專利名稱：用于補償化學機械研磨耗材中可變性的設備及方法
技術領域：
本發明的實施例大體上關于用于研磨基材(諸如半導體基材)的方法與設備。更詳言之，本發明的實施例關于用于調節化學機械研磨(CMP)系統中的研磨表面的方法。
背景技術：
在半導體元件的制造期間，藉由各種制程將層與結構沉積與形成在半導體基材上。化學機械研磨(CMP)是廣泛地被使用的制程，此制程是透過使研磨墊與研磨溶液的組合以為了接收后續層而平坦化基材或維持平坦性的方式來移除過量材料。隨著時間，研磨墊的效力減弱。為了改善研磨墊的效力，可定期地調節研磨墊。大體上，墊調節涉及以磨蝕調節盤來擦凈研磨墊，以移除墊表面上的任何累積的研磨副產物與/或以更新研磨墊的表面。當將新CMP耗材(諸如研磨墊與調節盤)引進到 研磨系統內時，性質與/或彼此的交互作用是未知的。例如，調節盤會因制造業者的不同而有變化，并且時常會因盤的不同而有變化。依此，新調節盤可能對研磨墊調節不足或調節過度，其中調節不足會造成較低的移除速率，而調節過度會造成研磨墊的壽命的縮短。同樣地，研磨墊性質會因制造業者的不同而有變化，并且會因研磨墊的不同而有變化。例如，研磨墊的性質(諸如硬度)會影響調節程式(conditioning recipe),造成研磨墊被調節過度或被調節不足。因此，需要一種改善的用于調節研磨墊的設備與方法，此設備與方法可基于耗材的性質與交互作用(諸如研磨墊的性質與調節盤的性質)而改善研磨墊調節。

發明內容
本發明的實施例提供用于研磨基材的設備與方法。在一實施例中，提供一種用于研磨基材的設備。此設備包含可旋轉平臺與調節裝置，該可旋轉平臺與調節裝置耦接到基座。調節裝置包含軸桿，該軸桿藉由第一馬達可旋轉地耦接到基座。可旋轉調節頭藉由臂耦接到軸桿。調節頭耦接到第二馬達，該第二馬達控制調節頭的旋轉。提供一或更多個測量裝置，該一或更多個測量裝置可運作地用于感測軸桿相對于基座的旋轉力量指標以及調節頭旋轉力量指標。在另一實施例中，提供一種用于研磨基材的方法。此方法包含以下步驟在不存在有基材下執行預研磨制程，該預研磨制程包括將調節盤推進抵靠研磨墊的研磨表面，該研磨墊設置在研磨站中；將調節盤相對于研磨墊移動于越過研磨表面的掃掠圖案中，同時監控將調節盤相對于研磨墊移動所需要的旋轉力量值；從旋轉力量值決定可指示調節盤與研磨表面之間的交互作用的指標；回應于指標，調整研磨程式；及使用經調整的研磨程式來研磨一或更多個基材。在另一實施例中，提供一種用于研磨基材的方法。此方法包含以下步驟在不存在有基材下執行預研磨制程，該預研磨制程包括將調節盤推進抵靠研磨墊的研磨表面，該研磨墊設置在研磨站中；將調節盤相對于研磨墊移動，同時監控將調節盤相對于研磨表面移動所需要的旋轉力量值。預研磨制程亦包括從旋轉力量值決定可指示調節盤與研磨表面之間的交互作用的第一扭矩指標；回應于第一扭矩指標，調整研磨程式；使用經調整的研磨程式來研磨一或更多個基材；調節研磨墊的研磨表面，同時監控將調節盤相對于研磨表面移動所需要的旋轉力量值，以決定第二扭矩指標；及當第二扭矩指標不同于標靶扭矩指標時，調整一或更多個調節參數。


可藉由參考本發明的實施例來詳細暸解本發明于上文所記載的特征結構，本發明于上文所記載的特征簡短地在上文概述過，其中該等實施例在附圖中圖示。圖I是研磨站的ー實施例的部分剖視圖，研磨站可用于實施本發明的實施例。圖2是圖I的研磨站的示意平面圖。 圖3是流程圖，該流程示可用于實施本發明的實施例的方法的ー實施例。圖4是流程圖，該流程示可用于實施本發明的實施例的方法的另ー實施例。為了促進了解，已經盡可能地使用相同的元件符號來指稱圖式中共同的相同元件。可了解的是，一實施例中的元件與特征結構可有益地被并入到其他實施例中，而無需進
ー步贅述。
