CN109664162B - 在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化方法及系统，金属栓塞形成于目标材料层中，包括如下步骤：1）设定目标去除厚度与研磨参数在闭回路控制系统中；2）利用研磨参数，执行第一化学机械研磨步骤，以降低目标材料层的厚度达到在第一实际去除厚度的去除；3）测量第一化学机械研磨步骤中目标材料层被去除的第一实际去除厚度；4）依据目标去除厚度和第一实际去除厚度的差异，转换厚度差异成对应的研磨参数差值，以动态更新研磨参数；5）利用更新后的研磨参数，执行第二化学机械研磨步骤，以降低目标材料层的厚度达到在第二实际去除厚度的去除，藉此动态优化研磨参数。本发明可以精确控制研磨过程中去除的目标材料层的厚度。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造技术领域，特别是涉及一种在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化方法及系统。
背景技术
在现有的半导体工艺中，化学机械研磨工艺(CMP)是一项非常重要的工序。以金属钨化学机械研磨工艺(WCMP)为例，在钨连接通孔(CT)的制备工艺中，一般是在氧化层内形成深井式深槽，然后再于所述深井式深槽内填充金属钨，在填充的过程中，氧化层的表面也会一同被沉积上金属钨；这时，需要通过金属钨化学机械研磨工艺将位于氧化层表面的金属钨去除，而只保留深井式深槽内的金属钨作为金属连线。在现有的金属钨化学研磨工艺中，一般通过侦测氧化层的表面是否仍有金属钨残留，当氧化层的表面没有金属钨残留时即停止研磨，即以所述氧化层的表面没有金属钨残留作为研磨停止信号(End pointdetect)。然而，随着集成电路微影技术的发展，导线之间预留的宽度也越来越窄，传统的研磨停止信号已经不能侦测到氧化层表面细微的金属钨残留，这就是的整个研磨工艺不能精确控制研磨的停止时间。在研磨的过程中，研磨的最佳状态为氧化层10上没有残留钨层，且氧化层10和钨插塞11被去除适当的厚度d1，如图1所示；而研磨过程中，如果氧化层表面有金属钨残留，即氧化层10表面有残留钨层12，如图2所示，则会导致近导线(即所述钨插塞11)之间发生短路；而如果去除的氧化层10及所述钨插塞11太多，即去除的氧化层10的厚度d2过大，保留的氧化层10的厚度势必会比较小，如图3所示，这将会导致寄生电容的产生，从而影响器件的性能。
同时，在化学机械研磨的过程中，现有技术中一般在整个研磨耗材的使用周期内均使用预设的研磨时间及研磨压力对目标材料层进行研磨，然而，随着研磨耗材(主要为研磨垫及研磨调整盘)的使用时间的增长，研磨耗材对目标材料层的去除能力会逐渐下降，即在研磨耗材的使用周期中，随着时间的增长，在相同研磨时间及研磨压力的条件下，研磨去除率会越来越低，这必然会影响研磨效果。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化方法及系统，用于解决现有技术中化学机械研磨工艺中无法精确控制研磨条件，容易使得目标材料层的表面有金属残留而使得导线之间短路或容易去除的目标材料层过多而导致寄生电容的问题，以及现有技术中的化学机械研磨工艺中并不能依据研磨耗材对目标材料层去除能力的下降及时补偿研磨时间及研磨压力而导致的研磨效果较差的问题。
为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供一种在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化方法，金属栓塞形成于目标材料层中，所述目标材料层具有需要去除的目标去除厚度，所述制程动态优化方法包括如下步骤：
1)设定所述目标去除厚度与研磨参数在闭回路控制系统中；
2)利用所述研磨参数，执行第一化学机械研磨步骤，以降低所述目标材料层的厚度达到在第一实际去除厚度的去除；
3)测量所述第一化学机械研磨步骤中所述目标材料层被去除的所述第一实际去除厚度；
4)依据所述目标去除厚度和所述第一实际去除厚度的差异，转换厚度差异成对应的研磨参数差值，以动态更新研磨参数；以及，
5)利用更新后的研磨参数，执行第二化学机械研磨步骤，以降低所述目标材料层的厚度达到在第二实际去除厚度的去除，藉此动态优化研磨参数。
作为本发明的一种优选方案，步骤5)之后还包括如下步骤：
6)依据所述目标去除厚度和上一研磨步骤中实际去除厚度的差异，转换厚度差异成对应的研磨参数差值，以动态更新研磨参数；以及，
7)利用更新后的研磨参数，执行再一化学机械研磨步骤，以降低所述目标材料层的厚度达到在所需实际去除厚度的去除，藉此动态优化研磨参数。
作为本发明的一种优选方案，步骤7)之后，还包括重复步骤6)至步骤7)至少一次的步骤。
作为本发明的一种优选方案，所述研磨参数包括研磨时间及研磨压力。
作为本发明的一种优选方案，步骤4)包括如下步骤：
