CN109531404A - 一种用于化学机械研磨的研磨系统及研磨方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于化学机械研磨的研磨系统及研磨方法，通过改善研磨头结构，通过IAPC系统采集当前前待研磨晶圆的厚度情况，对研磨头各个区域的研磨压力进行改善，以达到CMP后晶圆的薄膜层面内均匀性提高的目的。其特点为能够在较小的区域内调节研磨压力，达到控制小区域范围内的晶圆的厚度。系统在采集当前待磨的厚度信息后反馈给系统，以此来调整研磨头不同区域的研磨压力，研磨后晶圆的厚度信息会反馈给系统，系统会根据研磨后晶圆的厚度信息对给该区域的研磨压力再进行微调，以达到优化研磨薄膜层面内均匀性的目的。本发明结合IAPC系统，可保持研磨工艺稳定性，并可对待研磨的晶圆的厚度进行更好的调节，改善晶圆面内均匀性，提高晶圆价值。

Description

一种用于化学机械研磨的研磨系统及研磨方法
技术领域
本发明涉及半导体器件领域，特别涉及一种用于化学机械研磨的研磨系统及研磨方法。
背景技术
随着半导体制造技术的发展，集成电路的关键尺寸越来越小的同时，晶圆的尺寸越来越大，单片晶圆的价值也越来越高。化学机械研磨技术作为一种晶圆加工技术，对晶圆质量及良率有着重要作用，而提高介质薄膜层的面内均匀性是保障研磨效果的关键，其中研磨头结构对薄膜效果起到重要作用。如图1所示，目前，CMP机台的研磨头结构是一种同心圆结构，分为5个研磨区域，当待研磨的晶圆的厚度较均匀时，通过调节研磨头5个Zone的压力时，研磨后可获得较好均匀性的研磨层，但待研磨的晶圆的厚度分布很不均匀时，特别是针对某些晶圆表面区域厚度偏太高或偏太低时，需要调节对于小区域的研磨压力，但在现有的研磨头压力下较难达到理想的研磨效果。
因此需要一种可以对厚度分布不均匀的晶圆的小区域进行研磨压力调节的研磨的研磨系统及研磨方法。
发明内容
本发明的目的在于提出一种用于化学机械研磨的研磨系统及研磨方法，用于解决现有技术中，针对待研磨的晶圆的厚度分布很不均匀的情况，特别是针对某些晶圆表面区域厚度偏太高或偏太低时，无法达到理想的研磨效果等问题。
为了解决上述技术问题，本发明的第一方面提供一种用于化学机械研磨的研磨系统，包括IAPC系统、用于研磨一晶圆的研磨头、多个施力部件；
所述研磨头包括圆形的第一研磨区域以及多个与所述第一研磨区域同心的圆环状研磨区域；
每个所述圆环状研磨区域均包括包括多个子研磨区域；
所述多个施力部件分别用于对所述第一研磨区域以及所述多个子研磨区域提供研磨压力；
所述IAPC系统用于采集所述待研磨晶圆的厚度数据并根据所述厚度数据控制所述施力部件施加的研磨压力。
可选的，所述多个圆环状研磨区域数量为1～10个。
可选的，所述多个圆环状研磨区域数量为3个。
可选的，每个所述圆环状研磨区域中子研磨区域的数量为2～10个。
可选的，每个所述圆环状研磨区域中子研磨区域的数量为6个。
可选的，所述多个子研磨区域沿每个对应的所述圆环状研磨区域的周向均匀分布。
可选的，所述多个子研磨区域沿每个对应的所述圆环状研磨区域的周向非均匀分布。
本发明的第二方面提供一种用于化学机械研磨的研磨方法，包括如下步骤：
S1：所述IAPC系统采集所述待研磨晶圆的厚度信息；
S2：所述IAPC系统根据所述厚度信息调整每个所述施力部件施加的研磨压力；
S3：所述施力部件分别对所述第一研磨区域以及所述多个子研磨区域施加研磨力，所述研磨头对所述待研磨晶圆进行研磨；
S4：所述IAPC采集所述S3中研磨后的晶圆的厚度信息并判断研磨后的晶圆是否符合标准，符合标准则结束研磨，否则重复执行S1-S4。
本发明提出一种用于化学机械研磨的研磨系统及研磨方法，通过改善研磨头结构，通过IAPC系统采集当前前待研磨晶圆的厚度情况，对研磨头各个区域的研磨压力进行改善，以达到CMP后晶圆的薄膜层面内均匀性提高的目的。其特点为能够在较小的区域内调节研磨压力，达到控制小区域范围内的晶圆的厚度。当待研磨晶圆到达研磨机台后，系统在采集到当前待磨的厚度信息后会反馈给系统，系统根据这些信息，能够调整研磨头不同区域的研磨压力，例如，当某个区域前值厚度偏厚时，可以加大相对应该区域的研磨压力；当某个区域前值厚度偏薄时，可以减小相对应该区域的研磨压力。研磨后晶圆的厚度信息会反馈给系统，系统会根据研磨后晶圆的厚度信息对给该区域的研磨压力再进行微调，以达到优化研磨薄膜层面内均匀性的目的。本发明结合IAPC系统，可保持研磨工艺稳定性，并可对待研磨的晶圆的厚度进行更好的调节，改善晶圆面内均匀性，提高晶圆价值。
附图说明
图1为现有技术中研磨头的结构示意图；
图2为实施例一提供的一种用于化学机械研磨的研磨系统示意图；
图3为图2的侧视示意图；
图4为IAPC系统控制逻辑示意图；
