CN106514438A - 化学机械研磨装置及其研磨方法 - Google Patents

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桂辉辉
周小红
万先进
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories

Abstract

本发明提供了一种化学机械研磨装置及其研磨方法，所述方法包括对待研磨晶圆依次进行多次化学机械研磨，所述多次化学机械研磨分别由同一化学机械研磨装置的不同子装置进行，所述多次化学机械研磨均采用自动探测终点的方法进行化学机械研磨，从而降低不同晶圆批次之间以及晶圆与晶圆之间的厚度差异，减少工作人员的工作量，减少人力成本，并且还可以避免不同工作人员之间存在的误差，提高化学机械研磨的效率。

Description

化学机械研磨装置及其研磨方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种化学机械研磨装置及其研磨方法。
背景技术
随着半导体技术的发展、器件尺寸的缩小，对半导体器件金属互连层表面的平坦化程度要求越来越高。化学机械研磨(CMP)是一种能满足多层布线要求的平坦化技术，化学机械研磨是化学与机械效应的组合，在待研磨的材料层表面，因为发生化学反应而生成特定层，接着以机械方式将此特定层移除。
现有的化学机械研磨装置一般包括三个或四个化学机械研磨子装置，例如子装置1、子装置2与子装置3与子装置4，所述四个子装置同时对不同的晶圆进行机械研磨，并且每个晶圆都需要经过四个子装置进行四次化学机械研磨。所述子装置1、子装置2与子装置3通过光学、电磁或其他方法进行终点探测，以此确定化学机械研磨的程度，而所述子装置4是通过时间限定来确定化学机械研磨的程度，即研磨时设置好研磨的时间，到研磨时间时自动停止研磨。
但是，由于每批次(Lot)的晶圆之间以及每片晶圆之间的厚度都存在偏差，不可能设置相同的研磨时间，因此需要工艺工程师不断地对研磨时间进行微调，使得所有晶圆研磨之后的厚度在目标范围值之内。这样在一定程度上增加了工作人员的工作时间，增加了人力成本，并且不同的工作人员之间也不可避免的存在设置误差
因此，如何设置子装置4的终点探测方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种化学机械研磨装置及其研磨方法，采用自动探测终点的方法进行化学机械研磨，降低不同晶圆批次之间以及晶圆与晶圆之间的厚度差异。
本发明的技术方案是一种化学机械研磨的方法，包括对待研磨晶圆依次进行多次化学机械研磨，所述多次化学机械研磨分别由同一化学机械研磨装置的不同子装置进行，所述多次化学机械研磨均采用自动探测终点的方法进行化学机械研磨。
进一步的，对待研磨晶圆依次进行四次化学机械研磨，其中第四化学机械研磨采用电机扭矩的方法实现终点的自动探测。
进一步的，采用电机扭矩实现终点自动探测的方法包括：通过控片晶圆的薄膜沉积与化学机械研磨的方法获得电机扭矩值与膜厚的关系，以此确定第四化学机械研磨的电机扭矩值。
进一步的，获得电机扭矩值与膜厚关系的方法包括：
提供多个控片晶圆，在其上沉积薄膜；
设置不同的电机扭矩值对所述控片晶圆进行研磨，测量最后剩余的薄膜厚度，得出所述电机扭矩值与膜厚的关系。
进一步的，所述薄膜为二氧化硅薄膜或钨薄膜。
进一步的，在所述第四化学机械研磨之前，根据最终需要的膜厚设置所述电机扭矩值。
进一步的，所述四次化学机械研磨同时进行，分别研磨不同的晶圆。
相应的，本发明提供一种化学机械研磨装置，包括多个子装置，所述多个子装置依次对待研磨晶圆进行化学机械研磨，所述多个子装置均采用自动探测终点的方法进行化学机械研磨。
进一步的，化学机械研磨装置包括四个子装置，其中子装置四开启电机扭矩选项，通过电机扭矩实现自动终点探测。
进一步的，所述四个子装置同时对不同的晶圆进行研磨。
