CN116197821A - Cmp工艺中研磨垫修整方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种CMP工艺中研磨垫修整方法，先保持修整器的修整参数为现有常规的标准参数，当研磨垫的研磨效果不满足预设要求时，对修整器的修整参数进行调整，使研磨垫的沟槽深度沿研磨垫的径向逐渐增大，即使研磨垫的粗糙度沿研磨垫的径向逐渐增大，由于越靠近研磨垫边缘位置线速度越大，研磨液越不易停留，且越靠近研磨垫边缘位置研磨副产物越易聚集使粗糙度降低，导致研磨速率沿径向逐渐减小，所以通过沿径向逐渐增大研磨垫的粗糙度，来弥补该研磨速率的差异，从而最终使研磨垫在不同的使用寿命时保证晶圆不同区域的研磨速率基本相同，以延长研磨垫的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别是涉及一种CMP工艺中研磨垫修整方法。
背景技术
随着集成电路技术节点的不断缩小，光刻工艺对晶圆平坦度的要求日益迫切。化学机械研磨工艺（简称CMP工艺），CMP工艺的引入成功的解决了光刻对平坦化的需求，同时显著提升了晶圆间的均匀性和晶圆内的平整度，有效减少了晶圆的表面缺陷。但是，随着技术节点从0.13μm延伸至22nm，以铜CMP制程为例，CMP研磨的材料涉及Cu、Ta、oxide、low K、ALD等，制程对均匀性、平整度、缺陷控制的要求愈发严苛，工艺所使用到的抛光材料日渐复杂和昂贵。
在CMP工艺过程中，研磨垫表面的粗糙度和研磨液分布是工艺控制的关键。晶圆在研磨过程中产生的副产物会聚集在研磨垫的沟槽和微孔隙中，对研磨垫及时有效的修整可以保持研磨垫表面相对稳定的表面粗糙度和研磨液分布，从而能保证相对稳定的研磨速率。反之，研磨垫的修整效果差，便会产生晶圆的不同区域研磨速率不稳定，平整度难以控制的问题。同时，随着研磨垫的不断使用和修整，在研磨垫不同的使用寿命中保持其研磨性能的一致性也是极具挑战的难题。研磨垫和修整器的成本昂贵，在保证性能一致性的前提下，有效延伸其使用寿命同时也是降本增效的关键。
现有的研磨垫的修整技术，在研磨垫和修整器搭配使用中研磨垫的使用寿命严重浪费，即使强行延长其使用寿命也无法有效控制研磨速率及其分布，无法应用于大规模生产。
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CMP工艺中研磨垫修整方法，用于解决现有技术在CMP工艺中，研磨垫和修整器搭配使用中研磨垫的使用寿命严重浪费，即使强行延长其使用寿命也无法有效控制研磨速率及其分布，从而提高工艺制造成本等的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种CMP工艺中研磨垫修整方法，所述修整方法包括：
将修整器的修整参数设定为标准，对研磨垫进行标准修整，同时收集所述研磨垫不同使用寿命时的控片内不同区域研磨后的厚度数据；
将所述控片内不同区域研磨前的厚度数据与研磨后的厚度数据相减，除以研磨时间获得所述控片不同区域的研磨速率数据；
若所述控片沿径向内侧的研磨速率数据与沿径向外侧的研磨速率数据相减大于预设值时，则对所述修整器的修整参数进行调整；然后对所述研磨垫进行修整，以使所述研磨垫的沟槽深度沿所述研磨垫的径向逐渐增大，所述径向指的是从某物的中心沿径向指向边缘的方向，其中，先要检测所述研磨垫的沟槽深度分布，并根据所述研磨垫的沟槽深度分布对所述修整器的修整参数进行调整，所述修整参数包括修整时间和/或修整压力。
