專利名稱：焊盤壽命對化學(xué)機(jī)械拋光影響的自適應(yīng)端點(diǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及焊盤壽命對化學(xué)機(jī)械拋光影響的自適應(yīng)端點(diǎn)方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制造中，化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)是設(shè)計用于對基板進(jìn)行拋光并且提供整體平坦化表面的工藝?？梢栽诶鐪\溝槽隔離(STI)工藝和雙鑲嵌工藝的多種集成電路(IC)制造階段實(shí)施CMP工藝。應(yīng)該在適當(dāng)時間(稱作端點(diǎn))停止CMP工藝，從而使得不存在過拋光或拋光不足。在CMP工藝期間，使用了焊盤(pad)，而焊盤會逐漸耗盡。CMP運(yùn)轉(zhuǎn)情況連同焊盤狀態(tài)(pad condition) 一起改變?，F(xiàn)有CMP系統(tǒng)沒有考慮焊盤狀態(tài)并且不可能精確確定對焊盤狀態(tài)起作用的端點(diǎn)。例如，不管焊盤狀態(tài)怎樣，通過施加的材料所開發(fā)的CMP系統(tǒng)Mirra使用固定算法來確定端點(diǎn)。因此，可能在CMP工藝期間發(fā)生過拋光、拋光不足、 或者不可接受的凹狀扭曲研磨或者腐蝕，引起短路、開路、或者性能或可靠性問題。因此，為了解決以上問題，需要通過考慮焊盤狀態(tài)來精確確定CMP端點(diǎn)的CMP系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體制造方法，包括為化學(xué)機(jī)械拋光CMP系統(tǒng)中的拋光焊盤限定焊盤壽命的多個時間區(qū)域；根據(jù)焊盤壽命的多個時間區(qū)域?qū)㈦A梯系數(shù)分配給拋光焊盤；根據(jù)焊盤壽命影響來將多個端點(diǎn)窗口分別限定至多個時間區(qū)域；將CMP工藝施加給位于拋光焊盤上的晶圓；基于階梯系數(shù)確定晶圓的拋光信號的時間區(qū)域；根據(jù)時間區(qū)域使端點(diǎn)窗口中的一個與拋光信號相關(guān)聯(lián)；以及在由端點(diǎn)窗口所確定的端點(diǎn)處結(jié)束CMP工藝。該方法進(jìn)一步包括在CMP工藝結(jié)束以前，通過使端點(diǎn)窗口適用于拋光信號的部分來確定端點(diǎn)。其中，拋光信號為來自晶圓的乘以時間區(qū)域內(nèi)的階梯系數(shù)的信號。其中，確定時間區(qū)域包括限定拋光信號相對于時間區(qū)域的上限和下限；以及如果拋光信號的平坦部位于上限和下限的范圍內(nèi)，則確定拋光信號與時間區(qū)域相關(guān)聯(lián)。其中，限定多個端點(diǎn)窗口包括將多個窗口寬度分別限定至多個端點(diǎn)窗口。其中，分配階梯系數(shù)包括限定具有分別與焊盤壽命的多個時間區(qū)域相對應(yīng)的多個增益級別的階梯系數(shù)。其中，限定多個時間區(qū)域包括限定初始焊盤壽命區(qū)域、中間焊盤壽命區(qū)域、以及結(jié)束焊盤壽命區(qū)域。該方法進(jìn)一步包括收集CMP數(shù)據(jù)，并且提取拋光焊盤的拋光特征參數(shù)。其中，限定焊盤壽命的多個時間區(qū)域包括基于拋光特征參數(shù)為拋光焊盤限定焊盤壽命的多個時間區(qū)域。其中，拋光特征參數(shù)包括定義為在金屬材料的拋光率和電介質(zhì)材料的拋光率之間的比的拋光比。其中，將拋光比定義為在鋁拋光率和氧化硅拋光率之間的比。此外，還提供了一種半導(dǎo)體制造方法，包括對位于化學(xué)機(jī)械拋光CMP系統(tǒng)中的拋光焊盤上的晶圓實(shí)施CMP工藝；以及在由拋光焊盤的壽命階段所確定的端點(diǎn)處結(jié)束CMP工藝。其中，結(jié)束CMP工藝包括使用具有對于拋光焊盤的壽命階段來說特有的窗口寬度的端點(diǎn)窗口來確定端點(diǎn)。該方法進(jìn)一步包括為拋光焊盤·限定多個壽命階段；以及根據(jù)焊盤壽命影響為分別與多個壽命階段相關(guān)的多個端點(diǎn)窗口限定窗口寬度。該方法進(jìn)一步包括接收CMP工藝的拋光信號；基于拋光信號的電平確定拋光焊盤的壽命階段；根據(jù)拋光焊盤的壽命階段使端點(diǎn)窗口中的一個與拋光信號相關(guān)聯(lián)；以及通過將端點(diǎn)窗口中的一個施加給拋光信號來確定端點(diǎn)。其中，確定拋光焊盤的壽命階段包括將階梯系數(shù)分配給拋光焊盤；以及根據(jù)階梯系數(shù)放大拋光信號。其中，結(jié)束CMP工藝進(jìn)一步包括根據(jù)拋光焊盤的壽命階段確定最大時限；以及確認(rèn)拋光時間是否在最大時限內(nèi)。此外，還提供了一種化學(xué)機(jī)械拋光CMP系統(tǒng)，包括焊盤，被設(shè)計用于晶圓拋光；電機(jī)驅(qū)動器，與焊盤連接并且被設(shè)計為在晶圓拋光期間驅(qū)動焊盤；控制器，與電機(jī)驅(qū)動器連接并且被設(shè)計為控制電機(jī)驅(qū)動器；以及原位速率監(jiān)控器，被設(shè)計為從位于焊盤上的晶圓收集拋光數(shù)據(jù)，基于焊盤的壽命階段來確定CMP端點(diǎn)，以及將CMP端點(diǎn)提供給控制器。其中，原位速率監(jiān)控器包括信號模塊，被設(shè)計為從晶圓提取拋光信號；用于根據(jù)焊盤的壽命階段施加階梯系數(shù)以放大拋光信號的機(jī)構(gòu)；窗口模塊，用于以相應(yīng)的窗口寬度來限定和施加多個端點(diǎn)窗口 ；以及端點(diǎn)模塊，用于根據(jù)焊盤的壽命階段將多個端點(diǎn)窗口中的一個施加給拋光信號來確定CMP端點(diǎn)。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括另一焊盤，用于晶圓拋光并且與原位速率監(jiān)控器連接。


