化学机械抛光终点侦测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种化学机械抛光终点侦测装置及方法，该终点侦测装置至少包括：用于探测晶圆研磨表面温度变化的红外探测器，其中，所述晶圆至少包括基底层和位于基底层上的待抛光层，所述待抛光层与基底层具有不同的导热系数；与所述红外探测器电连接的数据处理分析系统，处理分析红外探测器输出温度的变化，获得一温度梯度随时间变化的曲线，根据该曲线判断晶圆抛光终点。本发明专利技术提供的化学机械抛光终点侦测装置通过数据处理分析系统处理红外探测器输出的温度信息后，获得晶圆抛光表面的温度梯度随时间的变化曲线，这样可方便的从获得的曲线中判断出化学机械抛光的终点。

【技术实现步骤摘要】
终点侦测方法及化学机械抛光系统的抛光方法
本专利技术涉及半导体
，特别是涉及一种终点侦测方法及化学机械抛光系统的抛光方法。
技术介绍
随着半导体器件特征尺寸的减小，如果晶片表面出现过大的起伏，那么后续的一系列的工艺对线宽的控制将会变得越来越困难。因此，在半导体工艺流程中，化学机械抛光(ChemicalMechanicalPolishing，CMP)是非常重要的一道工序，有时也称之为化学机械平坦化(ChemicalMechanicalPlanarization，CMP)。所谓化学机械抛光，它是采用化学与机械综合作用从半导体硅片上去除多余材料，并使其获得平坦表面的工艺过程。具体来说，这种抛光方法通常是将待抛光的晶圆1A由抛光头2A夹持，并将其以一定压力压于一高速旋转的抛光垫3A上，并在包含有化学抛光剂和研磨颗粒的抛光液4A的作用下通过抛光垫3A与晶片1A的相互摩擦达到平坦化的目的，如图1所示为传统的抛光机台示意图。一般来说，化学机械抛光过程中通常会用到抛光垫修整器5A来修理抛光垫3A，避免抛光垫3A上的研磨液4A硬化刮伤晶圆，另外还会有一个终点侦测装置，用于侦测晶圆表面抛光的终点，即判断抛光处理是否完成，如图1所示箭头指示处为抛光平板中安装终点侦测装置的位置。对于化学机械抛光研磨终点的侦测，现有技术中有的是利用抛光平台6B中涡流传感器7B来检测研磨终点，如图2所示，这种方法是通过磁场在晶圆1B表面的金属层11B中感应出涡流，并探测金属层11B被去除时磁通量产生的变化，而磁通量的变化又可导致主线圈中电流的变化，并且根据所测的数据可以适时调整施加在晶圆1B上的压力。使晶圆1B达到更好的抛光表面。由此可见，线圈中电流的变化反映了金属层1B厚度的变化，根据线圈中电流的变化可判断出金属层11B的厚度，进而确定研磨终点。但是在抛光金属层11B的过程中，金属层11B的厚度将会变得很薄甚至没有，而磁场也会因受到干扰等原因无法满足较好的终点监测条件。另外，还有利用光束入射不同厚度的薄膜后其反射强度不同来判断研磨终点，如图3所示，在抛光垫3C内设有一透明窗口31C，当进行化学机械抛光制程时，固定于抛光平台6C中的激光光源8C可发射出一激光光束，该激光光束通过反射片的引导经透明窗口31C入射到晶圆1C需要抛光的金属层11C，随后光束从晶圆表面反射被光学检测器9C所接收，系统通过光学检测器9C所接收到的光束的强度来判断抛光的终点。这种方法的入射或反射的激光光束在途中可能会遭到一些其他物质如研磨颗粒或污染物的影响而发生散射，导致强度会发生变化，这样的话终点侦测的结果将会受到干扰而造成误判。因此，如何更准确的判断化学机械抛光的终点是本领域技术人员需要解决的课题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种终点侦测方法及化学机械抛光系统的抛光方法，用于解决现有技术中抛光终点侦测装置判断不够准确的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种终点侦测装置，其至少包括：用于探测晶圆抛光过程中表面温度变化的红外探测器，其中，所述晶圆至少包括基底层和位于基底层上的待抛光层，所述待抛光层与基底层具有不同的导热系数；与所述红外探测器电连接的数据处理分析系统，处理分析红外探测器输出温度的变化，获得一温度梯度随时间变化的曲线，根据该曲线判断晶圆抛光终点。优选地，所述红外探测器在垂直方向上正对着所述待抛光层。本专利技术的另一目的是提供一种化学机械抛光系统，该系统至少包括：抛光平台；用于抛光晶圆的抛光垫，其覆盖于所述抛光平台上，其中，所述晶圆至少包括基底层和位于基底层上的待抛光层，所述待抛光层与基底层具有不同的导热系数；用于固定晶圆的抛光头，设于所述抛光垫上；用于探测晶圆抛光过程中表面温度变化的红外探测器，其设于所述抛光平台中，所述红外探测器通过探测晶圆表面的红外辐射获得晶圆表面温度的变化；与所述红外探测器电连接的数据处理分析系统，处理分析红外探测器输出温度的变化，获得一温度梯度随时间变化的曲线，根据该曲线判断晶圆抛光终点。