[发明专利]化学机械抛光多区压力在线控制算法

说明书

技术领域

本发明涉及化学机械抛光技术领域，特别涉及一种化学机械抛光多区压力在线控制算法。

背景技术

化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)技术是目前集成电路制造中制备多层铜互连结构的关键技术之一。作为当今最有效的全局平坦化方法，CMP技术已在超大规模集成电路制造中得到了广泛应用。

化学机械抛光是化学腐蚀和机械磨削协同作用的抛光方法。其中，抛光压力是影响材料去除率和去除非均匀性的重要参数之一。大量研究结果表明，增大抛光压力能够提高去除率，但是压力过大会影响材料表面抛光液的均匀分布，导致去除率不均匀，降低抛光质量。而减小抛光压力会减小去除率，从而降低生产效率。此外，随着晶圆尺寸的不断增大，为了保证晶圆表面材料去除的均匀性，分区压力控制技术已引入CMP工艺中。但是在分区压力控制过程中，抛光头各压力分区之间会相互影响，导致压力控制效果变差，严重时将影响工艺效果。因此，实现可靠的压力控制，保证抛光头各压力分区在工艺过程中良好的压力响应特性是实现纳米级抛光工艺的重要条件。目前，有关压力控制的高级算法较多，但是较为复杂，不便于控制系统的软件实现。而且相关算法面向的控制环境比较简单，不同于CMP苛刻的工艺环境。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种化学机械抛光多区压力在线控制算法，该控制算法简便有效，方便调节，同时具有较强的适应能力。

为了实现上述目的，本发明的实施例提出了一种化学机械抛光多区压力在线控制算法，包括以下步骤：分别获取所述抛光头的各压力分区的零点偏移量；根据所述抛光头的各压力分区的零点偏移量，分别对CMP抛光头系统的各路气压传感器的测量值进行修正，并将修正后的测量值作为所述各路气压传感器的最终输出值；计算所述各路气压传感器的最终输出值与对应压力分区的预设压力值之间的偏差量；根据所述偏差量实时计算所述CMP抛光头系统的相应电气比例阀的控制量；以及根据所述控制量对所述相应电气比例阀的开度进行控制。

根据本发明实施例的化学机械抛光多区压力在线控制算法，简便有效，方便调节，同时具有较强的适应能力。

另外，根据本发明上述实施例的化学机械抛光多区压力在线控制算法具有如下技术特征：

在本发明的实施例中，所述化学机械抛光多区压力在线控制算法采用增量式PI控制算法，将当前计算得到的控制增量与上一时刻计算得到的控制量之和作为所述相应电气比例阀的当前控制量，其中控制增量的计算公式为：

Δu(n)＝K_p·Δe(n)+αK′_ie(n)，

其中，定义K_p为比例项系数，K′_i作为改良后的积分项系数，Δe(n)为气压传感器的最终输出值与对应压力分区的预设压力值之间的当前偏差量e(n)与上一时刻偏差量e(n-1)的差值，α为变积分增益系数。

进一步地，通过设置死区的控制方式，在每次控制量的计算前进行初始判断，如果所述偏差量控制在合理范围，则不改变当前控制量，具体为：

其中，u(n)_old为上一时刻控制量的计算结果，u(n)_new为当前时刻控制量的计算结果，r为对应压力分区的预设压力值，e₀为死区的区间大小。

进一步地，采取逐步释放积分作用的机制，定义三对阈值变量和变积分增益系数。

进一步地，还包括：在每次计算出所述CMP抛光头系统的相应电气比例阀的控制量之后，判断所述控制量是否超出所述相应电气比例阀所允许的极限值，并限定控制量的输出值。在正向压力调节过程中，如果所述控制量超出所述相应电气比例阀所允许的最大值u(n)_max，则将所述相应电气比例阀所允许的最大值u(n)_max作为所述CMP抛光头系统的相应电气比例阀的控制量。在反向压力调节过程中，如果所述控制量低于所述相应电气比例阀所允许的最小值u(n)_min，则将所述相应电气比例阀所允许的最小值u(n)_min作为所述CMP抛光头系统的相应电气比例阀的控制量。

在一些示例中，所所述各路气压传感器与所述各压力分区一一对应，以分别检测所述各压力分区所受的压力。

在一些示例中，所述多压力分区包括第一至第五压力分区及保持环。