4-1)设定初始研磨时间、最佳研磨速率、初始研磨压力及最佳研磨压力速率；以及，
4-2)依据所述目标去除厚度和上一研磨步骤中实际去除厚度的差异、所述初始研磨时间及所述最佳研磨速率得到实际研磨时间；并依据所述目标去除厚度和上一研磨步骤中实际去除厚度的差异、所述初始研磨压力及所述最佳研磨压力速率得到实际研磨压力。
作为本发明的一种优选方案，所述实际研磨时间与所述目标去除厚度和上一研磨步骤中实际去除厚度的差异、所述初始研磨时间及所述最佳研磨速率的关系式为：T＝t0+(d-△d)/δ1，其中，T为实际研磨时间，t0为初始研磨时间，d为目标去除厚度，△d为上一研磨步骤中实际去除厚度，δ1为最佳研磨速率；所述实际研磨压力与所述目标去除厚度和上一研磨步骤中实际去除厚度的差异、所述初始研磨压力及所述最佳研磨压力速率的关系式为：N＝n0+(d-△d)/δ2，其中，n0为初始研磨压力，d为目标去除厚度，△d为上一研磨步骤中实际去除厚度，δ2为最佳研磨压力速率。
作为本发明的一种优选方案，步骤4-1)中，依据使用研磨耗材第一次对所述目标材料层进行研磨的过程中去除目标厚度的所述目标材料层所需的研磨时间设定所述初始研磨时间；依据研磨步骤中实际去除的所述目标材料层的厚度与所述初始研磨时间的比值设定所述最佳研磨速率；依据使用研磨耗材第一次对所述目标材料层进行研磨的过程中去除目标厚度的所述目标材料层所需的研磨压力设定所述初始研磨压力；依据在大于所述初始研磨压力的条件下，在所述初始研磨时间内去除的所述目标材料层的厚度与实际研磨压力和所述初始研磨压力之差的比值设定所述最佳研磨压力速率。
本发明还提供一种在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化系统，所述在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化系统包括：
测量单元，设置于化学机械研磨装置上，用于测量上一研磨步骤中去除的目标材料层的实际去除厚度；
设定模块，用于设定目标去除厚度；
处理模块，与所述测量单元及所述设定模块相连接，用于依据所述目标去除厚度和上一研磨步骤中实际去除厚度的差异，转换厚度差异成对应的研磨参数差值，以动态更新研磨参数；以及，
反馈单元，与所述处理模块及化学机械研磨装置相连接，适于将所述处理模块得到的实际研磨参数反馈至所述化学机械研磨装置。
作为本发明的一种优选方案，所述设定模块还用于设定初始研磨时间、最佳研磨速率、初始研磨压力及最佳研磨压力速率；所述设定模块包括：
目标去除厚度设定单元，与所述处理模块相连接，用于设定需要去除的目标材料层的目标去除厚度；
初始研磨时间设定单元，与所述处理模块相连接，用于依据使用研磨耗材第一次对所述目标材料层进行研磨的过程中去除目标厚度的所述目标材料层所需的研磨时间设定所述初始研磨时间；
最佳研磨速率设定单元，与所述处理模块相连接，用于依据研磨步骤中实际去除的所述目标材料层的厚度与所述初始研磨时间的比值设定所述最佳研磨速率；
初始研磨压力设定单元，与所述处理模块相连接，用于依据使用研磨耗材第一次对所述目标材料层进行研磨的过程中去除目标厚度的所述目标材料层所需的研磨压力设定所述初始研磨压力；以及，
最佳研磨压力速率设定单元，与所述处理模块相连接，用于依据在大于所述初始研磨压力的条件下，在所述初始研磨时间内去除的所述目标材料层的厚度与实际研磨压力和所述初始研磨压力之差的比值设定最佳研磨压力速率。
作为本发明的一种优选方案，所述处理模块包括：
第一处理单元，与所述测量单元、所述目标去除厚度设定单元、所述初始研磨时间设定单元及所述最佳研磨速率设定单元相连接，用于依据所述目标去除厚度和上一研磨步骤中实际去除厚度的差异、所述初始研磨时间及所述最佳研磨速率得到实际研磨时间；以及，
第二处理单元，与所述测量单元、所述目标去除厚度设定单元、所述初始研磨压力设定单元及所述最佳研磨压力速率设定单元相连接，用于依据所述目标去除厚度和上一研磨步骤中实际去除厚度的差异、所述初始研磨压力及所述最佳研磨压力速率得到实际研磨压力。
本发明还提供一种化学机械研磨装置，所述化学机械研磨装置包括：
如上述任一方案中所述的在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化系统；
研磨控制模块，与所述在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化系统相连接；以及，
研磨组件，与所述研磨控制模块相连接，适于在所述研磨控制模块的控制下，以在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化系统设定的研磨参数对目标材料层进行研磨。
作为本发明的一种优选方案，所述研磨组件包括：
研磨平台，与所述研磨控制模块相连接，适于在所述研磨控制模块的控制下转动；
研磨垫，位于所述研磨平台的上表面；
