[發明專利]一種用于CMP拋光墊壽命在線檢測的系統和方法

在審

• 申請號: 201811612877.0
• 申請日: 2018-12-27
• 公開（公告）號: CN109454547A
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 顧海洋;王東輝;張志軍;古楓
• 申請（專利權）人: 杭州眾硅電子科技有限公司
• 主分類號: B24B37/005
• 分類號: B24B37/005;B24B37/10;B24B49/12;B24B57/02;B24B53/017
• 代理公司: 上海元好知識產權代理有限公司 31323
• 代理人: 張靜潔;包姝晴

本發明涉及一種用于CMP拋光墊壽命在線檢測的系統及方法，帶溝槽的拋光墊設置在拋光臺的表面并隨拋光臺轉動；拋光頭將晶圓壓在拋光墊表面并相對拋光臺運動，對晶圓進行平坦化處理：對應拋光區域的部件上安裝有光源和光學探測器，光源發射光束至拋光墊表面并反射至光學探測器；控制器在線接收來自光學探測器的信號，根據信號強弱計算溝槽深度，判斷拋光墊的剩余工作時間。本發明還提供一種基于拋光墊壽命檢測的CMP工藝參數在線調整方法，根據拋光墊的剩余工作時間，在線調整CMP工藝參數，如平坦化時間、拋光臺轉速、拋光頭轉速、拋光頭壓力、拋光液流量、拋光盤溫度等能控制晶圓平坦化去除效率的因素，從而提升晶圓的平坦化效率和平坦化質量。

技術領域

本發明涉及用于拋光墊壽命在線檢測的系統和方法，尤其是一種用于CMP拋光墊壽命在線檢測的系統和方法。

背景技術

化學機械研磨，也被成為化學機械平坦化(Chemical MechanicalPlanarization，CMP)或者化學機械拋光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)，是能夠對半導體元件(如晶圓)實現全局和局部平坦化的工藝技術。

在CMP設備中包含拋光臺，所述拋光臺表面設置有拋光墊；所述拋光臺上方設置有拋光頭對待處理的晶圓進行夾持，并施加一定的壓力將晶圓緊壓在拋光墊的表面；所述拋光頭與拋光臺相對移動或相對旋轉，同時由磨粒和化學溶液組成的拋光液在晶圓和拋光墊之間流動，使晶圓表面在化學和機械的共同作用下實現平坦化。所述拋光臺上方還設置有修整頭，通過修整頭上的金剛石盤對拋光墊表面進行修整；所述修整頭帶動金剛石盤旋轉，下壓在拋光墊上并以設定軌跡移動，從而提高拋光墊表面的粗糙度，去除平坦化過程中產生的副產物。

所述拋光墊表面設有多個溝槽，拋光液通過所述溝槽分布在拋光層表面。隨著平坦化工藝的進行，拋光墊會逐漸地變薄消耗。因此，拋光墊是一種耗材，其壽命(剩余工作時間)是一個非常重要的因素。新拋光墊的表面材料通氣性好，能較好地流通拋光液以增加晶圓表面材料的化學反應程度，提升晶圓平坦化效率。隨著拋光墊的使用，拋光墊表面材料被磨損，其通透性變差，使得晶圓平坦化的效率變差，此時可改變某些平坦化參數來提升晶圓平坦化效率。當拋光墊使用一定時間后，晶圓的平坦化效率變得非常差，此時，需要更換舊的拋光墊換上新的拋光墊，從而繼續加工晶圓，保證工廠的產出。

目前，拋光墊壽命的判別方法主要依靠以下幾種方式：

1.依靠拋光墊的工作時間。當更換拋光墊以后，機臺重置拋光墊的使用時間；之后，機臺實時統計拋光墊的工作時間，當達到設定值后，提醒客戶更換拋光墊。

2.統計每片拋光墊上平坦化晶圓的數量。當更換拋光墊后，機臺重置此片拋光墊平坦化晶圓的數量；之后，機臺實時統計拋光墊平坦化晶圓的數量，當達到設定值后，提醒客戶更換拋光墊；

3.當機臺停機維護的時候，用工具測量拋光墊溝槽的深度，以此判斷拋光墊的磨損情況，確定是否需要更換拋光墊。

其中，方法1、2的缺點是，由于拋光臺轉速、拋光頭轉速、拋光液流量、溫度等參數的波動，容易造成相同工作時間內或者相同平坦化晶圓數量的情況下拋光墊的磨損情況不一致，過早更換拋光墊容易造成浪費，過晚更換拋光墊容易造成產品的產率和良率下降。方法3的缺點是，需要人工去測量拋光墊溝槽深度，由此會造成拋光墊污染，同時造成生產效率降低。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于CMP拋光墊壽命在線檢測的系統和方法，可以準確有效地計算拋光墊的壽命(剩余工作時間)，并可以根據拋光墊的剩余工作時間實時調整CMP工藝參數，提升晶圓的平坦化效率和平坦化質量。

為了達到上述目的，本發明的一個技術方案是提供一種用于CMP拋光墊壽命在線檢測的系統，帶溝槽的拋光墊設置在拋光臺的表面并隨拋光臺轉動；所述拋光臺上方設置有相對拋光臺移動或旋轉的拋光頭，所述拋光頭將其承載的晶圓壓在拋光墊表面的拋光區域進行平坦化處理，其特征在于，所述系統包含：