CN108555771A - Cmp设备的终点确定方法、终点确定系统和cmp系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CMP终点的确定方法、确定系统和CMP系统，该确定方法包括：获取驱动所述抛光盘的电机负载率随时间变化的数据、所述摆臂的摆动角度随时间变化的数据和所述抛光头相对于所述抛光盘中心的摆动距离随时间变化的数据；进而根据以上数据得到归一化摩擦力矩随时间变化的数据；根据归一化摩擦力矩随时间变化的数据得到所述归一化摩擦力矩随时间变化的曲线；根据曲线确定抛光终点。本发明具有如下优点：不需要复杂的滤波计算，计算量小，能够更加实时准确确定抛光终点，进而提升抛光后的成品质量。

Description

CMP设备的终点确定方法、终点确定系统和CMP系统

技术领域

本发明涉及平坦化处理技术领域，具体涉及一种CMP设备的终点确定方法、终点确定系统和CMP系统。

背景技术

化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization，CMP)技术是当前最有效的全局平坦化方法，并已成为集成电路制造过程中的核心技术之一。对于CMP工艺，需要严格控制材料的去除量，避免晶圆“过抛”或者“欠抛”等情况的发生。

为了避免对晶圆“过抛”或者“欠抛”，需要对CMP工艺进行终点检测。相关技术中的终点检测方法是基于抛光盘驱动功率或电流的变化，对信号进行滤波处理，获取化学机械抛光的停止点。该方法往往具有较长延迟，并且滤波会影响信号真实性，一定程度上影响了终点检测的精度，即而影响化学机械抛光的质量。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种CMP设备的终点确定方法，能够准确确定抛光终点。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种CMP设备的终点确定方法，所述CMP设备包括抛光盘、修整装置和设置在所述抛光盘上的抛光头，所述修整装置包括修整头、支点和摆臂，所述修整头通过所述摆臂与所述支点相连，所述CMP终点的终点检测方法包括以下步骤：获取驱动所述抛光盘运动的电机的负载率随时间变化的数据、所述摆臂的摆动角度随时间变化的数据和所述抛光头相对于所述抛光盘中心的摆动距离随时间变化的数据；根据所述驱动所述抛光盘运动的电机的负载率随时间变化的数据、所述摆臂的摆动角度随时间变化的数据和所述抛光头相对于所述抛光盘中心的摆动距离随时间变化的数据得到归一化摩擦力矩随时间变化的数据，所述归一化的摩擦力矩为去除所述抛光头摆动影响后所述抛光头与所述抛光盘之间的摩擦力矩；根据所述归一化摩擦力矩随时间变化的数据得到所述归一化摩擦力矩随时间变化的曲线；根据所述归一化摩擦力矩随时间变化的曲线确定抛光终点。

由于抛光头是往复摆动的，抛光盘受到来自抛光头的摩擦力矩也是周期性变化的，因而抛光盘所受的摩擦力矩并不能代表抛光头与抛光盘之间的摩擦力或摩擦系数。而归一化摩擦力矩将抛光头摆动因素消除，从而归一化摩擦力矩能够反映抛光头与抛光盘之间摩擦力/摩擦系数的大小。

根据本发明实施例的CMP设备的终点确定方法，不需要复杂的滤波计算，计算量小，能够更加实时准确确定抛光终点，进而提升抛光后的成品质量。

另外，根据本发明上述实施例的CMP设备的终点确定方法，还可以具有如下附加的技术特征：

在一些实施例中，所述根据驱动所述抛光盘运动的电机的负载率随时间变化的数据、所述摆臂的摆动角度随时间变化的数据和所述抛光头相对于所述抛光盘中心的摆动距离随时间变化的数据得到归一化摩擦力矩随时间变化的数据的步骤包括：提供归一化摩擦力矩随时间变化的函数；根据所述根据驱动所述抛光盘运动的电机的负载率随时间变化的数据、所述摆臂的摆动角度随时间变化的数据、所述抛光头相对于所述抛光盘中心的摆动距离随时间变化的数据和所述归一化摩擦力矩随时间变化的函数得到归一化摩擦力矩随时间变化的数据。