具體實施例方式在此描述的實施例關于用于調節化學機械研磨(CMP)系統中研磨墊的研磨表面的設備與方法，以提升基材上的材料移除速率并增加產能。在CMP制程中，需要定期地調節研磨墊以更新研磨墊的表面。然而，墊調節與研磨制程期間來自基材的摩擦的組合傾向于磨耗研磨墊到必須更換研磨墊的程度。同樣地，調節盤的磨蝕性隨著時間減弱，以致必須更換調節盤。當將新耗材(諸如新研磨墊與/或新調節盤)引進到研磨系統內時，研磨墊與調節盤之間的交互作用是未知的。例如，研磨墊性質會因制造業者的不同以及研磨墊的不同而有變化。同樣地，調節盤的性質(諸如調節盤的鉆石砂礫尺寸與表面形貌)會因盤的不同而有變化。本發明的實施例導向耗材(諸如研磨墊、用于調節或更新研磨墊的調節盤與此兩者的組合)的效能。發明人已經發現到，可在安裝新耗材時原位地決定新耗材的交互作用或效能。可在ー或更多個預研磨制程中監控耗材之間的交互作用以提供效能指標(performance metric),該效能指標可用在研磨程式或閉路控制系統中以控制自動研磨制程程式中的處理參數。此外，可在后續研磨制程期間持續地監控效能指標，以為了提升移除速率與/或耗材的壽命。圖I是研磨站100的實施例的部分剖視圖，研磨站100設以執行諸如化學機械研磨(CMP)制程或電化學機械研磨(ECMP)制程的研磨制程。研磨站100可以是獨立的単元或更大的處理系統的一部分。可適于利用研磨站100的更大的處理系統的實例包括可從美國加艸丨圣大克勞拉市的應用材料公司取得的REFLEXION ,REFLEXION LK、REFLEXION LK ECMP ,REFLEXION GTTM 與 MIRRA MESA 研磨系統，以及其他研磨系統。研磨站100包括平臺105，平臺105可旋轉地被支撐在基座110上。平臺105可運作地耦接到致動器或驅動馬達115，該致動器或驅動馬達115適于將平臺105繞著旋轉軸A旋轉。在一實施例中，研磨墊120的研磨材料122是可商業上取得的墊材料，諸如通常用在CMP制程中的聚合物系墊材料。聚合物材料可以是聚胺基甲酸酷、聚碳酸酷、氟化聚合物、聚四氟こ烯(PTFE)、聚苯硫醚(PPS)、或上述材料的組合。研磨材料122可更包含開放或密閉室發泡聚合物、弾性體、氈、浸潰的氈、塑膠與和處理化學相容的類似材料。在另ー實施例中，研磨材料122是以多孔涂覆物來浸潰的氈材料。在其他實施例中，研磨材料122包括至少部分導電的材料。研磨墊120被視為耗材，并且可釋放地耦接到平臺105以促進研磨墊120的更換。平臺105用于在處理期間將研磨墊120旋轉，以致當基材接觸研磨材料122時，研磨墊120可平坦化或研磨基材135的表面。可利用第一測量裝置138 (諸如平臺旋轉感測器)來獲得指標，該指標能指示旋轉平臺105與研磨墊120所需要的力量。第一測量裝置138可以是耦接到驅動馬達115或耦接到驅動馬達115的輸出軸桿的扭矩或其他旋轉力量感測器。承載頭130設置在研磨墊120的研磨表面125上方。在處理期間,承載頭130保持 住基材135且可控制地將基材135朝向研磨墊120的研磨表面125 (沿著Z軸)推進。在一實施例中，承載頭130包括一或更多個可加壓囊袋(未圖示)，該或該等可加壓囊袋適于施加壓カ或力量到基材135的背側的ー或更多個區塊，以將基材135朝向研磨表面125推迸。承載頭130被裝設到支撐構件140，支撐構件140系支撐承載頭130且促進承載頭130相對于研磨墊120的移動。可以將承載頭130懸置在研磨墊120上方的方式而將支撐構件140耦接到基座110或裝設在研磨站100上。在一實施例中，支撐構件140是被裝設成位在研磨站100上或鄰近研磨站100且位在研磨墊120上方的圓形軌道。承載頭130耦接到驅動系統145，驅動系統145提供至少承載頭130繞著旋轉軸B的旋轉移動。此外，驅動系統145可設以將承載頭130相對于研磨墊120沿著支撐構件橫向地(X軸與/或Y軸)移動。在一實施例中，驅動系統145除了可將承載頭130相對于研磨墊120橫向移動，驅動系統145還可將承載頭130相對于研磨墊120垂直地(Z軸)移動。例如，驅動系統145除了提供基材135相對于研磨墊120的旋轉與/或橫向移動，驅動系統145可用于將基材135朝向研磨墊120移動。承載頭130的橫向移動可以是線性的或弧狀或掃掠的運動。第二測量裝置148可耦接到承載頭130。