一种用于CMP设备抛光垫沟槽修整的方法与流程

本发明属于半导体加工设备，尤其是涉及一种用于cmp设备抛光垫沟槽修整的方法。

背景技术：

1、在目前的半导体集成电路芯片制造流程中，化学机械平坦化(cmp)是其中一项重要的工艺步骤。化学机械平坦工艺采用抛光垫和抛光液对晶圆研磨，通过化学腐蚀与机械研磨相结合的方式，实现晶圆表面多余材料的高效去除与全局纳米级平坦化。化学腐蚀是利用位于抛光垫沟槽中的抛光液与晶圆接触进行腐蚀，而机械研磨的过程则是依靠具有粗糙表面的抛光垫来实现的。

2、随着大量的晶圆进行化学机械平坦化，抛光垫逐渐磨损，沟槽深度变浅，所能容纳的抛光液减少，进而降低了抛光的效率。同时，磨损耗尽的沟槽使得抛光垫表面粗糙度不足，降低工艺的良率，且更易导致晶圆滑片。在实际cmp工艺中，每隔一段时间就需要更换一张新的抛光垫，被淘汰的抛光垫尽管沟槽较浅，但仍然具有较为可观的厚度。抛光垫的频繁更换不仅增加了企业的成本，也造成了一定的浪费。因此，需要一种可以对抛光垫沟槽进行修整的装置，将即将淘汰的抛光垫重新雕刻切割出标准深度的沟槽，达到可以使用的要求，进而可以延长抛光垫的寿命，降低企业的使用成本。

3、当前仍然缺乏抛光垫沟槽修整的装置及方法，本发明在一定程度上可以填补这项技术的空白。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明提供一种用于cmp设备抛光垫沟槽修整的方法，其结合相应的视觉识别技术和控制技术，可以对抛光垫的沟槽进行修整。将抛光垫上变浅的沟槽，进行进一步的切割深挖，在保证不破坏沟槽图案的前提下，修整沟槽达到标准深度，使磨损严重的抛光垫可以重复利用。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于cmp设备抛光垫沟槽修整的方法，包括以下步骤：

3、获取抛光垫上沟槽的延伸轨迹，并确定沟槽修整起始位置；

4、调整加工头的位置，使其位于沟槽修整起始位置的正上方，并确定加工深度零点；

5、加工头下降，根据加工零点移动到沟槽中预设的加工深度；

6、控制加工头按照旋转抛光垫的沟槽延伸轨迹运动，以对抛光垫上的沟槽进行加深切割。

7、进一步的，还包括：修正步骤，获取加工头与沟槽边界的距离，并判断该距离是否达到阈值，达到阈值则修正加工头的实际活动轨迹。

8、进一步的，所述抛光垫上沟槽的延伸轨迹通过图像识别或理论计算获取。

9、进一步的，所述图像识别获取沟槽的延伸轨迹的步骤中，计算方法为实时计算轨迹，

10、抛光台转动，实时计算视野中沟槽的位置，标记出即将到达加工头的沟槽上n×n个像素点群的位置，并计算出像素点在x轴方向的平均位置；对比加工头在x方向位置坐标与即将到达的像素点群在x轴的平均位置点，其差值即为加工头下一时刻需要移动的位置。

11、进一步的，所述图像识别获取沟槽的延伸轨迹的步骤中，计算方法为预记录轨迹；

12、抛光台转动，高速相机获取沟槽图像并计算沟槽轨迹与抛光台转动角度关系，生成角度-轨迹曲线；

13、或者，

14、抛光台转动，使用低速相机获取角度-轨迹关键点信息，利用差值算法计算角度-轨迹曲线，即为加工头运动轨迹。

15、进一步的，所述理论计算获取沟槽的延伸轨迹的步骤中，沟槽为圆环形，坐标系为直角坐标系，旋转中心与沟槽圆心的距离为a，旋转中心与加工头落点的距离为b，沟槽圆心与加工头落点的距离为c。

