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置與研磨平臺相連的拋光速率檢測系統，實時監測晶片的當前拋光速率并與設定的目標拋光速率比較，根據比較結果向排氣系統發送相應信號反饋，控制排氣系統增大或減小排氣管道內的氣體壓強，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定性。
【專利說明】一種化學機械研磨方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體制作領域，特別涉及一種化學機械研磨方法及裝置。
【背景技術】
[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(LI)氧化娃拋光、層間介質(ILD)氧化娃拋光以及雙大馬式革銅拋光等。
[0003]現有技術中化學機械研磨裝置的結構示意圖，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，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、由電機驅動研磨頭102以及研磨液供應管105，研磨盤100下方的轉軸103 —頭連接驅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均在電機的驅動下按逆時針方向進行旋轉，但兩者的旋轉速度不同，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的材質以及圖案等也將不同。CMP機臺中還裝配有排氣系統，排氣系統的排氣口 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閉的狀態變化，增大或減小所述排氣管道中的氣體壓強，實現從排氣口 106抽取CMP機臺的研磨平臺上產生的廢氣和殘留顆粒。
[0004]隨著半導體制造技術的發展，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。我們通過實驗發現，在上述影響因素之外，研磨機臺環境(env ironment),特別是研磨機臺的排氣系統(Exhaust system)也是極大地影響了 removal rate。因為研磨機臺的排氣系統會對晶片施加壓力，改變晶片與研磨墊之間的接觸程度，從而改變removal rate。但是現有技術中并沒有考慮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,具體表現為removal rate降低或者出現不穩定的情況，對金屬銅的平坦化造成了不良影響。因此，如何調整排氣系統從而達到理想的removal rate成為一個亟待解決的問題。
【發明內容】
[0005]有鑒于此，本發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]本發明的技術方案是這樣實現的:
[0007]—種化學機械研磨方法，提供晶片進行化學機械研磨，設定目標拋光速率，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，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生的廢氣和殘留顆粒；
[0014]所述拋光速率檢測系統，與所述研磨平臺相連，用于在設定目標拋光速率之后，實時監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，則向所述傳感器發送第二信號；
[0015]所述傳感器，用于接收所述拋光速率監測系統發送的第一信號或第二信號，根據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定的目標拋光速率相比較，根據比較結果調整排氣管道中氣體壓強大小，從而達到穩定拋光速率的效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為現有技術中化學機械研磨裝置圖；
[0023]圖2為本發明實施例化學機械研磨裝置圖。
【具體實施方式】[0024]為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本發明作進一步詳細說明。
[0025]具體實施例一
[0026]如圖2所示，本發明提供一種化學機械研磨裝置，該裝置包括:研磨平臺，拋光速率檢測系統和排氣系統，其中，排氣系統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、排氣系統和拋光速率檢測系統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、由電機驅動研磨頭102以及研磨液供應管105，研磨盤100下方的轉軸103 —頭連接驅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均在電機的驅動下按逆時針方向進行旋轉，但兩者的旋轉速度不同，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的材質以及圖案等也將不同。CMP機臺中還裝配有排氣系統，排氣系統的排氣口 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閉的狀態變化，增大或減小所述排氣管道中的氣體壓強。上述部分為現有技術，不再贅述。
[0028]與現有技術不同的是，本發明的CMP裝置中還包括拋光速率檢測系統107以及排氣系統中的傳感器，所述傳感器能夠根據拋光速率檢測系統107發送的不同信號調節閥門的進一步開閉，該拋光速率檢測系統107與研磨平臺相連，用于實時監測和獲取當前拋光速率，該拋光速率檢測系統107中設定了目標拋光速率。
[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107中設定目標拋光速率之后，實時監測當前拋光速率，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107實時監測和獲取當前拋光速率，其具體方法為現有技術，不再贅述。通過將當前拋光速率與設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，則向所述傳感器發送第二信號。本具體實施例一中，在拋光速率檢測系統107中設定的目標拋光速率是10納米每分鐘，實時監測的頻率是每20秒獲取一次當前拋光速率，假設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107將該13納米每分鐘的當前拋光速率與設定的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定的目標拋光速率，如果要達到設定的目標拋光速率，需要降低當前拋光速率。根據我們大量的實驗結果可以發現，排氣系統中的氣體壓強與拋光速率之間的變化關系為反比關系，也就是說，如果增大排氣系統中的氣體壓強就能夠減小當前拋光速率，反之減小排氣系統中的氣體壓強則能夠增大當前拋光速率。根據上述排氣系統中的氣體壓強與拋光速率之間的變化關系，當我們希望降低當前拋光速率時，可以增大排氣系統中的氣體壓強，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107會向傳感器發送第一信號。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107會向傳感器發送第二信號。
[0032]需要注意的是，由于只有兩種信號類型，所以本發明的第一信號和第二信號可以分別用數字信號“O”和“I”表示，具體實現可以用高電平信號和低電平信號來區分，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置為低電平信號，第二信號設置為高電平信號。第一信號和第二信號的表不方法為現有技術，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107發送的第一信號之后，根據接收的第一信號，控制排氣系統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，根據比較結果增大或減小排氣管道內的氣體壓強。如此循環，直到CMP過程結束。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的氣體壓強。
[0035]上述具體實施例一可見，本發明通過實時監測晶片的當前拋光速率并與設定的目標拋光速率比較，根據比較結果相應增大或減小排氣管道內的氣體壓強，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定性。
[0036]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明保護的范圍之內。
【權利要求】
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，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，與所述研磨平臺相連，用于在設定目標拋光速率之后，實時監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，則向所述傳感器發送第二信號； 所述傳感器，用于接收所述拋光速率監測系統發送的第一信號或第二信號，根據接收的所述第 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 優先權日:2012年10月11日
【發明者】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