于耦合至第一驅(qū)動組件的平臺上。墊調(diào)節(jié)組件耦合至第二驅(qū)動組件。控制單元操作上銜接至該研磨頭以及第一、第二驅(qū)動組件，其中該控制單元被配置成可控制第一與第二驅(qū)動組件的運作，以及在接收源自第二驅(qū)動組件的感測裝置信號時，可提供該化學(xué)機械研磨系統(tǒng)的消耗品的至少一個特性的指示。
根據(jù)本發(fā)明的另一具體實施例，一種操作化學(xué)機械研磨系統(tǒng)的方法包括取得源自電子驅(qū)動組件的傳感信號，該電子驅(qū)動組件驅(qū)動化學(xué)機械研磨系統(tǒng)的墊調(diào)節(jié)裝置，并且基于該傳感信號估計墊調(diào)節(jié)裝置的狀態(tài)。
在本發(fā)明的又一具體實施例中，該方法進一步包括根據(jù)估計條件預(yù)測該墊調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)表面的剩余壽命。
在本發(fā)明的又一具體實施例中，該方法進一步包括根據(jù)該傳感信號控制化學(xué)機械研磨系統(tǒng)的操作。
在本發(fā)明的又一具體實施例中，控制化學(xué)機械研磨系統(tǒng)的操作包括根據(jù)該傳感信號，重新調(diào)整向下力量、研磨時間、以及襯底與研磨墊之間的相對速度中的至少一項。
在本發(fā)明的又一具體實施例中，控制化學(xué)機械研磨系統(tǒng)的操作包括根據(jù)該傳應(yīng)信號，重新調(diào)整該驅(qū)動組件的驅(qū)動信號以調(diào)整調(diào)節(jié)效果。
根據(jù)本發(fā)明的另一具體實施例，一種估計化學(xué)機械研磨系統(tǒng)內(nèi)諸消耗品的使用壽命的方法包括當(dāng)依照化學(xué)機械研磨系統(tǒng)的預(yù)定運作條件使用該第一調(diào)節(jié)表面時，在多個時間點測定墊調(diào)節(jié)裝置的第一調(diào)節(jié)表面的狀態(tài)。然后，在每一時間點測定的狀態(tài)與表示驅(qū)動墊調(diào)節(jié)裝置用的驅(qū)動組件的至少一個參數(shù)的傳感信號之間建立相對關(guān)系。最后，評估該傳感信號，在依照預(yù)定運作條件以第二調(diào)節(jié)表面運作該化學(xué)機械研磨系統(tǒng)的時候，基于該關(guān)系從而預(yù)估化學(xué)機械研磨系統(tǒng)的至少一個消耗品構(gòu)件的剩余使用壽命。
在另一個具體實施例中，該至少一個工藝參數(shù)包括設(shè)置在該化學(xué)機械研磨系統(tǒng)上游的沉積工具的沉積特定參數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的另一例示具體實施例，一種控制包括化學(xué)機械研磨工藝的工藝順序(process sequence)的方法包括取得源自化學(xué)機械研磨系統(tǒng)的調(diào)節(jié)裝置驅(qū)動組件的信號，其中該信號表示該驅(qū)動組件的電機扭矩與電機速度中的至少一項。此外，基于該信號調(diào)整該工藝順序中的至少一個工藝參數(shù)(process parameter)。
在本發(fā)明的又一具體實施例中，該方法進一步包括決定該傳感信號用的允許范圍。
在本發(fā)明的又一具體實施例中，該方法進一步包括在該傳感信號落于該允許范圍之外時，表示無效化學(xué)機械研磨系統(tǒng)狀態(tài)。
在本發(fā)明的又一具體實施例中，該方法進一步包括在該傳感信號落于該允許范圍之內(nèi)時，測定該至少一個消耗品構(gòu)件的剩余使用壽命。
在本發(fā)明的又一具體實施例中，該方法進一步包括將特定的化學(xué)機械研磨制作方法的去除速度與研磨時間中的至少一項關(guān)聯(lián)至該傳感信號以決定該允許范圍。
在本發(fā)明的又一具體實施例中，該傳感信號表示該驅(qū)動組件的電機扭矩。