16、进一步的，所述获取沟槽在延伸轨迹在x方向位置的极大值和极小值，极大值和极小值的差为2a，所述沟槽圆心与加工头落点的距离c为沟槽半径，获取抛光台的旋转角速度ω，在经过时间t后，沟槽圆心相对旋转中心的旋转角度为ωt，则即为沟槽延伸轨迹。

17、进一步的，所述理论计算获取沟槽的延伸轨迹的步骤中，沟槽为圆环形，坐标系为极坐标系，旋转中心与沟槽圆心的距离为a，旋转中心与加工头落点的距离为b，沟槽圆心与加工头落点的距离为c，初始时刻旋转中心的极坐标系坐标为(ρ1,π-ωt)，加工头的极坐标系坐标为(ρ2,0),则a＝ρ1,b＝ρ2，计算出ρ2即沟槽延伸轨迹。

18、进一步的，所述理论计算获取沟槽的延伸轨迹的步骤中，沟槽为方格形，旋转中心与沟槽圆心的距离为a，旋转中心与加工头落点的距离为b，沟槽圆心与加工头落点的距离为c，通过图像识别获取上述a值和c值，获取抛光台的旋转角速度ω，在经过时间t后，沟槽圆心相对旋转中心的旋转角度为ωt，则b＝(c-a)/coswt即沟槽延伸轨迹。

19、进一步的，所述确定加工深度零点步骤中，利用加工头的电机力矩变化确定深度零点，或者，利用力学传感器/测距传感器确定深度零点，或者，利用摄像头确定深度零点。

20、进一步的，所述加工头按照沟槽延伸轨迹运动切割沟槽的步骤中，图像识别或预先理论计算抛光垫窗口位置，并标记为不加工区域，加工头到达该区域时，电机控制加工头避让。

21、进一步的，所述沟槽的深度为0.3-1.0mm，其宽度为0.2-0.6mm。

22、进一步的，所述阈值为8-12um。

23、进一步的，还包括负压吸附或正压吹散或高压水冲洗步骤，其用于清理加工头切割产生的碎屑。

24、进一步的，在加工头下降之前，或者在加工头下降至沟槽中预设的加工深度之后，抛光台转动，带动抛光垫转动。

25、进一步的，所述控制加工头按照旋转抛光垫的沟槽延伸轨迹运动，以对抛光垫上的沟槽进行加深切割的步骤中，实时检测加工头切割产生的切屑或者切屑的连续性，以判断加工头是否按照预设的加工深度进行切割，或者是否开始切割，或者是否结束切割。

26、进一步的，所述控制加工头按照旋转抛光垫的沟槽延伸轨迹运动，以对抛光垫上的沟槽进行加深切割的步骤中，包括以下子步骤，

27、在加工头所成像表面框选光强检测区域a，记未开始加工时，加工头刀尖处于沟槽内时，光强检测区域a内像素点灰度平均值为

28、记未开始加工时，沟槽内参考区域b内像素点灰度平均值为b；

29、根据和确定参考值；

30、加工头开始加工，实时检测光强检测区域a内各像素点灰度平均值当小于参考值，表示加工头未按照预设的加工深度进行切割；当大于参考值，表示加工头按照预设的加工深度进行切割，并记录第一次大于参考值的时间为t1；

31、在t1时刻后，获取下一次大于参考值的时间间隔tk，若tk>0，表示加工头不连续切削，沟槽加工不满足需求；若tk＝0，表示加工头连续切削，沟槽加工满足需求。

32、本发明的有益效果是：1)通过所设计的抛光垫沟槽修整装置，可以延长抛光垫的使用寿命，降低使用成本，填补技术上的空白；2)修整装置上安装摄像头或线激光器作为视觉反馈传感器，结合算法可以识别不同的抛光垫沟槽图案，使装置具有很强的通用性；3)摄像头或线激光器可以实时反馈刀头与沟槽的位置关系，防止刀头破坏沟槽的图案；4)修整装置在空间上互相垂直的方向具有三个自由度，刀头在雕刻时完成复杂的动作，可以完成任意沟槽图案的修整。