CN101116955A - 用于化学机械研磨装置的操作参数自动反馈方法及其控制*** - Google Patents

用于化学机械研磨装置的操作参数自动反馈方法及其控制*** Download PDF

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CN101116955A CNA2006101084175A CN200610108417A CN101116955A CN 101116955 A CN101116955 A CN 101116955A CN A2006101084175 A CNA2006101084175 A CN A2006101084175A CN 200610108417 A CN200610108417 A CN 200610108417A CN 101116955 A CN101116955 A CN 101116955A
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庄志豪
曾圣桓
庄千莹
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Abstract

本发明揭示一种使用于化学机械研磨(CMP)装置的操作参数(recipe)自动反馈方法，其步骤包括：(1)将CMP装置中相关消耗性零件生命周期(consumable parts lifetime)下载(download)至数据库中，数据库包括第一参照表和第二参照表；(2)利用数据库中的第一参照表，查出在CMP装置中相关消耗性零件生命周期所对应的晶片厚度轮廓(thickness profile)值；(3)利用晶片厚度轮廓值和数据库中的第二参照表，查出最佳的CMP装置的操作参数；并且(4)将最佳操作参数上传(upload)至CMP装置中。

Description

用于化学机械研磨装置的操作参数自动反馈方法及其控制***
技术领域
本发明涉及半导体晶片研磨技术的化学机械研磨(CMP)装置的自动反馈方法，特别是该CMP装置中的操作参数(recipe)自动反馈的方法。
背景技术
图1所示为现有技术的CMP装置的基本架构，其操作过程是将晶片12以研磨头(head)20利用加压装置24压在研磨垫(pad)10上，再以研磨液18由研磨液提供装置16提供至品片12与研磨垫10之间，当晶片12进行研磨加工时，同时以研磨液18中所包括的超微磨粒(直径在100奈米以下)抛光材料，利用研磨头20和研磨平台26的旋转的方式对晶片12的凸部进行选择性的研磨动作。
为了保持研磨垫10的平整性，必需使用研磨垫修整器14来修整研磨垫10，修整器多半是以钻石制作，因为进行晶片研磨同时也会磨损研磨垫10和研磨头20的缓冲垫22，造成研磨垫10和研磨头20的表面产生不平整的情况，降低晶片12边缘的研磨效率，所以必需利用硬度较高(如钻石)的研磨垫修整器14将研磨垫10表面的不平整修整，以利晶片12和研磨垫10的接触面能维持良好的状态，让研磨液18可以均匀分布在晶片和研磨垫之间，维持研磨的良好效率。
在研磨的过程中，无论研磨头20、研磨垫10和研磨垫修整器14都会磨损，因此这些零件都属消耗性零件，也都有其生命周期，使用的时间越长时，会造成晶片表面某些部分的研磨速率明显的下降，如图3所示，在不同的生命周期下在晶片12的内外部分所产生的研磨速率效果也会产生明显的不同，如图形中所显示，当消耗性零件生命周期尚属年轻的曲线1和2中，曲线的落差还不算太大，但到生命周期较老化的曲线4(PAD 18小时/Condition 18小时/Head 18小时)时，晶片12边缘的研磨速率呈现大幅的下降趋势，此问题会造成整个晶片的研磨效果会随消耗性零件生命周期的增加而越来越差。
因为这样的变化，在CMP装置的操作参数上，可以适当调整施加在晶片12区域上的压力，让晶片12的各部分的研磨速率值产生变化，依此可以调整晶片12边缘的研磨速率，因此需要一个机制来判断不同消耗性零件生命周期时，要如何调整操作参数来保持研磨速率，以维持良好的研磨品质。
因此在使用CMP装置研磨过程中，自动依据不同的消耗性零件生命周期来产生最佳的操作参数设定，以维持良好的研磨品质是必需的。
发明内容
本段摘述本发明的某些特征，其它特征将叙述于后续的段落。本发明通过附加的权利要求定义，其合并于此段落作为参考。
为了改善上述的缺点，本发明揭示一种用于化学机械研磨(CMP)装置的操作参数(recipe)自动反馈方法，其步骤包括：(1)将该CMP装置中相关消耗性零件生命周期(consumable parts lifetime)下载(download)至数据库中，该数据库包括第一参照表和第二参照表；(2)利用该数据库中的第一参照表，查出在该CMP装置中相关消耗性零件生命周期所对应的晶片厚度轮廓(thicknessprofile)值；(3)利用该晶片厚度轮廓值和该数据库中的第二参照表，查出最佳的CMP装置的操作参数；并且(4)将该最佳操作参数上传(upload)至CMP装置中。
根据本发明的方法，该消耗性零件为研磨垫(pad)。
根据本发明的方法，该消耗性零件为研磨垫平整器(pad conditioner)。
根据本发明的方法，该消耗性零件为研磨头(head)。
根据本发明的方法，其中第一参照表为不同的消耗性零件生命周期时，研磨速率(polish rate)对应晶片研磨位置的晶片厚度轮廓值变化关系表。
根据本发明的方法，其中第二参照表为不同操作参数下，研磨速率对应晶片研磨位置的晶片厚度轮廓值变化关系表。
根据本发明的方法，其中操作参数包括：研磨率(RR，removal rate)、操作压力(pressure)、研磨头和研磨垫转速、操作温度。
根据本发明的方法，还包括步骤(5)，将晶片厚度轮廓值结果回存到数据库的第一与第二参照表内，作为以后对比用。
本发明另揭示一种化学机械研磨(CMP)操作参数自动反馈控制***，包括：化学机械研磨(CMP)装置；数据库，其中储存第一参照表和第二参照表；和自动反馈机制，当晶片进入该CMP装置时，自动下载该装置内的相关消耗性零件生命周期，和该数据库内的该两个参照表对比，并将对比出的最佳操作参数上传回该CMP装置。
根据本发明的***，该消耗性零件为研磨垫。
根据本发明的***，该消耗性零件为研磨垫平整器。
根据本发明的***，该消耗性零件为研磨头。
根据本发明，其中第一参照表为不同的消耗性零件生命周期时，研磨速率对应晶片研磨位置的晶片厚度轮廓值变化关系表。
根据本发明，其中第二参照表为不同操作参数下，研磨速率对应晶片研磨位置的晶片厚度轮廓值变化关系表。
根据本发明，其中操作参数包括：研磨率、操作压力、研磨头和研磨垫转速、操作温度。
至于其它本发明的特征和优点，将于下段以优选实施例结合附图详细说明。
附图说明
图1是现有技术CMP装置的示意图。
图2是研磨垫(pad)初期/中期/末期和晶片边缘轮廓值的变化图。
图3是不同消耗性零件生命周期时研磨速率和晶片研磨位置的晶片轮廓值的关系图。
