CN102029572B

CN102029572B - 化学机械研磨时间的控制方法

Info

Publication number: CN102029572B
Application number: CN2009101964249A
Authority: CN
Inventors: 胡宗福
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2029-09-25
Also published as: CN102029572A

Abstract

本发明公开了一种化学机械研磨时间的控制方法，该方法包括：根据第一批次所在当天的控片移除率和第一批次的移除率系数得到第一批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间；根据后续批次中当前批次所在当天的控片移除率、上一批次所在当天的控片移除率和移除率系数得到后续批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间。采用该方法能够提高化学机械研磨时间的控制精度。

Description

化学机械研磨时间的控制方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种化学机械研磨时间的控制方法。

背景技术

随着电子设备的广泛应用，半导体的制造工艺得到了飞速的发展，在半导体的制造流程中，涉及化学机械研磨(CMP)工艺。自20世纪90年代中期以来，CMP工艺已经成为一种主要的表面全局化平坦技术，它通过晶圆和一个抛光头之间的相对运动来平坦化晶圆表面。

CMP工艺的主要原理是利用研磨液的化学作用和机械作用使晶圆表面达到平坦化，当对二氧化硅介质层进行CMP工艺时，由于二氧化硅介质层是由同一种材料组成的，因此终点检测系统不适用于二氧化硅介质层的研磨时间的控制，下面对现有技术中二氧化硅介质层的研磨时间控制方法进行介绍。

当需要对一批晶圆进行二氧化硅介质层进行研磨时，一般将晶圆分为几个批次，第一批次(也称子批)包括1～4片晶圆先进行研磨，第二批次(也称母批)根据第一批次研磨的时间而随后再进行研磨。

当对第一批次晶圆的二氧化硅介质层进行研磨时，首先获取第一批次研磨前的二氧化硅介质层厚度的平均值、第一批次研磨前的二氧化硅介质层厚度的标准值、第一批次的研磨时间初始值和第一批次研磨前的二氧化硅介质层厚度系数，然后根据所获取的参数得到第一批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间，具体来说，得到第一批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间的方法为，根据T1＝T0+(Prs0-Prt0)*K1(1)进行计算，其中，T1为第一批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间，Prs0为第一批次研磨前的二氧化硅介质层厚度的平均值，也就是说，Prs0是第一批次研磨之前的二氧化硅介质层的实际厚度的平均值，实际厚度的测量可采用量测机台，Prt0为第一批次研磨前的二氧化硅介质层厚度的标准值，当进行第一次研磨时，研磨前的二氧化硅介质层厚度的标准值等于所沉积的二氧化硅介质层厚度的标准值，T0为第一批次的研磨时间初始值，K1为第一批次研磨前的二氧化硅介质层厚度系数，其中，K1和T0为常数，K1和T0都是根据实验而获得的经验值。

当对第二批次晶圆的二氧化硅介质层进行研磨时，首先获取第一批次研磨后的二氧化硅介质层厚度的平均值、二氧化硅介质层厚度系数、第一批次研磨后的二氧化硅介质层厚度的标准值和位于当前批次之前的最近20批次的研磨时间平均值，然后根据所获取的参数得到第二批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间，具体来说，得到第二批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间的方法为，根据T2＝T1*m+Av*(1-m)+(Pos1-Pot1)*K2(2)进行计算，其中，T2为第二批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间，Pos1为第一批次研磨后的二氧化硅介质层厚度的平均值，Pot1为第一批次研磨后的二氧化硅介质层厚度的标准值，K2为二氧化硅介质层厚度系数，K2是根据实验而获得的经验值，m为小于1的常数，一般将m的取值设置为0.6至0.9，Av为位于当前批次之前的最近20批次的研磨时间平均值，若位于当前批次之前的最近批次小于20，则Av为位于当前批次之前的全部批次的研磨时间平均值，若第二批次为当前批次，可将Av视为T1，则公式(2)也可表达为：T2＝T1+(Pos1-Pot1)*K2(2)。

