CN101450449A - Cmp工艺条件调整控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种CMP工艺条件调整控制方法，收集整理制品前膜、残膜膜厚均一性与工艺条件之间的关系，建立根据前膜厚度范围调整工艺条件的表格；每个制品在CMP工艺进行前一步，进行前膜膜厚测量，获得前膜厚度范围；在CMP工艺进行的过程中，CMP设备根据前膜厚度范围大小，依据建立的根据前膜厚度范围调整工艺条件的表格选定相应的CMP工艺条件进行研磨。采用该方法能实现对CMP研磨后膜厚均一性的有效控制。

Description

CMP工艺条件调整控制方法
技术领域
本发明属于半导体技术领域，涉及半导体制造工艺中的CMP技术，特别涉及一种CMP工艺条件调整控制方法。
背景技术
CMP(化学机械抛光)是半导体制造工艺中非常关键的工艺之一。现有的CMP工艺，在同一制品的同一膜质作业时使用固定的一个工艺条件。在半导体工艺过程中，CMP前膜的均一性波动较大，当使用同一CMP工艺条件进行研磨时，残膜的均一性受限于前膜的均一性。制品一前膜厚度如图1—A中虚线所示，厚度范围(range，同一片硅片内膜的厚度的最大值与最小值的差值)较小，即前膜均一性好，当使用同一CMP工艺条件进行研磨时，研磨后残膜厚度如图1-B中虚线所示，厚度范围(range)也较小，即均一性也较好；制品二前膜厚度如图1—A中实线所示，厚度范围(range)较大，前膜均一性较差，表现为中间明显偏厚，当使用同一CMP工艺条件进行研磨时，研磨后残膜厚度如图1-B中实线所示，倾向为中间明显偏厚，厚度范围(range)较大，残膜均一性较差。使用同一CMP工艺条件进行研磨往往会导致残膜的均一性有较大的波动，严重时导致制品超出规格以外甚至废片。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种CMP工艺条件调整控制方法，采用该方法能实现对CMP研磨后膜厚均一性的有效控制。
为解决上述技术问题，本发明的CMP工艺条件调整控制方法，包括以下步骤：
(1).收集整理制品前膜、残膜膜厚均一性与工艺条件之间的关系，建立根据前膜厚度范围调整工艺条件的表格；
(2).每个制品在CMP工艺进行前一步，进行前膜膜厚测量，获得前膜厚度范围；
(3).在CMP工艺进行的过程中，CMP设备根据前膜厚度范围大小，依据建立的根据前膜厚度范围调整工艺条件的表格选定相应的CMP工艺条件进行研磨。
可以研磨后对制品进行残膜测试，根据实际测量的残膜厚度范围，检验前膜、残膜膜厚均一性与工艺条件之间的关系，对调整工艺条件的表格进行修正。
本发明的CMP工艺条件调整控制方法，结合实际生产中前膜均一性波动对残膜的影响，利用前膜均一性大小自动修正CMP作业工艺条件，从而提高对残膜膜厚均一性的控制。通过对部分前膜超标制品研磨工艺条件的修正，明显提高了制品膜厚的均一性，有效改善和控制了CMP工艺。
附图说明
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1—A是制品一、制品二前膜厚度示意图；
图1—B是图1—A所示制品用固定工艺条件进行CMP作业后残膜的厚度示意图；
图2—A是制品三、制品四、制品五前膜厚度示意图；
图2—B是图2—A所示制品用本发明的方法进行CMP作业后残膜的厚度示意图；
图3是本发明的CMP工艺条件调整控制方法的一实施方式流程示意图。
具体实施方式
本发明的CMP工艺条件调整控制方法一实施方式如图3所示，包括以下步骤：
1、收集整理前膜、残膜膜厚均一性与工艺条件之间的关系，建立根据前膜厚度范围(range，最大值-最小值)调整工艺条件的表格。工艺条件中的参数包括研磨头(head)各压力(如内环I/隔膜M/保持环R等)、转速，研磨液(slurry)流量，修复盘(Condition Di sk)压力、转速，研磨盘转速等所有CMP工艺过程中的可调参数。一实施例如表一所示。
表一：
 
