专利名称：用于补偿化学机械研磨耗材中可变性的设备及方法
技术领域：
本发明的实施例大体上关于用于研磨基材(诸如半导体基材)的方法与设备。更详言之，本发明的实施例关于用于调节化学机械研磨(CMP)系统中的研磨表面的方法。
背景技术：
在半导体元件的制造期间，藉由各种制程将层与结构沉积与形成在半导体基材上。化学机械研磨(CMP)是广泛地被使用的制程，此制程是透过使研磨垫与研磨溶液的组合以为了接收后续层而平坦化基材或维持平坦性的方式来移除过量材料。随着时间，研磨垫的效力减弱。为了改善研磨垫的效力，可定期地调节研磨垫。大体上，垫调节涉及以磨蚀调节盘来擦净研磨垫，以移除垫表面上的任何累积的研磨副产物与/或以更新研磨垫的表面。当将新CMP耗材(诸如研磨垫与调节盘)引进到 研磨系统内时，性质与/或彼此的交互作用是未知的。例如，调节盘会因制造业者的不同而有变化，并且时常会因盘的不同而有变化。依此，新调节盘可能对研磨垫调节不足或调节过度，其中调节不足会造成较低的移除速率，而调节过度会造成研磨垫的寿命的缩短。同样地，研磨垫性质会因制造业者的不同而有变化，并且会因研磨垫的不同而有变化。例如，研磨垫的性质(诸如硬度)会影响调节程式(conditioning recipe),造成研磨垫被调节过度或被调节不足。因此，需要一种改善的用于调节研磨垫的设备与方法，此设备与方法可基于耗材的性质与交互作用(诸如研磨垫的性质与调节盘的性质)而改善研磨垫调节。
发明内容
本发明的实施例提供用于研磨基材的设备与方法。在一实施例中，提供一种用于研磨基材的设备。此设备包含可旋转平台与调节装置，该可旋转平台与调节装置耦接到基座。调节装置包含轴杆，该轴杆藉由第一马达可旋转地耦接到基座。可旋转调节头藉由臂耦接到轴杆。调节头耦接到第二马达，该第二马达控制调节头的旋转。提供一或更多个测量装置，该一或更多个测量装置可运作地用于感测轴杆相对于基座的旋转力量指标以及调节头旋转力量指标。在另一实施例中，提供一种用于研磨基材的方法。此方法包含以下步骤在不存在有基材下执行预研磨制程，该预研磨制程包括将调节盘推进抵靠研磨垫的研磨表面，该研磨垫设置在研磨站中；将调节盘相对于研磨垫移动于越过研磨表面的扫掠图案中，同时监控将调节盘相对于研磨垫移动所需要的旋转力量值；从旋转力量值决定可指示调节盘与研磨表面之间的交互作用的指标；回应于指标，调整研磨程式；及使用经调整的研磨程式来研磨一或更多个基材。在另一实施例中，提供一种用于研磨基材的方法。此方法包含以下步骤在不存在有基材下执行预研磨制程，该预研磨制程包括将调节盘推进抵靠研磨垫的研磨表面，该研磨垫设置在研磨站中；将调节盘相对于研磨垫移动，同时监控将调节盘相对于研磨表面移动所需要的旋转力量值。预研磨制程亦包括从旋转力量值决定可指示调节盘与研磨表面之间的交互作用的第一扭矩指标；回应于第一扭矩指标，调整研磨程式；使用经调整的研磨程式来研磨一或更多个基材；调节研磨垫的研磨表面，同时监控将调节盘相对于研磨表面移动所需要的旋转力量值，以决定第二扭矩指标；及当第二扭矩指标不同于标靶扭矩指标时，调整一或更多个调节參数。
可藉由參考本发明的实施例来详细暸解本发明于上文所记载的特征结构，本发明于上文所记载的特征简短地在上文概述过，其中该等实施例在附图中图示。图I是研磨站的ー实施例的部分剖视图，研磨站可用于实施本发明的实施例。图2是图I的研磨站的示意平面图。 图3是流程图，该流程示可用于实施本发明的实施例的方法的ー实施例。图4是流程图，该流程示可用于实施本发明的实施例的方法的另ー实施例。为了促进了解，已经尽可能地使用相同的元件符号来指称图式中共同的相同元件。可了解的是，一实施例中的元件与特征结构可有益地被并入到其他实施例中，而无需进
ー步赘述。
