CN103722486A

CN103722486A - 一种化学机械研磨方法及装置

Info

Publication number: CN103722486A
Application number: CN201210384562.1A
Authority: CN
Inventors: 唐强; 李佩; 汤露奇
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2012-10-11
Filing date: 2012-10-11
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2032-10-11
Also published as: CN103722486B

Abstract

本申请公开了一种化学机械研磨方法及装置，该方法和装置通过设置与研磨平台相连的抛光速率检测系统，实时监测晶片的当前抛光速率并与设定的目标抛光速率比较，根据比较结果向排气系统发送相应信号反馈，控制排气系统增大或减小排气管道内的气体压强，改变当前的抛光速率直到与目标抛光速率一致，从而保持化学机械研磨过程中抛光速率的稳定性。

Description

一种化学机械研磨方法及装置

技术领域

本发明涉及半导体制作领域，特别涉及一种化学机械研磨方法及装置。

背景技术

当前的半导体制造工艺中，很多情况下会用到化学机械研磨(CMP)工艺，比如浅沟槽隔离(STI)氧化硅抛光、局部互联(LI)氧化硅抛光、层间介质（ILD)氧化硅抛光以及双大马式革铜抛光等。

现有技术中化学机械研磨装置的结构示意图，如图1所示，该化学机械研磨装置共包括研磨平台和排气系统，其中，研磨平台用于进行晶片的化学机械研磨，进一步包括：研磨盘100、固定于研磨盘100上的研磨垫101、由电机驱动研磨头102以及研磨液供应管105，研磨盘100下方的转轴103一头连接驱动电机一头连接研磨盘100。研磨液供应管105用于输出研磨液104。当进行研磨时，首先将待研磨的晶片附着在研磨102头上，使晶片的待研磨面与研磨垫101接触；然后，研磨盘100和研磨头102均在电机的驱动下按逆时针方向进行旋转，但两者的旋转速度不同，同时，研磨头102还沿着研磨垫101的直径方向进行径向运动；同时，研磨液供应管105向研磨垫输送研磨液104，通过研磨液104的化学作用和机械作用使晶片表面平坦化。需要说明的是，根据待研磨的材料的不同，研磨液104的具体成分也将不同，另外，研磨垫101的材质以及图案等也将不同。CMP机台中还装配有排气系统，排气系统的排气口106位于研磨盘上方，排气口106通过排气管道与排风扇相连（图中未画出），排风扇产生一定风量和风速的气体通入排气管道；排气管道，位于所述研磨平台上方，用于排出在研磨晶片过程中研磨平台上产生的废气和残留颗粒，排气管道上具有阀门（图中未画出），通过阀门进一步开启或进一步关闭的状态变化，增大或减小所述排气管道中的气体压强，实现从排气口106抽取CMP机台的研磨平台上产生的废气和残留颗粒。

随着半导体制造技术的发展，半导体器件的特征尺寸越来越小，与之相对应的CMP工艺的精度要求也不断提高，将采用CMP工艺对晶片进行平坦化过程中材料被去除的速度定义为抛光速率（removal rate），其单位通常是纳米每分钟或者微米每分钟。由于CMP机台的工作原理复杂，影响removal rate的因素很多，业界普遍研究的几大因素包括：CMP机台的硬件（hardware）,控制CMP机台的软件（software）,研磨垫的旋转速率，晶片的下压力（down force）,供应研磨液的流动速率（slurry fow rate）,研磨液的温度（temperature）等，removal rate也会随着研磨垫消耗时间的增长而变化。我们通过实验发现，在上述影响因素之外，研磨机台环境（environment），特别是研磨机台的排气系统（Exhaust system）也是极大地影响了removal rate。因为研磨机台的排气系统会对晶片施加压力，改变晶片与研磨垫之间的接触程度，从而改变removal rate。但是现有技术中并没有考虑exhaust system对removal rate的影响，所以在采用固定不变的removal rate的情况下，由于exhaust system的影响，整个CMP过程中并不能保持理想的removal rate，具体表现为removal rate降低或者出现不稳定的情况，对金属铜的平坦化造成了不良影响。因此，如何调整排气系统从而达到理想的removal rate成为一个亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种化学机械研磨方法和装置，能够灵活方便地进行化学机械研磨工艺流程，提高化学机械研磨的效率。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种化学机械研磨方法，提供晶片进行化学机械研磨，设定目标抛光速率，该方法还包括：

