CN102152237A - 用于化学机械研磨机台的制造程序控制方法及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于化学机械研磨机台的制造程序控制方法及其控制系统，该方法包括：利用测量装置获取控片的边缘研磨速率和中心研磨速率，并将所述控片的边缘研磨速率和中心研磨速率传输至机台自动化系统；机台自动化系统计算所述控片的边缘研磨速率与中心研磨速率的差值，并将所述差值传输至菜单查找系统；菜单查找系统根据差值查找出最佳制造程序，并将最佳制造程序传输至化学机械研磨机台。本发明根据控片的边缘研磨速率与中心研磨速率的差值选择出最佳制造程序，化学机械研磨机台可根据最佳制造程序进行产品片的化学机械研磨工艺，提高了工艺稳定性。

Description

用于化学机械研磨机台的制造程序控制方法及其控制系统

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，特别是涉及一种用于化学机械研磨机台的制造程序控制方法及其控制系统。

背景技术

随着半导体器件的尺寸日益减小，由于多层互连或填充深度比较大的沉积过程导致了晶片表面过大的起伏，引起光刻工艺聚焦的困难，使得对线宽的控制能力减弱，降低了整个晶片上线宽的一致性，因此，业界引入了化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)来平坦化晶片表面。

具体请参考图1，其为现有的化学机械研磨机台的示意图，如图1所示，化学机械研磨机台包括：研磨垫10、研磨平台(platen)20、晶片30以及研磨头，所述研磨头包括保持环(retaining ring)41以及位于保持环41之间的膜层42，所述研磨垫10贴附于研磨平台20的表面，所述保持环41围绕在晶片30周围，以避免晶片30在研磨时滑出所述研磨头而损坏，并可扩大晶片30的有效研磨区域，所述膜层40则用于吸附晶片30。

在进行化学机械研磨工艺时，可将吸附着晶片30的研磨头移动到研磨平台20上方，同时将晶片30压紧到研磨平台20上，该晶片30的待研磨面向下并接触相对旋转的研磨垫10，当研磨平台20在马达的带动下旋转时，所述研磨头也进行相对运动，同时将研磨液50输送到研磨垫10上，并通过离心力使所述研磨液50均匀地分布在研磨垫10上。所述化学机械研磨工艺所使用的研磨液50包含有化学腐蚀剂和研磨颗粒，通过化学腐蚀剂和所述待研磨表面的化学反应生成较软的容易被去除的材料，然后通过机械摩擦将这些较软的物质从被研磨晶片的表面去掉，从而达到全局平坦化的效果。

然而，在实际生产中发现，在化学机械研磨过程中，晶片30边缘位置的研磨速率会由于各种因素发生较大的波动，例如，由于保持环41在研磨过程中是与研磨垫10相接触的，因此保持环41会影响晶片30的边缘位置的研磨速率(也称为边缘研磨速率)。在保持环41使用初期，即所述保持环41磨损较小时，晶片30的边缘研磨速率较低；而当保持环41使用较长时间后，由于保持环41被不断磨损消耗而逐渐变薄时，相应的对研磨垫10的压力及造成的形变也会发生变化，则会导致晶片30的边缘研磨速率明显上升，但是，晶片30的中心位置的研磨速率(也称为中心研磨速率)不会发生明显变化。

但是，在现有的化学机械研磨过程中，同一产品的同一膜层均使用固定的制造程序(recipe)，未考虑到保持环等耗材的影响，也就是说，无论边缘研磨速率如何变化，均使用同一制造程序进行研磨，这就导致在边缘研磨速率非常低时，晶片的边缘位置出现残留物(residue)，而在边缘研磨速率非常高时，晶片的边缘位置则出现过研磨(over polish)现象，化学机械研磨工艺缺乏稳定性。

发明内容

本发明提供一种用于化学机械研磨机台的制造程序控制方法及其控制系统，其可以根据控片的边缘研磨速率与中心研磨速率的差值选择最佳制造程序，提高了工艺稳定性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于化学机械研磨机台的制造程序控制方法，包括：利用测量装置获取控片的边缘研磨速率和中心研磨速率，并将所述控片的边缘研磨速率和中心研磨速率传输至机台自动化系统；所述机台自动化系统计算所述控片的边缘研磨速率与中心研磨速率的差值，并将所述差值传输至菜单查找系统，所述菜单查找系统内存储有多个制造程序；所述菜单查找系统根据所述差值查找出最佳制造程序，并将所述最佳制造程序传输至所述化学机械研磨机台。

