CN101081488A - 混合式化学机械抛光工艺的线上控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种混合式化学机械抛光工艺的线上控制方法，首先提供一混合式化学机械抛光***，包含第一抛光平台及第二抛光平台，分别为不同类型研磨抛光垫。提供一批次的待抛光产品晶片，其上已形成图案化结构，及第一介电层沉积在该图案化结构及第二介电层上。依序在该第一抛光平台上抛光该批次中至少3片的先行产品晶片，线上进行该先行产品晶片上剩余介电层厚度的量测，建立起一线性的抛光速率表，再依据该抛光速率表，依序在该第一抛光平台上抛光该批次中剩下的产品晶片，将该第一介电层厚度抛光至目标厚度。

Description

混合式化学机械抛光工艺的线上控制方法

技术领域

本发明涉及化学机械抛光(chemical mechanical polishing，CMP)工艺，特别是涉及一种混合式(hybrid)化学机械抛光工艺的线上控制方法，其中应用了两种不同类型的研磨抛光垫，尤其可应用在沟槽绝缘(shallow trench isolation，STI)工艺中，将晶片上的介电层准确地抛光到所要的目标厚度，以避免过度抛光(over-polish)、碟形抛光(dishing)现象、快磨带(fast-band)现象或者氮化硅垫层(pad nitride)的耗损，藉此提高STI工艺的可靠度，同时增加设备产出能力并降低生产成本。

背景技术

在半导体工艺中，化学机械抛光(chemical mechanical polishing，CMP)技术是目前提供超大规模集成电路的全面性平坦化最重要的技术之一，已被广泛地应用于在许多不同的半导体工艺领域中，例如，集成电路工艺前段的沟槽绝缘(shallow trench isolation，STI)工艺，以及集成电路工艺后段的金属内连线工艺。

在制作集成电路的过程中，不可避免地需要在一晶片上沉积数层不同材料的堆叠结构。化学机械抛光技术可用来均匀地去除晶片上不规则表面(topographical)的目标薄膜层(target thin film)，使晶片在经过化学机械抛光工艺处理后能够具有一平坦且规则(regular and planar)的表面，以确保在后续的黄光工艺中的聚焦深度(depth of focus，DOF)。而为了控制所移除的目标薄膜层的厚度，化学机械抛光工艺终点必须被精确的侦测并且被迅速地决定，以即时停止化学机械抛光工艺。

简言之，化学机械抛光技术是将一待抛光晶片面朝下压于一研磨抛光垫(polishing pad)上，此待抛光晶片由一称为抛光头(carrier head)的圆盘状机构所固定。在抛光阶段，抛光头带动待抛光晶片以一固定转轴旋转，而研磨抛光垫则以另一转轴旋转，然后通过化学或机械方式得以将晶片表面待去除的介电层或金属层抛光掉。

一般而言，为了避免过度抛光，化学机械抛光工艺的目标薄膜层厚度控制主要仰赖一设置于目标薄膜层下方的抛光停止层(stop layer)判断是否应停止化学机械抛光工艺。抛光停止层的抛光速率(removal rate)通常需小于其上的目标薄膜层，换句话说，目标抛光层被抛光的速率需大于目标抛光层下方的抛光停止层。然而，有时在实际应用上，部分进行化学机械抛光工艺的目标薄膜层并未具有抛光停止层，因此，无法通过抛光停止层决定化学机械抛光工艺终点，在此状况下若产生过度抛光的状况，则必须进行一再沉积(re-deposition)工艺，以于化学机械抛光后的目标薄膜层上再沉积相同的薄膜层，藉使目标薄膜层的厚度达到预定要求。

如前所述，化学机械抛光技术可以应用于在前段的STI工艺中。由于STI结构用来电性隔离制作在晶片上的晶体管元件以及晶体管的漏极或源极区域等，因此其重要性可想而知。所谓的STI工艺通常是先在晶片表面上形成硅氧垫层以及氮化硅垫层，然后以光刻及蚀刻工艺在氮化硅垫层与晶片中蚀刻出沟槽，然后在沟槽内以及晶片表面上全面沉积一硅氧介电层，接着再以化学机械抛光工艺抛光掉在沟槽外、氮化硅垫层上方的硅氧介电层，如此即形成STI结构。其中，氮化硅垫层除了可以作为在蚀刻沟槽时的蚀刻硬掩模，同时也在随后的在化学机械抛光过程中，扮演抛光停止层的角色。在化学机械抛光过程中，为避免损及下方的材料层或元件，工艺上皆会要求使氮化硅垫层的耗损越少越好。

