CN109202724A - 化学机械研磨装置及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种化学机械研磨装置，涉及半导体器件的生产过程，包括一光学影像检测仪及一研磨装置控制装置，所述光学影像检测仪用于获取化学机械研磨装置内的修整盘于修整化学机械研磨装置内的研磨垫前的影像及于修整所述研磨垫后的影像，所述研磨装置控制装置连接所述光学影像检测仪，接收所述光学影像检测仪获取的所述修整盘于修整所述研磨垫前的影像及所述于修整所述研磨垫后的影像，并基于所述修整盘于修整研磨垫前的影像及所述于修整研磨垫后的影像输出一控制信号，所述控制信号控制所述化学机械研磨装置的工作，以提高半导体器件的良率。

Description

化学机械研磨装置及其操作方法
技术领域
本发明涉及半导体器件的生产过程，尤其涉及一种化学机械研磨装置及其操作方法。
背景技术
在半导体器件的生产过程中，化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)工艺为其常用工艺，化学机械研磨工艺是一种利用化学机械研磨装置将晶圆全局或局部平坦化的工艺技术，广泛应用于半导体器件的生产过程中。
化学机械研磨工艺常伴随着几种缺陷种类，如：表面粒子残留、聚合物残留、凹陷及刮伤，其中多数的缺陷都可由化学机械研磨工艺的程式调整或后制程工艺改善，但严重的刮伤却是无法挽救的。刮伤会造成后续电性短路，回路故障，因此严重影响半导体器件的良率。
因此刮伤的避免极为重要，刮伤的成因大多可归类成以下几点：研磨粒子的聚集与形状、研磨垫的硬度、研磨机台内堆积的粒子掉落及研磨垫修整装置上的修整盘的砖石掉落，其中大多可藉由过滤器的更换，机台的定期清洁来改善，但修整盘上的砖石掉落问题最难防堵，且所造成的损伤也最为严重，请参阅图1，图1为现有技术的经化学机械研磨工艺后晶圆示意图，如图1所示，如修整盘上的砖石存在掉落问题，经化学机械研磨工艺后，晶圆表面存在严重的刮伤问题，严重影响半导体器件的良率。
如何解决因修整盘上的砖石掉落而引起的晶圆表面刮伤问题，成为业界亟待解决的问题。
发明内容
本发明之一目的在于提供一种化学机械研磨装置，包括至少一研磨盘、铺设于所述研磨盘上的研磨垫以及至少一研磨垫修整装置，所述研磨垫修整装置包括一修整盘，所述修整盘用于对所述研磨垫进行修整，其特征在于，还包括：一光学影像检测仪及一研磨装置控制装置，所述光学影像检测仪用于获取所述修整盘于修整所述研磨垫前的影像及于修整所述研磨垫后的影像，所述研磨装置控制装置连接所述光学影像检测仪，接收所述光学影像检测仪获取的所述修整盘于修整所述研磨垫前的影像及所述于修整所述研磨垫后的影像，并基于所述修整盘于修整研磨垫前的影像及所述于修整研磨垫后的影像输出一控制信号，所述控制信号控制所述化学机械研磨装置的工作。
更进一步的，所述光学影像检测仪位于所述修整盘的原始位置的下方，以获取所述修整盘的用于修整所述研磨垫的一侧的影像。
更进一步的，所述光学影像检测仪位于化学机械研磨装置内的所述修整盘用于修整所述研磨垫的一侧，以获取所述修整盘的用于修整所述研磨垫的一侧的影像。
更进一步的，更包括一液体喷射装置，所述液体喷射装置位于所述修整盘的原始位置的下方，所述液体喷射装置用于喷射液体到所述修整盘上，以清洗所述修整盘，所述光学影像检测仪位于所述液体喷射装置上。
更进一步的，所述修整盘的原始位置为所述修整盘未对所述研磨垫修整时所处的位置。
更进一步的，所述研磨装置控制装置接收所述修整盘于修整研磨垫前的影像及所述于修整研磨垫后的影像，并比较所述修整盘于修整研磨垫前的影像及所述于修整研磨垫后的影像的厚度，根据其厚度差输出所述控制信号。
更进一步的，所述修整盘于修整研磨垫前的影像与所述于修整研磨垫后的影像的厚度差小于阈值时，所述控制信号控制化学机械研磨装置继续工作。
