专利名称：化学机械研磨系统及使用该系统研磨晶片的方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件制造工艺，特别涉及一种化学机械研磨系统及使用该系统研磨晶片的方法。
背景技术：
随着半导体技术的发展、器件尺寸的缩小，光刻技术对晶片表面的平坦程度要求越来越高。其中，化学机械研磨(CMP)是半导体制造过程中被普遍使用的一种平坦化方法，此外，化学机械研磨还可以用于去除沉积在晶片表面的薄膜。化学机械研磨的原理包括化学与机械效应的组合，在待研磨的材料层表面，因为发生化学反应而生成特定层，接着以机械方式将此特定层移除。
图I为现有的化学机械研磨装置的俯视图。如图I所示，化学机械研磨装置100包括研磨垫110、研磨头130、研磨液传输装置140以及研磨垫整理器150。研磨头130的下端放置有晶片120，研磨头130用于使晶片120的待研磨表面与研磨垫110接触。研磨液传输装置140设置在研磨垫110的上方，用于将研磨液喷洒到研磨垫110的表面上。研磨垫整理器150包括整理臂151和设置在整理壁151 —端的整理盘152，其中整理臂151可以带动整理盘152在研磨垫110上移动，以使整理盘152对研磨垫110的表面进行修整动作。此外，研磨垫110的表面上还设置有沟槽111，沟槽111不但可以使得研磨液在研磨垫110上均匀分布，并且在研磨过程中还可以收集研磨液产生的微粒或由外界落在研磨垫110上的微粒。通常情况下，研磨垫110的直径比晶片120的直径大几倍。在研磨过程中，将晶片120放置在偏离研磨垫110中心的位置处，以防止用不平整的表面研磨晶片120。研磨垫110转动的过程中晶片120也会由研磨头130带动而转动。虽然晶片120的转动轴与研磨垫110的转动轴不在同一直线上，但是彼此平行。由于晶片120上不同区域的转动速度不同，因此导致研磨后晶片120的表面会存在厚度上的差异。通常情况下，研磨后晶片120边缘区域的厚度要大于晶片120中心区域的厚度，并且边缘区域与中心区域之间的厚度差还与研磨垫110的使用时间有关。研磨垫110的使用时间越长，上述厚度差越大。当研磨垫110的使用时间达到其最大寿命时，研磨后上述厚度差可以达到1400埃，甚至更多。在化学机械研磨工序中，研磨垫110和整理盘152均属于两种主要的耗材，它们将影响材料层的研磨速率和研磨后晶片的中心区域与边缘区域的厚度差(即，表面形貌)。在两者的使用初期和接近最大使用寿命时，虽然工艺上仅存在很小的差别，却对晶片的性质产生很大影响。以Cu的大马士革工艺过程中的化学机械研磨为例，随着研磨垫110和整理盘152的使用时间的延长，研磨后晶片120上边缘区域的厚度会明显大于中心区域的厚度，因此，导致边缘区域会有金属Cu残留。此外，随着化学机械研磨工序的进行，研磨垫110的表面会变得越来越光滑。研磨垫整理器150除了可清扫研磨垫110表面的研磨碎屑之外，还可以借着在研磨垫110表面形成微小刮痕而提高研磨垫110的粗糙度，进而抑制研磨垫110的光滑化。然而，随着整理盘152使用时间的延长，其改善研磨垫110表面粗糙度的效果变差，致使待研磨材料层的研磨速率降低。而现有的化学机械研磨装置100通常是根据编入控制器(未示出)的工艺参数而执行化学机械研磨工序的。也就是说，现有的化学机械研磨工序在研磨垫Iio和整理盘152的不同使用阶段，均采用相同的工艺参数，因此，无法调整由于研磨垫110和整理盘152的使用时间的延长给化学机械研磨工序带来的影响。仍然以Cu的大马士革工艺过程中的化学机械研磨为例，对于不同的晶片均采用相同的研磨时间，而由于研磨速率的改变，不同晶片上剩余的Cu的厚度会存在差异，这将导致不同晶片之间Cu的薄层电阻(Rs)不同。因此，需要一种化学机械研磨系统及使用该系统研磨晶片的方法，以解决现有技术的问题。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式