在所述化学机械研磨过程中，实时监测当前抛光速率，将获得的当前抛光速率与所述目标抛光速率相比较，如果当前抛光速率大于目标抛光速率，则增大排气管道中的气体压强；如果当前抛光速率小于目标抛光速率，则减小排气管道中的气体压强。

所述增大排气管道中的气体压强的范围是0.1帕斯卡到1帕斯卡。

所述减小排气管道中的气体压强的范围是0.1帕斯卡到1帕斯卡。

一种化学机械研磨装置，其特征在于，该装置包括：研磨平台，抛光速率检测系统，排气管道，阀门和传感器；

所述研磨平台，用于研磨晶片；

所述排气管道，位于所述研磨平台上方，用于排出所述研磨晶片过程中产生的废气和残留颗粒；

所述抛光速率检测系统，与所述研磨平台相连，用于在设定目标抛光速率之后，实时监测和获取所述研磨平台的当前抛光速率，将获取的所述当前抛光速率与所述目标抛光速率相比较，如果当前抛光速率大于目标抛光速率，则通过所述信号反馈向所述传感器发送第一信号，如果当前抛光速率小于目标抛光速率，则向所述传感器发送第二信号；

所述传感器，用于接收所述抛光速率监测系统发送的第一信号或第二信号，根据接收的所述第一信号控制所述阀门增大所述排气管道中的气体压强，或者根据接收的所述第二信号控制所述阀门减小所述排气管道中的气体压强；

所述阀门，位于所述排气管道上，用于增大或减小所述排气管道中的气体压强。

所述第一信号是高电平信号，所述第二信号是低电平信号。

所述第一信号是低电平信号，所述第二信号是高电平信号。

所述增大排气管道中的气体压强范围是0.1帕斯卡到1帕斯卡。

所述减小排气管道中的气体压强范围是0.1帕斯卡到1帕斯卡。

从上述方案可以看出，本发明提出一种化学机械研磨方法和装置，该方法和装置通过实时监测晶片在化学机械研磨时的抛光速率，将获得的抛光速率与设定的目标抛光速率相比较，根据比较结果调整排气管道中气体压强大小，从而达到稳定抛光速率的效果。

附图说明

图1为现有技术中化学机械研磨装置图；

图2为本发明实施例化学机械研磨装置图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

具体实施例一

如图2所示，本发明提供一种化学机械研磨装置，该装置包括：研磨平台，抛光速率检测系统和排气系统，其中，排气系统中还进一步包括排气口106，排风扇，排气管道，排气管道上的阀门和传感器（图中未画出）；

该化学机械研磨装置共包括研磨平台、排气系统和抛光速率检测系统107，其中，研磨平台用于进行晶片的化学机械研磨，进一步包括：研磨盘100、固定于研磨盘100上的研磨垫101、由电机驱动研磨头102以及研磨液供应管105，研磨盘100下方的转轴103一头连接驱动电机一头连接研磨盘100。研磨液供应管105用于输出研磨液104。当进行研磨时，首先将待研磨的晶片附着在研磨102头上，使晶片的待研磨面与研磨垫101接触；然后，研磨盘100和研磨头102均在电机的驱动下按逆时针方向进行旋转，但两者的旋转速度不同，同时，研磨头102还沿着研磨垫101的直径方向进行径向运动；同时，研磨液供应管105向研磨垫输送研磨液104，通过研磨液104的化学作用和机械作用使晶片表面平坦化。需要说明的是，根据待研磨的材料的不同，研磨液104的具体成分也将不同，另外，研磨垫101的材质以及图案等也将不同。CMP机台中还装配有排气系统，排气系统的排气口106位于研磨盘100上方，排气口106通过排气管道与排风扇相连（排气管道和排风扇图中未画出），其中，排风扇产生一定风量和风速的气体通入排气管道，由排气管道排出在研磨晶片过程中研磨平台上产生的废气和残留颗粒，排气管道上具有阀门，通过阀门进一步开启或进一步关闭的状态变化，增大或减小所述排气管道中的气体压强。上述部分为现有技术，不再赘述。

与现有技术不同的是，本发明的CMP装置中还包括抛光速率检测系统107以及排气系统中的传感器，所述传感器能够根据抛光速率检测系统107发送的不同信号调节阀门的进一步开闭，该抛光速率检测系统107与研磨平台相连，用于实时监测和获取当前抛光速率，该抛光速率检测系统107中设定了目标抛光速率。