当对第三批次的晶圆进行研磨时，首先获取第二批次研磨后的二氧化硅介质层厚度的平均值和第二批次研磨后的二氧化硅介质层厚度的标准值，然后根据所获取的参数得到第三批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间，具体来说，得到第三批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间的方法为，根据T3＝T2*m+Av*(1-m)+(Pos2-Pot2)*K2(4)进行计算，其中，T3为第三批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间，Pos2为第二批次研磨后的二氧化硅介质层厚度的平均值，Pot2为第二批次研磨后的二氧化硅介质层厚度的标准值。

可见，当对第一批次之后的晶圆的二氧化硅介质层进行研磨时，研磨时间计算公式为：T＝T′*m+Av*(1-m)+(P′os-P′ot)*K2(5)，其中，T为当前批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间，T′为上一批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间，P′os为上一批次研磨后的二氧化硅介质层厚度的平均值，P′ot为上一批次研磨后的二氧化硅介质层厚度的标准值。

在现有技术中，当前批次的研磨时间主要依据上一批次的研磨时间来确定，然而，机台的移除率也会对当前批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间有一定的影响，因此，现在技术所提供的方法难以实现对第一批次和后续批次CMP时间的精确控制。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种化学机械研磨时间的控制方法，以提高化学机械研磨时间的控制精度。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种化学机械研磨时间的控制方法，该方法包括：

A、获取第一批次研磨前的二氧化硅介质层厚度的平均值、第一批次研磨前的二氧化硅介质层厚度的标准值、第一批次的研磨时间初始值、第一批次研磨前的二氧化硅介质层厚度系数、第一批次所在当天的控片移除率和第一批次的移除率系数；

B、根据步骤A所获取的参数得到第一批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间；

C、获取后续批次晶圆中当前的上一批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间、上一批次研磨后的二氧化硅介质层厚度的平均值、上一批次研磨后的二氧化硅介质层厚度的标准值、当前批次所在当天的控片移除率、上一批次所在当天的控片移除率、位于当前批次之前的最近20批次的研磨时间平均值、二氧化硅介质层厚度系数、移除率系数；

D、根据步骤C所获取的参数得到后续批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间。

步骤B中所述得到第一批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间的方法为：

根据T1＝T0+(Prs0-Prt0)*K1+R1*K3计算第一批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间，其中，T1为第一批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间，Prs0为第一批次研磨前的二氧化硅介质层厚度的平均值，Prt0为第一批次研磨前的二氧化硅介质层厚度的标准值，R1为第一批次所在当天的控片移除率，T0为第一批次的研磨时间初始值，K1为第一批次研磨前的二氧化硅介质层厚度系数，K3为第一批次的移除率系数，且K1、K3和T0为常数；

步骤D中所述得到后续批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间的方法为：根据T＝T′*m+Av*(1-m)+(P′os-P′os)*K2+(R-R′)K4计算后续批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间，其中，T为当前批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间，T′为上一批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间，P′os为上一批次研磨后的二氧化硅介质层厚度的平均值，P′ot为上一批次研磨后的二氧化硅介质层厚度的标准值，R为当前批次所在当天的控片移除率，R′为上一批次所在当天的控片移除率，Av为位于当前批次之前的最近20批次的研磨时间平均值，K2为二氧化硅介质层厚度系数，K4为移除率系数，且K2和K4为常数，m为小于1的常数。

m为0.6至0.9。

若位于当前批次之前的最近批次小于20，则Av为位于当前批次之前的全部批次的研磨时间平均值。

所述控片移除率的获取方法包括：采用厚度量测机台测量研磨前的控片厚度；采用研磨机台对控片进行研磨，并记录控片研磨时间；采用厚度量测机台测量研磨后的控片厚度；计算研磨后的控片厚度与磨前的控片厚度之差，将差值与控片研磨时间的比值作为控片移除率。

