一種化學機械研磨方法及裝置制造方法
【專利摘要】本申請公開了一種化學機械研磨方法及裝置，該方法和裝置通過設(shè)置與研磨平臺相連的拋光速率檢測系統(tǒng)，實時監(jiān)測晶片的當前拋光速率并與設(shè)定的目標拋光速率比較，根據(jù)比較結(jié)果向排氣系統(tǒng)發(fā)送相應信號反饋，控制排氣系統(tǒng)增大或減小排氣管道內(nèi)的氣體壓強，改變當前的拋光速率直到與目標拋光速率一致，從而保持化學機械研磨過程中拋光速率的穩(wěn)定性。
【專利說明】一種化學機械研磨方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體制作領(lǐng)域，特別涉及一種化學機械研磨方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]當前的半導體制造工藝中，很多情況下會用到化學機械研磨(CMP)工藝，比如淺溝槽隔離(STI)氧化娃拋光、局部互聯(lián)(LI)氧化娃拋光、層間介質(zhì)(ILD)氧化娃拋光以及雙大馬式革銅拋光等。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中化學機械研磨裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，該化學機械研磨裝置共包括研磨平臺和排氣系統(tǒng)，其中，研磨平臺用于進行晶片的化學機械研磨，進一步包括:研磨盤100、固定于研磨盤100上的研磨墊101、由電機驅(qū)動研磨頭102以及研磨液供應管105，研磨盤100下方的轉(zhuǎn)軸103 —頭連接驅(qū)動電機一頭連接研磨盤100。研磨液供應管105用于輸出研磨液104。當進行研磨時，首先將待研磨的晶片附著在研磨102頭上，使晶片的待研磨面與研磨墊101接觸；然后，研磨盤100和研磨頭102均在電機的驅(qū)動下按逆時針方向進行旋轉(zhuǎn)，但兩者的旋轉(zhuǎn)速度不同，同時，研磨頭102還沿著研磨墊101的直徑方向進行徑向運動；同時，研磨液供應管105向研磨墊輸送研磨液104，通過研磨液104的化學作用和機械作用使晶片表面平坦化。需要說明的是，根據(jù)待研磨的材料的不同，研磨液104的具體成分也將不同，另外，研磨墊101的材質(zhì)以及圖案等也將不同。CMP機臺中還裝配有排氣系統(tǒng)，排氣系統(tǒng)的排氣口 106位于研磨盤上方，排氣口 106通過排氣管道與排風扇相連(圖中未畫出)，排風扇產(chǎn)生一定風量和風速的氣體通入排氣管道；排氣管道，位于所述研磨平臺上方，用于排出在研磨晶片過程中研磨平臺上產(chǎn)生的廢氣和殘留顆粒，排氣管道上具有閥門(圖中未畫出)，通過閥門進一步開啟或進一步關(guān)閉的狀態(tài)變化，增大或減小所述排氣管道中的氣體壓強，實現(xiàn)從排氣口 106抽取CMP機臺的研磨平臺上產(chǎn)生的廢氣和殘留顆粒。
[0004]隨著半導體制造技術(shù)的發(fā)展，半導體器件的特征尺寸越來越小，與之相對應的CMP工藝的精度要求也不斷提高，將采用CMP工藝對晶片進行平坦化過程中材料被去除的速度定義為拋光速率(removal rate)，其單位通常是納米每分鐘或者微米每分鐘。由于CMP機臺的工作原理復雜,影響removal rate的因素很多,業(yè)界普遍研究的幾大因素包括:CMP機臺的硬件(hardware),控制CMP機臺的軟件(software),研磨墊的旋轉(zhuǎn)速率，晶片的下壓力(down force),供應研磨液的流動速率(slurry fow rate),研磨液的溫度(temperature)等，removal rate也會隨著研磨墊消耗時間的增長而變化。我們通過實驗發(fā)現(xiàn)，在上述影響因素之外，研磨機臺環(huán)境(env ironment),特別是研磨機臺的排氣系統(tǒng)(Exhaust system)也是極大地影響了 removal rate。因為研磨機臺的排氣系統(tǒng)會對晶片施加壓力，改變晶片與研磨墊之間的接觸程度，從而改變removal rate。