專利名稱：一種拋光墊修整方法
技術領域：
本發(fā)明涉及化學機械拋光技術領域，尤其涉及一種拋光墊修整方法。
背景技術：
隨著集成電路(IC)制造技術的飛速發(fā)展，對硅片的加工精度和表面質量提出了更高的要求，而傳統(tǒng)的拋光技術已不能滿足要求。化學機械拋光(CMP)是目前唯一能夠實現(xiàn)硅片局部和全局平坦化的實用技術和核心技術，正廣泛地應用于IC制造中。拋光墊是化學機械拋光(CMP)系統(tǒng)中的主要耗材之一，拋光墊的結構和表面粗糙度對CMP過程中的硅片材料去除率和表面粗糙度有很大影響。但是拋光墊經過一段時間的使用后，表面會發(fā)生惡化從而降低拋光效果。因此，需要對拋光墊進行修整或調整，恢復其使用性能。美國專利US548631提出一種拋光墊修整裝置(Device for conditioning polishing pads)，如圖1所示，控制臂32連接壓力筒36和修整器18?；瘜W機械拋光時，支撐基座13上的研磨臺11可沿A向轉動，拋光墊15安裝在研磨臺11上并隨之一起轉動，控制臂32控制修整器18在拋光墊上水平移動，壓力筒36可以垂直向下移動以改變對修整器 18的下壓力。美國專利US7300338提出一種金剛石材質的修整器研磨盤(CMP diamond conditioning disk)，如圖2所示，金剛石材質的超硬研磨顆粒層M與非金屬基板20 (由氧化鋁和石墨等形成)通過非金屬粘合層22 (由氧化鋁和碳化硅等形成)粘合固定，上述器件結構嵌合在支撐基座26的凹槽觀中構成了修整器研磨盤，修整器研磨盤通過支撐基座沈的背面30連接到拋光墊修整裝置的其它匹配結構上。目前結合上述拋光墊修整裝置和金剛石材質的修整器研磨盤而形成的拋光墊修整裝置應用非常廣泛。但是拋光墊修整時，基本上采用對拋光墊修整裝置設定恒定的下壓力值(fixed conditioner down force)，對拋光墊表面各位置進行一致性的修整，如圖3 所示，修整器定值修整拋光墊時，拋光墊使用時間(pad lifetime)越長，拋光的材料去除率 (MRR)如晶圓氧化膜的去除率(Oxide RR)等越低，現(xiàn)有技術中通過不斷增大修整器研磨盤的下壓力可以穩(wěn)定或增大MRR，如圖4所示，但是由于拋光墊表面各位置的實際惡化情況不一，上述修整方法會造成拋光墊表面打磨不到位或者過打磨的現(xiàn)象，因此需要一種拋光墊修整方法，能針對拋光墊表面不同修整位置進行匹配性修整，提高拋光墊表面性能，延長拋光墊使用壽命。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種拋光墊修整方法，能針對拋光墊表面不同修整位置進行補償修整，提高拋光墊表面性能，延長拋光墊使用壽命。為解決上述問題，本發(fā)明提出一種拋光墊修整方法，該方法包括如下步驟拋光裝置及修整器接入智能控制系統(tǒng)，所述智能控制系統(tǒng)包括測算單元、控制單元以及反饋單元；
所述控制單元設定修整器的目標修整扭矩，得到修整器的目標修整參量，開始修整器對拋光墊的修整；所述測算單元測得修整器的實時修整扭矩和拋光過程的實時材料去除率；所述測算單元依據(jù)所述實時修整扭矩和實時材料去除率計算得到修整器的修整
參量偏差；所述反饋單元將所述修整參量偏差反饋到控制單元；所述控制單元補償所述修整參量偏差得到修整器新的目標修整參量，更新修整器對拋光墊的修整；循環(huán)進行所述測算單元測得修整器的實時修整扭矩和拋光過程的實時材料去除率及以后的操作，直至拋光過程結束。進一步的，所述修整器為金剛石修整器。進一步的，所述控制單元控制修整器沿水平方向左右移動或沿豎直方向上下移動。進一步的，所述修整參量包括下壓力、頻率以及位置。進一步的，所述拋光過程包括對淺槽隔離結構、層間介質、鑲嵌金屬或高K金屬柵極的拋光過程。根據(jù)本發(fā)明的另一面，提供一種應用于調整控制拋光墊修整器的智能控制系統(tǒng)， 包括測算單元，用于測量或計算修整器的相關參量以及拋光裝置拋光過程中的材料去除率；控制單元，用于結合所述測算單元的信息對修整器設定修整參數(shù)，并控制和調節(jié)修整器對拋光墊的修整；反饋單元，用于反饋修整器對拋光墊的修整偏差信息給所述控制單元，使得所述控制單元及時補償修整偏差，調整修整器對拋光墊的修整。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明通過智能控制系統(tǒng)實時監(jiān)控修整器的修整扭矩和拋光的材料去除率，計算出修整參量的偏差，反饋偏差信息并補償修整器對拋光墊的修整偏差，進而調整修整器對拋光墊的修整并繼續(xù)監(jiān)控，形成循環(huán)操作。這種閉環(huán)控制模式提高了修整拋光墊的精確性，延長了拋光墊的使用壽命，增強了各種拋光工藝的穩(wěn)定性，進一步降低工藝成本，提高工藝效率。