部分中进 一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。为了避免研磨垫使用时间的延长给化学机械研磨带来影响，本发明提供一种对晶片进行化学机械研磨方法，所述晶片上形成有待研磨材料层，所述方法使用研磨垫对所述晶片进行化学机械研磨，其中，在进行所述化学机械研磨的同时，使所述晶片在所述研磨垫的径向上以由如下方式确定的摆动振幅摆动所述摆动振幅根据第一关系曲线和所述研磨垫研磨过的晶片数量来确定，所述第一关系曲线为研磨后所述晶片上边缘区域与中心区域的厚度差达到目标值时，所述摆动振幅与所述研磨垫研磨过的晶片数量之间的关系曲线。优选地，所述第一关系曲线是通过以下方法测定的，所述测定方法包括i)提供n组测试样品，所述测试样品的表面形成有测试材料层，所述测试材料层与所述待研磨材料层相同，其中n为正整数；ii)将所述第X组测试样品放置在研磨过tx片所述测试样品的研磨垫上分别进行化学机械研磨的同时，分别以不同的摆动振幅fx沿所述研磨垫的径向摆动第X组测试样品中的每一个，其中，X为整数，且0 < X < n ;iii)重复步骤ii)至n组所述测试样品均完成化学机械研磨；iv)测量n组所述测试样品中每一个的中心区域与边缘区域的厚度差；v)在n组所述测试样品中选择所述厚度差达到所述目标值的测试样品；vi)绘制被步骤V)选择的测试样品的摆动振幅fx与所述研磨垫研磨过的测试样品数量tx之间的关系曲线作为第一关系曲线。优选地，所述第一关系曲线中所述研磨垫研磨过的晶片数量对应的坐标轴的最小单位是至少2个晶片。优选地，所述方法还包括使用整理盘对所述研磨垫进行整理。优选地，使用所述整理盘对所述研磨垫进行整理的同时，对所述整理盘施加压力，所述压力是根据以下方式确定的根据第二关系曲线和所述整理盘的使用时间来确定所述待研磨材料层的研磨速率，所述第二关系曲线为所述待研磨材料层的研磨速率与所述整理盘的使用时间之间的关系曲线；根据所述研磨速率和预定研磨速率之间的差值，确定补偿研磨速率；根据第三关系曲线和所述补偿研磨速率来确定对所述整理盘施加的压力，所述第三关系曲线为所述待研磨材料层的研磨速率与对所述整理盘施加的压力之间的关系曲线。优选地，所述第二关系曲线是通过以下方法测定的，所述测定方法包括提供多个测试样品，所述多个测试样品的表面均形成有测试材料层，所述测试材料层与所述待研磨材料层相同；使用相同的研磨垫对所述多个测试样品进行化学机械研磨的同时，使用具有不同使用时间的整理盘分别对所述研磨垫进行整理；分别测量所述多个测试样品的研磨速率；绘制所述研磨速率与所述整理盘的使用时间之间的关系曲线作为第二关系曲线。优选地，所述第三关系曲线是通过以下方法测定的，所述测定方法包括提供多个测试样品，所述多个测试样品的表面均形成有测试材料层，所述测试材料层与所述待研磨材料层相同；使用相同的研磨垫对所述多个测试样品进行化学机械研磨，并使用相同的整理盘对所述研磨垫进行整理的同时，对所述多个测试样品进行化学机械研磨，其中，所述整 理盘对所述研磨垫进行整理过程中分别对所述整理盘施加不同的压力；分别测量所述多个测试样品的研磨速率；绘制所述研磨速率与对所述整理盘施加的压力之间的关系曲线作为第三关系曲线。本发明还提供一种化学机械研磨系统，包括化学机械研磨装置，所述化学机械研磨装置包括研磨垫，以对晶片进行化学机械研磨；晶片计数器，所述晶片计数器用于对所述研磨垫已经研磨的所述晶片的数量进行计数，并输出计数信号；控制器，所述控制器接收所述计数信号，并根据第一关系曲线确定所述晶片的摆动振幅，进而控制所述化学机械研磨设备进行化学机械研磨，其中，所述第一关系曲线为研磨后所述晶片上边缘区域与中心区域的厚度差达到目标值时，所述晶片沿研磨垫的摆动振幅与所述研磨垫研磨过的晶片数量之间的关系曲线。