但是現(xiàn)有技術(shù)中并沒有考慮exhaust system對removal rate的影響,所以在采用固定不變的removal rate的情況下，由于exhaust system的影響,整個CMP過程中并不能保持理想的removal rate,具體表現(xiàn)為removal rate降低或者出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，對金屬銅的平坦化造成了不良影響。因此，如何調(diào)整排氣系統(tǒng)從而達到理想的removal rate成為一個亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供一種化學機械研磨方法和裝置，能夠靈活方便地進行化學機械研磨工藝流程，提高化學機械研磨的效率。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0007]—種化學機械研磨方法，提供晶片進行化學機械研磨，設(shè)定目標拋光速率，該方法還包括:
[0008]在所述化學機械研磨過程中，實時監(jiān)測當前拋光速率，將獲得的當前拋光速率與所述目標拋光速率相比較，如果當前拋光速率大于目標拋光速率，則增大排氣管道中的氣體壓強；如果當前拋光速率小于目標拋光速率，則減小排氣管道中的氣體壓強。
[0009]所述增大排氣管道中的氣體壓強的范圍是0.1帕斯卡到I帕斯卡。
[0010]所述減小排氣管道中的氣體壓強的范圍是0.1帕斯卡到I帕斯卡。
[0011 ] 一種化學機械研磨裝置，其特征在于，該裝置包括:研磨平臺，拋光速率檢測系統(tǒng)，排氣管道，閥門和傳感器；
[0012]所述研磨平臺，用于研磨晶片；
[0013]所述排氣管道，位于所述研磨平臺上方，用于排出所述研磨晶片過程中產(chǎn)生的廢氣和殘留顆粒；
[0014]所述拋光速率檢測系統(tǒng)，與所述研磨平臺相連，用于在設(shè)定目標拋光速率之后，實時監(jiān)測和獲取所述研磨平臺的當前拋光速率，將獲取的所述當前拋光速率與所述目標拋光速率相比較，如果當前拋光速率大于目標拋光速率，則通過所述信號反饋向所述傳感器發(fā)送第一信號，如果當前拋光速率小于目標拋光速率，則向所述傳感器發(fā)送第二信號；
[0015]所述傳感器，用于接收所述拋光速率監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)送的第一信號或第二信號，根據(jù)接收的所述第一信號控制所述閥門增大所述排氣管道中的氣體壓強，或者根據(jù)接收的所述第二信號控制所述閥門減小所述排氣管道中的氣體壓強；
[0016]所述閥門，位于所述排氣管道上，用于增大或減小所述排氣管道中的氣體壓強。
[0017]所述第一信號是高電平信號，所述第二信號是低電平信號。
[0018]所述第一信號是低電平信號，所述第二信號是高電平信號。
[0019]所述增大排氣管道中的氣體壓強范圍是0.1帕斯卡到I帕斯卡。
[0020]所述減小排氣管道中的氣體壓強范圍是0.1帕斯卡到I帕斯卡。
[0021]從上述方案可以看出，本發(fā)明提出一種化學機械研磨方法和裝置，該方法和裝置通過實時監(jiān)測晶片在化學機械研磨時的拋光速率，將獲得的拋光速率與設(shè)定的目標拋光速率相比較，根據(jù)比較結(jié)果調(diào)整排氣管道中氣體壓強大小，從而達到穩(wěn)定拋光速率的效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中化學機械研磨裝置圖；
[0023]圖2為本發(fā)明實施例化學機械研磨裝置圖。
【具體實施方式】[0024]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0025]具體實施例一
[0026]如圖2所示，本發(fā)明提供一種化學機械研磨裝置，該裝置包括:研磨平臺，拋光速率檢測系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)，其中，排氣系統(tǒng)中還進一步包括排氣口 106，排風扇，排氣管道，排氣管道上的閥門和傳感器(圖中未畫出)；