具体实施例方式在此描述的实施例关于用于调节化学机械研磨(CMP)系统中研磨垫的研磨表面的设备与方法，以提升基材上的材料移除速率并增加产能。在CMP制程中，需要定期地调节研磨垫以更新研磨垫的表面。然而，垫调节与研磨制程期间来自基材的摩擦的组合倾向于磨耗研磨垫到必须更换研磨垫的程度。同样地，调节盘的磨蚀性随着时间减弱，以致必须更换调节盘。当将新耗材(诸如新研磨垫与/或新调节盘)引进到研磨系统内时，研磨垫与调节盘之间的交互作用是未知的。例如，研磨垫性质会因制造业者的不同以及研磨垫的不同而有变化。同样地，调节盘的性质(诸如调节盘的钻石砂砾尺寸与表面形貌)会因盘的不同而有变化。本发明的实施例导向耗材(诸如研磨垫、用于调节或更新研磨垫的调节盘与此两者的组合)的效能。发明人已经发现到，可在安装新耗材时原位地决定新耗材的交互作用或效能。可在ー或更多个预研磨制程中监控耗材之间的交互作用以提供效能指标(performance metric),该效能指标可用在研磨程式或闭路控制系统中以控制自动研磨制程程式中的处理參数。此外，可在后续研磨制程期间持续地监控效能指标，以为了提升移除速率与/或耗材的寿命。图I是研磨站100的实施例的部分剖视图，研磨站100设以执行诸如化学机械研磨(CMP)制程或电化学机械研磨(ECMP)制程的研磨制程。研磨站100可以是独立的単元或更大的处理系统的一部分。可适于利用研磨站100的更大的处理系统的实例包括可从美国加艸丨圣大克劳拉市的应用材料公司取得的REFLEXION ,REFLEXION LK、REFLEXION LK ECMP ,REFLEXION GTTM 与 MIRRA MESA 研磨系统，以及其他研磨系统。研磨站100包括平台105，平台105可旋转地被支撑在基座110上。平台105可运作地耦接到致动器或驱动马达115，该致动器或驱动马达115适于将平台105绕着旋转轴A旋转。在一实施例中，研磨垫120的研磨材料122是可商业上取得的垫材料，诸如通常用在CMP制程中的聚合物系垫材料。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)、或上述材料的组合。研磨材料122可更包含开放或密闭室发泡聚合物、弾性体、毡、浸溃的毡、塑胶与和处理化学相容的类似材料。在另ー实施例中，研磨材料122是以多孔涂覆物来浸溃的毡材料。在其他实施例中，研磨材料122包括至少部分导电的材料。研磨垫120被视为耗材，并且可释放地耦接到平台105以促进研磨垫120的更换。平台105用于在处理期间将研磨垫120旋转，以致当基材接触研磨材料122时，研磨垫120可平坦化或研磨基材135的表面。可利用第一測量装置138 (诸如平台旋转感测器)来获得指标，该指标能指示旋转平台105与研磨垫120所需要的力量。第一測量装置138可以是耦接到驱动马达115或耦接到驱动马达115的输出轴杆的扭矩或其他旋转力量感测器。承载头130设置在研磨垫120的研磨表面125上方。在处理期间,承载头130保持 住基材135且可控制地将基材135朝向研磨垫120的研磨表面125 (沿着Z轴)推进。在一实施例中，承载头130包括一或更多个可加压囊袋(未图示)，该或该等可加压囊袋适于施加压カ或力量到基材135的背侧的ー或更多个区块，以将基材135朝向研磨表面125推迸。承载头130被装设到支撑构件140，支撑构件140系支撑承载头130且促进承载头130相对于研磨垫120的移动。可以将承载头130悬置在研磨垫120上方的方式而将支撑构件140耦接到基座110或装设在研磨站100上。在一实施例中，支撑构件140是被装设成位在研磨站100上或邻近研磨站100且位在研磨垫120上方的圆形轨道。承载头130耦接到驱动系统145，驱动系统145提供至少承载头130绕着旋转轴B的旋转移动。此外，驱动系统145可设以将承载头130相对于研磨垫120沿着支撑构件横向地(X轴与/或Y轴)移动。在一实施例中，驱动系统145除了可将承载头130相对于研磨垫120横向移动，驱动系统145还可将承载头130相对于研磨垫120垂直地(Z轴)移动。例如，驱动系统145除了提供基材135相对于研磨垫120的旋转与/或横向移动，驱动系统145可用于将基材135朝向研磨垫120移动。承载头130的横向移动可以是线性的或弧状或扫掠的运动。第二測量装置148可耦接到承载头130。