一种控制抛光工艺的方法和化学机械抛光装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种控制抛光工艺的方法和化学机械抛光装置，其中装置包括：抛光盘，其覆盖有用于对晶圆进行抛光的抛光垫；承载头，用于保持晶圆并将晶圆按压在所述抛光垫上；测量模块，用于利用在线测量工具获取晶圆抛光的测量数据；以及，控制模块，用于根据工艺前后的测量数据来修正工艺参数以提高抛光均匀性。

A method of controlling polishing process and chemical mechanical polishing device

【技术实现步骤摘要】
一种控制抛光工艺的方法和化学机械抛光装置
本专利技术属于化学机械抛光
，尤其涉及一种控制抛光工艺的方法和化学机械抛光装置。
技术介绍
化学机械抛光(ChemicalMechanicalPlanarization，CMP)是一种全局表面平坦化技术，在半导体制造过程中用以减小晶圆厚度变化和表面形貌的影响。由于CMP可精确并均匀地把晶圆平坦化为需要的厚度和平坦度，已经成为半导体制造过程中应用最广泛的一种表面平坦化技术。CMP工艺的实现过程为：承载头保持住晶圆并以一定的速度旋转以及水平往复运动，同时施加一定的下压力把晶圆压在旋转的抛光垫上，由亚微米或纳米磨粒和化学溶液组成的抛光液在晶圆与抛光垫之间流动，抛光液在抛光垫的传输和旋转离心力的作用下均匀分布，以在晶圆和抛光垫之间形成一层液体薄膜，液体中的化学成分与晶圆产生化学反应，将不溶物质转化为易溶物质，然后通过磨粒的微机械摩擦将这些化学反应物从晶圆表面去除，溶入流动的液体中带走，即在化学成膜和机械去膜的交替过程中去除表面材料实现表面平坦化处理，从而达到全局平坦化的目的。随着技术发展，晶圆表面生长的器件特征尺寸显著减小，对工艺误差的控制要求越来越严格。目前对于晶圆抛光均匀性的工艺控制存在效果差、效率低的问题，亟待解决。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种控制抛光工艺的方法和化学机械抛光装置，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。本专利技术实施例的第一方面提供了一种控制抛光工艺的方法，包括：利用在线测量工具获取晶圆抛光的测量数据；根据工艺前后的测量数据来修正工艺参数以提高抛光均匀性。本专利技术实施例的第二方面提供了一种化学机械抛光装置，包括：抛光盘，其覆盖有用于对晶圆进行抛光的抛光垫；承载头，用于保持晶圆并将晶圆按压在所述抛光垫上；测量模块，用于利用在线测量工具获取晶圆抛光的测量数据；控制模块，用于根据工艺前后的测量数据来修正工艺参数以提高抛光均匀性。本专利技术实施例的第三方面提供了一种控制模块，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述方法的步骤。本专利技术实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述方法的步骤。本专利技术的有益效果是：通过在线测量工具获取晶圆抛光的测量数据，并根据工艺前后的测量数据来修正工艺参数，提高了抛光均匀性。附图说明通过结合以下附图所作的详细描述，本专利技术的优点将变得更清楚和更容易理解，但这些附图只是示意性的，并不限制本专利技术的保护范围，其中：图1是本专利技术一实施例提供的化学机械抛光装置的结构示意图；图2是本专利技术一实施例提供的承载头的示意图；图3是本专利技术一实施例提供的方法流程示意图。具体实施方式下面结合具体实施例及其附图，对本专利技术所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本专利技术的特定的具体实施方式，用于说明本专利技术的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本专利技术实施方式及本专利技术保护范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。为了说明本专利技术所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。在半导体芯片生产中，为了研究离子注入、薄膜淀积、光刻、刻蚀、研磨抛光等各类制程，通常采用成本较低的无图形硅片—控片展开在线检测。控片在经过各道制程后会在表面造成不同程度的损伤，需要进行化学机械抛光处理以实现再次利用。如图1所示，应用于本专利技术实施例的化学机械抛光装置的主要构成部件有用于保持晶圆w并带动晶圆w旋转的承载头10、覆盖有抛光垫21的抛光盘20、用于修整抛光垫21的修整器30、以及用于提供抛光液的供液部40。在化学机械抛光过程中，承载头10将晶圆w按压在抛光盘20表面覆盖的抛光垫21上，并且承载头10做旋转运动以及沿抛光盘20的径向往复移动使得与抛光垫21接触的晶圆w表面被逐渐抛除，同时抛光盘20旋转，供液部40向抛光垫21表面喷洒抛光液。在抛光液的化学作用下，通过承载头10与抛光盘20的相对运动使晶圆w与抛光垫21摩擦以进行抛光。在抛光期间，修整器30用于对抛光垫21表面形貌进行修整和活化。使用修整器30可以移除残留在抛光垫21表面的杂质颗粒，例如抛光液中的研磨颗粒以及从晶圆w表面脱落的废料等，还可以将由于研磨导致的抛光垫21表面形变进行平整化。如图2所示为一种承载头10的结构示意图。承载头10包括上部结构11和下部结构12，上部结构11与承载头驱动轴(图中未示出)连接，上部结构11和下部结构12之间通过柔性连接件连接。下部结构12包括平衡架121、基座122、弹性膜123和保持环124。弹性膜123和保持环124均固定在基座122的下表面上，环形的保持环124位于弹性膜123外侧且环绕弹性膜123设置。弹性膜123用于吸附晶圆w并向晶圆w施加下压力，弹性膜123可以由弹性材料制成，例如可以由氯丁二烯或者硅橡胶制成。保持环124用于将晶圆w保持在弹性膜123下方以防止晶圆w滑出。如图2所示，弹性膜123内部设有多个同心的可调压腔室，以图2中设有5个可调压腔室为例进行说明，分别为由外侧向中心依次同心设置的第1腔室Z1、第2腔室Z2、第3腔室Z3、第4腔室Z4和第5腔室Z5。中央的第5腔室Z5为圆形，第1腔室Z1至第4腔室Z4为同心的环形。显然，图2中示出的可调压腔室的数量仅为一种举例，实际还可以为其他数量，例如3、4、6、7、8个等。如图2所示，本实施例中采用的承载头10的底部设有5个可调压腔室，使得可以通过控制各个可调压腔室内的压力来调节施加于晶圆w表面各分区的压力。第1腔室Z1至第5腔室Z5的内部压力互相独立并可分别变化，相应地，承载头10的不同腔室将晶圆w表面划分为对应的多个分区，由此能对晶圆w表面所对应的5个同心环形区域的抛光压力独立进行调整。每个腔室可对其对应的晶圆w表面分区施加不同的压力，通过对供给到腔室的加压空气等流体的压力分别进行控制，可以实现对晶圆w表面不同分区施加不同压力。基于上述描述，本专利技术实施例提供了一种控制抛光工艺的方法，以控制CMP工艺的过程参数，提高晶圆抛光的均匀性。如图3所示，本专利技术实施例提供的控制抛光工艺的方法，包括：步骤S1，利用在线测量工具获取晶圆抛光的测量数据；步骤S2，根据工艺前后的测量数据来修正工艺参数以提高抛光均匀性。本专利技术实施例通过在线测量工具获取晶圆抛光的测量数据，并根据工艺前后的测量数据来修正工艺参数，提高了抛光均匀性，能够降低成本，增加产品产量。具体地，在线测量工具为测量晶圆厚度的测验仪器，例如四探针测量仪。通常在CMP工艺中的测量数据包括：实测厚度前本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种控制抛光工艺的方法，其特征在于，包括：/n利用在线测量工具获取晶圆抛光的测量数据；/n根据工艺前后的测量数据来修正工艺参数以提高抛光均匀性。/n