研磨头，与所述研磨控制模块相连接，用于在所述研磨控制模块的控制下，将待研磨器件压制于所述研磨垫上，以所述在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化系统设定的研磨参数对目标材料层进行研磨。
作为本发明的一种优选方案，所述研磨组件还包括研磨液供给系统，所述研磨液系统用于向所述研磨垫的表面供给研磨液。
作为本发明的一种优选方案，所述研磨组件还包括研磨调整组件，所述研磨调整组件用于在研磨过程中对所述研磨垫表面的平整度进行调整。
作为本发明的一种优选方案，所述研磨调整组件包括：
机械手臂；以及，
研磨调整盘，所述研磨调整盘固定于所述机械手臂的一端，用于在所述机械手臂的带动下对所述研磨垫表面的平整度进行调整。
如上所述，本发明提供的在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化方法及系统，具有以下有益效果：本发明的在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化方法依据上一步研磨步骤中去除的目标材料层的实际去除厚度，并结合其他因素设定实际研磨时间及实际研磨压力，可以依据上一步研磨步骤中的实际研磨移除率及时对研磨时间及研磨压力进行补偿，从而使得在后续研磨步骤中去除的目标材料层的实际去除厚度始终在预设范围之内，从而可以精确控制研磨过程中去除的目标材料层的实际去除厚度；同时，当本发明的在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化方法应用于金属钨化学机械研磨工艺中时，即可以确保目标材料层的表面没有金属钨残留，从而避免导线之间的短路，又可以精确控制去除的目标材料层的厚度，使得保留的所述目标材料层足够厚，以避免寄生电容的产生。
附图说明
图1显示为现有技术中的金属钨化学机械研磨工艺中去除适当厚度的氧化层的结构示意图。
图2显示为现有技术中的金属钨化学机械研磨工艺之后氧化层表面有残留钨层的结构示意图。
图3显示为现有技术中的金属钨化学机械研磨工艺中去除过大厚度的氧化层的结构示意图。
图4显示为本发明实施例一中提供的在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化方法的流程图。
图5至图6显示为本发明实施例一中上一步研磨过程中去除目标材料层的实际去除厚度小于目标去除厚度的结构示意图。
图7至图8显示为本发明实施例一中上一步研磨过程中去除目标材料层的实际去除厚度大于目标去除厚度的结构示意图。
图9显示为本发明实施例一中提供的再金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化方法优化后的结构示意图。
图10至图11显示为本发明实施例二中提供的在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化系统的结构框图。
图12至图13显示为本发明实施例三中提供的化学机械研磨装置的结构示意图。
组件标号说明
10 氧化层
11 钨插塞
12 残留钨层
20 目标材料层
21 金属插塞
22 残留金属层
3 在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化系统
31 测量单元
32 设定模块
321 目标去除厚度设定单元
322 初始研磨时间设定单元
323 最佳研磨速率设定单元
324 初始研磨压力设定单元
325 最佳研磨压力速率设定单元
33 处理模块
331 第一处理单元
332 第二处理单元
34 反馈单元
4 研磨控制模块
5 研磨组件
51 研磨平台
52 研磨垫
53 研磨头
54 研磨调整组件
541 机械手臂
542 研磨调整盘
55 研磨液供给系统
6 待研磨器件
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图4至图13。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
实施例一
请参阅图4，本发明提供一种在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化方法，金属栓塞形成于目标材料层中，所述目标材料层具有需要去除的目标去除厚度，所述制程动态优化方法包括如下步骤：
1)设定所述目标去除厚度与研磨参数在闭回路控制(CLC)系统中；
2)利用所述研磨参数，执行第一化学机械研磨步骤，以降低所述目标材料层的厚度达到在第一实际去除厚度的去除；
3)测量所述第一化学机械研磨步骤中所述目标材料层被去除的所述第一实际去除厚度；
4)依据所述目标去除厚度和所述第一实际去除厚度的差异，转换厚度差异成对应的研磨参数差值，以动态更新研磨参数；以及，