第二測量装置148可以是用于承载头130的旋转感测器，并且用于获得将基材135抵靠研磨垫120旋转所需要的力量的指标。第二測量装置148可以是耦接到驱动系统145或驱动系统145的输出轴杆的扭矩或其他旋转力量感测器。图上显示调节装置150与流体施加器155设置在研磨垫120的研磨表面125上方。流体施加器155包括一或更多个喷嘴160，喷嘴160适于输送研磨流体到研磨垫120的一部分。流体施加器155可旋转地耦接到基座110。在一实施例中，流体施加器155适于绕着旋转轴C旋转且提供朝向研磨表面125引导的研磨流体。研磨流体可以是化学溶液、水、研磨化合物、清洁溶液、或上述流体的组合。大体上，调节装置150包括调节头151、旋转轴杆152与臂153，臂153设以从旋转轴杆152延伸在研磨垫120上方且支撑研磨器头151。调节头151保持住调节盘154，调节盘154可选择地被放置成接触研磨垫120的研磨表面125以调节研磨表面125。调节盘154被视为耗材，并且可释放地耦接到调节头151以促进调节盘154的更换。旋转轴杆152设置成通过研磨站100的基座110。旋转轴杆152可相对于基座110绕着旋转轴D旋转。可藉由基座110与旋转轴杆152之间的轴承156来促进旋转轴杆152的旋转，以致臂153将调节头151相对于基座110与研磨垫120旋转。在一实施例中，致动器或马达157耦接到旋转轴杆152，以将旋转轴杆152旋转并迫使臂153与调节头151能进行越过研磨垫120的研磨表面125的扫掠运动。调节装置150更包括第三測量装置158，第三測量装置158用于监控旋转轴杆152的旋转。在一实施例中，第三測量装置158是可和旋转轴杆152与/或臂153并同使用的旋转感应器，并且适于侦测使调节盘154能进行越过研磨垫120的研磨表面125的扫掠运动所需要的旋转力量或扭矩。在一实施例中，第三測量装置158可以是耦接到马达157或马达157的输出轴杆的扭矩或其他旋转力量感测器。在其他实施例中，第三測量装置158 可以是耦接到马达157的电流感测器或压カ感测器。当调节盘154与研磨垫120的研磨表面125之间的磨擦カ改变吋，电流感测器可侦测马达157所汲取的电流的变化。当调节盘154与研磨垫120的研磨表面125之间的磨擦力改变时，压カ感测器可和马达157构成界面以侦测用于将马达157致动的压カ的变化。在又其他实施例中，第三測量装置158可以是适于提供指标的任一其他感测器，其中该指标可指示将调节盘154移动越过研磨垫120的研磨表面125所需要的力量。调节头151将调节盘154绕着旋转轴E旋转，其中旋转轴E设置成正交地通过调节盘154。致动器或马达161用于将调节盘154相对于臂153与/或研磨垫120的研磨表面125旋转。在一实施例中，马达161设置在壳体162中且位在臂153的远端处。从适于调节研磨垫120材料的材料来制造调节盘154。调节盘154可以是具有由聚合物材料制成的鬃毛的刷子，或调节盘154包括含有磨蚀微粒的磨蚀表面。在一实施例中，调节盘154包含含有磨蚀微粒(诸如粘附到基座基材的钻石或其他相当硬微粒)的表面。调节装置150更包括第四測量装置163，当调节盘154接触研磨垫120时，第四测量装置163用于感测将调节盘154绕着旋转轴E旋转所需要的旋转力量或扭矩。在ー实施例中，第四測量装置163可以是用于感测调节头151所经历的扭矩的扭矩感测器。在ー态样中，第四测量装置163设置在壳体162内。在一实施例中，第四測量装置163可以是耦接至IJ马达161或马达161和调节盘154之间的输出轴杆的电流感测器。当调节盘154与研磨垫120的研磨表面125之间的磨擦力改变时，电流感测器可侦测马达161所汲取的电流的变化。在另ー实施例中，第四測量装置163可以是扭矩感测器、偏移感测器或应カ计，第四測量装置163设置在马达与调节头之间的驱动列中以测量由调节盘154与研磨垫120的研磨表面125之间的摩擦所造成的驱动列上的力量。