CN108406575B - Cmp研磨方法 - Google Patents

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    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
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Abstract

本发明公开了一种首先预设两套CMP参数，其研磨后的薄膜表面的特征分为两组；以硅片上直径为X轴，圆心为原点，在X轴上分别采集多个不同位置的两套CMP研磨参数所对应研磨速率A和B，然后分别拟合出速率A和B的一个关于X轴的二次多项式，根据这两个2次多项式的系数拟合出最佳配比；将2套速率的作业时间按所述配比进行分配，即可得出由参数A和B整合出的最平坦速率C。计算当前薄膜的面内差值，然后选用A和B参数中相对的速率进行研磨时间调整；即当薄膜呈凹面时，增加速率为凹线的那套参数的研磨时间；当薄膜呈凸面时，增加速率为凸线的参数研磨时间。

Description

CMP研磨方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别是指一种CMP研磨方法。
背景技术
化学机械研磨(CMP)是一种表面全局平坦化技术，它通过硅片和一个抛光头之间的相对运动来平坦化硅片表面。在抛光头和硅片之间有磨料，并同时施加下压力。
CMP在进行制品研磨前，先要确定一套研磨工艺参数(包括：流量、压力和转速等)，然后使用该套参数对同膜种的无图形片进行研磨，计算出该套工艺的研磨速率：(研磨前膜厚-研磨后膜厚)/研磨时间＝研磨速率。
再根据制品所需要的研磨量，计算出所需研磨时间：研磨量/研磨速率＝研磨时间。由于研磨部件属于消耗品，因此研磨速率会有波动，从而导致CMP后的实际膜厚与理论膜厚存在偏差。通过计算这个偏差值，integrated Advanced Process Control software(iAPC)会对研磨时间进行调整，使CMP后的薄膜膜厚与目标值相近。
由于CMP过程中只使用了一套参数设置，从而导致研磨后薄膜的表面形貌特征是固有的，凹面的只能是凹面，凸面的只能是凸面，通过时间的调整是无法改变这一特征的。
CMP后的膜厚主要有2个重要指标：1.平均膜厚；2.面内均一性。目前的iAPC体系只能调节CMP后的平均膜厚，对面内均一性无法起到调节的作用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种CMP研磨方法，同时改善研磨后薄膜厚度和面内均一性。
为解决上述问题，本发明所述的一种CMP研磨方法，首先预设两套CMP参数，其研磨后的薄膜表面的特征分为两组；以硅片上直径为X轴，圆心为原点，在X轴上分别采集多个不同位置的两套CMP研磨参数所对应研磨速率A和B，然后分别拟合出速率A和B的一个关于X轴的二次多项式，根据这两个2次多项式的系数拟合出最佳配比；将2套速率的作业时间按所述配比进行分配，即可得出由参数A和B整合出的最平坦速率C。
进一步地，所述的两套CMP研磨参数，分别对应于薄膜表面整体呈凹面和凸面。
进一步地，所述研磨速率是在X轴上取不同位置的点的膜厚，将研磨前的膜厚减去研磨后的膜厚再除以研磨时长，即得研磨速率。
进一步地，计算当前薄膜的面内差值，然后选用A和B参数中相对的速率进行研磨时间调整；即当薄膜呈凹面时，增加速率为凹线的那套参数的研磨时间；当薄膜呈凸面时，增加速率为凸线的参数研磨时间。
进一步地，所述面内差值，是薄膜表面最高处与最低处的膜厚差异值。
本发明所述的CMP研磨方法，选用A和B两套研磨参数中相对的速率进行研磨时间调整，从而达到互相抵消的效果，使得薄膜表面的均一性得以改善，同时薄膜厚度也是趋向目标值。
附图说明
图1是两套研磨参数的研磨速率曲线。
图2是薄膜关于X轴的各点的膜厚数据曲线。
图3是本发明方法步骤示意图。
具体实施方式
本发明所述的CMP研磨方法，首先预设两套CMP参数，其研磨后的薄膜表面的特征分为整体呈凹面和凸面的两组；以硅片上直径为X轴，圆心为原点，在X轴上分别采集多个不同位置的两套CMP研磨参数所对应研磨速率A和B，所述研磨速率是在X轴上取不同位置的点的膜厚，将研磨前的膜厚减去研磨后的膜厚再除以研磨时长，即得研磨速率。然后分别拟合出速率A和B的一个关于X轴的二次多项式，根据这两个2次多项式的系数拟合出最佳配比；将2套速率的作业时间按所述配比进行分配，即可得出由参数A和B整合出的最平坦速率C。
