用于实时抛光配方控制的方法及系统与流程

本公开内容的实施方式涉及化学机械抛光，且更特定而言，涉及实时控制化学机械抛光的参数。

背景

化学机械抛光(Chemical mechanical polishing；CMP)是在半导体工业中用于通过使用化学蚀刻与研磨机械力的组合使晶片表面平滑化的过程。将晶片置于旋转平台上，且在抛光头接触晶片时由挡圈将晶片固定就位。从晶片表面移除材料，从而产生平坦表面。移除速率可随在晶片与抛光头之间施加的压力而改变。

在众多情况下，晶片的不同区域可以以不同速率抛光(例如晶片边缘可比晶片中心更快抛光)。尽管抛光配方可经发展并校准以补偿晶片组中不同的抛光速率，但仍可由于表面不规则性而发生晶片与晶片之间的不一致抛光，即使已进行先前校准也如此。

附图简要说明

本公开内容通过实例的方式，且并非通过限制方式在随附附图中进行说明，在所述附图中，相同的元件符号指示相同元件。应注意，对本公开内容中“一(an)”或“一个(one)”实施方式的不同参考并非一定针对同一实施，且这样的参考意味着至少一个。

图1是图示根据一个实施方式的化学机械抛光的方块图；

图2A是根据一个实施方式的反馈模块的一个实施方式的方块图；

图2B图示根据一个实施方式的在化学机械抛光期间监测晶片的不同区域；

图3是一绘图，该图图示根据一个实施方式的自监测晶片的不同区域而获得的数据；

图4图示用于实时更新抛光工艺的参数的方法的实施方式；

图5图示用于实时连续更新抛光工艺的参数的方法的实施方式；及

图6是图标示例性计算装置的方块图。

具体描述

本公开内容的实施方式涉及实时控制晶片抛光配方的方法及系统。原位速率监测系统在由CMP系统执行的抛光工艺期间实时监测材料移除速率。由于晶片被抛光，由原位速率监测系统在晶片的不同区域测得的测量数据(被称作“区段文件”)可包括在不同时间点出现并取决于厚度的可辨别特性。CMP系统比较来自不同区段文件的数据以判定在这些特性适时出现时间之间的一或更多个时间增量。基于时间增量，CMP系统由此辨识更新的抛光参数(例如基于查找表)，且实时更新其抛光配方以补偿晶片中不同区域处的任何抛光速率差异。

图1是图标制造系统100的方块图，该系统100包括制造系统数据源(例如制造执行系统(manufacturing execution system；MES)110)、化学机械抛光(chemical mechanical polishing；CMP)系统120，及原位速率监控(in situ rate monitoring；ISRM)系统130，每一系统/服务器经配置以例如经由网络140而与彼此通信。网络140可为局域网(local area network；LAN)、无线网络、移动通信网络、广域网(wide area network；WAN)，如因特网，或类似的通信系统。

MES 110、CMP系统120、ISRM系统130，及反馈模块200可由任何类型的计算装置分别代管，该计算装置包括服务器计算机、网关计算机、台式计算机、膝上型计算机、平板计算机、笔记本计算机、个人数字助理(personal digital assistant；PDA)、移动通信装置、蜂窝电话、智能电话、手持式计算机，或类似计算装置。或者，MES 110、CMP系统120、ISRM系统130，及反馈模块200的任何组合可在单个计算装置上代管，该计算装置包括服务器计算机、网关计算机、台式计算机、膝上型计算机、移动通信装置、蜂窝电话、智能电话、手持式计算机，或类似的计算装置。

ISRM系统130可收集并分析关于CMP系统120的数据。在一个实施方式中，ISRM系统130耦接至工厂系统数据源(例如MES 110、ERP)以接收调度数据(scheduling data)及设备(例如腔室)数据，等等。在一个实施方式中，ISRM系统130可在由CMP系统120执行的晶片抛光工艺期间捕获数据测量数据。CMP系统120可包括反馈模块200，该反馈模块接收来自ISRM系统130的测量数据，且处理该数据以更新CMP系统120在晶片抛光工艺中使用的抛光参数122。例如，反馈模块200可分析实时数据晶片抛光数据，从而判定晶片的不同区域是否正在由CMP系统以不同速率抛光，且更新CMP系统120的抛光参数/设置，该CMP系统120接着调整不同区域的抛光速率。