由此可知，化学机械抛光技术具有低成本、高产出能力以及高均匀性及效率等优点。然而，化学机械抛光技术亦有其缺点，例如，在抛光时，硅氧层对氮化硅层的选择性不足，因而造成硅氧层的抛光不足或者过度抛光现象。过去为了解决这些问题，可以利用额外的步骤补偿之，例如，利用所谓的反相光掩模或者逆掩模(reverse mask)。

最近已有针对STI工艺所发展出来的一种直接抛光法，采用所谓的混合式化学机械抛光工艺，应用两种不同类型的研磨抛光垫，例如包括高选择性(high-selectivity-slurry，HSS)研磨抛光垫以及固定研磨粒(fixed-abrasive，FA)研磨抛光垫，优点是结合HSS研磨抛光垫对于沟槽填充材料所具有的高选择性，以及FA研磨抛光垫所能提供的高均匀度抛光能力。在这种混合式化学机械抛光工艺中，晶片先被送至第一个抛光平台上并利用HSS研磨抛光垫进行研磨抛光，其中在HSS研磨抛光垫上用的通常是含有二氧化铈(CeO₂)的高选择性抛光液。将晶片表面上的介电层抛光至一目标厚度后，再将晶片送至第二个抛光平台上，利用FA研磨抛光垫进行研磨抛光，去除剩下厚度的介电层。

在前述的混合式化学机械抛光工艺中，当晶片进入第二个抛光平台，并利用FA研磨抛光垫进行研磨抛光之前，必须要严格控制晶片表面上的硅氧层进前厚度(incoming oxide thickness)。硅氧层进前厚度的控制对于较大尺寸的晶片如12寸晶片的抛光尤其重要，这是因为所谓的“快磨带(fast-band)现象”会造成当晶片在利用FA研磨抛光垫进行研磨抛光时的工艺余裕降低，使得若抛光时间稍一拉长，即导致氮化硅垫层耗损(通常快磨带出现在晶片周围带状区域)，但若抛光时间稍短，即导致在晶片上留下硅氧残留物(通常在非快磨带区域，例如较靠近晶片中间位置)。

当晶片利用HSS研磨抛光垫进行研磨抛光时，过去是采用时间模式(timemode)使晶片上的硅氧层进前厚度能刚好落在抛光目标点，其抛光时间的长短是依据预先产生的空白抛光速率表(blanket removal rate table)来判断，此空白抛光速率表是利用多片空白晶片，其上覆盖与待抛光晶片上相同的介电层，分别以不同抛光时间在HSS研磨抛光垫上进行抛光，并依序进行抛光后介电层厚度的量测所得到的。然而这种作法的缺点是利用空白晶片所制作出来的空白抛光速率表，其针对HSS研磨抛光垫所得到对于硅氧介电层的抛光速率并非一个固定值，如图1所示，从抛光厚度对抛光时间的作图可以发现(H1及H2代表不同HSS研磨抛光垫所得结果)，不同的抛光时间可能有不同的抛光速率，因此若依据此空白抛光速率表来判断抛光时间，极可能产生不准确的结果。

由上述可知，现有技艺混合式化学机械抛光技术在应用到STI工艺时所面临的最大挑战之一即是如何控制HSS研磨抛光垫的抛光时间，使晶片上的硅氧层进前厚度能刚好落在抛光目标点，而过去利用空白晶片所制作出来的空白抛光速率表显然不够精确，容易造成工艺余裕以及产品的降低，而仍有进一步改善的空间。

发明内容

本发明的主要目的即在提供一种混合式化学机械抛光工艺的线上控制方法，其中应用了两种不同类型的研磨抛光垫，尤其可应用在沟槽绝缘(STI)工艺中，将晶片上的介电层准确地抛光到所要的目标厚度，以避免过度抛光、碟形抛光现象、快磨带现象或者氮化硅垫层的耗损，藉此提高STI工艺的可靠度，同时增加设备产出能力并降低生产成本。

根据本发明的优选实施例，本发明提供一种混合式化学机械抛光工艺的线上控制方法，首先，提供一混合式化学机械抛光***，包括至少一第一抛光平台以及一第二抛光平台，其中该第一抛光平台以及该第二抛光平台上分别设有不同类型的研磨抛光垫。接着，提供一批次的待抛光产品晶片，其中各该待抛光产品晶片上皆已形成有图案化结构，以及一第一介电层沉积在该图案化结构以及一第二介电层上。然后依序在该第一抛光平台上抛光该批次的待抛光产品晶片中的至少3片的先行产品晶片，分别去除各该先行产品晶片上面不同厚度的该第一介电层，接着线上进行各该先行产品晶片上剩余介电层厚度的量测，并针对该第一抛光平台上的研磨抛光垫构成相对应的抛光厚度对抛光时间的作图，建立起一线性的抛光速率表，然后，依据该先行产品晶片所建立起来的该抛光速率表，依序在该第一抛光平台上抛光该批次中剩下的产品晶片，将剩下的各该产品晶片上的该第一介电层厚度抛光控制在一预定的目标厚度。

