专利名称：用于动态调整化学机械抛光的时间界限的方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造工艺，特别涉及用于动态调整化学机械抛光(CMP)的时间界限的方法。
背景技术：
在集成电路的制造过程中，通常在硅晶片上形成例如金属层、氧化层等多层结构。 所形成的多层结构的表面很容易出现不平整的问题，从而在后续的工艺步骤期间产生缺陷。因此需要对器件的表面进行平整化。
化学机械抛光(CMP)是一种常见的用于使器件表面平面化的工艺手段。CMP技术需要使用具有抛光性和腐蚀性的抛光浆液，并配合使用抛光垫和支撑环，通过综合利用化学作用和机械作用，对半导体晶片进行抛光。大多数的生产性CMP设备都有多个转盘和抛光垫，以适应抛光不同材料的需要。典型的CMP工艺包括以下步骤首先，在第一转盘上以比较高的抛光速率(即材料被去除的速度)除去大块薄膜；其次，在第二及之后更多的转盘上以较低的抛光速率进行进一步抛光直到达到相应的界面层。
在第一步骤中，通常需要预先设定一个固定的抛光厚度(或同一抛光速率下的固定抛光时间)，相对来说，该步骤的进程较容易控制；但在以界面层为终点的后续至少一个抛光步骤中，一般需要借助终点检测装置来监测终点以实现更精确的终点控制。对于具有类似层结构的各晶片(同批或分批)来说，尽管各晶片需要抛光的层的形成条件相似，但这些层的厚度、致密度、缺陷分布、界面状态等影响抛光进程的因素却可能稍有不同。因此，即使抛光速率不变，各晶片实际需要的抛光时间也存在一定的差异。另一方面，现有的终点检测装置(例如光学或电学方式)无法根据所遇到的复杂的层内构造来对终点的判断方式做出实时的调整，所以终点检测装置检测到的“终点”未必是各层实际需要的抛光时间。在这种情况下，为了在提高良品率与降低成本之间取得适当的平衡，在进行CMP时，除了采用终点检测装置以外，往往还需要结合其他参数来剔除抛光不合格的晶片。抛光时间由此成为可参考的一个重要参数。
如上所述，各晶片实际需要的抛光时间存在一定的差异。然而，对于同类晶片的同一层而言，大部分晶片的抛光时间必然会在某一区间内波动。因此对抛光时间的实时监测成为本领域技术人员解决上述问题的选择之一。
在目前的化学机械抛光工艺中，一种监控CMP时间的方法是依据实际情况给定抛光时间的上限值(Tjnax)和下限值(T_min)。通常，只要实际的抛光时间在Tjnax与T_min 之间，就说明该次抛光时间符合要求。否则，如果抛光时间大于Tjnax或者小于T_min，则说明该次抛光时间不符合要求，得到的相应晶片为不合格产品。但上述方法会带来一些问题。首先，对T_max和T_min的设定存在难度。因为，如果将T_max和T_min之间的时间范围设定地过小，会将那些原本满足工艺要求而不在该上下限范围内的产品检测出来，这会导致增加不必要的停机时间进行检查从而浪费人力、降低生产率。相反地，如果将T_max和 T_min之间的时间范围设定的过大，又会导致无法有效地监控出不合格产品。其次，即使是图案相似、材料相同的同类的多层结构，由于前期各批次形成待抛光层的工艺条件可能存在一些差异，同类的各批次晶片所需的理想抛光时间也会存在差异，因此，如果不顾各批次晶片的待抛光层的实际情况(例如抛光前的厚度等)而对各批次设置统一的抛光时间上下限值，就很可能达不到理想的抛光效果。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式
部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
为了解决现有技术中由于抛光时间的上限值和下限值设定不好而造成无法有效监控抛光时间的情况，本发明提供了一种用于动态调整化学机械抛光的时间界限的方法， 包括下列步骤1)收集历史时间段P内所有晶片的抛光时间；根据所述晶片的数量和所述抛光时间确定出首批待抛光批次晶片的抛光时间的初始下限值CtrllK和初始上限值 Ctrl2K，其中，由所述初始下限值和所述初始上限值限定的时间范围是覆盖所述历史时间段内80%以上的所述晶片的所述抛光时间的时间范围； 2)选择至少4片测试控片并对所述测试控片进行抛光；分别收集所述测试控片在进行所述抛光之前的厚度TH_Blankl_n、在完成所述抛光之后的厚度TH_Blank2_n和实际抛光时间T_Blank_n ； 3)按下列公式分别得出所述测试控片的实际抛光速率RRll_n
RRll_n = (TH_Blankl_n_TH_Blank2_n)/T_Blank_n， η = 1,2,3,4,... 并计算RRlln的平均值作为所述测试控片的抛光速率RRll ； 4)从所述首批待抛光批次晶片中随机挑选至少4片待抛光晶片，计算所述待抛光晶片在进行所述抛光之前的实际厚度的算术平均值作为所述首批待抛光批次晶片在进行所述抛光之前的厚度I^rel ； 5)收集所述测试控片的目标抛光速率RRlO和所述首批待抛光批次晶片在进行所述抛光之前的目标厚度I^reO; 6)建立计算所述首批待抛光批次晶片抛光时间的参考下限值Ctrll和参考上限值Ctrl2的模型如下 Ctrll = Tl+(RR10-RR11)*K2+(Prel-PreO)*Κ3 Ctrl2 = T2+(RR10-RR11)*Κ2+(Prel-PreO)*Κ3 其中，Tl为40 50秒，T2为60 70秒；K2为0. 075 0. 175秒·分/埃，K3 为0.01 0. 03秒/埃；然后 7)根据以下方式得到所述首批待抛光批次晶片在抛光过程中的抛光时间的下限值T_min和上限值T_max 如果Ctrll < Ctrl Ik，则 T_min = Ctrl 1K，否则，T_min = Ctrll ； 如果Ctr 12 < Ctrl2E,则 T_max = Ctr 12，否则，T_max = Ctr 1 ； 其中，所述Ctrllli的单位是秒，所述Ctrl、的单位是秒，所述Ctrll的单位是秒， 所述Ctrl2的单位是秒，所述TH_Blankl_n的单位是埃，所述TH_Blank2_n的单位是埃，所