调节装置150亦包括向下力量致动器164，向下力量致动器164用于将调节盘154推进抵靠研磨垫120的研磨表面125。向下力量致动器164设以可选择地控制由调节盘154所施加抵靠研磨垫120的研磨表面125的力量。在一实施例中，向下力量致动器164可设置在臂153与轴杆152之间或其他适当位置处。在其他实施例中(未图示)，臂153静态地耦接到旋转轴杆152，并且向下力量致动器164设置在臂153的远端与调节头151之间以控制由调节头151所施加抵靠研磨垫120的研磨表面125的力量。第五測量装置165耦接到向下力量致动器164且可用于侦测指标，该指标能指示调节盘154抵靠研磨垫120的研磨表面125的向下力量。在一实施例中，第五测量装置165是向下力量感测器，并且第五測量装置165可以同线位向、或在用于侦测向下力量致动器164相对于旋转轴杆152的应カ或应变的其他适当位置、或在其他装设位置处，设置成并同向下力量致动器164或I禹接到向下力量致动器164。驱动系统145、向下力量致动器164、马达115、157与161、及测量装置138、148、158,163与165的各者耦接到控制器。大体上，控制器用于控制一或更多个部件与研磨站100中所执行的制程。在一实施例中，在处理期间，控制器使用感测资料来控制从基材135移除材料的速率。控制器传送控制讯号到驱动系统145、向下力量致动器164与马达115、157和161，并且接收对应于由测量装置138、148、158、163与165所侦测的力量的讯号。大体上，控制器系被设计以促进研磨站100的控制与自动化，并且控制器通常包括中央处理単元(CPU)、记忆体与支援电路(或I/O)。CPU可以是用在エ业设备中而用于控制各种系统功能、基材移动、研磨制程、制程时间点与支援硬体(例如感测器、机器人、马达、时间点装置等)并监控制程(例如化学浓度、处理变数、制程时间、I/O讯号等)的任何形式的电脑处理器。记忆体连接到CPU，并且记忆体可以是ー或更多个可轻易取得的记忆体(诸如随机存 取记忆体(RAM)、唯读记忆体(ROM)、软碟、硬碟、或任何其他形式的数位储存器，无论是当地的或远端的皆可)。软体指令与资料可被编码且被储存在记忆体内以为了命令CPU。支援电路亦连接到CPU，而用于以传统方式支援处理器。支援电路可包括快取、功率供应器、时脉电路、输入/输出电路、子系统与诸如此类者。可由控制器读取的程式或电脑指令系决定可在基材上执行何种任务。较佳地，程式是可由控制器读取的软体，此软体包括用于执行任务的码，此等任务关于在研磨站100中移动、支援与/或定位基材的监控、实行与控制。在一实施例中，控制器用于控制机器人装置，以控制策略移动、排程与研磨站100的运行而使制程可重复，解决等待时间问题，并避免基材的处理过度或不足。图2是图I的研磨站100的示意平面图。承载头130 (图I)未图示，以为了使当基材135被保持在承载头130中时基材135在研磨垫120上的研磨扫掠图案205的实施例能清晰起见。当承载头将基材135相对于旋转的研磨垫120旋转以从基材135移除材料吋，承载头将基材135线性地或以弧状方式移动而使基材135越过研磨表面125。图上亦显示具有调节盘154的调节装置150，以图示在研磨垫120上的调节扫掠图案210的ー实施例。调节盘154系被扫掠越过研磨表面125，以调节与/或更新研磨表面125而促进提升的从基材135的材料移除速率。在操作中，如图2所示，藉由研磨流体施加器155将研磨流体215输送到研磨垫120的研磨表面125。在一实施例中，平台105被旋转于约85RPM至约100RPM的旋转速度，诸如约93RPM。承载头130 (未图示)将基材135推进抵靠研磨垫120的研磨表面155。在一实施例中，将承载头130相对于平台105旋转于约80RPM至约95RPM的旋转速度，诸如约87RPM。承载头130内的一或更多个可加压的囊袋能施加压カ到基材135的背侧，以将基材135朝向研磨垫120推进。在一实施例中，平均压カ为约3. 5psi至约5. 5psi，诸如约
