專利名稱：：控制cmp膜厚面內(nèi)均一性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的加工工藝。
背景技術(shù)：
：目前在半導(dǎo)體晶圓廠(FAB)的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝中，對(duì)產(chǎn)品研磨后薄膜(殘膜)膜厚和面內(nèi)均一性的控制主要是通過監(jiān)控光片研磨速率的大小和均一性來實(shí)現(xiàn)的。光片研磨速率可以在一定程度上反映CMP設(shè)備的狀態(tài)，因此通常利用光片研磨速率的大小來決定產(chǎn)品研磨的時(shí)間從而控制殘膜膜厚，將光片研磨速率的均一性控制在一定范圍內(nèi)來保證產(chǎn)品厚度的均一性，而膜厚的均一性一般通過面內(nèi)間差(range),g卩，面內(nèi)多點(diǎn)間最大和最小厚度的差值來反映。-一般來說，殘膜膜厚range較小，有利于器件具有較好的性能，故通常要求產(chǎn)品膜厚range在一定的范圍內(nèi)。實(shí)際運(yùn)行中，如果僅對(duì)研磨速率的大小和均一性進(jìn)行監(jiān)控，經(jīng)常還會(huì)出現(xiàn)殘膜range超出規(guī)格的情形，嚴(yán)重時(shí)不合格率達(dá)20%以上。殘膜膜厚range過大不僅直接影響后面光刻的對(duì)焦，而且偏厚的地方易導(dǎo)致開孔不良(viaopen),偏薄的地方會(huì)影響通孔(via)的特性從而造成低良品率。為了不影響良品率，經(jīng)常對(duì)range超出規(guī)格的晶片再加工進(jìn)行補(bǔ)救，做法是追長(zhǎng)3000-5000A的膜，然后再進(jìn)行追加研磨；這樣不僅大大增加了人力、材料和設(shè)備的成本，而且影響了產(chǎn)品的運(yùn)行周期?？s緊研磨速率的大小和均一性雖然可以在一定程度上減少range超出規(guī)格的現(xiàn)象，但同時(shí)又限制了耗材的使用期限。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種控制CMP膜厚面內(nèi)均一性的方法，可以有效將殘膜的面內(nèi)多點(diǎn)間最大和最小厚度的差值控制在規(guī)格以內(nèi)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明控制CMP膜厚面內(nèi)均一性的方法，包括以下步驟步驟一，獲取前膜面內(nèi)間差數(shù)據(jù)，在第一次產(chǎn)品測(cè)試前，首先對(duì)前膜進(jìn)行直徑方向掃描的曲線的測(cè)量，通過對(duì)曲線的分析確定出能反映產(chǎn)品面內(nèi)間差特征的多個(gè)在線測(cè)試點(diǎn)位置；然后在在線測(cè)試前膜均值的同時(shí)，測(cè)試多點(diǎn)最大值與最小值的差別，獲得前膜的面內(nèi)間差；步驟二，獲取研磨速率傾向參數(shù)(CER)，用光片作研磨速率進(jìn)行監(jiān)控，每種膜質(zhì)的光片第一次進(jìn)行監(jiān)控時(shí)，先對(duì)該膜質(zhì)的研磨速率進(jìn)行直徑方向掃描的曲線的測(cè)量和分析，確定出能反映研磨速率傾向的測(cè)試點(diǎn)；然后在在線測(cè)試獲得速率均值和均一性的同時(shí)，通過計(jì)算獲得此時(shí)研磨速率的傾向參數(shù)，研磨速率傾向參數(shù)定義為硅片在中心區(qū)域的研磨速率和邊緣某個(gè)區(qū)域研磨速率的比值；步驟三，獲得殘膜厚度的均值和面內(nèi)間差，新產(chǎn)品第一次殘膜測(cè)試時(shí),增加對(duì)殘膜進(jìn)行直徑方向掃描的曲線的測(cè)量，分析確定出能反映產(chǎn)品曲線的測(cè)