CN102554788A - 一种抛光垫修整方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抛光垫修整方法，通过修整器和抛光装置接入智能控制系统，进而能够实时监控修整器的修整扭矩和抛光的材料去除率，计算出修整参量(下压力、频率和位置)的偏差，反馈偏差信息并补偿修整器对抛光垫的修整偏差，进而调整修整器对抛光垫的修整并继续监控，形成循环操作。这种闭环控制模式提高了修整抛光垫的精确性，延长了抛光垫的使用寿命，增强了各种抛光工艺的稳定性，进一步降低工艺成本，提高工艺效率。

Description

一种抛光垫修整方法

技术领域

本发明涉及化学机械抛光技术领域，尤其涉及一种抛光垫修整方法。 

背景技术

随着集成电路(IC)制造技术的飞速发展，对硅片的加工精度和表面质量提出了更高的要求，而传统的抛光技术已不能满足要求。化学机械抛光(CMP)是目前唯一能够实现硅片局部和全局平坦化的实用技术和核心技术，正广泛地应用于IC制造中。抛光垫是化学机械抛光(CMP)系统中的主要耗材之一，抛光垫的结构和表面粗糙度对CMP过程中的硅片材料去除率和表面粗糙度有很大影响。但是抛光垫经过一段时间的使用后，表面会发生恶化从而降低抛光效果。因此，需要对抛光垫进行修整或调整，恢复其使用性能。 

美国专利US548631提出一种抛光垫修整装置(Device for conditioning polishing pads)，如图1所示，控制臂32连接压力筒36和修整器18。化学机械抛光时，支撑基座13上的研磨台11可沿A向转动，抛光垫15安装在研磨台11上并随之一起转动，控制臂32控制修整器18在抛光垫上水平移动，压力筒36可以垂直向下移动以改变对修整器18的下压力。 

美国专利US7300338提出一种金刚石材质的修整器研磨盘(CMP diamond conditioning disk)，如图2所示，金刚石材质的超硬研磨颗粒层24与非金属基板20(由氧化铝和石墨等形成)通过非金属粘合层22(由氧化铝和碳化硅等形成)粘合固定，上述器件结构嵌合在支撑基座26的凹槽28中构成了修整器研磨盘，修整器研磨盘通过支撑基座26的背面30连接到抛光垫修整装置的其它匹配结构上。 

目前结合上述抛光垫修整装置和金刚石材质的修整器研磨盘而形成的抛光垫修整装置应用非常广泛。但是抛光垫修整时，基本上采用对抛光垫修整装置设定恒定的下压力值(fixed conditioner down force)，对抛光垫表面各位置进行一 致性的修整，如图3所示，修整器定值修整抛光垫时，抛光垫使用时间(pad lifetime)越长，抛光的材料去除率(MRR)如晶圆氧化膜的去除率(Oxide RR)等越低，现有技术中通过不断增大修整器研磨盘的下压力可以稳定或增大MRR，如图4所示，但是由于抛光垫表面各位置的实际恶化情况不一，上述修整方法会造成抛光垫表面打磨不到位或者过打磨的现象，因此需要一种抛光垫修整方法，能针对抛光垫表面不同修整位置进行匹配性修整，提高抛光垫表面性能，延长抛光垫使用寿命。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种抛光垫修整方法，能针对抛光垫表面不同修整位置进行补偿修整，提高抛光垫表面性能，延长抛光垫使用寿命。 