根据本发明的另一优选实施例，本发明提供一种混合式化学机械抛光工艺的线上控制方法，包括以下的步骤：提供一混合式化学机械抛光***，包括至少一第一抛光平台以及一第二抛光平台，其中该第一抛光平台以及该第二抛光平台上分别设有一高选择性(high-selectivity slurry，HSS)研磨抛光垫以及一固定研磨粒(fixed-abrasive，FA)研磨抛光垫，提供一批次的待抛光产品晶片，其中各该待抛光产品晶片上皆已形成有图案化结构，以及一第一介电层沉积在该图案化结构以及一第二介电层上，依序在该第一抛光平台上，利用该HSS研磨抛光垫抛光该批次的待抛光产品晶片中3-8片的先行产品晶片，分别去除各该先行产品晶片上面不同厚度的该第一介电层，线上进行各该先行产品晶片上剩余介电层厚度的量测，并针对该第一抛光平台上的该HSS研磨抛光垫构成相对应的抛光厚度对抛光时间的作图，建立起一线性的抛光速率表，以及依据该先行产品晶片所建立起来的该抛光速率表，依序在该第一抛光平台上，利用该HSS研磨抛光垫抛光该批次中剩下的产品晶片，将剩下的各该产品晶片上的该第一介电层厚度抛光控制在一预定的目标厚度。

根据本发明的另一优选实施例，本发明提供一种混合式化学机械抛光工艺的线上控制方法，包括以下的步骤：提供一混合式化学机械抛光***，包括至少一第一抛光平台以及一第二抛光平台，其中该第一抛光平台以及该第二抛光平台上分别设有不同类型的研磨抛光垫，提供一批次的待抛光产品晶片，其中各该待抛光产品晶片上皆已形成有图案化结构，以及一第一介电层沉积在该图案化结构以及一第二介电层上，依序在该第一抛光平台上抛光该批次的待抛光产品晶片中的至少3片的先行产品晶片，分别去除各该先行产品晶片上面不同厚度的该第一介电层；线上进行各该先行产品晶片上剩余介电层厚度的量测，并针对该第一抛光平台上的研磨抛光垫构成相对应的抛光厚度对抛光时间的作图，建立起一第一抛光速率表，依序在该第二抛光平台上抛光该至少3片的先行产品晶片，分别去除各该先行产品晶片上面不同厚度的该第一介电层，线上进行各该先行产品晶片上剩余介电层厚度的量测，并针对该第二抛光平台上的研磨抛光垫构成相对应的抛光厚度对抛光时间的作图，建立起一第二抛光速率表，依据该先行产品晶片所建立起来的该第一抛光速率表，依序在该第一抛光平台上抛光该批次中剩下的产品晶片，将剩下的各该产品晶片上的该第一介电层厚度抛光控制在一预定的目标厚度，以及依据该先行产品晶片所建立起来的该第二抛光速率表，依序在该第二抛光平台上抛光该批次中剩下的产品晶片，将剩下的该第一介电层厚度抛光去除。

为了进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。然而附图仅供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1是利用空白晶片所制作出来的空白抛光速率表，其针对HSS研磨抛光垫所得到对于硅氧介电层的抛光速率并非一个固定值；

图2至图4绘示的是本发明优选实施例利用具有三抛光平台的混合式化学机械抛光***进行STI化学机械抛光工艺的剖面示意图；

图5绘示的是根据本发明优选实施例混合式化学机械抛光工艺中控制目标介电层厚度的方法的流程示意图；

图6绘示的是利用先行的3至8片产品晶片在第一抛光平台上完成抛光后，直接在线上进行各晶片上剩余介电层厚度的量测，针对HSS研磨抛光垫构成抛光厚度对抛光时间(removal amount vs.polish time)的作图，所建立起线性的抛光速率表；

