CN111863613A - 一种化学机械抛光方法、装置、系统及控制设备 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于化学机械抛光技术领域，提供了一种化学机械抛光方法、系统及控制设备，其中方法包括：在抛光期间对晶圆膜厚进行在线测量，以获取晶圆的第一膜厚形貌和预设时间后的第二膜厚形貌；根据所述第一膜厚形貌、所述第二膜厚形貌以及期望膜厚形貌，计算实际去除速率和期望去除速率，其中，所述实际去除速率为晶圆由所述第一膜厚形貌抛至所述第二膜厚形貌的实际膜厚去除速率，所述期望去除速率为使晶圆由所述第二膜厚形貌达到所述期望膜厚形貌所需的膜厚去除速率；将所述实际去除速率与所述期望去除速率进行比较以调整抛光参数中的压力配方，并按照调整后的压力配方进行抛光。
Description
技术领域
本发明属于化学机械抛光技术领域，尤其涉及一种化学机械抛光方法、装置、系统及控制设备。
背景技术
集成电路一般通过在硅晶圆上相继沉积导电层、半导体层或绝缘层而形成。从而使晶圆表面沉积有填料层形成的薄膜。制造工艺中，需要持续平坦化填料层直到露出图案化的顶表面，以在凸起图案之间形成导电路径。
化学机械抛光(Chemical Mechanical Planarization，CMP)是集成电路制造中获得全局平坦化的一种手段。如图1所示，一种化学机械抛光系统包括用于保持晶圆的抛光头10、覆盖有抛光垫21的抛光盘20和提供抛光液的供液装置30，在抛光期间，抛光头10将晶圆按压在抛光垫21上并旋转以及水平移动，同时抛光盘20旋转，在抛光液的化学作用下，通过抛光头10与抛光盘20的相对运动使晶圆与抛光垫21摩擦以进行抛光。
图1中，化学机械抛光系统还包括用于在线测量晶圆膜厚的原位监测装置40。原位监测装置40设置在抛光盘20的盘面下方，并跟随抛光盘20旋转以实现在抛光的同时进行膜厚测量。原位监测装置40可以采用多种检测方式，例如电涡流检测或光学检测，电涡流检测是利用感应涡流产生的磁场变化来对膜厚进行检测。光学检测是对光照射时反射的干涉波进行测定来检测膜厚。
目前随着晶圆尺寸不断增大，抛光后晶圆表面沿径向方向的不均匀问题己越加明显。为了解决大尺寸晶圆的抛光不均匀问题，如何在线改善晶圆表面平坦度成为亟待解决的问题。现有的调节方法一般基于膜厚进行调节，在厚度高的区域增大压力，厚度低的区域减小压力，但是由于初始膜厚的存在导致厚度和压力不存在直接对应关系，使得压力调不准，平坦化效果不好。而且现有技术需要在整个抛光过程中一直进行调压，压力调节的时间长、效率低。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种化学机械抛光方法、装置、系统及控制设备，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
本发明实施例的第一方面提供了一种化学机械抛光方法，包括：
在抛光期间对晶圆膜厚进行在线测量，以获取晶圆的第一膜厚形貌和预设时间后的第二膜厚形貌；
根据所述第一膜厚形貌、所述第二膜厚形貌以及期望膜厚形貌，计算实际去除速率和期望去除速率，其中，所述实际去除速率为晶圆由所述第一膜厚形貌抛至所述第二膜厚形貌的实际膜厚去除速率，所述期望去除速率为使晶圆由所述第二膜厚形貌达到所述期望膜厚形貌所需的膜厚去除速率；
将所述实际去除速率与所述期望去除速率进行比较以调整抛光参数中的压力配方，并按照调整后的压力配方进行抛光。
本发明实施例的第二方面提供了一种抛光系统，包括：
测量模块，用于在抛光期间对晶圆膜厚进行在线测量，以获取晶圆的第一膜厚形貌和预设时间后的第二膜厚形貌；
计算模块，用于根据所述第一膜厚形貌、所述第二膜厚形貌以及期望膜厚形貌，计算实际去除速率和期望去除速率，其中，所述实际去除速率为晶圆由所述第一膜厚形貌抛至所述第二膜厚形貌的实际膜厚去除速率，所述期望去除速率为使晶圆由所述第二膜厚形貌达到所述期望膜厚形貌所需的膜厚去除速率；
