本發(fā)明涉及機(jī)械平坦化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種在線改良晶圓表面平坦度的方法。

背景技術(shù)：

化學(xué)機(jī)械平坦化技術(shù)(chemicalmechanicalplanarization，英文簡稱cmp)是目前半導(dǎo)體制造工藝中晶圓全局平坦化最有效的方法。它利用化學(xué)與機(jī)械的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)晶圓表面的超精密拋光，并被廣泛應(yīng)用于集成電路制造業(yè)中。

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，晶圓尺寸也再不斷增大，例如，下一步將向直徑450mm方向發(fā)展。所以，晶圓表面材料層(如銅層)沿徑向方向的材料去除率將受晶圓變形、拋光液分布不均勻以及拋光墊損耗變化等因素產(chǎn)生更大差異，進(jìn)而嚴(yán)重影響拋光質(zhì)量。因此，為了解決大尺寸晶圓的拋光不均勻問題，如何在線改善晶圓表面銅層平坦度已成為cmp工藝控制的重要問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的旨在至少在一定程度上解決上述的技術(shù)問題之一。

為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種在線改良晶圓表面平坦度的方法。該方法可以實(shí)時調(diào)節(jié)晶圓表面相應(yīng)分區(qū)的材料去除率，從而實(shí)現(xiàn)可控平坦化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在線改良晶圓表面平坦度的目的。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明一方面實(shí)施例提出的在線改良晶圓表面平坦度的方法，所述方法應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)型cmp設(shè)備上，所述cmp設(shè)備包括拋光頭及其壓力在線調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，所述拋光頭包括多個壓力分區(qū)，所述方法包括：確定晶圓表面材料層上的基準(zhǔn)區(qū)；獲取所述多個壓力分區(qū)對應(yīng)的晶圓表面分區(qū)的材料層厚度值；根據(jù)所述基準(zhǔn)區(qū)的材料層厚度值與其余各分區(qū)的材料層厚度值，獲取各壓力分區(qū)新的壓力值；根據(jù)所述各壓力分區(qū)新的壓力值，控制所述拋光頭對所述晶圓表面進(jìn)行材料去除。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在線改良晶圓表面平坦度的方法，可先確定晶圓表面材料層上的基準(zhǔn)區(qū)，并獲取多個壓力分區(qū)對應(yīng)的晶圓表面分區(qū)的材料層厚度值，之后，根據(jù)基準(zhǔn)區(qū)的材料層厚度值與其余各分區(qū)的材料層厚度值，獲取各壓力分區(qū)新的壓力值，最后，根據(jù)各壓力分區(qū)新的壓力值，控制拋光頭對晶圓表面進(jìn)行材料去除。即通過改變拋光頭各壓力分區(qū)所施加的壓力大小，可以實(shí)時調(diào)節(jié)晶圓表面相應(yīng)分區(qū)的材料去除率，從而實(shí)現(xiàn)可控平坦化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在線改良晶圓表面平坦度的目的。

本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的在線改良晶圓表面平坦度的方法的流程圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的獲取各壓力分區(qū)新的壓力值的流程圖；

圖3根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的晶圓銅層厚度在拋光前后的徑向測量結(jié)果示意圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

下面參考附圖描述本發(fā)明實(shí)施例的在線改良晶圓表面平坦度的方法。

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的在線改良晶圓表面平坦度的方法的流程圖。需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例的在線改良晶圓表面平坦度的方法可以應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)型cmp設(shè)備上。其中，該cmp設(shè)備可包括拋光頭及其壓力在線調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)、拋光盤、修整器、拋光液輸送模塊等，其中，該拋光頭及其壓力在線調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)是最為關(guān)鍵的部件之一，是cmp技術(shù)實(shí)現(xiàn)納米級平坦化的基礎(chǔ)和核心。在本發(fā)明的實(shí)施例中，該拋光頭可包括多個壓力分區(qū)。

如圖1所示，該在線改良晶圓表面平坦度的方法可以包括：

s110，確定晶圓表面材料層上的基準(zhǔn)區(qū)。

可以理解，由于本發(fā)明實(shí)施例中的cmp拋光頭采用的是氣壓方式加載，具有多個拋光壓力分區(qū)，所以，該多個壓力分區(qū)對應(yīng)的會將晶圓表面材料層分成多個分區(qū)。

為此，在對晶圓表面進(jìn)行材料去除之前，可先確定該晶圓表面材料層上的基準(zhǔn)區(qū)。也就是說，可先從晶圓表面材料層的多個分區(qū)中確定出一個分區(qū)作為基準(zhǔn)區(qū)(或稱為參考區(qū))。