优选地，所述第一关系曲线中所述研磨垫研磨过的晶片数量对应的坐标轴的最小单位是至少2个晶片。优选地，所述化学机械研磨装置包括整理盘，以对所述研磨垫进行整理。优选地，所述控制器还用于确定所述整理盘的使用时间，并根据第二关系曲线和第三关系曲线确定对所述整理盘施加的压力，其中，所述第二关系曲线为所述待研磨材料层的研磨速率与所述整理盘的使用时间之间的关系曲线；所述第三关系曲线为所述待研磨材料层的研磨速率与对所述整理盘施加的压力之间的关系曲线。根据本发明的化学机械研磨方法通过调整研磨过程中晶片沿研磨垫径向的摆动振幅，可以补偿研磨后中心区域与边缘区域的厚度差，进而避免随研磨垫使用时间的延长晶片研磨后表面形貌改变。进一步，通过调整整理盘对研磨垫进行整理过程中对整理盘施加的压力，可以补偿研磨速率的降低，进而维持研磨速率的恒定。
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施方式及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，
图I为现有的化学机械研磨装置的俯视 图2A为根据本发明一个方面的研磨后晶片上边缘区域与中心区域的厚度差与研磨垫研磨过的晶片数量之间的关系曲线；
图2B为根据本发明一个方面的研磨后晶片上边缘区域与中心区域的厚度差达到400埃时，摆动振幅与研磨垫研磨过的晶片数量之间的关系曲线；
图3A为根据本发明一个方面的待研磨材料层的研磨速率与整理盘的使用时间之间的关系曲线；
图3B为根据本发明一个方面的待研磨材料层的研磨速率与对整理盘施加的压力之间的关系曲线；
图4为根据本发明一个实施方式的化学机械研磨系统的示意图。
具体实施例方式在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便说明本发明是如何避免随研磨垫的使用时间的延长给化学机械研磨工序带来的影响。显然，本发明的施行并不限定于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施方式详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。在对晶片进行化学机械研磨过程中，研磨垫和整理盘是两种主要的耗材。根据研磨垫和整理盘种类的不同和待研磨材料层的材料之间的差异，研磨垫和整理盘的最大使用寿命也不相同。研磨该晶片时研磨垫和整理盘处于其使用寿命的不同阶段会对研磨后晶片的表面形貌和待研磨材料层的研磨速率产生一定影响，最终导致半导体器件性能之间的巨大差异，甚至会影响良品率。下面将分别对研磨垫的使用时间对化学机械研磨的影响和本发明的解决方案，以及整理盘的使用时间对化学机械研磨的影响和本发明的解决方案进行详细描述
图2A为根据本发明一个方面的研磨后晶片上边缘区域与中心区域的厚度差与研磨垫研磨过的晶片数量之间的关系曲线。需要说明的是，在本发明中使用研磨垫研磨过的晶片数量来反映该研磨垫的使用时间。如图2A所示，随着研磨垫研磨过的晶片数量的增加(SP，研磨垫使用时间的增大)，研磨后晶片上边缘区域与中心区域的厚度差明显增大。该厚度差通常表现为晶片上待研磨材料层的边缘区域的厚度大于中心区域的厚度。以研磨垫最多能够研磨800片晶片为例，在研磨垫最大使用寿命内的初期和末期，上述厚度差从300埃增大到1300埃。本发明提供一种对晶片进行化学机械研磨的方法。该方法使用研磨垫对形成有待研磨材料层的晶片进行化学机械研磨。如图I所示，在进行上述化学机械研磨的同时，使晶片120在研磨垫110的径向上摆动，其中晶片120的振幅摆动可以根据第一关系曲线和研磨垫110研磨过的晶片数量来确定，其中，所述第一关系曲线为研磨后晶片120上边缘区域与中心区域的厚度差达到目标值时，摆动振幅与研磨垫110研磨过的晶片数量之间的关系曲线。