專利名稱：提高墊壽命的化學機械拋光墊調(diào)節(jié)器方向速度控制的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明一般關于拋光領域以及在化學機械拋光工藝中提高拋光墊的壽命和效率的方法。
背景技術(shù)：
為獲得半導體晶片的完全平面化(planarization)將化學機械拋光(CMP)用于半導體制造工藝。該方法包括利用機械接觸和來自例如運動著的浸透漿料(slurry)的拋光墊的化學腐蝕從該晶片(一般是二氧化硅(SiO2))，去除材料(例如，表面材料的犧牲層)。因為高形貌區(qū)域(丘)比低形貌區(qū)(谷)去除的速度更快，所以拋光整平了高度差。圖1A顯示CMP機100的俯視圖，而圖1B顯示通過線AA的CMP機的側(cè)剖視圖。將晶片供給該CMP機器進行拋光。典型地，該CMP機100利用臂101拾起晶片105并將其放到旋轉(zhuǎn)的拋光墊102上。該拋光墊102用彈性材料制成，并且常常具有一定的紋理，以有助于該拋光工藝。該拋光墊102在位于該拋光墊102下面的臺板104或旋轉(zhuǎn)臺上以預定的速度旋轉(zhuǎn)。該晶片105被該臂101固定在該拋光墊102上的適當位置。該晶片105的下表面放在拋光墊102上。該晶片105的上表面貼在臂101的晶片運載器106的下表面。當拋光墊102旋轉(zhuǎn)時，該臂101以預定的速度旋轉(zhuǎn)該晶片105。該臂101以預定大小的向下的力將晶片105壓在該拋光墊102上。該CMP機100還包括伸入該拋光墊102半徑長度的漿料散布臂(slurry dispense arm)107。該漿料散布臂107將漿料流體散布在該拋光墊102上。
隨著時間的過去，拋光墊失去了其粗糙度和彈性，因此失去了保持期望的去除速率(removal rate)的能力(拋光速率)。眾所周知，對于給定的拋光墊來說，其所提供的材料去除速率與時間的關系以圖2所示的方式呈指數(shù)降低。此外，該去除速率的降低需要不斷增加調(diào)節(jié)參數(shù)，例如，為了恢復期望的從該晶片上去除材料的速率，向下的力和/或調(diào)節(jié)角速度和/或調(diào)節(jié)時間。因此，在拋光周期之間，必須調(diào)節(jié)該拋光墊(例如，用調(diào)節(jié)盤108)。用臂109將調(diào)節(jié)盤固定在該拋光墊上。當該拋光墊旋轉(zhuǎn)時，調(diào)節(jié)盤108也旋轉(zhuǎn)。這樣做使該墊的表面變粗糙并至少暫時地恢復其原有的材料去除速率。但是，過度的墊調(diào)節(jié)會縮短墊的壽命。
傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方法的問題是可能過度調(diào)節(jié)，例如，過早地用壞拋光墊。每次更換墊時，必須在其上拋光一個到幾個晶片，并測量拋光結(jié)果，以確定該設備將產(chǎn)生所需要的拋光。這引起加工延遲并使設備效率降低。
為了延長該墊的壽命，可以根據(jù)整個平整表面(planarizing surface)上廢物的分布情況，沿CMP墊表面，選擇性調(diào)節(jié)拋光墊的部分區(qū)域，或改變調(diào)節(jié)元件(例如，調(diào)節(jié)盤108)向下的力。延長墊壽命的其它方法包括根據(jù)拋光墊的非均勻性，改變在整個該拋光墊表面的調(diào)節(jié)方式(conditioning recipe)。然而，這些報道的CMP工藝一般更關注改進CMP工藝，例如，改進晶片內(nèi)非均勻性(within wafer non-uniformity)，而不是延長墊壽命。
能延長墊壽命并因此減少墊的更換頻率的方法和設備為所述晶片制造工藝顯著地節(jié)省費用。
發(fā)明概述本發(fā)明關于調(diào)節(jié)拋光墊的平整表面，以便延長該墊的工作壽命的方法、系統(tǒng)和介質(zhì)。尤其是，本發(fā)明的至少一些實施例利用墊磨損和晶片平面化工藝的物理和/或化學模型(這些模型可以作為單一模型或多重模型執(zhí)行)來預測拋光墊性能和延長墊壽命。這使得用單個拋光墊所能拋光的半導體晶片或其它基片的數(shù)目增加，從而在CMP工藝中，在延長墊壽命和減少用于墊更換的時間兩個方面，顯著地節(jié)省了費用。
該模型根據(jù)“調(diào)節(jié)”該調(diào)節(jié)工藝的操作參數(shù)來預測拋光效率(晶片材料去除速率)。在本發(fā)明的至少一些實施里中，調(diào)節(jié)的操作參數(shù)包括調(diào)節(jié)期間的調(diào)節(jié)盤(這里盤被用于調(diào)節(jié))的角速度方向(angulardirection)和角速度(angular velocity)，也可以包括其它因素，諸如調(diào)節(jié)頻率和調(diào)節(jié)時間。該模型選擇并隨后保持拋光墊調(diào)節(jié)參數(shù)在一范圍內(nèi)，該范圍是在提供可以接受的晶片材料去除速率的同時，不過度調(diào)節(jié)該墊的范圍。因此，本發(fā)明提供對該CMP拋光工藝的前饋和反饋控制的工藝。
在本發(fā)明的一個方式中，在具有拋光墊和調(diào)節(jié)盤的CMP設備中調(diào)節(jié)平整表面的方法包括在該CMP設備中，在第一套調(diào)節(jié)參數(shù)下拋光晶片，選擇該套參數(shù)以將晶片材料去除速率保持在預選的最大和最小去除速率范圍內(nèi)；測量在所述的拋光步驟中的晶片材料去除速率；根據(jù)所述晶片材料去除速率，計算校正的墊調(diào)節(jié)參數(shù)以保持晶片材料去除速率在最大和最小去除速率范圍內(nèi)；使用該校正的墊調(diào)節(jié)參數(shù)調(diào)節(jié)該拋光墊。利用墊磨損和墊恢復模型，通過將晶片材料的去除速率作為包括調(diào)節(jié)盤旋轉(zhuǎn)速度和方向的墊調(diào)節(jié)參數(shù)的函數(shù)來計算該校正墊調(diào)節(jié)參數(shù)；確定計算的和測量的晶片材料去除速率的差別，并且計算校正的墊調(diào)節(jié)參數(shù)來減小所述的差別，其中該校正的調(diào)節(jié)參數(shù)根據(jù)方程k＝(k1)+g*(k-(k1))校正，這里k是測量的參數(shù)，k1是計算的參數(shù)估計，g是估計增益，(k-(k1))是預測誤差。
在本發(fā)明的至少一些實施例中，該第一套調(diào)節(jié)參數(shù)憑經(jīng)驗，或利用歷史的數(shù)據(jù)，或利用實驗設計(DOE)的結(jié)果確定。
在本發(fā)明的至少一些實施例中，墊磨損和墊恢復模型的墊調(diào)節(jié)參數(shù)還包括調(diào)節(jié)期間的調(diào)節(jié)頻率，或調(diào)節(jié)時間，或調(diào)節(jié)盤的平移速度(translational speed)。
在本發(fā)明的至少一些實施例中，確定該晶片材料去除速率步驟包括測量拋光前和拋光后的該晶片厚度。
在本發(fā)明的至少一些實施例中，計算步驟(c)中校正的墊調(diào)節(jié)參數(shù)的步驟包括執(zhí)行遞歸最優(yōu)化工藝，或在至少一些實施例中，包括計算調(diào)節(jié)參數(shù)以便該參數(shù)在確定的最大和最小值范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的至少一些實施例中，該增益是被測量的參數(shù)中變化性或可靠性的指示，該增益值大約在0.5到1.0的范圍內(nèi)，或大約在0.7到0.9的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的至少一些實施例中，通過確定所述墊磨損和墊調(diào)節(jié)模型的輸出與該晶片材料去除步驟(c)的差別來計算校正的調(diào)節(jié)參數(shù)。在至少一些實施例中，這一差別被最小化。
在本發(fā)明的至少一些實施例中，步驟(b)到(e)被重復。
在本發(fā)明的至少一些實施例中，晶片材料去除速率的最大值是該晶片材料去除速率與向下調(diào)節(jié)力關系曲線的飽和點值，或在至少一些實施例中，晶片材料去除速率的最大值是初始速率，或在至少一些實施例中，晶片材料去除速率的最小值由最大可接受晶片拋光時間來定義。
在本發(fā)明的至少一些實施例中，該晶片材料去除速率用方程定義RemovalRate]minmax=f(ωdisk]minmax,f]minmax,tconditioning]minmax,direction,T2]minmax)]]>這里ωdisk是該拋光墊調(diào)節(jié)期間的該調(diào)節(jié)盤的角速度，t是調(diào)節(jié)時間，f是調(diào)節(jié)頻率，方向是調(diào)節(jié)盤的旋轉(zhuǎn)方向，T2是調(diào)節(jié)期間該調(diào)節(jié)盤的掃過速度(sweeping speed)。