圖1是現(xiàn)有技術的一種拋光墊修整裝置結構示意圖；圖2是現(xiàn)有技術的一種拋光墊修整器的研磨盤結構示意圖；圖3是現(xiàn)有技術定值修整下的拋光墊使用壽命和材料去除率的關系曲線示意圖；圖4是現(xiàn)有技術中拋光墊修整器的研磨盤下壓力與材料去除率的關系曲線示意圖；圖5是本發(fā)明實施例的工藝流程圖；圖6是本發(fā)明實施例的剖面結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明提出的拋光墊修整方法作進一步詳細說明。 根據(jù)下面說明和權利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式，僅用于方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。如圖5所示，本發(fā)明提出一種拋光墊修整方法，該方法使一種閉環(huán)控制模式 (close-loop control，CLC) οS501，拋光裝置及修整器接入智能控制系統(tǒng)，所述智能控制系統(tǒng)設有測算單元、控制單元以及反饋單元。請參考圖6，本實施例的CMP拋光裝置中，支撐基座600上的旋轉臺601旋轉時(如 A箭頭所示)，帶動承載的拋光墊602旋轉(如B箭頭所示)，拋光頭603承載著晶圓605與拋光墊602緊貼并發(fā)生相對轉動和平移(如C、D箭頭所示)，修整器604通過智能控制系統(tǒng)606實現(xiàn)研磨盤60 的水平移動和豎直移動(如E、G箭頭所示)，智能控制系統(tǒng)606設有測算單元、控制單元以及反饋單元，測算單元用于測量或計算修整器的相關參量以及拋光裝置拋光過程中的材料去除率(MRR)，如研磨盤60 的修整的位置、頻率、下壓力、扭矩以及晶圓605的材料去除率(MRR)等，控制單元用于對修整器604設定修整參數(shù)并控制和調節(jié)修整器604對拋光墊602的修整，反饋單元用于反饋修整器604對拋光墊602的修整偏差信息給控制單元，使得控制單元及時補償修整偏差，調整修整器604對拋光墊602的修整。修整過程中，有相應的去離子水(DIW)清洗裝置清洗修整器604的研磨盤60如。本實施例中，研磨盤60 采用金剛石研磨顆粒制作，故修整器604為金剛石修整器。S502，所述控制模塊設定修整器的目標修整扭矩，得到修整器的目標修整參量，開始修整器對拋光墊的修整。。請參考圖6，智能控制系統(tǒng)606的控制單元給修整器604設定一個目標修整扭矩后，得到修整器604的目標修整參量，即修整拋光墊所需的修整位置、頻率、下壓力，研磨盤 604a依據(jù)所述目標修整參量開始對拋光墊602進行修整。S503，所述測算單元測得修整器的實時修整扭矩和拋光過程的實時材料去除率。請參考圖6，智能控制系統(tǒng)606的測算單元對修整器進行測量，測量得到當前修整位置修整器對應的實時修整扭矩，同時，測算單元還需測得拋光的實時材料去除率，即晶圓 605的氧化膜去除率(Oxide RR)。S504，所述測算單元依據(jù)所述實時修整扭矩和實時材料去除率計算得到修整器的
修整參量偏差。請參考圖6，智能控制系統(tǒng)606的測算單元對測量所得的修整器對應的實時修整扭矩以及晶圓605的氧化膜去除率(Oxide RR)的測量值進行去噪處理后，分析實時修整扭矩和Oxide RR的值，得到修整器604對拋光墊602下一步修整的目標修整參量，計算得到修整器604對拋光墊602修整的修整參量偏差，即修整下壓力、頻率以及位置的偏差。S505，所述反饋單元將所述修整參量偏差反饋到控制單元。請參考圖6，智能控制系統(tǒng)606的反饋單元將所得的修整參量偏差，即修整下壓力、頻率以及位置的偏差，反饋給控制單元。S506，所述控制單元補償所述修整參量偏差得到修整器新的目標修整參量，更新修整器對拋光墊的修整。請參考圖6，智能控制系統(tǒng)606的控制單元依據(jù)收到的修整參量偏差，即修整下壓力、頻率以及位置的偏差，對修整參量進行偏差補償，進而得到了修整器604對拋光墊602 修整的新的目標修整參量，修整器604依據(jù)新的目標修整參量對對拋光墊602修整，也就是說研磨盤60 對拋光墊602表面的修整位置為補償后的修整位置，并同時采用補償后的修整的下壓力和頻率進行修整。S507，循環(huán)進行所述測算單元測得修整器的實時修整扭矩和拋光過程的實時材料去除率及以后的操作，直至拋光過程結束。