CN101176985A - 一种有效控制研磨垫使用寿命的方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种有效控制研磨垫使用寿命的方法。其包括如下步骤：a.确定每个研磨垫的原始使用寿命；b.每次进行研磨垫的修复之前，记录下所用来进行修复的研磨盘的剪切速率；c.每个研磨垫在原始使用寿命临近结束时，对所述研磨垫的所剩沟槽深度进行重复测量直到研磨垫上所剩沟槽深度达到一个限值时，即为所述研磨垫的真正的使用寿命；d.重复上述步骤b～c，得到不同的研磨速率与真正使用寿命的相关关系；e.在实际进行研磨垫修复时，只需在获得所采用的研磨盘的研磨速率即可有效估算出研磨垫的真正使用寿命。由于采用对每个研磨盘估算剪切速率，从而无需花费更高成本即可更加接近或达到研磨垫的真正使用寿命。

Description

一种有效控制研磨垫使用寿命的方法

技术领域

本发明涉及一种半导体中的化学机械研磨方法，尤其涉及一种有效控制研磨垫使用寿命的方法。

背景技术

近年来，随着半导体装置集成度与密度的增加，具有薄膜结构的装置愈来愈多，以至于需要一个可以准确地平坦化薄膜结构表面上的薄膜表面的技术。

其中一种平坦化晶片的技术为化学机械研磨(Chemical mechanicalpolish)。这项技术中，由一载具固持的晶片会被压向粘在旋转平台上的一研磨垫，研磨垫在提供有化学研磨溶剂的同时，用以研磨晶片的表面。

研磨垫和研磨盘是CMP工艺中非常重要的两个消耗品，其中：研磨垫的主要作用包括：1)承载研磨液(slurry)，为抛光面的每一点提供均匀或足够的研磨液，主要由研磨垫中的沟槽来完成；2)建立和保持一定的工艺参数如较好的研磨速率及其均一性，由研磨垫的材料特性和沟槽来决定；

在CMP工艺中，研磨盘主要对研磨垫进行修复。研磨盘的修复作用有三点：1)优化研磨垫表面的起伏；2)维持研磨垫承载研磨液的能力；3)带走工艺过程中的副产物。其中剪切速率(cut rate)是评价研磨盘的修复效果的一个参数，也会直接影响所要修复的研磨垫的使用寿命。同样结构和工艺的研磨盘，如果使用固定时间进行修复，剪切速率较低时，对于研磨垫的厚度及沟槽的磨损程度小；剪切速率较高时，对于研磨垫的厚度及沟槽的磨损程度较大。

由于，研磨垫的损耗程度即使用寿命对于整个化学机械研磨制程的研磨效率有着十分大的影响，例如，当研磨垫的损耗程度大于一既定量时，很可能由于沟槽损失过多，所剩沟槽太小而导致研磨效率降低，晶片被移除的厚度不平均甚至研磨过程中硅片飞出的现象；损耗程度低于该既定量时，导致没到研磨垫的实际使用寿命就进行更换而造成不必要的浪费。

因此，有效控制研磨垫的使用寿命尤其重要。

目前，中华人民共和国专利号为98123446.1的发明专利公开了一种可以自我显示寿命的化学机械研磨垫，所述研磨垫具有多层颜色指示层，各层颜色不同，距表面的深度不同，由其颜色变化来指示研磨垫的磨损程度，从而判断研磨垫的使用寿命，但不可避免的此种方法必须要制造具有多层颜色指示层的研磨垫，势必花费更高成本，不利于产业上大量使用。

传统工艺中，研磨垫的使用寿命通常是根据所剩沟槽的深度来决定的。实际生产中，由于无法直接在机台上测试沟槽深度，都通过研磨垫在研磨盘上进行修复时的总时间进行估算。其理论基础是利用研磨盘修复时间和沟槽的对应关系进行。在传统的CMP工艺控制中，研磨垫的使用寿命的管理都是进行固定时间的管理，为了不造成设备故障和工艺性能变差(通常是由沟槽深度过小甚至没有沟槽造成的)，会把研磨垫使用寿命限制在一定的使用时间以内。由于没有考虑到不同研磨盘剪切速率对研磨垫使用寿命的影响，会导致对研磨垫使用寿命的错误估计，大大限制了研磨垫的使用寿命。

这是因为：对于不同的研磨盘来说，由于起主要修复作用的金刚石颗粒的大小和分布或多或少存在差异，使得剪切速率波动较大；例如同一批次研磨盘剪切速率中心值约为100um/h，实际上的剪切速率值会有±20um/h甚至更大的波动，如最小值为80um/h，最大值为120um/h。很显然，如果分别使用最大值和最小值的研磨盘对于研磨垫进行修复，又按照中心值对应的研磨垫的使用寿命进行管理，剪切速率大的研磨盘就有可能因为沟槽损失过多所剩沟槽太浅而导致CMP研磨过程中的废片；剪切速率小的研磨盘因为沟槽损失少所剩沟槽较深，导致没到真正寿命就进行更换而造成不必要的浪费。为了避免碎片，有的工厂按照剪切速率最大值的研磨盘所对应的研磨垫的寿命进行管理，造成的浪费就更多。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种无需花费更高成本，即可估算研磨垫的使用寿命的方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种有效控制研磨垫使用寿命的方法，其包括如下步骤：a.确定每个研磨垫的原始使用寿命；b.每次进行研磨垫的修复之前，记录下所用来进行修复的研磨盘的剪切速率；c.每个研磨垫在原始使用寿命临近结束时，对所述研磨垫的所剩沟槽深度进行重复测量直至研磨垫上所剩沟槽深度达到一个限值时，即为所述研磨垫的真正的使用寿命；d.重复上述步骤b～c，得到不同的剪切速率与真正使用寿命的相关关系；e.在实际进行研磨垫修复时，只需测得所采用的研磨盘的研磨速率即可有效估算出研磨垫的真正使用寿命。