[0027]該化學機械研磨裝置共包括研磨平臺、排氣系統(tǒng)和拋光速率檢測系統(tǒng)107，其中，研磨平臺用于進行晶片的化學機械研磨，進一步包括:研磨盤100、固定于研磨盤100上的研磨墊101、由電機驅(qū)動研磨頭102以及研磨液供應管105，研磨盤100下方的轉(zhuǎn)軸103 —頭連接驅(qū)動電機一頭連接研磨盤100。研磨液供應管105用于輸出研磨液104。當進行研磨時，首先將待研磨的晶片附著在研磨102頭上，使晶片的待研磨面與研磨墊101接觸；然后，研磨盤100和研磨頭102均在電機的驅(qū)動下按逆時針方向進行旋轉(zhuǎn)，但兩者的旋轉(zhuǎn)速度不同，同時，研磨頭102還沿著研磨墊101的直徑方向進行徑向運動；同時，研磨液供應管105向研磨墊輸送研磨液104,通過研磨液104的化學作用和機械作用使晶片表面平坦化。需要說明的是，根據(jù)待研磨的材料的不同，研磨液104的具體成分也將不同，另外，研磨墊101的材質(zhì)以及圖案等也將不同。CMP機臺中還裝配有排氣系統(tǒng)，排氣系統(tǒng)的排氣口 106位于研磨盤100上方，排氣口 106通過排氣管道與排風扇相連(排氣管道和排風扇圖中未畫出)，其中，排風扇產(chǎn)生一定風量和風速的氣體通入排氣管道，由排氣管道排出在研磨晶片過程中研磨平臺上產(chǎn)生的廢氣和殘留顆粒，排氣管道上具有閥門，通過閥門進一步開啟或進一步關(guān)閉的狀態(tài)變化，增大或減小所述排氣管道中的氣體壓強。上述部分為現(xiàn)有技術(shù)，不再贅述。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)不同的是，本發(fā)明的CMP裝置中還包括拋光速率檢測系統(tǒng)107以及排氣系統(tǒng)中的傳感器，所述傳感器能夠根據(jù)拋光速率檢測系統(tǒng)107發(fā)送的不同信號調(diào)節(jié)閥門的進一步開閉，該拋光速率檢測系統(tǒng)107與研磨平臺相連，用于實時監(jiān)測和獲取當前拋光速率，該拋光速率檢測系統(tǒng)107中設(shè)定了目標拋光速率。
[0029]下面詳細介紹利用上述化學機械研磨裝置進行化學機械研磨的方法。
[0030]在上述拋光速率檢測系統(tǒng)107中設(shè)定目標拋光速率之后，實時監(jiān)測當前拋光速率，將獲得的當前拋光速率與所述目標拋光速率相比較，如果當前拋光速率大于目標拋光速率，則增大排氣管道中的氣體壓強；如果當前拋光速率小于目標拋光速率，則減小排氣管道中的氣體壓強。
[0031]具體的，在CMP裝置對放入其中的晶片進行化學機械研磨時，拋光速率檢測系統(tǒng)107實時監(jiān)測和獲取當前拋光速率，其具體方法為現(xiàn)有技術(shù)，不再贅述。通過將當前拋光速率與設(shè)定的目標拋光速率相比較，如果當前拋光速率大于目標拋光速率，則向所述傳感器發(fā)送第一信號，如果當前拋光速率小于目標拋光速率，則向所述傳感器發(fā)送第二信號。本具體實施例一中，在拋光速率檢測系統(tǒng)107中設(shè)定的目標拋光速率是10納米每分鐘，實時監(jiān)測的頻率是每20秒獲取一次當前拋光速率，假設(shè)第一次獲取的當前拋光速率為13納米每分鐘，拋光速率檢測系統(tǒng)107將該13納米每分鐘的當前拋光速率與設(shè)定的10納米每分鐘的目標拋光速率相比，很明顯當前拋光速率大于設(shè)定的目標拋光速率，如果要達到設(shè)定的目標拋光速率，需要降低當前拋光速率。根據(jù)我們大量的實驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，排氣系統(tǒng)中的氣體壓強與拋光速率之間的變化關(guān)系為反比關(guān)系，也就是說，如果增大排氣系統(tǒng)中的氣體壓強就能夠減小當前拋光速率，反之減小排氣系統(tǒng)中的氣體壓強則能夠增大當前拋光速率。根據(jù)上述排氣系統(tǒng)中的氣體壓強與拋光速率之間的變化關(guān)系，當我們希望降低當前拋光速率時，可以增大排氣系統(tǒng)中的氣體壓強，反之亦然。因此，本具體實施例一中，當需要降低當前拋光速率時，拋光速率檢測系統(tǒng)107會向傳感器發(fā)送第一信號。在其他情況下，比如當需要提高當前拋光速率時，則拋光速率檢測系統(tǒng)107會向傳感器發(fā)送第二信號。
[0032]需要注意的是，由于只有兩種信號類型，所以本發(fā)明的第一信號和第二信號可以分別用數(shù)字信號“O”和“I”表示，具體實現(xiàn)可以用高電平信號和低電平信號來區(qū)分，例如，將高電平信號作為第一信號，低電平信號作為第二信號，當然也可以將第一信號設(shè)置為低電平信號，第二信號設(shè)置為高電平信號。第一信號和第二信號的表不方法為現(xiàn)有技術(shù)，不再贅述。