當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時，根據(jù)下面詳細(xì)的描述可以更好地理解本發(fā)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各種部件沒有被按比例繪制。實(shí)際上，為了清楚的討論，各種部件的尺寸可以被任意增加或減少。此外，為了簡單，沒有在所有附圖中示出所有部件。圖I為根據(jù)本發(fā)明的多個方面所構(gòu)成的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)系統(tǒng)的一個實(shí)施例的示意圖。圖2為在圖I的CMP系統(tǒng)中所處理的半導(dǎo)體晶圓的截面圖。圖3為在根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的多個方面所構(gòu)成的圖I的CMP系統(tǒng)中所實(shí)施的CMP工藝的流程圖。圖4為在拋光時間的過程中CMP拋光信號的圖表。圖5為根據(jù)本發(fā)明的多個方面建立的多種時間區(qū)域處的拋光信號的圖表。圖6為根據(jù)本發(fā)明的多個方面所構(gòu)成的階梯系數(shù)的圖表。圖7和圖8為用于根據(jù)本發(fā)明的多個方面確定所建立的CMP端點(diǎn)的多個時間區(qū)域處的拋光信號的圖表。圖9為根據(jù)一個實(shí)施例集成圖I的CMP系統(tǒng)的集成電路制造系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明大體上涉及化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)系統(tǒng)和利用這種系統(tǒng)的方法。然而，應(yīng)理解，為了實(shí)施本發(fā)明的不同部件，以下公開提供了許多不同的實(shí)施例或?qū)嵗Ｒ韵旅枋鲈筒贾玫奶囟▽?shí)例以簡化本公開。當(dāng)然這些僅僅是實(shí)例并不旨在進(jìn)行限定。此外，本公開可在各個實(shí)例中重復(fù)參照數(shù)字和/或字母。該重復(fù)是為了簡明和清楚，而且其本身沒有規(guī)定所述各種實(shí)施例和/或結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。參照圖I，不出了化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)系統(tǒng)100的一個實(shí)施例的不意圖。CMP系統(tǒng)100包括一個或者多個拋光焊盤(polishing pad) 104，被配置在CMP系統(tǒng)中，用于對晶圓102進(jìn)行拋光。為了簡單，在圖I中僅示出了一個拋光焊盤。CMP系統(tǒng)100包括電機(jī)驅(qū)動器106，與拋光焊盤104連接并且被設(shè)計為在CMP工藝 (或者拋光工藝)期間驅(qū)動拋光焊盤104。CMP系統(tǒng)100還包括控制器108，與電機(jī)驅(qū)動器106連接并且被設(shè)計為在CMP工藝期間控制電機(jī)驅(qū)動器106。CMP系統(tǒng)100進(jìn)一步包括原位(in-situ)速率監(jiān)控器(ISRM) 110，被設(shè)計為在CMP工藝期間原位監(jiān)控來自CMP工藝(諸如來自拋光焊盤104或者來自位于拋光焊盤104上的晶圓)的拋光速率。將ISRM 110被設(shè)計為，在CMP工藝期間從拋光焊盤104或者從位于該拋光焊盤104上的晶圓收集CMP數(shù)據(jù)，該CMP數(shù)據(jù)包括拋光速率。在一個實(shí)施例中，ISRM110可以進(jìn)一步包括信號模塊，被設(shè)計為從晶圓提取拋光信號(或者端點(diǎn)信號)；用于根據(jù)拋光焊盤104的壽命階段(stage)施加階梯系數(shù)以放大拋光信號的機(jī)構(gòu)；窗口模塊，用于通過相應(yīng)窗口寬度限定和施加多個端點(diǎn)窗口 ；以及端點(diǎn)模塊，用于通過根據(jù)拋光焊盤的壽命階段將多個端點(diǎn)窗口中的一個施加給拋光信號來確定CMP端點(diǎn)。還將拋光焊盤的壽命階段稱作拋光焊盤的壽命時間的時間區(qū)域并且以下將對其進(jìn)行進(jìn)一步描述。CMP系統(tǒng)100可以進(jìn)一步包括其他元件，諸如拋光頭、提供拋光液而供水的機(jī)構(gòu)、晶圓加載機(jī)構(gòu)、以及其他必要元件。在一實(shí)例中，可以通過與CMP系統(tǒng)100結(jié)合或者與該系統(tǒng)集成的CMP數(shù)據(jù)模塊111來實(shí)施CMP數(shù)據(jù)的各種分析和處理。