与现有技术相比，本发明提供的化学机械研磨装置及其研磨方法，多次化学机械研磨分别由同一化学机械研磨装置的不同子装置进行，所述多次化学机械研磨均采用自动探测终点的方法进行化学机械研磨，从而降低不同晶圆批次之间以及晶圆与晶圆之间的厚度差异，减少工作人员的工作量，减少人力成本，并且还可以避免不同工作人员之间存在的误差，提高化学机械研磨的效率。
附图说明
图1为本发明一实施例所提供的采用电机扭矩实现终点自动探测的方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容做进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
其次，本发明利用示意图进行了详细的表述，在详述本发明实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应对此作为本发明的限定。
本发明的核心思想是：多次化学机械研磨分别由同一化学机械研磨装置的不同子装置进行，所述多次化学机械研磨均采用自动探测终点的方法进行化学机械研磨，从而降低不同晶圆批次之间以及晶圆与晶圆之间的厚度差异，减少工作人员的工作量，减少人力成本，并且还可以避免不同工作人员之间存在的误差，提高化学机械研磨的效率。
本发明提供一种化学机械研磨的方法，包括对待研磨晶圆依次进行多次化学机械研磨，所述多次化学机械研磨分别由同一化学机械研磨装置的不同子装置进行，所述多次化学机械研磨均采用自动探测终点的方法进行化学机械研磨。
优选的，对待研磨晶圆依次进行四次化学机械研磨，例如对研磨晶圆依次进行第一化学机械研磨、第二化学机械研磨、第三化学机械研磨以及第四化学机械研磨，其中第四化学机械研磨采用电机扭矩的方法实现终点的自动探测。
通过控片晶圆的薄膜沉积与化学机械研磨的方法获得电机扭矩值与膜厚的关系，在第四化学机械研磨之前，根据需要的膜厚设置所述电机扭矩值，然后通过第四化学机械研磨得到需要的膜厚。
图1为本发明一实施例所提供的采用电机扭矩实现终点自动探测的方法的流程示意图，如图1所示，采用电机扭矩实现终点自动探测的方法，包括以下步骤：
首先，提供多个控片晶圆(dummy wafer)，在其上沉积薄膜；分别在所述多个控片晶圆上沉积薄膜，优选的，沉积二氧化硅薄膜或者钨薄膜。
然后，设置不同的电机扭矩值对所述控片晶圆进行研磨，测量最后剩余的薄膜厚度，得出所述电机扭矩值与膜厚的关系。
对不同的所述控片晶圆设置不同的电机扭矩值，然后进行第四化学机械研磨，研磨结束之后，测量剩余薄膜的厚度，然后得出所述电机扭矩值与膜厚的关系。所述控片晶圆可以重复使用，也可以在同一控片晶圆上沉积较厚的薄膜，然后依次采用不同的电机扭矩值对晶圆进行研磨，并测量每次剩余之后的薄膜的厚度，但是由于每次研磨之前的薄膜的厚度不同，最终的结果可能会存在有误差，因此需要根据实际的工艺条件来选择控片晶圆的使用。
最后，在所述第四化学机械研磨之前，根据最终需要的膜厚设置所述电机扭矩值。在所述第四化学机械研磨之前，根据研磨之后需要的剩余膜厚确定电机扭矩值，然后将其设置在进行第四化学机械研磨的研磨系统之中，然后进行第四化学机械研磨。
由于电机扭矩值与膜厚的关系是通过实验得到的，设置好电机扭矩值进行化学研磨之后，剩余的膜厚是固定的，因此能够降低不同晶圆批次之间以及晶圆与晶圆之间的厚度差异，减少工作人员的工作量，减少人力成本，并且还可以避免不同工作人员之间存在的误差，提高化学机械研磨的效率。
所述四次化学机械研磨同时进行，分别研磨不同的晶圆。所述四次化学机械研磨是由同一化学机械研磨装置的四个子装置进行的，所述四个子装置依次对待研磨晶圆进行化学机械研磨，即所述化学机械研磨装置同时研磨四个晶圆，且每个晶圆依次经过所述四个子装置。
需要说明的是，在本实施例中，所述第四化学机械研磨采用电机扭矩的方法实现终点的自动探测，在其他实施例中，并不局限于所述第四化学机械研磨，其余的化学机械研磨也可以采用电极扭矩的方法实现终点的自动探测，需要根据具体情况来确定，例如也可以采用光学、电磁等方法来实现终点探测。