7述T_Blank_n的单位是分，所述RRll_n的单位是埃/分，所述RRll的单位是埃/分，所述 RRlO的单位是埃/分，所述I^rel的单位是埃，所述I^reO的单位是埃。
本发明提供了一种用于动态调整化学机械抛光的时间界限的方法，包括下列步骤 1)收集历史时间段P’内所有晶片的抛光时间；根据所述晶片的数量和所述抛光时间确定出当前待抛光批次晶片的抛光时间的初始下限值Ctrll/和初始上限值Ctrl、’， 其中，由所述初始下限值和所述初始上限值限定的时间范围是覆盖所述历史时间段内80% 以上的所述晶片的所述抛光时间的时间范围； 2)从前一批次晶片中选择至少4片已抛光晶片；分别收集所述已抛光晶片在进行所述抛光之前的厚度ΤΗ1_η’、在完成所述抛光之后的厚度TH2_n’和实际抛光时间T_n’ ； 3)按下列公式分别得出所述已抛光晶片的实际抛光速率RR21_n’ RR21_n， = (ΤΗ1_η， _TH2_n， )/T_n，， η = 1，2，3，4，· · · 并计算RR21_n’的平均值作为所述前一批次晶片的抛光速率RR21’ ； 4)从所述当前待抛光批次晶片中随机挑选至少4片待抛光晶片，计算所述待抛光晶片在进行所述抛光之前的实际厚度的算术平均值作为所述当前待抛光批次晶片在进行所述抛光之前的厚度I^rel’ ； 5)收集所述前一批次晶片的目标抛光速率RR20’和所述当前待抛光批次晶片在进行所述抛光之前的目标厚度I^reO’ ； 6)建立计算所述当前待抛光批次晶片抛光时间的参考下限值Ctrir和参考上限值Ctrl2’的模型如下 Ctrll，= T3，+(RR20，-RR21，)*K1，+(Prel' -PreO，)*Κ3， Ctrl2' = T4，+(RR20，-RR21，)*K1，+(Prel' -PreO' )*Κ3， 其中，Τ3，为37 47秒，Τ4，为61 71秒；Κ1，为0. 012 0. 032秒·分/埃， Κ3，为0.01 0. 03秒/埃；然后 7)根据以下方式得到所述当前待抛光批次晶片在抛光过程中的抛光时间的下限值T_min’和上限值T_max’ 如果Ctrll，< Ctrll/，则 T_min，= Ctrll/，否则，T_min，= Ctrll'； 如果Ctrl2' < Ctrl、，，则 T_max，= Ctrl2'；否则，T_max，= Ctrl2E'； 其中所述Ctrll/的单位是秒，所述Ctrl、，的单位是秒，所述Ctrll’的单位是秒，所述Ctrl2’的单位是秒，所述ΤΗ1_η’的单位是埃，所述TH2_n’的单位是埃，所述T_n’ 的单位是分，所述RR21_n’的单位是埃/分，所述RR21’的单位是埃/分，所述RR20’的单位是埃/分，所述I^rel’的单位是埃，所述ft~eO’的单位是埃。
本发明提供了一种用于动态调整化学机械抛光的时间界限的方法，包括下列步骤 1)收集历史时间段P”内所有晶片的抛光时间；根据所述晶片的数量和所述抛光时间确定出首批待抛光批次晶片的抛光时间的初始下限值Ctrll/’和初始上限值Ctrl、”， 其中，由所述初始下限值和所述初始上限值限定的时间范围是覆盖所述历史时间段内80% 以上的所述晶片的所述抛光时间的时间范围； 2)选择至少4片测试控片并对所述测试控片进行抛光；分别收集所述测试控片在进行所述抛光之前的厚度TH_Blankl_n”、在完成所述抛光之后的厚度TH_Blank2_n”和实际抛光时间T_Blank_n” ； 3)按下列公式分别得出所述测试控片的实际抛光速率RRll_n” RRll_n”= (TH_Blankl_n” _TH_Blank2_n”)/T_Blank_n”， η = 1,2,3,4,... 并计算RRll_n”的平均值作为所述测试控片的抛光速率RR11” ； 4)从所述首批待抛光批次晶片中随机挑选至少4片待抛光晶片，计算所述待抛光晶片在进行所述抛光之前的实际厚度的算术平均值作为所述首批待抛光批次晶片在进行所述抛光之前的厚度I^rel”； 5)收集所述测试控片的目标抛光速率RR10”和所述首批待抛光批次晶片在进行所述抛光之前的目标厚度I^reO” ； 6)建立计算所述首批待抛光批次晶片抛光时间的参考下限值Ctrll”和参考上限值Ctrl2”的模型如下 Ctrll" = Tl” + (RR10”-RRir，)*K2” + (Prel”-Pre0”)*K3” Ctrl2”= T2” + (RR10”-RRll”)*K2” + (Pre 1 ”-PreO”)*K3” 其中，Tl”为40 50秒，Τ2”为60 70秒；Κ2”为0. 075 0. 175秒·分/埃， Κ3”为0.01 0. 03秒/埃；然后 7)根据以下方式得到所述首批待抛光批次晶片在抛光过程中的抛光时间的下限值T_min”和上限值T_max” 如果Ctrll" < Ctrll/，，则 T_min” = Ctrll/’，否则，T_min” = Ctr 11"； 如果Ctr 12” < Ctr 1 ”，则 T_max，，= Ctr 12”，否则，T_max，，= Ctr 12/，； 其中所述Ctrll/的单位是秒，所述Ctrl、”的单位是秒，所述Ctrll”的单位是秒，所述Ctrl2”的单位是秒，所述TH_Blankl_n”的单位是埃，所述TH_Blank2_n”的单位是埃，所述T_Blank_n”的单位是分，所述RRll_n”的单位是埃/分，所述RR11”的单位是埃/ 分，所述RR10”的单位是埃/分，所述”的单位是埃，所述ft~e0”的单位是埃； 8)对于第二批及后续待抛光批次晶片而言，从前一批次晶片中选择至少4片已抛光晶片；分别收集所述已抛光晶片在进行所述抛光之前的厚度ΤΗ1_η”’、在完成所述抛光之后的厚度TH2_n”’和实际抛光时间T_n”’ ； 9)按下列公式分别得出所述已抛光晶片的实际抛光速率RR21_n”’ RR21_n”，= (ΤΗ1_η”，_TH2_n”，)/T_n，，，， η = 1，2，3，4，· · · 