試點(diǎn)位置；之后與以往測(cè)試一樣獲得殘膜厚度的均值和面內(nèi)間差；步驟四，選擇傾向參數(shù)合適的機(jī)臺(tái)進(jìn)行CMP作業(yè)，根據(jù)收集的前膜面內(nèi)間差、研磨速率傾向參數(shù)和殘膜面內(nèi)間差的數(shù)據(jù)分析殘膜面內(nèi)間差與前膜面內(nèi)間差和研磨速率傾向參數(shù)的關(guān)系；從上述關(guān)系進(jìn)一步制定出利用產(chǎn)品前膜的面內(nèi)間差以及光片研磨速率的傾向參數(shù)進(jìn)行殘膜面內(nèi)間差控制的具體方案，即，根據(jù)前膜面內(nèi)間差的大小，選擇具有可以把殘膜的面內(nèi)間差控制在規(guī)格以內(nèi)的傾向參數(shù)的機(jī)臺(tái)進(jìn)行CMP作業(yè)。在所述步驟一中，對(duì)前膜進(jìn)行直徑方向掃描的曲線的測(cè)量時(shí)，測(cè)定點(diǎn)數(shù)等于20個(gè)或大于20個(gè)。在所述步驟一中，對(duì)前膜直徑方向掃描的曲線的進(jìn)行分析時(shí)，確定出9個(gè)能反映產(chǎn)品面內(nèi)間差特征的在線測(cè)試點(diǎn)的位置。本發(fā)明在不增加前膜和研磨速率測(cè)試時(shí)間及精度的情況下，可以有效將殘膜控制在規(guī)格以內(nèi)，延長(zhǎng)了CMP耗材的使用時(shí)間，減少了生產(chǎn)人員的負(fù)擔(dān)，可有效提高工藝設(shè)備的生產(chǎn)利用率。圖l是本發(fā)明的流程示意圖2是利用前膜的曲線確定在線測(cè)試點(diǎn)位置的示意圖，本圖中可以將測(cè)試點(diǎn)確定9點(diǎn)為，S卩，硅片中心l個(gè)點(diǎn)，距中心50mm處4個(gè)點(diǎn)及距中心90mm處4個(gè)點(diǎn)；圖3是利用研磨速率的profile確定CER位置點(diǎn)的示意圖，本圖中可以將測(cè)試點(diǎn)確定為9點(diǎn)，即，硅片中心l個(gè)點(diǎn)，距中心70腿處4個(gè)點(diǎn)及距中心90mm處4個(gè)點(diǎn)，根據(jù)產(chǎn)品需要也可以再加距中心95mm處4個(gè)點(diǎn)；速率的傾向參數(shù)(CER)可根據(jù)產(chǎn)品要求選擇距中心70mm，90mm,95mm或其它點(diǎn)與中心的研磨速率的比值；圖4是利用殘膜的profile確定在線測(cè)試點(diǎn)位置的示意圖，本圖中可以將測(cè)試點(diǎn)確定為9點(diǎn)，即，硅片中心l個(gè)點(diǎn)，距中心50難處4個(gè)點(diǎn)及距中心80mm處4個(gè)點(diǎn)；圖5是前膜range、殘膜range與研磨速率傾向參數(shù)(CER)關(guān)系的示意圖，圖中RG為range的簡(jiǎn)寫；圖6是研磨速率傾向參數(shù)(CER)推移曲線的示意圖，其中，橫坐標(biāo)為測(cè)試時(shí)間；縱坐標(biāo)為CER;圖7是使用當(dāng)前技術(shù)時(shí)的range實(shí)績(jī)，橫坐標(biāo)為測(cè)定的不同批次，縱坐標(biāo)R為range,用圓圈標(biāo)注意為超出規(guī)格；圖8是使用本發(fā)明所提供的方法控制時(shí)的range實(shí)績(jī)，橫坐標(biāo)為為測(cè)定的不同批次，縱坐標(biāo)R為range。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。產(chǎn)品殘膜的面內(nèi)間差(range)不僅與光片研磨速率的大小和均一性有關(guān)，而且與前膜的range以及研磨速率的傾向有關(guān)。