4.5psi。在研磨流体215的存在下，和旋转的研磨垫120的研磨表面125的接触可从基材移除过量的金属、介电质与/或阻障材料且平坦化和研磨垫120接触的基材135的表面。在基材135上执行研磨制程之前、的期间与/或之后，研磨垫120被调节，以再生粗糙性、移除研磨副产物与垫碎屑与更新研磨表面125。在调节期间，调节头151以预定向下力量将调节盘154抵靠研磨垫120。向下力量致动器164所施加的向下力量可以为约llb-f至约101b-f。调节盘154相对于研磨垫120的研磨表面125旋转，同时在调节扫掠图案210中往复地扫掠越过研磨垫120。在一实施例中，调节盘154被旋转于约85RPM至约105RPM的旋转速度，诸如约95RPM。在另ー实施例中，调节扫掠图案210包含约I. 5吋至约15吋的范围，诸如约I. 7吋至约14. 7吋。在另ー实施例中，扫掠速率为约15扫掠/分钟至约22扫掠/分钟，诸如约19扫掠/分钟。当将新耗材(诸如新的未使用研磨垫120，与/或新的未使用调节盘154)引进到研磨站100内时，研磨垫120与调节盘154之间的交互作用起初是未知的。例如，研磨垫性质会因制造业者的不同而有变化，并且会因研磨垫的不同而有变化。同样地，调节盘的钻石砂砾尺寸与表面形貌会因盘的不同而有变化。此状况会影响结晶特征结构到研磨垫120的研磨表面125内的位向与穿透深度，此举会导致研磨垫120的磨耗速率的显著差异。在ー些例子中，仅调节盘的结晶特征结构的一部分积极地參与调节制程并在持续使用下经历显著的磨耗。调节盘的磨耗会藉由研磨垫的调节不足而影响调节制程以及缩短调节盘的寿命。调节不足会导致研磨表面125的光滑化与移除速率的降低，此状况会降低产能。増加的耗材(诸如调节盘与研磨垫)的磨耗速率会导致过早的更换，此状况会增加拥有成本(costof ownership)与设备停机时间(tool downtime)。改善耗材可变性的ー解决方式是需要耗材的更严格规格与品质控制。然而，増加的品质控制会增加耗材的成本,此状况会增加拥有成本。发明人已经发现到，可在安装一或更多个新耗材时就原位地决定新耗材的效能。可在ー或更多个预研磨制程中监控耗材之间的交互作用以提供效能指标，该效能指标可用在研磨程式或闭路控制系统中以控制自动研磨制程程式中的处理參数。图3是图示可以图I与图2的研磨站100来利用的方法300的实施例的流程图。方法300可用于决定用在研磨站100中的研磨制程程式中的研磨參数。例如，可利用方法300以预研磨来决定研磨站100中的耗材之间的交互作用且使用预研磨资料来调整研磨程式。在步骤310，在不存在有基材的情况下利用研磨站(诸如研磨站100)来执行预研磨制程。在步骤320，将调节盘154朝向研磨垫120的研磨表面125推进。在一实施例中，利用向下力量致动器164以约llb-f至约101b-f的向下力量将磨蚀表面朝向研磨表面125推进。在一实施例中，向下力量值是恒定地维持在约91b-f的向下力量。在ー态样中，调节盘154包括磨蚀表面，该磨蚀表面可以是鬃毛、钻石、或设以接触且摩擦研磨垫120的研磨表面125的其他磨蚀微粒。在步骤330，将调节盘154相对于研磨垫120移动，同时监控将调节盘154移动所需要的旋转力量值。在一实施例中，相对于研磨垫120的移动包括调节盘154的旋转、研磨 垫120相对于旋转的调节盘154的旋转、将调节盘154移动于越过研磨表面125的调节扫掠图案210中、或上述的组合。在一实施例中，当将研磨垫120旋转时，将调节盘154旋转，同时将调节盘154的磨蚀表面推进抵靠研磨垫120的研磨表面125。可将调节盘154旋转于第一旋转速度，而将研磨垫120旋转于第二旋转速度。在一实施例中，调节盘154的第一旋转速度可以为约90RPM至约100RPM，并且藉由将平台105旋转而使研磨垫120的第二旋转速度可以为约90RPM至约96RPM，其中研磨垫位在平台105上。