并计算RR21_n”’的平均值作为所述前一批次晶片的抛光速率RR21”’ ； 10)从所述当前待抛光批次晶片中随机挑选至少4片待抛光晶片，计算所述待抛光晶片在进行所述抛光之前的实际厚度的算术平均值作为所述当前待抛光批次晶片在进行所述抛光之前的厚度I^rel”’ ； 11)收集所述前一批次晶片的目标抛光速率RR20”’和所述当前待抛光批次晶片在进行所述抛光之前的目标厚度I^reO”’ ； 12)建立计算所述当前待抛光批次晶片抛光时间的参考下限值Ctrll”’和参考上限值Ctrl2”’的模型如下 Ctr 11”，= T3”，+(RR20”，-RR21”，)*K1”，+(Prel”，-PreO"' )*K3，，， Ctrl2”，= T4”，+(RR20”，-RR21”，)*K1”，+ (Prel”，-PreO"' )*Κ3，，， 其中，Τ3”，为37 47 秒，Τ4”，为 61 71 秒；Κ1”，为 0. 012 0. 032 秒·分 / 埃，Κ3”，为0. 01 0. 03秒/埃；然后 13)根据以下方式得到所述当前待抛光批次晶片在抛光过程中的抛光时间的下限值T_min”’和上限值T_max”’ 如果Ctrll"' < Ctrl 1E", PJ T_min”，= Ctrll/’，否则，T_min”，= Ctrll"'； 如果Ctrl2”，< Ctrl、”，则 T_max”，= Ctrl2”，；否则，T_max”，= Ctr 12/'； 其中所述Ctrll”’的单位是秒，所述Ctrl2”’的单位是秒，所述TH_n”’的单位是埃，所述TH2_n”’的单位是埃，所述T_n”’的单位是分，所述RR21_n”’的单位是埃/分，所述RR21”，的单位是埃/分，所述RR20”，的单位是埃/分，所述f^rel”，的单位是埃，所述 PreO"'的单位是埃。
根据本发明提供的方法，可以根据抛光速率、晶片厚度等及时调整不同批次晶片化学机械抛光的时间界限，从而更容易监控出抛光时间异常的晶片，并能够减小停机维护的频率，增加监控抛光时间的有效性，提高工作效率。另外，发明人发现，该方法不仅适用于浅沟槽隔离(STI)的化学机械抛光，亦可适用于其他化学机械抛光，例如W钨膜抛光、铜抛光、多晶硅抛光、铝抛光等其他CMP工艺。
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中， 图1所示为根据本发明一个实施例的用于动态调整化学机械抛光时间界限的方法流程图； 图2所示为根据本发明另一个实施例的用于动态调整化学机械抛光时间界限的方法流程图； 图3所示为根据本发明又一个实施例的用于动态调整化学机械抛光时间界限的方法流程图； 表IA为根据本发明一个实施例的动态调整化学机械抛光的时间界限后的参数说明； 表IB为根据本发明另一个实施例的动态调整化学机械抛光的时间界限后的参数说明。
具体实施例方式在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便说明本发明是如何实现动态调整化学机械抛光的时间界限的。显然，本发明的施行并不限定于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。需要注意的是，本文中将在描述实施方案时以“抛光”来指代“化学机械抛光”，以便于简要描述各个步骤和专业术语。
第一实施例 由于CMP机台每隔一段时间都要进行预测性维护(Predictivemaintenance，PM)， 例如每周PM，每月PM，每年PM。所以，如果当前待抛光批次晶片在某次预测性维护之后，则参照图1计算该批次晶片的抛光时间的界限。否则，如果当前待抛光批次晶片在某批次抛光晶片之后，则参照图2计算该批次晶片的抛光时间的界限。
参照图1示出了根据本发明一个实施例的用于动态调整化学机械抛光时间界限的方法流程图，其具体步骤如下 首先，在步骤101中，分别对首批待抛光批次晶片的抛光时间的初始下限值 (CtrllK，单位为秒)和初始上限值(Ctrl2K，单位为秒)进行初始化。其中，所述首批待抛光批次晶片的数量根据实际需要确定，例如，在一个实施例中为25片。并且所述首批待抛光批次晶片中的不同晶片之间的基材、待抛光层、目标抛光速率、当前晶片厚度、目标抛光厚度等各种参数应大体一致。收集特定历史时间段(P)内的所有晶片的抛光数据。其中， 所述特定时间段根据实际需要进行选择，例如3个月。所述抛光数据包括该历史时间段内每片晶片的实际抛光时间。根据被抛光晶片的数量和实际抛光时间确定出首批待抛光批次晶片的抛光时间的初始下限值(CtrllK，单位为秒)和初始上限值(Ctrl2K，单位为秒)。该初始下限值和初始上限值以可以覆盖住该时间段内一定数量晶片的实际抛光时间为准，该一定数量可以为80 %以上，优选地为95 %以上。
然后，在步骤102中，选择一定数量的测试控片。该一定数量为至少4片，例如4 8片，此处以4片为例。
之后，在步骤103中，在CMP机台上分别对该4片测试控片进行抛光，计算出每片测试控片的实际抛光速率(RRll_n，单位为埃/分)，然后得到该批测试控片的抛光速率 0 11，单位为埃/分)。其确定步骤如下 A)分别收集每片测试控片在进行CMP抛光之前的厚度(TH_Blankl_n，单位为埃)； B)分别收集每片测试控片在完成CMP抛光之后的厚度(TH_Blank2_n，单位为埃)； C)分别收集每片测试控片的实际抛光时间(T_Blank_n，单位为分)； D)按照下列公式分别计算出每片测试控片的实际抛光速率(RRll_n，单位为埃/ 分) RRll_n = (TH_B1ankl_n-TH_B1ank2_n)/T_B1ank_n 其中，η= 1，2，3，4， 进而计算RRl l_n的平均值作为所述测试控片的抛光速率RRl 1。