在本發(fā)明的另一方式中，調(diào)節(jié)用于拋光基片的拋光墊的設備包括有一個可位于拋光墊的平整表面之上的臂的運載組件(carrierassembly)；與運載組件連接的調(diào)節(jié)盤；以及能控制該調(diào)節(jié)盤操作參數(shù)的制動器；可耦合到該制動器的控制器，該控制器操縱該制動器來調(diào)整作為墊磨損和墊恢復模型函數(shù)的該調(diào)節(jié)盤的該操作參數(shù)，該模型根據(jù)調(diào)節(jié)墊旋轉(zhuǎn)速度和方向預測該晶片材料去除速率。
在本發(fā)明的至少一些實施例中，利用墊磨損和墊恢復模型，通過將晶片材料的去除速率作為包括調(diào)節(jié)盤旋轉(zhuǎn)速度和方向的墊調(diào)節(jié)參數(shù)的函數(shù)來計算該校正墊調(diào)節(jié)參數(shù)；以及確定計算和測量的晶片材料去除速率間的差別以及計算校正的墊調(diào)節(jié)參數(shù)以減小所述差別，其中校正調(diào)節(jié)參數(shù)根據(jù)所述方程k＝(k1)+g*(k-(k1))來校正，這里k是測量的參數(shù)，k1是計算的參數(shù)，g是估計增益，(k-(k1))是預測誤差。
在至少一些實施例中，該墊磨損和墊恢復模型的該墊調(diào)節(jié)參數(shù)還包括調(diào)節(jié)期間的調(diào)節(jié)頻率，調(diào)節(jié)時間，或調(diào)節(jié)盤速度。
在本發(fā)明的至少一些實施例中，該增益是所測量的參數(shù)中的變化性和可靠性的指示。
在本發(fā)明的另一方式中，提供生成用于從晶片上去除材料的拋光墊的墊調(diào)節(jié)最優(yōu)化的墊磨損和墊調(diào)節(jié)模型的一種方法，該方法包括a)確定至少一個墊調(diào)節(jié)參數(shù)和晶片去除速率之間的關系；b)為至少一個墊調(diào)節(jié)參數(shù)和該晶片材料去除速率確定最大和最小值；以及c)記錄這些關系及至少一個墊調(diào)節(jié)參數(shù)和晶片去除速率的最小和最大值。
在本發(fā)明的至少一些實施例中，所述至少一個墊調(diào)節(jié)參數(shù)包括多個參數(shù)，而且該晶片去除速率被定義為多個墊調(diào)節(jié)參數(shù)的加權(quán)函數(shù)，或在至少一些實施例中，所述至少一個墊調(diào)節(jié)參數(shù)包括調(diào)節(jié)盤旋轉(zhuǎn)速度，或在至少一個實施例中，所述至少一個墊調(diào)節(jié)參數(shù)還包括調(diào)節(jié)盤旋轉(zhuǎn)方向。
在本發(fā)明的至少一些實施例中，所述至少一個墊調(diào)節(jié)參數(shù)包括從由調(diào)節(jié)盤向下的力、調(diào)節(jié)盤的旋轉(zhuǎn)速率和方向，調(diào)節(jié)頻率和調(diào)節(jié)持續(xù)時間，以及調(diào)節(jié)盤平移速度所組成的參數(shù)組中選擇的一個或多個參數(shù)。
在本發(fā)明的至少一些實施例中，至少一個調(diào)節(jié)參數(shù)和晶片去除速率之間的關系通過逐漸改變該調(diào)節(jié)參數(shù)和測量成品晶片的去除速率來確定。
在本發(fā)明的至少一些實施例中，調(diào)節(jié)參數(shù)的最大值是高于該值時觀察不到晶片去除速率步進遞增(incremental increase)的值，或在至少一些實施例中，調(diào)節(jié)參數(shù)的最小值是提供最小晶片去除速率的值。
在本發(fā)明的至少一些實施例中，本發(fā)明還包括在所述CMP設備中，在第一套墊調(diào)節(jié)參數(shù)下拋光晶片，該套參數(shù)的選擇是為將晶片材料去除速率保持在預選的最小和最大去除速率范圍內(nèi)，這些參數(shù)包括調(diào)節(jié)盤旋轉(zhuǎn)速度和方向；確定發(fā)生在所述的拋光步驟期間的晶片去除速率；根據(jù)所述確定的晶片材料去除速率和該墊磨損和調(diào)節(jié)模型計算校正的墊調(diào)節(jié)參數(shù)以便將晶片去除速率保持在最大和最小去除速率范圍內(nèi)；以及利用所述校正墊調(diào)節(jié)參數(shù)調(diào)節(jié)該拋光墊。
在本發(fā)明的至少一些實施例中，通過確定墊磨損和調(diào)節(jié)模型的輸出和所述確定的晶片材料去除速率之間的差別來計算該校正的墊調(diào)節(jié)參數(shù)，或在至少一些實施例中，該校正的墊調(diào)節(jié)參數(shù)根據(jù)所述方程k＝(k-1)+g*(k-(k-1))來校正，這里k是測量的晶片材料去除速率，k1是計算的晶片材料去除速率，g是估計增益，(k-(k1))是預測誤差。
在本發(fā)明的另一方式中，提供計算機可讀介質(zhì)，其具有被計算機執(zhí)行的指令，這些指令包括用于化學機械拋光工藝的計算機-執(zhí)行軟件應用程序。執(zhí)行該工藝的這些指令包括a)從化學機械拋光設備中接受與在該化學機械拋光過程中處理的至少一個晶片的所述晶片去除速率相關的數(shù)據(jù)；以及b)從步驟(a)的所述數(shù)據(jù)，計算在定義的最大值和最小值范圍內(nèi)的校正的墊調(diào)節(jié)參數(shù)，其中該校正的墊調(diào)節(jié)參數(shù)通過確定墊磨損和調(diào)節(jié)模型輸出以及步驟(a)的所述數(shù)據(jù)之間的差別來計算。
在本發(fā)明的至少一些實施例中，計算校正的調(diào)節(jié)參數(shù)包括計算參數(shù)以使該參數(shù)在確定的最小和最大值范圍內(nèi)，或在至少一些實施例中，計算步驟(b)中的校正的墊調(diào)節(jié)參數(shù)包括執(zhí)行遞歸最優(yōu)化工藝。
在本發(fā)明的至少一些實施例中，晶片材料去除速率的最大值是晶片材料去除速率和向下調(diào)節(jié)力的關系曲線的飽和點值，或在至少一些實施例中，晶片材料去除速率的最大值是初始速率，或在至少一些實施例中，晶片材料去除速率的最小值由最短可接受晶片拋光時間定義。
在本發(fā)明的至少一些實施例中，使用先于計算的校正的墊調(diào)節(jié)參數(shù)的估計增益來調(diào)整該差別。
在本發(fā)明的另一方式中，提供在化學機械拋光(CMP)設備中調(diào)節(jié)平整表面的方法，所述設備帶有拋光墊，晶片放在其上以從該晶片上去除材料，并將調(diào)節(jié)盤放在其上對該拋光墊進行調(diào)節(jié)，該方法包括a)通過(i)確定至少一套墊調(diào)節(jié)參數(shù)和晶片材料去除速率之間的關系；
(ii)為每個所述至少一個墊調(diào)節(jié)參數(shù)和晶片材料去除速率確定最大和最小值；(iii)記錄這些關系及所述至少一個墊調(diào)節(jié)參數(shù)和晶片去除速率的最小和最大值；生成一個墊磨損和墊調(diào)節(jié)模型，該模型將晶片材料去除速率定義為墊調(diào)節(jié)參數(shù)的函數(shù)；b)在該CMP設備中，在第一套包括調(diào)節(jié)盤旋轉(zhuǎn)速度和方向的墊調(diào)節(jié)參數(shù)下拋光晶片，選擇該套參數(shù)用于將晶片材料去除速率保持在預選的最小和最大去除速率范圍內(nèi)；c)確定在所述拋光步驟中的晶片材料去除速率；d)根據(jù)所述步驟(b)所述確定的晶片材料去除速率和所述墊磨損和調(diào)節(jié)模型計算校正的墊調(diào)節(jié)參數(shù)，以便將晶片材料去除速率保持在最大和最小去除速率范圍內(nèi)；以及f)利用校正的調(diào)節(jié)參數(shù)調(diào)節(jié)該拋光墊。
在本發(fā)明的另一方式中，在化學機械拋光(CMP)設備中調(diào)節(jié)平整表面的系統(tǒng)，所述設備帶有拋光墊，晶片放在其上以從該晶片上去除材料，并將調(diào)節(jié)盤放在其上以對該拋光墊進行調(diào)節(jié)該系統(tǒng)包括a)墊磨損和調(diào)節(jié)模型，該模型將晶片材料去除速率定義為包括調(diào)節(jié)盤的旋轉(zhuǎn)和方向的至少一個墊調(diào)節(jié)參數(shù)的函數(shù)；b)用于在CMP設備中拋光晶片的拋光裝置；c)用于確定晶片材料去除速率的測量裝置；d)根據(jù)利用步驟(c)的裝置和墊磨損和調(diào)節(jié)模型校正墊調(diào)節(jié)參數(shù)將晶片材料去除速率保持在最大和最小去除速率范圍內(nèi)的的計算裝置。