在调节盘154相对于研磨垫120的移动期间，监控将调节盘154移动所需要的旋转力量值。在一实施例中，可藉由第四測量装置163来监控将调节盘154旋转所需要的扭矩，其中第四測量装置163被耦接在马达161与调节盘154之间。在另ー实施例中，可藉由第三測量装置158来监控将调节盘154移动于调节扫掠图案210中所需要的扭矩。因此，可由第四測量装置163、第三測量装置158、或此两者的组合来提供旋转力量值。在步骤340，从旋转力量值来决定可指示调节盘154与研磨表面125之间的交互作用的指标(例如摩擦力量)。在一实施例中，指标是由第三測量装置158感测的将调节盘154移动于调节扫掠图案210中所需要的摩擦的测量扭矩值。在另ー实施例中，指标是由第四測量装置163感测的将调节盘154相对于研磨垫120的研磨表面125旋转所需要的摩擦的测量扭矩值。在步骤350，回应于指标，调整研磨程式。例如，指标是上述步骤330所決定的測量扭矩值并可指示调节盘154与研磨垫120的研磨表面125之间的交互作用，诸如可指示调 节盘154的侵略性的测量扭矩值。可藉由闭路控制系统来控制研磨程式，其中该闭路控制系统可在延长的研磨运行期间(即利用自动控制制程来研磨多个基材)自动地调整ー或更多个研磨參数(即调节盘154与/或承载头130的旋转速度、施加到调节盘154与/或承载头130的向下力量、调节盘154与/或承载头130的扫掠范围等)。闭路控制系统用于在延长的研磨运行期间将研磨參数予以最佳化，以将多个基材的研磨期间的材料移除速率予以最佳化。在步骤360，使用经调整的研磨程式来研磨一或更多个基材。在一实施例中，该ー或更多个基材可包含根据经调整的研磨程式而被研磨的多个基材，其中经调整的研磨程式是由闭路控制系统来控制。在一实施例中，调节盘154与/或研磨垫120是新的或未使用的，并且磨蚀性质与/或调节盘154与研磨表面125之间的交互作用是未知的。例如，在一实施例中，研磨垫120是新的或未使用的，并且调节盘154可已经先前地被用在先前的研磨垫上。然而，新研磨垫120与调节盘154之间的交互作用是未知的，并且方法300的实施例可包括垫冲入制程(pad break-in process)以使新研磨垫120准备好进行服务。在另ー实施例中，调节盘154是新的或未使用的，并且可単独地利用方法300的实施例来决定新调节盘154与现有研磨垫120之间的交互作用。在另ー实施例中，调节盘154与研磨垫120皆是新的或未使用的，并且调节盘154与研磨表面125之间的交互作用是未知的。因此，可利用方法300的实施例来决定新调节盘154与新研磨垫120之间的交互作用。在一实施例中，在垫冲入之后，在测试基材上执行合格化制程(qualificationprocess)。测试基材被推进抵靠研磨垫120的研磨表面125长达ー时段，并且材料移除速率是由度量制程(metrology process)来决定。在合格化制程期间所决定的材料移除速率可并同在上述步骤330所获得的旋转力量资料被利用，并且在延长的研磨运行之前被提供到闭路控制系统。在ー态样中，当执行研磨制程或调节制程时，将调节盘154移动越过研磨垫120的研磨表面125所需要的力量或扭矩会随着时间而变化。力量或扭矩的变化可以是调节盘154与研磨垫120之间的阻抗摩擦力量变化所导致的結果，此状况是因为调节盘154与研磨垫120的一者或两者会被磨耗与/或制程状态会改变。若调节參数没有随着时间改变，扭矩值将很可能随着调节盘154的寿命而降低，此状况是因为调节盘154会磨耗且调节盘154的有效的切割速率会逐渐地降低。在另ー态样中，在研磨与/或调节制程期间，调节盘154与研磨垫120之间的摩擦力量会产生阻抗力量，可藉由监控将调节盘154与/或研磨垫120的至少ー者旋转所需要的力量的变化来侦测该阻抗力量。在另ー态样中，在研磨制程期间，基材135与研磨垫120之间的摩擦力量会产生阻抗力量，该阻抗力量可被监控。在研磨制程期间，可藉由上述的一或更多个測量装置138、148、158、163与165来监控此等力量，并且可提供资料到闭路控制系统来即时地调整研磨程式与/或调节程式，以为了維持从多个基材135的最佳材料移除速率。