化学机械抛光设备、化学机械抛光终点检测装置和方法制造方法及图纸

一种化学机械抛光设备、化学机械抛光终点检测装置和方法，所述方法包括：收集从抛光垫上流出的废液；检测所述废液中含有的需要抛光物质的含量；当废液中含有的需要抛光物质的含量满足预设条件时，输出终点检测信号。本技术方案可以有效防止化学机械抛光中的过抛问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，尤其涉及化学机械抛光工艺中的化学机械抛光设备、化学机械抛光终点检测装置和终点检测方法。
技术介绍
化学机械抛光(CMP)工艺是一种平坦化工艺，在1990年被引入集成电路制造工艺以来，经过不断实践和发展，已成为推动集成电路技术节点不断缩小的关键工艺。目前CMP已经广泛应用在浅沟槽隔离结构平坦化，栅电极平坦化，钨塞平坦化，铜互连平坦化等工艺中。CMP工艺也被应用于抛光基底表面上的其他薄膜层。 图I示出了现有技术的一种CMP设备的剖面结构示意图，图2示出了该CMP设备的立体结构示意图，结合图I和图2,该CMP设备包括抛光头(polishing head) 10 ;与抛光头10相连的轴杆11 ;设置于抛光头10上的用于固定晶圆13的夹持环(retaining ring) 12 ；位于抛光头10下方的抛光盘(polishing platen) 14 ;与所述抛光盘14相连的传动件15 ；固定于抛光盘14上的抛光垫16 ;用于向抛光垫16上喷淋抛光液(slurry) 18的管道17。在进行CMP时，轴杆11对抛光头10提供向下的下压力(down force)，将晶圆13按压在抛光垫16上，轴杆11带动所述抛光头10沿抛光头10的轴线旋转，传动件15带动抛光盘14及抛光垫16沿抛光盘14的轴线旋转，同时管道17向抛光垫16喷淋抛光液18。在CMP过程中，晶圆13的表面部分与抛光液18发生化学反应，反应后的产物在抛光垫16的机械研磨作用下被去除，从而降低了晶圆13的表面部分的台阶高度(st印height)，实现了平坦化。随着集成电路制造工艺水平的不断提高，器件的特征尺寸越来越小，在利用CMP工艺对晶圆表面进行平坦化时，由于没有精确的终点检测装置和方法，容易对晶圆表面过抛，影响器件的性能。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是现有技术的CMP工艺对晶圆的过抛问题。为解决上述问题，本专利技术具体实施例提供一种化学机械抛光终点检测装置，包括废液收集器，位于抛光垫的下方，用于收集从抛光垫上流出的废液；检测单元，与所述废液收集器连接，废液收集器中的废液流入所述检测单元，所述检测单元用于检测废液中含有的需要抛光物质的含量，当废液中需要抛光物质的含量满足预设条件时，输出终点检测信号。可选的，所述预设条件为废液中需要抛光物质的含量逐渐减小到预定范围内；或者废液中需要抛光物质的含量在预定范围内且抛光的时间大于预定时间；或者废液中需要抛光物质的含量第二次在预定范围内。可选的，所述检测单元包括收纳器，通过管道与所述废液收集器连接，收纳废液收集器流入检测单元的废液；射线源，用于向所述收纳器中的废液发出射线；光谱分析器，探测所述收纳器中的废液在射线的照射下发出的X射线荧光并对该X射线荧光进行光谱分析，得到X射线荧光光谱；处理器，与所述光谱分析器连接，根据所述X射线荧光光谱获知废液中含有的需要抛光物质的含量，在废液中需要抛光物质的含量满足预设条件时，输出终点检测信号。可选的，所述射线源为X射线管或55Fe、238PU、1(l9Cd、57C0其中之一放射性同位素。可选的，所述光谱分析器包括晶体衍射光栅，衍射收纳器中的废液在射线的照射下发出的X射线荧光；探测器，探测从所述晶体衍射光栅衍射的X射线荧光并对X射线荧光进行光谱分析，得到X射线荧光光谱。可选的，所述收纳器为透明收纳器。本专利技术具体实施例还提供一种化学机械抛光终点检测方法，包括 收集从抛光垫上流出的废液；检测所述废液中含有的需要抛光物质的含量；当检测到废液中需要抛光物质的含量满足预设条件时，输出终点检测信号。可选的，所述预设条件为废液中需要抛光物质的含量逐渐减小到预定范围内；或 者废液中需要抛光物质的含量在预定范围内且抛光的时间大于预定时间；或者废液中需要抛光物质的含量第二次在预定范围内。