在本實(shí)施例中，基準(zhǔn)區(qū)的確定方式有很多種：例如，可預(yù)先設(shè)定晶圓表面材料層上的某個分區(qū)為基準(zhǔn)區(qū)，比如，假設(shè)cmp拋光頭共有5個壓力分區(qū)，這樣會對應(yīng)的將晶圓表面材料層分為5個分區(qū)，假設(shè)預(yù)先以晶圓表面材料層的某一分區(qū)(一般可以1區(qū)為主)作為基準(zhǔn)區(qū)；又如，可以晶圓表面的材料去除量的大小來確定該基準(zhǔn)區(qū)，比如，晶圓表面的材料去除的比較多，則可以晶圓表面上材料層厚度稍薄的分區(qū)作為基準(zhǔn)區(qū)，而當(dāng)晶圓表面的材料去除的比較少時，可以晶圓表面上材料層厚度稍厚的分區(qū)作為基準(zhǔn)區(qū)，具體情況可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用來確定，對此不作具體限定。

s120，獲取多個壓力分區(qū)對應(yīng)的晶圓表面分區(qū)的材料層厚度值。

作為一種示例，可通過材料厚度檢測裝置來檢測多個壓力分區(qū)對應(yīng)的晶圓表面分區(qū)的材料層厚度值。

舉例而言，在本示例中，該多個壓力分區(qū)可為5個，每個壓力分區(qū)的形狀可為環(huán)狀。其中，各壓力分區(qū)的徑向?qū)挾葎澐挚蔀?區(qū)為0～35mm，2區(qū)為35～95mm，3區(qū)為95～135mm，4區(qū)為135～145mm，5區(qū)為145～150mm，這樣的拋光頭可用于300mm晶圓的cmp工藝，此外，該拋光頭會將晶圓表面的材料層對應(yīng)的分為5個分區(qū)。在對晶圓表面進(jìn)行材料去除之前，可通過材料厚度檢測裝置來獲取這5個壓力分區(qū)對應(yīng)的晶圓表面分區(qū)的材料層厚度值。

s130，根據(jù)基準(zhǔn)區(qū)的材料層厚度值與其余各分區(qū)的材料層厚度值，獲取各壓力分區(qū)新的壓力值。

具體而言，在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，可將其余各分區(qū)的材料層厚度值分別與基準(zhǔn)區(qū)的材料層厚度值相差，得到其余各分區(qū)與基準(zhǔn)區(qū)之間的厚度偏差，并根據(jù)各壓力分區(qū)的當(dāng)前壓力值(即各壓力分區(qū)的基準(zhǔn)值)、以及其余各分區(qū)與基準(zhǔn)區(qū)之間的厚度偏差，獲取各壓力分區(qū)新的壓力值。

作為一種示例，如圖2所示，根據(jù)各壓力分區(qū)的當(dāng)前壓力值、以及其余各分區(qū)與基準(zhǔn)區(qū)之間的厚度偏差，獲取各壓力分區(qū)新的壓力值的具體實(shí)現(xiàn)過程可包括如下步驟：

s210，判斷當(dāng)前分區(qū)與基準(zhǔn)區(qū)之間的厚度偏差是否大于第一閾值。

s220，如果當(dāng)前分區(qū)與基準(zhǔn)區(qū)之間的厚度偏差大于第一閾值，則計(jì)算各壓力分區(qū)的當(dāng)前壓力值p0與預(yù)設(shè)的壓力調(diào)節(jié)量之間的和值，并將和值作為當(dāng)前分區(qū)對應(yīng)的壓力分區(qū)新的壓力值。

s230，如果當(dāng)前分區(qū)與基準(zhǔn)區(qū)之間的厚度偏差小于或等于第一閾值，則進(jìn)一步判斷當(dāng)前分區(qū)與基準(zhǔn)區(qū)之間的厚度偏差是否大于或等于第二閾值，其中，第一閾值大于第二閾值。

s240，如果當(dāng)前分區(qū)與基準(zhǔn)區(qū)之間的厚度偏差大于或等于第二閾值，則將各壓力分區(qū)的當(dāng)前壓力值p0作為當(dāng)前分區(qū)對應(yīng)的壓力分區(qū)新的壓力值，即此時的各壓力分區(qū)的壓力值保持不變。

s250，如果當(dāng)前分區(qū)與基準(zhǔn)區(qū)之間的厚度偏差小于第二閾值，則計(jì)算各壓力分區(qū)的當(dāng)前壓力值p0與壓力調(diào)節(jié)量之間的差值，并將差值作為當(dāng)前分區(qū)對應(yīng)的壓力分區(qū)新的壓力值。

