化學機械拋光多區壓力在線控制算法的製造方法與工藝

2024-02-27 18:41:15

本發明涉及化學機械拋光技術領域，特別涉及一種化學機械拋光多區壓力在線控制算法。

背景技術：
化學機械拋光(ChemicalMechanicalPolishing，CMP)技術是目前集成電路製造中製備多層銅互連結構的關鍵技術之一。作為當今最有效的全局平坦化方法，CMP技術已在超大規模集成電路製造中得到了廣泛應用。化學機械拋光是化學腐蝕和機械磨削協同作用的拋光方法。其中，拋光壓力是影響材料去除率和去除非均勻性的重要參數之一。大量研究結果表明，增大拋光壓力能夠提高去除率，但是壓力過大會影響材料表面拋光液的均勻分布，導致去除率不均勻，降低拋光質量。而減小拋光壓力會減小去除率，從而降低生產效率。此外，隨著晶圓尺寸的不斷增大，為了保證晶圓表面材料去除的均勻性，分區壓力控制技術已引入CMP工藝中。但是在分區壓力控制過程中，拋光頭各壓力分區之間會相互影響，導致壓力控制效果變差，嚴重時將影響工藝效果。因此，實現可靠的壓力控制，保證拋光頭各壓力分區在工藝過程中良好的壓力響應特性是實現納米級拋光工藝的重要條件。目前，有關壓力控制的高級算法較多，但是較為複雜，不便於控制系統的軟體實現。而且相關算法面向的控制環境比較簡單，不同於CMP苛刻的工藝環境。

技術實現要素：
本發明旨在至少在一定程度上解決上述相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的目的在於提出一種化學機械拋光多區壓力在線控制算法，該控制算法簡便有效，方便調節，同時具有較強的適應能力。為了實現上述目的，本發明的實施例提出了一種化學機械拋光多區壓力在線控制算法，包括以下步驟：分別獲取所述拋光頭的各壓力分區的零點偏移量；根據所述拋光頭的各壓力分區的零點偏移量，分別對CMP拋光頭系統的各路氣壓傳感器的測量值進行修正，並將修正後的測量值作為所述各路氣壓傳感器的最終輸出值；計算所述各路氣壓傳感器的最終輸出值與對應壓力分區的預設壓力值之間的偏差量；根據所述偏差量實時計算所述CMP拋光頭系統的相應電氣比例閥的控制量；以及根據所述控制量對所述相應電氣比例閥的開度進行控制。根據本發明實施例的化學機械拋光多區壓力在線控制算法，簡便有效，方便調節，同時具有較強的適應能力。另外，根據本發明上述實施例的化學機械拋光多區壓力在線控制算法具有如下技術特徵：在本發明的實施例中，所述化學機械拋光多區壓力在線控制算法採用增量式PI控制算法，將當前計算得到的控制增量與上一時刻計算得到的控制量之和作為所述相應電氣比例閥的當前控制量，其中控制增量的計算公式為：Δu(n)＝Kp·Δe(n)+αK′ie(n)，其中，定義Kp為比例項係數，K′i作為改良後的積分項係數，Δe(n)為氣壓傳感器的最終輸出值與對應壓力分區的預設壓力值之間的當前偏差量e(n)與上一時刻偏差量e(n-1)的差值，α為變積分增益係數。進一步地，通過設置死區的控制方式，在每次控制量的計算前進行初始判斷，如果所述偏差量控制在合理範圍，則不改變當前控制量，具體為：其中，u(n)old為上一時刻控制量的計算結果，u(n)new為當前時刻控制量的計算結果，r為對應壓力分區的預設壓力值，e0為死區的區間大小。進一步地，採取逐步釋放積分作用的機制，定義三對閾值變量和變積分增益係數。進一步地，還包括：在每次計算出所述CMP拋光頭系統的相應電氣比例閥的控制量之後，判斷所述控制量是否超出所述相應電氣比例閥所允許的極限值，並限定控制量的輸出值。在正向壓力調節過程中，如果所述控制量超出所述相應電氣比例閥所允許的最大值u(n)max，則將所述相應電氣比例閥所允許的最大值u(n)max作為所述CMP拋光頭系統的相應電氣比例閥的控制量。在反向壓力調節過程中，如果所述控制量低於所述相應電氣比例閥所允許的最小值u(n)min，則將所述相應電氣比例閥所允許的最小值u(n)min作為所述CMP拋光頭系統的相應電氣比例閥的控制量。在一些示例中，所所述各路氣壓傳感器與所述各壓力分區一一對應，以分別檢測所述各壓力分區所受的壓力。在一些示例中，所述多壓力分區包括第一至第五壓力分區及保持環。本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。附圖說明本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：圖1是本發明一個實施例的多區動態壓力測試結果示意圖；圖2是本發明一個實施例的CMP拋光頭系統的控制原理圖；以及圖3是根據本發明一個實施例的化學機械拋光多區壓力在線控制算法的流程圖。具體實施方式下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。以下結...