5)利用更新后的研磨参数，执行第二化学机械研磨步骤，以降低所述目标材料层的厚度达到在第二实际去除厚度的去除，藉此动态优化研磨参数。
作为示例，在步骤1)中，可以根据实际需要进行设定需要去除的目标材料层的目标去除厚度，在设定需要去除的目标材料层的目标去除厚度时，即要考虑化学机械研磨之后所述目标材料层的表面没有金属残留，又要保证保留的所述目标材料层的厚度足够厚，以避免寄生电容的产生。
需要说明的是，可以通过在化学机械研磨装置上设置量测单元，以测量研磨步骤中去除的所述目标材料层的厚度，具体的，可以在研磨开始前测量所述目标材料层的初始厚度，然后在研磨结束后测量所述目标材料层的最终厚度，所述目标材料层的初始厚度与所述目标材料层的最终厚度之差即为该研磨步骤中去除的所述目标材料层的实际去除厚度。当然，也可以在研磨过程中实时侦测去除的所述目标材料层的厚度以得到该研磨过程中去除的所述目标材料层的实际去除厚度。
作为示例，步骤5)之后还可以包括如下步骤：
6)依据所述目标去除厚度和上一研磨步骤中实际去除厚度的差异，转换厚度差异成对应的研磨参数差值，以动态更新研磨参数；以及，
7)利用更新后的研磨参数，执行再一化学机械研磨步骤，以降低所述目标材料层的厚度达到在所需实际去除厚度的去除，藉此动态优化研磨参数。
优选地，步骤7)之后，还包括重复步骤6)至步骤7)至少一次的步骤。重复步骤6)至步骤7)的次数可以根据实际需要进行设定，此处不做限定。
作为示例，所述研磨参数包括研磨时间及研磨压力。
作为示例，步骤4)包括如下步骤：
4-1)设定初始研磨时间、最佳研磨速率、初始研磨压力及最佳研磨压力速率；
4-2)依据所述目标去除厚度和上一研磨步骤中实际去除厚度的差异、所述初始研磨时间及所述最佳研磨速率得到实际研磨时间；并依据所述目标去除厚度和上一研磨步骤中实际去除厚度的差异、所述初始研磨压力及所述最佳研磨压力速率得到实际研磨压力。
作为示例，所述实际研磨时间与所述目标去除厚度和上一研磨步骤中实际去除厚度的差异、所述初始研磨时间及所述最佳研磨速率的关系式为：T＝t0+(d-△d)/δ1，其中，T为实际研磨时间，t0为初始研磨时间，d为目标去除厚度，△d为上一研磨步骤中实际去除厚度，δ1为最佳研磨速率；所述实际研磨压力与所述目标去除厚度和上一研磨步骤中实际去除厚度的差异、所述初始研磨压力及所述最佳研磨压力速率的关系式为：N＝n0+(d-△d)/δ2，其中，n0为初始研磨压力，d为目标去除厚度，△d为上一研磨步骤中实际去除厚度，δ2为最佳研磨压力速率。
作为示例，步骤4-1)中，依据使用研磨耗材(所述研磨耗材包括研磨垫及研磨调整盘)第一次对所述目标材料层进行研磨的过程中，去除目标厚度的所述目标材料层所需的研磨时间设定所述初始研磨时间；即依据使用全新的研磨耗材对目标材料层进行研磨作为前提，在使用全新的所述研磨耗材第一次对所述目标材料层进行研磨的过程中去除目标厚度的所述目标材料层所需的研磨时间设定所述初始研磨时间。
具体的，依据前N次更新研磨耗材后，使用研磨耗材第一次对所述目标材料层进行研磨的过程中去除目标厚度的所述目标材料层所需的N个研磨时间设定所述初始研磨时间，其中，N为大于或等于1的整数；在此之前，更换N次全新的研磨耗材的过程中，每次更换之后，全新的研磨耗材均有第一次对所述目标材料层进行研磨的过程，在该过程中，会对应一个去除目标厚度的所述目标材料层所需的研磨时间；更换N次全新的研磨耗材会对应有N个这样的研磨时间，依据这N个研磨时间设定所述初始研磨时间。
在一示例中，将所述N个研磨时间的众数设定所述初始研磨时间。所述N个研磨时间的众数是指这N个研磨时间中，重复出现次数最多的研磨时间。需要说明的是，若所述N个研磨时间的众数为两个或多个，取两个或多个所述众数的平均值作为所述初始研磨时间。
在另一示例中，将所述N个研磨时间的平均值设定所述初始研磨时间。
作为示例，在步骤4-1)中，依据研磨步骤中实际去除的所述目标材料层的厚度与所述初始研磨时间的比值设定所述最佳研磨速率。需要说明的是，在研磨之前，可能会存在有刻蚀等工艺以去除所述目标材料层的表面的其他材料层，在采用刻蚀等工艺去除所述目标材料层表面的其他材料层的过程中，可能也会去除部分所述目标材料层；因此，在实际研磨过程中，实际要去除的所述目标材料层的厚度可能与步骤1)中的目标去除厚度不同。又，在采用刻蚀等工艺去除所述目标材料层表面的其他材料层的过程中去除的所述目标材料层的厚度可以测量得到，因此，可以得知在研磨过程中实际需要去除的所述目标材料层的厚度，在研磨过程中实际需要去除的所述目标材料层的厚度及为步骤1)中的目标去除厚度与采用刻蚀等工艺去除所述目标材料层表面的其他材料层的过程中去除的所述目标材料层的厚度之差。
在步骤4-1)中，依据使用研磨耗材第一次对所述目标材料层进行研磨的过程中去除目标厚度的所述目标材料层所需的研磨压力设定所述初始研磨压力。
