专利名称：化学机械抛光方法
技术领域：
本发明涉及集成电路领域，具体而言，涉及一种化学机械抛光方法。
背景技术：
在集成电路的制造过程中，随着特征尺寸的缩小和金属互连层数的增加，对晶圆表面平整度的要求也越来越高。目前，化学机械抛光是最有效的全局平坦化技术。在对晶圆进行化学机械抛光时，需要利用在线测量装置在化学机械抛光前测量晶圆表面不同区域的膜厚，利用终点测量装置在化学机械抛光过程中实时检测晶圆膜厚的变化以便判断化学机械抛光工艺的终点。由于在线测量装置为一个单独的模块，因此会使化学机械抛光机占据较大的空间。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。经过发明人深入研究后发现，终点测量装置和在线测量装置的测量原理都是一样的。例如，对于二氧化硅抛光，终点测量装置和在线测量装置的测量原理是光反射。对于铜抛光，终点测量装置和在线测量装置的测量原理是电涡流。为此，本发明的一个目的在于提出一种可以大大地降低设备成本和生产成本的化学机械抛光方法。为了实现上述目的，根据本发明的实施例提出一种化学机械抛光方法，所述化学机械抛光方法包括A)利用终点测量装置测量晶圆上的多个点的膜厚前值；B)根据所述多个点的膜厚前值对所述晶圆进行化学机械抛光；和C)利用所述终点测量装置测量所述多个点的膜厚后值，并根据所述多个点的膜厚后值来判断所述晶圆的表面抛光厚度是否均勻，如果所述晶圆的表面抛光厚度不均勻，则根据所述多个点的膜厚前值与膜厚后值的差值对所述晶圆进行化学机械抛光直至所述晶圆的表面抛光厚度均勻。根据本发明实施例的化学机械抛光方法通过利用所述终点测量装置来检测所述晶圆的膜厚前值和膜厚后值，并利用所述终点测量装置在化学机械抛光过程中实时地检测所述晶圆的膜厚的变化以便判断化学机械抛光的终点。这样利用根据本发明实施例的化学机械抛光方法对晶圆进行化学机械抛光时无需再使用在线测量装置，从而不仅可以大大地简化进行化学机械抛光的化学机械抛光设备的结构、降低化学机械抛光设备的成本，而且可以大大地降低晶圆的化学机械抛光成本。另外，根据本发明实施例的化学机械抛光方法可以具有如下附加的技术特征根据本发明的一个实施例，所述步骤A)包括:A-1)利用抛光头夹持所述晶圆并使所述晶圆与抛光垫接触，其中所述晶圆的中心与所述终点测量装置对应；和A-幻所述抛光头自转且相对于所述抛光垫往复运动以使所述终点测量装置测量所述晶圆上的所述多个点的膜厚前值，其中所述抛光垫静止。根据本发明的一个实施例，所述步骤C)包括C-1)利用所述抛光头夹持所述晶圆并使所述晶圆与所述抛光垫接触，其中所述晶圆的中心与所述终点测量装置对应；C-2)所述抛光头自转且相对于所述抛光垫往复运动以使所述终点测量装置测量所述晶圆上的所述多个点的膜厚后值，其中所述抛光垫静止；C-3)计算所述多个点的膜厚后值中的最大值与最小值的差值，如果所述最大值与所述最小值的差值不大于预定值，则所述晶圆的表面抛光厚度均勻，否则所述晶圆的表面抛光厚度不均勻；和C-4)如果所述晶圆的表面抛光厚度不均勻，分别计算所述多个点的膜厚前值与膜厚后值的差值以便得到所述多个点的膜厚去除值，根据所述多个点的膜厚去除值对所述晶圆进行化学机械抛光直至所述最大值与所述最小值的差值不大于所述预定值。根据本发明的一个实施例，所述预定值为100纳米。根据本发明的一个实施例，所述往复运动为往复平移，这样可以便于操作。根据本发明的一个实施例，所述抛光头沿所述抛光垫的径向往复平移，这样可以更加便于操作。根据本发明的一个实施例，所述往复平移的行程为50mm-300mm。这样可以使所述多个点分布在所述晶圆的整个抛光面，从而可以更加全面地获知所述晶圆的表面的不同区域的膜厚情况。根据本发明的一个实施例，所述往复运动的频率为5次/分钟-40次/分钟。这样可以准确地测量所述多个点的膜厚前值和膜厚后值。根据本发明的一个实施例，所述往复运动的频率为10次/分钟-30次/分钟。这样可以更加准确地测量所述多个点的膜厚前值和膜厚后值。