可选地，所述研磨垫的沟槽的形貌沿所述研磨垫的径向呈“碗状”，即所述研磨垫边缘沟槽的深度大于中间沟槽的深度。
可选地，通过改变所述修整器的修整压力使所述研磨垫的沟槽深度沿所述研磨垫的径向逐渐增大；其中，所述修整器的修整压力的改变原则为，对需要获得较大沟槽深度的研磨垫区域增大修整压力，对需要获得较小沟槽深度的研磨垫区域减小修整压力。
可选地，通过改变所述修整器的修整时间使所述研磨垫的沟槽深度沿所述研磨垫的径向逐渐增大；其中，所述修整器的修整时间的改变原则为，对需要获得较大沟槽深度的研磨垫区域延长修整时间，对需要获得较小沟槽深度的研磨垫区域缩短修整时间。
可选地，通过改变所述修整器的修整压力及修整时间使所述研磨垫的沟槽深度沿所述研磨垫的径向逐渐增大；其中，所述修整器的修整压力及修整时间的改变原则为，对需要获得较大沟槽深度的研磨垫区域增大修整压力并延长修整时间，对需要获得较小沟槽深度的研磨垫区域减小修整压力并缩短修整时间。
可选地，述研磨垫的沟槽呈同心圆环分布。
可选地，所述CMP工艺中研磨垫修整方法适于对Cu材料的CMP工艺。
可选地，在所述研磨垫的整个使用寿命中采用至少一次如上所述的CMP工艺中研磨垫修整方法，直至所述研磨垫报废。
如上所述，本发明的CMP工艺中研磨垫修整方法，先保持修整器的修整参数为现有常规的标准参数，当研磨垫的研磨效果不满足预设要求时，对修整器的修整参数进行调整，使研磨垫的沟槽深度沿研磨垫的径向逐渐增大，即使研磨垫的粗糙度沿研磨垫的径向逐渐增大，由于越靠近研磨垫边缘位置线速度越大，研磨液越不易停留，且越靠近研磨垫边缘位置研磨副产物越易聚集使粗糙度降低，导致研磨速率沿径向逐渐减小，所以通过沿径向逐渐增大研磨垫的粗糙度，来弥补该研磨速率的差异，从而最终使研磨垫在不同的使用寿命时保证晶圆不同区域的研磨速率基本相同，以延长研磨垫的使用寿命。
附图说明
图1显示为本发明一示例的CMP工艺中研磨垫修整方法中研磨垫的平面示意图。
图2显示为本发明一示例的CMP工艺中研磨垫修整方法中CMP机台简易示意图。
图3显示为将修整器的修整参数设定为标准时，对研磨垫进行修整后，研磨垫不同区域沟槽深度分布图。
图4显示为本发明一示例的CMP工艺中研磨垫修整方法中，研磨垫不同区域沟槽深度分布图。
图5显示为将修整器的修整参数设定为标准时，铜控片不同区域研磨速率随研磨垫使用寿命的变化曲线。
图6显示为采用本发明的CMP工艺中研磨垫修整方法后，铜控片不同区域研磨速率随研磨垫使用寿命的变化曲线。
元件标号说明
10 研磨垫，11 控片，12 研磨头，13 传输臂，14 研磨液机械臂，15 修整器。
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他优点与功效。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1至图6。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，遂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型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