相应的，本发明还提供一种化学机械研磨装置，包括多个子装置，所述多个子装置依次对待研磨晶圆进行化学机械研磨，所述多个子装置均采用自动探测终点的方法进行化学机械研磨。
优选的，化学机械研磨装置包括四个子装置，例如包括子装置一、子装置二、子装置三与子装置四，所述四个子装置依次对待研磨晶圆进行化学机械研磨，其中子装置四开启电机扭矩选项，通过电机扭矩实现自动终点探测。
所述四个子装置同时对不同的晶圆进行研磨，并且所述四个子装置依次对待研磨晶圆进行化学机械研磨。例如：子装置一对晶圆一进行第一化学机械研磨；然后晶圆一移动到子装置二，子装置二对晶圆一进行第二化学机械研磨，同时子装置一对晶圆二进行第一化学机械研磨；然后，子装置三对晶圆一进行第三化学机械研磨，同时子装置二对晶圆二进行第二化学机械研磨，同时子装置一对晶圆三进行第一化学机械研磨；然后，子装置四对晶圆一进行第四化学机械研磨，同时子装置三对晶圆二进行第三化学机械研磨，同时子装置二对晶圆三进行第二化学机械研磨，同时子装置一对晶圆四进行第一化学机械研磨。
由于子装置对待研磨晶圆进行化学机械研磨，因此设置有电机，而所有的电机中都设置有扭矩信号，因此只需开启电机系统中的电机扭矩选项即可，不会增加额外的成本。另外，本实施例也并不仅限于子装置四开启电机扭矩，只要是没有采用自动终点探测的子装置都可以开启电机扭矩选项，将设定时间的研磨修改为自动终点探测的研磨，从而降低不同晶圆批次之间以及晶圆与晶圆之间的厚度差异，减少工作人员的工作量，减少人力成本，并且还可以避免不同工作人员之间存在的误差，提高化学机械研磨的效率。
综上所述，本发明提供的化学机械研磨装置及其研磨方法，多次化学机械研磨分别由同一化学机械研磨装置的不同子装置进行，所述多次化学机械研磨均采用自动探测终点的方法进行化学机械研磨，从而降低不同晶圆批次之间以及晶圆与晶圆之间的厚度差异，减少工作人员的工作量，减少人力成本，并且还可以避免不同工作人员之间存在的误差，提高化学机械研磨的效率。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种化学机械研磨的方法，包括对待研磨晶圆依次进行多次化学机械研磨，所述多次化学机械研磨分别由同一化学机械研磨装置的不同子装置进行，其特征在于，所述多次化学机械研磨均采用自动探测终点的方法进行化学机械研磨。
2.如权利要求1所述的化学机械研磨的方法，其特征在于，对待研磨晶圆依次进行四次化学机械研磨，其中第四化学机械研磨采用电机扭矩的方法实现终点的自动探测。
3.如权利要求2所述的化学机械研磨的方法，其特征在于，采用电机扭矩实现终点自动探测的方法包括：通过控片晶圆的薄膜沉积与化学机械研磨的方法获得电机扭矩值与膜厚的关系，以此确定第四化学机械研磨的电机扭矩值。
4.如权利要求3所述的化学机械研磨的方法，其特征在于，获得电机扭矩值与膜厚关系的方法包括：
提供多个控片晶圆，在其上沉积薄膜；
设置不同的电机扭矩值对所述控片晶圆进行研磨，测量最后剩余的薄膜厚度，得出所述电机扭矩值与膜厚的关系。
5.如权利要求4所述的化学机械研磨的方法，其特征在于，所述薄膜为二氧化硅薄膜或钨薄膜。
6.如权利要求4所述的化学机械研磨的方法，其特征在于，在所述第四化学机械研磨之前，根据最终需要的膜厚设置所述电机扭矩值。
7.如权利要求2所述的化学机械研磨的方法，其特征在于，所述四次化学机械研磨同时进行，分别研磨不同的晶圆。
8.一种化学机械研磨装置，包括多个子装置，所述多个子装置依次对待研磨晶圆进行化学机械研磨，其特征在于，所述多个子装置均采用自动探测终点的方法进行化学机械研磨。
9.如权利要求8所述的化学机械研磨装置，其特征在于，化学机械研磨装置包括四个子装置，其中子装置四开启电机扭矩选项，通过电机扭矩实现自动终点探测。
10.如权利要求8所述的化学机械研磨装置，其特征在于，所述四个子装置同时对不同的晶圆进行研磨。
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