调压模块，用于将所述实际去除速率与所述期望去除速率进行比较以调整抛光参数中的压力配方，并按照调整后的压力配方进行抛光。
本发明实施例的第三方面提供了一种化学机械抛光装置，包括：
抛光盘，其覆盖有用于对晶圆进行抛光的抛光垫；
抛光头，用于保持晶圆并将晶圆按压在所述抛光垫上；以及
控制单元，用于在抛光期间对晶圆膜厚进行在线测量，以获取晶圆的第一膜厚形貌和预设时间后的第二膜厚形貌；根据所述第一膜厚形貌、所述第二膜厚形貌以及期望膜厚形貌，计算实际去除速率和期望去除速率，其中，所述实际去除速率为晶圆由所述第一膜厚形貌抛至所述第二膜厚形貌的实际膜厚去除速率，所述期望去除速率为使晶圆由所述第二膜厚形貌达到所述期望膜厚形貌所需的膜厚去除速率；将所述实际去除速率与所述期望去除速率进行比较以调整抛光参数中的压力配方，并按照调整后的压力配方进行抛光。
本发明实施例的第四方面提供了一种控制设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述抛光方法的步骤。
本发明实施例的第五方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述抛光方法的步骤。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：通过在线测量膜厚形貌来计算去除速率，并基于去除速率调节抛光头相应分区的压力配方，利用了去除速率与压力的特定函数关系，能够提高压力调节的快速性和准确性，更好地实现晶圆的全局平坦化。
附图说明
通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的优点将变得更清楚和更容易理解，但这些附图只是示意性的，并不限制本发明的保护范围，其中：
图1是一种化学机械抛光系统的示意图；
图2是一种抛光头的结构示意图；
图3是一种晶圆的示意图；
图4是本发明一实施例提供的化学机械抛光方法的流程示意图；
图5是本发明一实施例提供的膜厚形貌图；
图6是本发明一实施例提供的去除速率曲线图；
图7是本发明一实施例提供的去除速率与压力的关系曲线图；
图8是本发明一实施例提供的化学机械抛光方法的流程示意图；
图9是本发明一实施例提供的抛光系统的示意图；
图10是本发明一实施例提供的控制设备的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例及其附图，对本发明所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本发明实施方式及本发明保护范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
如图2所示，抛光头10下部设有用于向晶圆w施压的柔性膜11和将晶圆w保持在柔性膜11下方并防止晶圆w滑出的保持环12。柔性膜11内部设有多个同心的压力腔室，每个压力腔室可对应一个晶圆表面分区。图2中以抛光头10下部设有3个环形压力腔室进行举例说明，分别为由中心向外侧依次同心设置的第1压力腔室Zone1、第2压力腔室Zone2和第3压力腔室Zone3。
相应地，如图3所示，抛光头10不同的压力腔室将晶圆w表面划分为对应的多个分区，例如图3中的第1区Z1、第2区Z2和第3区Z3。每个压力腔室可对其对应的晶圆表面分区施加不同的压力，通过对供给到压力腔室的加压空气等流体的压力分别进行控制，可以实现对晶圆表面不同分区施加不同压力。
显然，图2和图3中示出的压力腔室和分区的数量仅为一种举例，实际还可以为其他数量，例如4、5、6、7个等。