這樣，通過利用適當?shù)恼{(diào)節(jié)角速度以將晶片去除速率保持在可接受的范圍內(nèi)，以及當去除速率下降到可接受的去除速率以下時，通過反轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)方向和/或調(diào)整角速度或其它調(diào)節(jié)參數(shù)，都可延長拋光墊的壽命。將“萬能標準”的方法應用到墊調(diào)節(jié)參數(shù)，例如，不考慮晶片材料去除速率的實際變化而確定調(diào)節(jié)參數(shù)的方法，傳統(tǒng)工藝會過度補償，這樣去除的墊材料比必須的多，并且加速墊磨損。相反，本發(fā)明通過確定僅對重調(diào)節(jié)受損墊最低限度所需要的因素來提供改進的調(diào)節(jié)參數(shù)。
參照下面的附圖及相關詳細描述，可以更充分地理解本發(fā)明的各種目的，特征，和優(yōu)點。
圖1A-B顯示一CMP機。圖1A顯示一傳統(tǒng)的CMP機的俯視圖。圖1B顯示圖1A的該傳統(tǒng)CMP機沿線A-A剖開的側(cè)剖視圖。
圖2顯示晶片材料去除速率和出現(xiàn)在圖3B和3C之間的去除速率的平衡狀態(tài)的指數(shù)衰減的實例。
圖3A-C是拋光墊的剖視圖。圖3A是一個新拋光墊的視圖。圖3B是經(jīng)過單次(幾次)調(diào)節(jié)后拋光墊的視圖。圖3C顯示一舊拋光墊，通過重復的調(diào)節(jié)其表面的粗糙度已經(jīng)被消除。
圖4A-C是拋光墊的剖視圖。圖4A是一新拋光墊的視圖。圖4B是在第一個角度方向調(diào)節(jié)操作后的拋光墊的視圖。圖4C顯示在相反的該角方向調(diào)節(jié)后的同一個拋光墊。
圖5是一反饋回路的流程圖，該回路在CMP工藝最優(yōu)化的至少一些實施例中使用。
圖6是一流程圖，說明數(shù)據(jù)采集和墊磨損和調(diào)節(jié)模型的生成的一個示例。
圖7是基于圖3和圖4的拋光墊磨損模型，該模型用于在一CMP工藝中預測和最優(yōu)化所述晶片去除速率。
圖8是基于圖3和圖4的拋光墊恢復模型，該模型用于在一CMP工藝中預測和最優(yōu)化所述晶片去除速率。
圖9是基于圖5和6的模型，其被用于預測和修改CMP操作參數(shù)以最優(yōu)化晶片工藝。
圖10是一用在本發(fā)明的至少一些實施例中的CMP機的側(cè)剖視圖。
圖11是用在本發(fā)明的至少一些實施例中的計算機系統(tǒng)的框圖，該系統(tǒng)包括工具表示(tool representation)和存取控制(access control)。
圖12是根據(jù)本發(fā)明的至少一些實施例的軟盤圖示說明，該軟盤可存儲根據(jù)本發(fā)明的至少一些實施例的軟件的各個部分。
具體實施例方式
這里描述用于最大限度地延長拋光墊的壽命的CMP工藝的前饋和反饋控制的新穎方法。因為拋光墊可以在一段較長時間內(nèi)拋光更多晶片而無需更換或調(diào)整(例如，該墊損壞部分的去除)，延長墊壽命意味著減少CMP工藝的停機時間。術(shù)語晶片在一般意義上被用于包括任何需要拋光的基本平的物體。晶片包括，除單片結(jié)構(gòu)(monolith structure)外，具有一層或多層或薄膜或沉積其上的其它結(jié)構(gòu)的基片。
在CMP工藝中，該拋光墊表面需要維持一定程度的粗糙度和彈性以便提供要求的晶片材料去除速率。該墊的粗糙度和彈性隨著晶片拋光的進行而減小，因此減小了該晶片材料的去除速率。初始的拋光墊表面情況(表面凸起(asperity)320)見圖3A所示，此時表面粗糙度處于最大值。將該墊用于拋光后，這些凸起被推倒，且常常推倒的方向不同。為了對此補償并恢復該墊的至少一些粗糙度，利用例如一調(diào)節(jié)盤調(diào)節(jié)該墊，該調(diào)節(jié)盤例如在圖3B中箭頭340指示的方向旋轉(zhuǎn)。雖然在這里用盤式調(diào)節(jié)器描述本發(fā)明，但是也特別設想了其它調(diào)節(jié)機構(gòu)的使用。然而，這將方向偏移(directional bias)引入到墊表面特征320。利用相同調(diào)節(jié)方向的后續(xù)調(diào)節(jié)操作可能導致墊表面凸起的方向性更強，因此阻礙了墊內(nèi)漿料的流動，并且減小了該墊凸起和該拋光晶片之間的接觸表面。這可通過圖3C所示的凸起320的更大的方向偏移性看出。結(jié)果，隨著墊表面特征的方向偏移的增大，晶片材料的去除速率惡化。圖2顯示由于圖3A-C顯示的調(diào)節(jié)過程所引起的去除速率隨著時間的延長而降低。
圖4A，4B和4C給出用于克服上述偏移問題的簡化模型，其中調(diào)節(jié)盤的角速度方向是變換的。首先參見圖4A，該圖顯示初始拋光墊表面情況。通過將拋光墊400與以第一角速度(例如，順時針方向，如圖4B的箭頭420指示)運動的調(diào)節(jié)盤接觸來調(diào)節(jié)該拋光墊400，這給該拋光墊表面特征440引入了某些方向性。在后續(xù)的調(diào)節(jié)操作中，將該調(diào)節(jié)盤的角速度方向反轉(zhuǎn)(例如，逆時針方向，用圖4C中的箭頭460表示)，以便消除(undue)先前的調(diào)節(jié)操作的影響。改變調(diào)節(jié)速度和方向使該表面的粗糙度和彈性變大。如圖4A，4B和4C所示的過程可以在該墊的整個壽命周期重復進行，直到該墊沒有活性部位(activesite)可用為止。
這樣，該拋光墊可以在第一方向調(diào)節(jié)預定的次數(shù)，之后調(diào)節(jié)方向反轉(zhuǎn)。隨著該墊的老化，特定方向的調(diào)節(jié)操作的最佳數(shù)目可能改變(減少)。用于墊調(diào)節(jié)和恢復的模型相應地調(diào)整該過程。
上述的在晶片平面化和拋光墊調(diào)節(jié)期間的機械加工過程提供了用于最佳化平面化工藝的模型。通過根據(jù)該模型調(diào)整墊調(diào)節(jié)參數(shù)，可以延長該墊壽命而不減小該晶片材料去除速率。特別是，所述調(diào)節(jié)盤的速度和方向，可選擇的其它操作變量，諸如調(diào)節(jié)頻率，調(diào)節(jié)時間，在整個該墊表面的調(diào)節(jié)盤的平移(transitional)速度，在前饋和反饋回路中被調(diào)整，該回路用于預測并隨后最優(yōu)化墊調(diào)節(jié)操作參數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施例，基于對所述晶片拋光工藝的了解，生成了一個初始模型，將該模型用于圖5所示的本發(fā)明的至少一些實施例中?；谒龀跏寄Ｐ?，例如，該晶片和拋光墊參數(shù)保持不變，確定初始處理條件，這樣對給定的一套調(diào)節(jié)參數(shù)將提供晶片材料去除速率在一預選的最小和最大值范圍之間，以下稱為晶片材料去除速率的“可接受的”范圍。選擇所述條件來避免墊的過度調(diào)節(jié)。
參見圖5，根據(jù)步驟500中的初始條件拋光晶片。在步驟510中，測量被拋光晶片的厚度并計算晶片材料的去除速率，其信息隨后被用在反饋回路以將晶片材料去除速率維持在可接受的范圍內(nèi)。將實際去除速率和預測去除速率(得自該墊磨損模型)進行比較。根據(jù)本發(fā)明的模型在步驟520中偏離(deviation)，即，預測誤差(prediction error)，被用于調(diào)整墊調(diào)節(jié)參數(shù)以便補償如在該模型中所確定的該拋光墊的減小的拋光能力，和/或修正任何未模擬的效應。在步驟530中，根據(jù)校正的調(diào)節(jié)參數(shù)調(diào)節(jié)該拋光墊。在步驟540中重復拋光，并通過重復步驟510-530，拋光結(jié)果被用于進一步校正拋光條件。
通過將所述晶片材料去除速率和調(diào)節(jié)參數(shù)保持在預選的最小和最大范圍內(nèi)，避免墊的過度調(diào)節(jié)；即，可以使用調(diào)節(jié)參數(shù)正好足以恢復拋光墊的效率，但是不會過度地損壞墊。在操作中，可選擇得到能產(chǎn)生與最小可接受速率接近的晶片材料去除速率的墊調(diào)節(jié)參數(shù)，因為這些調(diào)節(jié)的影響因素較弱，因此，更有可能避免對該拋光墊的過度調(diào)節(jié)。然而，應當謹慎(或至少認識到)操作不要太接近該最小去除速率，因為墊狀況的突然退化可能引起該晶片去除速率降到最小可接受速率以下。
參照特定拋光系統(tǒng)進行墊調(diào)節(jié)最優(yōu)化。即，延長墊壽命時間的條件對正在被拋光的晶片類型，漿料及該拋光墊的組成(composition)來說是特定的。一旦晶片/漿料/拋光墊系統(tǒng)被確定，即可使用在此生成及論述的模型將該系統(tǒng)特征化。示例性的拋光墊和晶片參數(shù)包括拋光墊尺寸，拋光墊組成，漿料成分，晶片成分，拋光墊的旋轉(zhuǎn)速度，拋光墊壓力，以及該晶片的平移速度。
