化學(xué)機(jī)械研磨方法及化學(xué)機(jī)械研磨裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種化學(xué)機(jī)械研磨方法及化學(xué)機(jī)械 研磨裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著超大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，集成電路制造工藝變得越來越復(fù)雜和精細(xì)， 為了提高集成度，降低制造成本，半導(dǎo)體器件的尺寸日益減小，平面布線已難以滿足半導(dǎo)體 器件高密度分布的要求，只能采用多層布線技術(shù)，進(jìn)一步提高半導(dǎo)體器件的集成密度。由于 多層互連或填充深度比較大的沉積過程導(dǎo)致了晶圓表面過大的起伏，引起光刻工藝聚焦的 困難，使得對(duì)線寬的控制能力減弱，降低了整個(gè)晶圓上線寬的一致性。為此，需要對(duì)不規(guī)則 的晶圓表面進(jìn)行平坦化處理。目前，化學(xué)機(jī)械研磨（Chemical Mechanical Polishing，CMP) 是達(dá)成全局平坦化的最佳方法，尤其是在半導(dǎo)體制作工藝進(jìn)入亞微米領(lǐng)域后，化學(xué)機(jī)械研 磨已成為一項(xiàng)不可或缺的制作工藝技術(shù)。
[0003] 化學(xué)機(jī)械研磨過程中，將晶圓放置于化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺(tái)的研磨頭上，并使晶圓的 待研磨表面向下與研磨墊（Pad)接觸，然后向化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺(tái)通入研磨液，并通過晶圓表 面與研磨墊之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)將晶圓表面平坦化。因此，研磨墊的研磨表面的平整度對(duì)于化 學(xué)機(jī)械研磨制程來說是至關(guān)重要的。目前，業(yè)界通常利用化學(xué)機(jī)械研磨設(shè)備的研磨墊調(diào)整 裝置（Pad Conditioner)來調(diào)整研磨墊的研磨表面的平整度，以使研磨表面的平整狀態(tài)符 合工藝要求。
[0004] 然而，研磨墊作為耗材總是存在循環(huán)效應(yīng)，即在使用初期和使用末期的性能較差， 進(jìn)而影響到工藝的穩(wěn)定性和產(chǎn)品的性能。為此，業(yè)界在剛對(duì)化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺(tái)進(jìn)行維護(hù) 時(shí)，即剛換上新研磨墊后，使用擋空片（dummy wafer)進(jìn)行預(yù)研磨來降低PM Cycle效應(yīng)， 如此能夠解決耗材使用初期效果不理想的問題。而使用末期則依靠終點(diǎn)探測(cè)（End-Point Detection，EDP)技術(shù)來監(jiān)測(cè)工藝的進(jìn)程，從而確定研磨終點(diǎn)。一種類型的終點(diǎn)檢測(cè)是基于 信號(hào)強(qiáng)度的終點(diǎn)檢測(cè)，其原理為：獲取表征被研磨層所剩厚度的監(jiān)控信號(hào)，當(dāng)信號(hào)強(qiáng)度越過 閾值時(shí)，則判斷達(dá)到了研磨終點(diǎn)。例如，通過電磁感應(yīng)原理來獲得與金屬層厚度相關(guān)的電信 號(hào)，由此來控制研磨工藝的終點(diǎn)。另一種類型的終點(diǎn)檢測(cè)是基于窗口探測(cè)的終點(diǎn)檢測(cè)，其通 過抓取監(jiān)測(cè)曲線中較為明顯的變化(揭示出被研磨材料層的過渡）來確定研磨終點(diǎn)。例如， 通過用掃描光束對(duì)晶圓表面進(jìn)行掃描，同時(shí)利用傳感器監(jiān)測(cè)經(jīng)晶圓表面反射的光強(qiáng)度，由 于金屬層與阻擋層的反射率不同，因此可以根據(jù)反射強(qiáng)度來控制研磨工藝的終點(diǎn)。具體來 說，當(dāng)金屬層被研磨掉一部分，被研磨材料的厚度出現(xiàn)變化時(shí)，光反射信號(hào)開始發(fā)生變化， 當(dāng)被研磨層被研磨完后，反射信號(hào)變化趨緩。因此，通過捕獲光反射信號(hào)的兩次明顯變化， 來判定化學(xué)機(jī)械研磨終點(diǎn)。
[0005] 在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，盡管采用了上述終點(diǎn)探測(cè)技術(shù)來監(jiān)測(cè)工藝的進(jìn)程，但是在研 磨墊使用末期的研磨效果仍然不理想，即實(shí)際研磨后薄膜剩余厚度與目標(biāo)值偏差過大，以 至于只能縮短使用耗材的使用壽命，來降低這種效應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種化學(xué)機(jī)械研磨方法及化學(xué)機(jī)械研磨裝置，以解決研磨 墊使用末期的研磨效果不理想的問題。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種化學(xué)機(jī)械研磨方法，根據(jù)研磨墊的使用壽 命實(shí)時(shí)調(diào)整研磨墊平整器的壓力，所述研磨墊的使用壽命越長(zhǎng)則所述研磨墊平整器的壓力 越大。