第二測量裝置148可以是用于承載頭130的旋轉感測器，并且用于獲得將基材135抵靠研磨墊120旋轉所需要的力量的指標。第二測量裝置148可以是耦接到驅動系統145或驅動系統145的輸出軸桿的扭矩或其他旋轉力量感測器。圖上顯示調節裝置150與流體施加器155設置在研磨墊120的研磨表面125上方。流體施加器155包括一或更多個噴嘴160，噴嘴160適于輸送研磨流體到研磨墊120的一部分。流體施加器155可旋轉地耦接到基座110。在一實施例中，流體施加器155適于繞著旋轉軸C旋轉且提供朝向研磨表面125引導的研磨流體。研磨流體可以是化學溶液、水、研磨化合物、清潔溶液、或上述流體的組合。大體上，調節裝置150包括調節頭151、旋轉軸桿152與臂153，臂153設以從旋轉軸桿152延伸在研磨墊120上方且支撐研磨器頭151。調節頭151保持住調節盤154，調節盤154可選擇地被放置成接觸研磨墊120的研磨表面125以調節研磨表面125。調節盤154被視為耗材，并且可釋放地耦接到調節頭151以促進調節盤154的更換。旋轉軸桿152設置成通過研磨站100的基座110。旋轉軸桿152可相對于基座110繞著旋轉軸D旋轉。可藉由基座110與旋轉軸桿152之間的軸承156來促進旋轉軸桿152的旋轉，以致臂153將調節頭151相對于基座110與研磨墊120旋轉。在一實施例中，致動器或馬達157耦接到旋轉軸桿152，以將旋轉軸桿152旋轉并迫使臂153與調節頭151能進行越過研磨墊120的研磨表面125的掃掠運動。調節裝置150更包括第三測量裝置158，第三測量裝置158用于監控旋轉軸桿152的旋轉。在一實施例中，第三測量裝置158是可和旋轉軸桿152與/或臂153并同使用的旋轉感應器，并且適于偵測使調節盤154能進行越過研磨墊120的研磨表面125的掃掠運動所需要的旋轉力量或扭矩。在一實施例中，第三測量裝置158可以是耦接到馬達157或馬達157的輸出軸桿的扭矩或其他旋轉力量感測器。在其他實施例中，第三測量裝置158 可以是耦接到馬達157的電流感測器或壓カ感測器。當調節盤154與研磨墊120的研磨表面125之間的磨擦カ改變吋，電流感測器可偵測馬達157所汲取的電流的變化。當調節盤154與研磨墊120的研磨表面125之間的磨擦力改變時，壓カ感測器可和馬達157構成界面以偵測用于將馬達157致動的壓カ的變化。在又其他實施例中，第三測量裝置158可以是適于提供指標的任一其他感測器，其中該指標可指示將調節盤154移動越過研磨墊120的研磨表面125所需要的力量。調節頭151將調節盤154繞著旋轉軸E旋轉，其中旋轉軸E設置成正交地通過調節盤154。致動器或馬達161用于將調節盤154相對于臂153與/或研磨墊120的研磨表面125旋轉。在一實施例中，馬達161設置在殼體162中且位在臂153的遠端處。從適于調節研磨墊120材料的材料來制造調節盤154。調節盤154可以是具有由聚合物材料制成的鬃毛的刷子，或調節盤154包括含有磨蝕微粒的磨蝕表面。在一實施例中，調節盤154包含含有磨蝕微粒(諸如粘附到基座基材的鉆石或其他相當硬微粒)的表面。調節裝置150更包括第四測量裝置163，當調節盤154接觸研磨墊120時，第四測量裝置163用于感測將調節盤154繞著旋轉軸E旋轉所需要的旋轉力量或扭矩。在ー實施例中，第四測量裝置163可以是用于感測調節頭151所經歷的扭矩的扭矩感測器。在ー態樣中，第四測量裝置163設置在殼體162內。在一實施例中，第四測量裝置163可以是耦接至IJ馬達161或馬達161和調節盤154之間的輸出軸桿的電流感測器。當調節盤154與研磨墊120的研磨表面125之間的磨擦力改變時，電流感測器可偵測馬達161所汲取的電流的變化。在另ー實施例中，第四測量裝置163可以是扭矩感測器、偏移感測器或應カ計，第四測量裝置163設置在馬達與調節頭之間的驅動列中以測量由調節盤154與研磨墊120的研磨表面125之間的摩擦所造成的驅動列上的力量。調節裝置150亦包括向下力量致動器164，向下力量致動器164用于將調節盤154推進抵靠研磨墊120的研磨表面125。