本發(fā)明的進一步優(yōu)點、目的和實施例都在所附權(quán)利要求中寫明，且在下述詳細說明搭配相關(guān)附圖之后會變得更為清楚圖1是顯示本發(fā)明示意性具體實施例的化學(xué)機械研磨系統(tǒng)的草圖；圖2是顯示調(diào)節(jié)裝置驅(qū)動組件的電機電流與調(diào)節(jié)時間的關(guān)系圖；圖3代表當(dāng)在大體平穩(wěn)的調(diào)節(jié)條件下研磨襯底時，調(diào)節(jié)裝置驅(qū)動組件的電機電流與調(diào)節(jié)時間的關(guān)系圖；以及圖4為示意圖，說明了調(diào)節(jié)表面的特定特性(例如由在預(yù)定運作條件下通過調(diào)節(jié)研磨墊獲得的去除速度所代表的)與驅(qū)動調(diào)節(jié)表面用的電機電流之間的相關(guān)性。
具體實施例方式
在下列詳細敘述中通過實施例及附圖在此詳述本發(fā)明的細節(jié)，不過應(yīng)了解在此的詳細說明與附圖并不是希望用來將本發(fā)明限定為所揭示的特定具體實施例，而是所描述的實施例僅為本發(fā)明多種方面的例子，其范圍由所附的權(quán)利要求界定。
現(xiàn)在參考這些附圖，進一步詳述本發(fā)明的示意性具體實施例。
圖1為本發(fā)明的化學(xué)機械研磨系統(tǒng)100的示意圖。該化學(xué)機械研磨系統(tǒng)100包括平臺101，其上面裝載研磨墊102。該平臺101被可轉(zhuǎn)動地裝上驅(qū)動組件103，該驅(qū)動組件103被配置成可用每分鐘0到數(shù)百轉(zhuǎn)之間任一期望轉(zhuǎn)速來轉(zhuǎn)動該平臺101。研磨頭104耦合至用于轉(zhuǎn)動且相對該平臺101徑向移動該研磨頭104的驅(qū)動組件105，徑向如106的箭頭所示。
再者，該驅(qū)動組件105被配置成可按照對于裝載或卸下襯底107為必要的期望方式來移動研磨頭104，襯底107被研磨頭104接收及固定于適當(dāng)?shù)奈恢?。提供研磨液補給裝置108且將其定位使得可適當(dāng)?shù)貙⒀心ヒ?09供給至研磨墊102。
該化學(xué)機械研磨系統(tǒng)100進一步包括調(diào)節(jié)系統(tǒng)110，在此也可被稱作墊調(diào)節(jié)裝置110，其包括接到調(diào)節(jié)構(gòu)件113的頭部111，該構(gòu)件113包括由適當(dāng)材料例如鉆石組成的調(diào)節(jié)表面，該材料具有特定的結(jié)構(gòu)，其中該特定結(jié)構(gòu)經(jīng)設(shè)計可在該研磨墊102上獲得最佳調(diào)節(jié)效果(condi-tioning effect)。該頭部111則連接至驅(qū)動組件112，該驅(qū)動組件112被配置成可轉(zhuǎn)動該頭部111并且使其對平臺101可徑向移動，如箭頭114所示。此外，該驅(qū)動組件112可被配置成能使該頭部111具備產(chǎn)生適當(dāng)調(diào)節(jié)效果所需的任何一種可移動性。
該驅(qū)動組件112包括至少一個任何適當(dāng)組裝的電動電機以賦予墊調(diào)節(jié)裝置110所需的功能。例如，該驅(qū)動組件112可包括任一類型的直流或交流伺服電機。同樣，這些驅(qū)動組件103及105均可配備一個或更多適當(dāng)?shù)碾妱与姍C。
該化學(xué)機械研磨系統(tǒng)進一步包括控制單元120，其被可操作地連接至驅(qū)動組件103、105以及112。該控制單元120也可連接至研磨液補給裝置108以激活研磨液的配給。該控制單元120可能是由兩個或更多個副單元組成，這些副單元可與適當(dāng)?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)通信，例如電纜連接，無線網(wǎng)絡(luò)等。例如，該控制單元120可包括副控制單元，如在傳統(tǒng)的化學(xué)機械研磨系統(tǒng)內(nèi)所提供的，以便分別適當(dāng)?shù)膶⒖刂菩盘?21、122以及123提供至驅(qū)動組件105、103以及112，以便協(xié)調(diào)研磨頭104、研磨墊102以及墊調(diào)節(jié)裝置110三者的運動。這些控制信號121、122以及123可代表任一適當(dāng)信號形式，用于指示對應(yīng)的驅(qū)動組件以所需的轉(zhuǎn)動和/或平移速度運作。