周知，如图2所示，CMP工艺制程是通过传输臂13将控片11（即为晶圆）传输至研磨头12上，研磨头12吸附固定控片11，并将控片11的表面与研磨垫10表面接触，然后控片11表面与研磨垫10的研磨表面之间相对运动从而实现对控片11表面平坦化，在研磨过程中，研磨液机械臂14将研磨液喷洒在研磨垫10表面。因此，研磨垫表面的粗糙度和研磨液在研磨垫上的分布对于控片11表面形态的控制是至关重要的。晶圆在研磨过程中产生的副产物会聚集在研磨垫的沟槽和微孔隙中，为了调整研磨垫研磨表面的粗糙度，现有的做法是通过修整器15来调整研磨垫研磨表面的粗糙度，常规的修整器包括一个修正盘，修正盘通过压抵在研磨垫研磨表面修整研磨垫。目前的研磨垫和修整器的不合理搭配使用会使研磨垫的使用寿命严重浪费，即使强行延长其使用寿命也无法有效控制研磨速率及其分布，导致研磨效果无法满足要求。
发明人经过对现有技术研究发现，研磨垫在研磨过程中，越靠近研磨垫边缘位置线速度越大，因此越靠近边缘位置的研磨液也越不容易在研磨过程中停留在研磨垫上，则会造成研磨垫的过度损耗，也导致控片不同位置研磨速率稳定性不高，一般为越靠近控片边缘研磨速率越低，而现有修整器对于研磨垫不同区域的修正参数是保持不变的，所以其对研磨垫不同区域的修整效果是相同的，即对研磨垫不同区域表面粗糙度的修整效果是一致的，所以随着研磨垫使用时间的加长，这种研磨速率的不稳定性差异还是会越来越大，从而不满足CMP工艺要求，此时研磨垫也就需要报废了，这将导致研磨垫使用寿命的降低。
基于以上分析，本实施例提供一种CMP工艺中研磨垫修整方法，通过提升在整个研磨垫寿命消耗过程中研磨速率的稳定性来延长研磨垫的使用寿命。所述修整方法包括：
将修整器的修整参数设定为标准，对研磨垫进行标准修整，同时收集所述研磨垫不同使用寿命时的控片内不同区域研磨后的厚度数据；
将所述控片内不同区域研磨前的厚度数据与研磨后的厚度数据相减，除以研磨时间获得所述控片不同区域的研磨速率数据；
若所述控片沿径向内侧的研磨速率数据与沿径向外侧的研磨速率数据相减大于预设值时，则对所述修整器的修整参数进行调整；然后对所述研磨垫进行修整，以使所述研磨垫的沟槽深度沿所述研磨垫的径向逐渐增大，所述径向指的是从某物的中心沿径向指向边缘的方向，其中，先要检测所述研磨垫的沟槽深度分布，并根据所述研磨垫的沟槽深度分布对所述修整器的修整参数进行调整，所述修整参数包括修整时间和/或修整压力。
本实施例的修整方法的修整机理为：先保持修整器的修整参数为现有的标准参数，即对研磨垫每个区域的修整参数保持一致，对研磨垫进行标准修整，在此过程中同时收集研磨垫不同使用寿命时的控片内不同区域研磨后的厚度数据，并与对应的研磨前的厚度数据相减，除以研磨时间获得控片不同区域的研磨速率数据，并计算出均一性数据；然后根据设定的预设值，比较控片不同区域的研磨速率数据，若控片沿径向内侧的研磨速率数据与沿径向外侧的研磨速率数据相减大于预设值时，即研磨垫的研磨效果达不到预设的要求，则对修整器的修整参数进行调整，并在此调整的基础上对研磨垫进行修整，修整的效果为研磨垫的沟槽深度沿研磨垫的径向逐渐增大，修整的方式为：先检测研磨垫的沟槽深度分布，并根据该研磨垫的沟槽深度分布对修整器的修整参数进行调整。
本实施例的修整方法，先保持修整器的修整参数为现有常规的标准参数，当研磨垫的研磨效果不满足预设要求时，对修整器的修整参数进行调整，使研磨垫的沟槽深度沿研磨垫的径向逐渐增大，即使研磨垫的粗糙度沿研磨垫的径向逐渐增大，由于越靠近研磨垫边缘位置线速度越大，研磨液越不易停留，且越靠近研磨垫边缘位置研磨副产物越易聚集使粗糙度降低，导致研磨速率沿径向逐渐减小，所以通过沿径向逐渐增大研磨垫的粗糙度，来弥补该研磨速率的差异，从而最终使研磨垫在不同的使用寿命时保证晶圆不同区域的研磨速率基本相同，以延长研磨垫的使用寿命。