另外需要说明的是，由于晶圆表面的膜厚会因形成工艺的不同而在晶圆的不同径向位置有差异，使得晶圆表面在径向具有初始膜厚形貌，也就是在抛光前的膜厚形貌。如图3所示为晶圆w的初始膜厚形貌的一个示例图，可见晶圆w在抛光前其表面并不是平整的，而是在径向上具有一定的起伏。
为了修正初始膜厚形貌，晶圆整个表面不能以完全一致的去除速率进行抛光。抛光时需在晶圆不同分区施加不同压力，以使晶圆不同径向距离处匹配相应的去除速率以实现最终抛光后平坦度较高的膜厚形貌。
图4示出了本发明一实施例所提供的化学机械抛光方法的实现流程图，本方法适用于使用电涡流检测晶圆膜厚，且晶圆表面膜层为金属材料，例如铜、钨、铝、钽、钛等。晶圆表面膜层厚度可以为0.01μm至50μm。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
如图4所示，本发明实施例所提供的一种化学机械抛光方法，包括：
步骤S101，在抛光期间对晶圆膜厚进行在线测量，以获取晶圆的第一膜厚形貌和预设时间后的第二膜厚形貌。其中，膜厚形貌为距晶圆圆心不同径向距离上对应的膜厚所组成的膜厚曲线。
如图5所示，示例出了在直径为300mm的晶圆表面，距晶圆圆心的径向距离为-150mm至150mm区间上的多组膜厚形貌。曲线L1为在一个时间点选取的第一膜厚形貌，曲线L2为L1对应的第二膜厚形貌。
作为一个实施例，图5中曲线L1′为另一时间点选取的第一膜厚形貌，曲线L2′为L1′对应的第二膜厚形貌。曲线L1＂为又一时间点选取的第一膜厚形貌，曲线L2＂为L1＂对应的第二膜厚形貌。
作为另一个实施例，在利用曲线L1和L2进行调压之后，将曲线L2作为新的第一膜厚形貌，然后测量在曲线L2之后预设时间的膜厚形貌作为第二膜厚形貌，依次类推，可以将上一次的第二膜厚形貌作为下一次的第一膜厚形貌，不间断地执行测量、计算和调压。
图5中仅示出了3组第一膜厚形貌和第二膜厚形貌的对照曲线，类似地，本领域技术人员可知在抛光期间可以按照实际需求选取任意数量的膜厚形貌进行计算。另外，图5中的曲线L0为晶圆抛光结束后期望的表面平坦度一致的期望膜厚形貌。
本实施例中，在抛光开始至结束的期间，对晶圆表面膜厚形貌进行在线测量，将某一时间点的测量数据组成第一膜厚形貌，将该时间点之后预设时间的测量数据组成第二膜厚形貌，例如图5中的L1和L2。其中，预设时间可以为1s至10s，优选为1s、1.5s、2s、3s。并且，在一片晶圆的抛光期间，可以依次选取多个时间点，得到多组第一膜厚形貌和第二膜厚形貌进行比较。具体地如图5所示在一组膜厚形貌完成计算后，重新选取新的时间点的膜厚形貌进行计算和压力调节，以使膜厚形貌随着抛光进度逐步调整至平坦度较高的期望膜厚形貌。
在本发明的一个实施例中，步骤S101包括：
1)利用原位监测装置采集晶圆抛光期间的采样点。
2)获取不同采样点对应的相对晶圆圆心的径向距离，将不同径向距离处的采样点组成膜厚形貌用于表征晶圆不同径向距离的膜厚。
步骤S102，根据所述第一膜厚形貌、所述第二膜厚形貌以及期望膜厚形貌，计算实际去除速率和期望去除速率。其中，所述实际去除速率为晶圆由所述第一膜厚形貌抛至所述第二膜厚形貌的实际膜厚去除速率，所述期望去除速率为使晶圆由所述第二膜厚形貌达到所述期望膜厚形貌所需的膜厚去除速率。
示例性的，如图6所示，为了分析图5中曲线L1和L2对应的实际去除速率和期望去除速率的曲线。图6中，实际去除速率定义为由曲线L1至L2的膜厚去除速率，期望去除速率定义为接下来准备由曲线L2达到L0所需的膜厚去除速率。类似地，分析曲线L1′和L2′、L1＂和L2＂时可计算得到新的实际去除速率和新的期望去除速率。
可以理解的是，膜厚形貌是由多个不连续的采样点连线形成的曲线，每个采样点对应晶圆表面不同径向距离上的膜厚。同理，去除速率也是由若干计算点组成。可定义由采样点组成的膜厚形貌矩阵以及由计算点组成的去除速率矩阵，该矩阵的行数为1，列数为采样点或计算点的总个数n。
