专利名称：利用复合控制模式的研浆流量控制方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体制造方法及系统，尤其涉及一种在半导体研磨过程中利用复合控制模式的研浆流量控制方法及系统。
背景技术：
随着半导体制造的微细化，组件的性能及高集成化层次越高，使得每一材质层的厚度及均匀性的控制显得格外重要。特别是在材质层的研磨过程中，通常使用化学机械研磨(Chemical Mechanic Polishing，CMP)进行材质层表面或是晶圆表面的研磨，以通过均匀输送研浆(Slurry)来进行研磨过程。
现有技术的输送研浆的流量控制系统，如
图1所示，该研浆流量控制系统包括开回路控制器100、线性泵102及流量计104。操作时，先输入研浆流量设定值于开回路控制器100中，并且开回路控制器100输出控制信号。接着将控制信号转换成驱动信号，而该驱动信号与研浆的流量成正比。最后，线性泵102输送研浆至研磨设备(未标示)中。
由于研浆在输送过程中，会受到压缩或膨胀的作用，以致于在研浆中产生很多的气泡，并且进入流量计104中，影响研浆的流量测定值。而使用开回路控制器100通常仅适用于瞬时响应的流量变动大的情形下，使得研浆的流量与流量设定值产生误差。而且由于高精度的研磨品质要求下，开回路控制器100无法准确地使研浆的流量能维持较佳的流量范围，从而降低了研磨过程的稳定度。
因此，如何使研浆的流量变动缩小，以及如何提高化学机械研磨过程的稳定度已成为目前半导体厂商亟需解决的课题。
综上可知，所述现有技术的输送研浆的流量控制系统，在实际使用上，显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。
发明内容
本发明的一目的是利用复合控制模式的研浆流量控制方法及系统，结合闭回路控制法及开回路控制法，以实时控制研浆的输出。
本发明的另一目的是利用复合控制模式的研浆流量控制方法及系统，实时比较研浆流量测量值与流量设定值的差值，以选用闭回路控制法或开回路控制法。
为了实现上述目的，本发明提供一种利用复合控制模式的研浆流量控制方法及系统，用于半导体研磨过程中，该研浆流量控制方法至少包含输入流量设定值至开回路控制器及闭回路控制器中，以利用该流量设定值使所述开回路控制器进行比例控制法，并使所述开回路控制器输出第一控制信号；流体计测装置输入流量测量值至闭回路控制器，以利用所述流量设定值及所述流量测量值，使所述闭回路控制器进行比例-积分-微分控制法，并使该闭回路控制器输出第二控制信号；中央控制装置接收所述流体计测装置的流量测量值，以比较该流量测量值与所述流量设定值的差值，并使所述中央控制装置选择所述第一控制信号及第二控制信号；所述中央控制装置输出驱动信号至输送装置，以响应所述第一控制信号及第二控制信号，并使所述输送装置输送研浆至所述流体计测装置中；以及所述流体计测装置实时监测所述研浆的流量测量值，并且传送该研浆至研磨装置中，以利于进行研磨过程。
所述的研浆流量控制方法，其中，所述流量设定值包含第一准位值及第二准位值，所述第一准位值低于所述第二准位值，用来定义所述研浆的流量测量值的范围。
所述的研浆流量控制方法，其中，所述流量测量值介于所述第一准位值及所述第二准位值之间，则所述中央控制装置选用所述第二控制信号，以使所述闭回路控制器进行比例-积分-微分控制法。
所述的研浆流量控制方法，其中，如果所述流量测量值低于所述第一准位值，则所述中央控制装置选用所述第一控制信号，以使所述开回路控制器进行比例控制法。
所述的研浆流量控制方法，其中，如果所述流量测量值高于所述第二准位值，则所述中央控制装置选用所述第一控制信号，以使所述开回路控制器进行比例控制法。