請參考圖6，S506步驟中依據(jù)新的目標修整參量調整了修整器604對拋光墊602 的修整，修整器604的狀態(tài)改變，此時再依次進行S503至S506的操作，繼續(xù)對修整器實施實時監(jiān)控和調整，循環(huán)進行下去直至拋光過程結束，由此形成了一個修整器對拋光墊修整的閉環(huán)控制模式，隨著拋光墊使用時間的增長，修整器修整的下壓力依據(jù)拋光的材料去除率適應性調整，而不是一直增大，實現(xiàn)了拋光墊表面的精確修整，最終使得拋光的材料去除率穩(wěn)定，提高均一性拋光效果的獲得效率。本發(fā)明的拋光墊修整方法可以應用到淺槽隔離結構(STI)、層間介質(ILD)、鑲嵌金屬(Al、W、Cu)或高K金屬柵極(HKMG)的拋光過程中。根據(jù)本發(fā)明的另一面，提供一種應用于調整控制拋光墊修整器的智能控制系統(tǒng)， 包括測算單元，用于測量或計算修整器的相關參量以及拋光裝置拋光過程中的材料去除率；控制單元，用于結合所述測算單元的信息對修整器設定修整參數(shù)，并控制和調節(jié)修整器對拋光墊的修整；反饋單元，用于反饋修整器對拋光墊的修整偏差信息給所述控制單元，使得所述控制單元及時補償修整偏差，調整修整器對拋光墊的修整。綜上所述，本發(fā)明通過實時監(jiān)控修整器的修整扭矩和拋光的材料去除率，計算出修整參量的偏差，即修整的下壓力、頻率和位置的偏差，反饋偏差信息并補償修整器對拋光墊的修整偏差，進而調整修整器對拋光墊的修整并繼續(xù)監(jiān)控，形成循環(huán)操作。這種閉環(huán)控制模式提高了修整拋光墊的精確性，延長了拋光墊的使用壽命，增強了各種拋光工藝的穩(wěn)定性，進一步降低工藝成本，提高工藝效率。顯然，本領域的技術人員可以對發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種拋光墊修整方法，其特征在于，包括拋光裝置及修整器接入智能控制系統(tǒng)，所述智能控制系統(tǒng)包括測算單元、控制單元以及反饋單元；所述控制單元設定修整器的目標修整扭矩，得到修整器的目標修整參量，開始修整器對拋光墊的修整；所述測算單元測得修整器的實時修整扭矩和拋光過程的實時材料去除率；所述測算單元依據(jù)所述實時修整扭矩和實時材料去除率計算得到修整器的修整參量偏差；所述反饋單元將所述修整參量偏差反饋到控制單元；所述控制單元補償所述修整參量偏差得到修整器新的目標修整參量，更新修整器對拋光墊的修整；循環(huán)進行所述測算單元測得修整器的實時修整扭矩和拋光過程的實時材料去除率及以后的操作，直至拋光過程結束。
2.如權利要求1所述的拋光墊修整方法，其特征在于，所述修整器為金剛石修整器。
3.如權利要求1所述的拋光墊修整方法，其特征在于，所述控制單元控制修整器沿水平方向左右移動或沿豎直方向上下移動。
4.如權利要求1所述的拋光墊修整方法，其特征在于，所述修整參量包括下壓力、頻率以及位置。
5.如權利要求1所述的拋光墊修整方法，其特征在于，所述拋光過程包括對淺槽隔離結構、層間介質、鑲嵌金屬或高K金屬柵極的拋光過程。
6.一種應用于調整控制拋光墊修整器的智能控制系統(tǒng)，其特征在于，包括測算單元，用于測量或計算修整器的相關參量以及拋光裝置拋光過程中的材料去除率；控制單元，用于結合所述測算單元的信息對修整器設定修整參數(shù)，并控制和調節(jié)修整器對拋光墊的修整；反饋單元，用于反饋修整器對拋光墊的修整偏差信息給所述控制單元，使得所述控制單元及時補償修整偏差，調整修整器對拋光墊的修整。
全文摘要
本發(fā)明提供一種拋光墊修整方法，通過修整器和拋光裝置接入智能控制系統(tǒng)，進而能夠實時監(jiān)控修整器的修整扭矩和拋光的材料去除率，計算出修整參量(下壓力、頻率和位置)的偏差，反饋偏差信息并補償修整器對拋光墊的修整偏差，進而調整修整器對拋光墊的修整并繼續(xù)監(jiān)控，形成循環(huán)操作。這種閉環(huán)控制模式提高了修整拋光墊的精確性，延長了拋光墊的使用壽命，增強了各種拋光工藝的穩(wěn)定性，進一步降低工藝成本，提高工藝效率。
文檔編號B24B53/12GK102554788SQ20101061023
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月23日 優(yōu)先權日2010年12月23日
發(fā)明者鄧武峰 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司