为解决上述问题，本发明提出一种抛光垫修整方法，该方法包括如下步骤： 

抛光装置及修整器接入智能控制系统，所述智能控制系统包括测算单元、控制单元以及反馈单元； 

所述控制单元设定修整器的目标修整扭矩，得到修整器的目标修整参量，开始修整器对抛光垫的修整； 

所述测算单元测得修整器的实时修整扭矩和抛光过程的实时材料去除率； 

所述测算单元依据所述实时修整扭矩和实时材料去除率计算得到修整器的修整参量偏差； 

所述反馈单元将所述修整参量偏差反馈到控制单元； 

所述控制单元补偿所述修整参量偏差得到修整器新的目标修整参量，更新修整器对抛光垫的修整； 

循环进行所述测算单元测得修整器的实时修整扭矩和抛光过程的实时材料去除率及以后的操作，直至抛光过程结束。 

进一步的，所述修整器为金刚石修整器。 

进一步的，所述控制单元控制修整器沿水平方向左右移动或沿竖直方向上下移动。

进一步的，所述修整参量包括下压力、频率以及位置。 

进一步的，所述抛光过程包括对浅槽隔离结构、层间介质、镶嵌金属或高K金属栅极的抛光过程。 

根据本发明的另一面，提供一种应用于调整控制抛光垫修整器的智能控制系统，包括： 

测算单元，用于测量或计算修整器的相关参量以及抛光装置抛光过程中的材料去除率； 

控制单元，用于结合所述测算单元的信息对修整器设定修整参数，并控制和调节修整器对抛光垫的修整； 

反馈单元，用于反馈修整器对抛光垫的修整偏差信息给所述控制单元，使得所述控制单元及时补偿修整偏差，调整修整器对抛光垫的修整。 

与现有技术相比，本发明通过智能控制系统实时监控修整器的修整扭矩和抛光的材料去除率，计算出修整参量的偏差，反馈偏差信息并补偿修整器对抛光垫的修整偏差，进而调整修整器对抛光垫的修整并继续监控，形成循环操作。这种闭环控制模式提高了修整抛光垫的精确性，延长了抛光垫的使用寿命，增强了各种抛光工艺的稳定性，进一步降低工艺成本，提高工艺效率。 

附图说明

图1是现有技术的一种抛光垫修整装置结构示意图； 

图2是现有技术的一种抛光垫修整器的研磨盘结构示意图； 

图3是现有技术定值修整下的抛光垫使用寿命和材料去除率的关系曲线示意图； 

图4是现有技术中抛光垫修整器的研磨盘下压力与材料去除率的关系曲线示意图； 

图5是本发明实施例的工艺流程图； 

图6是本发明实施例的剖面结构示意图。 

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的抛光垫修整方法作进一步详细说明。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，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。 

如图5所示，本发明提出一种抛光垫修整方法，该方法使一种闭环控制模式(close-loop control，CLC)。 

S501，抛光装置及修整器接入智能控制系统，所述智能控制系统设有测算单元、控制单元以及反馈单元。 

请参考图6，本实施例的CMP抛光装置中，支撑基座600上的旋转台601旋转时(如A箭头所示)，带动承载的抛光垫602旋转(如B箭头所示)，抛光头603承载着晶圆605与抛光垫602紧贴并发生相对转动和平移(如C、D箭头所示)，修整器604通过智能控制系统606实现研磨盘604a的水平移动和竖直移动(如E、G箭头所示)，智能控制系统606设有测算单元、控制单元以及反馈单元，测算单元用于测量或计算修整器的相关参量以及抛光装置抛光过程中的材料去除率(MRR)，如研磨盘604a的修整的位置、频率、下压力、扭矩以及晶圆605的材料去除率(MRR)等，控制单元用于对修整器604设定修整参数并控制和调节修整器604对抛光垫602的修整，反馈单元用于反馈修整器604对抛光垫602的修整偏差信息给控制单元，使得控制单元及时补偿修整偏差，调整修整器604对抛光垫602的修整。修整过程中，有相应的去离子水(DIW)清洗装置清洗修整器604的研磨盘604a。本实施例中，研磨盘604a采用金刚石研磨颗粒制作，故修整器604为金刚石修整器。 

S502，所述控制模块设定修整器的目标修整扭矩，得到修整器的目标修整参量，开始修整器对抛光垫的修整。。 

请参考图6，智能控制系统606的控制单元给修整器604设定一个目标修整扭矩后，得到修整器604的目标修整参量，即修整抛光垫所需的修整位置、频率、下压力，研磨盘604a依据所述目标修整参量开始对抛光垫602进行修整。 

S503，所述测算单元测得修整器的实时修整扭矩和抛光过程的实时材料去除率。 

请参考图6，智能控制系统606的测算单元对修整器进行测量，测量得到当前修整位置修整器对应的实时修整扭矩，同时，测算单元还需测得抛光的实时材料去除率，即晶圆605的氧化膜去除率(Oxide RR)。 

S504，所述测算单元依据所述实时修整扭矩和实时材料去除率计算得到修整器的修整参量偏差。 

请参考图6，智能控制系统606的测算单元对测量所得的修整器对应的实时修整扭矩以及晶圆605的氧化膜去除率(Oxide RR)的测量值进行去噪处理后，分析实时修整扭矩和Oxide RR的值，得到修整器604对抛光垫602下一步修整的目标修整参量，计算得到修整器604对抛光垫602修整的修整参量偏差，即修整下压力、频率以及位置的偏差。 