图4是不同操作参数时研磨速率和晶片研磨位置的晶片轮廓值的关系图。
图5是本发明的CMP装置和自动反馈的***图。
图6是本发明的流程图。
简单符号说明
10  研磨垫
12  晶片
14  研磨垫修整器
16  装置
18  研磨液
20  研磨头
22   缓冲垫
24   加压装置
26   研磨平台
501  CMP装置
502  自动反馈***
具体实施方式
体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的方式上具有各种的变化，其都不脱离本发明的范围，且其中的说明和附图在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。
下面的表1是不同消耗性零件生命周期的CMP装置抛光晶片时，在不同的晶片研磨位置上的研磨速率(/m)节录自实施例中第一参照表的部分资料，其中1、2、3、4分别代表研磨垫0小时/研磨垫平整器0小时/研磨头0小时(Pad 0hr/Condition 0hr/Head 0hr)、研磨垫6小时/研磨垫平整器6小时/研磨头6小时(Pad 6hr/Condition 6hr/Head 6hr)、研磨垫12小时/研磨垫平整器12小时/研磨头12小时(Pad 12hr/Condition 12hr/Head 12hr)、研磨垫18小时/研磨垫平整器18小时/研磨头18小时(Pad 18hr/Condition 18hr/Head18hr)的生命周期下，各不同晶片研磨位置时的研磨效率值，依此表格可以绘制成如图3的图形。
在图6的本发明的流程图中，如图所示，步骤S01是在晶片进入CMP装置之前，将目前CMP装置消耗性零件生命周期由步骤S02下载到本发明的自动反馈***502中(如图5是本发明***的关系图)，而此自动反馈***502中还包括步骤S03将下载的生命周期值与数据库中第一参照表作对比，第一参照表是将以往的研磨经验所累积的晶片研磨厚度轮廓变化记录起来，依过去的记录来判断此次的研磨过程将会发生何种的情况，晶片的边缘的研磨速率落差有多大等等。
而表2是依照不同的操作参数设定下，CMP装置研磨晶片时，在不同的晶片研磨位置上的研磨速率(/m)节录自实施例中第二参照表的部分资料，其中1、2、3、4、5分别代表不同的操作参数：
#1:RR:8.8，Zone1:7.2，Zone2:3.4，Zone3:3.4，Zone4:3.4，Zone5:3.4；
#2:RR:9.8，Zone1:7.9，Zone2:3.8，Zone3:3.8，Zone4:3.8，Zone5:3.8；
#3:RR:8.8，Zone1:9.2，Zone2:4.4，Zone3:4.5，Zone4:4.6，Zone5:4.7；
#4:RR:9.3，Zone1:8.9，Zone2:4.4，Zone3:4.1，Zone4:4.6，Zone5:4.7；
#5:RR:11.8，Zone1:9.2，Zone2:4.4，Zone3:4.5，Zone4:4.6，Zone5:4.7；
依照这些不同操作参数所得到的如表2的值，可以画出如图4的关系图。
表1
  直径   常值   最大   最小   范围   U％   83.30   85.75   88.20   90.65   93.10   95.55   98.00   100.45   102.90   105.35
  1   1708   1835   1572   263   7.69   1770   1762   1792   1748   1784   1794   1729   1730   1699   1672
  2   1710   1898   1485   413   12.06   1803   1721   1740   1803   1766   1764   1756   1683   1676   1696
  3   1659   1827   1403   424   1278   1732   1745   1758   1721   1692   1736   1747   1715   1651   1636
  4   1666   1847   1154   693   20.80   1781   1752   1792   1773   1768   1715   1658   1647   1673   1673
  直径   107.80   110.25   112.70   115.15   117.60   120.05   122.50   124.95   127.40   129.85   132.30   134.75   137.20   139.65   140.26
  1   1672   1668   1649   1680   1631   1638   1663   1632   1678   1703   1718   1746   1744   1738   1706
  2   1704   1628   1658   1661   1686   1680   1688   1729   1732   1737   1758   1791   1773   1679   1654
  3   1606   1598   1645   1608   1578   1638   1661   1683   1668   1682   1698   1713   1721   1654   1582
  4   1659   1646   1653   1656   1678   1686   1688   1717   1729   1680   1689   1626   1591   1490   1468
  直径   140.88   141.49   142.10   142.71   143.33   143.94   144.55   145.00   145.16   145.78   146.39   147.00   147.61   148.23   148.84
  1   1707   1706   1697   1703   1736   1772   1805   1833   1849   1928   1978   2048   2090   1954   1610
  2   1621   1571   1598   1485   1536   1541   1589   1641   1621   1708   1733   1777   1816   1816   1718
  3   1600   1577   1538   1404   1422   1403   1439   1474   1457   1549   1634   1631   1655   1676   1576