那么，第一膜厚形貌矩阵为THK1＝[a1 a2 ... an]；
第二膜厚形貌矩阵为THK2＝[b1 b2 ... bn]；
相应地，实际去除速率也是相同大小的矩阵RRP＝[R1 R2 ... Rn]；
在一个实施例中，步骤S102中计算实际去除速率的过程为：
RRP＝(THK1-THK2)/t1；
其中，t1为测得第一膜厚形貌和测得第二膜厚形貌之间的时间差也就是上文所说的预设时间。
另外，期望膜厚形貌矩阵为THK0＝[c1 c2 ... cn]；
期望去除速率矩阵为RRT＝[R′1 R′2 ... R′n]；
在一个实施例中，步骤S102中计算期望去除速率的过程为：
1)计算第二膜厚形貌的均值
2)计算期望膜厚形貌的均值
3)计算实际去除速率的均值
4)计算从所述第二膜厚形貌至所述期望膜厚形貌的估计时间：
t2＝(MTHK2-MTHK0)/NRRP；
则，RRT＝(THK2-THK0)/t2。
本实施例中，按照实际去除速率的均值MRRP计算从第二膜厚形貌THK2至期望膜厚形貌THK0的估计时间t2，是由于在晶圆抛光过程中施加在晶圆上的压力不会大幅度的改变，一般只在小范围内调节某个分区的压力，所以去除速率的均值一般也不会大幅变化，可以利用均值估算后续抛光的时间。
步骤S103，将所述实际去除速率与所述期望去除速率进行比较以调整抛光参数中的压力配方，并按照调整后的压力配方进行抛光。
示例性的，将图6中实线代表的实际去除速率和虚线代表的期望去除速率进行比较，在相似度较低的地方，获取对应分区的实际压力并对其进行调整以得到调整后的各个分区的压力配方。如图2和图3所示，晶圆w表面不同分区所需的压力对应抛光头10上压力腔室中通入气体的气压，各个压力腔室的气压组成了压力配方。
例如在图6中可以对Z1区和Z3区的压力进行调整。按照Z1至Z3的顺序，调节前压力配方P＝[1.8 1.8 1.8]，调节后压力配方P′＝[1.9 1.8 1.7]，压力单位为psi。
一般来说压力与去除速率具有特定对应关系，即压力越大，去除速率越大，通过去除速率调节压力可以消除其他干扰因素的影响，能够快速地将压力调节至适当范围，缩短了调节时间。
本发明实施例通过在线测量膜厚形貌来计算去除速率，并基于去除速率调节抛光头相应分区的压力配方，利用了去除速率与压力的特定函数关系，能够提高压力调节的快速性和准确性，更好地实现晶圆的全局平坦化。
在一个实施例中，步骤S103执行完毕之后，返回步骤S101重新循环执行。从而实现在膜厚形貌未达到理想的平整状态前不断地调整压力。
在本发明的一个实施例中，步骤S103包括：
1)计算所述实际去除速率在径向的不同分区上的均值，得到实际分区速率。
2)计算所述期望去除速率在径向的不同分区上的均值，得到期望分区速率。
3)比较各个分区的所述实际分区速率与所述期望分区速率的差值，在该差值超过预设范围时，按照设定调节幅度调节对应分区的压力。
如图6所示，晶圆表面不同分区将实际去除速率和期望去除速率相应地也分为了多个分区，例如，对于实际去除速率矩阵RRP＝[R1 R2 ...Rn]和期望去除速率矩阵RRT＝[R′1R′2...R′n]，Z1区中的RRP包括[Rq′ ... Rq]、RRT包括[R′q′ ... R′q]，Z2区中的RRP包括[Rp′... Rq′，Rq ... Rp]、RRT包括[R′p′ ... R′q′，R′q ... R′p]，Z3区中的RRP包括[R1 ... Rp′，Rp ... Rn]、RRT包括[R′1 ... R′p′，R′p ... R′n]。
分别计算每个分区的均值，得到多个实际分区速率
和期望分区速率
例如，对于Z1区，
同理，可以求得其他分区的均值。
将同一分区对应的实际分区速率
和期望分区速率
进行比较，在二者的差值超过预设范围时，调节该分区的压力。
