Cmp研磨速率的精确量测方法
【专利摘要】本发明是一种CMP研磨速率的精确量测方法，涉及半导体生产，尤其是晶圆的CMP方法，是基于在线晶圆产品的多点测机方法，通过在晶圆表面设定量测极点作为APC系统的研磨速率量测点，其特征在于，所述的量测极点是等距离布置在穿过晶圆表面中心的任意直线上的多个点，其中包括一个中心点。本发明可使OxideCMP在线测机的研磨速率量测准确度大大提升，真实地反映OxideCMP的RR正常的升高、降低，从而提升APC自动下研磨时间的准确度，减少产品最终膜厚的不稳定影响，极大地改善在线产品的量测良品率、减少返工率、增加机台的有效时间；还能兼顾到通过测机来查看片内的均匀性。
【专利说明】CMP研磨速率的精确量测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体CMP技术，特别是一种Oxide CMP测机模式对于在线监控研磨速率的监测方法。
【背景技术】
[0002]CMP (机械化学研磨工艺)是半导体晶圆制造中的重要工艺，研磨的基本机理如附图1所示，是通过研磨头I对晶圆片2施加压力压在研磨垫3上，并且研磨头I和研磨垫3相对转动来达到平坦化(CMP)的效果的，当然还包括研磨料投放装置4的研磨剂的投放。这种研磨的方式会使得圆片内相对于圆心位置的每一个同心圆周上的每个点的研磨速率都相同。
[0003]因为研磨时间是通过产品的前量测资料、目标值再加上机台的研磨速率来计算的，精准的研磨速率也就成了提高Oxide CMP on target比率的重要因素。
[0004]现有的在线量测方式有通过模拟产品来决定测机的图形，如图2所示的就是中心点9点量测方法(Polar9)，9个点分别是I个中心点和距离中心等距离的8个点，构成的是一个中心点和一个圆形。可以根据产品的量测方式来决定测机的9点位置，但是此种方式相对于本发明的缺点在于，此种测机方式由于测试点过少，因此无法模拟整片圆片上面所有位置的均匀性。
[0005]实践中，还有对于9点式的量测监测方法的改良:中心25点式方法(Polar25)，布局如图3所示:具有I个中心点(0，0)、8个距中心一定距离(典型数据是48.5mm)的点(形成第一个圆周)和14个最外边缘的(典型数据是距离中心点97mm)点，实际上是形成了两个圆周。量测晶圆片边缘位置的点占了整个25点的64%，对于8英寸晶圆制备工厂的OxideCMP工艺而言，在圆片边缘的研磨速率具有不稳定性的特点，尤其是在95_以外的位置。因此现有技术的64%的不稳定的16点数据决定了 25点研磨速率的表现也会非常不稳定。不稳定的研磨速率会造成APC系统Load研磨时间不准确，进而导致在线圆片发生OCAP几率增加从而报废，同时不稳定的研磨速率也同样会造成机台测试的效率低下，耗费大量时间在做无用功等问题。
[0006]基于现有这种中心点的量测点设计的思想，即使在Polar 25点的基础上上再通过加上24个点来测试，成为Polar49点，如图4所示，除了中心点、第一圆周8个、第二圆周16个外，再增加最外边缘的24点构成的第三圆周。这样可以更好的模拟整片圆片的均匀性，但是这种测机方式速度比较缓慢，而且边缘仍然有24个点，占了 49%的个数，测机的结果仍然不稳定，仍然达不到理想的要求。
[0007]由于在一台设备上每两个设定点之间的距离是相对固定的，所以，如果要增加“圆周数”，将增加可以预知的点，比如具有四个圆周的情况，将需要121个点，速度进一步降低，而“圆周数”不过4个。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种简单、快速、准确的量测CMP研磨速率的方法。
[0009]这种CMP研磨速率的精确量测方法，是基于在线晶圆产品的多点测机方法，通过在晶圆表面设定量测极点作为APC系统的研磨速率量测点，其特征在于，所述的量测极点是等距离布置在穿过晶圆表面中心的任意直线上的多个点，其中包括一个中心点。
[0010]可知量测极点的总数是单数。根据现有设备的设定惯例，优选的量测极点的数量是25、49或者121。