图7绘示的是根据本发明另一优选实施例混合式化学机械抛光工艺中控制目标介电层厚度的方法的流程示意图。

简单符号说明

100半导体基板          110  半导体层

115硅氧垫层            120  氮化硅垫层

130介电层              135  绝缘沟槽结构

140不规则的高低表面    145  高出厚度部分

150介电层表面          160  沟槽绝缘结构

具体实施方式

本发明有关于一种混合式(hybrid)化学机械抛光工艺的线上控制方法，其中应用了两种不同类型的研磨抛光垫，尤其可应用在沟槽绝缘(STI)工艺中，将晶片上的介电层准确地抛光到所要的目标厚度，以避免过度抛光(over-polish)、碟形抛光(dishing)现象、快磨带(fast-band)现象或者氮化硅垫层的耗损，藉此提高STI工艺的可靠度，同时增加设备产出能力并降低生产成本。本发明化学机械抛光控制方法可以确保晶片表面的缺陷降低至最少。

以下所描述的本发明的优选实施例中所使用的化学机械抛光设备可以是配备有两个抛光平台或者三个抛光平台者，并不设限。举例来说，优选实施例中所使用的化学机械抛光设备可以是美商应用材料公司所生产的Reflexion^TM抛光***、Mirra^TM抛光***或者Mirra^TM Mesa^TM抛光***等等。

以下说明中，所谓的混合式化学机械抛光***泛指在化学机械抛光机台中配备有两种不同类型的抛光垫，例如，高选择性(high-selectivity-slurry，HSS)研磨抛光垫以及固定研磨粒(fixed-abrasive，FA)研磨抛光垫，其分别固定在化学机械抛光机台的前后两个抛光平台上。

本发明方法可以应用在待抛光晶片上至少有两层介电层的情形，例如氮化系介电层以及硅氧介电层，其中一层介电层至少是利用FA研磨抛光垫进行研磨抛光处理。本发明方法可以用来去除前述介电层的全部厚度或者部分厚度，举例来说，可以进行一抛光步骤，利用FA研磨抛光垫去除晶片表面的不平坦处，或者未抛光干净的介电层残留物。

以下说明中，晶片的不规则表面可能包括形成在介电层上的任何凸出或者凹陷的结构，举例来说，这种不规则表面可能是由于高密度等离子体化学气相沉积的特性使然，造成所沉积的硅氧层在图案较密集处会有较凸出的尖角起伏结构，高出于其它较平坦的区域，而这些尖角起伏结构也会在抛光时先与抛光垫接触到。

以下说明中，介电层残留物可以是任何待抛光介电层经过一次或者数次的抛光步骤后而仍留在晶片表面上的剩下的介电层材料，但也可能包括在待抛光介电层底下的其它介电层所产生的残留物。此介电层残留物可以是覆盖住部分的晶片面积，或者完全覆盖住晶片。

此外，本发明可以应用在各种介电层材料的抛光，这些介电层材料可以应用在半导体元件的制造，例如，二氧化硅、氮化硅以及氮氧化硅等等。除了上述的介电层材料外，本发明亦可以应用在其它的材料层的抛光领域，例如，多晶硅、碳化硅、磷硅玻璃、硼磷硅玻璃、以及TEOS硅氧层、利用高密度等离子体化学气相沉积法所沉积的高密度等离子体硅氧层、或者利用等离子体增强化学气相沉积法所沉积的硅氧层等等。

在本发明的一抛光实施例中，晶片上沉积有一第一介电层，例如硅氧层，该第一介电层覆盖在一第二介电层上，例如氮化硅层。抛光顺序上，晶片先进行第一次的抛光步骤，使晶片与第一抛光垫接触，通常是不具固定研磨粒的抛光垫(abrasive-free polishing pad)，其上则分散含有研磨粒的第一抛光液组成，去除大部份厚度的第一介电层，然后，再使晶片与第二抛光垫接触，通常为具固定研磨粒的抛光垫，其上分散不含有研磨粒的第二抛光液组成，将剩下的第一介电层从晶片表面上磨除。

举例来说，前述不具固定研磨粒的抛光垫可以是Rodel公司所生产的IC-1000系列抛光垫。前述具固定研磨粒的抛光垫可以是3M公司所生产的SWR-159型或者SWR-521型抛光垫。而前述配合具固定研磨粒的抛光垫所使用的不含有研磨粒的第二抛光液组成可以是美商应用材料公司所生产的proline系列抛光液或者I-proline系列抛光液。

请参阅图2至图4，其绘示的是本发明优选实施例利用具有三抛光平台的混合式化学机械抛光***进行STI化学机械抛光工艺的剖面示意图，其中该混合式化学机械抛光***包括在第一抛光平台上固定有一HSS研磨抛光垫，而在第二抛光平台上固定有一FA研磨抛光垫。