计算当前薄膜表面的最高处与最低处的膜厚差异值作为面内差值，然后选用A和B参数中相对的速率进行研磨时间调整；即当薄膜呈凹面时，增加速率为凹线的那套参数的研磨时间；当薄膜呈凸面时，增加速率为凸线的参数研磨时间。
即通过上述方法建立新的iAPC体系：
预设二套CMP参数，其研磨后薄膜表面特征为相对的凹面和凸面。以硅片上直径为X轴作为膜厚数据收集点(比如8寸：-97,-80,-70,-60,-50,-40,-30,-20,-10,0,10,20,30,40,50,60,70,80,90,97。单位：mm)。收集各点上二套CMP参数A&B，所相对应研磨速率A&B，然后分别拟合出速率A&B的一个关于X的2次多项式，根据这两个2次多项式的系数，拟合出最佳配比。将2套速率的作业时间按该比例分配，即得由参数A&B整合出的最平坦速率C。即：当薄膜表面呈凹面时，增加速率为凹线那套参数的研磨时间；当薄膜表面为凸面时，增加速率为凸线的参数研磨时间)，从而达到互相抵消的效果，使得薄膜表面的膜厚均一性得以改善，同时薄膜厚度也是趋向目标值。
假设两套研磨参数A和B，在无图形片上测得的研磨速率见下表：
Figure BDA0001569685270000041
Figure BDA0001569685270000051
参考曲线如图1。
拟合2次多项式：
速率A＝2994.8284+0*X-0.039455*X2
速率B＝3002.5858+0*X+0.0197275*X2
速率A和B整合使得2次项系数为0，可得整合后速率C中，速率A&B的时间配比为1:2。
即得下表：
Figure BDA0001569685270000052
例如，假设某一制品研磨量为
Figure BDA0001569685270000053
目标膜厚
Figure BDA0001569685270000054
通过240秒速率C的研磨后，薄膜厚度曲线如图2所示，平均膜厚
Figure BDA0001569685270000055
薄膜呈凸状，面内差异为
Figure BDA0001569685270000056
X轴各点膜厚如下表：
Figure BDA0001569685270000057
Figure BDA0001569685270000061
由于薄膜呈凸状，因此增加速率呈凸线的速率A来达到改善效果。速率A的改善效果为
Figure BDA0001569685270000062
因此在速率C作业的前提下，需要额外追加1分钟的速率A作业时间，而速率C的作业时间相对减少：
速率C作业时间＝(12000-2852*1)/3000＝183s＝速率A 61s+速率B122s；
因此最佳的作业时间由原来的速率A 80s+速率B 160s转变为了速率A：121s+速率B：122s，由此可得一个面内均一性趋于0的薄膜表面形貌。
以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种CMP研磨方法，其特征在于：首先预设两套CMP参数，其研磨后的薄膜表面的特征分为两组；以硅片上直径为X轴，圆心为原点，在X轴上分别采集多个不同位置的两套CMP研磨参数所对应研磨速率A和B，然后分别拟合出速率A和B的一个关于X轴的二次多项式，根据这两个2次多项式的系数拟合出最佳配比；将2套速率的作业时间按所述配比进行分配，即可得出由参数A和B整合出的最平坦速率C；
所述的两套CMP研磨参数，分别对应于薄膜表面整体呈凹面和凸面；
所述研磨速率是在X轴上取不同位置的点的膜厚，将研磨前的膜厚减去研磨后的膜厚再除以研磨时长，即得研磨速率；
计算当前薄膜的面内差值，然后选用A和B参数中相对的速率进行研磨时间调整；即当薄膜呈凹面时，增加速率为凹线的那套参数的研磨时间；当薄膜呈凸面时，增加速率为凸线的参数研磨时间。
2.如权利要求1所述的CMP研磨方法，其特征在于：所述面内差值，是薄膜表面最高处与最低处的膜厚差异值。
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