一种利用复合控制模式的流体流量控制方法，该流体流量控制方法至少包含输入流量设定值至开回路控制器及闭回路控制器中，以利用该流量设定值使所述开回路控制器进行比例控制法，并使所述开回路控制器输出第一控制信号，其中该流量设定值包含第一准位值及第二准位值，所述第一准位值低于所述第二准位值，用来定义所述流体的流量测量值的范围；流体计测装置输入流量测量值至闭回路控制器，以利用所述流量设定值及所述流量测量值，使所述闭回路控制器进行比例-积分-微分控制法，并使该闭回路控制器输出第二控制信号；中央控制装置接收所述流体计测装置的流量测量值，以比较该流量测量值与所述流量设定值的差值，并使所述中央控制装置选择所述第一控制信号及第二控制信号；所述中央控制装置输出驱动信号至输送装置，以响应所述第一控制信号及第二控制信号，并使所述输送装置输送流体至所述流体计测装置中；以及所述流体计测装置实时监测所述流体的流量测量值，并且传送所述流体至研磨装置中，以利于进行研磨过程。
所述的流体流量控制方法，其中，如果所述流量测量值介于所述第一准位值及第二准位值之间，则所述中央控制装置选用所述第二控制信号，以使所述闭回路控制器进行比例-积分-微分控制法。
所述的流体流量控制方法，其中，如果所述流量测量值低于所述第一准位值，则所述中央控制装置选用所述第一控制信号，以使所述开回路控制器进行比例控制法。
所述的流体流量控制方法，其中，如果所述流量测量值高于所述第二准位值，则所述中央控制装置选用所述第一控制信号，以使所述开回路控制器进行比例控制法。
一种复合控制模式的流体流量控制系统，该流量控制系统至少包含流体计测装置，用于监测流体的流量测量值；复合控制器，具有闭回路控制器及开回路控制器，该复合控制器利用所述闭回路控制器连接于所述流体计测装置，所述闭回路控制器通过所述流量测量值及一流量设定值作比例-积分-微分控制并输出第一控制信号，所述开回路控制器通过所述流量测量值作比例控制并输出第二控制信号；中央控制装置，分别连接于所述闭回路控制器、所述开回路控制器及所述流体计测装置，该中央控制装置比较所述流量测量值与流量设定值的差值，以选择所述第一控制信号及第二控制信号；以及输送装置，连接于所述中央控制装置及流体计测装置，用于输送所述流体至所述流体计测装置中。
所述的流体流量控制系统，其中，所述流量设定值包含第一准位值及第二准位值，所述第一准位值低于第二准位值，用来定义所述流体的流量测量值的范围。
所述的流体流量控制系统，其中，如果所述流量测量值介于所述第一准位值及所述第二准位值之间，则所述中央控制装置选用所述闭回路控制器的所述第二控制信号。
所述的流体流量控制系统，其中，如果所述流量测量值低于所述第一准位值，则所述中央控制装置选用所述开回路控制器的所述第一控制信号。
所述的流体流量控制系统，其中，如果所述流量测量值高于所述第二准位值，则所述中央控制装置选用所述开回路控制器的所述第一控制信号。
附图简要说明下面结合附图，通过对本发明的较佳实施例的详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。
附图中，图1为现有技术的输送研浆的流量控制系统的示意图；图2为根据本发明复合控制模式的研浆流量控制系统方块图；图3为根据本发明图2的研浆流量对应于时间的示意图；图4为根据本发明复合控制模式的研浆流量控制方法的流程图。
具体实施例方式
下文，将详细描述本发明。
本发明提供一种复合控制模式的研浆流量控制方法及系统，结合闭回路控制法及开回路控制法，以实时控制研浆的流量输出。并且进一步实时比较研浆流量测量值与流量设定值之间的差值，以选用闭回路控制法或开回路控制法。本发明的研浆流量控制方法主要是用于化学机械研磨(CMP)过程中，用来准确控制多种研磨剂的研浆的流量，也适用于其它的流体输送过程中。
如图2所示，所述研浆流量控制系统包括流体计测装置200、复合控制器202、中央控制装置204及输送装置206。流体计测装置200用于监测流体的流量测量值208a。