如图2所示，半导体基板100包括一半导体层110，其上已定义有多个经图案化形成的绝缘沟槽结构135、硅氧垫层115以及氮化硅垫层120。接着，进行一化学气相沉积工艺，例如高密度等离子体化学气相沉积(HDPCVD)工艺，在半导体基板100上全面性地沉积一介电层130，使其填满绝缘沟槽结构135。

其中，介电层130可视为如同前述的第一介电层，而硅氧垫层115以及氮化硅垫层120可视为如同前述的第二介电层。介电层130在绝缘沟槽结构135外、位于氮化硅垫层120正上方的高出厚度部分145，形成不规则的高低表面140。

如图3所示，接着半导体基板100被送至第一抛光平台上，利用HSS研磨抛光垫以及分散其上的高选择抛光液组成进行介电层130的研磨抛光。在此抛光阶段，可移除在氮化硅垫层120上的介电层130的大部分厚度，形成大致上平整的介电层表面150，并且使得剩下的介电层130，在氮化硅垫层120上的厚度控制在厚度t，而此厚度t即为前述的在进入下一个FA研磨抛光垫抛光平台前所需严格控制的硅氧层进前厚度(incoming oxidethickness)。

如前所述，在混合式化学机械抛光工艺中，当晶片进入第二个抛光平台，并利用FA研磨抛光垫进行研磨抛光之前，必须要严格控制晶片表面上的硅氧层进前厚度t。硅氧层进前厚度t的控制对于较大尺寸的晶片如12寸晶片的抛光尤其重要，这是因为所谓的“快磨带(fast-band)现象”会造成当晶片在利用FA研磨抛光垫进行研磨抛光时的工艺余裕降低，使得若抛光时间稍一拉长，即导致氮化硅垫层耗损，但若抛光时间稍短，即导致在晶片上留下硅氧残留物。

根据本发明的优选实施例，硅氧层进前厚度t最好能被控制在约200埃至250埃之间。

前述的高选择抛光液组成，其可以提供氧化硅对氮化硅的选择比，最好能够达到约5∶1以上，或者达到30∶1，甚至50∶1以上更好。前述的高选择抛光液组成，其可以包括的组成物有研磨粒溶液(abrasive solution)、添加物(additives)以及溶剂成分等等，依不同供应厂商所提供者为准。

其中，前述的研磨粒溶液、添加物以及溶剂成分的配制比例若为X∶Y∶Z，则X通常约为1至20左右，Y通常约为0至20左右，Z通常约为0至20左右。

前述的研磨粒溶液，其组成可含有约10％至30％左右(重量百分比)的硅石研磨粒(silica abrasive particles)，或者可含有约0.5％至5％左右(重量百分比)的铈土研磨粒(ceria abrasive particles)。举例来说，若前述的研磨粒溶液，其组成含有铈土研磨粒，其研磨粒的粒径大小通常优选为300纳米(nm)或者300纳米以下。

接着，如图4所示，半导体基板100被送至第二抛光平台上，利用FA研磨抛光垫以及分散其上的不具有研磨粒的抛光液组成进行剩下的介电层130的研磨抛光，形成完全平整的半导体基板表面，同时形成沟槽绝缘结构160。

最后，任何可能留在氮化硅垫层120表面上的介电层残留物可以在第三抛光平台上，利用另一后处理抛光垫，以过抛光的方式来去除。

请参阅图5，其绘示的是根据本发明优选实施例混合式化学机械抛光工艺中控制目标介电层厚度的方法的流程示意图。本发明的主要特征在于不使用空白晶片(blanket wafer)来建立抛光速率表，而是直接采用在线上(in-line)利用待送入抛光处理的每一批次(通常为25片)的产品晶片中，先将其中排前面的3至8片晶片仅仅以第一抛光平台上的HSS研磨抛光垫分别进行不同时间的抛光，然后在第一抛光平台上完成抛光后，直接进行厚度的量测，针对HSS研磨抛光垫构成抛光厚度对抛光时间(removal amount vs.polish time)的作图，建立起抛光速率表，然后再依据此抛光速率表抛光同一批次中剩下的产品晶片。

如图5所示，本发明方法包括有以下几个主要的步骤：

步骤10：开始进行某一批次产品晶片的化学机械抛光工艺，这些产品晶片皆已完成STI沟槽的蚀刻以及介电层的回填沉积步骤；

步骤12：依序对该批次的产品晶片中，将其中前面的3至8片晶片仅以第一抛光平台上的HSS研磨抛光垫分别进行不同时间的抛光，例如，对第1片产品晶片、第2片产品晶片及第3片产品晶片分别进行70秒、80秒及90秒的抛光，并以此类推；

