用于化学机械抛光的实时轮廓控制制造技术

一种控制基板的处理的方法包括以下步骤：基于来自原位监测系统的信号，分别地产生指示在基板上的参考区域的物理性质的表征值的第一序列和指示在基板上的控制区域的物理性质的表征值的第二序列。分别地从表征值的第一序列和表征值的第二序列中确定参考区域速率和控制区域速率。通过对针对所述参考区域的表征值与针对所述控制区域的表征值进行比较来确定误差值。使用比例‑积分‑微分控制算法至少基于所述误差值和动态标称控制区域值来生成针对所述控制区域的输出参数值，并且所述动态标称控制区域值是至少基于所述参考区域速率和所述控制区域速率在第二控制环路中被生成的。根据输出参数值来处理基板的所述控制区域。

Real-time contour control for chemical mechanical polishing

A method for controlling the processing of a substrate includes the following steps: based on the signals from the in-situ monitoring system, the first sequence of the representation values indicating the physical properties of the reference area on the substrate and the second sequence indicating the physical properties of the control area on the substrate are respectively generated. The reference region rate and the control region rate are determined respectively from the first sequence of the representation value and the second sequence of the representation value. The error value is determined by comparing the representation value for the reference region with that for the control region. A proportional integral differential control algorithm is used to generate output parameter values for the control region based at least on the error values and the dynamic nominal control region values, and the dynamic nominal control region values are generated in the second control loop at least based on the reference region rate and the control region rate. The control region of the substrate is processed according to the output parameter values.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于化学机械抛光的实时轮廓控制
本公开内容总的来说涉及用以在化学机械抛光期间影响抛光速率校正的反馈。
技术介绍
通常通过在硅晶片上循序地沉积导电层、半导电层、或绝缘层来在基板上形成集成电路。一个制造步骤涉及到在非平面的表面之上沉积填料层并对所述填充层进行平坦化。对于某些应用而言，对填料层进行平坦化直到图案化的层的上表面暴露出来为止。例如，可将导电的填料层沉积在图案化的绝缘层上以填充绝缘层中的沟槽或孔。在平坦化之后，留在绝缘层的凸起的图案之间的导电层的部分形成通孔、插塞，并且提供位于基板上的薄膜电路之间的导电路径的线。对于其他的应用(例如电介质抛光)而言，填充层是介电层，所述介电层被平坦化直到在下面的层之上留下预定厚度为止。光刻(photolithography)可能需要介电层的平坦化。化学机械抛光(CMP)是一种被接受的平坦化的方法。此平坦化方法通常要求将基板安装在承载头上。基板的暴露出来的表面通常放置为与具有耐用的粗糙表面的旋转的抛光垫相抵靠。承载头在基板上提供可控制的载荷以推压所述基板抵靠抛光垫。抛光液(例如具有研磨颗粒的浆料)通常被供应至抛光垫的表面。