具体的，依据前N次更新研磨耗材后，使用研磨耗材第一次对所述目标材料层进行研磨的过程中去除目标厚度的所述目标材料层所需的N个研磨压力设定所述初始研磨压力，其中，N为大于或等于1的整数；在此之前，更换N次全新的研磨耗材的过程中，每次更换之后，全新的研磨耗材均有第一次对所述目标材料层进行研磨的过程，在该过程中，会对应一个去除目标厚度的所述目标材料层所需的研磨压力；更换N次全新的研磨耗材会对应有N个这样的研磨压力，依据这N个研磨压力设定所述初始研磨压力。
在一示例中，将所述N个研磨压力的众数设定所述初始研磨压力。所述N个研磨压力的众数是指这N个研磨压力中，重复出现次数最多的研磨压力。需要说明的是，若所述N个研磨压力的众数为两个或多个，取两个或多个所述众数的平均值作为所述初始研磨压力。
在另一示例中，将所述N个研磨压力的平均值设定所述初始研磨压力。
需要说明的是，使用所述研磨耗材第一次对所述目标材料层进行研磨的过程中，去除目标厚度的所述目标材料层所需的研磨时间及研磨压力是操作者根据实际经验及实际需要共同设定的，该过程中的研磨时间与研磨压力之间相互影响。
作为示例，在步骤4-1)中，所述最佳研磨压力速率是指：在实际研磨压力大于所述初始研磨压力的条件下，在所述初始研磨时间内可去除的所述目标材料层的厚度与实际研磨压力和所述初始研磨压力之差的比值，即在实际研磨压力达到所述初始研磨压力之后，每增加一个单位的研磨压力可以去除的所述目标材料层的厚度。需要说明的是，此处所述的“每增加一个单位的研磨压力可以去除的所述目标材料层的厚度”是指所述实际研磨压力的单位与所述初始研磨压力的单位相同的前提下(譬如，所述实际研磨压力的单位与所述初始研磨压力的单位均为hPa)，所述实际研磨压力每增加1个单位可以去除的所述目标材料层的厚度。
下面，以具体的示例来说明本实施例中所述的在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化方法：
以需要去除的所述目标材料层20的目标去除厚度为17nm、所述初始研磨时间为20s、所述最佳研磨速率为0.6nm/s作为示例；当上一研磨步骤中去除的所述目标材料层20的实际去除厚度小于所述目标去除厚度时，譬如，上一步研磨步骤后目标材料层20及金属插塞21上仍有残留金属层22(如图5所示)，或上一研磨步骤中去除的所述目标材料层20的实际去除厚度为12nm(如图6所示)；此时，实际研磨时间T＝20+(17-12)/0.6＝28.3s，实际研磨时间大于所述初始研磨时间。而当上一研磨步骤中去除的所述目标材料层的厚度大于所述目标去除厚度时，譬如，上一研磨步骤中去除的所述目标材料层的实际去除厚度为20nm(如图7所示)或25nm(如图8所示)，此时，实际研磨时间T＝20+(17-20)/0.6＝15s，实际研磨时间小于所述初始研磨时间。经调整后，依据调整后的研磨时间进行研磨即可实现将所述目标材料层20去除目标厚度17nm，如图9所示。
以需要去除的所述目标材料层20的目标去除厚度为17nm、所述初始研磨压力为230hPa(百帕)、所述最佳研磨压力速率为1nm/hPa作为示例；当上一研磨步骤中去除的所述目标材料层20的实际去除厚度小于所述目标去除厚度时，譬如，上一步研磨步骤后目标材料层20及金属插塞21上仍有残留金属层22(如图5所示)，或上一研磨步骤中去除的所述目标材料层20的实际去除厚度为12nm(如图6所示)；此时，实际研磨压力N＝230+(17-12)/1＝235hPa，实际研磨压力大于所述初始研磨压力。而当上一研磨步骤中去除的所述目标材料层的实际厚度大于所述目标去除厚度时，譬如，上一研磨步骤中去除的所述目标材料层的实际去除厚度为20nm(如图7所示)或25nm(如图8所示)，此时，实际研磨时间N＝230+(17-20)/1＝227hPa，实际研磨压力小于所述初始研磨压力。经调整后，依据调整后的研磨压力进行研磨即可实现将所述目标材料层20去除目标厚度17nm，如图9所示。
由上述可知，本发明的在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化方法依据上一研磨步骤中去除的目标材料层的实际去除厚度，并结合其他因素设定实际研磨时间及实际研磨压力，可以依据上一步研磨步骤中的实际研磨移除率及时对研磨时间及研磨压力进行补偿，从而使得在后续研磨步骤中去除的目标材料层的实际去除厚度始终在预设范围之内，从而可以精确控制研磨过程中去除的目标材料层的实际去除厚度
实施例二
请参阅图10，本发明还提供一种在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化系统3，所述在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化系统3包括：测量单元31、设定模块32、处理模块33及反馈单元34；其中，所述测量单元31设置于化学机械研磨装置上，用于测量上一研磨步骤中去除的目标材料层的实际去除厚度；所述设定模块32用于设定目标去除厚度；所述处理模块33与所述测量单元及所述设定模块相连接，用于依据所述目标去除厚度和上一研磨步骤中实际去除厚度的差异，转换厚度差异成对应的研磨参数差值，以动态更新研磨参数；所述反馈单元34与所述处理模块及化学机械研磨装置相连接，适于将所述处理模块得到的实际研磨参数反馈至所述化学机械研磨装置。