根据本发明的方法在研磨晶片的过程中，通过使晶片沿研磨垫的径向摆动可以补偿研磨后中心区域与边缘区域的厚度差。进一步，通过改变上述径向摆动的摆动振幅可以补偿研磨垫使用时间的延长所带来的厚度差的增大。在实际操作中，第一关系曲线的测定方法可以包括以下步骤步骤i):提供n(n为正整数)组测试样品，每一个测试样品的表面都形成有测试材料层。为了使测试样品与待研磨的晶片一致，这些测试样品上的测试材料层与晶片上的待研磨材料层相同。步骤ii):将第X组测试样品放置在研磨过tx片测试样品的研磨垫上分别进行化学机械研磨的同时，分别以不同的摆动振幅fx沿研磨垫的径向摆动第X组测试样品中的每一个，其中，X为整数，且0≤X≤n。在对n组测试样品中的第X组测试样品进行研磨过程中，保持其它参量不变，仅改变晶片的摆动振幅，并记录第X组内每个晶片的摆动振幅fx。其它参量中最主要的一个参量是研磨垫已经研磨过的测试样品的数量tx，即研磨垫已经使用的时间。步骤iii):重复步骤ii)至n组测试样品均完成化学机械研磨。本领域的技术人员应当理解，为了获得尽可能多的数据点，每一组测试样品所使用的研磨垫的^应各不相同。步骤iv):测量n组测试样品中每一个的中心区域与边缘区域的厚度差。步骤V):在n组测试样品中选择厚度差达到目标值的测试样品。该目标值取决于所研磨的材料层的材料和结构、所制造的半导体器件的线宽、不同生产者的需求等等。举例来说，该目标值可以为300埃、350埃、400埃、450埃或500埃等等。步骤vi):绘制被步骤V)选择的测试样品的摆动振幅fx与研磨垫研磨过的测试样品数量^之间的关系曲线作为第一关系曲线。需要说明的是，第一关系曲线可以采用多种方法来测定，这里仅提供一种测定方法来说明本发明的原理，因此，这里所提到的第一关系曲线不限于采用上述方法测定的曲线。此外，应当注意的是，根据对研磨后晶片上边缘区域与中心区域的厚度差所要达到的目标值的不同，需要测定多条第一关系曲线，以满足对不同目标值的需求。下面将根据本发明一个实施方式来详细描述第一关系曲线的测定方法。首先，提供多个相同的测试样品，并将这些测试样品等分为6组。每一个测试样品都包括衬底和形成在衬底上的测试材料层，所述测试材料层与晶片上的待研磨材料层相同。根据本发明一个方面，所述测试材料层为氧化物层和形成在该氧化物层中的铜互连结构。然后，将这6组测试样品分别放置在研磨过不同数量的测试样品的研磨垫上进行化学机械研磨。例如，第I组放置在研磨过50片测试样品的研磨垫进行研磨；第2组放置在研磨过150片测试样品的研磨垫进行研磨；第3组放置在研磨过300片测试样品的研磨垫进行研磨；第4组放置在研磨过450片测试样品的研磨垫进行研磨 ’第5组放置在研磨过600片测试样品的研磨垫进行研磨；第6组放置在研磨过800片测试样品的研磨垫进行研磨。对每一组所包含的多个测试样品进行化学机械研磨的同时，分别以不同的摆动振幅沿研磨垫的径向摆动该组所包含的多个测试样品。例如，对于第I组所包含的多个测试样品可以分别以下列摆动振幅沿研磨垫的径向摆动1.0英寸、I. I英寸、I. 2英寸、I. 3英寸、I. 4英寸、I. 5英寸、I. 6英寸、I. 7英寸、I. 8英寸、I. 9英寸、2.0英寸、2. I英寸、2. 2英寸、2. 3英寸、2. 4英寸、2. 5英寸、2. 6英寸、2. 7英寸、2. 8英寸、2. 9英寸和3. 0英寸等；同样地，对于第2-5组中每一组所包含的多个测试样品可以采用与第I组相同或不同的摆动振幅摆动。可以理解的是，上述摆动振幅的数值可以更大或更小，也可以以更大的间隔或更小的间隔设置上述摆动振幅。