與傳統(tǒng)的化學(xué)機械研磨系統(tǒng)相反，該控制單元120被配置成可接收并處理源自該驅(qū)動組件112的信號，該信號基本上在運作期間表示研磨墊102與調(diào)節(jié)構(gòu)件113之間的磨擦力。因此，該信號124也被稱作“傳感”信號。接收并處理傳感信號124的能力可用對應(yīng)的副單元、分開的控制裝置例如PC、或者是設(shè)備管理系統(tǒng)的一部分的方式具體實作的?？捎缮鲜龅耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)獲得將傳統(tǒng)工藝的控制功能與傳感信號的處理結(jié)合起來的數(shù)據(jù)通信。
在化學(xué)機械研磨系統(tǒng)100的運作期間，該襯底107可被裝載于研磨頭104上，其已被適當(dāng)定位以便接收襯底107并且將其輸送至研磨墊102。應(yīng)注意該研磨頭104通常包括多個將真空和/或氣體供給至研磨頭104的氣線(gas line)以便固定襯底107，并且在襯底107與研磨墊102之間有相對運動時可提供特定的向下力。
用于適當(dāng)操作該研磨頭104所需的不同功能也可被該控制單元120所控制。該研磨液供給裝置108被例如控制單元120激活以供給研磨液109，在轉(zhuǎn)動該平臺101及研磨墊104之后使研磨液109散布于研磨墊102。供給至驅(qū)動組件105與103的控制信號121與122，分別在襯底107與研磨墊102之間產(chǎn)生特定的相對運動以達成必要的去除速度，如先前所述，該去除速度取決于襯底的特性、研磨墊102的結(jié)構(gòu)及其當(dāng)前的狀態(tài)、所用研磨液109的類型、以及施加于襯底107的向下力。在研磨襯底107的前和/或期間，該調(diào)節(jié)構(gòu)件113被帶入且與研磨墊102接觸以便再制研磨墊102的表面。結(jié)果，頭部111被轉(zhuǎn)動和/或掃過研磨墊102，其中，例如控制單元120提供控制信號123使得在調(diào)節(jié)工藝期間可維持大體不變的速度，例如轉(zhuǎn)速。根據(jù)研磨墊102以及構(gòu)件113的調(diào)節(jié)表面的狀態(tài)，在使用給定類型的研磨液109時，磨擦力會產(chǎn)生作用且需要特定量的電機扭矩以維持特定不變的轉(zhuǎn)動速度。
相對于襯底107與研磨墊102之間作用的磨擦力顯著取決于襯底的特性并且因而在單一襯底的研磨工藝期間會大幅改變，在調(diào)節(jié)構(gòu)件113與研磨墊102之間的磨擦力大體決定于研磨墊與調(diào)節(jié)構(gòu)件狀態(tài)的“長程”發(fā)展且對襯底為基準的短程漲落沒有反應(yīng)。例如，在多個襯底107的調(diào)節(jié)處理進行期間，調(diào)節(jié)構(gòu)件113的表面結(jié)構(gòu)的尖銳度可能退化，這會導(dǎo)致研磨墊102與調(diào)節(jié)構(gòu)件之間的磨擦力減少。結(jié)果，維持轉(zhuǎn)動速度不變所需的電機扭矩與電機電流也會減少。因此電機扭矩的數(shù)值可傳遞該磨擦力的信息，并且取決于至少該調(diào)節(jié)構(gòu)件113的狀態(tài)。該傳感信號124，例如是表示電機扭矩或電機電流的信號，被該控制單元120接收并處理以便估計至少該調(diào)節(jié)構(gòu)件113的當(dāng)前狀態(tài)。因此，在本發(fā)明的一個具體實施例中，電機扭矩可表示調(diào)節(jié)構(gòu)件113的特征以估計其當(dāng)前狀態(tài)。也就是說，該電機扭矩以磨擦力為特征并且因而由調(diào)節(jié)構(gòu)件113提供當(dāng)前的調(diào)節(jié)效果。