图2A是根据一个实施方式的反馈模块200的一个实施方式的方块图。在一个实施方式中，反馈模块200可与图1的反馈模块200相同。反馈模块可在CMP系统120上实施，且反馈模块可包括分析子模块202、CMP控制子模块204，及用户界面(user interface；UI)子模块206。

反馈模块200可耦接至数据存储器250。数据存储器250可为持久存储单元，该存储单元可为本地存储单元或远程存储单元。持久存储单元可为磁性存储单元、光学存储单元、固态存储单元、电子存储单元(主存储器)或类似存储单元。持久存储单元也可为单片装置或分布式装置组。如本发明中所使用，“组”指任何正整数个项目。在一些实施方式中，数据存储器250可在经由网络140可用的任何装置上得以维持。例如，数据存储器250可维持在服务器计算机、网关计算机、台式计算机、膝上型计算机、移动通信装置、蜂窝电话、智能电话、手持式计算机，或类似的计算装置上。

数据存储器250可存储区段文件数据252、查找表254，及抛光参数122。区段文件数据252可包括区段文件，所述区段文件包含在化学机械抛光工艺期间从晶片的不同区域获得的测量数据。例如，第一区段文件可对应于在晶片边缘观测到的反射系数对比时间的数据，且第二区段文件可对应于在晶片中心区域观测到的反射系数对比时间的数据。在一些实施方式中，区段文件数据252自ISRM系统130中被接收。例如，在区段文件数据252自ISRM系统130流出时，分析子模块202实时接收并存储区段文件数据252。查找表254可包括表列抛光参数，所述参数包括但不限于薄膜压力、内管压力，及挡圈压力。表列抛光参数可用作校正由CMP系统抛光头向晶片的不同区域施加的压力的偏移。例如，CMP控制子模块204可从查找表254中撷取经更新抛光参数且动态地更新抛光配方(例如通过控制由抛光单元210施加至晶片的一或更多个压力)。

在一个实施方式中，用户界面(user interface；UI)子模块206可在用户界面220中呈现出通过CMP系统120所获得的区段文件数据252、查找表254参数或抛光参数222中的一或更多者。用户界面220可为在任何适合的装置上实施的图形用户界面(graphical user interface；GUI)。在一个实施方式中，如若GUI在CMP系统上实施，则GUI可显示查找表参数254(例如使用用户界面220显示)。GUI也可在不同于CMP系统120的装置上实施。在一个实施方式中，如若GUI在ISRM系统130上实施，则GUI可显示区段文件数据252。

图2B图示根据一个实施方式的在化学机械抛光期间监测晶片的不同区域。ISRM系统130可经配置以在抛光工艺期间在晶片260上执行测量。在一个实施方式中，晶片260包括设置在其上的光学透明薄膜。CMP系统120抛光晶片260，此减少光学透明薄膜的厚度。ISRM系统130可以以区段文件的形式收集测量数据，所述区段文件分别对应于中心区域262、中间区域264，及边缘266。收集的数据可由分析子模块202进行实时分析。

图3是一绘图300，该图图示根据一个实施方式的自监测晶片的不同区域而获得的数据。在一个实施方式中，可展示绘图300以用于在GUI中显示(例如在UI 220上展示)，该绘图可随着CMP系统接收到的数据而实时更新。绘图300表示对应于在CMP工艺期间于晶片的多个区域进行的实时测量结果的区段文件数据。水平轴对应于平坦化时间(单元为秒)，平坦化时间对应于在CMP工艺期间的时间。垂直轴对应于反射强度(任意单位)。ISRM系统(例如ISRM系统130)可在晶片的不同区域处监测反射强度。在一些实施方式中，不同类型的处理数据可在绘图300中展示。

反馈模块200可使用绘图300中绘示的数据以实时更新CMP工艺的参数。曲线302、304、306对应于在CMP工艺期间实时监测的区段文件数据。例如，曲线302可对应于在晶片中心(例如中心区域262)获得的数据，曲线304可对应于在晶片中间区段(例如中间区域264)获得的数据，且曲线306可对应于在晶片边缘(例如边缘区域266)获得的数据。在一个实施方式中，曲线302、304、306绘制为平滑曲线。在一个实施方式中，曲线302、304、306绘制为单个数据点。