根据本发明的一个实施例，所述抛光头的转速为60rpm-120rpm。这样可以更加准确地测量所述多个点的膜厚前值和膜厚后值。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图1是根据本发明实施例的化学机械抛光方法的流程图；图2是根据本发明实施例的化学机械抛光方法的步骤A)的流程图；图3是根据本发明实施例的化学机械抛光方法的步骤C)的流程图；和图4是利用根据本发明实施例的化学机械抛光方法对晶圆进行化学机械抛光的示意图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、 “左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、 “连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。经过发明人深入研究后发现，由于抛光液是从外部引入的，因此新鲜的抛光液无法及时到达晶圆表面，使得晶圆局部的抛光厚度小于预定的标准值，从而导致晶圆表面抛光厚度不均勻。下面参照图1描述根据本发明实施例的化学机械抛光方法。如图1所示，根据本发明实施例的化学机械抛光方法包括A)利用终点测量装置测量晶圆上的多个点的膜厚前值；B)根据所述多个点的膜厚前值对所述晶圆进行化学机械抛光；和C)利用所述终点测量装置测量所述多个点的膜厚后值，并根据所述多个点的膜厚后值来判断所述晶圆的表面抛光厚度是否均勻，如果所述晶圆的表面抛光厚度不均勻，则根据所述多个点的膜厚前值与膜厚后值的差值对所述晶圆进行化学机械抛光直至所述晶圆的表面抛光厚度均勻。根据本发明实施例的化学机械抛光方法通过利用所述终点测量装置来检测所述晶圆的膜厚前值和膜厚后值，并利用所述终点测量装置在化学机械抛光过程中实时地检测所述晶圆的膜厚的变化以便判断化学机械抛光的终点。这样利用根据本发明实施例的化学机械抛光方法对晶圆进行化学机械抛光时无需再使用在线测量装置，从而不仅可以大大地简化进行化学机械抛光的化学机械抛光设备的结构、降低化学机械抛光设备的成本，而且可以大大地降低晶圆的化学机械抛光成本。如图2和图4所示，在本发明的一些实施例中，所述步骤A)可以包括A-1)可以利用抛光头100夹持所述晶圆并可以使所述晶圆与抛光垫200接触，其中所述晶圆的中心可以与所述终点测量装置对应以便确定测量原点；和A-2)抛光头100可以自转、且抛光头100可以相对于抛光垫200往复运动以使所述终点测量装置可以测量所述晶圆上的所述多个点的膜厚前值，其中抛光垫200可以静止。在 利用所述终点测量装置测量所述晶圆上的所述多个点的膜厚前值时，所述晶圆的表面可以与抛光垫200接触。其中所述晶圆的表面是指所述晶圆的抛光面。可以根据所述多个点的膜厚前值来获知所述晶圆的表面的不同区域的膜厚情况，从而可以根据所述晶圆的表面的不同区域的膜厚情况来确定化学机械抛光工艺(例如抛光液成分、抛光液温度、抛光压力等)，以便提高所述晶圆的表面抛光厚度的均勻性。怎样根据所述晶圆的表面的不同区域的膜厚情况来确定化学机械抛光工艺是本领域技术人员知晓的，因此不再进行详细地描述。
在本发明的一个示例中，在利用所述终点测量装置测量所述晶圆上的所述多个点的膜厚前值时，夹持所述晶圆的抛光头100可以相对于抛光垫200往复平移，这样可以便于操作。具体地，夹持所述晶圆的抛光头100可以沿抛光垫200的径向相对于抛光垫200往复平移，这样可以更加便于操作。其中，所述往复平移的行程可以是50mm-300mm，这样可以使所述多个点分布在所述晶圆的整个抛光面，从而可以更加全面地获知所述晶圆的表面的不同区域的膜厚情况。所述往复运动的频率可以是5次/分钟-40次/分钟，这样可以准确地测量所述多个点的膜厚前值。有利地，所述往复平移的行程可以是100mm-150mm，所述往复运动的频率可以是10次/分钟-30次/分钟，这样可以更加准确地测量所述多个点的膜厚前值。