在CMP中的一个问题是使用适当的抛光速率以达成期望的轮廓(例如已经被平坦化至所期望的平坦度或厚度或所期望的材料量已经被去除的基板层)。基板层的初始厚度、浆料分布、抛光垫状况、抛光垫与基板之间的相对速度、和基板上的载荷的变化可造成基板上(以及基板间)的材料去除速率的变化。这些变化造成达到抛光终点和所去除的量所需要的时间的变化。因而，将抛光终点确定成仅仅是抛光时间的函数或仅仅通过施加恒定压力来达成所期望的轮廓是不可能的。在一些系统中，在抛光期间例如通过光学监测系统或涡流监测系统来对基板进行原位监测。来自原位监测系统的厚度测量可被用以调整被施加至基板的压力以调整抛光速率并减少晶片内的非均匀性(within-wafernon-uniformity，WIWNU)。
技术实现思路
在一个方面中，一种有形地被体现在计算机可读介质中的计算机程序产品具有用于使计算机控制基板的处理的指令。基于来自原位监测系统的信号，生成指示正在经受处理并由原位监测系统来监测的基板上的参考区域的物理性质的表征值的第一序列，并且生成指示所述基板上的控制区域的物理性质的表征值的第二序列。从所述表征值的第一序列中确定参考区域速率，并从所述表征值的第二序列中确定控制区域速率。通过将针对所述参考区域的表征值与针对所述控制区域的表征值进行比较来确定误差值。使用比例-积分-微分控制算法至少基于误差值和动态标称控制区域值来在第一控制环路中计算得到针对所述控制区域的输出参数值。至少基于所述参考区域速率和所述控制区域速率来在第二控制环路中计算得到所述动态标称控制区域值。使得处理系统使用所述输出参数值来处理所述控制区域。在另一个方面中，一种控制基板的处理的方法包括以下步骤：基于来自原位监测系统的信号，生成指示正在经受处理并由所述原位监测系统来监测的基板上的参考区域的物理性质的表征值的第一序列；基于来自所述原位监测系统的所述信号，生成指示所述基板上的控制区域的物理性质的表征值的第二序列；从所述表征值的第一序列中确定参考区域速率；从所述表征值的第二序列中确定控制区域速率；通过将针对所述参考区域的表征值与针对所述控制区域的表征值进行比较来确定误差值；使用比例-积分-微分控制算法至少基于所述误差值和动态标称控制区域值来在第一控制环路中计算针对控制区域的输出参数值；至少基于所述参考区域速率和所述控制区域速率来在第二控制环路中生成所述动态标称控制区域值；和处理所述基板，其中所述处理所述基板的步骤包括根据所述输出参数值来处理所述基板的所述控制区域。在另一个方面中，一种抛光系统包括：工作台，所述工作台用以保持抛光垫；载具，所述载具用以保持基板与所述抛光垫接触；电机，所述电机被耦接至所述工作台和所述载具中的至少一个以产生所述工作台与所述载具之间的相对运动；原位监测系统，所述原位监测系统经配置以在对所述基板进行抛光期间生成指示所述基板的物理参数的信号；和控制器，所述控制器用以接收所述信号并经配置以执行所述方法。某些实现方式可具有下列优点中的一个或多个优点。相较于常规的比例-积分-微分控制器，控制系统可以更好地适应变化的环境参数(例如垫粗糙度、保持环厚度、温度、耗材的老化、进入的膜的性质)。被抛光的基板的轮廓可以较接近于目标轮廓，并且晶片内的非均匀性(WIWNU)可被减小(即厚度均匀性可被改进)。在附图和后文的描述中阐述一个或多个实施例的细节。其他的特征、方面、和优点将从说明书、附图、和权利要求中变得明显。附图简单说明图1示出抛光装置的示例的示意性截面图。图2示出具有多个区域的基板的示意性俯视图。图3示出抛光垫的俯视图并示出在第一基板上进行原位测量的位置。图4是示出由现有技术的比例-积分-微分反馈控制系统所执行的算法的框图。图5示出展示了由控制系统的实现方式所执行的算法的框图。图6示出针对于在基板上的多个区域的作为时间的函数的表征值的图表。图7是示出达成目标厚度所需要的抛光速率的投影的图表。在各个附图中的相同的附图标记和标号指示相同的元件。具体实施方式在常规的比例-积分-微分(PID)反馈控制系统中，标称处理参数(例如，所施加的压力)是使用者所定义的常数。对于其中影响工艺的环境状况可能改变(例如，因为系统是动态的所以环境状况改变)和/或最初是不确定的基板处理系统而言，PID反馈控制系统的性能可能受到不利的影响。例如，在抛光操作中，若环境状况(例如浆料浓度、垫粗糙度、垫弹性(padflexibility)、或保持环厚度)随着时间而改变，则PID反馈控制系统可能无法补偿此变化，这导致抛光速率和/或厚度轮廓的漂移。通过配置控制系统以使用辅助的控制环路来控制去除速率，控制系统可控制处理参数以补偿环境状况中的漂移。图1示出抛光装置20的示例。抛光装置20包括可旋转的盘形工作台22，抛光垫30位于所述盘形工作台22上。工作台可操作以围绕轴23旋转。例如，电机24可转动驱动轴26以旋转工作台20。抛光垫30可以例如通过一层粘合剂可拆卸地被固定至工作台22。抛光垫30可以是两层式的抛光垫，所述抛光垫具有外抛光层32和较软的背层34。