本發(fā)明就是通過增加對(duì)前膜的range以及研磨速率的傾向的管理來實(shí)現(xiàn)對(duì)殘膜range的控制的，詳述如下-首先是收集前膜range的數(shù)據(jù)、研磨速率傾向參數(shù)和殘膜range的數(shù)據(jù)，其具體方法如下關(guān)于前膜range的數(shù)據(jù)采集。在晶圓到來之前，測(cè)量膜厚前值。以往對(duì)于前膜測(cè)試的管理，只進(jìn)行前膜均值的管理，沒有對(duì)前膜range進(jìn)行管理，對(duì)于測(cè)試點(diǎn)也沒有明確的規(guī)定，以至于沒有考慮前膜對(duì)CMP殘膜的影響，經(jīng)常出現(xiàn)殘膜range超規(guī)格的現(xiàn)象。本發(fā)明在第一次產(chǎn)品測(cè)試前，首先對(duì)前膜進(jìn)行直徑方向掃描(diameterscan)的曲線(profile)的測(cè)量，測(cè)定點(diǎn)數(shù)為20個(gè)或20個(gè)以上；通過對(duì)profile的分析確定出能反映產(chǎn)品range特征的9個(gè)或多個(gè)在線測(cè)試點(diǎn)位置，如圖2所示；然后在測(cè)試前膜均值的同時(shí)，獲得前膜的range:算法是最大值與最小值的差別。同一類產(chǎn)品的同一工程第二次以后的測(cè)試，可以直接進(jìn)行在線測(cè)試并得到均值。關(guān)于研磨速率傾向參數(shù)的定義和采集。用光片作研磨速率進(jìn)行監(jiān)控主要是為了反映CMP設(shè)備的狀態(tài)。以往對(duì)于光片研磨速率的管理，只進(jìn)行速率均值和均一性的管理，沒有對(duì)速率傾向參數(shù)進(jìn)行定義更沒有進(jìn)行管理，對(duì)于測(cè)試點(diǎn)也沒有明確的規(guī)定，以至于沒有考慮研磨速率傾向?qū)埬ange的影響，導(dǎo)致部分殘膜range超規(guī)格的現(xiàn)象。在本發(fā)明中，研磨速率傾向參數(shù)定義為硅片在中心區(qū)域的研磨速率和邊緣某個(gè)區(qū)域研磨速率的比值，通過該參數(shù)反映出硅片在中心區(qū)域的研磨速率和邊緣其它區(qū)域研磨速率的差別。當(dāng)研磨速率傾向參數(shù)大于1時(shí)，說明此時(shí)的研磨速率有中間偏快的傾向；當(dāng)研磨速率傾向參數(shù)小于1時(shí)，說明此時(shí)的研磨速率有邊緣偏快的傾向。傾向參數(shù)接近或等于1，說明此時(shí)中間和邊緣的研磨速率相近。以往的每個(gè)機(jī)臺(tái)，每12或24小時(shí)針對(duì)等離子體氧化物(PlasmaOxide)或硼磷硅玻璃(BPSG)等不同膜質(zhì)做光片的速率檢測(cè)當(dāng)前機(jī)臺(tái)狀況，通過測(cè)試面內(nèi)多點(diǎn)的速率，獲取速率的大小(均值)和均一性，面內(nèi)的測(cè)試點(diǎn)是固定的。比如針對(duì)STI(淺溝漕隔離)CMP就做HDP(高密度等離子體)的光片速率，針對(duì)IMD(層間膜介質(zhì))CMP就做PlasmaOxide的光片速率。本發(fā)明通過對(duì)每種膜質(zhì)研磨速率研磨曲線(diameterscan)的分析，首先確定出能反映研磨速率傾向的測(cè)試點(diǎn)，如圖3所示，在測(cè)試獲得速率均值和均一性的同時(shí)，通過計(jì)算掌握此時(shí)研磨速率的傾向參數(shù)(CER)。關(guān)于殘膜range的數(shù)據(jù)采集。新產(chǎn)品第一次殘膜測(cè)試時(shí)，首先對(duì)殘膜進(jìn)行直徑方向掃描的曲線的測(cè)量，通過對(duì)曲線的分析確定出能反映產(chǎn)品曲線的測(cè)試點(diǎn)位置，圖4所示；然后象以往測(cè)試一樣獲得殘膜的均值和rang60然后根據(jù)采集的數(shù)據(jù)建立前膜range,殘膜range和研磨速率傾向之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖5所示。