在另一實(shí)例中，CMP數(shù)據(jù)模塊111可以是為CMP數(shù)據(jù)分析所設(shè)計的ISRM 110的元件。將CMP系統(tǒng)100設(shè)計為對晶圓102進(jìn)行拋光以減少厚度并使表面平坦化。在多個實(shí)施例中，根據(jù)CMP系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)，可以通過CMP系統(tǒng)100來順序或者同時處理多個晶圓102。例如，CMP系統(tǒng)100包括通過所施加的材料開發(fā)的Mirra Electra CMP裝置。MirraElectra CMP裝置包括用于多步拋光的多個焊盤。在Mirra Electra CMP裝置中，ISRM110通過渦流來監(jiān)控拋光信號。晶圓102包括娃晶圓。備選地，晶圓102可以是錯化娃晶圓或者其他半導(dǎo)體晶圓。晶圓102可以包括所設(shè)計的集成電路的多個部件。例如，晶圓102可以包括硅的多摻雜部件，并且另外可以包括諸如柵電極和/或金屬線的其他部件。在本實(shí)例中，僅為了說明，圖2以截面圖示出了晶圓102中的一個。晶圓102包括硅基板112和設(shè)置在硅基板112上的電介質(zhì)材料層114。在一實(shí)例中，電介質(zhì)材料層114包括氧化硅。在其他實(shí)例中，電介質(zhì)材料層114可以附加地或者備選地包括氮化硅、氮氧化硅、或者其他適當(dāng)?shù)碾娊橘|(zhì)材料。在電介質(zhì)材料層114中形成溝槽116。在溝槽116中填充諸如鋁(Al)的金屬層118并且進(jìn)一步地在電介質(zhì)材料層114上形成該金屬層。金屬層118具有不平坦表面，從而將CMP工藝應(yīng)用于晶圓102以使晶圓102平坦化并且去除在電介質(zhì)材料層114的頂部表面上方的金屬層118的一部分。例如，位于溝槽116中的金屬層118在后柵極工藝中形成金屬柵極。在將一個或者多個晶圓102移動進(jìn)入CMP系統(tǒng)100中以后，根據(jù)對應(yīng)的拋光方法將預(yù)期的CMP工藝應(yīng)用于晶圓102。然而，CMP端點(diǎn)對拋光結(jié)果來說是一個關(guān)鍵要素。將CMP端點(diǎn)(或者端點(diǎn))限定為CMP工藝結(jié)束時的時間。過拋光或者拋光不足可能導(dǎo)致氧化物損耗、不可接受的凹狀扭曲研磨(dishing)、腐蝕、或者金屬殘余，并且可能進(jìn)一步引入短路、開路、其他性能和可靠性問題。以下提供了 CMP方法以解決這些問題。圖3為用于根據(jù)本發(fā)明的多個方面實(shí)施所構(gòu)成的CMP工藝的方法120的流程圖。在本實(shí)施例中，在CMP系統(tǒng)100中實(shí)施方法120。參照圖I至圖3，詳細(xì)描述了方法120。方法120通過收集與CMP系統(tǒng)100的拋光焊盤104相關(guān)的CMP數(shù)據(jù)而從步驟122開始。在一實(shí)例中，通過CMP數(shù)據(jù)模塊111來實(shí)施收集CMP數(shù)據(jù)。CMP數(shù)據(jù)包括與拋光焊盤104相關(guān)的多種現(xiàn)有CMP工藝數(shù)據(jù)，諸如CMP系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)、測量工具數(shù)據(jù)、以及統(tǒng)計過程控制(SPC) 和/或拋光焊盤更換記錄數(shù)據(jù)。SPC數(shù)據(jù)包括拋光速率和超過規(guī)格(OOS)記錄。方法120通過限定用于CMP系統(tǒng)100的拋光焊盤104的焊盤壽命的時間區(qū)域而進(jìn)入步驟124。拋光焊盤104具有某一壽命時間(或者焊盤壽命)并且在壽命時間結(jié)束以前或者壽命時間結(jié)束時通過新拋光焊盤更換。例如，在對約400個晶圓實(shí)施CMP工藝以后，拋光焊盤可能到達(dá)其壽命時間。在另一實(shí)例中，在對約200個晶圓實(shí)施CMP工藝以后，拋光焊盤可能到達(dá)其壽命時間。在拋光焊盤的壽命時間期間，拋光焊盤104的拋光狀況隨著使用拋光焊盤的時間(使用時間)而改變，將這稱作焊盤壽命影響。例如，拋光焊盤的拋光速率可能通過其壽命時間而改變。在另一實(shí)例中，拋光焊盤的拋光比可能通過其壽命時間而改變。在所述實(shí)施例中，將拋光比限定為在金屬層118的拋光速率和電介質(zhì)材料層114的拋光速率之間的比。在將氧化硅用作電介質(zhì)材料層114的另一實(shí)例中，氧化硅的拋光比(或者氧化物損耗)通過拋光焊盤的壽命時間而改變。通過一端點(diǎn)窗口來確定諸如MirraElectra CMP裝置的現(xiàn)有CMP系統(tǒng)，CMP端點(diǎn)。在方法120的步驟124中，基于與拋光焊盤104相關(guān)的CMP數(shù)據(jù)，可以將拋光焊盤104的拋光狀況描述為其使用時間的函數(shù)。圖4包括示出根據(jù)一實(shí)例的氧化物損耗相對于拋光焊盤的使用時間的曲線圖140。在圖表140中，水平軸表示標(biāo)示為“焊盤壽命(padlife)”的拋光焊盤的使用時間。拋光焊盤的使用時間以片為單位(“pcs”)，該片代表已經(jīng)通過拋光焊盤104拋光的晶圓片數(shù)。在本實(shí)例中，拋光焊盤104的壽命時間約為200片晶
圓。垂直軸表示具有以埃為單位(“人”)的氧化物損耗。如圖140所示，氧化物損耗相對
