[發明專利]晶片輪廓實時控制方法和系統

在審

• 申請號: 201410427863.7
• 申請日: 2014-08-27
• 公開（公告）號: CN105437076A
• 公開（公告）日: 2016-03-30
• 發明（設計）人: 胡平
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號: B24B49/00
• 分類號: B24B49/00;B24B51/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 邢德杰

技術領域

本發明一般地涉及集成電路制造領域，特別是涉及用于化學機械研磨的晶片輪廓實時控制方法及其系統。

背景技術

隨著超大規模集成電路(ULSI，UltraLargeScaleIntegration)的飛速發展，集成電路制造工藝變得越來越復雜和精細，對晶片表面的平整度要求也越來越嚴格。而現在廣泛應用的多層布線技術會造成晶片表面起伏不平，對圖形制作極其不利。為此，需要對晶片進行平坦化(Planarization)處理，使每一層都具有較高的全局平整度。

雖然有許多平坦化技術都曾得到應用，如反刻法、玻璃回流法和旋涂膜層等，但是，這些傳統技術都屬于局部平面化技術，不能做到全局平坦化。目前，化學機械研磨法(CMP，ChemicalMechanicalPolishing)是達成全局平坦化的最佳方法，尤其在半導體制作工藝進入亞微米(sub-micron)領域后，化學機械研磨已經成為一項不可或缺的制作工藝技術。

具體請參考圖1，其為現有的化學機械研磨機臺的示意圖，如圖1所示，化學機械研磨機臺包括：研磨墊10、研磨平臺20、晶片30以及研磨頭，所述研磨頭包括保持環(retentionring)41以及位于保持環41之間的膜層42，所述研磨墊10貼附于研磨平臺20的表面，所述保持環41圍繞在晶片30周圍，以避免晶片30在研磨時滑出所述研磨頭而損壞，并可擴大晶片30的有效研磨區域，所述膜層40則用于吸附晶片30。

在進行化學機械研磨工藝時，可將吸附著晶片30的研磨頭移動到研磨平臺20上方，同時將晶片30壓緊到研磨平臺20上，該晶片30的待研磨面向下并接觸相對旋轉的研磨墊10，當研磨平臺20在馬達的帶動下旋轉時,所述研磨頭也進行相對運動，同時將研磨液50輸送到研磨墊10上，并通過離心力使所述研磨液50均勻地分布在研磨墊10上。所述化學機械研磨工藝所使用的研磨液50包含有化學腐蝕劑和研磨顆粒，通過化學腐蝕劑和所述待研磨表面的化學反應生成較軟的容易被去除的材料，然后通過機械摩擦將這些較軟的物質從被研磨晶片的表面去掉，從而達到全局平坦化的效果。

對于亞微米工藝而言，晶片輪廓控制變得越來越重要，但是在化學機械研磨過程中晶片輪廓變化非常大，而且還受到諸如保持環使用時間之類的因素的影響。在現有技術中，由于通常是在工藝設置期間就對輪廓基線進行預先設置，這種固定的程序設置無法覆蓋由于研磨液、研磨墊使用時間、盤使用時間等因素所引起的變化，因此無法針對研磨輪廓做出實時反饋以在化學機械研磨過程中進行校正，從而無法實現對化學機械研磨過程中的晶片輪廓進行實時控制。

特別地，在實際生產中發現，在化學機械研磨過程中，晶片30邊緣位置的研磨速率會由于各種因素發生較大的波動，例如，由于保持環41在研磨過程中是與研磨墊10相接觸的，因此保持環41會影響晶片30的邊緣位置的研磨速率(也稱為邊緣研磨速率)。在保持環41使用初期，即所述保持環41磨損較小時，晶片30的邊緣研磨速率較低；而當保持環41使用較長時間后，由于保持環41被不斷磨損消耗而逐漸變薄時，相應的對研磨墊10的壓力及造成的形變也會發生變化，則會導致晶片30的邊緣研磨速率明顯上升，但是，晶片30的中心位置的研磨速率(也稱為中心研磨速率)不會發生明顯變化。

但是，現有的化學機械研磨機臺通常是根據預先編入控制器的工藝參數來執行化學機械研磨工序的。也就是說，現有的化學機械研磨工序在保持環的不同使用階段均采用相同的工藝參數，因此無法調整由于保持環的使用時間的延長給化學機械研磨工序帶來的影響。特別地，在保持環使用初期，即在邊緣研磨速率較低時，晶片的邊緣位置可能會出現殘留物，而當保持環使用較長時間后，即在邊緣研磨速率較高時，晶片的邊緣位置則可能出現過研磨現象，使得在化學機械研磨過程中晶片邊緣輪廓變化很大，從而導致化學機械研磨工藝缺乏穩定性。

針對這一問題，目前提出的解決方案是采用由工程人員頻繁調整保持環壓力以及晶片邊緣區帶壓力的方式來維持晶片邊緣輪廓。但是，這種人工調整方式仍然無法針對晶片邊緣輪廓做出即時反饋以在化學機械研磨過程中進行實時調整，因此仍然無法實現晶片邊緣輪廓的實時控制，從而也就無法進一步提高產品良率。