[0033]接下來，本實施例一中，傳感器接收拋光速率檢測系統(tǒng)107發(fā)送的第一信號之后，根據(jù)接收的第一信號，控制排氣系統(tǒng)的排氣管道上的閥門進一步開啟，增大排氣管道中的氣體壓強。同理，如果接收的是第二信號，則控制閥門進一步關(guān)閉，減小排氣管道中的氣體壓強。本實施例中，每次增大或減小排氣管道的氣體壓強范圍是0.1帕斯卡到I帕斯卡，例如，0.1帕斯卡，0.5帕斯卡或者I帕斯卡。優(yōu)選的，每次增大或減小排氣管道的氣體壓強為
0.2帕斯卡。
[0034]本實施例中，通過第一次當前拋光速率的檢測以及增大排氣管道的氣體壓強，必然實現(xiàn)其值的降低，然后，重復上述步驟再次檢測獲取當前拋光速率，用再次獲取的當前拋光速率與目標拋光速率相比有差異時，根據(jù)比較結(jié)果增大或減小排氣管道內(nèi)的氣體壓強。如此循環(huán)，直到CMP過程結(jié)束。當然，如果當前拋光速率與目標拋光速率相同，則不改變排氣管道內(nèi)的氣體壓強。
[0035]上述具體實施例一可見，本發(fā)明通過實時監(jiān)測晶片的當前拋光速率并與設(shè)定的目標拋光速率比較，根據(jù)比較結(jié)果相應增大或減小排氣管道內(nèi)的氣體壓強，改變當前的拋光速率直到與目標拋光速率一致，從而保持化學機械研磨過程中拋光速率的穩(wěn)定性。
[0036]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明保護的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種化學機械研磨方法，提供晶片進行化學機械研磨，設(shè)定目標拋光速率，該方法還包括: 在所述化學機械研磨過程中，實時監(jiān)測當前拋光速率，將獲得的當前拋光速率與所述目標拋光速率相比較，如果當前拋光速率大于目標拋光速率，則增大排氣管道中的氣體壓強；如果當前拋光速率小于目標拋光速率，則減小排氣管道中的氣體壓強。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述增大排氣管道中的氣體壓強范圍是0.1帕斯卡到1帕斯卡；所述減小排氣管道中的氣體壓強范圍是0.1帕斯卡到I帕斯卡。
3.一種化學機械研磨裝置，其特征在于，該裝置包括:研磨平臺，拋光速率檢測系統(tǒng)，排氣管道，閥門和傳感器； 所述研磨平臺，用于研磨晶片； 所述排氣管道，位于所述研磨平臺上方，用于研磨平臺排出的廢氣； 所述拋光速率檢測系統(tǒng)，與所述研磨平臺相連，用于在設(shè)定目標拋光速率之后，實時監(jiān)測和獲取所述研磨平臺的當前拋光速率，將獲取的所述當前拋光速率與所述目標拋光速率相比較，如果當前拋光速率大于目標拋光速率，則通過所述信號反饋向所述傳感器發(fā)送第一信號，如果當前拋光速率小于目標拋光速率，則向所述傳感器發(fā)送第二信號； 所述傳感器，用于接收所述拋光速率監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)送的第一信號或第二信號，根據(jù)接收的所述第 一信號控制所述閥門增大所述排氣管道中的氣體壓強，或者根據(jù)接收的所述第二信號控制所述閥門減小所述排氣管道中的氣體壓強； 所述閥門，位于所述排氣管道上，用于增大或減小所述排氣管道中的氣體壓強。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述第一信號是高電平信號，所述第二信號是低電平號。
5.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述第一信號是低電平信號，所述第二信號是聞電平?目號。
6.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述增大排氣管道中的氣體壓強的范圍是.0.1帕斯卡到I帕斯卡；所述減小排氣管道中的氣體壓強的范圍是0.1帕斯卡到I帕斯卡。
【文檔編號】B24B37/04GK103722486SQ201210384562
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月11日
【發(fā)明者】唐強, 李佩, 湯露奇 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司