S505，所述反馈单元将所述修整参量偏差反馈到控制单元。 

请参考图6，智能控制系统606的反馈单元将所得的修整参量偏差，即修整下压力、频率以及位置的偏差，反馈给控制单元。 

S506，所述控制单元补偿所述修整参量偏差得到修整器新的目标修整参量，更新修整器对抛光垫的修整。 

请参考图6，智能控制系统606的控制单元依据收到的修整参量偏差，即修整下压力、频率以及位置的偏差，对修整参量进行偏差补偿，进而得到了修整器604对抛光垫602修整的新的目标修整参量，修整器604依据新的目标修整参量对对抛光垫602修整，也就是说研磨盘604a对抛光垫602表面的修整位置为补偿后的修整位置，并同时采用补偿后的修整的下压力和频率进行修整。 

S507，循环进行所述测算单元测得修整器的实时修整扭矩和抛光过程的实时材料去除率及以后的操作，直至抛光过程结束。 

请参考图6，S506步骤中依据新的目标修整参量调整了修整器604对抛光垫602的修整，修整器604的状态改变，此时再依次进行S503至S506的操作，继续对修整器实施实时监控和调整，循环进行下去直至抛光过程结束，由此形成了一个修整器对抛光垫修整的闭环控制模式，随着抛光垫使用时间的增长，修整器修整的下压力依据抛光的材料去除率适应性调整，而不是一直增大，实现了抛光垫表面的精确修整，最终使得抛光的材料去除率稳定，提高均一性抛光效果的获得效率。 

本发明的抛光垫修整方法可以应用到浅槽隔离结构(STI)、层间介质(ILD)、镶嵌金属(Al、W、Cu)或高K金属栅极(HKMG)的抛光过程中。 

根据本发明的另一面，提供一种应用于调整控制抛光垫修整器的智能控制系统，包括： 

测算单元，用于测量或计算修整器的相关参量以及抛光装置抛光过程中的 材料去除率； 

控制单元，用于结合所述测算单元的信息对修整器设定修整参数，并控制和调节修整器对抛光垫的修整； 

反馈单元，用于反馈修整器对抛光垫的修整偏差信息给所述控制单元，使得所述控制单元及时补偿修整偏差，调整修整器对抛光垫的修整。 

综上所述，本发明通过实时监控修整器的修整扭矩和抛光的材料去除率，计算出修整参量的偏差，即修整的下压力、频率和位置的偏差，反馈偏差信息并补偿修整器对抛光垫的修整偏差，进而调整修整器对抛光垫的修整并继续监控，形成循环操作。这种闭环控制模式提高了修整抛光垫的精确性，延长了抛光垫的使用寿命，增强了各种抛光工艺的稳定性，进一步降低工艺成本，提高工艺效率。 

显然，本领域的技术人员可以对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 (6)

1.一种抛光垫修整方法，其特征在于，包括：

抛光装置及修整器接入智能控制系统，所述智能控制系统包括测算单元、控制单元以及反馈单元；

所述控制单元设定修整器的目标修整扭矩，得到修整器的目标修整参量，开始修整器对抛光垫的修整；

所述测算单元测得修整器的实时修整扭矩和抛光过程的实时材料去除率；

所述测算单元依据所述实时修整扭矩和实时材料去除率计算得到修整器的修整参量偏差；

所述反馈单元将所述修整参量偏差反馈到控制单元；

所述控制单元补偿所述修整参量偏差得到修整器新的目标修整参量，更新修整器对抛光垫的修整；

循环进行所述测算单元测得修整器的实时修整扭矩和抛光过程的实时材料去除率及以后的操作，直至抛光过程结束。

2.如权利要求1所述的抛光垫修整方法，其特征在于，所述修整器为金刚石修整器。

3.如权利要求1所述的抛光垫修整方法，其特征在于，所述控制单元控制修整器沿水平方向左右移动或沿竖直方向上下移动。

4.如权利要求1所述的抛光垫修整方法，其特征在于，所述修整参量包括下压力、频率以及位置。

5.如权利要求1所述的抛光垫修整方法，其特征在于，所述抛光过程包括对浅槽隔离结构、层间介质、镶嵌金属或高K金属栅极的抛光过程。

6.一种应用于调整控制抛光垫修整器的智能控制系统，其特征在于，包括：

测算单元，用于测量或计算修整器的相关参量以及抛光装置抛光过程中的材料去除率；

控制单元，用于结合所述测算单元的信息对修整器设定修整参数，并控制和调节修整器对抛光垫的修整；

反馈单元，用于反馈修整器对抛光垫的修整偏差信息给所述控制单元，使得所述控制单元及时补偿修整偏差，调整修整器对抛光垫的修整。

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