优选地，所述抛光平台设有一用于容置所述红外探测器的空腔。优选地，所述抛光垫中设置有与所述空腔相对应的透明窗口。优选地，所述待抛光层与抛光垫接触，当抛光待抛光层后露出基底层。优选地，所述衬底层为二氧化硅，所述待研磨层为金属层，所述金属层为铝或铜等。优选地，所述化学机械抛光系统还包括一与所述数据处理分析系统和抛光头连接的控制系统，根据所述温度梯度随时间变化的曲线调整抛光头施加在晶圆上的压力分布，以便晶圆表面抛光更加均匀。本专利技术的又一目的是提供一种终点侦测方法，该终点侦测方法至少包括步骤：1)先利用红外探测器探测晶圆抛光过程中表面温度变化；2)获取晶圆抛光过程中表面温度梯度随时间变化的曲线；3)最后根据所述的温度梯度随时间变化的曲线判断抛光的终点。优选地，所述温度梯度随时间变化的曲线从上升再到平稳，该上升到平稳的拐点处即为抛光的终点。本专利技术还提供一种化学机械抛光系统的抛光方法，该抛光方法至少包括以下步骤：1)将抛光头置于抛光垫上，使晶圆和抛光垫相接触，其中，所述晶圆至少包括基底层和位于基底层上的待抛光层，所述待抛光层与基底层具有不同的导热系数；2)对所述晶圆进行化学机械抛光制程；3)利用红外探测器对晶圆表面红外辐射进行探测，获得晶圆表面的温度变化信息，进而从数据处理分析系统获取晶圆抛光表面温度梯度随时间变化的曲线；4)根据所述的温度梯度随时间变化的曲线判断抛光终点，结束化学机械抛光制程。优选地，晶圆与抛光垫中的透明窗口相接触。优选地，所述步骤4)之前还包括步骤：控制系统响应于温度梯度随时间变化的曲线来调整所述抛光头施加在晶圆上的压力分布，以便晶圆表面抛光更加均匀。优选地，所述温度梯度随时间变化的曲线从上升再到平稳，该上升到平稳的拐点处即为抛光的终点。如上所述，本专利技术的终点侦测方法及化学机械抛光系统的抛光方法，具有以下有益效果：通过在抛光平台中安装一红外探测器，用来探测抛光时晶圆表面的温度变化，该红外探测器与一数据处理分析系统相连，由数据处理分析系统获得表示抛光晶圆表面温度变化的温度梯度随时间变化的曲线，从该曲线中即可判断抛光终点。本专利技术的侦测方法简单易操作，可方便的从温度梯度曲线中判断出抛光的终点，适用于工业化生产。附图说明图1显示为传统的抛光机台示意图。图2显示为传统的通过涡流传感器侦测抛光终点的装置示意图。图3显示为传统的通过入射光侦测抛光终点的装置示意图。图4显示为本专利技术的化学机械抛光终点侦测装置示意图。图5～7显示为利用本专利技术的终点侦测装置侦测晶圆抛光终点的原理示意图。图8显示为晶圆抛光过程中表面的温度变化曲线图。图9显示为获得的温度梯度曲线随时间变化曲线图。元件标号说明1,1A,1B,1C晶圆11B,11C金属层11’待抛光层12’基底层2,2A抛光头3,3A,3C抛光垫31,31C透明窗口4A抛光液5A抛光垫修整器6,6A,6B,6C抛光平台61空腔7B涡流传感器8C激光光源9C光学检测器10红外探测器11数据处理分析系统具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种终点侦测装置，其特征在于，所述终点侦测装置至少包括：用于探测晶圆抛光过程中表面温度变化的红外探测器，其中，所述晶圆至少包括基底层和位于基底层上的待抛光层，所述待抛光层与基底层具有不同的导热系数；与所述红外探测器电连接的数据处理分析系统，处理分析红外探测器输出温度的变化，获得一温度梯度随时间变化的曲线，根据该曲线判断晶圆抛光终点。

【技术特征摘要】
1.一种终点侦测方法，其特征在于，所述侦测方法至少包括步骤：1)先利用红外探测器在垂直方向上探测晶圆抛光过程中的表面温度变化；2)获取晶圆表面温度梯度随时间变化的曲线；3)最后根据所述的温度梯度随时间变化的曲线判断抛光的终点，所述温度梯度随时间变化的曲线从上升再到平稳，上升到平稳的拐点处即为抛光的终点。2.一种化学机械抛光系统的抛光方法，其特征在于，所述抛光方法至少包括：1)将抛光头置于抛光垫上，使晶圆和抛光垫相接触，其中，所述晶圆至少包括基底层和位于基底层上的待抛光层，所述待抛光层与基底层具有不同的导热系数；2)对所述晶圆进行化学机械抛光制程；3)利用红外探...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊世伟，陈枫，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31