向下力量致動器164設以可選擇地控制由調節盤154所施加抵靠研磨墊120的研磨表面125的力量。在一實施例中，向下力量致動器164可設置在臂153與軸桿152之間或其他適當位置處。在其他實施例中(未圖示)，臂153靜態地耦接到旋轉軸桿152，并且向下力量致動器164設置在臂153的遠端與調節頭151之間以控制由調節頭151所施加抵靠研磨墊120的研磨表面125的力量。第五測量裝置165耦接到向下力量致動器164且可用于偵測指標，該指標能指示調節盤154抵靠研磨墊120的研磨表面125的向下力量。在一實施例中，第五測量裝置165是向下力量感測器，并且第五測量裝置165可以同線位向、或在用于偵測向下力量致動器164相對于旋轉軸桿152的應カ或應變的其他適當位置、或在其他裝設位置處，設置成并同向下力量致動器164或I禹接到向下力量致動器164。驅動系統145、向下力量致動器164、馬達115、157與161、及測量裝置138、148、158,163與165的各者耦接到控制器。大體上，控制器用于控制一或更多個部件與研磨站100中所執行的制程。在一實施例中，在處理期間，控制器使用感測資料來控制從基材135移除材料的速率。控制器傳送控制訊號到驅動系統145、向下力量致動器164與馬達115、157和161，并且接收對應于由測量裝置138、148、158、163與165所偵測的力量的訊號。大體上，控制器系被設計以促進研磨站100的控制與自動化，并且控制器通常包括中央處理単元(CPU)、記憶體與支援電路(或I/O)。CPU可以是用在エ業設備中而用于控制各種系統功能、基材移動、研磨制程、制程時間點與支援硬體(例如感測器、機器人、馬達、時間點裝置等)并監控制程(例如化學濃度、處理變數、制程時間、I/O訊號等)的任何形式的電腦處理器。記憶體連接到CPU，并且記憶體可以是ー或更多個可輕易取得的記憶體(諸如隨機存 取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、軟碟、硬碟、或任何其他形式的數位儲存器，無論是當地的或遠端的皆可)。軟體指令與資料可被編碼且被儲存在記憶體內以為了命令CPU。支援電路亦連接到CPU，而用于以傳統方式支援處理器。支援電路可包括快取、功率供應器、時脈電路、輸入/輸出電路、子系統與諸如此類者。可由控制器讀取的程式或電腦指令系決定可在基材上執行何種任務。較佳地，程式是可由控制器讀取的軟體，此軟體包括用于執行任務的碼，此等任務關于在研磨站100中移動、支援與/或定位基材的監控、實行與控制。在一實施例中，控制器用于控制機器人裝置，以控制策略移動、排程與研磨站100的運行而使制程可重復，解決等待時間問題，并避免基材的處理過度或不足。圖2是圖I的研磨站100的示意平面圖。承載頭130 (圖I)未圖示，以為了使當基材135被保持在承載頭130中時基材135在研磨墊120上的研磨掃掠圖案205的實施例能清晰起見。當承載頭將基材135相對于旋轉的研磨墊120旋轉以從基材135移除材料吋，承載頭將基材135線性地或以弧狀方式移動而使基材135越過研磨表面125。圖上亦顯示具有調節盤154的調節裝置150，以圖示在研磨墊120上的調節掃掠圖案210的ー實施例。調節盤154系被掃掠越過研磨表面125，以調節與/或更新研磨表面125而促進提升的從基材135的材料移除速率。在操作中，如圖2所示，藉由研磨流體施加器155將研磨流體215輸送到研磨墊120的研磨表面125。在一實施例中，平臺105被旋轉于約85RPM至約100RPM的旋轉速度，諸如約93RPM。承載頭130 (未圖示)將基材135推進抵靠研磨墊120的研磨表面155。在一實施例中，將承載頭130相對于平臺105旋轉于約80RPM至約95RPM的旋轉速度，諸如約87RPM。承載頭130內的一或更多個可加壓的囊袋能施加壓カ到基材135的背側，以將基材135朝向研磨墊120推進。在一實施例中，平均壓カ為約3. 5psi至約5. 5psi，諸如約