再次，在步骤104中，确定出首批待抛光批次晶片在进行CMP抛光之前的厚度 (Prel，单位为埃)。由于各个层的厚度、致密度、缺陷分布、界面状态等参数略有不同，所以即使是对同一批次晶片而言，不同晶片在进行CMP抛光之前的厚度也会略有不同，因此近似地将该首批待抛光批次晶片的平均厚度视为ft~el，其确定步骤如下 A)从首批待抛光批次晶片中随机挑选一定数量的晶片，该首批待抛光批次晶片的数量优选地为25片，该一定数量为至少4片，例如4 6片，此处以4片为例； B)分别收集每片晶片在进行CMP抛光之前的厚度； C)计算出这4片晶片的平均厚度作为首批待抛光批次晶片在进行CMP抛光之前的厚度Prel0 接着，在步骤105中，根据实际情况事先确定测试控片的目标抛光速率(RR10，单位为埃/分)和首批待抛光批次晶片在进行CMP抛光之前的目标厚度(PreO，单位为埃)。
然后，在步骤106中，分别建立计算首批待抛光批次晶片抛光时间的参考下限值 (Ctrll，单位为秒)和参考上限值(Ctrl2，单位为秒)的模型如下 Ctrll = Tl+(RR10-RR11)*K2+(Prel-PreO)*Κ3 Ctrl2 = T2+(RR10-RR11)*Κ2+(Prel-PreO)*Κ3 其中，Τ1、Τ2是根据实际情况确定的值，Tl为40 50s，优选地为45s，T2为60 70s，优选地为65s。K2、K3为权重因子，Κ2为0. 075 0. 175 (秒·分/埃)，优选地为 0. 125 (秒 分/埃)，Κ3为0. 01 0. 03秒/埃，优选地为0. 02秒/埃。他们都与抛光设备、历史抛光数据、生产线有关。本领域技术人员可根据实际情况在上述范围内选择适当的数值。
最后，在步骤107中，根据以下方式得到首批待抛光批次晶片在抛光过程中的抛光时间的下限值(T_min)和上限值(T_max) A)如果 Ctrll < Ctrl Ik，则 T_min = Ctrl Ie ； 否则，T_min= Ctrll ； B)如果 Ctr 12 < Ctrl2E,则 T_max = Ctrl2 ； 否贝丨J，T_max = Ctr 12κ。
如果首批待抛光批次晶片中的晶片的实际抛光时间在该下限值和上限值的范围内，则说明该晶片的抛光时间符合要求，否则说明该晶片的抛光时间不符合要求。
第二实施例 参照图2示出了根据本发明另一个实施例的用于动态调整化学机械抛光时间界限的方法流程图，其具体步骤如下 首先，在步骤201中，分别对本轮各个待抛光批次晶片的抛光时间的初始下限值 (Ctrll/，单位为秒)和初始上限值(Ctrl2K’，单位为秒)进行初始化。其中，所述各个待抛光批次晶片的数量根据实际需要确定，例如，在一个实施例中为25片。并且所述各个待抛光批次晶片中的不同晶片之间的基材、待抛光层、目标抛光速率、当前晶片厚度、目标抛光厚度等各种参数应大体一致。收集特定历史时间段(P’)内的所有晶片的抛光数据。其中，所述特定时间段根据实际需要进行选择，例如3个月。所述抛光数据包括该历史时间段内每片晶片的实际抛光时间。根据被抛光晶片的数量和实际抛光时间确定出本轮各个待抛光批次晶片的抛光时间的初始下限值(Ctrll/，单位为秒)和初始上限值(Ctrl、’，单位为秒)。该初始下限值和初始上限值以可以覆盖住该时间段内一定数量晶片的实际抛光时间为准，该一定数量可以为80%以上，优选地为95%以上。
其次，在步骤202中，确定出前一批次晶片的抛光速率(RR21’，单位为埃/分)和目标抛光速率(RR20’，单位为埃/分)，以及当前待抛光批次晶片在进行CMP抛光之前的厚度O^rel’，单位为埃)和在进行CMP抛光之前的目标厚度(I^reO’，单位为埃)。其中 A)确定出前一批次晶片的抛光速率(RR21’，单位为埃/分)，其确定步骤如下 a)从前一批次晶片中随机挑选一定数量的晶片，该前一批次晶片的数量优选地为 25片，该一定数量至少为4片，优选地为4 6片，此处以4片为例； b)分别收集每片晶片在进行CMP抛光之前的厚度(ΤΗ1_η’，单位为埃)； c)分别收集每片晶片在完成CMP抛光之后的厚度(TH2_n’，单位为埃)； d)分别收集每片晶片的实际抛光时间(T_n’，单位为分)； e)按下列公式分别计算出这4片晶片的实际抛光速率(RR21_n’，单位为埃/分) RR21_n， = (ΤΗ1_η， _TH2_n， )/T_n， 其中，η= 1，2，3，4 ； f)计算RR21_n’的平均值作为该前一批次晶片的抛光速率RR21，。
B)确定出当前待抛光批次晶片在进行CMP抛光之前的厚度O^rel’，单位为埃)。 由于各个层的厚度、致密度、缺陷分布、界面状态等参数略有不同，所以即使是对同一批次晶片而言，不同晶片在进行CMP抛光之前的厚度也会略有不同，因此近似地将该当前待抛光批次晶片的平均厚度视为I^rel”，其确定步骤如下 a)从当前待抛光批次晶片中随机挑选一定数量的晶片，该当前待抛光批次晶片的数量优选地为25片，该一定数量为至少4片，例如4 6片，此处以4片为例； b)分别收集每片晶片在进行CMP抛光之前的厚度； c)计算出这4片晶片的平均厚度作为当前待抛光批次晶片在进行CMP抛光之前的厚度Prel，。
C)根据实际情况事先确定前一批次晶片的目标抛光速率(RR20’，单位为埃/分) 和当前待抛光批次晶片在进行CMP抛光之前的目标厚度(ft~e0’，单位为埃)。
在步骤203中，分别建立计算当前待抛光批次晶片抛光时间的参考下限值 (Ctrll’，单位为秒)和参考上限值(Ctrl2’，单位为秒)的模型如下 Ctrll，= T3，+(RR20，-RR21，)*K1，+ (Prel，-PreO，)*K3， Ctrl2' = T4，+(RR20，-RR21，)*Κ1，+(Prel，-PreO' )*Κ3， 其中，Τ3’、Τ4’是根据实际情况确定的值，Τ3’为37 47s，优选地为42s，Τ4’为 61 71s，优选地为66s。K1，、K3，为权重因子，ΚΓ为0. 012 0. 032秒 分/埃，优选地为0. 022秒 分/埃，Κ3’为0. 01 0. 03秒/埃，优选地为0. 02秒/埃。他们都与抛光设备、历史抛光数据、生产线有关。本领域技术人员可根据实际情况在上述范围内选择适当的数值。