于拋光焊盤的使用時間而改變。在本實(shí)施例中，將氧化物損耗用于限定拋光焊盤104的壽命階段(或者壽命時間的時間區(qū)域)。作為一實(shí)例，根據(jù)氧化物損耗的狀況，將拋光焊盤的壽命時間劃分為6個時間區(qū)域，分別標(biāo)示為“ I ”、“ II ”、“ III ” “ IV”、“V”、以及“VI ”。在最后時間區(qū)域(在該實(shí)例中“VI”)以后，氧化物損耗太大并且明顯影響成品率。不得不通過新拋光焊盤來替換該拋光焊盤。在另一實(shí)例中，焊盤壽命可以根據(jù)氧化物損耗特征包括三個時間區(qū)域、四個時間區(qū)域、或者更多時間區(qū)域。在其他實(shí)施例中，可以通過諸如拋光速率或者拋光比的其他CMP參數(shù)來確定焊盤壽命的時間區(qū)域。方法120通過分配拋光焊盤104的拋光信號的階梯系數(shù)而進(jìn)入步驟126。在CMP工藝期間，可以通過ISRM 110來收集拋光信號。在一實(shí)例中，通過渦流(eddy current)變換拋光信號并且可以通過某一信號增益進(jìn)一步放大該拋光信號。圖5示出了來自焊盤壽命的不同時間區(qū)域的各種拋光信號。在圖5中，水平軸為拋光時間(標(biāo)示為“時間”)，垂直軸為拋光信號(標(biāo)示為“信號”)。三個拋光信號分別對應(yīng)于焊盤壽命的三個時間區(qū)域(標(biāo)示為初始焊盤壽命、中間焊盤壽命、以及結(jié)束焊盤壽命)。在該方法的以下步驟中將進(jìn)一步說明端點(diǎn)窗口。在現(xiàn)有方法中，僅使用一個端點(diǎn)窗口以確定CMP工藝的端點(diǎn)，而不考慮焊盤壽命的各個時間區(qū)域。在步驟126處，將變化增益(或者增益系數(shù))用于區(qū)分來自焊盤壽命的多種時間區(qū)域的拋光信號。在本實(shí)施例中，如圖6所示，使用階梯(增益)系數(shù)160。在圖6中，水平軸表示時間區(qū)域，并且垂直軸表示增益系數(shù)。增益系數(shù)具有焊盤壽命的每個獨(dú)立時間區(qū)域的相應(yīng)值。為了在CMP工藝期間識別拋光信號的時間區(qū)域，每個時間區(qū)域的增益系數(shù)與其 他時間區(qū)域的增益系數(shù)不同。在本實(shí)施例中，每個連續(xù)時間區(qū)域的增益系數(shù)值高于以前時間區(qū)域的增益系數(shù)值。更具體地，施加階梯系數(shù)160以調(diào)節(jié)拋光信號并且(在本實(shí)例中)放大拋光信號。將階梯系數(shù)設(shè)計為使得在多個時間區(qū)域的拋光信號之間的差足夠大從而可以實(shí)施方法120的隨后步驟而不出現(xiàn)錯誤判斷。在應(yīng)用階梯系數(shù)160以后，來自焊盤壽命的不同時間區(qū)域的拋光信號基本不同。圖7為根據(jù)一實(shí)例示出拋光信號相對于時間的曲線圖170。圖7與圖5類似。在圖7中，將焊盤壽命劃分為三個時間區(qū)域，包括初始焊盤壽命、中間焊盤壽命、以及結(jié)束焊盤壽命。然而，將階梯系數(shù)施加給拋光信號從而將不同時間區(qū)域中的拋光信號放大(或者校準(zhǔn))為不同等級，標(biāo)示為在圖7中的“校準(zhǔn)信號(Calibrated signal)”。由于將校準(zhǔn)拋光信號用于確定CMP工藝的端點(diǎn)，所以還將校準(zhǔn)拋光信號稱作端點(diǎn)信號或者簡單地稱作拋光信號。方法120通過分別限定用于焊盤壽命的時間區(qū)域的端點(diǎn)窗口來進(jìn)入布驟128。此時沒有使用一個端點(diǎn)窗口，而是使用了多個端點(diǎn)窗口。多個端點(diǎn)窗口分別與多個時間區(qū)域相關(guān)。參照圖8描述了端點(diǎn)窗口。圖8包括與圖7類似的曲線圖180，但是進(jìn)一步包括端點(diǎn)窗口。圖8包括三個校準(zhǔn)信號，分別對應(yīng)于初始焊盤壽命、中間焊盤壽命、以及結(jié)束焊盤壽命。在本實(shí)施例中，分別將三個端點(diǎn)窗口 182、184、以及186分配給初始焊盤壽命、中間焊盤壽命、以及結(jié)束焊盤壽命。將端點(diǎn)窗口用于確定CMP工藝的端點(diǎn)。將端點(diǎn)窗口限定為具有高度和寬度的矩形。端點(diǎn)窗口的高度與拋光信號相關(guān)，具有與拋光信號相同的單位，并且將該端點(diǎn)窗口的高度表不為△ S。端點(diǎn)窗口的寬度與拋光時間相關(guān),具有與拋光時間相同的單位，并且將該端點(diǎn)窗口的寬度表示為At。在步驟128中，通過特定尺寸將各自端點(diǎn)窗口分配給焊盤壽命的每個時間區(qū)域。在本實(shí)施例中，分配給拋光焊盤104的端點(diǎn)窗口具有相同高度AS，但是具有不同寬度At。在一實(shí)例中，可以由工程技術(shù)人員根據(jù)工藝信息(knowledge)和CMP數(shù)據(jù)來確定每個端點(diǎn)窗口的寬度At。作為用于說明的另一實(shí)例，多種寬度可以在約3秒到約7秒之間的范圍內(nèi)。
