[发明专利]一种抛光垫寿命在线检测的系统和方法

说明书

本发明涉及一种抛光垫寿命在线检测的系统及方法，带沟槽的抛光垫设置在抛光台的表面并随抛光台转动；抛光头将晶圆压在抛光垫表面并相对抛光台运动，对晶圆进行平坦化处理：对应抛光区域的部件上安装有光源和光学探测器，光源发射光束至抛光垫表面并反射至光学探测器；控制器在线接收来自光学探测器的信号，根据信号强弱计算沟槽深度，判断抛光垫的剩余工作时间。本发明还提供一种基于抛光垫寿命检测的CMP工艺参数在线调整方法，根据抛光垫的剩余工作时间，在线调整CMP工艺参数，如平坦化时间、抛光台转速、抛光头转速、抛光头压力、抛光液流量、抛光盘温度等能控制晶圆平坦化去除效率的因素，从而提升晶圆的平坦化效率和平坦化质量。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路芯片制造的设备领域，尤其是一种抛光垫寿命在线检测的系统和方法。

背景技术

化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization，CMP)是能够对半导体元件(如晶圆)实现全局和局部平坦化的工艺技术。

在CMP设备中包含抛光台，所述抛光台表面设置有抛光垫；所述抛光台上方设置有抛光头对待处理的晶圆进行夹持，并施加一定的压力将晶圆紧压在抛光垫的表面；所述抛光头与抛光台相对移动或相对旋转，同时由磨粒和化学溶液组成的抛光液在晶圆和抛光垫之间流动，使晶圆表面在化学和机械的共同作用下实现平坦化。所述抛光台上方还设置有修整头，通过修整头上的金刚石盘对抛光垫表面进行修整；所述修整头带动金刚石盘旋转，下压在抛光垫上并以设定轨迹移动，从而提高抛光垫表面的粗糙度，去除平坦化过程中产生的副产物。

所述抛光垫表面设有多个沟槽，抛光液通过所述沟槽分布在抛光层表面。随着平坦化工艺的进行，抛光垫会逐渐地变薄消耗。因此，抛光垫是一种耗材，其寿命(剩余工作时间)是一个非常重要的因素。新抛光垫的表面材料通气性好，能较好地流通抛光液以增加晶圆表面材料的化学反应程度，提升晶圆平坦化效率。随着抛光垫的使用，抛光垫表面材料被磨损，其通透性变差，使得晶圆平坦化的效率变差，此时可改变某些平坦化参数来提升晶圆平坦化效率。当抛光垫使用一定时间后，晶圆的平坦化效率变得非常差，此时，需要更换旧的抛光垫换上新的抛光垫，从而继续加工晶圆，保证工厂的产出。

目前，抛光垫寿命的判别方法主要依靠以下几种方式：

1.依靠抛光垫的工作时间。当更换抛光垫以后，机台重置抛光垫的使用时间；之后，机台实时统计抛光垫的工作时间，当达到设定值后，提醒客户更换抛光垫。

2.统计每片抛光垫上平坦化晶圆的数量。当更换抛光垫后，机台重置此片抛光垫平坦化晶圆的数量；之后，机台实时统计抛光垫平坦化晶圆的数量，当达到设定值后，提醒客户更换抛光垫；

3.当机台停机维护的时候，用工具测量抛光垫沟槽的深度，以此判断抛光垫的磨损情况，确定是否需要更换抛光垫。

其中，方法1、2的缺点是，由于抛光台转速、抛光头转速、抛光液流量、温度等参数的波动，容易造成相同工作时间内或者相同平坦化晶圆数量的情况下抛光垫的磨损情况不一致，过早更换抛光垫容易造成浪费，过晚更换抛光垫容易造成产品的产率和良率下降。方法3的缺点是，需要人工去测量抛光垫沟槽深度，由此会造成抛光垫污染，同时造成生产效率降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种抛光垫寿命在线检测的系统和方法，可以准确有效地计算抛光垫的寿命(剩余工作时间)，并可以根据抛光垫的剩余工作时间实时调整CMP工艺参数，提升晶圆的平坦化效率和平坦化质量。

为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供一种抛光垫寿命在线检测的系统，带沟槽的抛光垫设置在抛光台的表面并随抛光台转动；所述抛光台上方设置有相对抛光台移动或旋转的抛光头，所述抛光头将其承载的晶圆压在抛光垫表面的抛光区域进行平坦化处理，其特征在于，所述系统包含：

光源和光学探测器，其安装在对应抛光区域的部件上；所述光源发射光束至抛光垫表面，光束经抛光垫表面反射至光学探测器；