作为示例，所述设定模块还用于设定初始研磨时间、最佳研磨速率、初始研磨压力及最佳研磨压力速率；请参阅图11，所述设定模块32包括：目标去除厚度设定单元321、初始研磨时间设定单元322、最佳研磨速率设定单元323、初始研磨压力设定单元324及最佳研磨压力速率设定单元325；其中，所述目标去除厚度设定单元321与所述处理模块33相连接，用于设定需要去除的目标材料层的目标去除厚度；所述初始研磨时间设定单元322与所述处理模块33相连接，用于依据使用研磨耗材第一次对所述目标材料层进行研磨的过程中去除目标厚度的所述目标材料层所需的研磨时间设定所述初始研磨时间；所述最佳研磨速率设定单元323与所述处理模块33相连接，用于依据研磨步骤中实际去除的所述目标材料层的厚度与所述初始研磨时间的比值设定设定所述最佳研磨速率；所述初始研磨压力设定单元324与所述处理模块33相连接，用于依据使用研磨耗材第一次对所述目标材料层进行研磨的过程中去除目标厚度的所述目标材料层所需的研磨压力设定所述初始研磨压力；所述最佳研磨压力速率设定单元325与所述处理模块33相连接，用于依据在大于所述初始研磨压力的条件下，在所述初始研磨时间内去除的所述目标材料层的厚度与实际研磨压力和所述初始研磨压力之差的比值设定最佳研磨压力速率。
作为示例，所述处理模块33包括：第一处理单元331及第二处理单元332，其中，所述第一处理单元331与所述测量单元31、所述目标去除厚度设定单元321、所述初始研磨时间设定单元322及所述最佳研磨速率设定单元323相连接，用于依据需要去除的目标材料层的目标去除厚度和上一研磨步骤中去除的所述目标材料层的实际去除厚度、所述初始研磨时间及所述最佳研磨速率得到实际研磨时间；所述第二处理单元332与所述测量单元31、所述目标去除厚度设定单元321、所述初始研磨压力设定单元324及所述最佳研磨压力速率设定单元325相连接，用于依据需要去除的目标材料层的目标去除厚度及上一研磨步骤中去除的所述目标材料层的厚度、所述初始研磨压力及所述最佳研磨压力速率得到实际研磨压力。
实施例三
请参阅图12，本发明还提供一种化学机械研磨装置，所述化学机械研磨装置包括：如实施例二中所述的在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化系统3、研磨控制模块4及研磨组件5，所述在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化系统3的具体结构请参阅实施例二，此处不再累述；所述研磨控制模块4与所述在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化系统3相连接；所述研磨组件5与所述研磨控制模块4相连接，适于在所述研磨控制模块4的控制下，以所述在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化系统3设定的研磨参数(即实际研磨时间及实际研磨压力)对目标材料层进行研磨。
作为示例，请参阅图13，所述研磨组件5包括：研磨平台51、研磨垫52及研磨头53，与所述研磨控制模块4相连接，适于在所述研磨控制模块4的控制下转动；所述研磨垫52位于所述研磨平台51的上表面，所述研磨垫52在所述研磨平台51的带动下转动；所述研磨头53与所述研磨控制模块4相连接，用于在所述研磨控制模块4的控制下，将待研磨器件6压制于所述研磨垫52上，以所述在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化系统设定的研磨参数对目标材料层进行研磨。
作为示例，所述研磨组件5还包括研磨液供给系统55，所述研磨液系统用于向所述研磨垫52的表面供给研磨液。
作为示例，所述研磨组件5还包括研磨调整组件54，所述研磨调整组件54用于在研磨过程中对所述研磨垫表面的平整度进行调整。
作为示例，所述研磨调整组件54包括：机械手臂541及研磨调整盘542；其中，所述研磨调整盘542固定于所述机械手臂541的一端，用于在所述机械手臂541的带动下对所述研磨垫52表面的平整度进行调整。
作为示例，所述机械手臂541可以与所述研磨控制模块4相连接，适于在所述研磨控制模块4的控制下带动所述研磨调整盘542转动。当然，所述机械手臂541也可以与额外的驱动装置相连接，并在所述额外的驱动装置的驱动下带动所述研磨调整盘542转动。