【技术特征摘要】
1.一种控制抛光工艺的方法，其特征在于，包括：
利用在线测量工具获取晶圆抛光的测量数据；
根据工艺前后的测量数据来修正工艺参数以提高抛光均匀性。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据工艺前后的测量数据来修正工艺参数包括：
利用所述测量数据计算晶圆抛光的去除量和去除速率；
根据在先晶圆抛光反馈的历史去除速率数据以及待抛晶圆的去除量，获取待抛晶圆的目标抛光时间；
控制所述待抛晶圆执行所述目标抛光时间的抛光。


3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取目标抛光时间包括：
将晶圆厚度的实测厚度前值减去目标厚度后值，得到目标去除量；
将抛光前晶圆的实测厚度前值减去抛光后晶圆的实测厚度后值，得到实际去除量；
结合所述历史去除速率数据预测待抛晶圆的参考去除速率；
将目标去除量除以参考去除速率得到目标抛光时间。


4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：
将当前晶圆的实际去除量除以目标抛光时间得到实际去除速率；
将当前晶圆的实际去除速率加入历史去除速率数据中，并按照预设权重计算并更新参考去除速率。


5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述获取目标抛光时间包括：
Rt＝TKa-TKt；
RP＝TKa-TKb；
RRt＝α1·RRn-1+α2·RRn-2+…+αi·RRn-i；
α1+α2+…+αi＝1；






其中，TKa为实测厚度前值，TKb为实测厚度后值，TKt为目标厚度后值，Rt为目标去除量，RP为实际去除量，RRt为参考去除速率，Tt为目标抛光时间，RRn为第n片晶圆的实际去除速率，RRn-i为在先抛光的第n-i片晶圆的实际去除速率，α为预设权重。


6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据工艺前后的测量数据来修正工艺参数包括：
利用所述测量数据计算晶圆表面各个分区的去除量的偏移量；
根据所述偏移量调节相应分区的压力。


7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据工艺前后的测量数据来修正工艺参数包括：
计算各...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹阳，金军，靳富，
申请(专利权)人：天津华海清科机电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12