CN110497303A - 化学机械研磨制程方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种化学机械研磨制程方法和系统，方法包括将不同生产室获取的晶圆按照轮廓类型进行分组，以得到多个晶圆组；针对每个晶圆组建立控制模型，控制模型包括对所述晶圆的研磨参数；根据研磨参数对晶圆组中的晶圆进行研磨；采集在研磨过程中晶圆的膜厚度的移除量；以及根据晶圆的膜厚度的移除量调整同一晶圆组中下一晶圆的研磨参数，并根据调整的研磨参数对下一晶圆进行研磨；系统包括生产室和研磨装置，不同生产室生产的晶圆的表面具有不同的轮廓；研磨装置用于实现上述化学机械研磨制程方法。本发明将不同轮廓晶圆分组，一组晶圆与一个控制系统对应，以动态调整化学机械研磨制程的研磨参数，以改善化学机械研磨制程中晶圆平坦度。
Description
技术领域
本发明涉及在化学机械研磨中的制程控制系统，尤其涉及用于化学机械研磨制程方法和系统。
背景技术
随着微电子器件线宽减小，多层互连结构要求提高，晶圆良好的平坦度(profile)对黄光光刻、刻蚀制程至关重要，也是化学机械研磨(CMP，Chemical Mechanicalpolishing)制程追求的主要目标之一。在化学机械研磨过程中由于抛光垫(Pad)受到顶部压力会产生形变，同时挡环在研磨过程中不可避免的存在磨损变形，这些会导致晶圆表面受到的压力不均，中心与边缘去除率存在明显差异，晶圆的平坦度不佳。
在化学机械研磨前制程(prior layers)中，由于机台(tool)不同生产室(chambers)生产的晶圆的平坦度不同，晶圆中心与边缘厚度差异不一，薄膜表面形貌(filmtopography)差异明显。目前，在现有的化学机械研磨过程中对所有的晶圆全部采用相同的系统对研磨参数进行控制，这不能满足化学机械研磨对高效改善平坦度的要求。
发明内容
本发明提供一种化学机械研磨制程方法和系统，以至少解决现有技术中的以上技术问题中的至少一项。
为达到上述目的，本发明一种化学机械研磨制程方法，包括：
将不同生产室获取的晶圆按照轮廓类型进行分组，以得到多个晶圆组；
针对每个晶圆组建立控制模型，其中，所述控制模型包括对所述晶圆的研磨参数；
根据所述研磨参数对所述晶圆组中的晶圆进行研磨；
采集在所述研磨过程中所述晶圆的膜厚度的移除量；以及
根据所述晶圆的膜厚度的移除量调整同一所述晶圆组中下一晶圆的研磨参数，并根据调整的研磨参数对所述下一晶圆进行研磨。
一种实施例中，所述根据所述晶圆的膜厚度的移除量调整同一所述晶圆组中下一晶圆的研磨参数，包括：
建立所述晶圆的膜厚度的移除量与研磨时间的关联曲线；以及
根据所述关联曲线，基于当前晶圆的膜厚度的移除量来调整同一所述晶圆组中下一晶圆的研磨时间。
一种实施例中，所述关联曲线表示所述晶圆的膜厚度的移除量与研磨时间成正比。
一种实施例中，所述根据所述晶圆的膜厚度的移除量调整同一所述晶圆组中下一晶圆的研磨参数，还包括：
将所述晶圆分成多个区域；
分别测量当前晶圆经研磨后各个区域的膜厚度的移除量；以及
根据当前晶圆的各个区域的膜厚度的移除量调整同一所述晶圆组中下一晶圆的各个区域的研磨压力。
一种实施例中，所述根据当前晶圆的各个区域的膜厚度的移除量调整同一所述晶圆组中下一晶圆的各个区域的研磨压力，包括：
设置所述晶圆组中晶圆目标移除量；以及
比较当前晶圆经研磨后各个区域的膜厚度的移除量与所述目标移除量，以根据比较结果调整同一所述晶圆组中下一晶圆的各个区域的研磨压力。
一种实施例中，所述根据比较结果调整同一所述晶圆组中下一晶圆的各个区域的研磨压力，包括：
所述当前晶圆的一区域的膜厚度的移除量大于所述目标移除量时，减小同一所述晶圆组中下一晶圆的所述区域的研磨压力；以及
所述当前晶圆的一区域的膜厚度的移除量小于所述目标移除量时，增大同一所述晶圆组中下一晶圆的所述区域的研磨压力。
一种实施例中，所述控制模型包括制程到制程控制(Run-to-Run,R2R)模型。
为达到上述目的，本发明一种化学机械研磨制程系统，包括：