4.5psi。在研磨流體215的存在下，和旋轉的研磨墊120的研磨表面125的接觸可從基材移除過量的金屬、介電質與/或阻障材料且平坦化和研磨墊120接觸的基材135的表面。在基材135上執行研磨制程之前、的期間與/或之后，研磨墊120被調節，以再生粗糙性、移除研磨副產物與墊碎屑與更新研磨表面125。在調節期間，調節頭151以預定向下力量將調節盤154抵靠研磨墊120。向下力量致動器164所施加的向下力量可以為約llb-f至約101b-f。調節盤154相對于研磨墊120的研磨表面125旋轉，同時在調節掃掠圖案210中往復地掃掠越過研磨墊120。在一實施例中，調節盤154被旋轉于約85RPM至約105RPM的旋轉速度，諸如約95RPM。在另ー實施例中，調節掃掠圖案210包含約I. 5吋至約15吋的范圍，諸如約I. 7吋至約14. 7吋。在另ー實施例中，掃掠速率為約15掃掠/分鐘至約22掃掠/分鐘，諸如約19掃掠/分鐘。當將新耗材(諸如新的未使用研磨墊120，與/或新的未使用調節盤154)引進到研磨站100內時，研磨墊120與調節盤154之間的交互作用起初是未知的。例如，研磨墊性質會因制造業者的不同而有變化，并且會因研磨墊的不同而有變化。同樣地，調節盤的鉆石砂礫尺寸與表面形貌會因盤的不同而有變化。此狀況會影響結晶特征結構到研磨墊120的研磨表面125內的位向與穿透深度，此舉會導致研磨墊120的磨耗速率的顯著差異。在ー些例子中，僅調節盤的結晶特征結構的一部分積極地參與調節制程并在持續使用下經歷顯著的磨耗。調節盤的磨耗會藉由研磨墊的調節不足而影響調節制程以及縮短調節盤的壽命。調節不足會導致研磨表面125的光滑化與移除速率的降低，此狀況會降低產能。増加的耗材(諸如調節盤與研磨墊)的磨耗速率會導致過早的更換，此狀況會增加擁有成本(costof ownership)與設備停機時間(tool downtime)。改善耗材可變性的ー解決方式是需要耗材的更嚴格規格與品質控制。然而，増加的品質控制會增加耗材的成本,此狀況會增加擁有成本。發明人已經發現到，可在安裝一或更多個新耗材時就原位地決定新耗材的效能。可在ー或更多個預研磨制程中監控耗材之間的交互作用以提供效能指標，該效能指標可用在研磨程式或閉路控制系統中以控制自動研磨制程程式中的處理參數。圖3是圖示可以圖I與圖2的研磨站100來利用的方法300的實施例的流程圖。方法300可用于決定用在研磨站100中的研磨制程程式中的研磨參數。例如，可利用方法300以預研磨來決定研磨站100中的耗材之間的交互作用且使用預研磨資料來調整研磨程式。在步驟310，在不存在有基材的情況下利用研磨站(諸如研磨站100)來執行預研磨制程。在步驟320，將調節盤154朝向研磨墊120的研磨表面125推進。在一實施例中，利用向下力量致動器164以約llb-f至約101b-f的向下力量將磨蝕表面朝向研磨表面125推進。在一實施例中，向下力量值是恒定地維持在約91b-f的向下力量。在ー態樣中，調節盤154包括磨蝕表面，該磨蝕表面可以是鬃毛、鉆石、或設以接觸且摩擦研磨墊120的研磨表面125的其他磨蝕微粒。在步驟330，將調節盤154相對于研磨墊120移動，同時監控將調節盤154移動所需要的旋轉力量值。在一實施例中，相對于研磨墊120的移動包括調節盤154的旋轉、研磨 墊120相對于旋轉的調節盤154的旋轉、將調節盤154移動于越過研磨表面125的調節掃掠圖案210中、或上述的組合。在一實施例中，當將研磨墊120旋轉時，將調節盤154旋轉，同時將調節盤154的磨蝕表面推進抵靠研磨墊120的研磨表面125。可將調節盤154旋轉于第一旋轉速度，而將研磨墊120旋轉于第二旋轉速度。在一實施例中，調節盤154的第一旋轉速度可以為約90RPM至約100RPM，并且藉由將平臺105旋轉而使研磨墊120的第二旋轉速度可以為約90RPM至約96RPM，其中研磨墊位在平臺105上。