[0008] 進(jìn)一步的，根據(jù)如下公式確定研磨墊平整器的壓力：
[0009]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，根據(jù)研磨墊的使用壽命實(shí)時(shí)調(diào)整研磨墊平整 器的壓力，所述研磨墊的使用壽命越長(zhǎng)則所述研磨墊平整器的壓力越大。
2. 如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，根據(jù)如下公式確定研磨墊平 整器的壓力：
其中，DF實(shí)時(shí)為實(shí)時(shí)的研磨墊平整器壓力值，DF@定為固定的研磨墊平整器壓力值， Padlife,&為設(shè)定的研磨墊總壽命，PadlifeiwS實(shí)時(shí)的研磨墊壽命，K為換算因子，K取值 范圍為0. 05~2. 0。
3. 如權(quán)利要求2所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，所述換算因子取決于工藝、機(jī) 臺(tái)以及使用的原材料。
4. 如權(quán)利要求2所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，所述工藝是指淺溝槽化學(xué)機(jī) 械研磨工藝、鎢金屬化學(xué)機(jī)械研磨工藝、中間隔離層化學(xué)機(jī)械研磨工藝或銅金屬化學(xué)機(jī)械 研磨工藝。
5. 如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，所述設(shè)定的研磨墊總壽命是 所述研磨墊所能研磨的晶圓總片數(shù)，所述實(shí)時(shí)的研磨墊壽命是所述研磨墊實(shí)時(shí)研磨的晶圓 片數(shù)。
6. 如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，根據(jù)如下公式確定研磨墊平 整器的壓力： DF 實(shí)時(shí)=(l_K*sin ( π /2+ (Padlife 實(shí)時(shí)/Padlife 總）* π ) *DF 固定 其中，DF實(shí)時(shí)為實(shí)時(shí)的研磨墊平整器壓力值，DF@定為固定的研磨墊平整器壓力值， Padlife,&為設(shè)定的研磨墊總壽命，PadlifeiwS實(shí)時(shí)的研磨墊壽命，K為換算因子，K取值 范圍為0. 05~1. 0。
7. 如權(quán)利要求6所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，所述換算因子取決于工藝、機(jī) 臺(tái)以及使用的原材料。
8. 如權(quán)利要求6所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，所述工藝是指淺溝槽化學(xué)機(jī) 械研磨工藝、鎢金屬化學(xué)機(jī)械研磨工藝、中間隔離層化學(xué)機(jī)械研磨工藝或銅金屬化學(xué)機(jī)械 研磨工藝。
9. 如權(quán)利要求6所述的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，所述設(shè)定的研磨墊總壽命是 所述研磨墊所能研磨的晶圓總片數(shù)，所述實(shí)時(shí)的研磨墊壽命是所述研磨墊實(shí)時(shí)研磨的晶圓 片數(shù)。
10. -種化學(xué)機(jī)械研磨裝置，包括：研磨墊、研磨墊平整器以及研磨墊平整器壓力調(diào)整 系統(tǒng)，所述研磨墊平整器用于調(diào)整所述研磨墊的平整度，所述研磨墊平整器壓力調(diào)整系統(tǒng) 根據(jù)所述研磨墊的使用壽命實(shí)時(shí)調(diào)整所述研磨墊平整器的壓力，所述研磨墊的使用壽命越 長(zhǎng)則所述研磨墊平整器的壓力越大。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種化學(xué)機(jī)械研磨方法及化學(xué)機(jī)械研磨裝置，根據(jù)研磨墊的使用壽命實(shí)時(shí)調(diào)整研磨墊平整器的壓力，所述研磨墊的使用壽命越長(zhǎng)則所述研磨墊平整器的壓力越大，以保證研磨去除率的穩(wěn)定，最終保證了CMP工藝后的薄膜剩余厚度的穩(wěn)定，提高了產(chǎn)品之間的薄膜剩余厚度的穩(wěn)定性和最終芯片性能的穩(wěn)定。
【IPC分類】B24B53-017, B24B37-10
【公開號(hào)】CN104742008
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310737786
【發(fā)明人】張芳余
【申請(qǐng)人】中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2013年12月27日