曲线302、304、306中的每一曲线的形状是根据设置于晶片上的一或更多个薄膜的反射系数测量结果而产生，所述形状展现取决于薄膜厚度的特性(例如局部极小值及局部极大值)。在CMP工艺期间，在薄膜经抛光时，薄膜厚度随时间而减少。尽管曲线302、304、306的各个数据点与时间同步，但由于不同的平坦化速率，曲线302、304、306中的每一者的特性可在不同时间点出现(例如，由抛光头向晶片边缘施加的压力可大于抛光头向晶片中心施加的压力，从而使边缘处的薄膜厚度减少速率大于中心处的薄膜厚度减少速率)。

曲线302可对应于晶片边缘，曲线304可对应于晶片中间区段，且曲线306可对应于晶片中心。曲线302具有第一局部最大值，该值出现在数据点310，该数据点310出现在时间点308(CMP工艺开始后约26秒)。同样，数据点312(对应于曲线304的局部最大值)及数据点314(对应于曲线306的局部最大值)也出现在时间点308。在一个实施方式中，曲线302(晶片边缘曲线)可经选择作为基准曲线，分析子模块202针对该基准曲线计算数据点312、314相对于数据点310的时间增量(例如数据点310与数据点312之间的时间增量将为这些数据点中每个数据点出现时间之间的差异)。如绘图300中所绘示，数据点310、312、314中的每一者同时发生在时间点308。因此，数据点310与数据点312之间的时间增量将为零，且数据点310与数据点314之间的时间增量也将为零，此指示晶片的该三个区域中的每一区域正在以相同速率抛光。在一个实施方式中，分析子模块202不采取操作，且分析子模块202继续接收区段文件数据，直至辨识出新特性。

随着CMP工艺继续进行，辨识到数据点318、320、324。数据点318、320、324中的每一者分别对应于曲线302、304、306的局部极小值。两个数据点318、320出现在同一时间点316，而数据点324出现在时间点322。分析子模块202可计算数据点318、320之间的时间增量为零。分析子模块202可计算时间点316与时间点322之间的时间增量340(Δt₁＝t_边缘-t_中心)。如绘图300中所绘示，时间增量340是-1秒。此滞后指示出对应于曲线306的抛光速率小于对应于曲线302的抛光速率(即晶片边缘的抛光快于晶片中心的抛光)。因此，分析子模块202可使用时间增量340的值以从查找表254辨识更新的参数。例如，可根据时间增量值检索查找表254，且分析子模块202可从查找表254中辨识对应于-1秒的更新压力参数(如挡圈压力)。一旦辨识出更新的压力参数，则CMP控制子模块204可将更新的压力参数传输至抛光单元210(例如抛光头)，该抛光单元随即动态地更新施加至晶片边缘的压力(例如更新的压力参数为正值，以使得施加至晶片边缘的抛光压力增大以补偿在区段文件数据中观测到的滞后)。在一个实施方式中，相对于测得的非零时间增量340，分析子模块202可不采取操作，但可存储及标记时间增量340。如若观测到额外的非零时间增量，则分析子模块202可稍后采取操作。

随着CMP工艺继续进行，辨识到数据点328、332、336。数据点328、332、336中的每一者分别对应于曲线302、304、306的局部最大值。数据点328出现在时间点326，数据点332出现在时间点330，且数据点336出现在时间点334。分析子模块202可计算时间点326与时间点330之间的时间增量342(Δt₂＝t_边缘–t_中间)，该时间增量342将等于-1，如绘图300中所绘示。此滞后指示对应于曲线304的抛光速率小于对应于曲线302的抛光速率(即，晶片中心的抛光快于晶片边缘的抛光)。同样，分析子模块202可计算时间点326与时间点334之间的时间增量344(Δt₃＝t_边缘-t_中心)，此时间增量344将等于-3，如绘图300中所绘示。此滞后指示对应于曲线306的抛光速率低于对应于曲线302的抛光速率(即晶片中心的抛光快于晶片中间区段的抛光)。分析子模块202可使用时间增量342、344的值以从查找表254中辨识更新参数，且CMP控制子模块204可将更新参数传输至抛光单元210以动态地更新晶片中间区段与晶片边缘的抛光。