  4   1452   1403   1372   1210   1188   1154   1189   1203   1202   1276   1329   1391   1383   1204   716
步骤S04是将由第一参照表中对照出目前装置的消耗性零件生命周期对晶片研磨速率和晶片厚度轮廓的影响之后，再根据第二参照表，在不同的操作参数设定中选择一个最佳的操作参数，而此操作参数对晶片研磨厚度轮廓的变化影响，正好可以补偿因为消耗性零件生命周期老化对晶片边缘的研磨速率所造成的影响。如图5的装置中，本发明的自动反馈***502，会自动对比数据库第二参照表内各种不同的操作参数下，研磨速率在晶片上不同研磨点的变化，并判断出最佳可以补偿因为消耗性零件生命周期对晶片所造成的伤害的操作参数上传至CMP装置501。
步骤S05是将所选择的最佳操作参数上传至CMP装置之中并依此操作参数来设定CMP装置，以进行步骤605的CMP研磨晶片的程序，同样在此程序完成后，最后将晶片表面研磨的结果回存至数据库作为下次自动反馈***502中的参照表资料之一。
表2
  直径   平均值   最大   最小   范围   U％   83.30   85.75   88.20   90.65   93.10   95.55   98.00   100.45   102.90   105.35
  1   1493   1652   1213   439   14.68   1623   1650   1671   1667   1722   1623   1584   1504   1509   1494
  2   1553   1680   1402   278   8.96   1528   1563   1551   1545   1566   1509   1525   1528   1544   1515
  3   1524   1617   1405   212   6.97   1593   1580   1608   1630   1615   1593   1576   1620   1569   1556
  4   1556   1807   1370   437   14.04   1657   1704   1701   1700   1688   1599   1606   1629   1552   1526
  5   1584   1839   1431   408   12.89   1503   1544   1592   1590   1618   1604   1588   1553   1504   1506
  直径   1432   1431   1443   1437   1466   1504   1568   1568   1588   1639   1652   1502   1574   1439   1392
  1   1522   1478   1479   1431   1440   1481   1525   1455   1520   1534   1589   1607   1584   1550   1533
  2   1432   1431   1443   1437   1466   1504   1568   1568   1588   1639   1652   1502   1574   1439   1392
  3   1493   1516   1554   1549   1596   1563   1580   1565   1557   1557   1565   1627   1443   1402   1402
  4   1535   1513   1560   1530   1460   1489   1502   1509   1551   1553   1530   1581   1491   1453   1433
  5   1563   1562   1534   1527   1510   1509   1511   1534   1513   1557   1537   1486   1464   1420   1415
  直径   140.88   141.49   142.10   142.71   143.33   143.94   144.55   145.00   145.16   145.78   146.39   147.00   147.61   148.23   148.84
  1   1334   1314   1321   1311   1264   1264   1242   1221   1203   1183   1169   1167   1190   1274   1494
  2   1440   1445   1455   1447   1525   1560   1581   1572   1546   1518   1497   1489   1512   1546   1680
  3   1418   1422   1427   1432   1472   1506   1507   1510   1516   1520   1530   1551   1590   1687   1914
  4   1385   1370   1372   1409   1433   1474   1485   1498   1514   1529   1551   1588   1641   1672   1767
  5   1547   1584   1600   1605   1645   1642   1658   1677   1698   1718   1742   1779   1841   1964   2223
在本实施例中，当晶片进入CMP装置时，下载到数据库的生命周期在18～20小时(也就是Pad 18～20hr/Condition 18-20hr/Head 18～20hr)之间时，对照第一参照表其将会产生如图3中的第4条的晶片厚度轮廓值曲线，明显看出在晶片的边缘部分其研磨速率有明显的下降，造成晶片的研磨品质不良。
再对照图4的第二参照表，可以发现当使用操作参数第5模块(RR:11.8，Zone1:9.2，Zone2:4.4，Zone3:4.5，Zone4:4.5，Zone5:4.7)时，可以补偿因耗材的生命周期对晶片的边缘所造成的伤害，因此本发明的自动反馈***，将会从第二参照表中挑选操作参数第5模块回传到CMP的装置中，然后依此操作参数对晶片进行研磨的程序。
每次CMP装置研磨的过程，会将使用的操作参数、消耗性零件生命周期和晶片的研磨结果再回存到数据库的参照表内，可以让数据库参照表更加完整，让每次CMP装置要研磨晶片时，更精确的掌握不同的消耗性零件生命周期时，应上传的操作参数，有效补偿因消耗性零件生命周期所造成的伤害，让研磨效率能保持良好的品质。
尽管本发明已由上述的实施例详细叙述，然而可由本领域的技术人员进行改变和修改，而都不脱离如所附权利要求所要保护的范围。