应当注意的是，在研磨过程中为了防止用不平整的表面研磨晶片，通常将晶片放置在偏离研磨垫中心的位置处，因此，上述摆动振幅为研磨过程中晶片中心与研磨垫中心之间的最大距离与最小距离之间的差值。根据本发明一个实施例，设定晶片中心与研磨垫中心之间的最小距离为5. 5英寸。在此种情况下，如果晶片以2. 5英寸的摆动振幅沿研磨垫的径向摆动时，研磨过程中晶片中心与研磨垫中心之间的最大距离为8. 0英寸，即研磨过程中，晶片在其中心距离研磨垫中心5. 5英寸到8. 0英寸的两点之间摆动。接着，6组测试样品研磨结束后，测量每一个样品上中心区域与边缘区域的厚度差。然后，在6组测试样品中选择厚度差达到目标值的测试样品。根据本发明一个实施方式，设定该目标值为400埃。
最后，绘制被选择的测试样品的摆动振幅与研磨垫研磨过的测试样品数量tx之间的关系曲线作为第一关系曲线(如图2B所示)。通过采用上述方法对晶片进行化学机械研磨可以使研磨后的晶片具有相同或相似的厚度差，保证了研磨后晶片表面形貌的均匀性，进而提高半导体器件的均匀性和良品率。当依次对晶片进行化学机械研磨过程中，随着研磨垫研磨的晶片数量的增大，依次被研磨的相邻两个晶片或者若干个晶片，其研磨后的中心区域与边缘区域的厚度差差别较小，可以忽略不计。优选地，上述第一关系曲线中研磨垫研磨过的晶片数量对应的坐标轴的最小单位是至少2个晶片。在根据第一关系曲线和研磨该晶片时研磨垫研磨过的晶片数量来确定该晶片的振幅摆动时，只要确定所述晶片数量在第一关系曲线中研磨垫研磨过的晶片数量对应的坐标轴(例如图2B所示的横轴)上哪个点所对应的范围内即可。采用该方法可以避免频繁地改变化学机械研磨过程中的工艺参数，延长化学机械研磨设备的使用寿命，同时简化工艺，缩短工艺时间。此外，根据本发明的对晶片进行化学机械研磨的方法还包括使用整理盘对研磨垫进行整理。使用整理盘对研磨垫进行整理不但可以清扫研磨垫表面的研磨碎屑，延长研磨垫的使用寿命，还可以通过抑制研磨垫的光滑化来避免研磨速率的改变。由于整理盘也是化学机械研磨过程中的主要耗材之一，待研磨的晶片处于整理盘使用寿命的不同时期会对研磨速率产生较大影响。图3A为根据本发明一个方面的待研磨材料层的研磨速率与整理盘的使用时间之间的关系曲线。随着整理盘使用时间的增长，待研磨材料层的研磨速率明显下降。在整理盘的使用时间为0小时和30小时时，研磨速率相差250埃/分钟之多。需要注意的是，图3A所示的曲线是以包含铜互连结构的氧化物层作为待研磨材料层为例，因此，该曲线仅用于定性地说明研磨速率随整理盘的使用时间变化的关系。根据本发明一个实施方式，使用整理盘对研磨垫进行整理的同时，对整理盘施加压力，其中，所施加的压力可以根据以下方式确定
首先，根据第二关系曲线和整理盘的使用时间来确定待研磨材料层的研磨速率。其中，第二关系曲线为待研磨材料层的研磨速率与整理盘的使用时间之间的关系曲线，后文将对所述第二关系曲线的测定方法进行详细描述。然后,根据研磨速率和预定研磨速率之间的差值,确定补偿研磨速率。预定研磨速率可以根据待研磨材料层的材料、生产者的需要、研磨时间等因素综合考虑。最后，根据第三关系曲线 和补偿研磨速率来确定对整理盘施加的压力。其中，第三关系曲线为待研磨材料层的研磨速率与对整理盘施加的压力之间的关系曲线，后文将对所述第三关系曲线的测定方法进行详细描述。下面将结合图3A和3B对第一关系曲线和第二关系曲线的测定方法进行详细描述。这里所提供的第一关系曲线和第二关系曲线的测定方法仅为多种测定方法中的一种，意在说明本发明的原理，因此，以下测定方法并不构成对本发明的限制。优选地，第二关系曲线可以通过以下测定方法来获得