可以理解，在本示例中，基準(zhǔn)區(qū)與基準(zhǔn)區(qū)的厚度偏差為0，則該基準(zhǔn)區(qū)對應(yīng)的壓力分區(qū)的壓力值保持不變，即該基準(zhǔn)區(qū)所對應(yīng)的壓力分區(qū)的壓力值不做調(diào)整。

需要說明的是，在實(shí)際工藝中，首先，可根據(jù)工藝要求，確定基準(zhǔn)區(qū)及其他分區(qū)的基本壓力值，然后在確定本步驟中所需要的第一閾值、第二閾值以及預(yù)設(shè)的壓力調(diào)節(jié)量的大小。在本發(fā)明的實(shí)施例中，各壓力分區(qū)的壓力調(diào)節(jié)量、第一閾值以及第二閾值的大小分別由各壓力分區(qū)與晶圓表面對應(yīng)分區(qū)去除率之間的關(guān)系及工藝需求所確定，需要多次實(shí)驗(yàn)與檢驗(yàn)，不斷修正而得到的。

作為一種示例，上述第一閾值與第二閾值可以是互為相反數(shù)。

舉例而言，以假設(shè)晶圓表面的材料層為銅層，并以晶圓表面上的中心區(qū)1區(qū)為基準(zhǔn)區(qū)，當(dāng)其它某區(qū)銅層厚度值與1區(qū)銅層厚度值之間的厚度差大于第一閾值，即其它某區(qū)銅層厚度值高于1區(qū)銅層厚度值、且超出可接受的厚度差范圍時，對相應(yīng)分區(qū)進(jìn)行加壓；當(dāng)其他某區(qū)銅層厚度值與1區(qū)銅層厚度值之間的厚度差小于第二閾值，即其它某區(qū)銅層厚度值低于1區(qū)銅層厚度值、且超出可接受的厚度差范圍時，對相應(yīng)分區(qū)進(jìn)行減壓，從而在實(shí)際工藝過程中，實(shí)現(xiàn)拋光頭各分區(qū)壓力的臺階式調(diào)節(jié)。

s140，根據(jù)各壓力分區(qū)新的壓力值，控制拋光頭對晶圓表面進(jìn)行材料去除。

具體地，在得到各壓力分區(qū)新的壓力值之后，可根據(jù)該各壓力分區(qū)新的壓力值控制拋光頭對晶圓表面進(jìn)行材料去除，以改善對應(yīng)分區(qū)的材料去除率，從而實(shí)現(xiàn)可控平坦化。

需要說明的是，分區(qū)壓力拋光頭是衡量cmp設(shè)備技術(shù)水平高低的重要因素，其控制思想來自preston模型，基于該preston模型，材料去除率可表示為：

r＝kpv(1)

其中，r為材料去除率，k為preston系數(shù)，p和v分別為晶圓表面的拋光壓力和晶圓與拋光盤的相對速度。

對于分區(qū)壓力拋光頭而言，晶圓表面各分區(qū)的材料去除率通過如下公式表示：

ri＝∑jki,jpjv(2)

其中，ri為晶圓表面第i分區(qū)的材料去除率，ki,j為拋光頭第j壓力分區(qū)的壓力對晶圓半徑i位置材料去除率的preston系數(shù)，pj為拋光頭第j壓力分區(qū)的壓力，v為晶圓與拋光盤的相對速度。

在本發(fā)明中，通過改變拋光頭各壓力分區(qū)所施加的壓力大小，可以調(diào)節(jié)晶圓表面相應(yīng)分區(qū)的材料去除率，從而實(shí)現(xiàn)可控平坦化?？梢岳斫?，拋光頭的分區(qū)數(shù)量越多，對材料去除率的調(diào)節(jié)能力越強(qiáng)，作為一種示例，該多個壓力分區(qū)可為5個。

綜上所述，本發(fā)明測量各區(qū)平均膜厚的分布來控制拋光工藝中的壓力參數(shù)，實(shí)現(xiàn)晶圓表面的全局平坦化。本發(fā)明可以有效結(jié)合現(xiàn)有工藝條件在規(guī)定時間內(nèi)對銅cmp過程中晶圓表面剩余銅層厚度形貌進(jìn)行平坦化處理，且在同時完成規(guī)定厚度銅層的快速去除。

舉例而言，假設(shè)晶圓表面的材料層為銅層，并以晶圓表面上的中心區(qū)1區(qū)為基準(zhǔn)區(qū)，調(diào)控晶圓表面上的2區(qū)和3區(qū)所對應(yīng)的分區(qū)壓力，具體工藝條件見下面表1，分區(qū)壓力參數(shù)設(shè)置見下面表2。圖3為晶圓銅層厚度在拋光前后的徑向測量結(jié)果示意圖。如圖3所示，其中a曲線為工藝前晶圓表面剩余銅層厚度，b曲線為通過本發(fā)明實(shí)施例的方法對晶圓銅層進(jìn)行材料去除后，晶圓表面剩余銅層厚度，可以看出，調(diào)控后的銅層厚度較均勻，能夠獲得較好的形貌。