步骤14：这3至8片晶片在第一抛光平台上完成抛光后，直接在线上进行各晶片上剩余介电层厚度的量测，针对HSS研磨抛光垫构成抛光厚度对抛光时间(removal amount vs.polish time)的作图，建立起一线性的抛光速率表(抛光厚度即为原先的厚度减掉所量测到的厚度)；

步骤16：依据该抛光速率表以第一抛光平台上的HSS研磨抛光垫依序抛光该批次中剩下的产品晶片，将各该产品晶片上的介电层厚度控制在某一预定的目标厚度；

步骤18：以第二抛光平台上的FA研磨抛光垫依序抛光该批次中剩下的产品晶片，去除剩下的介电层厚度，暴露出下方的氮化硅垫层；

步骤20：(可选择是否进行)在第三抛光平台上，利用另一抛光垫，以过抛光的方式来去除任何可能留在氮化硅垫层表面上的硅氧介电层残留物；

步骤22：在第三抛光平台上完成抛光后，进行各晶片的量测动作；

步骤24：将该3至8片晶片，送至第二抛光平台上，以FA研磨抛光垫依序抛光重做该3至8片晶片；

步骤26：进行该3至8片晶片的量测动作；以及

步骤28：结束该批次产品晶片的化学机械抛光工艺。

请参阅图6，其绘示的是利用前述先行的3至8片产品晶片在第一抛光平台上完成抛光后，直接在线上进行各晶片上剩余介电层厚度的量测，针对HSS研磨抛光垫构成抛光厚度对抛光时间(removal amount vs.polish time)的作图，所建立起线性的抛光速率表。利用线型运算拟合，可以在图中运算出线性斜率，此斜率即可准确代表HSS研磨抛光垫对于该批产品晶片的抛光速率，再利用此信息即时反馈给后续待抛光的同一批次产品晶片，并在时间模式、终点模式(end-point mode)或者抛光速率模式(removal rate mode)下进行抛光，以达到在利用FA研磨抛光垫的进行抛光前，精准控制硅氧层进前厚度的目的。

请参阅图7，其绘示的是根据本发明另一优选实施例混合式化学机械抛光工艺中控制目标介电层厚度的方法的流程示意图。本发明可利用线上待送入抛光处理的每一批次的产品晶片中，将其中排前面的3至8片晶片分别以第一抛光平台上的HSS研磨抛光垫，以及以第二抛光平台上的FA研磨抛光垫进行不同时间的抛光，然后分别建立起抛光速率表，然后再依据抛光速率表抛光同一批次中剩下的产品晶片。

如图7所示，根据本发明另一优选实施例，本发明方法包括有以下几个主要的步骤：

步骤30：开始进行某一批次产品晶片的化学机械抛光工艺，这些产品晶片皆已完成STI沟槽的蚀刻以及介电层的回填沉积步骤；

步骤32：依序对该批次的产品晶片中，将其中前面的3至8片晶片以第一抛光平台上的HSS研磨抛光垫分别进行不同时间的抛光，例如，对第1片产品晶片、第2片产品晶片及第3片产品晶片分别进行70秒、80秒及90秒的抛光，并以此类推；

步骤34：这3至8片晶片在第一抛光平台上完成抛光后，直接在线上进行各晶片上剩余介电层厚度的量测，针对HSS研磨抛光垫构成抛光厚度对抛光时间的作图，建立起一第一抛光速率表(抛光厚度即为原先的厚度减掉所量测到的厚度)；

步骤36：依序对该3至8片晶片以第二抛光平台上的FA研磨抛光垫分别进行不同时间的抛光；

步骤38：这3至8片晶片在第二抛光平台上完成抛光后，直接在线上进行各晶片上剩余介电层厚度的量测，针对FA研磨抛光垫构成抛光厚度对抛光时间的作图，建立起一第二抛光速率表；

步骤40：依据该第一抛光速率表，以第一抛光平台上的HSS研磨抛光垫依序抛光该批次中剩下的产品晶片，将各该产品晶片上的介电层厚度控制在某一预定的目标厚度；

步骤42：依据该第二抛光速率表，以第二抛光平台上的FA研磨抛光垫依序抛光该批次中剩下的产品晶片，去除剩下的介电层厚度，暴露出下方的氮化硅垫层；

步骤44：(可选择是否进行)在第三抛光平台上，利用另一抛光垫，以过抛光的方式来去除任何可能留在氮化硅垫层表面上的硅氧介电层残留物；

步骤46：在第三抛光平台上完成抛光后，进行各晶片的量测动作；

步骤48：将仅经过HSS研磨抛光垫抛光过的该3至8片晶片，送至第二抛光平台上，以FA研磨抛光垫依序抛光重做该3至8片晶片；

步骤50：进行该3至8片晶片的量测动作；以及

步骤52：结束该批次产品晶片的化学机械抛光工艺。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (28)