10--研磨头，20-施力部件，100-第一研磨区域，101-第二研磨区域，102-第三研磨区域，103-第四研磨区域。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出一种用于化学机械研磨的研磨系统及研磨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且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或者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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
实施例一
如图2至图4所示，本发明实施例一提供一种用于化学机械研磨的研磨系统，包括IAPC系统、用于研磨一晶圆的研磨头10、多个施力部件20，所述研磨头包括圆形的第一研磨区域以及多个与所述第一研磨区域同心的圆环状研磨区域。
每个所述圆环状研磨区域均包括包括多个子研磨区域，所述多个施力部件分别用于对所述第一研磨区域以及所述多个子研磨区域提供研磨压力。所述IAPC系统用于采集所述待研磨晶圆的厚度数据并根据所述厚度数据控制所述施力部件施加的研磨压力。
如图2所示，所述研磨头10包括多个沿所述研磨头圆心分布的圆环状研磨区域以及圆形的第一研磨区域100，所述第一研磨区域100与所述多个圆环状研磨区域同心；所述多个圆环状研磨区域包括第二研磨区域101、第三研磨区域102、第四研磨区域103。
每个所述圆环状研磨区域均包括包括多个子研磨区域，其中第二研磨区域101包括第一子研磨区域101a、第二子研磨区域101b、第三子研磨区域101c、第四子研磨区域101d、第五子研磨区域101e、第六子研磨区域101f；第三研磨区域102包括第一子研磨区域102a、第二子研磨区域102b、第三子研磨区域102c、第四子研磨区域102d、第五子研磨区域102e、第六子研磨区域102f；第四研磨区域103包括第一子研磨区域103a、第二子研磨区域103b、第三子研磨区域103c、第四子研磨区域103d、第五子研磨区域103e、第六子研磨区域103f。
所述多个施力部件20分别独立作用于所述多个子研磨区域用于对待研磨晶圆提供研磨压力，所述IAPC系统用于采集所述待研磨晶圆的厚度数据并控制所述施力部件的研磨压力。并且所述多个施力部件的数量应与所述多个子研磨区域数量相等。
本发明通过改善研磨头结构，结合IAPC系统，依据待研磨晶圆的厚度前值情况，对研磨头各个区域的研磨压力进行改善，以达到CMP后晶圆薄膜层面内均匀性提高的目的。本发明实施例一的提出一种用于化学机械研磨的研磨系统能够在较小的区域内调节研磨压力，达到控制小区域范围内的晶圆的厚度。IAPC系统控制图如图4，其特点为可以根据待研磨晶圆的厚度前值情况来调节研磨条件；当待研磨的晶圆到达研磨机台后，系统在采集得到前值后会反馈给系统，系统根据前值，能够调整研磨头不同区域的研磨压力，例如，当第三研磨区域102的第一子研磨区域102a区域前值厚度偏厚时，可以加大相对应第三研磨区域102的第一子研磨区域102a区域的研磨压力；当第四研磨区域103的第一子研磨区域103a前值厚度偏薄时，可以减小相对应第四研磨区域103的第一子研磨区域103a的研磨压力。研磨后晶圆的厚度后值会再次反馈给系统，系统会根据研磨后晶圆的厚度后值对给定研磨区域的研磨压力再进行微调，以达到优化研磨薄膜层面内均匀性的目的。
可选地，本实施例一中所述多个圆环状研磨区域数量为3个分别为第二研磨区域101、第三研磨区域102、第四研磨区域103，所述圆环状研磨区域的数量并不局限于3个，还可以是2个，或者4个，或者5个等等，本发明对此不做限制，在具体实践中可根据需要来选择合适的数量以达到较佳的效果，一般情况下，圆环状研磨区域的数量控制在10以内都是可以的。需要注意的是，每个圆环状研磨区域的宽度可以相等也可以不相等，同样需根据具体需要来选择。
可选地，本实施例一中第二研磨区域101的子研磨区域分别为第一子研磨区域101a、第二子研磨区域101b、第三子研磨区域101c、第四子研磨区域101d、第五子研磨区域101e以及第六子研磨区域101f，第三研磨区域102的子研磨区域分别为第一子研磨区域102a、第二子研磨区域102b、第三子研磨区域102c、第四子研磨区域102d、第五子研磨区域102e以及第六子研磨区域102f，第四研磨区域103的子研磨区域分别为第一子研磨区域103a、第二子研磨区域103b、第三子研磨区域103c、第四子研磨区域103d、第五子研磨区域103e、第六子研磨区域103f。每个研磨区域的子研磨区域的数量均为6个。在实际使用时，每个研磨区域的子研磨区域的数量可为2个，或者3个，或者4个，还有很多其他情况在此不做赘述。一般情况，每个研磨区域的子研磨区域的数量范围可以为2～10。需要注意的是，每个研磨区域的子研磨区域的数量可以不相等，而且这些子研磨区域的形状可以不一样。具体实践时，可根据需要选择合适的子研磨区域的数量和形状。