由上述的技术方案可见，在本发明所提供的一种化学机械研磨时间控制方法包括：A、获取第一批次研磨前的二氧化硅介质层厚度的平均值、第一批次研磨前的二氧化硅介质层厚度的标准值、第一批次的研磨时间初始值、第一批次研磨前的二氧化硅介质层厚度系数、第一批次所在当天的控片移除率和第一批次的移除率系数；B、根据步骤A所获取的参数得到第一批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间；C、获取后续批次晶圆中当前批次的上一批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间、上一批次研磨后的二氧化硅介质层厚度的平均值、上一批次研磨后的二氧化硅介质层厚度的标准值、当前批次所在当天的控片移除率、上一批次所在当天的控片移除率、位于当前批次之前的最近20批次的研磨时间平均值、二氧化硅介质层厚度系数、移除率系数；D、根据步骤C所获取的参数得到后续批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间。可见，当前批次的研磨时间主要依据上一批次的研磨时间和当前的控片移除率来确定，而控片移除率反映的是机台移除率，这就充分地考虑到了机台移除率对研磨时间的影响，因此，该方法提高了化学机械研磨时间的控制精度。

附图说明

图1为本发明所提供的一种化学机械研磨时间的控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

图1为本发明所提供的一种化学机械研磨时间的控制方法的流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤101，获取第一批次研磨前的二氧化硅介质层厚度的平均值、第一批次研磨前的二氧化硅介质层厚度的标准值、第一批次的研磨时间初始值、第一批次研磨前的二氧化硅介质层厚度系数、第一批次所在当天的控片移除率和第一批次的移除率系数。

步骤102，根据步骤101所获取的参数得到第一批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间。

具体来说，根据T1＝T0+(Prs0-Prt0)*K1+R1*K3(6)计算第一批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间，其中，T1为第一批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间，Prs0为第一批次研磨前的二氧化硅介质层厚度的平均值，Prt0为第一批次研磨前的二氧化硅介质层厚度的标准值，R1为第一批次所在当天的控片移除率，T0为第一批次的研磨时间初始值，K1为第一批次研磨前的二氧化硅介质层厚度系数，K3为第一批次的移除率系数，且K1、K3和T0为常数。

需要说明的是，控片移除率可反映机台的移除率，在本发明中，考虑到机台移除率对研磨时间有一定影响，因此将控片移除率增加至研磨时间的计算公式中。

其中，控片移除率的获取方法为：采用厚度量测机台测量研磨前的控片厚度；采用研磨机台对控片进行研磨，并记录控片研磨时间；采用厚度量测机台测量研磨后的控片的厚度；计算研磨后的控片厚度与磨前的控片厚度之差，将差值与控片研磨时间的比值作为控片移除率。在实际应用中，也可将控片研磨时间设置为一个固定值，这样，每次计算控片移除率时，就无需对控片研磨时间进行记录。

步骤103，获取后续批次晶圆中当前批次的上一批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间、上一批次研磨后的二氧化硅介质层厚度的平均值、上一批次研磨后的二氧化硅介质层厚度的标准值、当前批次所在当天的控片移除率、上一批次所在当天的控片移除率、位于当前批次之前的最近20批次的研磨时间平均值、二氧化硅介质层厚度系数、移除率系数。

步骤104，根据步骤103所获取的参数得到后续批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间。

具体来说，根据T＝T′*m+Av*(1-m)+(P′os-P′ot)*K2+(R-R′)K4(7)计算后续批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间，其中，T为当前批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间，T′为上一批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间，P′os为上一批次研磨后的二氧化硅介质层厚度的平均值，P′ot为上一批次研磨后的二氧化硅介质层厚度的标准值，R为当前批次所在当天的控片移除率，R′为上一批次所在当天的控片移除率，若位于当前批次之前的最近批次大于等于20，则Av为位于当前批次之前的最近20批次的研磨时间平均值，否则，Av为位于当前批次之前的全部批次的研磨时间平均值，K2为二氧化硅介质层厚度系数，K4为移除率系数，且K2和K4为常数，m为小于1的常数。

至此，本流程结束。

可见，当对研磨时间进行计算时，当前批次的研磨时间主要依据上一批次的研磨时间和当前的控片移除率来确定，而控片移除率反映的是机台移除率，这就考虑到了机台移除率对研磨时间的影响，能够提高化学机械研磨时间的控制精度。