进一步的，所述多个制造程序中的每个制造程序包括研磨头转速、研磨垫转速以及操作压力，所述多个制造程序的操作压力各不相同。

进一步的，所述化学机械研磨机台包括保持环，所述保持环的使用时间越长，所述控片的边缘研磨速率越高。

相应的，本发明还提供一种化学机械研磨机台制造程序控制系统，包括：化学机械研磨机台；测量装置，其用于获取控片的边缘研磨速率和中心研磨速率；机台自动化系统，其用于计算所述控片的边缘研磨速率与中心研磨速率的差值；菜单查找系统，其存储有多个制造程序，其根据所述差值查找出最佳制造程序，并将所述最佳制造程序传输至所述化学机械研磨机台。

进一步的，所述多个制造程序中的每个制造程序包括研磨头转速、研磨垫转速以及操作压力，所述多个制造程序的操作压力各不相同。

进一步的，所述化学机械研磨机台包括保持环，所述保持环的使用时间越长，所述控片的边缘研磨速率越高。

与现有技术相比，本发明在进行产品片的化学机械研磨工艺前，先获取控片的边缘研磨速率与中心研磨速率的差值，并根据所述差值查找出最佳制造程序，并将所述最佳制造程序传输至所述化学机械研磨机台，所述化学机械研磨机台根据所述最佳制造程序进行产品片的化学机械研磨工艺，减小了产品片研磨过程中边缘研磨速率的波动，提高了工艺稳定性。

附图说明

图1为现有的化学机械研磨机台的示意图；

图2为本发明实施例提供的用于化学机械研磨机台的制造程序控制方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的化学机械研磨机台制造程序控制系统的示意图。

具体实施方式

下面将对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于，提供一种用于化学机械研磨机台的制造程序控制方法及其控制系统，本发明在进行产品片的化学机械研磨工艺前，先获取控片的边缘研磨速率与中心研磨速率的差值，并根据所述差值查找出最佳制造程序，并将所述最佳制造程序传输至所述化学机械研磨机台，所述化学机械研磨机台根据所述最佳制造程序进行产品片的化学机械研磨工艺，减小了产品片研磨过程中边缘研磨速率的波动，提高了工艺稳定性。

请参考图2，其为本发明实施例提供的用于化学机械研磨机台的制造程序控制方法的流程图，结合该图，该方法包括以下步骤：

步骤S210，利用测量装置获取控片的边缘研磨速率和中心研磨速率，并将所述控片的边缘研磨速率和中心研磨速率传输至机台自动化系统；

步骤S220，所述机台自动化系统计算所述控片的边缘研磨速率与中心研磨速率的差值，并将所述差值传输至菜单查找系统，所述菜单查找系统内存储有多个制造程序；

步骤S230，所述菜单查找系统根据所述差值查找出最佳制造程序，并将所述最佳制造程序传输至所述化学机械研磨机台。

请继续参考图3，其为本发明实施例提供的化学机械研磨机台制造程序控制系统的示意图，所述化学机械研磨机台制造程序控制系统300包括：化学机械研磨机台310、测量装置320、机台自动化系统330以及菜单查找系统340，其中，测量装置320用于获取控片的边缘研磨速率和中心研磨速率，机台自动化系统330用于接收所述控片的边缘研磨速率和中心研磨速率，并计算所述控片的边缘研磨速率与中心研磨速率的差值，菜单查找系统340存储有多个制造程序，所述菜单查找系统340根据所述差值查找出最佳制造程序，并将所述最佳制造程序传输至化学机械研磨机台310。

具体的说，在步骤S210中，化学机械研磨机台310根据固定的制造程序，对所述控片执行化学机械研磨工艺，并利用测量装置320测量研磨后的控片的不同位置的膜厚，根据所述研磨后的控片的不同位置的膜厚和研磨时间，即可获取所述控片的边缘研磨速率和中心研磨速率，之后，所述测量装置320可将所述控片的边缘研磨速率和中心研磨速率传输至机台自动化系统330。

其中，所述控片(control wafer)是专用于化学机械研磨制程，所述测量装置320是利用超声波原理测量薄膜厚度的膜厚测量仪器，例如，美国Rudolph公司生产的metapulse机台。

在步骤S220中，机台自动化系统(Equipment Automation Program，EAP)330接收所述控片的边缘研磨速率和中心研磨速率后，可根据特定的计算公式，计算出所述控片的边缘研磨速率与中心研磨速率的差值，并将所述差值传输至菜单查找系统340。

其中，所述化学机械研磨机台包括保持环，经多次实验发现，在所述保持环使用初期，即所述保持环磨损较小厚度较厚时，控片的边缘研磨速率较低，而当所述保持环使用较长时间而逐渐变薄时，所述控片的边缘研磨速率明显上升，而所述控片的中心位置的研磨速率(也称为中心研磨速率)不会发生明显变化，也就是说，该保持环的使用时间越长，所述控片的边缘研磨速率与中心研磨速率的差值越大。