可选地，如图2所示，本实施例一中所述多个子研磨区域沿每个对应的所述圆环状研磨区域的周向均匀分布，另外，所述多个子研磨区域还可沿每个对应的所述圆环状研磨区域的周向非均匀分布。在使用时根据具体情况来选择。
实施例二
本发明实施例二提供一种用于化学机械研磨的研磨系统及研磨方法，如4所示，用于研磨晶圆的研磨设备采用实施例一中所述的系统。具体包括如下步骤：
第一步：所述IAPC系统采集所述待研磨晶圆的厚度前值信息。
第二步：根据第一步中采集到的待研磨晶圆的厚度前值信息，IAPC系统调整每个所述施力部件施加的研磨压力，此时对待研磨晶圆进行研磨。
第三步：然后，所述IAPC采集研磨后的晶圆的厚度后值信息并判断研磨后的晶圆是否符合标准，这里指的标准是指将此次后值信息与合格晶圆规定范围比较，若后值信息在规定的范围内则不再进行研磨，否则回到第一步。
综上所述，本发明提出一种用于化学机械研磨的研磨系统及研磨方法，通过改善研磨头结构，通过IAPC系统采集当前前待研磨晶圆的厚度情况，对研磨头各个区域的研磨压力进行改善，以达到CMP后晶圆的薄膜层面内均匀性提高的目的。其特点为能够在较小的区域内调节研磨压力，达到控制小区域范围内的晶圆的厚度。当待研磨晶圆到达研磨机台后，系统在采集到当前待磨的厚度信息后会反馈给系统，系统根据这些信息，能够调整研磨头不同区域的研磨压力，例如，当某个区域前值厚度偏厚时，可以加大相对应该区域的研磨压力；当某个区域前值厚度偏薄时，可以减小相对应该区域的研磨压力。研磨后晶圆的厚度信息会反馈给系统，系统会根据研磨后晶圆的厚度信息对给该区域的研磨压力再进行微调，以达到优化研磨薄膜层面内均匀性的目的。本发明结合IAPC系统，可保持研磨工艺稳定性，并可对待研磨的晶圆的厚度进行更好的调节，改善晶圆面内均匀性，提高晶圆价值。
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”或“具体示例”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必须针对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中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种用于化学机械研磨的研磨系统，其特征在于，包括IAPC系统、用于研磨一晶圆的研磨头、多个施力部件；
所述研磨头包括圆形的第一研磨区域以及多个与所述第一研磨区域同心的圆环状研磨区域；
每个所述圆环状研磨区域均包括包括多个子研磨区域；
所述多个施力部件分别用于对所述第一研磨区域以及所述多个子研磨区域提供研磨压力；
所述IAPC系统用于采集所述待研磨晶圆的厚度数据并根据所述厚度数据控制所述施力部件施加的研磨压力。
2.如权利要求1所述的一种用于化学机械研磨的研磨系统，其特征在于，所述多个圆环状研磨区域数量为1～10个。
3.如权利要求1所述的一种用于化学机械研磨的研磨系统，其特征在于，所述多个圆环状研磨区域数量为3个。
4.如权利要求1所述的一种用于化学机械研磨的研磨系统，其特征在于，每个所述圆环状研磨区域中子研磨区域的数量为2～10个。
5.如权利要求1所述的一种用于化学机械研磨的研磨系统，其特征在于，每个所述圆环状研磨区域中子研磨区域的数量为6个。
6.如权利要求1所述的一种用于化学机械研磨的研磨系统，其特征在于，所述多个子研磨区域沿每个对应的所述圆环状研磨区域的周向均匀分布。
7.如权利要求1所述的一种用于化学机械研磨的研磨系统，其特征在于，所述多个子研磨区域沿每个对应的所述圆环状研磨区域的周向非均匀分布。
8.一种利用如权利要求1所述的一种用于化学机械研磨的研磨系统对晶圆进行研磨的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：所述IAPC系统采集所述待研磨晶圆的厚度信息；
S2：所述IAPC系统根据所述厚度信息调整每个所述施力部件施加的研磨压力；
S3：所述施力部件分别对所述第一研磨区域以及所述多个子研磨区域施加研磨力，所述研磨头对所述待研磨晶圆进行研磨；
S4：所述IAPC采集所述S3中研磨后的晶圆的厚度信息并判断研磨后的晶圆是否符合标准，符合标准则结束研磨，否则重复执行S1-S4。
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