多个生产室，用于生产晶圆，其中，不同生产室生产的晶圆的表面具有不同的轮廓；以及
研磨装置，用于实现如上述任一个实施例中的化学机械研磨制程方法。
一种实施例中，所述研磨装置包括：
前量测模块，用于测量晶圆在化学机械研磨制程前的第一膜厚；
后量测模块，用于测量晶圆经过化学机械研磨制程后的第二膜厚；
控制系统，与所述前量测模块和所述后量测模块连接，用于接收所述前量测模块测量的所述晶圆的第一膜厚和所述后量测模块测量的所述晶圆的第二膜厚，以得到当前所述晶圆的膜厚移除量；并根据对应所述控制模型的所述晶圆的研磨参数，确定同一所述晶圆组中下一晶圆的研磨时间和各区域研磨压力；以及
研磨机台，用于根据所述控制系统确定的所述研磨时间和各区域研磨压力对同一所述晶圆组中下一晶圆进行化学机械研磨。
一种实施例中，所述控制模型包括制程到制程控制模型。
本发明将机台生产不同轮廓的晶圆进行分组，且每组晶圆与一个所述控制模型对应，所述控制系统根据测量的膜厚值对所述控制模型的研磨参数进行动态调整，以改善同一所述晶圆组中下一晶圆在所述化学机械研磨制程研磨后的平坦度，从而，所述控制系统根据多个所述生产室生产的晶圆建立多个所述控制模型对所述研磨机台进行研磨控制，以使所有晶圆在所述化学机械研磨制程后达到均一的平坦度。
上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本发明进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。
附图说明
在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本发明公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本发明范围的限制。
图1为本发明实施例中化学机械研磨制程方法流程图。
图2为本发明实施例中各控制模型在化学机械研磨制程中改善晶圆平坦度的方法示意图。
图3为本发明实施例中膜厚度移除量与研磨时间的关联曲线图。
图4为本发明实施例中实验数据模组中控制模型区域压力曲线图。
图5为本发明实施例中根据当前晶圆各区域压力获取下一晶圆各区域压力示意图。
图6为本发明实施例中化学机械研磨制程系统结构图。
附图标记：
110 生产室，
120 研磨装置，
121 前量测模块，
122 控制系统，
123 研磨机台，
124 后量测模块。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
实施例一
本实施例一种化学机械研磨制程方法，参照图1所示，所述方法包括：
步骤S10：将不同生产室获取的晶圆按照轮廓类型进行分组，以得到多个晶圆组。
步骤S20：针对每个晶圆组建立控制模型，其中，所述控制模型包括对所述晶圆的研磨参数。
步骤S30：根据所述研磨参数对所述晶圆组中的晶圆进行研磨。
步骤S40：采集在所述研磨过程中所述晶圆的膜厚度的移除量。
步骤S50：根据所述晶圆的膜厚度的移除量调整同一晶圆组中下一晶圆的研磨参数，并根据调整的研磨参数对所述下一晶圆进行研磨。
在一具体实施例中，从数据库中收集各个所述生产室生产的前程晶圆信息(Priorlayers wafer information)和预测量(Pre-measure)，并对不同的所述生产室生产的晶圆根据轮廓进行分组。参照图2所示，轮廓信息包括前片晶圆的信息和预测量，按照晶圆轮廓将晶圆分成A、B、C三个组，每组均获取与之对应的区域压力增益梯度。
具体地，根据晶圆轮廓A组晶圆皆为中间凹四周凸轮廓的晶圆。针对A组晶圆构建A组制程到制程模型A′R2R，A′R2R中包括A组晶圆的研磨参数。具体地，参照图2所示A′R2R包括A组晶圆的区域压力增益，其分布为由四周向中间递减，调整研磨参数对A组所述晶圆组中所述下一晶圆进行研磨，以使晶圆表面达到均一平坦度。