例如，当所述保持环使用了较短时间，控片的边缘研磨速率约为

控片的中心研磨速率约为

所述控片的边缘研磨速率比中心研磨速率低

即所述控片的边缘研磨速率与中心研磨速率的差值为而当所述保持环使用了较长时间时，控片的边缘研磨速率约为

控片的中心研磨速率则仍为

左右，则所述边缘研磨速率比中心研磨速率高

即所述控片的边缘研磨速率与中心研磨速率的差值为

其中，菜单查找系统340内存储有多个制造程序，所述多个制造程序中的每个制造程序包括研磨头转速、研磨垫转速以及操作压力等参数，详细的，所述操作压力是指施加给所述保持环的压力。在所述多个制造程序中，研磨头转速以及研磨垫转速等参数是相同的，但是，每个制造程序的操作压力不相同。

在本发明的一个具体实施例中，所述菜单查找系统340内共存储了九个制造程序，分别为第一制造程序、第二制造程序、第三制造程序、第四制造程序、第五制造程序、第六制造程序、第七制造程序、第八制造程序、第九制造程序。其中每个制造程序的操作压力是不同的，所述第一制造程序的操作压力最大，所述第九制造程序的压力值最小。

在步骤S230中，所述菜单查找系统340接收所述控片的边缘研磨速率与中心研磨速率的差值后，会根据所述差值查找出最佳制造程序，并将所述最佳制造程序传输至化学机械研磨机台310，所述最佳制造程序可有效的补偿边缘研磨速率变化对产品片研磨的影响，使得每一次产品片研磨所使用的均是最佳的工艺条件，减小产品片的边缘研磨速率的波动。

在本发明的一个具体实施例中，当所述边缘研磨速率较低时，例如当边缘研磨速率与中心研磨速率的差值为

时，则最佳制造程序为第一制造程序，所述第一制造程序的操作压力较大，可加快产品片的边缘研磨速率，起到了补偿效果；而当所述边缘研磨速率较高时，例如所述边缘研磨速率与中心研磨速率的差值为时，则最佳制造程序为第九制造程序，所述第九制造程序的操作压力较小，可相应的减小产品片的边缘研磨速率。

综上所述，本发明在进行产品片的化学机械研磨工艺前，先获取控片的边缘研磨速率与中心研磨速率的差值，并根据所述差值查找出最佳制造程序，并将所述最佳制造程序传输至所述化学机械研磨机台，所述化学机械研磨机台根据所述最佳制造程序进行产品片的化学机械研磨工艺，可减小产品片的边缘研磨速率的波动，提高了工艺稳定性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种用于化学机械研磨机台的制造程序控制方法，包括：

利用测量装置获取控片的边缘研磨速率和中心研磨速率，并将所述控片的边缘研磨速率和中心研磨速率传输至机台自动化系统；

所述机台自动化系统计算所述控片的边缘研磨速率与中心研磨速率的差值，并将差值传输至菜单查找系统，所述菜单查找系统内存储有多个制造程序；

所述菜单查找系统根据所述差值查找出最佳制造程序，并将所述最佳制造程序传输至所述化学机械研磨机台。

2.如权利要求1所述的化学机械研磨机台的制造程序控制方法，其特征在于，所述多个制造程序中的每个制造程序包括研磨头转速、研磨垫转速以及操作压力。

3.如权利要求2所述的化学机械研磨机台的制造程序控制方法，其特征在于，所述多个制造程序的操作压力各不相同。

4.如权利要求1或3所述的化学机械研磨机台的制造程序控制方法，其特征在于，所述化学机械研磨机台包括保持环，所述保持环的使用时间越长，所述控片的边缘研磨速率越高。

5.一种化学机械研磨机台制造程序控制系统，包括：

化学机械研磨机台；

测量装置，其用于获取控片的边缘研磨速率和中心研磨速率；

机台自动化系统，其用于计算控片的边缘研磨速率与中心研磨速率的差值；

菜单查找系统，其存储有多个制造程序，其根据所述差值查找出最佳制造程序，并将所述最佳制造程序传输至所述化学机械研磨机台。

6.如权利要求5所述的化学机械研磨机台制造程序控制系统，其特征在于，所述多个制造程序中每个制造程序包括研磨头转速、研磨垫转速以及操作压力。

7.如权利要求6所述的化学机械研磨机台制造程序控制系统，其特征在于，所述多个制造程序的操作压力各不相同。

8.如权利要求5或7所述的化学机械研磨机台制造程序控制系统，其特征在于，所述化学机械研磨机台包括保持环，所述保持环的使用时间越长，所述控片的边缘研磨速率越高。

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