下面通过一个实施例对本发明进行详细说明。

本发明所提供的一种化学机械研磨时间的控制方法的实施例包括以下步骤：

步骤一，获取第一批次研磨前的二氧化硅介质层厚度的平均值Prs0、第一批次研磨前的二氧化硅介质层厚度的标准值Prt0、第一批次所在当天的控片移除率R1、第一批次的研磨时间初始值T0、第一批次研磨前的二氧化硅介质层厚度系数K1、第一批次的移除率系数K3，其中，K1、K3和T0为常数。

步骤二，根据T1＝T0+(Prs0-Prt0)*K1+R1*K3(6)计算第一批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间，其中，T1为第一批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间。

需要说明的是，为了对控片移除率进行测量，采用研磨机台对控片进行研磨后测量控片的移除率，此时，控片移除率反映的是研磨机台的移除率，在本发明中，一天仅测量一次控片移除率，所测量的控片移除率反映的是当天机台的移除率，当天所有批次的研磨时间都与当天机台的移除率相关，为了更精确一些，也可每隔12小时测量一次控片移除率，在实际应用中，每一批次晶圆研磨之前都测量控片移除率是最精确的情况，但是这样会降低生产效率。

步骤三，获取第一批次研磨后的二氧化硅介质层厚度的平均值Pos1、第一批次研磨后的二氧化硅介质层厚度的标准值Pot1、第二批次所在当天的控片移除率R2、二氧化硅介质层厚度系数K2、移除率系数K4、其中，K2和K4为常数

步骤四，根据T2＝T1+(Pos1-Pot1)*K2+(R2-R1)*K4(8)计算第二批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间，其中，T2为第二批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间，m为小于1的常数，一般将m的取值设置为0.6至0.9。

步骤五，获取第二批次研磨后的二氧化硅介质层厚度的平均值Pos2、第二批次研磨后的二氧化硅介质层厚度的标准值Pot2、第一批次和第二批次的研磨时间平均值Av2。

步骤六，根据T3＝T2*m+Av2*(1-m)+(Pos2-Pot2)*K2+(R3-R2)*K4(9)计算第三批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间，其中，T3为第三批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间。

至此，本流程结束。

本发明所提供的方法与现有技术的主要区别在于：在现有技术中，当前批次的研磨时间主要依据上一批次的研磨时间来确定；而在本发明中，当前批次的研磨时间主要依据上一批次的研磨时间和当前的控片移除率来确定，而控片移除率反映的是机台移除率，这就考虑到了机台移除率对研磨时间的影响，能够提高化学机械研磨时间的控制精度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种化学机械研磨时间的控制方法，该方法包括：

C、获取后续批次晶圆中当前批次的上一批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间、上一批次研磨后的二氧化硅介质层厚度的平均值、上一批次研磨后的二氧化硅介质层厚度的标准值、当前批次所在当天的控片移除率、上一批次所在当天的控片移除率、位于当前批次之前的最近20批次的研磨时间平均值、二氧化硅介质层厚度系数、移除率系数；

D、根据步骤C所获取的参数得到后续批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间；

步骤D中所述得到后续批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间的方法为：根据T＝T′*m+Av*(1-m)+(P′os-P′ot)*K2+(R-R′)*K4计算后续批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间，其中，T为当前批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间，T′为上一批次晶圆的二氧化硅介质层研磨时间，P′os为上一批次研磨后的二氧化硅介质层厚度的平均值，P′ot为上一批次研磨后的二氧化硅介质层厚度的标准值，R为当前批次所在当天的控片移除率，R′为上一批次所在当天的控片移除率，Av为位于当前批次之前的最近20批次的研磨时间平均值，K2为二氧化硅介质层厚度系数，K4为移除率系数，且K2和K4为常数，m为小于1的常数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，m为0.6至0.9。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若位于当前批次之前的最近批次小于20，则Av为位于当前批次之前的全部批次的研磨时间平均值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控片移除率的获取方法包括：采用厚度量测机台测量研磨前的控片厚度；采用研磨机台对控片进行研磨，并记录控片研磨时间；采用厚度量测机台测量研磨后的控片厚度；计算研磨后的控片厚度与磨前的控片厚度之差，将差值与控片研磨时间的比值作为控片移除率。