本发明由于采用对每个研磨盘的剪切速率来估算研磨垫的使用寿命，在管理上更接近研磨垫的真正使用寿命，无需花费更高成本，且不会造成研磨垫的过早报废。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明。

本发明是一种有效控制研磨垫使用寿命的方法，由以下步骤实现：

a.根据研磨垫生产厂家提供或者根据工作人员的经验判断给每个研磨垫设定一个原始的使用寿命；

b.每次进行研磨垫的修复之前，记录下所用来进行修复的研磨盘的剪切速率，所述剪切速率可以由所述研磨盘的生产厂家提供或者根据实验来测定(实验测定方法：在一定压力下用待测的研磨盘对研磨垫进行10-60分钟的预修复，剪切速率＝(修复前厚度-修复后厚度)/修复时间)或者根据所述研磨盘的使用时间来判断；

c.每个研磨垫在原定的使用寿命结束时，对所述研磨垫的所剩沟槽深度进行测量，此种测量可以通过在面内测一点或多点来完成；

d.由于研磨垫的使用寿命的是根据研磨垫上所剩沟槽的深度来进行判断的，因此，当研磨垫上所剩沟槽深度达到一个限值时，如小于5mil(注：英制单位，表示千分之一英寸)，所述研磨垫的真正的使用寿命结束；

e.在不同的研磨盘剪切速率的情况下，重复上述步骤b～d；

f.以所用研磨盘的平均剪切速率和研磨垫的真正使用寿命分别为坐标轴的横轴和纵轴进行曲线模拟，也可以通过表格形式进行模拟；

g.最后，在每次进行研磨垫修复时，对所采用的研磨盘的剪切速率进行核对(研磨盘的生产厂家提供)或测试，就可在步骤h所述的模拟曲线或表格模拟中寻找到对应的研磨垫的真正使用寿命，从而不会造成浪费或者废片。

实施例

记录在研磨盘不同剪切速率的情况下，研磨垫的真正使用寿命，如表1所示。

表一  利用研磨盘的剪切速率选择研磨垫的真正使用寿命的表格模拟

其中，当研磨盘剪切速率为50～60微米每小时时，测得的研磨垫的真正使用寿命为38小时；当研磨盘剪切速率为60～70微米每小时时，测得的研磨垫的真正使用寿命为36小时；当研磨盘剪切速率为70～80微米每小时时，测得的研磨垫的真正使用寿命为34小时；当研磨盘剪切速率为80～90微米每小时时，测得的研磨垫的真正使用寿命为32小时；当研磨盘剪切速率次为90～100微米每小时时，测得的研磨垫的真正使用寿命为30小时；当研磨盘剪切速率为100～110微米每小时时，测得的研磨垫的真正使用寿命为28小时；当研磨盘剪切速率为110～120微米每小时时，测得的研磨垫的真正使用寿命为27小时；当研磨盘剪切速率为120～130微米每小时时，测得的研磨垫的真正使用寿命为26小时。根据测得的研磨垫的真正使用寿命，判断研磨垫的更换时间，能够在最大利用程度内更好的使用研磨垫，不会造成浪费，也不会超过使用限度而过度使用研磨垫造成废片。

Claims (6)

1.一种有效控制研磨垫使用寿命的方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.确定每个研磨垫的原始使用寿命；

b.每次进行研磨垫的修复之前，记录下所用来进行修复的研磨盘的剪切速率；

c.每个研磨垫在原始使用临近寿命结束时，对所述研磨垫的所剩沟槽深度进行重复测量直至研磨垫上所剩沟槽深度达到一个限值时，即为所述研磨垫的真正的使用寿命；

d.重复上述步骤b～c，得到不同的剪切速率与真正使用寿命的相关关系；

e.在实际进行研磨垫修复时，只需测得所采用的研磨盘的剪切速率即可有效估算出研磨垫的真正使用寿命。

2.根据权利要求1所述的一种有效控制研磨垫使用寿命的方法，其特征在于：所述步骤a中确定每个研磨垫的原始使用寿命的方法是根据研磨垫生产厂家提供，或者是根据工作人员的经验判断。

3.根据权利要求1所述的一种有效控制研磨垫使用寿命的方法，其特征在于：所述步骤b中测定研磨盘剪切速率的方法是由所述研磨盘的生产厂家提供，或者是根据实验方法来测定。

4.根据权利要求3所述的一种有效控制研磨垫使用寿命的方法，其特征在于：所述实验方法为在一定压力下用待测的研磨盘对研磨垫进行10～60分钟的预修复，剪切速率＝(研磨垫修复前厚度-研磨垫修复后厚度)/修复时间。

5.根据权利要求1所述的一种有效控制研磨垫使用寿命的方法，其特征在于：所述步骤c中的测量通过在研磨垫沟槽面内测一点或多点来完成。

6.根据权利要求1所述的一种有效控制研磨垫使用寿命的方法，其特征在于：所述步骤c中的限值为小于5mil。