在接收并處理時，例如與臨界值比較，該控制單元120隨后可標(biāo)示該調(diào)節(jié)構(gòu)件113的當(dāng)前狀態(tài)是否有效，換言之，是否可適當(dāng)提供必要的調(diào)節(jié)效果。再者，在其它的具體實施例中，控制單元120可能估計調(diào)節(jié)構(gòu)件113的剩余使用壽命，例如通過儲存先前所得的電機扭矩值，以及基于適當(dāng)算法和/或基于參考先前所得的數(shù)據(jù)以內(nèi)插法計算用于另一調(diào)節(jié)時間的這些數(shù)值，此項將參考圖2予以詳述。
圖2為化學(xué)機械研磨系統(tǒng)100在特定作業(yè)條件下，驅(qū)動組件112的電機電流與之調(diào)節(jié)時間的相依性的示意圖。在特定作業(yè)條件下的意思為在調(diào)節(jié)處理期間提供一種特定類型的研磨液109，其中平臺101及頭部111的轉(zhuǎn)動速度大體維持不變。此外，為取得電機電流的代表性數(shù)據(jù)或參考數(shù)據(jù)，該化學(xué)機械研磨系統(tǒng)100可能是在沒有襯底107的情形下運作，以便使估計調(diào)節(jié)構(gòu)件113狀態(tài)時，對墊的退化的相依性最小化。在其它具體實施例中，產(chǎn)品襯底107或測試專用的襯底可能被研磨，從而同時得到研磨墊102與調(diào)節(jié)構(gòu)件113的狀態(tài)信息，此項隨后將予以解釋。
圖2顯示了用于3個不同調(diào)節(jié)構(gòu)件113的傳感信號124(在此具體實施例中表示電機電流)與調(diào)節(jié)時間的相關(guān)性。如圖標(biāo)，可在不連續(xù)的時間點或以大體連續(xù)的方式取得這些電機電流值，這要取決于控制單元120處理傳感信號124的能力以及驅(qū)動組件112以時間不連續(xù)的方式或以大體連續(xù)的方式提供傳感信號124的能力。
在其它具體實施例中，可通過對不連續(xù)的電機電流數(shù)值進行內(nèi)插法或配適算法(algorithm)而得到平滑的電機電流曲線。
在圖2中，曲線A，B，C分別表示3個不同調(diào)節(jié)組件113的傳感信號124，其中在本實施例中假設(shè)這些A，B，C曲線都是在研磨墊102經(jīng)常被更換以便大體排除研磨墊退化對電機電流的影響的條件下所得到的。與曲線B和C所表示的調(diào)節(jié)構(gòu)件113作比較，曲線A表示在整個調(diào)節(jié)時間需要較大電機電流的調(diào)節(jié)構(gòu)件113。因此，磨擦力以及曲線A所代表的調(diào)節(jié)構(gòu)件113的調(diào)節(jié)效果可能高于曲線B和C所代表的調(diào)節(jié)構(gòu)件113所提供的調(diào)節(jié)效果。標(biāo)示為L的虛線表示最小電機電流，因此即為在研磨襯底107期間應(yīng)該至少可提供足以保證工藝穩(wěn)定性所需的最小調(diào)節(jié)效果。最后，3個時間點tA，tB，tC分別標(biāo)示以曲線A，B，C表示的調(diào)節(jié)構(gòu)件113的有用的使用壽命。
在曲線A，B，C同時由研磨多個實際成品襯底107取得的情況下，一旦到達對應(yīng)時間點tA，tB，tC，控制單元120可表示無效的系統(tǒng)狀態(tài)。
在其它的具體實施例中，調(diào)節(jié)構(gòu)件113的剩余使用壽命可基于傳感信號124用控制單元120預(yù)測，其中以傳感信號124估計電機電流的先前進展，且用該電機電流以內(nèi)插法計算對應(yīng)電機電流曲線的未來走勢。例如假設(shè)傳感信號124為圖2的曲線B，在時間點tP時，請求進行有關(guān)調(diào)節(jié)構(gòu)件113的剩余使用壽命的預(yù)測，例如，用來協(xié)調(diào)化學(xué)機械研磨系統(tǒng)100的不同零件的可維護性或者是在建立某制造順序的工藝計劃時估計工具的可利用性。由曲線B的先前進展與斜率，控制單元120隨后可測定(例如通過內(nèi)插法)差值tB-tP的可靠估計，即測定調(diào)節(jié)構(gòu)件的剩余使用壽命?？