图4是图示可以图I与图2的研磨站100来利用的方法400的另ー实施例的流程 图。在410，利用研磨站(诸如研磨站100)来执行预研磨制程。在420，将调节盘154朝向研磨垫120的研磨表面125推进。在430，将调节盘154相对于研磨垫120移动，同时监控将调节盘154移动所需要的旋转力量值。在一实施例中，相对于研磨垫120的移动包括调节盘154的旋转、研磨垫120相对于旋转的调节盘154的旋转、将调节盘154移动于越过研磨表面125的调节扫掠图案210中、或上述的组合。在一实施例中，在不存在有基材下执行步骤410、420与430的一个或组合。在另一实施例中，当基材被保持在承载头130中且该基材被推进抵靠研磨垫120的研磨表面125时，执行步骤410、420与430的一个或组合。例如，可在合格化程序中研磨基材，以决定在步骤410、420与/或430期间的移除速率。在440，基于旋转力量值，决定第一扭矩指标。在一实施例中，第一扭矩指标是由第三測量装置158感测的将调节盘154移动于调节扫掠图案210中所需要的摩擦的測量扭矩值。在另ー实施例中，第一扭矩指标是由第四測量装置163感测的将调节盘154相对于研 磨垫120的研磨表面125旋转所需要的摩擦的测量扭矩值。在450，利用闭路控制系统根据研磨程式来研磨一或更多个基材。可利用在440所获得的第一扭矩指标资料已经调整研磨程式。在460，在研磨步骤450之前、的期间、或之后调节研磨垫120的研磨表面125，同时监控将调节盘154相对于研磨表面125移动所需要的旋转力量值。在一实施例中，指标是由第三測量装置158感测的将调节盘154移动于调节扫掠图案210中所需要的摩擦的测量扭矩值。在另ー实施例中，指标是由第四測量装置163感测的将调节盘154相对于研磨垫120的研磨表面125旋转所需要的摩擦的测量扭矩值。在步骤470，将在步骤460決定的基于旋转力量值的第二扭矩指标与在步骤440决定的第一扭矩指标进行比较。若第二扭矩指标小于第一扭矩指标，可调整研磨程式。较小 的第二扭矩指标可指示调节盘154的磨耗。在步骤480，若第二扭矩指标不同于标靶扭矩指标，则调整施加到调节盘154的向下力量。例如，若第二扭矩指标小于标靶扭矩指标，则增加施加到调节盘154的向下力量。在ー态样中，第二扭矩指标是测量扭矩值，并且将该测量扭矩值与标靶扭矩值进行比较。可透过经验资料、先前实验与测试(诸如上述的方法300的部分)、模拟、计算来产生标靶扭矩值，或标靶扭矩值可被提供作为调节盘的规格内的參考曲线。根据特定态样，可使用两个不同的资料组的分析来发展出标靶扭矩值。可使用利用在不同磨耗阶段的调节盘而执行的实验的设计来衍生第一资料组。可针对每一个向下力量状态来测量扫掠扭矩的方均根(root mean square, RMS)以及毪覆基材移除速率。第二资料组可以是毪覆基材的持久运行，其中使用手动闭路控制器以阶梯形式来改变向下力量。在一实施例中，在处理约2500个基材的过程中，施加到调节盘154的向下力量可开始于约31b-f且可增加到约lllb-f。可在每ー个基材上测量扫掠扭矩的RMS，同时可较不常测量毯覆移除速率。可结合此两个资料组，并且可使用最小平方估测技术(least squares estimation technique)或任何其他适当的资料适配技术(data fitting technique)来估测RMS扫掠扭矩(T)、向下力量与毪覆移除速率之间的标靶扭矩指标。在一实施例中，模拟的结构可以是如下所示Loge (T) =b*Loge (RR)+a*Loge (DF)(I)其中a与b是从最小平方估测所获得的常数。在一特定实例中，利用应用材料公司制造的低向下力量调节臂针对氧化物CMP系统所计算的数值b与a分别是O. 228与O. 3。可针对特定垫材料、研磨流体、被研磨的基材材料与其他标准来选择常数b与a。方程式⑴亦可被改写成
权利要求