在步骤204中，根据以下方式得到当前待抛光批次晶片在抛光过程中的抛光时间的下限值(T_min’，单位为秒)和上限值(T_max’，单位为秒) A)如果 Ctrll，< Ctrll/，则 T_min，= Ctrll/ ； 否则，T_min，=Ctrll，； B)如果 Ctrl2' < Ctrl、，，则 T_max，= Ctrl2'； 否则，T_max，=Ctr 12/。
如果当前待抛光批次晶片中的晶片的实际抛光时间在该下限值和上限值的范围内，则说明该晶片的抛光时间符合要求，否则说明该晶片的抛光时间不符合要求。
第三实施例 参照图3示出了根据本发明又一个实施例的用于动态调整化学机械抛光时间界限的方法流程图，其具体步骤如下 首先，在步骤301中，对本轮各个待抛光批次晶片的抛光时间的初始下限值 (Ctrll/，，单位为秒)和初始上限值(Ctrl2K”，单位为秒)进行初始化。其中，所述各个待抛光批次晶片的数量根据实际需要确定，例如，在一个实施例中为25片。并且所述各个待抛光批次晶片中的不同晶片之间的基材、待抛光层、目标抛光速率、当前晶片厚度、目标抛光厚度等各种参数应大体一致。收集特定历史时间段(P”)内的所有晶片的抛光数据。其中，所述特定历史时间段根据实际需要进行选择，例如3个月。所述抛光数据包括该特定历史时间段内每片晶片的实际抛光时间。根据被抛光晶片的数量和实际抛光时间确定出本轮各个待抛光批次晶片的抛光时间的初始下限值和初始上限值。该初始下限值和初始上限值以可以覆盖住该特定历史时间段内一定数量晶片的实际抛光时间为准，该一定数量可以为 80%以上，优选地为95%以上。
然后，在步骤302中，对测试控片进行抛光并收集相关抛光数据。其中 A)先选择一定数量的测试控片。该一定数量为至少4片，例如4 8片，此处以4 片为例。
B)在CMP机台上分别对该4片测试控片进行抛光，确定出每片测试控片的实际抛光速率(RRll_n”，单位为埃/分)，然后得到该批测试控片的抛光速率(RR11”，单位为埃/ 分)。其确定步骤如下 a)分别收集每片测试控片在进行CMP抛光之前的厚度(TH_Blankl_n”，单位为埃)； b)分别收集每片测试控片在完成CMP抛光之后的厚度(TH_Blank2_n”，单位为埃)； c)分别收集每片测试控片的实际抛光时间(T_Blank_n”，单位为分)； d)按照下列公式分别计算出每片测试控片的实际抛光速率(RRll_n”，单位为埃/ 分) RRll_n”= (TH_Blankl_n” _TH_Blank2_n”)/T_Blank_n” 其中，η= 1，2，3，4， 进而计算RRll_n”的平均值作为所述测试控片的抛光速率RR11”。
C)确定出首批待抛光批次晶片在进行CMP抛光之前的厚度O^rel”，单位为埃)。 由于各个层的厚度、致密度、缺陷分布、界面状态等参数略有不同，所以即使是对同一批次晶片而言，不同晶片在进行CMP抛光之前的厚度也会略有不同，因此近似地将该首批待抛光批次晶片的平均厚度视为I^rel”，其确定步骤如下 a)从该首批待抛光批次晶片中随机挑选一定数量的晶片，该首批待抛光批次晶片的数量优选地为25片，该一定数量为至少4片，例如4 6片，此处以4片为例； b)分别收集每片晶片在进行CMP抛光之前的厚度； c)计算出这4片晶片的平均厚度作为该首批待抛光批次晶片在进行CMP抛光之前的厚度Prel”。
D)根据实际情况事先确定测试控片的目标抛光速率(RR10”，单位为埃/分)和该首批待抛光批次晶片在进行CMP抛光之前的目标厚度(ft~e0”，单位为埃)。
之后，在步骤303中，分别建立计算首批待抛光批次晶片抛光时间的参考下限值 (Ctrll”，单位为秒)和参考上限值(Ctrl2”，单位为秒)的模型如下 Ctrll" = Tl” + (RR10”-RRir，)*K2” + (Prel”-Pre0”)*K3” Ctrl2”= T2” + (RR10”-RRll”)*K2” + (Pre 1 ”-PreO”)*K3” 其中，Tl”、Τ2”是根据实际情况确定的值，Tl”为40 50s，优选地为45s, T2”为 60 70s，优选地为65s。K2”、K3”为权重因子，Κ2”为0. 075 0. 175(秒 分/埃)，优选地为0. 125 (秒 分/埃)，K3”为0. 01 0. 03秒/埃，优选地为0. 02秒/埃。他们都与抛光设备、历史抛光数据、生产线有关。本领域技术人员可根据实际情况在上述范围内选择适当的数值。
随后，在步骤304中，根据以下方式得到首批待抛光批次晶片在抛光过程中的抛光时间的下限值(T_min”，单位为秒)和上限值(T_max”，单位为秒) a)如果 Ctrll” < Ctrll/，，则 T_min” = Ctrll/，； 否则，T_min”= Ctr 11"； b)如果 Ctr 12” < Ctr 1 ”，则 T_max” = Ctrl2” ； 否贝丨J，T_max”= Ctrl2K”。
如果该首批批次晶片中的晶片的实际抛光时间在该下限值和上限值的范围内，则说明该晶片的抛光时间符合要求，否则说明该晶片的抛光时间不符合要求。
接下来，在步骤305中，对于第二批及后续各批次晶片而言，确定出前一批次晶片的实际抛光速率(RR21”’，单位为埃/分)和目标抛光速率(RR20”’，单位为埃/分)，以及当前待抛光批次晶片在进行CMP抛光之前的厚度(Pre”’，单位为埃)和在进行CMP抛光之前的目标厚度(PreO”’，单位为埃)。其中 A)确定出前一批次晶片的实际抛光速率(RR21”’，单位为埃/分)，其确定步骤如下 a)从前一批次晶片中随机挑选一定数量的晶片，该前一批次晶片的数量优选地为 25片，该一定数量至少为4片，优选地为4 6片，此处以4片为例； b)分别收集每片晶片在进行CMP抛光之前的厚度(ΤΗ1_η”’，单位为埃)； c)分别收集每片晶片在完成CMP抛光之后的厚度(TH2_n”’，单位为埃)； d)分别收集每片晶片的实际抛光时间(T_n”’，单位为分)； e)按照下列公式分别计算出每片晶片的实际抛光速率(RRll_n”’，单位为埃/ 分) RR21_n，，，= (ΤΗ1_η，，，_TH2_n”，)/T_n，，， 其中，η= 1，2，3，4 ； f)计算RR21_n”，的平均值作为该前一批次晶片的抛光速率RR21”，。