在本發(fā)明的至少一些實施例中，可以想象對可能用于用給定類型的晶片生產(chǎn)的每一個漿料/拋光墊晶片組合(即，對每一不同型號/牌子的漿料和每一型號/牌子的墊)產(chǎn)生單一模型(或至少復合模型的補充)。
圖6顯示在本發(fā)明的至少一些實施例中，生成所述墊磨損和調(diào)節(jié)模型的步驟流程圖。在步驟600的實驗設計(DOE)中，即，用于定義該模型的一組實驗，晶片材料去除速率和第一套調(diào)節(jié)參數(shù)x1之間的關系，例如，調(diào)節(jié)盤角速度(rpm)是用該選定的拋光系統(tǒng)確定的。通過測量在不同的調(diào)節(jié)盤的角速度下的晶片材料去除速率，并使參數(shù)如拋光壓力及拋光持續(xù)時間等保持不變來確定該關系。這樣，在特定的條件下，例如，對特定的時間在特定的拋光墊和晶片速度下，拋光晶片，并確定材料去除速率。墊調(diào)節(jié)和晶片拋光(所述“拋光操作”)可以同時進行，即，利用如圖10所示的設備，或墊調(diào)節(jié)跟著進行晶片拋光。該調(diào)節(jié)盤速度從晶片到晶片(厚度測量到厚度測量)逐漸增大，而其它參數(shù)保持不變。該晶片去除速率再一次被確定?？梢援a(chǎn)生如圖7所示的曲線，該曲線說明了對一給定拋光系統(tǒng)，所述調(diào)節(jié)盤速度對所述晶片的材料去除速率的影響(所有其它參數(shù)保持不變)。該曲線被表示成對感興趣的去除速率的線性曲線，但是，在本發(fā)明的至少一些實施例中，其可以是非線性的，例如二次或指數(shù)曲線。
在圖6的步驟610中，如本發(fā)明的至少一些實施例所預期的，確定該調(diào)節(jié)參數(shù)的最小和最大值。參見圖7，曲線700表示對給定的一套操作參數(shù)，晶片材料去除速率隨時間的變化(該時間用被拋光的晶片數(shù)目確定)。該去除速率被描繪成隨時間線性降低直到達到一平衡速率(equilibrium rate)，其可以(但不要求)低于最小去除速率770，該最小去除速率由操作者確定，例如，根據(jù)生產(chǎn)需要確定。該曲線的斜率用角θ1描述。在至少一些實施例中，該曲線可以是線性的或非線性的，例如，指數(shù)或二次曲線等。如果需要最小晶片通過率，那么最小晶片材料去除速率由生產(chǎn)目標規(guī)定。最大晶片去除速率795被定義為初始去除速率。
對不同的調(diào)節(jié)盤速度(這里顯示增加的速度)可以產(chǎn)生系列曲線720，740，760。去除速率范圍780為該模型限定了去除速率的最大和最小值，其中最大速率是初始去除速率，而最小去除速率是由生產(chǎn)確定的。曲線700，720，740，760與最小去除速率的交點定義了可以在限定的墊調(diào)節(jié)參數(shù)下拋光的晶片的上限。角θ1，θ2，θ3和θ4分別用平衡曲線790與曲線700，720，740，760的交點定義。θ值是描述該拋光工藝對調(diào)節(jié)參數(shù)的響應的。θ值越大，該曲線斜率越陡，該平面化工藝對調(diào)節(jié)參數(shù)越敏感。
在步驟620，如本發(fā)明的至少一些實施例所預期的，晶片材料去除速率和第二調(diào)節(jié)參數(shù)例如墊調(diào)節(jié)方向之間的關系被在同一所述拋光系統(tǒng)中確定。在步驟630，x2，該第二套調(diào)節(jié)參數(shù)的最大和最小值及晶片材料去除速率被確定。
如上所述參見圖3和4，一旦達到平衡晶片材料去除速率或最小可接受材料去除速率，通過反轉(zhuǎn)墊調(diào)節(jié)所述方向(見圖4C)恢復是可能的。參見圖8，產(chǎn)生一曲線來說明調(diào)節(jié)墊旋轉(zhuǎn)方向?qū)コ俾实挠绊?所有其它的變量保持不變)。曲線800說明了對一給定角速度，當憑借在反方向的調(diào)節(jié)減輕了拋光墊表面的變平程度時，該晶片材料去除速率隨時間(用拋光的晶片數(shù)目確定)延長而增加。圖中顯示，該去除速率隨時間線性增加，直到達到飽和點810，該點一般小于該墊的初始最大去除速率。在本發(fā)明的至少一些實施例中，該曲線可以是線性的或非線性的，例如，指數(shù)或二次曲線等。額外的拋光導致由相反方向的取向引起的表面粗糙度的降低，所以晶片材料去除速率又會下降。這樣，在曲線的最大點，定義最大晶片材料去除速率815。如上所述，如果需要最小晶片通過率，可操作的最小晶片材料去除速率815可以由生產(chǎn)目標提出。去除速率范圍880為所述墊恢復模型定義了該去除速率的最大值和最小值。
在本發(fā)明的至少一些實施例中，對所述調(diào)節(jié)盤的不同速度也產(chǎn)生了系列曲線820，840，860。每一曲線達到最大值然后下降，該最大值代表由調(diào)節(jié)方向的反轉(zhuǎn)引起的拋光墊最佳恢復。對每一曲線800，820，840，860分別定義了角φ1，φ2，φ3和φ4。φ值描述該拋光墊的恢復。φ值越大，所述曲線斜率越陡，恢復工藝對調(diào)節(jié)參數(shù)越敏感。因為，對一條以一個給定的角速度及θ＞φ調(diào)節(jié)的給定的實例曲線，通過調(diào)節(jié)方向的反轉(zhuǎn)不可能完全補償墊磨損。
根據(jù)上面的模型，晶片材料去除速率中的最大恢復一旦達到，該晶片材料去除速率又將下降，并且接近最小可接受的去除速率。該調(diào)節(jié)盤的方向再一次反轉(zhuǎn)，而且晶片材料去除速率有望再一次增加。在圖8恢復曲線中的系列最大值的每一個都會減小，直到在最小去除速率之上操作(performance)不再可能。這時，提高調(diào)節(jié)速度以將去除速率帶回到可接受的范圍?，F(xiàn)在用較高速度的模型來預測未來操作。
這些研究的結(jié)果提供最大和最小晶片材料去除速率，以及在不同調(diào)節(jié)速度下的操作。另外，可以確定與曲線斜率相關的恒量θ1-θ4及φ1-φ4的值。雖然上述實驗設計顯示了一個調(diào)節(jié)參數(shù)，其說明晶片去除速率隨參數(shù)大小的增大而增，但是，要意識到相反的關系也可能存在，這樣最小參數(shù)值產(chǎn)生最大的晶片去除速率。相應地可以調(diào)整該模型。對本領域公知的拋光墊，晶片和漿料的任意組合可以確定最大和最小值的條件。其它的參數(shù)，直到xn，可以包括在該模型中，其最小和最大值可以如步驟640和650所指示的那樣確定。
該模型可以表達為反應該系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)，或其可以用方程表示，例如多輸入-多輸出線性、二次和非線性方程，這些方程用于描述該系統(tǒng)各變量之間的關系。在步驟660中，基于上述模型，利用各種方法構(gòu)建反饋和前饋控制算法。例如，可以將所述晶片去除速率定義為所有所述墊調(diào)節(jié)參數(shù)x1到xn的加權(quán)貢獻(weighted contribution)。利用各種方法，例如遞歸參數(shù)估計(recursive parameter estimation)，該算法被用于最優(yōu)化調(diào)節(jié)參數(shù)。遞歸參數(shù)估計被用于諸如此類情形，在這些情形，在接收到輸入-輸出數(shù)據(jù)同時，即可在線模擬(model on line)。遞歸參數(shù)估計非常適合在線決策，例如自適應控制(adaptive control)或自適應預測(adaptive prediction)。關于識別算法和原理的更詳細的內(nèi)容，見新澤西上鞍河(Upper Saddle River) 的Prentice Hall出版公司1999年出版的，L·揚所著“系統(tǒng)識別-給使用者的理論”的第2版。
在本發(fā)明的至少一些實施例中，所述CMP墊壽命是表面粗糙度和墊彈性的函數(shù)，如方程1所示PadLife＝f(surface roughness，elasticity)(1)在本發(fā)明的至少一些實施例中，根據(jù)方程2描述所述晶片材料去除速率為RemovalRate]minmax=f(ωdisk]minmax,f]iminmax,tconditioning]minmax,direction,T2]minmax)---(2)]]>這里ωdisk是在所述拋光墊調(diào)節(jié)期間，所述調(diào)節(jié)盤的所述角速度(旋轉(zhuǎn)速度，例如rpm)，方向是旋轉(zhuǎn)的方向，即所述調(diào)節(jié)盤的順時針和逆時針方向，T2是所述調(diào)節(jié)盤移過整個墊表面的平移速度，見圖10中示例性的CMP設備(下面將詳細描述該設備)，tconditioning是調(diào)節(jié)持續(xù)時間，f是調(diào)節(jié)頻率。頻率被作為間隔來測量，例如，在各調(diào)節(jié)操作之間的被拋光的晶片數(shù)目，而方向按上述方式定義。例如，頻率1的意思是在每一晶片被拋光后調(diào)節(jié)所述墊，而頻率3的意思是在每三個晶片被拋光后調(diào)節(jié)墊。掃過速度是該調(diào)節(jié)盤移動過該整個拋光墊表面的速度。該移動用圖10中的箭頭T2指示。為了最初研究的目的，在本發(fā)明的至少一些實施例中，假設t(時間)，T2(掃過速度)，f(頻率)保持不變。