[0011]通过本发明的方法，可以使Oxide CMP在线测机的研磨速率的量测准确度大大提升，真实地反映出Oxide CMP的RR正常的升高和降低，从而根据真实的研磨速率可以提升APC自动下研磨时间的准确度，减少产品最终膜厚的不稳定影响，极大地改善在线产品的量测良品率、减少返工率、增加机台的有效时间；同时又能兼顾到通过测机来查看片内的均匀性，达到一举两得的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1，CMP工艺原理图；
图2，9点式的在线产品速率量测方法的测量点布置图；
图3，中心25点式方法的布置图；
图4，中心49点式方法的布置图；
图5，本发明的实施例:49点量测点布置图；
图6，本实施例的CMP RR纪录情况；
图7，本实施例的返工率进步的对比情况纪录表。
【具体实施方式】
[0013]本发明方法是在晶圆表面设定量测极点作为APC系统的研磨速率量测点，由APC系统根据产品上设定的这些量测点来给出研磨时间，控制研磨机的工作。考虑到研磨工作形态的圆周性，量测点尽量覆盖较多的“圆周”将有较好的效果。
[0014]如图5，这是本发明的一个实施例，在晶圆片的某一条直径上(也就是穿过中心线的任意一条直线)，均匀地选取49点，至少包括一个中心点，其余点在中心点两侧各设24个，相邻两个点的距离均相同，两侧对称的每两个点成一组，共24组。所以本专利的方法可以采用一个区别于Polar49的名称叫做:Line Scan 49点。将这些点来作为CMP测机的依据，进行研磨速率的计算。
[0015]根据【背景技术】对CMP工作原理的阐述，可以知道现有Polar9、25或者49的方式，其量测的实际只有中心点和圆周半径的位置，如Polar 25点方法，按照【背景技术】指出的典型数据，实际上只测了三个位置:0，48.5，97。而按照本发明的量测位置，可知实际上量测了圆片上的25个不同圆周的研磨速率(中心点0，以及每组两个点构成的一个圆周)，这样测试出的研磨速率不仅能反映出晶圆片上真实的研磨速率，并且还能反映出晶圆片上全局研磨的均匀性。
[0016]如图6的CMP RR (返工率)记录表，通过本发明的量测方法，可以使Oxide CMP在线测机的研磨速率的准确度大大提升，真实地反映出Oxide CMP的RR正常的升高和降低，从而根据真实的研磨速率可以提升APC自动研磨时间的准确度，减少产品最终膜厚的不稳定影响。
[0017]图7是本发明方法和Polar49方法的返工率(Rework Rat1)对照图标,可见返工率从原来的10%水平骤降到5%水平，能极大地改善在线产品的量测良品率，减少返工率，增加机台的有效时间。
[0018]以上实施例是49点的方案，如前所述，49点是现有APC系统采用polar方法的常用数据之一，本方法的运用对于设备的改造要求非常低。同样道理，还可以根据晶圆大小和APC系统的习惯，选择25个量测极点或者更多的121个量测极点。自然，其他数量的量测极点也可以适用本发明方法。
[0019]综上，本发明方法简单、效果出众，在提高产品质量、提高效率和减少浪费方面具有显著进步。
【权利要求】
1.一种研磨速率的精确量测方法，是基于在线晶圆产品的多点测机方法，通过在晶圆表面设定量测极点作为八?系统的研磨速率量测点，其特征在于，所述的量测极点是等距离布置在穿过晶圆表面中心的任意直线上的多个点，其中包括一个中心点。
2.根据权利要求1所述的研磨速率的精确量测方法，其特征是:所述的量测极点总数是25个。
3.根据权利要求1所述的研磨速率的精确量测方法，其特征是:所述的量测极点总数是49个。
4.根据权利要求1所述的研磨速率的精确量测方法，其特征是:所述的量测极点总数是121个。
【文档编号】B24B49/00GK104416461SQ201310391169
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年9月2日 优先权日:2013年9月2日
【发明者】范怡平 申请人:无锡华润上华科技有限公司