更进一步的，所述修整盘于修整研磨垫前的影像与所述于修整研磨垫后的影像的厚度差大于阈值时，所述控制信号控制化学机械研磨装置停止工作。
更进一步的，所述化学机械研磨装置更包括一报警装置，所述报警装置连接所述研磨装置控制装置，接收所述研磨装置控制装置输出的所述控制信号，当所述修整盘于修整研磨垫前的影像与所述于修整研磨垫后的影像的厚度差大于阈值时，所述控制信号控制所述报警装置报警。
本发明之另一目的在于提供一种上述化学机械研磨装置的操作方法，其特征在于，包括：步骤S1：所述光学影像检测仪获取所述修整盘的第一幅影像；步骤S2：所述修整盘移动到所述研磨垫上，对所述研磨垫进行修整，并于修整后移动到所述修整盘的原始位置；步骤S3：所述光学影像检测仪获取所述修整盘的第二幅影像；以及步骤S4：所述研磨装置控制装置接收所述第一幅影像和所述第二幅影像，并根据所述第一幅影像和所述第二幅影像输出所述控制信号。
更进一步的，所述修整盘的原始位置为所述修整盘未对所述研磨垫修整时所处的位置。
更进一步的，所述光学影像检测仪位于化学机械研磨装置内的所述修整盘用于修整所述研磨垫的一侧，以获取所述修整盘的用于修整所述研磨垫的一侧的影像
在本发明一实施例中，通过在化学机械研磨装置内增加一光学影像检测仪及一研磨装置控制装置，研磨装置控制装置根据光学影像检测仪获取的修整盘于修整研磨垫前的影像及于修整研磨垫后的影像控制化学机械研磨装置工作，以及时发现修整盘的掉砖问题，进而提高半导体器件的良率。
附图说明
图1为现有技术的经化学机械研磨工艺晶圆示意图。
图2为常用的化学机械研磨装置示意图。
图3为本发明一实施例的化学机械研磨装置内的研磨垫修整装置的细部示意图。
图4a为获取的修整盘修整研磨垫前的影像。
图4b为获取的修整盘修整研磨垫后的影像。
图中主要元件附图标记说明如下：
110、研磨盘；120、研磨头；130、研磨垫；研磨垫修整装置140；142、机械手臂；141、修整盘；150、光学影像检测仪；160、研磨装置控制装置。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图2，图2为常用的化学机械研磨装置示意图。如图2所示，常用的化学机械研磨装置包括：至少一个研磨盘110(platen)，与研磨盘110对应的研磨头120(head)，通常研磨盘110上铺设一研磨垫130(pad)。在进行研磨工艺时，将要研磨的晶圆(图中未示出)附着在研磨头120上，晶圆被研磨头120压紧到研磨垫130上，研磨垫130粘贴于研磨盘110上，当研磨盘110在马达的带动下旋转时，研磨头120也进行相应运动，从而使晶圆表面与研磨垫130表面之间产生相对运动而将晶圆表面平坦化。
在化学机械研磨工艺中，由于大量晶圆长时间在研磨垫130上研磨，会导致研磨垫130的表面变形，从而影响下一片晶圆的表面平坦度，因此化学机械研磨装置进一步的还包括至少一研磨垫修整装置140，通常每一研磨盘110对应一个研磨垫修整装置140，位于研磨盘110的附近，用于对研磨垫130进行修整。
进一步的，研磨垫修整装置140还包括一修整盘141和一机械手臂142。研磨垫130需要修正时，机械手臂142带动修整盘141移动到研磨垫130上，对研磨垫130进行修整；对研磨垫130修整结束后，机械手臂142带动修整盘141回到修整盘141的原始位置(通常位于研磨盘110的附近)，等待下次需要修整研磨垫130时，再次由机械手臂142带动修整盘141移动到研磨垫130上，对研磨垫130进行修整。