在一些实施例中，所述归一化摩擦力矩随时间变化的函数为：

其中，表示归一化摩擦力矩，k₁、k₂、α和β均为设定的常数，P_p为电机负载率，L为所述摆臂的长度，θ₀为所述支点与抛光盘中心的连线相对于设定坐标轴的角度，θ为所述摆臂相对于所述设定坐标轴的角度，x_r为所述抛光头相对于所述抛光盘中心的摆动距离，x₀为所述抛光头往复摆动范围中心点对应的x_r值。

为此，本发明的第二个目的在于提出一种CMP设备的终点确定系统，能够准确确定抛光终点。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种CMP设备的终点确定系统，所述CMP设备包括抛光盘、修整装置和设置在所述抛光盘上的抛光头，所述修整装置包括修整头、支点和摆臂，所述修整头通过所述摆臂与所述支点相连，所述CMP设备的终点确定系统包括：数据获取模块，用于获取驱动所述抛光盘运动的电机的负载率随时间变化的数据、所述摆臂的摆动角度随时间变化的数据和所述抛光头相对于所述抛光盘中心的摆动距离随时间变化的数据；归一化摩擦力矩确定模块，用于根据所述驱动所述抛光盘运动的电机的负载率随时间变化的数据、所述摆臂的摆动角度随时间变化的数据和所述抛光头相对于所述抛光盘中心的摆动距离随时间变化的数据得到归一化摩擦力矩随时间变化的数据，所述归一化的摩擦力矩为去除所述抛光头摆动影响后所述抛光头与所述抛光盘之间的摩擦力矩；曲线生成模块，用于根据所述归一化摩擦力矩随时间变化的数据得到所述归一化摩擦力矩随时间变化的曲线；抛光终点确定模块，用于根据所述归一化摩擦力矩随时间变化的曲线确定抛光终点。

根据本发明实施例的CMP设备的终点确定系统，不需要复杂的滤波计算，计算量小，能够更加实时准确确定抛光终点，进而提升抛光后的成品质量。

另外，根据本发明上述实施例的CMP设备的终点确定系统，还可以具有如下附加的技术特征：

在一些实施例中，所述归一化摩擦力矩确定模块具体用于提供归一化摩擦力矩随时间变化的函数，并根据所述根据驱动所述抛光盘运动的电机的负载率随时间变化的数据、所述摆臂的摆动角度随时间变化的数据、所述抛光头相对于所述抛光盘中心的摆动距离随时间变化的数据和所述归一化摩擦力矩随时间变化的函数得到归一化摩擦力矩随时间变化的数据。

在一些实施例中，所述归一化摩擦力矩随时间变化的函数为：

其中，表示归一化摩擦力矩，k₁、k₂、α和β均为设定的常数，P_p为电机负载率，L为所述摆臂的长度，θ₀为所述支点与抛光盘中心的连线相对于设定坐标轴的角度，θ为所述摆臂相对于设定坐标轴的角度，x_r为所述抛光头相对于所述抛光盘中心的摆动距离，x₀为所述抛光头往复摆动范围中心点对应的x_r值。

为此，本发明的第三个目的在于提出一种CMP系统，能够准确确定抛光终点。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种CMP系统，包括上述实施例的CMP设备的终点确定系统。

根据本发明实施例的CMP系统，不需要复杂的滤波计算，计算量小，能够更加实时准确确定抛光终点，进而提升抛光后的成品质量。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例的CMP设备的终点确定方法的流程图；

图2是本发明一个实施例的CMP设备的结构示意图；

图3是本发明一个实施例的CMP设备的终点确定方法中的参数示意图；

图4是本发明一个实施例的归一化摩擦力矩随时间变化的曲线示意图；

图5是本发明一个实施例的CMP设备的终点确定系统的结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

以下结合附图描述本发明。

图2是本发明一个实施例的CMP设备的结构示意图。如图2所示，本发明中的CMP设备，包括抛光盘1、抛光头2和修整装置。其中，抛光头2设置在抛光盘1之上。修整装置包括修整头4、支点和摆臂3，修整头4通过摆臂3与支点相连。电机通过抛光盘驱动器驱动抛光盘1旋转。抛光头驱动器驱动抛光头2旋转以对抛光盘1上的晶片进行抛光。修整器驱动器驱动支点旋转，通过摆臂3带动修整头4绕支点摆动，并使修整头4旋转以对晶片表面进行修整。