在本发明的一个具体示例中，抛光头100的转速可 以是60rpm(转/分钟)-120rpm， 这样可以准确地测量所述多个点的膜厚前值。在本发明的一些示例中，如图3和图4所示，所述步骤C)可以包括C-1)可以利用抛光头100夹持所述晶圆并可以使所述晶圆与抛光垫200接触，其中所述晶圆的中心可以与所述终点测量装置对应以便确定测量原点；C-2)抛光头100可以自转、且抛光头100可以相对于抛光垫200往复运动以使所述终点测量装置可以测量所述晶圆上的所述多个点的膜厚后值，其中抛光垫200可以静止；C-3)计算所述多个点的膜厚后值中的最大值与最小值的差值，如果所述最大值与所述最小值的差值不大于预定值，则所述晶圆的表面抛光厚度均勻，否则所述晶圆的表面抛光厚度不均勻(即所述最大值与所述最小值的差值大于所述预定值)；和C-4)如果所述晶圆的表面抛光厚度不均勻，可以分别计算所述多个点的膜厚前值与膜厚后值的差值以便得到所述多个点的膜厚去除值，可以根据所述多个点的膜厚去除值对所述晶圆进行化学机械抛光直至所述最大值与所述最小值的差值不大于所述预定值 (即直至所述晶圆的表面抛光厚度均勻)。在绝大多数情况下，利用根据所述多个点的膜厚前值确定的化学机械抛光工艺 (换言之，该化学机械抛光工艺是根据所述晶圆的表面的不同区域的膜厚情况确定的)对晶圆进行化学机械抛光，可以得到表面抛光厚度均勻的晶圆。但是在随机因素的作用下，晶圆的表面抛光厚度可能不均勻。可以利用所述终点测量装置测量抛光后的所述晶圆上的所述多个点的膜厚后值。换言之，可以在所述晶圆上选取多个点，在进行化学机械抛光前后测量多个点的膜厚。如果所述多个点的膜厚后值中的最大值与最小值的差值不大于所述预定值，则可以认为所述晶圆的表面抛光厚度均勻。所述预定值可以根据化学机械抛光在所述晶圆的整个制造过程中的地位来确定，例如精抛中的所述预定值可以小于粗抛中的所述预定值。具体地，所述预定值可以是100纳米。如果所述晶圆的表面抛光厚度不均勻，则可以分别计算所述多个点的膜厚前值与膜厚后值的差值以便得到所述多个点的膜厚去除值。可以根据所述多个点的膜厚去除值来重新确定化学机械抛光工艺，并可以利用重新确定化学机械抛光工艺对所述晶圆再次进行化学机械抛光以便使所述晶圆的表面抛光厚度均勻。怎样根据所述多个点的膜厚去除值来重新确定化学机械抛光工艺是本领域技术人员知晓的，因此不再进行详细地描述。如果再次进行化学机械抛光后，所述晶圆的表面抛光厚度还是不均勻，可以重复上述过程，直至所述晶圆的表面抛光厚度均勻。
在本发明的一个 实施例中，在利用所述终点测量装置测量所述晶圆上的所述多个点的膜厚后值时，夹持所述晶圆的抛光头100可以相对于抛光垫200往复平移，这样可以便于操作。具体地，夹持所述晶圆的抛光头100可以沿抛光垫200的径向相对于抛光垫200往复平移，这样可以更加便于操作。其中，所述往复平移的行程可以是50mm-300mm，这样可以使所述多个点分布在所述晶圆的整个抛光面，从而可以更加全面地获知所述晶圆的表面的不同区域的膜厚情况。所述往复运动的频率可以是5次/分钟-40次/分钟，这样可以准确地测量所述多个点的膜厚后值。有利地，所述往复平移的行程可以是100mm-150mm，所述往复运动的频率可以是10次/分钟-30次/分钟，这样可以更加准确地测量所述多个点的膜厚后值。在本发明的一个具体示例中，抛光头100的转速可以是60rpm (转/分钟)-120rpm， 这样可以准确地测量所述多个点的膜厚后值。在所述步骤A-2)和所述步骤C-2)中，抛光头100的转速可以相同，并且抛光头 100的往复运动的方式(例如往复平移)、行程和频率都可以相同，这样可以使所述步骤 A-2)中的多个测量点(即所述多个点)与所述步骤C-2)中的多个测量点(即所述多个点)