步驟122至128提供了根據(jù)拋光焊盤104的時間區(qū)域設(shè)置CMP系統(tǒng)I 00并且使CMP系統(tǒng)100結(jié)束CMP工藝的程序。在實(shí)施CMP工藝以前，沒有必要每次對拋光焊盤104都實(shí)施該程序。當(dāng)替換拋光焊盤104或者改變其他CMP參數(shù)時，可以將該程序應(yīng)用于拋光焊盤104。例如，當(dāng)將新型CMP液(slurry)引入拋光焊盤104時，可以將包括步驟122至128的程序施加給拋光焊盤104,從而設(shè)置CMP系統(tǒng)100。方法102還提供了另一程序，包括步驟130至步驟138，以根據(jù)焊盤壽命的時間區(qū)域?qū)嵤〤MP工藝和停止CMP工藝。在步驟130中，將CMP工藝施加給位于拋光焊盤104上的晶圓102。拋光焊盤104在其壽命時間的某一時間區(qū)域內(nèi)。在CMP工藝期間，ISRM 110原位監(jiān)控CMP工藝并且從位于拋光焊盤104上的晶圓102收集拋光信號。拋光信號可以與在圖8中的拋光信號之一類似，假設(shè)針對拋光焊盤104限定三個時間區(qū)域(初始焊盤壽命、中間焊盤壽命、以及結(jié)束焊盤壽命)。拋光信號隨著拋光時間而增大并且逐漸接近平坦階段，在該平坦階段拋光信號隨著拋光時間沒有明顯改變。仍參照圖8，方法120通過基于拋光信號確定拋光焊盤104的時間區(qū)域進(jìn)入步驟 132。首先，針對不同時間區(qū)域限定多個下限和上限。例如，針對與初始焊盤壽命相關(guān)的拋光信號限定下限SI和上限S2。類似地，中間焊盤壽命具有下限S2和上限S3，結(jié)束焊盤壽命具有下限S3和上限S4?？梢愿鶕?jù)階梯系數(shù)設(shè)置相應(yīng)下限和上限。當(dāng)階梯系數(shù)在每個時間區(qū)域處具有更大增加時，就將增大相應(yīng)時間區(qū)域的上限?？梢杂晒こ碳夹g(shù)人員來確定下限和上限或者使用考慮階梯系數(shù)的算法自動計算下限和上限。根據(jù)下限和上限來確定拋光焊盤104的時間區(qū)域。如果拋光信號接近平坦階段并且該平坦部在S2和S3之間，則拋光焊盤104的對應(yīng)時間區(qū)域?yàn)橹虚g焊盤壽命。如果拋光信號接近在S3和S4之間的平坦區(qū)域，則確定拋光焊盤104的時間區(qū)域?yàn)榻Y(jié)束焊盤壽命。方法120可以通過根據(jù)在步驟132處確定的時間區(qū)域使端點(diǎn)窗口與拋光信號相關(guān)聯(lián)而進(jìn)入步驟134。在步驟128中，限定多種端點(diǎn)窗口并且分別將多種端點(diǎn)窗口分配給多種時間區(qū)域。因此，每個時間區(qū)域具有一個相應(yīng)端點(diǎn)窗口。在步驟134中，如在步驟132中所確定的，已知拋光焊盤的時間區(qū)域。時間區(qū)域的對應(yīng)端點(diǎn)窗口與CMP工藝相關(guān)聯(lián)。方法120通過使用相關(guān)端點(diǎn)窗口確定CMP工藝的端點(diǎn)進(jìn)入步驟136。仍參照圖8，假設(shè)在步驟132中確定拋光焊盤的時間區(qū)域?yàn)橹虚g焊盤壽命并且在步驟134中確定相關(guān)端點(diǎn)窗口為端點(diǎn)窗口 184。在一實(shí)施例中，如下定義CMP工藝的端點(diǎn)。相關(guān)端點(diǎn)窗口 184適合與中間焊盤壽命(在圖8中的虛線一)相關(guān)的拋光信號的一部分，并且將端點(diǎn)限定為通過端點(diǎn)窗口 184的右邊所對準(zhǔn)的拋光時間。具體地，將端點(diǎn)窗口 184限定在拋光信號(虛線一)的周圍，并且朝向平坦階段移動該端點(diǎn)窗口直到在寬度At內(nèi)的拋光信號的一部分適合端點(diǎn)窗口 184。如圖8所不,在寬度At內(nèi)的拋光信號的一部分與端點(diǎn)窗口的左側(cè)和右側(cè)相交。作為相反實(shí)例，將端點(diǎn)窗口 188設(shè)置在與中間焊盤壽命相關(guān)的拋光信號上，并且拋光信號與端點(diǎn)窗口 188的上邊和下邊相交。在這種情況下，拋光信號不適合端點(diǎn)窗口 188。當(dāng)拋光信號的對應(yīng)一部分適合端點(diǎn)窗口 184時，將CMP工藝的端點(diǎn)確定為與端點(diǎn)窗口 184的右邊所對準(zhǔn)的時間。在步驟138中，在步驟136中所確定的端點(diǎn)處結(jié)束CMP工藝。在CMP工藝中，通過ISRM 110來連續(xù)收集拋光信號。將相關(guān)端點(diǎn)窗口用于檢查拋光信號的任何部分是否適合。當(dāng)拋光信號的一部分適合端點(diǎn)窗口時，將在對應(yīng)端點(diǎn)處停止CMP工藝。
另外，可以根據(jù)CMP工藝、要拋光的材料層的特征、以及拋光焊盤104的特征來限定最大拋光時間tm。在一實(shí)施例中，根據(jù)焊盤壽命的時間區(qū)域來確定最大時限tm。另外，通過最大拋光時間tm來檢查拋光時間。如果拋光時間等于最大拋光時間tm，則即使沒有拋光信號適合端點(diǎn)窗口，也結(jié)束CMP工藝。在這種情況下，可以將該晶圓送給工程技術(shù)人員處置，以確認(rèn)拋光結(jié)果是否滿足晶圓102的規(guī)格或者制造要求。盡管提供了用于CMP工藝的在根據(jù)焊盤壽命影響所確定的端點(diǎn)處結(jié)束的方法120，但是其他變型例也可在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在一實(shí)施例中，實(shí)施步驟122至128作為設(shè)置CMP系統(tǒng)100的第一程序并且實(shí)施步驟130至138作為在CMP系統(tǒng)100中實(shí)施CMP工藝的第二程序?？梢元?dú)立實(shí)施第一程序和第二程序。一旦完成第一程序，就可以將第二程序反復(fù)應(yīng)用于位于CMP系統(tǒng)100的拋光焊盤104上的拋光的晶圓102的每一個上，直到更換拋光焊盤104或者其他事件觸發(fā)第一程序。在另一實(shí)施例中，CMP系統(tǒng)100包括一個以上的拋光焊盤。每個拋光焊盤可以具有其特有的拋光狀況和拋光壽命?？梢詾槊總€焊盤限定不同的時間區(qū)域和端點(diǎn)窗口。在又一實(shí)施例中，當(dāng)更換拋光焊盤104時，由于拋光焊盤類型或者其他因素，新拋光焊盤可以具 有不同的拋光狀況?？梢耘c以前拋光焊盤104不同地限定新拋光焊盤104的時間區(qū)域和端