图1是本发明实施例的CMP设备的终点确定方法的流程图。如图1所示，本发明实施例的CMP设备的终点确定方法，包括以下步骤：

S1：获取驱动抛光盘1运动的电机的负载率随时间变化的数据、摆臂3的摆动角度随时间变化的数据和抛光头2相对于抛光盘1中心的摆动距离随时间变化的数据。

图3是本发明一个实施例的CMP设备的终点确定方法中的参数示意图。如图3所示，在步骤S1中，以抛光盘1的中心点o为中心，建立xoy坐标系，经过修整装置的支点o’设置平行于x轴的x’轴。

在抛光过程中，抛光头2相对于抛光盘1转动，并沿x轴方向摆动。修整头4沿支点o’摆动，以完成对晶片的修整。

在步骤S1中，需要获取电机的负载率P_p、支点o’与抛光盘1中心点o的连线相对于设定坐标轴的角度θ₀和抛光头2的中心点相对于抛光盘1中心的摆动距离x_r。其中，电机的负载率P_p是一个随时间变化的数据，摆臂3相对于设定坐标轴的角度θ也是一个随时间变化的数据，抛光盘1中心的摆动距离x_r同样是一个随时间变化的数据。

S2：根据驱动抛光盘运动的电机的负载率随时间变化的数据、摆臂的摆动角度随时间变化的数据和抛光头相对于抛光盘中心的摆动距离随时间变化的数据得到归一化摩擦力矩随时间变化的数据。其中，归一化的摩擦力矩为去除抛光头摆动影响后，抛光头与抛光盘之间的摩擦力矩。由于抛光头是往复摆动的，抛光盘受到来自抛光头的摩擦力矩也是周期性变化的，因而抛光盘所受的摩擦力矩并不能代表抛光头与抛光盘之间的摩擦力或摩擦系数。而归一化摩擦力矩将抛光头摆动因素消除，从而归一化摩擦力矩能够反映抛光头与抛光盘之间摩擦力/摩擦系数的大小。

在本发明的一个实施例中，步骤S2进一步包括：

S2-1：提供归一化摩擦力矩随时间变化的函数。

在本发明的一个实施例中，归一化摩擦力矩随时间变化的函数为：

其中，为归一化摩擦力矩，k₁、k₂、α和β均为设定的常数，P_p为电机负载率，L为摆臂的长度，θ₀为支点与抛光盘2中心的连线(即图3中的虚线)相对于设定坐标轴(图3中为x’轴，x轴亦可)的角度，θ为摆臂相对于设定坐标轴(图3中为x’轴，x轴亦可)的角度(默认支点位置不动，则θ保持不变)，x_r为抛光头2相对于抛光盘1中心O点的摆动距离，x₀为抛光头往复摆动范围中心点对应的x_r值。

S2-2：根据驱动抛光盘运动的电机的负载率随时间变化的数据、摆臂的摆动角度随时间变化的数据、抛光头相对于抛光盘中心的摆动距离随时间变化的数据和归一化摩擦力矩随时间变化的函数得到归一化摩擦力矩随时间变化的数据。即P_p、θ₀、x₀和x_r代入到归一化摩擦力矩随时间变化的函数中得到T_f(即归一化摩擦力矩随时间变化的数据)。

S3：根据归一化摩擦力矩随时间变化的数据得到归一化摩擦力矩随时间变化的曲线。

图4是本发明一个实施例的归一化摩擦力矩随时间变化的曲线示意图。如图4所示，横坐标为时间，纵坐标为归一化摩擦力矩，对晶片进行抛光时，归一化摩擦力矩时刻在变化。

S4：根据归一化摩擦力矩随时间变化的曲线确定抛光终点。

继续参考图4，当某一层材料被抛完时，从一种材料向另外一种材料变化时，归一化摩擦力矩会发生明显变化，从而归一化随时间变化的曲线出现明显拐点，捕捉该拐点即可确定抛光终点。