B)确定出当前待抛光批次晶片在进行CMP抛光之前的厚度(Prel”’，单位为埃)。 由于各个层的厚度、致密度、缺陷分布、界面状态等参数略有不同，所以即使是对同一批次晶片而言，不同晶片在进行CMP抛光之前的厚度也会略有不同，因此近似地将该待抛光批次晶片的平均厚度视为I^rel”，其确定步骤如下
15 a)从当前待抛光批次晶片中随机挑选一定数量的晶片，该当前待抛光批次晶片的数量优选地为25片，该一定数量为至少4片，例如4 6片，此处以4片为例； b)分别收集每片晶片在进行CMP抛光之前的厚度； C)计算出这4片晶片的平均厚度作为当前待抛光批次晶片在进行CMP抛光之前的厚度 Prel”，。
C)根据实际情况事先收集前一批次晶片的目标抛光速率(RR20”’，单位为埃/分) 和当前待抛光批次晶片在进行CMP抛光之前的目标厚度(ft~e0”’，单位为埃)。
在步骤306中，分别建立计算当前待抛光批次晶片抛光时间的参考下限值 (Ctrll”，，单位为秒)和参考上限值(Ctrl2”，，单位为秒)的模型如下 Ctr 11”，= T3”，+(RR20”，-RR21”，)*K1”，+ (Prel”，-PreO"' )*K3，，， Ctrl2”，= T4”，+(RR20”，-RR21”，)*K1”，+(Prel”，-PreO"' )*Κ3，，， 其中，Τ3”，、Τ4”，是根据实际情况确定的值，Τ3”，为37 47s，优选地为42s，T4”， 为61 71s，优选地为66s。K1”，、K3”，为权重因子，ΚΙ”，为0. 012 0. 032秒·分/埃， 优选地为0. 022秒·分/埃，Κ3”’为0. 01 0. 03秒/埃，优选地为0. 02秒/埃。他们都与抛光设备、历史抛光数据、生产线有关。本领域技术人员可根据实际情况在上述范围内选择适当的数值。
在步骤307中，建立判断公式，得到当前待抛光批次晶片在抛光过程中的抛光时间的下限值(T_min”，单位为秒)和上限值(T_max”，单位为秒) a)如果 Ctrll"' < Ctrll/，，则 T_min = Ctrll/，； 否则，T_min”，=Ctr 11”，； b)如果 Ctrl2”，< Ctrl、”，则 T_max”，= Ctrl2”，； 否则，T_max”，=Ctrl2K”。
如果当前待抛光批次晶片中的晶片的实际抛光时间在该下限值和上限值的范围内，则说明该晶片的抛光时间符合要求，否则说明该晶片的抛光时间不符合要求。
另外，由于CMP机台每隔一段时间都要进行预测性维护 (Predictivemaintenance,即PM)，比如每周PM，每月PM，每年PM。所以，如果当前待抛光批次晶片在某次预测性维护之后，或者CMP设备出现长时间停机，都需要在对待抛光晶片进行抛光工艺之前，对测试控片进行抛光，以确定当前待抛光批次晶片的抛光时间的下限值和上限值。即，在完成步骤310后，如果CMP设备进行了预测性维护或出现了长时间停机， 那么下一批次待抛光晶片需要重新进行步骤302。否则，进行步骤305。
在本发明的各个实施例中，利用美国应用材料公司(AMAT)的Reflection抛光设备对待抛光晶片进行抛光，其抛光垫型号为IC1010。测试控片为经过高密度等离子体化学气相沉积氧化层后、不带有任何图案的晶片。待抛光批次晶片为经过高密度等离子体化学气相沉积氧化层后、带有图案的晶片。表IA和IB分别示出了本发明前两个实施例中各参数的取值情况以及根据本发明的方法计算出的抛光时间下限值和上限值的实例。
权利要求
1.一种用于动态调整化学机械抛光的时间界限的方法，包括以下步骤1)收集历史时间段P内所有晶片的抛光时间；根据所述晶片的数量和所述抛光时间确定出首批待抛光批次晶片的抛光时间的初始下限值CtrllK和初始上限值Ctrl、，其中，由所述初始下限值和所述初始上限值限定的时间范围是覆盖所述历史时间段内80%以上的所述晶片的所述抛光时间的时间范围；2)选择至少4片测试控片并对所述测试控片进行抛光；分别收集所述测试控片在进行所述抛光之前的厚度TH_Blankl_n、在完成所述抛光之后的厚度TH_Blank2_n和实际抛光时间 T-Blank_n ；3)按下列公式分别得出所述测试控片的实际抛光速率RRll_nRRll_n = (TH_B1ankl_n-TH_B1ank2_n)/T_B1ank_n,n=1,2,3,4...并计算RRl l_n的平均值作为所述测试控片的抛光速率RRll ；4)从所述首批待抛光批次晶片中随机挑选至少4片待抛光晶片，计算所述待抛光晶片在进行所述抛光之前的实际厚度的算术平均值作为所述首批待抛光批次晶片在进行所述抛光之前的厚度Prel ；5)收集所述测试控片的目标抛光速率RRlO和所述首批待抛光批次晶片在进行所述抛光之前的目标厚度I^reO ；6)建立计算所述首批待抛光批次晶片抛光时间的参考下限值Ctrll和参考上限值 Ctrl2的模型如下Ctrll = Tl+(RR10-RR11)*K2+(Prel-PreO)*Κ3Ctrl2 = T2+(RR10-RR11)*Κ2+(Prel-PreO)*Κ3其中，Tl为40 50秒，Τ2为60 70秒；Κ2为0. 075 0. 175秒·分/埃，Κ3为 0.01 0. 03秒/埃；然后7)根据以下方式得到所述首批待抛光批次晶片在抛光过程中的抛光时间的下限值Τ_ min和上限值T_max 如果 Ctrll < Ctrl Ik，则 T_min = Ctrl 1K，否则，T_min = Ctrll ；如果 Ctrl2 < Ctrl2K，则 T_max = Ctrl2，否则，T_max = Ctrl2E ；其中，所述CtrllK的单位是秒，所述Ctrl、的单位是秒，所述Ctrll的单位是秒，所述 Ctrl2的单位是秒，所述TH_Blankl_n的单位是埃，所述TH_Blank2_n的单位是埃，所述T_ Blank_n的单位是分，所述RRll_n的单位是埃/分，所述RRll的单位是埃/分，所述RRlO 的单位是埃/分，所述I^rel的单位是埃，所述I^reO的单位是埃。