下文中针对图4及图5而更详细地描述用于实时控制CMP工艺的实施方式。应理解，曲线形状、数据点，及时间仅以说明本公开内容的实施方式为目的，且其他实施方式中可能有其他曲线形状、数据点，及时间。在其他实施方式中，可通过使用任何适合的方法以类似方式处理数据，以辨识并比较实时数据的特性。

图4图示方法400的实施方式，该方法用于实时更新抛光工艺的参数。方法400可由包括硬件(例如电路、专用逻辑、可编程逻辑、微代码，等等)、软件(例如在处理装置上执行的指令)或上述各者的组合的处理逻辑来执行。在一个实施方式中，方法400由CMP系统(例如针对图1所述的ISRM系统130中的反馈模块200)执行，如下文所述。然而，应注意，本文所述的任何适合的计算装置可执行方法400，且CMP系统仅为说明性实例。

在方块410处，反馈模块(例如反馈模块200)辨识对应于第一数据集内的第一时间点的第一特性，该第一数据集对应于第一系列测量结果，该第一系列测量结果根据第一抛光参数在对晶片上的第一区域进行抛光期间实时产生。在一个实施方式中，在晶片正在经受由CMP系统(例如CMP系统120)执行的抛光工艺时，第一数据集是对应于该晶片中第一区域的区段文件。晶片的第一区域例如可为晶片边缘、晶片中心，或晶片中间区段。第一数据集(区段文件)可由ISRM系统(例如ISRM系统130)实时监测及存储在存储器(例如数据存储器250)中。在一个实施方式中，第一数据集可对应于反射强度对比时间的数据，其中穿过光学透明薄膜的光的反射强度由CMP系统或ISRM系统的反射计测得。反射强度随由抛光工艺引起的薄膜厚度减少而改变，从而在第一数据集中产生局部极小值及局部极大值特性。在一些实施方式中，其他类型的测量/特性化技术可用以获得不同类型的抛光数据，如折射率的测量。

在方块420处，反馈模块辨识对应于第二数据集内的第二时间点的第二特性，该第二数据集对应于在根据第二抛光参数对晶片上的第二区域进行抛光期间实时产生的第二系列测量结果。可以与方块410大体类似的方式针对第二数据集执行方块420。晶片的第二区域例如可为晶片边缘、晶片中心，或晶片中间区段，且为不同于晶片第一区域的区域。

在方块430处，反馈模块计算时间增量，该时间增量等于第一时间点与第二时间点之间的差异。在一个实施方式中，第一特性与第二特性为类似的特性(例如皆为局部最大值)，所述特性在彼此相近的时间出现(例如在约10秒内)。在方块440处，反馈模块基于计算得出的时间增量来更新(例如使用CMP控制子模块204)第一抛光参数或第二抛光参数中的至少一者。在一些实施方式中，如若反馈模块判定时间增量等于零，则可忽略方块440。

图5图示方法500的实施方式，该方法用于实时连续更新抛光工艺的参数。方法500可由包括硬件(例如电路、专用逻辑、可编程逻辑、微代码，等等)、软件(例如在处理装置上执行的指令)或上述各者的组合的处理逻辑来执行。在一个实施方式中，方法500由CMP系统(例如针对图1所述的ISRM系统130中的反馈模块200)执行，如下文所述。然而，应注意，本文所述的任何适合的计算装置可执行方法500，且CMP系统仅为说明性实例。

在方块510处，反馈模块(例如反馈模块200)辨识对应于第一数据集内的第一时间点的第一特性，该第一数据集对应于第一系列测量结果，所述第一系列测量结果根据第一抛光参数在对晶片上的第一区域进行抛光期间实时产生。方块510可与针对图4所述的方块410相同或类似。

在方块520处，反馈模块(例如反馈模块200)辨识对应于第一数据集内的第一时间点的第一特性，该第一数据集对应于第一系列测量结果，所述第一系列测量结果根据第一抛光参数在对晶片上的第一区域进行抛光期间实时产生。方块520可与针对图4所述的方块420相同或类似。

在方块530处，反馈模块计算时间增量，该时间增量等于第一时间点与第二时间点之间的差异(例如自第一时间点减去第二时间点)。方块530可与针对图4所述的方块430相同或类似。