高度重合。本领域技术人员可以理解的是，在进行化学机械抛光时可以利用抛光液输送臂 300将抛光液输送到抛光垫200上。在化学机械抛光结束后，还可以利用修整器400的修整头410对抛光垫200进行修整。其中，根据本发明实施例的化学机械抛光方法所利用的抛光头100、抛光垫200、抛光液输送臂300、修整器400、抛光盘、抛光液等可以是已知的，因此不再进行详细地描述。利用根据本发明实施例的化学机械抛光方法对晶圆进行化学机械抛光时无需再使用在线测量装置，从而不仅可以大大地简化进行化学机械抛光的化学机械抛光设备的结构、降低化学机械抛光设备的成本，而且可以大大地降低晶圆的化学机械抛光成本。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
权利要求
1.一种化学机械抛光方法，其特征在于，包括A)利用终点测量装置测量晶圆上的多个点的膜厚前值；B)根据所述多个点的膜厚前值对所述晶圆进行化学机械抛光；和C)利用所述终点测量装置测量所述多个点的膜厚后值，并根据所述多个点的膜厚后值来判断所述晶圆的表面抛光厚度是否均勻，如果所述晶圆的表面抛光厚度不均勻，则根据所述多个点的膜厚前值与膜厚后值的差值对所述晶圆进行化学机械抛光直至所述晶圆的表面抛光厚度均勻。
2.根据权利要求1所述的化学机械抛光方法，其特征在于，所述步骤A)包括A-1)利用抛光头夹持所述晶圆并使所述晶圆与抛光垫接触，其中所述晶圆的中心与所述终点测量装置对应；和A-2)所述抛光头自转且相对于所述抛光垫往复运动以使所述终点测量装置测量所述晶圆上的所述多个点的膜厚前值，其中所述抛光垫静止。
3.根据权利要求1所述的化学机械抛光方法，其特征在于，所述步骤C)包括C-1)利用所述抛光头夹持所述晶圆并使所述晶圆与所述抛光垫接触，其中所述晶圆的中心与所述终点测量装置对应；C-2)所述抛光头自转且相对于所述抛光垫往复运动以使所述终点测量装置测量所述晶圆上的所述多个点的膜厚后值，其中所述抛光垫静止；C-3)计算所述多个点的膜厚后值中的最大值与最小值的差值，如果所述最大值与所述最小值的差值不大于预定值，则所述晶圆的表面抛光厚度均勻，否则所述晶圆的表面抛光厚度不均勻；和C-4)如果所述晶圆的表面抛光厚度不均勻，分别计算所述多个点的膜厚前值与膜厚后值的差值以便得到所述多个点的膜厚去除值，根据所述多个点的膜厚去除值对所述晶圆进行化学机械抛光直至所述最大值与所述最小值的差值不大于所述预定值。
4.根据权利要求3所述的化学机械抛光方法，其特征在于，所述预定值为100纳米。
5.根据权利要求2或3所述的化学机械抛光方法，其特征在于，所述往复运动为往复平移。
6.根据权利要求5所述的化学机械抛光方法，其特征在于，所述抛光头沿所述抛光垫的径向往复平移。
7.根据权利要求5所述的化学机械抛光方法，其特征在于，所述往复平移的行程为 50mm-300mmo
8.根据权利要求2或3所述的化学机械抛光方法，其特征在于，所述往复运动的频率为 5次/分钟-40次/分钟。
9.根据权利要求8所述的化学机械抛光方法，其特征在于，所述往复运动的频率为10 次/分钟-30次/分钟。
10.根据权利要求2或3所述的化学机械抛光方法，其特征在于，所述抛光头的转速为 60rpm_120rpmo
全文摘要
本发明公开了一种化学机械抛光方法，所述化学机械抛光方法包括A)利用终点测量装置测量晶圆上的多个点的膜厚前值；B)根据多个点的膜厚前值对晶圆进行化学机械抛光；和C)利用终点测量装置测量多个点的膜厚后值，并根据多个点的膜厚后值来判断晶圆的表面抛光厚度是否均匀，如果晶圆的表面抛光厚度不均匀，则根据多个点的膜厚前值与膜厚后值的差值对晶圆进行化学机械抛光直至晶圆的表面抛光厚度均匀。利用根据本发明实施例的化学机械抛光方法对晶圆进行化学机械抛光时无需再使用在线测量装置，从而不仅可以大大地简化进行化学机械抛光的化学机械抛光设备的结构，降低化学机械抛光设备的成本，而且可以大大地降低晶圆的化学机械抛光成本。
文档编号B24B37/02GK102328272SQ20111028885
公开日2012年1月25日 申请日期2011年9月23日 优先权日2011年9月23日
发明者何永勇, 曲子濂, 王同庆, 路新春 申请人:清华大学