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由所述初始下限值和所述初始上限值限定的所述时间范围是覆盖所述历史时间段内95%以上的所述晶片的所述抛光时间的所述时间范围。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，Tl为45秒。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，T2为65秒。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，K2为0.125秒·分/埃。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，K3为0.02秒/埃。
7.一种用于动态调整化学机械抛光的时间界限的方法，包括以下步骤1)收集历史时间段P’内所有晶片的抛光时间；根据所述晶片的数量和所述抛光时间确定出当前待抛光批次晶片的抛光时间的初始下限值Ctrll/和初始上限值Ctrl、’，其中，由所述初始下限值和所述初始上限值限定的时间范围是覆盖所述历史时间段内80%以上的所述晶片的所述抛光时间的时间范围；2)从前一批次晶片中选择至少4片已抛光晶片；分别收集所述已抛光晶片在进行所述抛光之前的厚度ΤΗ1_η’、在完成所述抛光之后的厚度TH2_n’和实际抛光时间T_n’ ；3)按下列公式分别得出所述已抛光晶片的实际抛光速率RR21_n’RR21_n，= (ΤΗ1_η，_TH2_n，)/T_n，，η I 2j 3J 4J · · ·并计算RR21_n’的平均值作为所述前一批次晶片的抛光速率RR21’ ；4)从所述当前待抛光批次晶片中随机挑选至少4片待抛光晶片，计算所述待抛光晶片在进行所述抛光之前的实际厚度的算术平均值作为所述当前待抛光批次晶片在进行所述抛光之前的厚度I^rel’ ；5)收集所述前一批次晶片的目标抛光速率RR20’和所述当前待抛光批次晶片在进行所述抛光之前的目标厚度I^reO’ ；6)建立计算所述当前待抛光批次晶片抛光时间的参考下限值Ctrir和参考上限值 Ctrl2’的模型如下Ctrll，= T3，+(RR20，-RR21，)*K1，+(Prel' -PreO' )*Κ3，Ctrl2' = T4，+(RR20，-RR21，)*Κ1，+(Prel' -PreO' )*Κ3，其中，Τ3，为37 47秒，Τ4，为61 71秒；Κ1，为0. 012 0. 032秒·分/埃，Κ3， 为0.01 0. 03秒/埃；然后7)根据以下方式得到所述当前待抛光批次晶片在抛光过程中的抛光时间的下限值Τ_ min，和上限值T-max，如果 Ctrll，< Ctrll/，则 T_min，= Ctrll/，否则，T_min，= Ctrll'；如果 Ctrl2，< Ctrl、，，则 T_max，= Ctrl2'；否则，T_max，= Ctrl2E'；其中所述Ctrll/的单位是秒，所述Ctrl2/的单位是秒，所述Ctrll’的单位是秒，所述Ctrl2’的单位是秒，所述ΤΗ1_η’的单位是埃，所述TH2_n’的单位是埃，所述T_n’的单位是分，所述RR21_n’的单位是埃/分，所述RR21’的单位是埃/分，所述RR20’的单位是埃/分，所述I^rel’的单位是埃，所述ft~e0’的单位是埃。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，由所述初始下限值和所述初始上限值限定的所述时间范围是覆盖所述历史时间段内95%以上的所述晶片的所述实际抛光时间的所述时间范围。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，T3’为42秒。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，T4’为66秒。
11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，ΚΓ为0.022秒·分/埃。
12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，K3’为0.02秒/埃。
13.一种用于动态调整化学机械抛光的时间界限的方法，包括以下步骤1)收集历史时间段P”内所有晶片的抛光时间；根据所述晶片的数量和所述抛光时间确定出首批待抛光批次晶片的抛光时间的初始下限值Ctrll/’和初始上限值Ctrl、”，其中，由所述初始下限值和所述初始上限值限定的时间范围是覆盖所述历史时间段内80%以上的所述晶片的所述抛光时间的时间范围；2)选择至少4片测试控片并对所述测试控片进行抛光；分别收集所述测试控片在进行所述抛光之前的厚度TH_Blankl_n”、在完成所述抛光之后的厚度TH_Blank2_n”和实际抛光时间 T_Blank_n” ；3)按下列公式分别得出所述测试控片的实际抛光速率RRll_n”RRll_n” = (TH_Blankl_n”-TH_Blank2_n”)/T_Blank_n”，η I 2j 3J 4J · · ·并计算RRll_n”的平均值作为所述测试控片的抛光速率RR11” ；4)从所述首批待抛光批次晶片中随机挑选至少4片待抛光晶片，计算所述待抛光晶片在进行所述抛光之前的实际厚度的算术平均值作为所述首批待抛光批次晶片在进行所述抛光之前的厚度I^rel”；5)收集所述测试控片的目标抛光速率RR10”和所述首批待抛光批次晶片在进行所述抛光之前的目标厚度I^reO”；6)建立计算所述首批待抛光批次晶片抛光时间的参考下限值Ctrll”和参考上限值 Ctrl2”的模型如下Ctrll" = Tl" + (RR10” -RRl 1 ”) *K2” + (Pre 1 ” -PreO” ) *K3”Ctr 12" = Τ2” + (RR10” -RRl 1 ”) *Κ2” + (Pre 1 ” -PreO” ) *K3”其中，Tl”为40 50秒，Τ2”为60 70秒；Κ2”为0. 