如图3所示，为采用现有常规的修整参数，即将修整器的修整参数设定为标准时，对研磨垫进行修整后，研磨垫不同区域沟槽深度分布图，从图中可以看出，越靠近研磨垫边缘位置，沟槽深度越小，即粗糙度越小，这是由于越靠近边缘位置线速度越大，研磨过程中产生的副产物越容易聚集在边缘位置的沟槽内，从而使研磨垫边缘位置的粗糙度降低，同时加之研磨液也不易在边缘位置停留，导致研磨垫越靠近边缘位置研磨速率越低。
如图4所示，为采用本实施例的修整方法对研磨垫进行修整后，研磨垫上不同区域沟槽深度分布图，从图中可以看出，越靠近研磨垫边缘位置，沟槽深度越大，即粗糙度越大。采用该方式可以弥补由于越靠近边缘位置研磨液越不易停留带来研磨效率越低的差异，从而使整个研磨垫不同区域的研磨速率保持在相对稳定的范围内，达到延长研磨垫寿命的效果。
这里需要说明的是，在整个研磨垫的使用寿命中可以采用至少一次本实施例的修整方法，直至研磨垫彻底报废，具体使用次数根据实际情况进行选择，在此不做具体限制。
作为一较佳示例，采用本实施例的修整方法，使所述研磨垫的沟槽形貌沿所述研磨垫的径向呈“碗状”，即所述研磨垫边缘沟槽的深度大于中间沟槽的深度。
作为示例，可以通过改变所述修整器的修正压力和/或修整时间使所述研磨垫的沟槽深度沿所述研磨垫的径向逐渐增大。例如，可以通过仅改变所述修整器的修整压力使所述研磨垫的沟槽深度沿所述研磨垫的径向逐渐增大；也可以通过仅改变所述修整器的修整时间使所述研磨垫的沟槽深度沿所述研磨垫的径向逐渐增大；也可以通过同时改变所述修整器的修整压力及修整时间使所述研磨垫的沟槽深度沿所述研磨垫的径向逐渐增大。修整的原则为：当通过改变修整器的修整压力时，对需要获得较大沟槽深度的研磨垫区域增大修整压力，对需要获得较小沟槽深度的研磨垫区域减小修整压力；当通过改变修整器的修整时间时，对需要获得较大沟槽深度的研磨垫区域延长修整时间，对需要获得较小沟槽深度的研磨垫区域缩短修整时间；当通过改变修整器的修整压力及修整时间时，对需要获得较大沟槽深度的研磨垫区域增大修整压力并延长修整时间，对需要获得较小沟槽深度的研磨垫区域减小修整压力并缩短修整时间。具体地修整方式根据实际情况进行选择，本实施例的较佳方式为通过改变所述修整器的修整时间使所述研磨垫的沟槽深度沿所述研磨垫的径向逐渐增大。
作为示例，如图1所示，本实施例的修整方法优选适用于所述研磨垫的沟槽是沿圆心呈同心圆环分布的形式。
作为示例，本实施例的修整方法优选适用于CMP工艺中对铜材料（Cu材料）的CMP工艺。由于铜的硬度比较大，不易研磨，且其使用的研磨液黏度又比较小，所以越容易产生研磨垫不同区域研磨速率不同的问题，导致研磨垫的使用寿命比较短。如图5及图6所示，图5为采用现有常规的将修整器修的修整参数设定为标准时，对控片收集到的Cu-CMP马拉松结果，由图中可以看出，当研磨到第500片时，控片的研磨厚度在不同区域变化已经相当大了，意味着研磨垫的研磨速率在不同区域相差已经比较大了，此时的研磨结果已经不满足CMP研磨要求，所以研磨垫就需要报废了。图6为采用本实施例的CMP工艺中研磨垫修整方法后，对控片收集到的Cu-CMP马拉松结果，由图中可以看出，当研磨到第1000片时，控片的研磨厚度在不同区域的变化也不是很明显，意味着研磨垫的研磨速率在不同的寿命时不同区域还是保持在相对稳定的水平，与图5相比，有效拉长了研磨垫的使用寿命。