目標函數(shù)(objective function)是通過控制該調(diào)節(jié)盤的速度和方向，以及可選擇地，通過控制其它參數(shù)，諸如調(diào)節(jié)頻率和持續(xù)時間，所述調(diào)節(jié)盤向下的力，該調(diào)節(jié)盤掃過所述墊表面的平移速度，將去除速率保持在最小和最大可允許范圍內(nèi)(“可接受速率”)。每一個該調(diào)節(jié)參數(shù)也被保持在其被確定的邊界條件內(nèi)，即最大和最小值內(nèi)。
然后可以將從該模型獲得的這些CMP參數(shù)(變量)和常數(shù)編程進入計算機，之后，該計算機可不斷地監(jiān)控并適當?shù)馗淖児に囘^程中的所述參數(shù)以提高所述晶片去除速率和所述墊壽命，如圖9所示。來自基礎研究901的參數(shù)被輸入到該計算機或其它控制器902和估計器(estimator)903，該控制器902運行該晶片拋光程序，該估計器903監(jiān)控并修改所述工藝參數(shù)。實際輸出(即，測量的去除速率)904被監(jiān)控并將其與估計器903計算的預測輸出(即，目標去除速率)905比較。確定該實際輸出904和該預測輸出905之間的差別906并將907報告給該估計器903，然后，903適當?shù)貫楣ば?02生成校正參數(shù)908。
基于下面方程3為反饋控制校正模型參數(shù)。
k＝(k1)+g*(k-(k1)) (3)這里k是當前參數(shù)，k1是先前估計參數(shù)，g是估計增益，(k-(k1))是預測誤差。估計增益是由使用者選擇的常數(shù)，其被用做機器誤差或變化性的衡量標準(measure)。增益因子(gain factor)可以憑經(jīng)驗或用統(tǒng)計方法確定。在至少一些實施例中，該增益大約在0.5到1.0范圍，或在至少一些實施例中，大約在0.7到0.9范圍.
通過例子，可以如上述的那樣，為感興趣的拋光系統(tǒng)生成一系列的曲線，以確定晶片去除速率與調(diào)節(jié)盤旋轉(zhuǎn)速度及方向之間的關系。除了正在被研究的參數(shù)以外，所有的操作條件保持不變，用標準拋光工序生成曲線。示例性的保持不變的拋光墊和晶片參數(shù)包括拋光墊尺寸，拋光墊組成，晶片成分，拋光時間，拋光力，該拋光墊的旋轉(zhuǎn)速度，以及該晶片的旋轉(zhuǎn)速度。可變參數(shù)至少包括調(diào)節(jié)盤的角速度和方向；然而，其它參數(shù)也可以包括在該模型中。利用如圖6所示的本發(fā)明的至少一些實施例的模型，和如在如圖7和8中生成的曲線，確定θ1-θ4，φ1-φ4值，晶片材料去除速率的最小和最大值，向下的調(diào)節(jié)力以及調(diào)節(jié)盤的旋轉(zhuǎn)速度。既可以憑經(jīng)驗也可以用歷史數(shù)據(jù)或來自DOE的數(shù)據(jù)，定義模擬晶片平面化的算法，并可以為感興趣的拋光系統(tǒng)確定第一套墊調(diào)節(jié)參數(shù)。
將模擬所述墊磨損和墊恢復工藝的算法輸入到估計器，并且根據(jù)該模型計算預測的晶片材料去除速率。將所述實際結(jié)果與所述預測結(jié)果進行比較，并且將預測誤差反饋到估計器以重新定義該模型。然后確定新的調(diào)節(jié)參數(shù)?；谠诖嗣枋龅哪Ｐ停@些參數(shù)足以使墊表面恢復活力而又不過度調(diào)節(jié)。這樣，即為所述校正的調(diào)節(jié)參數(shù)選擇符合該模型標準的調(diào)節(jié)參數(shù)的最小增量。該校正模型的后續(xù)評估將確定該校正的調(diào)節(jié)參數(shù)適合所述工藝的程度。如果需要，可以做進一步的修改，直到該工藝最優(yōu)化。
在本發(fā)明的至少一些實施例中，用圖7和8顯示的遞增曲線以由示例定義的不連續(xù)遞增或步驟校正該調(diào)節(jié)參數(shù)。生成合適的曲線數(shù)目以使步驟小到可以對調(diào)節(jié)參數(shù)進行較小的調(diào)整。
還有，在本發(fā)明的至少一些實施例中，通過給這些合適的參數(shù)插入值可以確定所述校正的調(diào)節(jié)參數(shù)，這些參數(shù)可以位于各曲線間。在初始產(chǎn)生的曲線只有幾條，以及實驗結(jié)果不能提供對這些參數(shù)的精確分辨的情況下，插值法可能是合適的。
雖然從所述預測速率得到的偏離，部分地反映了該模型不能說明對該工藝有貢獻的所有的因素(這可以用反饋工藝的后續(xù)迭代(subsequent iteration)得到改進)，但是，所述預測晶片材料去除速率隨時間的偏離表明在CMP墊拋光中的退化。通過辨別和修改所述墊調(diào)節(jié)工藝來解決拋光能力的這些變化，可以保持最佳的晶片材料去除速率而不過度調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)墊，例如，在所述系統(tǒng)的飽和點以上操作。
該方法的另一特點是用增益因子來限制預測誤差，如方程3所示。因此，該方法提出該模型不必對預測值的偏離做100％的校正?？梢杂靡辉鲆嬉蜃臃从硿y量的或計算的參數(shù)的不確定性，或“抑制”工藝參數(shù)變化過快，變化程度過大帶來的影響。例如，該模型可能過度補償所述預測誤差，從而需要另一個調(diào)整來對這個過度調(diào)整作出反應。這將引進一個最優(yōu)化過程，在所述最優(yōu)化條件實現(xiàn)以前，該過程是跳躍的并進行了數(shù)次迭代。反饋控制校正參數(shù)中增益因子的使用限制了該模型將對所述預測誤差作出反映的程度。
一旦理解并最優(yōu)化了基本系統(tǒng)，即有可能憑經(jīng)驗改變其它調(diào)節(jié)操作參數(shù)并獲得它們對墊調(diào)節(jié)和晶片拋光的影響效果。例如，調(diào)節(jié)向下的力可以增大(或減小)，而在所述初始研究中可以將其設定為常數(shù)。監(jiān)控該系統(tǒng)以便確定這一改變對該系統(tǒng)的影響。很顯然，其它與墊磨損和調(diào)節(jié)有關的因子也可以用這種方式得出。通過例子，調(diào)節(jié)時間(所述盤在所述墊上的停留時間)，調(diào)節(jié)盤平移速度，向下的調(diào)節(jié)力等可以用這一方式研究。另外，可以修改該模型以將其它參數(shù)包含在該模型中。
可以想象用如圖10所示的設備1000可以實施本發(fā)明的至少一些實施例。該設備有一調(diào)節(jié)系統(tǒng)1010，其包括運載組件1020，連接到該運載組件上的調(diào)節(jié)盤1030，以及可耦合到運載組件上以便控制所述向下的力(F)和所述調(diào)節(jié)盤的旋轉(zhuǎn)速率(ω)的控制器1040。該運載組件可以有一調(diào)節(jié)盤1030連接其上的臂1050和移動該調(diào)節(jié)盤使與平整表面接觸和脫離接觸的裝置1060a-d。例如，控制器1040可耦合到移動裝置上以調(diào)整攜帶著調(diào)節(jié)盤(1060a、1060b、1060c、1060d)的臂的高度和位置。對晶片位置和移動控制的類似的控制也可以存在。在操作中，該控制器調(diào)整所述調(diào)節(jié)盤的所述操作參數(shù)，例如，向下的力和旋轉(zhuǎn)速率，以響應晶片材料去除速率的變化。該控制器可以由計算機控制以便根據(jù)計算的調(diào)節(jié)方式(recipe)自動地提供調(diào)節(jié)。這樣，該設備提供了一種裝置，該裝置用于在所述墊1080的整個工作壽命期間，選擇性地改變所述墊調(diào)節(jié)參數(shù)以便延長墊壽命而不損害所述晶片1090的平面化工藝。本發(fā)明的至少一些實施例也可以考慮使用其它類型的設備，其中，例如，具有其可調(diào)整的高度，位置，和/或旋轉(zhuǎn)的其它元件。
用于執(zhí)行前饋和反饋回路的其它設備包括一薄膜厚度測量工具以提供計算晶片材料去除速率所需要的厚度數(shù)據(jù)。該工具也可置于所述拋光設備上以提供在線(in line)，原位測量(in situ measurement)，或其也可以位于遠離所述拋光設備的位置。該工具可以使用光學的，電的，聲學的或機械測量方法。從Nanometrics(位于美國加利福尼亞州的米爾皮塔斯市)或Nova測量儀器公司(亞利桑那州的菲尼克斯市)可以獲得合適的厚度測量儀器。基于測量的薄膜厚度和計算的去除速率，利用本發(fā)明提供的模型和算法，可以用計算機來計算最佳墊調(diào)節(jié)方式?？梢詮拿绹永Ｄ醽喼莸膽貌牧嫌邢薰精@得合適的集成控制器(integrated controller)和拋光設備(具有iAPC的Mirra或具有iAPC的Mirra Mesa)。
