[發明專利]實時偵測系統、實時偵測方法及化學機械拋光設備

有效

• 申請號: 202010116930.9
• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN111230723B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 李儒興;王雷;田寶;李協吉;胡海天
• 申請（專利權）人: 上海華虹宏力半導體制造有限公司
• 主分類號: B24B37/005
• 分類號: B24B37/005;B24B37/20;B24B37/34;B24B49/12
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 曹廷廷

本發明提供一種實時偵測系統，用于實時偵測研磨墊溝槽狀況以管控研磨墊壽命，所述實時偵測系統包括圖像采集模塊、數據處理模塊和界面管理模塊。本發明還提供一種實時偵測方法，包括：實時采集所述研磨墊溝槽的圖像；對所述圖像進行實時分析，確認所述研磨墊是否到達壽命，實時輸出分析結果。本發明還提供一種包括所述實時偵測系統的化學機械拋光設備。通過圖像采集模塊采集圖像信息，并通過數據處理模塊對圖像進行分析處理，實時得出研磨墊是否達到壽命的結果，最后通過界面管理模塊進行系統控制和狀態顯示，使得研磨墊壽命管控變得及時、可靠，同時減少了人力，解決了現有技術中研磨墊壽命管控缺乏即時性和可靠性且浪費人力的問題。

技術領域

本發明涉及半導體芯片技術領域，特別涉及一種實時偵測系統、實時偵測方法及化學機械拋光設備。

背景技術

化學機械拋光(CMP)技術已經被廣泛應用于半導體芯片制造工藝。CMP作為半導體制造工藝中最“貴”的工藝步驟之一，其原因在于耗材的頻繁使用和更換占據了CMP工藝成本的最大份額。CMP工藝中常用的耗材有研磨液、研磨墊、研磨墊修整器、定位環等。對于研磨墊，平均3～4天就要進行更換，同時，研磨墊修整器也需要配套更換。而決定研磨墊是否更換的因素在于研磨墊上的溝槽的狀態。如果溝槽已經被“磨光”或近乎“磨光”時，就需要更換研磨墊。

在化學機械拋光過程中，一般會對研磨墊設置一個最大使用時間，即使用壽命，當研磨墊的使用時間到達這個設定值時就需要更換研磨墊。理想情況下，研磨墊溝槽的消耗與使用時間成正比，而實際上，在同樣的使用時間下，研磨墊的溝槽深度具有很大的波動：有時候達到了壽命值時溝槽還有較深的深度，此時更換研磨墊會造成研磨墊成本的浪費；而有時候還沒到達壽命值時，溝槽已經被“磨光”，此時就會造成工藝性能(劃傷、研磨均勻性、研磨速率)的急劇惡化，導致芯片報廢或良率下降。

目前，對研磨墊溝槽的監控方式還停留在人工靠目視巡檢的水平，這種方式既缺乏即時性又缺乏可靠性，還浪費了人力。

發明內容

本發明的目的在于提供一種實時偵測方法及系統、實時偵測方法及化學機械拋光設備，以解決研磨墊壽命管控缺乏即時性和可靠性且浪費人力的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供一種實時偵測系統，用于實時偵測研磨墊溝槽的狀況以管控研磨墊壽命，所述實時偵測系統包括圖像采集模塊、數據處理模塊和界面管理模塊，所述圖像采集模塊用于實時獲取所述研磨墊的圖像信息，并將所述圖像信息實時輸入給所述數據處理模塊；所述數據處理模塊用于將獲得的所述圖像信息進行實時分析，以確認所述研磨墊是否到達壽命，并實時輸出分析結果；所述界面管理模塊用于實時顯示所述分析結果，并在認定需要更換所述研磨墊時發出預警。

可選的，在所述實時偵測系統中，所述圖像采集模塊包括面陣式工業攝像機。

可選的，在所述實時偵測系統中，所述數據處理模塊包括圖像處理單元、特征提取單元和分析處理單元，所述圖像處理單元用于將所述圖像進行畸變校正和圖像濾波處理；所述特征提取單元用于對畸變校正和圖像濾波處理后的所述圖像進行閾值分割，并從閾值分割后的所述圖像中提取所述研磨墊溝槽的深度特征；所述分析處理單元用于對所述深度特征進行分析轉換，以得到所述深度特征的量化值，進而確認所述研磨墊是否到達壽命并輸出分析結果。

可選的，在所述實時偵測系統中，所述界面管理模塊包括系統控制單元、實時顯示單元和預警監測單元，所述系統控制單元用于對所述實時偵測系統進行參數調整和控制；所述實時顯示單元用于實時顯示所述分析結果；所述預警監測單元用于在認定需要更換所述研磨墊時報警發出預警。

為解決上述技術問題，本發明還提供一種實時偵測方法，用于實時偵測研磨墊溝槽的狀況以管控研磨墊壽命，所述實時偵測方法包括：

步驟一，實時采集所述研磨墊的圖像；

步驟二，對所述圖像進行實時分析，得到所述研磨墊溝槽的實時狀況結果，通過對所述實時狀況結果的實時判斷確認所述研磨墊是否到達壽命，并實時輸出分析結果。