一种用于金属膜层的化学机械抛光方法与流程

1.本发明属于化学机械抛光技术领域，具体而言，涉及一种用于金属膜层的化学机械抛光方法。


背景技术：

2.化学机械抛光(chemical mechanical polishing，cmp)是集成电路制造中获得全局平坦化的一种手段。随着集成电路制造技术的飞速发展，纳米级金属薄膜厚度的生长、表征及其非接触式的厚度精确测量显得十分重要。具体到化学机械抛光过程中，通常使用电涡流传感器或光学传感器等膜厚传感器对薄膜厚度进行在线测量，从而控制抛光过程工艺参数，实现对晶圆表面的金属薄膜进行准确的去除，并在去除到指定的厚度值时停止抛光。
3.由于膜厚传感器存在用于检测膜厚的磁场或者光的光斑直径。因此，为使膜厚传感器的输出大致达到100％，光斑直径的整个范围有必要与晶圆相对。即在晶圆的中心位置与膜厚传感器相对的状态下，膜厚传感器的光斑直径的整个范围与晶圆相对，所以膜厚传感器的输出大致为100％。再者，在晶圆的边缘部分与膜厚传感器相对的状态下，膜厚传感器的光斑直径的一部与晶圆相对，所以膜厚传感器的输出达不到100％。在膜厚传感器的输出未达到100％的边缘部分通常进行废弃处理——边缘切除。
4.图1是现有技术中采用光学传感器获取的晶圆膜厚的示意图，由图1可知，晶圆边缘部分获取的信号受到视窗扫掠的干扰，不能准确反映晶圆的膜厚。因此，如何准确判断抛光晶圆的边缘部分的金属残留，以金属残留信息指导化学机械抛光，减少边缘切除的区域大小，成为本领域技术人员需要持续解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。
6.为此，本发明实施例的提供了一种用于金属膜层的化学机械抛光方法，其包括：
7.化学机械抛光晶圆表面，使用电涡流传感器检测晶圆表面的金属膜层，获取金属膜层厚度相关的电学测量值；
8.使用光学传感器检测晶圆表面的金属膜层，获取金属膜层分布的光学测量值；
9.根据电学测量值确定抛光终点，并将完成抛光的晶圆传输至晶圆后处理单元；
10.将完成清洗干燥的晶圆传输至晶圆翻转工位，待晶圆由竖直位置翻转至水平位置后，使用图像采集器获取晶圆表面的图像数据；
11.构建晶圆表面的光学测量值与图像数据的映射关系，通过光学测量值判断晶圆表面的金属膜层分布是否满足工艺要求，以修正晶圆的抛光终点。
12.作为优选实施例，所述电涡流传感器及光学传感器检测的数据包括传感器扫掠晶圆中心区域获取的测量值，所述光学传感器检测的数据还包括传感器扫掠晶圆的边缘区域获取的测量值。
13.作为优选实施例，所述电涡流传感器及光学传感器集成于在线检测部，所述在线
检测部设置于抛光盘的顶面并通过抛光垫上部的窗体检测晶圆金属膜层的数据。
14.作为优选实施例，所述光学传感器获取的光学测量值为晶圆表面的反射光的强度，所述光学传感器的发射部射出的光线照射至晶圆表面，再由晶圆表面发射并由接收部采集反射光的强度。
15.作为优选实施例，所述光学测量值为剔除晶圆表面流体的干扰后获取的反射光的强度。
16.作为优选实施例，所述图像采集器设置于晶圆翻转工位的侧部，以朝向晶圆边缘采集图像数据。
17.作为优选实施例，所述图像采集器的数量至少一个，其能够沿竖直方向移动和/或绕固定点朝向晶圆的中心方向摆动以调节图像采集器的视场。
18.作为优选实施例，将晶圆表面存在金属膜层残留对应的光学测量值设定为阈值，若光学测量值大于或等于阈值，则存在金属膜层的残留；若光学测量值小于阈值，则将完成后处理的晶圆传输至下一工序。
19.再者，本发明还公开了一种控制设备，其包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上面所述化学机械抛光方法的步骤。
20.此外，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上面所述化学机械抛光方法的步骤。
21.本发明的有益效果包括：设置在晶圆翻转工位的图像采集器采集晶圆表面的图像信息，构建图像数据与光学传感器在线获取的光学测量值的映射关系，设定晶圆表面的金属膜层存在残留对应的光学测量值的阈值，优化和完善金属膜层残留判断的准确性。
附图说明
22.通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明的保护范围，其中：
23.图1是现有技术中采用光学传感器获取的晶圆膜厚的示意图；
24.图2是本发明所述用于金属膜层的化学机械抛光方法的流程图；
25.图3是本发明所述图像采集器设置于晶圆翻转工位的俯视图；
26.图4是本发明所述晶圆表面图像采集及判断的流程图；
27.图5是本发明所述晶圆表面灰度处理后的示意图；
28.图6是本发明提供的控制设备一实施例的示意图。
具体实施方式
29.下面结合具体实施例及其附图，对本发明所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本发明实施方式及本发明保护范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本技术权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
30.本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。应当理解的是，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制，相同的参考标记用于表示附图中相同的部分。