利用在此討論的概念可以拋光的示例性的半導體晶片，包括，但不限于由硅、鎢、鋁、銅、BPSG、USG、熱氧化物、硅相關薄膜、以及低k值電介質(zhì)及其混合物制成的晶片。
用常規(guī)CMP拋光墊的許多不同類型可以實施本發(fā)明的方法。在本技術(shù)領域，有許多一般由聚氨脂(urethane)或其它聚合物制成的CMP拋光墊。然而，任何可再調(diào)節(jié)的拋光墊都可用本發(fā)明的方法進行評估和最優(yōu)化。示例性的拋光墊包括EpicTM拋光墊(伊利諾斯州奧羅拉市的Cabot微電子公司)和RodelIC1000、IC1010、IC1400拋光墊(特拉華州紐瓦克的Rodel公司)，OXP系列拋光墊(Sycamore Pad)，ThomasWest墊711、813、815、815-Ultra、817、826、828以及828-E1(ThomasWest)。
此外，許多不同類型的漿料可以用在本發(fā)明的方法中。本技術(shù)領域中有許多CMP漿料，一般將其制成用于拋光半導體晶片中的特定類型金屬。示例性的漿料包括Semi-Sperse(可用的有Semi-Sperse12、Semi-Sperse25、Semi-SperseD7000、Semi-SperseD7100、Semi-SperseD7300、Semi-SperseP1000、Semi-SperseW2000及Semi-SperseW2585)(伊利諾斯州奧羅拉市的Cabot微電子公司)和RodelILD1300、Klebesol系列、Elexsol、MSW1500、MSW2000系列、CUS系列以及PTS(Rodel)。
在至少一些實施例中，可以使用本發(fā)明的該方法為工具安排(toolscheduling)預測墊壽命。例如，如果晶片數(shù)目在每一調(diào)節(jié)循環(huán)之后減少，可預測墊壽命結(jié)束點并將該預測用于安排工具重組(retooling)。
上面在晶片拋光參數(shù)保持不變的條件下描述了本發(fā)明。然而，在本發(fā)明的至少一些實施例中，當該晶片拋光參數(shù)通過最優(yōu)化引擎(optimization engine)變化時該套方法也可以和最優(yōu)化引擎一起使用。
在至少一些實施例中，墊調(diào)節(jié)的最優(yōu)化可以和晶片拋光最優(yōu)化一起完成。這可以通過使該最優(yōu)化搜索引擎的目標函數(shù)將描述拋光和調(diào)節(jié)參數(shù)的函數(shù)最小化的最優(yōu)化來完成。
假設拋光參數(shù)的數(shù)n在所述晶片拋光期間被改變，N1、N2、N3…Nn，以及控制參數(shù)的數(shù)y，Y1、Y2、…Yy發(fā)生改變，那么S＝WN1(N1previous-N1current)2+WN2(N2previous-N2current)2+…WNn(Nnprevious-Nncurrent)2+Wω(ωprevious-ωcurrent)2+Wd(dprevious-dcurrent)2+WY1(Y1previous-Y1current)2+WY2(Y2previous-Y2current)2+WYy(Yyprevious-Yycurrent)2
這里Wx是參數(shù)x(例如，N1、N2、Y1、Y2、F等)的加權(quán)因數(shù)，ω是所述墊旋轉(zhuǎn)速度，d是旋轉(zhuǎn)的所述調(diào)節(jié)墊方向，該函數(shù)還可以包含其它墊調(diào)節(jié)參數(shù)。然后，該最優(yōu)化過程試圖最小化S。這樣，當所述拋光參數(shù)保持不變或所述拋光參數(shù)通過最優(yōu)化要改變的條件下，可以使用本發(fā)明的該方法。
本發(fā)明的許多方式可以用計算機控制，其可包括計算機或其它控制器902，可以(和/或)用控制/計算結(jié)合體包括圖11所示的計算機來控制。參見圖11，總線1156用作連接系統(tǒng)1111的其它單元的主要信息高速路。CPU1158是該系統(tǒng)的中央處理單元，執(zhí)行實施本發(fā)明實施例的所述工藝以及其它程序所要求的計算和邏輯操作。只讀存儲器(ROM)1160和隨機存儲器(RAM)1162構(gòu)成該系統(tǒng)的主存儲器。磁盤控制器1164連接一個或多個磁盤驅(qū)動器到該系統(tǒng)總線1156。這些磁盤驅(qū)動器是，例如，軟盤驅(qū)動器1170，或CD ROM或DVD(數(shù)字視頻盤)驅(qū)動器1166，或內(nèi)部或外部硬盤驅(qū)動器1168。這些不同的盤驅(qū)動器和盤控制器是任選設備。
顯示器接口1172連接顯示器1148，并使信息從所述總線1156顯示在顯示器1148上。顯示器1148可以用于顯示圖形化用戶界面。利用，例如，通信端口1174，可實現(xiàn)與上面描述的諸如該系統(tǒng)其它單元的外圍設備之間的通信。光纖和/或電纜和/或?qū)w和/或光通信(例如，紅外等)和/或無線通信(例如，射頻(RF)等)可以用作外圍設備和通信端口1174之間的傳輸介質(zhì)(transport medium)。外圍接口1154連接主板1150和鼠標1152，使輸入數(shù)據(jù)被傳送到總線1156上，除這些單元之外，系統(tǒng)1111也可選擇性地包括紅外發(fā)射器和/或紅外接收器。當該計算機系統(tǒng)與一個或多個經(jīng)由紅外信號傳輸發(fā)射/接收數(shù)據(jù)的處理單元/站一起使用時，紅外發(fā)射器是可選擇地使用。代替使用紅外發(fā)射器或紅外接收器，該計算機系統(tǒng)也可以選擇使用低功率無線電發(fā)射器1180和/或低功率無線電接收器1182。低功率無線電發(fā)射器發(fā)射信號被生產(chǎn)工藝單元接收，并通過該低功率無線電接收器接收來自這些單元的信號。該低功率無線電發(fā)射器和/或接收器是工業(yè)標準設備。
雖然圖11顯示的系統(tǒng)1111說明具有單一處理器，單一硬盤驅(qū)動器和單一本地存儲器，但是系統(tǒng)1111是可選擇性地適合配有任意多個處理器或存儲設備或處理器或存儲設備的組合。例如，系統(tǒng)1111可以用任一可根據(jù)本發(fā)明實施例的原理的合適的處理系統(tǒng)取代，或可以與任一根據(jù)本發(fā)明實施例的原理的合適的處理系統(tǒng)結(jié)合，包括復雜的計算器，手持，便攜式電腦/筆記本，微型，大型機和超級計算機，以及它們構(gòu)成的處理系統(tǒng)網(wǎng)絡的組合。
圖12是示例性的計算機可讀存儲介質(zhì)1248的圖示說明，用于存儲計算機可讀代碼或指令。作為例子，介質(zhì)1248可以和如圖11顯示的磁盤驅(qū)動器一起使用。典型地，諸如軟盤，或CD ROM，或數(shù)字視頻盤的存儲介質(zhì)將包含，例如，用于單字節(jié)語言的多字節(jié)locale和用于控制上述系統(tǒng)以使該計算機能執(zhí)行在此描述的功能的程序信息。作為選擇，圖11圖解說明的ROM 1160和/或RAM 1162也可以用于存儲該程序信息，該信息用于給中央處理單元1158下指令以執(zhí)行與即時處理相關聯(lián)的操作。用于存儲信息的合適的計算機可讀介質(zhì)的其它例子包括磁的，電的，或光(包括全息)存儲器以及它們的結(jié)合等。另外，本發(fā)明的至少一些實施例構(gòu)想所述介質(zhì)可以是傳輸形式(例如，數(shù)字或傳播信號)。
一般地，應當強調(diào)，本發(fā)明實施例的多個單元可以在硬件，軟件及其組合件中實施。在這樣的實施例中，能在硬件和/或軟件中實施多個單元和步驟以執(zhí)行本發(fā)明的所述功能。在本發(fā)明的這樣的實施例中，可以采用任一當前能得到的或未來開發(fā)的計算機軟件語言和/或硬件單元。例如，利用C，C++，或適合正在使用的處理器的任合匯編語言能執(zhí)行上面所述的至少一些功能性。其也可以用編譯器(interpretiveenvironment)編寫，例如Java，并且被傳送到多個目的地，到達不同的用戶。
雖然在此已經(jīng)給出并詳細描述了具體表現(xiàn)本發(fā)明思想的多個實施例，但是，本領域的技術(shù)人員可以容易地想出許多其它的具體表現(xiàn)這些思想的各種實施例。
權(quán)利要求