點(diǎn)窗口。圖9示出了集成電路制造系統(tǒng)200，在該集成電路制造系統(tǒng)中可以利用或者分配圖I的CMP系統(tǒng)100。制造系統(tǒng)200包括通過通信網(wǎng)絡(luò)218連接的多個實(shí)體202、204、206、208、210、212、214、216、. 'N。網(wǎng)絡(luò)218可以為單個網(wǎng)絡(luò)或者可以為多種不同網(wǎng)絡(luò)，諸如內(nèi)聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)，并且可以包括有線和無線通信通道。在本實(shí)例中，實(shí)體202表示用于協(xié)作制造的服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)體204表示用戶，諸如監(jiān)控感興趣的產(chǎn)品的產(chǎn)品技術(shù)人員，實(shí)體206表示工程技術(shù)人員，諸如控制CMP工藝的工藝技術(shù)人員，實(shí)體208表示測量工具，用于IC測試和用于收集CMP數(shù)據(jù)的測量，實(shí)體210表示CMP工具，諸如圖I的CMP系統(tǒng)，實(shí)體212表示與CMP工具210相關(guān)聯(lián)的虛擬測量模塊，實(shí)體214表示與CMP工具210和另外其他工藝工具相關(guān)聯(lián)的工藝控制模塊，以及實(shí)體216表示具有與CMP工具210相關(guān)聯(lián)的各種CMP數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫。每個實(shí)體可以與其他實(shí)體相互作用并且可以提供集成電路制造、工藝控制、和/或計算能力，從而和/或從其他實(shí)體接收這種能力。在一實(shí)施例中，CMP工具210包括為晶圓拋光所設(shè)計的拋光焊盤；電機(jī)驅(qū)動器，與焊盤連接并且被設(shè)計為在晶圓拋光期間驅(qū)動焊盤；控制器，與電機(jī)驅(qū)動器連接并且被設(shè)計為控制電機(jī)驅(qū)動器；以及原位速率監(jiān)控器，被設(shè)計為從位于焊盤上的晶圓收集拋光數(shù)據(jù)，基于拋光焊盤的壽命階段確定CMP端點(diǎn)，并且將CMP端點(diǎn)提供給控制器。在另一實(shí)施例中，原位速率監(jiān)控器進(jìn)一步包括信號模塊，被設(shè)計為從晶圓提取拋光信號；用于根據(jù)拋光焊盤的壽命階段施加階梯系數(shù)以放大拋光信號的機(jī)制；窗口模塊，用于通過相應(yīng)窗口寬度限定和施加多個端點(diǎn)窗口 ；以及端點(diǎn)模塊，用于通過根據(jù)拋光焊盤的壽命階段將多個端點(diǎn)窗口之一施加給拋光信號來確定CMP端點(diǎn)。CMP系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括另一焊盤，用于晶圓拋光并且與原位速率監(jiān)控器連接。由于CMP工藝的端點(diǎn)在拋光焊盤的時間區(qū)域中改變并且根據(jù)焊盤壽命影響來確定該端點(diǎn)，所以CMP工具210是適用的。
為了集成電路(IC)制造、尤其是根據(jù)焊盤壽命的影響的CMP工具210的工藝控制以及CMP端點(diǎn)的控制，集成電路制造系統(tǒng)200能夠在實(shí)體之間相互作用。在本實(shí)例中，CMP端點(diǎn)的控制包括將焊盤壽命的多個時間區(qū)域限定在CMP系統(tǒng)中的拋光焊盤，并分別將多個端點(diǎn)窗口限定在多個時間區(qū)域。在多個實(shí)施例中，CMP端點(diǎn)的控制包括將階梯系數(shù)分配給與拋光焊盤相關(guān)的拋光信號。通過IC制造系統(tǒng)200所提供的能力之一可以進(jìn)行協(xié)作并且在如產(chǎn)品控制、工程、工藝、測量、以及先進(jìn)工藝控制的這些方面中進(jìn)行信息訪問。通過IC制造系統(tǒng)200所提供的其他能力可以在設(shè)備之間(諸如在測量工具和CMP工具之間)集成系統(tǒng)。這種集成能夠使設(shè)備協(xié)調(diào)其活動。例如，集成測量工具和CMP工具可以使制造信息更有效地結(jié)合在制造工藝中，并且能夠利用集成在相關(guān)工藝工具(CMP工具)中的測量工具進(jìn)行聯(lián)機(jī)或者原位測量來獲得晶圓數(shù)據(jù)。因此，本公開提供了半導(dǎo)體制造方法。