在調節盤154相對于研磨墊120的移動期間，監控將調節盤154移動所需要的旋轉力量值。在一實施例中，可藉由第四測量裝置163來監控將調節盤154旋轉所需要的扭矩，其中第四測量裝置163被耦接在馬達161與調節盤154之間。在另ー實施例中，可藉由第三測量裝置158來監控將調節盤154移動于調節掃掠圖案210中所需要的扭矩。因此，可由第四測量裝置163、第三測量裝置158、或此兩者的組合來提供旋轉力量值。在步驟340，從旋轉力量值來決定可指示調節盤154與研磨表面125之間的交互作用的指標(例如摩擦力量)。在一實施例中，指標是由第三測量裝置158感測的將調節盤154移動于調節掃掠圖案210中所需要的摩擦的測量扭矩值。在另ー實施例中，指標是由第四測量裝置163感測的將調節盤154相對于研磨墊120的研磨表面125旋轉所需要的摩擦的測量扭矩值。在步驟350，回應于指標，調整研磨程式。例如，指標是上述步驟330所決定的測量扭矩值并可指示調節盤154與研磨墊120的研磨表面125之間的交互作用，諸如可指示調 節盤154的侵略性的測量扭矩值。可藉由閉路控制系統來控制研磨程式，其中該閉路控制系統可在延長的研磨運行期間(即利用自動控制制程來研磨多個基材)自動地調整ー或更多個研磨參數(即調節盤154與/或承載頭130的旋轉速度、施加到調節盤154與/或承載頭130的向下力量、調節盤154與/或承載頭130的掃掠范圍等)。閉路控制系統用于在延長的研磨運行期間將研磨參數予以最佳化，以將多個基材的研磨期間的材料移除速率予以最佳化。在步驟360，使用經調整的研磨程式來研磨一或更多個基材。在一實施例中，該ー或更多個基材可包含根據經調整的研磨程式而被研磨的多個基材，其中經調整的研磨程式是由閉路控制系統來控制。在一實施例中，調節盤154與/或研磨墊120是新的或未使用的，并且磨蝕性質與/或調節盤154與研磨表面125之間的交互作用是未知的。例如，在一實施例中，研磨墊120是新的或未使用的，并且調節盤154可已經先前地被用在先前的研磨墊上。然而，新研磨墊120與調節盤154之間的交互作用是未知的，并且方法300的實施例可包括墊沖入制程(pad break-in process)以使新研磨墊120準備好進行服務。在另ー實施例中，調節盤154是新的或未使用的，并且可単獨地利用方法300的實施例來決定新調節盤154與現有研磨墊120之間的交互作用。在另ー實施例中，調節盤154與研磨墊120皆是新的或未使用的，并且調節盤154與研磨表面125之間的交互作用是未知的。因此，可利用方法300的實施例來決定新調節盤154與新研磨墊120之間的交互作用。在一實施例中，在墊沖入之后，在測試基材上執行合格化制程(qualificationprocess)。測試基材被推進抵靠研磨墊120的研磨表面125長達ー時段，并且材料移除速率是由度量制程(metrology process)來決定。在合格化制程期間所決定的材料移除速率可并同在上述步驟330所獲得的旋轉力量資料被利用，并且在延長的研磨運行之前被提供到閉路控制系統。在ー態樣中，當執行研磨制程或調節制程時，將調節盤154移動越過研磨墊120的研磨表面125所需要的力量或扭矩會隨著時間而變化。力量或扭矩的變化可以是調節盤154與研磨墊120之間的阻抗摩擦力量變化所導致的結果，此狀況是因為調節盤154與研磨墊120的一者或兩者會被磨耗與/或制程狀態會改變。若調節參數沒有隨著時間改變，扭矩值將很可能隨著調節盤154的壽命而降低，此狀況是因為調節盤154會磨耗且調節盤154的有效的切割速率會逐漸地降低。在另ー態樣中，在研磨與/或調節制程期間，調節盤154與研磨墊120之間的摩擦力量會產生阻抗力量，可藉由監控將調節盤154與/或研磨墊120的至少ー者旋轉所需要的力量的變化來偵測該阻抗力量。在另ー態樣中，在研磨制程期間，基材135與研磨墊120之間的摩擦力量會產生阻抗力量，該阻抗力量可被監控。在研磨制程期間，可藉由上述的一或更多個測量裝置138、148、158、163與165來監控此等力量，并且可提供資料到閉路控制系統來即時地調整研磨程式與/或調節程式，以為了維持從多個基材135的最佳材料移除速率。