表1工藝參數(shù)

表2工藝調(diào)控條件

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在線改良晶圓表面平坦度的方法，可先確定晶圓表面材料層上的基準(zhǔn)區(qū)，并獲取多個壓力分區(qū)對應(yīng)的晶圓表面分區(qū)的材料層厚度值，之后，根據(jù)基準(zhǔn)區(qū)的材料層厚度值與其余各分區(qū)的材料層厚度值，獲取各壓力分區(qū)新的壓力值，最后，根據(jù)各壓力分區(qū)新的壓力值，控制拋光頭對晶圓表面進(jìn)行材料去除。即通過改變拋光頭各壓力分區(qū)所施加的壓力大小，可以實(shí)時調(diào)節(jié)晶圓表面相應(yīng)分區(qū)的材料去除率，從而實(shí)現(xiàn)可控平坦化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在線改良晶圓表面平坦度的目的。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關(guān)系，除非另有明確的限定。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個或多個實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

流程圖中或在此以其他方式描述的任何過程或方法描述可以被理解為，表示包括一個或更多個用于實(shí)現(xiàn)特定邏輯功能或過程的步驟的可執(zhí)行指令的代碼的模塊、片段或部分，并且本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的范圍包括另外的實(shí)現(xiàn)，其中可以不按所示出或討論的順序，包括根據(jù)所涉及的功能按基本同時的方式或按相反的順序，來執(zhí)行功能，這應(yīng)被本發(fā)明的實(shí)施例所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

在流程圖中表示或在此以其他方式描述的邏輯和/或步驟，例如，可以被認(rèn)為是用于實(shí)現(xiàn)邏輯功能的可執(zhí)行指令的定序列表，可以具體實(shí)現(xiàn)在任何計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中，以供指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備(如基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)、包括處理器的系統(tǒng)或其他可以從指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備取指令并執(zhí)行指令的系統(tǒng))使用，或結(jié)合這些指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備而使用。就本說明書而言，"計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)"可以是任何可以包含、存儲、通信、傳播或傳輸程序以供指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備或結(jié)合這些指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備而使用的裝置。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的更具體的示例(非窮盡性列表)包括以下：具有一個或多個布線的電連接部(電子裝置)，便攜式計(jì)算機(jī)盤盒(磁裝置)，隨機(jī)存取存儲器(ram)，只讀存儲器(rom)，可擦除可編輯只讀存儲器(eprom或閃速存儲器)，光纖裝置，以及便攜式光盤只讀存儲器(cdrom)。另外，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)甚至可以是可在其上打印所述程序的紙或其他合適的介質(zhì)，因?yàn)榭梢岳缤ㄟ^對紙或其他介質(zhì)進(jìn)行光學(xué)掃描，接著進(jìn)行編輯、解譯或必要時以其他合適方式進(jìn)行處理來以電子方式獲得所述程序，然后將其存儲在計(jì)算機(jī)存儲器中。

應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的各部分可以用硬件、軟件、固件或它們的組合來實(shí)現(xiàn)。在上述實(shí)施方式中，多個步驟或方法可以用存儲在存儲器中且由合適的指令執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行的軟件或固件來實(shí)現(xiàn)。例如，如果用硬件來實(shí)現(xiàn)，和在另一實(shí)施方式中一樣，可用本領(lǐng)域公知的下列技術(shù)中的任一項(xiàng)或他們的組合來實(shí)現(xiàn)：具有用于對數(shù)據(jù)信號實(shí)現(xiàn)邏輯功能的邏輯門電路的離散邏輯電路，具有合適的組合邏輯門電路的專用集成電路，可編程門陣列(pga)，現(xiàn)場可編程門陣列(fpga)等。

本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法攜帶的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件完成，所述的程序可以存儲于一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時，包括方法實(shí)施例的步驟之一或其組合。

此外，在本發(fā)明各個實(shí)施例中的各功能單元可以集成在一個處理模塊中，也可以是各個單元單獨(dú)物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個模塊中。上述集成的模塊既可以采用硬件的形式實(shí)現(xiàn)，也可以采用軟件功能模塊的形式實(shí)現(xiàn)。所述集成的模塊如果以軟件功能模塊的形式實(shí)現(xiàn)并作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷售或使用時，也可以存儲在一個計(jì)算機(jī)可讀取存儲介質(zhì)中。

上述提到的存儲介質(zhì)可以是只讀存儲器，磁盤或光盤等。盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。