1.一种用于研磨一基材的设备，包含 一可旋转平台，该可旋转平台耦接到一基座； 一调节装置，该调节装置耦接到该基座，该调节装置包含 一轴杆，该轴杆藉由一第一马达可旋转地耦接到该基座 '及 一可旋转调节头，该可旋转调节头藉由一臂耦接到该轴杆，该调节头耦接到一第二马达，该第二马达控制该调节头的旋转 '及 一或更多个测量装置，该一或更多个测量装置可运作地用于感测该轴杆相对于该基座的一旋转力量指标以及该调节头的一旋转力量指标。
2.如权利要求I所述的设备，其中该一或更多个测量装置包含一第一感测器，该第一感测器耦接到该第一马达。
3.如权利要求2所述的设备，其中该一或更多个测量装置包含一第二感测器，该第二感测器耦接到该第二马达。
4.如权利要求3所述的设备，其中该一或更多个测量装置包含一感测器，该感测器选自从一电流感测器、一压力感测器与一扭矩感测器所构成的群组。
5.如权利要求I所述的设备，其中该一或更多个测量装置包含一第一扭矩感测器与一第二扭矩感测器。
6.如权利要求5所述的设备，更包含 一第三感测器，该第三感测器耦接到该调节装置，该第三感测器系感测施加到该调节头的一向下力量的指标。
7.如权利要求5所述的设备，更包含 一第四感测器，该第四感测器耦接到一马达，该马达控制该平台的旋转。
8.一种用于研磨一基材的设备，包含 一可旋转平台，该可旋转平台耦接到一基座； 一调节装置，该调节装置耦接到该基座，该调节装置包含 一轴杆，该轴杆藉由一第一马达可旋转地耦接到该基座 '及 一可旋转调节头，该可旋转调节头藉由一臂耦接到该轴杆，该调节头耦接到一第二马达，该第二马达控制该调节头的旋转； 一第一感测器，该第一感测器耦接到该第一马达，该第一感测器可运作地感测该轴杆相对于该基座的一旋转力量指标；及 一第二感测器，该第二感测器耦接到该第二马达，该第二感测器可运作地感测该调节头的一旋转力量指标。
9.如权利要求8所述的设备，其中该第一感测器或该第二感测器选自从一电流感测器、一压力感测器与一扭矩感测器所构成的群组。
10.如权利要求8所述的设备，其中该第一感测器与该第二感测器是一扭矩感测器。
11.如权利要求8所述的设备，更包含 一第三感测器，该第三感测器耦接到该调节装置，该第三感测器系感测施加到该调节头的一向下力量的指标。
12.如权利要求11所述的设备，更包含 一第四感测器，该第四感测器耦接到一马达，该马达控制该平台的旋转。
13.一种用于研磨一基材的方法，包含以下步骤 在不存在有一基材的情况下执行一预研磨制程，该预研磨制程包括将一调节盘推进抵靠一研磨垫的一研磨表面，该研磨垫设置在一研磨站中，该预研磨制程包含以下步骤 将该调节盘相对于该研磨垫移动于越过该研磨表面的一扫掠图案中，同时监控将该调节盘相对于该研磨垫移动所需要的一旋转力量值； 从该旋转力量值决定可指示该调节盘与该研磨表面之间的一交互作用的一指标；及 回应于该指标，调整一研磨程式 '及 使用经调整的该研磨程式来研磨一或更多个基材。
14.如权利要求13所述的方法，其中该指标包括经测量的扭矩值。·
15.如权利要求14所述的方法，其中该研磨的步骤包含以下步骤 在研磨该一或更多个基材的期间，监控该旋转力量值 '及 将该监控的扭矩值与一标靶扭矩值进行比较。
16.如权利要求15所述的方法，更包含以下步骤 回应于该测量扭矩值与该标靶扭矩值之间的一差异，调整该调节盘的一向下力量。
全文摘要
提供用于调节CMP系统中的研磨垫的设备与方法。在一实施例中，提供一种用于研磨基材的设备。此设备包含可旋转平台与调节装置，该可旋转平台与调节装置耦接到基座。调节装置包含轴杆，该轴杆藉由第一马达可旋转地耦接到基座。可旋转调节头藉由臂耦接到轴杆。调节头耦接到第二马达，该第二马达控制调节头的旋转。提供一或更多个测量装置，该一或更多个测量装置可运作地用于感测轴杆相对于基座的旋转力量指标以及调节头的旋转力量指标。
文档编号H01L21/66GK102725832SQ201180007441
公开日2012年10月10日 申请日期2011年9月12日 优先权日2010年10月21日
发明者A·简恩, C·C·加勒特森, G·E·蒙柯, S·D·蔡, S·瀚达帕尼 申请人:应用材料公司