圖4是圖示可以圖I與圖2的研磨站100來利用的方法400的另ー實施例的流程 圖。在410，利用研磨站(諸如研磨站100)來執行預研磨制程。在420，將調節盤154朝向研磨墊120的研磨表面125推進。在430，將調節盤154相對于研磨墊120移動，同時監控將調節盤154移動所需要的旋轉力量值。在一實施例中，相對于研磨墊120的移動包括調節盤154的旋轉、研磨墊120相對于旋轉的調節盤154的旋轉、將調節盤154移動于越過研磨表面125的調節掃掠圖案210中、或上述的組合。在一實施例中，在不存在有基材下執行步驟410、420與430的一個或組合。在另一實施例中，當基材被保持在承載頭130中且該基材被推進抵靠研磨墊120的研磨表面125時，執行步驟410、420與430的一個或組合。例如，可在合格化程序中研磨基材，以決定在步驟410、420與/或430期間的移除速率。在440，基于旋轉力量值，決定第一扭矩指標。在一實施例中，第一扭矩指標是由第三測量裝置158感測的將調節盤154移動于調節掃掠圖案210中所需要的摩擦的測量扭矩值。在另ー實施例中，第一扭矩指標是由第四測量裝置163感測的將調節盤154相對于研 磨墊120的研磨表面125旋轉所需要的摩擦的測量扭矩值。在450，利用閉路控制系統根據研磨程式來研磨一或更多個基材。可利用在440所獲得的第一扭矩指標資料已經調整研磨程式。在460，在研磨步驟450之前、的期間、或之后調節研磨墊120的研磨表面125，同時監控將調節盤154相對于研磨表面125移動所需要的旋轉力量值。在一實施例中，指標是由第三測量裝置158感測的將調節盤154移動于調節掃掠圖案210中所需要的摩擦的測量扭矩值。在另ー實施例中，指標是由第四測量裝置163感測的將調節盤154相對于研磨墊120的研磨表面125旋轉所需要的摩擦的測量扭矩值。在步驟470，將在步驟460決定的基于旋轉力量值的第二扭矩指標與在步驟440決定的第一扭矩指標進行比較。若第二扭矩指標小于第一扭矩指標，可調整研磨程式。較小 的第二扭矩指標可指示調節盤154的磨耗。在步驟480，若第二扭矩指標不同于標靶扭矩指標，則調整施加到調節盤154的向下力量。例如，若第二扭矩指標小于標靶扭矩指標，則增加施加到調節盤154的向下力量。在ー態樣中，第二扭矩指標是測量扭矩值，并且將該測量扭矩值與標靶扭矩值進行比較。可透過經驗資料、先前實驗與測試(諸如上述的方法300的部分)、模擬、計算來產生標靶扭矩值，或標靶扭矩值可被提供作為調節盤的規格內的參考曲線。根據特定態樣，可使用兩個不同的資料組的分析來發展出標靶扭矩值。可使用利用在不同磨耗階段的調節盤而執行的實驗的設計來衍生第一資料組。可針對每一個向下力量狀態來測量掃掠扭矩的方均根(root mean square, RMS)以及毪覆基材移除速率。第二資料組可以是毪覆基材的持久運行，其中使用手動閉路控制器以階梯形式來改變向下力量。在一實施例中，在處理約2500個基材的過程中，施加到調節盤154的向下力量可開始于約31b-f且可增加到約lllb-f。可在每ー個基材上測量掃掠扭矩的RMS，同時可較不常測量毯覆移除速率。可結合此兩個資料組，并且可使用最小平方估測技術(least squares estimation technique)或任何其他適當的資料適配技術(data fitting technique)來估測RMS掃掠扭矩(T)、向下力量與毪覆移除速率之間的標靶扭矩指標。在一實施例中，模擬的結構可以是如下所示Loge (T) =b*Loge (RR)+a*Loge (DF)(I)其中a與b是從最小平方估測所獲得的常數。在一特定實例中，利用應用材料公司制造的低向下力量調節臂針對氧化物CMP系統所計算的數值b與a分別是O. 228與O. 3。可針對特定墊材料、研磨流體、被研磨的基材材料與其他標準來選擇常數b與a。方程式⑴亦可被改寫成
權利要求