首先，提供多个测试样品，这些测试样品的表面均形成有测试材料层，并且该测试材料层与晶片上的待研磨材料层相同。根据本发明一个方面，所述测试材料层为氧化物层和形成在该氧化物层中的铜互连结构。然后，使用相同的研磨垫对多个测试样品进行化学机械研磨的同时，以使用时间各不相同的整理盘分别对研磨垫进行整理。所述整理盘的使用时间可以为0小时、5小时、10小时、15小时、20小时、25小时和30小时等。本领域的技术人员应当理解的是，在该过程中其它参量应尽量维持恒定。根据本发明一个实施方式，在分别研磨上述多个测试样品时，对整理盘施加的压力维持在2N/m2 (牛顿/平方米)，每个测试样品研磨时沿研磨垫的径向的摆动振幅为5. 5-7.0英寸。接着，分别测量多个测试样品的研磨速率。最后，绘制研磨速率与整理盘的使用时间之间的关系曲线作为第二关系曲线(如图3A所示)。优选地，第二关系曲线可以通过以下测定方法来获得
首先，提供多个测试样品，这些测试样品的表面均形成有测试材料层，并且该测试材料层与晶片上的待研磨材料层相同。根据本发明一个方面，所述测试材料层为氧化物层和形成在该氧化物层中的铜互连结构。然后，使用相同的研磨垫对多个测试样品进行化学机械研磨，并使用相同的整理盘分别对研磨垫进行整理的同时，对多个测试样品进行化学机械研磨。其中，使用整理盘对研磨垫进行整理过程中，分别对整理盘施加不同的压力。举例来说，对整理盘施加的压力可以为 ON/m2、lN/m2、2N/m2、3N/m2、4N/m2、5N/m2 和 6N/m2 等。接着，分别测量多个测试样品的研磨速率。最后，绘制研磨速率与对整理盘施加的压力之间的关系曲线作为第三关系曲线。图3B为根据本发明一个方面的待研磨材料层的研磨速率与对整理盘施加的压力之间的关系曲线。如图3B所示，随着对整理盘施加的压力的增大，研磨速率逐渐增大。由此可见，根据本发明的一个实施方式，随着整理盘使用时间的延长，研磨速率会降低，通过增大对整理盘施加的压力可以补偿研磨速率的降低，进而维持研磨速率的恒定。应当注意的是，图3A和3B所示的曲线关系仅以对包含铜互连结构的氧化物层作为待研磨材料层进行化学机械研磨为例。当对其它材料的待研磨材料层进行研磨时，或使用其它种类的研磨液时，研磨速率随整理盘的使用时间的变化趋势以及研磨速率随对整理盘施加的压力的变化趋势可能发生改变，但不影响使用根据本发明的方法调整对整理盘施加的压力，以维持研磨速率的恒定。此外，本发明还提供一种化学机械研磨系统。如图4所示，化学机械研磨系统包括化学机械研磨装置、晶片计数器和控制器。化学机械研磨装置可以采用本领域采用的设备，例如包括研磨垫，以对晶片进行化学机械研磨。晶片计数器用于对研磨垫已经研磨的晶片的数量进行计数，并输出计数信号。控制器用于接收所述计数信号，并根据第一关系曲线确定晶片的摆动振幅，进而控制化学机械研磨设备进行化学机械研磨。其中，第一关系曲线为研磨后晶片上边缘区域与中心区域的厚度差达到目标值时，晶片沿研磨垫的摆动振幅与研磨垫研磨过的晶片数量之间的关系曲线。第一关系曲线可以采用上述方法测定，这里不再详述。优选地，第一关系曲线中研磨垫研磨过的晶片数量对应的坐标轴的最小单位是至少2个晶片，以避免频繁地改变化学机械研磨过程中的工艺参数，延长化学机械研磨设备的使用寿命，同时简化工艺，缩短工艺时间。
优选地，根据本发明的化学机械研磨装置还包括整理盘，以对研磨垫进行整理。使用整理盘对研磨垫进行整理不但可以清扫研磨垫表面的研磨碎屑，延长研磨垫的使用寿命，还可以通过抑制研磨垫的光滑化来避免研磨速率的改变。优选地，控制器还用于确定整理盘的使用时间，并根据第二关系曲线和第三关系曲线确定对整理盘施加的压力。其中，第二关系曲线为待研磨材料层的研磨速率与整理盘的使用时间之间的关系曲线；第三关系曲线为待研磨材料层的研磨速率与对整理盘施加的压力之间的关系曲线。第二关系曲线和第三关系曲线可以采用上述测定方法来测定，因此不再详述。控制器可以采用上面提到的方法，根据整理盘的使用时间、第二关系曲线和第三关系曲线确定对整理盘施加的压力。