抛光装置20可包括抛光液供应口40以将抛光液42(诸如，浆料)分配到抛光垫30上。抛光装置20还可包括抛光垫调节器以对抛光垫30进行研磨，以将抛光垫30维持在一致的研磨状态。承载头50可操作以保持基板10抵靠抛光垫30。每个承载头50还包括多个可独立控制的可加压腔室(例如，3个腔室52a-52c)，所述可加压腔室可将可独立控制的压力施加至基板10上的相关联的区域12a-12c(参见图2)。参照图2，中心区域12a可以是基本上圆形的，并且其余的区域12b-12c可以是围绕中心区域12a的同心环形区域。返回至图1，腔室52a-52c可由柔性膜54来界定，所述柔性膜具有底表面，基板10被安装至所述底表面。承载头50还可包括保持环56以将基板10保持在柔性膜54的下方。尽管为了易于说明而仅有三个腔室被示出在图1和图2中，但可存在两个腔室或四个或更多个腔室(例如，五个腔室)。此外，用以调整被施加至基板的压力的其他的机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有形地被体现在非瞬态计算机可读介质中的计算机程序产品，包括用于使处理器进行以下步骤的指令：基于来自原位监测系统的信号，生成表征值的第一序列，所述表征值的第一序列指示基板上的参考区域的物理性质，所述基板正在经受处理并正由所述原位监测系统来监测；基于来自所述原位监测系统的所述信号，生成表征值的第二序列，所述表征值的第二序列指示所述基板上的控制区域的物理性质；从所述表征值的第一序列确定参考区域速率；从所述表征值的第二序列确定控制区域速率；通过将针对所述参考区域的表征值与针对所述控制区域的表征值进行比较来确定误差值；使用比例‑积分‑微分控制算法，至少基于所述误差值和动态标称控制区域值来在第一控制环路中计算针对控制区域的输出参数值；至少基于所述参考区域速率和所述控制区域速率，在第二控制环路中生成所述动态标称控制区域值；和使处理系统使用所述输出参数值来处理所述控制区域。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.10 US 62/406,264;2017.02.27 US 62/464,2171.一种有形地被体现在非瞬态计算机可读介质中的计算机程序产品，包括用于使处理器进行以下步骤的指令：基于来自原位监测系统的信号，生成表征值的第一序列，所述表征值的第一序列指示基板上的参考区域的物理性质，所述基板正在经受处理并正由所述原位监测系统来监测；基于来自所述原位监测系统的所述信号，生成表征值的第二序列，所述表征值的第二序列指示所述基板上的控制区域的物理性质；从所述表征值的第一序列确定参考区域速率；从所述表征值的第二序列确定控制区域速率；通过将针对所述参考区域的表征值与针对所述控制区域的表征值进行比较来确定误差值；使用比例-积分-微分控制算法，至少基于所述误差值和动态标称控制区域值来在第一控制环路中计算针对控制区域的输出参数值；至少基于所述参考区域速率和所述控制区域速率，在第二控制环路中生成所述动态标称控制区域值；和使处理系统使用所述输出参数值来处理所述控制区域。2.如权利要求1所述的计算机程序产品，其中，用以确定所述误差值的所述指令包括：确定计算针对所述参考区域的所述表征值与针对所述控制区域的所述表征值之间的差。3.如权利要求1所述的计算机程序产品，其中，用以确定所述参考区域速率的所述指令包括：用以将第一函数拟合至针对所述参考区域的值的序列的指令和用以确定所述第一函数的第一斜率的指令，并且其中用以确定所述控制区域速率的所述指令包括：用以将第二函数拟合至针对所述控制区域的值的序列的指令和用以确定所述第二函数的第二斜率的指令。4.如权利要求1所述的计算机程序产品，其中，用以生成所述动态标称控制区域值的所述指令包括：用以至少基于所述参考区域速率和所述控制区域速率来生成误差率的指令。5.如权利要求4所述的计算机程序产品，其中，用以生成所述误差率的所述指令包括：用以基于所述参考区域速率来计算速率设定点值的指令。6.如权利要求5所述的计算机程序产品，其中，用以计算所述速率设定点值的所述指令包括：用以基于所述误差值、所述参考区域速率、和所述控制区域速率来计算所述速率设定点值的指令。7.如权利要求5所述的计算机程序产品，其中，用以计算所述速率设定点值的所述指令包括：用以基于针对所述参考区域的所述表征值、针对所述控制区域的所述表征值、和所述参考区域速率、以及目标表征值来计算所述速率设定点值的指令。8.如权利要求5所述的计算机程序产品，其中，用以产生所述误差率的所述指令包括：用以将所述速率设定点值与所述控制区域速率进行比较的指令。9.如权利要求8所述的计算机程序产品...

【专利技术属性】
技术研发人员：SH·沈，K·徐，TY·刘，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国,US