下面详细介绍利用上述化学机械研磨装置进行化学机械研磨的方法。

在上述抛光速率检测系统107中设定目标抛光速率之后，实时监测当前抛光速率，将获得的当前抛光速率与所述目标抛光速率相比较，如果当前抛光速率大于目标抛光速率，则增大排气管道中的气体压强；如果当前抛光速率小于目标抛光速率，则减小排气管道中的气体压强。

具体的，在CMP装置对放入其中的晶片进行化学机械研磨时，抛光速率检测系统107实时监测和获取当前抛光速率，其具体方法为现有技术，不再赘述。通过将当前抛光速率与设定的目标抛光速率相比较，如果当前抛光速率大于目标抛光速率，则向所述传感器发送第一信号，如果当前抛光速率小于目标抛光速率，则向所述传感器发送第二信号。本具体实施例一中，在抛光速率检测系统107中设定的目标抛光速率是10纳米每分钟，实时监测的频率是每20秒获取一次当前抛光速率，假设第一次获取的当前抛光速率为13纳米每分钟，抛光速率检测系统107将该13纳米每分钟的当前抛光速率与设定的10纳米每分钟的目标抛光速率相比，很明显当前抛光速率大于设定的目标抛光速率，如果要达到设定的目标抛光速率，需要降低当前抛光速率。根据我们大量的实验结果可以发现，排气系统中的气体压强与抛光速率之间的变化关系为反比关系，也就是说，如果增大排气系统中的气体压强就能够减小当前抛光速率，反之减小排气系统中的气体压强则能够增大当前抛光速率。根据上述排气系统中的气体压强与抛光速率之间的变化关系，当我们希望降低当前抛光速率时，可以增大排气系统中的气体压强，反之亦然。因此，本具体实施例一中，当需要降低当前抛光速率时，抛光速率检测系统107会向传感器发送第一信号。在其他情况下，比如当需要提高当前抛光速率时，则抛光速率检测系统107会向传感器发送第二信号。

需要注意的是，由于只有两种信号类型，所以本发明的第一信号和第二信号可以分别用数字信号“0”和“1”表示，具体实现可以用高电平信号和低电平信号来区分，例如，将高电平信号作为第一信号，低电平信号作为第二信号，当然也可以将第一信号设置为低电平信号，第二信号设置为高电平信号。第一信号和第二信号的表示方法为现有技术，不再赘述。

接下来，本实施例一中，传感器接收抛光速率检测系统107发送的第一信号之后，根据接收的第一信号，控制排气系统的排气管道上的阀门进一步开启，增大排气管道中的气体压强。同理，如果接收的是第二信号，则控制阀门进一步关闭，减小排气管道中的气体压强。本实施例中，每次增大或减小排气管道的气体压强范围是0.1帕斯卡到1帕斯卡，例如，0.1帕斯卡，0.5帕斯卡或者1帕斯卡。优选的，每次增大或减小排气管道的气体压强为0.2帕斯卡。

本实施例中，通过第一次当前抛光速率的检测以及增大排气管道的气体压强，必然实现其值的降低，然后，重复上述步骤再次检测获取当前抛光速率，用再次获取的当前抛光速率与目标抛光速率相比有差异时，根据比较结果增大或减小排气管道内的气体压强。如此循环，直到CMP过程结束。当然，如果当前抛光速率与目标抛光速率相同，则不改变排气管道内的气体压强。

上述具体实施例一可见，本发明通过实时监测晶片的当前抛光速率并与设定的目标抛光速率比较，根据比较结果相应增大或减小排气管道内的气体压强，改变当前的抛光速率直到与目标抛光速率一致，从而保持化学机械研磨过程中抛光速率的稳定性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims

1.一种化学机械研磨方法，提供晶片进行化学机械研磨，设定目标抛光速率，该方法还包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述增大排气管道中的气体压强范围是0.1帕斯卡到1帕斯卡；所述减小排气管道中的气体压强范围是0.1帕斯卡到1帕斯卡。

3.一种化学机械研磨装置，其特征在于，该装置包括：研磨平台，抛光速率检测系统，排气管道，阀门和传感器；

所述研磨平台，用于研磨晶片；

所述排气管道，位于所述研磨平台上方，用于研磨平台排出的废气；

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一信号是高电平信号，所述第二信号是低电平信号。

5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一信号是低电平信号，所述第二信号是高电平信号。

6.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述增大排气管道中的气体压强的范围是0.1帕斯卡到1帕斯卡；所述减小排气管道中的气体压强的范围是0.1帕斯卡到1帕斯卡。