可选的，所述检测所述废液中含有的需要抛光物质的含量包括用射线照射收集的废液；探测废液在射线的照射下产生的X射线荧光，并对该X射线荧光进行光谱分析，得到X射线荧光光谱；处理X射线荧光光谱获知废液中含有的需要抛光物质的含量。可选的，所述射线为X射线或55Fe、238PU、1(l9Cd、57C0其中之一放射性同位素放射的射线。本专利技术具体实施例还提供一种化学机械抛光设备，包括抛光盘和抛光头；位于抛光盘上的抛光垫；所述的化学机械抛光终点检测装置；驱动所述抛光盘、抛光头运动的驱动装置；控制单元，与所述检测单元、驱动装置连接，用于在接收到检测单元输出的终点检测信号后，控制所述驱动装置停止工作。与现有技术相比，本专利技术技术方案具有以下优点本专利技术具体实施例的化学机械抛光设备、化学机械抛光终点检测方法和装置，在对晶圆表面进行化学机械抛光时，分析化学机械抛光中从抛光垫上流出的废液中需要抛光物质的含量，当废液中需要抛光物质的含量满足一定条件时，停止对晶圆继续进行化学机械抛光，可以有效的避免现有技术中CMP工艺对晶圆的过抛现象。附图说明图I为现有技术的一种CMP设备的剖面结构示意图；图2为图I所示的CMP设备的立体结构示意图；图3为本专利技术具体实施例的化学机械抛光终点检测方法的流程示意图；图4至图5为利用CMP对铜栓塞进行化学机械抛光的实施例；图6为模拟的废液中铜含量的曲线图；图7为本专利技术具体实施例的化学机械抛光设备的结构示意图。具体实施方式·化学机械抛光中，从晶圆上被研磨下来的物质会留到抛光垫上，抛光垫上的废液会从抛光垫上流下来，抛光垫上流出的废液中通常包含有抛光液、被研磨下来的物质。研磨下来的物质不同，废液中的物质的成分也不同。并且，对晶圆进行化学机械抛光时，在刚开始对晶圆进行研磨工艺时，有一定的预成熟时间，研磨速度逐渐增大；在预成熟时间之后，研磨速度固定不变；在接近研磨终点时，研磨速度会慢慢降下来。根据化学机械抛光的特点可以获知在对晶圆表面进行抛光的起始时间内，由于研磨速度由慢到快，因此在相同时间内被研磨下来的物质的量也由少变多，因此废液中含有的被研磨下来的物质的含量也由少变多；当研磨速度稳定时，在相同时间内被研磨下来的物质的量也不变；之后，在快要达到研磨终点时，研磨速度慢慢降低，在相同时间内被研磨下来的物质的量也慢慢减小，当减小到一定值时，说明需要被研磨的物质已抛光完成，需要停止对晶圆继续进行化学机械抛光，如果继续进行化学机械抛光工艺会造成过抛问题。现有技术的CMP工艺中由于没有很好的终点检测方法和终点检测装置，因此容易对晶圆造成过抛，根据以上所述的抛光垫上废液中被研磨下来的物质的量与研磨过程的关系，本专利技术具体实施例的化学机械抛光终点检测方法和装置，分析化学机械抛光中从抛光垫上流出的废液中需要抛光物质的含量，在废液中需要抛光物质的含量满足预设条件时，停止对晶圆继续进行化学机械抛光，可以有效的避免现有技术中CMP工艺对晶圆的过抛现象。随着抛光的进行，需要抛光物质会越来越少，预设条件可以为废液中需要抛光物质的含量逐渐减小到预定范围内，也就是说，当检测到废液中需要抛光物质的含量逐渐减小且含量落在预定范围内时(即小于或等于预定范围的上限值、且大于或等于预定范围的下限值时)，停止对晶圆的化学机械抛光。由于从开始抛光到抛光速度达到稳定值和抛光速度从稳定值下降到接近抛光终点，在废液中需要抛光物质的含量会出现相同的值本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化学机械抛光终点检测装置，其特征在于，包括：废液收集器，位于抛光垫的下方，用于收集从抛光垫上流出的废液；检测单元，与所述废液收集器连接，废液收集器中的废液流入所述检测单元，所述检测单元用于检测废液中含有的需要抛光物质的含量，当废液中需要抛光物质的含量满足预设条件时，输出终点检测信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邓武锋，
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：