由圖5，可以根據(jù)CER值將殘膜range與前膜range的差值控制在一定范圍內(nèi)。如當(dāng)CER〉0.98時(shí)，我們可以將殘膜range與前膜range的差值控制在1200以內(nèi)；假設(shè)產(chǎn)品殘膜range的規(guī)格設(shè)定為2000，只要前膜range小于800,在機(jī)臺(tái)光片研磨速率CER大于0.98的情況下作業(yè)產(chǎn)品的殘膜就不會(huì)超出規(guī)格；另一方面，當(dāng)前膜range大于800時(shí)，由于殘膜range與前膜range的差值有可能大于1200，作業(yè)時(shí)殘膜range就有可能超規(guī)格。很明顯，機(jī)臺(tái)CER越高，殘膜range與前膜range的差值越小，對(duì)前膜的要求越低；對(duì)于前膜來講，要使殘膜range在規(guī)格內(nèi)，前膜range越大，對(duì)機(jī)臺(tái)CER的要求越高。下表是根據(jù)前膜range選擇機(jī)臺(tái)的指導(dǎo)表，按該表可根據(jù)殘膜range規(guī)格建立的不同前膜range對(duì)可以作業(yè)的機(jī)臺(tái)的研磨速率傾向參數(shù)的要求的一個(gè)例子。如當(dāng)前膜range大于800時(shí)，我們只可以選擇CER〉0.99的設(shè)備進(jìn)行作業(yè)；選擇CER小于0.99的機(jī)臺(tái)作業(yè)后殘膜range就有超出規(guī)格的危險(xiǎn)。按照表1所示，根據(jù)前膜range選擇可以作業(yè)的機(jī)臺(tái)，就可以將殘膜的規(guī)格控制在規(guī)格以內(nèi)。表1根據(jù)前膜range選擇作業(yè)的機(jī)臺(tái)的參考表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>根據(jù)本發(fā)明控制方案下運(yùn)行時(shí)有沒有殘膜range超標(biāo)或接近超標(biāo)的情況，檢驗(yàn)本控制方法的合理性并對(duì)控制方案進(jìn)行微調(diào)，從而達(dá)到對(duì)殘膜range的有效控制。通過CER對(duì)產(chǎn)品研磨的效果、機(jī)臺(tái)缺陷(defect)等狀態(tài)的綜合考慮來決定各類耗材的使用期限。如圖6中的CER參數(shù)推移圖，當(dāng)CER小于0.9時(shí)，即使前膜range很小，由于此時(shí)中間區(qū)域的研磨速率與周邊區(qū)域比很慢，仍然會(huì)出現(xiàn)殘膜range出規(guī)格的現(xiàn)象；我們以此可以推斷研磨墊(pad)己經(jīng)到了使用期限；根據(jù)類似多次的研磨數(shù)據(jù)的積累和分析以及defect(缺陷)等情況，推斷出各類耗材的合理的使用期限，從而達(dá)到對(duì)各類耗材的充分運(yùn)用。本發(fā)明在不增加前膜和研磨速率測(cè)試時(shí)間及精度的情況下，可以有效將殘膜控制在規(guī)格以內(nèi)將殘膜mnge的NG率從209&以上降低到1%以下，如圖7所示。這樣不僅延長(zhǎng)了CMP耗材的使用時(shí)間，而且減少了停機(jī)時(shí)間和制品滯留的時(shí)間，從而減少生產(chǎn)人員的負(fù)擔(dān)，有效提高了工藝設(shè)備的生產(chǎn)利用率。