综上所述，本发明提供一种在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化方法及系统，金属栓塞形成于目标材料层中，所述目标材料层具有需要去除的目标去除厚度，所述制程动态优化方法包括如下步骤：1)设定所述目标去除厚度与研磨参数在闭回路控制系统中；2)利用所述研磨参数，执行第一化学机械研磨步骤，以降低所述目标材料层的厚度达到在第一实际去除厚度的去除；3)测量所述第一化学机械研磨步骤中所述目标材料层被去除的所述第一实际去除厚度；4)依据所述目标去除厚度和所述第一实际去除厚度的差异，转换厚度差异成对应的研磨参数差值，以动态更新研磨参数；以及，5)利用更新后的研磨参数，执行第二化学机械研磨步骤，以降低所述目标材料层的厚度达到在第二实际去除厚度的去除，藉此动态优化研磨参数。本发明的在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化方法依据上一步研磨步骤中去除的目标材料层的实际去除厚度，并结合其他因素设定实际研磨时间及实际研磨压力，可以依据上一步研磨步骤中的实际研磨移除率及时对研磨时间及研磨压力进行补偿，从而使得在后续研磨步骤中去除的目标材料层的实际去除厚度始终在预设范围之内，从而可以精确控制研磨过程中去除的目标材料层的实际去除厚度；同时，当本发明的在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化方法应用于金属钨化学机械研磨工艺中时，即可以确保目标材料层的表面没有金属钨残留，从而避免导线之间的短路，又可以精确控制去除的目标材料层的厚度，使得保留的所述目标材料层足够厚，以避免寄生电容的产生。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (13)
1.一种在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化方法，其特征在于，金属栓塞形成于目标材料层中，所述目标材料层具有需要去除的目标去除厚度，所述制程动态优化方法包括如下步骤：
1)设定所述目标去除厚度与研磨参数在闭回路控制系统中，所述研磨参数包括研磨时间及研磨压力；
2)利用所述研磨参数，执行第一化学机械研磨步骤，以降低所述目标材料层的厚度达到在第一实际去除厚度的去除；
3)测量所述第一化学机械研磨步骤中所述目标材料层被去除的所述第一实际去除厚度；
4)依据所述目标去除厚度和所述第一实际去除厚度的差异，转换厚度差异成对应的研磨参数差值，以动态更新研磨参数；包括如下步骤：
4-1)设定初始研磨时间、最佳研磨速率、初始研磨压力及最佳研磨压力速率；
4-2)依据所述目标去除厚度和上一研磨步骤中实际去除厚度的差异、所述初始研磨时间及所述最佳研磨速率得到实际研磨时间；并依据所述目标去除厚度和上一研磨步骤中实际去除厚度的差异、所述初始研磨压力及所述最佳研磨压力速率得到实际研磨压力；以及，
5)利用更新后的研磨参数，执行第二化学机械研磨步骤，以降低所述目标材料层的厚度达到在第二实际去除厚度的去除，藉此动态优化研磨参数。
2.根据权利要求1所述的在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化方法，其特征在于，步骤5)之后还包括如下步骤：
6)依据所述目标去除厚度和上一研磨步骤中实际去除厚度的差异，转换厚度差异成对应的研磨参数差值，以动态更新研磨参数；以及，
7)利用更新后的研磨参数，执行再一化学机械研磨步骤，以降低所述目标材料层的厚度达到在所需实际去除厚度的去除，藉此动态优化研磨参数。
3.根据权利要求2所述的在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化方法，其特征在于，步骤7)之后，还包括重复步骤6)至步骤7)至少一次的步骤。
4.根据权利要求1所述的在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化方法，其特征在于，所述实际研磨时间与所述目标去除厚度和上一研磨步骤中实际去除厚度的差异、所述初始研磨时间及所述最佳研磨速率的关系式为：T＝t0+(d-△d)/δ1，其中，T为实际研磨时间，t0为初始研磨时间，d为目标去除厚度，△d为上一研磨步骤中实际去除厚度，δ1为最佳研磨速率；所述实际研磨压力与所述目标去除厚度和上一研磨步骤中实际去除厚度的差异、所述初始研磨压力及所述最佳研磨压力速率的关系式为：N＝n0+(d-△d)/δ2，其中，n0为初始研磨压力，d为目标去除厚度，△d为上一研磨步骤中实际去除厚度，δ2为最佳研磨压力速率。
5.根据权利要求1所述的在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化方法，其特征在于，步骤4-1)中，依据使用研磨耗材第一次对所述目标材料层进行研磨的过程中去除目标厚度的所述目标材料层所需的研磨时间设定所述初始研磨时间；依据研磨步骤中实际去除的所述目标材料层的厚度与所述初始研磨时间的比值设定所述最佳研磨速率；依据使用研磨耗材第一次对所述目标材料层进行研磨的过程中去除目标厚度的所述目标材料层所需的研磨压力设定所述初始研磨压力；依据在大于所述初始研磨压力的条件下，在所述初始研磨时间内去除的所述目标材料层的厚度与实际研磨压力和所述初始研磨压力之差的比值设定所述最佳研磨压力速率。