当第i分区的
为正值时，减小第i分区的压力。
当第i分区的
为负值时，增加第i分区的压力。
例如，Z1区的压力由1.8psi增至1.9psi，Z2区压力不变，Z3区的压力由1.8psi降至1.7psi。
作为一种可实施方式，第i分区的实际压力记为Pi，第i分区的压力调节幅度记为ΔPi。压力的调节幅度可在控制程序中预先设定。
可以设定每次调节压力的幅度为固定值，即ΔPi＝a(psi)，例如0.2至0.5psi，优选为0.3psi。
或者可以将调节幅度设为实际压力的固定比例，即ΔPi＝b％·Pi，例如5％Pi至40％Pi，优选为10％Pi。
还可以将调节幅度设为上述差值与实际压力的函数，即
在本发明的一个实施例中，所述抛光方法还包括：
1)获取所述实际去除速率对应的实际压力配方，所述实际压力配方为晶圆由所述第一膜厚形貌抛至所述第二膜厚形貌所使用的压力配方。
2)根据多组实际去除速率和实际压力配方的对照关系拟合去除速率和压力的关系曲线，如图7中拟合的曲线。
3)基于所述去除速率和压力的关系曲线，计算所述期望去除速率对应的压力作为调整后的压力。
在另一个实施例中，获取多组实际去除速率和实际压力配方，按照对照关系建立动态数据库，并基于动态数据库拟合去除速率和压力的关系曲线。
需要理解的是，随着抛光时间的推进，抛光液成分、抛光垫表面形态、晶圆温度等抛光参数会发生变化，导致去除速率与压力的关系曲线也会发生变化，换句话说在压力不变时去除速率会有变化。为了解决此问题，本实施例中建立动态数据库，该数据库中的数据实时更新，也就是用新的实际去除速率和实际压力配方替换之前的实际去除速率和实际压力配方，以获取更接近当前实际的关系曲线，提高压力调节的准确性。
可选的，采用曲线拟合公式，利用动态数据库中的数据，建立晶圆表面各个分区对应的去除速率与压力的函数关系式。在之后的晶圆抛光时，计算得到去除速率之后便可以利用此函数关系式运算得到对应的压力。其中，动态数据库是指其中的数据可以动态更新。
如图7所示，图中每一个点的坐标由去除速率和压力组成，可记为(Ri，Pi)。将每一分区中的多个点用平滑曲线连接便可得到去除速率和压力的关系曲线。图7中示出了Z1区、Z1区和Z3区分别对应去除速率和压力的关系曲线，每一条关系曲线可拟合一个函数关系式，例如图7中Z1区的关系曲线所对应的函数关系式为y＝-312.84x2+3373.2x+1600.5，同理可以分别计算其他区对应的函数关系式。
在本发明的一个实施例中，所述抛光方法还包括：
1)当检测到所述实际去除速率与所述期望去除速率的差值在预设范围时，停止调整压力配方并按照实际压力配方进行抛光直至终点。
可以理解的是，在实际去除速率与期望去除速率无限接近时，按照实际去除速率进行抛光即可得到期望膜厚形貌，故此时停止改变压力。
2)当检测到所述晶圆的膜厚形貌满足预设平整条件时，停止调整压力配方并按照期望去除速率进行抛光直至终点。
其中，膜厚形貌满足预设平整条件可以为当前的膜厚形貌的平坦度近似于期望膜厚形貌的平坦度，此时采用期望去除速率也就是各分区一致的去除速率。
另外，膜厚形貌满足预设平整条件还可以为：计算组成膜厚形貌的数据序列的方差，若此方差小于预设值则判定膜厚形貌满足预设平整条件。也就是说在膜厚形貌调平后采用各分区一致的去除速率。
具体地，计算第二膜厚形貌THK2的方差为
其中，
在本发明的一个实施例中，所述抛光方法还包括：抛光下一片晶圆时，若检测到下一片晶圆的去除速率与前一片晶圆的去除速率对压力的响应相同，则参照前一片晶圆的压力配方对下一片晶圆进行抛光。
在另一个实施例中，抛光下一片晶圆时，若检测到下一片晶圆的去除速率与前一片晶圆的去除速率对压力的响应相同，则计算所述下一片晶圆所需的去除速率并从基于所述前一片晶圆的抛光过程建立的动态数据库中查找对应的所需压力配方；然后按照所述所需压力配方对所述下一片晶圆进行抛光。