刂茊卧?20的預(yù)測可進一步基于其它在初始階段tP具非常類似走勢的電機電流曲線的“經(jīng)驗”。最后，可產(chǎn)生一套表示傳感信號124的曲線庫，其中傳感信號124，例如電機電流，與化學(xué)機械研磨系統(tǒng)100的特定作業(yè)條件用的對應(yīng)的調(diào)節(jié)時間相關(guān)聯(lián)。通過使用曲線庫作為參考數(shù)據(jù)，隨著入庫數(shù)據(jù)數(shù)量的增加，預(yù)測的剩余使用壽命的可靠性可更加提升。再者，由多個代表性曲線，例如曲線A，B以及C，可建立在任一給定時間點的進一步發(fā)展的平均走勢，以便進一步改善預(yù)測調(diào)節(jié)構(gòu)件113的剩余使用壽命的可靠性。
如前述，磨擦力也取決于研磨墊102的當(dāng)前狀態(tài)，并且因而研磨墊102的退化也隨著時間對傳感信號124的進展有影響。由于研磨墊102與調(diào)節(jié)構(gòu)件113可能具有顯著不同的使用壽命，因此能取得研磨墊102與調(diào)節(jié)構(gòu)件113兩者的狀態(tài)信息以便可分別標(biāo)示各零件所需的更換是有益的。因此，在本發(fā)明的示意性具體實施例中，建立有關(guān)研磨墊102的退化的傳感信號124(在一示例中為電機電流信號)隨著時間的關(guān)系。最后，特定的化學(xué)機械研磨工藝，即，預(yù)定的化學(xué)機械研磨制作方法，可用來處理多個襯底，其中調(diào)節(jié)構(gòu)件113經(jīng)常被更換以便使調(diào)節(jié)構(gòu)件113的退化對測量結(jié)果的影響最小化。
圖3是以示范方式表示隨著時間取得的傳感信號124的示意圖，其標(biāo)示調(diào)節(jié)構(gòu)件113與研磨墊102之間的磨擦力隨著時間遞減，其中假設(shè)調(diào)節(jié)效果的減少可能大體是由研磨墊102的表面變化所造成的。在本實施例中，研磨墊的退化可造成電機電流信號的輕微減少，反之，在其它化學(xué)機械研磨工藝中，可能產(chǎn)生不同的走勢。應(yīng)注意至少在某些特定時段內(nèi)，只要可獲得傳感信號124的清楚的(即，實質(zhì)上單一的)行為，則任何類型的傳感信號124的信號變化即可用來標(biāo)示研磨墊102的狀態(tài)。如前述，參考圖2，可調(diào)查多個研磨墊102以及多個不同的化學(xué)機械研磨工藝，以便建立參考數(shù)據(jù)庫，或持續(xù)更新任一控制單元120中所使用的參數(shù)，該控制單元120用來估計化學(xué)機械研磨系統(tǒng)100的消耗品的當(dāng)前狀態(tài)。
在一個具體實施例中，圖標(biāo)于圖3的測量結(jié)果可與圖2的測量數(shù)據(jù)結(jié)合，從而使控制單元120可估計研磨墊102與調(diào)節(jié)構(gòu)件113兩者剩余的可使用壽命。例如，當(dāng)使用研磨墊102與調(diào)節(jié)構(gòu)件113時，該控制單元120可用于監(jiān)視精細時段。由圖2的測量結(jié)果看來，其表示大體并沒有被任何研磨墊變化所影響的調(diào)節(jié)構(gòu)件113的退化，所以可預(yù)料由研磨墊102的額外退化造成的傳感信號124的額外減少所導(dǎo)致的傳感信號的稍強的減少。因此，實際傳感信號124是在沒有更換調(diào)節(jié)構(gòu)件113與研磨墊102就研磨多個襯底期間取得的，實際傳感信號124可以產(chǎn)生除了這些曲線在整個使用時間的斜率稍陡以外其它都類似圖標(biāo)于圖2的曲線。因此，通過將實際傳感信號124(例如圖2中所示)的代表性曲線與例如圖3所示的代表性曲線進行比較，可以估計研磨墊102與調(diào)節(jié)構(gòu)件113兩者的當(dāng)前狀態(tài)。