简单地说，所述方法包括根据第二关系曲线和整理盘的使用时间来确定待研磨材料层的研磨速率；根据研磨速率和预定研磨速率之间的差值，确定补偿研磨速率；根据第三关系曲线和补偿研磨速率来确定对整理盘施加的压力。根据本发明的化学机械研磨方法通过调整研磨过程中晶片沿研磨垫径向的摆动振幅，可以补偿研磨后中心区域与边缘区域的厚度差，进而避免随研磨垫使用时间的延长晶片研磨后表面形貌改变。进一步，通过调整整理盘对研磨垫进行整理过程中对整理盘施加的压力，可以补偿研磨速率的降低，进而维持研磨速率的恒定。具有根据如上所述实施方式制造的半导体器件结构可应用于多种集成电路(IC)中。根据本发明的IC例如是存储器电路，如随机存取存储器(RAM)、动态RAM (DRAM)、同步DRAM (SDRAM)、静态RAM (SRAM)、或只读存储器(ROM)等等。根据本发明的IC还可以是逻辑器件，如可编程逻辑阵列(PLA)、专用集成电路(ASIC)、合并式DRAM逻辑集成电路(掩埋式DRAM)、射频电路或任意其他电路器件。根据本发明的IC芯片可用于例如用户电子产品，如个人计算机、便携式计算机、游戏机、蜂窝式电话、个人数字助理、摄像机、数码相机、手机等各种电子产品中，尤其是射频产品中。本发明已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施方式范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施方式，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要 求书及其等效范围所界定。
权利要求
1.一种对晶片进行化学机械研磨的方法，所述晶片上形成有待研磨材料层，所述方法使用研磨垫对所述晶片进行化学机械研磨，其中，在进行所述化学机械研磨的同时，使所述晶片在所述研磨垫的径向上以由如下方式确定的摆动振幅摆动所述摆动振幅根据第一关系曲线和所述研磨垫研磨过的晶片数量来确定，所述第一关系曲线为研磨后所述晶片上边缘区域与中心区域的厚度差达到目标值时，所述摆动振幅与所述研磨垫研磨过的晶片数量之间的关系曲线。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述第一关系曲线是通过以下方法测定的，所述测定方法包括 i)提供n组测试样品，所述测试样品的表面形成有测试材料层，所述测试材料层与所述待研磨材料层相同，其中n为正整数； ii)将所述第X组测试样品放置在研磨过tx片所述测试样品的研磨垫上分别进行化学机械研磨的同时，分别以不同的摆动振幅fx沿所述研磨垫的径向摆动第X组测试样品中的每一个，其中，X为整数,且O < X < n ; iii)重复步骤ii)至n组所述测试样品均完成化学机械研磨； iv)测量n组所述测试样品中每一个的中心区域与边缘区域的厚度差； V)在n组所述测试样品中选择所述厚度差达到所述目标值的测试样品； vi)绘制被步骤V)选择的测试样品的摆动振幅fx与所述研磨垫研磨过的测试样品数量仁之间的关系曲线作为第一关系曲线。
3.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述第一关系曲线中所述研磨垫研磨过的晶片数量对应的坐标轴的最小单位是至少2个晶片。