6.一种在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化系统，其特征在于，包括：
测量单元，设置于化学机械研磨装置上，用于测量上一研磨步骤中去除的目标材料层的实际去除厚度；
设定模块，用于设定目标去除厚度；所述设定模块还用于设定初始研磨时间、最佳研磨速率、初始研磨压力及最佳研磨压力速率；
处理模块，与所述测量单元及所述设定模块相连接，用于依据所述目标去除厚度和上一研磨步骤中实际去除厚度的差异，转换厚度差异成对应的研磨参数差值，以动态更新研磨参数；包括依据所述目标去除厚度和上一研磨步骤中实际去除厚度的差异、所述初始研磨时间及所述最佳研磨速率得到实际研磨时间；并依据所述目标去除厚度和上一研磨步骤中实际去除厚度的差异、所述初始研磨压力及所述最佳研磨压力速率得到实际研磨压力；以及，
反馈单元，与所述处理模块及化学机械研磨装置相连接，适于将所述处理模块得到的实际研磨参数反馈至所述化学机械研磨装置。
7.根据权利要求6所述的在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化系统，其特征在于，所述设定模块包括：
目标去除厚度设定单元，与所述处理模块相连接，用于设定需要去除的目标材料层的目标去除厚度；
初始研磨时间设定单元，与所述处理模块相连接，用于依据使用研磨耗材第一次对所述目标材料层进行研磨的过程中去除目标厚度的所述目标材料层所需的研磨时间设定所述初始研磨时间；
最佳研磨速率设定单元，与所述处理模块相连接，用于依据研磨步骤中实际去除的所述目标材料层的厚度与所述初始研磨时间的比值设定设定所述最佳研磨速率；
初始研磨压力设定单元，与所述处理模块相连接，用于依据使用研磨耗材第一次对所述目标材料层进行研磨的过程中去除目标厚度的所述目标材料层所需的研磨压力设定所述初始研磨压力；以及，
最佳研磨压力速率设定单元，与所述处理模块相连接，用于依据在大于所述初始研磨压力的条件下，在所述初始研磨时间内去除的所述目标材料层的厚度与实际研磨压力和所述初始研磨压力之差的比值设定最佳研磨压力速率。
8.根据权利要求7所述的在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化系统，其特征在于，所述处理模块包括：
第一处理单元，与所述测量单元、所述目标去除厚度设定单元、所述初始研磨时间设定单元及所述最佳研磨速率设定单元相连接，用于依据所述目标去除厚度和上一研磨步骤中实际去除厚度的差异、所述初始研磨时间及所述最佳研磨速率得到实际研磨时间；以及，
第二处理单元，与所述测量单元、所述目标去除厚度设定单元、所述初始研磨压力设定单元及所述最佳研磨压力速率设定单元相连接，用于依据所述目标去除厚度和上一研磨步骤中实际去除厚度的差异、所述初始研磨压力及所述最佳研磨压力速率得到实际研磨压力。
9.一种化学机械研磨装置，其特征在于，所述化学机械研磨装置包括：
如权利要求6所述的在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化系统；
研磨控制模块，与所述在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化系统相连接；以及，
研磨组件，与所述研磨控制模块相连接，适于在所述研磨控制模块的控制下，以在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化系统设定的研磨参数对目标材料层进行研磨。
10.根据权利要求9所述的化学机械研磨装置，其特征在于，所述研磨组件包括：
研磨平台；
研磨垫，位于所述研磨平台的上表面；以及，
研磨头，与所述研磨控制模块相连接，用于在所述研磨控制模块的控制下，将待研磨器件压制于所述研磨垫上，以所述在金属栓塞的化学机械研磨中的制程动态优化系统设定的研磨参数对目标材料层进行研磨。
11.根据权利要求10所述的化学机械研磨装置，其特征在于，所述研磨组件还包括研磨液供给系统，所述研磨液系统用于向所述研磨垫的表面供给研磨液。
12.根据权利要求10所述的化学机械研磨装置，其特征在于，所述研磨组件还包括研磨调整组件，所述研磨调整组件用于在研磨过程中对所述研磨垫表面的平整度进行调整。
13.根据权利要求12所述的化学机械研磨装置，其特征在于，所述研磨调整组件包括：
机械手臂；以及，
研磨调整盘，所述研磨调整盘固定于所述机械手臂的一端，用于在所述机械手臂的带动下对所述研磨垫表面的平整度进行调整。
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