該方法包括為化學(xué)機(jī)械工藝(CMP)系統(tǒng)中的拋光焊盤限定焊盤壽命的多個時間區(qū)域；根據(jù)焊盤壽命的多個時間區(qū)域?qū)㈦A梯系數(shù)分配給拋光焊盤；根據(jù)焊盤壽命影響分別將多個端點(diǎn)窗口限定至多個時間區(qū)域；將CMP工藝施 加給位于拋光焊盤上的晶圓；基于階梯系數(shù)確定晶圓的拋光區(qū)域的時間區(qū)域；根據(jù)時間區(qū)域使端點(diǎn)窗口中的一個與拋光信號相關(guān)聯(lián)；以及在通過端點(diǎn)窗口所確定的端點(diǎn)處結(jié)束CMP工藝。在本實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包括在結(jié)束CMP工藝以前，通過使端點(diǎn)窗口適用于拋光信號的部分來確定端點(diǎn)。在另一實(shí)施例中，拋光信號為來自晶圓的信號乘以在時間區(qū)域中的階梯系數(shù)。在另一實(shí)施例中，確定時間區(qū)域包括限定與時間區(qū)域相關(guān)的拋光信號的上限和下限；并且確定如果拋光信號的平坦部分在上限和下限之間的范圍內(nèi)，則拋光信號與該時間區(qū)域相關(guān)。限定多個端點(diǎn)窗口可以包括分別將多個窗口寬度限制在多個端點(diǎn)窗口。分配階梯系數(shù)包括限定具有分別與焊盤壽命的多個時間區(qū)域相對應(yīng)的多個增益級別(level)的階梯系數(shù)。在一實(shí)施例中，限定多個時間區(qū)域包括限定初始焊盤壽命區(qū)域、中間焊盤壽命區(qū)域、以及結(jié)束焊盤壽命區(qū)域。半導(dǎo)體制造方法可以進(jìn)一步包括收集CMP端點(diǎn)數(shù)據(jù)、并且提取拋光焊盤的拋光特征參數(shù)。限定焊盤壽命的多個時間區(qū)域可以包括基于拋光特征參數(shù)限定用于拋光焊盤的焊盤壽命的多個時間區(qū)域。在一實(shí)例中，拋光特征參數(shù)包括定義為在金屬材料的拋光率和電介質(zhì)材料的拋光率之間的比的拋光比。在另一實(shí)例中，將拋光比定義為在鋁拋光率和氧化硅拋光率之間的比。本發(fā)明還提供了半導(dǎo)體制造方法的另一實(shí)施例。半導(dǎo)體制造方法包括對于位于CMP系統(tǒng)中的拋光焊盤上的晶圓實(shí)施化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝；并且在通過拋光焊盤的壽命階段所確定的端點(diǎn)處結(jié)束CMP工藝。在本方法的一實(shí)施例中，結(jié)束CMP工藝包括使用具有對于拋光焊盤的壽命階段的特有窗口寬度的端點(diǎn)窗口確定端點(diǎn)。在另一實(shí)施例中，該方法可以進(jìn)一步包括限定用于拋光焊盤的多個壽命階段；并且根據(jù)焊盤壽命影響限定用于分別與多個壽命階段相關(guān)聯(lián)的多個端點(diǎn)窗口的窗口寬度。在另一實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包括接收CMP工藝的拋光信號；基于拋光信號的電平確定拋光焊盤的壽命階段；根據(jù)拋光焊盤的壽命階段使端點(diǎn)窗口中的一個與拋光信號相關(guān)聯(lián)；以及通過將端點(diǎn)窗口中的一個應(yīng)用于拋光信號來確定端點(diǎn)。在另一實(shí)施例中，確定拋光焊盤的壽命階段包括將階梯系數(shù)分配給拋光焊盤；以及根據(jù)階梯系數(shù)放大拋光信號。在又一實(shí)施例中，結(jié)束CMP工藝進(jìn)一步包括根據(jù)拋光焊盤的壽命階段確定最大時限；以及確認(rèn)端點(diǎn)是否在最大時限內(nèi)。本發(fā)明還提供了化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)系統(tǒng)的一個實(shí)施例。CMP系統(tǒng)包括為晶圓拋光所設(shè)計的拋光焊盤；電機(jī)驅(qū)動器，與拋光焊盤連接并且被設(shè)計為在晶圓拋光期間驅(qū)動拋光焊盤；控制器，與電機(jī)驅(qū)動器連接并且被設(shè)計為控制電機(jī)驅(qū)動器；以及原位速率監(jiān)控器，被設(shè)計為從位于拋光焊盤上的晶圓收集拋光數(shù)據(jù)，基于拋光焊盤的壽命階段確定CMP端點(diǎn)并且將CMP端點(diǎn)提供給控制器。在CMP系統(tǒng)中，原位速率監(jiān)控器可以進(jìn)一步包括信號模塊，被設(shè)計為從晶圓提取拋光信號；用于根據(jù)拋光焊盤的壽命階段施加階梯系數(shù)以放大拋光信號的機(jī)制；窗口?！缞A，用于通過相應(yīng)窗口寬度來限定和施加多個端點(diǎn)窗口 ；以及端點(diǎn)模塊，用于通過根據(jù)拋光焊盤的壽命階段將多個端點(diǎn)窗口中的一個施加給拋光信號來確定CMP端點(diǎn)。CMP系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括另一拋光焊盤，用于晶圓拋光并且與原位速率監(jiān)控器連接。
