[发明专利]一种抛光装置及晶片抛光方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学机械抛光装置领域，且特别涉及一种多抛光垫配合使用的抛光装置及晶片抛光方法。

背景技术

目前，由于铜比铝有更低的电阻率，优越的抗电迁移特性和低的热敏感性，可以产生较小的电阻电容(RC)和高的电路可靠性，被广泛应用于晶片互连。如图1A所示，现有技术中实现晶片的电路互连工艺一般为：在晶片10上形成介电层11；刻蚀所述介电层11形成用于电路互连的多个沟槽；在所述介电层11上沉积阻挡层12，在所述沟槽中填充铜以形成铜(Cu)互连13。

通常受沟槽结构和填充工艺影响，形成的铜互连13表面不平整，必须采用化学机械抛光(CMP)工艺进行平坦化。Cu-CMP抛光过程如下：如图1B所示，第一步采用第一抛光垫粗磨，除去铜互连13过量的Cu形成初步平坦化；如图1C所示，第二步采用第二抛光垫进行精细研磨，去除阻挡层12之上，Cu互连13之外的残留Cu；如图1D所示，第三步采用第三抛光垫去除沟槽外的阻挡层12，在介电层11和Cu互连13上提供平坦的抛光表面。

然而，如图1D所示，上述抛光操作一般会在第二步和第三步采用过抛光，从各个沟槽中去除Cu时会出现凹陷13a，进而导致Cu互连电路临界尺寸的变化。为了改善凹陷现象，抛光中会采用较低的抛光压力并进行过抛光，这会使得抛光时间持续延长，进而产生更多的凹陷，晶片表面电阻性能下降，从而对器件性能的增益极少；另外，现有技术中，通常进行完上述抛光操作后才对晶片的特征尺寸进行测量，缺少对抛光工艺的实际监控，使得晶片成品率降低，工艺成本增加。

因此需要一种新型的抛光装置及晶片抛光方法，能实时监测晶片抛光时的金属互连电路特征尺寸的变化，使得抛光时间合理，降低晶片抛光时凹陷的产生，改善晶片表面电阻，提高抛光性能，提高成品率，减低工艺成本。

发明内容

本发明提出一种抛光装置及晶片抛光方法，能实时监测晶片抛光时的金属互连电路特征尺寸的变化，使得抛光时间合理，降低晶片抛光时凹陷的产生，改善晶片表面电阻，提高抛光性能，提高成品率，减低工艺成本。

为了达到上述目的，本发明提出一种抛光装置，包括研磨机台，在所述研磨机台上依次安置四个抛光垫，分别为第一抛光垫，第二抛光垫，第三抛光垫及第四抛光垫，在所述第三抛光垫与第四抛光垫之间安置特征尺寸测控反馈单元，以测量所述第三抛光垫抛光后的晶片的特征尺寸，计算出精准的抛光参数并反馈至所述第四抛光垫。

进一步的，所述特征尺寸测控反馈单元包含计算机和连接所述计算机的晶片特征尺寸监测平台，所述晶片特征尺寸监测平台测量所述第三抛光垫抛光后的晶片的特征尺寸，并传送给所述计算机，所述计算机计算出精准的抛光参数并反馈至所述第四抛光垫。

进一步的，所述晶片特征尺寸监测平台采用湿法量测。

进一步的，所述四个抛光垫依次固定在一条抛光带上或分别固定在相互独立的研磨盘上。

进一步的，所述四个抛光垫包含一个或多个固结磨料抛光垫。

进一步的，所述固结磨料抛光垫含有金刚石、二氧化硅、二氧化铈、氧化铝、碳化硅、碳化硼及氧化锆中的至少一种。

进一步的，所述第一抛光垫为高材料去除率抛光垫。

进一步的，所述第二抛光垫的材料去除率低于所述第一抛光垫的材料去除率。

进一步的，所述第三抛光垫采用氧化物抛光浆料。

进一步的，所述第四抛光垫与所述第三抛光垫采用相同材料制作。

根据本发明的另一面，提供一种应用上述抛光装置的晶片抛光方法，所述晶片包括依次形成的下层、中间层和上层，包括：

采用第一抛光垫粗研磨所述晶片，去除所述晶片的大部分上层；

采用第二抛光垫细研磨所述晶片，去除残留的上层，抛光停止在所述中间层上；

采用第三抛光垫在预设抛光时间内细研磨所述晶片，以使晶片特征尺寸接近目标尺寸；

采用特征尺寸测控反馈单元测量所述晶片特征尺寸，并计算出精准的抛光参数；所述第四抛光垫根据所述参数对所述晶片再次细研磨，使所述晶片特征尺寸最终达到目标尺寸。

进一步的，所述特征尺寸测控反馈单元的晶片特征尺寸监测平台测量所述晶片的特征尺寸，传送给所述特征尺寸测控反馈单元的计算机，所述计算机计算出精准的抛光参数并反馈至所述第四抛光垫。

进一步的，所述第一抛光垫的抛光采用I型扫描研磨终点控制。

进一步的，所述第二抛光垫的抛光采用全局扫描研磨终点控制。