半导体晶片磨光的方法和系统技术方案

一种在ＣＭＰ（化学机械磨光）机上优化半导体晶片的ＣＭＰ处理的方法。优化方法包括在一个ＣＭＰ机上磨光一个测试系列的半导体晶片的步骤。在ＣＭＰ处理期间，利用连接于磨光机上的薄膜厚度检测器来测量相应晶片上接近于中心的第一点上的薄膜厚度。还要测量接近于相应晶片的外部边缘处第二点上的薄膜厚度。根据在第一点和第二点上测量的处理中的晶片的薄膜厚度，优化处理确定一个描述与一组处理变量相关的清除率和清除均匀度的磨光轮廓。处理变量包括磨光处理的不同的ＣＭＰ机设定，诸如施加于晶片上的向下作用力的大小。从而，磨光轮廓被随后用于磨光产品晶片。对于每一个产品晶片，通过利用薄膜厚度检测器测量晶片中心点和外部边缘点的薄膜厚度，来确定其相应的清除率和清除均匀度。基于这些测量，依照清除率和清除均匀度的测量结果来调整该组处理变量，在磨光每个相应的产品晶片时，优化产品晶片的ＣＭＰ处理。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的
属于半导体加工处理。本专利技术涉及的是优化半导体晶片的化学机械处理的方法和系统。尤其是，本专利技术涉及一种方法和一个系统，用于化学机械磨光(CMP)设备的磨光处理的就地优化，来改进处理效率。
技术介绍
当今的数字集成电路装置的大部分能力和功效都归结于集成水平的提高。越来越多的部件(电阻、二极管、晶片管及类似的部件)被不断地集成到底层地芯片或集成电路中。典型集成电路的最开始的材料是硅。材料逐渐发展为单晶片。呈实心圆柱体的形状。该晶片然后被割锯(类似于一条面包)生产出直径为10-30厘米厚度为250微米的典型的晶片。通常通过一个熟知的照相平版印刷的处理来用摄影确定集成电路外表几何形状。用该项技术可以精确地复制出非常良好的表面几何形状。照相平版印刷处理用来确定组件区域和在一层的顶部构造另一个层面。复杂的集成电路通常可以具有多个不同的构造层面，每个层面都有一些组件，每个层面具有不同的相互连接，并且每个层面都是堆叠在前一个层面之上。所产生的这些复杂集成电路的外形通常类似于陆地的“山脉”，具有许多的“丘陵”和“山谷”，因为集成电路组件是构建在硅晶片的底部表面上。在照相平版印刷处理中，利用紫外光把一个确定不同组件的掩膜影像或模式定焦到感光层。通过照相平版印刷工具的光学装置把影像聚焦到表面，并印记在感光层上。为了构建更小的外形，必须使聚焦到感光层的影像越来越精良，就是说，必须提高光学分辨率。随着光学分辨率的提高，掩膜影像的定焦的深度相应地变小。这是由于照相平版印刷工具中的高速数字快门镜头迫使聚焦深度的范围很窄。这一变窄的聚焦深度通常是限制可获得的分辨程度的因素，因此也是限制利用照相平版印刷工具所能获得的最小组件的因素。复杂集成电路的外端的外形结构，即“丘陵”和“山脉”，加剧了聚焦深度减小的现象。因此，为了把确定次微米几何形状的掩膜影像正确聚焦到感光层上，需要一个精确平坦的表面。精确平坦(即完全平面化的)表面将允许极小的聚焦深度，进而允许极小组件的确定和后续加工。化学机械磨光(CMP)是获得晶片完全平面化的优选方法。它包括利用晶片与一个浸满磨光液的移动磨光垫间的机械接触来清除一个舍弃的层面。因为外形上凸出的区域(丘陵)要比凹陷的区域(山谷)清除得快，所以磨光会打平高度上的偏差。磨光是仅有的能够使得磨光后最大的角度不到1度的打平毫米级以上的平面差距的技术。现有技术的图1显示的是CMP机100的俯视图，而图2显示的是CMP机100的侧视图。将要磨光的晶片被送入到CMP机100中。CMP机100利用一个臂101拾取晶片并将其放置到一个旋转的磨光垫102上。磨光垫102是由一种有弹性的材料制成的，具有辅助磨光处理的结构。磨光垫102在一个转盘104或位于磨光垫102下面的转台上，以一个预定的速度旋转。晶片105被固定在磨光垫102和臂101上。晶片105的前侧对着磨光垫102。当磨光垫102旋转时，臂101以一个预定的速度旋转晶片105。臂101用一个预定大小的向下的力将晶片105压入磨光垫。CMP机100还包括一个磨光液配送臂107，可以在磨光垫的半径范围内延伸。磨光液配送臂107向磨光垫102上配送一个磨光液流。磨光液是一种去离子水和设计用来在化学上辅助晶片的打平和可预知的平面化的磨光药剂的混合物。磨光垫102和晶片105的旋转运动，连同磨光液的磨光作用，在某种额定的比率下联合对晶片105进行打平或磨光。该比率被称为清除率。对于晶片加工处理的均匀性和产量性能而言，一个不变的和可预知的清除率是很重要的。清除率应该是适宜的，而生产出精确平面化的晶片，消除表面的不规则。如果清除率太慢，在给定的时间内生产出的平面化的晶片数量就会减少，影响加工处理的晶片生产量。如果清除率太快，CMP平面化处理可能不够精确(导致凹陷、腐蚀、过磨等)，影响加工处理的输出。仍参考图1和图2，如上所述，磨光液和磨光垫102的磨光作用决定了清除率和清除率的均匀性，并因此决定CMP处理的有效性。工艺工程师已发现为了获得足够高和足够稳定的清除率，需要在相应的CMP机上处理大量的一般的晶片，以便正确校准机器的CMP处理(例如“训练”机器的磨光垫、校准磨光液的供应率、调整晶片的向下压力等等)。