Claims (15)

1.一种用于化学机械研磨装置的操作参数自动反馈方法，其步骤包括：
(1)将该化学机械研磨装置中相关消耗性零件生命周期下载至数据库中，该数据库包括第一参照表和第二参照表；
(2)利用该数据库中的该第一参照表，查出在该化学机械研磨装置中该相关消耗性零件生命周期所对应的晶片厚度轮廓值；
(3)利用该晶片厚度轮廓值和该数据库中的该第二参照表，查出最佳的化学机械研磨装置的操作参数；以及
(4)将该最佳操作参数上传至该化学机械研磨装置中。
2.如权利要求1的方法，其中该消耗性零件为研磨垫。
3.如权利要求1的方法，其中该消耗性零件为研磨垫平整器。
4.如权利要求1的方法，其中该消耗性零件为研磨头。
5.如权利要求1的方法，其中该第一参照表为不同的消耗性零件生命周期时，研磨速率对应晶片研磨位置的晶片厚度轮廓值变化关系表。
6.如权利要求1的方法，其中该第二参照表为不同操作参数下，研磨速率对应晶片研磨位置的晶片厚度轮廓值变化关系表。
7.如权利要求1的方法，其中该操作参数包括：研磨率、操作压力、研磨头和研磨垫转速、操作温度。
8.如权利要求1的方法，还包括以下步骤：将研磨厚度轮廓值结果回存到该数据库的该第一与第二参照表内，作为以后对比用。
9.一种化学机械研磨操作参数自动反馈控制***，包括：
化学机械研磨装置；
数据库，其中储存第一参照表和第二参照表；以及
自动反馈机制，当晶片进入该化学机械研磨装置时，自动下载该装置内的相关消耗性零件生命周期，和该数据库内的该两个参照表对比，并将对比出的最佳操作参数上传回该化学机械研磨装置。
10.如权利要求9的***，其中该消耗性零件为研磨垫。
11.如权利要求9的***，其中该消耗性零件为研磨垫平整器。
12.如权利要求9的***，其中该消耗性零件为研磨头。
13.如权利要求9的***，其中该第一参照表为不同的消耗性零件生命周期时，研磨速率对应晶片研磨位置的晶片厚度轮廓值变化关系表。
14.如权利要求9的***，其中该第二参照表为不同操作参数下，研磨速率对应晶片研磨位置的晶片厚度轮廓值变化关系表。
15.如权利要求9的***，其中该操作参数包括：研磨率、操作压力、研磨头和研磨垫转速、操作温度。
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