1.一種用于研磨一基材的設備，包含 一可旋轉平臺，該可旋轉平臺耦接到一基座； 一調節裝置，該調節裝置耦接到該基座，該調節裝置包含 一軸桿，該軸桿藉由一第一馬達可旋轉地耦接到該基座 '及 一可旋轉調節頭，該可旋轉調節頭藉由一臂耦接到該軸桿，該調節頭耦接到一第二馬達，該第二馬達控制該調節頭的旋轉 '及 一或更多個測量裝置，該一或更多個測量裝置可運作地用于感測該軸桿相對于該基座的一旋轉力量指標以及該調節頭的一旋轉力量指標。
2.如權利要求I所述的設備，其中該一或更多個測量裝置包含一第一感測器，該第一感測器耦接到該第一馬達。
3.如權利要求2所述的設備，其中該一或更多個測量裝置包含一第二感測器，該第二感測器耦接到該第二馬達。
4.如權利要求3所述的設備，其中該一或更多個測量裝置包含一感測器，該感測器選自從一電流感測器、一壓力感測器與一扭矩感測器所構成的群組。
5.如權利要求I所述的設備，其中該一或更多個測量裝置包含一第一扭矩感測器與一第二扭矩感測器。
6.如權利要求5所述的設備，更包含 一第三感測器，該第三感測器耦接到該調節裝置，該第三感測器系感測施加到該調節頭的一向下力量的指標。
7.如權利要求5所述的設備，更包含 一第四感測器，該第四感測器耦接到一馬達，該馬達控制該平臺的旋轉。
8.一種用于研磨一基材的設備，包含 一可旋轉平臺，該可旋轉平臺耦接到一基座； 一調節裝置，該調節裝置耦接到該基座，該調節裝置包含 一軸桿，該軸桿藉由一第一馬達可旋轉地耦接到該基座 '及 一可旋轉調節頭，該可旋轉調節頭藉由一臂耦接到該軸桿，該調節頭耦接到一第二馬達，該第二馬達控制該調節頭的旋轉； 一第一感測器，該第一感測器耦接到該第一馬達，該第一感測器可運作地感測該軸桿相對于該基座的一旋轉力量指標；及 一第二感測器，該第二感測器耦接到該第二馬達，該第二感測器可運作地感測該調節頭的一旋轉力量指標。
9.如權利要求8所述的設備，其中該第一感測器或該第二感測器選自從一電流感測器、一壓力感測器與一扭矩感測器所構成的群組。
10.如權利要求8所述的設備，其中該第一感測器與該第二感測器是一扭矩感測器。
11.如權利要求8所述的設備，更包含 一第三感測器，該第三感測器耦接到該調節裝置，該第三感測器系感測施加到該調節頭的一向下力量的指標。
12.如權利要求11所述的設備，更包含 一第四感測器，該第四感測器耦接到一馬達，該馬達控制該平臺的旋轉。
13.一種用于研磨一基材的方法，包含以下步驟 在不存在有一基材的情況下執行一預研磨制程，該預研磨制程包括將一調節盤推進抵靠一研磨墊的一研磨表面，該研磨墊設置在一研磨站中，該預研磨制程包含以下步驟 將該調節盤相對于該研磨墊移動于越過該研磨表面的一掃掠圖案中，同時監控將該調節盤相對于該研磨墊移動所需要的一旋轉力量值； 從該旋轉力量值決定可指示該調節盤與該研磨表面之間的一交互作用的一指標；及 回應于該指標，調整一研磨程式 '及 使用經調整的該研磨程式來研磨一或更多個基材。
14.如權利要求13所述的方法，其中該指標包括經測量的扭矩值。·
15.如權利要求14所述的方法，其中該研磨的步驟包含以下步驟 在研磨該一或更多個基材的期間，監控該旋轉力量值 '及 將該監控的扭矩值與一標靶扭矩值進行比較。
16.如權利要求15所述的方法，更包含以下步驟 回應于該測量扭矩值與該標靶扭矩值之間的一差異，調整該調節盤的一向下力量。
全文摘要
提供用于調節CMP系統中的研磨墊的設備與方法。在一實施例中，提供一種用于研磨基材的設備。此設備包含可旋轉平臺與調節裝置，該可旋轉平臺與調節裝置耦接到基座。調節裝置包含軸桿，該軸桿藉由第一馬達可旋轉地耦接到基座。可旋轉調節頭藉由臂耦接到軸桿。調節頭耦接到第二馬達，該第二馬達控制調節頭的旋轉。提供一或更多個測量裝置，該一或更多個測量裝置可運作地用于感測軸桿相對于基座的旋轉力量指標以及調節頭的旋轉力量指標。
文檔編號H01L21/66GK102725832SQ201180007441
公開日2012年10月10日 申請日期2011年9月12日 優先權日2010年10月21日
發明者A·簡恩, C·C·加勒特森, G·E·蒙柯, S·D·蔡, S·瀚達帕尼 申請人:應用材料公司