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专利摘要

本发明公开了一种铜CMP的在线平坦度控制系统，包括：在线测量模块，用于根据当前测量点坐标值判断当前测量点是否处于有效测量区域，并根据厚度测量传感器的当前输出值计算对应的测量值，然后将测量值对应到所属晶圆表面分区，并将各分区内全部测量值的平均值作为对应分区的当前铜层厚度值；分区压力调节模块，用于计算各个分区的铜层厚度值与基准区的铜层厚度值的差值，并根据预设的压力调节量、铜层厚度偏差和各压力分区的初始压力值，计算各压力分区的压力新值；控制模块，用于根据各压力分区的压力新值，控制抛光头对晶圆表面的铜层去除。 ......

基本信息

专利类型:
发明专利
申请/专利号:
CN201710312281.8
申请日期:
2017-05-05
专利申请人:
清华大学 | 华海清科股份有限公司
分类号:
B24B29/02 ; B24B49/10 ; B24B51/00 ; H01L21/306
发明/设计人:
李弘恺，路新春，雒建斌，沈攀
权利要求: 1.一种铜CMP的在线平坦度控制系统，所述控制系统应用于旋转型铜CMP设备，其特征在于，所述CMP设备的抛光头包括多个压力分区，所述多个压力分区作用于晶圆表面多个分区，在工艺过程中，晶圆被所述抛光头压在抛光垫上，且随所述抛光头旋转并沿抛光盘径向做往复运动，所述抛光垫附在所述抛光盘上并随所述抛光盘旋转，所述控制系统包括：在线测量模块，用于在线计算当前测量点在运动晶圆表面上的坐标值，并根据所述坐标值判断所述当前测量点处于有效测量区域时，计算所述当前测量点的当前测量值，并根据所述当前测量点的坐标值，将所述当前测量值对应到所属晶圆表面分区，并计算各晶圆表面分区内全部测量值的平均值，并将所述平均值作为对应晶圆表面分区的当前铜层厚度值；分区压力调节模块，用于将晶圆表面各个分区的铜层厚度值与基准区的铜层厚度值相差，得到所述晶圆表面各个分区与所述基准区之间的铜层厚度偏差，其中，所述基准区为所述晶圆表面多个分区的中心区，并根据预设的压力调节量、所述铜层厚度偏差和各压力分区的初始压力值，计算所述各压力分区的压力新值；控制模块，用于根据所述各压力分区的压力新值，控制所述抛光头对所述晶圆表面铜层的去除。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述在线测量模块采用电涡流厚度测量传感器，实现铜层厚度的在线测量，并通过数据采集卡完成所述电涡流厚度测量传感器输出信号的读取，其中，所述电涡流厚度测量传感器固定在所述抛光盘内的抛光垫下方，并随所述抛光盘同步运动，周期性经过晶圆表面铜层的下方。3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述在线测量模块包括：定位子模块，用于读取所述抛光盘和抛光头的当前转动角度、以及晶圆圆心的径向位置，并根据所述抛光盘和抛光头的当前转动角度、以及所述晶圆圆心的径向位置计算当前测量点相对于晶圆圆心的坐标值；数据采集子模块，用于根据所述当前测量点的坐标值判断所述当前测量点是否位于有效测量区域，并当所述当前测量点位于所述有效测量区域内时，采集所述厚度测量传感器的当前输出值；厚度计算子模块，用于根据所述厚度测量传感器的当前输出值、以及输出值与实际铜层厚度值之间的标定关系，计算所述当前输出值对应的测量值，并根据所述当前测量点的坐标值，判定所述测量值所属晶圆表面分区，并计算晶圆表面各分区内全部测量值的平均值，并将所述平均值作为晶圆表面对应分区的当前铜层厚度值。4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分区压力调节模块具体用于：判断当前晶圆表面分区与基准区之间的铜层厚度偏差是否大于第一阈值；若是，则计算所述当前晶圆表面分区对应的压力分区的初始压力值与所述压力调节量之和，并将和值作为所述压力分区的压力新值；若否，则进一步判断所述当前晶圆表面分区与基准区之间的铜厚度偏差是否大于或等于第二阈值，其中，所述第一阈值大于所述第二阈值，所述第二阈值为所述第一阈值的相反数；若是，则将所述当前晶圆表面分区对应的压力分区的初始压力值保持不变；若所述当前晶圆表面分区与基准区之间的铜厚度偏差小于所述第二阈值，则计算所述当前晶圆表面分区对应的压力分区的初始压力值与所述压力调节量之差，并将差值作为所述压力分区的压力新值。5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述分区压力调节模块还用于：如果所述当前晶圆表面分区与基准区之间的铜厚度偏差大于所述第一阈值、且小于或等于第三阈值，则将所述当前晶圆表面分区对应的压力分区的初始压力值与所述压力调节量的和值作为所述压力分区的压力新值；如果所述当前晶圆表面分区与基准区之间的铜厚度偏差大于所述第三阈值，则将所述当前晶圆表面分区对应的压力分区的初始压力值与第一压力调节阈值的和值作为所述压力分区的压力新值，其中，所述第一压力调节阈值为2倍的压力调节量；如果所述当前晶圆表面分区与基准区之间的铜厚度偏差小于所述第二阈值、且大于或等于第四阈值，则将所述当前晶圆表面分区对应的压力分区的初始压力值与所述压力调节量的差值作为所述压力分区的压力新值，其中，所述第四阈值为所述第三阈值的相反数；如果所述当前晶圆表面分区与基准区之间的铜厚度偏差小于所述第四阈值，则将所述当前晶圆表面分区对应的压力分区的初始压力值与所述第一压力调节阈值的差值作为所述压力分区的压力新值。6.如权利要求4或5所述的系统，其特征在于，所述分区压力调节模块还用于定义各压力分区的压力上限值和压力下限值，并在当前压力分区的压力新值大于所述压力上限值时，将所述压力新值更正为所述压力上限值，并在当前压力分区的压力新值小于所述压力下限值时，将所述压力新值更正为所述压力下限值。7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个压力分区为5个，每个压力分区的形状为环状。8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述在线测量模块还用于：根据各个晶圆表面分区的当前铜层厚度值计算当前晶圆表面整体铜层厚度的平均值，并在所述当前晶圆表面整体铜层厚度的平均值小于或等于预设终点值时，向CMP主系统发送控制消息，以使所述CMP主系统中止工艺过程，同时所述控制系统的各状态变量恢复为初始值。9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括：通讯模块，用于建立所述在线测量模块与所述CMP主系统之间的通信连接。