再者，也可記錄實際化學(xué)機械研磨工藝的傳感信號124，并且使其與更換后的化學(xué)機械研磨系統(tǒng)100的消耗品的狀態(tài)相關(guān)聯(lián)，從而加強在實際化學(xué)機械研磨工藝時傳感信號124與消耗品當(dāng)前狀態(tài)之間的關(guān)系的“強健性”。例如，調(diào)節(jié)構(gòu)件113更換后，可評估特定傳感信號124的進展，該特定傳感信號124可能已被控制單元120基于以上所解釋的考慮項目而激活，其中該調(diào)節(jié)構(gòu)件113以及其它可能的消耗品(例如研磨墊102)的實際狀態(tài)被納入考慮。如果調(diào)節(jié)構(gòu)件113與其它可能的消耗品的檢查標(biāo)示一個無法由該傳感信號124正確表示的狀態(tài)，則需要對應(yīng)調(diào)整例如圖2內(nèi)的界限L。這樣，可以傳感信號124為基礎(chǔ)連續(xù)地更新該控制單元120。
應(yīng)注意在目前為止已描述的具體實施例中，傳感信號124表示驅(qū)動組件112內(nèi)至少一個電動電機的電機電流。在其它具體實施例中，傳感信號可能為任一可適當(dāng)標(biāo)示調(diào)節(jié)構(gòu)件113與研磨墊102之間的互動的信號。例如取決于驅(qū)動組件112內(nèi)所用電機的類型，控制單元120可供給恒定電流或恒定電壓，然后可以運用與調(diào)節(jié)構(gòu)件113與研磨墊102之間的互動的變化有關(guān)的驅(qū)動組件112的“響應(yīng)”。例如，如果交流型伺服電機被用于驅(qū)動組件112內(nèi)，則在調(diào)節(jié)構(gòu)件113和/或研磨墊102因退化而減少磨擦力時，供給的恒定電流可能會導(dǎo)致轉(zhuǎn)動速度的增加。轉(zhuǎn)動速度的改變隨后被用作類似于參考圖2與圖3所解釋的當(dāng)前狀態(tài)的指針。
參考圖4，將進一步描述本發(fā)明的另一具體實施例，其中控制單元120額外或另外包括基于傳感信號124控制化學(xué)機械研磨工藝的功能。如先前所描述的，化學(xué)機械研磨系統(tǒng)100的消耗品中的一個(例如調(diào)節(jié)構(gòu)件113)的退化，會影響化學(xué)機械研磨系統(tǒng)100的性能，即使可使用壽命仍在允許范圍內(nèi)。為了得到化學(xué)機械研磨系統(tǒng)100的性能與傳感信號124(例如以電機電流信號的形式所提供的)之間的關(guān)系，可能要測定一個或更多的代表性參數(shù)與信號124的關(guān)系。在一個具體實施例中，可測定與由驅(qū)動組件112取得的對應(yīng)傳感信號有關(guān)的特定化學(xué)機械研磨制作方法的全域性去除速度(global removal rate)。最后，可研磨一個或更多的測試襯底，例如中間有成品襯底，以測定特定材料層的去除厚度。同時，記錄對應(yīng)的傳感信號124。這些測試襯底可能在其上形成相對較厚的無圖形材料層，以便最小化特定襯底的影響。
圖4是以傳感信號124的一個實施例來說明特定化學(xué)機械研磨制作方法與特定材料層的去除速度與電機電流的相依性的定性示意圖。由測量數(shù)據(jù)，隨后可建立傳感信號124與化學(xué)機械研磨的特定特性之間的對應(yīng)關(guān)系。也就是說，在圖4所示的實施例中，每一個電機電流值表示化學(xué)機械研磨系統(tǒng)100的對應(yīng)去除速度。然后，此關(guān)系可被具體實施在控制單元120內(nèi)，例如以表格的形式或數(shù)學(xué)式及其類似物，以便基于傳感信號124控制該化學(xué)機械研磨系統(tǒng)100。例如，如果被控制單元120偵測到的傳感信號124顯示該化學(xué)機械研磨系統(tǒng)100的去除速度下降，則控制單元120可指示研磨頭104與研磨墊102可對應(yīng)地增加施加于襯底107的向下力。在其它的情況中，可增加研磨頭104與研磨墊102之間的相對速度以便補償去除速度的降低。在另一個實施例中，可調(diào)整總研磨時間以適應(yīng)傳感信號124所標(biāo)示的當(dāng)前主要的去除速度。