1.一种混合式化学机械抛光工艺的线上控制方法，包括以下的步骤：

提供混合式化学机械抛光***，包括至少一第一抛光平台以及一第二抛光平台，其中该第一抛光平台以及该第二抛光平台上分别设有不同类型的研磨抛光垫；

提供一批次的待抛光产品晶片，其中各该待抛光产品晶片上皆已形成有图案化结构，以及第一介电层沉积在该图案化结构以及第二介电层上；

依序在该第一抛光平台上抛光该批次的待抛光产品晶片中的至少3片的先行产品晶片，分别去除各该先行产品晶片上面不同厚度的该第一介电层；

线上进行各该先行产品晶片上剩余介电层厚度的量测，并针对该第一抛光平台上的研磨抛光垫构成相对应的抛光厚度对抛光时间的作图，建立起线性的抛光速率表；以及

依据该先行产品晶片所建立起来的该抛光速率表，依序在该第一抛光平台上抛光该批次中剩下的产品晶片，将剩下的各该产品晶片上的该第一介电层厚度抛光控制在预定的目标厚度。

2.如权利要求1所述的混合式化学机械抛光工艺的线上控制方法，其中在依据该先行产品晶片所建立起来的该抛光速率表，依序在该第一抛光平台上抛光该批次中剩下的产品晶片之后，该方法还包括以下的步骤：

在该第二抛光平台上依序抛光该批次中剩下的该产品晶片，以去除剩下的该第一介电层厚度，暴露出下方的该第二介电层。

3.如权利要求2所述的混合式化学机械抛光工艺的线上控制方法，其中在该第二抛光平台上依序抛光该批次中剩下的该产品晶片之后，该方法还包括以下的步骤：

在第三抛光平台上，以过抛光的方式依序抛光该批次中剩下的该产品晶片，去除任何可能留在该第二介电层表面上的残留物。

4.如权利要求1所述的混合式化学机械抛光工艺的线上控制方法，其中该不同类型的研磨抛光垫包括有高选择性研磨抛光垫以及固定研磨粒研磨抛光垫。

5.如权利要求1所述的混合式化学机械抛光工艺的线上控制方法，其中该图案化结构包括有绝缘沟槽结构。

6.如权利要求1所述的混合式化学机械抛光工艺的线上控制方法，其中该第一介电层包括有氧化硅。

7.如权利要求1所述的混合式化学机械抛光工艺的线上控制方法，其中该第二介电层包括有氮化硅。

8.如权利要求1所述的混合式化学机械抛光工艺的线上控制方法，其中在该第一抛光平台上抛光该批次中剩下的产品晶片，是利用在时间模式下进行。

9.如权利要求1所述的混合式化学机械抛光工艺的线上控制方法，其中在该第一抛光平台上抛光该批次中剩下的产品晶片，是利用在抛光速率模式下进行。

10.如权利要求1所述的混合式化学机械抛光工艺的线上控制方法，其中该预定的目标厚度介于200埃至250埃之间。

11.一种混合式化学机械抛光工艺的线上控制方法，包括以下的步骤：

提供混合式化学机械抛光***，包括至少一第一抛光平台以及一第二抛光平台，其中该第一抛光平台以及该第二抛光平台上分别设有高选择性研磨抛光垫以及固定研磨粒研磨抛光垫；

提供一批次的待抛光产品晶片，其中各该待抛光产品晶片上皆已形成有图案化结构，以及第一介电层沉积在该图案化结构以及第二介电层上；

依序在该第一抛光平台上，利用该高选择性研磨抛光垫抛光该批次的待抛光产品晶片中3-8片的先行产品晶片，分别去除各该先行产品晶片上面不同厚度的该第一介电层；

线上进行各该先行产品晶片上剩余介电层厚度的量测，并针对该第一抛光平台上的该高选择性研磨抛光垫构成相对应的抛光厚度对抛光时间的作图，建立起线性的抛光速率表；以及

依据该先行产品晶片所建立起来的该抛光速率表，依序在该第一抛光平台上，利用该高选择性研磨抛光垫抛光该批次中剩下的产品晶片，将剩下的各该产品晶片上的该第一介电层厚度抛光控制在预定的目标厚度。