其中，检测到下一片晶圆的去除速率与前一片晶圆的去除速率是否对压力的响应相同，包括：以相同压力分别对前一片晶圆和下一片晶圆抛光相同时间，检测去除速率是否相同。
具体地，在前一片晶圆开始抛光时，以预设压力配方进行一段固定时间(例如1s、1.5s)的抛光并保存此次抛光前后的膜厚形貌以及此次抛光的去除速率；在下一片晶圆开始抛光时，也以相同的预设压力配方进行相同的固定时间的抛光并保存膜厚形貌和去除速率的数据；对比这两次抛光的膜厚形貌或者去除速率，若相同或相似度在设定范围内，则可以认为两片晶圆的去除速率对压力的响应相同，从而可以使下一片晶圆参照由前一片晶圆得到的去除速率与压力配方的关系曲线选取对应的压力。
本实施例中，使后一片晶圆参照前一片的压力配方，能够极大地缩短压力调整的时间，提高调整效率。
可选地，若在下一片晶圆抛光期间检测到异常，则执行报警或者停机，以通知操作人员进行检查维修。
例如，采用预设压力配方对前一片晶圆抛光固定时间后得到的实际去除速率为RR1，采用该预设压力配方对后一片晶圆抛光该固定时间后得到的实际去除速率为RR2，若RR1与RR2的差值过大，甚至当RR1与RR2为n倍的关系时，例如n>2，判定此时有异常发生。
如图8所示，以一个示例对晶圆抛光的完整过程进行说明。
对于同一批次的晶圆，在前几片晶圆的抛光期间，例如前2片、前3片等，获取第一膜厚形貌和第二膜厚形貌，计算实际去除速率和期望去除速率并进行比较判定是否要调整压力配方，在调压后重新获取膜厚形貌以持续调压直至晶圆能够得到较好的平坦度。前几片晶圆抛完后，要抛下一片晶圆时，判定是否可以使用前一片晶圆的压力配方，以缩短调压时间。
在另一批次的晶圆抛光时，重复以上所述的图8中步骤。
本实施例中在抛光开始至结束期间，在线测量膜厚形貌并计算去除速率，然后根据去除速率调整压力配方直至抛至期望膜厚形貌。下一片晶圆可以参照前一片晶圆的压力配方，提高了调整效率。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
如图9所示，本发明的一个实施例提供的抛光系统100，用于执行图4所对应的实施例中的方法步骤，其包括：
测量模块110，用于在抛光期间对晶圆膜厚进行在线测量，以获取晶圆的第一膜厚形貌和预设时间后的第二膜厚形貌。
计算模块120，用于根据所述第一膜厚形貌、所述第二膜厚形貌以及期望膜厚形貌，计算实际去除速率和期望去除速率，其中，所述实际去除速率为晶圆由所述第一膜厚形貌抛至所述第二膜厚形貌的实际膜厚去除速率，所述期望去除速率为使晶圆由所述第二膜厚形貌达到所述期望膜厚形貌所需的膜厚去除速率。
调压模块130，用于将所述实际去除速率与所述期望去除速率进行比较以调整抛光参数中的压力配方，并按照调整后的压力配方进行抛光。
在一个实施例中，抛光控制系统100还包括其他功能模块/单元，用于实现上述方法实施例中各实施例的方法步骤。
本发明实施例还提供了一种化学机械抛光装置，包括：
抛光盘，其覆盖有用于对晶圆进行抛光的抛光垫；
抛光头，用于保持晶圆并将晶圆按压在所述抛光垫上；以及
控制单元，用于在抛光期间对晶圆膜厚进行在线测量，以获取晶圆的第一膜厚形貌和预设时间后的第二膜厚形貌；根据所述第一膜厚形貌、所述第二膜厚形貌以及期望膜厚形貌，计算实际去除速率和期望去除速率，其中，所述实际去除速率为晶圆由所述第一膜厚形貌抛至所述第二膜厚形貌的实际膜厚去除速率，所述期望去除速率为使晶圆由所述第二膜厚形貌达到所述期望膜厚形貌所需的膜厚去除速率；将所述实际去除速率与所述期望去除速率进行比较以调整抛光参数中的压力配方，并按照调整后的压力配方进行抛光。