根据晶圆轮廓B组晶圆皆为表面平坦轮廓的晶圆。针对B组晶圆构建B组制程到制程模型B′R2R，B′R2R中包括B组晶圆的研磨参数。具体地，参照图2所示，B′R2R包括B组晶圆的区域压力增益，其各区域压力增益相同，调整研磨参数对B组所述晶圆组中所述下一晶圆进行研磨，以使晶圆表面达到均一平坦度。
根据晶圆轮廓C组晶圆皆为中间凸四周凹轮廓的晶圆。针对C组晶圆构建C组制程到制程模型C′R2R，C′R2R中包括C组晶圆的研磨参数。具体地，参照图2所示，C′R2R包括C组晶圆的区域压力增益，其分布为由四周向中间递增，调整研磨参数对C组所述晶圆组中所述下一晶圆进行研磨，以使晶圆表面达到均一平坦度。
本实施例通过将不同轮廓类型的所述晶圆进行分组，同时与每组对应建立控制模型，以使同一晶圆组中同轮廓类型的晶圆通过同一个控制模型在化学机械研磨制程中对研磨参数进行动态调节，以控制化学机械研磨制程依照当前晶圆的轮廓对同一晶圆组中下一同种轮廓类型的晶圆进行研磨，以提高晶圆的平坦度，防止因当前晶圆与下一晶圆因不同轮廓类型的研磨参数不准确而使晶圆平坦度变得更差。
在一具体实施例中，所述控制模型包括制程到制程控制模型。
本实施例不同轮廓类型的所述晶圆组对应建立制程到制程控制模型，以使同一晶圆组中同轮廓类型的晶圆通过同一个制程到制程控制模型在化学机械研磨制程中进行动态调节。
在一具体实施例中，所述步骤S10中根据所述晶圆的膜厚度的移除量调整同一晶圆组中下一晶圆的研磨参数，具体步骤包括：
建立所述晶圆的膜厚度的移除量与研磨时间的关联曲线；以及
根据所述关联曲线，基于当前晶圆的膜厚度的移除量来调整同一晶圆组中下一晶圆的研磨时间。
在一具体实施例中，参照图3所示，所述关联曲线表示所述晶圆的膜厚度的移除量与研磨时间成正比。
所述调整同一晶圆组中下一晶圆的研磨时间的方法包括：
当当前晶圆的膜厚度的移除量大于目标移除量时，对应的控制模型减小对同一晶圆组中下一晶圆的研磨时间；
当当前晶圆的膜厚度的移除量小于目标移除量时，对应的控制模型增大对同一晶圆组中下一晶圆的研磨时间。
本实施例以晶圆在化学机械研磨制程前后的轮廓变化量为膜厚度的移除量，根据研磨时间建立研磨中膜厚度的移除量和研磨时间的关联曲线(函数变化曲线)，并使当前晶圆膜厚度的移除量与目标移除量进行比较，并根据比较结果调整同一晶圆组中下一晶圆化学机械研磨制程的研磨时间，使下一晶圆膜厚度的移除量与目标移除量相同或者接近，在制程控制范围内，以使同一晶圆组中的晶圆的平坦度达到均一平坦度。
在一具体实施例中，所述步骤S10中根据所述晶圆的膜厚度的移除量调整同一晶圆组中下一晶圆的研磨参数，具体步骤还包括：
将所述晶圆分成多个区域；
分别测量当前晶圆经研磨后各个区域的膜厚度的移除量；以及
根据当前晶圆的各个区域的膜厚度的移除量调整同一晶圆组中下一晶圆的各个区域的研磨压力。
在一具体实施例中，所述根据当前晶圆的各个区域的膜厚度的移除量调整同一晶圆组中下一晶圆的各个区域的研磨压力，包括：
设置所述晶圆组中晶圆目标移除量；以及
比较当前晶圆经研磨后各个区域的膜厚度的移除量与所述目标移除量，以根据比较结果调整同一晶圆组中下一晶圆的各个区域的研磨压力。
在一具体实施例中，所述根据比较结果调整同一晶圆组中下一晶圆的各个区域的研磨压力，包括：
所述当前晶圆的一区域的膜厚度的移除量大于所述目标移除量时，减小同一晶圆组中下一晶圆的所述区域的研磨压力；以及
所述当前晶圆的一区域的膜厚度的移除量小于所述目标移除量时，增大同一晶圆组中下一晶圆的所述区域的研磨压力。
本实施例以晶圆在化学机械研磨制程前后的晶圆各区域的轮廓变化量为膜厚移除量，设定各区域膜厚的目标移除量为标准移除量，并作为第二目标值与同一晶圆组中当前晶圆的各区域的膜厚移除量进行比较，并根据比较结果调整化学机械研磨制程的各区域研磨压力，使下一晶圆的各区域的移除量与第二目标值相同或者接近，在制程控制范围内，以使同一晶圆组中的晶圆的平坦度达到均一平坦度。
在一具体实施例中，参照图4所示，构建所述晶圆在化学机械研磨过程中的实验数据模组，分析所述晶圆化学机械研磨制程前后的轮廓变化，以得到化学机械研磨制程中所述晶圆的研磨时间梯度和各区域压力梯度，以建立对应所述制程到制程控制模型的系统算法，以获取研磨参数并至同一晶圆组中下一晶圆的化学机械研磨制程中。