前膜厚度范围(埃) 工艺条件名称 工艺条件中主要参数(如：I/M/R，…) 工艺条件备注
0～300 C*** 6/8.0/5，… 周边快
300～600 D*** 5/7.5/5，… 周边略快
600～1000 F*** 4/7/5，… 平坦
1000～1300 H*** 4/6.5/5，… 中间略快
1300～2000 G*** 3.5/6/5，… 中间快
>2000 T***. 中间很快
其中：I为研磨头内环压力，M为研磨头隔膜压力；R为研磨头上的保持环的压力。
2、每个制品在CMP工艺进行前一步，在线进行前膜膜厚测量，获得前膜厚度范围(range，最大值-最小值)，同时得到厚度均值。如果制品是第一次测试前膜，首先通过测试前膜轮廓(profile)曲线来确定在线(online)测试点及位置。
3、在CMP工艺进行的过程中，CMP设备根据前膜厚度范围(range)大小，依据建立的调整工艺条件的表格选定相应的CMP工艺条件进行研磨。
4、研磨后对制品进行残膜测试，根据实际测量的残膜厚度范围，检验前膜、残膜膜厚均一性与工艺条件之间的关系，如果残膜均一性较差，则对调整工艺条件的表格进行修正，调整表格中同该前膜厚度范围的对应的工艺条件。
所述CMP工艺包括STI-CMP，PMD-CMP(膜质包括有BPSG，PSG等)，IMD-CMP(膜质包括有HDP，FSG，P-SiO2等)，W-CMP，Cu-CMP等。
CMP工艺有很多可变参数，调整可变参数(工艺条件)，可以改变研膜速率的倾向。如果对于图1中的制品二选取中间研磨速率较快的工艺条件进行研磨，根据CMP研磨特性，可以减小残膜在面内的差别，从而减小残膜均一性的波动。
图2—A所示为制品三、制品四、制品五的前膜厚度分布示意图，其中制品三的前膜厚度用虚线表示，制品四的前膜厚度用粗实线表示，制品五的前膜厚度用细实线表示，可见制品三前膜厚度较均匀，制品四前膜中间较厚，制品五前膜中间最厚。因此，可根据建立的根据前膜厚度范围调整工艺条件的表格，选用中间研磨速率更快的工艺条件进行研磨，图2-B为根据前膜均一性选择不同工艺条件后制品的残膜膜厚。其中制品三前膜厚度较均匀，选用原工艺条件(F，平坦的工艺条件)即可获得较好的残膜倾向；制品四前膜中间较厚，选用中间研磨速率较快的工艺条件(H，中间略快的工艺条件)进行研磨，可以获得与制品三相近的残膜倾向；制品五前膜中间最厚，选用中间研磨速率更快的工艺条件(G，中间快的工艺条件)进行研磨，同样可以获得与制品三相近的残膜倾向。根据本发明的方法对制品三、制品四、制品五分别采用不同CMP研磨工艺进行研磨后，其残膜厚度如图2-B所示，其中制品三的残膜厚度用虚线表示，制品四的残膜厚度用粗实线表示，制品五的残膜厚度用细实线表示，可见三制品的残膜厚度倾向相近，都较均匀。
从图2的效果来看，即使前膜的厚度范围(range)超过2000埃以上，通过本发明可以将残膜的厚度范围(range)控制在1200埃以下。
本发明的CMP工艺条件调整控制方法，结合实际生产中前膜均一性波动对残膜的影响，利用前膜均一性大小自动修正CMP作业工艺条件，从而提高对残膜膜厚均一性的控制。通过对部分前膜超标制品研磨工艺条件的修正，明显提高了制品膜厚的均一性，有效改善和控制了CMP工艺。

Claims (5)

1、一种CMP工艺条件调整控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1).收集整理制品前膜、残膜膜厚均一性与工艺条件之间的关系，建立根据前膜厚度范围调整工艺条件的表格；
(2).每个制品在CMP工艺进行前一步，进行前膜膜厚测量，获得前膜厚度范围；
(3).在CMP工艺进行的过程中，CMP设备根据前膜厚度范围大小，依据建立的根据前膜厚度范围调整工艺条件的表格选定相应的CMP工艺条件进行研磨。
2、根据权利要求1所述的CMP工艺条件调整控制方法，其特征在于，研磨后对制品进行残膜测试，根据实际测量的残膜厚度范围，检验前膜、残膜膜厚均一性与工艺条件之间的关系，对调整工艺条件的表格进行修正。
3、根据权利要求1或2所述的CMP工艺条件调整控制方法，其特征在于，制品是第一次测试前膜，通过测试前膜轮廓曲线来确定前膜厚度的测试点及位置，然后在CMP工艺进行前，进行前膜膜厚测量，获得前膜厚度范围。
4、根据权利要求1或2所述的CMP工艺条件调整控制方法，其特征在于，工艺条件中的参数为CMP工艺过程中的可调参数。
5、根据权利要求4所述的CMP工艺条件调整控制方法，其特征在于，CMP工艺过程中的可调参数包括研磨头内环、隔膜及保持环的压力、转速、研磨液流量、修复盘压力及转速、研磨盘转速。
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