图10是本发明一实施例提供的控制设备的示意图。如图10所示，该实施例的控制设备包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述方法实施例中所述的各实施例中的步骤，例如图4所示的步骤S101至S103。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述系统实施例中所述的各实施例中的各模块/单元的功能，例如图9所示模块110至130的功能。
所述控制设备是指具有数据处理能力的终端，包括但不限于计算机、工作站、服务器，甚至是一些性能优异的智能手机、掌上电脑、平板电脑、个人数字助理(PDA)、智能电视(Smart TV)等。
所述控制设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，图10仅仅是控制设备的示例，并不构成对控制设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述控制设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。
所述存储器可以是所述控制设备的内部存储单元，例如控制设备的硬盘或内存。所述存储器也可以是所述控制设备的外部存储设备，例如所述控制设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器还可以既包括所述控制设备的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器用于存储所述计算机程序以及所述控制设备所需的其他程序和数据。所述存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述方法实施例中所述的各实施例中的步骤，例如图4所示的步骤S101至步骤S103。或者，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述系统实施例中所述的各实施例中的各模块/单元的功能，例如图9所示的模块110至130的功能。
所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，各实施例可以任意组合，组合后形成的新的实施例也在本申请的保护范围之内。某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
以上所述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精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种化学机械抛光方法，其特征在于，包括：
在抛光期间对晶圆膜厚进行在线测量，以获取晶圆的第一膜厚形貌和预设时间后的第二膜厚形貌；
根据所述第一膜厚形貌、所述第二膜厚形貌以及期望膜厚形貌，计算实际去除速率和期望去除速率，其中，所述实际去除速率为晶圆由所述第一膜厚形貌抛至所述第二膜厚形貌的实际膜厚去除速率，所述期望去除速率为使晶圆由所述第二膜厚形貌达到所述期望膜厚形貌所需的膜厚去除速率；
将所述实际去除速率与所述期望去除速率进行比较以调整抛光参数中的压力配方，并按照调整后的压力配方进行抛光。
2.如权利要求1所述的化学机械抛光方法，其特征在于，还包括：
获取所述实际去除速率对应的实际压力配方，所述实际压力配方为晶圆由所述第一膜厚形貌抛至所述第二膜厚形貌所使用的压力配方；
根据多组实际去除速率和实际压力配方的对照关系拟合去除速率和压力的关系曲线。
3.如权利要求2所述的化学机械抛光方法，其特征在于，还包括：
基于所述去除速率和压力的关系曲线，计算所述期望去除速率对应的压力作为调整后的压力。
4.如权利要求1所述的化学机械抛光方法，其特征在于，所述在抛光期间对晶圆膜厚进行在线测量，包括：
利用原位监测装置采集晶圆抛光期间的采样点；