細(xì)描述。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以很容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來設(shè)計或更改其他用于達(dá)到與這里所介紹實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)點(diǎn)的處理和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員也應(yīng)該意識到，這種等效構(gòu)造并不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行多種變化、替換以及改變。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體制造方法，包括 為化學(xué)機(jī)械拋光CMP系統(tǒng)中的拋光焊盤限定焊盤壽命的多個時間區(qū)域； 根據(jù)焊盤壽命的所述多個時間區(qū)域?qū)㈦A梯系數(shù)分配給所述拋光焊盤； 根據(jù)焊盤壽命影響來將所述多個端點(diǎn)窗口分別限定至所述多個時間區(qū)域； 將CMP工藝施加給位于所述拋光焊盤上的晶圓； 基于所述階梯系數(shù)確定所述晶圓的拋光信號的時間區(qū)域； 根據(jù)所述時間區(qū)域使所述端點(diǎn)窗口中的一個與所述拋光信號相關(guān)聯(lián)；以及 在由所述端點(diǎn)窗口所確定的端點(diǎn)處結(jié)束所述CMP工藝。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體制造方法，進(jìn)一步包括在所述CMP工藝結(jié)束以前，通過使所述端點(diǎn)窗口適用于所述拋光信號的部分來確定所述端點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體制造方法，其中，所述拋光信號為來自所述晶圓的乘以所述時間區(qū)域內(nèi)的所述階梯系數(shù)的信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體制造方法，其中，確定所述時間區(qū)域包括 限定所述拋光信號相對于所述時間區(qū)域的上限和下限；以及 如果所述拋光信號的平坦部位于所述上限和所述下限的范圍內(nèi)，則確定所述拋光信號與所述時間區(qū)域相關(guān)聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體制造方法，其中，限定所述多個端點(diǎn)窗口包括將多個窗口寬度分別限定至所述多個端點(diǎn)窗口。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體制造方法，其中，分配所述階梯系數(shù)包括限定具有分別與焊盤壽命的所述多個時間區(qū)域相對應(yīng)的多個增益級別的所述階梯系數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體制造方法，其中，限定所述多個時間區(qū)域包括限定初始焊盤壽命區(qū)域、中間焊盤壽命區(qū)域、以及結(jié)束焊盤壽命區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體制造方法，進(jìn)一步包括收集CMP數(shù)據(jù)，并且提取所述拋光焊盤的拋光特征參數(shù)。
9.一種半導(dǎo)體制造方法，包括 對位于化學(xué)機(jī)械拋光CMP系統(tǒng)中的拋光焊盤上的晶圓實(shí)施CMP工藝；以及 在由所述拋光焊盤的壽命階段所確定的端點(diǎn)處結(jié)束所述CMP工藝。
10.一種化學(xué)機(jī)械拋光CMP系統(tǒng)，包括 焊盤，被設(shè)計用于晶圓拋光； 電機(jī)驅(qū)動器，與所述焊盤連接并且被設(shè)計為在所述晶圓拋光期間驅(qū)動所述焊盤； 控制器，與所述電機(jī)驅(qū)動器連接并且被設(shè)計為控制所述電機(jī)驅(qū)動器；以及原位速率監(jiān)控器，被設(shè)計為從位于所述焊盤上的晶圓收集拋光數(shù)據(jù)，基于所述焊盤的壽命階段來確定CMP端點(diǎn)，以及將所述CMP端點(diǎn)提供給所述控制器。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種焊盤壽命對化學(xué)機(jī)械拋光影響的自適應(yīng)端點(diǎn)方法。該方法包括為化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)系統(tǒng)中的拋光焊盤限定焊盤壽命的多個時間區(qū)域；根據(jù)焊盤壽命的多個時間區(qū)域?qū)㈦A梯系數(shù)分配給拋光焊盤；根據(jù)焊盤壽命影響分別限定多個時間區(qū)域的多個端點(diǎn)窗口；將CMP工藝施加給位于拋光焊盤上的晶圓；基于階梯系數(shù)確定晶圓的拋光信號的時間區(qū)域；根據(jù)時間區(qū)域使端點(diǎn)窗口之一與拋光信號相關(guān)聯(lián)；以及在由端點(diǎn)窗口所確定的端點(diǎn)處結(jié)束CMP工藝。
文檔編號H01L21/321GK102683237SQ201110307168
公開日2012年9月19日 申請日期2011年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月10日
發(fā)明者張簡鵬崇, 李儲安, 黃惠琪 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司