1.一種在化學機械拋光(CMP)設備中調(diào)節(jié)平整表面的方法，其中該CMP設備具有拋光墊，晶片放在其上以從該晶片上去除材料，并將調(diào)節(jié)盤放在其上以對該拋光墊進行調(diào)節(jié)，該方法包括以下步驟a)提供一個墊磨損和調(diào)節(jié)模型，該模型將晶片材料去除速率定義為包括調(diào)節(jié)盤旋轉(zhuǎn)速度和/或旋轉(zhuǎn)方向的墊調(diào)節(jié)參數(shù)至少一個參數(shù)的函數(shù)；b)在該CMP設備中，在選擇用于將晶片材料去除速率保持在預選的最小和最大去除速率范圍內(nèi)的第一套墊調(diào)節(jié)參數(shù)下拋光晶片；c)確定在所述拋光步驟期間出現(xiàn)的晶片材料去除速率；d)基于所述步驟(c)確定的所述晶片材料去除速率以及所述步驟(a)的所述墊磨損和調(diào)節(jié)模型，計算校正的墊調(diào)節(jié)參數(shù)；以及e)利用該校正的調(diào)節(jié)參數(shù)調(diào)節(jié)所述拋光墊。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(d)包括計算校正的墊調(diào)節(jié)參數(shù)以便將晶片材料去除速率保持在最大和最小去除速率范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該第一套墊調(diào)節(jié)參數(shù)憑經(jīng)驗確定。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該第一套墊調(diào)節(jié)參數(shù)用歷史數(shù)據(jù)確定。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一套墊調(diào)節(jié)參數(shù)用實驗設計(DOE)的結(jié)果確定。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述墊磨損和墊恢復模型的所述墊調(diào)節(jié)參數(shù)還包括選自包括有調(diào)節(jié)頻率、調(diào)節(jié)持續(xù)時間及調(diào)節(jié)期間調(diào)節(jié)盤的平移速度的調(diào)節(jié)參數(shù)組的調(diào)節(jié)參數(shù)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中計算所述校正的調(diào)節(jié)參數(shù)的步驟(d)包括計算參數(shù)以使該參數(shù)在確定的最小和最大值范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述校正的墊調(diào)節(jié)參數(shù)是通過確定所述墊磨損和調(diào)節(jié)模型的輸出與步驟(c)所述確定的晶片材料去除速率之間的差別來計算。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述差別用在計算校正的調(diào)節(jié)參數(shù)之前的估計增益來調(diào)整。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述增益被選來表示被測參數(shù)的變化性或可靠性。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述校正的墊調(diào)節(jié)參數(shù)根據(jù)方程k＝(k1)+g*(k-(k1))校正，這里k是測量的晶片材料去除速率，k1是計算的晶片材料去除速率，g是估計增益，(k-(k1))是預測誤差。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(b)到步驟(e)重復進行。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(d)中的計算校正的墊調(diào)節(jié)參數(shù)的所述步驟包括執(zhí)行遞歸最優(yōu)化工藝。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中晶片材料去除速率的所述最大值是所述晶片材料去除速率與向下調(diào)節(jié)力關系曲線的飽和點值。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中晶片材料去除速率的所述最大值是初始速率。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其中晶片材料去除速率的所述最小值用最長可接受晶片拋光時間定義。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述晶片材料去除速率用下面的方程定義RemovalRate]minmax=f(ωdisk]minmax,f]minmax,tconditioning]minmax,direction,T2]minmax)]]>這里ωdisk是拋光墊調(diào)節(jié)期間的調(diào)節(jié)盤的角速度，t是調(diào)節(jié)時間，f是調(diào)節(jié)頻率，方向是調(diào)節(jié)盤的旋轉(zhuǎn)方向，T2是調(diào)節(jié)期間調(diào)節(jié)盤的掃過速度。
18.用于調(diào)節(jié)拋光墊的一種設備，該拋光墊通過從基片上去除材料來拋光該基片，該設備包括具有可位于拋光墊的平整表面之上的臂的運載組件；連接到該運載組件上的調(diào)節(jié)盤；可控制所述調(diào)節(jié)盤的操作參數(shù)的制動器；可耦合到該制動器的控制器，該控制器運轉(zhuǎn)該制動器將所述調(diào)節(jié)盤的操作參數(shù)按照其是墊磨損和墊恢復模型的函數(shù)來調(diào)整，該模型包括將晶片材料的去除速率作為包括調(diào)節(jié)盤旋轉(zhuǎn)速度和方向的墊調(diào)節(jié)參數(shù)的函數(shù)來確定。
19.如權(quán)利要求18所述的設備，其中所述墊磨損和墊恢復模型的墊調(diào)節(jié)參數(shù)還包括選自包括調(diào)節(jié)持續(xù)時間、調(diào)節(jié)頻率及調(diào)節(jié)期間調(diào)節(jié)盤的平移速度的調(diào)節(jié)參數(shù)組的調(diào)節(jié)參數(shù)。
20.如權(quán)利要求18所述的設備，其中所述差別用估計增益來計算校正的墊調(diào)節(jié)參數(shù)進行調(diào)整。
21.如權(quán)利要求18所述的設備，其中所述校正的調(diào)節(jié)參數(shù)根據(jù)方程k＝(k1)+g*(k-(k1))校正，這里k是測量的晶片材料去除速率，k1是計算的晶片材料去除速率，g是估計增益，(k-(k1))是預測誤差。
22.一種生成用于從晶片上去除材料的拋光墊的墊調(diào)節(jié)最優(yōu)化的墊磨損和墊調(diào)節(jié)模型的方法，該方法包括以下步驟a)確定至少一個墊調(diào)節(jié)參數(shù)與晶片材料去除速率之間的關系；b)為每一個所述至少一個墊調(diào)節(jié)參數(shù)和所述晶片材料去除速率，確定最大和最小值；c)記錄所述至少一個墊調(diào)節(jié)參數(shù)與所述晶片去除速率之間的關系及它們的最小和最大值。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述至少一個墊調(diào)節(jié)參數(shù)包括多個參數(shù)，并且所述晶片去除速率被定義為所述多個墊調(diào)節(jié)參數(shù)的加權(quán)函數(shù)。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述至少一個墊調(diào)節(jié)參數(shù)包括調(diào)節(jié)盤旋轉(zhuǎn)速度。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述至少一個墊調(diào)節(jié)參數(shù)還包括調(diào)節(jié)盤旋轉(zhuǎn)方向。
26.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述至少一個墊調(diào)節(jié)參數(shù)包括一個或多個參數(shù)，這些參數(shù)選自包括由調(diào)節(jié)盤向下的力、調(diào)節(jié)盤的旋轉(zhuǎn)速率和方向，調(diào)節(jié)頻率和調(diào)節(jié)持續(xù)時間，以及調(diào)節(jié)盤平移速度所組成的參數(shù)組。
27.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述至少一個調(diào)節(jié)參數(shù)和晶片去除速率之間的所述關系通過逐漸改變所述調(diào)節(jié)參數(shù)和測量相應的晶片去除速率來確定。
28.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述調(diào)節(jié)參數(shù)的所述最大值是高于該值時觀察不到晶片去除速率的步進遞增的值。
29.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述調(diào)節(jié)參數(shù)的最小值是提供最小晶片去除速率的值。