在一具体实施例中，调整同一晶圆组中下一晶圆的研磨时间的算法包括：
当前晶圆研磨时间+〔第一目标值-(当前晶圆化学机械研磨制程前膜厚-当前晶圆化学机械研磨制程后膜厚)〕/研磨时间梯度＝下一晶圆研磨时间。
其中，第一目标值是指晶圆膜厚的目标移除量。
在一具体实施例中，参照图4和图5中的数据参数，所述调整同一晶圆组中下一晶圆的各区域压力的算法包括：
{当前晶圆区域压力+〔第二目标值-(当前晶圆区域化学机械研磨制程前膜厚-当前晶圆区域化学机械研磨制程后膜厚)〕/区域压力梯度}*区域压力增益＝下一晶圆区域压力。
图4中z7+20％和z7-20％表示在第七区域中增加20％压力和在第七区域中减小20压力，在图中曲线z7+20％和z7-20％代表对应曲线的波峰和波谷值；
图4中z6+20％和z6-20％表示在第六区域中增加20％压力和在第六区域中减小20压力，在图中曲线z6+20％和z6-20％代表对应曲线的波峰和波谷值；
图4中z5+20％和z5-20％表示在第五区域中增加20％压力和在第五区域中减小20压力，在图中曲线z5+20％和z5-20％代表对应曲线的波峰和波谷值。
图5中，根据晶圆轮廓获取当前晶圆(第一片晶圆)的各区域压力梯度，并根据当前的各区域压力调整并获取下一晶圆(第二片晶圆)的各区域压力梯度，其中图5中z7(zone7)为第七区域，z6(zone6)为第六区域，z5(zone5)为第五区域，z4(zone4)为第四区域，z3(zone3)为第三区域，z2(zone2)为第二区域，z1(zone1)为第一区域。
在一具体实施例中，95％≤所述区域压力增益≤105％。
本实施例中通过建立晶圆在化学机械研磨制程前后的轮廓变化的实验数据模组，从而获取所述化学机械研磨制程中所述晶圆的研磨时间梯度和各区域压力梯度，以建立算法计算出同一晶圆组中下一晶圆的研磨参数，以使同一晶圆组中轮廓相同的晶圆进行符合该轮廓类型的研磨参数调整，以使同一晶圆组中晶圆经过对应所述化学机械研磨制程后得到更好平坦度的晶圆。
实施例二
本实施例一种化学机械研磨制程系统，参照图6所示，包括：
多个生产室110，用于生产晶圆，其中，不同所述生产室110生产的晶圆的表面具有不同的轮廓；以及
研磨装置120，用于实现如实施例一中所述的化学机械研磨制程方法。
在一具体实施例中，所述研磨装置120包括：前量测模块121、后量测模块124、控制系统122和研磨机台123。
前量测模块121与生产室110连接，前量测模块121用于测量晶圆在化学机械研磨制程前的第一膜厚。
后量测模块124与研磨机台123连接，后量测模块124用于测量晶圆经过化学机械研磨制程后的第二膜厚。
控制系统122与前量测模块121和后量测模块124连接，用于接收前量测模块121测量的晶圆的第一膜厚和后量测模块124测量的晶圆的第二膜厚，以得到当前所述晶圆的研磨参数；并根据对应所述控制模型的晶圆的膜厚移除量，确定同一晶圆组中下一晶圆的研磨时间和各区域研磨压力。
研磨机台123与前量测模块121、后量测模块124和控制系统122连接，用于接收所述前量测模块121中的晶圆，并根据控制系统122确定的研磨时间和各区域研磨压力对同一晶圆组中下一晶圆进行化学机械研磨。
在一具体实施例中，所述控制模型包括制程到制程控制模型。
本实施例生产不同轮廓晶圆的所述生产室110与所述控制系统122连接，所述控制系统122根据测量的膜厚值对所述化学机械研磨制程的研磨参数进行动态调整，以改善同一晶圆组中下一晶圆在所述研磨机台123研磨后的平坦度。从而，所述控制系统122根据多个所述生产室110生产的晶圆建立多个控制模型对所述研磨机台123进行研磨控制，以使所有晶圆在所述化学机械研磨制程后达到均一的平坦度。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
