一种CMP工艺中介质与铜去除速率比的调控方法及工艺设备与流程

本申请涉及半导体制造，特别是涉及一种cmp工艺中介质与铜去除速率比的调控方法及工艺设备。

背景技术：

1、化学机械研磨（chemical mechanical polishing，简称cmp）是半导体制造过程中实现全局平坦化的核心工艺。随着半导体制造技术向更小特征尺寸、更高集成度的方向发展，cmp作为实现晶圆全局平坦化的关键工艺环节，其工艺精度直接影响着芯片的性能和良率。

2、由于铜金属层与周围介质材料在物理特性和化学性质上存在本质差异，其去除机制各不相同，介质的去除主要依赖于机械摩擦作用，而铜的去除则更多地依赖于浆料的化学氧化和络合作用。在传统cmp工艺中，介质与铜的去除速率比的调控长期依赖于静态的浆料配方优化。然而，这种静态调控方式无法应对cmp工艺过程中抛光垫表面的动态变化，另外，抛光垫在持续使用过程中会发生釉化现象，也会显著削弱浆料的保持能力和机械切削作用，导致材料去除速率（mrr）衰减及晶圆不均匀性恶化，并且，传统cmp工艺容易出现铜层的过度抛光或抛光不足，进而引发碟形凹陷（dishing）、侵蚀（erosion）等质量缺陷，特别是在3d封装和硅通孔（tsv）等先进封装技术中，铜与介质去除速率不匹配会导致tsv底部凹陷，严重影响后续晶圆键合的可靠性和界面质量。

3、因此，如何实现对介质与铜去除速率比的动态精准调控，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、鉴于现有技术中存在的缺陷及不足，本申请提供一种cmp工艺中介质与铜去除速率比的调控方法及工艺设备，以解决上述一个或多个技术问题。

2、第一方面，提供一种cmp工艺中介质与铜去除速率比的调控方法，包括：

3、在化学机械抛光过程中，调节修整器施加于抛光垫的下压力，改变浆料流入抛光头下方的流量，从而选择性改变铜材料的化学去除速率，实现介质与铜材料去除速率比的调控；其中，

4、增大所述下压力时，所述浆料流入量减少，铜材料的去除速率下降幅度大于介质材料的去除速率下降幅度，从而使介质与铜的去除速率比升高；

5、减小所述下压力时，所述浆料流入量增加，所述铜材料的去除速率上升幅度大于所述介质材料的去除速率上升幅度，从而使介质与铜的去除速率比降低。

6、第二方面，提供一种cmp工艺设备，用于实现介质与铜去除速率比的调控，包括：

7、抛光盘，用于承载抛光垫；

8、抛光头，设置于所述抛光盘上方，用于承载晶圆；

9、浆料供给系统，用于向所述抛光垫的表面供给浆料；

10、修整器，设置于所述抛光盘的上方，用于修整所述抛光垫；

11、压力控制系统，与所述修整器连接，用于调节所述修整器施加于抛光垫的下压力；

12、控制器，与所述压力控制系统连接，并被配置为执行以下操作：

13、获取目标去除速率比；

14、根据预设的下压力与去除速率比之间的映射关系，确定与所述目标去除速率比相对应的目标下压力；

15、控制所述压力系统调节所述修整器的下压力至所述目标下压力，以改变浆料流入抛光头下方的流量，实现介质与铜去除速率比的调控。

16、与现有技术相比，本申请提供的技术方案具有以下有益效果：

17、本申请提供的介质与铜去除速率比的调控方法通过调节修整器施加于抛光垫的下压力，改变浆料流入抛光头下方的流量，从而选择性改变铜材料的化学去除速率，实现介质与铜去除速率比的动态调控。当增大下压力时，浆料流入量减少，铜去除速率下降幅度大于介质去除速率下降幅度，去除速率比升高；当减小下压力时，浆料流入量增加，铜去除速率上升幅度大于介质去除速率上升幅度，去除速率比降低。通过建立下压力与去除速率比的映射关系，实现了对介质与铜去除速率比的精准动态调控，有效解决了传统工艺中介质与铜去除速率失配导致的碟形凹陷、侵蚀等质量缺陷。

1.一种cmp工艺中介质与铜去除速率比的调控方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的cmp工艺中介质与铜去除速率比的调控方法，其特征在于，在晶圆的转速为50rpm至53rpm，且浆料的流量为200ml/min至300ml/min时，所述修整器的下压力与介质和铜的去除速率比呈正相关关系，修整器的下压力在1.5psi至3.0psi范围内调节时，对应的介质去除速率与铜去除速率之比在1.40至1.90范围内变化。

3.根据权利要求2所述的cmp工艺中介质与铜去除速率比的调控方法，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的cmp工艺中介质与铜去除速率比的调控方法，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的cmp工艺中介质与铜去除速率比的调控方法，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的cmp工艺中介质与铜去除速率比的调控方法，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的cmp工艺中介质与铜去除速率比的调控方法，其特征在于，所述调控方法还包括基于缺陷反馈的调控步骤：

8.根据权利要求1所述的cmp工艺中介质与铜去除速率比的调控方法，其特征在于，所述调控方法还包括对抛光垫表面状态的补偿调控：

9.根据权利要求1所述的cmp工艺中介质与铜去除速率比的调控方法，其特征在于，所述调控方法应用于双盘化学机械抛光设备中，包括：

10.一种cmp工艺设备，用于实现介质与铜去除速率比的调控，其特征在于，包括：