获取不同采样点对应的相对晶圆圆心的径向距离，将不同径向距离处的采样点组成膜厚形貌用于表征晶圆不同径向距离的膜厚。
5.如权利要求1所述的化学机械抛光方法，其特征在于，
第一膜厚形貌矩阵表示为THK1＝[a1 a2 ... an]；
第二膜厚形貌矩阵表示为THK2＝[b1 b2 ... bn]；
实际去除速率矩阵表示为RRP＝[R1 R2 ... Rn]；
所述计算实际去除速率，包括：
RRP＝(THK1-THK2)/t1；
其中，t1为所述预设时间。
6.如权利要求5所述的化学机械抛光方法，其特征在于，
期望膜厚形貌矩阵表示为THK0＝[c1 c2 ... cn]；
期望去除速率矩阵表示为RRT＝[R′1 R′2 ... R′n]；
所述计算期望去除速率，包括：
计算第二膜厚形貌的均值
计算期望膜厚形貌的均值
计算实际去除速率的均值
计算从所述第二膜厚形貌至所述期望膜厚形貌的估计时间t2＝(MTHK2-MTHK0)/MRRP；
则，RRT＝(THK2-THK0)/t2。
7.如权利要求1所述的化学机械抛光方法，其特征在于，对所述实际去除速率和所述期望去除速率进行比较以调整压力配方，包括：
计算所述实际去除速率在径向的不同分区上的均值，得到实际分区速率；
计算所述期望去除速率在径向的不同分区上的均值，得到期望分区速率；
比较各个分区的所述实际分区速率与所述期望分区速率的差值，在该差值超过预设范围时，按照设定调节幅度调节对应分区的压力。
8.如权利要求1至7任一项所述的化学机械抛光方法，其特征在于，还包括：
当检测到所述实际去除速率与所述期望去除速率的差值在预设范围时，停止调整压力配方并按照实际压力配方进行抛光直至终点；
当检测到所述晶圆的膜厚形貌满足预设平整条件时，停止调整压力配方并按照所述期望去除速率进行抛光直至终点。
9.如权利要求1至7任一项所述的化学机械抛光方法，其特征在于，还包括：
抛光下一片晶圆时，若检测到所述下一片晶圆的去除速率与前一片晶圆的去除速率对压力的响应相同，则参照所述前一片晶圆的压力配方对所述下一片晶圆进行抛光。
10.一种抛光系统，其特征在于，包括：
测量模块，用于在抛光期间对晶圆膜厚进行在线测量，以获取晶圆的第一膜厚形貌和预设时间后的第二膜厚形貌；
计算模块，用于根据所述第一膜厚形貌、所述第二膜厚形貌以及期望膜厚形貌，计算实际去除速率和期望去除速率，其中，所述实际去除速率为晶圆由所述第一膜厚形貌抛至所述第二膜厚形貌的实际膜厚去除速率，所述期望去除速率为使晶圆由所述第二膜厚形貌达到所述期望膜厚形貌所需的膜厚去除速率；
调压模块，用于将所述实际去除速率与所述期望去除速率进行比较以调整抛光参数中的压力配方，并按照调整后的压力配方进行抛光。
11.一种化学机械抛光装置，其特征在于，包括：
抛光盘，其覆盖有用于对晶圆进行抛光的抛光垫；
抛光头，用于保持晶圆并将晶圆按压在所述抛光垫上；以及
控制单元，用于在抛光期间对晶圆膜厚进行在线测量，以获取晶圆的第一膜厚形貌和预设时间后的第二膜厚形貌；根据所述第一膜厚形貌、所述第二膜厚形貌以及期望膜厚形貌，计算实际去除速率和期望去除速率，其中，所述实际去除速率为晶圆由所述第一膜厚形貌抛至所述第二膜厚形貌的实际膜厚去除速率，所述期望去除速率为使晶圆由所述第二膜厚形貌达到所述期望膜厚形貌所需的膜厚去除速率；将所述实际去除速率与所述期望去除速率进行比较以调整抛光参数中的压力配方，并按照调整后的压力配方进行抛光。
12.一种控制设备，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至9任一项所述抛光方法的步骤。
13.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至9任一项所述抛光方法的步骤。
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