4.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使用整理盘对所述研磨垫进行整理。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，使用所述整理盘对所述研磨垫进行整理的同时，对所述整理盘施加压力，所述压力是根据以下方式确定的 根据第二关系曲线和所述整理盘的使用时间来确定所述待研磨材料层的研磨速率，所述第二关系曲线为所述待研磨材料层的研磨速率与所述整理盘的使用时间之间的关系曲线. 根据所述研磨速率和预定研磨速率之间的差值，确定补偿研磨速率； 根据第三关系曲线和所述补偿研磨速率来确定对所述整理盘施加的压力，所述第三关系曲线为所述待研磨材料层的研磨速率与对所述整理盘施加的压力之间的关系曲线。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第二关系曲线是通过以下方法测定的，所述测定方法包括 提供多个测试样品，所述多个测试样品的表面均形成有测试材料层，所述测试材料层与所述待研磨材料层相同； 使用相同的研磨垫对所述多个测试样品进行化学机械研磨的同时，使用具有不同使用时间的整理盘分别对所述研磨垫进行整理； 分别测量所述多个测试样品的研磨速率； 绘制所述研磨速率与所述整理盘的使用时间之间的关系曲线作为第二关系曲线。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第三关系曲线是通过以下方法测定的，所述测定方法包括 提供多个测试样品，所述多个测试样品的表面均形成有测试材料层，所述测试材料层与所述待研磨材料层相同； 使用相同的研磨垫对所述多个测试 样品进行化学机械研磨，并使用相同的整理盘对所述研磨垫进行整理的同时，对所述多个测试样品进行化学机械研磨，其中，所述整理盘对所述研磨垫进行整理过程中分别对所述整理盘施加不同的压力； 分别测量所述多个测试样品的研磨速率； 绘制所述研磨速率与对所述整理盘施加的压力之间的关系曲线作为第三关系曲线。
8.一种化学机械研磨系统，包括 化学机械研磨装置，所述化学机械研磨装置包括研磨垫，以对晶片进行化学机械研磨； 晶片计数器，所述晶片计数器用于对所述研磨垫已经研磨的所述晶片的数量进行计数，并输出计数信号； 控制器，所述控制器接收所述计数信号，并根据第一关系曲线确定所述晶片的摆动振幅，进而控制所述化学机械研磨设备进行化学机械研磨， 其中，所述第一关系曲线为研磨后所述晶片上边缘区域与中心区域的厚度差达到目标值时，所述晶片沿研磨垫的摆动振幅与所述研磨垫研磨过的晶片数量之间的关系曲线。
9.如权利要求8所述的化学研磨系统，其特征在于，所述第一关系曲线中所述研磨垫研磨过的晶片数量对应的坐标轴的最小单位是至少2个晶片。
10.如权利要求8所述的化学研磨系统，其特征在于，所述化学机械研磨装置包括整理盘，以对所述研磨垫进行整理。
11.如权利要求10所述的化学研磨系统，其特征在于，所述控制器还用于确定所述整理盘的使用时间，并根据第二关系曲线和第三关系曲线确定对所述整理盘施加的压力，其中，所述第二关系曲线为所述待研磨材料层的研磨速率与所述整理盘的使用时间之间的关系曲线；所述第三关系曲线为所述待研磨材料层的研磨速率与对所述整理盘施加的压力之间的关系曲线。
全文摘要
本发明公开了一种对晶片进行化学机械研磨方法，所述晶片上形成有待研磨材料层，所述方法使用研磨垫对所述晶片进行化学机械研磨，其中，在进行所述化学机械研磨的同时，使所述晶片在所述研磨垫的径向上以由如下方式确定的摆动振幅摆动所述摆动振幅根据第一关系曲线和所述研磨垫研磨过的晶片数量来确定，所述第一关系曲线为研磨后所述晶片上边缘区域与中心区域的厚度差达到目标值时，所述摆动振幅与所述研磨垫研磨过的晶片数量之间的关系曲线。根据本发明的化学机械研磨方法通过调整研磨过程中晶片沿研磨垫径向的摆动振幅，可以补偿研磨后中心区域与边缘区域的厚度差，进而避免随研磨垫使用时间的延长晶片研磨后表面形貌改变。
文档编号B24B37/07GK102729140SQ20111008181
公开日2012年10月17日 申请日期2011年4月1日 优先权日2011年4月1日
发明者邓武锋 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司