本发明实施例的CMP设备的终点确定方法，不需要复杂的滤波计算，计算量小，能够更加实时准确确定抛光终点，进而提升抛光后的成品质量。

图5是本发明一个实施例的CMP设备的终点确定系统的结构框图。如图5所示，本发明的实施例还公开了一种CMP设备的终点确定系统，其中，CMP设备包括抛光盘2、修整装置和设置在抛光盘2上的抛光头1。修整装置包括修整头4、支点和摆臂3，修整头4通过摆臂3与支点相连。则本发明的实施例的终点确定系统包括：数据获取模块100、归一化摩擦力矩确定模块200、曲线生成模块300和抛光终点确定模块400。

其中，数据获取模块100用于获取驱动抛光盘运动的电机的负载率随时间变化的数据、摆臂的摆动角度随时间变化的数据和抛光头相对于抛光盘中心的摆动距离随时间变化的数据。归一化摩擦力矩确定模块200用于根据驱动抛光盘运动的电机的负载率随时间变化的数据、摆臂的摆动角度随时间变化的数据和抛光头相对于抛光盘中心的摆动距离随时间变化的数据得到归一化摩擦力矩随时间变化的数据，其中，归一化的摩擦力矩为去除抛光头摆动影响后抛光头与抛光盘之间的摩擦力矩。曲线生成模块300用于根据归一化摩擦力矩随时间变化的数据得到归一化摩擦力矩随时间变化的曲线。抛光终点确定模块400用于根据归一化摩擦力矩随时间变化的曲线确定抛光终点。

本发明实施例的CMP设备的终点确定系统，不需要复杂的滤波计算，计算量小，能够更加实时准确确定抛光终点，进而提升抛光后的成品质量。

在本发明的一个实施例中，归一化摩擦力矩确定模块200具体用于提供归一化摩擦力矩随时间变化的函数，并根据驱动抛光盘运动的电机的负载率随时间变化的数据、摆臂的摆动角度随时间变化的数据、抛光头相对于抛光盘中心的摆动距离随时间变化的数据和归一化摩擦力矩随时间变化的函数得到归一化摩擦力矩随时间变化的数据。

在本发明的一个实施例中，归一化摩擦力矩随时间变化的函数为：

其中，表示归一化摩擦力矩，k₁、k₂、α和β均为设定的常数，P_p为电机的负载率，L为摆臂的长度，θ₀为支点与抛光盘中心的连线相对于设定坐标轴的角度，θ为摆臂相对于设定坐标轴的角度，x_r为抛光头相对于抛光盘中心的摆动距离，x₀为抛光头往复摆动范围中心点对应的x_r值。

需要说明的是，本发明实施例的CMP设备的终点确定系统的具体实施方式与本发明实施例的CMP设备的终点确定方法的具体实施方式类似，具体参见CMP设备的终点确定方法部分的描述，为了减少冗余，不做赘述。

此外，本发明还公开了一种CMP系统，该CMP系统包括上述实施例的CMP设备的终点确定系统。本发明的CMP系统，不需要复杂的滤波计算，计算量小，能够更加实时准确确定抛光终点，进而提升抛光后的成品质量。

另外，本发明实施例的CMP系统的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (7)

1.一种CMP设备的终点确定方法，其特征在于，所述CMP设备包括抛光盘、修整装置和设置在所述抛光盘上的抛光头，所述修整装置包括修整头、支点和摆臂，所述修整头通过所述摆臂与所述支点相连，所述CMP终点的终点检测方法包括以下步骤：

获取驱动所述抛光盘运动的电机的负载率随时间变化的数据、所述摆臂的摆动角度随时间变化的数据和所述抛光头相对于所述抛光盘中心的摆动距离随时间变化的数据；

根据所述驱动所述抛光盘运动的电机的负载率随时间变化的数据、所述摆臂的摆动角度随时间变化的数据和所述抛光头相对于所述抛光盘中心的摆动距离随时间变化的数据得到归一化摩擦力矩随时间变化的数据，所述归一化的摩擦力矩为去除所述抛光头摆动影响后所述抛光头与所述抛光盘之间的摩擦力矩；