例如，在CMP机100上进行的钨互连层平面化处理时，一批晶片中的第一个具有很低的清除率。后面处理的晶片具有较高的清除率。每个连续处理的晶片显示出逐渐提高的清除率。对于一个典型处理，为了充分提高晶片的钨层的清除率，需要对大量的晶片进行处理。直到CMP机100的清除率充分稳定时(例如对于每一个连续的晶片已校准到某一额定的清除率)，CMP机100才适应于设备加工处理。由CMP机100和磨光垫102加工过的晶片会具有不可预知的平坦性和薄膜厚度，因而包括了许多非功能性的或不可靠的集成电路印模，相应地，产量也比较低。因此，传统的CMP校准方法包括使用定标CMP机(例如化学机械磨光机100)对大量的“测试晶片”进行加工。测试被设计用于获得描述CMP处理有效性的不同的参数。这些参数为从晶片上清除的薄膜材料的清除率和材料清除的均匀度。这两个参数是CMP处理的质量的基本体现。清除率将主要用来决定产品晶片的磨光时间。材料清除的均匀度直接影响到晶片表面完整的平面化，当设备加工中采用较大的晶片时尤为重要。清除率和均匀度都取决于消耗品和磨光的参数，包括压力或向下作用力、磨光盘速度、晶片载体的速度、磨光液流以及其他因素。当选择好一组消耗品后，可以调整磨光参数以达到期望的清除率和均匀度。这种传统的校准处理具有很大的缺陷。由于产品晶片(即用不同的设备生产的晶片)和CMP处理本身(如由于磨光垫磨损而造成的清除率的不断变化)的几个潜在的变化，广泛使用了终端检测器。理想情况下，使用就地终端检测，可以在正确的时间触发停止CMP处理，而不必考虑实际的清除率。例如，如果由于处理过程的某些变化使得磨光率变低，则随后会在终端显示出来，磨光时间将持续较长些。事实上，磨光时间还应与材料清除的均匀度有关。例如，通常金属CMP处理(清除多余的金属膜薄膜并使晶片端面呈现由绝缘材料围绕的金属线路或通道)具有很高的不均匀性，这就需要一个长的过磨时间，以保证跨越晶片表面的金属膜被清除。另一方面，如果CMP处理具有一个很低的不均匀度，由于在相同的时间里清除跨越晶片表面的多余的膜层，一个很小的过磨是可以承受的。当前，终端方法大多用于监控薄膜的清除量而不是非均匀度，不提供任何的对其它不同的处理参数的洞察和控制。这就需要极大增加测试晶片的数量，以便获得一个稳定的处理。另一个缺陷是与这些测试晶片相关的费用很高。除了测试晶片的费用之外，训练新的磨光垫的时间和正确校准机器的CMP处理所花费的时间也是很多的。为了得到一个额定的清除率(如每分钟4000-5000埃)必须加工20-50个测试晶片，其中每个测试晶片要耗费一段宝贵的处理时间。此外，测试晶片的处理会减少磨光垫102的使用寿命，因为在需要更换之前，磨光垫的磨光周期数量是有限的。这种常规的训练磨光垫102的方法的另一个缺陷为了正确训练一个相应的磨光垫而需要处理的测试晶片的数量的不确定性。这样，需要一个系统，可极大减少正确校准CMP处理所需的测试晶片的数量。需要一个系统，减少与达本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种优化ＣＭＰ（化学机械磨光）机上对半导体晶体进行的ＣＭＰ处理的方法，该方法包括的步骤：ａ）在ＣＭＰ机上磨光测试系列的半导体晶体；ｂ）确定相应晶体上接近于中心的第一点上的薄膜厚度；ｃ）确定相应晶体上接近于外部边缘的第二点上的薄膜 厚度；ｄ）根据第一点和第二点上的薄膜厚度，确定一个描述与一组处理变量相关的清除率和清除均匀度的磨光轮廓，处理变量包括一个施与晶体上的向下的作用力；ｅ）依照磨光轮廓在ＣＭＰ机上对一个产品晶体进行磨光；ｆ）通过确定产品晶体的中心薄膜 厚度和外部边缘薄膜厚度，来确定产品晶体的清除率和清除均匀度；和ｇ）根据步骤ｆ中确定的产品晶体的清除率和清除均匀度来调整该组变量，优化产品晶体的ＣＭＰ处理。

【技术特征摘要】
US 1999-10-13 09/417,4171.一种优化CMP(化学机械磨光)机上对半导体晶体进行的CMP处理的方法，该方法包括的步骤a)在CMP机上磨光测试系列的半导体晶体；b)确定相应晶体上接近于中心的第一点上的薄膜厚度；c)确定相应晶体上接近于外部边缘的第二点上的薄膜厚度；d)根据第一点和第二点上的薄膜厚度，确定一个描述与一组处理变量相关的清除率和清除均匀度的磨光轮廓，处理变量包括一个施与晶体上的向下的作用力；e)依照磨光轮廓在CMP机上对一个产品晶体进行磨光；f)通过确定产品晶体的中心薄膜厚度和外部边缘薄膜厚度，来确定产品晶体的清除率和清除均匀度；和g)根据步骤f中确定的产品晶体的清除率和清除均匀度来调整该组变量，优化产品晶体的CMP处理。2.权利要求1的方法，其中CMP机包括一个计算机处理系统，用于执行计算机可读取的指令，使得CMP机执行上述的优化方法，其中所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：L张，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]