在方块540处，反馈模块判定计算得出的时间增量是否等于零。如若计算得出的时间增量不等于零，则方法500继续前进至方块550。在方块550处，反馈模块基于计算得出的增量来更新第一抛光参数或第二抛光参数中的至少一者。在一个实施方式中，可在查找表(例如查找表254)内辨识新参数值。可将新参数值分配至第一或第二抛光参数中的至少一者，例如通过将存储的抛光参数替换为新参数(例如在数据存储器250中存储新参数值以替代旧参数值)。在一个实施方式中，反馈模块可通过将经更新参数传输至抛光单元(例如抛光单元210)来更新第一及/或第二抛光参数，该抛光单元接着调整抛光设置(例如施加至晶片中多个区域的压力)。

在一个实施方式中，反馈模块可判定时间增量为负(例如第二时间点的出现时间迟于第一时间点)。随后，反馈模块可增大第二抛光参数以补偿第一时间值与第二时间值之间的差异(例如通过增大施加至对应于第二数据集的区域的抛光压力)。在一个实施方式中，反馈模块可判定时间增量为正(例如第一时间点的出现时间迟于第二时间点)。随后，反馈模块可减小第二抛光参数以补偿第一时间值与第二时间值之间的差异(例如通过减小施加至对应于第二数据集的区域的抛光压力)。在一些实施方式中，如若时间增量的绝对值超过非零的阈值，则方法500可继续前进至方块550。在一些实施方式中，除非已判定时间增量已超过零至少两次，否则方法500可能不继续前进至方块550。

如若在方块540处，计算得出的时间增量等于零，则方法500继续前进至方块560。在方块560处，反馈模块判定是否到达抛光工艺的终点。例如，CMP系统可能已经配置以执行抛光工艺达预定历时的时长，且一旦已经过预定的历时时长，则反馈模块可判定工艺完成。如若反馈模块判定尚未达到终点，则方法500继续前进至方块570，在方块570中，反馈模块继续接收经监测到的实时抛光数据(例如从CMP系统中接收的抛光数据)，直至可辨识到区段文件中的新特性(例如，局部极小值及局部极大值)，且计算新特性的各个时间点之间的新时间增量。如若反馈模块判定已达到终点，则方法500结束。

图6是图标示例性计算装置600的方块图。在一个实施方式中，计算装置600对应于代管图1及图2中的反馈模块200的机器。计算装置600包括用于使机器执行本发明中论述的方法中的任何一或更多个方法的指令集。在替代性实施方式中，机器可连接(例如网络连接)至局域网(Local Area Network；LAN)、内部网、外部网或因特网中的其他机器。机器可在主从式网络环境中以服务器机器的容量作业。机器可为个人计算机(personal computer；PC)、机顶盒(set-top box；STB)、服务器、网络路由器、交换器或网桥，或任何能够执行指令集(连续或以其他方式)的机器，该指令集规定该机器将采取的操作。此外，尽管仅图示单个机器，但术语“机器”也应被视作包括机器的任何集合，所述机器单独或共同地执行一个(或多个)指令集以执行本发明论述的方法中的任何一或更多者。

示例性计算装置600包括全部经由总线630彼此通信的处理系统(处理装置)602、主存储器604(例如，只读存储器(read-only memory；ROM)、闪存、诸如同步动态随机存取存储器(synchronous dynamic random access memory；SDRAM)的动态随机存取存储器(dynamic random access memory；DRAM)，等)、静态存储器606(例如，闪存、静态随机存取存储器(static random access memory；SRAM)，等)，及数据存储装置618。处理装置602、主存储器604，及数据存储装置618中的每一者能够存储与反馈模块200相关的指令622。

处理装置602表示诸如微处理器、中央处理单元，或类似物的一或更多个通用处理装置。更特定而言，处理装置602可为复杂指令集计算(complex instruction set computing；CISC)微处理器、精简指令集计算(reduced instruction set computing；RISC)微处理器、超长指令字(very long instruction word；VLIW)微处理器，或实施其他指令集的处理器，或实施指令集组合的处理器。处理装置602也可为诸如专用集成电路(application specific integrated circuit；ASIC)、现场可编程门阵列(field programmable gate array；FPGA)、数字信号处理器(digital signal processor；DSP)、网络处理器，或类似物的一或更多个专用处理装置。处理装置602经配置以执行反馈模块200以用于执行本发明中论述的操作及步骤。