在其它具體實施例中，除了去除速度以外的化學(xué)機械研磨系統(tǒng)100的代表性特性可與傳感信號124相關(guān)聯(lián)。例如，可測定特定襯底或測試襯底的研磨加工的持續(xù)時間，即，研磨時間(polish time)，以及與在特定襯底于研磨時間內(nèi)所接收的傳感信號124相關(guān)聯(lián)，使得在實際化學(xué)機械研磨工藝中，由控制單元120取取的傳感信號124可隨后基于當(dāng)前處理襯底的已測定的關(guān)系用來調(diào)整研磨時間。結(jié)果，通過額外或另外使用傳感信號124來估計諸消耗品的狀態(tài)，工藝控制可能是用批次方式(run-to-run)進行的，從而顯著加強了工藝穩(wěn)定性。在其它具體實施例中，傳感信號124也可用來當(dāng)作狀態(tài)信號，不但表示一個或更多消耗品的狀態(tài)也可表示化學(xué)機械研磨系統(tǒng)100的當(dāng)前主要性能，其中可將此狀態(tài)信號供給至設(shè)備管理系統(tǒng)或至一組相關(guān)的工藝與量測工具，從而通過一般性評估涉及的工藝與量測工具的狀態(tài)以及對應(yīng)地調(diào)整一個或更多彼的參數(shù)，來改進復(fù)雜工藝順序的控制。例如，可基于傳感信號124對應(yīng)地控制沉積工具，以便使沉積分布適應(yīng)化學(xué)機械研磨當(dāng)前狀況。假若，已確定傳感信號124與穿過一個襯底直徑的研磨均勻度之間的相關(guān)性，這對于具有200毫米或300毫米的大直徑的襯底特別重要。然后使用傳感信號124的信息來調(diào)整該沉積工具的工藝參數(shù)，例如電鍍反應(yīng)裝置，使沉積分布適應(yīng)當(dāng)前偵測到的研磨不均勻度。
結(jié)果，由于通過墊調(diào)節(jié)系統(tǒng)的驅(qū)動組件所提供的傳感信號被用來偵測或至少估計一個或更多消耗品的當(dāng)前狀態(tài)和/或化學(xué)機械研磨系統(tǒng)的當(dāng)前性能狀態(tài)，本發(fā)明提供一種系統(tǒng)與一種方法用于加強化學(xué)機械研磨系統(tǒng)或內(nèi)含化學(xué)機械研磨系統(tǒng)的工藝工具鏈的性能?；谶@種傳感信號，可指出無效系統(tǒng)狀態(tài)和/或剩余使用壽命，和/或尤其是將傳感信號用作化學(xué)機械研磨系統(tǒng)的控制基礎(chǔ)。對消耗品狀態(tài)的估計，例如通過預(yù)測剩余使用壽命，允許協(xié)調(diào)不同化學(xué)機械研磨零件和/或不同的化學(xué)機械研磨相關(guān)的工藝工具的維護周期(mainenance period)。因此，由于消耗品的使用更有效率，不但可減少所有人的成本，同時又加強工具的可利用性。使用墊調(diào)節(jié)裝置驅(qū)動組件所供給的傳感信號也可改善工藝穩(wěn)定性，其中化學(xué)機械研磨特定變化的補償可能是在該化學(xué)機械研磨工具內(nèi)和/或在該化學(xué)機械研磨工具的下游或上游處的一個或更多工藝工具內(nèi)。
在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員閱讀本說明書之后，本發(fā)明的進一步改良與變化變得顯而易見。因此，此敘述僅為描述及教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員實施本發(fā)明的通則。應(yīng)了解，此處顯示和說明的本發(fā)明的形式將作為目前較佳的實施例。
產(chǎn)業(yè)利用性本發(fā)明可有利地用于集成電路的大量制造，由此提供加強的工藝控制和生產(chǎn)合格率。
權(quán)利要求