上文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，上文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
Claims (10)
1.一种化学机械研磨制程方法，其特征在于，包括：
将不同生产室获取的晶圆按照轮廓类型进行分组，以得到多个晶圆组；
针对每个晶圆组建立控制模型，其中，所述控制模型包括对所述晶圆的研磨参数；
根据所述研磨参数对所述晶圆组中的晶圆进行研磨；
采集在所述研磨过程中所述晶圆的膜厚度的移除量；以及
根据所述晶圆的膜厚度的移除量调整同一所述晶圆组中下一晶圆的研磨参数，并根据调整的研磨参数对所述下一晶圆进行研磨。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述晶圆的膜厚度的移除量调整同一所述晶圆组中下一晶圆的研磨参数，包括：
建立所述晶圆的膜厚度的移除量与研磨时间的关联曲线；以及
根据所述关联曲线，基于当前晶圆的膜厚度的移除量来调整同一所述晶圆组中下一晶圆的研磨时间。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述关联曲线表示所述晶圆的膜厚度的移除量与研磨时间成正比。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述晶圆的膜厚度的移除量调整同一所述晶圆组中下一晶圆的研磨参数，还包括：
将所述晶圆分成多个区域；
分别测量当前晶圆经研磨后各个区域的膜厚度的移除量；以及
根据当前晶圆的各个区域的膜厚度的移除量调整同一所述晶圆组中下一晶圆的各个区域的研磨压力。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据当前晶圆的各个区域的膜厚度的移除量调整同一所述晶圆组中下一晶圆的各个区域的研磨压力，包括：
设置所述晶圆组中晶圆目标移除量；以及
比较当前晶圆经研磨后各个区域的膜厚度的移除量与所述目标移除量，以根据比较结果调整同一所述晶圆组中下一晶圆的各个区域的研磨压力。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据比较结果调整同一所述晶圆组中下一晶圆的各个区域的研磨压力，包括：
所述当前晶圆的一区域的膜厚度的移除量大于所述目标移除量时，减小同一所述晶圆组中下一晶圆的所述区域的研磨压力；以及
所述当前晶圆的一区域的膜厚度的移除量小于所述目标移除量时，增大同一所述晶圆组中下一晶圆的所述区域的研磨压力。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制模型包括制程到制程控制模型。
8.一种化学机械研磨制程系统，其特征在于，包括：
多个生产室，用于生产晶圆，其中，不同生产室生产的晶圆的表面具有不同的轮廓；以及
研磨装置，用于实现如权利要求1至7任一项权利要求所述的化学机械研磨制程方法。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述研磨装置包括：
前量测模块，用于测量晶圆在化学机械研磨制程前的第一膜厚；
后量测模块，用于测量晶圆经过化学机械研磨制程后的第二膜厚；
控制系统，与所述前量测模块和所述后量测模块连接，用于接收所述前量测模块测量的所述晶圆的第一膜厚和所述后量测模块测量的所述晶圆的第二膜厚，以得到当前所述晶圆的膜厚移除量；并根据对应所述控制模型的所述晶圆的研磨参数，确定同一所述晶圆组中下一晶圆的研磨时间和各区域研磨压力；以及
研磨机台，用于根据所述控制系统确定的所述研磨时间和各区域研磨压力对同一所述晶圆组中下一晶圆进行化学机械研磨。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述控制模型包括制程到制程控制模型。
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