所述复合控制器202具有闭回路控制器202a及开回路控制器202b，利用闭回路控制器202a连接于流体计测装置200，闭回路控制器202a通过流量测量值208及一流量设定值208b作比例-积分-微分(Proportion-Integration-Differential，PID)控制并输出第一控制信号210a，开回路控制器202b通过流量测量值208a作比例(Proportion)控制并输出第二控制信号210b。
所述中央控制装置204分连接于闭回路控制器202a、开回路控制器202b及流体计测装置200，中央控制装置204比较流量测量值208a与流量设定值208b的差值，例如通过比较器来比较流量测量值208a与流量设定值208b的大小，以选择第一控制信号210a及第二控制信号210b。输送装置206连接于中央控制装置204及流体计测装置200，用于输送流体至流体计测装置200中。
本发明使用复合式的开回路控制器202b及闭回路控制器202a，其中开回路控制法用于控制系统的瞬时响应，使开回路控制器202b快速地将超出设定值208b的研浆流量调整至流量设定值208b的范围内。而闭回路控制法用于控制系统的稳态响应，使闭回路控制器202a准确地将位于设定值208b范围的研浆流量调整至更精确的流量设定值208b的范围内。
此外，本发明可以实时监控流量的状态，使中央控制装置204可以在任何时间检测研浆的流量状态，以选择闭回路控制器202a或开回路控制器202b。具体地说，在研磨过程中，闭回路控制器202a或开回路控制器202b均为使能(Enable)状态，以利于中央控制装置204实时地根据研浆的流量状态，快速地切换至闭回路控制器202a或开回路控制器202b。本发明的较佳实施例中，利用软件或是硬件方式设定流量设定值208b，例如在中央控制装置204中利用软件设定研浆的流量设定值208b。
图3是根据本发明图2的研浆流量对应于时间的示意图，其中横轴为时间，纵轴为流量。在研磨的过程中，研浆的流量测量值208a通常会随着时间变化。首先在T1时段，测量值208a急速上升且为非稳定的状态，中央控制装置204使用开回路控制法，快速地将研浆的测量值208a调整至设定值208b，且设定值208b包含准位值300a，300b范围内。
随后在T2时段，中央控制装置204切换使用闭回路控制法。经过一段时间之后，在T3时段，测量值208a超越准位值300b。因此在T4时段，中央控制装置204立即选择开回路控制法，使研浆的测量值208a回复至设定值208b范围之内。
接着在T5时段，中央控制装置204切换使用闭回路控制法，使研浆的测量值208a维持在准位值300a，300b范围之内。最后在T6时段，当研磨过程即将结束时，测量值208a持续下降且为非稳定的状态，则中央控制装置204利用开回路控制法，缩短快速流量下降时间，以快速地完成研磨过程。
具体而言，在研磨过程的T1开始阶段及T6结束阶段，为了缩短流量的上升时间及下降时间，中央控制装置204立即由闭回路控制法切换至开回路控制法，使研浆的流量208a符合设定值208b。而在研磨的T2至T5过程阶段中，若是研浆的流量208a产生过大变动，也即流量测量值208a高于或是低于准位值300a，300b时，则中央控制装置204实时地在闭回路控制法切与开回路控制法之间进行切换，以实现精确控制研浆流量的目的。
本发明复合控制模式的研浆流量控制方法的流程中，如图4所示，在步骤400中，输入流量设定值至开回路控制器及闭回路控制器中，以通过流量设定值使开回路控制器进行比例控制法，并使开回路控制器输出第一控制信号。本发明较佳实施例中，流量设定值包含第一准位值及第二准位值，第一准位值低于第二准位值，用来定义研浆的流量测量值的范围。
在步骤402中，流体计测装置输入流量测量值至闭回路控制器，以利用流量设定值及流量测量值，使闭回路控制器进行比例-积分-微分控制法，并使闭回路控制器输出第二控制信号。在步骤404中，中央控制装置接收流体计测装置的流量测量值，以比较流量测量值与流量设定值之间的差值，并使中央控制装置选择第一控制信号及第二控制信号。