1.一種用于化學(xué)機械研磨的系統(tǒng)，包括可移動與可驅(qū)動的研磨頭(104)，用于收納襯底且將該襯底固定于適當(dāng)處；裝載于平臺(101)上的研磨墊(102)，該平臺(101)耦合至第一驅(qū)動組件(105)；耦合至第二驅(qū)動組件(112)的墊調(diào)節(jié)組件(110)，該第二驅(qū)動組件(112)包括至少一個電動電機；以及控制單元(120)可操作地連接至該研磨頭(105)以及第一(105)與第二驅(qū)動組件(112)，該控制單元(120)配置成用于控制該第一(105)與第二驅(qū)動組件(112)的操作，其中該控制單元(120)被進一步配置成在接收來自第二驅(qū)動組件(112)的傳感信號之后，提供該系統(tǒng)的消耗品構(gòu)件(113)的至少一個特性的讀數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中接收來自該第二驅(qū)動組件的該傳感信號可表示該至少一個電動電機的轉(zhuǎn)速和該至少一個電機的扭矩中的至少一項。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中該控制單元進一步配置成可根據(jù)該傳感信號來控制該第一驅(qū)動組件與該研磨頭兩者中的至少一個。
4.一種操作化學(xué)機械研磨系統(tǒng)的方法，包括由驅(qū)動該化學(xué)機械研磨系統(tǒng)(100)的墊調(diào)節(jié)裝置(110)的電子驅(qū)動組件(112)取得傳感信號；以及根據(jù)該傳感信號，估計該墊調(diào)節(jié)裝置(110)的狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中該傳感信號表示該驅(qū)動組件的至少一個電動電機的轉(zhuǎn)速與該至少一個電機的扭矩中的至少一項。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中估計該墊調(diào)節(jié)裝置的狀態(tài)包括建立該墊調(diào)節(jié)裝置的至少一個特性的參考數(shù)據(jù)；以及比較該傳感信號與該參考數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中該至少一個特性包括，在該化學(xué)機械研磨系統(tǒng)的運作期間，在該墊調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)表面與研磨墊之間作用的磨擦力。
8.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該至少一個工藝個參數(shù)包括，向下力量、研磨時間、以及墊與該化學(xué)機械研磨系統(tǒng)內(nèi)的研磨頭之間的相對速度中的至少一項。
9.一種估計化學(xué)機械研磨系統(tǒng)(100)內(nèi)消耗品的使用壽命的方法，該方法包括在依照預(yù)定的運作條件使用第一調(diào)節(jié)表面的同時，在多個時間點測定墊調(diào)節(jié)裝置(110)的第一調(diào)節(jié)表面的狀態(tài)；建立在每一個時間點所測定的狀態(tài)和表示用于驅(qū)動該墊調(diào)節(jié)裝置(110)的驅(qū)動組件(112)的至少一個參數(shù)的傳感信號之間的關(guān)系；以及當(dāng)在預(yù)定運作條件運作具有第二調(diào)節(jié)表面的該化學(xué)機械研磨系統(tǒng)(100)時，根據(jù)該關(guān)系評估該傳感信號，以估計該化學(xué)機械研磨系統(tǒng)的至少一個消耗品構(gòu)件(113)的剩余使用壽命。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，進一步包括根據(jù)該信號估計該化學(xué)機械研磨系統(tǒng)的至少一個消耗品構(gòu)件的狀態(tài)。
全文摘要
在本發(fā)明的系統(tǒng)與方法中，源自墊調(diào)節(jié)系統(tǒng)的驅(qū)動組件的傳感信號，例如電機電流信號，被用來估計化學(xué)機械研磨(CMP)系統(tǒng)內(nèi)的一個或更多的消耗品(113)的狀態(tài)。
文檔編號B24B53/007GK1795076SQ200480014571
公開日2006年6月28日 申請日期2004年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月28日
發(fā)明者J·克雷默, U·G·施特克格恩, J·庫納特 申請人:先進微裝置公司