30.如權(quán)利要求22所述的方法，還包括在所述CMP設備中，在第一套墊調(diào)節(jié)參數(shù)下拋光晶片，選擇該套參數(shù)是為將晶片材料去除速率保持在預選的最小和最大去除速率范圍內(nèi)，該套參數(shù)包括調(diào)節(jié)盤旋轉(zhuǎn)速度和方向；確定出現(xiàn)在所述拋光步驟期間的晶片材料去除速率；基于所述確定的晶片材料去除速率和所述墊磨損和調(diào)節(jié)模型計算校正的墊調(diào)節(jié)參數(shù)以將晶片材料去除速率保持在最大和最小去除速率范圍內(nèi)；以及用所述校正的墊調(diào)節(jié)參數(shù)調(diào)節(jié)所述拋光墊。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其中所述校正的墊調(diào)節(jié)參數(shù)通過確定所述墊磨損和調(diào)節(jié)模型的輸出與所述確定的晶片材料去除之間的差別來計算。
32.如權(quán)利要求30所述的方法，其中所述校正的墊調(diào)節(jié)參數(shù)根據(jù)方程k＝(k1)+g*(k-(k1))校正，這里k是測量的晶片材料去除速率，k1是計算的晶片材料去除速率，g是估計增益，(k-(k1))是預測誤差。
33.一種計算機可讀介質(zhì)包括由計算機執(zhí)行的指令，這些指令包括用于化學機械拋光工藝的計算機執(zhí)行的軟件應用程序，執(zhí)行所述工藝的所述指令包括a)接受來自化學機械拋光設備中的，與在所述化學機械拋光工藝中處理的至少一個晶片的所述晶片材料去除速率有關的數(shù)據(jù)；b)從步驟(a)的所述數(shù)據(jù)，計算在定義的最大和最小值范圍內(nèi)的校正的墊調(diào)節(jié)參數(shù)，其中所述校正的墊調(diào)節(jié)參數(shù)通過確定墊磨損和調(diào)節(jié)模型的輸出與步驟(a)的所述數(shù)據(jù)之間的差別來計算。
34.如權(quán)利要求33所述的介質(zhì)，其中計算校正的調(diào)節(jié)參數(shù)包括計算參數(shù)以使該參數(shù)在所述確定的最小和最大值范圍內(nèi)。
35.如權(quán)利要求33所述的介質(zhì)，其中所述差別用在計算校正的墊調(diào)節(jié)參數(shù)之前的估計增益來調(diào)整。
36.如權(quán)利要求33所述的介質(zhì)，其中在步驟(b)中計算校正的墊調(diào)節(jié)參數(shù)包括執(zhí)行遞歸最優(yōu)化工藝。
37.如權(quán)利要求33所述的介質(zhì)，其中晶片去除速率的最大值是所述晶片材料去除速率與向下調(diào)節(jié)力的關系曲線的飽和點值。
38.如權(quán)利要求33所述的介質(zhì)，其中晶片材料去除速率的所述最大值是所述初始速率。
39.如權(quán)利要求33所述的介質(zhì)，其中晶片材料去除速率的所述最小值用最短可接受晶片拋光時間來定義。
40.在化學機械拋光(CMP)設備中調(diào)節(jié)平整表面的一種方法，其中該設備具有拋光墊，晶片放在其上以從該晶片上去除材料，并將調(diào)節(jié)盤放在其上以對該拋光墊進行調(diào)節(jié)，該方法包括以下步驟a)通過(i)確定至少一套墊調(diào)節(jié)參數(shù)和晶片材料去除速率之間的關系；(ii)為每一個所述至少一個墊調(diào)節(jié)參數(shù)和所述晶片材料去除速率確定最大和最小值；(iii)記錄這些關系及所述至少一個墊調(diào)節(jié)參數(shù)和所述晶片去除速速率的最小和最大值；生成一個墊磨損和墊調(diào)節(jié)模型，該模型將晶片材料去除速率定義為墊調(diào)節(jié)參數(shù)的函數(shù)；(b)在該CMP設備中，在第一套包括調(diào)節(jié)盤旋轉(zhuǎn)速度和方向的墊調(diào)節(jié)參數(shù)下拋光晶片，選擇該套參數(shù)用于將晶片材料去除速率保持在預選的最小和最大去除速率范圍內(nèi)；(c)確定在所述拋光步驟中出現(xiàn)的晶片材料去除速率；(d)根據(jù)所述步驟(b)的所述確定的晶片材料去除速率和所述墊磨損和調(diào)節(jié)模型來計算校正的墊調(diào)節(jié)參數(shù)，以便將晶片材料去除速率保持在最大和最小去除速率范圍內(nèi)；以及(f)用所述校正的調(diào)節(jié)參數(shù)調(diào)節(jié)該拋光墊。
41.在化學機械拋光(CMP)設備中調(diào)節(jié)平整表面的一個系統(tǒng)，所述設備帶有拋光墊，晶片放在其上以從該晶片上去除材料，并將調(diào)節(jié)盤放在其上以對該拋光墊進行調(diào)節(jié)，該系統(tǒng)包括a)墊磨損和調(diào)節(jié)模型，該模型將晶片材料去除速率定義為包括調(diào)節(jié)盤的旋轉(zhuǎn)和方向的至少一個墊調(diào)節(jié)參數(shù)的函數(shù)；b)用于在該CMP設備中拋光晶片的拋光裝置；c)用于確定晶片材料去除速率的測量裝置；d)根據(jù)利用步驟(c)的裝置及墊磨損和調(diào)節(jié)模型校正墊調(diào)節(jié)參數(shù)，以將晶片材料去除速率保持在最大和最小去除速率范圍內(nèi)的計算裝置。
42.如權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，其中所述第一套墊調(diào)節(jié)參數(shù)用所述實驗設計(DOE)的結(jié)果來確定。
43.如權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，其中所述墊磨損和墊恢復模型的所述墊調(diào)節(jié)參數(shù)還包括選自包括有調(diào)節(jié)頻率、調(diào)節(jié)持續(xù)時間及調(diào)節(jié)期間調(diào)節(jié)盤的平移速度的調(diào)節(jié)參數(shù)組的調(diào)節(jié)參數(shù)。
44.如權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，其中計算校正調(diào)節(jié)參數(shù)的所述步驟包括計算參數(shù)以使該參數(shù)在確定的最小和最大值范圍內(nèi)。
45.如權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，其中校正的墊調(diào)節(jié)參數(shù)通過確定所述墊磨損和調(diào)節(jié)模型的輸出與用步驟(c)的所述裝置測量的所述晶片材料去除速率之間的差別來計算。
46.如權(quán)利要求45所述的系統(tǒng)，其中所述差別用在計算校正的調(diào)節(jié)參數(shù)之前的估計增益進行調(diào)整。
47.如權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，其中步驟(c)中校正的墊調(diào)節(jié)參數(shù)的計算步驟包括執(zhí)行遞歸最優(yōu)化工藝。
48.如權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，其中晶片材料去除速率的最大值是所述晶片材料去除速率與向下調(diào)節(jié)力關系曲線的飽和點值。
49.如權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，其中晶片材料去除速率的最大值是所述初始速率值。
全文摘要
一種調(diào)節(jié)平整表面的方法，設備和介質(zhì)包括將待拋光的晶片放在具有拋光墊(102)和調(diào)節(jié)盤(108)的化學機械拋光(CMP)設備(100)中，在第一套墊調(diào)節(jié)參數(shù)下拋光該晶片，選擇該套參數(shù)是為將晶片材料去除速率保持在預選的最小和最大去除速率范圍內(nèi)；確定出現(xiàn)在該拋光步驟期間的晶片材料去除速率；計算校正的墊調(diào)節(jié)參數(shù)以將晶片材料去除速率保持在最大和最小去除速率范圍內(nèi)；以及用該校正的墊調(diào)節(jié)參數(shù)調(diào)節(jié)該拋光墊，其中該校正的墊調(diào)節(jié)參數(shù)用墊磨損和調(diào)節(jié)模型計算，該模型基于該調(diào)節(jié)盤的旋轉(zhuǎn)速度和方向預測該拋光墊的該晶片材料去除速率。
文檔編號B24B37/04GK1524027SQ02813615
公開日2004年8月25日 申請日期2002年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月19日
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