综上所述，本发明提供一种CMP工艺中研磨垫修整方法，先保持修整器的修整参数为现有常规的标准参数，当研磨垫的研磨效果不满足预设要求时，对修整器的修整参数进行调整，使研磨垫的沟槽深度沿研磨垫的径向逐渐增大，即使研磨垫的粗糙度沿研磨垫的径向逐渐增大，由于越靠近研磨垫边缘位置线速度越大，研磨液越不易停留，且越靠近研磨垫边缘位置研磨副产物越易聚集使粗糙度降低，导致研磨速率沿径向逐渐减小，所以通过沿径向逐渐增大研磨垫的粗糙度，来弥补该研磨速率的差异，从而最终使研磨垫在不同的使用寿命时保证晶圆不同区域的研磨速率基本相同，以延长研磨垫的使用寿命。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
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 (8)
1.一种CMP工艺中研磨垫修整方法，其特征在于，所述修整方法包括：
将修整器的修整参数设定为标准，对研磨垫进行标准修整，同时收集所述研磨垫不同使用寿命时的控片内不同区域研磨后的厚度数据；
将所述控片内不同区域研磨前的厚度数据与研磨后的厚度数据相减，除以研磨时间获得所述控片不同区域的研磨速率数据；
若所述控片沿径向内侧的研磨速率数据与沿径向外侧的研磨速率数据相减大于预设值时，则对所述修整器的修整参数进行调整；然后对所述研磨垫进行修整，以使所述研磨垫的沟槽深度沿所述研磨垫的径向逐渐增大，所述径向指的是从某物的中心沿径向指向边缘的方向，其中，先要检测所述研磨垫的沟槽深度分布，并根据所述研磨垫的沟槽深度分布对所述修整器的修整参数进行调整，所述修整参数包括修整时间和/或修整压力。
2.根据权利要求1所述的CMP工艺中研磨垫修整方法，其特征在于：所述研磨垫的沟槽的形貌沿所述研磨垫的径向呈“碗状”，即所述研磨垫边缘沟槽的深度大于中间沟槽的深度。
3.根据权利要求1或2所述的CMP工艺中研磨垫修整方法，其特征在于：通过改变所述修整器的修整压力使所述研磨垫的沟槽深度沿所述研磨垫的径向逐渐增大；其中，所述修整器的修整压力的改变原则为，对需要获得较大沟槽深度的研磨垫区域增大修整压力，对需要获得较小沟槽深度的研磨垫区域减小修整压力。
4.根据权利要求1或2所述的CMP工艺中研磨垫修整方法，其特征在于：通过改变所述修整器的修整时间使所述研磨垫的沟槽深度沿所述研磨垫的径向逐渐增大；其中，所述修整器的修整时间的改变原则为，对需要获得较大沟槽深度的研磨垫区域延长修整时间，对需要获得较小沟槽深度的研磨垫区域缩短修整时间。
5.根据权利要求1或2所述的CMP工艺中研磨垫修整方法，其特征在于：通过改变所述修整器的修整压力及修整时间使所述研磨垫的沟槽深度沿所述研磨垫的径向逐渐增大；其中，所述修整器的修整压力及修整时间的改变原则为，对需要获得较大沟槽深度的研磨垫区域增大修整压力并延长修整时间，对需要获得较小沟槽深度的研磨垫区域减小修整压力并缩短修整时间。
6.根据权利要求1或2所述的CMP工艺中研磨垫修整方法，其特征在于：所述研磨垫的沟槽呈同心圆环分布。
7.根据权利要求1或2所述的CMP工艺中研磨垫修整方法，其特征在于：所述CMP工艺中研磨垫修整方法适于对Cu材料的CMP工艺。
8.根据权利要求1所述的CMP工艺中研磨垫修整方法，其特征在于：在所述研磨垫的整个使用寿命中采用至少一次如权利要求1所述的CMP工艺中研磨垫修整方法，直至所述研磨垫报废。
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2023
- 2023-05-06 CN CN202310498567.5A patent/CN116197821B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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