12.如权利要求11所述的混合式化学机械抛光工艺的线上控制方法，其中在该第一抛光平台上抛光该批次中剩下的产品晶片之后，该方法还包括以下的步骤：

在该第二抛光平台上依序抛光该批次中剩下的该产品晶片，以去除剩下的该第一介电层厚度，暴露出下方的该第二介电层。

13.如权利要求12所述的混合式化学机械抛光工艺的线上控制方法，其中在该第二抛光平台上依序抛光该批次中剩下的该产品晶片之后，该方法还包括以下的步骤：

在第三抛光平台上，以过抛光的方式依序抛光该批次中剩下的该产品晶片，去除任何可能留在该第二介电层表面上的残留物。

14.如权利要求11所述的混合式化学机械抛光工艺的线上控制方法，其中该图案化结构包括有绝缘沟槽结构。

15.如权利要求11所述的混合式化学机械抛光工艺的线上控制方法，其中该第一介电层包括有氧化硅。

16.如权利要求11所述的混合式化学机械抛光工艺的线上控制方法，其中该第二介电层包括有氮化硅。

17.如权利要求11所述的混合式化学机械抛光工艺的线上控制方法，其中在该第一抛光平台上抛光该批次中剩下的产品晶片，是利用在时间模式下进行。

18.如权利要求11所述的混合式化学机械抛光工艺的线上控制方法，其中在该第一抛光平台上抛光该批次中剩下的产品晶片，是利用在抛光速率模式下进行。

19.如权利要求11所述的混合式化学机械抛光工艺的线上控制方法，其中该预定的目标厚度介于200埃至250埃之间。

20.一种混合式化学机械抛光工艺的线上控制方法，包括以下的步骤：

提供混合式化学机械抛光***，包括至少一第一抛光平台以及一第二抛光平台，其中该第一抛光平台以及该第二抛光平台上分别设有不同类型的研磨抛光垫；

提供一批次的待抛光产品晶片，其中各该待抛光产品晶片上皆已形成有图案化结构，以及第一介电层沉积在该图案化结构以及第二介电层上；

依序在该第一抛光平台上抛光该批次的待抛光产品晶片中的至少3片的先行产品晶片，分别去除各该先行产品晶片上面不同厚度的该第一介电层；

线上进行各该先行产品晶片上剩余介电层厚度的量测，并针对该第一抛光平台上的研磨抛光垫构成相对应的抛光厚度对抛光时间的作图，建立起第一抛光速率表；

依序在该第二抛光平台上抛光该至少3片的先行产品晶片，分别去除各该先行产品晶片上面不同厚度的该第一介电层；

线上进行各该先行产品晶片上剩余介电层厚度的量测，并针对该第二抛光平台上的研磨抛光垫构成相对应的抛光厚度对抛光时间的作图，建立起第二抛光速率表；

依据该先行产品晶片所建立起来的该第一抛光速率表，依序在该第一抛光平台上抛光该批次中剩下的产品晶片，将剩下的各该产品晶片上的该第一介电层厚度抛光控制在预定的目标厚度；以及

依据该先行产品晶片所建立起来的该第二抛光速率表，依序在该第二抛光平台上抛光该批次中剩下的产品晶片，将剩下的该第一介电层厚度抛光去除。

21.如权利要求20所述的混合式化学机械抛光工艺的线上控制方法，其中在该第二抛光平台上依序抛光该批次中剩下的该产品晶片之后，该方法还包括以下的步骤：

在第三抛光平台上，以过抛光的方式依序抛光该批次中剩下的该产品晶片，去除任何可能留在该第二介电层表面上的残留物。

22.如权利要求20所述的混合式化学机械抛光工艺的线上控制方法，其中该不同类型的研磨抛光垫包括有高选择性研磨抛光垫以及固定研磨粒研磨抛光垫。

23.如权利要求20所述的混合式化学机械抛光工艺的线上控制方法，其中该图案化结构包括有绝缘沟槽结构。

24.如权利要求20所述的混合式化学机械抛光工艺的线上控制方法，其中该第一介电层包括有氧化硅。

25.如权利要求20所述的混合式化学机械抛光工艺的线上控制方法，其中该第二介电层包括有氮化硅。

26.如权利要求20所述的混合式化学机械抛光工艺的线上控制方法，其中在该第一抛光平台上抛光该批次中剩下的产品晶片，是利用在时间模式下进行。

27.如权利要求20所述的混合式化学机械抛光工艺的线上控制方法，其中在该第一抛光平台上抛光该批次中剩下的产品晶片，是利用在抛光速率模式下进行。

28.如权利要求20所述的混合式化学机械抛光工艺的线上控制方法，其中该预定的目标厚度介于200埃至250埃之间。

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