通常，修整盘141由多个工业钻镶嵌在一盘面上组成，如由多个人造金刚石镶嵌在不锈钢盘面上组成。在修整研磨垫130的过程中，修整盘141上的工业钻会出现掉落在研磨垫130上的问题，掉落的工业钻会引起下一片晶圆的刮伤或报废，大大影响了晶圆的质量。且目前，只有在化学机械研磨之后才使用晶圆检测装置来检测是否存在划痕，即使检测到划痕，很多晶圆已经被掉砖划伤，为时已晚。
本发明一实施例中，在于提供一种化学机械研磨装置，以避免修整盘掉落的工业钻影响晶圆质量。具体的，请参阅图3，图3为本发明一实施例的化学机械研磨装置内的研磨垫修整装置的细部示意图。如图3所示，本发明一实施例中提供的化学机械研磨装置在图2所示的常用的化学机械研磨装置的基础上，更包括一光学影像检测仪150及一研磨装置控制装置160，光学影像检测仪150位于化学机械研磨装置内，用于获取修整盘141于修整研磨垫130前的影像及于修整研磨垫130后的影像；研磨装置控制装置160连接光学影像检测仪150，接收光学影像检测仪150获取的修整盘141于修整研磨垫130前的影像及于修整研磨垫130后的影像，并基于修整盘141于修整研磨垫130前的影像及于修整研磨垫130后的影像输出一控制信号，所述控制信号控制化学机械研磨装置的工作。
具体的，在本发明一实施例中，光学影像检测仪150位于修整盘141的原始位置的下方，以获取修整盘141的用于修整研磨垫130的一侧的影像；更具体的，光学影像检测仪150位于位于化学机械研磨装置内的修整盘141用于修整研磨垫130的一侧，以获取修整盘141的用于修整研磨垫130的一侧的影像。更具体的，在本发明一实施例中，化学机械研磨装置中于修整盘141的原始位置的下方包括一液体喷射装置(图中未示出)，所述液体喷射装置用于喷射液体到修整盘141上，以清洗修整盘141，光学影像检测仪150位于液体喷射装置上。其中，修整盘141的原始位置为修整盘141未对研磨垫130修整时所处的位置，也即修整盘141等待下次需要修整研磨垫130时的位置。
在本发明一实施例中，对光学影像检测仪150的具体类型不做限定，只要能截取修整盘141的影像即可。
具体的，在本发明一实施例中，请参阅图4，图4a为获取的修整盘修整研磨垫前的影像，图4b为获取的修整盘修整研磨垫后的影像，研磨装置控制装置160接收光学影像检测仪150获取的修整盘141于修整研磨垫130前的影像及于修整研磨垫130后的影像，并比较修整盘141于修整研磨垫130前的影像及于修整研磨垫130后的影像的厚度，根据其厚度差输出一控制信号。在本发明一实施例中，当修整盘141于修整研磨垫130前的影像与于修整研磨垫130后的影像的厚度差小于阈值时，控制信号控制化学机械研磨装置继续工作；当修整盘141于修整研磨垫130前的影像与于修整研磨垫130后的影像的厚度差大于阈值时，控制信号控制化学机械研磨装置停止工作。在本发明一实施例中，化学机械研磨装置更包括一报警装置(图中未示出)，报警装置连接研磨装置控制装置160，接收研磨装置控制装置160输出的控制信号，当修整盘141于修整研磨垫130前的影像与于修整研磨垫130后的影像的厚度差大于阈值时，控制信号控制报警装置报警，以提醒工作人员检查修整盘141是否有掉砖问题。
在本发明一实施例中，上述阈值可根据半导体器件的工艺设定，本发明对比不做限定。
在本发明一实施例中，还提供上述化学机械研磨装置的操作方法，该方法包括：
步骤S1：光学影像检测仪获取修整盘的第一幅影像；
步骤S2：修整盘移动到研磨垫上，对研磨垫进行修整，并于修整后移动到修整盘的原始位置；
步骤S3：光学影像检测仪获取修整盘的第二幅影像；以及
步骤S4：研磨装置控制装置接收所述第一幅影像和所述第二幅影像，并根据所述第一幅影像和所述第二幅影像输出一控制信号。
如上所述，所述控制信号控制化学机械研磨装置继续工作、停止工作或报警。