權(quán)利要求1、一種控制CMP膜厚面內(nèi)均一性的方法，其特征是，包括以下步驟步驟一，獲取前膜面內(nèi)間差數(shù)據(jù)，在第一次產(chǎn)品測(cè)試前，首先對(duì)前膜進(jìn)行直徑方向掃描的曲線的測(cè)量，通過對(duì)曲線的分析確定出能反映產(chǎn)品面內(nèi)間差特征的多個(gè)在線測(cè)試點(diǎn)位置；然后在在線測(cè)試前膜均值的同時(shí)，測(cè)試多點(diǎn)最大值與最小值的差別，獲得前膜的面內(nèi)間差；步驟二，獲取研磨速率傾向參數(shù)，用光片作研磨速率進(jìn)行監(jiān)控，每種膜質(zhì)的光片第一次進(jìn)行監(jiān)控時(shí)，先對(duì)該膜質(zhì)的研磨速率進(jìn)行直徑方向掃描的曲線的測(cè)量和分析，確定出能反映研磨速率傾向的測(cè)試點(diǎn)；然后在在線測(cè)試獲得速率均值和均一性的同時(shí)，通過計(jì)算獲得此時(shí)研磨速率的傾向參數(shù)，研磨速率傾向參數(shù)定義為硅片在中心區(qū)域的研磨速率和邊緣某個(gè)區(qū)域研磨速率的比值；步驟三，獲得殘膜厚度的均值和面內(nèi)間差，新產(chǎn)品第一次殘膜測(cè)試時(shí)，增加對(duì)殘膜進(jìn)行直徑方向掃描的曲線的測(cè)量，分析確定出能反映產(chǎn)品曲線的測(cè)試點(diǎn)位置；之后與以往測(cè)試一樣獲得殘膜厚度的均值和面內(nèi)間差；步驟四，選擇傾向參數(shù)合適的機(jī)臺(tái)進(jìn)行CMP作業(yè)，根據(jù)收集的前膜面內(nèi)間差、研磨速率傾向參數(shù)和殘膜面內(nèi)間差的數(shù)據(jù)分析殘膜面內(nèi)間差與前膜面內(nèi)間差和研磨速率傾向參數(shù)的關(guān)系；從上述關(guān)系進(jìn)一步制定出利用產(chǎn)品前膜的面內(nèi)間差以及光片研磨速率的傾向參數(shù)進(jìn)行殘膜面內(nèi)間差控制的具體方案，即，根據(jù)前膜面內(nèi)間差的大小，選擇具有可以把殘膜的面內(nèi)間差控制在規(guī)格以內(nèi)的傾向參數(shù)的機(jī)臺(tái)進(jìn)行CMP作業(yè)。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制CMP膜厚面內(nèi)均一性的方法，其特征是，在所述步驟一中，對(duì)前膜進(jìn)行直徑方向掃描的曲線的測(cè)量時(shí)，測(cè)定點(diǎn)數(shù)等于20個(gè)或大于20個(gè)。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制CMP膜厚面內(nèi)均一性的方法，其特征是，在所述步驟一中，對(duì)前膜直徑方向掃描的曲線的進(jìn)行分析時(shí)，確定出9個(gè)能反映產(chǎn)品面內(nèi)間差特征的在線測(cè)試點(diǎn)的位置。全文摘要本發(fā)明公開了一種控制CMP膜厚面內(nèi)均一性的方法，在原來僅利用光片研磨速率的大小和均一性進(jìn)行控制的基礎(chǔ)上，增加對(duì)產(chǎn)品前膜的range以及光片研磨速率的傾向管理，根據(jù)收集的前膜range、研磨速率傾向參數(shù)和殘膜range的數(shù)據(jù)分析殘膜range與前膜range和研磨速率傾向參數(shù)的關(guān)系，按此關(guān)系，根據(jù)前膜range的大小，選擇傾向參數(shù)CER合適的機(jī)臺(tái)進(jìn)行CMP作業(yè)。本發(fā)明可以有效把殘膜的range控制在規(guī)格以內(nèi)。文檔編號(hào)H01L21/02GK101121240SQ200610029849公開日2008年2月13日申請(qǐng)日期2006年8月9日優(yōu)先權(quán)日2006年8月9日發(fā)明者劉艷平,張震宇,晨蔡申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司