如果流量测量值介于第一准位值及第二准位值之间，则中央控制装置选用第二控制信号，以使闭回路控制器进行比例-积分-微分控制法。若流量测量值低于第一准位值，则中央控制装置选用第一控制信号，以使开回路控制器进行比例控制法。如果流量测量值高于第二准位值，则中央控制装置选用第一控制信号，以使开回路控制器进行比例控制法。
在步骤406中，中央控制装置输出驱动信号至输送装置，以响应第一控制信号或第二控制信号，并使输送装置输送研浆至流体计测装置中。在步骤408中，流体计测装置实时监测研浆的流量测量值，并且传送研浆至研磨装置中，以利于进行研磨过程。
具体而言，开回路控制法使用校正表(Calibration Curve)，该校正表通过流量设定值对应于驱动电压，并且输入该驱动电压至输送装置，以使研浆的流量输出等于流量设定值。闭回路控制法利用比例-积分-微分控制法，利用流量设定值及流量测量值来调整研浆的流量维持在流量设定值的范围之内。
本发明的研浆流量测量值维持在流量设定值的范围内的程度代表研磨过程稳定度，以过程指数(Cpk)表示之，其中过程指数(Cpk)必须高于1才足以符合过程稳定度的要求。根据本发明实验结果显示，本发明与现有技术在具有相同流量设定值的条件下，以研磨500片晶圆为例，本发明的过程指数(Cpk)值为1.41。相对地，现有技术的Cpk值仅为0.13，所以本发明的过程稳定度显然优于现有技术。
更重要的是，本发明实验结果还显示，若是持续研磨第501至1000片的晶圆，则本发明的过程指数(Cpk)值更提高至5.09。换言之，本发明在前面500片的研磨过程中，利用优于现有技术的过程稳定度为基础，在后面500片的研磨过程中，持续地提升过程稳定度约达3.6倍。因此本发明具有复合控制模式的研浆流量控制方法具有极高的过程稳定度，使研浆流量在研磨过程中始终趋近于设定值。
综上所述，本发明利用复合控制模式的研浆流量控制方法及系统，结合闭回路控制法及开回路控制法，以实时控制研浆的流量输出。并且进一步实时比较研浆流量测量值与流量设定值之间的差值，以选用闭回路控制法或开回路控制法，从而有效提高过程的稳定度，大幅提高研磨过程的品质。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明后附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种利用复合控制模式的研浆流量控制方法及系统，用于半导体研磨过程中，该研浆流量控制方法至少包含输入流量设定值至开回路控制器及闭回路控制器中，以利用该流量设定值使所述开回路控制器进行比例控制法，并使所述开回路控制器输出第一控制信号；流体计测装置输入流量测量值至闭回路控制器，以利用所述流量设定值及所述流量测量值，使所述闭回路控制器进行比例-积分-微分控制法，并使该闭回路控制器输出第二控制信号；中央控制装置接收所述流体计测装置的流量测量值，以比较该流量测量值与所述流量设定值的差值，并使所述中央控制装置选择所述第一控制信号及第二控制信号；所述中央控制装置输出驱动信号至输送装置，以响应所述第一控制信号及第二控制信号，并使所述输送装置输送研浆至所述流体计测装置中；以及所述流体计测装置实时监测所述研浆的流量测量值，并且传送该研浆至研磨装置中，以利于进行研磨过程。
2.根据权利要求1所述的研浆流量控制方法，其特征在于，所述流量设定值包含第一准位值及第二准位值，所述第一准位值低于所述第二准位值，用来定义所述研浆的流量测量值的范围。
3.根据权利要求2所述的研浆流量控制方法，其特征在于，如果所述流量测量值介于所述第一准位值及所述第二准位值之间，则所述中央控制装置选用所述第二控制信号，以使所述闭回路控制器进行比例-积分-微分控制法。
4.根据权利要求2所述的研浆流量控制方法，其特征在于，如果所述流量测量值低于所述第一准位值，则所述中央控制装置选用所述第一控制信号，以使所述开回路控制器进行比例控制法。
5.根据权利要求2所述的研浆流量控制方法，其特征在于，如果所述流量测量值高于所述第二准位值，则所述中央控制装置选用所述第一控制信号，以使所述开回路控制器进行比例控制法。