计算装置600可进一步包括网络接口装置608。计算装置600也可包括视频显示单元610(例如，液晶显示器(liquid crystal display；LCD)或阴极射线管(cathode ray tube；CRT))、文字数字输入装置612(例如键盘)、光标控制装置614(例如鼠标)，及信号产生装置616(例如扬声器)。

数据存储装置618可包括计算机可读存储介质628，该存储介质上存储有一或更多个指令集(例如用于反馈模块200的指令622)，所述指令集实施本发明所述的方法或功能中的任何一或更多者。在通过计算装置600对反馈模块200的执行期间，反馈模块200也可完全或至少部分地驻存于主存储器604内及/或处理装置602内，主存储器604及处理装置602也构成计算机可读介质。反馈模块200可进一步经由网络接口装置608而在诸如网络140的网络620上传输或接收。

尽管计算机可读存储介质628在一示例性实施方式中经图标为单个介质，但术语“计算机可读存储介质”应被视作包括存储一或更多个指令集的单个介质或多个介质(例如集中或分布式数据库，及/或关联的高速缓存及服务器)。术语“计算机可读存储介质”也应被视作包括以下任何介质：该介质能够存储、编码，或携带由机器执行的指令集，且使机器执行本公开内容的方法中的一或更多个方法。术语“计算机可读存储介质”应因此被视作包括但不限于暂时性计算机可读存储介质及非暂时性计算机可读存储介质，所述暂时性计算机可读存储介质包括但不限于传播电信号或电磁信号，所述非暂时性计算机可读存储介质包括但不限于易失性及非易失性计算机存储器或存储装置，如硬盘、固态存储器、光学介质、磁性介质、软盘、USB驱动器、DVD、CD、介质卡、寄存器存储器、处理器高速缓存、随机存取存储器(random access memory；RAM)，等等。

在上述描述中，阐述出众多细节。然而，受益于本公开内容的本领域技术人员将显而易见的是，本公开内容的实施方式可在无需这些特定细节的情况下得以实施。在一些情况下，众所熟知的结构及装置是以方块图形式进行显示，而非详细形式，以免使描述含义模糊。

本具体描述的一些部分是以对于计算机存储器内的数据位进行的操作的算法及符号表示的方式呈现。这些算法描述及表示是数据处理领域技术人员用以将自身所作工作的实质内容传达至本领域的其他技术人员的最有效手段。在本发明中及一般情况下，设想算法为将产生所需的结果的自相一致的步骤序列。所述步骤是需要对实体数量进行实体操纵的步骤。通常但并非一定，这些数量采取能够被存储、传输、组合、比较，及进行其他操作的电信号或磁信号的形式。已证实，有时大体出于常用的原因，将这些信号称作位、值、元件、符号、字符、项目、数目等是便利的。

然而，应谨记，全部这些及类似术语将与适当的实体数量相关联，且仅为应用至这些数量的便利标志。除非另作具体陈述，如在上文论述中显而易见，否则将了解，在全文描述中，利用诸如“判定”、“增添”、“提供”等的术语的论述指计算装置或类似的电子计算装置的操作及处理，该计算装置操纵在计算装置寄存器及存储器内表示为实体(例如电子)量的数据，且将该数据转换至同样在计算装置存储器或寄存器或其他此类信息存储装置内表示为实体数量的其他数据。

本公开内容的实施方式也涉及用于执行本发明中的操作的设备。此设备可经特定构建而用于其所需的用途，或此设备可包括通用计算机，该通用计算机由存储在计算机中的计算机程序选择性地启动或重新配置。该计算机程序可存储在计算机可读存储介质中，该计算机可读存储介质诸如但不限定于任何类型的碟(包括光盘、CD-ROM，及磁性光盘)、只读存储器(read-only memory；ROM)、随机存取存储器(random access memory；RAM)、可擦除可编程只读存储器(erasable programmable read only memory；EPROM)、电子可擦除可编程只读存储器(electrically erasable programmable read only memory；EEPROM)、磁性或光卡，或适合于存储电子指令的任何类型的介质。

将理解，以上描述是旨在说明性，而非限制性。在阅读及理解上述描述之后，诸多其他实施方式将对本领域技术人员显而易见。因此，本公开内容的范围应通过参考随附的权利要求书，及该权利要求书给予权利的同等内容的完整范围而判定。