如此，在本发明一实施例中，通过在化学机械研磨装置内增加一光学影像检测仪及一研磨装置控制装置，研磨装置控制装置根据光学影像检测仪获取的修整盘于修整研磨垫前的影像及于修整研磨垫后的影像控制化学机械研磨装置工作，以及时发现修整盘的掉砖问题，进而提高半导体器件的良率。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种化学机械研磨装置，包括至少一研磨盘、铺设于所述研磨盘上的研磨垫以及至少一研磨垫修整装置，所述研磨垫修整装置包括一修整盘，所述修整盘用于对所述研磨垫进行修整，其特征在于，还包括：
一光学影像检测仪及一研磨装置控制装置，所述光学影像检测仪用于获取所述修整盘于修整所述研磨垫前的影像及于修整所述研磨垫后的影像，所述研磨装置控制装置连接所述光学影像检测仪，接收所述光学影像检测仪获取的所述修整盘于修整所述研磨垫前的影像及所述于修整所述研磨垫后的影像，并基于所述修整盘于修整研磨垫前的影像及所述于修整研磨垫后的影像输出一控制信号，所述控制信号控制所述化学机械研磨装置的工作。
2.根据权利要求1所述的化学机械研磨装置，其特征在于，所述光学影像检测仪位于所述修整盘的原始位置的下方，以获取所述修整盘的用于修整所述研磨垫的一侧的影像。
3.根据权利要求1所述的化学机械研磨装置，其特征在于，所述光学影像检测仪位于化学机械研磨装置内的所述修整盘用于修整所述研磨垫的一侧，以获取所述修整盘的用于修整所述研磨垫的一侧的影像。
4.根据权利要求1所述的化学机械研磨装置，其特征在于，更包括一液体喷射装置，所述液体喷射装置位于所述修整盘的原始位置的下方，所述液体喷射装置用于喷射液体到所述修整盘上，以清洗所述修整盘，所述光学影像检测仪位于所述液体喷射装置上。
5.根据权利要求2至4任一项所述的化学机械研磨装置，其特征在于，所述修整盘的原始位置为所述修整盘未对所述研磨垫修整时所处的位置。
6.根据权利要求1所述的化学机械研磨装置，其特征在于，所述研磨装置控制装置接收所述修整盘于修整研磨垫前的影像及所述于修整研磨垫后的影像，并比较所述修整盘于修整研磨垫前的影像及所述于修整研磨垫后的影像的厚度，根据其厚度差输出所述控制信号。
7.根据权利要求1所述的化学机械研磨装置，其特征在于，所述修整盘于修整研磨垫前的影像与所述于修整研磨垫后的影像的厚度差小于阈值时，所述控制信号控制化学机械研磨装置继续工作。
8.根据权利要求1所述的化学机械研磨装置，其特征在于，所述修整盘于修整研磨垫前的影像与所述于修整研磨垫后的影像的厚度差大于阈值时，所述控制信号控制化学机械研磨装置停止工作。
9.根据权利要求1所述的化学机械研磨装置，其特征在于，所述化学机械研磨装置更包括一报警装置，所述报警装置连接所述研磨装置控制装置，接收所述研磨装置控制装置输出的所述控制信号，当所述修整盘于修整研磨垫前的影像与所述于修整研磨垫后的影像的厚度差大于阈值时，所述控制信号控制所述报警装置报警。
10.一种权利要求1所述的化学机械研磨装置的操作方法，其特征在于，包括：
步骤S1：所述光学影像检测仪获取所述修整盘的第一幅影像；
步骤S2：所述修整盘移动到所述研磨垫上，对所述研磨垫进行修整，并于修整后移动到所述修整盘的原始位置；
步骤S3：所述光学影像检测仪获取所述修整盘的第二幅影像；以及
步骤S4：所述研磨装置控制装置接收所述第一幅影像和所述第二幅影像，并根据所述第一幅影像和所述第二幅影像输出所述控制信号。
11.根据权利要求10所述的化学机械研磨装置的操作方法，其特征在于，所述修整盘的原始位置为所述修整盘未对所述研磨垫修整时所处的位置。
12.根据权利要求10所述的化学机械研磨装置，其特征在于，所述光学影像检测仪位于化学机械研磨装置内的所述修整盘用于修整所述研磨垫的一侧，以获取所述修整盘的用于修整所述研磨垫的一侧的影像。
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