6.一种利用复合控制模式的流体流量控制方法，该流体流量控制方法至少包含输入流量设定值至开回路控制器及闭回路控制器中，以利用该流量设定值使所述开回路控制器进行比例控制法，并使所述开回路控制器输出第一控制信号，其中该流量设定值包含第一准位值及第二准位值，所述第一准位值低于所述第二准位值，用来定义所述流体的流量测量值的范围；流体计测装置输入流量测量值至闭回路控制器，以利用所述流量设定值及所述流量测量值，使所述闭回路控制器进行比例-积分-微分控制法，并使该闭回路控制器输出第二控制信号；中央控制装置接收所述流体计测装置的流量测量值，以比较该流量测量值与所述流量设定值的差值，并使所述中央控制装置选择所述第一控制信号及第二控制信号；所述中央控制装置输出驱动信号至输送装置，以响应所述第一控制信号及第二控制信号，并使所述输送装置输送流体至所述流体计测装置中；以及所述流体计测装置实时监测所述流体的流量测量值，并且传送所述流体至研磨装置中，以利于进行研磨过程。
7.根据权利要求6所述的流体流量控制方法，其特征在于，如果所述流量测量值介于所述第一准位值及第二准位值之间，则所述中央控制装置选用所述第二控制信号，以使所述闭回路控制器进行比例-积分-微分控制法。
8.根据权利要求6所述的流体流量控制方法，其特征在于，如果所述流量测量值低于所述第一准位值，则所述中央控制装置选用所述第一控制信号，以使所述开回路控制器进行比例控制法。
9.根据权利要求6所述的流体流量控制方法，其特征在于，如果所述流量测量值高于所述第二准位值，则所述中央控制装置选用所述第一控制信号，以使所述开回路控制器进行比例控制法。
10.一种复合控制模式的流体流量控制系统，该流量控制系统至少包含流体计测装置，用于监测流体的流量测量值；复合控制器，具有闭回路控制器及开回路控制器，该复合控制器利用所述闭回路控制器连接于所述流体计测装置，所述闭回路控制器通过所述流量测量值及一流量设定值作比例-积分-微分控制并输出第一控制信号，所述开回路控制器通过所述流量测量值作比例控制并输出第二控制信号；中央控制装置，分别连接于所述闭回路控制器、所述开回路控制器及所述流体计测装置，该中央控制装置比较所述流量测量值与流量设定值的差值，以选择所述第一控制信号及第二控制信号；以及输送装置，连接于所述中央控制装置及流体计测装置，用于输送所述流体至所述流体计测装置中。
11.根据权利要求10所述的流体流量控制系统，其特征在于，所述流量设定值包含第一准位值及第二准位值，所述第一准位值低于第二准位值，用来定义所述流体的流量测量值的范围。。
12.根据权利要求11所述的流体流量控制系统，其特征在于，如果所述流量测量值介于所述第一准位值及所述第二准位值之间，则所述中央控制装置选用所述闭回路控制器的所述第二控制信号。
13.根据权利要求11所述的流体流量控制系统，其特征在于，如果所述流量测量值低于所述第一准位值，则所述中央控制装置选用所述开回路控制器的所述第一控制信号。
14.根据权利要求11所述的流体流量控制系统，其特征在于，如果所述流量测量值高于所述第二准位值，则所述中央控制装置选用所述开回路控制器的所述第一控制信号。
全文摘要
一种利用复合控制模式的研浆流量控制方法及系统，该研浆流量控制系统包括流体计测装置、复合控制器、中央控制装置及输送装置。操作时，利用所述中央控制装置实时比较所述流体计测装置的研浆流量测量值与流量设定值之间的差值，以选用所述复合控制器的闭回路控制法或开回路控制法，使所述输送装置准确地控制研浆的流量输出。
文档编号H01L21/02GK1485888SQ02144250
公开日2004年3月31日 申请日期2002年9月29日 优先权日2002年9月29日
发明者张肇荣, 陈炳旭, 彭进兴, 罗冠腾, 鲁建国, 黄见翎 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司