根据所述归一化摩擦力矩随时间变化的数据得到归一化摩擦力矩随时间变化的曲线；

根据所述归一化摩擦力矩随时间变化的曲线确定抛光终点。

2.根据权利要求1所述的CMP设备的终点确定方法，其特征在于，根据驱动所述抛光盘运动的电机的负载率随时间变化的数据、所述摆臂的摆动角度随时间变化的数据和所述抛光头相对于所述抛光盘中心的摆动距离随时间变化的数据得到归一化摩擦力矩随时间变化的数据的步骤包括：

提供归一化摩擦力矩随时间变化的函数；

根据所述根据驱动所述抛光盘运动的电机的负载率随时间变化的数据、所述摆臂的摆动角度随时间变化的数据、所述抛光头相对于所述抛光盘中心的摆动距离随时间变化的数据和所述归一化摩擦力矩随时间变化的函数得到归一化摩擦力矩随时间变化的数据。

3.根据权利要求2所述的CMP设备的终点确定方法，其特征在于，所述归一化摩擦力矩随时间变化的函数为：

其中，表示归一化摩擦力矩，k₁、k₂、α和β均为设定的常数，P_p为电机的负载率，L为所述摆臂的长度，θ₀为所述支点与所述抛光盘中心的连线相对于设定坐标轴的角度，θ为所述摆臂相对于所述设定坐标轴的角度，x_r为所述抛光头相对于所述抛光盘中心的摆动距离，x₀为所述抛光头往复摆动范围中心点对应的x_r值。

4.一种CMP设备的终点确定系统，其特征在于，所述CMP设备包括抛光盘、修整装置和设置在所述抛光盘上的抛光头，所述修整装置包括修整头、支点和摆臂，所述修整头通过所述摆臂与所述支点相连，所述CMP设备的终点确定系统包括：

数据获取模块，用于获取驱动所述抛光盘运动的电机的负载率随时间变化的数据、所述摆臂的摆动角度随时间变化的数据和所述抛光头相对于所述抛光盘中心的摆动距离随时间变化的数据；

归一化摩擦力矩确定模块，用于根据所述驱动所述抛光盘运动的电机的负载率随时间变化的数据、所述摆臂的摆动角度随时间变化的数据和所述抛光头相对于所述抛光盘中心的摆动距离随时间变化的数据得到归一化摩擦力矩随时间变化的数据，所述归一化的摩擦力矩为去除所述抛光头摆动影响后所述抛光头与所述抛光盘之间的摩擦力矩；

曲线生成模块，用于根据所述归一化摩擦力矩随时间变化的数据得到所述归一化摩擦力矩随时间变化的曲线；

抛光终点确定模块，用于根据所述归一化摩擦力矩随时间变化的曲线确定抛光终点。

5.根据权利要求4所述的CMP设备的终点确定系统，其特征在于，所述归一化摩擦力矩确定模块具体用于提供归一化摩擦力矩随时间变化的函数，并根据所述根据驱动所述抛光盘运动的电机的负载率随时间变化的数据、所述摆臂的摆动角度随时间变化的数据、所述抛光头相对于所述抛光盘中心的摆动距离随时间变化的数据和所述归一化摩擦力矩随时间变化的函数得到归一化摩擦力矩随时间变化的数据。

6.根据权利要求5所述的CMP设备的终点确定系统，其特征在于，所述归一化摩擦力矩随时间变化的函数为：

其中，表示归一化摩擦力矩，k₁、k₂、α和β均为设定的常数，P_p为电机的负载率，L为所述摆臂的长度，θ₀为所述支点与所述抛光盘中心的连线相对于设定坐标轴的角度，θ为所述摆臂相对于所述设定坐标轴的角度，x_r为所述抛光头相对于所述抛光盘中心的摆动距离，x₀为所述抛光头往复摆动范围中心点对应的x_r值。

7.一种CMP系统，其特征在于，包括权利要求4-6任一项所述的CMP设备的终点确定系统。