31.在本发明中，“化学机械抛光(chemical mechanical polishing,cmp)”也称为“化学机械平坦化(chemical mechanical planarization,cmp)”，晶圆(wafer)也称基板(substrate)，其含义和实际作用等同。
32.本发明提供了一种用于金属膜层的化学机械抛光方法，其流程图，如图2所示，其具体包括以下步骤：
33.s1，化学机械抛光晶圆表面，使用电涡流传感器检测晶圆表面的金属膜层，获取金属膜层厚度相关的电学测量值；
34.s2，使用光学传感器检测晶圆表面的金属膜层，获取金属膜层分布的光学测量值；
35.s3，根据电学测量值确定抛光终点，并将完成抛光的晶圆传输至晶圆后处理单元；
36.s4，将完成清洗干燥的晶圆传输至晶圆翻转工位，待晶圆由竖直位置翻转至水平位置后，使用图像采集器获取晶圆表面的图像数据；
37.s5，构建晶圆表面的光学测量值与图像数据的映射关系，通过光学测量值判断晶圆表面的金属膜层分布是否满足工艺要求，以修正晶圆的抛光终点。
38.作为本发明的一个实施例，所述电涡流传感器及光学传感器检测的数据包括传感器扫掠晶圆中心区域获取的测量值，所述光学传感器检测的数据还包括传感器扫掠晶圆的边缘区域获取的测量值。
39.进一步地，所述电涡流传感器及光学传感器集成于在线检测部，所述在线检测部设置于抛光盘的顶面并通过抛光垫上部的窗体检测晶圆金属膜层的数据，以保证电涡流测量及光学测量的协同性，使得获取的晶圆膜厚及金属膜层分布间隔的相位角恒定，以方便晶圆膜厚及金属膜层分布的后续数据。
40.所述光学传感器获取的光学测量值为晶圆表面的反射光的强度，所述光学传感器的发射部射出的光线照射至晶圆表面，再由晶圆表面发射并由接收部采集反射光的强度。进一步地，所述光学测量值为剔除晶圆表面流体的干扰后获取的反射光的强度。
41.图3是图像采集器设置于晶圆翻转工位的俯视图，图像采集器10设置于晶圆翻转工位的侧部，以朝向晶圆w的边缘采集图像数据。晶圆翻转工位配置有晶圆夹持机构20，机械手将晶圆由清洗干燥工位传输至晶圆翻转工位的晶圆夹持机构20，此时，晶圆夹持机构20处于竖直状态；待晶圆可靠夹持后，晶圆夹持机构20由竖直状态翻转至水平状态，此时，图像采集器10采集晶圆边缘信息。
42.进一步地，图像采集器10的数量至少一个，其能够沿竖直方向移动和/或绕固定点朝向晶圆的中心方向摆动以调节图像采集器的视场。优选地，图像采集器10设置于晶圆翻转工位的角部，并且远离晶圆清洗干燥工位，以减少其他模块对图像采集的干扰，保证图像采集的准确性。
43.图4是本发明所述晶圆表面图像采集及判断的流程图，图像采集后，通过加权法gray＝0.3r+0.59g+0.11b，将图像转换为灰度图，如图5所示。即对图像加权处理，可以将rgb的图像转换成黑白的灰度图。
44.然后通过二值法判断金属膜层是否有残留。若金属膜层存在残留，则根据晶圆边
缘金属膜层的分布，匹配设置相应的抛光压力，以对残留的金属膜层进行抛光处理；若没有金属膜层残留，则将完成清洗干燥的晶圆传输至下一工序。
45.作为本发明的另一实施例，可以构建晶圆表面的光学测量值与图像数据的映射关系。具体地，图像数据是指图像通过灰度转换的灰度值，以晶圆的灰度值为基准，确定金属膜层残留对应的光学测量值。将晶圆表面的金属膜层存在残留对应的光学测量值设定为阈值，若光学测量值大于或等于阈值，则存在金属膜层的残留；若光学测量值小于阈值，则将完成后处理的晶圆传输至下一工序。
46.图6是本发明提供的控制设备一实施例的示意图。该实施例中，所述控制设备包括：处理器、存储器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序。处理器执行计算机程序时实现如上述化学机械抛光方法实施例中的各实施例中的步骤。或者，处理器执行计算机程序时实现如上述系统实施例中的各实施例中的各模块/单元的功能。
47.控制设备是指具有数据处理能力的终端，包括但不限于计算机、工作站、服务器，甚至是一些性能优异的智能手机、掌上电脑、平板电脑、个人数字助理(pda)、智能电视(smart tv)等。
48.控制设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，图6仅仅是控制设备的示例，并不构成对控制设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如控制设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
49.所称处理器可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。
50.存储器可以是控制设备的内部存储单元，例如控制设备的硬盘或内存。存储器也可以是控制设备的外部存储设备，例如控制设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)等。进一步地，存储器还可以既包括控制设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器用于存储计算机程序以及控制设备所需的其他程序和数据。存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
51.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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。
52.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。