075 0. 175秒·分/埃，Κ3，， 为0.01 0. 03秒/埃；然后7)根据以下方式得到所述首批待抛光批次晶片在抛光过程中的抛光时间的下限值Τ_ min”和上限值T_max” 如果 Ctrll" < Ctrll/，，贝丨J T_min” = Ctrll/’，否则，T_min” = Ctr 11"；如果 Ctr 12" < Ctrl、”，则 T_max，，= Ctrl2”，否则，T_max，，= Ctr 12/'；其中所述Ctrll/’的单位是秒，所述Ctrl2/’的单位是秒，所述Ctrll”的单位是秒，所述Ctrl2”的单位是秒，所述TH_Blankl_n”的单位是埃，所述TH_Blank2_n”的单位是埃，所述T_Blank_n”的单位是分，所述RRll_n”的单位是埃/分，所述RR11”的单位是埃/分，所述RR10”的单位是埃/分，所述”的单位是埃，所述ft~eO”的单位是埃；8)对于第二批及后续待抛光批次晶片而言，从前一批次晶片中选择至少4片已抛光晶片；分别收集所述已抛光晶片在进行所述抛光之前的厚度ΤΗ1_η”’、在完成所述抛光之后的厚度TH2_n”’和实际抛光时间1~_11”’ ；9)按下列公式分别得出所述已抛光晶片的实际抛光速率RR21_n”’RR21_n”，= (ΤΗ1_η”，_TH2_n”，)/T_n”，，η I 2j 3J 4J · · ·并计算RR21_n”’的平均值作为所述前一批次晶片的抛光速率RR21”’ ；10)从所述当前待抛光批次晶片中随机挑选至少4片待抛光晶片，计算所述待抛光晶片在进行所述抛光之前的实际厚度的算术平均值作为所述当前待抛光批次晶片在进行所述抛光之前的厚度I^rel”’ ；11)收集所述前一批次晶片的目标抛光速率RR20”’和所述当前待抛光批次晶片在进行所述抛光之前的目标厚度I^reO”’ ；12)建立计算所述当前待抛光批次晶片抛光时间的参考下限值Ctrll”’和参考上限值 Ctrl2”’的模型如下Ctr 11”，= T3”，+(RR20”，-RR21”，)*K1”，+(Prel”，-PreO"' )*K3，，，Ctrl2”，= T4”，+(RR20”，-RR21”，)*K1”，+ (Prel”，-PreO"' )*Κ3，，，其中，Τ3”，为37 47秒，Τ4”，为61 71秒；Κ1”，为0. 012 0. 032秒·分/埃， Κ3，，，为0.01 0. 03秒/埃；然后13)根据以下方式得到所述当前待抛光批次晶片在抛光过程中的抛光时间的下限值 T_min”，和上限值乙max”，如果 Ctrll”，< Ctrll/，，则 T_min”，= CtrllK”，否则，T_min”，= Ctrll"'；如果 Ctrl2”，< Ctrl、”，则 T_max”，= Ctrl2”，；否则，T_max”，= Ctr 12/'；其中所述Ctrll”’的单位是秒，所述Ctrl2”’的单位是秒，所述TH_n”’的单位是埃， 所述TH2_n”’的单位是埃，所述T_n”’的单位是分，所述RR21_n”’的单位是埃/分，所述 RR21”，的单位是埃/分，所述RR20”，的单位是埃/分，所述f^rel”，的单位是埃，所述ft~eO”， 的单位是埃。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，由所述初始下限值和所述初始上限值限定的所述时间范围是覆盖所述历史时间段内95%以上的所述晶片的所述抛光时间的所述时间范围。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，Tl”为45秒。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，T2”为65秒。
17.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，K2”为0.125秒·分/埃。
18.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，K3”为0.02秒/埃。
19.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，T3”’为42秒。
20.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，T4”’为66秒。
21.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，K1”’为0.022秒·分/埃。
22.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，K3”’为0.02秒/埃。
全文摘要
本发明公开了一种用于动态调整化学机械抛光的时间界限的方法，包括下列步骤收集历史时间段内所有晶片的抛光时间，对当前待抛光批次晶片抛光时间的初始下限值和初始上限值进行初始化；收集前一批次晶片的抛光速率和目标抛光速率，以及当前待抛光批次晶片在进行化学机械抛光之前的厚度和目标厚度；根据上述数据建立当前待抛光批次晶片抛光时间的参考下限值和参考上限值的模型并进行计算；将初始下限值与参考下限值以及初始上限值与参考上限值进行比较，得到当前待抛光批次晶片抛光时间的下限值和上限值。本发明可以及时调整不同批次晶片化学机械抛光的时间界限，从而更容易监控出抛光时间异常的晶片，并能够减小停机维护的频率，提高工作效率。
文档编号B24B29/00GK102189469SQ20101012465
公开日2011年9月21日 申请日期2010年3月11日 优先权日2010年3月11日
发明者胡宗福 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司